地下水微站在線監測解決方案

一、引言

地下水原位監測受限于監測井的條件，只能實時監測基礎的水質參數，如pH、電導率、溶解氧、濁度等，適用于進行地下水污染預警。在工業園區、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境敏感區域，地下水污染的指標相對復雜，無法通過原位監測實現，手工采樣的時效性不足、監測范圍有限，難以滿足對此類敏感區域地下水污染實時監測和預警的需求。歐仕科技自研的OSWZ-50A地下水微站在線監測系統的出現，為解決這些問題提供了有效的手段。該系統能夠實時、連續地監測地下水中的各種污染物指標，及時發現水質變化情況，為地下水污染防治和水資源管理提供科學依據。

二、監測指標及相關標準

根據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化程度的重要指標之一。在地下水中，總氮主要來源于工業廢水、生活污水、農業面源污染等。根據《地下水質量標準》（GB/T 14848-2017），地下水總氮的標準限值根據不同的水質類別有所不同，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化的關鍵指標。其污染源主要包括工業廢水、農業化肥和農藥的使用以及生活污水排放等。《地下水質量標準》規定，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 高錳酸鹽指數模塊

高錳酸鹽指數是衡量水中有機物和還原性無機物含量的綜合性指標。它主要受工業廢水、生活污水以及農業生產中有機物排放的影響。在《地下水質量標準》中，Ⅰ 類水高錳酸鹽指數限值為≤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污染的程度，包括有機物、亞硝酸鹽、亞鐵鹽、硫化物等。工業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 揮發酚分析儀

揮發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、煤氣制造等行業的廢水排放。根據《地下水質量標準》，Ⅰ 類水揮發酚限值為≤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、易在生物體內富集等特點，對地下水環境和人體健康危害極大。這些重金屬主要來自工業生產過程中的廢渣、廢水排放以及礦山開采等活動。根據《地下水質量標準》的限制要求，選擇合適的重金屬監測模塊。

2.7 毒性分析儀

對于飲用水源，毒性監測至關重要。OS-TOX-301水質毒性在線監測儀，采用發光細菌生物毒性檢測方法。發光細菌的發光過程是菌體內一種新陳代謝的生理過程，是光呼吸進程，這種發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光強度發生變化，利用這一特點來判斷水質是否發生異常。發光菌可以作為毒性的判斷指標，根據發光細菌發光度的變化，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。與傳統的魚、水蚤 和其它水生生物作為生物監測方法相比，發光細菌法簡便、快速、靈敏、 適應性強、重復性好。OS-TOX-301廣泛用于飲用水水源安全、應急評估及多種污染物毒性測定，能對水污染事件進行預警，同時可預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，大腸桿菌是基礎的分析指標。OS-EC-301大腸菌群在線監測站，采用酶底物法熒光檢測技術，可實現一機多用，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計，可以單獨使用，也可接入地表水站、地下水站、污水監測站等綜合站房。

三、地下水微站在線監測系統構成

                             地下水監測微站總體架構圖

3.1 低速洗井采樣系統

地下水水質自動監測站采、配水單元的建設在自動站建設中占有**重要的地位，采、配水是保證整個系統正常運轉、獲取正確數據的關鍵部分，設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提供可靠、有效的地下水水樣。

依據對各個現場的考察情況，針對各現場地下水水質的調查了解，結合公司在以往類似項目中的經驗，特設計出一套滿足當前項目要求、能夠自動連續地與整個系統同步工作的低流速洗井采水單元，向系統提供可靠、有效的地下水水樣。

地下水微型站采水系統根據監測井的情況及分析參數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，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的控制器內的空壓機提供氣源動力，對泵體內氣囊進行擠壓，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個參數進行實時監測（水質單元不包含在氣囊泵系統中，需要另配便攜式水質單元或與微站中水質單元集成），當6個參數的變化符合HJ1019-2019的技術要求時，水樣自動流入水樣收集器（需系統集成）。采樣過程中，地下水位的變化由泄降控制單元進行監控，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。

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

（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，適于各種大小監測井。泵體內有氣囊，上端連接進氣管和出水管，分別與控制器和水質智能監測單元（另配或集成）連接，全過程空氣與水樣無接觸。氣囊泵的應用，可以大大減少洗井水量，與傳統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測，通過地面的智能控制器內大氣壓力補償，獲取精準的地下水動態水位。泄降控制單元集成于氣囊泵泵體，采用一體化設計，完全實現水位變化與泄降控制的協同自動化。

（4）采樣控制系統

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

采樣間隔設置等多個功能。控制器及空壓機集成一體化，無需單獨外接。

（5）管路系統

管路系統包括氣路、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包裹的特氟龍內襯式設計，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監測分析模塊

針對上述監測指標，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濃度；高錳酸鹽指數和 COD 可使用電化學傳感器，利用電化學反應原理測量水中還原性物質的含量；揮發酚采用熒光法傳感器，根據熒光強度與揮發酚濃度的關系進行檢測；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定性和抗干擾能力，能夠適應復雜的地下水環境。

3.3 數據采集與傳輸單元

數據采集模塊負責收集傳感器監測到的各種數據，并對其進行初步處理和存儲。傳輸單元采用無線通信技術，如 GPRS、4G 或 NB-IoT，將采集到的數據實時傳輸至監測中心。這些通信技術具有覆蓋范圍廣、數據傳輸速率高、穩定性好等優點，能夠確保數據及時、準確地送達。同時，為了保證數據傳輸的安全性，采用加密傳輸協議，防止數據被竊取或篡改。

3.4質控模塊：OSWZ-50A微站配有質控模塊。

為保證監測數據更具有真實性以及有效性，結合地表水自動監測技術規范市場需求，微型地表水環境質量自動監測站質控模塊與化學監測模塊采用聯用設計，通過現場工控機上的子站控制軟件協同控制水質監測儀實現對CODmn、氨氮、總磷等水質自動監測儀進行平行測試、標樣核查、水樣加標和漂移測試等質控測試，并支持遠程反控啟動以上質控任務。

質控監測模塊包含：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。

質控要求：系統配備完善的質量控制手段，實現水質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、水質超標留樣復測等功能。
配備獨立的配樣模塊，系統可全自動的實現質控。
液體計量準確度：≤±1%。
液體計量重復性：≤±1%

3.5 監測中心軟件平臺

監測中心軟件平臺是整個在線監測系統的核心。它具有以下功能：數據接收與存儲，能夠實時接收來自各個監測站點的數據，并將其存儲在數據庫中，以便后續查詢和分析；數據展示與可視化，通過直觀的圖表、地圖等形式展示監測數據，使管理人員能夠清晰地了解地下水水質狀況及其變化趨勢；報警功能，當監測數據超過設定的閾值時，系統能夠及時發出報警信息，通知相關人員采取措施；數據分析與統計，對歷史數據進行統計分析，生成各種報表，為地下水污染防治決策提供科學依據；遠程控制，可對監測站點的設備進行遠程控制和參數調整，實現智能化管理。

四、不同環境下的應用方案

4.1 工業園區

在工業園區內，根據企業分布和生產特點，合理布設地下水微站監測點。對于化工、電鍍、印染等污染風險較高的企業周邊，加密監測點的設置。監測系統實時監測地下水中的各種污染物指標，一旦發現水質異常，立即發出報警信號，通知園區管理部門和相關企業采取應急措施，防止污染擴散。同時，通過對監測數據的長期分析，評估工業園區整體的地下水污染狀況，為園區的環境管理和產業布局調整提供參考。

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部設置地下水微站監測點，重點監測總氮、總磷、COD、重金屬等指標，以及垃圾滲濾液中的特征污染物。監測系統能夠實時掌握垃圾滲濾液對地下水的污染情況，及時發現滲漏等問題。當監測數據出現異常時，可通過數據分析確定污染范圍和擴散方向，為采取修復措施提供依據。此外，通過長期監測數據，評估垃圾填埋場對地下水環境的長期影響，為垃圾填埋場的運營管理和封場后的生態修復提供支持。

4.3 危險廢物處置場

危險廢物處置場的地下水監測至關重要。在危險廢物處置場的邊界、可能的滲漏點以及周邊敏感區域設置監測點，安裝地下水微站在線監測系統。該系統對地下水中的重金屬、揮發酚、有機污染物等進行實時監測，確保危險廢物不會對地下水造成污染。一旦監測數據超出標準限值，系統立即報警，啟動應急預案，防止危險廢物滲漏對地下水環境造成嚴重破壞。同時，利用監測數據對危險廢物處置場的環境風險進行評估，為優化處置工藝和加強環境管理提供科學依據。

4.4 飲用水源

對于飲用水源地，地下水微站在線監測系統主要監測總氮、總磷、高錳酸鹽指數、COD、重金屬以及微生物等指標，確保飲用水源的水質安全。在飲用水源地的取水口周邊及上游設置監測點，實時監測水質變化情況。監測系統與供水部門的水質監測系統聯動，當監測數據出現異常時，及時通知供水部門采取相應措施，如調整水處理工藝、啟動備用水源等，保障居民飲用水安全。此外，通過對長期監測數據的分析，評估飲用水源地的水質變化趨勢，為水源地的保護和管理提供科學依據。

五、地下水在線監測的價值和意義

5.1 實時掌握水質狀況

與傳統的人工采樣監測方式相比，地下水微站在線監測系統能夠實時、連續地監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狀況，及時發現水質變化情況。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 早期預警與應急響應

通過設置合理的報警閾值，當監測數據超出正常范圍時，系統能夠立即發出報警信息，實現對地下水污染的早期預警。這使得相關部門能夠在**時間啟動應急響應機制，采取有效的污染控制和修復措施，降低污染對環境和人類健康的危害。

5.3 科學決策依據

長期積累的監測數據能夠為地下水污染防治和水資源管理提供科學決策依據。通過對數據的分析，可以了解地下水污染的來源、途徑和規律，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 提升環境管理水平

地下水微站在線監測系統的應用有助于提升環境管理部門的信息化、智能化水平。通過監測中心軟件平臺，實現對多個監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，監測數據的共享和公開也能夠促進公眾參與和社會監督，推動環境管理工作的透明化和規范化。

六、與原位監測的互補作用

6.1 原位監測的特點

原位監測是指在不擾動地下水環境的前提下，在現場對地下水的物理、化學和生物參數進行直接測量。原位監測具有能夠反映地下水真實狀態、減少樣品采集和運輸過程中的誤差等優點。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，這些數據對于了解地下水的動態變化和水文地質條件非常重要。

6.2 在線監測與原位監測的互補

地下水微站在線監測系統與原位監測相互補充，共同為地下水環境監測提供全面、準確的數據。在線監測系統側重于對地下水中各種污染物指標的實時監測和長期趨勢分析，能夠及時發現水質變化情況并發出預警；而原位監測則更注重對地下水的物理和化學性質的實時測量，以及對地下水環境的原位修復效果監測。例如，在進行地下水污染修復工程時，可以利用原位監測設備實時監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，同時結合在線監測系統對修復區域周邊地下水水質的長期監測，評估修復工程的效果。兩者結合，能夠為地下水環境監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、結語

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