在线水质自动监测质量控制措施分析

2020-11-09湛忠宇朱永军

河北水利 2020年10期

□吴琼湛忠宇朱永军

随着科技发展及技术进步，自动化技术得以在在线水质监测系统广泛应用。在线水质监测系统在运行过程中，可以提前设置好相关程序，实现数据的自动化采集与处理，并详细分析数据，进而直接体现出水体的质量。工作人员便可以根据所得数据，制定有效的改善措施，进而有效保证水质监测工作的准确性，以及在线水质自动监测系统的稳定性。在线水质自动监测质量控制，包括人员素质提升、运行及管理机制制定、试剂与标准配制等，自动监测有别于传统监测方式，它具有连续监测的特点，因此做好质量控制工作十分重要。

1.水质自动监测系统组成

水质自动监测系统的核心元件为在线自动分析仪，该系统有效集合了现代传感器技术、自动化测量技术、自动化控制技术、计算机应用技术以及通讯网络技术等，其主要组成部分为水质自动监测站以及水质自动监测数据平台，如图1 所示。水质自动监测站的主要部分包括站房、采水系统、辅助系统、质量控制单元、传输单元及数据采集单元等。辅助单元的主要组成部分为废液单元、防雷设施及纯水制备单元等；水站自动监测数据平台的主要功能为对水站进行远程监控以及数据的传输、统计及应用。

2.自动站建设过程中需重视问题

2.1 站点选择

站点选择决定着监测水样时间及空间上是否具有典型性，能否将监测水体质量情况真实有效地体现出来。选择站点位置的过程中需要对断面的特征进行全面分析，需要考虑的因素较多，主要包括水流稳定性强弱，水流是否存在湍流或者紊流，水深以及河道或堤岸抗冲刷性能强弱等，在选择站点时需要对下述几点加以重视。选择断面时应该尽量保证其位于平直河段，水文条件良好；同上流支流汇合位置或者排污口有一定的距离，能够确保水质的均匀稳定性；基于不对航道正常运行的影响，取水点需要与河岸保持较远的距离；取水口位置应该具有一定的水交换性能，不能将河流取水口设置在死水区域、缓流区域或者回流区域；将取水点设置在水下0.5～1m 的范围之内，并预防底质淤泥影响到采水水质；明确站点位置的过程中需要认真比较取水口位置水质和断面水质，如果二者指标相差较大，应该及时更换位置。

2.2 采水、配水系统设计

采水系统需要确保任何情况下都可以将采样点的水样引流到站房，配水系统则需要与仪器设备结合合理调配水流流量及压力，并进行有效清洗及过滤，为在线自动监测仪器提高符合监测要求的水样。

对采水系统进行设计时，需要对当地水文条件、地质环境、防洪性能等进行全面分析，合理选择。应将采水口设置在冲刷区域，尽量不要设置在死水区域、缓流区域或者回流区域，不要设置在湍流区域以及淤泥较多的区域，以防水样在传输管路中发生物理及化学作用，水质发生变化。很多水质自动站建设过程中因为没有合理设计采水系统，直接导致采水难度较多或是采集水样没有典型性。除此之外，北方地区温度偏低，需要对该系统设置专门的动态加热装置，以防管路在寒冬季节被冻结，水流中泥沙含量较多的点位需要合理设置反冲洗系统，做好排沙处理。表1为不同种类采水系统及使用场合。

图1 水质监测系统结构图

表1 不同种类采水系统及使用场合

配水系统则需要满足仪器设备对水流和水压的要求，例如如果使用膜电极法对溶解酶进行测定，在该环节中，需要补充溶解酶才能保持平衡，这水流速对测定有较大影响，配水系统的设计需要结合仪器要求流速情况进行分析，否则测试数据会较低。通过配水系统处理水样的过程中要注意不要破坏被测水样的成分，水质参数不需要进行预处理，直接分析即可。

2.3 自动监测仪器选型

水质自动监测需要通过相关仪器设备实施，为了确保仪器量值溯源和常规检测结果能够进行有效对比，仪器监测方法需要根据国家标准方法执行。同时仪器监测的范围要与监测水质的要求相符，与水质情况结合明确仪器量程，通常情况下监测水样的浓度范围在满量程的20%～90%，否则则可能出现较大误差。对水质较好的断面来说，应选择高灵敏度的设备，例如对低浓度氨氮监测时，则需要选择氨气敏电极，有效降低误差。对于水质较差的断面来说，可选择燃烧法TOC。

2.4 数据输出及采集

应保证数据传输及采集的完整性和准确性，最大程度上降低误差。需要对仪器的输出量程及控制软件设置量程的一致性进行定期检查，如果两者存在差异则需要及时恢复原设置，严禁工作人员随意更改量程。

除此之外还需要对数据采集系统数据及实时数据的一致性进行定期检查，如果存在较大差异或者无法下载仪器数据则需要及时采取有效的处理措施。

3.在线水质自动监测质量控制措施

水质自动监测所包含的检测项目较多，使用自动化监测仪器的过程中需要严格按照相关标准进行。

3.1 定期校准

与实际水质情况结合，明确分析仪的校准时间，确保校准周期不大于1 个月。在校准仪器的过程中还需要及时清洗传感器，做好试剂更新处理，全面清洗内部系统，并与检测数据结合，随机校准系统局部单元，分析检查数据是否处于标准范围内。某分析仪每20 天进行一次标准循环，同时更新试剂，全面清洗，需要观察其V0 值和V2 值是否符合相关要求，通常情况下V0 值约为400V，V2 值约为1200V，二者之间的差值在800V 左右。

3.2 标液核查

定期检测自配标准溶液，低仪器的基线漂移情况进行分析。具体应用步骤：某仪器使用71 号管，连续6 次检测自配标准溶液，根据结果计算仪器的精密度和准确度，如果使用质控样对共同检测，则需要查看测定值是否和标准值相符。质控样和自配标准溶液的浓度值范围在仪器量值的中间区域，计算公式如下（RE 表示准确度，如果该值大于10，则需要对仪器重新校准）：

该计算公式中表示对样品6 次检测的平均值，c 表示标准样品标准值，使用RSD 表示仪器精密度，计算公式如下：

3.3 试剂有效性检测

工作人员需要定期更换水质自动监测仪器的标准溶液及试剂，使其于常温状态下存储数周，但是在使用过程中，标准溶液及试剂极容易受到外部环境因素的影响，很容易发生分解和降解。例如试剂性质、室内环境因素及试剂浓度等都对标准溶液及试剂的稳定性有较大影响。一般情况下，需要将氧化试剂储存在避光区域。标准溶液的浓度越高，其分解速度越慢，二者呈反相关关系。溶液及试剂都不可储存在温度较高的区域。为了确保二者检测的可靠性，定期更换十分重要。

3.4 比对实验

在对水质自动监测系统运行情况进行检查的过程中，应与实际情况结合进行水样的比对实验。应使用相同的水样进行比对实验，如果监测仪器需要过滤水样，那么实验中也需要过滤水样，两者取样的位置需要相同。对瞬时水样采取的过程中，同自动监测仪共同采样，每次仅采取一个水样进行实验，采样的过程中详细记录监测仪读数，共采集两个平行样，将两者对比分析。对比每次实验结果平均值和自动监测仪的结果，计算误差。计算公式：

其中Xi 表示监测仪器测试具体值，i 表示实验平均值。

3.5 数据的检查及审核

数据检查及审核对于监测仪器来说十分重要，在线分析仪的一个周期通常为4 个小时，定时对每组的数据展开分析。通常情况下，自动检测数据具有较大的信息量，在实际操作环节，难免会发生数值较高或者较低的情况，如果在前后均为正常值的前提下数值异常，主要原因便是仪器内部试剂传输等因素导致，应及时解决。但是如果某参数发生改变，相关参数也随之改变，则需要全面分析导致该问题的具体原因。如果数无法查明据异常原因，应认真核查系统各种不好走，并采集水样进行详细分析，并且增加监测的频率，知道发现问题为止。通常情况下可以通过不同指标和数据的关联性进行检查和审核。数据检查及审核工作是保障数据质量的重要途径，能够有效提高数据的可靠性，工作人员需要加以重视。