地下水微站在線監(jiān)測解決方案

一、引言

地下水原位監(jiān)測受限于監(jiān)測井的條件，只能實時監(jiān)測基礎(chǔ)的水質(zhì)參數(shù)，如pH、電導率、溶解氧、濁度等，適用于進行地下水污染預(yù)警。在工業(yè)園區(qū)、垃圾填埋場、危險廢物處置場、尾礦庫等重點污染源以及飲用水源等環(huán)境敏感區(qū)域，地下水污染的指標相對復雜，無法通過原位監(jiān)測實現(xiàn)，手工采樣的時效性不足、監(jiān)測范圍有限，難以滿足對此類敏感區(qū)域地下水污染實時監(jiān)測和預(yù)警的需求。歐仕科技自研的OSWZ-50A地下水微站在線監(jiān)測系統(tǒng)的出現(xiàn)，為解決這些問題提供了有效的手段。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r、連續(xù)地監(jiān)測地下水中的各種污染物指標，及時發(fā)現(xiàn)水質(zhì)變化情況，為地下水污染防治和水資源管理提供科學依據(jù)。

二、監(jiān)測指標及相關(guān)標準

根據(jù)不同污染源或飲用水源地下水污染風險的情況，可以采用不同的微站分析模塊，針對性的監(jiān)測地下水污染因子。以下為地下水污染常見的分析模塊。

2.1 總氮模塊

總氮是衡量水體富營養(yǎng)化程度的重要指標之一。在地下水中，總氮主要來源于工業(yè)廢水、生活污水、農(nóng)業(yè)面源污染等。根據(jù)《地下水質(zhì)量標準》（GB/T 14848-2017），地下水總氮的標準限值根據(jù)不同的水質(zhì)類別有所不同，其中 Ⅰ 類水總氮限值為≤0.5mg/L，Ⅱ 類水為≤1.0mg/L，Ⅲ 類水為≤1.5mg/L，Ⅳ 類水為≤3.0mg/L，Ⅴ 類水為 > 3.0mg/L。

2.2 總磷模塊

總磷同樣是反映水體富營養(yǎng)化的關(guān)鍵指標。其污染源主要包括工業(yè)廢水、農(nóng)業(yè)化肥和農(nóng)藥的使用以及生活污水排放等。《地下水質(zhì)量標準》規(guī)定，Ⅰ 類水總磷限值為≤0.02mg/L，Ⅱ 類水為≤0.1mg/L，Ⅲ 類水為≤0.2mg/L，Ⅳ 類水為≤0.3mg/L，Ⅴ 類水為 > 0.3mg/L。

2.3 高錳酸鹽指數(shù)模塊

高錳酸鹽指數(shù)是衡量水中有機物和還原性無機物含量的綜合性指標。它主要受工業(yè)廢水、生活污水以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中有機物排放的影響。在《地下水質(zhì)量標準》中，Ⅰ 類水高錳酸鹽指數(shù)限值為≤1.0mg/L，Ⅱ 類水為≤2.0mg/L，Ⅲ 類水為≤3.0mg/L，Ⅳ 類水為≤10mg/L，Ⅴ 類水為 > 10mg/L。

2.4 COD（化學需氧量）模塊

COD 能夠更全面地反映水中受還原性物質(zhì)污染的程度，包括有機物、亞硝酸鹽、亞鐵鹽、硫化物等。工業(yè)廢水和生活污水中大量的有機物排放是導致地下水中 COD 升高的主要原因。相關(guān)標準中，Ⅰ 類水 COD 限值為≤15mg/L，Ⅱ 類水為≤15mg/L，Ⅲ 類水為≤20mg/L，Ⅳ 類水為≤30mg/L，Ⅴ 類水為 > 30mg/L。

2.5 揮發(fā)酚分析儀

揮發(fā)酚是一類具有毒性和特殊氣味的有機污染物，主要來源于石油化工、煉焦、煤氣制造等行業(yè)的廢水排放。根據(jù)《地下水質(zhì)量標準》，Ⅰ 類水揮發(fā)酚限值為≤0.001mg/L，Ⅱ 類水為≤0.001mg/L，Ⅲ 類水為≤0.002mg/L，Ⅳ 類水為≤0.01mg/L，Ⅴ 類水為 > 0.01mg/L。

2.6 重金屬模塊

重金屬如汞、鎘、鉛、鉻、砷等具有毒性大、難降解、易在生物體內(nèi)富集等特點，對地下水環(huán)境和人體健康危害極大。這些重金屬主要來自工業(yè)生產(chǎn)過程中的廢渣、廢水排放以及礦山開采等活動。根據(jù)《地下水質(zhì)量標準》的限制要求，選擇合適的重金屬監(jiān)測模塊。

2.7 毒性分析儀

對于飲用水源，毒性監(jiān)測至關(guān)重要。OS-TOX-301水質(zhì)毒性在線監(jiān)測儀，采用發(fā)光細菌生物毒性檢測方法。發(fā)光細菌的發(fā)光過程是菌體內(nèi)一種新陳代謝的生理過程，是光呼吸進程，這種發(fā)光過程極易受到外界條件的影響，凡是干擾或損害細菌呼吸或生理過程的任何因素都能使細菌發(fā)光強度發(fā)生變化，利用這一特點來判斷水質(zhì)是否發(fā)生異常。發(fā)光菌可以作為毒性的判斷指標，根據(jù)發(fā)光細菌發(fā)光度的變化，量度被測水樣中由微生物、重金屬和有機污染物所造成的急性生物毒性。與傳統(tǒng)的魚、水蚤 和其它水生生物作為生物監(jiān)測方法相比，發(fā)光細菌法簡便、快速、靈敏、 適應(yīng)性強、重復性好。OS-TOX-301廣泛用于飲用水水源安全、應(yīng)急評估及多種污染物毒性測定，能對水污染事件進行預(yù)警，同時可預(yù)警一般性污染事件以及慢性中毒事件。

2.8 大腸桿菌分析儀

對于飲用水源，大腸桿菌是基礎(chǔ)的分析指標。OS-EC-301大腸菌群在線監(jiān)測站，采用酶底物法熒光檢測技術(shù)，可實現(xiàn)一機多用，測試飲用水菌群指標，“大腸菌群”、“糞大腸菌群”、“大腸埃希氏菌”可以進行自由切換。儀器采用非一次性試劑，使用及維護成本低，支持15天免維護周期。儀器采用一體式機柜設(shè)計，可以單獨使用，也可接入地表水站、地下水站、污水監(jiān)測站等綜合站房。

三、地下水微站在線監(jiān)測系統(tǒng)構(gòu)成

                             地下水監(jiān)測微站總體架構(gòu)圖

3.1 低速洗井采樣系統(tǒng)

地下水水質(zhì)自動監(jiān)測站采、配水單元的建設(shè)在自動站建設(shè)中占有**重要的地位，采、配水是保證整個系統(tǒng)正常運轉(zhuǎn)、獲取正確數(shù)據(jù)的關(guān)鍵部分，設(shè)計及建造一套運行可靠的地下水水樣采集單元非常重要。采、配水單元必須保證向整個系統(tǒng)提供可靠、有效的地下水水樣。

依據(jù)對各個現(xiàn)場的考察情況，針對各現(xiàn)場地下水水質(zhì)的調(diào)查了解，結(jié)合公司在以往類似項目中的經(jīng)驗，特設(shè)計出一套滿足當前項目要求、能夠自動連續(xù)地與整個系統(tǒng)同步工作的低流速洗井采水單元，向系統(tǒng)提供可靠、有效的地下水水樣。

地下水微型站采水系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測井的情況及分析參數(shù)的要求采用氣囊式采樣泵或潛水泵作為采樣主機，

以下分別針對這幾種采水方式的組成、特點和應(yīng)用范圍進行介紹。

氣囊泵采水方式

智能化地下水低速洗井采樣氣囊泵系統(tǒng)，采用帶有泄降控制單元的氣囊泵，固定在地下水中，通過地面站房或機柜內(nèi)的控制器內(nèi)的空壓機提供氣源動力，對泵體內(nèi)氣囊進行擠壓，將氣囊中的水樣提升至地面，通過對pH、溫度、電導率、氧化還原電位、溶解氧和濁度等6個參數(shù)進行實時監(jiān)測（水質(zhì)單元不包含在氣囊泵系統(tǒng)中，需要另配便攜式水質(zhì)單元或與微站中水質(zhì)單元集成），當6個參數(shù)的變化符合HJ1019-2019的技術(shù)要求時，水樣自動流入水樣收集器（需系統(tǒng)集成）。采樣過程中，地下水位的變化由泄降控制單元進行監(jiān)控，當水位下降超過250px時，控制器自動停止工作，當水位恢復到250px以內(nèi)時，控制器自動啟動采樣。水樣與空氣全過程無接觸，氣囊和水樣管路均采用特定材料，對VOC沒有化學吸附，*大程度地保留水樣的原始狀態(tài)。

智能化低速洗井采樣氣囊泵系統(tǒng)主要包括：氣囊泵，采樣控制系統(tǒng)、水位泄降控制單元及管路系統(tǒng)。水質(zhì)以及自動留樣單元需系統(tǒng)集成。

（1）氣囊泵

圖1 氣囊泵示意圖 圖2 控制界面 圖3 控制器

氣囊泵（圖1）是一種低流速、無擾動式地下水洗井及采樣設(shè)備，適合于各類地下水尤其是VOC類污染物樣品的采集，適于各種大小監(jiān)測井。泵體內(nèi)有氣囊，上端連接進氣管和出水管，分別與控制器和水質(zhì)智能監(jiān)測單元（另配或集成）連接，全過程空氣與水樣無接觸。氣囊泵的應(yīng)用，可以大大減少洗井水量，與傳統(tǒng)的抽水泵洗井采樣方式相比，具有低流量、低速率、無擾動的優(yōu)勢。

（2）泄降控制單元

泄降控制單元用于地下水采樣中的水位降幅監(jiān)測，通過地面的智能控制器內(nèi)大氣壓力補償，獲取精準的地下水動態(tài)水位。泄降控制單元集成于氣囊泵泵體，采用一體化設(shè)計，完全實現(xiàn)水位變化與泄降控制的協(xié)同自動化。

（4）采樣控制系統(tǒng)

智能控制器是整個采樣系統(tǒng)的中控樞紐。內(nèi)含空壓機和智能控制系統(tǒng)，可以實現(xiàn)對氣囊泵提供氣源、泄降控制啟停、

采樣間隔設(shè)置等多個功能。控制器及空壓機集成一體化，無需單獨外接。

（5）管路系統(tǒng)

管路系統(tǒng)包括氣路、水路和電路。其中，水路與氣路相互獨立，樣品全程不與外源氣體接觸，確保樣品的真實性。

水路采用PE包裹的特氟龍內(nèi)襯式設(shè)計，氣路為PE材料，采用獨有的雙排管式工藝，兼顧管路的柔軟韌性的前提下，保證了采樣的真實性。

3.2監(jiān)測分析模塊

針對上述監(jiān)測指標，選用高精度、高靈敏度的傳感器。例如，總氮和總磷可采用分光光度法傳感器，通過檢測特定波長下光線的吸收程度來確定物質(zhì)濃度；高錳酸鹽指數(shù)和 COD 可使用電化學傳感器，利用電化學反應(yīng)原理測量水中還原性物質(zhì)的含量；揮發(fā)酚采用熒光法傳感器，根據(jù)熒光強度與揮發(fā)酚濃度的關(guān)系進行檢測；重金屬則運用原子吸收光譜傳感器或電感耦合等離子體質(zhì)譜傳感器，能夠**測定各種重金屬元素的含量。這些傳感器具備良好的穩(wěn)定性和抗干擾能力，能夠適應(yīng)復雜的地下水環(huán)境。

3.3 數(shù)據(jù)采集與傳輸單元

數(shù)據(jù)采集模塊負責收集傳感器監(jiān)測到的各種數(shù)據(jù)，并對其進行初步處理和存儲。傳輸單元采用無線通信技術(shù)，如 GPRS、4G 或 NB-IoT，將采集到的數(shù)據(jù)實時傳輸至監(jiān)測中心。這些通信技術(shù)具有覆蓋范圍廣、數(shù)據(jù)傳輸速率高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點，能夠確保數(shù)據(jù)及時、準確地送達。同時，為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩裕捎眉用軅鬏攨f(xié)議，防止數(shù)據(jù)被竊取或篡改。

3.4質(zhì)控模塊：OSWZ-50A微站配有質(zhì)控模塊。

為保證監(jiān)測數(shù)據(jù)更具有真實性以及有效性，結(jié)合地表水自動監(jiān)測技術(shù)規(guī)范市場需求，微型地表水環(huán)境質(zhì)量自動監(jiān)測站質(zhì)控模塊與化學監(jiān)測模塊采用聯(lián)用設(shè)計，通過現(xiàn)場工控機上的子站控制軟件協(xié)同控制水質(zhì)監(jiān)測儀實現(xiàn)對CODmn、氨氮、總磷等水質(zhì)自動監(jiān)測儀進行平行測試、標樣核查、水樣加標和漂移測試等質(zhì)控測試，并支持遠程反控啟動以上質(zhì)控任務(wù)。

質(zhì)控監(jiān)測模塊包含：標樣瓶、制冷杯、滴定泵、蠕動泵、排風扇、液位計、電動球閥和控制模塊等組成。

質(zhì)控要求：系統(tǒng)配備完善的質(zhì)量控制手段，實現(xiàn)水質(zhì)在線分析儀的平行樣測試、標樣核查、加標回收率、24小時零點漂移和跨度漂移、跨度核查、水質(zhì)超標留樣復測等功能。
配備獨立的配樣模塊，系統(tǒng)可全自動的實現(xiàn)質(zhì)控。
液體計量準確度：≤±1%。
液體計量重復性：≤±1%

3.5 監(jiān)測中心軟件平臺

監(jiān)測中心軟件平臺是整個在線監(jiān)測系統(tǒng)的核心。它具有以下功能：數(shù)據(jù)接收與存儲，能夠?qū)崟r接收來自各個監(jiān)測站點的數(shù)據(jù)，并將其存儲在數(shù)據(jù)庫中，以便后續(xù)查詢和分析；數(shù)據(jù)展示與可視化，通過直觀的圖表、地圖等形式展示監(jiān)測數(shù)據(jù)，使管理人員能夠清晰地了解地下水水質(zhì)狀況及其變化趨勢；報警功能，當監(jiān)測數(shù)據(jù)超過設(shè)定的閾值時，系統(tǒng)能夠及時發(fā)出報警信息，通知相關(guān)人員采取措施；數(shù)據(jù)分析與統(tǒng)計，對歷史數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，生成各種報表，為地下水污染防治決策提供科學依據(jù)；遠程控制，可對監(jiān)測站點的設(shè)備進行遠程控制和參數(shù)調(diào)整，實現(xiàn)智能化管理。

四、不同環(huán)境下的應(yīng)用方案

4.1 工業(yè)園區(qū)

在工業(yè)園區(qū)內(nèi)，根據(jù)企業(yè)分布和生產(chǎn)特點，合理布設(shè)地下水微站監(jiān)測點。對于化工、電鍍、印染等污染風險較高的企業(yè)周邊，加密監(jiān)測點的設(shè)置。監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測地下水中的各種污染物指標，一旦發(fā)現(xiàn)水質(zhì)異常，立即發(fā)出報警信號，通知園區(qū)管理部門和相關(guān)企業(yè)采取應(yīng)急措施，防止污染擴散。同時，通過對監(jiān)測數(shù)據(jù)的長期分析，評估工業(yè)園區(qū)整體的地下水污染狀況，為園區(qū)的環(huán)境管理和產(chǎn)業(yè)布局調(diào)整提供參考。

4.2 垃圾填埋場

垃圾填埋場是地下水污染的重要源頭之一。在垃圾填埋場周邊及內(nèi)部設(shè)置地下水微站監(jiān)測點，重點監(jiān)測總氮、總磷、COD、重金屬等指標，以及垃圾滲濾液中的特征污染物。監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崟r掌握垃圾滲濾液對地下水的污染情況，及時發(fā)現(xiàn)滲漏等問題。當監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，可通過數(shù)據(jù)分析確定污染范圍和擴散方向，為采取修復措施提供依據(jù)。此外，通過長期監(jiān)測數(shù)據(jù)，評估垃圾填埋場對地下水環(huán)境的長期影響，為垃圾填埋場的運營管理和封場后的生態(tài)修復提供支持。

4.3 危險廢物處置場

危險廢物處置場的地下水監(jiān)測至關(guān)重要。在危險廢物處置場的邊界、可能的滲漏點以及周邊敏感區(qū)域設(shè)置監(jiān)測點，安裝地下水微站在線監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)對地下水中的重金屬、揮發(fā)酚、有機污染物等進行實時監(jiān)測，確保危險廢物不會對地下水造成污染。一旦監(jiān)測數(shù)據(jù)超出標準限值，系統(tǒng)立即報警，啟動應(yīng)急預(yù)案，防止危險廢物滲漏對地下水環(huán)境造成嚴重破壞。同時，利用監(jiān)測數(shù)據(jù)對危險廢物處置場的環(huán)境風險進行評估，為優(yōu)化處置工藝和加強環(huán)境管理提供科學依據(jù)。

4.4 飲用水源

對于飲用水源地，地下水微站在線監(jiān)測系統(tǒng)主要監(jiān)測總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、COD、重金屬以及微生物等指標，確保飲用水源的水質(zhì)安全。在飲用水源地的取水口周邊及上游設(shè)置監(jiān)測點，實時監(jiān)測水質(zhì)變化情況。監(jiān)測系統(tǒng)與供水部門的水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)聯(lián)動，當監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，及時通知供水部門采取相應(yīng)措施，如調(diào)整水處理工藝、啟動備用水源等，保障居民飲用水安全。此外，通過對長期監(jiān)測數(shù)據(jù)的分析，評估飲用水源地的水質(zhì)變化趨勢，為水源地的保護和管理提供科學依據(jù)。

五、地下水在線監(jiān)測的價值和意義

5.1 實時掌握水質(zhì)狀況

與傳統(tǒng)的人工采樣監(jiān)測方式相比，地下水微站在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠?qū)崟r、連續(xù)地監(jiān)測地下水中的各種污染物指標，管理人員可以隨時了解地下水的水質(zhì)狀況，及時發(fā)現(xiàn)水質(zhì)變化情況。這種實時性能夠為及時采取污染防治措施提供有力支持，避免污染的進一步擴散。

5.2 早期預(yù)警與應(yīng)急響應(yīng)

通過設(shè)置合理的報警閾值，當監(jiān)測數(shù)據(jù)超出正常范圍時，系統(tǒng)能夠立即發(fā)出報警信息，實現(xiàn)對地下水污染的早期預(yù)警。這使得相關(guān)部門能夠在**時間啟動應(yīng)急響應(yīng)機制，采取有效的污染控制和修復措施，降低污染對環(huán)境和人類健康的危害。

5.3 科學決策依據(jù)

長期積累的監(jiān)測數(shù)據(jù)能夠為地下水污染防治和水資源管理提供科學決策依據(jù)。通過對數(shù)據(jù)的分析，可以了解地下水污染的來源、途徑和規(guī)律，評估不同污染防治措施的效果，從而制定更加科學、合理的地下水保護和管理策略。

5.4 提升環(huán)境管理水平

地下水微站在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用有助于提升環(huán)境管理部門的信息化、智能化水平。通過監(jiān)測中心軟件平臺，實現(xiàn)對多個監(jiān)測站點的集中管理和遠程控制，提高工作效率，降低管理成本。同時，監(jiān)測數(shù)據(jù)的共享和公開也能夠促進公眾參與和社會監(jiān)督，推動環(huán)境管理工作的透明化和規(guī)范化。

六、與原位監(jiān)測的互補作用

6.1 原位監(jiān)測的特點

原位監(jiān)測是指在不擾動地下水環(huán)境的前提下，在現(xiàn)場對地下水的物理、化學和生物參數(shù)進行直接測量。原位監(jiān)測具有能夠反映地下水真實狀態(tài)、減少樣品采集和運輸過程中的誤差等優(yōu)點。例如，通過原位傳感器可以實時測量地下水的水位、水溫、溶解氧等參數(shù)，這些數(shù)據(jù)對于了解地下水的動態(tài)變化和水文地質(zhì)條件非常重要。

6.2 在線監(jiān)測與原位監(jiān)測的互補

地下水微站在線監(jiān)測系統(tǒng)與原位監(jiān)測相互補充，共同為地下水環(huán)境監(jiān)測提供全面、準確的數(shù)據(jù)。在線監(jiān)測系統(tǒng)側(cè)重于對地下水中各種污染物指標的實時監(jiān)測和長期趨勢分析，能夠及時發(fā)現(xiàn)水質(zhì)變化情況并發(fā)出預(yù)警；而原位監(jiān)測則更注重對地下水的物理和化學性質(zhì)的實時測量，以及對地下水環(huán)境的原位修復效果監(jiān)測。例如，在進行地下水污染修復工程時，可以利用原位監(jiān)測設(shè)備實時監(jiān)測修復過程中地下水中污染物濃度的變化以及修復藥劑的分布情況，同時結(jié)合在線監(jiān)測系統(tǒng)對修復區(qū)域周邊地下水水質(zhì)的長期監(jiān)測，評估修復工程的效果。兩者結(jié)合，能夠為地下水環(huán)境監(jiān)測和污染防治提供更全面、更準確的信息，提高地下水保護和管理的科學性和有效性。

七、結(jié)語

地下水微站在線監(jiān)測系統(tǒng)在工業(yè)園區(qū)、垃圾填埋場、危險廢物處置場以及飲用水源等環(huán)境下的應(yīng)用，對于保障地下水水質(zhì)安全、防治地下水污染具有重要意義。通過實時、準確地監(jiān)測地下水中的總氮、總磷、高錳酸鹽指數(shù)、COD、揮發(fā)酚、重金屬等指標，能夠及時掌握水質(zhì)狀況，實現(xiàn)早期預(yù)警和應(yīng)急響應(yīng)，為地下水污染防治和水資源管理提供科學決策依據(jù)。同時，與原位監(jiān)測相互補充，共同提升地下水環(huán)境監(jiān)測的水平。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和完善，地下水微站在線監(jiān)測系統(tǒng)將在地下水保護領(lǐng)域發(fā)揮更加重要的作用，為實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標提供有力支持。