鉛、鎘、砷水質在線分析儀的開發與應用
樂文志、曾清年、韋方洋
（中興儀器(深圳)有限公司，廣東，深圳，518101）
摘要：隨著政府和公眾對環境保護的日益關注，環境監測對在線分析儀性能的要求越來越高。本文總結了水質在線分析儀存在的問題，分析了市場需求，主要介紹了中興儀器新一代鉛、鎘、砷水質在線分析儀的性能特點，并對在線分析儀未來的發展趨勢進行了展望。
關鍵詞：重金屬；鉛鎘砷；在線監測；分析儀
Development and Application of New Generation Water Quality On-line Analyzer
Le Wenzhi, Zeng Qingnian, Wei Fangyang, Yuan Chunliu
（ZTE Instruments Co.,Ltd.,shenzhen, 518101,China）
Abstract：Along with the government and the public pay close attention to environmental protection, the requirement of environmental monitoring for the performance of the on-line analyzer is getting higher. In this paper the problems of the on-line analyzer are summarized, then the market demands are analyzed. The paper stresses on the main functions and characteristics of new generation Pb、Cd、As water quality on-line analyzer manufactured by ZTE Instruments, and looks forward to the prospect of the future trends of the on-line analyzer.
Key words：heavy metal; Pb、Cd、As; on-line monitoring; analyzer
1.引言
隨著我國經濟的高速發展，伴隨而來的是我國進入了環境高風險時期，各種環境污染事故頻繁發生。特別是近十年來，環境污染事件的發展規模、損害后果、污染類型等都日趨擴大。如，2004年四川沱江特大污染事故，2005年吉林松花江苯類污染物污染事故，2006年湘江鎘污染事故，2009年山東沂南砷污染事件，2013年廣西龍江鎘污染事故，以及近幾年來頻發不止的血鉛超標事情。據*統計，近幾年來，類似的環境污染事故每年都會發生上千起，給公眾的健康和生存家園帶來了嚴重危害，同時造成了巨大的經濟損失，威脅著社會財產安全和生態環境質量[1]。多數工業污水、居民污水等未經過處理直接排到地表水中，從而導致地表水污染的問題日益嚴重[2]。地表水的污染帶來的嚴重后果之一是使江河湖泊中的水生物受到嚴重污染，特別是重金屬的污染會在水生生物中富集，從而影響人們的健康和安全。因此痕量金屬的監測有著特別重要的生物學意義，上開展了發展合適監測方法的廣泛研究[3]。
目前，我國在線監測儀表主要存在如下問題： 1、試劑消耗量大：產生廢液多，造成二次污染。2、故障率高，維護成本高：儀表出現故障需要很長的時間來查找原因和進行維修。經常出現故障不僅增加維護工作量，且導致監測頻次低、采樣誤差大，不能及時、連續反映排污狀況。3、機器模塊化、擴展性差。4、抗*力差，無法適應成分復雜水樣的監測。5、水樣前處理功能薄弱，核心部件比色池容易被污染，難以適應于水質復雜的廢水，因而對被測水質的清潔度要求較高，制約了水質在線分析儀的適應性和應用范圍。
2.水環境在線分析儀需求分析
為了克服我國水質在線監測儀表的系列問題，達到水環境在線監測對提高在線率、有效率、傳輸率等三率的要求，保證測量結果的穩定度、準確度、可信度，適應當前環境監測的需求，在線監測儀表需要具備以下基本功能需求：
目前市場上的大部分在線監測設備存在單次測量試劑消耗量大、廢液產生量大的問題，給企業的廢液處理造成了很大壓力。
在性能穩定可靠性，快速維護性方面，市場上儀表還有很大差距，往往需要維護人員經常維護，需要改善維護運營成本較高、維修時間過長的局面。
目前儀表在應用場景方面受到限制，不能適應不同應用場景，限制了儀表的應用性，同時儀表適應情形不多，另外每臺儀表只測一個因子增加了用戶的建設成本，需要儀表具備多參數擴展功能，同一臺儀表能變更監測因子功能，達到節約建設成本，有利于建設資源節約型社會。
由于我國基本國情，實際水樣中的色度、濁度和干擾離子都比較嚴重，而市場儀表抗色度、濁度和離子*力差，無法保證測量的準確性，因此需要儀表具備優良的抗色度、濁度和干擾離子影響的能力。
某些行業的水樣具有濁度大的特點，水樣中的顆粒物容易吸附、堵塞在線監測設備的采樣管路，影響數據監測的準確度，增加了在線監測設備的維護量。增加水樣前處理裝置，可以避免以上問題。
3.中興儀器新一代鉛、鎘、砷在線分析儀解決方案
中興儀器針對當前水質在線分析儀存在的以上需求進行了全面的分析，自主開發了新一代水質在線分析儀，其核心模塊有主控模塊、顯示模塊、采水和預處理模塊、進樣/計量模塊、高溫消解及反應模塊、紫外消解模塊和廢液收集模塊。
中興儀器新一代鉛、鎘、砷水質在線分析儀具有穩定可靠、部件模塊化便于維護、體積小、試劑消耗量少、測量周期短和優異的水樣前處理功能等諸多優點，在水環境監測方面有著顯著優勢。以下具體介紹中興儀器新一代水質在線分析儀對監測需求的解決方案。
本儀表通過微量計量技術，每個測量周期的所有試劑用量只有0.5~2ml（根據監測因子有所不同），大大低于同類儀表用量，進而大幅降低了廢液產生量，降低了企業的廢液處理成本。目前，*對廢液處理的要求越來越嚴格，極少的廢液產生量對企業的運維成本降低和環境保護具有重要意義。
- 性能*，可靠穩定。組件化設計，維護方便快捷，運營成本低。
在系統整體結構設計上，為實現監測儀整體的小型化和組件化，硬件單板、結構件在考慮功能、性能、散熱、維護性條件下盡量小型化。計量模塊保證可靠性，計量精度達0.5%。測量電壓精度可靠性萬分之一。采用前向維護設計，提高維護簡便性，試劑模塊、顯示單元、硬件電路單元、結構單元采用接口設計方便更換維護。當儀表發生故障后，直接更換組件，維護快捷，節省時間和人力成本。
- 適應不同應用場景，多模塊測量，為特定行業提供對應的解決方案。
高度集成，可根據實際需要實現單機柜多因子測量，即在一個機柜內集成多個模塊測量多參數。兼容性強，在硬件體系上兼容比色法各種監測因子，靈活多變，一臺儀表可以根據實際需要變更監測因子，降低采購成本。可廣泛用于地表水(江河湖水)、飲用水（自來水及地下水）、工業廢水、生活污水的污染物監測。對有特定干擾的物質，提供特定解決方案。對較渾濁的水樣，提供復雜水樣的前處理方案，廣泛適應各行業排放污廢水的監測。單機實物圖見圖1。
圖1中興儀器新一代水質在線分析儀
對于色度、濁度和離子干擾較高的水樣，可以通過前處理措施、背景扣除、散射法扣除、高溫消解、大比例稀釋等技術進行消除。
扣除離子干擾，以總鎘在線分析儀為例，對Cd2+濃度為2.5μg/25mL的標準溶液，相對誤差≤±5%時，共存離子的允許量如下表2所示：
表2 中興儀器新一代鎘水質在線分析儀共存離子允許量
共存離子 | 允許量/μg | 共存離子 | 允許量/μg |
Cu | 50 | As | 20 |
Pb | 25 | Zn | 100 |
Ni | 50 | Cr | 20 |
- *的氣洗水樣預處理模塊，保證了預處理裝置的長期免維護。
該模塊負責系統采水以及對采水水樣進行預處理，在采樣后，啟動真空泵反吹濾網，將濾網上吸附的雜物吹掉、排走，保證濾網不出現堵塞現象。水樣預處理模塊見圖2：
圖2 中興儀器新一代水質在線分析儀-水樣預處理模塊
本儀表可以適應較為惡劣的測試環境，快速維護，運營成本低，性能穩定可靠，非常適合用于地表水、污染源排放和城市污水處理過程監測。
4. 鉛、鎘、砷水質在線分析儀環保認證簡介
中興儀器（深圳）有限公司推出的鉛、鎘、砷水質在線分析儀，具有穩定智能準確、集成度高、維護量少和使用成本低等優點，運行狀況良好，提升了對相關污染源企業的環境監管能力，獲得了用戶高度評價。
1.中興儀器鉛、鎘、砷在線分析儀是全國*一家一次性環保認證。
中興儀器鉛、鎘、砷重金屬在線分析儀在*環境監測儀器質量監督檢驗中心是全國*一家一次性通過環保認證檢測，而且測試指標優異。
2.中興儀器認證通過率100%，適應性認證檢測指標遠優于國標。
中興儀器的總鉛、總鎘、總砷、總磷在線分析儀的認證檢測指標，其中穩定性指標均優于標準5倍。
5.部分應用案例
湖南衡陽XX污水處理廠
安徽阜陽市駝馬蓄電池有限公司
江蘇華晟重金屬防控有限公司
貴陽XX污水處理廠
遼寧遼無一電子有限公司
……………………
6.結語
保護環境是我國的基本國策，政府對水污染治理的投入逐漸加大，相關保護政策陸續出臺，公眾的環境保護意識日益提高。我國目前的環境監控基礎相對較弱，水環境在線監測儀器尚不能*日益高漲的環保監測需求。近幾年，水質在線分析儀需要逐漸開始更新換代、性能提升，同時新的監測因子也不斷增加，水質在線分析儀尚具有廣闊的發展空間、前景良好。
為了適應水環境監測的需求，水質在線分析儀技術呈現出明顯的發展趨勢：1.在線化、模塊化、集成度高、適用范圍廣。2.小型化[4]，可以兼容便攜式、車載式。3. 從單波長向多波長、全光譜發展。4.一表多用，實現多參數的測量。5.作為物聯網的一個節點，為智慧型城市提供數據支持。6.性價比高的國產儀表替代進口儀表。
中興儀器新一代水質在線分析儀緊跟水環境監測技術的發展趨勢，本著“為解決實際問題而生”的設計理念，貼合用戶的實際需求，為客戶提供高性價比、低故障率、低運營成本的產品，為客戶創造價值。
參考文獻
[1]張媛,趙文喜,張建軍,周笛. 突發性環境污染事故的統計分析及預防策略[J]. 環境污染與防治,2013,10:108-112.
[2]裴洪全,張慶征. 地表水環境監測進展及問題分析[J]. 產業與科技論壇,2014,05:125-126.
[3] DeGenova, J.; Donovan, R.P.; Morrison, D. Automatic monitoring systems for trace metals in natural and waste water : Nafion coated solid metal electrodes for sensitivity enhancement and stability improvement[J]. NTNU. 2010,162:1503-8181.
[4]余軼松,鄧力. 論環境監測中在線監測技術及發展趨勢[J]. 資源節約與環保,2013,08:88-89.
