在线水质分析仪器

　　在中国，主要的水质在线分析仪器市场包括工业水处理过程监控.市政自来水和污水处理.与欧美、日本等主要发达国家相比，环境自动监测起步较晚。

　　在线水质分析仪器是一种专门的在线自动分析仪器，通过实时实时分析仪器.现场操作可实现从水样采集到数据输出的快速分析，无需手动操作；许多结构复杂的在线水质分析仪器都有自动诊断.自动校准.自动清洗.为了保证分析结果的可靠性和仪器的长期无故障运行，故障报警等功能。

　　目前，在线水质分析仪器有两种不同的结构和形式：“在线分析传感器和更复杂的自动分析设备或设备”。按照国际标准化组织(ISO)代号ISO15839标准定义的水质-在线传感器/分析设备的规范和性能检验：“传感器/设备在线分析(on-linesensor/analyzingequipment)，它是一种自动测量设备，可以连续(或给定频率)输出与溶液中测量的一个或多个被测物体的值成比例的信号。”

　　全球环境保护.随着水资源的可持续利用和水安全的日益重要，在线水质分析仪器及其应用技术作为获取水质信息的源头技术，获得了巨大的发展机遇，以满足世界各国日益严格的环保法规要求和水处理行业市场不断发展的需求。

　　同时，计算机科学.分析化学.材料科学等相关科学技术的进步也为在线水质分析仪器技术的发展提供了可靠的技术支持。国际水协会(IWA)前身国际水污染研究协会(IAWPR)组织主题自1973年开始ICA(Instrumentation-仪表，Control-控制andAutomation-自动化专题会议，专门推广和研究在线水质分析仪器和过程控制在水处理领域的应用。

　　最近，世界卫生组织(WHO)在其发布的《再生饮用水再利用：安全饮用水生产指南》中，指出需要在再生饮用水再利用系统全过程的关键控制点进行运行监控，并建议尽可能使用在线监控仪器进行实时数据监控和记录。在技术进步和法律法规的推动下，越来越多的在线水质分析仪器被应用于环境监测.废水排放监测及各种水处理工艺的过程控制系统。

　　在中国，随着改革开放40年来经济的快速发展，无论是在城市化过程中建设大量的水厂和污水处理厂，还是在工业化过程中建设各种火电厂.石油化工厂.大型冶金企业.食品酿造厂等高耗水工业企业的建设为在线水质分析仪器提供了巨大的市场空间。在此基础上，我国在线水质分析仪器行业获得了前所未有的增长机遇，我国在线水质分析仪器技术取得了显著的发展和巨大的进步，在线水质分析仪器的可靠性得到了市场和权威机构的广泛认可。

　　随着政府和公众对水环境保护和饮用水安全的高度重视，以及政府不断增加的巨额环保资金，特别是在中国特色“监控模式以自动监控为主，辅以手动监控”在环境监测技术路线的框架下，中国已逐步发展成为世界上最大的地表水水质自动监测和废水污染源自动排放监测领域的单一市场。

　　2001年6月4日，中国环境保护部门发布并实施HBC6-2001《环保产品鉴定技术要求化学需氧量(CODCr)水质在线自动监测行业标准是我国第一个用于废水污染源排放自动监测的在线水质分析仪器标准。未来几年，各相关政府部门也一些在线水质分析仪器的国家和行业标准。标准的发布和实施，加上在线水质分析仪器在实际水质监测中的成功应用，有效地促进了我国在线水质分析仪器市场的发展和技术进步。

　　随着中国环保事业和环保市场的不断发展，国务院办公厅于2015年7月发布了《生态环境监测网络建设方案》，提出了如“到2020年，全国生态环境监测网络将基本实现环境质量.重点污染源.全面覆盖生态状态监测，各级各类监测数据系统互联共享，监测、预测和预警预警.信息能力和保障水平显著提高，监控协调联动，初步完成陆海协调.天地一体.上下协同.生态环境监测网络的信息共享，使生态环境监测能力符合生态文明建设的要求。”方案也要求目标“完善重点污染物排放单位的自动污染排放监测和异常报警机制，改善污染物排放过多的机制.信息跟踪在线监控设备运行和重要核设施流出异常.捕获和报警能力，企业排污状况智能监测水平”。

　　正式实施于2018年1月1日“中华人民共和国环境保护税法”第十条还明确规定了应税污染物的计算方法，“纳税人按照国家规定和监测规范安装和使用污染物自动监测设备的，按照污染物自动监测数据计算”在线分析仪器的位置是通过法律规定的形式进一步确定的。

　　在线水质分析仪器检测技术简介

　　在线水质分析仪器技术发展

　　长期以来，在线水质分析仪器技术一直沿着在线分析仪器研发制造技术和在线水质分析仪器应用技术发展。

　　根据ISO在线水质分析仪器有两种形式：在线分析传感器和更复杂的自动分析设备或设备。

　　第一代在线水质分析仪器通常使用在线分析传感器+当显示控制器的形式出现时，仪器的结构通常相对简单。水质指标的数据是通过传感器直接接触被测水样获得的。可测量的初始水质指标主要是一些简单的物理指标和组成指标，如水温.电导率.PH.ORP.溶解氧等；其次是浊度；.具有光学原理的传感器，如悬浮物浓度；随着电化学分析技术的发展，氟离子.铵离子.采用电极法原理的在线水质分析传感器，如硝酸盐，也开始进入市场。由于传感器与水样直接接触，在实验室人工分析过程中，无法对样品中的干扰物质进行预处理和去除，面对复杂的水样(高温.高压.含油.硫化物.重金属.悬浮物.高盐度.腐蚀性气体和其他杂质的适用性非常有限。最初的测量对象主要是地表水.饮用水.水质相对简单的水体，如市政污水和工业纯水。

　　为了解决传感器测量复杂水样的适用性问题，随着自动控制技术的采用，一些复杂的在线水质分析仪器——水质自动分析设备或装置开始出现:仪器通过控制一整套设备或装置的自动运行，完成了以往实验室手工分析的步骤，如过滤.加热.加显色剂.混合.测量等。；此外，为了确保长期连续运行的准确性，需要定期自动校准仪器和定期手动维护。这种在线水质分析仪器结构复杂，主要用于水质成分指标(TOC.SiO2.总磷.总氮.重金属等。)和综合评价水质指标(COD.碱度.硬度.生物毒性等)。

　　随着现代科学技术的发展，特别是分析化学.材料科学.包括计算机技术和通信技术在内的电子科学.包括自动控制技术在内的系统工程自动化技术的发展，加上水质科学本身的发展和进步，共同从以下几个维度推动了在线水质分析仪器技术的发展。

　　首先，在测量原理方面，除了传统的电化学.光学.光电比色原理，激光诱导击穿光谱.混合多光谱分析.X射线荧光分析.三维荧光光谱.在线水质分析仪器采用生物技术等新的测量原理；同时，流动注射分析技术的发展和应用大大缩短了仪器分析时间，增强了在线分析技术的实时性优势。

　　其次，提出了水质科学的发展“替代参数”这一概念为在线水质分析仪器的开发和应用开辟了新的空间。水质替代参数是指一种特定的水质参数，可以全面反映某一类水体的水污染或水处理过程中一些无法在线监测的情况，实验室分析对水质参数的变化也非常繁琐。目前，对于饮用水质量的安全性，综合指标反映了某些特定成分的总量和变化UV254是目前非常重要的水质替代参数，可以通过UV其他与水中有机物污染与水中有机污染有关的其他参数(例如，COD.BOD.TOC信息等。因为它能实时反映水质的变化，所以测量“替代参数”在线水质分析仪器在水处理工艺控制中具有非常重要的价值。其他重要的在线水质替代参数分析仪器包括：浊度.颗粒物.SDI(污染指数)等。

　　第三，随着材料科学的发展，在线水质分析仪器传感器的环境适应性也有了很大的提高，表现为:采用高温材料使传感器的最高工作温度范围不断提高；传感器材料是惰性材料，可以承受水中的硫化氢.硫化物.高盐.重金属.核电厂采用油污探针，能承受高强度核辐射的溶解氧和溶解氢探针；钛合金材料，可长期应用于海洋监测传感器等。

　　此外，与所有仪器产品一样，电子行业的最新技术也采用了在线水质分析仪器中执行数据处理和通信功能的硬件和软件。与原始模拟电路相比，数字电路的设计相对简单.自动化程度高，对设计师经验水平的要求略低。数字电路技术的采用和普及大大降低了仪器设计和批量生产的成本，大大提高了仪器的可靠性。

　　目前，在线水质分析仪器的控制器一般都有自动操作.统计.图形显示.数据处理功能，如趋势分析；同时，仪器通常具有自动诊断功能；.故障报警功能，方便仪器操作和维护人员及时发现和解决仪器问题；仪器制造商使用通用控制器已成为一个共识，同一型号的控制器可以连接到数十个传感器，从而给仪器制造商和用户带来好处：仪器制造商可以实现大规模生产；通用控制器降低了仪器技术服务的复杂性，它还降低了仪器制造商的服务成本；在线分析仪器用户的好处也很明显：在确保水处理生产正常运行的同时，可以降低水质分析仪器备件的库存压力；通用控制器还可以减少操作人员的学习时间，更快、更熟练地掌握仪器的使用和维护，提高生产效率；同时，通用控制器可以自动识别新的数字传感器“即插即用”安装维修人员的劳动强度大大降低。

　　在通信和数据传输方面，RS232.RS485以及Profibus.Modbus现场总线技术和TCP/IP为实现水质监测数据的实时传输和水处理过程的自动控制提供了支持。

　　最后，标准化进一步支持在线水质分析仪器技术和行业的发展。国际标准化组织(ISO)2003年制定的代码是ISO15839-2003标准《水质在线传感器/分析设备-水质规范与性能测试》定义了在线水质分析仪器的性能特征，建立了评价和测量性能特征参数的测试程序，这是在线水质分析仪器研发的通用标准.生产和验收提供了一个基础。自21世纪以来的十多年里，中国还发布了大量关于在线水质分析仪器的国家标准和一系列行业标准。这些标准的发布和实施为在线水质分析仪器的应用和开发提供了可靠的技术保证。