國內(nèi)外環(huán)境在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展趨勢

1、水質(zhì)在線監(jiān)測技術(shù)發(fā)展潘博陜西科技大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，陜西，西安，710021摘要：綜述了國內(nèi)外水質(zhì)在線監(jiān)測技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展歷程，主要介紹了水質(zhì)在線監(jiān)測技術(shù)在化學(xué)需氧量（COD）、總磷、總氮方面的發(fā)展趨勢。關(guān)鍵詞：水質(zhì)；化學(xué)需氧量（COD；總磷；總氮；在線監(jiān)測技術(shù)前言：水質(zhì)污染自動監(jiān)測系統(tǒng)（WPMS是一套以在線自動分析儀器為核心，運用現(xiàn)代傳感技術(shù)、自動測量技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)以及相關(guān)的專用分析軟件和通信網(wǎng)絡(luò)組成的一個綜合性的在線自動監(jiān)測體系。WPMS盡早發(fā)現(xiàn)水質(zhì)的異常變化，為防止下游水質(zhì)污染迅速做出預(yù)警預(yù)報，及時追蹤污染源，從而為管理決策服務(wù)。水質(zhì)自動監(jiān)測在國外起步較早，我國在水質(zhì)

2、自動監(jiān)測、移動快速分析等預(yù)警預(yù)報體系建設(shè)方面尚處于探索階段。1998年以來，我國已先后在七大水系的10個重點流域建成了100個國家地表水水質(zhì)自動監(jiān)測站，各地方根據(jù)環(huán)境管理需要，也陸續(xù)建立了400多個地方級地表水水質(zhì)自動監(jiān)測站，實現(xiàn)了水質(zhì)自動監(jiān)測周報。目前國內(nèi)所用的自動化監(jiān)測系統(tǒng)多為國外進口設(shè)備，水質(zhì)自動化監(jiān)測裝置在制造上已不能滿足快速發(fā)展的水質(zhì)監(jiān)測的中一環(huán)魯產(chǎn)生2009.3需要，因此，國產(chǎn)化自動監(jiān)測儀有廣闊的開發(fā)前景和潛在的銷售市場。WPMS以實現(xiàn)監(jiān)測自動化、實現(xiàn)水污染的預(yù)警預(yù)報，對于防止污染事件的進一步發(fā)展可起到至關(guān)重要的作用；WPMS可以實現(xiàn)水質(zhì)信息的在線查詢和共享，可快速為領(lǐng)導(dǎo)決策提供科

3、學(xué)依據(jù)。.一.?1污水CO曲線監(jiān)測方法及其發(fā)展方向污水CODE線監(jiān)測的分類及工作原理污水COD1在線監(jiān)測方法按采用氧化劑的不同可分為：重銘酸鉀法（CODCr）.高鎰酸鉀指數(shù)法、臭氧法、羥基自由基法等。根據(jù)工作原理的不同，可分為化學(xué)法、電化學(xué)法、光譜法和生物法四類?；瘜W(xué)法基于外加氧化劑K,Cr20,KMnO或0,與水中有機物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)；電化學(xué)法是利用電解產(chǎn)生Fe2+與剩余Cr“反應(yīng)（庫侖滴定）或電生羥基自由基直接氧化水有機物；光譜總體上講，cOD在線自動監(jiān)測儀的設(shè)計思路大體有兩種，一種是模擬傳統(tǒng)濕化學(xué)法的原理，將分析過程住線化，樣品必須先消解后測定，多數(shù)CODE線監(jiān)測儀設(shè)計遵循這一思路；另一種

4、則徹底摒棄樣品消解，采用全新的原理進行測定，例如利用電解產(chǎn)物直接與有機物反應(yīng)、利用生物快速降解有機物或直接測定有機物的紫外吸收光譜等。后一思路是對CODRU定方法的突破。目前我國廣泛使用的污水COD勺在線監(jiān)測方法主要是分光光度法和電位滴定法，CODE線監(jiān)測儀的工作原理簡圈兩種。綜合運用了流動注射技術(shù)，電化學(xué)技術(shù)，現(xiàn)代傳感技術(shù)、自動測量技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機應(yīng)用技術(shù)、現(xiàn)代光機電技術(shù)，儀器一般包括進樣系統(tǒng)、反應(yīng)系統(tǒng)、檢測系統(tǒng)、控制系統(tǒng)四部分。光度分析法污水coD在線監(jiān)測儀的工作原理（如圖l所示）：載流液（含重銘酸鉀的稀硫酸）由恒流泵輸送至反應(yīng)管道中，基本裝置流動注射分析是基于把一定體積的液體樣

5、本通過閥切入到一個運動著的由適當(dāng)液體組成的連續(xù)載流中，當(dāng)注入閥將水樣切入反應(yīng)管道中后。試樣帶被載流液推進并在推進過程中漸漸擴散，樣品和試劑混合。在強酸溶液中，以銀鹽作催化劑，定量的重銘酸鉀氧化水樣中的還原性物質(zhì)，在一定的消解溫度下，加熱消解一定時間，六價銘被水中還原性物質(zhì)定量還原為三價銘，在一定波長下，用分光光度計測定三價銘的吸光度，通過吸光度與水樣CO的線性關(guān)系進行定量分析測定。進樣系統(tǒng)由輸液泵、定量館、電磁閥、管路、接門等組成，完成對水樣的采集、輸送、試劑混合、廢液排除及反應(yīng)室清洗等功能。反應(yīng)系統(tǒng)主要有加熱單元和反應(yīng)室，完成水樣的消解和反應(yīng)，監(jiān)測系統(tǒng)包括單片機（或工控機）、時序控制和數(shù)據(jù)處

6、理軟件、鍵盤和顯示屏等，完成對在線分析全過程的控制、數(shù)據(jù)采集與處理、現(xiàn)實、儲存及打印輸出。污水CO麻線監(jiān)測儀電位滴定法的工作原理是在強酸溶液中，以銀鹽作催化劑，鋁氯酸、硫酸鋁鉀作助催化劑，經(jīng)恒溫密閉消解一定時間后，用硫酸亞鐵鏤滴定水樣中未被還原的重銘酸鉀，由消耗的硫酸亞鐵鏤的量換算成消耗氧的質(zhì)量濃度。就其反應(yīng)過程來看，氧化劑濃度、反應(yīng)液的酸度.消解時間，消解溫度對測定結(jié)果影響較大。而消解時間、消解溫度、曲線的有效取值區(qū)間要視不同水質(zhì)、消解反應(yīng)難易程度及污染物濃度正常變化范圍而具體確定，測試方法較光度分析法復(fù)雜，需要消耗較多的化學(xué)試劑。COD在線監(jiān)測方法的應(yīng)用方向隨著我國工業(yè)化進程的推進，集約化

7、大生產(chǎn)必然形成，污水的集中處理也必將是大勢所趨，對于市場化的城市污水處理廠，進行及時、準(zhǔn)確的水質(zhì)、水量監(jiān)測是非常必要的。目前我國廣泛使用的分光光度法和電位滴定法在線監(jiān)測儀，測試跡程中要消耗大量的化學(xué)試劑，如濃硫酸、硫酸銀、重銘酸鉀、硫酸汞、硫酸亞鐵鏤、硫酸鋁鉀、鋁酸鏤等，這些化學(xué)試劑的使用，一方面造成嚴(yán)重的二次污染；另一方面，由于濃硫酸、重銘酸鉀溶液等強氧化劑容易使系統(tǒng)管道破損、儀器失靈，維護工作置大且復(fù)雜，運行與維護成本較高。臭氧氧化法和高溫催化法由于不產(chǎn)生二次污染，方法較為簡單，不消耗化學(xué)試劑，因而測試成本低廉，儀器維護簡單，是值得推薦的清潔測試方法，在國外使用較多，但由于該法不是國際標(biāo)準(zhǔn)

8、方法，且進口儀器價格昂貴，因此推廣起來有一定困難。我們可以通過國產(chǎn)化，降低儀器的價格來實現(xiàn)臭氧氧化法和高溫催化法的廣泛應(yīng)用。T0CE映水體中全部有機物的含量，于COD目比更能直接表示水體中有機污染物的總量，而且T0C勺測定不消耗化學(xué)藥品，不產(chǎn)生二次污染，屬清潔監(jiān)測技術(shù)，是未來實現(xiàn)污水中有機污染物含量在線監(jiān)測的發(fā)展方向。但目前我國對廢水的考核指標(biāo)是COD對于固定種類的污水，T0c與CODJ相關(guān)性問題需要解決，我們可以需要測定其與標(biāo)準(zhǔn)方法相關(guān)性，來解決非標(biāo)準(zhǔn)方法與現(xiàn)行管理制度不適應(yīng)的問題。另外，COD在線監(jiān)測系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于采礦排污監(jiān)控點、污水監(jiān)測站、污水處理廠、自來水廠、地區(qū)水界點、水質(zhì)分析室等

9、。政府監(jiān)測機構(gòu)利益遠程監(jiān)測中心數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與在線監(jiān)測系統(tǒng)相連接，接收子站傳輸?shù)男畔⒑推渌O(jiān)測點源的監(jiān)測信息，能夠有效監(jiān)控和監(jiān)督污染源排放點，減少乃至杜絕偷排現(xiàn)象，對推動我國水體污染物總量控制事業(yè)的發(fā)展將會有重要的意義。結(jié)語污水在線監(jiān)測系統(tǒng)是集環(huán)境保護科學(xué)、在線監(jiān)測、現(xiàn)代語音和數(shù)據(jù)通信，現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和信息系統(tǒng)為一體的新技術(shù)在我國部分城市污水處理領(lǐng)域已有應(yīng)用，到目前為止，國家已建立了長江、淮河等七大流域監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，其中部分監(jiān)測站實現(xiàn)了在線實時監(jiān)視。根據(jù)國家。十一五”計劃的要求，我國還將在十大流域建立多個水質(zhì)在線監(jiān)測站。因此，污水CO匪線監(jiān)測系統(tǒng)將有很大的發(fā)展空間和前景。由于污水CO睢續(xù)在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)

10、量大、測試頻率高，要求儀器實時、快速地提供準(zhǔn)確的、大量的數(shù)據(jù)，這對測試方法提出了快速、簡單、無化學(xué)藥品消耗、等要求。目前廣泛使用的分光光度法和電位污染及防治滴定法在線監(jiān)測儀，由于存在嚴(yán)重的二次污染問題，應(yīng)該逐漸被對環(huán)境友好的清潔監(jiān)測儀器，如TOCE線監(jiān)測儀、臭氧氧化法和高溫催化法CODE線監(jiān)測儀所代替。同時，從工業(yè)現(xiàn)場連續(xù)在線監(jiān)測來講，為確保穩(wěn)定、可靠的運行，有兩點特別要注意：（1）解決好采樣的代表性、水樣預(yù)處理、反應(yīng)器和檢測池的清潔問題（2）堅持例行的日維護、周維護、月維護和年維護至關(guān)重要。CODE線監(jiān)測儀運行中還應(yīng)充分考慮排放口的水質(zhì)、水量等情況，在現(xiàn)階段，以流量計和污水比例采樣器組成的C

11、O猊線監(jiān)測子系統(tǒng)是一般排污13實行總量控制的優(yōu)選方案。?2水質(zhì)總磷總氮在線自動監(jiān)測技術(shù)的研究實驗部分儀器TN-TP在線監(jiān)測儀器（自行研制樣機）；分析電子天平（FA2104N,上海民橋精密科學(xué)儀器有限公司）；電熱恒溫水浴鍋（HZ9211K,上海精宏實驗設(shè)備有限公司）；自動雙重純水蒸儲器（Bsz2,上海博通）；不銹鋼手提式壓力蒸氣滅菌鍋（YXQSGD46廣州市華南醫(yī)療器械有限公司分廠）；PHt（PHs_3c,上海蕾磁廠）。2.1.2試劑過硫酸鉀溶液（15mg/mL,ARB,國藥集團化學(xué)試劑有限公司）；四水合鋁酸鏤（AR級，廣州化學(xué)試齊J廠）；酒石酸睇鉀（AR級，汕頭市光華化學(xué)廠）；氫氧化鈉溶液（1

12、5mg/mLARB,廣州化學(xué)試劑廠）;硫酸溶液（1:3V/V,ARB,廣州化學(xué)試劑廠）;鹽酸溶液（1:16V/V,ARB,廣州化學(xué)試劑廠）;抗壞血酸溶液（24mg/mLA徵，廣州化學(xué)試劑廠）；磷標(biāo)準(zhǔn)溶液（500mg/L,國家環(huán)境保護總局標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所）；氮標(biāo)準(zhǔn)溶液（500mg/L,國家環(huán)境保護總局標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所）。無氨水：在1000mlM儲水中加入0.1InL硫酸（p=1.849/mL）,全玻璃蒸儲器中重蒸儲并棄去前50mL留出液，將儲出液收集在帶有玻璃塞的玻璃瓶中。鋁酸鹽溶液：取129電目酸鏤溶于700mlK中，另取0.489酒石酸睇鉀溶于100mlK中，將這兩種溶液在不斷攪拌下先后緩緩倒入

13、160mLt硫酸中，并混合均勻。此溶液可穩(wěn)定42個月。2.2實驗方法2.2.1總氮分析方法在線監(jiān)測方法：在水樣中加入K2s2O8。溶液和NaO解液，在85c下紫外線照射，水樣中含氮化合物被分解成NO被消解的水樣冷卻至一定溫度后，分取一部分試樣，加HCl調(diào)節(jié)至pH23,然后在220nn長處測量吸光度值，并計算出水中的總氮濃度值。該方法的優(yōu)點是在常壓和低溫條件下進行氧化分解。國標(biāo)方法(GB/T11894-1989):在60c以上水溶液中，過硫酸鉀可分解產(chǎn)生硫酸氫鉀和原子態(tài)氧，硫酸氫鉀在溶液中離解而產(chǎn)生氫離子，故在氫氧化鈉的堿性介質(zhì)中可促使分解過程趨于完全。分解出的原子態(tài)氧在120124。(2條件下

14、，可使水樣中含氮化合物的氮元素轉(zhuǎn)化為硝酸鹽。并且在此過程中有機物同時被氧化分解?？捎米贤夥止夤舛确ㄓ诓ㄩL220nnfD275nn,分別測出吸光度A鋤及A275,兩者相減求出校正吸光度Ao2.2.2總磷分析方法在線監(jiān)測方法：采用紫外催化一過硫酸鉀氧化分光光度法為測定方法，其理論基礎(chǔ)是光催化氧化技術(shù)，當(dāng)有機磷吸收紫外光后，原有的C-P鍵被破壞，形成易于測量的正磷酸鹽成分。在水樣中加入K2a08溶液和硫酸溶液，在95c下紫外線照射，水樣中含磷化合物被分解成PCTo試樣冷卻后分取一部分，加入抗壞血酸和鋁酸鏤溶液，顯色。然后在700nm波長處測量吸光度值，并計算出水中的總磷濃度值。該方法優(yōu)點是可以在常溫

15、常壓下進行。國標(biāo)方法(GBII89389):在中性條件下用過硫酸鉀(或硝酸一高氯酸)使試樣消解，將所含磷全部氧化為正磷酸鹽。在酸性介質(zhì)中，正磷酸鹽與鋁酸鏤反應(yīng)，在睇鹽存在下生成磷鋁雜多酸后，立即被抗壞血酸還原，生成藍色的絡(luò)合物。該絡(luò)合3-5物在700nm波長有較強吸收，通過測量吸光度值，計算出水中的總磷濃度值。3結(jié)論通過設(shè)計紫外線加強氧化一消解反應(yīng)器和20通道自動校準(zhǔn)與自動進樣集成控制系統(tǒng)，研制成功了可同時適用于地表水和廢水總磷總氮在線監(jiān)測的樣機，該樣機的各項技術(shù)指標(biāo)均達到優(yōu)現(xiàn)有于國家標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測方法要求的水平，使得總磷總氮的檢測周期縮短至30min,實現(xiàn)了在較低溫度和常壓條件下水質(zhì)總磷總氮的快速

16、、安全和穩(wěn)定的在線自動監(jiān)測，具備了良好的市場推廣應(yīng)用前景。參考文獻：1周麗冰。污水CODB線監(jiān)測方法及其發(fā)展方向J.一科技資訊，2009(13)2程麗巍，許海，陳銘達等.水體富營養(yǎng)化成因及其防治措施研究進展J.環(huán)境保護科學(xué)，2007,33(1):18-21.ChengLi-wei,XuHai,ChenMing-da,eta1.ReviewoncausesofeutroficationofwaterbodyanditscontrolmeasureJ.EnvironmentalProtectionScience,2007,33(1):18-21.(inChinese)3奚旦立，孫裕生，劉秀英.環(huán)境

17、監(jiān)測M.北京：高等教育出版社，2004：9-29.XiDan-li,SunYu-sheng,LiuXiu-ying.EnvironmentMonitoringM.Beijing:HighLevelEducationPublishingCompany,2004：9-29.(inChinese)4孫宗光，陳光，齊文啟，等.總氮、總磷自動監(jiān)測儀的進展叨.現(xiàn)代科學(xué)儀器，2003,5:1217.SunZong-guang,ChenGuang,QiWen-qi,eta1.Researchprogressoftheonlinemonitoringtechnologyfortotalphos-phorusandtotalnitrogenJ.ModemScienceInstrument,2003.5:1217.(inChinese)5齊文啟，陳光，孫宗光等.總氮、總磷監(jiān)測中存在的有關(guān)問題J.中國環(huán)境監(jiān)測，2005,2l(2):31-35.QiWen-qi,ChenGuang,SunZong-guang,eta1.Someproblemsexistedinthemon