1  引言

水質污染自動監(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、自動測量技術、自動控制技術、計算機應用技術以及相關的專用分析軟件和通信網絡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)水質的異常變化，為防止下游水質污染迅速做出預警預報，及時追蹤污染源，從而為管理決策服務。

水質自動監(jiān)測在國外起步較早，我國在水質自動監(jiān)測、移動快速分析等預警預報體系建設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自動監(jiān)測站，實現(xiàn)了水質自動監(jiān)測周報。目前國內所用的自動化監(jiān)測系統(tǒng)多為國外進口設備，水質自動化監(jiān)測裝置在制造上已不能滿足快速發(fā)展的水質監(jiān)測的需要，因此，國產化自動監(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)水污染的預警預報，對于防止污染事件的進一步發(fā)展可起到至關重要的作用；WPMS還可以實現(xiàn)水質信息的在線查詢和共享，可快速為領導決策提供科學依據(jù)。

2  水質在線監(jiān)測系統(tǒng)的組成

水質在線監(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)采集與傳輸單元、監(jiān)控中心四部分組成。目前，應用比較多的是水質COD、NH3-N、TOC、 TN、TP、五參數(shù)、UV等在線監(jiān)測系統(tǒng)。

2.1  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 10～20目的金屬篩網阻隔，避免漂浮物堵塞采樣口。自吸泵揚程應保證大于實際采樣高度的2倍。采用潛水泵采樣的系統(tǒng)，應保證潛水泵在液位變化情況下能正常工作。

2.2  在線監(jiān)測儀器

（1）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—電化學測量法羥基氧化—電化學測量法。

（2）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、電導法等方法。

（3）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—紅外吸收法和電導法。

2.3  數(shù)據(jù)采集與傳輸單元

數(shù)據(jù)采集傳輸儀通常采用單片機、可編程控制器或工控機方式，不論哪種方式，通訊協(xié)議應全國統(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、無線電臺等多種方式。

2.4  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)。

3  水質在線監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展歷程

目前在我國生產銷售水質在線監(jiān)測系統(tǒng)的廠商約有 50家，通過認證的廠家有30多家。我國水質在線監(jiān)測系統(tǒng)經過十幾年的發(fā)展，從技術引進吸收到擁有自主產權的專利產品，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業(yè)之一，涌現(xiàn)出一批技術精良、服務周到、規(guī)模較大的龍頭企業(yè)，縱觀水質在線監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展歷程，大致可以分為以下三個階段。

3.1  初期階段

1996年，國家環(huán)保局發(fā)布的《排污口規(guī)范化整治技術要求(試行)》中規(guī)定：列入重點整治的污水排放口應安裝流量計；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90年代初到2001年，國產水質COD在線監(jiān)測儀器開始問世，主要生產企業(yè)有：北京環(huán)科環(huán)保技術公司、南京德林環(huán)保儀器有限公司、蘭州煉化環(huán)�？萍加邢薰�、河北先河科技發(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)開始推廣應用，為國產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：

（1）產品較單一

最初排污現(xiàn)場僅安裝流量計、采樣器和水質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。

（2）生產規(guī)模小

受市場需求制約以及環(huán)境管理對在線自動監(jiān)測的認識不夠等多方面因素的影響，各公司的資金、技術投入較小，生產企業(yè)的規(guī)模都小于20人，且以手工單臺組裝調試為主，沒有形成規(guī)�；a。

（3）產品質量不穩(wěn)定

由于當時利用重鉻酸鉀氧化原理的水質COD在線監(jiān)測儀器為全新產品，國際上無經驗可借鑒，將實驗室 COD的手工分析流程濃縮成機械化產品，高溫、強酸等因素影響產品的穩(wěn)定性，加之國內元器件質量不過關，使得整機的穩(wěn)定性受到影響。

（4）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，且集中在經濟發(fā)達省份（如江蘇、浙江等），而經濟欠發(fā)達地區(qū)，幾乎都沒有安裝COD在線監(jiān)測儀器。

3.2  發(fā)展階段

2001年，國家環(huán)境保護總局頒布了化學需氧量（COD）自動在線監(jiān)測儀產品技術要求（HBC6-2001），根據(jù)此技術要求，國家環(huán)境保護總局環(huán)境監(jiān)測儀器質量監(jiān)督檢驗中心對COD在線監(jiān)測儀器進行了適用性檢測，已有30多家企業(yè)的產品通過適用性檢測。此階段的特點有：

（1）產品逐漸多樣化

根據(jù)環(huán)境管理要求和市場需求，在此背景下，國內生產企業(yè)開始研制其它水質在線監(jiān)測系統(tǒng)，如 COD、NH3-N、TOC、TN、TP水質五參數(shù)等在線監(jiān)測儀器。

（2）產品質量逐漸穩(wěn)定

經過幾年現(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器進行了改進，使得儀器的穩(wěn)定性得到飛速提高。

（3）生產廠家急劇增加

本階段，國際上知名大企業(yè)開始逐漸進入中國市場，如島津國際貿易有限公司、美國HACH公司等都帶來了自己先進的產品，國內生產廠商如雨后春筍般的涌現(xiàn)出來，如江蘇就有8家COD生產廠商。

3.3  網絡化階段

2006年以后，尤其是“污染源減排三大體系能力建設”項目實施后，要求占COD污染負荷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)網運行。初步形成由地（市）、省、國家的三級網絡。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)化運營維護隊伍，對水質在線監(jiān)測儀器的發(fā)展起到了推動作用。

4  水質在線監(jiān)測系統(tǒng)的技術前沿

4.1  重金屬在線監(jiān)測技術

由于重金屬污染的危害性，建立重金屬污染預警系統(tǒng)對重金屬污染進行實時監(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)測儀器基本依賴進口，進口儀器價格昂貴。為打破對進口儀器的高度依賴，針對重金屬在線監(jiān)測技術難題，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，填補了國內空白，結束了國外技術壟斷的歷史。

六價鉻、銅、鎳等重金屬在線監(jiān)測儀在電子工業(yè)發(fā)達地區(qū)已有小規(guī)模的安裝，目前國內的主要生產廠家有南京德林環(huán)保儀器有限公司、北京環(huán)科環(huán)保技術公司等，但重金屬在線監(jiān)測儀品種比較單一，技術和質量與國外相比還有些差距，這方面的市場還有待開發(fā)。

4.2  水質毒性在線監(jiān)測技術

海洋中的明亮發(fā)光桿菌經過馴化后，可以作為毒性的判斷指標。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)光細菌發(fā)光反應的抑制速率的差異，污染水質對發(fā)光細菌的影響程度以及與標準毒物HgCl2相對應的毒性等級。

通過測定發(fā)光細菌發(fā)光度的變化，量度被測水環(huán)境樣品中由微生物、重金屬和有機污染物所造成的急性生物毒性。與傳統(tǒng)的將魚、藻和其它水生生物作為檢測指示生物相比，發(fā)光細菌法簡便、快速、靈敏、適應性強、重復性好、精度高、費用低、用途廣。發(fā)光細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，具有靈敏度高（ppm級）、準確度好（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、有機磷等農藥、24D等激素，洗滌劑、溶劑等有機和無機有毒物質）、方法簡便，不需生物專業(yè)人員、檢測費用低、適應性強，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綜合毒性檢測系統(tǒng)的生產廠家。國內企業(yè)格維恩科技有限公司、上海艾晟特環(huán)�？萍加邢薰镜榷际谴礓N售，還沒有形成自己的產品。隨著人們對水安全的重視，對水質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大的。

4.3  生物傳感器的應用

生物傳感器測定法是利用生物分子優(yōu)良的分子識別功能，結合轉換功能進行測定的檢測方法。利用與待測物質具有良好選擇反應的生物分子進行測定。隨著反應的進行，生物分子及其反應生成物的濃度會發(fā)生變化，通過轉換器變?yōu)榭蓽y定的電信號，從而達到選擇性測定待測物質的目的。

目前已經有相當數(shù)量的生物傳感器投入到大氣和水中各種污染物質含量的監(jiān)測中，在發(fā)達國家如英國、法國、德國、西班牙和瑞典，在水質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，將會有更廣泛的應用，在測定二惡英等劇毒物質時能夠做到安全檢測。

4.4  熒光法的應用

熒光法是一種測定水中溶解態(tài)有機污染物的方法，用320nm激發(fā)波長，在430nm測定熒光強度可獲得有機污染物的信息。與260nm測定DOC的UV信息有良好的相關性，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)中的應用前景很好，早在“九五”攻關中，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、北京渠道科學器材有限公司、北京首選科技有限公司等。

4.5  酶聯(lián)免疫法（ELISA）的應用

生物法中，常用的生物分子是酶及抗體，即酶聯(lián)免疫法（ELISA）、聚合酶鏈式反應（PCR）、表面胞質團共振檢測（SPR）等。常用的轉換器有電極、各種光學裝置及石英振子等。

日本報道了生物檢測法（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，其自動監(jiān)測的實現(xiàn)可大大減少監(jiān)測人員的工作強度，在其自動監(jiān)測系統(tǒng)中使用了與培養(yǎng)法完全不同的原理，即生物發(fā)光、化學發(fā)光法。

以酶聯(lián)免疫法（ELISA）為原理的檢測技術是目前發(fā)展的最新領域，用于化學毒性物質檢測具有以下特點：

（1）具有很高的靈敏度，僅用少量試樣便可完成檢測；

（2）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；

（3）能得出環(huán)境污染物對生態(tài)影響的直接及綜合信息；

（4）設備價廉，能夠實現(xiàn)自動化，并可應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。

5  水質在線監(jiān)測系統(tǒng)的展望

水質在線監(jiān)測系統(tǒng)在發(fā)展歷程中主要存在以下問題：

（1）產品集中度過低，企業(yè)規(guī)模偏小，缺乏長遠利益的共識，競爭無序；

（2）產品品種單一，高新技術含量低，功能趨同化嚴重，質量難以持續(xù)穩(wěn)定；

（3）缺乏產業(yè)規(guī)制，企業(yè)進出條件要求較低；

（4）資金緊缺，限制了發(fā)展。

與國外的連續(xù)自動監(jiān)測產業(yè)相比，我國的連續(xù)自動監(jiān)測產業(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、水質在線監(jiān)測系統(tǒng)生產企業(yè)還是排污企業(yè)自身都應該拿出積極穩(wěn)妥的方案以應對國際和國內的競爭態(tài)勢。

5.1  加強核心技術的研發(fā)，應對日益多樣化的環(huán)境監(jiān)測需求

連續(xù)自動監(jiān)測企業(yè)應加強與高校和研究部門的合作，提高產品的技術含量，豐富產品種類，使產品功能多樣化，增強企業(yè)的競爭實力，以應對環(huán)境監(jiān)測和環(huán)境管理發(fā)展的需要，國家應根據(jù)未來環(huán)境管理發(fā)展的需要，加強技術引導，加大對關鍵技術的投入力度，提高并加快系統(tǒng)的國產化率，引導企業(yè)的技術走向。

5.2  加強企業(yè)間合作，促進儀器生產規(guī)�；�

在配合產業(yè)規(guī)劃，提高行業(yè)進入門檻的同時，對現(xiàn)有的連續(xù)自動監(jiān)測儀器企業(yè)進行企業(yè)間合作和兼并的引導；對重點企業(yè)加大支持力度，出臺減免稅收等優(yōu)惠政策；促使儀器生產規(guī)模化，盡快建立現(xiàn)代企業(yè)制度， 淘汰作坊式生產和家族式管理模式，提高產品質量的穩(wěn)定性。企業(yè)間的合作不僅應表現(xiàn)在技術的共同開發(fā)上，而是應更多地表現(xiàn)在市場的開拓、銷售和運營維護的配合以及技術人員的培訓上；兼并也不應僅表現(xiàn)在同類企業(yè)之間的以大吃小，而應更多地表現(xiàn)在不同類企業(yè)以及上下游企業(yè)間的優(yōu)勢互補上。

5.3  制定和修訂相關規(guī)范

為配合污染源減排三大體系能力建設項目實施，環(huán)境保護部相繼制定和修訂了一系列標準，如《水質在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝技術規(guī)范》、《水質在線監(jiān)測系統(tǒng)驗收技術規(guī)范》等，為規(guī)范水質在線監(jiān)測系統(tǒng)的安裝、運行奠定了基礎。但是，隨著環(huán)境管理的不斷加強，隨著儀器種類的不斷增多，還應制定新的規(guī)范或標準，對已有不適應要求的規(guī)范標準要進行修訂，如《水質在線監(jiān)測儀器安裝驗收、安裝標準》中，驗收周期長、工作量大、低濃度指標要求過于嚴格等問題。

5.4  控制產品質量，執(zhí)行環(huán)境監(jiān)測儀器認證制度

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)資質認證認可制度。適時完善環(huán)境監(jiān)測儀器的發(fā)展規(guī)劃和技術政策，明確水質環(huán)境監(jiān)測儀器發(fā)展方向，指導和規(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)測儀器的技術水平和質量狀況進行適用性檢測，并向社會公布。

5.5  規(guī)范化運營與管理

在線監(jiān)測系統(tǒng)的運營與管理是保證在線監(jiān)測正常運轉的基石，規(guī)范化的運營已是迫在眉睫。環(huán)境保護部對運營單位進行資質認可，對運營人員進行持證上崗考核，出臺了《自動在線監(jiān)測運營管理辦法》，逐步規(guī)范了在線監(jiān)測系統(tǒng)的運營。目前在線監(jiān)測系統(tǒng)的運營已成為在線監(jiān)測系統(tǒng)經濟發(fā)展的增長點之一，運營管理已由無序向有序、由“游擊”方式向專業(yè)化方向轉變。 5.6  產業(yè)發(fā)展

（1）以目前人工采樣和實驗室分析為主向自動化、智能化和網絡化為主的監(jiān)測方向發(fā)展；

（2）由勞動密集型向技術密集型方向發(fā)展；

（3）由較窄領域監(jiān)測向全方位領域監(jiān)測的方向發(fā)展；

（4）由單純的地面環(huán)境監(jiān)測向與遙感環(huán)境監(jiān)測相結合的方向發(fā)展；

（5）環(huán)境監(jiān)測儀器將向高質量、多功能、集成化、自動化、系統(tǒng)化和智能化的方向發(fā)展；

（6）環(huán)境監(jiān)測儀器向物理、化學、生物、電子、光學等技術綜合應用的高技術領域發(fā)展。

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