车载式水质监测技术在水环境保护中的研究与应用

曹 军

（江苏环境监测中心，江苏 南通 226300）

车载式水质检测技术主要利用先进的车辆改装技术、环境水质监测技术、数据采集与加工技术以及数据传输工具，能够将车辆内部的水质监测系统与监测的对象达到充分融合的目的，逐步实现自动对水样进行采集、分析、控制以及远距离数据传输等。我国已经进入突发水质污染高峰的阶段，在我国各种高发的环境污染案件中，水污染发生频率最高，造成的经济损失也最大。目前，我国很多地方对于突发性水污染的环境应急保障体系还处在建设的初级阶段，许多处理技术和应急保障制度还不够完善。水污染的应急方案主要针对政府部门和指挥机构，其对于危机进行反应的程序和时效规定比较多，但是对于现场进行快速分析的设备研究比较少，特别是针对现场的快速检测设备几乎处于空白。

1　车载式水质监测系统组成

车载式水质自动监测系统主要由水质监测车、在线监测技术系统和其他辅助设备等组成。其中，在线监测技术系统主要包括水质取样设备、污染物在线分析设备、现场污染物采集和传输设备、中心控制单元设备，辅助设备主要包括供电设备、通风设备等。

2　水质监测车辆改装技术

2.1　车辆的基本选型

对车载式水质监测技术使用的车辆进行选型时，主要考虑车辆的整体承重、密封性好坏、减震性能是否优劣、满载时的车速、汽车发动机的功率等。目前，主要选用的是进口汽车，然后对其进行改装，这样能够做到比较好的密封作业，达到防尘与防雨的性能。

2.2　车辆的改装技术

本研究中，水质监测车采用奔驰65d柴油机，这种车辆强度较高，具有完善的减震性能，车厢体能够双后开门和单侧拉门，箱体的上部有天窗。水质监测车整体分为驾驶区和实验区两个部分，中间可以设置推拉窗进行隔断。水质监测的仪器主要放在实验区的右侧，实验区的左侧可以选用耐腐蚀、耐氧化以及不易燃烧的实心理化板，理化板的下部主要包括有水箱、供电系统，左右侧的系统重量要达到平衡状态[1]。整个实验的车体右侧是发电机的舱门，主要安装的是进口自锁的发电机滑道，并且配备相应的发电机，功率不能够小于3 kW。

2.3　车载式水质监测的设备

在进行现场应急处理时，需要对样品进行快速的传递，因此车载式监测平台必须要配备便携式的现场分析仪器，这样能够有效提高环境监测效率。按照这样的配比原则，技术人员需要配置水和气体的检测试管、单项或者是多项的气体检测器、具有便携功能的紫外可见分光光度计、具备便携式的气相色谱仪、具有多项目的水质检测器、袖珍式的爆炸或者是有毒有害气体的检测装置、便携式的离子剂、具有变形功能的离子色谱仪、多普勒流量仪、反射式分光光度计、具有便携功能的阳极扫描伏安计、等比例的水质采样器、车载式的GC-MS仪器、具有便携功能的傅立叶变换红外光谱仪以及免疫分析仪等设备。有条件的地区可以配置开放通道的傅立叶变换红外光谱仪，这种装置能够直接对污染源和大气中污染物进行不干扰测定，具有良好的流动性[2]。

3　车载式水质自动监测集成技术

3.1　水样的采集存储和反冲洗技术

在水质监测车的后箱安装自吸泵，同时外接采水软管，采水管道需要携带过滤网等装置，正常情况下软管长度约为30 m，同时附加长度也能够满足取水百米的要求，也需要保证车辆可以从桥上远距离进行取水作业。

水质监测中需要考虑到水样分析的必要性，在采集样品完毕后，可以分为两路进入仪器。比如，样品可以直接进入五参数的分析仪，多余样品可以进行直接排出；室内部分样品直接进入储水箱，并且经过静置沉淀后，对其高锰酸钾指数、总磷或总氮指数进行分析。水质监测车的储水箱能够进水和出水，进水或者是进行向外排出水都需要阀门进行控制。在水质监测车的车厢内，需配置一个60 L的清洗水箱，它能够方便作业人员完成相关作业以后，根据手动设定的程序进行自动冲洗，实现对于氨氮等仪器取水管道和采水管道的冲洗。

3.2　水质监测仪器的选择

综合考虑到车体内部的整体空间、仪器尺寸的大小以及投入的成本，结合现场工作的实际需求，车载式水质监测主要考察五种参数：水质的pH值、溶解氧值、电导率大小、水温大小、高锰酸钾的盐指数、总磷和总氮的分析仪。在水质监测过程中，监测仪器尽量选用气密性良好、运行稳定的成熟品牌。

3.3　现场工作的技术

现场控制技术系统主要由工控机、PLC（可编程控制系统）以及其他继电器组成，该技术主要包括总线控制技术和组态开发技术。这种控制界面操作比较简单，能够根据用户的直接需求，设定工作周期，在中心控制模块内进行启动或者关闭阀门水泵作业。系统可以根据水泵和阀门的反馈情况，对信号系统进行判断，对污染水质测量数据进行采集，对设备运行参数进行比对，能够保证通信的畅通，保障车载式水质监测系统发送数据和接受数据的准确性。

3.4　数据传输技术

水质监测系统的数据传输系统主要基于CDMA的无线通信传输技术，能够实现监测结果的实时传输，与远处的环境监测中心进行无缝的连接，这样会有效促进系统查询和统计监测现场数据。

3.5　对于中心单元的监控

车载式水质监测系统的中心监控端能够支持多种接入方式，可以将车载式的水质自动监测系统所得到的数据存储于数据库中，同时也可以对现场进行监测的仪器下达指令。

4　辅助设施的基层管理

4.1　供电单元的集成

整个供电系统包括有外接的电源接口、发电机、电源箱、蓄电池的电池组、对人的控制板等。其可以分为三个供电或用电的区域，主要是照明用电区域、仪器用电区域、空调供电的区域等。

车载式水质监测车的供电区域，由发电机通过UPS（不间断电源）进行发电，市电和发电机之间能够自动切换，发动机在进行供电的同时，市电能够相对应接入UPS，其能够自动打开市电的接入端口，将发电机的电力接入端口进行关闭。水质监测的蓄电池组主要配置有八个12 V、40 µA的免维护电池，在没有市电或发电机进行供电的情况下，后备的蓄电池组能够通过UPS为整个系统提供充足的电力。这种供电系统采用日本雅马哈发电机，输出的功率达到5.5 kW，为车载式水质监测车在野外工作提供足够的电量，保证整个水质监测设备的正常工作[3]。

4.2　空调的通风系统集成

水质监测车的通风单元主要由带有过滤装置的空气进气口和实验室空气的排风扇组成。实验区可以配置空调，空调的功率大约为2 kW。在水质监测车正常工作时，夏季的气温要控制在22℃左右；冬天寒冷干燥的气候条件下，应该启动电加热装置，这样可以使得车内的温度控制在25℃以上。

5　车载式水质监测平台在水环境保护中的应用

5.1　应用的示范

丹江口水库位于河南省与湖北省的交界处，是南水北调中线工程的水源地。人们可以采用车载式的自动监测技术对水库重点敏感区域进行监测，从而确保整个系统的稳定性，掌握水库重点区域的水质情况。其间，人们要分析和总结车载式自动监测系统的关键技术和具体应用，形成可以推广的技术标准。监测时，人们选择了25个具有代表性的监测点，同时选取了30多个监测指标，这些指标包括水温、水的pH值、总氮值、溶解氧的数量、总铁值、总磷值、电导率、高锰酸钾指标等。最后对监测数据进行分析，人们得到了评价结果，与应用传统方法得到的数据相比，该方法具有更加良好的效果，这说明车载式自动监测平台设计比较先进，能够满足国家的技术标准。

5.2　车载式水质监测在水环境环保中的监测点

5.2.1常规与应急可以兼顾

车载式自动监测是一个水质监测系统。该系统能够将远程的通信传输和在线监测融为一体，形成具有独立性与完整性的新系统。在日常工作中，人们可以将车载式自动监测平台看作是一个活动的水质监测站点，如果辖区内发生水环境污染事故，水质自动监测可以作为环境应急响应监测的一部分，在最短的时间内到达事故现场，对污染水质进行快速测量，对水质监测流动车、实验室安全测量分析进行合理补充，配合相关机构开展水污染调查工作，这样就能充分发挥车载式自动监测平台流动监测站和流动监测的功能[4]。

5.2.2能够提高数据精确性

水质自动监测平台配备有先进的控制系统和在线监测仪器，在与水质自动站进行质控对比时，人们可以利用同一种水样和同一种设备进行现场测定，对质量控制进行比对，查找误差产生的原因，对整个监测系统的精确性进行校准，这样能够提高自动站点的数据处理精确性。以太湖流域为例，宜兴市环境监测部门平时将自动监测车停放在自动监测站内，每个月需要与太湖的水质自动站进行质控对比，采样需要一同进行，然后进行同步的化学分析。这样通过两套自动监测系统对水样进行分析和检测，比对标准物质标定，可以提高整个自动监测数据的精确性，能够为太湖流域水质监测提供更好的总量监测指标和生态补偿服务[5]。

6　结语

车载式水质监测技术在水环境保护中的应用是一种新鲜的尝试，能够将水质自动检测站的主要工作内容置于水质监测车之内，能够实现水质的自动采样、自动分析，并且能够与控制中心进行实时数据传输。车载式水质监测技术能够克服人工进行水质监测时自动化程度较弱的缺陷，同时也解决了固定式自动水质监测站无法根据现场实际情况调整监测水位的问题，对于重要城市的水源供应地、省界水质情况、污染水体的重要控制断面、进入河流的重要排污口情况能够实现全天候的实时监控。