地表水水源地水质自动监测站建设方案.docx
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地表水水源地水质自动监测站建设方案
地表水/水源地水质自动监测站
建
设
方
案
二〇一一年六月
一、概述
（一）水源地自动监测站概念
水源地自动监测站是由自动在线监测仪表、工业控制、电气自动化系统、建筑工程综合在一起的科技综合体，是目前环境监测应用领域技术种类比较全面的技术手段。
（二）水源地自动监测站组成
1.站房建设
2.分析仪器
3.控制技术
4.运营维护组成
（三）水源地自动站建设步骤
1.前期现场勘查
2.站房建设
3.分析仪器选型
4.总系统集成
5.后期运营维护
二、站房建设及配套设施基本要求
（一）确定站房位置
希望尽快确定站房所处的地理位置，选址时应考虑：
1）站房地址应保证供水（自来水）、供电（附近的企业、村庄）道路畅通的合理距离，不适合供水、供电、道路太远的位置，应方便供水、供电。
2）确定站点的河流断面的代表意义，市－市交界、县－县交界、省界等。
3）确定2个备选建站地址并确定其地理名称，在地图中标出其比较准确的位置。
4）确定托管站的名称
5）考虑城市、农村、水利等建设发展的影响，有稳定的水深和河流宽度，保证点位水质水位数据的长期连续；
（二）站房主体
1）站房仪器间基本配置为：
45m2（其中净宽度大于5.0米）；
2）站房结构：
砖混结构。
可以建成平房或者二层楼房机构，防滑瓷砖铺地；
3）站房地面的高度：
根据当地水位变化情况而定，站房地面标高（±0.00）够抵御50年一遇的洪水。
易受洪水浸入的地方可以考虑采用高架式站房。
4）站房内净空高度为2.8米。
5）辅助设施：
站房的避雷系统和地线系统以及采水设施和给水、排水等也与站房建设同步进行。
6）站房式样：
外观美观大方，结构经济实用。
（三）站房基础及外环境
1）站房根据当地地质情况建设，做好地基处理。
2）站房外地面将做相应的平整，使周围干净整洁，有利于排水，并适当绿化。
3）站房设置排水系统，排水排入采水点的下游，排水点与采水点间的距离大于10米。
4）站房有防鼠害能力。
5）站房暖通：
仪器间内有冷暖空调设备，室内温度可保持在18-280C，湿度在60%以内。
能够保证室内环境温度、相对湿度等符合ZBY120-83工业自动化仪表工作条件的要求。
空调具有来电自动复位功能和除湿功能。
因站房为全封闭式结构，为了防止夏季因停电或空调故障而导致空内温度过高，将在站房侧壁增加换气扇，以减少仪器受高温的影响。
（四）站房仪器间
1）室内地面防水、防滑，铺设地面砖，站房地面向有排水孔的方面有一定的坡度。
同时仪器固定架附近设有排水沟（深度150mm，宽度150mm）和地漏，可使室内积水排出。
2）仪器间内清洁水源采用自来水，管道接口（DN20），并装有截止阀。
不具备自来水的地方将考虑打井（加过滤设备）或增设水处理装置。
3）房内有实验工作台（桌），台上用于日常摆放便携仪器等功能，台下有工作柜，便于放置试剂。
房内备有上下水、洗手池等。
4）站房接地：
在站房建设时同步考虑站房接地系统，在站房内设有接地的地线端子排。
（五）配套设施
供电
1）水质自动监测站的供电电源是交流380V（三相四线制）或220V，频率50HZ，容量10KW；供电电源电压在接至站房内总配电箱处时的电压降小于1%；
2）电源线引入方式符合相关的国家标准。
穿墙时采用穿墙管。
－施工参考《建筑电气工程施工质量验收规范》（GB50303－2002）
3）电源引入线采用经过国家检定的合格产品。
4）设置站房总配电箱，箱中有电表及空气总开关。
在总配电箱处进行重复接地，确保零、地线分开，其间相位差为零；并在此安装电源防雷设备。
参见如下实物照片：
5）根据仪器、设备的用电情况，在380V供电条件下总配电采取分相供电：
一相用于照明、空调及其他生活用电（220V）；一相供专用稳压电源为仪器系统用电（220V），另外一相为水泵供电（220V）。
同时在站房配电箱内还保留一到两个三相（380V）和单相（220V）电源接线端子备用。
6）在220V供电条件下总配电采取分路供电。
7）用电量：
①仪器设备及控制用电为单相（220V），1路2KW（TOC），1路3KW（其他仪器）；②仪器间空调及站房照明、生活用电为单相（220V）：
3KW；③水泵用电一般也为单相（220V）：
1～2KW。
8）如有其它用电需求，可适量考虑增加供电能力。
9）站房仪器间照明达到250lm（至少配备40W日光灯4盏，采用节能灯具），且照明灯应配有控制开关；在空调安装的就近位置配备专用空调插座；同时在非仪器、设备安装墙面（距地面高250）设有2～3个220V多用插座，方便临时用电。
10）电源动力线和通讯线、信号线相互屏蔽，以免产生电磁干扰。
（六）站房给排水要求
1）站房采水设施、采水装置应与站房建设同步设计、同步施工、同步使用。
2）站房建设时必须同步考虑采水方式（栈桥式、浮筒式、直埋式等）同步建设。
3）样品水：
采用自吸泵将被监测水样采入自动监测站站房内供仪器进行分析。
采水管路室外部分采用护管直埋或地沟铺设方式，埋没深度在50CM以下。
4）采水管路进入站房的位置靠近仪器安装的墙面下方，并设PVC或钢保护套管（DN150），保护套管应高出地面5CM。
5）排水：
站房内所有排水均汇入排水总管道，并经外排水管道排入相应排水点；排水总管径不小于DN100，以保证排水畅通。
考虑了防冻措施。
排水管出水口考虑了高于河水最高水位，并且设在采水点下游。
6）站房内设置一个供仪器设备专用的排水管道接口，采用DN100的PVC管或钢管，排水管道高出地面5CM。
7）自来水：
站房内引入自来水，增设增压泵以备系统使用。
8）每次清洗自来水用量不大于1吨；对于无自来水的点位，拟定采用打井或增设水处理设备。
9）站房外区域有雨水排出系统，避免站房外地面积水。
办公用品
10）仪器间配1个面积为（50cm×250cm）工作试验台；
（七）防雷及其他电器设计要求
防雷接地系统
1）防雷接地系统设计方案参考规范
《计算机场地安全要求》（GB2887－89）
《电子计算机机房设计规范》（GB50174－93）
《建筑物防雷设计规范》（GB50057－94）
《低压配电设计规范》（GB50054－95）
《计算机信息系统防雷保安器》（GA173－1998）
《电子设备雷击试验》（GB3482－3483－83）
《交流无间隙避雷器》（GB11032－89）
《建筑防雷》（IEC1024－1：
1990）
《雷电电磁脉冲的防护通则》（IEC1312－1：
1995）
2）防雷接地系统设计方案基本内容
A.建筑物雷电入侵防护
建筑物依据有关标准采取防直击雷的措施，采用设置独立避雷针的方式。
参见附图4
B.电力线雷电入侵防护：
由于站房电力供给多是由架空线路引入的，对于站房电源系统的防护重点是总配电系统。
采用雷击电源保护器组成多级保护对配电系统进行防雷保护。
参见附图5
C.通信线路雷电入侵防护
在无线通讯设备与控制柜连接线路上安装串口防雷保护器。
D.接地系统
①水质自动监测站系统共设两种地线：
电气接地、仪表接地、避雷带接地；
独立避雷针接地接地电阻不大于10欧姆；
电气接地接地电阻小于4欧姆；
仪表接地接地电阻小于1欧姆；
若电气接地接地与仪表接地接地共地则接地电阻小于1欧姆；
在站房仪器间内适当位置设置电气接地接地排和仪表接地接地排；
在适当位置设置接地电阻检测箱。
②均压等电位连接
站房建设时，将站房基础、底部圈梁焊接在一起，构成屏蔽网，并与接地装置相连，构成均压等电位体；
在仪器间适当位置设置等电位接地排。
（八）防火和防盗设施
3）设计方案参考规范
《民用建筑设计防火规范》（GBJ16-87，2001修订版）
《七氟丙烷洁净气体灭火系统设计规范》（GBJ15－23－1999）
《火灾自动报警系统设计规范》（GB50116－98）
《火灾自动报警系统施工及验收规范》（GB50116－92）
4）七氟丙烷自动灭火装置设计说明
A系统组成：
参见附图6
1、火灾探测部分：
火灾探测部分采用传统的烟感报警方式。
当感烟探测器报警时只提供预警；只有感烟和感温同时报警后，才提供真正的火灾报警，并提供灭火信号的输出。
2、气体灭火部分：
气体灭火设计采用无管网的七氟丙烷，设计的灭火浓度按一般计算机电气火灾设计，灭火药剂浓度为8％，灭火时间≤7秒。
3、自动灭火系统控制盘：
A．室外装配，并在控制盘外部安装防雨、防尘、保温的保护箱。
B．供电电压：
交流220V、50Hz、500W
C．钢瓶灭火控制盘内配有备用装置，当外部供电切断的情况下，在无火灾的情况下，可坚持8个小时，有火灾的情况下坚持0.5个小时。
5）防盗设施
A．安装合格的防盗门产品；
B．安装红外探测器；
（九）站房建设经费
1）确定站房建设占用土地类型
2）确定站房建设占用土地、征用土地费用，或者租赁土地的费用。
3）确定站房建设是否占用河道，与河道管理部门或者当地有关部门协调站房用地。
4）每个站房预计建设费用万（此数据根据各地的平均站房建设费用）
三、分析仪器选项要求
（一）水质在线监测分析仪器主要监测的参数项
水温、pH值、电导率、溶解氧、浊度、CODmn、CODcr、氨氮、硝酸氮、亚硝酸氮、总氮、总磷、TOC、叶绿素、氰化物、氟化物、水中油、六价铬、挥发酚、重金属、总砷、流量。
（二）通常标准监测项目
水温、pH值、电导率、溶解氧、浊度、CODmn、氨氮、总氮、总磷、TOC。
（三）自动监测仪器分析方法
序号
项目
分析方法
1
温度
温度传感器法
2
pH
玻璃电极法（带温度补偿）
3
溶解氧
荧光法（带温度补偿）（GB/电极法）
4
电导率
电导池法（带温度补偿）
5
浊度
90度散色光比浊法
6
高锰酸盐指数CODmn
酸性高锰酸盐氧化还原电位滴定法
7
氨氮
气敏电极法
8
总氮
吸光光度法（GB/比色法）
9
总磷
吸光光度法
10
总有机碳TOC
紫外光/过硫酸盐氧化法（燃烧法）
（四）在线监测仪器选型要求
（1）水质五参数分析仪
1．控制器：
（1）工作环境：
-20-55℃，0～95％相对湿度、无冷凝；
（2）★显示：
1/4VGA图形背景灯，TFT彩色触摸屏，
（3）分辨率：
320*240像素，具数据存贮功能，具有中文菜单显示；
（4）★输入：
12个模拟信号，0-20mA。
（5）探头安装：
即插即用，可混合匹配不同参数的探头，最多可连接8个探头
（6）★输出：
12个模拟信号，0/4-20mA，可选的数字化通讯可以通过MODBUS（RS485）
（7）继电器：
4个SPDT；
（8）通讯协议：
MODBUS
（9）存储器备份：
用户设置均保存在存储器中；
（10）机箱：
IP65ABS及金属材料外壳，抗腐蚀涂层
（11）电源：
180~230VAC，50/60Hz（最大75W）；
（12）安装方式：
壁挂/面板和管道上安装；
2．传感器
2-1溶解氧传感器（带温度）
（13）★形式：
无膜、无阴阳电极、无电极液，抗H2S、金属离子、油污染；
（14）★工作原理：
红蓝色双光束荧光法测量原理；
（15）★溶氧测量范围：
0～20mg/L，
（16）★温度测量范围：
0～50℃；
（17）分辨率：
0.01mg/L；
（18）重现性：
；0.05mg/L
（19）灵敏度：
0.05mg/L；
（20）★响应时间：
20°C时，达到90%<30秒，达到95%<90秒；
（21）防护等级：
IP68；
（22）电缆：
10米，带快速接头；
（23）一年无需校准
（24）★最低流速要求:
无
2-2pH传感器
（1）★差分式电极（含温度电极），带双阶参比电极（接地电极和参比电极），带温度补偿；
（2）★测量范围：
-2000～+2000mv/-5～95℃；
（3）★灵敏度：
≤0.5mV；
（4）稳定性：
每24小时2mV，不累积；
（5）探头最大传输距离：
914米；
（6）★防护等级：
IP68；
（7）电缆线长：
8米；
（8）安装方式：
浸没式
2-3、电导率传感器
（1）测量原理：
感应电流；
（2）★传感器：
无极非接触式，带PT1000温度传感器；
（3）温度范围：
-10～200℃；
（4）★测量范围：
0～200uS/cm到0～2,000,000mS/cm；
（5）电缆线长：
6米；
（6）防护等级：
IP68；
（7）安装方式：
浸没式或管道式；
2-4、浊度传感器
（1）★原理：
近红外光90°和140°双散射光束检测，自动补偿样品颜色变化
（2）★量程：
0.001-4000NTU；
（3）★精度：
≤1%测试值；
（4）重复性：
≤1%；
（5）响应时间：
≤1秒,可调整
（6）★带机械刮刷式自清洗装置；
（2）高锰酸盐指数分析仪
（1）★测量原理：
氧化还原电位滴定法
（2）★量程0-20mg/L
（3）检测周期：
可设定在1到6小时
（4）稳定性：
零点漂移，±3%FS
量程漂移，0～20mg/L时，±3%FS，
20～200mg/L时，±4%FS
200mg/L以上时，±5%FS
（5）再现性：
±1%F.S.
（6）量程漂移：
±3%F.S.
（7）精确度：
≤3%F.S.
（8）最低检出限：
≤0.5mg/l
（9）分辨率：
≤0.1mg/l
（10）基线调整：
在设定的测量循环次数（通过键盘程序设定）过后，用蒸馏水执行自动基线控制循环
（11）校准：
用标准液自动校准（人工切换液路）
（12）废水排放要求：
开放式标准污水系统
（13）安装：
保证免受外界天气条件的影响，防潮、防尘，温度5-45℃
（14）用电连接：
通过柜体右侧的电缆密封套与电源终端元件连接
（15）输出信号：
4-20mA800Ω
（16）干接触最大阻抗1A/24V
（17）RS2329600baud
（18）RS422（RS485）带JBUS/MODBUS数据处理（可选）
（19）电源供应：
220V-50HZ（+10%-15%）
（20）消耗：
250W
（3）氨氮分析仪
（1）★测量方法：
气敏电极法；
（2）测量范围：
0.05-20.00mg/L，1-100mg/L，10-1000mg/L；
（3）再现性：
≤±5%FS
（4）准确度：
≤±5%FS
（5）分辨率：
≤0.1mg/L
（6）反应时间长度:
≤5分钟
（7）维护周期：
≥7天
（8）校准方式：
自动
（9）连续和间断测量方式
（10）自动采集水样功能
（11）外形：
采样与分析分开；
（12）★最低检测限：
0.05mg/L；
（13）响应时间：
5，10，15，20分钟可选；
（4）总磷/总氮分析仪
★测量原理
总氮：
紫外分光光度法
总磷：
钼酸铵分光光度法
（1）★检测范围：
总氮：
0-2mg/l至200mg/l
总磷：
0-0.5mg/l至100mg/l
（2）重现性：
±3%F.S.
（3）检测周期：
可设定在1到6小时
（4）显示方式：
数码CD四位数显示
（5）记录方式：
内置存储器（可存约一年的数据），带自动卷纸功能打印机
（6）工作温度：
2-40℃
（7）如果用自来水供应，则需用仪器可选配的内置型纯水器或外置型纯水器
（8）试剂补充时间：
一个月
（9）★测量精度：
±2%
（10）响应时间：
≤15分钟
（11）维护周期：
≥7天
（12）校准方式：
自动两点校正
（13）连续和间断测量方式
（5）总有机碳分析仪TOC
（1）★测量原理：
紫外氧化法
（2）★测量范围：
0-5到20，000mg/L
（3）★准确度：
±2%
（4）分辨率:
0.1mg/l
（5）检出限:
<0.015mg/L（25℃，使用0-5mg/L量程时）
（6）响应时间:
T90<8分钟
（7）工作温度:
5-40℃
（8）输出:
两个4-20Ma,RS232或RS485
（9）仪器基本参数贮存：
仪器基本参数均贮存于内部控制器中
（10）★校准功能：
自动零点校准，范围校正,单点校正以及自动清洗
（6）蓝绿藻分析仪
型号MS5+蓝绿藻传感器
Hydrolab5系列多参数水质分析仪是一款新型多参数、宽量程的水质监测仪器，可用于地表水、地下水、水源水、污水口、饮用水、海洋等不同水体的水质在线及便携监测。
监测参数包括溶解氧、pH、ORP（氧化还原电位）、电导率（盐度、总溶解固体、电阻）、温度、深度、浊度、叶绿素a、蓝绿藻、若丹明WT、铵/氨离子、硝酸根离子、氯离子、环境光、总溶解气体共十五种参数。
从1967年开始，Hydrolab每隔7、8年就推出新一代产品，目前已经是第五代。
5系列Hydrolab产品共有三种型号：
DS5、DS5X和MS5。
其中DS5和DS5X可以同时测量多达10种参数，而MS5小巧轻便，可以同时测量7种参数，DS5X更带有自清洗刷，可以适应泥沙或其他杂质较多的污水环境。
（1）MS5主机技术参数
外径：
4.4cm（MS5）
长度：
76.9cm（MS5）
重量（典型配置）：
1.3kg（MS5）
最大深度：
225米
操作温度：
-5-50°C
电源：
外电源、蓄电池、干电池（可选）
通讯接口：
标配RS232接口，SDI-12、RS485接口可选
通讯协议：
ModbusRTU、SDI12
内存：
120,000条测量值
（2）蓝绿藻传感器技术参数
量程：
低灵敏度：
100-2,000,000cells/L；
中灵敏度：
100-200,000cells/L；
高灵敏度：
100-20,000cells/L；
精度：
±3%；
分辨率：
20cells/L；
方法：
荧光法。
四、水质重金属在线监测方案
（一）水质重金属在线分析仪种类：
1.在线总砷分析仪
2.在线总铅分析仪
3.在线总铬分析仪
4.在线总镉分析仪
5.在线总铜分析仪
6.在线总锌分析仪
7.在线总氰分析仪
8.在线总镍分析仪
9.在线总银分析仪
10.在线总铁分析仪
11.在线总锰分析仪
12.在线铜离子分析仪
13.在线镍离子分析仪
14.在线氰化物分析仪
15.在线六价铬分析仪
（二）水质重金属在线分析仪性能介绍
（1）在线总砷分析仪
在线总砷分析仪是一种微电脑控制的全自动在线总砷分析仪，可适用于多种水质如河水、地表水和工业废水。
v稳定、可靠
为适应工业和环境在线的要求，确定了其在电子学水力学等方面的高稳定性，电气部分和水力管路部分完全隔离，简单稳定的LFA保证了仪表可长时间稳定运行。
v便于安装
分析仪成功通过了一系列的测试以便于安装和设定，安装时只需连接药剂、样品、废液管路和电源线，设定好参数就可以启动。
v自动校正
仪表根据用户选择的校正时间来终止分析执行校正，检查并存储新的校正OD，如果所得的OD大于用户选择的限值，将会有报警输出。
v样品稀释
样品经过自动稀释后仍可以分析，自动稀释在出厂前已调整完毕，可用于高范围测量。
v
测量间隔
用户可以设定，在两次测量之间分析仪保持在待机模式，避免了药剂浪费。
优点：
■全自动运行
■长时间自控，低维护量，低运行成本
■低药剂消耗，预备时间短
■维护简单，不需特殊的电工培训
■电气部分和水力部分完全隔离
■采用微电脑控制处理单元，全自动运行
■背光LCD显示，可显示读值和O.D曲线，可存储400组数据
■具有自我诊断功能，能识别是否缺少水样。
■标准4-20mA模拟输出，选件RS232及相应软件可与本地或远程PC相连接，以实现远程控制
■断电后,具有来电自启动功能.
总砷测量原理和流程图：
若有必要，样品过滤后，被泵入LFA反应器里。
首先注入还原剂把五价砷还原为三价砷；然后加入显色剂与干扰物质磷酸盐进行显色反应，并测量其反应物的吸光度（OD1），此时三价砷不参与显色反应；然后添加氧化剂把所有三价砷氧化为五价砷，再加入显色剂与五价砷及磷酸盐进行显色反应，并测量其反应物的吸光度（OD2）；OD2扣除OD1后，分析仪依据其存储的校正因数计算出样品中总砷的浓度。
测量原理
钼酸盐/抗坏血酸比色法
比色计
660nm或880nm
测量类型
循环测量
测量间隔
可编程
测量时间
约30分钟
测量范围
0-0.5/1ppm，其它量程亦可
检测限
2%
重现性
2%
信号输出
标准4—20mA模拟输出，最大负载400欧姆或0—5V，其它RS485或RS232可选
信号输入
1路分析，1路校正
报警
1路高限报警，1路校正
样品和废液的输送
无压；样品温度：
10-30℃
药剂更换
3~4周根据运行温度有所改变
环境温度
5—40℃
防护等级
IP55
硬件
PC104工业标准，集成键盘，RS232（选件）
电源
供电电源：
220VAC；分析仪：
12VDC；
重量
33kg（不包括药剂）
尺寸
800×450×300mm（h×w×d）
认证
CE、ISO9001认证
控制软件
可选：
原装SYSTEA软件或KLD远程中文界面控制软件
（2）在线总铅分析仪
在线总铅分析仪是一种微电脑控制的全自动在线总砷分析仪，可适用于多种水质如河水、地表水和工业废水。
v稳定、可靠
为适应工业和环境在线的要求，确定了其在电子学水力学等方面的高稳定性，电气部分和水力管路部分完全隔离，简单稳定的LFA保证了仪表可长时间稳定运行。
v便于安装
分析仪成功通过了一系列的测试以便于安装和设定，安装时只需连接药剂、样品、废液管路和电源线，设定好参数就可以启动。
v自动校正
仪表根据用户选择的校正时间来终止分析执行校正，检查并存储新的校正OD，如果所得的OD大于用户选择的限值，将会有报警输出。
v样品稀释
样品经过自动稀释后仍可以分析，自动稀释在出厂前已调整完毕，可用于高范围测量。
v
测量间隔
用户可以设定，在两次测量之间分析仪保持在待机模式，避免了药剂浪费。
优点：
■全自动运行
■长时间自控，低维护量，低运行成本
■低药剂消耗，预备时间短
■维护简单，不需特殊的电工培训
■电气部分和水力部分完全隔离
■采用微电脑控制处理单元，全自动运行
■背光LCD显示，可显示读值和O.D曲线，可存储400组数据
■具有自我诊断功能，能识别是否缺少水样。
■标准4-20mA模拟输出，选件RS232及相应软件可与本地或远程PC相连接，以实现远程控制
■断电后,具有来电自启动功能.
总铅测量原理和流程图：
样品过滤后，被泵入LFA反应器里。
在LFA反应器里，首先注入酸性药剂R1；然后把混合后的样品加热至100℃进行UV消解，其次再注入调节缓冲剂，通过阴离子树脂槽（C1）去除镉离子干扰，然后通过阳离子树脂槽（C2）截留并浓缩铅离子，再用硝酸溶液洗提并稀释，再加入显色剂孔雀石绿/碘化物溶液进行显色反应，生成蓝色物质，分析仪在690nm处测量这种物质，并依据存储在分析仪里的校正因数计算出样品中铅的浓度。
测量原理
高温酸化+UV消解，孔雀石绿/碘化物比色法
比色计
690nm
测量类型
循环测量
测量间隔
可编程
测量时间
45~60分钟
测量范围
0-1ppm，其它
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