高迪

（水利部海委漳衛(wèi)南運河管理局 山東 德州 253009）

岳城水庫是海河流域漳衛(wèi)南運河水系漳河上的大型控制性水利工程，擔負著向河北邯鄲市、河南安陽市的城市供水和保證下游地區(qū)灌溉用水的任務，已列入《全國重要飲用水水源地名錄》。近年來，由于漳河上游地區(qū)工礦企業(yè)的發(fā)展造成突發(fā)性水污染事件發(fā)生概率增加，水環(huán)境風險急劇上升，岳城水庫庫區(qū)水體水質(zhì)面臨的威脅日益嚴重。岳城水庫壩前水質(zhì)自動監(jiān)測站位于岳城水庫大壩前，它的建設有效地對庫區(qū)來水和出水水質(zhì)進行了動態(tài)監(jiān)測，彌補了自動化監(jiān)測手段缺失的技術(shù)短板，提高了漳衛(wèi)南局履行監(jiān)測職能的水平，對保障水源地供水安全，保障周邊群眾的生命財產(chǎn)安全和周邊地區(qū)的社會穩(wěn)定具有重要意義。

1 水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)

水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)是一個以在線分析儀表和實驗室研究需求為服務目標，以提供具有代表性、及時性和可靠性的樣品信息為核心任務，運用自動控制技術(shù)、計算機技術(shù)并配以專業(yè)軟件，組成一個從取樣、預處理、分析到數(shù)據(jù)處理及存貯的完整系統(tǒng)，從而實現(xiàn)對樣品的在線自動監(jiān)測。

2 系統(tǒng)組成

水質(zhì)自動監(jiān)測主要包括取水單元、預處理單元、檢測分析單元、數(shù)據(jù)采集與傳輸單元。

2.1 水樣采集單元。岳城水庫水質(zhì)自動監(jiān)測站配置常規(guī)五參數(shù)分析儀、全光譜在線分析儀、總磷分析儀、葉綠素在線測定儀，其中，總磷分析儀必須采用取水至站房檢測的方式。因此，岳城水庫站采用取水至站房檢測的方式。取水單元主要負責完成水樣從水體中采集及輸送至站房的功能。取水單元主要包括取水泵、取水管路及加熱保溫裝置、樣品前置過濾系統(tǒng)、取水支架和浮臺。在壩前水面上設置浮臺，采用套管取水方式，取水泵放置于套管內(nèi)，通過浮臺保證取水口位于水面以下。岳城水庫站歷年水位變幅達到25m，取水深度根據(jù)現(xiàn)場水位變幅自動調(diào)整，考慮水位變幅和施工影響，取水管路按100m計。取水單元主要包括取水浮臺、取水泵、取水管路及加熱保溫裝置、樣品前置過濾系統(tǒng)及地錨、取水支架和泵井等。自動調(diào)節(jié)取樣水位，確保取水位置為0.5～1m；取水平臺采用圓形設計，有效減少水阻；取水管采用磐石增強水管，盡量使用整管，避免過多接頭；采用手動閥流速調(diào)節(jié)；排空設計，避免管路內(nèi)部產(chǎn)生冰凍或藻類；取水管路外敷加熱帶，保證管路不產(chǎn)生冰凍；取水管路前段安裝溢流裝置，避免管路因壓力過高崩裂；管路分析間隙采用排空設計，系統(tǒng)實時顯示供水水壓。

2.2 預處理單元

2.2.1 簡約化流程。預處理單元合理的安裝于水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)屏柜內(nèi)，被測水樣直接由取水水泵提取，進入固液分離器，固液分離后進入沉沙箱，沉淀15min后提取上清液，存儲到取樣泵中，待儀器分析處理。固液分離器分離大的顆粒，水樣沉淀箱內(nèi)分離浮游物質(zhì)及細小物質(zhì)，取樣泵裝配金屬過濾膜，進一步分離懸浮物質(zhì)。整個流程不會改變整個水樣成分。根據(jù)其它儀器對水樣的要求，對水樣進行預處理，使儀器從其各自的過濾裝置中取樣。

2.2.2 自動清洗。預處理單元每次測量前、測量后均進行自動清洗流程，測量水樣流程前首先對固液分離器、沉沙箱、取樣泵、取樣杯進行排空處理，取樣水泵運行5min，對取水管路進行沖洗，5min后進行取樣，通過固液分離器、沉沙箱、取樣泵輸送最終進入取樣杯中(五參數(shù)儀器水樣不進行任何處理)，測量完畢后通過自來水反沖洗，空壓機反吹金屬過濾膜，排凈清洗液，最后再將各系統(tǒng)中注入自來水，等待下次測量流程啟動。

2.2.3 除藻清洗。清洗單元配置除藻加藥泵，當系統(tǒng)長時間運行后，可根據(jù)需求，定期不定期往系統(tǒng)中添加除藻劑，以防止管路中藻類及其它浮游物質(zhì)的滋生。清洗完后對沉沙桶進行反沖洗處理操作，清洗可以自動或手動操作。進樣過濾器可通過自來水對其進行反沖清洗，也可用壓縮空氣進行反沖清洗。

2.3 配水單元

2.3.1 旁路設計。為了保證常規(guī)五項參數(shù)、全光譜COD、電極法氨氮的測量環(huán)境，需在源水進入過濾器前預留一旁路，旁路取樣裝置后端安裝常規(guī)五項參數(shù)、全光譜COD、電極法氨氮固定箱，測量固定性原則上采用密封設計，流速保持恒定，避免產(chǎn)生曝氣、攪拌水體等情況產(chǎn)生。為方便系統(tǒng)進行維護，在主管路上，每臺儀器都設有旁路系統(tǒng)，通過手動球閥進行調(diào)節(jié)。當某臺儀器、過濾器損壞或者需要維護時，可以打開旁路，關閉主管路，這樣既不影響其他儀器的正常工作，又達到了維護維修的目的。

2.3.2 輔助用水設計。由于部分儀器需要輔助用水，擬采用自來水。特殊儀器如毒性分析儀器，需要測量輔助水，如營養(yǎng)液、測量鹽水等，該系統(tǒng)配置儲液箱，內(nèi)部液位開關可以實時讀取液位值，便于系統(tǒng)維護、管理。

2.3.3 水壓、水量分配設計。在進樣管路的進口和出口處，均安裝壓力傳感器、溫濕度傳感器和自力式調(diào)節(jié)閥，使管道中的樣品按預設的壓力和流量分配[1]，同時可以觀察室內(nèi)溫濕度狀態(tài)和調(diào)節(jié)總進樣量。在各儀器的進樣管路上增加一條旁路，由手動球閥控制，當水樣壓力過大時，可以通過手動球閥來調(diào)節(jié)進入儀器中水樣的壓力。在機柜正面還安裝了人工取水龍頭，方便現(xiàn)場實驗人員進行人工提取水樣。

2.4 反沖清洗單元。反沖清洗單元的作用在于用自來水或者清水正向或者反向沖洗管道，防止長時間由于泥沙沉淀導致管道堵塞。為了防止自來水水壓過小而影響清洗效果，可根據(jù)需要在系統(tǒng)中設一個自來水儲水箱，由增壓泵將自來水泵入管路。自來水桶水池底部設有排水管道，用于定期清洗桶內(nèi)。清洗操作在控制系統(tǒng)的控制下定時自動或者根據(jù)用戶的需要啟動，分別對室內(nèi)進樣管路、五參數(shù)管路及過濾器進行清洗。結(jié)合空氣壓縮機，將空氣和清水混合，實現(xiàn)高壓氣泡擦洗，可以將管壁附著的泥沙、藻類等清洗掉。

3 儀器設備參數(shù)的設置

3.1 全常規(guī)五參數(shù)分析儀。溶解氧分析儀是一種光學多參數(shù)探頭，可直接測量水中溶解氧濃度和溫度[2]，沒有最低流速要求，始終保持精確讀數(shù)，可通過溫度測量進行在線校正，傳感元件采用了用于溶解氧測量的熒光淬滅原理，不受陽光直射影響，也不會被損壞。電導率分析儀是一種直接測量水中電導率和溫度的多參數(shù)探頭，沒有最低流速要求，始終精確讀數(shù)，可測量溫度和在線校正電導。濁度分析儀是一種測量樣品室的水的濁度和溫度的光學多參數(shù)探頭，通過使用濁度散射光測定原理來測量濁度，可對水中極低的懸浮顆粒濃度進行監(jiān)測。pH分析儀是一種直接測量水中pH值和溫度的多參數(shù)探頭，pH分析儀測量溫度并在線校正pH測量的結(jié)果。

3.2 光譜在線分析儀。UV-VIS在線紫外可見光譜分析儀是世界上第一個，也是唯一一個可以在液體介質(zhì)中直接進行連續(xù)光譜測量(220～720nm波段)的水質(zhì)分析儀器。其采用紫外-可見光的陣列感光器和差分光譜分析軟件，可以同時測量BOD、COD、TOC、DOC、UV254、SAC、NO3、NO2、NH4、總懸浮固體物(TSS)、濁度(NTU/FTU)、BTX(苯、甲苯、二甲苯總稱)、pH值、電導率、氧化還原電位、溫度等，具備污染物報警的強大功能，并可分析單個參數(shù)或多種參數(shù)；它可對檢測數(shù)據(jù)進行吸收譜分析，通過分析吸收譜的變化，可以衡量水質(zhì)的變化，辨別是哪類物質(zhì)造成的水體污染。

3.3 總磷自動測定儀。是最新一代的基于Linux操作系統(tǒng)的在線分析儀，超高靈敏度的檢測器件充分保證儀表具有超低的檢出極限，內(nèi)置的高精度雙光束分光光度計充分保證了分析值的穩(wěn)定和精確，高精度進樣反應系統(tǒng)保證分析值具有極高的穩(wěn)定性，內(nèi)置紫外加熱消解裝置，保證總磷測量的可靠性。

3.4 葉綠素在線測定儀。葉綠素在線分析儀通過直接檢測被測水體中葉綠素α的釋放熒光量來在線監(jiān)測葉綠素α的濃度。葉綠素在外加光源的激發(fā)下，在某個可見光譜區(qū)域吸收光線(主要在紅藍色光區(qū)域)，并以熒光的方式在較長波長680nm附近重新釋放一小部分吸收能量。葉綠素在線分析儀使用超亮藍色脈沖LED作為激發(fā)光源。一個二色分光鏡被用來阻擋LED燈發(fā)出的小部分紅光。很小部分藍光被二色分光鏡反射，作為評價光源能量變化的參考信號。

4 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要是完成水質(zhì)自動監(jiān)測站系統(tǒng)的控制、數(shù)據(jù)采集、存儲、處理等工作。能實現(xiàn)對取配水單元、預處理單元、水質(zhì)監(jiān)測分析單元、輔助分析單元、通信單元、運行環(huán)境支持單元等子系統(tǒng)管路、電路的控制，實現(xiàn)對站內(nèi)各類分析儀表的操作和監(jiān)控。系統(tǒng)控制支持自動模式、手動模式和遠程模式。

5 通信單元

通信單元負責完成將監(jiān)測數(shù)據(jù)從現(xiàn)場水質(zhì)自動監(jiān)測站傳輸至監(jiān)控中心，并將監(jiān)控中心的控制命令發(fā)送回現(xiàn)場監(jiān)測站。系統(tǒng)控制單元采集的各儀表監(jiān)測數(shù)據(jù)、各儀表以及閥門的狀態(tài)信息、測站環(huán)境狀態(tài)信息等通過GPRS終端發(fā)送到監(jiān)控中心。也可通過GPRS終端接收來自監(jiān)控中心的控制命令，并反饋給系統(tǒng)控制單元，由系統(tǒng)控制單元執(zhí)行監(jiān)控中心的控制命令。

岳城水庫水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的建設，可以實現(xiàn)水質(zhì)的實時連續(xù)監(jiān)測和遠程監(jiān)控，及時掌握水源地水體的水質(zhì)狀況，為防止下游水質(zhì)污染迅速做出預警預報，及時追蹤污染源，保障飲用水源地的水質(zhì)安全。