1 引言
水質污染自動監測系統（WPMS）是一套以在線自動分析儀器為核心，運用現代傳感技術、自動測量技術、自動控制技術、計算機應用技術以及相關的分析軟件和通信網絡組成的一個綜合性的在線自動監測體系。WPMS可盡早發現水質的異常變化，為防止下游水質污染迅速做出預警預報，及時追蹤污染源，從而為管理決策服務。
水質自動監測在國外起步較早，我國在水質自動監測、移動快速分析等預警預報體系建設方面尚處于探索階段。1998年以來，我國已先后在七大水系的10個重點流域建成了100個國家地表水水質自動監測站，各地方根據環境管理需要，也陸續建立了400多個地方級地表水水質自動監測站，實現了水質自動監測周報。目前國內所用的自動化監測系統多為國外進口設備，水質自動化監測裝置在制造上已不能滿足快速發展的水質監測的需要，因此，國產化自動監測儀有廣闊的開發前景和潛在的銷售市場。
WPMS可以實現監測自動化、實現水污染的預警預報，對于防止污染事件的進一步發展可起到至關重要的作用；WPMS還可以實現水質信息的在線查詢和共享，可快速為領導決策提供科學依據。
2 水質在線監測系統的組成
水質在線監測系統由采樣單元、分析測試單元（監測儀器）、數據采集與傳輸單元、監控中心四部分組成。目前，應用比較多的是水質COD、NH3-N、TOC、 TN、TP、五參數、UV等在線監測系統。
2.1 采樣單元
目前大多數采用自吸泵或潛水泵方式采樣，建議采用 10～20目的金屬篩網阻隔，避免漂浮物堵塞采樣口。自吸泵揚程應保證大于實際采樣高度的2倍。采用潛水泵采樣的系統，應保證潛水泵在液位變化情況下能正常工作。
2.2 在線監測儀器
（1）COD在線監測儀器
根據氧化方式不同，可將COD在線監測系統分為兩大類，即采用重鉻酸鉀氧化和非重鉻酸鉀氧化方式。重鉻酸鉀氧化方式可分為重鉻酸鉀消解—光度測量法，重鉻酸鉀消解—庫侖滴定法、重鉻酸鉀消解—氧化還原滴定法。非重鉻酸鉀氧化方式可分為臭氧（混合氧化劑）氧化—電化學測量法羥基氧化—電化學測量法。
（2）NH3-N在線監測儀器
NH3-N在線監測儀可分為滴定法、比色法、銨離子選擇電極法、氨氣敏電極法、電導法等方法。
（3）TOC在線監測儀器
按原理不同，可將TOC在線監測儀器分為燃燒氧化—紅外吸收法、紫外催化氧化—紅外吸收法和電導法。
2.3 數據采集與傳輸單元
數據采集傳輸儀通常采用單片機、可編程控制器或工控機方式，不論哪種方式，通訊協議應全國統一，以方便儀器連接通訊。數據傳輸方式可采用線、 GPRS、GSM、局域網、無線電臺等多種方式。
2.4 監控中心
監控中心的主要作用就是接收、匯總、統計各污染源的監測數據。
3 水質在線監測系統的發展歷程
目前在我國生產銷售水質在線監測系統的廠商約有 50家，通過認證的廠家有30多家。我國水質在線監測系統經過十幾年的發展，從技術引進吸收到擁有自主產權的產品，從半自動化發展到信息化，從作坊形式發展為監測儀器的支柱產業之一，涌現出一批技術精良、服務周到、規模較大的，縱觀水質在線監測系統的發展歷程，大致可以分為以下三個階段。
3.1 初期階段
1996年，國家*發布的《排污口規范化整治技術要求（試行）》中規定：列入重點整治的污水排放口應安裝流量計；一般污水排污口可安裝三角堰、矩形堰、測流槽等測流裝置或其他計量裝置。全國規范化的排污口開始安裝流量計和采樣器，這可稱為zui初的在線監測系統。
自上世紀90年代初到2001年，國產水質COD在線監測儀器開始問世，主要生產企業有：北京環科環保技術公司、南京德林環保儀器有限公司、蘭州煉化環保科技有限公司、河北先河科技發展有限公司、山東省恒大環保有限公司、廣州怡文科技有限公司等，在重點省份、重點行業開始推廣應用，為國產COD在線監測系統奠定了基石。此階段的特點可歸納為以下幾點：
（1）產品較單一
zui初排污現場僅安裝流量計、采樣器和水質COD在線監測儀器，因此，根據行業發展需求，各公司推出了自己的產品，但基本都是采用重鉻酸鉀氧化原理的 COD在線監測儀器。
（2）生產規模小
受市場需求制約以及環境管理對在線自動監測的認識不夠等多方面因素的影響，各公司的資金、技術投入較小，生產企業的規模都小于20人，且以手工單臺組裝調試為主，沒有形成規模化生產。
（3）產品質量不穩定
由于當時利用重鉻酸鉀氧化原理的水質COD在線監測儀器為全新產品，上無經驗可借鑒，將實驗室 COD的手工分析流程濃縮成機械化產品，高溫、強酸等因素影響產品的穩定性，加之國內元器件質量不過關，使得整機的穩定性受到影響。
（4）安裝量小
2001年前，全國已安裝的COD在線監測儀器約百余臺，且集中在經濟發達省份（如江蘇、浙江等），而經濟欠發達地區，幾乎都沒有安裝COD在線監測儀器。
3.2 發展階段
2001年，國家*頒布了化學需氧量（COD）自動在線監測儀產品技術要求（HBC6-2001），根據此技術要求，國家*環境監測儀器質量監督檢驗中心對COD在線監測儀器進行了適用性檢測，已有30多家企業的產品通過適用性檢測。此階段的特點有：
（1）產品逐漸多樣化
根據環境管理要求和市場需求，在此背景下，國內生產企業開始研制其它水質在線監測系統，如 COD、NH3-N、TOC、TN、TP水質五參數等在線監測儀器。
（2）產品質量逐漸穩定
經過幾年現場的安裝運行，逐漸摸索出適合中國國情的水質COD在線監測系統，從儀器各零部件的選擇、采樣方式、消解方式、數據傳輸等多方面對儀器進行了改進，使得儀器的穩定性得到飛速提高。
（3）生產廠家急劇增加
本階段，上大企業開始逐漸進入中國市場，如島津貿易有限公司、美國HACH公司等都帶來了自己*的產品，國內生產廠商如雨后春筍般的涌現出來，如江蘇就有8家COD生產廠商。
3.3 網絡化階段
2006年以后，尤其是“污染源減排三大體系能力建設”項目實施后，要求占COD污染負荷60%以上的國控重點污染源必須安裝在線監測儀器，且必須聯網運行。初步形成由地（市）、省、國家的三級網絡。安裝儀器數量增多、運行管理逐步規范，尤其是出現了一批專業化運營維護隊伍，對水質在線監測儀器的發展起到了推動作用。
4 水質在線監測系統的技術前沿
4.1 重金屬在線監測技術
由于重金屬污染的危害性，建立重金屬污染預警系統對重金屬污染進行實時監控，變得日益緊迫，重金屬在線監測儀器的需求近年來也日益顯現，目前重金屬在線監測儀器基本依賴進口，進口儀器價格昂貴。為打破對進口儀器的高度依賴，針對重金屬在線監測技術難題，不少科技創新企業通過加大科研投入，相繼推出一系列重金屬在線監測儀，*，結束了*壟斷的歷史。
六價鉻、銅、鎳等重金屬在線監測儀在電子工業發達地區已有小規模的安裝，目前國內的主要生產廠家有南京德林環保儀器有限公司、北京環科環保技術公司等，但重金屬在線監測儀品種比較單一，技術和質量與國外相比還有些差距，這方面的市場還有待開發。
4.2 水質毒性在線監測技術
海洋中的明亮發光桿菌經過馴化后，可以作為毒性的判斷指標。通過實驗逐步確定了氨氮、酚、六價鉻、氟、硫化物、COD、H2S、Cl2、SO2等不同毒物間對發光細菌發光反應的抑制速率的差異，污染水質對發光細菌的影響程度以及與標準毒物HgCl2相對應的毒性等級。
通過測定發光細菌發光度的變化，量度被測水環境樣品中由微生物、重金屬和有機污染物所造成的急性生物毒性。與傳統的將魚、藻和其它水生生物作為檢測指示生物相比，發光細菌法簡便、快速、靈敏、適應性強、重復性好、精度高、費用低、用途廣。發光細菌毒性檢測zui顯著的特點是一次試驗就能夠定性或定量鑒別被測水樣中的全部有毒物質，具有靈敏度高（ppm級）、準確度好（誤差小于10％）、速度快、檢測范圍寬（包括鉻、鎘、銅、鉛、鎳、汞等重金屬離子，DDT、有機磷等農藥、24D等激素，洗滌劑、溶劑等有機和無機有毒物質）、方法簡便，不需生物專業人員、檢測費用低、適應性強，可在現場檢測，也可在實驗室檢測等優點。
但目前我國還沒有水質綜合毒性檢測系統的生產廠家。國內企業格維恩科技有限公司、上海艾晟特環保科技有限公司等都是代理銷售，還沒有形成自己的產品。隨著人們對水安全的重視，對水質綜合毒性的在線測定變得日益重要，這方面的市場潛力還是相當大的。
4.3 生物傳感器的應用
生物傳感器測定法是利用生物分子優良的分子識別功能，結合轉換功能進行測定的檢測方法。利用與待測物質具有良好選擇反應的生物分子進行測定。隨著反應的進行，生物分子及其反應生成物的濃度會發生變化，通過轉換器變為可測定的電信號，從而達到選擇性測定待測物質的目的。
目前已經有相當數量的生物傳感器投入到大氣和水中各種污染物質含量的監測中，在發達國家如英國、法國、德國、西班牙和瑞典，在水質檢測過程中都采用了生物冷光型的生物傳感器。生物傳感器因其具有快速、連續在線監測的優點，將會有更廣泛的應用，在測定二惡英等劇毒物質時能夠做到安全檢測。
4.4 熒光法的應用
熒光法是一種測定水中溶解態有機污染物的方法，用320nm激發波長，在430nm測定熒光強度可獲得有機污染物的信息。與260nm測定DOC的U息有良好的相關性，且靈敏度和度都比UV法好。熒光法在自動監測系統中的應用前景很好，早在“九五”攻關中，中國環境監測總站就使用了排水中油類的直接熒光法自動監測。
目前代理銷售的企業主要有北京愛格森自動化有限公司、北京渠道科學器材有限公司、北京科技有限公司等。
4.5 酶聯免疫法（ELISA）的應用
生物法中，常用的生物分子是酶及抗體，即酶聯免疫法（ELISA）、聚合酶鏈式反應（PCR）、表面胞質團共振檢測（SPR）等。常用的轉換器有電極、各種光學裝置及石英振子等。
日本報道了生物檢測法（ELISA）使用二惡英類自動前處理裝置。大腸菌群是地表水和飲用水源地的必測指標，其自動監測的實現可大大減少監測人員的工作強度，在其自動監測系統中使用了與培養法*不同的原理，即生物發光、化學發光法。
以酶聯免疫法（ELISA）為原理的檢測技術是目前發展的領域，用于化學毒性物質檢測具有以下特點：
（1）具有很高的靈敏度，僅用少量試樣便可完成檢測；
（2）選擇性好，且比儀器分析的試樣前處理方法簡單，操作簡便、快速；
（3）能得出環境污染物對生態影響的直接及綜合信息；
（4）設備價廉，能夠實現自動化，并可應用于多個試樣同時處理，快速檢測。
我國已頒布了采用ELISA的水和土壤等中污染物的檢測方法。
5 水質在線監測系統的展望
水質在線監測系統在發展歷程中主要存在以下問題：
（1）產品集中度過低，企業規模偏小，缺乏長遠利益的共識，競爭無序；
（2）產品品種單一，*含量低，功能趨同化嚴重，質量難以持續穩定；
（3）缺乏產業規制，企業進出條件要求較低；
（4）資金緊缺，限制了發展。
與國外的連續自動監測產業相比，我國的連續自動監測產業尚處于發展初期，針對發展中存在的問題，不論是政府、水質在線監測系統生產企業還是排污企業自身都應該拿出積極穩妥的方案以應對和國內的競爭態勢。
5.1 加強核心技術的研發，應對日益多樣化的環境監測需求
連續自動監測企業應加強與高校和研究部門的合作，提高產品的技術含量，豐富產品種類，使產品功能多樣化，增強企業的競爭實力，以應對環境監測和環境管理發展的需要，國家應根據未來環境管理發展的需要，加強技術引導，加大對關鍵技術的投入力度，提高并加快系統的國產化率，引導企業的技術走向。
5.2 加強企業間合作，促進儀器生產規模化
在配合產業規劃，提高行業進入門檻的同時，對現有的連續自動監測儀器企業進行企業間合作和兼并的引導；對重點企業加大支持力度，出臺減免稅收等優惠政策；促使儀器生產規模化，盡快建立現代企業制度， 淘汰作坊式生產和家族式管理模式，提高產品質量的穩定性。企業間的合作不僅應表現在技術的共同開發上，而是應更多地表現在市場的開拓、銷售和運營維護的配合以及技術人員的培訓上；兼并也不應僅表現在同類企業之間的以大吃小，而應更多地表現在不同類企業以及上下游企業間的優勢互補上。
5.3 制定和修訂相關規范
為配合污染源減排三大體系能力建設項目實施，*相繼制定和修訂了一系列標準，如《水質在線監測系統安裝技術規范》、《水質在線監測系統驗收技術規范》等，為規范水質在線監測系統的安裝、運行奠定了基礎。但是，隨著環境管理的不斷加強，隨著儀器種類的不斷增多，還應制定新的規范或標準，對已有不適應要求的規范標準要進行修訂，如《水質在線監測儀器安裝驗收、安裝標準》中，驗收周期長、工作量大、低濃度指標要求過于嚴格等問題。
5.4 控制產品質量，執行環境監測儀器認證制度
加大對環境監測儀器的監督管理，建立和完善環境自動監測系統資質認證認可制度。適時完善環境監測儀器的發展規劃和技術政策，明確水質環境監測儀器發展方向，指導和規范環境監測儀器的健康發展，避免企業盲從。要通過中國環境監測總站對環境監測儀器的技術水平和質量狀況進行適用性檢測，并向社會公布。
5.5 規范化運營與管理
在線監測系統的運營與管理是保證在線監測正常運轉的基石，規范化的運營已是迫在眉睫。*對運營單位進行資質認可，對運營人員進行持證上崗考核，出臺了《自動在線監測運營管理辦法》，逐步規范了在線監測系統的運營。目前在線監測系統的運營已成為在線監測系統經濟發展的增長點之一，運營管理已由無序向有序、由“游擊”方式向專業化方向轉變。 5.6 產業發展
（1）以目前人工采樣和實驗室分析為主向自動化、智能化和網絡化為主的監測方向發展；
（2）由勞動密集型向技術密集型方向發展；
（3）由較窄領域監測向領域監測的方向發展；
（4）由單純的地面環境監測向與遙感環境監測相結合的方向發展；
（5）環境監測儀器將向高質量、多功能、集成化、自動化、系統化和智能化的方向發展；
（6）環境監測儀器向物理、化學、生物、電子、光學等技術綜合應用的高技術領域發展。
