水质自动监测技术及在线自动监测仪
1 简介
指定监测数据和各种运行数据和环境数据的收集和长期存储以供检索。系统具有监控工程超标和变电站状态信号显示和报警功能；自动运行，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，可实现水质实时连续监测和远程监测，达到和掌握主要流域重点断面水质状况自动测量设备，预警预报重大或流域水污染事故，解决跨行政区域的水污染事故纠纷，监督总量控制制度的实施情况和排放达标情况。
2 水质自动监测技术
2.1 水质自动监测系统的组成
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各分站的实时监测、远程控制和数据传输功能。托管站也可以通过电话拨号实现托管子站。其他授权部门的实时监控、远程控制和数据传输功能，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完整的水质自动监测系统，一般由6个主要子系统组成，包括：采样系统、预处理系统、监测仪表系统、PLC控制系统、数据采集、处理和传输子系统和远程数据管理中心、监测站房或监控舱。目前，水质自动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，水质自动监测系统中变电站的组建方式大致有以下三种：
（1）由一台或多台小型多参数自动水质分析仪（如YS1和HYDROLAB常规五参数分析仪）组成的分站（可多台测量不同深度的水质) )。其特点是仪器可直接置于水中进行测量，系统灵活方便。
（2）固定子站：是一种比较传统的系统组成方式，其特点是监控项目选择范围广。
（3）移动分站：固定式分站仪器设备全部安装在拖车（监控小屋）上，场地可根据需要移动，也可考虑为半固定式变电站 其特点 组成成本较高。
各单元通过水样输送管道系统、信号传输系统、压缩空气输送管道系统、纯水输送管道系统相互连接。
一个高可靠性的水质自动监测系统必须同时具备4个要素，即（1）优质的系统设备；（2）完善的系统设计；（3）严格的施工管理； （4） 负责任的运营管理。
2.2水质自动监测的技术关键
2.2.1 集水装置
包括水泵、管道、电源和安装结构。在设计中，需要针对各种气候、地形、水位变化、水中沉积物等提出相应的解决方案，能够自动、连续地与整个系统同步工作，提供可靠有效的水样。系统。
2.2.2 配水单元
包括水样预处理装置、自动清洗装置及辅助部件。配水单元直接向自动监测仪供水，具有在线清淤在线过滤、手动和自动管道反冲洗和除藻装置；其水质、水压、水量应满足自动监测仪的需要。
2.2.3 分析单元
它由一系列全自动水质分析测量仪器组成，包括：水温、pH值、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）、总它由氮、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/方向计和自动取样器组成。主要在线自动分析仪器的发展现状将在第 3 节详述。
2.2.4 控制单元
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个变电站站房及配套设施
包括：（1）车站主体；（2）配套设施
3 在线自动分析仪器的开发
3.1概览
水质自动监测设备还在研发中，欧洲、美国、日本、澳大利亚等国家的一些专业厂家已经生产。目前比较成熟的常规项目有：水温、pH值、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、氨氮、总氮和总磷。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、苯酚、叶绿素、金属离子（如六价铬）等。
目前的自动分析仪一般具有以下功能：自动量程转换、远程控制、标准输出接口和数字显示、自动清洗（清洗时数据锁定功能）、状态自检和报警功能（如：液体泄漏、管道堵塞） , 超量程，仪器内部温度高，试剂标尺，高/低浓度，断电等），干运行和断电保护，来电自动恢复，COD，氨氮，TOC，总磷，总氮等仪器具有自动校准校正功能。
3.2 常规五参数分析仪
常规的五参数分析仪往往采用流通式多传感器测量池结构，无零点漂移，无基线校正，集成生物净化和压缩空气净化装置。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、澳大利亚GREENSPAN生产的Aqualab多参数分析仪（包括常规五参数、氨氮、磷酸盐） ）。另一种（“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。
常规五个参数的测量原理是：水温是温度传感器法（Platinum RTD），PH是玻璃或锑电极法，DO是金银膜电极法（Galvanic），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在线自动分析仪主要技术原理有六大：（1）重铬酸钾消解-光度法；（2）重铬酸钾消解-库仑滴定法；（3）重铬酸钾消解-氧化还原滴定法）方法；（4）UV计（254nm）；（5）氧气和臭氧（混合氧化剂）氧化-电化学测量法；（6）臭氧氧化-电化学测量法。
原则上，方法（3）更接近国标方法，方法（2）也是推荐的统一方法。方法（1）已在快速COD上采用）测量仪器的方法（5）和方法（6）虽然不属于国家标准或推荐方法，但鉴于其操作特点等，在实际应用中，只需将其分析结果与国标方法进行比较，测试和适当的校准可以被认可。但是，该方法（4）用于地表水COD。虽然在日本已广泛使用，但尚未应用于欧美国家（未经行政主管部门批准），我国还需开展相关研究。
在分析性能上，在线COD仪的测量范围一般为10（或30）~2000mg/l。因此，目前的在线COD仪只能满足污染源在线自动监测的需要，此外，与采用电化学原理的仪器相比，采用消解-氧化还原滴定和消解-光度法的仪器一般较长（10min~2h），前者一般为2~8min。
在仪器结构方面，采用电化学原理的在线COD仪或UV计一般比采用消解-氧化还原滴定和消解-光度法的仪器简单，而且由于前者进样和试剂添加系统（泵、管），因此不仅操作更方便，而且操作更可靠。
在维护的方便性方面，消解-氧化还原滴定法和消解-光度法使用的试剂种类较多自动测量设备，泵管系统较为复杂。因此，试剂的更换和泵管的更换维护都比较繁琐。维护周期比采用电化学原理的仪器短，维护工作量大。
在环境影响方面，重铬酸钾消解-氧化还原滴定法（或光度法，或库仑滴定法）存在铬汞二次污染问题，废液需特殊处理。但是，UV 计量和电化学方法（库仑滴定除外）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主要技术原理有3个：（1）高锰酸盐氧化-化学测定法；（2）高锰酸盐氧化-电流/电位滴定法；（3）UV计量法） （类似于在线 COD 计）。
原则上，方法（1）和方法（2）没有本质区别（只是终点指示方式的不同））。在欧美、日本等国家是合法的方法国家，与我国的标准方法不同，也是一致的。用于表征水质高锰酸盐指数的方法（3）在日本已广泛使用，但在我国尚未推广应用，也没有得到行政主宾部门的认可。
在分析性能方面，目前的高锰酸盐指数在线自动分析仪已经能够满足地表水在线自动监测的需要。另外，与采禾化学法仪器相比，氧化还原滴定法仪器的分析周期一般较长（2h），前者一般为15~60min。
在仪器结构上，两种仪器的结构都比较复杂。
3.5 总有机碳 (TOC) 分析仪
TOC自动分析仪广泛应用于欧美、日本、澳大利亚等国家。主要有四个技术原理：（1）（催化）燃烧氧化-非色散红外光度法（NDIR法））；（2）UV催化-过硫酸盐氧化-NDIR法；（3）UV-过硫酸盐氧化-离子选择性电极法（ISE）法；（4）加热-过硫酸盐氧化-NDIR法）；（ 5）UV-TOC分析方法。
原则上，方施（1）更接近国标方法，但方法（2）~方法（4）在欧美等国家也是合法方法） . 该方法（5） 用于表征水质TOC。虽然在日本已广泛使用，但并未得到欧美行政当局的认可。
在分析性能方面，目前的在线TOC仪完全可以满足污染源在线自动监测的需要，而且由于其检出限低，应用于地表水自动监测也是可行的。另外，在线TOC仪器的分析周期一般较短（3~10min）。
在仪器结构方面，除了增加了无机碳去除单元外，各种在线TOC仪的结构一般都比在线COD仪简单。
3.6 氨氮和总氮分析仪
氨氮在线自动分析仪的主要技术原理有3个：（1）氨气敏电极电位法（PH电极法）；（2）分光光度法；（3）傅立叶变换光谱法）。在线氨氮分析仪需要连续和间歇的测量方式，通过在线过滤装置后，水样的测量值相对偏差较大。
全氮在线自动分析仪主要技术原理有两个：（1）过硫酸盐消解-光度法；（2）密闭燃烧氧化-化学发光分析法。
3.7 磷酸盐和总磷分析仪
(反应性) 全自动磷酸盐分析仪的主要技术原理是光度法。总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）紫外辐射-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，也是各国的法定方法。基于密闭燃烧氧化-化学发光分析法的在线总氮分析仪和基于紫外线照射-钼催化加热消解、FIA-光度法的在线总磷分析仪主要限于日本。前者是日本工业标准协会（JIS）认可的方法之一。
在分析性能上，目前的在线总氮、总磷仪已经可以满足污染源和地表水自动监测的需要，但灵敏度仍难以满足对第一类和第二类地表水的评价（标准值分别为0.04mg/l和0.02mg/l)水质需要。另外，使用化学发光和FIA-光度法的仪器分析周期一般较短（10~30min），前者一般为30~60min。
在仪器结构上，采用发光法或FIA-光度法的在线总氮、总磷分析仪结构较为简单。
3.8 其他在线分析仪器
TOD自动分析仪：技术原理一般为燃烧氧化-电极法。
油自动分析仪：技术原理一般为荧光光度法。
苯酚自动分析仪：技术原理一般为比色法。
UV自动分析仪：技术原理为比色法（254nm）。它简单、快速且价格低廉。不适用于地表水自动在线监测。国外一般用于污染源的自动监测，常换算成COD和TOC值。应用的前提是水质比较稳定，紫外吸收信号与COD或TOC值之间存在比较明确的线性相关。
硝酸盐氰化物全自动分析仪：主要技术原理为：（1）离子选择电极法；（2）光度法。
氟氯自动分析仪：技术原理一般为离子选择电极法。
