(詳本)WQMS水質在線監(jiān)測系統(tǒng)

1、重大科學儀器設備項目WQM水質自動監(jiān)測系統(tǒng)項目名稱：WQM水質自動監(jiān)測系統(tǒng)牽頭單位：青島海納光電環(huán)保有限公司合作單位：青島嶗山應用技術研究所填報時間：二0四年九月1. 項目概括 11.1項目意義和必要性 11.1.1項目意義11.1.2產(chǎn)業(yè)化前景分析 31.2國內外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 41.2.1國內外技術、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和應用現(xiàn)狀及趨勢 41.2.2國內外專利申請情況 91.2.3目標科學儀器設備與市場同類儀器對比情況 112. 技術方案與產(chǎn)品實現(xiàn) 142.1水質在線監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展歷程 142.2 水質自動監(jiān)測技術發(fā)展方向 152.3技術方案172.3.1總體方案172.3.1.1原理框圖172.3.

2、1.2程序方案 182.3.2分析儀器選型要求 232.3.2.1水質在線監(jiān)測分析儀器主要監(jiān)測的參數(shù)項 232.3.2.2通常標準監(jiān)測項目 232.3.2.3自動監(jiān)測儀器分析方法 232.3.2.4在線監(jiān)測儀器選型要求 242.3.3水質自動監(jiān)測系統(tǒng)建設說明 292.3.3.1系統(tǒng)構成及性能要求 292.3.3.2控制系統(tǒng)及中心軟件 312.3.3.3水質自動站監(jiān)測系統(tǒng)主要參數(shù)要求 332.3.3.4水樣預處理系統(tǒng) 373現(xiàn)有工作基礎 523.1牽頭企業(yè)青島海納光電環(huán)保有限公司基礎及發(fā)展能力 523.1.1生產(chǎn)經(jīng)營狀況及管理水平 523.1.2產(chǎn)品研發(fā)投入及研發(fā)能力523.1.2.1研發(fā)機構情

3、況523.1.2.2研發(fā)投入、研發(fā)隊伍情況 533.1.2.3技術創(chuàng)新情況 533.1.2.4產(chǎn)學研合作情況 543.1.2.5產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)化能力 543.2合作企業(yè)青島嶗山應用技術研究所基礎及發(fā)展能力 541.項目概括1.1項目意義和必要性1.1.1項目意義近年來我國水污染問題十分突出。據(jù)有關部門對118個城市2-7年的連續(xù)監(jiān)測資料顯示：約有64%的城市水遭受了嚴重污染，33%的 城市水受到輕度污染，基本清潔的城市水僅有 3%;全國近20%的城 市的集中式水水源水質劣于皿類，部分城市水飲用水水源水質超標因 子除常規(guī)化學指標外，甚至出現(xiàn)了重金屬（如汞、鉻、鎘、鉛、砷等）、 有機物（如苯、四氯化碳、

4、三氯乙烯等）和三氮”（氨氮、硝酸鹽氮、 亞硝酸鹽氮）等有毒有害污染物。特別是近年來的一些地區(qū)的無良企 業(yè)直接將污水注入地下，造成水的嚴重污染，引起了社會、民眾的廣 泛關注和國家環(huán)保管理部門的高度重視。 加強水污染監(jiān)測能力建設是 我國水污染防治工作的重要任務。2011年由國務院批復的全國水 污染防治規(guī)劃（20112020年）（以下簡稱規(guī)劃）中明確將建立 健全水環(huán)境監(jiān)管體系列為8大任務之一，規(guī)劃中明確指出， 加大 對水環(huán)境監(jiān)測儀器、設備的投入，建立專業(yè)的水環(huán)境監(jiān)測隊伍”，建立水污染突發(fā)事件應急預案和技術儲備體系 ”，到2015年，全面建 立水環(huán)境監(jiān)管體系，到2020年，水環(huán)境監(jiān)管能力全面提升”。國

5、務院 近日批準的華北平原水污染防治工作方案中提出，針對華北平原城鎮(zhèn)集中式水飲用水源補給徑流區(qū)布設水環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)，組織開展水 質例行監(jiān)測，每年至少開展一次全指標分析，重點加強重金屬、有機污染物和三氮”污染指標監(jiān)測提升檢測能力是我國水監(jiān)測技術體系發(fā)展的迫切需求。目前我國水監(jiān)測網(wǎng)分屬環(huán)保部、國土部、水利部規(guī)劃和管理，共有水監(jiān)測站 24515處，主要分布在黃淮平原、華北平原、東遼平原、長江三角洲 等地區(qū)以及全國217個開發(fā)利用水的城市及大中型水水源地， 隨著我 國水監(jiān)測網(wǎng)絡的不斷完善，在一些水重點污染源，（如簡易垃圾填埋場、危險廢物處理處置場、廢棄礦井、加油站、農(nóng)業(yè)活動區(qū)等）將會 增加大量的新監(jiān)測井，水

6、監(jiān)測能力本已不足的問題將更加突出。因此, 建立和發(fā)展水檢測技術體系，提升我國水檢測能力是當務之急。發(fā)展野外現(xiàn)場檢測技術是保障水樣品高效準確檢測重要手段。水環(huán)境及樣品特點決定了要科學地、準確地獲取其某些監(jiān)測指標和污染 物含量水平必須進行野外現(xiàn)場監(jiān)測。首先，水特殊的黑暗、低溫、貧 氧狀態(tài)決定其某些特征指標易在樣品從地下轉移至地表、從采樣現(xiàn)場 運輸至分析實驗室過程中受外界環(huán)境的變化而發(fā)生不可逆轉的改變， 如溫度、溶解氧、氧化還原電位等，從而干擾關鍵指標因子的分析， 加大指標檢測誤差產(chǎn)生風險；其次，水環(huán)境中污染物含量水平多為 ppb至ppt數(shù)量級，且樣品采集量大，富集倍數(shù)高，運輸保存較為不 便；再者，

7、某些污染物或容易被吸附在采樣器具上（如痕量金屬） ， 或易于從溶液體系中揮發(fā)至空氣中（如VOCs），從而影響水污測數(shù)據(jù)的準確性與客觀性?；诖耍卷椖繑M開發(fā)一套國際先進的水污染采樣與檢測一體化 設備。該設備可實現(xiàn)水代表性樣品采集，重金屬、揮發(fā)性有機化合物(VOCs)、微生物準確檢測，并可集成水水位、水溫、硝酸鹽等指標， 對水污染狀況進行更加全面、精確、快速的現(xiàn)場監(jiān)測并建立技術示范。 本項目的實施填補我國在水野外現(xiàn)場監(jiān)測設備的空白，有利于提升我國水環(huán)境監(jiān)測設備的國產(chǎn)化水平，有利于推動我國水環(huán)保產(chǎn)業(yè)的發(fā) 展。1.1.2產(chǎn)業(yè)化前景分析如前所述，我國水污染防治工作在近些年得到了國家和社會的廣 泛重視，

8、隨著這一工作的廣泛、深入的開展，對水現(xiàn)場采樣與監(jiān)測等 儀器和設備的需求將大幅增加。規(guī)劃中明確提出 加大對水環(huán)境 監(jiān)測儀器、設備的投入，建立專業(yè)的水環(huán)境監(jiān)測隊伍”，以逐步適應和滿足我國在水環(huán)境監(jiān)測方面的需求。按照規(guī)劃提出的目標，我 國將在未來幾年內健全水環(huán)境監(jiān)測體系， 初步估算，需新增井5萬處 以上，水的監(jiān)測工作量將提高 2-3倍。目前，在我國具有水監(jiān)測能力的單位主要是省級監(jiān)測站和一些專 業(yè)的分析測試公司，隨著水監(jiān)測任務量的增加和監(jiān)測技術的發(fā)展， 各 市或者是縣級的監(jiān)測站將逐步承擔水監(jiān)測的任務， 這將形成廣闊的水 監(jiān)測儀器與設備的市場，特別是對一些能夠實現(xiàn)準確、快速的現(xiàn)場采 樣與檢測一體化設備的

9、需求將大幅增加。由于樣品采集與分析的特殊性，獲取科學準確、有代表性水數(shù)據(jù) 的最有效途徑是發(fā)展和完善水野外現(xiàn)場監(jiān)測技術， 實現(xiàn)一些在樣品運 送過程中易造成質量損耗的監(jiān)測指標的現(xiàn)場分析。 目前我國在水現(xiàn)場 采樣與監(jiān)測一體化設備方面尚處空白。 因此，在當前我國水污染防治工作逐步開展，對監(jiān)測技術和設備有迫切需求的背景下， 開展科學準 確、快速的現(xiàn)場采樣與監(jiān)測一體化設備產(chǎn)品研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化推廣具有良 好的前景。1市場前景分析目標儀器預期價格范圍（萬元）同類儀器國內市場需求規(guī)模預測（提供2015年、2016年兩個年度的預測數(shù)據(jù)）項目完成后進入國際市場規(guī)模預測3502015 年 5000 萬2016 年 100

10、00萬20000 萬2.目標科學儀器設備潛在用戶分析序號需求單位名稱主要應用領域擬解決的主要問題1環(huán)境監(jiān)測站水飲用水源 地日常監(jiān)測與水 突發(fā)性事故應急監(jiān)測解決水環(huán)境監(jiān)測污染物濃度準確性以及工 作效率，完善水環(huán)境質量監(jiān)測網(wǎng)，提高水環(huán)境 監(jiān)管能力。2水利相關部門水環(huán)境監(jiān)測移動式快速監(jiān)測水資源污染狀況。3國土資源相關單位水資源污染狀況監(jiān)測移動式快速監(jiān)測水資源污染狀況。4科研單位科學研究工作解決野外采集樣品，送樣分析獲取的數(shù)據(jù) 不準確的問題，避免研究工作中出現(xiàn)的誤差。5環(huán)保企業(yè)污染修復監(jiān)測提高實際工程效率，減少實驗室分析時間 長所產(chǎn)生的工程停滯問題。1.2國內外現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢1.2.1國內外技術、產(chǎn)業(yè)

11、發(fā)展和應用現(xiàn)狀及趨勢水采樣技術及設備大多依靠進口，開發(fā)我國自主知識產(chǎn)權的水采樣技術與產(chǎn)品是必然趨勢水樣品采集技術先進與否直接關系到環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)真實性和可 靠性。目前，發(fā)達國家在水污染調查取樣、檢測技術研究、設備開發(fā)、 以及技術應用等方面已取得了很多的成果。我國的水采樣技術及設備 大部分源自進口。在國外，水采樣設備發(fā)展過程是從最初的只取出水 樣品到采集具有一定代表性的水樣品，再到無擾動、定深度、科學的 采集水樣品。在這個發(fā)展過程中，科研人員通過不斷改進和研發(fā)新設 備解決采樣時遇到的各種問題，并先后研制了一批針對不同問題的采 樣設備。目前市場上或研究單位的水采樣設備主要有：貝勒管、慣性 泵、蠕動泵

12、、氣囊泵、離心潛水泵、齒輪泵、活塞泵等。這些已有的 設備在實際應用中既有自身的優(yōu)點也存在著各自的不足?？傮w來說， 目前國內的現(xiàn)有水采樣設備應用所面臨的問題主要有：樣品采集 前，洗井會對水體擾動較大同時也會增加采樣時間和采樣成本；樣品采集過程中，設備會對水產(chǎn)生不同程度的擾動；部分設備的配套 設備過多，降低了設備可操作性的同時也增加了維護成本； 國外進 口設備價格昂貴，難以普及。因此，借鑒國外的先進技術方法，開展 無需洗井且無擾動水采樣設備研發(fā)工作是未來水采樣設備研發(fā)的必 然趨勢，也將促進水污染調查工作的快速發(fā)展。重金屬、揮發(fā)性有機物以及微生物現(xiàn)場檢測是水檢測技術手段發(fā) 展的方向現(xiàn)階段，水污染監(jiān)測

13、手段主要有現(xiàn)場測試和實驗室分析，由于自身技術的局限性，目前對于水環(huán)境中污染物，特別是重金屬、揮發(fā)性 有機物、微生物的準確檢測還未能實現(xiàn)，但這幾類污染物的分析檢測Q海納賢館技術也有了長足的發(fā)展。重金屬：目前，對水中重金屬的檢測技術，國內外多停留在實驗 室階段，最常用的方法是原子吸收分光光度法（ AAS ）、原子熒光分 光光度法（AFS）、電感耦合等離子-質譜法（ICP-MS ）、電感耦合等 離子體-發(fā)射光譜法（ICP-AES）、化學比色法和電化學分析方法。其 中石墨爐原子化原子吸收分光光度法（GF-AAS ）是現(xiàn)行大多數(shù)重金 屬分析的標準方法之一。一般情況下原子光譜分析技術（如AAS、AFS）

14、一次僅能分析一種元素。盡管配備多個空心陰極燈和探測器的 多通道原子光譜技術可以同時實現(xiàn)幾種重金屬污染物定量分析，但這種技術無疑增加了系統(tǒng)的復雜性和成本。電感耦合等離子-質譜法和 電感耦合發(fā)射光譜法能夠同時分析多種元素，且檢出限較低。除此之外，液相中重金屬檢測方法還包括 X射線熒光法、中子活化法、離 子色譜等等，以及在此基礎上的聯(lián)用技術等。但是，上述提及的儀器價格昂貴、結構復雜、體積較大、原子化 的溫度極高，這些特點都給儀器微型化帶來了巨大挑戰(zhàn)。 另外上述方 法的運行成本也很高，很難實現(xiàn)重金屬污染物的現(xiàn)場分析。國內外真正應用于水中重金屬現(xiàn)場分析的技術主要是陽極溶出 伏安法和光學比色法。這兩種方法

15、都需要人工參與，自動化程度不高； 陽極溶出伏安法受復雜樣品干擾較大，其重現(xiàn)性、準確度難以滿足現(xiàn) 場分析要求。而光學比色法檢測水環(huán)境重金屬時， 由于譜線重疊引起 的光譜干擾比較嚴重，導致該方法的選擇性差、檢出限太高。如果樣 品存在一定濁度，測量的結果會更加不準確。隨著光譜技術的完善，Q海納賢閘基于介質阻擋放電技術的低溫微等離子體激發(fā)源發(fā)射光譜法是近年 來在光譜分析領域出現(xiàn)的一種嶄新的分析手段。 該技術的激發(fā)源是低 溫等離子體，其具有工作溫度低（室溫）、能耗少（數(shù)瓦）、體積?。〝?shù) 厘米）、激發(fā)能力強（能激發(fā)20余種重金屬）等優(yōu)點，是實現(xiàn)原子發(fā) 射光譜儀器微型化的關鍵。也是極具價值、非常有前景的分析

16、工具。由于水中重金屬含量較低，且水質量標準GB/T14848-93中規(guī)定的重金屬檢出限極很低（ppb數(shù)量級），因此采用電沉積技術對水樣 中痕量重金屬進行預富集是十分必要的。 電沉積富集將提高重金屬的 富集效率和富集量并大大提升分析系統(tǒng)的的靈敏度和重現(xiàn)性。目前， 電沉積技術具有操作簡單、通用性強、精密度高等一系列優(yōu)點?；?電沉積富集-電熱蒸發(fā)的一體化進樣系統(tǒng)，可為DBD低溫微等離子體 激發(fā)提供純凈、高濃度的金屬蒸氣。電沉積富集-電熱蒸發(fā)-DBD低溫 激發(fā)的技術方案能實現(xiàn)水超痕量重金屬污染物的高靈敏度、連續(xù)、自動化現(xiàn)場分析。揮發(fā)性有機污染物：揮發(fā)性有機物監(jiān)測方法有兩種：氣相色譜法 和高效液相色譜

17、法。氣相色譜法其優(yōu)點明顯：揮發(fā)性有機物易于氣 化，沸點差異明顯，適合氣相色譜分析；氣相色譜分離效率高，分 離塔板數(shù)可達幾十萬以上，峰保留時間誤差可控制在1%以內，峰面積誤差可控制在3%以內，數(shù)據(jù)質量高，峰時間穩(wěn)定確保定性準確性， 峰面積誤差小利于準確定量；分析速度快，分離過程可以在幾分鐘 內完成；儀器成熟度高，是目前現(xiàn)場分析和現(xiàn)場分析的主流儀器； 與樣品前處理可聯(lián)用，樣品用量少，利用率高且易于自動化，能實現(xiàn)連續(xù)現(xiàn)場分析。而高效液相色譜法只特別用于分析羰基化合物，主 要是用涂布 2，4-二硝基苯肼（2，4-dinitrophenylhydrazine，DNPH） 的硅膠或C18采樣管捕集空氣中的

18、羰基化合物，生成羰基化合物 -DNPH衍生物，經(jīng)乙腈洗脫后進行定性定量分析。微生物：國內外對大腸菌群的檢測技術大體有以下三種方法：多管發(fā)酵測定法（MPN法）、膜過濾法和酶底物法等。多管發(fā)酵法的優(yōu) 勢在于不受樣品濁度的影響，可以檢驗濁度比較大的水樣，結果比較 穩(wěn)定，價格便宜，但缺點在于操作繁重，耗時大（大約需要48h以上）, 無法對水的衛(wèi)生學狀況測定；濾膜法的優(yōu)勢在于可以大批量測定低濁 度水樣，特別適用于清潔水體的檢測，缺點是不適用于雜質較多、易 于阻塞濾孔的水樣，特異性不高，結果容易受水樣中其它細菌的影響 而出現(xiàn)誤判，需要結合進一步的確認試驗才能最終確定結果，耗時也很長（至少需要23d的時間）

19、。而酶-底物法克服了以上兩種方法的 缺點，不僅操作簡便、檢測時間較短、特異性高、準確度高，適用于 水水質的檢測，還可以同時檢測大腸埃希氏菌，能夠較為準確地判斷 水樣的微生物污染狀況，是目前比較先進的方法，此方法是目前比較 先進的方法，已獲得世界各國國家及地方實驗室和世界各組織機構認 可。但傳統(tǒng)的酶-底物法還是存在監(jiān)測時間較長等問題。因此，研究 基于酶-底物法的微生物快速監(jiān)測儀器成為發(fā)展趨勢。綜上，水采樣是后續(xù)檢測數(shù)據(jù)的準確性與否的保障。重金屬、揮 發(fā)性有機物以及微生物在實驗室送樣過程中產(chǎn)生一定量的損失，將會導致數(shù)據(jù)失真。另外水環(huán)境中的污染物含量低，甚至是處于超痕量級，需要大體積的樣品量進行富集

20、檢測， 取樣的工作量和成本都較高。隨 著水取樣技術、分析測試技術的不斷發(fā)展，在野外現(xiàn)場環(huán)境下開展重 金屬、有機污染物和微生物檢測成為可能。因此，基于非洗井無擾動 取樣技術、電沉積富集-電熱蒸發(fā)-DBD低溫等離子體激發(fā)聯(lián)用技術， 高效的揮發(fā)性有機物膜富集分析技術和微生物快速檢測技術，集成開發(fā)水采樣與檢測一體化移動式設備，這是發(fā)展我國水污染監(jiān)測技術的 重要途徑，也將會進一步提高我國水環(huán)境監(jiān)測能力。122國內外專利申請情況針對水樣品采集、重金屬、揮發(fā)性有機物、微生物分析測試方法和設備，項目組統(tǒng)計了該領域內具有代表性的技術及專利， 具體見申請（專利權）人專利號名稱狀態(tài)北京市水利科學研究所CN10250

21、7264A一種水定層位取樣裝置及取樣方法授權云南大學CN202075153水樣定深采集裝置授權華東理工大學CN102620952A一種揮發(fā)性有機污染物水樣品的無擾動采集與測定方法有效中國地質調查局水文地質環(huán)境地質調查中心CN200820108674水動態(tài)自動監(jiān)測儀授權蘇州科技學院環(huán)保技術應用研究所201020163360水質汞在線自動監(jiān)測裝置授權ROSEMOUNTANAL YTICAL INC USUS20070650904Arse nic measureme nt using anodic stripping voltammetry授權ENVIRONMENTALSCIENCES ASS US

22、US19770856086Apparatus for stripp ing voltammetry授權東北大學200810011420低溫等離子體原子發(fā)射光譜測定微量汞的裝置及方法有效北京吉天儀器有限公司200610076451低溫等離子體原子熒光光譜儀有效北京城市排水集團有限責任公司02100586.9改進型原子吸收分光光度計汞分析儀及利用該汞分析儀進行汞測量的方法有效謝爾蓋葉夫根耶維奇紹魯波夫200980118339.9原子吸收汞分析儀有效北京瑞利分析儀器公有20052000009用于原子熒光光譜儀的氣司8.7汞測量裝置效天津視算科技有限公20122031357水體中大腸菌群在線自動有司7

23、檢測系統(tǒng)效廈門華廈職業(yè)學院；廈門斯坦道生物科技有限公司；CN201120063490大腸菌群多道實時快速檢測系統(tǒng)授權經(jīng)過專利的檢索及分析發(fā)現(xiàn)，水監(jiān)測成套設備方面專利中：水動態(tài)自動監(jiān)測儀(CN200820108674)和水水質多參數(shù)一體化連續(xù)在線 監(jiān)測系統(tǒng)(CN201210374309)專利雖然為水自動監(jiān)測儀及系統(tǒng)的專 利，但其包含的的監(jiān)測參數(shù)僅包括水位、 壓力、水溫等幾個物理參數(shù)， 無法滿足水質量標準中所涵蓋的全部指標；在重金屬監(jiān)測專利中: 水質汞在線自動監(jiān)測裝置(201020163360)、低溫等離子體原子發(fā)射 光譜測定微量汞的裝置及方法(200810011420、低溫等離子體原子 熒光光譜

24、儀(200610076451)、改進型原子吸收分光光度計汞分析儀 及利用該汞分析儀進行汞測量的方法(02100586.9)等僅介紹重金屬 中汞的測定裝置，未能涵蓋水質量標準中主要重金屬指標；微生物方 面專利中：水體中大腸菌群在線自動檢測系統(tǒng)(201220313577)、大腸 菌群多道實時快速檢測系統(tǒng)(CN201120063490)所涉及到的技術未 能達到水微生物監(jiān)測的需求。綜上，國內外正在申請和已批準的專利中還沒有能夠影響本項目 核心技術路線和設計方案的專利，開展本項目不會有專利方面侵權的 風險。123目標科學儀器設備與市場同類儀器對比情況序 號市場上同類科學儀器設備目標科學儀器設備主要 特點

25、名稱生產(chǎn)企業(yè)價格范 圍（萬 元）主要特點1水位自動監(jiān) 測系統(tǒng)北京中科 光大自動 化技術有 限公司2-5每套設備都自帶高精度 氣壓計，可實現(xiàn)大氣補償 保證采集數(shù)據(jù)的精準；系 統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、現(xiàn)場 存儲、數(shù)據(jù)發(fā)送、數(shù)據(jù)接 收、存入大型數(shù)據(jù)庫、數(shù) 據(jù)檢索等功能，解決了傳 統(tǒng)人工觀測中的一系列 問題，提高了監(jiān)測數(shù)據(jù)的 準確性、連續(xù)性和完整性可實現(xiàn)水污染應急監(jiān) 測，對水水位、水溫、 重金屬、揮發(fā)性有機化 合物（VOCs）、微生物 等指標可以移動式連 續(xù)、現(xiàn)場監(jiān)測，性能優(yōu) 越，價格低廉。2水監(jiān)測系統(tǒng)德國SEBA30-80可測量水水位、水質五參 數(shù)、鹽度等參數(shù)可實現(xiàn)水污染應急監(jiān) 測，對水水位、水溫、 重金

26、屬、揮發(fā)性有機化 合物（VOCs）、微生物 等指標可以移動式連 續(xù)、現(xiàn)場監(jiān)測，性能優(yōu) 越，價格低廉。3重金屬在線 分析儀BRAN LUEBBE 、 THERMO 、 OVA500030-80陽極溶出伏安法，可測量 金屬種類：鐵、鋅、鎘、 銅、錳、砷、汞、銻。采用電沉積富集 -電熱 蒸發(fā)-低溫微等離子體 發(fā)射光譜聯(lián)用技術研 發(fā)，用于對水等各種水 質中砷、汞、鉻、鉛、 鎘、鐵、錳等各種痕量 重金屬元素進行檢測， 檢測精度咼，有效減少 復雜樣品干擾，重復性 好。4重金屬在線 分析儀意大禾USYSTEA/ 朗石PhotoTek600010-20采用雙波長比色法，可適 用于多種水質如河水、地 表水和工業(yè)

27、廢水采用電沉積富集 -電熱 蒸發(fā)-低溫微等離子體 發(fā)射光譜聯(lián)用技術研 發(fā)，用于對水等各種水 質中砷、汞、鉻、鉛、 鎘、鐵、錳等各種痕量 重金屬元素進行檢測， 檢測精度咼，有效減少 復雜樣品干擾，重復性 好。5水質在線微 生物監(jiān)測儀大連北方 測控工程 有限公司10-20BioSentry分析儀利用多 角度光散射專利技術，以 及激光、光學和圖像處理 運算進行水質監(jiān)測。當小水酶-底物法大腸菌群 快速監(jiān)測儀具有操作簡 單、檢測周期短、結果 準確、運行可靠。該產(chǎn)分子物質通過激光束時 會產(chǎn)生獨特的光散射類 型，使微生物產(chǎn)生生物光 學信號（BOS），光學信 號進入JMAR的算法系 統(tǒng)自動進行適當?shù)姆诸悺?最

28、終實現(xiàn)對微生物的檢 測和分類。品水的檢測。可實現(xiàn)總 大腸菌群、耐熱大腸菌 群和大腸埃希氏菌自 動、快速監(jiān)測。6RVLM-W 水中微生物細 菌快速檢測 系統(tǒng)德國皇家生物科技15-20廣泛應用于食品、藥品、 水質、空氣微生物檢測等 眾多領域，可檢測固態(tài)、 液態(tài)、氣態(tài)及膏狀、漿狀 等多種樣本水酶-底物法大腸菌群 快速監(jiān)測儀具有操作簡 單、檢測周期短、結果 準確、運行可靠。該產(chǎn) 品水的檢測?？蓪崿F(xiàn)總 大腸菌群、耐熱大腸菌 群和大腸埃希氏菌自 動、快速監(jiān)測。7RVLM-B 表面微生物細 菌快速檢測 系統(tǒng)德國皇家生物科技15-20廣泛應用于食品、藥品、 水質、空氣微生物檢測等 眾多領域，可檢測固態(tài)、 液態(tài)

29、、氣態(tài)及膏狀、漿狀 等多種樣本水酶-底物法大腸菌群 快速監(jiān)測儀具有操作簡 單、檢測周期短、結果 準確、運行可靠。該產(chǎn) 品水的檢測?？蓪崿F(xiàn)總 大腸菌群、耐熱大腸菌 群和大腸埃希氏菌自 動、快速監(jiān)測。8HAD-RVLM 高性能便攜 式微生物檢 測儀北京恒奧 德儀器儀 表有限公 司5-8具有便捷、操作簡單、檢 驗迅速、咼靈敏性、咼特 異性、消耗成本低、定性 半定量測量等諸多優(yōu)點。水酶-底物法大腸菌群 快速監(jiān)測儀具有操作簡 單、檢測周期短、結果 準確、運行可靠。該產(chǎn) 品水的檢測?？蓪崿F(xiàn)總 大腸菌群、耐熱大腸菌 群和大腸埃希氏菌自 動、快速監(jiān)測。9Colilert3000Colilert5000法國SE

30、RES 公司10-30使用IDEXX試劑 成本高水酶-底物法大腸菌群 快速監(jiān)測儀具有操作簡 單、檢測周期短、結果 準確、運行可靠。該產(chǎn) 品水的檢測?？蓪崿F(xiàn)總 大腸菌群、耐熱大腸菌 群和大腸埃希氏菌自 動、快速監(jiān)測。由上表可以看出，對國內外水采樣與檢測一體化移動式設備的調研中未發(fā)現(xiàn)用于野外現(xiàn)場快速高靈敏度檢測相關儀器設備。對水重金屬、揮發(fā)性有機物以及微生物等指標的檢測依舊采取現(xiàn)場采樣-實驗室分析進行檢測。因此本項目具有很高的創(chuàng)新性，研發(fā)的目標儀器 設備將填補國內外的空白，使我國移動監(jiān)測領域能夠達到世界先進水 平并具有良好的市場。2.技術方案與產(chǎn)品實現(xiàn)2.1水質在線監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展歷程目前在我國生產(chǎn)

31、銷售水質在線監(jiān)測系統(tǒng)的廠商約有50家，通過認證的廠家有30多家。我國水質在線監(jiān)測系統(tǒng)經(jīng)過十幾年的發(fā)展， 從技術引進吸收到擁有自主產(chǎn)權的專利產(chǎn)品， 從半自動化發(fā)展到信息 化，從作坊形式發(fā)展為監(jiān)測專用儀器的支柱產(chǎn)業(yè)之一，涌現(xiàn)出一批技術精良、服務周到、規(guī)模較大的龍頭企業(yè)，縱觀水質在線監(jiān)測系統(tǒng)的 發(fā)展歷程，大致可以分為以下三個階段序號階段承擔單位主要特點1初期 階段北京環(huán)科環(huán)保技術公司 南京德林環(huán)保儀器有限公司 蘭州煉化環(huán)保科技有限公司 河北先河科技發(fā)展有限公司 山東省恒大環(huán)保有限公司廣州怡文科技有限公司(1) 產(chǎn)品較單一最初排污現(xiàn)場僅安裝流量計、采樣器和 水質COD在線監(jiān)測儀器，因此，根據(jù)行業(yè)發(fā) 展

32、需求，各公司推出了自己的產(chǎn)品，但基本 都是采用重鉻酸鉀氧化原理的COD在線監(jiān)測儀器。(2) 生產(chǎn)規(guī)模小受市場需求制約以及環(huán)境管理對在線自 動監(jiān)測的認識不夠等多方面因素的影響，各 公司的資金、技術投入較小，生產(chǎn)企業(yè)的規(guī) 模都小于20人，且以手工單臺組裝調試為 主，沒有形成規(guī)?；a(chǎn)。(3) 產(chǎn)品質量不穩(wěn)定由于當時利用重鉻酸鉀氧化原理的水質 COD在線監(jiān)測儀器為全新產(chǎn)品，國際上無經(jīng) 驗可借鑒，將實驗室 COD的手工分析流程 濃縮成機械化產(chǎn)品，高溫、強酸等因素影響 產(chǎn)品的穩(wěn)定性，加之國內元器件質量不過關， 使得整機的穩(wěn)定性受到影響。(4 )安裝量小2001年前，全國已安裝的 COD在線監(jiān) 測儀器約百

33、余臺，且集中在經(jīng)濟發(fā)達省份(如 江蘇、浙江等)，而經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)，幾乎都 沒有安裝COD在線監(jiān)測儀器。2發(fā)展 階段津國際貿易有限公司美國HACH公司(1) 產(chǎn)品逐漸多樣化根據(jù)環(huán)境管理要求和市場需求，在此背 景下，國內生產(chǎn)企業(yè)開始研制其它水質在線 監(jiān)測系統(tǒng)，如 COD、NH3-N、TOC、TN、 TP水質五參數(shù)等在線監(jiān)測儀器。(2) 產(chǎn)品質量逐漸穩(wěn)定經(jīng)過幾年現(xiàn)場的安裝運行，逐漸摸索出 適合中國國情的水質 COD在線監(jiān)測系統(tǒng)，從儀器各零部件的選擇、米樣方式、消解方式、 數(shù)據(jù)傳輸?shù)榷喾矫鎸x器進行了改進，使得 儀器的穩(wěn)定性得到飛速提高。(3)生產(chǎn)廠家急劇增加本階段，國際上知名大企業(yè)開始逐漸進 入中國

34、市場，如島津國際貿易有限公司、美 國HACH公司等都帶來了自己先進的產(chǎn)品， 國內生產(chǎn)廠商如雨后春筍般的涌現(xiàn)出來，如 江蘇就有8家COD生產(chǎn)廠商。3網(wǎng)絡化 階段我公司正致力發(fā)展2006年以后，尤其是“污染源減排三大 體系能力建設”項目實施后，要求占COD污 染負荷60%以上的國控重點污染源必須安裝 在線監(jiān)測儀器，且必須聯(lián)網(wǎng)運行。初步形成 由地(市卜省、國家的三級網(wǎng)絡。安裝儀器數(shù) 量增多、運行管理逐步規(guī)范，尤其是出現(xiàn)了 一批專業(yè)化運營維護隊伍，對水質在線監(jiān)測 儀器的發(fā)展起到了推動作用。2.2水質自動監(jiān)測技術發(fā)展方向序號監(jiān)測技術技術說明1重金屬在線監(jiān)測技術由于重金屬污染的危害性，建立重金屬污染預警系

35、統(tǒng)對重金屬污染進行 實時監(jiān)控，變得日益緊迫，重金屬在線監(jiān)測儀器的需求近年來也日益顯現(xiàn)， 目前重金屬在線監(jiān)測儀器基本依賴進口，進口儀器價格昂貴。 為打破對進口儀器的高度依賴，針對重金屬在線監(jiān)測技術難題，不少科技創(chuàng)新企業(yè)通過加大科研投入，相繼推出一系列重金屬在線監(jiān)測儀，填補了國內空白，結束了 國外技術壟斷的歷史。六價鉻、銅、鎳等重金屬在線監(jiān)測儀在電子工業(yè)發(fā)達地區(qū)已有小規(guī)模的 安裝，目前國內的主要生產(chǎn)廠豕有南京德林環(huán)保儀器有限公司、北京環(huán)科環(huán)保技術公司等，但重金屬在線監(jiān)測儀品種比較單一，技術和質量與國外相比還有些差距，這方面的市場還有待開發(fā)。2水質毒性在線監(jiān)測技術海洋中的明亮發(fā)光桿菌經(jīng)過馴化后，可以

36、作為毒性的判斷指標。通過實驗逐步確定了氨氮、酚、六價鉻、氟、硫化物、COD、H2S、Cl2、SO2等不同毒物間對發(fā)光細菌發(fā)光反應的抑制速率的差異，污染水質對發(fā)光細菌的影響程度以及與標準毒物 HgCI2相對應的毒性等級。通過測定發(fā)光細菌發(fā)光度的變化，量度被測水環(huán)境樣品中由微生物、重金屬和有機污染物所造成的急性生物毒性。與傳統(tǒng)的將魚、藻和其它 水生生物作為檢測指示生物相比，發(fā)光細菌法簡便、快速、靈敏、適應性強、重復性好、精度高、費用低、用途廣。發(fā)光細菌毒性檢測最顯著的特點是一 次試驗就能夠定性或定量鑒別被測水樣中的全部有毒物質，具有靈敏度咼(ppm級)、準確度好(誤差小于10%卜速度快、檢測范圍寬

37、(包括鉻、鎘、銅、 鉛、鎳、汞等重金屬離子，DDT、有機磷等農(nóng)藥、24D等激素，洗滌劑、溶劑等有機和無機有毒物質 )、方法簡便，不需生物專業(yè)人員、檢測費用低、 適應性強，可在現(xiàn)場檢測，也可在實驗室檢測等優(yōu)點。但目前我國還沒有水質綜合毒性檢測系統(tǒng)的生產(chǎn)廠家。國內企業(yè)格維恩科技有限公司、 上海艾晟特環(huán)?？萍加邢薰镜榷际谴礓N售，還沒有形成自己的產(chǎn)品。隨著人們對水安全的重視，對水質綜合毒性的在線測定變得日益重要，這方面的市場潛力還是相當大的。3生物傳感器的應用生物傳感器測定法是利用生物分子優(yōu)良的分子識別功能，結合轉換功能進行測定的檢測方法。利用與待測物質具有良好選擇反應的生物分子進行測 定。隨著反

38、應的進行，生物分子及其反應生成物的濃度會發(fā)生變化，通過轉 換器變?yōu)榭蓽y定的電信號，從而達到選擇性測定待測物質的目的。目前已經(jīng)有相當數(shù)量的生物傳感器投入到大氣和水中各種污染物 質含量的監(jiān)測中，在發(fā)達國家如英國、法國、德國、西班牙和瑞典，在水質 檢測過程中都采用了生物冷光型的生物傳感器。生物傳感器因其具有快速、 連續(xù)在線監(jiān)測的優(yōu)點， 將會有更廣泛的應用， 在測定二噁英等劇毒物質時能 夠做到安全檢測。4熒光法的應用熒光法是一種測定水中溶解態(tài)有機污染物的方法，用320nm激發(fā)波長，在430nm測定熒光強度可獲得有機污染物的信息。與260nm測定DOC的UV信息有良好的相關性，且靈敏度和精確度都比UV法

39、好。熒光法在自動監(jiān)測系統(tǒng)中的應用前景很好，早在“九五”攻關中，中國環(huán)境監(jiān)測總站就使 用了排水中油類的直接熒光法自動監(jiān)測。目前代理銷售的企業(yè)主要有北京愛格森自動化有限公司、北京渠道科學器材有限公司、北京首選科技有限公司等。5酶聯(lián)免疫法(ELISA)生物法中，常用的生物分子是酶及抗體，即酶聯(lián)免疫法(ELISA)、聚合酶鏈式反應(PCR)、表面胞質團共振檢測(SPR)等。常用的轉換器有電極、各 種光學裝置及石英振子等。日本報道了生物檢測法(ELISA)使用二惡英類自動前處理裝置。大腸菌 群是地表水和飲用水源地的必測指標，其自動監(jiān)測的實現(xiàn)可大大減少監(jiān)測人員的工作強度，在其自動監(jiān)測系統(tǒng)中使用了與培養(yǎng)法完

40、全不冋的原理，即生物發(fā)光、化學發(fā)光法。以酶聯(lián)免疫法(ELISA)為原理的檢測技術是目前發(fā)展的最新領域，用于 化學毒性物質檢測具有以下特點：(1)具有很高的靈敏度，僅用少量試樣便可完成檢測；(2)選擇性好，且比儀器分析的試樣前處理方法簡單，操作簡便、快速；能得出環(huán)境污染物對生態(tài)影響的直接及綜合信息；(4)設備價廉，能夠實現(xiàn)自動化，并可應用于多個試樣冋時處理，快速檢測。我國已頒布了采用 ELISA的水和土壤等中污染物的檢測方法。2.3技術方案231總體方案本系統(tǒng)主要由5個功能模塊組成，控制單元、采水單元、水樣分 配單元、采樣瓶、恒溫單元?？刂茊卧獙Σ伤畣卧八畼臃峙鋯卧M 行控制完成米樣，并具有設

41、置，顯示及數(shù)據(jù)存儲等功能并能通過多種 通信模式對輸入控制信號進行響應， 輸出米集到的相應信息。米水單 元由蠕動泵、管路及采樣頭組成負責在控制單元控制下采集水樣及進 行排空。水樣分配單元由電機，導管，瓶口連接嘴組成，主要負責將 水樣按要求導入采樣瓶中。采樣瓶用來存放采集到的樣品。恒溫單元： 存放采樣瓶保存樣品不變質，有獨立的溫控單元。231.1原理框圖電氣原理簡圖高速、流水線結構的8051兼容的微控制器內核（可達48MIPS）,40 個 I/O 接口。通用串行總線（USB）功能控制器，集成收發(fā)器和1K FIFO RAM， 滿足對USB端口的要求硬件實現(xiàn)增強型 UART*2用于232端口與串口屏，

42、增強型 SPI 用于外部ROM擴展4個通用的16位定時器4352JJ44244404444TQFP 福處理器內部時鐘頻率：12MHz四倍時鐘乘法器；蠕動泵選擇OEM式24V步進電機；電機選擇24V，兩相步進電機；驅動器使用 THB6064AH芯片2.3.1.2程序方案水質自動采樣：可選定分瓶采樣，流量等比采樣等自動采集水樣Q溝納賢館WQMS水質自動監(jiān)測系統(tǒng)的方式。米樣時間間隔，米樣量可自由設定。數(shù)據(jù)記錄、讀?。翰蓸訒r間，采樣量、采樣狀態(tài)自動記錄，記錄的數(shù)據(jù)可進行查詢讀取導出。溫度時間監(jiān)測：日期時間可設并按設定值自動更新。 恒溫箱溫度及外部環(huán)境溫度實時監(jiān)測顯示。通信功能：帶有RS232接口，US

43、B接口，開關量接口，遠程GSM 端口等通信端口能夠完成對水質采樣器自動設置， 遠程控制，自動讀 取數(shù)據(jù)等功能。調試：對采樣器定位進行調試，流量調試及管道長度等信息進行 調試。錯誤報警：水質采樣出現(xiàn)故障，水樣保存溫度超標進行報警主要狀態(tài)：初始化狀態(tài)START_state：完成開機初始化、自檢，顯示儀表型 號版本號等信息。待機狀態(tài)READY_state:實現(xiàn)溫度時間的實時顯示。采樣狀態(tài)SAMPLING_state:按設定要求完成采樣，主要實現(xiàn)的功 能是水樣分配定位，水樣采集，時間間隔控制等。設置狀態(tài)SET_state：系統(tǒng)設置與采樣設置兩部分，系統(tǒng)設置主 要完成儀表的狀態(tài)設置如時間、密碼、通信地址

44、、波特率等的設置。 米樣設置主要進行米樣方式，時間間隔，米樣量、流量比例及米樣管 長度?；鶞蕯?shù)據(jù)等參數(shù)的設置。調試狀態(tài)DUG_state：對流量及定位進行出廠校準。報警狀態(tài)ERR_state采樣過程中出現(xiàn)故障進行提示如：無水或 壓力過小水無法吸上，采樣過后水樣保存溫度超標等錯誤信息。系統(tǒng)維護參數(shù)表變量名類型定義位數(shù)范圍備注Samp_Bun sig nedlong采樣零點30-100mlB值Samp_Kun sig nedlong采樣系數(shù)40.1-9.999K值Pipe_Lun sig nedlong采樣管長20-99 mSamp_Vun sig nedlong采樣速率4300-1200ml/m

45、inBottle_Capacityun sig nedlong樣品瓶容量4100-2000mlSen sor_Ra ngeun sig nedlong液位傳感器量程4500-5000mmFlow_Ra ngeun sig nedlong流量量程41-1000L/SFlow_Kun sig nedlong流量系數(shù)40.1-9.999Passwordun sig nedlong系統(tǒng)密碼40000-9999采樣設置采數(shù)表定時定量 Fixed Time Fixed Quantity(FTFQ)變量名類型定義位數(shù)范圍備注FTFQ_Time_I ntervun sig ned時間間31-480allong

46、隔minFTFQ_Samp_C apa cityun sig nedlong單次采樣量45-1000mlFTFQ_Bottle_Numun sig nedlong瓶子個數(shù)21-24FTFQ_Bottle_Capa cityun sig nedlong每瓶分裝量45-1000ml定流定量 Fixed Flow Fixed Quantity(FFFQ)變量名類型定義位數(shù)范圍備注FFFQ_Time_I ntervalun sig nedlong時間間隔31-480mi nFFFQ_Samp_Capacityun sig nedlong單次采樣量45-1000ml/m3FFFQ_Bottle_Numu

47、n sig nedlong瓶子個數(shù)21-24FFFQ_Bottle_Capacityun sig nedlong每瓶分裝量45-1000ml流量比例 Ratio Flow(RF)變量名類型定義位數(shù)范圍備注RF_Timen tervalun sig nedlong時間間隔31-480mi nRF_Samp_Ratioun sig nedlong采樣比例45-1000mlRF_Bottle_Numun sig nedlong瓶子個數(shù)21-24RF_Bottle_I nte rvalun sig nedlong每瓶分裝量41-480mi n液位比例 Ratio Level(RL)變量名類型定義位數(shù)范

48、圍備注RL_Time_l nter valun sig nedlong時間間隔31-480mi nRF_Samp_Ratioun sig nedlong采樣比例45-1000ml/mRF_Bottle_Numun sig nedlong瓶子個數(shù)21-24RF_Bottle_I nte rvalun sig nedlong分瓶間隔41-480mi n遠程即時 Real Time Sampling(RTS)變量名類型定義位數(shù)范圍備注RTS_Samp_Capacityun sig nedlong單次采樣量310-1000mlRTS_Bottle_Capacityun sig nedlong每瓶分裝量

49、410-1000ml流量的計算蠕動泵軟管的管徑為6.4mm,軟管的橫截面積為：S 2=32.1536mm泵滾輪外徑為45 mm,泵轉一圈對應長度為：L d 141 mm泵轉一周的流量為：V S L 4546mm 4.5ml1）由于泵旋轉時是通過擠壓軟管提供動力，擠壓過程中管無法 實現(xiàn)滿管流動，流量變更為一半 2.75ml/r。2）查詢廠家提供參數(shù)24號管的流量為1600/600=2.67ml/r。3） 實測電機轉速為375r/min時，流量為1L/min。通過計算可得 流量為2.67 ml/r。綜合以上三點，程序中流量選 2.67 ml/r為標準。8/3ml/r為程序 中的標準值。蠕動泵電機采樣量與脈沖關系電機步進角為1.8度，每轉需要200步。所以脈沖與流量的對應 關系是1 /75ml/pMotor1_no二 FTFQ_Bottle_Capacity*75*2;蠕動泵電機轉速與脈沖關系。電機的轉速由Motor2_Time （電機脈沖周期）決定（單位0.2ms）, 每分鐘的脈沖數(shù)為 60*5000/Motor2_Time=30