水环境保护中水质自动监测技术的运用

马爽爽

(烟台云沣生态环境产业发展股份有限公司，山东 烟台 264006)

1 水质自动监测与人工监测技术对比

1.1 监测灵敏度

水质自动监测仪器在水环境保护中的运用实现了自动监测的持续采样分析，即使水质条件复杂也可保证分析质量，测量范围完全满足水质监测要求。水温监测：通常采用热敏电阻法，测量范围在-5℃～50℃，分辨率为0.01，重复性±0.1。pH值监测：使用玻璃电阻法，测量范围0～14，分辨率为0.01，重复性±0.1。溶解氧：应用电化学电极法测量，测量范围为0～50 mg/L，重复性±0.2。荧光法测量范围为0～25 mg/L，重复性±0.1，分辨为0.01。电导率：主要使用电极法，测量范围为0～500 S/em，重复性±0.1，分辨率为0.5。浊度监测：应用光散射法，测量范围0～4 000 NTU，重复性±5，分辨率为1。除以上5个常规监测项目外，水质监测项目还包括营养盐、无机阴离子、金属及其化合物、有机污染物、细菌等，这些监测项目都有着相应的监测仪器，测量精度与人工监测存在一定的差异。自动监测取样量小，水样处理与人工监测相比较为简单，少数监测项目的灵敏度不够，如监测水质中的氨氮浓度使用的是气敏电极法，监测精度最高可达0.05 mg/L，而在完成浓度定量后为0.2 mg/L，监测结果不在规定的标准值范围内，导致监测工作失误。

1.2 采样方式

监测站取样设备为水泵，取样后使用多种检测仪器进行分析。但是监测站设置有着一定的局限性，如果监测水域存在航道，监测站通常设置在河岸附近，监测点采样范围不够，取样广度与深度要略差于人工监测。水质监测中，需在监测水域进行垂直与水平取样，对取样深度与广度有着严格要求，并要多设取样点，保证取样具有代表性。自动监测在取样环节与人工监测存在着较大的差异，监测水域水流量速率低的情况下，两种监测方式取样质量差别不大，如果是水流量大的江河监测，那么取样质量将出现较大的差距。

2 水质自动监测系统分析

2.1 结构分析

水质自动监测系统运用了先进的设备与技术，在监测终端设置了多参数水质监测设备，打造了自动站与浮标自动站，实时监测水质变化，并将数据通过卫星、有线、GPRS等多种通信方式反馈给监控中心及手机等终端设备中，进而实现水质自动化、实时化、动态化监测，确保水质监测的时效性与精确性。监测站布置方面，可以根据监测水体的实际情况灵活组站。监控中心接收的数据形式多样，包括数据、图表、视频等，监测人员借助计算机与手机就可确定监测现场的水质情况。水质监测系统的自动化、信息化水平较高，可适用于多种不同场景水质监测的需要。水质自动监测系统结构如图1所示。

图1 水质自动监测系统结构Fig.1 Structure of automatic water quality monitoring system

2.2 功能分析

2.2.1 实时监测

水质自动化监测系统集成了终端监测设备、控制系统、通信系统，使其具备持续、实时监测的能力，实现了终端监测设备不间断向监控中心反馈数据，提高了水质监测的精确度。自动化监测系统运用了自动监测站，可以在监测水域移动式监测，监测方式多样、监测范围广，且可直接放入监测点，采用卫星通信，无需传输媒介，实用性更强。监测内容方面，多参数监测设备可以根据监测对象的不同，有目标地进行监测。

2.2.2 报警功能

水质监测的目的是为了及时发现水质的异常情况，以便及时作出处置反应。因此在水质自动监测系统上设置了报警功能，当监控中心接收到终端设备采集的数据后，会对数据进行加工处理，当监测到异常数据信息后，监控中心会接收到报警信息，并给出发生异常的位置与关键性数据信息，水质监测人员根据提示信息可以快速到达现场，确定发生数据超标的原因，避免污染问题的扩大。此外，报警功能不仅限于监测异常报警，还包括故障报警功能，当监测系统或监测设备出现故障后，报警系统也会发出警报并给出故障提示信息，以加快故障处理速度，确保水质监测效率与质量。

2.2.3 信息管理功能

通过以上对水质监测系统的分析可以看出，需要长期、不间断的向监控中心反馈采集的数据信息，因此信息管理是监测系统中非常重要的一项功能。使用监控中心的计算机可以查阅、保存、删除、传输、发布信息，并将这些信息存储至数据库中，以作为水质监测的记录，实现水质监测数据共享的同时，可挖掘数据潜在价值，评估监测水体的发展状况，这些数据信息对于水环境保护有着重要的利用价值。

3 水质自动监测技术的运用

3.1 监测地表水

地表水包括河流、湖泊等，部分地表水跨区域流动，有时会出现水质监测空白，影响水质监测质量。为了形成对地表水的有效监测，需应用水质自动监测技术，在关键区域、重点区域设置水质监测点，形成对地表水水质状况的精准把控，防止水质污染问题的发生，监测的主要方向是地表水的水质变化情况及河流流动规律，通过监测采集到的数据信息，评估地表水的现状，为河流、湖泊的综合治理提供详实、精确的监测数据，提高水环境保护效力。

3.2 监测水库

水库具有防洪抗旱的功能，对水库水质状况的监测关系到区域内的农业发展。因此，在水库日常管理中需使用水质自动监测系统，实时掌握水库水质动态。当系统监测到水质异常后，可以及时发出警报，增强水库水体的保护力度。水库水质监测中，要监测的项目较多，包括磷、氮、硝酸盐、高锰酸盐等化学元素，以及浊度、水温、pH值等。应用自动监测系统可实现水质的远程监测，监控中心可以实时获取监测点的视频、图片、数据等信息，监测效果更加直观有效。

3.3 监测排污口

排污口是水质监测的重点项目，也是水环境污染的主要来源。排污口较为特殊，其流经的水体是经过处理后达到国家排放标准的生产废水或生活污水，但由于存在违规排放的问题，导致不符合国家排放标准的污水排放至排污口，所以排污口一直以来都是水质监测的重点，需要在排污口设置自动监测点，对其进行全方位、不间断的监测，实现对排污口的远程监测与远程控制，以防止不达标污水流出。

要求排污企业缴纳排污税，增强污水处理监管力度，使用自动监测系统对其排污情况进行实时管控，以企业排污的化学需氧量为衡量标准，如果排污超出这一标准，则使用自动监测系统远程关闭其排污阀门，避免污水流入自然环境中。为了实现排污口的实时监管，需使用自动监测系统进行智能化管理，为每个排污企业发放IC卡，该卡为缴费卡，排污企业需先存费用，持卡排放污水，以实现对排污企业的远程监管。

4 监测效益分析

4.1 监测效率高

水环境保护工作涉及的内容较多，保护工作难度较大，再加上基层水质监测人员数量有限，导致传统的监测效率较差。水质自动监测技术的运用实现了水环境的实时、不间断、自动远程监测，解决了水环境保护人员不足的现状，监测效率得到了提高，无需监测人员现场操作，在监控中心就可获取监测点的水质状况，水质数据信息自动化采集、自动传输处理，有效避免了监测数据的误差问题，监测效益与监测效率良好。

4.2 实现持续性监测

使用传统监测技术时，需要监测人员定期到达现场操作，监测数据不连续，无法形成准确的水质变化曲线。使用自动监测技术可以在水环境中设置浮标自动站，无论是湖泊还是入海口都可建站，实现了水环境的持续监测，实时动态掌控水环境的水质状况，有效掌控了水环境保护大局，确保了监测的全面性和细节性，极大提升了水质监测成效。

4.3 监测经济性好

自动监测技术在水环境保护中的运用使得日常监测获取的数据量增加。使用数字技术进行数据采集、处理、加工，可获取监测点的图形、数据信息，且是远程监测与控制，简化了人工操作环节，实现了水质的自动化监测、信息化管理，在提升监测效率的同时，节约了人力与物力成本，经济效益显著。

5 水质自动监测技术实际应用中存在的问题及解决对策

5.1 存在的问题

受到监测条件限制。自动水质监测技术的自动化水平较高，运行可靠，但是在实际应用中仍然存在一定的不足。自动监测技术运用会受到监测水域实际情况的限制，监测范围不够。从整体上来说，自动监测技术可监测的项目要少于人工监测。

技术规范有待完善。自动监测技术在水环境保护中应用时间不长，目前应用的水质监测体系还有待进一步完善。人工监测与自动监测两者结合运用缺少技术规范的支撑，使得自动监测技术实际运用质效受到了影响。国家和行业相关标准规定中，针对自动监测技术在水质监测与水质分析中的应用描述较少，侧重于人工监测方面的标准规范要求，而自动监测技术在水环境保护领域得到了广泛应用，技术标准规范不够完善，形成对自动监测技术发展的制约，监测成果的利用也受到不同程度的影响。

5.2 解决对策

增加监测范围。为了提升水质监测结果的精确度，需要研发出单项监测技术，以综合监测为发展方向，对水质监测仪器进行改进与创新，逐步扩大自动监测深度与广度，确保自动监测范围符合水质监测标准与要求。

构建动态监测机制。水质监测站包括固定监测站与非固定监测站，针对无法设置固定监测站的位置，可集成自动监测技术打造自动监测站，实现监测水域范围内的灵活建站。比如，使用太阳能浮标自动站，采取不同的组合方式在监测水域各个敏感位置进行站点部署，构建动态化、实时化的监测机制，以保证水质监测精确度。

加强监测数据管理。水质自动监测系统在日常运行过程中采集到大量的监测数据，由于数据的长期积累会逐渐形成大量的冗余数据，过高的冗余数据量会影响水质监测分析结果的精确度。为了避免数据收集、处理、挖掘出现问题，应充分利用大数据技术，在水质监测系统中设置数据分析模块，为监测站的日常运维提供依据，防止监测结果出现偏差，提高监测数据利用率。此外，还应加强入库数据的审核工作，明确监测人员的数据审核责任，提高监测站日常运维质量与效率。

6 结语

水环境保护对于社会生态文明建设有着重要的意义。水环境保护关系着社会发展与进步，而水质监测则是水环境保护的重要内容。通过对水环境水质的有效监测，可以确定水质现状，并可评估其未来发展趋势。对水环境进行持续、实时监测非常必要。自动监测技术的运用实现了水质实时监测的同时还具备数据信息管理功能与报警功能，极大提升了水质监测效率与质量，进一步增强了水环境保护成效。