馬爽爽

(煙臺(tái)云灃生態(tài)環(huán)境產(chǎn)業(yè)發(fā)展股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264006)

1 水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)與人工監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)比

1.1 監(jiān)測(cè)靈敏度

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器在水環(huán)境保護(hù)中的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)監(jiān)測(cè)的持續(xù)采樣分析，即使水質(zhì)條件復(fù)雜也可保證分析質(zhì)量，測(cè)量范圍完全滿足水質(zhì)監(jiān)測(cè)要求。水溫監(jiān)測(cè)：通常采用熱敏電阻法，測(cè)量范圍在-5℃～50℃，分辨率為0.01，重復(fù)性±0.1。pH值監(jiān)測(cè)：使用玻璃電阻法，測(cè)量范圍0～14，分辨率為0.01，重復(fù)性±0.1。溶解氧：應(yīng)用電化學(xué)電極法測(cè)量，測(cè)量范圍為0～50 mg/L，重復(fù)性±0.2。熒光法測(cè)量范圍為0～25 mg/L，重復(fù)性±0.1，分辨為0.01。電導(dǎo)率：主要使用電極法，測(cè)量范圍為0～500 S/em，重復(fù)性±0.1，分辨率為0.5。濁度監(jiān)測(cè)：應(yīng)用光散射法，測(cè)量范圍0～4 000 NTU，重復(fù)性±5，分辨率為1。除以上5個(gè)常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目外，水質(zhì)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目還包括營(yíng)養(yǎng)鹽、無(wú)機(jī)陰離子、金屬及其化合物、有機(jī)污染物、細(xì)菌等，這些監(jiān)測(cè)項(xiàng)目都有著相應(yīng)的監(jiān)測(cè)儀器，測(cè)量精度與人工監(jiān)測(cè)存在一定的差異。自動(dòng)監(jiān)測(cè)取樣量小，水樣處理與人工監(jiān)測(cè)相比較為簡(jiǎn)單，少數(shù)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的靈敏度不夠，如監(jiān)測(cè)水質(zhì)中的氨氮濃度使用的是氣敏電極法，監(jiān)測(cè)精度最高可達(dá)0.05 mg/L，而在完成濃度定量后為0.2 mg/L，監(jiān)測(cè)結(jié)果不在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)工作失誤。

1.2 采樣方式

監(jiān)測(cè)站取樣設(shè)備為水泵，取樣后使用多種檢測(cè)儀器進(jìn)行分析。但是監(jiān)測(cè)站設(shè)置有著一定的局限性，如果監(jiān)測(cè)水域存在航道，監(jiān)測(cè)站通常設(shè)置在河岸附近，監(jiān)測(cè)點(diǎn)采樣范圍不夠，取樣廣度與深度要略差于人工監(jiān)測(cè)。水質(zhì)監(jiān)測(cè)中，需在監(jiān)測(cè)水域進(jìn)行垂直與水平取樣，對(duì)取樣深度與廣度有著嚴(yán)格要求，并要多設(shè)取樣點(diǎn)，保證取樣具有代表性。自動(dòng)監(jiān)測(cè)在取樣環(huán)節(jié)與人工監(jiān)測(cè)存在著較大的差異，監(jiān)測(cè)水域水流量速率低的情況下，兩種監(jiān)測(cè)方式取樣質(zhì)量差別不大，如果是水流量大的江河監(jiān)測(cè)，那么取樣質(zhì)量將出現(xiàn)較大的差距。

2 水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)分析

2.1 結(jié)構(gòu)分析

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)用了先進(jìn)的設(shè)備與技術(shù)，在監(jiān)測(cè)終端設(shè)置了多參數(shù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)設(shè)備，打造了自動(dòng)站與浮標(biāo)自動(dòng)站，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì)變化，并將數(shù)據(jù)通過(guò)衛(wèi)星、有線、GPRS等多種通信方式反饋給監(jiān)控中心及手機(jī)等終端設(shè)備中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水質(zhì)自動(dòng)化、實(shí)時(shí)化、動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)，確保水質(zhì)監(jiān)測(cè)的時(shí)效性與精確性。監(jiān)測(cè)站布置方面，可以根據(jù)監(jiān)測(cè)水體的實(shí)際情況靈活組站。監(jiān)控中心接收的數(shù)據(jù)形式多樣，包括數(shù)據(jù)、圖表、視頻等，監(jiān)測(cè)人員借助計(jì)算機(jī)與手機(jī)就可確定監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)的水質(zhì)情況。水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的自動(dòng)化、信息化水平較高，可適用于多種不同場(chǎng)景水質(zhì)監(jiān)測(cè)的需要。水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)Fig.1 Structure of automatic water quality monitoring system

2.2 功能分析

2.2.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)

水質(zhì)自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)集成了終端監(jiān)測(cè)設(shè)備、控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)，使其具備持續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的能力，實(shí)現(xiàn)了終端監(jiān)測(cè)設(shè)備不間斷向監(jiān)控中心反饋數(shù)據(jù)，提高了水質(zhì)監(jiān)測(cè)的精確度。自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)用了自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，可以在監(jiān)測(cè)水域移動(dòng)式監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)方式多樣、監(jiān)測(cè)范圍廣，且可直接放入監(jiān)測(cè)點(diǎn)，采用衛(wèi)星通信，無(wú)需傳輸媒介，實(shí)用性更強(qiáng)。監(jiān)測(cè)內(nèi)容方面，多參數(shù)監(jiān)測(cè)設(shè)備可以根據(jù)監(jiān)測(cè)對(duì)象的不同，有目標(biāo)地進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.2.2 報(bào)警功能

水質(zhì)監(jiān)測(cè)的目的是為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)水質(zhì)的異常情況，以便及時(shí)作出處置反應(yīng)。因此在水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)上設(shè)置了報(bào)警功能，當(dāng)監(jiān)控中心接收到終端設(shè)備采集的數(shù)據(jù)后，會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，當(dāng)監(jiān)測(cè)到異常數(shù)據(jù)信息后，監(jiān)控中心會(huì)接收到報(bào)警信息，并給出發(fā)生異常的位置與關(guān)鍵性數(shù)據(jù)信息，水質(zhì)監(jiān)測(cè)人員根據(jù)提示信息可以快速到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，確定發(fā)生數(shù)據(jù)超標(biāo)的原因，避免污染問題的擴(kuò)大。此外，報(bào)警功能不僅限于監(jiān)測(cè)異常報(bào)警，還包括故障報(bào)警功能，當(dāng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)或監(jiān)測(cè)設(shè)備出現(xiàn)故障后，報(bào)警系統(tǒng)也會(huì)發(fā)出警報(bào)并給出故障提示信息，以加快故障處理速度，確保水質(zhì)監(jiān)測(cè)效率與質(zhì)量。

2.2.3 信息管理功能

通過(guò)以上對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的分析可以看出，需要長(zhǎng)期、不間斷的向監(jiān)控中心反饋采集的數(shù)據(jù)信息，因此信息管理是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中非常重要的一項(xiàng)功能。使用監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)可以查閱、保存、刪除、傳輸、發(fā)布信息，并將這些信息存儲(chǔ)至數(shù)據(jù)庫(kù)中，以作為水質(zhì)監(jiān)測(cè)的記錄，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)共享的同時(shí)，可挖掘數(shù)據(jù)潛在價(jià)值，評(píng)估監(jiān)測(cè)水體的發(fā)展?fàn)顩r，這些數(shù)據(jù)信息對(duì)于水環(huán)境保護(hù)有著重要的利用價(jià)值。

3 水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的運(yùn)用

3.1 監(jiān)測(cè)地表水

地表水包括河流、湖泊等，部分地表水跨區(qū)域流動(dòng)，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)空白，影響水質(zhì)監(jiān)測(cè)質(zhì)量。為了形成對(duì)地表水的有效監(jiān)測(cè)，需應(yīng)用水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，在關(guān)鍵區(qū)域、重點(diǎn)區(qū)域設(shè)置水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，形成對(duì)地表水水質(zhì)狀況的精準(zhǔn)把控，防止水質(zhì)污染問題的發(fā)生，監(jiān)測(cè)的主要方向是地表水的水質(zhì)變化情況及河流流動(dòng)規(guī)律，通過(guò)監(jiān)測(cè)采集到的數(shù)據(jù)信息，評(píng)估地表水的現(xiàn)狀，為河流、湖泊的綜合治理提供詳實(shí)、精確的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，提高水環(huán)境保護(hù)效力。

3.2 監(jiān)測(cè)水庫(kù)

水庫(kù)具有防洪抗旱的功能，對(duì)水庫(kù)水質(zhì)狀況的監(jiān)測(cè)關(guān)系到區(qū)域內(nèi)的農(nóng)業(yè)發(fā)展。因此，在水庫(kù)日常管理中需使用水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)掌握水庫(kù)水質(zhì)動(dòng)態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到水質(zhì)異常后，可以及時(shí)發(fā)出警報(bào)，增強(qiáng)水庫(kù)水體的保護(hù)力度。水庫(kù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)中，要監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目較多，包括磷、氮、硝酸鹽、高錳酸鹽等化學(xué)元素，以及濁度、水溫、pH值等。應(yīng)用自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，監(jiān)控中心可以實(shí)時(shí)獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的視頻、圖片、數(shù)據(jù)等信息，監(jiān)測(cè)效果更加直觀有效。

3.3 監(jiān)測(cè)排污口

排污口是水質(zhì)監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)項(xiàng)目，也是水環(huán)境污染的主要來(lái)源。排污口較為特殊，其流經(jīng)的水體是經(jīng)過(guò)處理后達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)廢水或生活污水，但由于存在違規(guī)排放的問題，導(dǎo)致不符合國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的污水排放至排污口，所以排污口一直以來(lái)都是水質(zhì)監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)，需要在排污口設(shè)置自動(dòng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，對(duì)其進(jìn)行全方位、不間斷的監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)排污口的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程控制，以防止不達(dá)標(biāo)污水流出。

要求排污企業(yè)繳納排污稅，增強(qiáng)污水處理監(jiān)管力度，使用自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)其排污情況進(jìn)行實(shí)時(shí)管控，以企業(yè)排污的化學(xué)需氧量為衡量標(biāo)準(zhǔn)，如果排污超出這一標(biāo)準(zhǔn)，則使用自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)遠(yuǎn)程關(guān)閉其排污閥門，避免污水流入自然環(huán)境中。為了實(shí)現(xiàn)排污口的實(shí)時(shí)監(jiān)管，需使用自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行智能化管理，為每個(gè)排污企業(yè)發(fā)放IC卡，該卡為繳費(fèi)卡，排污企業(yè)需先存費(fèi)用，持卡排放污水，以實(shí)現(xiàn)對(duì)排污企業(yè)的遠(yuǎn)程監(jiān)管。

4 監(jiān)測(cè)效益分析

4.1 監(jiān)測(cè)效率高

水環(huán)境保護(hù)工作涉及的內(nèi)容較多，保護(hù)工作難度較大，再加上基層水質(zhì)監(jiān)測(cè)人員數(shù)量有限，導(dǎo)致傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)效率較差。水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)了水環(huán)境的實(shí)時(shí)、不間斷、自動(dòng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，解決了水環(huán)境保護(hù)人員不足的現(xiàn)狀，監(jiān)測(cè)效率得到了提高，無(wú)需監(jiān)測(cè)人員現(xiàn)場(chǎng)操作，在監(jiān)控中心就可獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)狀況，水質(zhì)數(shù)據(jù)信息自動(dòng)化采集、自動(dòng)傳輸處理，有效避免了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的誤差問題，監(jiān)測(cè)效益與監(jiān)測(cè)效率良好。

4.2 實(shí)現(xiàn)持續(xù)性監(jiān)測(cè)

使用傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)技術(shù)時(shí)，需要監(jiān)測(cè)人員定期到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)操作，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不連續(xù)，無(wú)法形成準(zhǔn)確的水質(zhì)變化曲線。使用自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)可以在水環(huán)境中設(shè)置浮標(biāo)自動(dòng)站，無(wú)論是湖泊還是入?？诙伎山ㄕ?，實(shí)現(xiàn)了水環(huán)境的持續(xù)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掌控水環(huán)境的水質(zhì)狀況，有效掌控了水環(huán)境保護(hù)大局，確保了監(jiān)測(cè)的全面性和細(xì)節(jié)性，極大提升了水質(zhì)監(jiān)測(cè)成效。

4.3 監(jiān)測(cè)經(jīng)濟(jì)性好

自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境保護(hù)中的運(yùn)用使得日常監(jiān)測(cè)獲取的數(shù)據(jù)量增加。使用數(shù)字技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、加工，可獲取監(jiān)測(cè)點(diǎn)的圖形、數(shù)據(jù)信息，且是遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制，簡(jiǎn)化了人工操作環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)、信息化管理，在提升監(jiān)測(cè)效率的同時(shí)，節(jié)約了人力與物力成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

5 水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)際應(yīng)用中存在的問題及解決對(duì)策

5.1 存在的問題

受到監(jiān)測(cè)條件限制。自動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的自動(dòng)化水平較高，運(yùn)行可靠，但是在實(shí)際應(yīng)用中仍然存在一定的不足。自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)運(yùn)用會(huì)受到監(jiān)測(cè)水域?qū)嶋H情況的限制，監(jiān)測(cè)范圍不夠。從整體上來(lái)說(shuō)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)可監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目要少于人工監(jiān)測(cè)。

技術(shù)規(guī)范有待完善。自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境保護(hù)中應(yīng)用時(shí)間不長(zhǎng)，目前應(yīng)用的水質(zhì)監(jiān)測(cè)體系還有待進(jìn)一步完善。人工監(jiān)測(cè)與自動(dòng)監(jiān)測(cè)兩者結(jié)合運(yùn)用缺少技術(shù)規(guī)范的支撐，使得自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)際運(yùn)用質(zhì)效受到了影響。國(guó)家和行業(yè)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中，針對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在水質(zhì)監(jiān)測(cè)與水質(zhì)分析中的應(yīng)用描述較少，側(cè)重于人工監(jiān)測(cè)方面的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范要求，而自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在水環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范不夠完善，形成對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展的制約，監(jiān)測(cè)成果的利用也受到不同程度的影響。

5.2 解決對(duì)策

增加監(jiān)測(cè)范圍。為了提升水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的精確度，需要研發(fā)出單項(xiàng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，以綜合監(jiān)測(cè)為發(fā)展方向，對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行改進(jìn)與創(chuàng)新，逐步擴(kuò)大自動(dòng)監(jiān)測(cè)深度與廣度，確保自動(dòng)監(jiān)測(cè)范圍符合水質(zhì)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)與要求。

構(gòu)建動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)機(jī)制。水質(zhì)監(jiān)測(cè)站包括固定監(jiān)測(cè)站與非固定監(jiān)測(cè)站，針對(duì)無(wú)法設(shè)置固定監(jiān)測(cè)站的位置，可集成自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)打造自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)水域范圍內(nèi)的靈活建站。比如，使用太陽(yáng)能浮標(biāo)自動(dòng)站，采取不同的組合方式在監(jiān)測(cè)水域各個(gè)敏感位置進(jìn)行站點(diǎn)部署，構(gòu)建動(dòng)態(tài)化、實(shí)時(shí)化的監(jiān)測(cè)機(jī)制，以保證水質(zhì)監(jiān)測(cè)精確度。

加強(qiáng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理。水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在日常運(yùn)行過(guò)程中采集到大量的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期積累會(huì)逐漸形成大量的冗余數(shù)據(jù)，過(guò)高的冗余數(shù)據(jù)量會(huì)影響水質(zhì)監(jiān)測(cè)分析結(jié)果的精確度。為了避免數(shù)據(jù)收集、處理、挖掘出現(xiàn)問題，應(yīng)充分利用大數(shù)據(jù)技術(shù)，在水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中設(shè)置數(shù)據(jù)分析模塊，為監(jiān)測(cè)站的日常運(yùn)維提供依據(jù)，防止監(jiān)測(cè)結(jié)果出現(xiàn)偏差，提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)利用率。此外，還應(yīng)加強(qiáng)入庫(kù)數(shù)據(jù)的審核工作，明確監(jiān)測(cè)人員的數(shù)據(jù)審核責(zé)任，提高監(jiān)測(cè)站日常運(yùn)維質(zhì)量與效率。

6 結(jié)語(yǔ)

水環(huán)境保護(hù)對(duì)于社會(huì)生態(tài)文明建設(shè)有著重要的意義。水環(huán)境保護(hù)關(guān)系著社會(huì)發(fā)展與進(jìn)步，而水質(zhì)監(jiān)測(cè)則是水環(huán)境保護(hù)的重要內(nèi)容。通過(guò)對(duì)水環(huán)境水質(zhì)的有效監(jiān)測(cè)，可以確定水質(zhì)現(xiàn)狀，并可評(píng)估其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。對(duì)水環(huán)境進(jìn)行持續(xù)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)非常必要。自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)了水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的同時(shí)還具備數(shù)據(jù)信息管理功能與報(bào)警功能，極大提升了水質(zhì)監(jiān)測(cè)效率與質(zhì)量，進(jìn)一步增強(qiáng)了水環(huán)境保護(hù)成效。