铅、镉、砷水质在线分析仪的开发与应用
乐文志、曾清年、韦方洋
（中兴仪器(深圳)有限公司，广东，深圳，518101）
摘要：随着政府和公众对环境保护的日益关注，环境监测对在线分析仪性能的要求越来越高。本文总结了水质在线分析仪存在的问题，分析了市场需求，主要介绍了中兴仪器新一代铅、镉、砷水质在线分析仪的性能特点，并对在线分析仪未来的发展趋势进行了展望。
关键词：重金属；铅镉砷；在线监测；分析仪
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
随着我国经济的高速发展，伴随而来的是我国进入了环境高风险时期，各种环境污染事故频繁发生。特别是近十年来，环境污染事件的发展规模、损害后果、污染类型等都日趋扩大。如，2004年四川沱江特大污染事故，2005年吉林松花江苯类污染物污染事故，2006年湘江镉污染事故，2009年山东沂南砷污染事件，2013年广西龙江镉污染事故，以及近几年来频发不止的血铅超标事情。据*统计，近几年来，类似的环境污染事故每年都会发生上千起，给公众的健康和生存家园带来了严重危害，同时造成了巨大的经济损失，威胁着社会财产安全和生态环境质量[1]。多数工业污水、居民污水等未经过处理直接排到地表水中，从而导致地表水污染的问题日益严重[2]。地表水的污染带来的严重后果之一是使江河湖泊中的水生物受到严重污染，特别是重金属的污染会在水生生物中富集，从而影响人们的健康和安全。因此痕量金属的监测有着特别重要的生物学意义，上开展了发展合适监测方法的广泛研究[3]。
目前，我国在线监测仪表主要存在如下问题： 1、试剂消耗量大：产生废液多，造成二次污染。2、故障率高，维护成本高：仪表出现故障需要很长的时间来查找原因和进行维修。经常出现故障不仅增加维护工作量，且导致监测频次低、采样误差大，不能及时、连续反映排污状况。3、机器模块化、扩展性差。4、抗*力差，无法适应成分复杂水样的监测。5、水样前处理功能薄弱，核心部件比色池容易被污染，难以适应于水质复杂的废水，因而对被测水质的清洁度要求较高，制约了水质在线分析仪的适应性和应用范围。
2.水环境在线分析仪需求分析
为了克服我国水质在线监测仪表的系列问题，达到水环境在线监测对提高在线率、有效率、传输率等三率的要求，保证测量结果的稳定度、准确度、可信度，适应当前环境监测的需求，在线监测仪表需要具备以下基本功能需求：
目前市场上的大部分在线监测设备存在单次测量试剂消耗量大、废液产生量大的问题，给企业的废液处理造成了很大压力。
在性能稳定可靠性，快速维护性方面，市场上仪表还有很大差距，往往需要维护人员经常维护，需要改善维护运营成本较高、维修时间过长的局面。
目前仪表在应用场景方面受到限制，不能适应不同应用场景，限制了仪表的应用性，同时仪表适应情形不多，另外每台仪表只测一个因子增加了用户的建设成本，需要仪表具备多参数扩展功能，同一台仪表能变更监测因子功能，达到节约建设成本，有利于建设资源节约型社会。
由于我国基本国情，实际水样中的色度、浊度和干扰离子都比较严重，而市场仪表抗色度、浊度和离子*力差，无法保证测量的准确性，因此需要仪表具备优良的抗色度、浊度和干扰离子影响的能力。
某些行业的水样具有浊度大的特点，水样中的颗粒物容易吸附、堵塞在线监测设备的采样管路，影响数据监测的准确度，增加了在线监测设备的维护量。增加水样前处理装置，可以避免以上问题。
3.中兴仪器新一代铅、镉、砷在线分析仪解决方案
中兴仪器针对当前水质在线分析仪存在的以上需求进行了全面的分析，自主开发了新一代水质在线分析仪，其核心模块有主控模块、显示模块、采水和预处理模块、进样/计量模块、高温消解及反应模块、紫外消解模块和废液收集模块。
中兴仪器新一代铅、镉、砷水质在线分析仪具有稳定可靠、部件模块化便于维护、体积小、试剂消耗量少、测量周期短和优异的水样前处理功能等诸多优点，在水环境监测方面有着显著优势。以下具体介绍中兴仪器新一代水质在线分析仪对监测需求的解决方案。
本仪表通过微量计量技术，每个测量周期的所有试剂用量只有0.5~2ml（根据监测因子有所不同），大大低于同类仪表用量，进而大幅降低了废液产生量，降低了企业的废液处理成本。目前，*对废液处理的要求越来越严格，极少的废液产生量对企业的运维成本降低和环境保护具有重要意义。
- 性能优越，可靠稳定。组件化设计，维护方便快捷，运营成本低。
在系统整体结构设计上，为实现监测仪整体的小型化和组件化，硬件单板、结构件在考虑功能、性能、散热、维护性条件下尽量小型化。计量模块保证可靠性，计量精度达0.5%。测量电压精度可靠性万分之一。采用前向维护设计，提高维护简便性，试剂模块、显示单元、硬件电路单元、结构单元采用接口设计方便更换维护。当仪表发生故障后，直接更换组件，维护快捷，节省时间和人力成本。
- 适应不同应用场景，多模块测量，为特定行业提供对应的解决方案。
高度集成，可根据实际需要实现单机柜多因子测量，即在一个机柜内集成多个模块测量多参数。兼容性强，在硬件体系上兼容比色法各种监测因子，灵活多变，一台仪表可以根据实际需要变更监测因子，降低采购成本。可广泛用于地表水(江河湖水)、饮用水（自来水及地下水）、工业废水、生活污水的污染物监测。对有特定干扰的物质，提供特定解决方案。对较浑浊的水样，提供复杂水样的前处理方案，广泛适应各行业排放污废水的监测。单机实物图见图1。
图1中兴仪器新一代水质在线分析仪
对于色度、浊度和离子干扰较高的水样，可以通过前处理措施、背景扣除、散射法扣除、高温消解、大比例稀释等技术进行消除。
扣除离子干扰，以总镉在线分析仪为例，对Cd2+浓度为2.5μg/25mL的标准溶液，相对误差≤±5%时，共存离子的允许量如下表2所示：
表2 中兴仪器新一代镉水质在线分析仪共存离子允许量
共存离子 | 允许量/μg | 共存离子 | 允许量/μg |
Cu | 50 | As | 20 |
Pb | 25 | Zn | 100 |
Ni | 50 | Cr | 20 |
- *的气洗水样预处理模块，保证了预处理装置的长期免维护。
该模块负责系统采水以及对采水水样进行预处理，在采样后，启动真空泵反吹滤网，将滤网上吸附的杂物吹掉、排走，保证滤网不出现堵塞现象。水样预处理模块见图2：
图2 中兴仪器新一代水质在线分析仪-水样预处理模块
本仪表可以适应较为恶劣的测试环境，快速维护，运营成本低，性能稳定可靠，非常适合用于地表水、污染源排放和城市污水处理过程监测。
4. 铅、镉、砷水质在线分析仪环保认证简介
中兴仪器（深圳）有限公司推出的铅、镉、砷水质在线分析仪，具有稳定智能准确、集成度高、维护量少和使用成本低等优点，运行状况良好，提升了对相关污染源企业的环境监管能力，获得了用户高度评价。
1.中兴仪器铅、镉、砷在线分析仪是全国*一家一次性环保认证。
中兴仪器铅、镉、砷重金属在线分析仪在*环境监测仪器质量监督检验中心是全国*一家一次性通过环保认证检测，而且测试指标优异。
2.中兴仪器认证通过率100%，适应性认证检测指标远优于国标。
中兴仪器的总铅、总镉、总砷、总磷在线分析仪的认证检测指标，其中稳定性指标均优于标准5倍。
5.部分应用案例
湖南衡阳XX污水处理厂
安徽阜阳市驼马蓄电池有限公司
江苏华晟重金属防控有限公司
贵阳XX污水处理厂
辽宁辽无一电子有限公司
……………………
6.结语
保护环境是我国的基本国策，政府对水污染治理的投入逐渐加大，相关保护政策陆续出台，公众的环境保护意识日益提高。我国目前的环境监控基础相对较弱，水环境在线监测仪器尚不能*日益高涨的环保监测需求。近几年，水质在线分析仪需要逐渐开始更新换代、性能提升，同时新的监测因子也不断增加，水质在线分析仪尚具有广阔的发展空间、前景良好。
为了适应水环境监测的需求，水质在线分析仪技术呈现出明显的发展趋势：1.在线化、模块化、集成度高、适用范围广。2.小型化[4]，可以兼容便携式、车载式。3. 从单波长向多波长、全光谱发展。4.一表多用，实现多参数的测量。5.作为物联网的一个节点，为智慧型城市提供数据支持。6.性价比高的国产仪表替代进口仪表。
中兴仪器新一代水质在线分析仪紧跟水环境监测技术的发展趋势，本着“为解决实际问题而生”的设计理念，贴合用户的实际需求，为客户提供高性价比、低故障率、低运营成本的产品，为客户创造价值。
参考文献
[1]张媛,赵文喜,张建军,周笛. 突发性环境污染事故的统计分析及预防策略[J]. 环境污染与防治,2013,10:108-112.
[2]裴洪全,张庆征. 地表水环境监测进展及问题分析[J]. 产业与科技论坛,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]余轶松,邓力. 论环境监测中在线监测技术及发展趋势[J]. 资源节约与环保,2013,08:88-89.
