河流斷面水質(zhì)自動監(jiān)測站方案(常規(guī)參數(shù))20150707

1、 榆林興源電子科技有限公司 水質(zhì)自動監(jiān)測站建設(shè)方案 編制單位：榆林興源電子科技有限公司編制時間：2015年07月目 錄一、水質(zhì)在線自動監(jiān)測系統(tǒng)概述2二、水質(zhì)在線自動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計依據(jù)3三、水質(zhì)在線自動監(jiān)測系統(tǒng)詳述43.1 采配水單元43.2 預(yù)處理單元43.3 清洗單元63.4系統(tǒng)控制單元63.5 數(shù)據(jù)采集、傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控9四、水質(zhì)在線自動監(jiān)測儀器104.1 五參數(shù)分析儀（德國科澤 K100 W系列）104.2 高錳酸鹽指數(shù) （德國科澤 K301 CODMn A）134.3 氨氮分析儀 (德國科澤K301 NH4 A )16五、項目預(yù)算18一、 水質(zhì)在線自動監(jiān)測系統(tǒng)概述在線水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)是以自

2、動監(jiān)測設(shè)備在線水質(zhì)分析儀為核心，結(jié)合現(xiàn)代的計算機(jī)（包括軟件）技術(shù)、自控技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)、流體取樣術(shù)等先進(jìn)技術(shù)手段高度集成的一套完整的自動分析系統(tǒng)。它可以有效地分析來水的各項水質(zhì)參數(shù)，并對水樣進(jìn)行自動留樣。同時可利用水質(zhì)模型功能軟件對水質(zhì)變化趨勢進(jìn)行有效的預(yù)測預(yù)警，也可以根據(jù)實時水質(zhì)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)組合所表現(xiàn)的綜合性質(zhì)，為決策人員提供大量客觀詳實的有效數(shù)據(jù)和判斷依據(jù)。通常水質(zhì)在線自動監(jiān)測系統(tǒng)包括自動分析儀器、取樣單元、配水單元、預(yù)處理單元、數(shù)據(jù)采集單元、通訊單元和控制單元；除此以外，還包括清洗除藻、純水、供電、防雷等輔助單元。水樣通過取樣設(shè)備自動抽取到指定位置，由中控設(shè)備控制相應(yīng)的管路和閥門對水

3、樣進(jìn)行初步的預(yù)處理后再進(jìn)行有針對性的分類處理，合理分配給相應(yīng)的水質(zhì)分析設(shè)備，分析設(shè)備采用符合國家統(tǒng)一頒布的標(biāo)準(zhǔn)方法對水樣進(jìn)行分析測量，并將測量得到的結(jié)果傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集設(shè)備，最后由數(shù)據(jù)采集設(shè)備統(tǒng)一發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器。在現(xiàn)場，中控設(shè)備通?？梢詫Ω鱾€系統(tǒng)進(jìn)行簡單的控制，并將測量結(jié)果實時顯示在中控監(jiān)視器上。在遠(yuǎn)程控制中心，一方面通過有功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)平臺，可以把接收來自各站點(diǎn)的監(jiān)控系統(tǒng)相關(guān)信息，匯總得到各種數(shù) 據(jù)報表，并可對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。先進(jìn)的數(shù)據(jù)平臺還能結(jié)合水質(zhì)模型功能軟件對水質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評估以及預(yù)測、預(yù)警。本項目監(jiān)測以下7個常規(guī)參數(shù)：水溫、PH、電導(dǎo)率、DO、濁度、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮。二、 水質(zhì)

4、在線自動監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計依據(jù) 水質(zhì)自動監(jiān)測站的初步設(shè)計主要依據(jù)如下相關(guān)國家、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。計算機(jī)場地安全要求（GB2887-89）電子計算機(jī)機(jī)房設(shè)計規(guī)范（GB50174-93）水污染物排放總量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范水和廢水監(jiān)測分析方法（第四版）環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測質(zhì)量保證手冊地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（HJ/T91-2002 ）水質(zhì) 河流采樣技術(shù)指導(dǎo)（HJ/T52-1999）PH水質(zhì)自動分析儀技術(shù)要求（HJ/T96-2003）電導(dǎo)率水質(zhì)自動分析儀技術(shù)要求（HJ/T97-2003）濁度水質(zhì)自動分析儀技術(shù)要求（HJ/T98-2003）溶解氧（DO）水質(zhì)自動分析儀技術(shù)要求（HJ/T99-2003）高錳酸鹽指數(shù)水質(zhì)自動分析儀技術(shù)

5、要求（HJ/T100-2003）氨氮水質(zhì)自動分析儀技術(shù)要求（HJ/T101-2003）地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(GB3838-2002)水質(zhì) 采樣技術(shù)指導(dǎo)(GB/T 12998-1991)水質(zhì)采樣樣品的保存和管理技術(shù)規(guī)定(GB/T 12999-1991 )中華人民共和國環(huán)境保護(hù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（HJ/T98-2003）地表水和污水監(jiān)測技術(shù)規(guī)范（HJ/T91-2002）水質(zhì)河流采樣技術(shù)指導(dǎo)（HJ/T52-1999）水污染物排放總量監(jiān)測技術(shù)規(guī)范(HJ/T 92-2002) 水環(huán)境監(jiān)測規(guī)范(SL 219-1998 )三、 水質(zhì)在線自動監(jiān)測系統(tǒng)詳述原水經(jīng)采集后進(jìn)入沉砂分離器中，分別供水

6、給五參數(shù)儀及其它分析儀。其中，五參數(shù)儀可直接供水；其他分析儀需分別采用KL50或KL90專用過濾器對原水進(jìn)行預(yù)處理后方可進(jìn)入分析儀器。所分析數(shù)據(jù)實時存儲于現(xiàn)場工控機(jī)的數(shù)據(jù)庫中，同時該數(shù)據(jù)也將通過遠(yuǎn)程傳輸手段傳輸?shù)街行恼镜挠嬎銠C(jī)中。上述過程均在PLC控制系統(tǒng)控制下進(jìn)行。3.1 采配水單元（1）采水方式的選擇采水方式主要有棧橋式和浮筒/浮船式。浮筒式（浮船式）采水方式可用于采水點(diǎn)距離岸邊較遠(yuǎn)（大于100 米）或者水深且流速不是很大的情況，一般情況下取水點(diǎn)水深度高于2 米。（2）采水設(shè)計要點(diǎn)保證取水口能夠隨水位變化，保證取水水管的進(jìn)水孔位于水表面以下0.5m1m的位置，并與河底保持一定距離，保證采集

7、到具有代表性的符合監(jiān)測需要的水樣，又要保證取樣吸頭的連續(xù)正常使用。采水系統(tǒng)應(yīng)保證在汛期或枯水期能正常工作而不至被損壞，在枯水期保證不受水體底部泥沙的影響。根據(jù)采水點(diǎn)到站房的實際距離、地形等實際情況，選擇潛水泵或自吸泵，原則上優(yōu)先考慮潛水泵，保證站房的進(jìn)口壓力和流速流量達(dá)到整個系統(tǒng)全部儀器的要求。3.2 預(yù)處理單元上海澤安環(huán)境科技有限公司研發(fā)的ZA-YCL2型預(yù)處理系統(tǒng)，采用初級過濾和精密過濾相結(jié)合的方法，水樣經(jīng)沉砂分離器初級過濾后，消除其中較大的雜物，再進(jìn)行自然沉降（沉砂分離器內(nèi)經(jīng)過濾沉淀的泥沙定期排放），然后經(jīng)KL過濾器精密過濾后進(jìn)入分析儀表。精密過濾采用旁路設(shè)計，根據(jù)不通分析儀對水樣的具體

8、要求，分別選用盤式過濾器KL50和板式過濾器KL90，它與儀表共同組成分析單元。其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾方面：l 水樣預(yù)處理既要消除干擾儀表分析的因素，又不能失去水樣的代表性。l 具備自動反清（吹）洗功能，預(yù)處理單元的自動運(yùn)行及定時反清（吹）洗由控制系統(tǒng)控制，并能夠在中心站計算機(jī)的控制畫面中通過指令來切換預(yù)處理單元是處于自動運(yùn)行狀態(tài)還是反清（吹）洗狀態(tài)。l 預(yù)處理單元能在系統(tǒng)停電恢復(fù)并自動啟動后按照采集控制器的控制時序自動啟動。l 由于預(yù)處理單元關(guān)系到整個儀表分析系統(tǒng)的可靠性，因此預(yù)處理的閥組件須采用進(jìn)口氣動閥或電磁閥。附：KL50和KL90技術(shù)參數(shù)及圖片1、板式過濾器（KL90）技術(shù)參數(shù)：膜材

9、料：PVC-H 面積：1200cm2工作溫度：045 最大氣壓：0.1bar工作流量：100200L/h 出口管徑：2/4mm尺寸：460×240×10mm2、圓盤過濾器（KL50）技術(shù)參數(shù)：膜面積：55cm2 膜直徑：95m工作流量：100200L/h 最大工作壓力：6bar進(jìn)水管徑：10/12mm 出口管徑：6/8mm3.3 清洗單元清洗單元分成兩個部分：自來水單元：自來水單元由自來水進(jìn)樣系統(tǒng)和自來水壓力檢測系統(tǒng)構(gòu)成，自來水檢測系統(tǒng)檢測自來水壓力，如果達(dá)不到設(shè)定要求，自動停止自來水清洗單元運(yùn)行，系統(tǒng)其他部分仍維持正常運(yùn)行。當(dāng)自來水恢復(fù)正常時，自動恢復(fù)自來水清洗單元功能。

10、純水單元：純水單元由增壓泵，反滲透，離子交換系統(tǒng)，純水箱組成。自來水經(jīng)過過濾，殺菌，吸附作用，制取純水，純水制取量由純水箱液位控制，達(dá)到高液位時，自動停止純水制作。純水可根據(jù)用戶要求定時自動更新，保持純水達(dá)到10兆電阻率的要求。3.4系統(tǒng)控制單元在線水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)采用西門子公司的S7-200可編程控制器作為自動監(jiān)測系統(tǒng)的核心控制部件?？删幊炭刂破鳎≒rogrammable Controller），簡稱PLC。它以微處理器為核心，集自動化技術(shù)，計算機(jī)技術(shù)，通信技術(shù)為一體，目前廣泛應(yīng)用于自動化控制的各個領(lǐng)域中?？删幊炭刂破骶哂锌煽啃愿撸垢蓴_能力強(qiáng)，體積小，使用方便，編程簡單，易于掌握等特點(diǎn)。根

11、據(jù)使用經(jīng)驗，特別選用了西門子公司的S7-200系列可編程控制器這款可靠性和信價比極高的產(chǎn)品作為在線水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)的核心控制部件。目前運(yùn)行于全國各個水質(zhì)自動監(jiān)測站中，運(yùn)行情況良好。系統(tǒng)具備存貯數(shù)據(jù)的功能，具有斷電保護(hù)功能，并能記錄斷電狀態(tài)，同時具備故障報警記錄、事故追憶的功能，具備手動、自動、遠(yuǎn)程切換、安全聯(lián)鎖的功能?，F(xiàn)場可就地控制系統(tǒng)進(jìn)入自動、手動運(yùn)行狀態(tài)，手動運(yùn)行狀態(tài)下可強(qiáng)制單個控制設(shè)備或單元啟動或停止，完成手動運(yùn)行或手動調(diào)試。按規(guī)定程序啟動或關(guān)閉系統(tǒng)，全程監(jiān)控系統(tǒng)各單元的運(yùn)行狀況。采集分析數(shù)據(jù)、切換運(yùn)行程序、控制單元操作和響應(yīng)故障報警。3.5 數(shù)據(jù)采集、傳輸和遠(yuǎn)程監(jiān)控水質(zhì)監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如

12、上所示，我們的系統(tǒng)主要包括子站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，中心站管理系統(tǒng)兩個部分。子站數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：在每個監(jiān)測子站設(shè)置一臺工控機(jī)用于現(xiàn)場和遠(yuǎn)程控制，負(fù)責(zé)采集各儀表的數(shù)據(jù)；同時將數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送到中心站系統(tǒng)里，以及其它各級水質(zhì)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。中心站管理系統(tǒng)：采集被托管的各子站的數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，分析，報表處理；同時對各子站進(jìn)行有效的監(jiān)控，用命令對子站進(jìn)行返控操作。3.6 輔助單元輔助單元包括：防雷系統(tǒng)、穩(wěn)壓電源系統(tǒng)、UPS系統(tǒng)、純水制備系統(tǒng)、臭氧除藻系統(tǒng)、空氣壓縮系統(tǒng)、系統(tǒng)專用工具等配套設(shè)施。四、 水質(zhì)在線自動監(jiān)測儀器根據(jù)本項目水質(zhì)要求，我們選擇以下監(jiān)測參數(shù)五參數(shù)（pH、溫度、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度）、高錳酸鹽指

13、數(shù)、氨氮等儀器等，分析方法及儀器品牌如下：序號分析儀器分析方法參照標(biāo)準(zhǔn)品牌型號1五參數(shù)分析儀水溫溫度傳感器法GB13195-91德國科澤K100W2pH玻璃電極法GB6920-863溶解氧膜電極法GB11913-894電導(dǎo)率電導(dǎo)池法HJ/T97-20035濁度光散射法GB13200-916高錳酸鹽指數(shù)分析儀氧化還原法、ORP終點(diǎn)判定GB11892-89德國科澤K301 CODMn A7氨氮分析儀比色法GB7481-87德國科澤K301 NH4 A4.1 五參數(shù)分析儀（德國科澤 K100 W系列）五參數(shù)分析儀選用德國科澤公司的K100 W系列，在上海、江蘇、浙江、安徽、廣東、福建等地均有大量用戶

14、。K100 W系列具有系統(tǒng)集成、操作簡便的特點(diǎn)，可以直接與多種傳感器相連。設(shè)備的內(nèi)置控制器具有2個設(shè)置點(diǎn)和比例控制功能。另外，K100可配備一系列的接口（如RS485）。K100系列配備有墻面安裝附件，系統(tǒng)內(nèi)置有溫度補(bǔ)償功能（通過Pt-100），輸入和輸出信號受到屏蔽保護(hù)。水溫自動分析儀技術(shù)指標(biāo)要求項 目技 術(shù) 指 標(biāo)測定范圍-5-50.0準(zhǔn)確度±0.1分辨率0.1平均無故障時間720h/次輸出信號4-20mA,RS-485/232通訊協(xié)議MODBUS或MODBUS/TCPpH自動分析儀技術(shù)指標(biāo)要求項目技術(shù)指標(biāo)測定范圍0.0014.00 pH測量精度±0.01pH分辨率0.

15、01pH溫度補(bǔ)償自動進(jìn)行溫度補(bǔ)償0-50平均無故障時間720h/次輸出信號4-20mA,RS-485/232通訊協(xié)議MODBUS或MODBUS/TCP溶解氧自動分析儀技術(shù)指標(biāo)要求項目技術(shù)指標(biāo)測定范圍0.0020.00mg/L 測量精度±0.1mg/l分辨率0.01mg/L溫度補(bǔ)償自動進(jìn)行溫度補(bǔ)償0-50平均無故障時間720h/次輸出信號4-20mA，RS-485/232通訊協(xié)議MODBUS或MODBUS/TCP電導(dǎo)率自動分析儀技術(shù)指標(biāo)要求項 目技 術(shù) 指 標(biāo)測定范圍02000 uS/cm 量程可調(diào)測量精度±1%分辨率0.01uS/cm溫度補(bǔ)償自動溫度補(bǔ)償功能0-50平均無故

16、障時間720h/次輸出信號4-20mA,RS-485/232通訊協(xié)議MODBUS或MODBUS/TCP濁度自動分析儀技術(shù)指標(biāo)要求項 目技 術(shù) 指 標(biāo)測定范圍0.01000.0NTU(其他量程可選)測量精度±1%FS分辨率0. 1 NTU平均無故障時間720h/次輸出信號4-20mA,RS-485/232通訊協(xié)議MODBUS或MODBUS/TCP4.2 高錳酸鹽指數(shù) （德國科澤 K301 CODMn A）德國K301 CODMn A（如圖）采用ORP終點(diǎn)判定高錳酸鹽氧化還原法，符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的河流湖泊等自然水體的COD測量的方法。有中文界面，可視化流程、數(shù)據(jù)USB導(dǎo)出等功能；現(xiàn)已在上

17、海、江蘇、浙江、安徽、廣東、福建等地大量使用，用戶反映良好。技術(shù)特性u PC控制，大型操作系統(tǒng)u 大尺寸全觸摸屏操作u 可視化運(yùn)行流程，動態(tài)顯示u 人性化操作界面，內(nèi)置軟鍵盤，新增中文菜單u 超大容量存儲，可存儲5年以上數(shù)據(jù)，自動生成報表u 獨(dú)特的USB直接讀取數(shù)據(jù)功能u 無需更換硬件即可實現(xiàn)量程的拓展，適應(yīng)水質(zhì)的寬幅變化u 可任意設(shè)置標(biāo)定、測量、記錄、傳輸時間及頻率：更高的測量分析靈活性、即時有效的數(shù)據(jù)傳輸u 雙向通訊，遠(yuǎn)程自動標(biāo)定清洗功能u 自動性能檢查，維護(hù)簡便u ORP判斷反應(yīng)終點(diǎn)，不受水體濁度色度干擾K301A系列在線水質(zhì)分析儀對運(yùn)行系統(tǒng)進(jìn)行了中文漢化，并使用了最新的大型儀表自動控制

18、技術(shù)，提升了儀表耐惡劣環(huán)境的穩(wěn)定可靠性和測量的精確度。分析儀為非連續(xù)測量。分析儀為自動標(biāo)定，標(biāo)定周期可設(shè)置（機(jī)器默認(rèn)值：每24小時為一個標(biāo)定周期），建議用戶使用連續(xù)標(biāo)定操作。ORP電橋法終點(diǎn)判別K301 CODMn A分析儀采用獨(dú)特的ORP電橋法來進(jìn)行COD反應(yīng)終點(diǎn)的有效判別。即通過最后一次添加高錳酸鉀進(jìn)行反滴定時，一旦高錳酸鉀超量時，科澤的ORP電橋會出現(xiàn)一個電流的躍升，從而精確作出反應(yīng)終點(diǎn)的判別。它具有以下兩個優(yōu)勢：l 由于水質(zhì)自動站測量的河流水體具有一定的濁度，使用ORP電橋法可以避免采用比色法時因水體中的濁度影響反應(yīng)終點(diǎn)的有效判別；l 同時ORP電橋法還有效避免了比色法實際使用中的高錳

19、酸鉀的深紅色掛壁現(xiàn)象，最大限度地使每次測量更具有獨(dú)立性。技術(shù)特性：l 自動清洗和標(biāo)定用戶只需在分析儀操作菜單內(nèi)設(shè)定標(biāo)定時間，所有的標(biāo)定工作均由分析儀在定義的時間內(nèi)自動完成。分析儀設(shè)有自動和手動清洗功能，當(dāng)分析儀測量出錯，儀表會自動進(jìn)入清洗狀態(tài)。同時分析儀也可以在定義的時間自動進(jìn)行清洗。l 自動性能檢查K301CODMn A在線分析儀每個重要工作部件：如蠕動泵、電磁閥、測量元件、試劑液位等的背面均加裝了雙向信息通訊和控制模塊，中央控制器可以時刻監(jiān)控分析儀各個部分的工作情況，任何一個步驟出錯，分析儀都會及時報警，提醒用戶。維護(hù)簡便儀器具有高度自動化功能，可以自動清洗和自動標(biāo)定，并且儀器具有高級自診

20、斷功能，需要的手工操作很少。l 標(biāo)準(zhǔn)模塊化結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部件采用標(biāo)準(zhǔn)模塊結(jié)構(gòu)，對儀器的維修、調(diào)節(jié)極為方便。l 遠(yuǎn)程清洗功能通過RS485通訊接口傳輸數(shù)據(jù)到遠(yuǎn)程控制計算機(jī)中，操作人員可在千里之外的控制室內(nèi)設(shè)定分析儀的工作狀態(tài)包括清洗功能。l 儀器狀態(tài)遠(yuǎn)程顯示功能技術(shù)參數(shù)：項 目技 術(shù) 指 標(biāo)測定范圍020.0 mg/l量程可調(diào)準(zhǔn)確度3%FS重現(xiàn)性5% FS最低檢出限0.3 mg/l功能能兩點(diǎn)校正，有自動清洗、自我診斷功能消解方式電熱消解反應(yīng)終點(diǎn)判定ORP電橋法最小測定周期45min輸出信號4-20mA,RS-485/232通訊協(xié)議MODBUS或MODBUS/TCP平均無故障時間720h/次184.3 氨氮分析儀 (德國科澤K301 NH4 A )德國科澤K301 NH4 A氨氮全自動分析儀是基于全自動非連續(xù)測量原理，遵循德國國標(biāo)DIN 38 406 E5的Bertholet反應(yīng)的原理。氨根離子在氯化反應(yīng)后轉(zhuǎn)化為明顯的藍(lán)