水质自动监测技术和在线自动监测仪
1前言
水质在线自动监测系统是以一套在线自动分析仪器为核心，利用现代传感器技术，自动测量技术，自动控制技术，计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通讯网络组成的，全面在线自动监控数据，统计数据和处理监控数据，可以打印出每日，每周，每月，每季度，每年的平均数据以及各种监控和统计报告，如每日，每周，每月，每季度，每年的最大值和最小值。图表（条形图，曲线图，多轨图，比较图等），可以输入中央数据库或在线。收集和长期存储指定的监视数据以及各种操作数据和环境数据以进行检索。该系统具有对超出标准的工程监控和变电站状态信号的显示和报警功能；自动操作，断电保护，来电自动恢复；维护检查状态测试，方便日常维护和紧急故障排除。
实施水质自动监测，可以实现对水质的实时连续监测和远程监测，达到并掌握主流域重点段水质状况，对重大或流域水污染事故进行预警和预报，解决行政区域内水污染事故纠纷，旨在监督总量控制制度的实施和排放达标情况。
2水质自动监测技术
2.1自动水质监测系统的组成
在水质自动监测系统网络中，中心站通过卫星和电话拨号两种通信方式实现每个子站的实时监测，远程控制和数据传输功能。管理子站的实时监控，远程控制和数据传输功能，其他授权相关部门可以通过电话拨号对相关子站进行实时监控和数据传输。
每个变电站是一个独立且完整的水质自动监测系统，通常由6个主要子系统组成，包括：采样系统，预处理系统，监测仪器系统，PLC控制系统，数据采集，处理和传输子系统以及远程数据管理中心，监控站室或监控室。目前，自动水质监测系统中的子系统和远程数据管理中心，监测站或监测房屋。目前，在水质自动监测系统中，形成变电站的方式大致有三种：
（1）变电站，由一个或多个小型多参数自动水质分析仪（例如，YS1和HYDROLAB的常规五参数分析仪）组成（可以使用多种组合来测量不同的水深质量），其特点是可以将仪器直接放在水中进行测量，系统灵活方便。
（[2）固定变电站：这是一种较为传统的系统组成方法。其特点是监视项目的选择范围广泛。
（3）移动子站：固定子站的设备和设备都安装在拖车（监控室）上，可以根据需要移动该站点，也可以将其视为半固定子站站，其特点是作曲成本较高。
每个单元通过水样传输管道系统，信号传输系统，压缩空气传输管道系统和纯水传输管道系统相互连接。
一个高度可靠的水质自动监控系统必须同时具有四个要素，即（1）高质量的系统设备；（2）完整的系统设计；（3）严格的施工管理；（4） ]负责任的运营管理。
2.2水质自动监测的关键技术
2.2.1个集水单元
包括水泵，管道，电源和安装结构。在设计中，有必要针对各种气候，地形，水位变化和水中的沉积物等提出相应的解决方案，这些解决方案可以与整个系统同步地自动连续地工作，以向水库提供可靠有效的水样。系统。
2.2.2水分配单元
包括水样预处理设备，自动清洁设备和辅助部件。配水单元直接向自动监测仪供水，具有在线除泥和在线过滤，手动和自动管道反冲洗以及除藻装置；其水质，水压和水量应满足自动监测仪的需求。
2.2.3个分析单元
由一系列自动水质分析和测量仪器组成，包括：水温，pH，溶解氧（DO），电导率，浊度，氨氮，化学需氧量，高锰酸盐指数，总有机碳（TOC）） ，总氮，总磷，硝酸盐，磷酸盐，氰化物，氟化物，氯化物，苯酚，油，金属离子，水位计，流量/流量/流向计和自动采样器。主要在线自动分析工具的发展状况将在第3节中详细介绍。
2.2.4控制单元</ p>
包括：（1）系统控制柜和系统控制软件；（2）数据采集，处理和存储及其应用软件；（3）有线通信和卫星通信设备。
2.2.5个变电站站的建筑物和辅助设施
包括：（1）车站大楼主体；（2）辅助设施
3在线自动分析仪器的开发
3.1概述
自动水质监测仪仍在开发中，欧洲，美国，日本，澳大利亚和其他国家的一些专业制造商已经生产了它们。目前，比较成熟的常规项目包括：水温，pH，溶解氧（DO），电导率，浊度，氧化还原电位（ORP），流量和水位等。常用的监测项目有：COD，高锰酸盐指数，TOC自动测量设备，氨氮，总氮，总磷。其他包括：氟化物，氯化物，硝酸盐，亚硝酸盐，氰化物，硫酸盐，磷酸盐，活性氯，TOD，BOD，UV，油，酚，叶绿素，金属离子（例如六价铬）等等。
当前的自动分析仪通常具有以下功能：自动量程转换，远程控制，标准输出接口和数字显示，自动清洁（清洁期间具有数据锁定功能），状态自检和警报功能（例如：漏液） ，管道堵塞，超量程，仪器内部温度高，试剂尺，高/低浓度，电源故障等），空运行和电源故障保护，自动恢复输入电源，COD，氨氮，TOC，总量磷，总氮等。该仪器具有自动校准和校正功能。
3.2常规五参数分析仪
常规的五参数分析仪通常采用流通式多传感器测量池结构，无零漂移，无基线校正以及集成的生物清洁和压缩空气清洁设备。例如：英国ABB生产的EIL7976多参数分析仪，法国Polymetron生产的常规五参数分析仪和澳大利亚GREENSPAN生产的Aqualab多参数分析仪（包括常规五参数，氨氮和磷酸盐） ）。另一类（“ 4 + 1”）常规五参数自动分析仪的代表是法国SERES公司生产的MP2000多参数在线非质量分析仪，其特点是结构紧凑。
常规的五个参数的测量原理是：水温是温度传感器法（铂RTD），PH是玻璃或锑电极法，DO是金银膜电极法（伽伐尼），以及电导率是电极法（交流阻抗法），浊度是光学法（透射原理或红外散射原理）。
3.3化学需氧量（COD）分析仪
COD在线自动分析仪有六项主要技术原理：（1）重铬酸钾消解-光度法； [2）重铬酸钾消解-库仑滴定；（3）重铬酸钾消解-氧化还原滴定法； （4）紫外线仪（254nm）；（5）氢氧化物和臭氧（混合氧化剂）氧化电化学测量方法；（6）臭氧氧化电化学测量方法。
原则上，3）方法更接近于国家标准方法，2）方法也是推荐的统一方法。1）方法已在快速COD测量仪器上采用。方法（5）和方法）（6）虽然不属于国家标准或推荐方法，但鉴于其操作可靠性等特点，在实际应用中自动测量设备，只需将分析结果与国家标准方法并进行适当的修正，即可以批准。但是，该方法（4）用于地表水化学需氧量。尽管它已在日本广泛使用，但尚未在欧美国家使用（未批准）。 （由行政接待和来宾部门负责）。在中国，仍需要进行相关研究。
从分析性能的角度来看，在线COD仪的测量范围一般为10（或30）〜2000mg / l），因此，当前的在线COD仪只能满足在线自动监测污染的需求来源，难以应用于水面自动监测此外，与使用电化学原理的仪器相比，使用消解-氧化还原滴定法和消解-光度法的仪器的亚周期通常更长（10min〜2h），前者一般为2〜8分钟。
就仪器结构而言，采用电化学原理或紫外光度计的在线COD仪器通常比采用消解-氧化还原滴定法和消解光度法的仪器更简单，并且由于前者的样品注入和试剂添加系统简单（泵和管道的数量减少了），因此不仅操作起来更加方便，而且运行更加可靠。
就维护的简便性而言，由于消解-氧化还原滴定法和消解-光度法使用多种试剂，因此泵管系统更加复杂，因此在试剂更换和泵管更换维护方面更多麻烦的是，维护周期比采用电化学原理的仪器要短，维护工作量大。
从环境影响的角度出发，重铬酸钾消化-氧化还原滴定法（或光度法或库仑滴定法）存在铬和汞的二次污染问题，废液需要特殊处理。但是，紫外线计量和电化学方法（库仑滴定法除外）不存在此类问题。
3.4高锰酸盐指数分析仪
高锰酸盐指数在线自动分析仪的三个主要技术原理：（1）高锰酸盐氧化-化学测量方法；（2）高锰酸盐氧化-电流/电位滴定法；（3） UV计法（类似于在线COD计）。
原则上，方法（1）和方法（2）并没有本质上的区别（只是端点指示方式的不同）），在欧洲，美国和日本是合法的方法，这也是我国一致的标准方法。用来表征水质高锰酸盐指数的方法[3）在日本已被广泛使用，但尚未在我国推广和应用，也未得到日本的认可。行政接待和客人部门。
在分析性能方面，当前的在线自动高锰酸盐分析仪可以满足在线自动监测地表水的需求。另外，与采和化学法的仪器相比，采用氧化还原滴定法的仪器的分析周期通常更长（2h），前者通常为15〜60min。
说到仪器的结构，两种仪器的结构都比较复杂。
3.5总有机碳（TOC）分析仪
TOC自动分析仪广泛用于欧洲，美洲，日本，澳大利亚和其他国家。主要技术原理有四个：（1）（催化）燃烧氧化-非分散红外光度法（NDIR方法）；（[2） UV催化-过硫酸盐氧化-NDIR方法；（3） UV-过硫酸盐氧化离子选择性电极法（ISE）；（4）加热-过硫酸盐氧化-NDIR方法；（5） UV-TOC分析方法。
从原则上讲，方石（1）接近国家标准方法，但是该方法（2）〜方法（4）也是欧美等国家/地区的合法方法。 （5）用于表征水质TOC）尽管在日本已广泛使用，但尚未得到欧美国家行政当局的认可。
就分析性能而言，目前的在线TOC测量仪可以完全满足在线自动监测污染源的需求，并且由于其检测限低，因此应用于地表水的自动监测也是可行的。此外，在线TOC仪器的分析周期通常很短（3〜10分钟）。
就仪器结构而言，除了添加无机碳去除装置外，各种在线TOC仪器的结构通常比在线COD仪器更简单。
3.6氨氮和总氮分析仪
氨氮在线自动分析仪的三个主要技术原理：（1）氨气敏感电极电势法（PH电极法）;（2）分光光度法;（3）傅里叶变换光谱法。在线氨氮计需要连续和间歇的测量方法，通过在线过滤装置后，水样的测量值会有较大的偏差。
总氮在线自动分析仪有两个主要技术原理：（1）过硫酸盐消解光度法；（2）密闭燃烧氧化-化学发光分析方法。
3.7磷酸盐和总磷分析仪
（活性）磷酸盐自动分析仪的主要技术原理是光度法。全磷在线自动分析仪的主要技术原理是：（1）过硫酸盐消解-光度法；（2）紫外线照射-钼催化加热消解，FLA-光度法。
原则上，过硫酸盐消解光度法是在线总氮，总磷分析仪的主要方法，也是各国的合法方法。基于密闭燃烧氧化-化学发光分析方法的在线总氮分析仪和基于紫外线照射-钼催化加热消解的在线总磷分析仪，FIA-光度法主要限于日本。前者是日本工业标准协会（JIS）批准的方法之一。
从分析性能的角度来看，当前在线的总氮和总磷计可以满足自动监测污染源和地表水的需求，但灵敏度仍然难以满足对第一，第二类污染物的评价。地表水（标准值分别为0.04mg / l和0.02mg / l）水质需求。另外，化学发光和FIA光度法分析仪器的周期通常较短（10〜30min），前者通常为30〜60min。
就仪器的结构而言，使用发光法或FIA光度法的在线总氮和总磷分析仪的结构更为简单。
3.8其他在线分析工具
TOD自动分析仪：技术原理通常是燃烧氧化电极法。
自动油分析仪：技术原理通常是荧光光度法。
苯酚自动分析仪：技术原理通常是比色法。
UV自动分析仪：技术原理是比色法（254nm）。它简单，快速且价格低廉。它不适用于自动在线监测地表水。它通常用于自动监测国外的污染源，并经常转换为COD和TOC值。应用的先决条件是水质相对稳定，并且紫外线吸收信号与COD或TOC值之间具有相对明确的线性关系。
硝酸盐和氰化物自动分析仪：主要技术原理是：[1）离子选择电极法； [2）光度法。
氟化物和氯化物自动分析仪：技术原理通常是离子选择电极法。
