3 城镇污水、工业废水在线监测

3.1 整体架构

 

系统以物联网经典架构为基础，层次上主要分为感知层、传输层、应用层三部分。

感知层：主要由户外基础设施与监测站房构成，通过对企业的污水排放口与监测站房设备的运行进行24小时的视频监控与污水在线监测，完成前端数据的采集与融合传输。

传输层：采用有线与无线两种传输方式，完成对视频数据与采集数据的传输与远程设置。

应用层：通过建立环保局专项私有云，搭载污染源实时监测管理系统，对感知层的采集数据进行存档、统计、分析，实现对涉水企业排污状况的实时监测、掌控及相关业务的拓展。

3.2 系统设计

本次项目系统建设主要包括污染源在线监测、视频实时监控、集中业务展示3个子系统：

 3.2.1污染源在线监测子系统

主要由监测站房、在线监测仪器设备系统、服务端与客户端数据管理系统组成：

（1）监测站房

 

站内布放相关设备、仪器等基础设施，保障设备基本运作的外部环境需求，其建设将根据实地情况满足室内或室外部署要求，建设过程中应注意以下事项：

1）新建监测站房面积应不小于10。监测站房应尽量靠近采样点，与采样点的距离不宜大于50m，监测站房应做到专室专用。

2）监测站房应密闭，安装空调，保证室内清洁，环境温度、相对湿度和大气压等应符合的要求。

3）监测站房内应有安全合格的配电设备，能提供足够的电力负荷，不小于5kW，站房内应配置稳压电源。

4）监测站房内应有合格的给、排水设施，应使用自来水清洗仪器及有关装置。

5）监测站房应有完善规范的接地装置和避雷措施、防盗和防止人为破坏的设施。

6）监测站房如采用彩钢夹芯板搭建，应符合相关临时性建（构）筑物设计和建造要求。

7）监测站房内应配备灭火器箱、手提式二氧化碳灭火器、干粉灭火器或沙桶等。

8）监测站房不能位于通讯盲区。

9）监测站房的设置应避免对企业安全生产和环境造成影响。

（1）在线监测仪器设备系统

此部分主要由采样系统、配水系统、分析系统、数据处理与控制系统、远程通信系统（含有线、无线接口）五部分组成，对涉水企业进行在线监测，将在线监测仪器与数据采集终端相连，通过有线专网或无线的网络传输方式将在线监测的环境质量数据传回环保云。在线数据传回环保云后，进入数据库进行后台数据统一管理、大屏幕实时数据展示、电子地图展示、数据监控并进行统计分析，生成监测数据报表。同时出差人员或监察执法人员可以通过无线通讯设备在移动状态查看在线监测数据，其示意图如下：

  

1）采样系统

包括水泵、管路、供电及安装结构部分。在设计上必须对各种气候、地形、水量变化等提出相应解决措施，能够自动连续地与整个系统同步工作，向系统提供可靠、有效水样。

2）配水系统

包括水样预处理装置、自动清洗装置及辅助部分。配水单元直接向自动监测仪器供水，具有在线除泥沙和在线过滤，手动和自动管道反冲洗和除藻装置；其水质、水压和水量应满足自动监测仪器的需要。

3）分析系统

由一系列废水自动分析和测量仪器组成，包括：电量计、PH计、氨氮在线分析仪、COD在线分析仪、总氮在线分析仪、流量/流速计及自动采样器等组成，监测因子有（暂定）：浊度、PH、COD、氨氮、流量、总磷、总氮监测设备及检测站房内电表运行数据、自来水用量（监测对象的用水量）、水流量（监测对象的排水量）、当地雨水量。

4）数据处理与控制系统

污染源在线监测数据采集器采用通用型环境自动监测数据采集器产品，并满足以下要求：

①兼容性强，可以连接不同厂家、不同类型、不同通讯协议的在线监测设备，能够支持企业自购的各类环境监测设备；

②具有本地数据存储功能，可存储3个月以上数据；

③在远程通讯中断的情况下，记录并存储采集数据，通讯恢复后，断点续传，以保证上传数据的连续性。

④能够支持与视频系统的交互，可触发视频拍摄动作。

5）远程通信系统

在线监测数据可采用4G（无限流量卡）或2M电路的网络传输机制，传输至沃云，以供环保局等用户进行访问读取。

（1）服务端数据管理系统

服务端主要负责感知数据的获取及相关管理，为用户提供了一个可视化、可操作的界面平台，从而使用户能够直观地从界面中获取特定监测对象的各类详尽数据信息，以便执法人员进行后续相关工作的开展，其应满足的功能如下：

1）数据看板

在系统的首页面，动态展示联网率、污染物排放情况、污染企业分类统计、当前的排污大户信息、超标报警信息、重点关注企业等全局性信息。

2）实时监控

系统提供多点监控、单点监控、地图监控三种方式，以适应不同用户的实时监控需要。

3）多点监控

以列表的形式实时显示企业监测点的排污信息。

4）单点监控

对单个排污监测点以数据列表和曲线图的方式展示实时数据，曲线图支持单画面和多画面显示，图形可局部放大缩小。

5）地图监控

基于电子地图，可对污染源进行快速定位，查看排污口基本信息和实时排污情况。

注：地图监控功能需要GIS支持。

6）监督管理

实时收集监测设备的电表运行数据，查看监测设备的运行情况，可及时发现监测设备故障。

实时收集自来水用量数据，遏制污染源企业恶意调节进水口水样稀释比例，监测数据弄虚作假的行为。

7）数据审核

审核前的数据首先存储在原始数据库中，审核后的数据存储在审核数据库中。可手动或自动对监测数据进行审核，审核通过的数据才可参与统计分析与报表输出等。可对审核通过的数据进行重新审核，重新审核后的数据，需要重新生成对应的统计数据和报表，并对审核日志进行记录。审核后的数据单独存贮在审核数据库中，不影响原始数据。

依据国家相关标准及数据状态标记进行数据审核，对于设备不能上传数据标识的情况，软件提供人工录入标记功能，可手工输入数据状态标记。

8）数据查询

可查询已通过审核的历史监测数据，包括实时数据、分钟数据、10分钟数据、小时数据、天数据等，生成年、季、月、日的历史数据变化曲线和数据列表，并可以多种格式（EXCLE、图片）导出查询结果。

9）报警管理

系统可对各类报警信息进行通知、记录和统计分析。

系统可灵活的配置报警通知及超标定义，报警信息（包括报警类型、报警详情等）支持以网页弹窗提示、短信、邮件、声音等方式通知相关业务人员。

10）报表中心

①常规报表

可实现以行政区域、企业类别（废水、污水）、时间段（年、半年、季、月、周、日）生成符合国家标准格式的统计报表并支持用户自定义格式；报表可导出为PDF/EXCEL等文件，报表可以是原始数据报表，也可以是审核后的数据报表。

②超标报表

日均值超标报表，统计区域内所有企业的日均值超标数据；

日超标统计报表，统计区域内所有企业累计超标的小时；

企业超标报表，统计企业一段时间内的超标情况。

③数据有效性统计报表

对采集到的数据做有效性统计，根据审核通过的数据与采集到的数据作比较。

④报表打印

支持导出Excel、PDF文档和打印预览、页面设置、打印机设置及打印等基本的打印功能。

11）统计分析

①同比分析

系统可按区域、流域、企业类别、排放去向（污水厂）、排口、关注程度等统计分析当年时间区间与往年时间区间的污染物排放情况，生成数据报表及统计图表。

②环比分析

系统可按区域、流域、企业类别、排放去向（污水厂）、排口等方式统计分析当前时间区间与上一个相同时间区间的污染物排放情况，生成数据报表及统计图表。

12）总量计算

①按统计对象（企业、地区、行业、流域）统计一定时间点（年、月、季、周、日）或时间段（年、月、天、任意）的污水排放量、污染物排放量；统计结果可展示为列表、柱状图、饼状图等；

②统计整个地区单时间（年、月、季、周、日）或多时间（年、月、日、任意）内污染物排放总量；统计结果表现为列表、柱状态、饼状图，以此可确定某一地区的排污大户，并可在地图展示相关专题图。

13）信息管理

①企业信息管理

除包括常规的信息（企业名称、法人、注册类型、企业类型、企业规模、地址、投产日期等）外，还包含企业排污去向（如为污水厂，则标记污水厂名称），企业如为间歇排放，需包含间歇排放的时间段，排污口信息等。

②系统管理

对组织机构管理、人员信息、角色权限、系统日志、污染源编码表等系统管理内容进行添加、删除、修改等维护操作，对报警和审核参数进行配置。

14）部署注意

服务端数据的获取来自沃云专享私有云，同时要预留数据存储机房移植至新建室内服务器的功能，服务端还应同时容纳大于100个监测点（企业）数据流入的承载能力，本次监测点的IT设施未完善，没有机房、视频、局域网等网络信息，在实际部署时候，需要增加通信线路。

（2）客户端数据管理系统

除导出功能外，其余同服务端功能大致相同。

3.2.2视频实时监控子系统

环保部门一般在企业都设有污水监测站、污水处理车间、危废库、生产关键点，负责对企业排出的废水进行检测，取得各种污染物的含量指标，确保企业排出的工业废水达到规定的标准。但是这种方式获得的仅仅是数据的信息，缺少一种直观的方式来对废水的情况进行观察了解，并且监测站大都采用的是自动取样检测的无人运行方式，为了避免偷排的情况发生，需要部署一套视频监控系统作为监测系统的完善和补充。

在本系统中，此部分主要负责对工厂主要污染物排放口、水处理设施、危废库、在线监测站房等重要地点进行全天候的视频监控，解决环保执法部门对国控、区控重点污染企业实时监控与违法取证的需求，其满足功能如下：

1）实时监控

集成排污口、监测站房以及企业关键点视频监控，查看现场视频。

2）录像与回放

对视频进行录像存储．并对存储的录像文件进行集中管理。为了合理地利用存储空间，用户可以根据具体需要设置录像时间和录像方式。

3）云台控制

用户可用鼠标控制摄像机上下、左右、变焦、聚焦等操作，支持键盘控制图像选择、云台镜头转动、预置位设置、跳转、灯光等操作。

4）数据联动

可将排污口的监测与视频进行叠加联动，在视频上显示排污口的监测数据，加强排污判断的直观性。

5）超标自动录像取证

污染源排口浓度一旦超标，将自动进行录像取证，形成录像证据包，可进行查看和下载，从而为环境监察执法提供执法证据和依据。

3.2.3集中展示子系统

建设集合在线监测数据、视频监控和GIS于一体的集中展示子系统，可在GIS地图上展示污染源企业的排污信息和视频信息。

4 系统分工

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5 注意事项

5.1 进水口、排放口

1）进水口应设置在沉砂池前，尽量靠近废水污染源标准排放口附近，距离不宜大于20米，且安装位置应高于取样口采样点的位置，落差不宜大于3米。

2）排放口应设置在处理工艺末端，且满足环境保护部门规定的排放口规范化设置要求。

3）进水口、排放口的的设置应能满足安装污水水量自动计量装置、采样取水系统和水质自动分析仪器等相关设备的要求。

4）安装地点应清洁，应避开腐蚀性气体，无机械震动，附近不应有强电磁场干扰。

5.2 视频系统

前端摄像机的监控范围大小、视频采集质量将影响整个视频监控系统的效果，应结合工厂内实际环境选择合适的产品和技术方法。为保障视频监控的效果，

污口和取样口拟采用200万抗腐蚀性能的高清智能球机，利用球机监控范围广的特点，对整条排污渠实施监控，杜绝污水的偷排现象；而在线监测站室内则采用红外半球型摄像机，由于室内光线较差，红外功能可保证摄像机24小时的全天录像；最后，考虑到通信费用，建议本地（监控点）先存储，再非实时传输设定时间段的录像到监控中心平台。

本方案在排污管和取样口附近推荐部署摄像机，要求每个污染源企业的视频监控点至少3个以上，根据所需监控的范围、角度、场景以及现场条件来选择安装方法，以确保24小时实时全面地观察到污水排放到取样的整个过程，杜绝了企业弄虚作假的可能。高清摄像机的运用，使得管理人员能够通过监控画面清晰地观察到污水的颜色等信息，而不仅仅依赖于检测的数据。

污水监测站多是采用无人值守的方式，为了防止站内的检测仪器遭受人为破坏和偷盗，以及防止企业人员进去篡改数据，系统在大门部署门禁系统，室内部署红外枪式网络摄像机。监测站只允许拥有权限的人进入，并且对所有进出人员进行记录，并录像保存，便于日后查询。当有人入侵时，联动摄像机自动进行拍摄录像。

安装时注意以下几点：

1）工厂内可能有高温、高压或者高腐蚀性设备，安装时首先应考虑与这些设备的安全距离。

2）摄像机支架的选择必须满足荷重要求，同时具备防锈防腐功能。

3）安装应牢固，不得歪斜，制作要美观。

4）不具备条件可利用原有水泥杆配套U型抱箍安装摄像机。

5）对于采光条件比较差的场所，以及夜晚低照度环境下的监控需要，为了保障监控质量，需要在监控点配置补光灯，在监控现场环境及设备时开启周围的灯光。通过平台软件，可在平台控制现场任意灯光。

5.3 配件清单及参数

5.3.1 配件清单

5.3.2 相关参数

1）工作电压和频率

工作电压为单相（220±20）V，频率为（50±0.5）Hz。

2）通信协议

支持RS-232、RS-485协议，具体要求按照 HJ/T212 规定。

3）仪器相关认证要求

水质在线自动监测仪应具有中华人民共和国计量器具型式批准证书或生产许可证，应通过国家环境保护总局环境监测仪器质量监督检验中心适用性检测。

4）COD在线分析仪

①方法原理

在酸性条件下，将水样中有机物和无机还原性物质用重铬酸钾氧化的方法，检测方法有光度法、化学滴定法、库仑滴定法等。

②测定范围

20～15000mg/L，可扩充。

③性能要求

实际水样比对试验80%相对误差值的单个值应满足表1的要求，其它各项性能指标应满足HBC6-2001要求。

表1 化学需氧量（CODCr）水质在线自动监测仪实际水样比对试验

 

5）氨氮水质自动分析仪

①方法原理（气敏电极法、光度法）

气敏电极法：采用氨气敏复合电极，在碱性条件下，水中氨气通过电极膜后对电极内液体PH值的变化进行测量，以标准电流信号输出。

光度法：在水样中加入能与氨离子产生显色反应的化学试剂，利用分光光度计分析得出氨氮浓度。

②测定范围

测量最小范围：（1）电极法为 0.05～100 mg/L；（2）光度法为 0.05～50mg/L。

③性能要求

光度法零点漂移指标值应在±5%以内，电极法和光度法的实际水样比对试验80%相对误差值的单个值均应在±15％以内，其它各项性能指标应满足 HJ/T101 要求。

6）总磷水质自动分析仪

①方法原理

将水样用过硫酸钾氧化分解后，用钼锑抗分光光度法测定。氧化分解方式主要有三种：水样在120℃、30min加热分解；水样在120℃以下紫外分解；水样在100℃以下氧化电分解。

②测定范围

测定最小范围：0～50mg/L。

③性能要求

实际水样比对试验80%相对误差值的单个值应在±15％以内，其它各项性能指标应满足 HJ/T103要求。

7）总氮水质自动分析仪

①方法原理

光度法：水样中加入碱性过硫酸钾溶液进行消解，氧化分解生成的NO3-可用紫外分光光度计测量。

②测定范围

测量最小范围：0～100 mg/L。

③性能要求

实际水样比对试验80%相对误差值的单个值应在±15％以内，其它各项性能指标应满足 HJ/T102要求。

8）PH水质自动分析仪

①方法原理

玻璃电极法。

②测定范围

测量最小范围：PH 2～12 （0～40℃）。

③性能要求

实际水样比对试验80%绝对误差值的单个值应在±0.5PH以内，其它各项性能指标应满足HJ/T96要求。

9）流量计

流量计是指用于测定污水排放流量的仪器，一般宜采用超声波明渠污水流量计或管道式电磁流量计，如果使用其他测量方式的流量计，其各项性能指标应满足5.3.2中的1）、2）、3)相关要求。

10）数据处理与控制系统

①能实时采集在线监测仪器及辅助设备的输出数据。

②能对采集的数据进行处理、存储和显示，适合模拟信号、数字信号等多种信号输入方式，兼容多种在线监测仪器的通信协议。

③应具有数据处理参数远程设置功能，例如：可以通过上位机设定或修改采样数据的量程，监测参数报警值的上、下限等。

④应具有数据打包和远程通信功能。

⑤应具有多种远程通信方式，例如：定时通信方式、随机通信方式、实时通信方式、直接通信方式等。

⑥应具有自检、故障自动恢复、断电数据保护功能。

⑦当水质参数超标时，可在发出报警，同时启动视频系统拍摄存档。

5.4 线缆敷设要求

1）除了选择充分满足标准的线缆之外，施工必须符合GB50217-1994《电力工程电缆设计规范》的要求。

2）线缆长度应满足距离要求，避免电缆的破裂接续，若必须接续时，采用焊接方式或者专用连接器；

3）电源电缆和信号电缆应分开铺设；

4）所有电缆应避开恶劣环境，如高温热源和化学腐蚀区等；

5）所有电缆应远离高压线或大电流电缆，不易避开时应各自专配金属管，并尽可能地埋入地下；

6）当在建筑内铺设时，应按建筑设计规范选用管线材料及铺设方式，埋于建筑物体内；

7）电缆穿管前应清理管内杂物，穿线时宜涂抹黄油或滑石粉，进入管口的电缆应保持平直，管内线缆不能有接头和扭结，穿好后应作防潮、防腐等处理；

8）电缆应从所接设备下部穿出，并留出一定余量；

9）在电缆端做好标志和编号，便于事后排查。

5.5 调试

在现场完成在线监测仪器的安装、初试后，对在线监测仪器进行调试，调试连续运行时间不少于72小时。

每天进行零点校准和量程校准检查，当累积漂移超过规定指标时，应对在线监测仪器进行调整。

因排放源故障或在线监测系统故障造成调试中断，在排放源或在线监测系统恢复正常后（服务端与客户端），重新开始调试，调试连续运行时间不少于72小时。

调试完毕后，完成系统使用手册、常见故障处理方法。

6 附录

6.1 规范性引用文件

本规程引用了下列文件中的条款。凡是不注日期的引用文件，其有效版本适用于本规程。

GB11914	水质化学需氧量的测定重铬酸盐法
GB50093	自动化仪表工程施工及验收规范
GB50168	电气装置安装工程电缆线路施工及验收规范
HBC6-2001	环境保护产品认定技术要求化学需氧量（CODCr）水质在线自动监测仪
HJ/T70	高氯废水化学需氧量的测定氯气校正法
HJ/T96-2003	PH水质自动分析仪技术要求
HJ/T101-2003	氨氮水质自动分析仪技术要求
HJ/T102-2003	总氮水质自动分析仪技术要求
HJ/T103-2003	总磷水质自动分析仪技术要求
HJ/T212	污染源在线自动监控（监测）系统数据传输标准
JB/T9248	电磁流量计
ZBY120	工业自动化仪表工作条件温度、湿度和大气压力