义乌市排水有限公司 浙江义乌 322000
摘要：当前，世界环保领域的重要课题是采用高科技数据技术手段进行水质污染的监测，如水质污染多参数实时监测以及评价系统就是做为水资源管理和控制的重要措施之一。采用信息化技术实施实时、动态的水质监测，开发出适用于各种水质的多参数实时监测系统，将单片机和CPLD很好地加以配合，运用微型计算机实际控制模块，可完成可靠性高，集成度高的污染水质监测工作。经过实践证明，通过软件功能的设计，以及软件和硬件的配合使用，将灰色关联分析算法，CPLD逻辑、硬件处理等技术应用到水质监测评估过程中，可具备快速、低耗、轻巧的优势，具有较强的实用价值。
关键词：污水监测；水质监测；多参数监测
人类生产生活离不开水资源，在经济社会快速发展的大环境下，工业废水和城乡生活污水的传统排放方式，容易造成地表水和地下水水质恶化，由此，人们对于水污染控制的重视程度不断提升，对污染物排放等问题也予以重视。从解决经济与环境资源之间相互协调发展问题角度出发，加强水资源管理，保护水环境，对水质进行实时监测，是实现管理和保护水资源的有效手段。
1、水质监测指标的获取
进行水质监测是对水体质量进行综合的判断和分析，针对不同特性的水域或水环境，系统进行不同的水质监测指标的获取，如针对某一类物质共同特性、水中有机物的共同特性以及有机物含量综合指标等，均要采取有效的指标项目评价衡量，才能确保对水质评价的精准性。目前。世界上各个国家有不同的水质质量标准，我国也有专门的水质质量标准，对水质监测的指标项目有明确分类，如饮用水水质标准，工业废水排放标准等等，依据感官性指标可以分为色、味、肉眼可见物，依据化学指标则可分为铁、锰、铜、锌，依据毒理学指标可以分为氢化物、苯、汞等，依据细菌学指标可以分为大肠菌群、痢疾菌群等等[1]。
在大多数情况下进行水环境的调查和监测，需要在理化指标上予以获取。对水环境污染物质的调查，可分为基础、常规、应急调查等多种类型，而针对雨水、污水等水体，还会有专门的监测标准进行调整。
2、污水水质多参数实时监测系统的设计
污水水质多参数实时监测系统包括软件部分和硬件部分。
2.1系统软件部分，能够实现实时数据分析，针对实际情况开展水质多参数实时监测和综合评价。实时监测功能主要是掌握水质参数变化情况，如pH值、电导率、混合度等，通过采集到的实时水质数据，按照国家的相关标准对水质情况进行分析和评价，并设置的报警阈值，如果水质参数超标则进行主动报警，及时通知管理人员进行有效措施的采取。
软件设置有动态修改报警阈值的功能，并依据特殊情况，修改报警条件。软件也会对数据进行实时的保存，以实现对历史数据的查询。根据水质的状况，获得一段时间内的平均数据，通过自身的标准接口与智能系统和上位机进行数据交换，并进行参数的设置[2]。
当某一水质监测数据发生异常时，系统将运用图形化辅助手段，动态追踪，自动分析该监测点的上下游相关的监测数据，重点监控，突出显示，有助于调度人员排查与估判可能的污染源位置。
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图1 在线水质监测数据展示图
2.2水污染多参数监测系统的硬件部分设计，目标是采用合理的模块，实现系统预定功能。选用合适、灵敏的传感器，实现水质多参数实时监测，通过数据采集模块和数据传输模块等，实现硬件与软件间的数据通讯，完成水质多参数的动态监控和综合评价。水质检测装置，主要由传感器、浮体、供电系统、数据采集模块、数据传输模块等组成，单片机与CPLD结合，实现系统的逻辑和控制功能。它实际上是一个微型计算机系统，其包含了定时器、串行口、CPU以及时钟电路等[3]。以CPLD为控制核心的系统设计，采用现代化的编程工艺，合成了内部互联结构，运用VHDL输入形成基本的红单元和逻辑块，完成以数字电路方式为实现的各种逻辑控制功能，单片机和CPLD形成很强的互补性。采用单片机与CPU结合的方式，能够将系统的逻辑性和控制功能更加合理化。
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图2 在线水质监测数据图形化应用图
3、水质多参数监测评价方法
根据水的使用功能，例如工业废水、生活污水等，按照相对应的评价方法和质量标准，进行水质评价。目前采用模糊数学法和内梅罗指数法等，用于对污染等级和污染类型的划分和确定。
水质常规参数检测，通过监测仪器进行连续的采集测量，按照电参量监测的要求进行微量检测，远距离遥测，无损检测。例如在进行pH检测中采用电力测量法，对于玻璃电极输出电压等进行检测，并加以线性关系的论证。采用玻璃复合电极原理实现远距离信号传输能够抗干扰，对氢离子敏感的钾、锂等，在检测过程中，适当的调节传感器的灵敏带宽度，能有效地克服上述元素分析中由于人为操作失误引起的误差，进行溶解氧检测，隔膜将电极和电解质进行分离，有阴极和阳极构成的电极，浸没于电解质，产生电流，测出电流中的溶解氧的含量，并进行温度补偿，发现电解质恶化，开展自诊断功能运行[4]。
3.1目前进行水质多参数监测使用的方法较多，如紫外吸收光谱法的运用，应对水质监测范围大、悬浮物多的问题，采用多源光谱监测，准确度高、速度快。在进行多参数监测中，使用模糊设计显示数学隶属关系，形成指标权重，内梅罗指数法能够清以清晰的物理运算对各污染因子进行等同对待，突出污染因子和权重因素，显示对水体水质各级水质标准的关联度，运用灰色系统理论关联分析的方法，来分析和评价水质综合等级。在系统分析中，为了研究系统的功能，采用灰色理论进行了适当的数学模型进行描述，用于水质评价时，构成现实问题的实体元素被加以重视，可以进行水质的评估识别、分类预测，建造模型。
3.2进行水质多参数实时监测时，系统软件与CPLD逻辑实现是采用信号模块等配合完成上述工作。数据处理软件进入CPLD可编程逻辑电路，单片机完成数据的计算，信号软件模块完成通道选择、模数转换、数据采集、数据计算等功能，评价样本，采用无量纲化处理球差序列得到处理结果，确定水体样本所属的质量。
液晶显示软件上，可以显示出水质数据的实时曲线和综合评价结论，采样数据实时显示DO溶解氧、电导率等综合评价，并给出合理结论。
控制逻辑设计由CTLD实现，采用模拟量采样，模拟开关电路控制等方式，系统仿真包括逻辑仿真和水质灰色关联算法仿真，根据水体环境质量进行灰色关联分级评价，设置不同水体的分级标准，对水体采样参数序列进行实测，评价水体样本的无量纲化处理，运用公式求差序列，按照国家水环境质量标准进行水质量分级[5]。
3.3对水体污染物实测值和评价标准只进行无量纲化处理。比如对城市排水、地下水进行监测，确定评价因子为高锰酸盐指数、溶解氧、氢化物指数等，依据国家相关水环境质量标准进行分级，得出不同时间段、不同区域水体污染因子实测值，经过系统实验验证，采用系统软硬件结合的方式，将电路板连接到实验环境中，对已编制并仿真正确的控制逻辑源码进行编辑管脚定义，营造精准的实验条件，对水质多参数实时监测和综合评价系统进行仿真和验证。
4、结束语
通过实践证明，污水水质多参数实时监测系统，用于开展水环境污染监测综合评价，可实现实时监测，精准报警，基本满足了功能要求。
今后需要完善软件部分设计，在确定水质污染源后，还可根据水力模型进行水污染影响情况的推演模拟，按时间轴播放水体污染进程。根据模拟情况，辅助调度人员及时调整水系系统，尽可能地减少污染面积及污染程度。
参考文献：
[1]肖渝，黄丽雯，赵明富，等.基于多源光谱的水质多参数监测研究进展[J].环境保护前沿，2019，9（06）：878-884.
[2]赵贤德，董大明，高振，等.便携式多参数光学水质检测仪设计[J].仪表技术与传感器，2020，（1）：53-57，121.
[3]刘洁，陈昊辉，张丰帆，等.基于改进遗传算法的河流水质模型多参数识别[J].东北农业大学学报，2020，51（1）：73-82.
[4]廖文胜，王立民.多参数水质监测仪在地浸采铀中的应用[J].铀矿冶，2020，39（1）：33-38.
[5]魏光华，赵学亮，李康，等.多参数水质传感器设计[J].河南科技大学学报（自然科学版），2019，40（4）：41-45，51.