環(huán)境自動監(jiān)測技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展動態(tài)
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4.2.2水質(zhì)自動監(jiān)測的技術(shù)關(guān)鍵
(1)采水單元：包括水泵、管路、供電及安裝結(jié)構(gòu)部分。在設(shè)計上必須對各種氣候、地形、水位變化及水中泥沙等提出相應(yīng)解決措施，能夠自動連續(xù)地與整個系統(tǒng)同步工作，向系統(tǒng)提供可靠、有效水樣。
(2)配水單元：包括水樣預(yù)處理裝置、自動清洗裝置及輔助部分。配水單元直接向自動監(jiān)測儀器供水，具有在線除泥沙和在線過濾，手動和自動管道反沖洗和除藻裝置；其水質(zhì)、水壓和水量應(yīng)滿足自動監(jiān)測儀器的需要。
(3)分析單元：由一系列水質(zhì)自動分析和測量儀器組成，包括：水溫、pH、溶解氧(DO)、電導(dǎo)率、濁度、氨氮、化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、總有機(jī)碳(TOC)、總氮、總磷、硝酸鹽、磷酸鹽、氰化物、氟化物、氯化物、酚類、油類、金屬離子、水位計、流量/流速/流向計及自動采樣器等組成。
(4)控制單元：包括系統(tǒng)控制柜和系統(tǒng)控制軟件；數(shù)據(jù)采集、處理與存儲及其應(yīng)用軟件；有線通訊和衛(wèi)星通訊設(shè)備。
(5)子站站房及配套設(shè)施：包括站房主體和配套設(shè)施。
4.2水質(zhì)在線自動分析儀器的發(fā)展
4.2.1概述
水質(zhì)自動監(jiān)測儀器仍在發(fā)展之中，歐、美、日本、澳大利亞等國均有一些專業(yè)廠商生產(chǎn)。目前，比較成熟的常規(guī)監(jiān)測項目有：水溫、pH、溶解氧(DO)、電導(dǎo)率、濁度、氧化還原電位(ORP)、流速和水位等。常用的監(jiān)測項目有：COD、高錳酸鹽指數(shù)、TOC、氨氮、總氮、總磷。其他還有：氟化物、氯化物、硝酸鹽、亞硝酸鹽、氰化物、硫酸鹽、磷酸鹽、活性氯、、TOD、BOD、UV、油類、酚、葉綠素、金屬離子(如六價鉻)等。
目前的自動分析儀一般具有如下功能：自動量程轉(zhuǎn)換，遙控、標(biāo)準(zhǔn)輸出接口和數(shù)字顯示，自動清洗(在清洗時具有數(shù)據(jù)鎖定功能)、狀態(tài)自檢和報警功能(如：液體泄漏、管路堵塞、超出量程、儀器內(nèi)部溫度過高、試劑用盡、高/低濃度、斷電等)，干運(yùn)轉(zhuǎn)和斷電保護(hù)，來電自動恢復(fù)，COD、氨氮、TOC、總磷、總氮等儀器具有自動標(biāo)定校正功能。
4.2.2常規(guī)五參數(shù)分析儀
常規(guī)五參數(shù)分析儀經(jīng)常采用流通式多傳感器測量池結(jié)構(gòu)，無零點(diǎn)漂移，無需基線校正，具有一體化生物清洗及壓縮空氣清洗裝置。如：英國ABB公司生產(chǎn)的EIL7976型多參數(shù)分析儀、法國Polymetron公司生產(chǎn)的常規(guī)五參數(shù)分析儀、澳大利亞GREENSPAN公司生產(chǎn)的Aqualab型多參數(shù)分析儀(包括常規(guī)五參數(shù)、氨氮、磷酸鹽)。另一種類型(“4＋1”型)常規(guī)五參數(shù)自動分析儀的代表是法國SERES公司生產(chǎn)的MP2000型多參數(shù)在線水質(zhì)分析儀，其特點(diǎn)是儀器結(jié)構(gòu)緊湊。
常規(guī)五參數(shù)的測量原理分別為：水溫為溫度傳感器法(PlatinumRTD)、pH為玻璃或銻電極法、DO為金-銀膜電極法(Galvanic)、電導(dǎo)率為電極法(交流阻抗法)、濁度為光學(xué)法(透射原理或紅外散射原理)。
4.2.3化學(xué)需氧量(COD)分析儀
COD在線自動分析儀的主要技術(shù)原理有六種：(1)重鉻酸鉀消解-光度測量法；(2)重鉻酸鉀消解-庫侖滴定法；(3)重鉻酸鉀消解-氧化還原滴定法；(4)UV計(254nm)；(5)氫氧基及臭氧(混和氧化劑)氧化-電化學(xué)測量法；(6)臭氧氧化-電化學(xué)測量法。
從原理上講，方法(3)更接近國標(biāo)方法，方法(2)也是推薦的統(tǒng)一方法。方法(1)在快速COD測定儀器上已經(jīng)采用。方法(5)和方法(6)雖然不屬于國標(biāo)或推薦方法，但鑒于其所具有的運(yùn)行可靠等特點(diǎn)，在實(shí)際應(yīng)用中，只需將其分析結(jié)果與國標(biāo)方法進(jìn)行比對試驗并進(jìn)行適當(dāng)?shù)男Ｕ?，即可予以認(rèn)可。但方法(4)用于表征水質(zhì)COD，雖然在日本已得到較廣泛的應(yīng)用，但歐美各國尚未推廣應(yīng)用(未得到行政主管部門的認(rèn)可)，在我國尚需開展相關(guān)的研究。
從分析性能上講，在線COD儀的測量范圍一般在10(或30)～2,000mg/L，因此，目前的在線COD儀僅能滿足污染源在線自動監(jiān)測的需要，難以應(yīng)用于地表水的自動監(jiān)測。另外，與采用電化學(xué)原理的儀器相比，采用消解-氧化還原滴定法、消解-光度法的儀器的分析周期一般更長一些(10min～2h)，前者一般為2～8min。
從儀器結(jié)構(gòu)上講，采用電化學(xué)原理或UV計的在線COD儀的結(jié)構(gòu)一般比采用消解-氧化還原滴定法、消解-光度法的儀器結(jié)構(gòu)簡單，并且由于前者的進(jìn)樣及試劑加入系統(tǒng)簡便(泵、管更少)，所以不僅在操作上更方便，而且其運(yùn)行可靠性也更好。
從維護(hù)的難易程度上講，由于消解-氧化還原滴定法、消解-光度法所采用的試劑種類較多，泵管系統(tǒng)較復(fù)雜，因此在試劑的更換以及泵管的更換維護(hù)方面較煩瑣，維護(hù)周期比采用電化學(xué)原理的儀器要短，維護(hù)工作量大。
從對環(huán)境的影響方面講，重鉻酸鉀消解-氧化還原滴定法(或光度法、或庫侖滴定法)均有鉻、汞的二次污染問題，廢液需要特別的處理。而UV計法和電化學(xué)法(不包括庫侖滴定法)則不存在此類問題。
4.2.4高錳酸鹽指數(shù)分析儀
高錳酸鹽指數(shù)在線自動分析儀的主要技術(shù)原理有三種：(1)高錳酸鹽氧化-化學(xué)測量法；(2)高錳酸鹽氧化-電流/電位滴定法；(3)UV計法(與在線COD儀類似)。
從原理上講，方法(1)和方法(2)并無本質(zhì)的區(qū)別(只是終點(diǎn)指示方式的差異而已)，在歐美和日本等國是法定方法，與我國的標(biāo)準(zhǔn)方法也是一致的。將方法(3)用于表征水質(zhì)高錳酸鹽指數(shù)的方法，在日本已得到較廣泛的應(yīng)用，但在我國尚未推廣應(yīng)用，也未得到行政主管部門的認(rèn)可。
從分析性能上講，目前的高錳酸鹽指數(shù)在線自動分析儀已能滿足地表水在線自動監(jiān)測的需要。另外，與采用化學(xué)方法的儀器相比，采用氧化還原滴定法的儀器的分析周期一般更長一些(2h)，前者一般為15～60min。
從儀器結(jié)構(gòu)上講，兩種儀器的結(jié)構(gòu)均比較復(fù)雜。
4.2.5總有機(jī)碳(TOC)分析儀
TOC自動分析儀在歐美、日本和澳大利亞等國的應(yīng)用較廣泛，其主要技術(shù)原理有四種：(1)(催化)燃燒氧化-非分散紅外光度法(NDIR法)；(2)UV催化-過硫酸鹽氧化-NDIR法；(3)UV-過硫酸鹽氧化-離子選擇電極法(ISE)法；(4)加熱-過硫酸鹽氧化-NDIR法；(5)UV-TOC分析計法。
從原理上講，方法(1)更接近國標(biāo)方法，但方法(2)～方法(4)在歐美等國也是法定方法。將方法(5)用于表征水質(zhì)TOC，雖然在日本已得到較廣泛的應(yīng)用，但在歐美各國尚未得到行政主管部門的認(rèn)可。
從分析性能上講，目前的在線TOC儀完全能夠滿足污染源在線自動監(jiān)測的需要，并且由于其檢測限較低，應(yīng)用于地表水的自動監(jiān)測也是可行的。另外，在線TOC儀的分析周期一般較短(3～10min)。
從儀器結(jié)構(gòu)上講，除了增加無機(jī)碳去除單元外，各類在線TOC儀的結(jié)構(gòu)一般比在線COD儀簡單一些。
4.2.6氨氮和總氮分析儀
氨氮在線自動分析儀的技術(shù)原理主要有三種：(1)氨氣敏電極電位法(pH電極法)；(2)分光光度法；(3)傅立葉變換光譜法。在線氨氮儀等需要連續(xù)和間斷測量方式，在經(jīng)過在線過濾裝置后，水樣測定值相對偏差較大。
總氮在線自動分析儀的主要技術(shù)原理有兩種：(1)過硫酸鹽消解-光度法；(2)密閉燃燒氧化-化學(xué)發(fā)光分析法。
4.2.7磷酸鹽和總磷分析儀
(反應(yīng)性)磷酸鹽自動分析儀主要的技術(shù)原理為光度法?？偭自诰€自動分析儀的主要技術(shù)原理有：(1)過硫酸鹽消解-光度法；(2)紫外線照射-鉬催化加熱消解，F(xiàn)IA-光度法。
從原理上講，過硫酸鹽消解-光度法是在線總氮和總磷儀的主選方法，是各國的法定方法?；诿荛]燃燒氧化-化學(xué)發(fā)光分析法的在線總氮儀和基于紫外線照射-鉬催化加熱消解，F(xiàn)IA-光度法的在線總磷儀主要限于日本。前者是日本工業(yè)規(guī)格協(xié)會(JIS)認(rèn)可的方法之一。
從分析性能上講，目前的在線總氮、總磷儀已能滿足污染源和地表水自動監(jiān)測的需要，但靈敏度尚難以滿足評價一類、二類地表水(標(biāo)準(zhǔn)值分別為0.04mg/L和0.002mg/L)水質(zhì)的需要。另外，采用化學(xué)發(fā)光法、FIA-光度法的儀器的分析周期一般更短一些(10～30min)，前者一般為30～60min。
從儀器結(jié)構(gòu)上講，采用化學(xué)發(fā)光法或FIA-光度法的在線總氮、總磷儀的結(jié)構(gòu)更簡單一些。
4.2.8其他在線分析儀器
TOD自動分析儀：技術(shù)原理一般為燃燒氧化-電極法。
油類自動分析儀：技術(shù)原理一般為熒光光度法。
酚類自動分析儀：技術(shù)原理一般為比色法。
UV自動分析儀：技術(shù)原理為比色法(254nm)。具有簡單、快捷、價格低的特點(diǎn)。不適于地表水的自動在線監(jiān)測，國外一般是用于污染源的自動監(jiān)測，并經(jīng)常經(jīng)換算表示成COD、TOC值。應(yīng)用的前提條件是水質(zhì)較穩(wěn)定，在UV吸收信號與COD或TOC值之間有較確定的線性相關(guān)關(guān)系。
硝酸鹽和氰化物自動分析儀：技術(shù)原理主要有：(1)離子選擇電極法；(2)光度法。氟化物和氯化物自動分析儀：技術(shù)原理一般為離子選擇電極法。(end)
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