车载式水质自动监测技术在水环境保护中的研究与应用

何颖然

（广东理行生态环境科技有限公司，广东 广州 528200）

过去“高投入、高消耗、高污染”的经济发展模式虽然为我国带来了高速的发展，但也对我国环境造成了破坏，突发性水污染事故时有发生，且频率日益增多。在应对突发性水污染事故过程中，常规手工监测存在反应速度慢、自动化程度差、跟踪性监测和高密度监测能力弱等缺陷；固定式自动监测站虽具有一定的连续监测和预警监测能力，但对突发性污染事故还是缺乏灵活性和针对性[1-2]；移动实验室监测虽具有一定的灵活机动性，但在连续性监测、自动化程度上还有一定的局限性，而且还需要大量人工进行操作[3-4]。在新时期的水质监测工作中，为适应不同环境状况并满足突发性、机动性、连续性、广域性要求，设计出车载式水质自动监测技术。

1 车载式水质自动监测系统概述

1.1 基本构成

车载式水质自动监测系统主要包括在线监测技术系统、水质监测车和辅助设施三大部分。其中核心模块是在线监测技术系统，由采样设备、在线监测分析设备、中心监控设备和数据传输设备等组成[5]。辅助设施由通风设备、供电设备和温度调节设备组成，为系统的安全稳定运行提供可靠的保障。

1.2 车辆改装技术

首先，应该选择合适的车辆。通过对发动机功率、密封性、承重性和减震性等等综合性能予以考量，需满足紧急使用情况，机动性应满足各种自然环境、各种天气状况的要求，内部环境满足车载设备及仪器的供水、电力、通风及车内温度等。为了保障车辆在应用中的良好运行状况，车辆需具有合理的防震、抗干扰、UPS不间断电源、电力稳压等配套设施，还应做好有效的防雨处理和防尘处理。其次，对车辆进行合理改装。车内通过推拉窗有效分隔出驾驶区和实验区两部分，其中实验区选用耐氧化、耐腐蚀和不易燃的实心理化板，与供电系统、实验设备和水箱等形成密切衔接，提升操作便捷性。

1.3 自动监测集成技术

车载自动监测系统主要由采配水单元、水样采集处理设施、车载分析仪器、自动化控制系统、信息数据传输设施等。现场可以实现自动运行，也可以实现远程操控、系统自检、系统故障后自动报警及记录等功能。

1.3.1 采配水及水样处理单元

自吸泵设置在监测车内，通过中心控制系统控制采水泵，运用过滤网对采水管道加以优化，按规定采集水样后分两股水样，其中一股接入五参数分析仪，其他水样排出，另外一股接入监测系统的储水箱内，经静置、沉淀后，供给各指标分析仪器，通过阀门对进水和出水加以控制。同时车内配备清水水箱，通过设定相应的程序完成自动冲洗，保障采水管道和取水管道的清洁性，为下一次使用做好准备。

1.3.2 分析单元

考虑到车辆的空间、仪器尺寸的大小以及投入成本，根据常规水质实际工作的需求，水质自动监测车主要配备水质五参数（pH值、溶解氧、电导率、浊度、水温）、高锰酸盐指数、氨氮、总磷和总氮分析仪[4]。同时为了提高环境监测效率、满足现场应急处理工作要求，配备的分析仪器以便携式现场分析仪器为佳，例如便携式离子剂、气相色谱仪、多普勒流量计、可见分光光度计、水质检测器和车载式GC-MS仪器等等；为了降低外界环境对监测工作的干扰，可以引进先进的傅里叶变换红外光谱仪。

1.3.3 控制单元

将可编程控制系统、工控机和继电器等组成现场控制系统，运用组态开发技术和总线控制技术对系统运行加以控制，信号系统以阀门和水泵运行情况为依据，实现水质测量数据的采集，同时避免数据发送和接收中造成较大的误差。对比传统控制体系，新控制系统大大减轻了操作人员的负担，工作周期的设定更加灵活，满足水泵作业的实际需求。

1.3.4 数据采集传输单元

基于CDMA的无线通信传输技术，是数据传输系统的主要技术基础，满足了实时传输的要求，能够有效衔接中心监控系统，数据查询和统计更加便捷。中心监控端对现场仪器的控制效果较好。

1.4 辅助设施管理

1.4.1 供电单元

由蓄电池组、发电机、控制板、电源接口和电源箱等构成，按照“分组供电、分项设计、市电优先”的原则，通过自动控制装置灵活切换发电机和市电。输出功率为5.5 kW的发电机能够在野外工作中提供可靠的电能，防止水质监测设备的运行连续性受到影响。蓄电池组配置8个12 V、40 μA的免维护电池，借助于UPS满足系统无市电或发电机不工作情况下的用电需求。

1.4.2 空调通风单元

排风扇和空气进气口共同组成空调通风系统，空调功率在2 kW左右，根据外界环境温度的差异，对水质监测车的温度加以控制，冬天和夏天的温度分别为25 ℃和22 ℃左右。

2 车载式水质监测技术在水环境保护中的应用措施

2.1 发挥车载式水质监测技术在常规监测和应急监测中的优势

该系统的在线监测和远程传输功能保障了系统的完整性，实现对不同区域水环境状况的快速获取与分析，达到自动化监测的目的。尤其是在突发水环境污染事故当中，可以提高响应的速度，确保在最短时间内实现对污染问题的控制，避免污染范围的扩大化。结合实验室分析和水质监测流动车分析数据，制定切实可行的水污染防治方案，为水污染调查及治理提供科学依据，保障决策的合理性。

2.2 车载式水质监测技术可以有效提升数据的精确性

线监测仪器和控制系统的先进性较强，相较于传统设备而言，可以实现对水质监测误差的控制，明确产生误差的原因，因此起到了良好的校准作用。

2.3 克服了手工监测时自动化程度较弱的缺陷

在克服手工监测时自动化程度较弱缺陷的同时解决了固定式自动监测站对实际现场环境的调整灵活性差的不足，对于重要的饮用水源供应地、省市区等跨界断面、重点主干河流、污染水体的重要控制断面、入河排污口、突发水环境污染事发地等实现全天候的实时监控。

3 结语

车载式水质自动监测系统采用先进的车辆改装技术、水质在线监测技术、数据采集与传输技术等，将自动监测仪器设备和监测车体完美融合，实现自动采配水、自动分析、自动控制、远程传输等功能，形成水质快速监测、流动监测能力。既可以满足常规监测和应急监测的工作要求，又能保障监测数据的时效性和精确性，符合数字化及自动化发展的要求，达到实时化监测和控制的目的，防止造成严重的水污染问题，为环境预警预报和环境污染事故提供快速的响应，提升了水环境保护工作的整体水平。