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上次我们讲了水质指标，现在说说获取水质指标数据的工具：水质分析仪器。

目前，水质分析仪器主要有三种形式，即：实验室分析仪器、便携式分析仪器和在线水质分析仪器；

在线水质分析仪出现的时间最近，但发展迅速，尤其是近几年更是备受关注，曝光率远超其他两者。 成了炙手可热的网红——传说中的“后发优势”？

我们来看看：近期，在电视、报纸、网络、微博、微信等传统媒体和非传统媒体上，“自动监测”、“在线监测”等词几乎被用在涉及环保、环保等领域。水上安全。 会出现。 前段时间，环保部召开全国地表水环境质量监测会议，也明确提出“要加快水质自动化站建设，逐步建立以自动化为主的监测模式”。监控和补充人工监控？” （据说，这次会议的成果之一是，2018年，政府将在全国投资建设1200个地表水水质自动监测站，是不是很意外？）

将于2018年1月1日正式施行的《中华人民共和国环境保护税法》第十条明确规定：

“应税大气污染物、水污染物、固体废物的排放量和噪声分贝数，按照下列方法和顺序计算：

（一）纳税人安装、使用符合国家规定和监测规范的污染物自动监测设备的，按照污染物自动监测数据计算；

（二）纳税人未安装、使用污染物自动监测设备的，按照监测机构按照国家有关规定和监测规范出具的监测数据计算；”

说明：目前我国水污染物自动监测设备分为流量监测设备和浓度监测设备两种（浓度与流量的乘积即为污染物总量），浓度监测设备通常称为在线水质分析设备。

更重要的是：根据这部法律，征收环境税的污染物排放数据首先是从自动监测设备的数据中获取，其次是“监测机构出具的数据”——目前监测所使用的分析仪器大多机构是实验室或少量便携式分析仪器（针对必须现场检测的个别指标）。

可以说，这部环境税法以法律条文的形式正式确立了在线分析仪器的地位。

那么，如此“高端大气上档次”的在线水质分析仪哪里有呢？ 为什么如此受欢迎？

权威定义是：根据国际标准化组织（ISO）代号为ISO15839《水质-在线传感器/分析设备规范和性能检验》标准中的定义：在线传感器/分析设备（在线- line sensor/analyzing equipment），是一种能连续（或以给定频率）输出与溶液中被测一种或多种分析物的值成正比的信号的自动测量设备。

听起来很深奥（权威总是这样？），有没有更通俗的说法呢？

有问题请百度。

没想到度娘这次让我失望了。 找了半天也找不到更有说服力的解释。

“求不得，你就折腾。” 想来想去，我在十年前的2007年“第二届在线分析仪器应用与发展国际论坛”上的非权威说法似乎还是比较容易理解的：

》在线水质分析仪是一种专用的全自动在线分析仪器。该仪器通过实时、现场操作实现从水样采集到（水质指标）数据输出的快速分析；在线水质分析仪一般具有自动诊断、自动校准、自动清洗、故障报警等功能，在保证分析结果准确性的同时，实现无人值守的自动化操作。”

结合权威和非权威说法可以发现，在线水质分析仪器最重要的三个特点：自动、连续、实时；

手段是为目的服务的。 作为获取水质指标数据的工具，对比一下上次提到的获取水质指标的四个目的：了解杂质浓度； 预测水质变化； 控制和优化水处理过程； 评估水质安全； 六类水质指标：物理指标、成分指标、评价性综合指标、水质转化潜力指标、过程指标、替代指标； 让我们来看看作为新技术应运而生的在线水质分析仪。 第一个应用突破点选择在哪里？

毋庸置疑，在“控制和优化水处理过程”方面，在线水质分析仪器具有“实时、连续”的特点，发挥着不可替代的作用。 首先，在线实现pH、浊度、溶解氧、ORP等重要工艺指标； 当遇到一些过程指标的分析方法复杂或测量周期长等挑战，不能满足过程工业的自动控制要求时，就轮到替代指标了。 登场。

（现在很难考证第一台在线水质分析仪是在哪一年、什么场合出现的，个人猜测，第一台很可能是在线PH计，用于酸碱调节的过程控制）

从全球范围来看，在线水质分析仪器应用最广泛的细分领域仍然是水处理过程控制。

在线水质分析仪器“自动、连续、实时”的特点，除了用于控制和优化水处理过程外，在了解特定污染物的浓度和评价水质安全方面也具有很大的优势，相比配备实验室和便携式分析仪器。 大优势。

自动化在减少分析师人​​力方面的好处是不言而喻的。 更重要的是水质分析仪器价格，由于仪器分析过程不需要人工干预，人为失误也减少了。 （近年来，中国政府和环境管理部门一直在努力消除各种人为因素对污染物排放数据的干扰（参见《环境监测数据造假判断及处理办法》等法律文件，以及各种规定关于环境数据造假和刑事定罪之类的新闻）。中国是目前世界上使用在线水质分析仪器自动监测污水排放最普遍的市场，在线水质分析仪器将成为污染物（主要是氨氮、重金属、总磷/总氮成分指标及COD等综合评价指标）排污征税工具之一

估计很大原因是在线水质分析仪作为一种自动化仪器，在分析过程中不需要人工干预）

同时，“连续、实时”的特点也使得在线水质分析仪不仅可以持续提供水质指标​​的即时数据，还经常作为报警装置使用。 一旦水质指标超过给定的安全值，仪器就会输出报警信号（在水质安全评估中，实时报警的作用非常重要）。

优势还不止于此，我们再多说几句对操作人员的健康和安全带来的好处：

例如，一些水样含有较多的有毒和挥发性化学物质，在人工分析时可能会危害分析人员的健康； 在某些工作场所，分析人员无法在生产设备运行时进入现场采集水样。 最极端的例子是：在核电站的一次回路中，由于辐射很强，即使操作人员穿着厚重的防护装备，也只能短暂停留； 但一些重要的水质指标数据（如溶解氧、溶解氢、电导率等）必须及时获取。

这时候在线水质分析仪器作为自动化设备的优势就更能体现出来了。

然而，尽管拥有如此多的优势，但无论从技术进步还是市场发展的角度来看，在线水质分析仪器的发展与其他任何新技术一样，并非一帆风顺。

早期，由于水资源费、水价和废水排放成本相对较低，在线分析仪器的投资和运行成本较高； 而当时在线水质分析仪器的稳定性和可靠性还很低。 可能不能完全满足实际工作的要求； 能实现在线分析的水质指标不多。

这两个因素导致当时水行业的运营管理者和水处理工程师对在线水质分析仪器的使用持谨慎态度，严重制约了在线水质分析仪器的发展和应用。 （1973年，在英国伦敦召开的第一届水处理行业ICA（Instrumentation（仪器），Control（控制），Automation（自动化））专家会议上，与会专家达成的第一个共识是仪器的数量不足是自动控制的主要障碍，相信按照当时仪器的发展，只有浊度、溶解氧和电导率三个指标的测量比较可靠）。

“每个人都擅长某事”。 随着人们对水质安全的重视、环保法规日趋严格、水资源费不断上涨，特别是随着在线水质分析技术和计算机信息技术的发展，在线水质分析仪器逐渐显示出性价比优势（例如：相比最初的模拟电路，在水质分析仪器中采用数字电路技术，大大提高了仪器的可靠性，大大降低了仪器设计和批量生产的成本），在水环境监测、水处理工艺过程控制方面、饮用水水质安全预警等诸多领域得到越来越广泛的应用，在废水污染物排放浓度监测和超标报警等领域也得到迅速应用。

前面我们谈到了市场和应用，让我们回到在线水质分析仪，看看这项技术本身的发展和挑战：

根据上述ISO标准的定义，在线水质分析仪器有两种形式：在线分析传感器和更复杂的自动分析设备或装置。

先说在线水质分析传感器：

国家标准GB/T7665《传感器通用术语》将传感器定义为：“能感知指定被测对象，并按一定规律（数学函数规律）转换成可用信号的装置或装置，通常由一个敏感元素和一个转换元素。组成”。 在线水质分析传感器通常结构比较简单，通过直接接触待测水样获取水质指标数据。

在线分析传感器，可以初步测量的水质指标，主要是一些简单的物理指标和成分指标，如电导率、Ph、ORP、溶解氧等； 其次是基于光学原理的传感器，例如浊度和悬浮固体浓度； 后来，出现了UV254等替代指标的传感器； 近年来，随着仪器计算能力的提高和新材料的应用，离子选择电极法（测量污水中的氨氮、硝态氮等重要工艺指标）、紫外荧光法（测量水中的油等）全光谱扫描原理（传感器可间接测量COD、BOD、TOC等有机物指标、浊度、硝态氮、亚硝态氮等水质指标）得到广泛应用。

在线水质分析传感器在实际使用中主要面临两大挑战：

传感器直接与水样接触，缺少实验室人工分析时样品前处理和去除样品中干扰物质的过程。 杂质），对传感器材料和结构的要求也大不相同。 这些因素在仪器的设计和制造中必须充分考虑，以保证测量数据准确和仪器长期正常工作。 所有这些都会增加仪器的成本。

其次，由于传感器长期接触各种水质条件的水，仪器需要一定的维护保养，尤其是应用于各种工业废水等水质较差的样品时，保养量和仪器的维护成本会比较高。

个人观点：随着新的分析原理、方法的出现和应用，以及各种新材料的采用（几年前荧光化学在溶解氧分析仪上的应用就是一个很好的例子），传感器检测复杂水的能力质量适应性将得到提高； 同时，物联网技术的应用可以对传感器自身的寿命和运行状态进行远程实时监控和管理，提高维护效率，降低维护成本。

此外，根据被测水样的不同水质情况进行差异化设计制造也是一种有效的方式； 例如：饮用水、海水、工业废水，即使测量相同的水质指标，不同的材料、结构和制造工艺生产出的传感器也能满足不同水质条件的要求。

更重要的是，与所有电子产品一样，随着物联网时代的大规模应用，传感器的成本必然会超乎想象地下降。 这时候水质分析仪器价格，免维护的一次性在线水质传感器将不再只是一个梦想。

下面，我们再来看看比较复杂的水质自动分析设备或装置：

很多水质指标数据的采集需要一套完整的设备来自动实现原有实验室人工分析过程，如：过滤、加热、加显色剂、混合、计量等； 另外，为了保证长期连续运行的精度，还需要定期对仪器进行校准（当然也可以自动进行），以及定期的人工维护。 目前，在中国，在线COD分析仪可能是此类仪器中最著名的一种。

该类在线水质分析仪结构复杂，多用于成分指标（TOC、SiO2、总磷、总氮、重金属等）和综合评价指标（COD、碱度、硬度、生物毒性、 ETC。）。 此类仪器的发展也非常迅速。 近来，市场上出现了基于三维荧光原理的仪器，可以间接测量水中含油量、BOD、CDOM等一系列水质指标； 基于流式细胞仪原理的在线水质分析仪也开始使用。 持续监测饮用水细菌总数和水源、海水中藻类的分类计数； X射线荧光、激光诱导击穿光谱（LIBS）、水中重金属在线监测等新原理仪器也在不断涌现。

总的来说，这类仪器的成本和价格都比在线分析传感器高（我还记得我做销售的时候客户说给客户推荐在线COD分析仪的话：买你们这么小的仪器，还有我有一个“帕萨特”“不会再有”）。

如今，先进的在线水质分析仪早已是“硬件+材料+软件+算法”的强强联合。

与传感器一样，此类仪器的成本也将随着大规模应用而降低； 和维护问题也可以通过设计优化、新材料和耐用部件得到改善。 特别是工业物联网技术先进技术的进步，可以实现对这种精密设备的远程管理和诊断，通过针对性的预维护等手段，降低维护量和维护成本。

再次，让我们谈谈挑战：

在如今的中国市场，大量的在线水质分析仪器用于企业废水污染物排放的自动监测，明年将成为环境税的计税工具。 这类在线水质分析仪在实际应用中面临的主要挑战是数据的可靠性和准确性。 出现问题的主要原因是：

在线水质分析仪采用的测量原理和测量方法不可能与实验室标准分析方法完全一致，存在方法误差； 表现的现象是：仪器能准确测定标准溶液（常为单一化合物的水溶液）的浓度； 但对于实际水样，衡量是否准确的标准是与实验室人工方法的测量值进行比较。 除了方法错误外，还可能存在人为错误的影响。

以COD（化学需氧量）为例，COD本来是一个条件参数，其定义是：在一定条件下，水中各种有机物与外界强氧化剂（如K2Cr2O7、KMnO4等）发生反应。根据HJ828 -2017《水质化学需氧量测定重铬酸钾法》（该标准代替国家标准GB11914-1989），标准测定条件为：“水样加入试剂后，保持微沸， 2小时”等； 采用在线COD分析仪，测量条件很难完全符合标准要求的条件。 这样，可能会影响COD状态参数在线分析仪的准确性。

其次，样品前处理的方法与工艺和实验室标准方法不一致：受仪器连续运行、安装环境等一系列条件的限制，在线分析仪使用的样品前处理系统很可能是按照相应的标准分析相应的水质参数。 方法要求的预处理条件不一致，也可能影响最终的检测结果。

针对这些问题，环境管理部门的技术人员开展了大量的“在线水质分析仪器适用性”研究和对比测试工作，并根据不同的水质指标，制定了非常严格和有针对性的对比测试过程和规范，希望找到一个好的解决方案。

需要注意的是，并不是所有的在线分析仪器都需要面对如此严格的测量精度要求。 不同的用途对仪器的性能有不同的要求。

根据不同的应用目的，在线水质分析仪器可分为监测型和过程型两种。 监测型分析仪器用于简单的水质监测。 满足法律法规要求，以及环境水质（地表水、地下水）和饮用水水质的报警预警监测，不参与水处理过程控制； 此类仪器对测量数据的准确度（精密度、误差）要求较高，数据可作为相关部门进行执法管理的依据；

过程分析仪器主要用于水处理过程监控，主要测量过程指标和替代指标，被测水质指标参与过程控制，优化水处理工艺，提高水处理效率，实现节能降耗。水处理过程；过程型仪表对仪表的可靠性和稳定性要求较高（具体仪表指标为漂移、线性、重复性），要求仪表能够可靠地反映水质变化趋势从而为水处理过程控制提供依据。

除了法律法规实施带来的挑战，更大的挑战来自于大众的需求：“人民日益增长的美好生活需要”

大众的想法是：既然有了在线水质分析仪器等先进、“高大上”的自动化设备，尤其是生物毒性分析仪等具有评价综合指标的分析仪器，了解我们身边的水质，答疑解惑比如饮用水是否安全（可以直接饮用）？ 工厂排放的废水对环境无害吗？ 门外的小河和游泳池适合小朋友玩吗？ 等等，应该是几分钟的事情，然后就再简单不过了吧？

“理想是丰满的，现实是骨感的”

可以实时回答这些问题的场景可能会在不远的将来出现，但在今天的现实中，其中许多还不可能实现。

以上问题都关系到人们认识水质指标的最终目的——“评价水质安全”。 它非常复杂，复杂问题的讨论总是花费太多时间。 这一次，我们将留下悬念。 如果有缘的话，下次再讨论这个问题。 聊天。

（供稿：重庆鑫盛环保科技有限公司总经理李成）