水质和水质分析仪器-在线水质分析仪器章节
水质分析仪器的水质和水质指标
上次我谈到水质指标时，现在让我们谈谈获取水质指标数据的工具：水质分析工具。
目前，水质分析仪器有三种形式：实验室分析仪器，便携式分析仪器和在线水质分析仪器；
在线水质分析仪的出现是最新的，但是它发展迅速，尤其是近年来，它引起了广泛的关注，其暴露率远远超过了其他两个。它已成为互联网上的炙手可热的名人-传奇的“来宾优势”“？
让我们看一下：最近，在涉及电视，报纸，互联网，微博，微信等传统和非传统媒体中，无论涉及到环境保护和水安全，“自动监控”和“在线监控”几乎出现了各种各样的单词。不久前，环境保护部召开了全国地表水环境质量监测会议，并明确指出“要加快自动水质站建设。逐步建立一种以自动监测为主，人工监测为辅的监测方式？”（据说，本次会议的成果之一是，2018年政府将投资建设1200个自动监测站。全国的地表水水质。您感到惊讶吗？）
《中华人民共和国环境保护税法》将于2018年1月1日正式实施，第10条明确规定：
“应税空气污染物，水污染物，固体废物排放和噪声的分贝应按以下方法和顺序计算：
（一)如果纳税人安装并使用了符合国家法规和监控规范的污染物自动监测设备，则将基于污染物自动监测数据进行计算；
（二)尚未安装和使用自动污染物监测设备的纳税人，应根据监测机构发布的符合国家有关规定和监测规范的监测数据计算；”
解释：目前，我国水污染物自动监测设备分为流量监测设备和浓度监测设备两类（浓度与流量的乘积即为污染物总量）。浓度监控设备通常称为在线水质分析。仪器。
更重要的是：根据该法律自动测量设备，要获取有关环境税中应税污染物排放的数据，首先要使用自动监控设备中的数据，其次要使用“由监控机构发布的数据”-监控机构目前使用的分析仪器大多是实验室，或者是一些便携式分析仪器（用于必须在现场进行测试的单个指标）。
可以说，这项环境税法以法律规定的形式正式确立了在线分析工具的地位。
那么，这种“高端，高档”在线水质分析仪器的神圣性是什么？为什么这么受欢迎？
权威定义是：根据代号为ISO15839的国际标准化组织（ISO）的定义“在线传感器/分析设备的水质规范和性能检查”：在线分析传感器/设备（在线传感器/分析设备），它是一种自动测量设备，可以连续（或以给定的频率）输出与溶液中测量的一个或多个测量对象的值成比例的信号。
听起来很深很深（权威总是这样吗？），还有流行的说法吗？
如有任何疑问，请与百度联系。
我从没想到杜娘这次会让我失望。经过很长时间的搜索，我找不到更令人信服的声明。
“我不能要求它，折腾”。经过深思熟虑，似乎十年前我在“第二届在线分析仪器应用和开发国际论坛”会议上发言时的非权威性陈述相对容易理解：
“在线水质分析仪是一种专门的自动在线分析仪。该仪器通过实时和现场操作实现从水样采集到（水质指数）数据输出的快速分析；在线水质分析仪器一般具有自动诊断，自动校准，自动清洗，故障报警等功能，可以在保证分析结果准确性的同时实现无人值守的自动操作。”
结合权威性和非权威性声明，可以发现在线水质分析工具具有三个最重要的功能：自动，连续和实时；
手段是目的。作为获取水质指数数据的一种工具，比较上一章中提到的获取水质指数的四个目的：了解杂质浓度；预测水质变化；控制和优化水处理技术；评估水质安全；六类水质指标：物理指标，成分指标，综合评价指标，水质转化潜力指标，工艺指标，替代指标；让我们看一下作为一项新技术出现的在线水质分析工具。第一个应用突破点在哪里选择？
毫无疑问，就“控制和优化水处理过程”而言，具有“实时和连续”特性的在线水质分析工具将发挥不可替代的作用。在线测量的第一个指标是pH，浊度，溶解氧，ORP和其他重要过程指标；当某些过程指标具有复杂的分析方法或较长的测量周期时，它们不能满足过程工业中自动控制要求的挑战，这就是替代指标的转变。出道。
（现在很难验证第一台在线水质分析仪出现在哪个年龄和场合，个人猜测，第一台可能是在线pH仪，用于酸碱调节的过程控制）
从全球角度看，目前，在线水质分析仪器使用最广泛的细分仍然是水处理过程控制。
在线水质分析仪器的“自动，连续和实时”特性，除了用于控制和优化水处理过程之外，还可以了解特定污染物的浓度并评估水质安全性与实验室和便携式分析仪器相比，它也具有很大的优势。
自动化在减少分析师劳动方面的好处是不言而喻的。更重要的是，由于仪器分析过程不需要人工干预，因此也减少了人为错误。 （近年来，中国政府和环境管理部门一直在努力消除各种人为因素对污染物排放数据的干扰（参见“环境监测数据伪造判决和处理措施”及其他法规文件，以及各种处罚措施）中国目前是世界上最普遍的市场，它使用在线水质分析工具来自动监测污水排放。在线水质分析工具将成为《环境保护税法》（主要是氨氮，重金属，总磷/总氮。以及化学需氧量和其他评估性综合指标）的排放税计算工具之一，
据估计，主要原因是在线水质分析仪器作为自动化仪器在分析过程中不需要人工干预。
同时，“连续，实时”功能还使在线水质分析仪不仅连续提供水质指标的实时数据，而且还经常作为报警设备。一旦水质指标超过给定的安全值，仪器将输出警报信号（在评估水质和安全性时，实时警报的作用非常重要。）
优势不止于此，让我们谈谈运营商的健康和安全优势：
某些水样，例如含有更多有毒和易挥发的化学物质，可能会在手工分析过程中危害分析人员的健康；在某些工作场所中，当生产工厂运行时，分析人员无法进入现场采集水样。最极端的例子是：在核电厂的一次回路中，由于强烈的辐射，即使操作人员穿着重型防护设备也只能停留很短的时间；但是必须及时获取一些重要的水质指标数据（例如溶解氧，溶解氢，电导率等）。
这时，在线水质分析仪作为自动化设备的优势将得到更多体现。
但是，尽管具有许多优势，但无论从技术进步还是市场开发的角度来看，在线水质分析工具都与其他任何新技术的开发一样。这不是一帆风顺的。
在初期，由于水资源费，水价和废水排放费相对较低，在线分析仪的投资和运营成本相对较高；当时的在线水质分析仪是稳定可靠的，性行为等可能无法完全满足实际工作的要求；可以在线分析的水质指标并不多。
这两个因素使水行业的运营经理和水处理工程师对使用在线水质分析仪器持谨慎态度，这严重限制了在线水质分析仪器的开发和应用。 （1973年，在英国伦敦举行的第一次水处理行业ICA（仪器，控制，自动化）专家会议上，当时的专家们达成的第一个共识是仪器数量不足。自动控制的障碍。据认为，根据当时仪器的发展，仅浊度，溶解氧和电导率的测量更为可靠。
“我天生就是有用的”。随着人们对水质安全，更加严格的环境保护法规的关注以及不断上涨的水资源费，尤其是在线水质分析技术和计算机信息技术的发展，在线水质分析工具逐渐显示出性价比优势（例如：水质分析仪中的模拟电路和数字电路技术大大提高了仪器的可靠性，并大大降低了仪器设计和批量生产的成本），在水环境监测，水处理过程控制等诸多领域，饮用水水质安全预警等已得到越来越广泛的应用，并已迅速应用于废水污染物浓度监测和超标预警领域。
我们之前讨论过市场和应用，让我们回到在线水质分析仪上，来看看这项技术的发展及其面临的挑战：
根据以前的ISO标准的定义，在线水质分析仪器有两种形式：在线分析传感器和更复杂的自动化分析设备。
首先让我们谈谈在线水质分析传感器：
国家标准GB / T7665“传感器通用术语”将传感器定义为：“一种设备或可以感觉到指定被测部件并根据特定规则（数学函数定律）将其转换为可用信号的设备，通常由一个敏感元素和转换组成”。在线水质分析传感器通常具有相对简单的结构，并通过直接接触被测水样获得水质指标数据。
在线分析传感器，最初可以测量的水质指标主要是一些简单的物理指标和组成指标，例如电导率，Ph，ORP，溶解氧等；其次是基于光学原理的传感器，例如浊度和悬浮固体浓度;后来，出现了具有替代指示剂的传感器，例如UV254。近年来，随着仪器计算能力的提高和新材料的应用，离子选择电极法（测量污水中氨氮和硝酸盐氮等重要工艺指标），紫外荧光法（测定水中的油）等）和全光谱扫描原理（该传感器可以间接测量COD，BOD，TOC等有机指示剂，浊度，硝酸盐，亚硝酸氮等水质指示剂）传感器已开始被广泛使用。
在线水质分析传感器在实际使用中面临两个挑战：
传感器与水样品直接接触，因此在实验室中进行手动分析时，缺少样品预处理和样品中干扰物质去除的过程。水质不同的水（油，硫化物，重金属，悬浮物，高盐度，腐蚀性，气体和其他杂质），对传感器材料和结构的要求也有很大不同。在设计和制造仪器时必须充分考虑这些因素，以确保准确的测量数据并确保仪器长时间正常运行。所有这些都会增加仪器的成本。
其次，由于传感器长时间与各种水质条件的水接触，因此该仪器需要一定程度的维护，尤其是将其用于水质条件较差的样品（例如各种工业废水）时，会影响仪器的维护量和维护成本。相对较高。
个人意见：随着新的分析原理，方法的出现和应用以及各种新材料的采用（几年前在溶解氧分析仪中应用荧光化学就是一个很好的例子），传感器的适应性改善复杂水质；同时，物联网技术的应用可以远程监视和管理传感器本身的寿命和运行状态，从而提高维护效率并降低维护成本。
根据被测水样的不同水质，这也是进行差异化设计和制造的有效方法；例如：饮用水，海水，工业废水，即使测量相同的水质指数，也会使用不同的材料，结构和制造工艺来生产传感器，以满足不同水质条件的要求。
更重要的是，与所有电子产品一样，随着物联网时代的大规模应用，传感器的成本将不可避免地下降到超出想象的水平。目前，免维护的一次性在线水质传感器将不再是梦想。
让我们看一下更复杂的自动化水质分析设备：
获取许多水质指标数据需要一套设备来自动实现原始的实验室手动分析过程，例如：过滤，加热，添加色剂，混合，测量等；另外，为了确保长时间连续运行的准确性还要求对仪器进行定期校准（当然也要自动进行）和定期进行手动维护。目前，在中国，在线COD分析仪可能是此类仪器中最著名的一种。
这种在线水质分析仪器结构复杂，主要用于组成指标（TOC，SiO2、总磷，总氮，重金属等）和综合评价指标（COD，碱度，硬度，生物毒性等）。这类仪器的发展也非常迅速。最近，市场上出现了具有三维荧光原理的仪器，该仪器可以间接测量一系列水质指标，例如水包油，BOD，CDOM等。基于流式细胞仪原理的在线水质分析仪也已开始用于连续监测饮用水中细菌总数以及水源和海水中藻类的分类和计数；包括X射线荧光，激光诱导击穿光谱（LIBS）和其他新原理以及在线监测水中重金属的仪器正在出现。
通常来说，这类仪器的成本和价格都比在线分析传感器高（请记住，当我以前向客户销售并向客户推荐在线COD分析仪时，客户会说：像你一样小。“帕萨特”不见了。
到目前为止，先进的在线水质分析仪器一直是“硬件+材料+软件+算法”的强大组合。
像传感器一样，这种仪器的成本也将随着大规模应用而降低；通过优化设计，使用新材料和耐用组件，尤其是工业组件，还可以改善与维护相关的问题。物联网技术的进步可以实现对此类精密设备的远程管理和诊断，并减少维护量和维护成本通过有针对性的预维护和其他方式。
类似地，让我们谈谈挑战：
在当今的中国市场上，大量的在线水质分析工具被用于企业废水污染物排放的自动监测，并将在明年成为环境税的税收计算工具。这种在线水质分析仪在实际应用中面临的主要挑战是数据的可靠性和准确性。出现此问题的主要原因是：
在线水质分析仪使用的测量原理和测量方法不可能与实验室标准分析方法完全一致，并且存在方法错误；仪器可以准确测量标准溶液（通常是单个化合物的水溶液）的现象，但是，对于实际的水样品，测量是否准确的标准是与实验室手动方法的测量值进行比较。除了方法错误外，还可能存在人为错误。
以COD（化学需氧量）为例。 COD最初是一个条件参数。它的定义是：在一定条件下，水中的各种有机物和外部强氧化剂（如K2Cr2O7、KMnO4等））作用期间消耗的氧气量；根据HJ828-2017《重铬酸钾法水质测定化学需氧量》（本标准代替国家标准GB11914-1989)），标准测量条件为：“水样加试剂后，保持稍微沸腾2小时”等；使用在线COD分析仪器，测量条件很难与标准要求的条件完全一致。这样可能会影响在线分析仪器对COD条件的准确性
第二，样品预处理方法与过程和实验室标准方法不一致：受一系列条件（例如仪器的连续运行和安装环境）的限制，在线分析仪器可能会使用样品预处理系统符合相应的水质参数标准分析方法要求的预处理条件不一致，这也可能影响最终的测试结果。
针对这些问题，环境管理部门的技术人员进行了大量的“在线水质分析仪器适用性”研究和对比试验，并根据不同的水质指标制定了非常严格，针对性的对比测试程序和规格，希望找到一个好的解决方案。
应注意，并非所有在线分析仪器都需要面对如此严格的测量精度要求。不同目的对仪器性能有不同要求。
根据不同的应用目的，在线水质分析仪器可以分为两种：监测型和过程型。监测类型分析仪器用于纯水水质监测，主要测量组成指标和评价综合指标。确定水质是否符合法律法规的要求，以及对环境水质（地表水，地下水）和饮用水水质的警报和预警监测，是否不参与水处理过程的控制；这类仪器测量数据的准确性（精度，误差）要求较高，可作为有关部门执法管理的依据；
过程分析仪器主要用于水处理过程的监测，主要测量过程指标和替代指标。被测水质指标参与过程控制，优化水处理工艺，提高水处理效率，实现水处理工艺节能降耗；过程仪器对仪器的可靠性和稳定性有很高的要求（特定的仪器指标是漂移，线性，可重复性），并要求仪器可靠地反映水质变化趋势，以便控制水处理过程提供证据。
除了执行法律法规带来的挑战外，更大的挑战还来自于公众的需求：“人们对更好生活的日益增长的需求”
公众的想法是：现在有了先进的“高层”自动化设备，例如在线水质分析仪自动测量设备，尤其是具有综合评估指标的分析仪器，例如生物毒性分析仪，他们可以了解我们周围的一切。水质，诸如饮用水是否安全（可以直接饮用）之类的答案？工厂排出的废水是否对环境无害？门外的小河和游泳池是否适合儿童玩耍？儿子，应该几分钟，对吧，这容易吗？
“理想是丰满的，而现实是骨感的”
可以实时回答这些问题的场景可能会在不久的将来发生，但实际上在今天，其中许多操作是无法完成的。
以上问题都涉及人们了解水质指标的最终目的-“评估水质和安全性”。这很复杂。对复杂问题的讨论总是花费太多时间。这次我留下了悬念。如果有缘分，我们下次再聊。
（贡献：重庆新升环保科技有限公司总经理李成）
