水质自动监测技术在水环境保护中的应用策略研究

李占生

（宁夏回族自治区水文水资源监测预警中心，宁夏 银川 750011）

自工业时代以来，社会经济逐渐发展，但水污染问题不绝如缕，甚至引起各界广泛关注和讨论，在一定程度上会影响社会经济的发展。在水环境保护的过程中，水质自动监测是常见的技术手段，这种技术的应用能够满足水质监测的准确性、有效性和及时性需求，且在应用的过程中能够提高整体监测效果，保证水质质量[1]。与传统人工采样水质监测技术相比，采用自动化监测措施在很多方面都具备优越性，能够满足互联网视角下的技术监测需求，在水环境监测工作中具有一定的应用价值。

1 水质自动监测系统

该文对水质监测系统进行分析，主要将该系统长期应用于某地区水质采样检验，同时记录和分析相关检验数据，最终形成监测报告。在进行水质监测的过程中，传统监测主要采用的是人工采样监测措施，这种方式需要消耗大量的人力、物力以及财力，完成监测后，监测报告时效性较差，无法满足当前互联网技术高效、准确和及时的监测需求。在水质监测的过程中，采用自动化监测技术可以满足及时取样和数据反馈需要，还可以快速生成监测数据分析报告，这种技术可以同时对几十种水质指标进行监测，既满足了多样化的水质监测功能要求，又能满足及时、准确和全面的水质监测信息反馈需要[2]。水文水质监测数据是国家保护和开发水资源的资料来源和技术支撑，在水生态和水资源保护中具有重要作用。水质监测采用水质自动监测技术可以在无人值守的条件下自动获取监测数据，并对相关数据进行收集、分析和整理，完成数据处理后及时向信息中心上传。采用这种方式能够满足远程监控需求，对监测点水质情况有全面的了解，为环境监管和污染治理提供参考。该系统主要涉及的内容包括遥测系统以及分析仪器，系统运行主要采用分析软件和监控软件开展工作，应用这种系统能够及时、准确、有效地记录数据和分析数据，实现自动、实时监测需求，系统构成如图1所示。

2 水环境质量监测案例分析

在水环境保护中，应用水质自动监测技术可以监测水质情况，该文采用具体案例进行分析，对室内试验数据和自动采集数据进行对比，通过自动监测系统获取的信息和数据判断是否具有可靠性。以某市为研究对象，主要涉及的水质监测断面共计15处，监测项目涵盖了汞、镉、铅、铬、氨氮、硝酸盐氮和水常规指标等，每年需要开展6次监测。近年来，该市水域综合污染指数逐渐严重，2016年，污染指数仅为1.18，到2021年已经增至2.58，在2016—2021年，仅2018年出现下降趋势，但降幅并不明显，其余年份均呈上升趋势，仅在2016年就超过了重度污染（1.01～2.00）标准（表1），且在2020年之后已经超过2.0，达到严重污染标准，研究区水域综合污染指数变化趋势如图2所示，通过监测结果论证发现，该市相关河段呈现出来的污染情况较严重，同时污染情况呈加重趋势。

表1 水质污染分级标准

对水环境质量进行分析发现，水中污染物浓度决定了水环境质量，但这种浓度又由排污量和来水量共同决定[3]。为有效探究污染物的来源，本次研究选择58个排污口开展调查，调查结果发现，在这些排污口中达标的数量仅为14个，占比仅为24.14%；未达标的排污口数量高达44个，占比达到75.86%。传统水质监测通常需要在固定时间内对设置好的断面开展监测工作，一旦排污口污染物超标，难以开展有效的监测措施和科学的处理方式，为有效控制污染物排放，在水环境保护的过程中可以针对性采用实时监测措施。

3 仪器性能测试

3.1 测试原理与方法

针对使用的水质自动检测仪的性能测试进行分析，主要采用的测试方法涉及量程漂移、零点漂移和重现性等。其中，对所采用的零点漂移而言，在操作的过程中，首先需要在零点校正液中放置监测系统采样器，采用连续监测的方式监测24h，所需校正液可以选择蒸馏水，测试值的选择可以选择3个典型值，再计算出3个值的平均值，将该值作为初始零值，如公式（1）所示。

式中：Z0表示自动监测系统的初始零值，Zi表示第i次所测试得到的零点值，在自动监测系统中，采用ΔZ表示零点漂移绝对误差，采用Zd表示零点漂移，零点漂移绝对误差中，Zmax表示最大误差。

在监测的过程中，需要在80%量程标准液中放置采样器开展监测工作，连续监测24h，完成监测后做量程漂移测试，需要选取6个比较典型的测定数据的平均值，在减去标准液浓度的基础上，再减零点漂移和量程的积，进而再将其绝对值除以量程，如此便可得到量程漂移。对浓度和试验用水比较接近的标准水进行测定，同时需要选择6个典型数据的平均值，减去标准液的浓度，在此基础上除以标准溶液浓度，如此便可计算出重现性测量误差。

3.2 测试结果

在监测的过程中，需要采用水质自动检测仪，并对该仪器的量程漂移、零点漂移以及重现性进行测试，完成测试后可获取的相关数据见表2。通过对表2进行分析，监测得出的相关指标都能满足要求，得到的测试结果具有较强的稳定性和可靠性，进而有效满足室内试验和现场监测对比需求。

表2 仪器性能测试

4 系统可靠性分析

4.1 CODCr可靠度

水样选择4组，对4组水样的测定都分别采用室内试验以及自动监测系统，4组水样的CODCr含量范围分别处于以下区间，如公式（2）所示。

在测定的过程中，对每个试样测定需要开展3次测定工作，完成测定后取平均值，将平均值作为结果。在基础上，需要对室内试验和自动监测仪器测定的数据开展误差计算，所采用的误差如公式（3）所示。

式中：xi和xj分别表示自动监测仪器和室内实验测试结果。

此外，需要对水样的室内试验和自动监测仪器试验结果进行统计，统计内容还涉及了二者相对误差，统计结果见表3。对表3进行分析，发现当CODCr呈现出来的含量比较低时，这两种方法所呈现出来的测试结果相差并不大，相对误差也不超过2%，但一旦CODCr含量超过200mg/L时，系统测试所得到的结果明显高于室内试验结果。因此，采用自动监测系统获取的数据呈现出来的真实性以及可靠性比较高，能够满足水质监测需求。

表3 CODCr试验对比结果

4.2 N-NH3可靠度

通过采用室内试验和自动监测系统方案对4组水样开展测定工作，采用的N-NH3浓度范围分别如公式（4）所示。

在处置方面采用的方法和CODCr保持一致，在不同的氨氮浓度下，两种方法呈现出来的结果都较好，二者的相对误差都不足2%（表4）。对此，在监测过程中采用自动监测系统所测定的数据具有可靠性和真实性。

表4 氨氮试验对比结果

5 水质自动监测技术在水环境保护中的应用措施

5.1 地表水水质监测

在水环境保护中，地表水水质监测可以有效采用水质自动监测技术，这种技术的应用不受空间制约，可以实现远程控制需求。对地表水实施自动监测，能够满足相关部门对重点断面水体的水质情况掌握需求，通过该方式来全面掌握流域性水质污染情况，及时进行科学预报，采取预警措施，能够规避跨行政区域之间因水污染而产生纠纷等问题[4]。因此，需要逐渐开展建设自动监测站，这些监测站能够准确自动监测水质，对水环境保护具有重要作用。此外，在监测过程中，通过采用自动监测技术对地表水水质进行监测，不断将这种技术应用到湖泊等水环境中，在很大程度上能够满足相关部门掌握水环境水体质量需求。

5.2 水库水质监测

水库通常需要对相关居民进行供水，相关部门要重视水库的水质。在水质监测的过程中，可以采用自动监测技术来监测水温、溶解氧、pH值、电导率和浑浊度等相关指标[5]。除此之外，还可以对水库的蓝绿藻、叶绿素、氨氮、总氮、镉、锰、总磷等指标进行监测，使用该系统能够满足数字信息视频和远程控制需求，实时传输监测数据，提高水环境监测能力[6]。此外，在水库水质监测的过程中，采用自动监测技术查询站点水质数据，及时查明水源地产生污染或水质超标的原因，一旦发现水源地水质监测项目出现超标现象，可以通过无线传输系统进行报警，同时启动应急预案。通过应用该技术，可以对水质进行全程监管，对存在问题的水质采取解决措施，通过该方式来保障供水安全。

5.3 排污口污水水质监测

在污水排放管理中，通常情况下，存在相关管理人员较少，但巡检任务比较繁重，甚至存在对企业的污水排放情况了解程度并不高[7]。此外，排污单位容易产生不积极缴纳排污费或者拖欠排污费的情况，导致排污管理工作未能取得预期效果[8]。但在排污口污水水质监测中采用自动监测系统，可以对水质流动情况进行自动监测[1]。这种系统的应用有较大优势，一是由于该系统具备远程操作功能，可以结合被监测单位的具体污水排放情况实施专业的解决措施，二是针对传统排污收费模式开展改革和创新，可采用先交费、再排污的管理措施，同时还可以针对企业的污水排放水质、流量等实时监测，并采用远程控制的方式来对自动电控阀门进行控制[9]。当企业完成预付费用充值后，才能进行排污，若产生欠费，系统终止排污，同时还需要设置排污上限，若某指标达到指定上限后，系统自动关闭阀门，不可继续排污。采用远程监控的方式展示历史和实时数据，并采用通信工具和网络系统查询相关数据，通过该方式保证数据在传输过程中的完整性。

6 结语

在水质环境保护的过程中，可以针对性采用自动监测技术，在这种技术的基础上安装在线自动分析仪，同时构建监测体系，该体系主要包括传感技术、计算机、自动测量和自动控制等技术，在技术应用的基础上不断完善管理措施，通过该方式提高自动监测技术的应用效果，对解决我国水污染问题具有重要作用，进而对保护水环境、改善生态环境和实现生态可持续发展具有重要意义。