水质在线综合生物毒性监测(在线生物毒性预警系统)建设方案

水质在线综合生物毒性监测（在线生物毒性预警系统）

建

设

方

案

2020年04月

目录

第一章总论........................................................3

一、前言........................................................3

二、项目建设必要性和重要性......................................3

三、项目建设依据................................................3

四、建设原则和建设目标..........................................4

（一）建设原则....................................................4

《二）建设目标....................................................4

五、编制依据....................................................5

第二章项目概述....................................................6

一、项目名称••••••••••••••••••••••••••6

二、项目建设单位................................................6

三、项目建设的主要内容..........................................7

第三章项目建设方案................................................8

一、在线综合生物毒性监测系统要求及功能..........................8

（一）在线综合生物毒性监测系统要求..............................8

（~）在线综合生物毒性监测系统功能..............................8

二、系统构成及性能要求..........................................9

（―）系统构成....................................................9

（二）系统说明...................................................10

第四章监测仪器介绍...............................................11

一、在线综合生物毒性监测仪.....................................11

1.总体要求......................................................11

2...................................................................................................技术规格要求1.1

第五章监测系统基站方案...........................................12

一、在线监测站站房.............................................12

第六章采配水系统.................................................13

一、采水单元...................................................14

（-）采水点位选取...............................................14

（二）采水单元功能...............................................14

（三）采水单元的技术方案.........................................15

二、配水单元...................................................17

（-）配水单元设计...............................................17

（二）配水单元设备的技术参数.....................................18

三、水样预处理单元.............................................20

（一）预处理单元的功能...........................................21

（二）水样预处理流程.............................................22

（三）预处理单元设备的技术方案...................................22

四、清洗单元...................................................24

（一）清洗单元说明...............................................24

（二）清洗单元实现过程...........................................25

第七章防雷、防电击.............................................27

一、直击雷防护方案.............................................27

二、电源系统感应雷防护方案.....................................27

三、信号系统感应雷防护方案.....................................28

四、站房内接地与等电位处理.....................................29

第八章站房现场控制单元...........................................31

一、现场控制单元的要求.........................................32

二、现场控制单元设备的技术参数.................................32

三、现场控制稳压电源单元.......................................34

四、水质管理控制系统软件.......................................36

2

第一章总论

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2020年2月环境保护部明确了在饮用水水源地常规监测的基础上，增

加余氯和综合生物毒性预警系统等疫情防控特征指标的监测，发现异常情况

时加密监测，并及时采取措施、查明原因、控制风险、消除影响。

为了保障市民饮用供水安全，建设监测数据准确、数据传输快捷、特安装由

深圳耐思特科学仪器公司研发生产的在线生物毒性预警系统，该在线监测仪器可

响应数千种生物/化学污染物的生物毒性，具有连续、快速、自动监测等特点，

对水质毒性污染事故进行预警预报，为全面保障供水安全与环境监管提供一种快

速有效的方法，为环境突发污染事件以及整个地表水体、饮用水等的监测，促进

水污染防治，提供提前预警作用。

欲了解更多详情请搜索深圳耐思特科学仪器进入网站。

二、项目建设必要性和重要性

为了保障XXX市供水有限公司供水安全,建设监测数据准确、数据传输快捷、

能实时客观反映其水环境质量动态变化的水质自动站，对水质污染事故进行预警

预报，促进水污染防治，保护和改善供水水质，建成确保XXX饮用水安全的民生

工程。

三、项目建设依据

如对在线生物毒性仪分析仪器有意向，请搜索深圳市耐思特科学仪器公司网

站了解更多详情，谢谢！

国家《生态环境监测网络建设方案》(国办发(2015)56号)提出加强重要水

体、水源地水质监测与预报预警、加强生物富集性污染物监测。

3

生态环境部《关于发布〈集中式地表水饮用水水源地突发环境事件应急预案编制

指南（试行）〉的公告》（2018年第1号）指出，取水口的应急防控，适当增加

监控指标，可采用生物毒性综合预警手段实施监控。

依据《中华人民共和国环境保护法》《中华人民共和国水污染防治法》《中华人

民共和国突发事件应对法》《饮用水水源保护区污染防治管理规定》《江西省饮

用水水源保护条例》江西省水污染防治工作方案的通知（赣府发[2015]62号）

水污染防治保阵措施第44条，推进饮用水水源水质全指标监测，推进水生生物

监测、地下水环境监测、化学物质监测试点初步构建区域环境风险防控技术支撑

能力。

《国务院关于落实科学发展观加强环境保护工作的决定》；

《地表水水质自动监测技术规范》（征求意见稿）；

《家生活饮用水卫生标准》（GB/5749-2006）；

《城市供水水质管理规定》（建设部令第156号）；

《关于建立全省城市饮用水水质安全信息网络有关事项的通知》；

《地表水自动监测规范》。

四、建设原则和建设目标

（一）建设原则

1、先进性原则

2、适应性原则

3、标准化原则

4、可靠性原则

（二）建设目标

通过本项目的实施，需在XXX取水头部建设一座现代化的水质自动监测站，

可实现沿途水质环境质量状况的实时监控，为区域社会经济总体发展规划，尤其

是产业结构调整和环境管理、决策提供有力的技术支撑。

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五、编制依据

《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)

《地表水和污水监测技术规范》(HJ/T91-2002)

《水质监测分析方法标准》

《水和废水监测方法》(2002年第四版)

《民用建筑电气设计规范》(JGJ/T16-92)

《建筑智能化系统工程设计标准》(DBJ13-32-2000)

《工业企业通信设计规范》(GBJ42-81)

《工业企业通信接地设计规范》(GBJ79-85)

《电气装置安装工程施工及验收规范》(GBJ232-92)

《建筑及建筑群综合布线系统工程设计规范》(ECS72-2000)

《建筑及建筑群综合布线系统工程施工及验收规范》(CEC89-2000)

《工业自动化仪表工程施工及验收规范》(GBJ-93-86)

《计算机软件开发规范》(GB8566-88)

《计算机软件产品开发文件编制指南》(GB8567-88)

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第二章项目概述

一、工贝目名称

在线综合生物毒性监测建设

二、项目建设单位

深圳市耐思特科学仪器有限公司

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三、项目建设的主要内容

主要包括自动站站房布置、监测仪器设备的购置和安装以及其他辅助设施的建设。

站房已有；仪器设备主要包括取水设备、预处理设备、辅助分析设备、分析仪器设备、

系统控制设备、远程监控设备；辅助设施主要包括备用供电设施、管护和安防设施、消防

设施等。

根据环境管理需要、仪器设备适用性、当地特征污染因子和监测结果可比性选择水质

自动监测项目。

a）根据监测目的、水质特点确定监测项目，实时监视的主要污染物为重点监测项目。

此次建设中水质监测项目为：在线综合生物毒性。

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第三章项目建设方案

一、在线综合生物毒性监测系统要求及功能

（一）在线综合生物毒性监测系统要求

1.系统具有实用性、先进性、专业性、开放性、安全性、集成性和经济性。

2.总体结构的先进性、合理性、兼容性和可扩展性。

3.监测参数分析方法符合国家、行业现行的有关技术标准和规范。

4.总体布局及取样方式合理，可反映水质变化情况。

5.废液排放安全处理，避免二次污染。

6.数据自动采集、处理、存储及传输。

7.站房设计、设备布置、管线布局合理性、美观性。

8.系统的防雷、避雷安全性。

9.操作应用软件具有良好的开放性、扩展性，便于维护及升级。

（二）在线综合生物毒性监测系统功能

•仪器故障自动报警功能和异常值自动报警功能；

•生物综合毒性水质在线监测仪能连续反映被测河流的水质变化情况，准确及时捕

捉污染事故排放并发出预警信号，测点布置合理，采样方式恰当，避开死水区及

湍流区取样。

•系统采用紧凑型集成方式，辅助设备工艺制作精细；

•对所采水样进行相应的预处理，将水样中的某些杂质过滤而又不改变水样的代表

性；

•在线发光细菌生物毒性监测系统具备空气自动反清洗、多级过滤的功能，并对全

长采样管路配备了自动清洗、灭藻系统；

•在线生物毒性分析仪器方法成熟、性能稳定、经济合理、维护工作量小；

•根据站点具体水量、水位以及地质情况采用合理的取水方案；

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•对仪器设备及系统抗电磁干扰、电力供应稳定的配套系统设计；

•系统工艺流程简捷，组成精简，使系统设备的投资合理；

•管线布置通畅合理，管材选择确保系统能长期有效运行；

•自动化程度高，能够做到自动采样、自动预处理反清洗、自动分析和自动清洗以

及数据记录和输出等环节的可靠有效；

•控制系统软件与采购人现有的远程监控软件完全兼容；

•控制系统实现控制功能，当工控机停电或者损坏不运转的时候，整个控制系统仍

然能正常运转；

•控制系统实现数据存储与通讯采集功能，当工控机停电或者损坏不运转的时候，

整个系统仍然能正常存储数据和通讯；

•系统主要采用VPN设备+CDMA上网的通讯方式，并支持电话拨号、GSM短信、GPRS、

ADSL、卫星等多种通讯方式；与国家站VPN虚拟专用网络同步。

•采用兼容国家水质在线监测软件做为中心站管理软件；

•软件支持MODBUS工业控制总线协议。

二、系统构成及性能要求

（一）系统构成

在线监测系统是一套以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感器技术、自动测量技

术、自动控制技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通信网络所组成的一个综

合性的在线自动监测系统。水质在线自动监测系统是一个把多项监测指标的分析仪表组合

在一起，从采样、分析到记录、整理数据（包括远程数据）、中心遥控组成的系统，结合

相应的监控及分析软件，实现实时在线自动监测，满足运行可靠稳定，维护量少的要求，

并可实现无人值守。系统主要包括水样采集及控制、水质分析仪监测分析、数据的采集、

信息传输、数据处理及监视性控制等几部分组成。整体布局如下图所示：

9

系统结构框图

（二）系统说明

中心控制模块完成整个系统的采水、配水、分析仪动作等功能的控制。

通讯模块完成与现场工控机、中心站的通讯。

数据模块完成对各分析仪分析数据及系统工作状态等参数的采集与传输。

现场工控机只对系统工作进行控制。

中心站PC实现远程系统控制。

采用GSM无线连接，传送实时监测结果和自动站仪器工作状。

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第四章监测仪器介绍

一、在线综合毒性监测仪

1.总体要求

*1.1仪器检测方法必须满足国家GB/T15441T995标准；采用费氏弧菌作为检测菌种，并

且符合IS08692国际标准）。

1.2有可靠的售后服务保证。

2.工作条件

2.1工作温度：室温

2.2相对湿度:20〜80虬

2.3工作电压：220伏，+/-10%,50HZ

2.技术规格要求

1.方法：*检测方法符合国家标准标准GB15441T995,以费氏弧菌作为检测生物并且符合

ISO8692国际标准）。

2.毒性监测方式：24小时连续监测，无人值守工作

3毒性测量时间：5分钟~60分钟用户可选

4.可疑水样处理：自动启动可疑样本的循环检测

5.双光路对照监测：同时监测参考水样和待测水样

6.加样器件：采用高精度注射器计量，生物兼容材料进样，最小加样量WO.5uL

7.加样精度：进样量为50uL时，加样精度＜2%

8.管路维护周期：管路维护周期21年

9.质控方式：自动、手动、远程进行质控检验，验证仪器是否正常，质控周期用户可设定

10.测量方式：自动、手动、远程进行测量

11.管路清洗：自动反清洗，可有效防止藻类滋生

12.电气隔离：输入、输出信号之间电气隔离，抗干扰能力强

11

13.警响应时间：突发污染事件响应时间最快15分钟

14..毒性结果显示:0-100%

15..维护方式：仪器配套的泵管无需更换，只需要更换试剂

16..数据存储：10年以上的数据存储空间

17..测量精度和重现性：满足标准参考毒物精度控制的要求，对标准参考毒物测定（从低

到高的浓度系列）的相对误差W5%

18..纯水光损失：V±2%

19.精度（纯水）：W±3%

20.通讯方式:RS232/RS485/4-20mA

第五章监测系统基站方案

一、在线监测站站房

（一）、系统设计

系统设计坚持“技术先进、使用方便、经济合理、超前考虑”的原则，系统具有先进性、

实用性、规范性、可靠性、开放性，同时为了保证整个系统稳定可靠，具备良好的整体升

级、扩展能力和方便维护，系统具有良好的升级、扩展能力，符合网络优化配置和业务拓

展的需要，系统设备选型在符合系统功能要求的前提下，综合的考虑了性能指标、规格统

一性及性能价格比。

（二）、可靠性

保证系统的可靠性。即不会出现因为某一个设备发生故障而造成整个系统无法使用的

现象。

系统的接入不会影响现有设备的正常工作。

（三）、实时性

保证系统能实时的反映设备运行情况，出现异常情况是能够及时报警。

（四）、先进性

系统所选择的软硬件都是业界的优秀产品，整体方案设计新颖、技术先进，并符合通

信技术发展的趋势。充分借鉴、利用最新技术和成功经验，集成为先进的整体系统。

（五）、安全性

断电后能自动保存所有数据，并能时时导出所需数据。

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（六）实用性

系统全面分析现有条件与未来需求，充分考虑当前功能要求与整体人员技术素质，力

求实现系统建设与使用的同步，使集成开发的系统充分满足统计局的需求，并且易于操作、

维护。

（七）、兼容性

系统可与各相关单位内网时时传输，满足需要，进行超前方案设计和优化。

规范性：符合国际、国家及部门和地方有关标准规范等，并充分考虑上级部门制定的有关

标准，适应实际情况，确保各系统组成部分间的协调一致、兼容配合。

（八）、经济性

具有极佳的性能价格比。

（九）可维护性

系统可操作性强、界面友好、易于使用和推广。

（十）、可管理性和易维护性

第六章采配水系统

本水环境在线监测监控系统监测基站是一个独立完整的水质自动监测系统，包括：采

样单元，预处理单元，监测仪器单元，控制单元，数据采集、处理与传输单元，监测站房、

防雷、接地。各监测基站通过水样输送管路单元、信号传输单元、压缩空气输送管路单元、

纯水输送管路单元实现相互联系。该基站集采样、预处理、仪器分析、数据采集及存储的

综合功能于一体，实现水质的在线监测（其系统结构见下图）。

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一、米水单元

水样采集单元是保证在线监测基站采样代表性、完整性的首要环节，包括水泵、管路、

供电及安装结构部分。详细的采水单元构成见图。

采水过滤头V|源水采水平台及防护

水泵源水采水泵

水

采

样

水

至

单

分取水管路<源水采水室内管路及阀门

元

析

仪

器配水管路室内配水管路及阀门

控制电路V-----采水控制、监测部件

（一）采水点位选取

监测点位：源水监测位点已有

（二）采水单元功能

1）采水单元包括采水构筑物、采水泵、采水管道、清洗配套装置、防堵塞装置和保

温配套装置。

2）采用双层防护措施。在采水头外围设计防护隔棚以有效的防止沙石、悬浮物堵塞,

在采水头上加装一层不锈钢护网罩，可以加弓国防藻功能，内外层防护网罩的设计

结构易于日常维护。

3）为确保在线监测基站的监测频次，采用双泵/双管路采水，一备一用；或轮流自

动/手动切换，满足实时不间断监测的要求；并且当一路出现故障时，能够自

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动切换到另一路进行工作，保证整个基站的正常运行。

4）采水管道材质有足够的强度，可以承受内压和外载荷，且使用年限长、性能可靠;

具有极好的化学稳定性，不与水样中被测物产生物理和化学反应，避免了污染所

采水样；采水管道安装保温套管进行绝热处理，减少环境温度等因素对水样造成

的影响；为防意外堵塞和方便泥沙沉积后的清洗，采水管路采用可拆洗式，并装

有活接头。

5）管道有除藻和反清洗设备，可以通入自来水进行自动反冲洗或通过清洗泵注射化

学试剂清洗液对全长采样管道进行自动反冲洗。并且通过自动阀门切换可以将清

洗水及高压振荡空气送至采样头侧壁，以消除采样头长时间运行形成的淤积，以

防藻类生长、聚集和泥沙的沉积。反冲洗方式和反冲洗时间可根据现场情况进行

调节和设置。

6）系统采用连续或间歇方式工作，并能够根据监测要求现场或远程设置监测频次。

保证停电后重新上电时，采水单元、控制系统、监控软件能自动恢复工作。

（三）采水单元的技术方案

1采水单元的组成

1）防护网

采用双层防护措施。在采水头外围设计防护隔栅以有效的防止沙石、悬浮物堵塞,

在采水头上还要加装一层不锈钢防护网罩，可以加强防藻功能，内外层防护网罩

的设计结构易于日常维护。

2）取水泵

采用互为备份的双自吸式水泵，水泵扬程满足采配水要求。

3）反冲阀

泵里都自带底阀，清洗泵时用的是自来水反灌的方式，因此必须给泵旁边做一个

直接跨过泵底阀的清洗管，管上接一个反冲阀〜平时阀关闭，清洗时阀打开。

4）取水管和配水管

采用互为备份的双管路硬质PVC水管，管材不影响水质的惰性材质制造，室外取

水管路具有保温措施，全部管路良好密封，不漏气。在室内配水管路的关键部位

设计一段透明管路，用于监测管路中的积藻状况。

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5）流速调节

配水管路安装流量传感器、显示器和手动调节阀，具有调节各段管路配水流速能

力。

2采水单元其它设备的技术方案

1）管路

①管径：除考虑与泵的连接尺寸，还考虑到在一定流量下的流速，适合的流速对管

路具有冲刷作用，防止泥砂等杂质在管壁上的沉积，另外，也考虑到系统水样的响应时间。

②材质：采水管路具有较强的机械性能，抗压，耐磨，防裂等，还具有较好的化学

稳定性，耐腐蚀。

③管路材质选用PVC、PPR管和3/4〃不锈钢管结构，耐酸碱、防腐、抗压。

管材特征

①清洁透明（能看见管中流体〉；

②有优异的耐热性，可使用温度是0飞5℃。

2）供电电缆

电缆的性能，使用条件，满足设备供电的要求。供电电缆为聚氯乙烯外套防护电缆,

内有抗拉钢丝网，线径2.5mm2,4芯，交流220V,单相，交流频率50Hz。

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二、配水单元

配水单元设计平面图见下图:

配

水

至

监

测

仪

器

图例

采样筒路------纯水管路

“(体管路曲F动向n

清水竹路

液位传修器

揖水管路

(-)配水单元设计

1)基本结构

基于在线监测站点采用了几台完全独立的在线分析仪器，该单元采用主体管路为串联

结构，分析仪器都从各自独立的采样装置或管道中取水；根据溶解氧仪器对水样的要求，

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溶解氧仪器采取不经过任何处理，直接进入仪器的进样方式。

2）旁路设计

为方便进行维护，全部仪器的取水管路设有旁路系统，通过手动球阀进行调节。当仪

器、过滤器故障或者需要维护时，可以打开旁路，关闭主路，既不影响其他仪器的正常工

作，又达到了维护维修的目的。

3）清洗单元设计

a）各种水质状况不同，有的水中含沙量大、有的水中藻类丰富。当系统处于等待

状态时，就会有泥沙或者藻类留在管路中，影响采样质量。针对上述情况，系

统为把这些影响降到最小，在每个测量周期中增加了清洗步骤，清洗分两步完

成，首先清洗站房内部管路，然后清洗采水管路，在等待时使所有管路中不保

存任何水样；

b）系统不仅对所有管路进行清洗，而且通过灭藻清洗装置增弓金效果；

c）在线过滤装置维护的周期为90天以上。

4）配水单元控制

配水单元的所有操作均可通过控制单元监视或控制，所有过程均以日志形式记录相应

过程，并可以在现场或者远程进行监控和日志调阅。

（二）配水单元设备的技术参数

1管材

1）选择原则

a）符合给、排水要求，管材不对水样水质造成影响；

b）采用胶粘连接，便于安装，并且配套管件、阀门种类齐全;

c）机械强度及化学稳定性好，寿命长，价格合理。

2）技术参数

技术参数要求

材质

工作压力1.6Mpa(20℃)

热变形温度60℃(负重18Kg)

热膨胀系数6x10：,cm/cm-^C

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操作温度范围-5~55℃

可燃性不助燃，会自熄

脆化温度-18℃

在室内配水管路的关键部位设计一段透明管路，用于监测管路中的积藻状况。进仪表

管：聚乙烯软管或聚四氟乙烯管或不锈钢管。

2电动球阀

动球阀泵的技术参数

技术参数要求

工作压力1.0Mpa

电源AC220V50Hz或24VDC

介质温度无冻结，5~60℃

电极双向运转、电机带过热保护装置、可全方位任

其它

意角度安装、可视位置指示、工作时间50%

3增压泵

增压泵技术参数

技术参数要求

泵体、后盖以及叶轮采用不锈钢导叶；泵轴采用SUS304

产品材料不锈钢材料；机械密封装置采用丁橡胶、陶瓷、石墨

等材料。优先考虑进口泵。

额定电压交流220V,单相

额定频率50Hz

扬程<9米

最大工作压力0.8Mpa

液体最高温度0~80℃

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三、水样预处理单元

由于地表水的特殊性，杂质、泥沙对水质的影响十分复杂，充分考虑现行技术要求的

基础上，水样预处理据分析仪表对样品水的要求采取了超声波匀化、沉淀、过滤、粉碎等

措施满足仪器需求，给分析仪表提供真实、可靠的水样，但同时又不能破环水样原来的性

质。

水样预处理单元具有在线除沙和在线过滤功能，其主要包括涡轮破碎、水样过滤、自

动清洗、除藻等部分，由输水管路、增压泵、过滤器、除藻装置、反吹冲洗装置、水压调

节装置、进样控制器、旁路测量装置等设备组成。该单元直接向自动监测仪器提供可靠有

效的样品水，其水质、水压和水量以满足自动监测仪器的需要为标准。

输水管路水样输送管路

搅拌装置水样匀化

预

过滤器对水样进行过滤

处

理

单

元除藻装置去除藻类、防止藻类生长

空压机提供反冲压缩空气

进样控制器控制仪表的进水量

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（-）预处理单元的功能

1）经处理后的水样能保持原水样的性质或符合有关技术规定，与按照国家标准采集

的水样具有良好的可比性，保证监测数据准确、可靠。

2）经处理后的水样能满足监测基站运行所需水量。降低过滤水样量，根据仪器分析

所需要的水样量，用多少，过滤多少，尽量减轻过滤装置的负荷，减小故障机率

和维护工作量。

3）根据实际水质情况选择配置旋流除砂器，粒径较大的砂粒通过旋流除砂装置进行

处理。粒径较小的泥沙则通过带自动清洗功能的过滤装置进行处理，并通过管

路布置、液流速度和系统反清洗功能的辅助最大限度地降低泥沙对系统造成的不

良影响。过滤粒径为5-lOOuni,处理后的水样含沙量小于0.2Kg/m3。

4）根据分析仪器和标准分析方法的要求，适当选用静置口寸间，以达到预处理效果。

溶解氧根据水质情况，不进行预处理，直汲取预处理单元之前的水样进行检测。

5）根据水样环境，设置具有粉碎大颗粒达到匀化水样，并具自动清洗或超声波自动

清洗及自动排空功能的前处理装置，实时对水样进行物理形态过滤处理，减少水

样在预处理装置中的滞留时间，缩短在线监测点位的整个测量周期，更为准确

的反应水体情况，更为迅速的实现水污染预警。

6）配水管路具有高强度、耐高温、极佳的耐腐蚀和耐化学性，阻燃、安装方便，使

用寿命长，尤其内壁的光滑程度要高。

7）具有自动除沙、清洗和杀藻功能，可以通过现场和远程进行自动或手动控制。系

统的清洗功能能够遍及全部系统管道和相关设备，包括外部采水管道及采水泵。

清洗水根据系统的实际需要确定对水质、水量和水压的要求。为防止藻类等影响,

在系统中设置无污染的臭氧除藻或化学药剂清洗功能，但注重环境保护，不造成

二次污染。

8）系统清洗频率与清洗系统的设计理念相匹配；宜采取较高频率、较低强度的清洗

模式，以抑制为主；如系统运行为间断模式，在每次采样分析后即进行系统清洗;

如连续运行，每l-2h进行5min左右的清洗。

9）具有故障自动报警与诊断功能。

10）预留：为保证系统监测项目的扩充需要，预留出预处理单元与分析设备水路连接

的接口。

21

11）为方便系统进行维护，在主管路上，每台仪器都要设有旁路系统，通过手动阀

来进行调节。保证单台仪器、过滤器损环或者需要维护口寸，不影响其他仪器的正

常工作。

（-）水样预处理流程

1）降低过滤水样量，根据仪器分析所需要的水样量，通过隔膜泵及液位传感器决定

过滤的量，尽量减轻过滤装置的负荷，减小故障机率和维护工作量。

2）前期采用沉砂池对水样进行沉降处理，沉淀粗大沙石颗粒和其他杂物。

3）在设计过程中根据仪器分别采取恰当的过滤方式，过滤精度符合仪器要求，选择

了精度为lOOum的Y型过滤器进行精处理，避免了由过滤精度偏差对水质检测的

影响和维护工作量的增加，从而实现了设计和应用的合理性、实用性。

4）根据分析仪器和标准分析方法的要求，沉砂池适当选用静置时间，根据调研结果,

沉砂静置时间大约30分钟为宜，可以达到预处理效果。

（三）预处理单元设备的技术方案

1.不锈钢沉砂池一级过滤

原水经采水单元后进入沉沙池，原水沉沙半小时左右后，

过滤送入样水杯供分析仪表使用，沉砂池的容量根据现场仪器用

水情况定制。

22

2.钛芯滤棒二级过滤

铁钛过滤：过滤精度20um,偏差0.lum,过滤均匀，解决了沉沙

池滤网不均匀引起的高粒径颗粒物进入管路的问题

过滤器与自动反吹、自动清洗、气/水路自动切换阀等装置组成过滤系统，在控制单

元定时反吹的指令下，对管路进行全面的清洗，并可借用成熟的超声波清洗技术，对反吹

难以清除干净的缝隙彻底清洗，以满足分析仪对水样的预处理要求。该单元体积小，有气、

样分离设计，能保证分析仪器进样的连续性，是一个高效免维护的过滤系统。

3.预处理装置技术说明

名称技术参数

沉砂池容量30L

铁钛过滤精度20um

沉砂池滤网过滤孔径5um/10um/20um/50um/100um等可选

主进样流路压力要求30Kpa~240Kpa

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检查频率1次/月

传送方式间歇式/连续式

仪器进样管与过滤头连接，当仪器抽取样品时，样品从过滤器中通过进入进样管，其

它时间样品只从过滤器外经过，不通过过滤器，从而有效的减少了过滤器的清洗频率。

整个设备串联在配水系统主管路上，使其冲刷效果和置换效果较好。

四、清洗单元

为防止泥沙沉积物、吸附物和藻类繁衍对监测水样的二次污染，配水系统设计有自动

/手动清洗和反吹功能，并且具有自动/手动的近程/远程控制功能，清洗包括站对房内部管

路（内清）和外部采水管路的清洗（外清）；

（-）清洗单元说明

1）自来水洗气水反冲洗方式：通过向清洗水中鼓入压缩空气，产生大量连续的气泡，从

而强化系统清洗效果（溶解氧测量仪器系统除外）；根据系统实际需要，可通过程序

设置自动①气水联合反冲洗+单水冲洗、②气水联合反冲洗、③单气冲洗+单水冲洗等

冲洗模式对配水系统进行内清和外清；

清洗水泵技术参数：

1、管道增压、汽车冲洗；

2、纯净水设备冲洗；

3、输送介质温度：+5℃-+60℃

4、最高环境温度：+50℃

5、最大承受压力：6bar

6、最大吸程：8米

2）高温水洗设计采用不污染环境的物理清洗方法，对校准使用后的校准液及清洗水进行

集中收集，防止对环境造成二次污染;

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3）高压气洗采用管道排空设计，通过空压机要对各单元水路进行空气清洗，使管道内不

存水，防止藻类在水管中孳生；

空气压缩机技术参数:

4）药洗除藻剂清洗：除上述防止藻类孳生的措施外,

系统还可以泵入除藻剂，对配水管路进行化学清洗，清洗液集中收集处理达标后排放

防止对环境造成二次污染；

四种清洗方式相结合，定期开启不同的清洗单元，实现对整个采水管路的自动清洗维

护。

（二）清洗单元实现过程

清洗的范围主要是对采水内部管路、外部管路、沉砂池及配水所经过的部分管路。

采水内外部管路清洗：

打开清洗水泵、空气压缩机及相应的电动球阀和气阀以及采水模块中的电动球阀，关

闭沉砂池、五参数的电动球阀，用加热后的清水及压缩空气对管路进行反冲洗。关闭清水

电动阀，用压缩空气最后将管路进行排空。

沉砂池及相应配水管路清洗：

打开清洗水泵、空气压缩机及相应的电动球阀和气阀以及沉砂池的电动球阀，同时打

开沉砂池的排放阀，将沉砂池中的沉沙拍到排水管中。关闭清水电动阀，用压缩空气最后

将管路进行排空。

清洗完毕后，系统停止工作，等待下次进样测试。

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清洗方案如下图:

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第七章防雷、防电击

由于在线生物毒性监测系统是一个涉及到高科技精密仪器以及远程数据传输等工作

方面，因此必须考虑采取防雷措施以避免造成系统仪器或线路损坏，为此设计了防雷措施

如下：

＞系统直击雷防护

＞电源系统感应雷防护

＞信号系统感应雷防护

一、直击雷防护方案

依据GB50057-94（2000版）《建筑物防雷设计规范》，该站房防雷级别为三类。

1、在基站站房旁边架设一支独立避雷针，避雷针针尖高度10米；避雷针使用直径16

不锈钢钢管避雷针，长度1m,避雷针支撑杆使用不锈钢支撑杆，长度9m。

2、利用不锈钢支撑杆本身做防雷引下线，与人工辅助地网相连。

3、沿站房周围敷设环形闭合辅助地网，人工辅助地网与站房基础距禽大于1米，采

用每隔5米处埋设L50*50*5*2500镀锌角钢作为垂直接地体，采用4x40热镀锌扁钢作水

平接地体将地极相连接。将人工辅助地网与站房四角基础做可靠的焊接

4、圆钢之间的焊接双面焊接不少于6D,单面焊接不少于12D（D为圆钢直径）；扁钢之

间焊接不少于2W（W为扁钢宽度）。焊缝必须饱满无遗漏。凡是露空部分的铁件均要镀锌处

理或做防锈处理。

二、电源系统感应雷防护方案

1、在基站站房380VAe总电源箱处安装三相电源组合式电涌保护器，作为站房三相总

配电电源的感应雷防护。产品主要参数：最大放电电流Imax：120KA,电压保护等级Up

小于2.5KV,响应时间Ta小于25ns,并联安装。数量1套。

2、第二级防雷采用三相防雷器，每相对地和零线对地安装。接地接至综合地网的汇

集排上。防雷击最大放电电流40KA,防雷综合测试波形为电压：1.2/50us,电流;8/20us,

响应时间25us,并联安装，数量2套。

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3,第三级防雷采用三相防雷器，每相对地和零线对地安装.接地接至综合地网的汇集

排上.防雷击最大放电电流10KA,防雷综合测试波形为电压：1.2/50us,电流;8/20us,

响应时间25us,串联安装，数量1套。

三、信号系统感应雷防护方案

1、在基站站房1个网络进线接口处各串接一套RJ45网络电涌保护器，作为网络通信

线路的感应雷防护。产品主要参数要求：RJ45接口，标称放电In：5KA,数量1套。

2、在基站站房1个电话线进线接口处各串接一套BD110电话线电涌保护器作为电话

通信线路的感应雷防护。产品主要参数要求：RJ45接口，标称放电电流In：5KA,数量

1套。

防雷器技术参数：

•测试标准EDINVDE0675-6:1989-11

和-6/A2:1996-10

•标称电压230V

•额定电压(最大持续工作电压)385V

•标称放电电流(8/20)20kA

•最大放电浪涌电流(8/80)40kA

•持续电流的最大允许值200A

•雷电脉冲电流(10/350)10KA

•电压保护等级在5KA(8/20)<1KV

•雷电脉冲冲击电压1.2/50VI.5KV

•响应时间V25ns

•最大保险丝强度125AgL/gG短

•路电流强度50KA/50HZ

•工作温度-400C...+800C

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四、站房内接地与等电位处理

1、在站房设一个接地汇流排，将各设备外壳、机架、避雷器接地连接至汇流排；接

地引入线选择3.5mnr'多股铜芯电缆，与基础地网可靠连接后引入机房接地汇流排。接地系

统是保证设备正常工作，保护人身安全，防止系统干扰的一项重要措施。

2、避雷器是一种雷击放电流的泄放通道，也是一种等电位连接体。所有避雷器的保

护原理是在雷击瞬间保证设备、大地、建筑物及其附属设备之间构成等电位体，从而避免

过电压的损害，其中起最关键作用的就是接地系统。

3、为了保证通信台站稳定可靠地工作，防止寄生电容耦合干扰，保护设备及人身的

安全，解决环境电磁干扰及静电危害，系统有良好的接地系统。各种功能的接地既相互联

系，又相互排斥，瞬时干扰及接触部分产生电磁波会给信号线带来辐射噪声，防止误码和

存储器信息丢失，信号电路、电源电路、高电平电路、低电平电路采用并联式直接接地，

避免接在同一点上。

4、按照IEC：整体防雷技术的接地要求，保证被保护区设备在雷击瞬间处在等电位状

态。接地网选择在雷达机房周围地势较低的区域，避免直击雷落点，接地标准量测电阻达

到4。以下。

5、在雷击瞬间由于避雷器件的快速导通和大电流的泄放，使设备内部线路器件、机

壳、铁塔和建筑墙体金属构件以及金属屏蔽物等都与地网同时连通。这样在雷电发生的瞬

间，机房内部和外部各个物体处在与地网相等的电位上，避免了因物件之间的电势差而使

设备损环。

6、避雷器在极短的时间内（n秒级）响应，电流快速泄放，地网能否快速发散电流，

是整个系统建立等电位的关键。因此要根据地理环境和土壤电阻率的不同而设计地网的结

构，使电流合理快速的发散。防雷保护接地设计为环形，以利于增加系统接地体与大地的

接触面积。

7、在地网施工中，接地体采用铜材或热镀锌钢材，连接线使用铜缆，其线缆规格要

符合规范要求。不同材质之间的连接可适当采用新工艺焊接，以保证接地网的时效。

8、按照标准，接地系统施工如下图示。

29

2.5-4.Om

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第八章站房现场控制单元

监测基站控制单元主要由装有基站管理控制系统的现场工控机和嵌入式MCU控制器组

成，工控机负责通过程序对基站的状况进行判断以发出相应的指令给嵌入式MCU控制器或

仪器，而嵌入式MCU控制器则将工控机的指令直接下达给控制部件，进行相应的动作，从

而实现取水、前处理、测试、清洗等功能。基站控制单元具有控制，数据处理、采集、传

输等功能。

系统控制单元包括软件和硬件两大部分。其中，硬件主要包括嵌入式MCU控制器、工

控机等。软件主要包括数据采集、现场监控操作，以及数据分析、数据存储、数据传输等

功能，系统控制单元基本构成见下图。

现场工控机信号及数据的采集、处

理，完成监测系统的控

制、数据采集、存储、处

理工作

系

统

控

制系统集成的控制

单

元

系统的通信传输等

工控机内安装专用现场控制软件，完成在线生物毒性监测系统的控制、数据采集、存

储、处理工作以及仪器运行情况日志的记录和上传。工控机是现场的管理与数据处理系统,

并负责将数据进行备份和与上层中心管理软件的通讯，即将数据和现场状况发送给上层管

理软（监管终端）并接受上层中心管理软件的各种指令。所有的控制部件集成在一个控制柜

内，并可通过面板上的按键或软件界面的按钮实现手动操作功能。采用标准的。RS232/485

标准接口及以太网网络接口

系统的主要控制是由嵌入式MCU控制器来执行的，可实现对电磁阀、水泵、空压机、

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分析仪表及管压的控制和信息采集工作。嵌入式MCU控制器一方面可以自己闭环运行，另

一方面其控制流程受嵌入式控制计算机的控制。

一、现场控制单元的要求

嵌入式MCU控制器的基本要求

1）设置和采集监测基站仪器设备的工作状态参数，对采样、反吹、清洗、校准、仪器设

备的工作状态、站房工作环境和安全控制等工作按前述的要求进行检测、控制、日志

记录及报警。

2）对采样泵的运行情况具有动态监视功能，采样泵及采水管路可按命令自动切换，设置

采样时间。

3）对采水管路、清洗水/气管路和预处理设备的控制电磁阀按命令进行自动切换控制和动

态监视，能设置或修改采水管路、预处理设备和分析单元的自动清洗模式和清洗时间。

4）停水、断电、水到极限或采水单元、配水单元、预处理单元、设备出现故障时，能进

行安全保护，恢复正常后基站能自动恢复运行。

5）对监测基站电源的断电情况具有监视和记录断电时间的功能。

6）可远程设置系统的采样周期（2-24次/天）。

7）各单元设备控制参数实现远程控制功能。

8）控制单元时钟与分析单元的时钟能匹配。

9）具有断电、断水或设备故障时的安全保护性操作。

10）系统具有自动启动和自动恢复功能。

二、现场控制单元设备的技术参数

从国内水质在线监测基站的情况来看，各在线监测基站控制组成模式和结构配置都基

本一样，最基本的要求是对站内分析仪器的输出和环境条件等参数进行数据的采集、处理

和存储，并且能够响应远程监控中心的数据下载（实时和历史数据），还能够对采配水控

制系统必要的参数进行修改和控制，控制系统必须安全可靠

基站控制单元

1）基站控制单元要求能实现水在线监测基站运行的全自动化，包括对分析仪器输出数据

的采集、处理和传输以及对仪器仪表、取水装置、预处理装置、辅助系统的监控，同

时能远程接受中心监控平台的控制；它应具有良好的人机界面和数据处理能力，具有

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容错功能，防止误操作，工作必须要稳定可靠，抗干扰能力强，可监测项目可扩展到

不少于18个。

2）采用模块化设计，将数据采集，系统控制，远程监控等功能整合到基站管理单元中，

具备操作方便、通用性强、可扩展性弓氨维护方便的特点。

3）数据采集准确、可靠、完整。数据采集系统采用RS485/RS232或MODBUS数据总线定时

和实时采集各分析仪器输出的数据以避免传输误差，同时备有4-20mA电流输入作备

用，一旦数据总线采集方式出现故障，可切换到4-20mA电流方式采集数据。对个别必

须经4-20mA电流输入A/D转换采集的数据，其分辨率必须比分析仪表的分辨率高一个

数量级，精密度小于0」机并可跟随监测仪器自动转换量程。

4）对定时采集得到的数据能根据状态参数或故障报警信号以及国家对数据有效性的有关

规定自动进行有效性判断后存入数据库，对无效数据根据不同类型设置不同的标记。

能存储五年以上的原始数据以及相应时期发生的有关校准，及其它状态事件记录。

5）能正确显示实时数据、日报表、污染因子曲线图和各种参数、仪器日志信息、系统运

行记录、集成系统工作记录、报譬信息等。

6）对监测基站系统具有自诊断功能以确定系统的运行状态是否正常，并根据运行情况自

动调节以使系统达到最佳运行状态。当出现故障时能按预设程序进行处理并报警。

7）经过授权的用户可以更改设置系统的各种参数（如基站参数、监测通道参数、通信参

数、校准参数等）、数据采集的时间、频率以及仪器设备的运行工作模式、嵌入式MCU

控制器的参数地址等。

8）系统在停电后来电时能按设定的程序控制系统自动恢复运行。

9）数据采集系统备有UPS后备电源以保证系统能安全地关机，电网恢复供电后能自动切

换回电网供电。系统应防雷、防电磁干扰措施。

10）系统具有定期自动重启，自动恢复运行的功能，必要口寸可通过监控中心系统控制关机并

自动重新启动恢复正常运行。

11）能将原始监测数据、校准结果、系统运行日志备份出来，能够将系统测试结果按照报表

格式导出到excel中方便进行报表的制作。

12）可接受中心监控单元的紧急监测、远程停止和恢复系统运行、自动清洗、远程标定、

获取系统和仪器当前状态等指令，并将相应的信息反馈到中心监控单元.

13）可在单独控制集成系统，完成清洗内外管路，空气反吹等功能，以减少人工维护次数。

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14）可单独对分析仪器进行控制，完成启动，校时，校准，复位等功能。方便对某一分析

仪器的维护工作。

三、现场控制稳压电源单元

配电系统以保证仪表和系统的电源稳定、可靠，并在自动控制的基础上能远程控制仪

表和系统的启停等。为了保证整个系统的供电电源稳定可靠，以避免在该地区市电电压变

化过高或过低给仪表和控制系统造成损环、使系统无法运行的严重后果，需要专门在配电

系统的前端配备了一套大容量的交流稳压器。

1.UPS稳压电源单元的要求

在线监测基站大部分位于江河、湖泊附近，地理环境比较恶劣，电力供应不稳，自动

监测设备应配备后备电