01

前 言

在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器是一類(lèi)專(zhuān)門(mén)的自動(dòng)化在線(xiàn)分析儀表，儀器通過(guò)實(shí)時(shí)、現(xiàn)場(chǎng)操作，可在無(wú)需人工操作的情況下實(shí)現(xiàn)從水樣采集到數(shù)據(jù)輸出的快速分析;許多結(jié)構(gòu)復(fù)雜的在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器已經(jīng)具有了自動(dòng)診斷、自動(dòng)校準(zhǔn)、自動(dòng)清洗、故障報(bào)警等功能，以保證分析結(jié)果可靠性和儀器的長(zhǎng)時(shí)間無(wú)故障運(yùn)行。

目前有兩種不同結(jié)構(gòu)和形式的在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器：“在線(xiàn)分析傳感器和比較復(fù)雜的自動(dòng)化分析設(shè)備或者裝置”。按照國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)代號(hào)ISO15839《水質(zhì)-在線(xiàn)傳感器/分析設(shè)備的規(guī)范及性能檢驗(yàn)》標(biāo)準(zhǔn)的定義：“在線(xiàn)分析傳感器/設(shè)備(on-line sensor/analyzing equipment) ，是一種自動(dòng)測(cè)量設(shè)備，可以連續(xù)(或以給定頻率)輸出與溶液中測(cè)量到的一種或多種被測(cè)物的數(shù)值成比例的信號(hào)�！�

隨著全球范圍內(nèi)對(duì)環(huán)境保護(hù)、水資源可持續(xù)利用以及水安全的日益重視，為滿(mǎn)足世界各國(guó)日趨嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)要求和不斷發(fā)展的水處理工業(yè)市場(chǎng)的需求，作為獲取水質(zhì)信息的源頭技術(shù)，在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器及其應(yīng)用技術(shù)得到了巨大的發(fā)展機(jī)會(huì)。

同時(shí)，計(jì)算機(jī)科學(xué)、分析化學(xué)、材料科學(xué)等相關(guān)科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，也為在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器技術(shù)的發(fā)展提供了可靠的技術(shù)支撐。國(guó)際水協(xié)會(huì)(IWA)的前身國(guó)際水污染研究協(xié)會(huì)(IAWPR)自1973年就開(kāi)始了組織主題為ICA(Instrumentation-儀表，Control-控制and Automation-自動(dòng)化)的專(zhuān)題會(huì)議，專(zhuān)門(mén)推廣和研究水處理領(lǐng)域的在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器及過(guò)程控制的應(yīng)用。

近來(lái)，世界衛(wèi)生組織(WHO)也在其發(fā)布的《再生水飲用回用：安全飲用水生產(chǎn)指南》中指出需要在再生水飲用回用系統(tǒng)全流程的關(guān)鍵控制點(diǎn)實(shí)施運(yùn)行監(jiān)測(cè)，并建議盡量采用在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄。在技術(shù)進(jìn)步和法規(guī)的推動(dòng)下，越來(lái)越多的在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器被應(yīng)用到環(huán)境監(jiān)測(cè)、廢水排放監(jiān)測(cè)，以及各種水處理工藝的過(guò)程控制系統(tǒng)中了。

在中國(guó)，伴隨著改革開(kāi)放40年經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的城鎮(zhèn)化與工業(yè)化進(jìn)程，無(wú)論是在城鎮(zhèn)化過(guò)程中大量的自來(lái)水水廠(chǎng)和污水處理廠(chǎng)建設(shè)，還是工業(yè)化進(jìn)程中各種火力發(fā)電廠(chǎng)、石油化工廠(chǎng)、大型冶金企業(yè)、食品釀造廠(chǎng)等高耗水工業(yè)企業(yè)的興建，都給予了在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器巨大的市場(chǎng)空間，在此基礎(chǔ)上，中國(guó)的在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器行業(yè)獲得了空前的成長(zhǎng)機(jī)會(huì)，中國(guó)的在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器技術(shù)有了顯著的發(fā)展和長(zhǎng)足的進(jìn)步，在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器的可靠性得到了市場(chǎng)和權(quán)威機(jī)構(gòu)的廣泛認(rèn)可。

隨著政府和公眾對(duì)水環(huán)境保護(hù)和飲用水安全的高度重視，以及政府逐年增加的巨額環(huán)保資金，特別是在具有中國(guó)特色的“自動(dòng)監(jiān)測(cè)為主，手動(dòng)監(jiān)測(cè)為輔的監(jiān)測(cè)模式”的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)路線(xiàn)的框架下，中國(guó)已經(jīng)逐漸發(fā)展成為了在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器全球最大的地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和廢水污染源排放自動(dòng)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的單一市場(chǎng)。

中國(guó)環(huán)境保護(hù)部門(mén)于2001年6月4號(hào)發(fā)布并同日實(shí)施了HBC 6-2001《環(huán)保產(chǎn)品認(rèn)定技術(shù)要求 化學(xué)需氧量(CODCr)水質(zhì)在線(xiàn)自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這是中國(guó)第一部用于廢水污染源排放自動(dòng)監(jiān)測(cè)的在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器標(biāo)準(zhǔn)，在接下來(lái)的幾年中，各個(gè)相關(guān)政府部門(mén)還陸續(xù)發(fā)布了多部在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器的國(guó)家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布實(shí)施，加上在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器在實(shí)際水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的成功應(yīng)用，有力地推動(dòng)了中國(guó)水質(zhì)在線(xiàn)分析儀器市場(chǎng)的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步。

隨著中國(guó)環(huán)境保護(hù)事業(yè)和環(huán)保市場(chǎng)的持續(xù)發(fā)展，國(guó)務(wù)院辦公廳于2015年7月印發(fā)了《生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案》,提出例如“到2020年，全國(guó)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)基本實(shí)現(xiàn)環(huán)境質(zhì)量、重點(diǎn)污染源、生態(tài)狀況監(jiān)測(cè)全覆蓋，各級(jí)各類(lèi)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)系統(tǒng)互聯(lián)共享，監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)預(yù)警、信息化能力和保障水平明顯提升，監(jiān)測(cè)與監(jiān)管協(xié)同聯(lián)動(dòng)，初步建成陸海統(tǒng)籌、天地一體、上下協(xié)同、信息共享的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，使生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)能力與生態(tài)文明建設(shè)要求相適應(yīng)。”的目標(biāo)，方案還要求“完善重點(diǎn)排污單位污染排放自動(dòng)監(jiān)測(cè)與異常報(bào)警機(jī)制，提高污染物超標(biāo)排放、在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行和重要核設(shè)施流出物異常等信息追蹤、捕獲與報(bào)警能力以及企業(yè)排污狀況智能化監(jiān)控水平”。

在2018年1月1日正式實(shí)施的“中華人民共和國(guó)環(huán)境保護(hù)稅法”第十條中還明確規(guī)定了應(yīng)稅污染物的計(jì)算方法，“納稅人安裝使用符合國(guó)家規(guī)定和監(jiān)測(cè)規(guī)范的污染物自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的，按照污染物自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算”，通過(guò)法律條文的形式進(jìn)一步確定了在線(xiàn)分析儀器的地位。

02

在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器的檢測(cè)技術(shù)簡(jiǎn)介

2.1在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器的技術(shù)發(fā)展

一直以來(lái)，在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器技術(shù)都是沿著在線(xiàn)分析儀器研發(fā)制造技術(shù)和在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器應(yīng)用技術(shù)兩個(gè)方面同時(shí)發(fā)展的。

根據(jù)ISO標(biāo)準(zhǔn)的定義，有兩種形式的在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器：在線(xiàn)分析傳感器和比較復(fù)雜的自動(dòng)化分析設(shè)備或者裝置。

第一代的在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器常常是以在線(xiàn)分析傳感器+顯示控制器的形式出現(xiàn)的，儀器通常結(jié)構(gòu)都比較簡(jiǎn)單，通過(guò)傳感器直接和被測(cè)水樣接觸獲得水質(zhì)指標(biāo)的數(shù)據(jù)。最初可以測(cè)量的水質(zhì)指標(biāo)，主要是一些簡(jiǎn)單的物理指標(biāo)和成分指標(biāo)，如水溫、電導(dǎo)率、PH、ORP、溶解氧等;接著是濁度、懸浮物濃度等光學(xué)原理的傳感器;隨著電化學(xué)分析技術(shù)的發(fā)展，氟離子、銨離子、硝酸鹽等多種離子選擇電極法原理的在線(xiàn)水質(zhì)分析傳感器也開(kāi)始進(jìn)入市場(chǎng)。由于傳感器和水樣直接接觸，無(wú)法像實(shí)驗(yàn)室人工分析時(shí)進(jìn)行樣品預(yù)處理及去除樣品中干擾物質(zhì)，在面對(duì)水質(zhì)復(fù)雜的水樣(高溫、高壓、含油、硫化物、重金屬、懸浮物、高鹽度、腐蝕性氣體等各種雜質(zhì))時(shí)的適用性受到很大局限，最初的測(cè)量對(duì)象主要是地表水、飲用水、市政污水以及工業(yè)純水等水質(zhì)情況較為簡(jiǎn)單的水體。

為了解決傳感器測(cè)量復(fù)雜水樣的適用性問(wèn)題，也為了實(shí)現(xiàn)一些實(shí)驗(yàn)室人工分析方法步驟比較繁瑣或者測(cè)試條件要求較高的水質(zhì)參數(shù)的自動(dòng)分析，隨著自動(dòng)控制技術(shù)的采用，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器-水質(zhì)自動(dòng)化分析設(shè)備或裝置開(kāi)始出現(xiàn)：儀器通過(guò)控制一整套的設(shè)備或裝置的自動(dòng)運(yùn)行來(lái)完成以前實(shí)驗(yàn)室人工分析的步驟，比如：過(guò)濾、加熱、加顯色劑、混合、測(cè)量等等;另外，為了保證長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)行的準(zhǔn)確度，還需要定時(shí)對(duì)儀器進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，以及定期的人工維護(hù)。這一類(lèi)在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，多用于水質(zhì)成分指標(biāo)(TOC、SiO2、總磷、總氮、重金屬等)和評(píng)估性水質(zhì)綜合指標(biāo)(COD、堿度、硬度、生物毒性等)。

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是分析化學(xué)、材料科學(xué)、電子科學(xué)以及包括計(jì)算機(jī)技術(shù)和通訊技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)在內(nèi)的系統(tǒng)工程成套自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展， 再加上水質(zhì)科學(xué)自身的發(fā)展與進(jìn)步，從以下介紹的多個(gè)維度共同推動(dòng)了在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器技術(shù)的發(fā)展。

首先，在測(cè)量原理方面，除了傳統(tǒng)的電化學(xué)、光學(xué)、光電比色法原理，激光誘導(dǎo)擊穿光譜、混合多光譜分析、X射線(xiàn)熒光分析、三維熒光光譜、生物技術(shù)等各種新的測(cè)量原理被應(yīng)用到了在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器;同時(shí)，流動(dòng)注射分析技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，使得儀器分析時(shí)間大大縮短，增強(qiáng)了在線(xiàn)分析技術(shù)實(shí)時(shí)性的優(yōu)點(diǎn)。

其次，水質(zhì)科學(xué)的發(fā)展，提出了“替代參數(shù)”的概念，為在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用開(kāi)拓了新的空間。水質(zhì)替代參數(shù)是指一類(lèi)特定的水質(zhì)參數(shù)，可以綜合反映水體的某一類(lèi)別的水污染情況或水處理過(guò)程中某些不能實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)而且實(shí)驗(yàn)室分析也非常繁瑣水質(zhì)參數(shù)的變化。目前，對(duì)飲用水水質(zhì)安全來(lái)講，反應(yīng)有機(jī)物總量及某些特定成分變化的綜合性指標(biāo)UV254是目前非常重要的水質(zhì)替代參數(shù)，可以通過(guò)UV254的實(shí)時(shí)測(cè)量，獲得和水中有機(jī)物污染相關(guān)的其他參數(shù)(如，COD、BOD、TOC等)的信息。由于能實(shí)時(shí)反映水質(zhì)的變化，測(cè)量“替代參數(shù)”的在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器在水處理工藝過(guò)程控制中有著非常重要的價(jià)值。目前其他重要的在線(xiàn)水質(zhì)替代參數(shù)分析儀器還有：濁度、顆粒物、SDI(污染指數(shù))等。

第三，隨著材料科學(xué)的發(fā)展，在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器傳感器的環(huán)境適應(yīng)性也得到了很大提高，表現(xiàn)為：高溫材料的采用，使得傳感器的最高工作溫度范圍不斷提高;傳感器材質(zhì)采用惰性的材料，可以耐受水中硫化氫、硫化物、高鹽、重金屬、油污染的探頭，可以耐受高強(qiáng)度核輻射的溶解氧和溶解氫探頭應(yīng)用于核電廠(chǎng);采用鈦合金材料，可長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用于海洋監(jiān)測(cè)的傳感器等等。

另外，和所有儀器產(chǎn)品一樣，在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器中執(zhí)行數(shù)據(jù)處理與通訊功能的硬件與軟件都采用了電子工業(yè)的最新技術(shù)。相對(duì)于最初的模擬電路，由于數(shù)字電路設(shè)計(jì)要比模擬電路相對(duì)簡(jiǎn)單、自動(dòng)化程度高，對(duì)設(shè)計(jì)人員的經(jīng)驗(yàn)水平要求也稍低，數(shù)字電路技術(shù)的采用和普及，使得儀器設(shè)計(jì)和批量生產(chǎn)的成本得以大幅下降，儀器的可靠性有了很大的提升。

目前的在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器的控制器普遍具有了自動(dòng)運(yùn)算、統(tǒng)計(jì)、圖形顯示、趨勢(shì)分析等數(shù)據(jù)處理功能;同時(shí)，儀器一般具有自動(dòng)診斷、故障報(bào)警功能，方便儀器運(yùn)行及維護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決儀器的問(wèn)題;儀器生產(chǎn)商采用通用控制器也已經(jīng)成為共識(shí)，同一種型號(hào)的控制器可以同數(shù)十種傳感器連接，由此給儀器生產(chǎn)企業(yè)和使用者兩方面都帶來(lái)了好處：儀器制造廠(chǎng)家可以實(shí)現(xiàn)控制器的大批量生產(chǎn)，取得規(guī)模效益;同時(shí)通用控制器降低了儀器技術(shù)服務(wù)的復(fù)雜程度，也降低了儀器生產(chǎn)廠(chǎng)家的服務(wù)成本;帶給在線(xiàn)分析儀器使用者的好處也是顯而易見(jiàn)的：在保證水處理生產(chǎn)正常運(yùn)行的同時(shí)，可以減少水質(zhì)分析儀器零備件的庫(kù)存壓力;通用控制器也讓操作者減少了學(xué)習(xí)的時(shí)間，可以更快更熟練的掌握儀器的使用及維護(hù)，提高生產(chǎn)效率;同時(shí)，新型的數(shù)字化傳感器可以被通用控制器自動(dòng)識(shí)別，具有“即插即用”功能，極大的減輕了安裝維護(hù)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

在通訊及數(shù)據(jù)傳輸方面，RS232、RS485以及Profibus、Modbus等現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)和TCP/IP等網(wǎng)絡(luò)協(xié)議得到了普遍應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸及水處理過(guò)程的自動(dòng)控制提供了支持。

最后，標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)一步支持了在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器技術(shù)和行業(yè)的發(fā)展。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)在2003年制定的代號(hào)為ISO15839-2003的標(biāo)準(zhǔn)《水質(zhì)在線(xiàn)傳感器/分析設(shè)備-水質(zhì)規(guī)范和性能測(cè)試》,定義了在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器的性能特征，建立了評(píng)估及測(cè)定性能特征參數(shù)的測(cè)試程序，這個(gè)通用性標(biāo)準(zhǔn)給在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器的研發(fā)、生產(chǎn)及驗(yàn)收提供了依據(jù)。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)的十多年中， 中國(guó)也發(fā)布了大量有關(guān)在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和一系列的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這些標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布與實(shí)施，為在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器的應(yīng)用與發(fā)展提供了技術(shù)上的可靠保證。

2.2 水質(zhì)在線(xiàn)分析儀器的主要檢測(cè)技術(shù)

作為一種專(zhuān)用于水質(zhì)分析的特定儀器分析技術(shù)，和其他儀器分析技術(shù)一樣，水質(zhì)在線(xiàn)分析儀器檢測(cè)技術(shù)的理論基礎(chǔ)也是根據(jù)水中待測(cè)物質(zhì)的物理化學(xué)或者生物化學(xué)性質(zhì)來(lái)測(cè)定物質(zhì)的組成及相對(duì)含量。根據(jù)測(cè)定的方法原理不同，主要可以分為電化學(xué)分析、光學(xué)分析、色譜分析、其他分析方法等4大類(lèi)。

電化學(xué)分析法(electroanalytical chemistry，也稱(chēng)電分析化學(xué)法)，是建立在物質(zhì)在溶液中電化學(xué)性質(zhì)基礎(chǔ)上的一類(lèi)分析方法，它是儀器分析方法中的一個(gè)重要分支。電化學(xué)分析測(cè)量系統(tǒng)是一個(gè)由電解質(zhì)溶液和電極構(gòu)成的化學(xué)電池，通過(guò)測(cè)量電池的電位、電流、電導(dǎo)等物理量，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)物質(zhì)的分析。根據(jù)測(cè)定電化學(xué)參數(shù)的不同，電化學(xué)分析法又分為電位分析法、庫(kù)侖分析法、伏安分析法(包括極譜分析法)、電導(dǎo)分析法等。

電化學(xué)分析法原理的在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器，是出現(xiàn)最早和應(yīng)用最普遍的一類(lèi)在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器。其中，既有較為簡(jiǎn)單的傳感器形式的各種Ph/ORP(氧化還原電位)分析儀、電導(dǎo)率分析儀(目前在工業(yè)過(guò)程分析中應(yīng)用十分普遍的酸堿鹽濃度計(jì)，也都大多是采用電導(dǎo)檢測(cè)原理的在線(xiàn)分析儀器)、極譜法溶解氧分析儀、基于離子選擇電極法的氨氮、氯離子、硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮分析儀;也有結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的自動(dòng)化分析設(shè)備，如基于伏安分析法的各種重金屬分析儀，采用電位滴定原理的COD分析儀，高錳酸鹽指數(shù)分析儀，采用電導(dǎo)分析法的純水TOC(總有機(jī)碳)分析儀等。

光學(xué)分析法(optical analysis)，是以物質(zhì)發(fā)射或吸收電磁輻射以及物質(zhì)與電磁輻射相互作用(發(fā)光、吸收、散射、光電子發(fā)射等)來(lái)對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行分析的方法。可以分為光譜法和非光譜法兩大類(lèi)。非光譜分析法，是基于物質(zhì)引起輻射的方向或物理性質(zhì)的改變，檢測(cè)被測(cè)物質(zhì)的某種物理光學(xué)性質(zhì)，進(jìn)行定量、定性分析的方法，非光譜分析法不考慮物質(zhì)內(nèi)部能量的變化，包括了折射法、散射光法等。光譜分析法，是以光輻射能與物質(zhì)組成和結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在聯(lián)系或者以光譜或波譜的測(cè)量為基礎(chǔ)，利用物質(zhì)的光譜特征，進(jìn)行定性、定量及結(jié)構(gòu)分析的方法。按物質(zhì)能級(jí)躍遷的方式，光譜分析法又分為三種基本類(lèi)型：發(fā)光光譜法(包括分子熒光分析法、X射線(xiàn)熒光分析法等)、吸收光譜法(包括紫外可見(jiàn)分光光度法、紅外分光光度法等)以及散射光譜法(如最近比較熱門(mén)的拉曼散射光譜法)。

在線(xiàn)濁度分析儀是目前非光譜分析法在水質(zhì)在線(xiàn)分析技術(shù)最有價(jià)值的應(yīng)用。濁度是水質(zhì)凈化處理最重要的關(guān)鍵性工藝參數(shù)，它既可反應(yīng)水中懸浮物的濃度，同時(shí)又是人的感官對(duì)水質(zhì)最直接的評(píng)價(jià)，全球各國(guó)包括世界衛(wèi)生組織的飲用水標(biāo)準(zhǔn)都把濁度作為了一個(gè)必測(cè)的指標(biāo)。濁度的測(cè)量原理是利用光的散射原理，當(dāng)光束接觸到水中的懸浮物顆粒表面時(shí)，將會(huì)散射和吸收通過(guò)水樣的光線(xiàn)，散射光與入射光成90度直角時(shí)，散射光強(qiáng)度與濁度的大小成線(xiàn)性關(guān)系，通過(guò)檢測(cè)器測(cè)量散射光強(qiáng)度，同標(biāo)準(zhǔn)比較，就能獲得水樣的濁度值。目前市場(chǎng)上已經(jīng)有了數(shù)十種不同結(jié)構(gòu)、不同量程、不同測(cè)試精度、不同安裝方式的在線(xiàn)濁度分析儀器產(chǎn)品，可以滿(mǎn)足從潔凈度極高的膜過(guò)濾水到高污染、高懸浮物水樣濁度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

目前，采用光譜分析法原理的水質(zhì)在線(xiàn)分析儀器是能夠測(cè)量水質(zhì)參數(shù)最多的一類(lèi)儀器，這其中，既有采用經(jīng)典比色法原理的總磷分析儀、總氮分析儀、氨氮分析儀、SO2分析儀、六價(jià)鉻、銅等重金屬分析儀;也有X射線(xiàn)熒光分析法原理的鉛、砷分析儀;還有紫外熒光原理的水中油(多環(huán)芳烴)分析儀等。最近，隨著化學(xué)計(jì)量學(xué)和光譜學(xué)的發(fā)展，采用全光譜掃描方法，可一次分析十多種水質(zhì)參數(shù)的多參數(shù)在線(xiàn)水質(zhì)分析儀也得到越來(lái)越多的應(yīng)用。

另外，隨著流動(dòng)注射分析技術(shù)的出現(xiàn)和大量應(yīng)用，也為提高“結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的自動(dòng)化分析設(shè)備或者裝置”這類(lèi)在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器的分析速度，實(shí)現(xiàn)儀器快速自動(dòng)完成水樣采集、處理，試劑混合，乃至最終檢測(cè)提供了支撐。流動(dòng)注射分析(Flow Injection Analysis，縮寫(xiě)FIA)，是一種“非平衡態(tài)”化學(xué)分析技術(shù)，1974年由丹麥化學(xué)家魯齊卡(Ruzicka J)和漢森(Hansen E H)提出的一種創(chuàng)新的連續(xù)流動(dòng)分析技術(shù)。這種技術(shù)是把一定體積的試樣溶液注入到一個(gè)連續(xù)流動(dòng)的、無(wú)空氣間隔的試劑溶液(或水)載流中，被注入的試樣溶液在反應(yīng)管中形成一個(gè)反應(yīng)單元，并與載流中的試劑混合、反應(yīng)后，再進(jìn)入到流通檢測(cè)器進(jìn)行測(cè)定分析及記錄。整個(gè)分析過(guò)程中試樣溶液都在嚴(yán)格控制的條件下在試劑載流中分散，因此，只要待測(cè)水樣的注射方法，在管道中存留時(shí)間、溫度和分散過(guò)程等條件相同，不要求反應(yīng)達(dá)到平衡狀態(tài)就可以按照比較的方法，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)溶液所繪制的工作曲線(xiàn)測(cè)出試樣溶液中被測(cè)物質(zhì)的濃度。

流動(dòng)注射分析技術(shù)的應(yīng)用，極大的提高了水樣分析速度。特別是隨著由具有良好耐腐蝕性能的聚乙烯、聚四氟乙烯等材料制成的微型管道系統(tǒng)的出現(xiàn)，儀器對(duì)樣品以及分析試劑的耐受性大大提高，擴(kuò)展了儀器對(duì)分析方法的適應(yīng)性，增加了可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分析的水質(zhì)參數(shù)，采用流動(dòng)注射技術(shù)的儀器小型化也成為現(xiàn)實(shí)。由于流動(dòng)注射分析技術(shù)具有可以把吸光分析法、熒光分析法、比濁法和離子選擇電極分析法等諸多分析方法的流程實(shí)現(xiàn)在管道中完成、需要的試劑量小、易于自動(dòng)連續(xù)分析的優(yōu)點(diǎn)，在水質(zhì)在線(xiàn)分析儀器領(lǐng)域得到了非常普遍的應(yīng)用，幾乎被所有非傳感器形式的在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器所采用。

最近以來(lái)，為滿(mǎn)足對(duì)水中多種微量成分的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，色譜原理的在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器開(kāi)始出現(xiàn)，在線(xiàn)離子色譜監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)水中高氯酸鹽和氯酸鹽、在線(xiàn)氣相色譜儀監(jiān)測(cè)水中VOCs(揮發(fā)性有機(jī)物)的都取得了成功的應(yīng)用。

其他原理的在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器中，生物技術(shù)原理的產(chǎn)品占據(jù)了很大的份額，其中，發(fā)光細(xì)菌法生物毒性監(jiān)測(cè)儀、微生物燃料電池監(jiān)測(cè)生化需氧量和毒性，核酸酶重金屬特異性反應(yīng)監(jiān)測(cè)重金屬，酶底物法監(jiān)測(cè)大腸桿菌、ALP(堿性磷酸酶)法監(jiān)測(cè)細(xì)菌總數(shù)等原理和方法的在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器最近幾年都開(kāi)始得到市場(chǎng)的認(rèn)可。

2.3 國(guó)內(nèi)外水質(zhì)在線(xiàn)檢測(cè)的技術(shù)差距

在中國(guó)，由于水質(zhì)在線(xiàn)分析儀器的主要市場(chǎng)，包括工業(yè)水處理過(guò)程監(jiān)測(cè)與控制、市政自來(lái)水與污水處理、環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)等同歐美和日本等主要發(fā)達(dá)國(guó)家相比，起步都較晚，同時(shí)也因?yàn)橹�撐水質(zhì)在線(xiàn)分析儀器研發(fā)制造的電子技術(shù)、自動(dòng)控制、軟件等基礎(chǔ)技術(shù)和精密制造產(chǎn)業(yè)在中國(guó)也主要是改革開(kāi)放以后的短短幾十年里才開(kāi)始發(fā)展起來(lái)的，兩方面的原因造成了中國(guó)水質(zhì)在線(xiàn)分析儀器以及檢測(cè)技術(shù)發(fā)展的差距。

和其他分析儀器產(chǎn)品一樣，可靠性是國(guó)內(nèi)外在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器最大的差距，專(zhuān)門(mén)人才的缺乏造成的設(shè)計(jì)理念和流程的落后、關(guān)鍵元器件的穩(wěn)定性和供應(yīng)不足以及在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器行業(yè)的制造水平、質(zhì)量管理水平的差異都是造成可靠性差距的原因。

水質(zhì)在線(xiàn)檢測(cè)技術(shù)同國(guó)內(nèi)外差距的另外一點(diǎn)是分析原理創(chuàng)新，同發(fā)達(dá)國(guó)家同行不斷應(yīng)用的新分析原理、新材料、新算法等新技術(shù)相比，目前中國(guó)水質(zhì)在線(xiàn)檢測(cè)儀器主要原理還是以傳統(tǒng)的電化學(xué)、比色法為主，儀器對(duì)水質(zhì)變化的適應(yīng)性還不能完全滿(mǎn)足目前水處理工業(yè)過(guò)程控制的要求。

在綠色分析的認(rèn)知和應(yīng)用上，國(guó)內(nèi)外水質(zhì)在線(xiàn)分析技術(shù)也存在一定的差距，綠色分析要求是在分析過(guò)程減少多環(huán)境的影響，避免(或大幅度減少)使用化學(xué)試劑，減少氣體、液體和固體廢物的產(chǎn)生，避免使用劇毒(包括生態(tài)毒性)的試劑;減少樣品分析的所需的人力和能耗。目前國(guó)內(nèi)在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器，特別是結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的監(jiān)測(cè)型在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器，在試劑使用量、廢液產(chǎn)生量以及有毒試劑的使用和能耗方面，同國(guó)外先進(jìn)儀器還有一定的差距。

最近十多年以來(lái)，在“自動(dòng)監(jiān)測(cè)為主，手動(dòng)監(jiān)測(cè)為輔的監(jiān)測(cè)模式”的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)路線(xiàn)的大力推動(dòng)下，中國(guó)監(jiān)測(cè)型水質(zhì)在線(xiàn)分析儀器技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步和發(fā)展。從2002年至今，幾乎每年都有上萬(wàn)臺(tái)/套的在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了安裝調(diào)試和實(shí)際運(yùn)行。儀器大量的研發(fā)制造和實(shí)際應(yīng)用，為行業(yè)技術(shù)進(jìn)步提供和積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。與此同時(shí)，中國(guó)發(fā)布了數(shù)十項(xiàng)在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器及系統(tǒng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，這些標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和實(shí)施，對(duì)在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器在中國(guó)市場(chǎng)的應(yīng)用和發(fā)展起到了極大的推動(dòng)作用，有力的支持了中國(guó)監(jiān)測(cè)型在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器研發(fā)制造技術(shù)的發(fā)展，多種適應(yīng)不同水質(zhì)條件水樣的應(yīng)用技術(shù)也得以開(kāi)發(fā)。中國(guó)監(jiān)測(cè)型在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器已經(jīng)有了巨大的進(jìn)步。總體來(lái)看，水污染源排放和水環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)的常規(guī)在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器及其應(yīng)用技術(shù)達(dá)到了國(guó)際領(lǐng)先的水平。

03

水質(zhì)在線(xiàn)分析儀器的應(yīng)用簡(jiǎn)介

在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器作為獲取水質(zhì)信息的源頭技術(shù)，凡是人類(lèi)活動(dòng)用到水的領(lǐng)域，諸如水環(huán)境監(jiān)測(cè)、飲用水處理與安全保障、工業(yè)水處理的過(guò)程控制、污水處理等等，都是在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器的應(yīng)用范圍。

按照應(yīng)用目的的不同，在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器可以分為監(jiān)測(cè)型和過(guò)程型在線(xiàn)分析儀器兩類(lèi)產(chǎn)品。

監(jiān)測(cè)型分析儀器主要用于單純的水質(zhì)監(jiān)測(cè)，獲取水質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)，以判斷水質(zhì)是否達(dá)到法規(guī)的要求，以及環(huán)境水質(zhì)(地表水、地下水、海水等)和飲用水水質(zhì)安全的預(yù)警性監(jiān)測(cè)，不參與水處理工藝過(guò)程控制。要求監(jiān)測(cè)的水質(zhì)參數(shù)主要是環(huán)保法規(guī)或者水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的主要污染物指標(biāo)，對(duì)應(yīng)用技術(shù)的需求主要是水樣預(yù)處理技術(shù)以及儀器系統(tǒng)集成技術(shù)等。

在中國(guó)，典型的監(jiān)測(cè)型在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器應(yīng)用有：

一、工業(yè)企業(yè)廢水污染源及市政污水處理廠(chǎng)排放自動(dòng)監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)參數(shù)有: COD、氨氮、Ph值、總磷、總氮、重金屬(鎳、六價(jià)鉻、總汞、鉛、鎘、銅、氟離子等)。這些水質(zhì)分析儀器為企業(yè)實(shí)現(xiàn)污染物排放自行監(jiān)測(cè)，防止和及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能的廢水超標(biāo)排放，申報(bào)環(huán)境保護(hù)稅，以及環(huán)保監(jiān)察部門(mén)實(shí)時(shí)了解企業(yè)水污染物排放情況提供了依據(jù)。

二、地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)：江河湖庫(kù)重要斷面以及水源地的水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，江河水的主要監(jiān)測(cè)參數(shù)有：常規(guī)5參數(shù)(溶解氧、水溫、電導(dǎo)率、濁度、Ph值)、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)(CODMn)、總磷、總氮等;湖泊和水庫(kù)一般會(huì)增加葉綠素a及藍(lán)綠藻指標(biāo);水源地涉及到飲用水的安全問(wèn)題，會(huì)要求增加生物毒性、大腸桿菌等水質(zhì)指標(biāo)以及氟離子等具有行業(yè)性/地域性特征水質(zhì)污染指標(biāo)的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。大量地表水在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器的安裝和應(yīng)用，為全面了解國(guó)內(nèi)環(huán)境水質(zhì)狀況，對(duì)可能的水質(zhì)惡化和突發(fā)性水質(zhì)污染提供預(yù)警，以及為水環(huán)境和水資源管理部門(mén)生態(tài)調(diào)水及合理使用水資源提供數(shù)據(jù)支持。

三、飲用水管網(wǎng)及二次供水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)，主要參數(shù)有濁度、余氯、Ph值、電導(dǎo)率、溫度、色度等。飲用水水質(zhì)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，一方面對(duì)可能發(fā)生的水質(zhì)超標(biāo)事件進(jìn)行預(yù)警，防止不合格的自來(lái)水進(jìn)入居民家庭;另外，大量管網(wǎng)的水質(zhì)數(shù)據(jù)，也可支持自來(lái)水廠(chǎng)優(yōu)化水處理工藝以及管網(wǎng)輸水調(diào)度決策。

四、海水監(jiān)測(cè)，常規(guī)的指標(biāo)是溫度、鹽度、深度(簡(jiǎn)稱(chēng)溫鹽深，英文縮寫(xiě)CTD)，另外還會(huì)根據(jù)需要增加溶解氧、葉綠素a、濁度以及硝氮、有色可溶性有機(jī)物(CDOM)等綜合反應(yīng)海水質(zhì)量狀況的水質(zhì)指標(biāo)。

過(guò)程型分析儀器，顧名思義，主要用于水處理工藝過(guò)程監(jiān)測(cè)與控制,所測(cè)量的水質(zhì)參數(shù)會(huì)參與過(guò)程控制，以?xún)?yōu)化水處理工藝、提升水處理效率, 在保證末端水質(zhì)達(dá)標(biāo)的前提下,實(shí)現(xiàn)水處理過(guò)程節(jié)能降耗的目的。過(guò)程型分析儀器更多要求原位、實(shí)時(shí),連續(xù)監(jiān)測(cè),對(duì)儀器的測(cè)量速度與響應(yīng)時(shí)間要求較高。

過(guò)程型在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器，被廣泛應(yīng)用于火力發(fā)電廠(chǎng)、核電廠(chǎng)、石油化工企業(yè)、大型冶金企業(yè)、造紙企業(yè)等為代表傳統(tǒng)流程工業(yè)以及半導(dǎo)體廠(chǎng)、生物制藥廠(chǎng)等新興工業(yè)企業(yè)中，為工業(yè)水處理過(guò)程控制以及鍋爐水、蒸汽、電子級(jí)超純水等各類(lèi)生產(chǎn)用水的品質(zhì)檢測(cè)提供了實(shí)時(shí)可靠的水質(zhì)數(shù)據(jù)和水處理過(guò)程控制依據(jù)。

以石油化工行業(yè)為例，作為傳統(tǒng)的流程工業(yè)，石油化工廠(chǎng)有著用水量大、不同用水工藝水質(zhì)差異顯著、涉及生產(chǎn)裝置多的特點(diǎn)，其水處理流程幾乎涵蓋了從原水、軟化水、高純水、蒸汽到廢水處理及回用的所有類(lèi)型的水質(zhì)特點(diǎn)、水處理技術(shù)和工藝，有著最全面和最具有代表性的水質(zhì)在線(xiàn)分析儀器應(yīng)用場(chǎng)景。

目前石化企業(yè)中常用的在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器，根據(jù)不同工藝要求及不同用水點(diǎn)來(lái)分，主要有：

一.新鮮水凈化處理：濁度分析儀、pH分析儀、余氯分析儀

二.軟化水及脫鹽水處理：硬度分析儀、電導(dǎo)率分析儀、pH分析儀、二氧化硅(SiO2)分析儀、鈉離子分析儀、SDI(污染指數(shù))等

三.鍋爐水及蒸汽質(zhì)量監(jiān)測(cè)：二氧化硅(SiO2)分析儀、鈉離子分析儀、微量溶解氧分析儀、磷酸根分析儀、電導(dǎo)率分析儀、pH分析儀、

四.循環(huán)冷卻水：總磷/磷酸鹽分析儀、pH分析儀、濁度分析儀、電導(dǎo)分析儀、余氯分析儀、總有機(jī)碳(TOC)分析儀、在線(xiàn)熒光示蹤監(jiān)測(cè)儀、水中油分析儀等

五.凝結(jié)水回用：總有機(jī)碳(TOC)分析儀、電導(dǎo)率分析儀等

六.工業(yè)廢水處理及回用：溶解氧分析儀、pH/ORP分析儀、懸浮物分析儀、COD分析儀、氨氮分析儀、水中油分析儀等

七.廠(chǎng)區(qū)雨水監(jiān)測(cè)及排放管理：總有機(jī)碳(TOC)分析儀、懸浮物(SS)分析儀、水中油分析儀、水面油膜監(jiān)測(cè)儀等;如果儀器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到雨水的水質(zhì)指標(biāo)超過(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)或者有油品泄漏，就會(huì)自動(dòng)關(guān)閉雨水排放口，將超標(biāo)雨水排入廢水處理單元或者事故池儲(chǔ)存，以免造成對(duì)環(huán)境水體的污染，或者對(duì)廢水處理單元的沖擊。

在半導(dǎo)體廠(chǎng)、生物制藥廠(chǎng)這類(lèi)對(duì)水質(zhì)有著極高要求的高技術(shù)新興產(chǎn)業(yè)中，高精度的二氧化硅(SiO2)分析儀(檢出限可達(dá)0.1μg/L)、總有機(jī)碳分析儀、水中顆粒物分析儀(可測(cè)粒徑0.05μm)、高精度微量溶解氧分析儀等高性能在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器以及各種結(jié)構(gòu)和性能的氟離子分析儀(半導(dǎo)體廠(chǎng))、微生物分析儀(生物制藥廠(chǎng))都已經(jīng)有了越來(lái)越多的應(yīng)用。

另外，在自來(lái)水廠(chǎng)，各種量程的在線(xiàn)濁度分析儀、余氯/總氯分析儀、pH分析儀、堿度分析儀、游動(dòng)電流分析儀等都有著廣泛的應(yīng)用，參與水廠(chǎng)的自動(dòng)加藥、加氯等工藝的過(guò)程控制，這些在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器的應(yīng)用，極大的提高了自來(lái)水的自動(dòng)化運(yùn)行水平，保證了自來(lái)水出廠(chǎng)水質(zhì)的安全可靠。

在市政污水處理廠(chǎng)，溶解氧分析儀、污泥濃度分析儀、pH/ORP(氧化還原電位)分析儀、硝氮分析儀、氨氮分析儀為代表的在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器在過(guò)去數(shù)十年間也已經(jīng)獲得了大量的成功應(yīng)用，為污水廠(chǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行、節(jié)能降耗和達(dá)標(biāo)排放提供了可靠的支持。由于用于水處理過(guò)程控制，儀器安裝的數(shù)量較大，這類(lèi)分析儀器通常以安裝維護(hù)方便、單價(jià)較低的水質(zhì)傳感器形式出現(xiàn)。

對(duì)于不同類(lèi)型的在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器，技術(shù)要求也是不同的，一般而言，監(jiān)測(cè)型分析儀器對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度要求較高，數(shù)據(jù)可以作為有關(guān)部門(mén)進(jìn)行執(zhí)法管理的依據(jù)，對(duì)檢測(cè)原理和方法的限制較多,要求是成熟的分析技術(shù);而過(guò)程型分析儀器對(duì)儀器的可靠性和穩(wěn)定性要求較高，要求儀器能夠及時(shí)可靠地反應(yīng)水質(zhì)變化的趨勢(shì)，以便為水處理過(guò)程控制提供依據(jù)。對(duì)儀器的響應(yīng)時(shí)間要求較高，對(duì)儀器的檢測(cè)方法和原理限制少,允許更多創(chuàng)新型的新原理、新方法的在線(xiàn)分析儀器應(yīng)用。

04

水質(zhì)在線(xiàn)分析儀器技術(shù)

與市場(chǎng)的發(fā)展前景

全球人口的持續(xù)增加和經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，帶來(lái)了用水量增加、水資源短缺以及水環(huán)境質(zhì)量和生態(tài)惡化的壓力，提出了對(duì)水處理工業(yè)和水環(huán)境保護(hù)產(chǎn)業(yè)更高的要求和需求，將進(jìn)一步推動(dòng)在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器市場(chǎng)的發(fā)展。

當(dāng)下處于物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和人工智能的時(shí)代，也需要更多的數(shù)據(jù)，在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器作為物聯(lián)網(wǎng)感知層的重要組成，其數(shù)據(jù)提供者的需求將被放大，要求出現(xiàn)更多高可靠性、低能耗、低維護(hù)、低成本現(xiàn)代在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器。

現(xiàn)代在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器技術(shù)是在分析化學(xué)、材料科學(xué)、通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)、過(guò)程控制理論等多學(xué)科發(fā)展的基礎(chǔ)上產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的，這些學(xué)科的創(chuàng)新和發(fā)展，也將為在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器的創(chuàng)新和進(jìn)步進(jìn)一步提供支持。

另外，隨著綠色分析理念的大力推廣，綠色分析技術(shù)的不斷出現(xiàn)，未來(lái)的在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器將會(huì)盡量減少使用和產(chǎn)生有毒化學(xué)品,在設(shè)計(jì)上也會(huì)更加考慮降低儀器的能耗和分析的用水量。

流式細(xì)胞術(shù)、生物預(yù)警技術(shù)、核酸酶重金屬特異性反應(yīng)、微流控技術(shù)等諸多新的測(cè)量原理,已正在或者即將被在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器采用;量子點(diǎn)、石墨烯、碳納米管、生物芯片、水凝膠等新材料也開(kāi)始進(jìn)入水質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域;

在儀器數(shù)據(jù)處理方面，各種新算法及水質(zhì)模型不斷出現(xiàn), 將提升各種新型在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器的功能及完善數(shù)據(jù)后處理，提供更多有價(jià)值的水質(zhì)數(shù)據(jù)和信息-不僅是儀器硬件和分析技術(shù),軟件和數(shù)據(jù)處理技術(shù)也將成為在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器的重要組成部分。在未來(lái)，在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器將成為“硬件+材料+軟件+算法”的組合。

隨著新的分析原理、方法的出現(xiàn)和應(yīng)用，以及各種新材料的采用，傳感器對(duì)復(fù)雜水質(zhì)的適應(yīng)性會(huì)得到提高;同時(shí)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)和水樣直接接觸的傳感器自身壽命及運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、管理以提高維護(hù)效率、降低維護(hù)成本。

還有，伴隨3D打印技術(shù)的成熟應(yīng)用，根據(jù)待測(cè)水樣的不同水質(zhì)情況，實(shí)現(xiàn)差異化設(shè)計(jì)、制造也將成為現(xiàn)實(shí);比如：飲用水和海水、工業(yè)廢水，即使是測(cè)量同一個(gè)水質(zhì)指標(biāo)，也可選用不同材質(zhì)、結(jié)構(gòu)和制造工藝來(lái)生產(chǎn)傳感器，以滿(mǎn)足不同水質(zhì)條件的要求。

更重要的是，和所有電子產(chǎn)品一樣，傳感器的成本必然會(huì)隨著物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代大規(guī)模的應(yīng)用出現(xiàn)超出想象力的下降，這時(shí)，免維護(hù)的一次性在線(xiàn)水質(zhì)傳感器將成為現(xiàn)實(shí)。和傳感器一樣，結(jié)構(gòu)復(fù)雜的在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器的成本問(wèn)題也必然隨著大規(guī)模的應(yīng)用得到降低;儀器的維護(hù)問(wèn)題也可以通過(guò)設(shè)計(jì)的優(yōu)化、新材料以及耐用元器件的采用得到改進(jìn)，特別是，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)步，可通過(guò)產(chǎn)品在硬件上增加必要的傳感器，在測(cè)試流程中，獲取過(guò)程節(jié)點(diǎn)的參數(shù)指標(biāo)及變化曲線(xiàn)，智能判斷拐點(diǎn)、斜率、峰值、積分面積等指標(biāo)，轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，形成一套用于描述“儀器行為”的監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)“儀器行為”來(lái)評(píng)估在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器狀態(tài)，以實(shí)現(xiàn)這種精密設(shè)備的遠(yuǎn)程管理和診斷，進(jìn)行有針對(duì)性的預(yù)維護(hù)等手段降低維護(hù)量及維護(hù)費(fèi)用，從而進(jìn)一步推動(dòng)在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器應(yīng)用規(guī)模的擴(kuò)大。

從市場(chǎng)發(fā)展角度來(lái)看，就像其他任何一種新興技術(shù)和行業(yè)一樣，水質(zhì)在線(xiàn)分析儀器市場(chǎng)也會(huì)經(jīng)歷從市場(chǎng)初期的緩慢增長(zhǎng)到高速成長(zhǎng)的發(fā)展歷程。

在初期，市場(chǎng)需求受到了兩種因素的制約：其中一個(gè)主要因素是投入產(chǎn)出分析，相對(duì)于過(guò)低的水資源費(fèi)、水價(jià)以及廢水排放需要支付的費(fèi)用而言，當(dāng)時(shí)在線(xiàn)分析儀器的投資和運(yùn)行成本都比較高。

還有一個(gè)因素是在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器和技術(shù)自身的限制，當(dāng)時(shí)在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器的穩(wěn)定性、可靠性等還不能完全滿(mǎn)足市場(chǎng)的要求;可以實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)分析的水質(zhì)參數(shù)也不是很多;另外，由于水質(zhì)條件的多樣化與復(fù)雜性，即使是面對(duì)同一個(gè)水樣，測(cè)量不同水質(zhì)參數(shù)時(shí)，對(duì)儀器測(cè)量方式，安裝方式的要求都有不同，這對(duì)以在線(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)為代表的應(yīng)用技術(shù)也提出了很高的要求。

這些因素造成了監(jiān)管部門(mén)和行業(yè)的運(yùn)行管理者以及水處理工程師對(duì)采用在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器都持有謹(jǐn)慎的態(tài)度，在當(dāng)時(shí)嚴(yán)重制約了在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器的應(yīng)用與推廣。

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，由于水資源短缺、水環(huán)境污染的問(wèn)題日益嚴(yán)重，行業(yè)同時(shí)迎來(lái)了水資源費(fèi)上漲、飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提高、廢水排放標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格以及用水量及用水人口增加、水價(jià)上漲等諸多挑戰(zhàn)和機(jī)會(huì);在法規(guī)的壓力和市場(chǎng)的推動(dòng)下，加強(qiáng)水環(huán)境監(jiān)測(cè)、淘汰粗放式的水處理及用水模式，采用更加先進(jìn)的過(guò)程控制系統(tǒng)以提高水處理效率、降低水處理及用水成本就成為了人類(lèi)社會(huì)必然的選擇;與此同時(shí)，技術(shù)的發(fā)展使得在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器的穩(wěn)定性與可靠性有了很大提高、可以實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的水質(zhì)參數(shù)越來(lái)越多、在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器的功能也越來(lái)越強(qiáng)大;市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)和水質(zhì)在線(xiàn)分析儀器自身的技術(shù)進(jìn)步共同推動(dòng)了行業(yè)的高速發(fā)展。

在中國(guó)，隨著日益嚴(yán)格的環(huán)保法規(guī)的驅(qū)動(dòng)，特別是以在線(xiàn)監(jiān)測(cè)作為主要技術(shù)路線(xiàn)的環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)政策的推動(dòng)下，監(jiān)測(cè)型在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器將繼續(xù)保持高速成長(zhǎng)。與此同時(shí)，石油化工、冶金、火力發(fā)電等傳統(tǒng)高耗水工業(yè)用水效率的提高以及行業(yè)自身的技術(shù)進(jìn)步，半導(dǎo)體、生物制藥等對(duì)水質(zhì)要求更加嚴(yán)格的新興行業(yè)的快速發(fā)展，都會(huì)進(jìn)一步提高對(duì)在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器的需求，過(guò)程型在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器也將保持持續(xù)的增長(zhǎng)。物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算以及即將到來(lái)的5G時(shí)代，需要更多的傳感器類(lèi)型的在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器，低功耗、低成本的在線(xiàn)水質(zhì)分析傳感器將會(huì)迎來(lái)爆發(fā)的機(jī)會(huì)。

在市場(chǎng)需求和技術(shù)進(jìn)步的共同推動(dòng)下，在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器及其應(yīng)用技術(shù)必將得到快速發(fā)展，儀器的穩(wěn)定性與可靠性會(huì)有進(jìn)一步的提高、可以實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)的水質(zhì)參數(shù)將越來(lái)越多、在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器的功能也將越來(lái)越強(qiáng)大，市場(chǎng)將會(huì)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)保持可持續(xù)的增長(zhǎng)趨勢(shì)。

05

結(jié)束語(yǔ)

在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器及技術(shù)，作為涉及分析化學(xué)、水質(zhì)科學(xué)、電子與信息技術(shù)、材料科學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)等傳統(tǒng)與現(xiàn)代科學(xué)的綜合性跨學(xué)科技術(shù)，經(jīng)過(guò)過(guò)去幾十年的發(fā)展，無(wú)論在水環(huán)境監(jiān)測(cè)、飲用水安全保障還是工業(yè)過(guò)程用水領(lǐng)域都得到了普遍的應(yīng)用。隨著人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的進(jìn)一步發(fā)展，特別是在大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等各種高新技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器及其應(yīng)用技術(shù)還將得到更大的發(fā)展。

在中國(guó)，隨著目前政府環(huán)保法規(guī)日益完善、公眾環(huán)境保護(hù)意識(shí)提高，尤其是執(zhí)政黨提出了“綠水青山就是金山銀山”的可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)環(huán)境理念的情況下，加強(qiáng)水環(huán)境質(zhì)量的監(jiān)測(cè)以及廢水排放的監(jiān)管，采用更加先進(jìn)的過(guò)程控制技術(shù)以提高水處理效率、降低水處理及用水成本，提高用水效率已經(jīng)成為了水環(huán)境監(jiān)管部門(mén)、水處理行業(yè)以及中國(guó)社會(huì)的必然選擇。同時(shí)，隨著中國(guó)這個(gè)制造大國(guó)研發(fā)制造水平的不斷提升，都將促進(jìn)作為獲取水質(zhì)信息最重要的測(cè)量技術(shù)-在線(xiàn)水質(zhì)分析儀器技術(shù)高質(zhì)量高速度的發(fā)展。