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一体化孔板流量计

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探讨一体化孔板流量计数据质量保障措施

作者: 来源: 发布时间:2019-11-18 14:20:25

    摘要:一体化孔板流量计是对污染源排放废水进行连续采样、分析测定、数据传输和处理的实时监测系统,对污染物的种类、浓度、排放量及变化趋势进行实时自动分析测定,可以实现对水污染物排放情况实时自动监控。通过对系统日常规范运维管理,定期开展计量检定和手工比对监测,保障系统正常、稳定运行,保证自动监测数据真实、准确。

    一、引言
    近年来,我国水体环境质量持续改善,地下水、河流、湖库水质有明显好转,一体化孔板流量计对工业企业、集中式污水处理厂等排污单位废水排放状态进行实时自动监控,可以及时、准确、全面地反映水质环境质量现状及发展趋势,能够对河流断面、湖库环境污染风险及时预警、预防,是水体环境质量持续改善的重要保障。当前,我国一体化孔板流量计发展迅速,系统建设、数据应用服务趋于完善,逐步实现污染源环境监控建设全覆盖,为环境管理、污染源控制、环境规划、环境评价提供客观的科学依据。

    二、系统组成
    一体化孔板流量计是以水质自动分析仪器为核心,应用信号传感技术、自动测量技术、自动控制技术、数据采集传输及处理分析技术和通信网络等,由水样采集单元、自动监测分析仪器、数据采集处理控制单元(工控机)、数据联网传输单元以及流量计组成的一个综合性自动化实时监测体系。水质自动分析仪器按测量方式通常分为电极法和光度法两种,应根据排放废水实际情况及安装运行环境选择相对适合的分析仪。当前,水质自动分析仪国产化发展迅速。目前,常见污染源自动监控的污染物有化学需氧量(COD)、氨氮、总磷、总氮、pH 等因子。

    三、系统安装要求
    一体化孔板流量计是以改善水环境质量研究需求为服务目标,以准确测量分析具有代表性、及时性和可靠性水样为核心任务,运用自动控制技术、计算机技术并配以专业软件,组成从采样、预处理、分析到数据处理存储及联网传输的完整系统,从而实现对样品的实时自动监测。自动监测系统一般包括采样预处理系统、水质自动分析仪、数据采集处理与控制系统及数据传输系统,这些分系统既各成体系,又相互协作,以完成整个自动监测系统的连续、稳定运行。[1]

    (一)采样系统
    (1)采样点设置应保证采集到有代表性的水样,尽量设在堰槽前方,平直段上游流路中央,不能影响流量测量。采样点进水口同水流方向一致。测量合流排水时,在合流后充分混合的位置采样。采样泵应根据水样流量、水质自动采样器的水头损失及水位差实际情况合理选择,满足一用一备,保证无变质地输送水样至自动采样器。采样管路应采用硬质管材,严禁使用软管,并采取必要的防冻和防腐措施,长度≤ 50m。

    (2)水质自动采样器应具有采集混合水样、混匀、超标留样、冷藏水样、自动清洗及排空混匀桶功能,应保证保留的水样在2-6℃恒温保存;具备双采样桶交替采样功能,采用时间等比例采样模式,分别用作采集混合水样及为水质自动分析仪供样,采样桶≥ 3L;除水质自动采样器采样供水质自动分析仪分析外,不应设置采样杯等其他容器对水质自动分析仪提供水样,尽量缩短采样器与分析仪水样输送管路长度。

    (二)水质自动分析仪
    (1)通过环境保护部环境监测仪器质量监督检验中心适用性检测。

    (2)应落地安装,有必要的防震措施,保证仪器安装牢固稳定,安装要满足GB50093 相关要求;应具有内部管路自动清洗功能,保证水样的真实性和代表性;安装高温加热装置的水质自动分析仪,要避开可燃物和易燃物。

    (3)应根据现场污染物浓度设定分析仪量程、消解时间、消解温度、斜率截距等参数,并按照仪器技术要求和检定方法进行零点漂移、量程漂移和重复性测试。

    (三)数据采集处理与控制系统
    (1)硬件配置选用工业控制计算机,软件功能支持标准的 MODBUSRTU 通讯协议,并可定制非标准仪表通讯协议,具备硬软件防病毒、防攻击机制。

   (2)能采集流量计及各水质自动分析仪实时数据,实时数据为数字量;具备二级密码登录权限;能显示、统计污染物浓度监测小时、日、月、年数据及排放总量,并能生成、显示和导出数据报表及曲线,工控机内至少保存一年以上的历史数据。

    (四)数据联网传输系统
    (1)应采用光纤与 VPN 虚拟专网进行通信连接,符合 HJ/T212 相关要求。数据联网传输稳定,不应出现通信连接频繁中断、报文丢失、报文不完整等问题。当出现报文错误或丢失时,能启动纠错逻辑,要求数据采集传输控制系统重新发送报文。

   (2)确保数据联网传输的安全性,能够按照标准规定的加密方法加密处理传输。在现场断电、断网等故障恢复正常后,系统能够恢复正常运行,工控机中保存故障前的监测分析结果及相关故障信息不被丢失。

    四、数据质量保障措施
    数据质量是一体化孔板流量计正常运行的核心目的,可通过采取日常运维、规范管理、质量保证等措施来保障系统正常、规范运行,保证自动监测数据准确有效。

   (一)日常运维
   (1)运维人员应持证上岗,每周现场维护不少于 1 次,查看排放口异常情况并及时记录,查看采样管路应固定、无堵塞、无旁路,每周应对自动采样器水泵、预处理系统、管路、混匀桶、留样桶、过滤网进行清洗,测试水样混合混匀、交替采样、水样冷藏、自动清洗及排空混匀桶功能,保证采样和预处理系统正常运转,每月应手动测试电机、电磁阀、感应器、采样泵,手动测试超标留样功能;查看流量计设置参数,应与登记备案表一致,液位高度与流量计显示一致,数据采集传输及控制系统流量信号是否正常。

    (2)每周应按规范、标准对氨氮、总磷、化学需氧量(CODCr)水质自动监测仪进行维护、校准,保证历史数据至少保存 1 年以上;每周应查看试剂标签和余量,余量应不低于试剂瓶的 1/3,试剂管应插入试剂液位下,实际使用的试剂的种类、浓度应与登记备案表一致,定期清洗内外壁。

    (3)检查设备各部件是否正常工作,定期手动测试各单元功能,及时维修或更换;消解单元应能完成试剂的快速加热,并保持恒温消解控制,保证加热系统正常工作;定期清洗测量单元的比色池、电极,保证表面无影响测定结果的污物;设备测量分析参数应与登记备案表一致。

   (4)定期查看工控机、VPN 设备状态,面板指示灯有无异常和警告,传输网络连接畅通;定期查看数据采集传输及控制系统软件运行日志,对数据采集、存储和上传异常情况进行记录和处理,保证数据采集传输及控制系统上报数据时间标记应与水质自动分析仪测量结果存储的时间标记保持一致,采集和存储的监测数据应与水质自动分析仪测量结果一致。

    (二)规范管理
    (1)自动监测设备应按规定进行周期性强制检定或校准,定期开展手工比对,分析仪器主要或核心部件进行了更换,应及时委托具有相应资质法定机构进行准确性测试。

    (2)及时处理异常情况。系统出现故障,应在 12h 内进行故障排除,采样系统出现故障时应立即进行维护,无法修复应及时更换;分析仪器故障如在 48h 内无法排除的,应及时更换备用设备,并对备用设备进行校验和比对试验;确保在故障发生 72h 内恢复设备的正常运行,在排除故障后应进行质控样比对试验,并填写相关运维台账记录。

    (三)质量保证
    (1)水质自动分析仪实际水样比对试验误差及零点、量程漂移均应符合国家标准相关规定的性能指标,样品采集和保存应按HJ/T91 的规定实施全过程质量控制,实验室的设施和环境条件应符合监测需要及设备维护要求。

    (2)校准前应记录保存分析仪监测方法、校准方法、测量过程参数、校准液浓度和用量等数据,用有证标准样品或实际样品校准分析仪,记录保存校准前和校准后仪器测量过程参数、校准曲线关系式、校准液浓度、校准因子,每天检查零点校准和量程校准,累计漂移超过规定指标时应及时调整。

    (3)按照仪器操作手册对水质自动分析仪进行定期校准,所有使用的试剂应为分析纯或优级纯;标准溶液储存有明确的规定外,尽量不要超过 3 个月;每月应用质控样对水质自动分析仪进行一次标样溶液验证,质控样测定的相对误差不大于标准值的±10%,并记录结果;每半年应对分析仪器进行 1 次 3 ~ 5 个不同浓度的多点校准。

    (4)每半年应对水质自动分析仪做一次精密度和准确度测试,精密度测试应在24h 内测定同一水样 6 次,测定结果相对标准偏差≤ ±10%,准确度测试应在 24h 内测定同一标准样品 6 次,测定结果相对误差≤ ±10%;根据实际水样排放浓度合理设置水质自动分析仪量程,量程设置不应超出排放标准的 3 倍限值。

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