一、項目概述

隨著經濟的發展，我國的污水排放量已經越來越大，已造成地表水的嚴重污染，環境質量呈現不斷惡化趨勢，但目前全國各地對污染源和排污河渠的水質監測仍停留在手工監測階段，時間覆蓋率低，樣品缺乏科學性和代表性，難以反映企業及城市污水排放連續變換的情況。常規的實驗室取樣檢測技術已經無法在第一時間獲取水污染狀況的準確信息。而且分析速度慢、操作復雜、穩定性差，特別是對附加藥品一來使其存在二次污染，以往采用的水質監測方法已經遠不能滿足環保工作發展的需求。

1.建設內容及目標

利用物聯網、移動互聯網以及智能傳感技術，結合取水控制系統、電源供電系統、在線分析系統、數據傳輸設備等可全天候、 連續、定點的觀測分析水質狀況，并實時將數據傳輸到水質監測平臺。形成水質監測趨勢網格化后，有助于形成健全的水域長效管理機制，實現對該水域或下游進行水質污染預警預報作用，達到掌握水質和污染物通量，防治水污染事故。  水質監測系統運用現代自動監測技術、自動控制技術、計算機應用技術以及相關的專用分析軟件和通訊網絡所組成的一個綜合性的在線自動監測系統。通過對現場水溫、PH值、溶解氧、濁度、電導率、高錳酸鹽指數、氨氮含量、總氮含量和總磷含量等參數的數據采集，將參數數據遠傳至物聯網云平臺，實現現場各個設備的數據實時監測，用戶可以通過WEB端或移動端實時查看，可以根據不同類型水質設置各個參數的標準值上下限，如果數據超限可以給相關的工作人員發送預警信息，做到提前預警，避免造成不必要的損失，實現在遠程就能值守現場設備。

2.建設依據

有關規程規范和技術標準：

1. 《國家水資源監控能力建設項目標準-水資源監測數據傳輸規約》（SZY 206-2012）。

2. 《國家地表水自動監測站運行管理辦法》

3. 《水環境監測規范》（SL 219-2013）

4. 《水質河流采樣技術指導》（HJ/T 52-1999）

5. 國家標準方法和《水和廢水監測分析方法》

二、系統方案

1.系統拓撲

2.系統概述

水質在線監測系統由分析單元、采水單元、配水單元、預處理單元、質控單元、控制單元、數據采集/處理/傳輸單元、輔助單元集成戶外一體化機柜站房等組成。采水單元負責從監測斷面采集水樣輸送到配水單元，配水單元根據各儀器的對于分析水樣的水質、水壓和水量的不同要求，將水樣分配到分析單元預處理；預處理單元根據地表水環境質量標準和結合監測因子儀表對于水樣的不同要求，對監測因子的水樣采取不同的預處理方案；標準站水質在線監測系統架構如下圖所示。分布于各測點的監測站全自動運行，對現場水質進行實時監測并記錄水質的變化，通過專用的通訊系統，將監測數據上傳至遠程的監控中心，從而實現遠程監控功能。監控中心也可以直接同各子站進行通訊以獲取數據。

3.采水單元

a.單元概述

水質自動監測站采水單元是保證整個標準站水質在線監測系統正常運行、獲取正確數據的關鍵部分，設計及建造一套可靠的水樣采水單元非常重要。因此，針對現場情況設計了可靠的采水系統，不僅從采水的形式上保證設計合理，而且要充分考慮材料設備的選型，能適應各種氣候、地形、水位變化及水中泥沙等環以及安全防護等因素，能夠確保采水單元達到預期的功能、效果。采水單元一般情況下使用浮桶采水，管路設計采用潛水泵雙管路進樣，主進水管路串聯，儀器并聯取樣的方式，任何儀器出現故障都不會影響其他儀器的工作，確保在任何情況下都能采集具有代表性的水樣供分析系統使用。

采水單元由采水裝置、采水泵、采水管路、采水構筑物和配套設施組成。

b.采水設計

采水系統的設計原則如下：

• 充分考慮水位落差對取水的影響，避免取水口設置在死水區，確保取水深度在水面以下 0.5m-1m 左右，取水口能隨水位變化。

• 取水口防護網：在采水頭外圍設計防護隔柵以有效的防止沙石、懸浮物堵塞，結構設計易于日常維護。

• 取水泵：取水泵采用潛水泵，性能穩定，泵體使用壽命較長，有足夠的輸出功率，滿足實時不間斷監測的要求，保證整個系統的正常運行。要求：水位大于2米。

• 警示標志：設置警示燈和警示標志，提示過往船只安全，防止人為破壞。

• 采水管路：采水管路采用隔熱處理，以減少環境溫度等因素對水樣造成的影響，全部管路良好密封，不漏氣；在機箱內部關鍵部位設計一段透明管路，用于監測管路中的積藻狀況。 

• 根據各個采水點到站房的距離、地形等實際情況，合理選擇潛水泵及合理選擇采水管路的大小，以保證采水單元的進口壓力和流速達到整個系統全部儀器的要求，并具有良好的性能，確保采水單元的穩定運行。

• 采水單元設計兩種工作模式分別為連續工作模式和間歇性工作模式，一般我們采用間歇性工作模式，間歇性工作模式可以根據客戶需求設置監測間隔。

• 采水管路全部采用優質UPVC管或者同等級材料穩定的材料，避免水樣受到污染。

c.潛水泵+浮筒式采水方式

（1）浮筒采水方式特點

浮筒式采水方式設備簡單，安裝方便、成本低且維護方便，同時可以比較方便地在河道中改變位置，適應河道變化。

（2）浮筒采水系統組成

1)采水浮筒：材質不銹鋼304，用于固定水泵，使水泵能隨采水點的水位波動而上下浮動，并對系統采水起到一級過濾作用；

2)采水浮筒固定點：一般用現澆的鋼筋混泥土方塊或者用角鋼制作采水浮筒固定點，通過不銹鋼鋼絲繩實現采水浮筒與固定點之間的連接，防止采水浮筒被水流沖走。

3)船錨：材質鑄鐵，表面用防銹漆進行處理，用于固定采水浮筒在監測斷面的安裝位置。

采水浮筒結構示意圖浮筒固定船錨實物圖

（3）浮筒采水系統安裝

浮筒采水系統安裝包括采水浮筒安裝和固定、潛水泵組件安裝、船錨安裝、采水管路安裝等。

d.采水管路

• 為了保證采水效果及管路壽命，采水管路使用磐石膠管或PE管，外套Ф110PVC管作為護管；

• 為了便于日后檢修管路或纜線，管路鋪設過程中，可在適當位置設置檢察井；

• 采水管路施工過程中考慮防凍保溫，管路埋于凍土層以下，檢查井管路不裸露于檢查井外部；在無法深埋地段，采用絆熱帶加熱并進行保溫處理；

• 如管路無法地埋施工，可將管路平鋪于地面，然后采用磚砌的方法對管路進行保護及保溫處理；

• 針對系統的易維護性，可以在運行情況下對備用管路進行清洗，保證水樣的代表性，并確保封凍期仍能可靠取水；

• 采樣泵可靠耐用，便于維護維修：采水泵選用質量優良的潛水泵、自吸泵或潛污泵，可有效防止堵塞；室外采水管路超過100m時，采水泵電纜選用比泵線線徑大一倍的電纜，以避免壓降。具有停電再復電后能重啟動的自動恢復功能；

• 取水口、管路等采取防淤積、防雜物、防堵塞、防凍結、防冰凌等措施；自動反沖洗，有效防止雜物堵塞；取水口下方加設不銹鋼絲網，防止進水口淤積和雜物堵塞。采取必要的措施，保證取水口在封凍期不凍結；

• 針對北方水源豐、枯水期點位變化大的情況，動態調整采水位置。采樣頭在水面下0.2m浮動，并與水體底部有足夠的距離，以保證不受水體底部泥沙的影響；

• 采水系統管路和電路分開安裝。采水管路材質不影響水質變化。子站機箱內所有管路材質為內外拋光的不銹鋼管路或PVC管道，管路安裝前清洗干凈，有合理的流路設計，便于拆卸清洗，并配備足夠的活動接頭。

• 

4.配水單元

a.單元概述

配水及預處理單元主要實現系統采集水樣的預處理、分配功能及管路清洗功能，保證能夠滿足國家標準分析方法中對樣品的預處理要求除去水中的較大顆粒雜質和泥沙等干擾分析儀表的因素，同時可以根據不同儀器采取恰當的過濾措施，并采取必要的清洗、除藻等保障措施以確保系統長時間無故障連續運行。配水及預處理單元包括總體配水子單元、五參數配水子單元、預處理單元、自動清洗子單元等組成，各子單元主要由配水管路、控制閥門、預處理部件、輔助設備等組成。

b.設計原則

根據國家《地表水自動監測技術規范（試行）(HJ 915-2017)》要求，遵循配水單元滿足標準分析方法中對水樣預處理要求的原則。配水系統配備壓力檢測，流量、流速均可單獨調節；配水系統各支路滿足其儀器的需水量要求外，還留有2~3套常規監測儀器擴展接口。配水管線設計合理、流向清晰，便于維護，當儀器發生故障時，能夠在不影響其他儀器生產工作的前提下進行維修或更換。管路連接方式不僅要滿足各儀器對樣品的要求，也要滿足所有的儀器的需水量；根據五參數儀器對水樣的要求，對于五參數儀器供水不經過任何處理，直接浸入儀器的測樣方式；根據其它儀器對水樣的要求，有針對性的對水樣進行預處理，使其從各自專門的取樣裝置中取樣，且過濾后的水質不能改變水樣的代表性。

c.預處理總體設計 

采水泵工作，同時通過智能控制單元對各電磁閥、電動球閥的狀態控制使水樣按照設計流路流通并排出。

1) 流量和壓力調節

系統采用壓力傳感器實時監測配水管路壓力，通過調節球閥開度調節管路壓力和流量，滿足所選用儀器和設備對樣品水流量和壓力的具體要求。

2) 預處理系統

水樣的預處理既要保證分析系統的連續長時間可靠運行，同時不能采用攔截式過濾裝置；既要消除干擾儀表分析的因素，又不能失去水樣的代表性。

3) 水樣除沙

在地表水在線監測應用中，沉沙處理是必不可少的預處理環節，水樣通過采水泵泵入沉沙池，然后30min靜置沉沙，再通過二級泵將上清液泵入各分析儀的取樣溢流器中。沉沙池系統采用初級過濾與精密過濾相結合的方式，水樣經初級過濾后，消除其中較大的雜物，再進一步進行自然沉降（經過濾沉淀的泥沙定期排放），抽取上清液，然后經精密過濾進入分析儀表，精密過濾采用微濾過濾器，根據不同儀表的要求選用不同過濾孔徑。

4) 系統清洗

河流中往往含有泥沙、藻類等物質，容易造成管路堵塞，影響監測結果，因此必須在系統配水管路增加自動清洗功能。當采水系統間歇停止時，該系統利用壓縮空氣和清水對所有管路和部分儀器內部管路進行清洗，保證管路內無泥沙、無藻類、管壁無附著物。

5.質控單元

a.單元概述

該項目配置的質控單元能夠實現對高錳酸鹽指數、氨氮、總磷和總氮等水質自動分析儀器進行自動標樣核查、自動加標回收率測試等質控功能，并具備自動留樣功能；該質控裝置與分析儀表聯合使用，其安裝方式充分考慮到結構設計的合理性，設計緊湊，節省空間。

b.工作原理

質控裝置是獨立于水質自動分析儀，可對水質自動分析儀進行控制并接收測試數據，但不會被水質自動分析儀控制，可保證質控受到監督和控制。質控裝置具備參數輸出接口并對質控區間內的數據有效性做出標識，按照平臺軟件統一協議要求實現質控參數上傳。空白樣測試、標樣樣核查、平行樣測試、加標回收測試數據應能被信息化平臺準確識別，不應與正常周期測量水樣的數據產生混淆。通過遠程控制質控儀，可實現對水質在線分析儀的空白樣測試、標準樣核查、平行樣測試、加標回收測試等數據質量控制功能。

c.實現功能

在線質控裝置可通過通訊線和管路與水質自動分析儀建立連接，對其進行數據質量控制。環保主管部門可以通過監控中心平臺遠程反控在線質控儀，可實現對水質自動分析儀的標準樣核查、零點和量程漂移量的測試、平行樣測試、加標回收率測試、空白樣測試等數據質量控制功能。

6.控制單元

單元概述：控制單元具有對采水單元、配水及預處理單元、分析單元、留樣單元、輔助單元等進行控制，并實現數據采集與傳輸功能，保證系統連續、可靠和安全運行。

三、水質在線監測系統

水質自動監測站系統軟件包含系統管路圖及實時狀態顯示、儀器狀態及實時數據顯示、報警信息顯示、手工及單一控制功能、系統及儀器歷史運行狀態顯示、控制系統功能、操作提示功能、數據存儲、數據查詢/導出/自動備份功能、參數設置功能、用戶管理功能等，現場巡檢、運維記錄輸入和上傳等功能。

四、應用場景

飲用水源地、污水處理廠、水廠、湖泊河流、水庫等場景均可應用。

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