水污染连续自动监测系统

第二节水污染连续自动监测系统水质污染的连续自动监测一般要比空气污染的连续自动监测困难，这是因为水环境中的污染物种类更多，成分更复杂，从而导致基体干扰严重，通常都要进行化学前处理，而且污染物的含量往往是痕量的，要求建立可行的提取、分离，富集和痕量分析方法，所以这些均为连续自动监测技术带来一系列困难。

根据目前水质污染连续自动监测技术的发展，首先连续自动监测那些能反映水质污染的一般指标和综合指标项目，然后再逐步增加其他污染物项目。

一、水污染连续自动监测系统的组成与空气污染连续自动监测系统类似，水污染连续自动监测系统也由一个监测中心站、若干个固定监测站(子站)和信息，数据传递系统组成。

中心站的任务与空气污染连续自动监测系统相同。

水污染连续自动监测系统包括地表水和废(污)水监测系统。

各子站装备有采水设备、水质污染监测仪器及附属设备，水文、气象参数测量仪器，微型计算机及无线电台。

其任务是对设定水质参数进行连续或间断自动监测，并将测得数据作必要处理；接受中心站的指令；将监测数据作短期贮存，并按中心站的调令，通过无线电传递系统传递给中心站。

采水设备由网状过滤器、泵、送水管道和高位贮水槽等组成，通常配备两套，以便在一套停止工作清洁时自动开启备用的一套。

采水泵常使用潜水泵和吸水泵，前者因浸入水中而易被腐蚀，故寿命较短，但适用于送水管道较长的情况；吸水泵不存在腐蚀问题，适合长期使用。

采水设备在微机控制下可自动进行定期清洗。

清洗方式可用压缩空气压缩喷射清洁水、超声波或化学试剂清洗，视具体情况选择或结合使用。

水样通过传感器的方式有两种，一种是直接浸入式，即把传感器直接浸入被测水体中；另一种是用泵把被测水抽送到检测槽，传感器在检测槽内进行检测。

由于后一种方式适合于需进行予处理的项目测定，并能保证水样通过传感器时有一定的流速，所以目前几乎都采用这种方式。

二、子站布设及监测项目对水污染连续自动监测系统各子站的布设，首先也要调查研究，收集水文、气象、地质和地貌、污染源分布及污染现状、水体功能、重点水源保护区等基础资料，然后经过综合分析，确定各子站的位置，设置代表性的监测断面和监测点。

关于监测断面和监测点的设置原则和方法与第二章“水和废水监测”中介绍的原则和方法基本相同。

许多国家都建立了以监测水质一般指标和某些特定污染指标为基础的水污染连续自动监测系统。

表10-3列出监测系统可进行连续或间断自动监测的项目及其测定方法。

需与水质指标同步测量的水文、气象参数有水位、流速、潮汐、风向、风速、气温、湿度、日照量、降水量等。

废(污)水自动监测系统建在大型企业内，连续监测给水水质和排水中主要污染物质的浓度及排水总量，以对其进行污染物排放总量控制。

水污染连续自动监测系统目前存在的主要问题是监测项目有限；监测仪器长期运转的可靠性尚差；经常发生传感器沾污、采水器和水样流路堵塞等故障。

表10-3 水污染可自动监测的项目及方法三、水污染连续自动监测仪器(一) 水温监测仪测量水温一般用感温元件如铂电阻或热敏电阻做传感器。

将感温元件浸入被测水中并接入平衡电桥的一个臂上；当水温变化时，感温元件的电阻随之变化，则电桥平衡状态被破坏，有电压讯号输出，根据感温元件电阻变化值与电桥输出电压变化值的定量关系实现对水温的测量。

(二) 电导率监测仪溶液电导率的测量原理和测量方法在第二章已作介绍。

在连续自动监测中，常用自动平衡电桥法电导率仪和电流测量法电导率仪测定。

后者采用了运算放大电路，可使读数和电导率呈线性关系，近年来应用日趋广泛。

运算放大器4有两个输入端，其中A为反相输入端，B为同相输入端，它有很高的开环放大倍数。

如果把放大器输出电压通过反馈电阻R向输入端A引入f深度负反馈，则运算放大器就变成电流放大器，此时流过Rf 的电流I2等于流过电导池(电阻为Rx ，电导为Lx)的电流I1，即式中V0和Vc分别为输入和输出电压。

当V和Rf恒定时，则溶液的电导(Lx)正比于输出电压(Vc )。

反馈电阻Rf即为仪器的量程电阻，可根据被测溶液的电导来选择其值。

另外，还可将振荡电源制成多档可调电压供测定选择，以减少极化作用的影响。

(三) pH监测仪由复合式pH玻璃电极、温度自动补偿电极、电极夹、电线连接箱、专用电缆、放大指示系统及小型计算机等组成。

为防止电极长期浸泡于水中表面沾附污物，在电极夹上带有超声波清洗装置，定时自动清洗电极。

(四) 溶解氧监测仪在水污染连续自动监测系统中，广泛采用隔膜电极法测定水中溶解氧(见第二章)。

有两种隔膜电极，一种是原电池式隔膜电极，另一种是极谱式隔膜电极，由于后者使用中性内充溶液，维护较简便，适用于自动监测系统中，电极可安装在流通式发送池中，也可浸入于搅动的水样(如曝气池)中。

该仪器设有清洗装置，定期自动清洗沾附在电级上的污物。

(五) 浊度监测仪被测水经阀1进入消泡槽，去除水样中的气泡后，由槽底经阀2进入测量槽，再由槽顶溢流流出。

测量槽顶经特别设计，使溢流水保持稳定，从而形成稳定的水面。

从光源射入溢流水面的光束被水样中的颗粒物散射，其散射光被安装在测量槽上部的光电池接收，转化为光电流。

同时，通过光导纤维装置导入一部分光源光作为参比光束输入到另一光电池，两光电池产生的光电流送入运算放大器运算，并转换成与水样浊度呈线性关系的电讯号，用电表指示或记录仪记录。

仪器零点可用通过过滤器的水样进行校正，量程可用标准溶液或标准散射板进行校正。

光电元件、运算放大器应装于恒温器中，以避免温度变化带来的影响。

测量槽内污物可采用超声波清洗装置定期自动清洗。

(六) 高锰酸盐指数监测仪有比色式和电位式两种高锰酸盐指数自动监测仪。

在程序控制器的控制下，依次将水样、硝酸银溶液、硫酸溶液和0.005mol/L高锰酸钾溶液经自动计量后送入置于100℃恒温水浴中的反应槽内，待反应30min后，自动加入0.0125mol/L 草酸钠溶液，将残留的高锰酸钾还原，过量草酸钠溶液再用0.005mol/L高锰酸钾溶液自动滴定，到达滴定终点时，指示电极系统(铂电极和甘汞电极)发出控制信号，滴定剂停止加入。

数据处理系统经过运算将水样消耗的标准高锰酸钾溶液量转换成电信号，并直接显示或记录高锰酸钾指数。

测定过程一结束，反应液从反应槽自动排出继之用清洗水自动清洗几次，将整机恢复至初始状态，再进行下一个周期测定。

每一测定周期需1小时。

(七) COD监测仪用的比较多的是间歇式比色法和恒电流库仑滴定法COD自动监测仪。

前者基于在酸性介质中，用过量的重铬酸钾氧化水样中的有机物和无机还原性物质，用比色法测定剩余重铬酸钾量，计算出水样消耗重铬酸钾量，从而得知COD。

仪器利用微机或程序控制器将量取水样、加液、加热氧化、测定及数据处理等操作自动进行。

后者是将氧化水样后剩余的重铬酸钾用库仑滴定法测定，根据其消耗电量与加入的重铬酸钾总量所消耗的电量之差，计算出水样的COD(见第二章第八节)。

仪器也是利用微机将各项操作按预定程序自动进行。

(八) 微生物传感器BOD自动监测仪微生物传感器法测定BOD的原理在第二章中已作介绍，由液体输送系统、传感器系统、信号测量及数据处理、程序控制系统等组成，可在30min内完成一次测定。

(1) 将中性磷酸盐缓冲溶液用定量泵以一定流量打入微生膜传感器下端的发送池，发送池置于30℃恒温水浴中。

因缓冲溶液不含BOD物质，故传感器输出信号为一稳态值(原理参见第二章)。

(2) 将水样以恒定流量(小于缓冲溶液流量的1/10)打入缓冲溶液中，与其混合后进入发送池。

因此时的溶液含有BOD物质，使传感器输出信号减小，其减少值与BOD物质的浓度有定量关系，经电子系统运算，直接显示BOD值。

(3) 一次测定结束后，将清洗水打入发送池，清洗输液管路和发送池。

清洗完毕，再自动开始第二个测定周期。

根据程序设定要求，每隔一定时间打入BOD标准溶液校准仪器。

(九) TOC监测仪TOC自动监测仪是根据非色散红外吸收法原理设计的，有单通道和双通道两种类型(见第二章)。

用定量泵连续采集水样并送入混合槽，在混合槽内与以恒定流量输送来的稀盐酸溶液混合，使水样pH达2—3，则碳酸盐分解为CO，经除2气槽随鼓入的氮气排出。

已除去无机碳化合物的水样和氧气一起进入850—950℃的燃烧炉(装有催化剂)，则水样中的有机碳转化为CO，经除湿后，用非色散红2外分析仪测定。

用邻苯二甲酸氢钾作标准物质定期自动对仪器进行校正。

这种仪器另一种类型是用紫外光—催化剂氧化装置替代燃烧炉。

(十) UV(紫外)吸收监测仪由于溶解于水中的不饱和烃和芳香族化合物等有机物对254nm附近的光有强烈吸收，而无机物对其吸收甚微；实验证明某些废水或地表水对该波长附近光的吸光度与其COD值有良好的相关性，故可用来反映有机物的含量。

该方法操作简便，易于实现自动测定，目前在国外多用于监控排放废水的水质，当紫外吸收值超过预定控制值时，就按超标处理。

由低压汞灯发出约90%的254nm紫外光束，通过水样发送池后，聚焦并射到与光轴成45°角的半透射半反射镜上，将其分成两束，一束经紫外光滤光片得到254nm的紫外光(测量光束)，射到光电转换器上，将光信号转换成电信号，它反映了水中有机物对254nm光的吸收和水中悬浮粒子对该波长光吸收及散射而衰减的程度。

假设悬浮粒子对紫外光的吸收和散射与对可见光的吸收和散射近似相等，则两束光的电信号经差分放大器作减法运算后，其输出信号即为水样中有机物对254nm紫外光的吸光度，消除了悬浮粒子对测定的影响。

仪器经校准后可直接显示有机物浓度。

(十一) 其他污染物监测仪器测定水中污染物的自动监测仪器还有总氮、总磷、氨氮、氟化物、氰化物、六价铬、总需氧量(TOD)等监测仪。

水样中的总氮用密封燃烧氧化—化学发光监测仪测定，其原理基于：首先将水样注入密闭、温度为750℃的反应管中，在催化剂的作用下，水样中的含氮化合物燃烧氧化生成一氧化氮，然后用载气将其载入化学发光测定仪测定，各项操作在自控装置的控制下按预定程序自动进行。

化学发光分析法原理见本章第一节。

总磷监测仪的工作原理基于：在自控装置的控制下，按预定程度自动进行水样消解和用钼锑抗光度法(见本章第七节)测定。

氨氮、氟化物监测仪是以离子选择电极为传感器的自动监测仪。

六价铬自动监测仪是依据比色法原理(见本章第六节)设计的。

TOD自动监测仪的工作原理基于将水样于900℃和有催化剂存在的反应室中，通入含有一定浓度氧的载气，使水样中的有机化合物和其他还原性物质瞬间完全氧化，导致载气中氧浓度降低，用氧化锆氧量检测器测定载气氧浓度减少值，便可得知TOD值。

各项操作按预定程序自动完成并显示测定结果。

氧化锆氧量检测器是一种高温固体电解质浓差电池型检测器，其电动势取决于待测气体中氧的浓度。