【相关知识】
一、水质在线自动监测系统的定义
水质在线自动监测系统（On-line Water Quality Monitoring System）是一套以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感技术、自动测量技术、自动控制技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通信网络组成的综合性在线自动监测体系。水质在线监测系统以在线分析仪表和实验室研究需求为服务目标，以提供具有代表性、及时性和可靠性的样品信息为核心任务，运用自动控制技术、计算机技术并配以专业软件，组成一个从取样、预处理、分析到数据处理及存储的完整系统，从而实现对样品的在线自动监测。水质在线自动监测系统拓扑图如图1-1-1所示。
图1-1-1 水质在线自动监测系统拓扑图
水质在线自动监测系统收集并可长期存储指定的监测数据及各种运行资料、环境资料以备检索。水质在线自动监测系统具有监测项目超标及子站状态信号显示、报警功能；自动运行、停电保护、来电自动恢复功能；远程故障诊断，便于例行维修和应急故障处理等功能。
二、水质在线自动监测系统的组成
水质在线自动监测系统的组成如图1-1-2所示。
图1-1-2 水质在线自动监测系统的组成
实施水质在线自动监测，可以实现水质的实时连续监测和远程监控，达到及时掌握主要流域重点断面水体的水质状况、预警预报重大或流域性水质污染事故、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。
水质在线自动监测系统一般包括取水系统、预处理系统、数据采集与控制系统、集成辅助系统、在线监测分析仪表、数据处理与传输系统及远程数据管理中心等。这些分系统既各成体系，又相互协作，使整个水质在线自动监测系统连续、可靠地运行。
1.取水系统
取水系统主要针对满足水样的代表性、可靠性和连续性来设计，其主要组成部分有取水头、取水泵、水样输送管道和流速流量调节阀等。取水系统按照取水方式分为直取式和浮筒式两种，直取式主要针对水位变化小的环境使用，如污水厂、污染源、自来水涵管取水等，而浮筒式主要针对水位变化较大的环境使用，如地表水等。
2.预处理系统
水样预处理系统既要消除干扰仪表分析和影响仪表使用的因素，又不能失去水样的代表性。预处理的手段通常有自然沉降、物理过滤及渗透等。通常根据水样的纯度来决定预处理的级别。有些分析仪器在设计时已经考虑了进样的预处理，需在系统集成时考虑与之配合使用。
3.数据采集与控制系统
数据采集与控制系统主要由PLC、现场工控机、中心站计算机以及变送器、执行机构等组成，其功能主要如下：
①控制整个在线自动监测系统的自动运行，这部分主要由PLC写入程序后完成。
②采集、存储并传输仪表分析的数据，这部分主要由现场工控机与数据采集传输模块协作完成。
4.集成辅助系统
辅助系统的作用主要是保障在线自动监测系统连续稳定的运行，它需要根据现场情况的变化而作相应的调整。总体来说有以下4个方面需要注意：
①管路的清洗 由于管路中残留的污垢以及由此而滋生的藻类对水样造成污染，因此需要对管路进行定时定量的清洗，清洗的方式和内容多种多样，目的都是保证水样的真实性和代表性。(https://www.daowen.com)
②电力的保障 电力的稳定性直接关系仪表分析的准确性和连续性。首先，尽可能选择稳定的交流电网以供接入；其次，在交流电进入在线监测系统前，需要对电流再次整流，以便应对突发性电流不稳情况的发生；配备后备电源，以保障停电时在线监测系统的正常运行。
③预防雷击 防雷主要分为站房防雷、电源防雷和通信防雷，当遭遇雷击时，电流先击穿防雷器以达到保护仪表及系统设备的目的。这一点在雷雨多发地区尤其重要，当发生雷雨后，工作人员要尽快检查防雷器的状态，如损毁要及时更换。
④调节温湿度 适合的温度和湿度对仪表的稳定运行很重要，这部分功能主要由空调和除湿设备来实现。
三、水质在线自动监测系统的设计思路及对监测结果的影响
水质在线自动监测系统的设计包括监测站点的选择、采样方式的选择、监测项目的选择、分析方法的选择、监测频次确定、监测设备选型和数据传输方式的选择等方面，各个环节的设计对监测结果的准确性和代表性及系统的稳定性有重要影响。
地表水和废水是流量和浓度都随时间变化的非稳态流体，监测站点的设置和采样点位的设置应保证所采集的样品能反映水样变化，确保采集样品具有代表性，以满足总量控制和浓度控制相结合的双轨管理制度。在建设水质在线自动监测系统之前应进行必要的现场调查研究，合理地选择采样站点和采样方法。
监测项目分为常规监测项目和特殊监测项目。常规监测项目主要根据排放类型参照国家规定来确定，特殊监测项目主要根据实际需要来确定。
分析方法的选择应以国家标准方法为主，其他方法为辅。首先应考虑方法的可靠性和稳定性，其次考虑方法的先进性和实现的成本。分析方法的选择对监测结果影响较大，不同方法之间存在较大差异，为了便于对比，应尽量选择国家标准方法。
监测设备选型关系着水质在线监测系统的可靠性和准确性，水质在线监测设备的选择原则是质量好、售后服务好、运行成本低和采用标准的分析方法。通常，进口产品有较好的质量保证，但售后服务不及时，国内产品质量上有所不足，但售后服务一般比进口产品好，建设时应该综合考虑，充分对比选择。
数据传输方式的选择首先要考虑能否长期可靠运行，其次要考虑安装是否方便、运行成本是否低、传输速度是否够快等，目前，GPRS、CDMA、ADSL等传输方式比较成熟，可以满足上述需求。
四、水质在线自动监测系统的基本分析原理及对监测结果的影响
在水质在线自动监测系统中，在线监测仪器是监测系统中的核心部分，对监测结果影响较大。同类型的在线监测仪器，采用的分析方法不同，其测量的准确性、灵敏度、可靠性和价格均不相同。目前，从分析原理上划分，常用的分析方法主要有化学光度法、化学滴定法、电化学法（电极法）、燃烧法等。
化学光度法的原理是按照设定程序在水样中加入各种试剂，并控制反应条件进行一系列化学反应，再利用朗伯-比尔定律测量反应液的吸光度，从而计算水样中污染物的浓度。这种方法是经过大量实验验证的经典方法，稳定可靠，灵敏度高、重现性好，但是测量时间长、试剂用量大。
化学滴定法的原理是按照设定程序在水样中加入各种试剂，并控制反应条件进行一系列化学反应，再缓慢加入滴定用试剂，用库仑计或比色计判断滴定终点，根据滴定的试剂用量计算水样中污染物的浓度。这种方法也是经典方法，稳定可靠，使用范围广，重现性和灵敏度较高，但也存在测量时间长、试剂用量大的问题。
电化学法是指利用物质之间的电化学效应制作测量电极，并将物质浓度转换为电信号的测量方法，其特点是测量速度快，试剂用量小，但是稳定性差、漂移大，如果不及时校准，测量结果误差较大。
燃烧法是指将水样高温催化燃烧，将水和污染物质燃烧成气态，冷却后除水，通过检测器检测气态物质浓度的方法。这种方法测量速度较快、试剂用量少、稳定性好，但高温部件和进样部件要求很高，容易出现故障。
五、水质在线自动监测系统的操作使用
水质在线自动监测系统是由传感器、精密仪器、计算机和通信设备等组成的高技术含量的复杂系统，在操作使用之前应认真阅读相关使用说明和进行相关培训，应特别注意仪器操作的注意事项和维护保养周期、方法，这是保证水质在线自动监测系统正常运行的前提。
水质在线自动监测系统的运营维护应该制订严格的管理制度，做好维护计划和维护记录，应定期巡检、定期维护，发现问题应及时处理，保证系统长期可靠运行。
六、水质在线自动监测系统分析曲线的标定
在水质在线自动监测系统中，监测仪器是系统的核心，是监测结果准确的保证。使用前应对各监测仪器的工作曲线进行标定，使用中需要进行定期校准。
标定的方法是：在量程范围内，用监测仪器测量已知浓度的标准物质，将标准物质浓度和电信号作为数据对存储下来，通过测量不同浓度的标准物质可以得到不同的数据对，这些数据对可以拟合为一条工作曲线。具体操作方法参照监测仪器使用说明书。
