1、我國水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展和展望引言水質(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(jī)使用技術(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 可盡早發(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)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

2、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(jìn)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 可以實現(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(jìn)一步發(fā)展可起到至關(guān)重要的作用； WPMS 還可以實現(xiàn)水質(zhì)信息的在線查詢和共享，可快速為領(lǐng)導(dǎo)決策 提供科學(xué)依據(jù)。水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的組成水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)由采樣單元、分析測試單元(監(jiān)測儀器 ) 、數(shù)據(jù)采集和傳輸單元、監(jiān)控中心四部分組成。目前，使用比 較多的是水質(zhì) COD 、 NH3-N

3、 、TOC、 TN 、 TP、五參數(shù)、 UV 等在線監(jiān)測系統(tǒng)。采樣單元 目前大多數(shù)采用自吸泵或潛水泵方式采樣，建議采用1020 目的金屬篩網(wǎng)阻隔， 避免漂浮物堵塞采樣口。 自吸泵揚(yáng)程 應(yīng)保證大于實際采樣高度的 2 倍。采用潛水泵采樣的系統(tǒng)， 應(yīng)保證潛水泵在液位變化情況下能正常工作。在線監(jiān)測儀器COD 在線監(jiān)測儀器根據(jù)氧化方式不同，可將 COD 在線監(jiān)測系統(tǒng)分為兩大類， 即采用重鉻酸鉀氧化和非重鉻酸鉀氧化方式。重鉻酸鉀氧化 方式可分為重鉻酸鉀消解光度測量法，重鉻酸鉀消解庫 侖滴定法、重鉻酸鉀消解氧化還原滴定法。非重鉻酸鉀氧 化方式可分為臭氧 (混合氧化劑 )氧化電化學(xué)測量法羥基氧 化電化學(xué)測量法

4、。NH3-N 在線監(jiān)測儀器NH3-N 在線監(jiān)測儀可分為滴定法、 比色法、 銨離子選擇電極 法、氨氣敏電極法、電導(dǎo)法等方法。TOC 在線監(jiān)測儀器按原理不同，可將 TOC 在線監(jiān)測儀器分為燃燒氧化紅外吸收法、紫外催化氧化紅外吸收法和電導(dǎo)法。數(shù)據(jù)采集和傳輸單元 數(shù)據(jù)采集傳輸儀通常采用單片機(jī)、可編程控制器或工控機(jī)方 式，不論哪種方式，通訊協(xié)議應(yīng)全國統(tǒng)一，以方便儀器連接 通訊。數(shù)據(jù)傳輸方式可采用電話線、 GPRS、GSM 、局域網(wǎng)、 無線電臺等多種方式。監(jiān)控中心 監(jiān)控中心的主要作用就是接收、匯總、統(tǒng)計各污染源的監(jiān)測 數(shù)據(jù)。水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展歷程 目前在我國生產(chǎn)銷售水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的廠商約有 50 家

5、， 通過認(rèn)證的廠家有 30 多家。我國水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)過十 幾年的發(fā)展，從技術(shù)引進(jìn)吸收到擁有自主產(chǎn)權(quán)的專利產(chǎn)品， 從半自動化發(fā)展到信息化，從作坊形式發(fā)展為監(jiān)測專用儀器 的支柱產(chǎn)業(yè)之一，涌現(xiàn)出一批技術(shù)精良、服務(wù)周到、規(guī)模較 大的龍頭企業(yè)，縱觀水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展歷程，大致可 以分為以下三個階段。初期階段1996 年，國家環(huán)保局發(fā)布的 排污口規(guī)范化整治技術(shù)要求 （試 行）中規(guī)定： 列入重點整治的污水排放口應(yīng)安裝流量計； 一 般污水排污口可安裝三角堰、矩形堰、測流槽等測流裝置或 其他計量裝置。全國規(guī)范化的排污口開始安裝流量計和采樣 器，這可稱為最初的在線監(jiān)測系統(tǒng)。自上世紀(jì) 90 年代初到 200

6、1 年，國產(chǎn)水質(zhì) COD 在線監(jiān)測儀 器開始問世，主要生產(chǎn)企業(yè)有：北京環(huán)科環(huán)保技術(shù)公司、南 京德林環(huán)保儀器有限公司、蘭州煉化環(huán)?？萍加邢薰尽⒑?北先河科技發(fā)展有限公司、山東省恒大環(huán)保有限公司、廣州 怡文科技有限公司等， 在重點省份、 重點行業(yè)開始推廣使用， 為國產(chǎn) COD 在線監(jiān)測系統(tǒng)奠定了基石。此階段的特點可歸 納為以下幾點：產(chǎn)品較單一 最初排污現(xiàn)場僅安裝流量計、采樣器和水質(zhì) COD 在線監(jiān)測 儀器，因此， 根據(jù)行業(yè)發(fā)展需求， 各公司推出了自己的產(chǎn)品， 但基本都是采用重鉻酸鉀氧化原理的 COD 在線監(jiān)測儀器。生產(chǎn)規(guī)模小 受市場需求制約以及環(huán)境管理對在線自動監(jiān)測的認(rèn)識不夠 等多方面因素的影響

7、，各公司的資金、技術(shù)投入較小，生產(chǎn) 企業(yè)的規(guī)模都小于 20 人，且以手工單臺組裝調(diào)試為主，沒 有形成規(guī)模化生產(chǎn)。產(chǎn)品質(zhì)量不穩(wěn)定 由于當(dāng)時利用重鉻酸鉀氧化原理的水質(zhì) COD 在線監(jiān)測儀器 為全新產(chǎn)品，國際上無經(jīng)驗可借鑒，將實驗室 COD 的手工 分析流程濃縮成機(jī)械化產(chǎn)品，高溫、強(qiáng)酸等因素影響產(chǎn)品的 穩(wěn)定性，加之國內(nèi)元器件質(zhì)量不過關(guān)，使得整機(jī)的穩(wěn)定性受到影響。安裝量小2001 年前，全國已安裝的 COD 在線監(jiān)測儀器約百余臺，且 集中在經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)省份 (如江蘇、浙江等 )，而經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)， 幾乎都沒有安裝 COD 在線監(jiān)測儀器。發(fā)展階段2001 年，國家環(huán)境保護(hù)總局頒布了化學(xué)需氧量 (COD) 自

8、動在 線監(jiān)測儀產(chǎn)品技術(shù)要求 (HBC6-2001) ，根據(jù)此技術(shù)要求，國 家環(huán)境保護(hù)總局環(huán)境監(jiān)測儀器質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心對 COD 在 線監(jiān)測儀器進(jìn)行了適用性檢測，已有 30 多家企業(yè)的產(chǎn)品通 過適用性檢測。此階段的特點有：產(chǎn)品逐漸多樣化 根據(jù)環(huán)境管理要求和市場需求，在此背景下，國內(nèi)生產(chǎn)企業(yè) 開始研制其它水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)，如COD 、NH3-N 、TOC、TN、TP 水質(zhì)五參數(shù)等在線監(jiān)測儀器。產(chǎn)品質(zhì)量逐漸穩(wěn)定 經(jīng)過幾年現(xiàn)場的安裝運行，逐漸摸索出適合中國國情的水質(zhì)COD 在線監(jiān)測系統(tǒng)， 從儀器各零部件的選擇、 采樣方式、 消 解方式、數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾矫鎸x器進(jìn)行了改進(jìn)，使得儀器的 穩(wěn)定性得到飛速提高。

9、生產(chǎn)廠家急劇增加 本階段，國際上知名大企業(yè)開始逐漸進(jìn)入中國市場，如島津 國際貿(mào)易有限公司、 美國 HACH 公司等都帶來了自己先進(jìn)的 產(chǎn)品，國內(nèi)生產(chǎn)廠商如雨后春筍般的涌現(xiàn)出來，如江蘇就有 8 家 COD 生產(chǎn)廠商。網(wǎng)絡(luò)化階段2006 年以后，尤其是“污染源減排三大體系能力建設(shè)”項目 實施后，要求占 COD 污染負(fù)荷 60% 以上的國控重點污染源 必須安裝在線監(jiān)測儀器，且必須聯(lián)網(wǎng)運行。初步形成由地 （市）、省、國家的三級網(wǎng)絡(luò)。安裝儀器數(shù)量增多、運行管理 逐步規(guī)范，尤其是出現(xiàn)了一批專業(yè)化運營維護(hù)隊伍，對水質(zhì) 在線監(jiān)測儀器的發(fā)展起到了推動作用。水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)前沿重金屬在線監(jiān)測技術(shù)由于重金屬污

10、染的危害性，建立重金屬污染預(yù)警系統(tǒng)對重金 屬污染進(jìn)行實時監(jiān)控，變得日益緊迫，重金屬在線監(jiān)測儀器 的需求近年來也日益顯現(xiàn)，目前重金屬在線監(jiān)測儀器基本依 賴進(jìn)口， 進(jìn)口儀器價格昂貴。 為打破對進(jìn)口儀器的高度依賴， 針對重金屬在線監(jiān)測技術(shù)難題，不少科技創(chuàng)新企業(yè)通過加大 科研投入，相繼推出一系列重金屬在線監(jiān)測儀，填補(bǔ)了國內(nèi) 空白，結(jié)束了國外技術(shù)壟斷的歷史。六價鉻、銅、鎳等重金屬在線監(jiān)測儀在電子工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)已 有小規(guī)模的安裝，目前國內(nèi)的主要生產(chǎn)廠家有南京德林環(huán)保 儀器有限公司、北京環(huán)科環(huán)保技術(shù)公司等，但重金屬在線監(jiān)測儀品種比較單一，技術(shù)和質(zhì)量和國外相比還有些差距，這 方面的市場還有待開發(fā)。水質(zhì)毒性在線監(jiān)

11、測技術(shù) 海洋中的明亮發(fā)光桿菌經(jīng)過馴化后，可以作為毒性的判斷指 標(biāo)。通過實驗逐步確定了氨氮、酚、六價鉻、氟、硫化物、 COD 、H2S、Cl2 、SO2 等不同毒物間對發(fā)光細(xì)菌發(fā)光反應(yīng)的 抑制速率的差異，污染水質(zhì)對發(fā)光細(xì)菌的影響程度以及和標(biāo) 準(zhǔn)毒物 HgCl2 相對應(yīng)的毒性等級。通過測定發(fā)光細(xì)菌發(fā)光度的變化，量度被測水環(huán)境樣品中 由微生物、重金屬和有機(jī)污染物所造成的急性生物毒性。和 傳統(tǒng)的將魚、藻和其它水生生物作為檢測指示生物相比，發(fā) 光細(xì)菌法簡便、快速、靈敏、適應(yīng)性強(qiáng)、重復(fù)性好、精度高、 費用低、用途廣。發(fā)光細(xì)菌毒性檢測最顯著的特點是一次試 驗就能夠定性或定量鑒別被測水樣中的全部有毒物質(zhì)，具有

12、 靈敏度高 （ppm 級 ）、準(zhǔn)確度好 （誤差小于 10 ）、速度快、檢 測范圍寬 （包括鉻、 鎘、銅、鉛、鎳、汞等重金屬離子， DDT 、 有機(jī)磷等農(nóng)藥、 24D 等激素，洗滌劑、溶劑等有機(jī)和無機(jī)有 毒物質(zhì) ）、方法簡便，不需生物專業(yè)人員、檢測費用低、適應(yīng) 性強(qiáng)，可在現(xiàn)場檢測，也可在實驗室檢測等優(yōu)點。 但目前我國還沒有水質(zhì)綜合毒性檢測系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家。國內(nèi) 企業(yè)格維恩科技有限公司、上海艾晟特環(huán)?？萍加邢薰镜?都是代理銷售，還沒有形成自己的產(chǎn)品。隨著人們對水安全的重視，對水質(zhì)綜合毒性的在線測定變得日益重要，這方面 的市場潛力還是相當(dāng)大的。生物傳感器的使用 生物傳感器測定法是利用生物分子優(yōu)良的分

13、子識別功能，結(jié) 合轉(zhuǎn)換功能進(jìn)行測定的檢測方法。利用和待測物質(zhì)具有良好 選擇反應(yīng)的生物分子進(jìn)行測定。隨著反應(yīng)的進(jìn)行，生物分子 及其反應(yīng)生成物的濃度會發(fā)生變化，通過轉(zhuǎn)換器變?yōu)榭蓽y定 的電信號，從而達(dá)到選擇性測定待測物質(zhì)的目的。 目前已經(jīng)有相當(dāng)數(shù)量的生物傳感器投入到大氣和水中各種 污染物質(zhì)含量的監(jiān)測中，在發(fā)達(dá)國家如英國、法國、德國、 西班牙和瑞典，在水質(zhì)檢測過程中都采用了生物冷光型的生 物傳感器。 生物傳感器因其具有快速、 連續(xù)在線監(jiān)測的優(yōu)點， 將會有更廣泛的使用，在測定二惡英等劇毒物質(zhì)時能夠做到 安全檢測。熒光法的使用 熒光法是一種測定水中溶解態(tài)有機(jī)污染物的方法，用 320nm 激發(fā)波長，在 43

14、0nm 測定熒光強(qiáng)度可獲得有機(jī)污染物的信 息。和 260nm 測定 DOC 的 UV 信息有良好的相關(guān)性，且靈 敏度和精確度都比 UV 法好。熒光法在自動監(jiān)測系統(tǒng)中的使 用前景很好，早在“九五”攻關(guān)中，中國環(huán)境監(jiān)測總站就使 用了排水中油類的直接熒光法自動監(jiān)測。 目前代理銷售的企業(yè)主要有北京愛格森自動化有限公司、北 京渠道科學(xué)器材有限公司、北京首選科技有限公司等。酶聯(lián)免疫法 (ELISA) 的使用 生物法中，常用的生物分子是酶及抗體，即酶聯(lián)免疫法 (ELISA) 、聚合酶鏈?zhǔn)椒磻?yīng) (PCR)、表面胞質(zhì)團(tuán)共振檢測 (SPR) 等。常用的轉(zhuǎn)換器有電極、各種光學(xué)裝置及石英振子等。 日本報道了生物檢測法

15、 (ELISA) 使用二惡英類自動前處理裝 置。大腸菌群是地表水和飲用水源地的必測指標(biāo)，其自動監(jiān) 測的實現(xiàn)可大大減少監(jiān)測人員的工作強(qiáng)度，在其自動監(jiān)測系 統(tǒng)中使用了和培養(yǎng)法完全不同的原理，即生物發(fā)光、化學(xué)發(fā) 光法。以酶聯(lián)免疫法 (ELISA) 為原理的檢測技術(shù)是目前發(fā)展的最新 領(lǐng)域，用于化學(xué)毒性物質(zhì)檢測具有以下特點：具有很高的靈敏度，僅用少量試樣便可完成檢測；選擇性好，且比儀器分析的試樣前處理方法簡單，操作簡 便、快速；能得出環(huán)境污染物對生態(tài)影響的直接及綜合信息；設(shè)備價廉，能夠?qū)崿F(xiàn)自動化，并可使用于多個試樣同時處 理，快速檢測。我國已頒布了采用 ELISA 的水和土壤等中污染物的檢測方 法。水質(zhì)

16、在線監(jiān)測系統(tǒng)的展望 水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)在發(fā)展歷程中主要存在以下問題：產(chǎn)品集中度過低，企業(yè)規(guī)模偏小，缺乏長遠(yuǎn)利益的共識， 競爭無序；產(chǎn)品品種單一，高新技術(shù)含量低，功能趨同化嚴(yán)重，質(zhì)量 難以持續(xù)穩(wěn)定；缺乏產(chǎn)業(yè)規(guī)制，企業(yè)進(jìn)出條件要求較低；資金緊缺，限制了發(fā)展。和國外的連續(xù)自動監(jiān)測產(chǎn)業(yè)相比，我國的連續(xù)自動監(jiān)測產(chǎn)業(yè) 尚處于發(fā)展初期，針對發(fā)展中存在的問題，不論是政府、水 質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)生產(chǎn)企業(yè)還是排污企業(yè)自身都應(yīng)該拿出積 極穩(wěn)妥的方案以應(yīng)對國際和國內(nèi)的競爭態(tài)勢。5.1 加強(qiáng)核心技術(shù)的研發(fā)， 應(yīng)對日益多樣化的環(huán)境監(jiān)測需求 連續(xù)自動監(jiān)測企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)和高校和研究部門的合作，提高產(chǎn) 品的技術(shù)含量，豐富產(chǎn)品種類，使產(chǎn)品

17、功能多樣化，增強(qiáng)企 業(yè)的競爭實力，以應(yīng)對環(huán)境監(jiān)測和環(huán)境管理發(fā)展的需要，國 家應(yīng)根據(jù)未來環(huán)境管理發(fā)展的需要，加強(qiáng)技術(shù)引導(dǎo)，加大對 關(guān)鍵技術(shù)的投入力度，提高并加快系統(tǒng)的國產(chǎn)化率，引導(dǎo)企 業(yè)的技術(shù)走向。加強(qiáng)企業(yè)間合作，促進(jìn)儀器生產(chǎn)規(guī)?；?在配合產(chǎn)業(yè)規(guī)劃，提高行業(yè)進(jìn)入門檻的同時，對現(xiàn)有的連續(xù) 自動監(jiān)測儀器企業(yè)進(jìn)行企業(yè)間合作和兼并的引導(dǎo)；對重點企 業(yè)加大支持力度，出臺減免稅收等優(yōu)惠政策；促使儀器生產(chǎn) 規(guī)?；M快建立現(xiàn)代企業(yè)制度， 淘汰作坊式生產(chǎn)和家族 式管理模式，提高產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。企業(yè)間的合作不僅應(yīng) 表現(xiàn)在技術(shù)的共同開發(fā)上，而是應(yīng)更多地表現(xiàn)在市場的開 拓、銷售和運營維護(hù)的配合以及技術(shù)人員的培訓(xùn)上；

18、兼并也 不應(yīng)僅表現(xiàn)在同類企業(yè)之間的以大吃小，而應(yīng)更多地表現(xiàn)在 不同類企業(yè)以及上下游企業(yè)間的優(yōu)勢互補(bǔ)上。制定和修訂相關(guān)規(guī)范 為配合污染源減排三大體系能力建設(shè)項目實施，環(huán)境保護(hù)部 相繼制定和修訂了一系列標(biāo)準(zhǔn)，如水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝 技術(shù)規(guī)范、水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)驗收技術(shù)規(guī)范等，為規(guī)范 水質(zhì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的安裝、運行奠定了基礎(chǔ)。但是，隨著環(huán) 境管理的不斷加強(qiáng)，隨著儀器種類的不斷增多，還應(yīng)制定新 的規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)，對已有不適應(yīng)要求的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要進(jìn)行修訂， 如水質(zhì)在線監(jiān)測儀器安裝驗收、安裝標(biāo)準(zhǔn)中，驗收周期 長、工作量大、低濃度指標(biāo)要求過于嚴(yán)格等問題?？刂飘a(chǎn)品質(zhì)量，執(zhí)行環(huán)境監(jiān)測儀器認(rèn)證制度 加大對環(huán)境監(jiān)測儀器的監(jiān)督管理，建立和完善環(huán)境自動監(jiān)測 系統(tǒng)資質(zhì)認(rèn)證認(rèn)可制度。適時完善環(huán)境監(jiān)測儀器的發(fā)展規(guī)劃 和技術(shù)政策，明確水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測儀器發(fā)展方向，指導(dǎo)和規(guī)范 環(huán)境監(jiān)測儀器的健康發(fā)展，避免企業(yè)盲從。要通過中國環(huán)境 監(jiān)測總站對環(huán)境監(jiān)測儀器的技術(shù)水平和質(zhì)量狀況進(jìn)行適用 性檢測，并向社會公布。規(guī)范化運營和管理 在線監(jiān)測系統(tǒng)的運營和管理是保證在線監(jiān)測正常運轉(zhuǎn)的基 石，規(guī)范化的運營已是迫在眉睫。環(huán)境保護(hù)部對運營單位進(jìn) 行資質(zhì)認(rèn)可，對運營人員進(jìn)行持證上崗