岳城水库水质自动监测系统建设探讨

高迪

（水利部海委漳卫南运河管理局 山东 德州 253009）

岳城水库是海河流域漳卫南运河水系漳河上的大型控制性水利工程，担负着向河北邯郸市、河南安阳市的城市供水和保证下游地区灌溉用水的任务，已列入《全国重要饮用水水源地名录》。近年来，由于漳河上游地区工矿企业的发展造成突发性水污染事件发生概率增加，水环境风险急剧上升，岳城水库库区水体水质面临的威胁日益严重。岳城水库坝前水质自动监测站位于岳城水库大坝前，它的建设有效地对库区来水和出水水质进行了动态监测，弥补了自动化监测手段缺失的技术短板，提高了漳卫南局履行监测职能的水平，对保障水源地供水安全，保障周边群众的生命财产安全和周边地区的社会稳定具有重要意义。

1 水质自动监测系统

水质自动监测系统是一个以在线分析仪表和实验室研究需求为服务目标，以提供具有代表性、及时性和可靠性的样品信息为核心任务，运用自动控制技术、计算机技术并配以专业软件，组成一个从取样、预处理、分析到数据处理及存贮的完整系统，从而实现对样品的在线自动监测。

2 系统组成

水质自动监测主要包括取水单元、预处理单元、检测分析单元、数据采集与传输单元。

2.1 水样采集单元。岳城水库水质自动监测站配置常规五参数分析仪、全光谱在线分析仪、总磷分析仪、叶绿素在线测定仪，其中，总磷分析仪必须采用取水至站房检测的方式。因此，岳城水库站采用取水至站房检测的方式。取水单元主要负责完成水样从水体中采集及输送至站房的功能。取水单元主要包括取水泵、取水管路及加热保温装置、样品前置过滤系统、取水支架和浮台。在坝前水面上设置浮台，采用套管取水方式，取水泵放置于套管内，通过浮台保证取水口位于水面以下。岳城水库站历年水位变幅达到25m，取水深度根据现场水位变幅自动调整，考虑水位变幅和施工影响，取水管路按100m计。取水单元主要包括取水浮台、取水泵、取水管路及加热保温装置、样品前置过滤系统及地锚、取水支架和泵井等。自动调节取样水位，确保取水位置为0.5～1m；取水平台采用圆形设计，有效减少水阻；取水管采用磐石增强水管，尽量使用整管，避免过多接头；采用手动阀流速调节；排空设计，避免管路内部产生冰冻或藻类；取水管路外敷加热带，保证管路不产生冰冻；取水管路前段安装溢流装置，避免管路因压力过高崩裂；管路分析间隙采用排空设计，系统实时显示供水水压。

2.2 预处理单元

2.2.1 简约化流程。预处理单元合理的安装于水质自动监测系统屏柜内，被测水样直接由取水水泵提取，进入固液分离器，固液分离后进入沉沙箱，沉淀15min后提取上清液，存储到取样泵中，待仪器分析处理。固液分离器分离大的颗粒，水样沉淀箱内分离浮游物质及细小物质，取样泵装配金属过滤膜，进一步分离悬浮物质。整个流程不会改变整个水样成分。根据其它仪器对水样的要求，对水样进行预处理，使仪器从其各自的过滤装置中取样。

2.2.2 自动清洗。预处理单元每次测量前、测量后均进行自动清洗流程，测量水样流程前首先对固液分离器、沉沙箱、取样泵、取样杯进行排空处理，取样水泵运行5min，对取水管路进行冲洗，5min后进行取样，通过固液分离器、沉沙箱、取样泵输送最终进入取样杯中(五参数仪器水样不进行任何处理)，测量完毕后通过自来水反冲洗，空压机反吹金属过滤膜，排净清洗液，最后再将各系统中注入自来水，等待下次测量流程启动。

2.2.3 除藻清洗。清洗单元配置除藻加药泵，当系统长时间运行后，可根据需求，定期不定期往系统中添加除藻剂，以防止管路中藻类及其它浮游物质的滋生。清洗完后对沉沙桶进行反冲洗处理操作，清洗可以自动或手动操作。进样过滤器可通过自来水对其进行反冲清洗，也可用压缩空气进行反冲清洗。

2.3 配水单元

2.3.1 旁路设计。为了保证常规五项参数、全光谱COD、电极法氨氮的测量环境，需在源水进入过滤器前预留一旁路，旁路取样装置后端安装常规五项参数、全光谱COD、电极法氨氮固定箱，测量固定性原则上采用密封设计，流速保持恒定，避免产生曝气、搅拌水体等情况产生。为方便系统进行维护，在主管路上，每台仪器都设有旁路系统，通过手动球阀进行调节。当某台仪器、过滤器损坏或者需要维护时，可以打开旁路，关闭主管路，这样既不影响其他仪器的正常工作，又达到了维护维修的目的。

2.3.2 辅助用水设计。由于部分仪器需要辅助用水，拟采用自来水。特殊仪器如毒性分析仪器，需要测量辅助水，如营养液、测量盐水等，该系统配置储液箱，内部液位开关可以实时读取液位值，便于系统维护、管理。

2.3.3 水压、水量分配设计。在进样管路的进口和出口处，均安装压力传感器、温湿度传感器和自力式调节阀，使管道中的样品按预设的压力和流量分配[1]，同时可以观察室内温湿度状态和调节总进样量。在各仪器的进样管路上增加一条旁路，由手动球阀控制，当水样压力过大时，可以通过手动球阀来调节进入仪器中水样的压力。在机柜正面还安装了人工取水龙头，方便现场实验人员进行人工提取水样。

2.4 反冲清洗单元。反冲清洗单元的作用在于用自来水或者清水正向或者反向冲洗管道，防止长时间由于泥沙沉淀导致管道堵塞。为了防止自来水水压过小而影响清洗效果，可根据需要在系统中设一个自来水储水箱，由增压泵将自来水泵入管路。自来水桶水池底部设有排水管道，用于定期清洗桶内。清洗操作在控制系统的控制下定时自动或者根据用户的需要启动，分别对室内进样管路、五参数管路及过滤器进行清洗。结合空气压缩机，将空气和清水混合，实现高压气泡擦洗，可以将管壁附着的泥沙、藻类等清洗掉。

3 仪器设备参数的设置

3.1 全常规五参数分析仪。溶解氧分析仪是一种光学多参数探头，可直接测量水中溶解氧浓度和温度[2]，没有最低流速要求，始终保持精确读数，可通过温度测量进行在线校正，传感元件采用了用于溶解氧测量的荧光淬灭原理，不受阳光直射影响，也不会被损坏。电导率分析仪是一种直接测量水中电导率和温度的多参数探头，没有最低流速要求，始终精确读数，可测量温度和在线校正电导。浊度分析仪是一种测量样品室的水的浊度和温度的光学多参数探头，通过使用浊度散射光测定原理来测量浊度，可对水中极低的悬浮颗粒浓度进行监测。pH分析仪是一种直接测量水中pH值和温度的多参数探头，pH分析仪测量温度并在线校正pH测量的结果。

3.2 光谱在线分析仪。UV-VIS在线紫外可见光谱分析仪是世界上第一个，也是唯一一个可以在液体介质中直接进行连续光谱测量(220～720nm波段)的水质分析仪器。其采用紫外-可见光的阵列感光器和差分光谱分析软件，可以同时测量BOD、COD、TOC、DOC、UV254、SAC、NO3、NO2、NH4、总悬浮固体物(TSS)、浊度(NTU/FTU)、BTX(苯、甲苯、二甲苯总称)、pH值、电导率、氧化还原电位、温度等，具备污染物报警的强大功能，并可分析单个参数或多种参数；它可对检测数据进行吸收谱分析，通过分析吸收谱的变化，可以衡量水质的变化，辨别是哪类物质造成的水体污染。

3.3 总磷自动测定仪。是最新一代的基于Linux操作系统的在线分析仪，超高灵敏度的检测器件充分保证仪表具有超低的检出极限，内置的高精度双光束分光光度计充分保证了分析值的稳定和精确，高精度进样反应系统保证分析值具有极高的稳定性，内置紫外加热消解装置，保证总磷测量的可靠性。

3.4 叶绿素在线测定仪。叶绿素在线分析仪通过直接检测被测水体中叶绿素α的释放荧光量来在线监测叶绿素α的浓度。叶绿素在外加光源的激发下，在某个可见光谱区域吸收光线(主要在红蓝色光区域)，并以荧光的方式在较长波长680nm附近重新释放一小部分吸收能量。叶绿素在线分析仪使用超亮蓝色脉冲LED作为激发光源。一个二色分光镜被用来阻挡LED灯发出的小部分红光。很小部分蓝光被二色分光镜反射，作为评价光源能量变化的参考信号。

4 数据处理系统

数据处理系统主要是完成水质自动监测站系统的控制、数据采集、存储、处理等工作。能实现对取配水单元、预处理单元、水质监测分析单元、辅助分析单元、通信单元、运行环境支持单元等子系统管路、电路的控制，实现对站内各类分析仪表的操作和监控。系统控制支持自动模式、手动模式和远程模式。

5 通信单元

通信单元负责完成将监测数据从现场水质自动监测站传输至监控中心，并将监控中心的控制命令发送回现场监测站。系统控制单元采集的各仪表监测数据、各仪表以及阀门的状态信息、测站环境状态信息等通过GPRS终端发送到监控中心。也可通过GPRS终端接收来自监控中心的控制命令，并反馈给系统控制单元，由系统控制单元执行监控中心的控制命令。

岳城水库水质自动监测系统的建设，可以实现水质的实时连续监测和远程监控，及时掌握水源地水体的水质状况，为防止下游水质污染迅速做出预警预报，及时追踪污染源，保障饮用水源地的水质安全。