水质自动监测技术在水环境保护中的应用策略

郭 兰，何车轮

（黄冈市生态环境局黄梅县分局，湖北 黄冈 435500）

水是生命之源，我国淡水资源人均占有量仅为世界平均水平的四分之一，因此水环境保护需求十分迫切。随着各种现代高新科技的发展，水质监测逐渐实现自动化与信息化，为提高整体监测效果提供良好助力。

1 水质监测技术发展进程

近些年来，虽然国家大力推进水环境保护工作，但其整体恶化趋势并没有实现根本控制，造成水环境恶化的主要因素包括重金属超标、病原体侵害、水体富营养化以及土壤遭受侵蚀等。所以，必须对环境水质开展监测活动，这也是开展水环境保护工作的基础和前提。

目前，水质监测主要包括两种形式，即手动监测和自动监测。其中，手动监测通常在固定断面设置固定时间间隔进行取样，继而开展室内试验或者现场检测工作。此种方法非常容易受到人为因素影响，而且测算过程复杂，所以其监测频率较低，所获数据连续性差，对于测量、记录结果也通常无法实现信息的高效共享。相比之下，自动监测可以通过仪器针对数据实现自动采集与计算，具备方便快捷等优势[1-3]。除此之外，自动监测所采集的数据具有良好的连续性，有助于及时发现水源中的超标危险物，实现污染的高效治理。

自动监测技术出现于20世纪70年代，最开始的监测项目只有水温、酸碱度、溶解氧、电导率和温度等五项。随着环保科技的持续发展，水质监测项目数量持续增加。部分国家将3S技术（遥感技术，简称RS；地理信息系统，简称GIS；全球定位系统，简称GPS）投入水质自动监测系统，构建起具有高度信息化特征的监测体系。至20世纪80年代，我国开始针对一些重点流域开展水质自动连续监测，且获得了一定成果。与水环境保护有关的监测项目主要包括化学需氧量、氨氮和酸碱度等。

2 研究区水环境质量情况

下面结合具体案例，针对自动采集数据和室内试验数据进行对比论证，以判定自动监测系统所获数据的可靠性。目前，某市一共设置12处水质监测断面，监测项目包括五毒（汞、镉、铅、铬和砷）、三氮（氨氮、亚硝酸盐氮和硝酸盐氮）以及水常规指标等38项指标，每年共监测6次（双数月）。近10年，该市水域综合污染指数的变化趋势如图1所示。监测结果证明，该市各河段污染较为严重，全年水质超过Ⅴ级水，并且呈现逐渐加重的趋势。

图1 研究区水域综合污染指数变化趋势

水环境质量主要取决于水中污染物的浓度，而污染物浓度跟来水量、排污量等相关。为了明确污染物主要来源，本研究针对该市65个排污口开展调研。调研结果表明，全市达标的排污口数量为16个，占24.6%；未达标排污口数量为49个，占75.4%。

因为传统水质监测方式只在固定时间针对所设置的断面实施监测处理，在排污口污染物超标的情况下很难形成有效监测并及时进行处理。为有效控制污染物排放，实现水环境保护，有必要实时监测水质变化。

3 水质自动监测系统

在特定监测点安装水质自动采样系统，并依靠通信系统将所获数据信息传回监控中心，然后开展分析、统计以及汇总工作。应用水质自动监测系统可以实现对特定点水源质量自动而连续的监测，系统整体结构如图2所示。水质自动监测系统主要配置有监控中心、现场端设备以及网络通信设备三部分。

图2 水质自动监测系统结构

4 仪器性能测试

4.1 测试原理与方法

针对仪器开展基本性能测试的方法主要有三种，即零点漂移、量程漂移和重现性。其中，零点漂移的操作过程是先将监测系统采样器放在零点校正液中，进行连续24 h的监测（校正液可应用蒸馏水），选择出3个典型测试值，随后取其平均值作为初始零值。相关计算公式为：

式中：Z0表示自动监测系统的初始零值；Zi表示第i次测试的零点值；ΔZ表示自动监测系统的零点漂移绝对误差；Zd表示零点漂移；ΔZmax表示零点漂移绝对误差的最大值。

将自动监测系统配置的采样器放在80%量程标准液中进行24 h连续监测，随后做量程漂移测试，选取6个典型测定数据的平均值，减去标准液浓度，再减零点漂移和量程的积，然后用其绝对值除以量程，便可获得量程漂移。应用与试验用水浓度接近的标准水作测定处理，选择6个典型数据的平均值，减去标准液浓度，除以保准溶液浓度，则获得重现性测量误差。

4.2 测试结果

针对试验所使用水质自动检测仪的零点漂移、量程漂移和重现性加以测试，获得以下数据，如表1所示。由此可知，此自动监测仪器所测得的各项指标都能够达到相应要求，测试结果具有良好的稳定性与可靠性，可以充分满足现场监测与室内试验比对的要求。

表1 仪器性能测试

5 系统可靠性分析

5.1 CODCr可靠度

选择4组水样，分别利用自动监测系统与室内试验方式实施测定。CODCr含量范围分别为：CODCr＜30 mg/L；30 mg/L≤CODCr＜100 mg/L；100 mg/L≤CODCr＜200 mg/L；CODCr≥200 mg/L。对每个试样进行3次测定，取其平均值作为测定结果。使用相对误差公式对自动监测仪器测定数据和室内试验数据的相对误差进行计算，具体公式为：

式中：xi表示自动监测仪器所测结果；xj为室内试验结果。

将各CODCr浓度水样的自动监测仪器结果、室内试验结果、二者相对误差进行统计，如表2所示。由表2可知，当CODCr含量较低时，两种监测方法所测结果相差不大，相对误差低于2%；而当CODCr含量不小于200 mg/L时，室内试验所获结果要低于自动监测仪器结果，二者偏差较大。

表2 CODCr试验对比结果

5.2 N-NH3可靠度

选择4组水样，分别利用自动监测系统与室内试验方式实施测定。N-NH3浓度范围分别是：N-NH3＜10 mg/L；10 mg/L＜N-NH3＜30 mg/L；30 gm/L＜N-NH3＜70 mg/L；N-NH3＞70 mg/L。其处置方法与CODCr一致。试验结果如表3所示，在不同氨氮浓度下，两种测定结果的一致性均较好，相对误差低于2%。因此，可以判定自动监测系统所获数据具有良好的真实性和可靠性。

表3 氨氮试验对比结果

6 水质自动监测技术在水环境保护中的应用措施

为了提升水质自动监测技术在水环境保护中的应用效果，有必要采取以下措施：构建完善的水质自动监测预警网络，以常规监测为基础，将水环境保护工作重点放在重要流域、湖库以及饮用水源地，对区域范围内的自动监测预警预报体系进行完善；结合全国及各地区实际情况，出台关于水质自动监测技术的评价标准与质量控制举措，提升自动监测数据所具有的法律地位，使水环境保护工作做到有章可循、有据可依；促进仪器设备的标准化建设，使监测系统朝着规范化方向发展；对自动监测数据进行共享，优化水环境保护决策的可靠性；加强科技研发，对国外水环境监测技术进行借鉴，同时结合我国水环境保护的实际需求，加大对相关企业的政策支持力度，逐步实现监测设备国产化；促进水环境监测网络的智慧化和数据化发展，建立监测数据分析工具及预警发布平台。

7 结语

将水质自动监测技术应用于水环境保护中，能够有效提升监测效率和质量。当前，要投入更多人力、物力和财力进一步推动其技术研发和应用，通过技术创新把握我国环境保护的自主权，为国家环保事业发展注入新的活力。