污水水质监测平台-多参数水质传感器

“水是生命之源、生产之要、生态之基。”江河湖泊具有重要的资源功能、生态功能和经济功能，是最重要的水源，也是人类赖以生存的基础。

为进一步加强河湖管理保护工作，落实属地责任， 健全长效机制，12 月 11 日，经中央全面深化改革领导小组第 28 次会议审议通过，中共公厅、办公厅印发了《关于全面推行河长制的意见》。

《意见》要求建立由党政主要负责同志领导的省、市、县、乡“四级河长体系”，确认了六方面的主要任务：加强水资源保护、加强河湖水域岸线管理保护、加强水污染防治、加强水环境治理、加强水生态修复和加强监管。

《意见》对河湖水质提出了更高的要求，在其指导下，北京、上海、江苏、福建、浙江等地纷纷推出了地方性“河长制”《实施细则》和《实施办法》，打响了污染防治、河道治理、建立河道管理保护长效机制的攻坚战。

1.2河道治理与长效监管

河道治理是“河长制”的重要工作内容，上海 市《关于本市全面推行河长制的实施方案》中，提 出了 2017 年底，实现全市河湖河长制全覆盖，全市 中小河道基本消除黑臭，水域面积只增不减，水质 有效提升；到 2020 年，基本消除丧失使用功能（劣 于Ⅴ类）水体，重要水功能区水质达标率提升到78%，河湖水面率达到 10.1% 的工作目标。

与短期的河道治理相比，河道水质的长效管理持续时间更长，涉及部门和行业更多，协调和管理难度更大，是河湖管理保护中的一个难点。缺乏有效的河道水质长效监管解决方案，业已修复的河道也容易被再次污染，黑臭， 产生不良的社会影响。

1.3水域功能和标准分类

依据地表水水域环境功能和保护目标，按功能高低依次划分为五类；

Ⅰ类 主要适用于源头水、国家自然保护区；水质很好。既无天然缺陷又未受人为直接污染，不需要任何处理。

Ⅱ类主要适用于集中式生活饮用水地表水源地一级保护区、珍稀水生生物栖息地、鱼虾类产卵场、仔稚幼鱼的索饵场等；

Ⅲ类 主要适用于集中式生活饮用水地表水源地二级保护区、鱼虾类越冬场、洄游通道、水产养殖区等渔业水域及游泳区；

Ⅳ类主要适用于一般工业用水区及人体非直接接触的娱乐用水区；

Ⅴ类 主要适用于农业用水区及一般景观要求水域。

优为Ⅰ类和Ⅱ类水质，良好为Ⅲ类水质，轻度污染为Ⅳ类水质，中度污染为Ⅴ类水质，重度污染为劣Ⅴ类水质。

1.4地表水主要水质指标详解

溶解氧 （DO）：代表溶解于水中的分子态氧。水中溶解氧指标是反映水体质量的重要指标之一，含有有机物污染 的地表水，在细菌的作用下有机污染物质分解时，会消耗水中的溶解氧，使水体发黑发臭，会造成鱼类、虾类等水生生物死亡。在流动性好（与空气交换好）的自然水体中，溶解氧饱和浓度与 温度、气压有关，零度时水中饱和氧气含量可 14.6mg/L，25℃为 8.25mg/L。水体中藻类生长时 由于光合作用产生氧气，会造成表层溶解氧异常升高而超过饱和值。

pH 值：表征水体酸碱性的指标，pH 值为 7 时表示为中性，小于 7 为酸性，大于 7 为碱性。天然地表水的 pH 值一般为 6~9 之间，水体中藻类生长时由于光合作用吸收二氧化碳，会造成表层 pH 值升高。

水温：水温指标是一个比较特殊的物理指标。实际上对人体的健康及安全等并无直接的危害，其环境效应主要体现在两个方面：一是水温变化对水生生物的生长和发育存在着加速或抑制作用，二是水 温对其他水质指标的环境效应有协同作用，比如在其他水质指 标含量不变的情况下，水温升高或降低，可能会导致某些环境灾害现象的发生。

浊度：浊度是表现水中悬浮物对光线透过时所发生的阻碍程度。水中含有泥土、粉砂、微细有机物、无机物、浮游动物和其他微生物等悬浮物和胶体物都可使水样呈现浊度。浊度值对于了解水质状况 和水质处理有重要的指导意义。

COD：在水样中加入已知量的重铬酸钾溶液，并在强酸介质下以银盐作催化剂，经沸腾回流后，以试亚 铁灵为指示剂，用硫酸亚铁铵滴定水样中未被还原的重铬酸钾由消耗的硫酸亚铁铵的量换算成消耗氧的质量浓度。重铬酸钾的氧化能力很强，能够较完全地氧化水中大部分有机物和无机性等还 原性物质，适用于污染较严重的水样分析。

总氮：水中各种形态无机和有机氮的总量。包括 NO3、NO2 和 NH4 等无机氮和蛋白质、氨基酸和有机胺等有机氮，以每升水含氮毫克数计算。常被用来表示水体受营养物质污染的程度。水中的总氮含 量是衡量水质的重要指标之一。其测定有助于评价水体被污染和自净状况。地表水中氮、磷物质超标时，微生物大量繁殖，浮游生物生长旺盛，出现富营养化状态。

水中油：水中的油类物质主要来自于工业废水和生活的污染，各种油类漂浮在水体表面，影响空气与水体界面间的氧交换；分散于水体中的油类可被微生物氧化分解，从而消耗水中的溶解氧，使水 质恶化，红外分光光度法不受油品种的影响，能比较准确地反映石油类的污染程度。

氨氮：水中以游离氨 (NH3) 和铵离子 (NH4+ ) 形式存在的氮，也称水合氨，也称非离子氨。非离子氨是引起水生生物毒害的主要因子。水中的氨氮受微生物作用，可分解成亚硝酸盐氮，继续分解，最终 成为硝酸盐氮，此过程消耗水中 DO，还会造成藻类大量繁殖，即水体富营养化，水体发臭，鱼类死亡等等

总磷：就是水体中磷元素的总含量，水样经消解后将各种形态的磷转变成正磷酸盐后测定的结果，以每升水样含磷毫克数计量。对于引发水体富营养化而言，磷的作用远大于氮的作用，水体中磷的浓 度不很高时就可以引起水体的富营养化。

        河长制水环境水质监测常规五参水质在线监测

2、河长制水质监测系统解决方案

“河长制”河道水质监测系统解决方案为河长制的落实提供全方位的产品支持、系统平台支持和技术支撑。通过现场和实时在线监测，配合信息化系统和应用终端，帮助河道管理部门及时、准确地掌握河道水质信息，为预警预报重大流域性水质污染事故，监管污染物排放，以及监督总量控制制度落实等提供帮助。该解决方案主要包括感知层、网络层和应用层。感知层主要是水质分析解决方案，包括了水质监测中心、岸边站、水质监测浮标和便携式水质检测箱，提供了多种获取河道水质信息的方法，可以依据河道监测需求以进行选择。网络层主要是网络通讯以及水质数据库，存储河道及水质数据。应用层以应用软件为主，包括电脑管理终端和移动管理终端。

2.1水质监测中心

水质监测中心是固定性水质监测站，具有较大的内部空间，支持安装复杂的水质监测并提供良好的测试环境。水质监测中心一般由采水和配水单元、分析测试单元、系统控制单元和通讯单元等组成，具备完善的供水、供电、防雷、防水、保暖、防冻、网络通讯以及视频监控等功能。在监测站内，还加装化学试剂柜、实验台等设施，放置实验室分析测试设备等，使其在在线水质监测功能之外，同时具备实验室水质分析能力。水质监测中心具有很大的灵活性，分析测试单元可根据不同的监测需求进行选择，即可用于重点监控江河断面的水质监测，也可用于普通河道的水质监测。

监测指标

PH、ORP、电导率 /TDS、溶解氧、浊度、COD、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮等。

2.2岸边站

岸边站是半长期性水质监测站，一般采用彩钢或不锈钢材料建造，表面做喷塑或烤漆处理。岸边站由采水和配水单元、分析测试单元、系统控制单元和通讯单元等组成，具备完善的供水、供电、防雷、防水、保暖、防冻、网络通讯以及视频监控等功能。

岸边站占地面积小，建设周期短，适用于土地资源紧缺，地形复杂，无法建设砖瓦结构站房的场景。岸边站可采用整体设计，在必要时可进行整体迁移。

监测指标

PH、ORP、电导率 /TDS、溶解氧、浊度、COD、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮等。

2.3水质监测中心和岸边站的结构设计

采水单元

采水单元主要用于从河道抽取水样，通常由采样泵、采样浮筏和粗隔离栅、压力流量监控及采水管道等组成。

配水单元和样品预处理单元

水单元采集的水样，通过配水单元分配给不同的分析测试设备，以及自动留样器。配水单元同时也具备自动清洗功能，通过使用自来水进行反向冲洗，可以排除管路和系统内的泥沙等杂质和污染物，确保管路通常。

样品预处理单元负责水样的预处理及分配过程，保证水样满足各分析仪器的进样要求。通常情况下，常规五参数（温度、pH、溶解氧、电导率、浊度）的测量不需要进行预处理，可以直接分析。其他分析仪器，如氨氮等，通常需要经过多级过滤，进行预处理后，才可进样测试。

2.4水质监测浮标

江河、湖泊、水库是重要的饮用水水源，也是水环境治理和监管的重要环节。基于自动水质分析仪器的水质监测站具有强大的水质监测能力，具有良好的测试准确性和可靠性。但在实际应用中，也面临一些局限性，特别是：

● 占用岸边土地资源，选址难度大；

● 需要一定的供电供水等基础保障设施，在偏远的山区难以实现；

● 采样点比较固定，无法对特殊位置进行取样等。

水质检测浮标结合了现代传感器技术，自动控制技术和物联网技术，可以实时监测水体的化学和理变化，实现数据的远传和分析。通过大数据建立水质污染指数模型和特征污染物预测数据库，可以对河道水质变化进行预测，并对突发性污染事件进行预警。

主要监测指标

● 水质参数： pH、ORP、电导率、TDS、盐度、溶解氧、浊度、温度、氨氮、COD、TOC、叶绿素 a、蓝绿藻、硝氮等；

应用领域

● 水源地预警；

● 江河、湖泊、湿地、海洋等的生态监测；

● 蓝藻、赤潮的监测和预警；

● 富营养化状况监测和调查；

● 生态修复工程的效果评估和长效监管；

● 水产养殖水质环境监测；

● 突发性污染事件监测和预警。

水质监测浮标

主要特点

● 直接投放到河道中进行水质监测，使用简单灵活，不占用岸边土地；

● 浮标体采用不锈钢材质制作，抗撞击能力强，防生物附着性，耐腐蚀；

● 大浮力设计，有效载荷更高，可搭载更多水质监测设备和辅助设备，存放电池和电子设备的密封箱水密封性佳；

● 浮标具有自平衡能力，具有良好的抗风抗浪性能；

● 采用传感器进行水质监测，可根据测试需求配置不同传感器，测试过程绿色无污染；

● 支持蓄电池和太阳能双重供电，有效提高续航时间；

● 支持无电报警，提示运维周期；

● 支持单点标定、多点标定、动态标定功能；

● 支持双向通讯，可远程控制浮标，调整测量参数；

● 支持大容量的数据采集和存储；

● 支持数据无线传输，可设置测试和数据发送间隔；

● 支持传感器自清洗功能，减少日常维护量；

● 支持 GPS，支持全球**；

● 支持离水报警和位置偏离报警，加强防盗功能；

● 具有警示灯标，有效提醒过往船只，防止碰撞；

● 具有固定及回收系统，可根据水下不同情况选择不同形式的锚和抛锚方式。

4.1.硬件方案

序号

设备名称及关键参数

1

在线多参数传感器
  - 标配5种参数
  （溶解氧、电导率、PH、氨氮，温度、浊度传感器）
  - 信号输出：Rs485（Modbus/RTU）
  - 线缆长度可选
  - 防护等级IP68

2

一体式荧光法溶氧传感器
  - 荧光法电极
  - 0-20mg/L， 0~200%饱和度
  - 信号输出：Rs485（Modbus/RTU）
  - 线缆长度可选
  - 防护等级IP68

3

在线PH传感器
  - 标配工业PH电极
  - 内置温度补偿
  - 信号输出：Rs485（Modbus/RTU）
  - 线缆长度可选
  - 防护等级IP68

4

数据采集仪
  -基本接口：8路AI，8路DI，1路RS485，6路RS232，2路继电器输出

支持

GPRS/CDMA/ADSL/L

AN/PSTN拨号等多种通讯方式

5

氨氮传感器 - 高量程版

（测离子铵氮NH4+）

（离子选择电极法，免药剂）

- 0-1000mg/l   NH4-N （不低于100ppm）

- 精度：±3%F.S.

- 内置温度补偿

- 信号输出：Rs485（Modbus/RTU）

- 线缆长度可选

- 防护等级IP68

软件方案

PC端上位机画面

通过有线/GPRS无线模块实时传输给PC的上位机软件，做到了远程监测而不必一直监控触摸屏，节省了人力物力。

l  移动端显示

通过有线/GPRS无线模块实时传输给移动设备上，做到了远程监测而不必一直监控触摸屏，节省了人力物力。

1. 方案特点

◆ 智能化站点控制，具备设备运行状况实时监控、远程监控、动态显示及数据管理功能

◆ 采水方案、数据传输多样化，根据实际需求可选

◆ 准确、稳定可靠的分析技术，独特的高度定量设计

◆ 系统集成度高、故障率低，维护量小，有效数据率大大提高

◆ 扩展性强，并兼容市场主流的各家仪表

◆ 以第三方运营为保障手段，确保系统和设备的有效运行