论文部分内容阅读
摘要： 介绍北疆供水工程顶山水质自动监测系统建设的概况，分析近几年在系统运行过程中遇到的难题及解决方案，结合实践经验，对水质自动监测系统的运行管理和质量控制进行探讨。
关键词： 水质自动监测站；运行管理；质量控制
中图分类号：X832 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0920145－02
北疆供水工程是一项解决区域性水资源分配不均衡及城市、农业、工业用水矛盾的长距离调水工程。为保证长距离调水工程的安全可靠运行、安全饮用水、高效节水用水并结合以人为本的理念，新疆额河建管局在顶山管理处建设了一套水质在线自动监测系统。
该系统可以对水质进行自动、连续监测，数据远程自动传输，随时可以查询到监测断面的水质数据。对于解决现行的水质监测周期长、劳动强度大、数据采集和传输速度慢等问题，具有很高的社会效益和经济效益。
1 顶山水质在线自动监测站的系统结构及功能
顶山水质在线自动监测站各分析仪器及监控设备的信息由可编程控制器PLC采集，现场操作者可由现地控制柜或者现地工控机的人机界面对水质监测系统进行控制。现地工控机通过光纤与中心连接通讯，接入信息化平台。数据在服务器上存储和处理，并在工作站上动态实时更新，显示出系统的工作状况。调度中心工作站可进行远程监测与控制。系统结构如图1所示。
图1顶山水质在线自动监测系统结构
1.1 监测分析单元
监测分析单元由总磷在线分析仪、COD在线分析仪和两台多参数分析仪组成，监测总磷、高锰酸盐指数、水温、pH、氧化还原电位、电导率、浊度、溶解氧、氨氮、硝酸盐氮、氯化物、叶绿素12项参数。
1.2 顶山水质自动监测站具有如下功能应用
自动连续监测。根据用户的设定，自动实现水样的采集、分析和数据的处理、传输、存储等功能，可以获得24小时连续的在线监测水质数据。
具备本地控制和远程控制两种控制方式。在站房和管理局控制中心皆可控制监测系统，完成管路采水、配水、清洗、反吹等功能。
自动提取和传输数据。测站信息处理系统具有信息提取扫描功能，并把提取收集来的数据传输到控制中心，以统一的格式自动存入数据库。
自动处理和分析数据。系统能够自动进行分析、统计计算（如：月均值、年均值及日、月、年、最大/小值统计）、并能按规定标准（可修改）进行水质评价；
直观显示。可以实时显示仪器运行状态和监测数据及分析结果；数据的过程线及棒状图显示。
自动报警。当监测数据发生较大变化或异常时自动向监测站及本地控制中心报警。
2 水质在线自动监测系统应用中的难点问题及解决方案
2.1 保证水质在线自动化分析系统的可靠性
大多情况下，水质自动监测站是无人值守的。因此，在保障功能的前提下，水质自动监测系统的可靠性是评价其性能的重要指标。为提高远程水质自动监测系统的可靠性，需要在硬件、软件两个方面进行抗干扰的专门设计。硬件方面采用工业现场研制开发的嵌入式主机，软件方面主要采用看门狗定时器和CPU资源监控软件。
2.2 系统运行管理的人员配备
由于水质在线自动监测系统是一个多专业跨学科的综合性系统，关联到自动控制、仪器分析、管路压力、化学实验等多方面的知识，在系统运行和管理中至少配备两名人员，一名为熟悉自动化控制的人员，另一名为熟悉化学实验方面的人员。
2.3 仪器所需试剂与标准液
水质监测站通常会选择购买水质在线监测设备的原装试剂与标准液，但部分测站地处偏远，交通不便，而原装试剂采购周期长，运输过程复杂，部分试剂到达现场已不具有有效性。建议与当地具有MA认证资质的实验室合作，解决水质在线自动分析仪运行和校准所需的试剂。
2.4 全面掌握水质的状况
水质在线自动监测系统的配置通常最多监测十几项参数，参与地表水环境质量标准的水质分类的参数不多，有限的反应了监测断面的水质。为了能够全面掌握水质的状况，建议与当地的水文部门或环保部门长期合作，定期人工采样，对地表水环境进行全分析监测。
2.5 建立自动化水质监测站质量管理体系目标
质量体系是实验室内部实施质量管理的法规及依据，质量控制和质量保证是水环境监测工作的重要组成部分，它覆盖了监测样品、监测过程、仪器设备、人员素质、设施与环境、量值溯源与校准、检验方法和化学试剂等全部质量控制要求。建立完备、严格、适用的质量管理体系将是自动化水质监测站建设成功、长期应用、水环境监测参数达标的重要考量指标。
3 水质在线自动监测系统的运行管理
水质在线自动监测系统的长期稳定运行和规范严格的管理是分不开的，结合顶山水质自动监测站在运行过程的管理方法，总结出了较完善的管理条例。
3.1 日常检查
水质站应保持仪器干净清洁，内部管路通畅，流路正常。各类分析仪器应防止日光直射，保持环境温度稳定，日常应经常检查其供电是否正常、过程温度是否正常、工作时序是否正常、管路有无漏液等。
3.2 定期远程检查
技术人员每天上午和下午两次通过中心站软件远程监测水质站数据，并对数据进行分析，内容包括：
1）根据仪器监测数据判断仪器运行情况；
2）根据管路压力数据判断水泵运行情况；
3）根据电源电压、站房温度、湿度数据判断站房内部情况。
发现数据异常时应立即联系现场核实，若持续异常值出现时，应立即联系现场进行调查和处理，必要时采集实际水样进行实验室分析。
3.3 定期巡视
顶山水质站因地处偏远（局中心站400多公里），故每月巡检一次。正常情况下建议每周应巡视水质站一次，主要巡视内容包括：
1）查看各台分析仪器及辅助设备的运行状态和主要技术参数，判断运行是否正常；
2）检查水质站电路系统、通讯线路是否正常；
3）检查采水系统、配水系统是否正常，如采水浮筒固定情况，水泵运行情况等。
3.4 停机维护
1）短时间停机（停机时间小于24小时）：一般关机即可，再次运行时仪器需重新校准。
2）长时间停机（连续停机时间超过24小时）：如果分析仪需要停机24小时或更长时间，一般需关闭分析仪器和进样阀，关闭电源。并用蒸馏水清洗分析仪器的蠕动泵以及试剂管路；清洗反应槽并排空；对于测量电极，应取下并将电极头浸入保护液中存放。
3.5 试剂定期更换
严格按仪器说明书的要求定期更换试剂。
3.6 零配件、易耗件定期更换
1）应依据断面水质状况和水质站环境条件制订易损易耗品（如泵管、滤膜、活性碳等）的更换周期，做到定期更换；对使用期限有规定的备品备件，必须严格按使用规定期限予以更换。
2）部分监测仪器的零配件需要进口，应根据不同零配件和易耗件的更换周期，提前向监测仪器厂家订货。
3）仪器设备，需要定期聘请专业人员维护维修。
3.7 日常运行维护记录
水质站负责人员应认真做好仪器设备运行记录工作，对系统运行状况和维修维护应详细记录。
3.8 仪器故障报修
在确认自行无法排除的故障后应及时向监测仪器厂家报修，并按照监测仪器厂家的要求履行报修手续。
4 水质在线自动监测系统的质量控制
为保证水质自动监测站监测数据的真实有效性，必须对仪器、试剂及方法等进行质量控制。
4.1 仪器校准
应按仪器的操作手册对自动监测仪器定期进行校准。
4.2 试剂配制与有效性检查
所有使用的试剂必须为分析纯或优级纯级别，且未失效；
标准溶液贮存期除有明确的规定外，一般不得超过三个月；
标准溶液和试剂的配制按计量认证的要求进行。
4.3 标准溶液核查
使用国家标准物质每周对自动监测仪器进行一次标准溶液核查，计算其准确度和精密度，并按照《标准溶液核查结果纪录表》记录核查结果。
4.4 比对实验
水质站每月应进行一次比对实验。采用实验室方法同步分析实际水样，与自动监测仪器的测定结果相比对，并记录比对实验结果。比对实验结果相对误差不大于±20%，项目浓度在检测限3倍以内不受此限。
4.5 建立水质站质控档案管理制度
水质站应建立严格的质控管理档案，认真做好各项质控措施实施情况的记录，包括水站日常数据检查情况、试剂配制情况、每周巡检的作业情况、每周标准溶液的核查结果、每月比对实验的结果、自动监测系统日常运行情况等的记录。
5 小结
综上所述，水质自动监测站在运行管理和质量控制上具有一定的难度，而且每个水质站的实际现场情况也不尽相同，但是水质自动监测具有实验室分析不可比拟的许多优点，它的发展势在必行。这就要求先行的监测部门多总结经验，探索研究，给正在建设或即将建设的水质自动监测站提供宝贵经验和借鉴，使他们少走弯路，从而加快我国水质自动监测技术的发展。
参考文献：
[1]张闻波、朱星明等，太子河流域水资源实时监控管理系统集成技术研究，中国水利水电科学研究院学报，2005（2）：143-149．
[2]王玉华、赵学民、周怀东，水质自动监测技术及其应用分析，水文，2004，24（3）．
[3]《环境水质监测质量保证手册》（第二版），北京：化学工业出版社，1994.8：249，264～266.
作者简介：
许佳（1984-），男，河南许昌人，助理工程师，主要从事信息自动化运行管理工作。
关键词： 水质自动监测站；运行管理；质量控制
中图分类号：X832 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2011）0920145－02
北疆供水工程是一项解决区域性水资源分配不均衡及城市、农业、工业用水矛盾的长距离调水工程。为保证长距离调水工程的安全可靠运行、安全饮用水、高效节水用水并结合以人为本的理念，新疆额河建管局在顶山管理处建设了一套水质在线自动监测系统。
该系统可以对水质进行自动、连续监测，数据远程自动传输，随时可以查询到监测断面的水质数据。对于解决现行的水质监测周期长、劳动强度大、数据采集和传输速度慢等问题，具有很高的社会效益和经济效益。
1 顶山水质在线自动监测站的系统结构及功能
顶山水质在线自动监测站各分析仪器及监控设备的信息由可编程控制器PLC采集，现场操作者可由现地控制柜或者现地工控机的人机界面对水质监测系统进行控制。现地工控机通过光纤与中心连接通讯，接入信息化平台。数据在服务器上存储和处理，并在工作站上动态实时更新，显示出系统的工作状况。调度中心工作站可进行远程监测与控制。系统结构如图1所示。
图1顶山水质在线自动监测系统结构
1.1 监测分析单元
监测分析单元由总磷在线分析仪、COD在线分析仪和两台多参数分析仪组成，监测总磷、高锰酸盐指数、水温、pH、氧化还原电位、电导率、浊度、溶解氧、氨氮、硝酸盐氮、氯化物、叶绿素12项参数。
1.2 顶山水质自动监测站具有如下功能应用
自动连续监测。根据用户的设定，自动实现水样的采集、分析和数据的处理、传输、存储等功能，可以获得24小时连续的在线监测水质数据。
具备本地控制和远程控制两种控制方式。在站房和管理局控制中心皆可控制监测系统，完成管路采水、配水、清洗、反吹等功能。
自动提取和传输数据。测站信息处理系统具有信息提取扫描功能，并把提取收集来的数据传输到控制中心，以统一的格式自动存入数据库。
自动处理和分析数据。系统能够自动进行分析、统计计算（如：月均值、年均值及日、月、年、最大/小值统计）、并能按规定标准（可修改）进行水质评价；
直观显示。可以实时显示仪器运行状态和监测数据及分析结果；数据的过程线及棒状图显示。
自动报警。当监测数据发生较大变化或异常时自动向监测站及本地控制中心报警。
2 水质在线自动监测系统应用中的难点问题及解决方案
2.1 保证水质在线自动化分析系统的可靠性
大多情况下，水质自动监测站是无人值守的。因此，在保障功能的前提下，水质自动监测系统的可靠性是评价其性能的重要指标。为提高远程水质自动监测系统的可靠性，需要在硬件、软件两个方面进行抗干扰的专门设计。硬件方面采用工业现场研制开发的嵌入式主机，软件方面主要采用看门狗定时器和CPU资源监控软件。
2.2 系统运行管理的人员配备
由于水质在线自动监测系统是一个多专业跨学科的综合性系统，关联到自动控制、仪器分析、管路压力、化学实验等多方面的知识，在系统运行和管理中至少配备两名人员，一名为熟悉自动化控制的人员，另一名为熟悉化学实验方面的人员。
2.3 仪器所需试剂与标准液
水质监测站通常会选择购买水质在线监测设备的原装试剂与标准液，但部分测站地处偏远，交通不便，而原装试剂采购周期长，运输过程复杂，部分试剂到达现场已不具有有效性。建议与当地具有MA认证资质的实验室合作，解决水质在线自动分析仪运行和校准所需的试剂。
2.4 全面掌握水质的状况
水质在线自动监测系统的配置通常最多监测十几项参数，参与地表水环境质量标准的水质分类的参数不多，有限的反应了监测断面的水质。为了能够全面掌握水质的状况，建议与当地的水文部门或环保部门长期合作，定期人工采样，对地表水环境进行全分析监测。
2.5 建立自动化水质监测站质量管理体系目标
质量体系是实验室内部实施质量管理的法规及依据，质量控制和质量保证是水环境监测工作的重要组成部分，它覆盖了监测样品、监测过程、仪器设备、人员素质、设施与环境、量值溯源与校准、检验方法和化学试剂等全部质量控制要求。建立完备、严格、适用的质量管理体系将是自动化水质监测站建设成功、长期应用、水环境监测参数达标的重要考量指标。
3 水质在线自动监测系统的运行管理
水质在线自动监测系统的长期稳定运行和规范严格的管理是分不开的，结合顶山水质自动监测站在运行过程的管理方法，总结出了较完善的管理条例。
3.1 日常检查
水质站应保持仪器干净清洁，内部管路通畅，流路正常。各类分析仪器应防止日光直射，保持环境温度稳定，日常应经常检查其供电是否正常、过程温度是否正常、工作时序是否正常、管路有无漏液等。
3.2 定期远程检查
技术人员每天上午和下午两次通过中心站软件远程监测水质站数据，并对数据进行分析，内容包括：
1）根据仪器监测数据判断仪器运行情况；
2）根据管路压力数据判断水泵运行情况；
3）根据电源电压、站房温度、湿度数据判断站房内部情况。
发现数据异常时应立即联系现场核实，若持续异常值出现时，应立即联系现场进行调查和处理，必要时采集实际水样进行实验室分析。
3.3 定期巡视
顶山水质站因地处偏远（局中心站400多公里），故每月巡检一次。正常情况下建议每周应巡视水质站一次，主要巡视内容包括：
1）查看各台分析仪器及辅助设备的运行状态和主要技术参数，判断运行是否正常；
2）检查水质站电路系统、通讯线路是否正常；
3）检查采水系统、配水系统是否正常，如采水浮筒固定情况，水泵运行情况等。
3.4 停机维护
1）短时间停机（停机时间小于24小时）：一般关机即可，再次运行时仪器需重新校准。
2）长时间停机（连续停机时间超过24小时）：如果分析仪需要停机24小时或更长时间，一般需关闭分析仪器和进样阀，关闭电源。并用蒸馏水清洗分析仪器的蠕动泵以及试剂管路；清洗反应槽并排空；对于测量电极，应取下并将电极头浸入保护液中存放。
3.5 试剂定期更换
严格按仪器说明书的要求定期更换试剂。
3.6 零配件、易耗件定期更换
1）应依据断面水质状况和水质站环境条件制订易损易耗品（如泵管、滤膜、活性碳等）的更换周期，做到定期更换；对使用期限有规定的备品备件，必须严格按使用规定期限予以更换。
2）部分监测仪器的零配件需要进口，应根据不同零配件和易耗件的更换周期，提前向监测仪器厂家订货。
3）仪器设备，需要定期聘请专业人员维护维修。
3.7 日常运行维护记录
水质站负责人员应认真做好仪器设备运行记录工作，对系统运行状况和维修维护应详细记录。
3.8 仪器故障报修
在确认自行无法排除的故障后应及时向监测仪器厂家报修，并按照监测仪器厂家的要求履行报修手续。
4 水质在线自动监测系统的质量控制
为保证水质自动监测站监测数据的真实有效性，必须对仪器、试剂及方法等进行质量控制。
4.1 仪器校准
应按仪器的操作手册对自动监测仪器定期进行校准。
4.2 试剂配制与有效性检查
所有使用的试剂必须为分析纯或优级纯级别，且未失效；
标准溶液贮存期除有明确的规定外，一般不得超过三个月；
标准溶液和试剂的配制按计量认证的要求进行。
4.3 标准溶液核查
使用国家标准物质每周对自动监测仪器进行一次标准溶液核查，计算其准确度和精密度，并按照《标准溶液核查结果纪录表》记录核查结果。
4.4 比对实验
水质站每月应进行一次比对实验。采用实验室方法同步分析实际水样，与自动监测仪器的测定结果相比对，并记录比对实验结果。比对实验结果相对误差不大于±20%，项目浓度在检测限3倍以内不受此限。
4.5 建立水质站质控档案管理制度
水质站应建立严格的质控管理档案，认真做好各项质控措施实施情况的记录，包括水站日常数据检查情况、试剂配制情况、每周巡检的作业情况、每周标准溶液的核查结果、每月比对实验的结果、自动监测系统日常运行情况等的记录。
5 小结
综上所述，水质自动监测站在运行管理和质量控制上具有一定的难度，而且每个水质站的实际现场情况也不尽相同，但是水质自动监测具有实验室分析不可比拟的许多优点，它的发展势在必行。这就要求先行的监测部门多总结经验，探索研究，给正在建设或即将建设的水质自动监测站提供宝贵经验和借鉴，使他们少走弯路，从而加快我国水质自动监测技术的发展。
参考文献：
[1]张闻波、朱星明等，太子河流域水资源实时监控管理系统集成技术研究，中国水利水电科学研究院学报，2005（2）：143-149．
[2]王玉华、赵学民、周怀东，水质自动监测技术及其应用分析，水文，2004，24（3）．
[3]《环境水质监测质量保证手册》（第二版），北京：化学工业出版社，1994.8：249，264～266.
作者简介：
许佳（1984-），男，河南许昌人，助理工程师，主要从事信息自动化运行管理工作。