□吳 瓊 湛忠宇 朱永軍

隨著科技發(fā)展及技術(shù)進(jìn)步，自動(dòng)化技術(shù)得以在在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用。在線水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，可以提前設(shè)置好相關(guān)程序，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)化采集與處理，并詳細(xì)分析數(shù)據(jù)，進(jìn)而直接體現(xiàn)出水體的質(zhì)量。工作人員便可以根據(jù)所得數(shù)據(jù)，制定有效的改善措施，進(jìn)而有效保證水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作的準(zhǔn)確性，以及在線水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在線水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制，包括人員素質(zhì)提升、運(yùn)行及管理機(jī)制制定、試劑與標(biāo)準(zhǔn)配制等，自動(dòng)監(jiān)測(cè)有別于傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)方式，它具有連續(xù)監(jiān)測(cè)的特點(diǎn)，因此做好質(zhì)量控制工作十分重要。

1.水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心元件為在線自動(dòng)分析儀，該系統(tǒng)有效集合了現(xiàn)代傳感器技術(shù)、自動(dòng)化測(cè)量技術(shù)、自動(dòng)化控制技術(shù)、計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)以及通訊網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，其主要組成部分為水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站以及水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平臺(tái)，如圖1 所示。水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的主要部分包括站房、采水系統(tǒng)、輔助系統(tǒng)、質(zhì)量控制單元、傳輸單元及數(shù)據(jù)采集單元等。輔助單元的主要組成部分為廢液?jiǎn)卧?、防雷設(shè)施及純水制備單元等；水站自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)平臺(tái)的主要功能為對(duì)水站進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控以及數(shù)據(jù)的傳輸、統(tǒng)計(jì)及應(yīng)用。

2.自動(dòng)站建設(shè)過程中需重視問題

2.1 站點(diǎn)選擇

站點(diǎn)選擇決定著監(jiān)測(cè)水樣時(shí)間及空間上是否具有典型性，能否將監(jiān)測(cè)水體質(zhì)量情況真實(shí)有效地體現(xiàn)出來。選擇站點(diǎn)位置的過程中需要對(duì)斷面的特征進(jìn)行全面分析，需要考慮的因素較多，主要包括水流穩(wěn)定性強(qiáng)弱，水流是否存在湍流或者紊流，水深以及河道或堤岸抗沖刷性能強(qiáng)弱等，在選擇站點(diǎn)時(shí)需要對(duì)下述幾點(diǎn)加以重視。選擇斷面時(shí)應(yīng)該盡量保證其位于平直河段，水文條件良好；同上流支流匯合位置或者排污口有一定的距離，能夠確保水質(zhì)的均勻穩(wěn)定性；基于不對(duì)航道正常運(yùn)行的影響，取水點(diǎn)需要與河岸保持較遠(yuǎn)的距離；取水口位置應(yīng)該具有一定的水交換性能，不能將河流取水口設(shè)置在死水區(qū)域、緩流區(qū)域或者回流區(qū)域；將取水點(diǎn)設(shè)置在水下0.5～1m 的范圍之內(nèi)，并預(yù)防底質(zhì)淤泥影響到采水水質(zhì)；明確站點(diǎn)位置的過程中需要認(rèn)真比較取水口位置水質(zhì)和斷面水質(zhì)，如果二者指標(biāo)相差較大，應(yīng)該及時(shí)更換位置。

2.2 采水、配水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

采水系統(tǒng)需要確保任何情況下都可以將采樣點(diǎn)的水樣引流到站房，配水系統(tǒng)則需要與儀器設(shè)備結(jié)合合理調(diào)配水流流量及壓力，并進(jìn)行有效清洗及過濾，為在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器提高符合監(jiān)測(cè)要求的水樣。

對(duì)采水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，需要對(duì)當(dāng)?shù)厮臈l件、地質(zhì)環(huán)境、防洪性能等進(jìn)行全面分析，合理選擇。應(yīng)將采水口設(shè)置在沖刷區(qū)域，盡量不要設(shè)置在死水區(qū)域、緩流區(qū)域或者回流區(qū)域，不要設(shè)置在湍流區(qū)域以及淤泥較多的區(qū)域，以防水樣在傳輸管路中發(fā)生物理及化學(xué)作用，水質(zhì)發(fā)生變化。很多水質(zhì)自動(dòng)站建設(shè)過程中因?yàn)闆]有合理設(shè)計(jì)采水系統(tǒng)，直接導(dǎo)致采水難度較多或是采集水樣沒有典型性。除此之外，北方地區(qū)溫度偏低，需要對(duì)該系統(tǒng)設(shè)置專門的動(dòng)態(tài)加熱裝置，以防管路在寒冬季節(jié)被凍結(jié)，水流中泥沙含量較多的點(diǎn)位需要合理設(shè)置反沖洗系統(tǒng)，做好排沙處理。表1為不同種類采水系統(tǒng)及使用場(chǎng)合。

圖1 水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

表1 不同種類采水系統(tǒng)及使用場(chǎng)合

配水系統(tǒng)則需要滿足儀器設(shè)備對(duì)水流和水壓的要求，例如如果使用膜電極法對(duì)溶解酶進(jìn)行測(cè)定，在該環(huán)節(jié)中，需要補(bǔ)充溶解酶才能保持平衡，這水流速對(duì)測(cè)定有較大影響，配水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要結(jié)合儀器要求流速情況進(jìn)行分析，否則測(cè)試數(shù)據(jù)會(huì)較低。通過配水系統(tǒng)處理水樣的過程中要注意不要破壞被測(cè)水樣的成分，水質(zhì)參數(shù)不需要進(jìn)行預(yù)處理，直接分析即可。

2.3 自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器選型

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)需要通過相關(guān)儀器設(shè)備實(shí)施，為了確保儀器量值溯源和常規(guī)檢測(cè)結(jié)果能夠進(jìn)行有效對(duì)比，儀器監(jiān)測(cè)方法需要根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法執(zhí)行。同時(shí)儀器監(jiān)測(cè)的范圍要與監(jiān)測(cè)水質(zhì)的要求相符，與水質(zhì)情況結(jié)合明確儀器量程，通常情況下監(jiān)測(cè)水樣的濃度范圍在滿量程的20%～90%，否則則可能出現(xiàn)較大誤差。對(duì)水質(zhì)較好的斷面來說，應(yīng)選擇高靈敏度的設(shè)備，例如對(duì)低濃度氨氮監(jiān)測(cè)時(shí)，則需要選擇氨氣敏電極，有效降低誤差。對(duì)于水質(zhì)較差的斷面來說，可選擇燃燒法TOC。

2.4 數(shù)據(jù)輸出及采集

應(yīng)保證數(shù)據(jù)傳輸及采集的完整性和準(zhǔn)確性，最大程度上降低誤差。需要對(duì)儀器的輸出量程及控制軟件設(shè)置量程的一致性進(jìn)行定期檢查，如果兩者存在差異則需要及時(shí)恢復(fù)原設(shè)置，嚴(yán)禁工作人員隨意更改量程。

除此之外還需要對(duì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)數(shù)據(jù)及實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的一致性進(jìn)行定期檢查，如果存在較大差異或者無法下載儀器數(shù)據(jù)則需要及時(shí)采取有效的處理措施。

3.在線水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)質(zhì)量控制措施

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)所包含的檢測(cè)項(xiàng)目較多，使用自動(dòng)化監(jiān)測(cè)儀器的過程中需要嚴(yán)格按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。

3.1 定期校準(zhǔn)

與實(shí)際水質(zhì)情況結(jié)合，明確分析儀的校準(zhǔn)時(shí)間，確保校準(zhǔn)周期不大于1 個(gè)月。在校準(zhǔn)儀器的過程中還需要及時(shí)清洗傳感器，做好試劑更新處理，全面清洗內(nèi)部系統(tǒng)，并與檢測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)合，隨機(jī)校準(zhǔn)系統(tǒng)局部單元，分析檢查數(shù)據(jù)是否處于標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。某分析儀每20 天進(jìn)行一次標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)，同時(shí)更新試劑，全面清洗，需要觀察其V0 值和V2 值是否符合相關(guān)要求，通常情況下V0 值約為400V，V2 值約為1200V，二者之間的差值在800V 左右。

3.2 標(biāo)液核查

定期檢測(cè)自配標(biāo)準(zhǔn)溶液，低儀器的基線漂移情況進(jìn)行分析。具體應(yīng)用步驟：某儀器使用71 號(hào)管，連續(xù)6 次檢測(cè)自配標(biāo)準(zhǔn)溶液，根據(jù)結(jié)果計(jì)算儀器的精密度和準(zhǔn)確度，如果使用質(zhì)控樣對(duì)共同檢測(cè)，則需要查看測(cè)定值是否和標(biāo)準(zhǔn)值相符。質(zhì)控樣和自配標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度值范圍在儀器量值的中間區(qū)域，計(jì)算公式如下（RE 表示準(zhǔn)確度，如果該值大于10，則需要對(duì)儀器重新校準(zhǔn)）：

該計(jì)算公式中表示對(duì)樣品6 次檢測(cè)的平均值，c 表示標(biāo)準(zhǔn)樣品標(biāo)準(zhǔn)值，使用RSD 表示儀器精密度，計(jì)算公式如下：

3.3 試劑有效性檢測(cè)

工作人員需要定期更換水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器的標(biāo)準(zhǔn)溶液及試劑，使其于常溫狀態(tài)下存儲(chǔ)數(shù)周，但是在使用過程中，標(biāo)準(zhǔn)溶液及試劑極容易受到外部環(huán)境因素的影響，很容易發(fā)生分解和降解。例如試劑性質(zhì)、室內(nèi)環(huán)境因素及試劑濃度等都對(duì)標(biāo)準(zhǔn)溶液及試劑的穩(wěn)定性有較大影響。一般情況下，需要將氧化試劑儲(chǔ)存在避光區(qū)域。標(biāo)準(zhǔn)溶液的濃度越高，其分解速度越慢，二者呈反相關(guān)關(guān)系。溶液及試劑都不可儲(chǔ)存在溫度較高的區(qū)域。為了確保二者檢測(cè)的可靠性，定期更換十分重要。

3.4 比對(duì)實(shí)驗(yàn)

在對(duì)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行情況進(jìn)行檢查的過程中，應(yīng)與實(shí)際情況結(jié)合進(jìn)行水樣的比對(duì)實(shí)驗(yàn)。應(yīng)使用相同的水樣進(jìn)行比對(duì)實(shí)驗(yàn)，如果監(jiān)測(cè)儀器需要過濾水樣，那么實(shí)驗(yàn)中也需要過濾水樣，兩者取樣的位置需要相同。對(duì)瞬時(shí)水樣采取的過程中，同自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀共同采樣，每次僅采取一個(gè)水樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，采樣的過程中詳細(xì)記錄監(jiān)測(cè)儀讀數(shù)，共采集兩個(gè)平行樣，將兩者對(duì)比分析。對(duì)比每次實(shí)驗(yàn)結(jié)果平均值和自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的結(jié)果，計(jì)算誤差。計(jì)算公式：

其中Xi 表示監(jiān)測(cè)儀器測(cè)試具體值，i 表示實(shí)驗(yàn)平均值。

3.5 數(shù)據(jù)的檢查及審核

數(shù)據(jù)檢查及審核對(duì)于監(jiān)測(cè)儀器來說十分重要，在線分析儀的一個(gè)周期通常為4 個(gè)小時(shí)，定時(shí)對(duì)每組的數(shù)據(jù)展開分析。通常情況下，自動(dòng)檢測(cè)數(shù)據(jù)具有較大的信息量，在實(shí)際操作環(huán)節(jié)，難免會(huì)發(fā)生數(shù)值較高或者較低的情況，如果在前后均為正常值的前提下數(shù)值異常，主要原因便是儀器內(nèi)部試劑傳輸?shù)纫蛩貙?dǎo)致，應(yīng)及時(shí)解決。但是如果某參數(shù)發(fā)生改變，相關(guān)參數(shù)也隨之改變，則需要全面分析導(dǎo)致該問題的具體原因。如果數(shù)無法查明據(jù)異常原因，應(yīng)認(rèn)真核查系統(tǒng)各種不好走，并采集水樣進(jìn)行詳細(xì)分析，并且增加監(jiān)測(cè)的頻率，知道發(fā)現(xiàn)問題為止。通常情況下可以通過不同指標(biāo)和數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行檢查和審核。數(shù)據(jù)檢查及審核工作是保障數(shù)據(jù)質(zhì)量的重要途徑，能夠有效提高數(shù)據(jù)的可靠性，工作人員需要加以重視。

4.結(jié)語

在線水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的目的為了解水體變化情況，對(duì)于水環(huán)境的保護(hù)及治理提供重要參考數(shù)據(jù)，所以為了能夠保證數(shù)據(jù)的可靠性及準(zhǔn)確性，應(yīng)確保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)始終處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)的狀態(tài)下，根據(jù)實(shí)際情況實(shí)施有效的質(zhì)量控制措施?！?/p>