上海第二分析仪器厂余瑞宝王永明许一鸣
要制订控制和管理水域污染的措施，首先必须测定环境水质。这个任务可由水质监测站来承担。该站主要进行两方面工作，一是对废水处理工厂排放水的监测;二是对受污染的水体监测。它的测量系统是按流域或水域来划分的。几个监测站和一个测量中心可组成一个水质监测网。水质监测站自动化程度较大气监测站自动化程度要低的多，至今还未达到污染预报的水平。
目前，美、日、英和西德等国已建立了水系或地区监测网。六十年代末和七十年代初，美国芝加哥、英国泰晤士河、日本的大阪和西德的慕尼黑都建立了自动监测网，采用小型或微型计算机进行水质监测。其中，美国最早建立自动监测站，它在一九五九年就对俄亥俄河进行监测。英国在一九六三年开始在特兰提河进行监测。日本最迟，一九七O年三月在KISO河上设立了第一个监测站。
有一些国家已开展海洋油污染监测，主要是对沿岸浮油监测，远洋监测还很少开展。
一、水质监测的方法
1.直接浸渍式(把传感器直接浸渍在被测水样中)
(1)传感器和部分放大器可以安装在大浮筒上，浮筒随着水位浮动，能监测不同深浅的水质。
(2)传感器直接浸入水中，气温变化等对监测没有影响，可保证被测渗数的准确性。
(3)由于溶解氧传感器表面需要一定的流速，直接浸渍式受到设置位置的限制，在水流静止或流速过低的场合不能安装流速发生装置，因而影响了该参数的监测。
(4)不能监测需调整水样pH值才能监测的参数，如氰、按、氟等离子的参数。
2.间接检测槽(用汞把被测水抽送到检测槽，传感器在槽里进行监测)
(1)因为装在陆地上，所以传感器、放大器使用维修方便。适合长期使用。
(2)在检测槽内容易调整被测水的pH值，所以能监测氰、钱、氟等离子的参数。
(3)在检测槽内可以保证一定的流速，在水速不大及静止的江河湖泊中，也能监测溶解氧。
(4)水中的污染物及游离物多的时候，过滤网的网眼间隙以及泵的选定是比较复杂的，它们需要频繁的清洗。
(5)送水管道较长的场合，会产生测觉滞后。管内好气性微生物繁殖会对溶解氧的测量造成误差，使测量结果偏低。管道内淤泥剥离，会影响浊度测量的精度。经以上比较，目前几乎全采用第二种方泄‘。
二、监测站地点选择的原则
正确选择水质监测站的设置地点是非常垂要的。选择合适，能反映客观实际得到准确数据。否则，失去监测站的意义。水质监测站应设置下列位置。
1.被测组份变化速率最高的地点，即仪器设备应安装在数据多变的地点。如对河流湖泊能造成严重污染的某些工业废水口下游，能了解污染源对水体污染的程度。在水流停滞的地点设置监测站，显然是错误的。
2.监测主要水源时，最好选择在水流的主流，而不是支流。对湖泊与港湾，最合适的地点是流入海洋的入口处，这样可以观察到潮汐对江湖水质的影响。
3.对于饮用水源的监测，一般应在自来水厂上游一定距离处设立监测站，发现河湖水质严重污染时，使供水部门有充分的时间，采取措施，确保饮用水的品质。
4.国际和省际的水域，或有重要水产资源的水域，必须设站，以便保护水产资源和观察工业区兴建前后的水质变化。除上述外，还要考虑安装方便，使用维修便利，避免受到河流中漂移物和船舶的撞击损害，大桥桥柱及水坝等为建站合适地点。
选择地点时，还应注意洪水的最高水位，在海岸设站时要考虑潮汐的影响。
三、建立监测站注意事项
1.监测站要有足够大的面积。监测站面积大小，依站的任务定，即根据测定参数的多少，是否安装数据处理装置及实验室化学分析等而决定。一般面积在十五平方米左右。
2.监测站不能设在地理条件恶劣，交通不便的地方。要考虑兴建站物质搬运，平时维修等间题。在江湖旁要考虑防洪，在海岸要考虑防潮汐。
3.监测站的水电设施它的电源设施应包括供监测仪器、数据处理装置，数据输送装置用的稳压电源。取样系统、空气压缩机、空调制冷及取暖用生活用电，应分别建立电源。
另外，在站内应铺设自来水，以便对站内管道、泵、高位贮水槽进行清洗。
四、监测站的监测体系
监测体系主要有采水系统、水质自动监测仪器、数据传送及数据处理装置等组成。
1.采水部分
采水部分由过滤器、泵、送水管与高位贮水槽组成，是监测体系的主要部分。采水能否成功直接影响水质监测的成败。
采水装置通常备有两套，使它们能很方便地自动交换。其中一套停止工作进行自动清洗时，开启备用的一套，以保证不中断测月乳。
采水泵一般经常使用的有潜水泵和吸水泵两种。在送水管道较长的情况下，采用潜水泵，泵可由三种方法加以固定安装。①利用现有桥梁的桥脚;②架设专用的骨架;③利用浮筒安装。泵入水口的过滤网的网眼在10mm左右较为合适。采水量为50一100升/分，水样被送入高位贮液槽。
在受到潮汐影响的江河中采样，或者在水位波动激烈的场所采样时，应在水位波动的上限与下限，安装二个可以交换的采样点，或把取样口设计安装在固定浮筒上。
送水管内壁要平滑，考虑到清洗方便，送水口径希望大于38mm，水流率在80cm/scc以上。
为了防止热幅射以及高低温环境对水样的影响，管道采用绝热材料来隔热。为了避免管道中沉积淤泥对一溶解氧浓度影响，送水管道应尽量短些。
高位贮水槽内装有过滤器，以除去水样中的土砂杂物。水样以一定流、速流入检测槽，槽内有上下水位控制器。当溢流管堵塞时，水位升到一定高度，泵就自动停止。当采水泵有故障不能抽水时，第二只泵自动开启。
采水部份在采清洁水时，每月可清洗二次。在测量污水源时，每月清洗四次，可用压缩空气、压缩喷射清洁水、超声波或化学试剂清洗。应指出的是，对于清洗，由于没有确切的观察方法，它的定量的效果是不明确的。清洗效果特别大的是取样泵入口过滤网。过滤网上的污浊物被清除后，连续长期运转送水量降低的趋势可有相当程度的恢复。
2.水质自动监测部分
水质自动监测部分由测量槽、放大器、记录仪、清洗控制、仪器校正等部分组成，见图1。水质污染需监测的项目很多，一般监测的有温度、pH、电导率、氧化一还原电位、溶解氧、浊度、按离子等。有些还测定硝酸根、总有机酸、化学需氧量、总需氧量等。
现将测定各水质参数的情况简述如下
(1)水温
水温是一个重要参数。水温升高对地面的水体的水质和水生生物都有不利的影响。水温升高，能促进有毒污染物如氰化物、重金属离子等毒性加剧，能使溶解氧减少，河道自净能力降低以及水质变坏。
测温元件采用铂热敏电阻。测量原理见图二。
校正方法，以冰水校正零点，调整仪表使其没有讯号输出。再以45℃恒温水来校正该点温度。
(2)PH
自然水中pH值近于中性。但冶金，金属加工的酸洗工序，酸性矿山人造纤维等工业排出的含酸废水，是水体酸污染的主要原因。造纸等工业排出的含碱废水，是碱污染的主要来源。水中pH值过低(小于5.5)过高(大于8.5)时，水中微生物生长受到抑制，水体自净能力受到阻碍，影响水的品质。
(3)电导率
纯水的电导率很低。正常饮用水的电导率范围在之间。若电导率超过此值，测水体受到无机盐的污染。
测量原理如图三所示
Rt一被测液体电阻
由图三可知:(因为R=p(L/A)A为电极面积，L为极间距离，Q=L/A为一电极常数，l/p为电导率，以K表示，所以:R=Q/K)当E、Rm、Q均为常数时，电导率K变化必将引起E二作相应变化。所以通过测量Em大小，就测得了被测液电导率的大小。为降低极化作用造成的误差，讯号E采用交流电。
(4)氧化一还原电位
沉淀环境研究中，广泛地应用了氧化一还原电位的测量。由于种种原因，要在绝对基础上比较氧化一还原值是困难的。氧化一还原电位受到溶解氧与pH值的强烈影响，实践证明，当氧化一还原电位在负100mV时，恶臭散发，应该十分注意了。氧化一还原电位在工业废水控制中有很重要的参考价值。
氧化一还原电位测量采用铂一饱和甘汞电极组成电对。氧化一还原电位的校正液采用浓度为1/300M的亚铁氰化钾和1/300M铁氰化钾的0.1克分子氯化钾的混合溶液。在25℃时,上述电对为186mV。若实测电位与标准电位相差±5mV以上，电极需要进行清洁处理。
处理方法是:配制0.2N盐酸加0.IM氯化钠溶液，加热至稍沸，然后加入少量固体亚硫酸钠(100毫升液体加0.2克即可)，略搅拌后，浸入电极，继续微沸30分钟。一般处理一次即可。
如果电极表面很脏，在上述处理前，可先用洗涤剂或洗液进行处理。电极处理后，用蒸馏水洗净即可应用。为使电极表面保持清洁和维持原状，可浸入蒸馏水保存。
氧化一还原电位测量中，存在滞后现象，即铂电极在测量电位值较高的水后，再测电位较低的水时，结果会偏高。相反，当测量了较低电位的电极再测较高电位时，结果又偏低。在后一种情况影响似乎更大些。这种滞后现象的根本原因是由于铂电极表面性质的变化所致。这在实际测量时，要引起注意。
(5)溶解氧
溶解氧是指溶解在水中分子态的氧。它是水生动物生存不可缺少的条件。夭然水中溶解氧近于饱和，当溶解氧少于4一5ppm时，鱼类生活困难。江河湖泊中溶解氧减少是造成水源发臭的主要原因。溶解氧大小，指示了水体受到污染物特别是有机物的污染程度。
目前，溶解氧的测定均采用隔膜电极法。电极结构如图四所示。
(6)浊度
水变浑，其浊度增大，不仅影响观感，而且主要使水的透明度下降，妨碍阳光透射，影响水生生物的生活。浊度的测量方法有透射光式、表面散射式、积分球式等。现在较多采用的是表面散射式，它可以避免测量槽污染的影响。
测量原理如图五。
(7)钱离子
江河中钱离子浓度高会使水体过份肥沃，水中植物与藻类繁茂生长，产生绿色浮垢或“红湖”。某些藻类产生令人嫌息的臭气，破坏水质。而且，藻类老朽被需氧菌分解时，水解溶解氧大量损耗，使水域呈现嫌气状态。而嫌气菌代谢的结果，可能产生硫化氢等臭味，毒化环境。
采用气敏的按离子选择电极测量，其原理如下:
按离子选择性电极结构如图六所示。水溶液pH值大于11时，NH士就转化成氨气而逸出溶液。这氨气渗过对氨气有选择性的高分子薄膜，在膜内侧，遇到玻璃电极端面内一定浓度的氨化铁内溶液，发生如下平衡:
氨气浓度变化，能引起氢离子(H+)活度的变化。如果在平衡时，知道氢离子浓度，就能够间接知道试样中按离子浓度。该方法干扰少，使用操作简便，测量速度快，所以成为测量钱的特征方法。
(8)总需颇最(TOD)
近年来，有些监测站使用连续测定水质综合性指标的TOD测定装置。TOD是指水中无机物还原物和有机还原物在完全氧化时所需的氧量。它包括水中有机物和无机物中C、N、S、P、H等元素在氧化时需要氧含量。
测量时，把一定体积的试样水从试样入口用注射器注入，被含有一定量氧浓度的氮气(N1)送入燃烧管，以铂作触媒，在900℃高温下燃烧，无机物和有机物均被氧化，氮气中原氧含量和燃烧后减少的量用氧气检测器测量，其差值为总需氧量。讯号由放大器放大指示亚记录，其原理流程如图七。
3.讯号传送及数据处理体系
在同一河道流域中，由几个或几十个监测站组成水质监测网。各监测站得到的大量数据，通过输送线路送到测量中心，进行数据处理。其传送线路可分为:
(1)直通线路
在站与测量中心之间有一条专门设立的通讯线路或永久租用线路来传送讯号。这种方法可靠性高，但费用大。
(2)利用拨号公用电话
如站与测量中心距离很长，设专线或租线费用太高，可用拔号公用电话传送讯号，这时监测站备有自动控制器和存贮器，供收集存贮信息使用。此方法讯号易受干扰，可靠性受到影响。
(3)无线电通讯
在监测站分布广阔的地区，无线电通讯为常用的传送方式。站里设置无线电发射装置，测量中心备有无线电发射与接受装置，以无线电来传送讯号。但是，由于地形限制，输送距离被限制。一般限制在三十公里。站与中心距离过远，则可设立中继站。
(4)数据处理系统
从各监测站来的大量数据，必须经过处理，制定所需要的表达形式，便于有关部门参阅及贮存。
数据处理体系必须具有如下性能:
A、收集各监测站来的数据。
B、根据所收集数据显示水质状况业监视水质变化。
C、与其它各地区的监测站交换情报。
D、进行数据处理业打印成报表，一般进行如下工作:
i计算平均值，包括每月、侮周、每天、每小时的各种参数的平均值。一个月的最大值和最小值。
ii制作打印每日报表，包括整个监测网的测定参数的平均值，最大僚，最小值和超算值等。
iii水质测量的数据突然超过限量值时，发出紧急处理指令，使有关分析仪器进行一次自动校准，及重新核对所测量的数据是否可靠业采取相应措施。还可以指令站内特殊取样器，采取此时水样进行存贮，以备今后分析。
4.存在间题:
(1)由于水质情况复杂，所以水质监测站的自动化程度远远不及大气监测站高，开机率也远不如大气站。
(2)取样系统经常被堵塞。输水管内壁有淤泥和细菌微生物等粘着，这些微生物摄取试样中的有机物和溶解氧而繁殖，这就引起有机物和溶解氧测定值低。管壁内残渣录d离会影响浊度测量。
但是，目前还找不出一个理想方法来除去取样系统的残渣。
五、水质监测船车
水质监测工作除了设立固定的水质监测站外，还可设有流动监测站一水质污染监测车或船来监测污染情况。这种车(船)是一个流动性的水质监测试验室，它由车或船作运载工具，装上必要的分析仪器及实验设备(如水箱、烘箱、试验台等)。它具有如下特点。
1.车和船可以由许多工厂、部门联合使用，从而节省了人力和物力;
2.可在很大范围内进行物理、化学、生物、地质和水文等综合测量，取得多方面的数据。从这些数据中编制基本的数据表，提供固定水质监测站建造地点的资料，
3.弥补固定站不动，寻找污染源，
4.评价新的水质检测仪器和方法，评价各种不同的水质参数的意义等。
从日本FRP制造的公害监测艇、西德“M“xPrass”号监测艇、美国格鲁门公司制造的水质监测船看来，它们大体上装有取样系统，分析仪器以及化学分析用的试剂及实验室仪器。当然，设备因任务和车的容量而增减的。有的车船还备有携带式浸入型水质监测仪，可以垂直放入不同深度进行测量。如英国EIL生产8050型浸入式水质监测器，日本掘场U一7型水质检测仪等。它们可以同时测量pH、T、DO、COND、ODP、TuB等参数。这种仪器体积小、轻便、灵活、数字显示，便于野外工作。为了适应长期连续工作，还有生活设施。
我国目前已能生产pH、COND、ORP、DO、T、水中油等水质污染分析仪及一些离子选择电极。近年来试制成功了能测量五个参数的固定式水质监测装置(SJG一702型上海第二分析仪器厂)和便携式水质多参数测定仪(SJG一701型、厂同上)还有反映水质综合指标的TOC、TOD分析仪。
