一、概述

相比于人工采样监测，水质自动监测仪具有最佳现场使用效果，可以对水质进行自动、连续监测，数据远程自动传输，随时可以查询到所设站点的水质数据。这对于解决现行的水质监测周期长，劳动强度大，数据采集、传输速度慢等问题，具有深远的社会效益和经济效益。其先进性在于在实验室（中央控制室）可以实时显示现场数据，仪器发生故障时，报警功能可提醒用户并告知故障原因。

河流断面水质在线监测系统可集成固定站、集装箱站等形式，由分析仪表、取水系统、配水系统、预处理系统、控制系统、数据采集/处理/传输系统、动力环境监控系统、视频监控系统、防雷系统、站房等组成。系统具有运行状态监控，系统状态智能诊断，环境动力参数监控，系统远程控制、远程操作、数据状态自动标识等功能。

二、连续自动监测系统

该系统可监测常规五参数（水温、pH值、电导率、溶解氧、浊度），支持地理信息系统，图形化的用户界面，操作简单易学具有自动升级功能、完善的数据统计功能和报表输出功能；管理软件将所有水文观测点的各种信息如编号、经度、纬度等以及各个观测点的水位、水质、气压等每天的变化数据记录保存在数据库中，便于历史数据的查询检索。

图3-7　连续自动监测水质一般指标系统示意图

三、水质参数自动监测仪工作原理

系统可监测常规五参数、氨氮、高锰酸盐指数、总磷、总氮、重金属、氰化物、氟化物、流量等参数。主要自动监测项目和方法如下：

表3-8　河水水质自动监测的项目及方法

1.水温监测仪

测量水温一般用感温元件如铂电阻或热敏电阻做传感器。将感温元件浸入被测水中并接入平衡电桥的一个臂上；当水温变化时，感温元件的电阻随之变化，则电桥平衡状态被破坏，有电压讯号输出，根据感温元件电阻变化值与电桥输出电压变化值的定量关系实现对水温的测量。图3-8为水温自动测量原理图。

图3-8　水温自动测量原理

2.电导率监测仪

在连续自动监测中，常用自动平衡电桥法电导率仪和电流测量法电导率仪测定。后者采用了运算放大电路，可使读数和电导率呈线性关系，近年来应用日趋广泛，其工作原理如图3-9所示。

图3-9　电流法电导率仪工作原理

1. 电导电极；2. 温度补偿电阻；3. 发送池；4. 运算放大器；5. 整流器

由图可见，运算放大器4有两个输入端，其中A为反相输入端，B为同相输入端，它有很高的开环放大倍数。如果把放大器输出电压通过反馈电阻Rf向输入端A引入深度负反馈，则运算放大器就变成电流放大器，此时流过Rf的电流I2等于流过电导池（电阻为Rx，电导为Lx）的电流I1，即

式中V0和Vc分别为输入和输出电压。当V0和Rf恒定时，则溶液的电导（Lx）正比于输出电压（Vc）。反馈电阻Rf即为仪器的量程电阻，可根据被测溶液的电导来选择其值。另外，还可将振荡电源制成多挡可调电压供测定选择，以减少极化作用的影响。

3. pH值监测仪

图3-10为水体pH值连续自动测定原理图。它由复合式pH值玻璃电极、温度自动补偿电极、电极夹、电线连接箱、专用电缆、放大指示系统及小型计算机等组成。为防止电极长期浸泡于水中表面黏附污物，在电极夹上带有超声波清洗装置，定时自动清洗电极。

图3-10　pH值连续自动测定原理

1. 复合式pH值电极；2. 温度自动补偿电极；3. 电极夹；4. 电线连接箱；5. 电缆；6. 阻抗转换及放大器；7. 指示表；8. 记录仪；9. 小型计算机

4.溶解氧监测仪

在水污染连续自动监测系统中，广泛采用隔膜电极法测定水中溶解氧。有两种隔膜电极，一种是原电池式隔膜电极，另一种是极谱式隔膜电极，由于后者使用中性内充溶液，维护较简便，适用于自动监测系统中，图3-11为其测定原理图。电极可安装在流通式发送池中，也可浸入于搅动的水样（如曝气池）中。该仪器设有清洗装置，定期自动清洗黏附在电极上的污物。

图3-11　溶解氧连续自动测定原理(www.daowen.com)

1. 隔膜式电极；2. 热敏电阻；3. 发送池

5.浊度监测仪

图3-12为表面散射式浊度监测仪工作原理。被测水经阀1进入消泡槽，去除水样中的气泡后，由槽底经阀2进入测量槽，再由槽顶溢流流出。测量槽顶经特别设计，使溢流水保持稳定，从而形成稳定的水面。从光源射入溢流水面的光束被水样中的颗粒物散射，其散射光被安装在测量槽上部的光电池接收，转化为光电流。同时，通过光导纤维装置导入一部分光源光作为参比光束输入到另一光电池（图中未画出），两光电池产生的光电流送入运算放大器运算，并转换成与水样浊度呈线性关系的电讯号，用电表指示或记录仪记录。仪器零点可用通过过滤器的水样进行校正，量程可用标准溶液或标准散射板进行校正。光电元件、运算放大器应装于恒温器中，以避免温度变化带来的影响。测量槽内污物可采用超声波清洗装置定期自动清洗。

6.高锰酸盐指数监测仪

有比色式和电位式两种高锰酸盐指数自动监测仪。图3-13示意出根据电位滴定法原理设计的间歇式高锰酸盐指数自动监测仪工作原理。在程序控制器的控制下，依次将水样、硝酸银溶液、硫酸溶液和0.005 mol/L高锰酸钾溶液经自动计量后送入置于100℃恒温水浴中的反应槽内，待反应30 min后，自动加入0.012 5 mol/L草酸钠溶液，将残留的高锰酸钾还原，过量草酸钠溶液再用0.005 mol/L高锰酸钾溶液自动滴定，到达滴定终点时，指示电极系统（铂电极和甘汞电极）发出控制信号，滴定剂停止加入。数据处理系统经过运算将水样消耗的标准高锰酸钾溶液量转换成电信号，并直接显示或记录高锰酸钾指数。测定过程一结束，反应液从反应槽自动排出继之用清洗水自动清洗几次，将整机恢复至初始状态，再进行下一个周期测定。每一测定周期需1小时。

图3-12　表面散射式浊度自动监测仪工作原理

图3-13　电位滴定式高锰酸盐指数自动监测仪工作原理

7.COD监测仪

用得比较多的是间歇式比色法和恒电流库仑法COD自动监测仪。前者基于在酸性介质中，用过量的重铬酸钾氧化水样中的有机物和无机还原性物质，用比色法测定剩余重铬酸钾量，计算出水样消耗重铬酸钾量，从而得知COD。仪器利用微机或程序控制器将量取水样、加液、加热氧化、测定及数据处理等操作自动进行。后者是将氧化水样后剩余的重铬酸钾用恒电流库仑法测定，根据其消耗电量与加入的重铬酸钾总量所消耗的电量之差，计算出水样的COD。仪器也是利用微机将各项操作按预定程序自动进行。两种仪器测定流程示于图3-14。

图3-14　COD自动监测仪测定流程示意图

8.微生物传感器BOD自动监测仪

微生物传感器BOD自动监测仪工作原理示于图3-15，由液体输送系统、传感器系统、信号测量及数据处理、程序控制系统等组成，可在30min内完成一次测定。整机按照下列程序完成一个周围期测定：

图3-15　微生物传感器BOD自动监测仪

（1）将中性磷酸盐缓冲溶液用定量泵以一定流量打入微生膜传感器下端的发送池，发送池置于30℃恒温水浴中。因缓冲溶液不含BOD物质，故传感器输出信号为一稳态值。

（2）将水样以恒定流量（小于缓冲溶液流量的1/10）打入缓冲溶液中，与其混合后进入发送池。因此时的溶液含有BOD物质，使传感器输出信号减小，其减少值与BOD物质的浓度有定量关系，经电子系统运算，直接显示BOD值。

（3）一次测定结束后，将清洗水打入发送池，清洗输液管路和发送池。清洗完毕，再自动开始第二个测定周期。根据程序设定要求，每隔一定时间打入BOD标准溶液校准仪器。

9.TOC监测仪

TOC自动监测仪是根据非色散红外吸收法原理设计的，有单通道和双通道两种类型。图3-16是单通道型仪器的流程图。用定量泵连续采集水样并送入混合槽，在混合槽内与以恒定流量输送来的稀盐酸溶液混合，使水样pH值达2～3，则碳酸盐分解为CO2，经除气槽随鼓入的氮气排出。已除去无机碳化合物的水样和氧气一起进入850～950℃的燃烧炉（装有催化剂），则水样中的有机碳转化为CO2，经除湿后，用非色散红外分析仪测定。用邻苯二甲酸氢钾作标准物质定期自动对仪器进行校正。这种仪器另一种类型是用紫外光—催化剂氧化装置替代燃烧炉。

图3-16　单通道TOC自动监测仪工作原理

10.UV（紫外）吸收监测仪

由于溶解于水中的不饱和烃和芳香族化合物等有机物对254 nm附近的光有强烈吸收，而无机物对其吸收甚微；实验证明某些废水或地表水对该波长附近光的吸光度与其COD值有良好的相关性，故可用来反映有机物的含量。该方法操作简便，易于实现自动测定，目前在国外多用于监控排放废水的水质，当紫外吸收值超过预定控制值时，就按超标处理。

图3-17是一种单光程双波长UV吸收自动监测仪的工作原理示意图。由低压汞灯发出约90%的254 nm紫外光束，通过水样发送池后，聚焦并射到与光轴成45°角的半透射半反射镜上，将其分成两束，一束经紫外光滤光片得到254 nm的紫外光（测量光束），射到光电转换器上，将光信号转换成电信号，它反映了水中有机物对254 nm光的吸收和水中悬浮粒子对该波长光吸收及散射而衰减的程度。假设悬浮粒子对紫外光的吸收和散射与对可见光的吸收和散射近似相等，则两束光的电信号经差分放大器作减法运算后，其输出信号即为水样中有机物对254 nm紫外光的吸光度，消除了悬浮粒子对测定的影响。仪器经校准后可直接显示有机物浓度。

图3-17　UV吸收自动监测仪工作原理