环保新质生产力 |基于智能采样的地下水自动监测预警系统

生态环保产业作为支撑生态文明建设和高质量发展的关键力量，正面临着转型升级的迫切需求。环保新质生产力，正成为推动产业向前发展的核心力量。本栏目将聚焦生态环保产业的新技术、新装备、新材料、新模式，深入宣传推广科技创新成果，及时发布环境技术进步奖项，全面介绍行业内的实用技术装备和示范工程，引导行业持续创新，加快数字、智慧、科技的融合赋能，为经济社会全面绿色转型贡献力量。

生态环境保护实用装备

2023-Z-21

申报单位

聚光科技(杭州)股份有限公司

推荐单位

浙江省环保产业协会

一、技术简介

适用范围

基于智能采样的地下水自动监测预警系统可应用于化工园区、生活区域等地下水的水质监测。应用条件：监测井直径>5cm，监测井水位深度<60米。应用规模：本产品可实现地下水常规监测因子的在线监测并可支持拓展非常规因子。可处理的污染物浓度：本产品可实现Ⅰ-Ⅴ类地下水水质标准指标的在线监测，针对超Ⅴ类地下水水质标准的指标，可定制化实现在线监测。

技术原理

基于智能采样的地下水自动监测预警系统，通过地下水自动洗井采样系统洗井合格后将水样采至预处理单元，洗井采样过程完成，符合标准HJ1019-2019——中的取样要求，水样进入预处理后通过匀化、过滤等方式对水样进行预处理操作，完成后将水样输送至仪表对应的样品杯中供仪表进行取样检测，检测完成后对超标因子直接发出报警上传至监测平台。

基于智能采样的地下水自动监测预警系统包含CODmn、NH3N、总铁、总锰、硝酸盐、硫酸盐、亚硝酸盐以及常规五参数等参数，每个监测点可根据所在位置的工况配置不同监测因子，并预留拓展位置，方便后期拓展监测。其中CODmn、NH3N、总铁、总锰、硝酸盐、基于顺序注射技术的分光光度法，硫酸盐、亚硝酸盐均采用自动直读——间断分析技术的分光光度法，pH采用玻璃电极法，溶解氧采用荧光法，浊度采用90度光散射法，温度采用铂热电阻法，电导率采用两电极法。

工艺路线

该系统包含洗井采样系统、预处理及配水单元、分析单元、平台端、数据传输端。洗井采样系统通过符合标准要求的取样方式将水样采集至预处理单元，完成预处理后将水样分配至仪表对应的样品杯中，分析单元中的分析仪表自动从水样杯中完成取样并进行分析。最终将数据保存在系统的工控机中。平台端是聚光为各种水质环境监测专门开发的数据监测及分析平台。数据传输端通过4G路由器或者光纤等方式将每次监测数据上传至监测平台，对监测数据进行数据分析。

装备性能参数及执行标准

装备性能参数：

(1)CODmn水质自动分析仪：

测量原理：高锰酸钾氧化-滴定法

测量范围：(0——10/20/50) mg/L；可调

检出限：0.15mg/L

(2)NH3N水质自动分析仪：

测量原理：水杨酸分光光度法

测量范围：(0——0.5/2/5) mg/L；可调

检出限：0.005mg/L

(3)总铁水质自动分析仪：

测量原理：邻菲啰啉分光光度法

测量范围：(0——1/2/5) mg/L；可调

检出限：0.01mg/L

(4)总锰水质自动分析仪：

测量原理：甲醛肟分光光度法

测量范围：(0——2/5/10) mg/L；可调

检出限：0.02mg/L

(5)硝酸盐水质自动分析仪：

测量原理：间苯二酚分光光度法

测量范围：(0——4/10/20/50/100/200) mg/L

检出限：0.05mg/L

(6)硫酸盐水质自动分析仪：

测量原理：钡盐比浊分光光度法

测量范围：(0——400/1000/2000) mg/L，可调

检出限：对应量程分别是10/30/60 mg/L

7)水质重金属在线分析仪

测量原理：电感耦合等离子体质谱法 (ICP-MS)

测量参数：铜、锌、硒、砷、汞、镉、铬、铅、铁、锰、锑、铊、(可拓展：钼、钴、铍、硼、镍、钡、钒、钛等)

执行标准：

《地下水环境监测技术规范》(HJ 164-2020)

《地下水质量标准》(GBT 14848-2017)

《地块土壤和地下水中挥发性有机物采样技术导则》(HJ 1019-2019)

《地表水和污水监测技术规范》(HJ/T91-2002)

《高锰酸盐指数水质自动分析仪技术要求》(HJ/T100-2003)

《氨氮水质自动分析仪技术要求》(HJ/T101-2003)

《地表水自动监测技术规范(试行)》(HJ915-2017)

应用效果

基于智能采样的地下水自动监测预警系统主要解决客户以下问题：

1、样品的采集、处理和分析测定过程符合相关标准。

2、所采用的分析测定方法可靠，数据准确。

3、成本低，频次高，解决人工取样的高成本、低效率问题。

4、及时预报水质污染，可提前采取治理措施，大幅度降低地下水污染的治理成本。

5、水质达标管控，《GB14848-2017地下水质量标准》中规定的Ⅳ类水标准，符合居民饮用水质量标准

研发背景

近些年来，地下水资源的开发和利用，在社会经济发展上起着重要作用，但是由于开发管理不当，无规则无节制地过度开采，出现了地面沉降、崩塌、地下水污染等问题，这些问题不仅仅对当地的经济社会发展和生态环境造成巨大危害，而且也威胁到了水资源的可持续利用。所以一个科学系统的地下水监测系统会对水资源的开发利用起到十分重要的作用。

2015年至2019年，我国地下水监测的监测点数量从5118个提升至10168个，涨幅接近翻倍，根据《生态环境监测规划纲要<2020-2035>》中明确提出，2025年年底前统一组织开展全国地下水水质监测，构建全国统一的地下水环境监测平台。根据《“十四五”国家地下水环境质量考核点位监测与评价方案(试行)》可知，地下水监测点位类型分为区域点位、地下水型饮用水源区域点位、重点污染区域风险监控点位，其中，区域点位监测基本指标(29项)；饮用水源点位监测基本指标(29项)或全指标(93项)；污染风险监控点位监测基本指标(29项)和特征指标(18项)。然而目前针对地下水的水质监测大部分采用手工取样，实验室分析的方式，手工监测不仅人力耗费巨大，也无法连续监测地下水水质变化趋势，采样间隔时间长，无法及时发现污染情况并作出处理。

因此，实现基于智能采样的地下水自动监测预警系统，能合理利用已经存在的手工监测井工况，并兼容手工取样相关监测标准，即可节省较大成本，对全国统一的地下水环境监测平台的搭建也至关重要。

技术/装备特点

采样器具与采样流程符合标准HJ1019-2019，相较于直接抽出式取样，我司产品所取水样更合规、质量更高。

可实现自动化洗井采样，减少洗井时间，提高采样效率，保证水样质量，使该过程更简单、便捷。

监测因子多样化，可拓展因子多，并且所有仪表都为聚光自主研制，采用国标方法，数据更可靠。

基于智能采样的地下水自动监测预警系统，对比手工法半年的监测频次，在线监测频次可根据实际需求制定，且可实现远程控制，实时采集监测数据，掌握监测点水质的变化趋势，有利于地下水的污染防治。

二、典型应用案例

案例名称

南京江北新材料科技园2套地下水水质自动监测站设备及系统采购项目

案例简介

2021年4月，南京江北新材料科技园管理办公室委托江苏海外集团国际工程咨询有限公司就该单位的玉带及长芦地下水水质自动监测站项目 “南京江北新材料科技园地下水水质自动监测站设备及系统采购项目(0675-206JOC007159)”进行了国内公开招标，由南京博约环境科技有限公司中标，聚光科技(杭州)股份有限公司负责水质自动监测站的系统设计，仪表的提供及安装调试。

该项目通过地下水在线监测系统的建设，对南京市化工园区进行地下水监测，最终实现水环境质量达标的目标。项目规模包括2套固定式水质自动监测站(长芦1套，站房占地面积46.5m2；玉带1套，站房占地面积30.8m2)，合同额共81万元。

达到的标准或性能要求

符合《水污染物排放总量监测技术规范》《地下水质量标准》(GBT 14848-2017)、《地表水和污水监测技术规范》 (HJ/T91-2002)、《水质河流采样技术指导》(HJ/T52-1999)等标准，通过实时在线监测，最终实现地下水水质达到Ⅰ类——Ⅳ类水标准要求。

业主单位

南京江北新材料科技园管理办公室

投运时间

2022年5月

工艺流程

该系统包含平台端、数据传输端和数据端，平台端由地下水环境监测数据库平台组成，数据传输端包含移动网络及其设备，数据端由固定站等组成。首先数据端对被监测区域的常规指标及特征指标(CODmn、NH3N、总铁、总锰、硝酸盐、硫酸盐、亚硝酸盐)和五参数指标进行实时监测，数据通过数据传输端实时上传到平台端，平台对其进行分析和预测，给出水质达标情况，水质风险评估以及水质日历，当出现地下水水质风险的情况能够生成事件，给出治理建议。

运行情况

目前系统正常运行，监测设备数据24小时实时上传至平台数据库，有效为污染防治提供科技支撑。项目人员24小时实时监控数据，第一时间发布管控指令。

设备现场

技术应用产生的碳减排效果

针对试剂费用高，危废处置成本高，我司提高检测精度，在符合相关标准的基础上优化水样和试剂的用量，常规的9参数水站试剂用量3.3升、废液量为48升/月(每天6组数据)为同类产品的1/10——1/5，降低了运维费用。每年单个站点节省试剂至少158.4升(3.3*4倍*12月)，减少废液处置2304升(48*4倍*12月)。每年共节省试剂316.8升/年(158.4*2)，减少废液处置4608升(2304*2)，按照江苏省废液处置费用1万元/吨，节省费用4.608万元/年。为响应国家节能降耗政策，降低企事业单位运营成本，我司投入研发力量，在满足原有性能、保证产品质量的前提下，基于智能采样的地下水自动监测预警系统采用低功耗产品、优化产品工作时间、减低系统待机功耗，在原有33 kWh的功耗上降低13 kWh，每年省电4745kWh(13 kWh *365天)，共计节约电量9490 kWh/年(共计2个站点)。

三、技术申报单位联系信息

单位名称：聚光科技(杭州)股份有限公司

单位地址：浙江省杭州市滨江区阡陌路 459 号

联系人：操晚

原标题：环保新质生产力 |基于智能采样的地下水自动监测预警系统