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篇1

前 言

隨著社會發展，飲用水安全已成為政府、社會、公眾日益關注的焦點，獲得安全飲用水是人類生存的基本需求。近年來，盡管各地農村加大了改水改廁工作力度，部分農民喝上了安全水，但仍有部分農民無法飲用到安全水，嚴重影響了農村居民的身體健康和生命安全。

重慶市是一個大城市帶動大農村的直轄市，其農村飲用水安全問題在西南地區具有典型的代表性，因此加強農村飲用水源保護，保障農村飲水安全，已經成為當前重慶市社會主義新農村建設亟需解決的重要問題。

1.農村飲用水安全現狀

1.1我國農村飲用水安全現狀

飲用水是人類生存的基本需求，其安全問題直接關系到廣大人民群眾的生命安全及身體健康。飲用水污染事件是指因物理、化學、生物等因素污染飲用水，導致水質感觀性狀和一般化學指標、毒理學指標、細菌學指標、放射性指標發生改變，超過國家衛生標準和衛生規范的限值或要求，造成或可能造成公眾健康危害的事件。近年來，中國飲用水污染事件頻繁發生，如 2014年蘭州市局部自來水苯超標事件、2013年杭州自來水異味污染事件、2012年江蘇鎮江自來水污染事件等飲用水安全問題引起社會各界的廣泛關注。

1.2重慶農村飲用水安全現狀

重慶農村地區飲水不安全性主要體現在水質差、水量不足、取水不便、不能保證供給等方面。截至2009年底，重慶市近2350萬農村人口中，有近1063萬人飲水不安全，占農村總人數的45.2%左右。其中，水質超標問題導致飲水不安全人口為近235萬人，水量不達標導致飲水不安全人口略為354萬人。

王曉青，侯新等對重慶市農村飲用水現狀調查表明，除渝中區以外的39個區縣，飲水不安全人口達到992萬人，占總人口的41.86%。

2.水質在線監測系統國內外應用研究現狀

作為傳統實驗室檢測的一項重要補充手段，在線式飲用水水質在線監測系統應運而生。飲用水水質在線監測系統是一個集水質衛生指標監測傳感器、無線數據傳導設備和遠程監控平臺為一體，運用現代自動監測技術、自動控制技術、計算機應用技術并配以相關的專業軟件，組成一個從取樣、分析到數據處理的完整系統，實現了對飲用水水質的在線自動監測，可 24小時連續、準確地監測飲用水中余氯、渾濁度、pH 值等衛生指標及其變化狀況，并通過網絡實時將數據傳輸到監控管理平臺。

2.1國外水質自動監測系統的發展狀況

美國日本等國很早就開始對水質自動在線監測技術進行研究和應用了。美國在上世紀70年代就已經運用水質自動在線監測系統對河海以及湖泊等地表水進行了實時的監測。日本也同樣應用自動監測系統對城市排水系統以及污水處理排水進行了實時監控，實現了自動連續監測的有效利用。

目前在國外已廣泛采用GPS全球衛星定位系統，GPRS 無線通信網絡以及計算機技術，建立起了無線分布式自動監測系統。通過水質自動監測系統以及通訊功能，可以對各個監測點的水質進行控制。

2.2國內水質在線監測系統發展現狀

我國水質自動在線監測、快速分析等體系建設尚處于探索階段。目前國內市政各大型自來水廠，主要靠直接引進國外飲用水工程成套系統，水質監測設備。監控系統也主要靠從國外進口。我國的水質在線監測儀廠家雖然很多，但是多數為民營企業，技術水平參差不齊，儀器的穩定性和可靠性不足，難以滿足我國水體環境復雜的監測要求?？梢灶A測，在未來的幾年，水質在線監測儀器儀表行業的主要增長點將在環保相關領域的應用。水質的在線監測系統分析將迎來新的市場機會。

3.建設水質自動監測系統的技術要求

3.1監測點的選擇

在生活飲用水水質進行在線監控時，要對其監測點進行合理的選擇，這樣才能保證監測的有效性，在線監測過程中所要選擇的監測點有：（1）水源水的在線監測點，在該種監測點的選擇過程中，應該考慮其供電條件、通信狀況、交通狀況、水深狀況、地理位置等各種因素；（2）出廠水的在線監測點的選擇，一般會將水質的監測點設置于出水泵房附近的位置；（3）在進行管網水水質的監測時，要選擇能夠反映出廠水水質變化的監測點來進行水質的監測。

3.2監測參數與儀器

根據水質污染特征和監督管理的需要，選擇具有代表性的參數；儀器設備的準確度、檢出限、重現性等主要檢測指標要與實驗室方法具有可比性，測定范圍應滿足監測評價的需要，最好具有方法比對校準的功能；應配備水質超標報警的自動采樣器；儀器性能要好，抗干擾能力要強，運行穩定，故障率低。

3.3系統控制平臺

要求運行速度快，內存容量大，并具有斷電保護的功能；要具有仿真操作界面，可隨時顯示自動站各主要設備和關鍵部件的工作狀態，并具有各種故障自動報警功能，具有監測參數值超控制限報警功能和設備控制輸入設置功能。

3.4數據處理與傳輸平臺

開發自動監測數據庫，自動接收傳送監測數據，并具有對數據庫檢索、查詢和顯示歷史數據等各種功能； 開發對數據進行分析計算、報表編制的應用軟件，可實時打印自動站傳送的數據，并按要求格式打印各種報表；建立先進的軟件操作系統，要求界面友好，兼容性強，易于修改，易于升級。

4.展望

在經濟社會不斷向前發展的新形勢下，自動水質監測系統作為水資源和水環境保護的重要手段受到各級領導的重視，積極穩妥地發展水質自動監測技術，已成為水質監測能力建設的重要任務。水質自動監測系統建成后，將在跨界河流水污染紛爭、水質評價、入河排污口監督管理、水功能區污染物總量控制、安全供水等方面發揮人工監測不可替代的作用。實現水質信息在線查詢和共享，為控制水質和治理水污染提供科學依據。

參考文獻

[1]羅翠琴. 水質自動監測系統的建設與管理[J]. 現代測量與實驗室管理， 2009， （2）：32-33.

[2]侯新， 龍訓建. 重慶市農村集中式飲用水源地安全評價[J]. 中國農村水利水電， 2011， （8）：96-99.

[3] 李怡庭. 全國水質監測規劃概述[J]. 中國水利， 2003， （14）.

[4] 王曉青， 侯新. 重慶市農村飲用水安全現狀及水源地保護規劃[J]. 水利水電技術， 2011， （7）.

篇2

水質自動監測系統只有在確保系統能夠正常、穩定的持續運行，得到有效數據的情況下，才可真正在水質監測中能起到重要的預警作用。由于本系統的運行涉及到自動化、環境監測、化學分析等多個學科、跨領域的知識，因此必須對其進行專業、系統的日常維護工作，同時也對運維人員的素質提出了較高的要求。

南海區水源水質自動監測系統（以下簡稱“南海水站監測系統”）位于佛山市南海區獅山鎮北江大提，是一套以19臺自動分析儀器為核心，從水樣的采集、過濾、分析到數據的顯示、傳輸、存儲等全自動化的監測系統。其監測斷面為東平水道的北江流域，是佛山市南海區第二水廠的取水點（該水廠是佛山市日供水量最多的自來水廠之一），該系統能實時、連續、準確地掌握和評估東平河水質狀況及動態變化趨勢。

我公司在完成南海水站監測系統的前期建設和中期的安裝調試驗收工作后，受佛山市南海區環境保護監測站委托，從系統試運行開始，就一直負責系統的日常運行與維護管理，水質自動監測站是否能持續長期正常運行，取決于儀表的日常維護工作是否做好，精細化的維護能夠延長設備的使用壽命。以下是我司針對部分參數列舉的日常維護內容：

1、五參數的維護

每星期到達現場，檢查儀表表面狀況，室內環境狀況，保持儀表表面潔凈，無冷凝水，保持使用環境通風，無激烈振動。一旦出現異常，及時動作，解除干擾。

每星期檢查儀表的顯示狀態，每三個月檢查連接電纜是否牢固。

經常檢查電源供電電壓。保證儀表使用的電源為220V/50Hz±10%，不正確電源有可能造成儀表燒毀。如果供電電源波動超過容許范圍，我們會立即將儀表的電源斷開。（為保證儀表能夠恢復其內存參數，斷電后最少在10分鐘后再接上電源）

儀表與傳感器之間信號線性關系是準確測量的保證，所以，除了保證傳感器正?？煽恳酝?，定期的檢查與校正也是準確測量的保證。每個星期應檢查所有傳感器（包括溫度、電導、PH、溶解氧、濁度）連接是否完好，電纜線是否有破損，傳感器表面是否結垢或臟污，及時發現問題并處理。

針對不同電極，應按其不同要求進行維護。

2、總磷總氮日常維護

總磷、總氮分析儀是根據吸光法原理，將經消解的水樣通入檢測器，通過計算某一波長的吸光強度，得出總磷、總氮的含量。儀器的測量原理和裝置的特性，決定了維護周期、維護量。

2.1.維護人員每周對儀器進行巡檢，查看儀器運行情況，讀取現場數據，確保沒有異常狀況。

2.2.儀器運行使用的試劑、純水，維護人員每周進行檢查，確保試劑、純水充足，每隔兩周試劑要更換一次，確保測量質量。

2.3.維護人員每月對儀器進行全面維護，檢查儀器采水管路是否有臟、堵塞、脫離現象；裝置內送液管是否有堵塞、漏、脫離、掉下現象；各電磁閥的動作是否正常；送液泵、氣泵、試劑泵、各液體計量泵的動作是否正常，有否異常聲音；加熱室、檢測器是否正常工作，有沒漏液現象；打印機的工作是否正常，記錄紙的剩余量；廢液容器的儲液量，是否需要回收處理；試劑容器、純水容器的狀況，是否需要清洗。

2.4.維護人員每三個月要對儀器管路、試劑容器進行清洗，六個月進行一次儀器易損配件、裝置內管路更換，主要配件如試劑泵一年更換一次。

3、氨氮分析儀日常維護

氨氮分析儀采用氣敏電極測試，運行比較穩定，日常維護能確保儀器測量質量，為水站提供可靠數據。在維護時應做到；

3.1.每周檢查管路、試劑瓶狀況，管路是否有氣泡，試劑余量是否充足。

3.2.每兩周更換試劑，在每次更換試劑后，做一次系統管路填充，然后做校準，查看校準結果如何，如不通過，查找原因。

3.3.每30天移位一次軟管，每180天更換一次軟管和T形片。

3.4.每月更換一次電解液，每三個月更換一次薄膜。

4、高錳酸鹽指數分析儀

4.1.每周至少巡檢一次，查看儀器運行情況，檢查光度計的工作情況是否正常；鹵光燈是否發光；各液位計是否正常工作；各蠕動泵是否正常工作；各閥門是否正常；ORP電極、Pt100、加熱棒工作是否正常；檢查調節模塊各項功能。

4.2.每兩周更換一次試劑，保證測量質量；三個月做一次手動校準；

4.3.每月清洗一次恒流器、光度計內管路、反應室和試劑瓶，減少儀器內環境污染造成的測量影響；

4.4.每三個月檢查并清潔管道和接頭，半年更換一次蠕動泵軟管；

4.5. 每2年更換一次AnaCon2000模塊的內部電池。

5、TOXcontrol毒性儀日常維護

毒性監測儀是采用深海發光菌（費歇爾弧菌）在水中遇毒性物質時本身發出的熒光強度發生衰變的原理進行毒性物質的檢測。菌種本身對環境比較依賴，在維護的時候注重為其提供適應條件，盡量讓測試更準確。

5.1.定期為儀器添加新的發光菌懸浮液。維護人員一周培養一次菌種，喚醒期為20小時，保存期為一周。一般添加20ml足夠儀器測量一個星期，有時候菌種會因污染或不正確操作造成大量死亡，維護人員巡檢時會查看歷史數據，若存在異常，及時更換菌種。

5.2.維護人員每星期到達現場，負責配制鹽溶液和控制樣溶液并更換，清洗儀器內的所有模塊、小黑管、進參考樣和被測水樣的管道、PMT光強測試盒，更換注射器。

5.3.維護人員每個月對儀器進行一次全面維護，將所有模塊取出并清潔干凈，清洗整個儀器并給定向臂桿、注射器馬達上油。

5.4.每隔三個月，維護人員要更換小黑管、注射器尖頭上的透明管套、進參考和實際水樣的管子，檢查風扇底部通風情況和儀器后面的通風情況，保證儀器一切正常，若其中一部分出現問題，馬上采取方案解決問題。

5.5.每年維護人員要對儀器的溫度、體積、光強進行校準，檢查攪拌裝置、傳送帶、定向臂的工作情況，判斷工作是否正常，是否存在隱患。同時要注意檢查運用程序的更新狀況。

6、重金屬分析儀日常維護

在線痕量金屬分析儀是設計用來自動監測水中的痕量金屬的，它使用電氣化學技術中陽極溶出伏安法原理測量。儀器的維護頻率由水樣的特性和分析頻率決定，一般，進行高頻率的維護，可使儀器的數據更精確。

篇3

中圖分類號：TP393 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）27-0185-03

據2009年環境狀況公報統計，珠江、長江水質良好，松花江、淮河為輕度污染，黃河、遼河為中度污染，海河為重度污染。 中國社會科學院環境與發展研究中心副主任鄭易生指出，中國的各種水環境質量檢測報告，由于受布點數量和布點區域的限制，“并不能充分、真實地反映國內水污染現狀”。目前的水質監測現狀揭示了中國水污染的嚴重程度和水質監測的建設落后程度。

水質監測適用于源頭水、國家自然保護區，集中式生活飲用水地表水源地一級保護區、珍稀水生生物棲息地、魚蝦類產卵場、仔稚幼魚的索餌場；魚蝦類越冬場、洄游通道、水產養殖區等漁業水域及游泳區等靜態水域。傳統的水質監測，需要耗費大量的時間以及大量的人力，經過繁瑣的步驟才得到數據，而在線水質監測系統可以實時的監測數據，自動進行設備的充電，用戶登錄App或者網站即可看到數據。

1系統總體的設計

在線水質監測系統如圖1所示，水質監測系統整體分成三層，感知層、網絡層以及應用層。感知層是系統的核心，是信息采集的關鍵部分；網絡層對整個系統進行無線連接，通過①LoRa技術將所有的水質監測儀連接起來，LoRa數據接收端將數據通過互聯網傳輸到服務器，服務器進行數據處理[1]。應用層位于三層的頂層，將服務器處理的數據通過App以及網站展現給用戶，讓用戶可以直接地看到想要的數據以及與前幾次對比所產生的差異。

2水質監測硬件設計

水質監測儀構想如圖所示，是由CC2530控制了整個水質監測儀，數據的采集主要是通過傳感器來完成，L9110S是用來控制電機的上浮下潛以及在水中游動，而SL1053是用于來管理太陽能，鋰電池用于存儲電量。

CC2530芯片對整個系統起著至關重要的作用，將傳感器收集的信息存儲和發送到服務器，并且接收從服務器傳來的信息，再將數據以指令的形式進行命令的傳達。

（一） 數據采集模塊

系統通過溫度傳感器、PH值傳感器、濁度傳感器、含氧量傳感器模塊來采集溫度、PH值、濁度、含氧量等信息。

1）溫度傳感器

采用PT100溫度傳感器，對水的溫度進行測量，PT100是鉑熱電阻，它的阻值會隨著溫度的上升而迅速勻速的增長，鉑熱電阻具有精度高、穩點性好、性能可靠的特點，適用于長期進行水質的溫度的監測[2]。

2）PH值傳感器

采用PH值傳感器，對水中的氫離子濃度進行監測以及轉換成相應的可用輸出信號，整體是一種密封狀態，能夠很好的防水，而且使用壽命長，適用于長期進行水質的PH值的監測[3]。

3）濁度傳感器

采用TS濁度傳感器，對水的污濁度進行測量，判斷水的潔凈度，濁度是由水中的懸浮顆粒引起的，本傳感器采用散射光與透射光比值代替單純的散射光測量濁度，傳感器的準確度、可靠性提高，維護更加簡單，抗污性增強，適用于長期進行水質的濁度的監測[4]。

4）氧氣含量傳感器

氧氣含量傳感器，對水中的氧氣含有量進行監測，它是由一個銀陽極和金陰極組成，兩極之間存在著電勢差，氧氣在陽極下進行反映，通過半透膜向陰極擴散，根據流過兩級電流的大小就能測試水中氧氣濃度的比例關系，適用于進行氧氣的監測[5]。

（二） 數據傳輸模塊

數據輸出模塊主要由繼電器及光耦合器構成，設計中使用的是一種兩個接線端為輸入端，另外兩個接線端為輸出端，中間采用光耦合器實現輸入輸出電隔離的高性能固態繼電器，該繼電器具有功率小、高靈敏度、高可靠性等特點。在水質監測系統運行中，當控制器接收到用戶的指令后可以將數據返回到用戶手中，并且控制儀器進行游動。

（三） L9110S半導體處理器

如圖3所示，L9110S是控制和驅動電機設計的兩通道推挽式功率放大專用集成電路器件，該芯片有兩個TTL/CMOS兼容電平的輸入，具有良好的抗干擾性；兩個輸出端能直接驅動電機的正反向運動，它具有較大的電流驅動能力，具有較強的驅動能力控制水質監測儀的上浮下潛，以及四處游動。

（四） 線性鋰電池芯片SL1053

SL1053是高精度的線性鋰電池充電的芯片，SL1053可以通過檢測電池電壓來決定其充電的狀態：預充電、恒流充電、恒壓充電。均衡的管理鋰電池的充電模式和查看電量的剩余量。同時控制著太陽能的充電狀態，以及當充電結束后將自動發送完成指令給CC2530控制芯片。

3水質監測網絡設計

如圖4所示，網絡層是用戶與儀器之間進行交流的媒介，網絡層由LoRa數據傳輸芯片、互聯網以及服務器組成，水質監測儀通過多個LoRa節點進行連接以及數據的傳輸，可以直接將數據直接傳輸給LoRa數據接收終端，終端將數據通過互聯網傳輸到服務器，服務器對數據進行處理以及分析，通過互聯網將數據傳輸給用戶。

1）LoRa

LoRa是一種新型的基于1GHz以下的超長距低功耗的數據傳輸技術的芯片，其接收數據的靈敏度達到了-148dBm，與其他的芯片相比較得到了很大的提升，所以我們的水質監測系統中會采用到LoRa芯片，對池塘、水庫的監測有較大優勢，相比較其他的監測設備使用更加便捷，只需要進行一次布局就能長期的進行在線的監測數據，而不是取到每個區域進行水的采樣，然后在檢驗室來一一的監測數據，可以省去大量的人力物力以及財力，用戶操作起來會簡單，我們稱之為傻瓜式操作。LoRa數據接收終端將幾個個體的水質監測儀的數據進行統計，發送到服務器進行統一處理得到綜合的數據反饋以及位于不同區域水質之間的差異。

2）服務器

服務器主要是進行數據接收、處理、統計以及進行信息的推送。同時進行管理水質監測儀，監控各項指標是否正常，對用戶的信息進行管理等。

4水質監測儀應用設計

（一）軟件設計

軟件設計分為服務端和客戶端，服務器端主要是對用戶的信息進行管理，數據的分析?？蛻舳藙t是用戶查詢獲取信息，發送指令，位置的定位。

1）服務器端

服務器是信息管理的中心，服務器內儲存著用戶的信息，水質監測儀編號類型等信息，用戶使用反饋信息，水質監測儀監測的數據，服務器會將信息統計成曲線圖表的形式反饋給用戶，給予用戶最直接的觀察。

2）客戶端

客戶端可分為PC端和移動端，移動端更適合進行信息的修改，數據的查看。而移動端適合進行水質監測儀的操控，方便攜帶，隨時都能觀察數據的變化。

（1）PC端

PC端會有水質監測儀的介紹，用戶能根據自己的需求選擇水質監測項的指標，我們會根據用戶提供的信息進行私人定制，達到更精準的監測；用戶能對自己的水質監測儀進行地圖定位；用戶能修改自己的信息；用戶能通過圖表、曲線、矩狀圖的形式查看數據；用戶能根據自己的問題向我們反饋；

（2）移動端

移動端相比PC端攜帶方便，隨時隨地都能查看水質監測儀監測的數據，能夠綁定水質監測儀進行操控，能查看水質監測儀的電量，能信息的錄入，位置的定位。

（二）模型設計

水質監測儀整體外觀像一個蘑菇。上為蘑菇傘帽，下為蘑菇桿，這樣的設計有利于設備的上浮下潛以及設備在水中的平衡運行。最上層為太陽能電池板，對設備進行電量補給。中間是一個氣孔，它能夠吸收空氣到設備內部使設備變輕，從而方便設備的上浮。旁邊以及下面會設有傳感器，來監測數據。下面設有螺旋槳，一共設有四個，分別控制設備的上浮下潛和設備的游動。

5結語

本文提出了基于物聯網在線水質監測系統構想結合了互聯網，實現了互聯網+的創意，符合現在時代的發展，能夠很好的解決價格昂貴，操作復雜的水質檢測，運用了多種比較穩定的傳感器，保證了系統穩定性。主要適用于水庫，魚塘等，對人類的健康造成威脅的一切水源都能進行監測，給人們健康美好的生活環境。

參考文獻：

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中圖分類號：U664文獻標識碼： A

1、前言

按照GB5749-2006《生活飲用水衛生標準》規定，水質檢測指標為106項，從2012年7月起國家要求各制水企業強制執行該標準生產，并要求管網末梢處水質符合該標準。同時在2011年沈陽水務集團編制完成的《沈陽城市供水發展 “十二五”規劃》中，明確提出水質達到的目標――建立本市的全方位的水質在線監測點，提高供水安全保證率，水質綜合合格率達到99%。因此從現實出發，為確保實現供水完全符合國標要求，將建立水質在線監測系統。再者由于水質在線監測設備的成熟化及價格的下降，使企業監測成本得到改善，建立水質監測系統成為可能。

2、沈陽市T區供水管網及水質在線監測概況

沈陽市市區分為八個自然行政區， T區位于沈陽市的西部，到2010年底人口統計85萬，供水面積484km2，供水水源為7個。經統計水質離線監測點29處，見圖1該區拓撲圖。是所有供水區中離線監測點最多的區。

水質在線監測系統的建設是一個循序漸進的系統工程，根據水質在線監測點選取的原則，結合沈陽市現有離線監測點位置的實際情況，又經現場查勘，故將T區作為本次水質在線監測點建設的第一試點區域。對現有的29處離線監測點中選取在線監測點的好處是：原離線點的選擇也是積于經驗積累，避免了選址上的盲目。

圖1T區離線水質監測點拓撲圖

3、水質在線監測系統的建立

一個完善的供水水質監測系統，包括水源、水廠水質監測系統，同時還應當包括一套完善的管網水質監測系統[1]。目前本企業已建立了水源與水廠的水質監測系統，對于管網的水質監測系統還是空白，本文就是對本企業供水管網水質在線監測系統提出總體設計方案，并實施。而管網水質監測的關鍵在于要在何處設置水質在線監測儀器，本文在對現有水質監測點布置方法總結的基礎上，結合現有離線水質監測地址，優選出在線水質監測點位置，為下一步在全市范圍內全面展開管網水質監測點建設提供參考。

供水管網水質在線監測系統主要包括硬件和軟件兩部分。本文主要討論沈陽市管網水質在線監測系統的總體設計，即主要涉及相關的硬件設備（如監測儀表、傳輸設施、接收設施、計算機終端），軟件系統主要是指與硬件設備相配套的管網水質管理信息系統以及管網水質模型。相關的軟件系統將不再此討論。

建立管網水質在線監測系統，需要分階段、分步驟地進行，如監測點的選取、儀表的選取、監測方法的確定、監測參數的選擇及原則，以及數據傳輸與數據處理等將按照水質在線監測系統方案于2014年逐步進行。

3.1 水質在線監測系統概述

水質在線監測系統是由計算機、通訊、控制、傳感器“3C+S”（Computer、Communication、Control、Sensor）相結合，發揮綜合功效，具有國際先進監控與數據采集技術，以計算機為輔助手段，進行水質監控、數據采集和數據傳輸。包括以下四個方面：

（1）計算機（Computer）技術

（2）通訊（Communication）技術

（3）控制（Control）技術

（4）傳感（Sensor）技術

3.2 水質在線監測系統的功能

水質在線監測系統應該具備以下功能：

采集的功能；傳輸的功能；顯示及分析的功能；顯示歷史數據、查詢、檢索、存儲、及分析功能；遠程網絡查詢；顯示報表及打印；報警及預測預報功能。

3.3 沈陽市T區在線水質監測項目的確定

根據CJ／T 206―2005《城市供水水質標準》的相關規定：管網水質檢測必須測定渾濁度、色度、臭和味、余氯、細菌總數、總大腸菌群、CODMn(管網末梢點)這七項指標。又根據《生活飲用水標準檢驗方法》GB5750―2006中規定：在這七項指標中色度、臭和味是通過人的感覺器官來完成的；細菌總數、總大腸菌群、CODMn是在化驗室來完成的，不適合于現場測定；而其它兩個監控指標渾濁度、余氯是可以由儀器在現場完成的。

渾濁就是水的澄清度，是評判水質的必要指標，是監測水質的重要的指標，根據渾濁度值直接可以判斷供水管網水質是否受到了污染，通常濁度變高，一是微生物、細菌、病原菌入侵，二是無機物或有機物或兩者的侵入，三是由于爆管造成水質的突然惡化，也會使濁度急劇升高。曾有人做過濁度對水質影響試驗[2]，當濁度降至0.1NTU時，絕大多數有機物被去除，致病微生物也幾乎無，有機物的降低，使有機鹵代烴這種有毒物質產生的幾率降低。這也是西方發達國家把濁度降至0.1NTU甚至接近0的原因。

余氯是國標中規定的檢測指標之一。由水廠生產出的合格水在龐大、管材不一的輸配水管網輸送過程中水質會逐漸下降，在輸配水過程中保持一定的余氯，可避免水體的再污染和微生物等的繁殖，確保用戶端合格水質。同時水中的余氯量要有一個“度”，過多的余氯量一是造成資源浪費，成本增加；二是在管網中會與有機物發生化學反應，產生“三致”物質，對人體有害；三是由于氯是強氧化劑，過多時會與輸水管道反應，腐蝕管道。因此，把測定余氯值作為管網在線監測另一個指標。

如今，還有一些制水企業在管網中監測電導率、PH值、溫度等[3]，相較于濁度和余氯這兩個監測指標，無論從監測效果與投入成本比較，都無濁度與余氯其對水質的監測更好。

3.4 沈陽市T區供水管網水質在線監測點選址

安裝水質在線監測儀器可做到實時監測水質，預測水質變化規律，判斷是否需要調整制水工藝。而選取能全面、真實、準確的反映大部分管網內水的質量的監測點是建立在線監測系統的關鍵與核心。根據沈陽市“十二五”供水發展規劃，泵站水質綜合管理達標率≥95%，其中包括：泵站水質監測率100%，未發生水質事件100%。今后沈陽水司將陸續上馬在線監測設備，主要是余氯檢測儀和濁度檢測儀。主要安裝在水源、二次加壓泵站、管網節點等。

從技術和經濟的角度考慮，在管網中選擇合理的水質監測點，能滿足下列要求[4-6]：

（1）以最少的水質在線監測設備投入，而了解整個管網盡可能多的水質信息；

（2）在已知水質監測點數量的前提下，最能代表整個輸配水系統供水量的；

（3）供水管網中每個節點都有可能成為潛在的的水質突變污染源，當污染事故發生時，所選的這組監測點集合必須能在最短的時間內捕捉到這一變化；

（4）從污染事件發生到監測到這一污染事件，受到污染的供水量最少的這樣的布點。

還有必要處設監測點。在本市管網中，存在一定數量的上個世紀五、六十年代鋪設的石棉水泥管、解放前鋪設的預應力鋼筋混凝土管等。這些管道，一是鋪設時間長，管道老化嚴重；二是內壁沒有防腐，管道腐蝕嚴重。這些管道分布在全市范圍內，尤其是老城區比較多，對下游的水質產生惡化影響，水質下降明顯，還會增加輸水成本。由于本企業資金緊張，要想徹底改造更換管網，不是三、五年內能夠做到的事，因此有必要設置水質在線監測點，可選取特別嚴重的幾處管段進行監測，又可為今后研究管材對水質影響提供技術數據。

從以上分析可見，選址主要還是根據經驗、實際現場進行監測點的選擇。

3.5、沈陽市供水管網水質在線監測儀器的選擇

在線儀器的選擇要根據企業的發展規劃和現場實際狀況，比較同行業中使用的同類產品的優缺點，所選擇的儀器在未來幾十年應該是最先進的、不落伍的。

1、在線濁度儀的比選

本企業選擇的是哈希的1720系列在線濁度儀。它是目前國內絕大多數已經建設的管網水質在線監測系統中普遍使用的產品。同時，從儀表的性價比、售后的維修來說，哈希都是最佳的選擇。

2、在線余氯儀的比選

由于美國HACH公司是一家生產水質監測儀器的專業廠家，產品具有測量精確、運行可靠、操作簡單、低維護量、結構緊湊等特點。其在線化學分析過程更方便、更迅捷、更可靠，本市還有其辦事處，為維護與安裝提供了便捷條件，同時性價比合理，故本企業在線監測余氯儀全部采用該產品。見圖3所示。

圖3HACH1720E型濁度儀與HACH CL17余氯儀

3.6 在線監測系統數據傳輸手段的選擇

綜合考慮水質監測設置處的現場條件、運行成本及管理方便等諸多因素，本文對2種數據傳輸通訊手段進行分析與比較。

在供水監測系統建設中，對管網監測數據的傳輸方式可分為有線和無線兩種。

無線通訊方式又分為：電信CDPD（Cellular Digital Packet Data星空數字分組數據）傳輸，移動GPRS（General Packet Radio Service通用無線分組業務）或聯通CDMAIX(Code Division Multiple Access多碼分址――數字技術分支)傳輸、超短波傳輸、移動（或聯通）短信傳輸、光纖傳輸、3G、4G等。一般地講，3G、4G是指將無線通信與國際互聯網等多媒體通信結合的新一代移動通信系統。

無線通訊網絡靈活、經濟，成本低、應用越來越廣泛，智能化、自動化越來越程度高，因此成為最主要和有效的數據傳輸方式。

由于本企業現有的泵站遠程動態監控系統的傳輸方式為GPRS通訊傳輸方式，故本水質監測系統將利用現有網絡進行實時傳輸數據，以實現資源的共享，同時降低了成本。

3.7 在線監測儀表的管理與日常維護

（1）建立與健全一系列嚴格的水質管理規章制度，包括水質監測操作規程，水質檢驗項目及頻率、水質上報制度，水質監測質量控制制度、各組織職責等。

（2）健全組織機構，明確崗位職責，對制定水質監測計劃及保證實施的措施，保證樣品質量，標準分析及方法完整、準確。

（3）監測人員具有良好的技能，人員進行專業培訓，持證上崗；同時注重技術人員的繼續教育與專業人員的技術培訓。

（4）記錄監測數據，對遠傳通訊設備進行每日跟蹤，由中心控制服務終端建立數據庫，對水質數據進行處理。

（5）定期校核儀器測量精度，按照測試試液使用頻度定期更換。

（6）對分析數據進行正確處理、校對、審查并形成分析報告，建立分析報告審核制度、保密制度。

（7）建立儀器報警申報制度，及時上報有關部門和人員，對水質當時狀況進行取樣，留作備查。

4、結論

本文對沈陽市T區水質在線監測系統的建立方案進行了闡述。作為制水企業水質在線監測系統的建立，可以滿足用戶對水質安全性的要求，為水質安全提供了技術上的保證，是避免發生大規模水質事故和日常水質監控的有力保障。

參考文獻

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[2]Robert-Nicoud, Y Raphael, B.Smith, I.F.C. Configuration of Mersurement Systems Using Shannon’s Entropy Function. Computers and Structures,2005,83：599-612

[3]Saskia K Van Bergen, Irina B Bakaltcheva, Jeffrey S Lundgren, et al. Environ Sci Technol, 2000,34(4):704-706

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一、制藥工程純化水系統概述

制藥工程中，不可避免地需要用到純化水。而制藥方面所用純化水對于整體制備過程中的各項過程有著嚴苛的需求。在對于整體的制備過程中，制藥企業現階段使用的純化水系主要是將正常市政中的自來水，進行一系列加工處理，去除水體中不符合藥物生產制造中對于水質要求的物質，最終達到純化水質的目的，滿足制藥過程中對于純化水的需求。

二、制藥工程純化水系統的在線檢測與自動控制設計

1.制藥工程純化水生產的特點

在大多數制藥工程中，純化水的生產制備都是企業進行藥品生產的一個重要環節，許多制藥企業在純化水生產過程中采取 24 小時持續作業的方式，這也對純化水生產系統的持續運行能力提出了較高的要求。

2.純化水系統的在線檢測與自動控制

由于純化水系統需要 24 小時持續運行，因此，自動化控制模塊的設計就顯現出了極大的必要性。純化水系統的自動檢測與在線控制主要由實時控制系統及相關模塊實現的，實時控制系統主要負責對純化水系統的生產運行整個流程中的各個環節進行實時的監管與控制，包括實時生產管理、生產過程互連鎖、安全方面的連鎖包括報警、供給順序的過程控制、開關量與模擬量控制、過程I＼O等，水質的在線自動檢測也可以通過在系統中配置在線電導率儀或在線電阻率儀等檢測裝置，實現實時的純化水在線水質檢測，并通過對水質檢測數據的自動傳輸與分析，及時發現水質不合格的純化水產品不進行有效處理，并通過實時控制系統對各設備的監控，找出生產設備中的故障部分，對故障予以及時排除。

三、制藥工程純化水系統自控流程

純化水的生產與制備是制藥工程中的重要環節，通常，純化水系統的作業方式為24小時持續生產，由此，要求純化水系統具有非常高的持續運行能力。在對持續生產過程進行制時，主要包含兩個方面，一是實時控制層面，包含實施生產管理、生產過程互連鎖、攻順序的過程控制等，一是生產管理層面，包含準備各生產計劃、調度方案等。在制藥工業純化水系統，自動控制流程主要包含四個部分，具體如下。

1.原水

原水罐、原水進水閥以及原水泵共同組成了原水部分，主要的功能是預處理原水，并將理之后的原水供給純化水系統，在原水自動控制系統中，包含原水罐液位和原水進水閥鎖操作，以便于保證原水管液位的數值與運行要求相符合。

2.預處理系統

在預處理系統中，主要包含多介質過濾器和軟化器。原水即為市政供水，通過物理方法市政供水進行相應的處理，以便于保證其與膜純化系統對水的要求相適應，具體說來，處理的措施主要包含將原水的濁度、硬度及污染指數降低，并將其中的氯化物等化學分的含量減少，將原水的pH值調節至規定范圍之內，并對其他基本的水指標進行調整，滿足膜純化系統的進水要求之后，進人到此系統中l1]。實施預處理之后的水進人膜純化系統后，可將系統的壓力減輕，延長系統RO膜的使用壽命，并加快工作速度。

3.純化制備

純化制備中由三部分組成，分別為保安過濾器、RO膜和EDI監測儀，其所包含的自控系統操作比較多，如原水過濾、軟化、溫度控制。EDI、紫外設備狀態等。

4.純化水的儲存與分配

在純化水的儲存系統中，組成部分包含罐體、溫度和液位傳感器、進出水閥和呼吸器。

純化水制備完成之后，由儲存系統負責儲存，在純化水機和儲罐之間的循環、儲罐和各用水點之間的循環工作中為自動控制系統的主要操作方式。而純化水的分配系統中，主要的功能是輸送純化水，滿足各個用水點的純化水需求，控制泵的變頻器純化水在管道中的運行速度、電導率的檢測控制為分配系統自控系統的主要操作。

四、關于純化水系統在軟硬件控制上的設計理念

1.軟件

將純化水系統的控制軟件需具有三方面的條件，一是對于整個純化水系統的控制；第二是對在軟件上要能反映出對于設備在處理水質過程中每個步驟的控制；第三是在設計界面與結構上要能體現出對于設備上相應的基本操作與稻菹允盡K悸飛洗炕水系統控制軟件的設計應基于PLC與上位機關聯的應用，在系統編程的過程中滿足對于設備各項常用功能的控制，充分考慮到在純化水質過程中各設備所需的各種需求。

2.硬件

硬件上應該根據實際需求對于純化水系統中的各項處理單元中的儀器配件，儀表選擇，水體傳輸和制備的過程中可能用到的管路，閥門等設施靜心嚴格篩選。對于使用PLC與上位機控制的方式時，對于模塊的選擇應當選取常規上能夠具備微調功能的量程模塊。在整體的設備運行方面要保證設備的流暢運行，確保在整個純化水的制備過程中不出現任何人為不可控環節。

五、純化水的制備

1.預處理

預處理系統部分是純化水原水處理的重要環節，主要由多介質過濾器、軟化器等部分構成，根據不同制藥工程藥品生產實際情況的差異，所用設備可能有所不同。這一部分的主要功能在于通過一系列的物理手段，對進入正式膜純化處理前的原水進行初步的處理，由于市政自來水系統在自來水的效度過程中會使用氯化物進行消毒，并且原水中本身也可能存在一些其他化學成分或較大顆粒物，在預處理過程中，要對原水的化學成分進行過濾或消除，并要對酸堿值進行相應調整，同時還要盡可能降低其硬度、池度及污染指數，使其滿足膜純化處理的基本要求。這一階段的自動控制，主要是進出水閥門與管道壓力的監控，以及對預處理設備的自動控制與管理。

2.制備過程

純化制備部分是純化水系統自動控制的最主要環節，也是原水純化的關鍵環節，在這一環節中，主要是通過膜純化技術對經過預處理的原水進行純化處理，生產出適用于藥品生產的純化水。純化制備部分的構成因制藥企業的生產條件不同，設備也有所區別，通常情況下都是由保安過濾器、RO 膜處理系統、監測儀器系統等構成，條件較好的制藥企業會采用 TO C 檢測儀器設備，進行對水質的實時在線檢測，不具備條件的制藥企業則是安裝在線電導率儀來實現對水質的在線檢測。純化制備部分的自動控制主要包括原水自動過濾與軟化、進水 /出水 /回水點到、溫度自動控制、反滲透、ED I、液位、紫外設備狀態、CIP/SIP 狀態等。

3.儲備與分配

制備完成后，所得純化水要經特殊管道進入儲備系統進行儲備，實際的藥物制造過程中，需要純化水的部分會有相應的系統分配入所需的藥品生產部門。因此在純化水的儲備與分配問題上，對于儲備本身的容器有著極為系統的要求，包括相應的溫度、液位、水質監測系統，對于傳輸管路的監測控制系統，相關的閥門控制系統等。在分配過程中對于水的輸送動力通常有專門的水泵進行純化水的輸送。

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1、前言

汽化冷卻系統是采用除鹽水汽化的方式冷卻冶金部件并吸收熱量，從而產生蒸汽的裝置，在原理上可視為一種特定鍋爐。

唐鋼第一鋼軋廠150噸轉爐汽化煙道每年都要更換活動煙罩、爐口段、移動段和末段，新煙道在大修更換后的第2個月就開始出現泄漏，直至下一年的設備大修。汽化煙道設備使用壽命低，成本消耗較大，同時造成蒸汽回收不穩定。煙道漏水直接影響轉爐冶煉安全，由于煙道漏水后在線維修工作環境惡劣、在線修補又很難達到連續使用要求，反復修補嚴重影響生產節奏。根據對國內外轉爐運行經驗的分析，水冷部件正常的壽命應在2年以上。

A.泄漏 B.爆管

C.堵塞 D.結垢

2、汽化冷卻系統水處理的意義

現代大型鋼鐵企業的運行經驗表明，水系統是連續、安全、高效鋼鐵生產的重要保障。水系統的良好運行，對于減少檢修頻度及費用，延長設備壽命，穩定高效生產，降低綜合生產成本、避免意外事故等方面，具有重要意義。

2.1 結垢的形成機理與危害

水中的鈣、鎂離子與碳酸根、磷酸根等結合生成難溶的小晶體，這些小晶體不斷碰撞并按一定的方向增長變成大晶體。水中的鈣、鎂鹽晶體及其不溶性微粒同時受到兩個力的作用，即與管壁上的水垢結合生成體積更大的垢的結晶力和水流的剪切力，當結晶力較大時便易使垢增長，當結晶力較小時（如加入阻垢劑后）或剪切力較大（如水流速較大的部位）時，垢無法增厚，水中的微粒只能以水渣的形式被水沖走。一旦結垢，將會導致鍋爐管壁溫度大幅度上升，如圖1所示。

A.清潔的內部傳熱面，T1為冷卻水溫度，T2為受熱面溫度；

B.結垢的表面，若想管壁溫度達到T2，則冷卻水溫度需由T1降至T0

C.若冷卻水溫度仍為T1，則表面結垢的管壁熱源側溫度由T2升高到T4，T3影響金屬結構。

圖2 汽化管道清潔表面與結構表面溫度對比

2.2 腐蝕的形成機理與危害

給水和低壓系統因溶氧存在而發生氧腐蝕。爐水中的游離氫氧化鈉過高或PH值過低，又含有較多中性鹽等情況下，會導致鍋爐金屬腐蝕，壁厚減薄。腐蝕產物又會導致沉積，產生沉積物下腐蝕。

為此，第一鋼軋廠在2012年通過對轉爐汽化冷卻系統進行設備改造的同時，又提出了一套汽化水質綜合處理方案。

3、汽化水質處理綜合方案

轉爐冶煉具有一定的周期性，約40分鐘冶煉一爐鋼，其中吹氧時間為14分鐘，吹氧時煙氣量、煙氣溫度均達到最高，其最高溫度可達1700℃，熱負荷明顯增大，停止吹煉時煙氣總量為零，熱負荷減小，管壁溫度隨之驟降，使受熱管產生周期性的熱交變應力，極易造成熱疲勞破壞。另外由于結垢、腐蝕、雜物等因素造成汽化冷卻水管堵塞，進一步降低冷卻效果，導致水管局部干燒，出現爆管。工藝條件惡劣變化會影響汽化系統的各種部件的使用壽命。而且，這種影響往往是突發性的。為此，第一鋼軋廠采取了汽化水質處理綜合方案，該水處理方案包括水質在線監測及控制自動化設備和投加水處理化學藥劑兩部分內容?？梢詾殄仩t提供最有效的保護。

3.1 水質在線監測及自動化控制設備

通過腐蝕應力監測系統可以探測鍋爐給水系統的腐蝕應力并作出實時響應，實現工作條件下的直接測量。此外，鍋爐水自動控制系統還采用熒光示蹤技術來防止鍋爐內結垢。

鍋爐給水系統腐蝕控制：腐蝕應力監測系統在鍋爐實際工作溫度和壓力條件下測量凈氧化還原電位，根據電位的變化作出響應，實時調節除氧劑或金屬鈍化劑的投加量，優化腐蝕控制，以保護鍋爐系統。因此，鍋爐技術能夠在實際的鍋爐給水工作溫度和壓力條件下測量并立即作出響應，以保證鍋爐系統的卓越性能。

鍋爐結垢和沉積控制：采用熒光儀結合最先進的爐內水處理劑控制鍋爐內結垢和沉積。該控制系統探測鍋爐系統的變化，確定正確的化學品加藥量，實時調節投加速率。

鍋爐水自動控制系統也可以幫助優化鍋爐排污控制。水質檢測系統與汽包連排閥門連鎖，通過電導率控制排污；系統濃縮倍數控制在5-8倍左右。同時根據水質檢測結果調整各段煙道排污頻率?？傊仩t控制系統可以提高熱效率，降低能耗，提高水的循環利用率，防止設備腐蝕和結垢。

3.2 水處理化學藥劑

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隨著社會經濟的不斷發展，人們生活水平日益提高，人們對生存環境質量也更為關注，環境意識的提升使我國的生態經濟的發展取得了良好的進展，我國的生產和可持續發展能力得到了較大的提升，改善生態環境，促進生態經濟的發展，調整產業結構是實現人民生活富裕、生態良好文明的必經之路。目前隨著我國經濟的發展和工業化水平的提高，工業廢水和城鄉生活污水的排放量大大增加，致使水質日趨惡化，資源短缺和水污染加重等水環境問題日益突出，使人們的健康和經濟的發展受到了嚴重的威脅和制約。因此，要加大水污染治理的力度，加強對水污染的控制，采用新技術對水質進行全時段的動態監控。水質參數在線監測及遠程傳輸系統是目前廣泛應用的一種技術裝置，用現代管理手段對水環境質量進行檢測，是我國實現對水質變化和污染物總量進行控制的重要方法。

1 水質監測技術的現狀

通過加大環境保護力度，優先發展環境產業可以有效實現對生存環境質量的提升和保護，我國主要是通過制定一系列污水排放標準并加監管力度的手段，對水質分析項目分析進行定期監測，對污水和廢水排放標準進行嚴格把關，輔助罰款、停產整頓等手段來實現對水污染的整治和對水資源進行有效保護的。我國普遍采用通過人工采集、分析數據、手工匯總制表等工作手段來實現對環境的監理，這些手段存在一定的缺陷，比如采樣間隔時間長，數據分析匯總慢且傳遞不及時，對當地環境現狀的反映不及時、不準確等。目前我國從事水質參數檢測研究工作的比較少，盡管環境監測部門現在已經計劃實施城市水質參數與污水流量監測網絡項目，通過數據傳輸網絡對水質情況和污染物排放情況進行監測，但是到目前為止還缺乏基層水環境在線監測與數據遠程傳輸的儀器設備。因此，需要發展環境監測儀器設備項目，通過研制一種連接基層監測部門與轄區內企業之間的現場參數在線監測與遠程傳輸系統，來實現對水質進行全時段的動態監控，以便對環境能夠最好的進行保護。國外目前已經早在20世紀70年代就已經發展了水質移動監測系統和自動監測系統。通過在一個水系或一個地區設置若干個有連續自動監測儀器的監測站，由一個中心站控制若干個子站，隨時對該區的水質污染狀況進行連續自動監測，形成一個連續自動監測系統的方式對水質污染綜合指標進行有效監測，并通過全球衛星定位系統和GPRS/GSM無線數據通訊裝置對信息進行傳輸，建立網絡化的“環境評價體系”和“自然災害防御體系”，來實現對水環境質量進行綜合性評價，從而有效防治和控制水污染及保護水資源。

2 水質監測系統的設計

為了實現對水質進行有效監測，需要研制和開發出水質監測系統，以美國GLOBAL WATER公司的wQ系列水質參數檢測傳感器為研究模型，通過在線監測儀器，單片機電路、信號調理電路、A/D轉換電路和液晶顯示器電路的硬件設計，以及A/D轉換程序、數字平滑濾波程序、數據運算處理程序和字體顯示程序的編寫，把MSP430單片機作為現場參數在線監測子系統的核心器件與電路進行合理配置，把水質傳感器監測到的電信號轉換成4-20mA/0—5V的標準信號，并通過數據運算處理得出實際化學或物理量的數據對現場參數在線監測子系統、數據遠程傳輸子系統和數據管理子系統進行合理化設置，實現監控中心的服務器與監測站點的水質監測儀之間的遠程通訊和對轄區內監測站點的各項水質參數的數據接收、存儲、查詢、統計以及通行分析，來建立一個完整的水質參數在線監測及遠程傳輸系統。

2.1 監測系統的軟件構架——水資源質量評價系統

客觀、科學、公正地監測、評價水資源質量是反映水環境狀況的首要表征，水質水量同步監測、資料配套是相關部門及時、快速、準確地提供水質動念信息的主要手段。在實際工作中要以社會需要為前提，通過多種方式向社會展開全方位服務。通過有效地采集、存儲、分析、報告、預測、公布的手段把實時、大量的監測數據及時、準確的上報，通過科學依據和技術支撐為水行政主管部門提供決策的考量和執法的依據，以有效做好水資源保護工作。目前我國廣泛采用的水環境管理信息系統是通過應用Internet技術、GIS技術，以Microsoft的XML語言為基礎，在的服務平臺上，應用W EB G I s，有機結合地理信息系統的空間圖形與水環境評價屬性數據，實現對各層空間信息、屬性數據進行自動采集、實時傳輸、分類存儲、更新顯示、分析評價、有效管理、報告和。這個系統最用覆蓋面廣、運行費用低、安全、穩定、可擴充性強、業務操作簡捷、日常運行維護簡便的特點。

2.2 監測系統的硬件構架——立體化監測解決方案

實驗室、移動和自動監測立體化共同構成了立體化的監測解決方案。實驗室是四級監測體系中進行同常水質分析工作的基本單位，實驗室監測具有監測數據規范、統一的特性。建立起相應的移動監測系統是預防重大流域的突發性水污染事故和災害的重要手段同，通過應急移動監測解決方案可以使實現對污染物質的迅速監測。自動站監測解決方案是通過自動水質監測站對水質進行連續或間歇地實時監控。

3 水質監測系統的總結與展望

我國通過單片機數據檢測技術與數據傳輸技術進行合理組合設計出了適合在我國基層環境與水質監測單位應用的水質在線監測及遠程傳輸系統，這一系統的設計為我國基層水環境及水質監測提供了一種新的檢測手段和系統設備。通過綜合應用解決方案，在提高水質監測信息數據傳輸和分析效率的同時，還有效提升了有關部門對突發、惡性水質污染事故的預警預報及快速反應能力，使水質量實現了應急移動監測，有效提升了我國水質監測的水平。

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早在上世紀70年代初期，美國和日本等國開展了自動在線監測系統的研究，并率先在城市、企業、污水處理廠等區域開展自動在線監測，并逐漸形成了兩種在線監測技術，一種是實時在線監測技術，另一種是間歇式在線監測技術，這兩種監測技術的測定內容有水溫、濁度、電導率、DO、氰化物、氟化物等[1]。隨著總量控制制度的全面施行，在70年代末期又在測定內容中增添了T-N、T-P、COD等監測項目，通過遠程監控體系將監測到的數據傳送至環境執法部門，為其作出行政決策提供參考資料。近年來，隨著環境保護力度的加大，地表水質環境得到極大改善，一些發達國家開始將市政污水排放監測納入自動監測體系中，并將其視為重點監測項目。隨著自動監測系統的推廣和成熟，人們逐漸意識到一個新的問題：自動監測數據能否代表某一區域的水環境質量狀況，也就是判斷監測結果是否具有代表性。經過技術人員的改進研究發現，通過監測布點的優化可以提高監測結果的可靠性。此外，隨著水土流失現象的加重，其水樣監測再次成為在線監測系統的重點內容，新增監測項目促使自動監測系統需同時具備自動校正、自動清洗、報警、遠程傳輸等功能[2]。

1.2自動在線監測系統的成熟和COD監測體系的應用

經過幾十年的發展，水質環境自動監測系統已相當成熟，并逐漸展現出新的發展活力，世界各國對有機污染物監測的重視程度不斷提高，使得COD（錳法和鉻法）監測項目得到快速發展。水質富營養化的重要指標是T-N、T-P，關于這兩項指標的監測系統開發得較早，相比之下水溫、電導率、DO、濁度等監測項目的迫切性則遠不如前述。COD監測體系的施行方法較多，從所用氧化劑角度分析可以分為錳法、鉻法、OH-法、紫外法，其中，紫外法并不適用氧化劑，從測量方法角度分析可以分為庫侖法和光學法。由于錳法、鉻法所用氧化劑Mn、Cr6+都是有毒重金屬，因此，以日本為代表的國家率先采用光吸收UV法來代替COD法，日本目前的COD自動在線監測儀保守量為3500臺，UV儀有2500臺。

2簡易現場監測技術及其儀器的發展

由于我國幅員遼闊，水環境污染事故頻發，簡易現場監測技術與自動在線監測技術相比更加具有發展前景。在諸多簡易現場監測技術中，XRF（車載型X線熒光光譜儀）是應用最多、測量最簡便的一種監測手段，尤其在固體樣品的監測中更加具有技術優勢，不經消解處理即可直接用于監測。車載型GC是測量有機物污染的首選方法，在發達國家已得到普遍應用，但在我國的起步時間較晚，從技術優勢來看，在我國有著廣闊的市場前景。在現有推廣應用的便攜監測儀器中，最具發展前景的是PASTELUV型水質快速監測儀，該監測儀可在40s的時間內快速監測樣品中的COD、TOC、BOD含量，這取決于其巧妙的設計原理和高集成的中心處理器[3]。其中心處理器可同時存儲成千上萬個樣品實測圖譜，通過對比分析實測圖譜與標準方法的測量結果，可以得出最終測量值。因此，借助PASTELUV型水質快速監測儀不僅可以大大縮短監測時間，提高監測效率，而且還有效省略了繁雜的前處理程序，從而減少了使用化學試劑帶來的二次污染。

3實驗室監測技術及其儀器的發展

在第五次全國環境監測會議的倡導下，實驗室監測技術及配套儀器得到快速發展，各級監測站也都添置了許多實驗室監測分析儀器。這類儀器除可以用于常規環境監測外，還可用于實驗室精密分析和科研分析，GS-MS（氣相色譜-質譜儀）、HPLC-MC（液相色譜-質譜儀）、XRF、ICP-AES（等離子發射光譜儀）等都是監測站水環境監測常用的大型實驗分析儀器[4]。

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物聯網是新一代信息技術的重要組成，是在互聯網基礎上的延伸，其將用戶端擴展到物與物之間，實現了物與物、物與人、人與環境之間的信息傳遞交換。物聯網系統通過各種傳感設備獲取信息，與互聯網結合，形成巨大的網絡進行傳遞，實現各信息的智能識別、定位、跟蹤、監控和管理。將物聯網應用于水質監測系統能實現水質數據的實時采集，還可以對水質進行智能分析，及時對水質做出評價，并將監測結果及時反饋到用戶端，從而提高水質管理水平。物聯網應用于水質監測領域，可推動環境信息化建設。

水質監測是管理供水安全與排水情況的基礎。國外在城市污染源及江河流域的水質監測方面起步較早，美國在20世紀中葉就已建立自動水質監測系統，用以代替人工監測網絡的工作。到了20世紀70年代，英國、日本、荷蘭、德國等國都先后建立了水質污染連續監測系統。我國對水污染自動監測系統的研究始于20世紀80年代。我國從最初由人工對水質進行檢測分析，發展到用水質監測的專業儀器進行水質監測，到如今實現了水質自動監測，做到及時反饋分析和預警。如今的在線監測不僅有物理、化學在線監測技術，還有生物監測技術，水質監測技術的不斷發展，可保證水質監測的全面性和可靠性。相比傳統檢測手段存在監測周期長、監測點局限、數據采集速度慢等問題，采用物聯網監測水質更能高效地反映水質結果。

二、 物聯網在水質監測中的應用

通過水質監測物聯網，監管部門可以從客戶端清楚地看到各個監測點的水質情況。監測系統中還存在警報系統，一旦出現水質污染，系統將會將相關數據反饋給監管部門客戶端，監管就能及時做出控制管理，因此水質監測物聯網的應用在水質監管方面發揮了很大的作用。如今我國多個院校、科研機構、企業在水質監測方面采用物聯網技術成效突出，已在多個地區實施應用。

1.無錫太湖運用物聯網對太湖水環境質量進行監測

無錫太湖充分利用物聯網等新一代信息技術，對太湖水環境質量進行監測，感知節點的傳感器裝有360度攝像頭、6個精密探頭、集成光學感知芯片，對應6種水質指標，可以立體呈現水體情況，結合陸上屏控及環境衛星遙感，形成太湖水域“三位一體”監測體系。以感知為先，傳輸為基，計算為要，管理為本，構建環境與社會全向互聯的智慧型環保感知網絡，率先實現環境監測監控的現代化和智能化，率先實現環保物聯網技術的標準化和產業化。

2. 浙江富陽物聯網管控平臺在線監測水質

浙江富陽是浙江省率先建立農村生活污水智能管理監測的地區，將物聯網技術應用于污水管理方面，一旦水質不達標，系統將會自動將信息傳遞給技術人員的用戶端。富陽環保部門也能通過用戶端查看各個監測點的視頻和水質、水量等數據，一方面從視覺上觀察水質，另一方面從實時傳回的COD、BOD、氨氮、濁度、pH、總氮、總磷、金屬離子等監測項目的數據對水質做出評價。如今富春江富陽段水質穩定保持在Ⅱ類水標準以上，富陽12個地表水監測斷面及6個集中飲用水源地達標率為100%，全區境無劣Ⅴ類水。

3.浙大海濱研究院開展智慧水務

浙大研究院的“天津泰達智慧水務建設”在水環境的實時數據采集與可視化、大數據分析與優化決策、集群控制與智能調度等方面取得了豐碩成果，形成了世界領先的智慧水務技術產業模式。在管網模型和數據監控的地圖上，只需點擊管網上的任意一點，就能直觀地看到這個點的材質、管徑、壓力、流量等信息，實現快捷管理。

三、物聯網在水質監測應用方面存在的問題

1. 水質監測設備的局限性

物聯網水質監測的檢測設備主要依賴于國外進口的設備儀器，由于國內水質監測設備存在技術不成熟、性能穩定性不好、容易發生故障、檢測的準確性和靈敏度都不高等問題，致使外國檢測水質的儀器在國內更受歡迎。雖然國外監測設備質量存在優越性，但由于不同地區水質特點不同，一些設備在國內水質的監測方面也會存在誤差，不能因地制宜地應用到監測中。

2.監測規范不統一

物聯網檢測手段與傳統檢測手段存在差異。例如，采用傳統方法檢測水中COD時應先將取得的水搖勻，再進行檢測分析；但采用自動在線監測系統的檢測儀檢測的是將懸浮顆粒物過濾掉的水樣，兩組數據對應的水體性質存在本質上的差異，且在線監測技術發展更新得快，因此應對采用自動檢測手段監測出的水質標準規范及時更新。

3. 信息透明度不高

物聯網在水質監測的客戶端一般只是監管部門，而不熟悉該事物的群眾只能從新聞等渠道間接獲取信息，監管不能很好地展開，致使一些企業存在偷排污水的僥幸行為。因此，讓用戶獲取水質信息，開放大多數部分監測結果是有必要的，這有利于強化公眾的參與和社會監督意識，提高群眾對水質的信任度。

四、對策

為應對上述提出的幾點問題，提出以下幾點對策：第一，提高國內科研發展水平，加大研發力度，重點培養引進研究環境監測方面的高技術人才，開發出符合國內水質特點的技術設備；第二，相關部門要建立自動在線監測各檢測項目的標準，并隨著技術儀器的更新及時做出調整；第三，政府應將實時監測數據直接向社會公布，出現水質問題時，政府應及時對污染企業進行現場監督檢查并作出處罰，公布相應的處罰結果和處理后的水質信息，有助于全社會的監督管理，做到公開透明，也有助于政府各部門信息的共享和相應措施的實施。

將物聯網技術應用于水質監測為水環境監測提供了很好的發展方向，我國在利用物聯網技術監測水質方面的應用已經產生較好效應，但仍存在一些問題。物聯網在水質監測的應用是一個長期投入的^程，其對水質的改善也是潛移默化的，但效果也將是有目共睹的，加大物聯網在水環境方面的應用對優化水環境有極其深遠的意義。

參考文獻：

[1]張 玨.基于無線傳感器網絡的水質在線監測系統研究[D].重慶：重慶大學，2010.

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1、前言

我國是一個嚴重缺水的國家，淡水資源總量為28000億立方米，占全球水資源的6%，僅次于巴西、俄羅斯和加拿大，居世界第四位，但人均只有2200立方米，僅為世界平均水平的1/4、美國的1/5，是全球13個人均水資源最貧乏的國家之一。我國城市因缺水，每年經濟損失達1200多億元人民幣，而工業用冷卻水要占工業水總量的70%左右，因此，通過節水提高水的重復利用率是現代工業的重點工作。

河北鋼鐵集團邯鋼分公司（以下簡稱邯鋼）位于嚴重缺水的河北南部，作為國有特大型鋼鐵企業，已經跨入千萬噸級鋼鐵企業行列，隨著企業規模的擴大，水資源的大量消耗勢必造成水資源短缺及水污染。水質在線監測系統作為一種高新技術，能夠實現水質的不間斷監測，為生產運行提供及時數據，提高水處理效率，減低補充水的用量，從而節約水資源；降低污水排放量，減少對環境的污染，同時節約了水處理劑的使用成本。

2、邯鋼東區高爐循環水系統

邯鋼東區5#、7#、8#高爐循環水泵站采用通風冷卻塔、蒸發式空冷器和干式空冷器冷卻方式，生產的開路凈環水主供高爐風渣口各套及爐身噴水；軟水閉路循環水主供高爐爐體及熱風閥系統。在開路凈環水中投加緩蝕阻垢劑、殺菌滅藻劑，對軟水閉路循環水投加緩蝕阻垢劑。

3、水質重點監測指標

3.1 PH值

pH值有時也稱為氫離子指數。由水中氫離子的濃度可以知道水溶液是呈堿性、中性或酸性，它是循環冷卻水處理過程中的重要控制指標之一。我國大部分水處理藥劑采用磷系配方，PH值的調節失控，會對水處理藥劑效果產生負面影響，甚至會造成系統腐蝕，結垢等問題，常用的磷系配方水處理法，要求PH值范圍較小，故控制好PH值指標是水處理的關鍵。

3.2 硬度

硬度是指水樣中鈣鎂離子的總濃度，由于工業循環水中水的蒸發濃縮，很容易形成水垢；而投加的磷系藥劑與產生硬度的陽離子結合，形成保護膜附著在管道內壁，最終目的是降低系統結垢幾率，這樣硬度的高低也是發揮藥劑最大能力的體現。

3.3 氯離子

氯離子有很強的穿透性，它的原子半徑小，并有很高的極性，能促進腐蝕反應，又容易穿透金屬表面的保護膜，造成縫隙和空蝕等局部腐蝕。另外氯離子也是確定水系統濃縮倍數的一種方法，用于指導系統的補水及排污。

3.4 總磷

循環水中總磷包括有機磷和無機磷，它是衡量阻垢緩蝕劑的投加量的指標，若阻垢緩蝕劑的投加量過高，在水中有機膦容易轉化為磷酸鹽而產生結垢的傾向，并加劇水中菌藻微生物的繁殖，投加量過低，則不能起到阻垢和緩蝕的作用。保證總磷指標，即保證藥劑發揮最理想效果時的投加量，相應最大限度降低藥劑使用成本。

4、在線監測儀器的應用

對于邯鋼而言，在節水方面還存在著大的潛力，循環水濃縮倍數的控制直接影響到鋼鐵企業的用水成本，提高循環冷卻水的濃縮倍率，減低補水的用量，降低排污量，進而降低水處理藥劑的消耗量。這就需要有及時的數據傳輸，及時反映循環冷卻水的水質情況。

邯鋼東區高爐循環冷卻水系統總磷監測以往依靠手工取樣化驗，這種離線分析往往會造成采樣誤差大，分析周期長，數據代表性差，不能及時反映水質的瞬時狀況，進而對藥劑的投加量把握失衡，人工檢驗帶來藥劑投加效果的滯后，難以滿足企業進行有效水質管理的需求。因此，只有對水質進行實時自動監測，并將數據及時傳遞給水站崗位，才能評價水質狀況和變化規律，車間及時掌握循環水的總磷變化，進而科學合理調整水質加藥，把握排污量和補水量。邯鋼東區有3座高爐循環水系統加裝水質總磷在線監測系統，進行多通道監測，經過半年的調試運行后，為驗證在線監測系統使用情況，比較實驗采用國家標準監測分析方法進行實驗室分析，并與在線儀器的測定結果相對比（見表1，2，3）。

4.1 結果分析

（1）分析方法：相對誤差：γ=（x/x）×100%，其中，x表示手工總磷監測值，x表示兩種方法的差值。

顯著性檢驗：根據實際情況，本文采取置信度為95%時，F、t檢驗法對實驗結果進行分析。

（2）結果對比：（表4）

4.2 結論

查看F值，Fn

根據高爐循環冷卻水對水質的要求，在線監測系統運行中，總磷的日常數據符合規定的水質指標范圍內。因此可以得出結論， 總磷在線分析儀測得的數據真實可靠，可以用于高爐循環冷卻水日常生產的監督和指導。

5、儀器運行、維護

由于進口總磷在線監測系統設備昂貴，操作界面復雜，成本較高，邯鋼東區高爐循環水系統引進的核工業北京化工冶金研究院的HGY-Tp型總磷在線分析儀，采用大屏幕液晶顯示器，中文界面操作，對水質進行在線即時監測，并將所得到的水質情況信號即時傳送給崗位監控畫面，實現了對循環水中總磷含量的實時監控。

5.1 儀器的檢查

（1）保持儀器內外清潔，每日打開儀器前門觀察儀器工作狀態，檢查試驗過濾器有無泄漏等。

（2）根據實際生產情況及被檢測水體的水質狀況來確定校準周期，清洗儀表探頭，及時

更換試劑，六個月更換一次泵管，一年更換一次閥管，更換試劑、配件后對儀器進行標定。

5.2 質量控制管理

（1）試液的質量控制：在線監測儀器所需的試液需要定期檢查，如發現有沉淀、變色等現象，應及時更換、重配。

（2）比較實驗控制：發現數據異常時，采用實驗室手工取樣分析，并與在線儀器的測定結果相對比，來判斷在線儀器測定的準確度。

6、結語

6.1 經濟效益

考慮到減輕手工化驗負擔后，年可節約人工費用18萬元；現在每月3座高爐減少投加緩蝕阻垢1500kg，每噸緩蝕阻垢劑按照1萬元計算，年可節約藥劑成本18萬元；通過藥劑投加量的調整后，在保證藥劑的停留濃度前提下，東區高爐循環冷卻水系統平均每天節約河水補充量400噸，水價參照1.76元/噸合計，年可節省對外付水費用約26萬元。

6.2 社會效益