天津市污染源水质自动监测系统发展现状及设计思路

　　摘要：本文对天津市现安装的水质自动监测系统的技术构成和技术关键，以及在线自动分析仪的技术原理、发展现状和存在的问题进行了评述。重点讨论了化学需氧量（COD）在线自动分析仪和污水流量计，并介绍了天津市水质在线监测系统的建设目标及系统功能特点，对平台模块建设作了详尽的阐述。该系统的建立将有效提高污染源监测自动化、信息化、科学化水平，为摸清天津市污染源排放及主要污染物减排提供科学依据。
　　关键词：水质，自动监测系统，自动分析仪，在线监测，信息系统，设计思路
　　1前言
　　水质线自动监测系统是一套以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感器技术、自动测量技术，自动控制技术、计算机应用技术以及相关专用分析软件和通讯网络所组成的一个综合性在线自动监测系统。
　　环境监测与环境管理工作“点多，面广、量大”，而且具有“全方面、全天候、全时制”的特点，实施水质自动监测，可以实现水质的实时连续监测和远程监控，达到及掌握天津市企业及城市污水治理设施运转状况及水质排放状况、预警预报重大水质污染事故、解决跨行政区域的水污染事故纠纷、监督总量控制制度落实情况、排放达标情况等目的。
　　2水质在线监测系统的构成
　　在水质自动监测系统网络中，中心站通过无线（GPRS）和有线（电话拨号）两种通讯方式实现对各子站的实时监视、远程控制及数据传输功能。其他经授权的相关部门可通过上述两种方式实现对相关子站的实时监视和数据传输功能。
　　
　　网络结构图
　　
　　一个可靠性很高的水质自动监测系统，必须同时具备4个要素，即：（1）高质量的系统设备；（2）完备的系统设计；（3）严格的施工管理；（4）负责的运行管理。
　　3水质在线监测系统的性能指标
　　3.1COD在线监测分析仪
　　COD在线自动分析仪的主要技术原理有六种：
　　（1）重铬酸钾消解-光度测量法；
　　（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；
　　（4）UV计（254nm）；
　　（5）氢氧基及臭氧（混和氧化剂）氧化-电化学测量法；
　　（6）臭氧氧化-电化学测量法。
　　从原理上讲，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）在快速COD测定仪器上已经采用。方法（5）和方法（6）虽然不属于国标或推荐方法，但鉴于其所具有的运行可等特点，在实际应用中，只需将其分析结果与国标方法进行比对试验并进行适当的校正后，即可予以认可。但方法（4）用于表片水质COD，虽然在日本已得到较广泛的应用，但欧美各国尚未应用（未得到行政主客部门的认可），在我国尚需开展相关的研究。
　　从分析性能上讲，在线COD仪的测量范围一般在10（或30）~2000mg/l，因此，目前的在线COD仪仅能满足污染源在线自动监测的需要，难以应用于地表水的自动监测。另外，与采用电化学原理的仪器相比，采用消解-氧化还原滴定法、消解-光度法的仪器的分周期一般更长一些（10min~2h），前者一般为2~8min.
　　从仪器结构上讲，采用电化学原理或UV计的在线COD仪的一般比采用消解-氧化还原滴定法、消解-光度法的仪器结构简单，并且由于前者的进样及试剂加入系统简便（泵、管更少），所以不仅在操作上更方便，而且其运行可*性也更好。
　　从维护的难易程度上讲，由于消解-氧化还原滴定法、消解-光度法所采用的试剂种类较多，泵管系统较复杂，因此在试剂的更换以及泵管的更换维护方面较烦琐，维护周期比采用电化学原理的仪器要短，维护工作量大。
　　从对环境的影响方面讲，重铬酸钾消解-氧化还原滴定法（或光度法、或库仑滴定法）均有铬、汞的二次污染问题，废液需要特别的处理。而UV计法和电化学法（不包括库仑滴定法）则不存在此类问题。
　　3.2污水流量计
　　一般宜采用超声波明渠污水流量计或管道式电磁流量计。使用其他测量方式的流量计，其各项性能指标应满足《水污染源在线监测系统安装技术规范》的相关要求。
　　(1)超声波明渠流量计
　　用于测量明渠出流及不充满管道的各类污水流量的设备，采用超声波发射波和反射波的时间差测量标准化计量堰（槽）内的水位，通过变送器用ISO流量标准计算法换算成流量。
　　(2)电磁流量计
　　利用法拉第电磁感应定律制成的一种测量导电液体体积流量的仪表。
　　3.3数据采集仪
　　采集各种类型监控仪器仪表的数据、完成数据存储及与上位机数据通讯传输功能的单片机、工控机、嵌入式计算机、嵌入式可编程自动控制器（PAC）或可编程控制器等。
　　3.3.1系统结构
　　污染源自动监控系统从底层逐级向上可分为现场机、传输网络和上位机三个层次。上位机通过传输网络与现场机交换数据、发起和应答指令。
　　自动监控设备有两种构成方式：
　　（1）一台（套）现场机集自动监控（监测）、存储和通讯传输功能为一体，可直接通过传输网络与上位机相互作用。
　　（2）现场有一套或多套监控仪器、仪表，监控仪器、仪表具有模拟或数字输出接口，连接到独立的数据采集传输仪，上位机通过数据采集传输仪实现数据交换和收发指令。
　　数据采集传输仪与监控仪器仪表的通讯方式，推荐采用modbus（现场总线
　　协议的一种，使用RS-232C兼容串行接口，它定义了连接口的针脚、电缆、信号位、传输波特率、奇偶校验等）标准。
　　4天津市在线监测系统建设目标
　　以往的在线监测管理系统大多具有单一性的特点，即针对某专项工作而开发，不具有可扩展性；此外，由于是单机版，不能进行网络传输，给远程用户传输数据造成极大的不便。天津市污染源水质在线监测系统避免了以往系统的上述不足，多种功能可扩展，组成完整的在线监测体系。系统采用模块化设计，每一部分可以单独完成相应的功能，同时各个子系统可以有机的组合成一个整体，最大限度的满足用户需求。具体目标如下：

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