Типичный перечень показателей, которые определяются звеньями автоматизированной системы контроля качества воды

Показатель	АСККВ	ПГХЛ	СГХЛ
h (глубина)	+
Т, °С	+	+
Мутность	+	+
X	+	+
рН	+	+
Eh	+	+
О2	+	+	+
Сl	+	+	+
SO4			+
NO3-	+	+	+
NO2-	+	+	+
РО4-	+	+	+
НСО3-		+	+
СО32-		+	+
F-	+	+	+
УФ-светопропускание	+
S2-			+
CN-		+	+
Na+	+	+	+
К+	+		+
Са2+	+		+
Mg2+			+
NH4+	+	+	+
Feобщ	+	+	+
Сu2+	+	+	+
Zn2+		+	+
Сr3+		+	+
Sr2+			+
Сd2+	+		+
Hg+	+		+
Рb2+	+		+
Мn			+
Аs3+			+
SіО	+		+
ХСК		+	+
Cорг	+	+	+
Nорг		+	+
Жиры			+
БПК			+
СПАВ			+
Фенолы			+
Нефтепродукты		+	+
Сумма органических кислот			+
Пестициды			+
Рорг			+

Анализаторы. К ним относят приборы, которые дают возможность получать данные о химическом составе воды в условиях лабораторий или непосредственно на месте возле водного объекта автоматическим или полуавтоматическим способом.

Передвижные гидрохимические лаборатории (ПГХЛ). Они обеспечивают оперативный контроль качества воды, который невозможно осуществить с помощью АСККВ, получают информацию непосредственно на водном объекте и одновременно доставляют пробы для детального анализа в стационарных лабораториях.

Стационарная гидрохимическая лаборатория (СГХЛ). В постоянной, непередвижной гидрохимической лаборатории можно делать химический анализ воды, определять много компонентов ее химического состава, получать ту информацию о качестве воды, которую не состоятельны предоставить АСККВ и ПГХЛ.

Центр обработки гидрохимической информации. Задачами центра являются обработка, систематизация и интерпретация информации, полученной от АСККВ, ПГХЛ, СГХЛ; организация связи со всеми звеньями АСКНС-ВГ и потребителями информации; техническое обслуживание средств; сбор, проверка на достоверность, обработка, хранение и предоставление пользователям разнообразных видов информации, в частности оперативных краткосрочных прогнозов состояния водного объекта.

Количество наблюдений, которые осуществляются на разнообразных уровнях АСКНС-ВГ в зависимости от поставленных задач, колеблется от 1-4 в месяц до 12 в сутки. Их целесообразно выполнять в бассейнах рек, где есть напряженный водный баланс. При этом АСКНС-ВГ становятся частью общей системы управления качеством воды, которая оказывает содействие оптимизации водоохранных мероприятий.

Устройство и принцип действия автоматических систем контроля качества воды

Практически все автоматические системы контроля качества поверхностных вод, как заграничные, так и отечественные, действуют по одинаковому принципу. Система состоит из датчиковой части, которая размещается в разных точках подконтрольной водной среды, аппаратуры для передачи информации и центральной станции для приема и регистрации аналоговых и цифровых сигналов. Разница между системами заключается в способе действия и особенностях устройства отдельных блоков, степени автоматизации получения и обработки информации и окончательного результата.

Наиболее распространенными являются способы размещения блока датчиков:

- непосредственно в водоеме, когда на тросе спускают блок, соединенный с прибором, размещенным на берегу. Преимущество способа заключается в том, что информация поступает в определенную точку без транспортного опоздания и связанных с ним погрешностей. Однако эксплуатация такого блока затруднена, так как его необходимо часто вынимать для очистки от организмов, которыми он обрастает в воде, и проверки. Этот метод практически не применяется на реках со сложным гидрологическим режимом и в районах с суровым климатом;

- в нижней части автоматической станции в специальном отсеке, куда воду подают из заданной точки водохранилища погруженным насосом. Этот способ конструктивно более простой и надежный. Его недостатками являются транспортное опоздание получения информации и погрешности вследствие возможного обрастания водными организмами внутренней поверхности шланга, которым подают воду. Метод применяют в большинстве заграничных конструкций.

Для передачи информации об измеренных параметрах на центральную станцию применяют аналоговый и цифровой методы. Первый метод является удобным и простым в реализации, второй – обеспечивает высокую точность, но нуждается в дополнительных затратах на аппаратуру преобразования аналоговых сигналов на цифровые. Передавать информацию можно телефоном, телеграфом, радио и по электронной почте. Регистрируют и хранят информацию с помощью самописцев, перфораторов, записей на магнитных или электронных носителях. Для управления работой всех систем используют ЭВМ.

В Украине наиболее широко применяют автоматическую станцию контроля поверхностных вод (АСКПВ) и автоматическую станцию контроля загрязнения вод (АСКЗВ-Г).

Автоматическая станция контроля поверхностных вод (АСКПВ). Она состоит из таких функциональных частей: насосно-гидравлической системы (НГЧ), измерительной части (ИЧ), электронно-преобразующей части (ЭПЧ), аппаратуры передачи данных (АПД), центральной станции (ЦС).

Основой станции является насосно-гидравлическая часть (НГЧ), которая обеспечивает забор контролируемой воды на одном или двух уровнях (в глубину) и ее доставку (без изменения физико-химических показателей) к первичному преобразователю измерительной части. НГЧ компонуется из водозаборных устройств, погруженных насосов с электроприводами и трубопроводов.

Измерительная часть (ИЧ) обеспечивает получение нормированных электрических сигналов, которые несут информацию об измеренных физико-химических показателях: температуру, уровень воды, концентрацию растворенного кислорода, рН, окислительно-восстановительный потенциал, электропроводность, концентрацию зависших веществ, ионы меди и сульфидов. Ее образовывают блок первичных и блок нормированных преобразователей.

Электронно-преобразующая часть (ЭПЧ) обеспечивает программы измерения, первичной обработки данных, представление информации в форме, удобной для использования на местах и передачи каналами связи. ЭПЧ обеспечивает соблюдение заданных алгоритмов функционирования всех устройств автоматизированной системы контроля воды, выполняет функции контроля технического состояния устройств, аварийной защиты и сигнализации.

Аппаратуру передачи данных (АПД) используют для информирования центральной станции, которая, в свою очередь, оперативно реагирует на изменения качества воды.

АСКПВ дает возможность проводить анализ воды с периодичностью 30 мин., 1, 2, 3, 6, 12 ч., а также согласно указаниям диспетчерского пункта. Периодичность включения станции устанавливается согласно необходимой частоте замеров. Периодическое отключение ИЧ станции проводится из-за колебаний напряжения по командам ЭПЧ. Размещают ИЧ станции в отапливаемых помещениях на берегу водного объекта, на свайных опорах, опорах гидротехнических сооружений. ИЧ станции нормально функционирует при температуре воздуха 5-40°С.

Автоматическая станция контроля загрязнения вод (АСКЗВ-Г). Эта станция комплектуется из измерительно-пробоотборной части (ИПЧ), оборудования сбора и обработки информации (ОСОИ), аппаратуры передачи данных (АПД).

Измерительная пробоотборная часть (ИПЧ) обеспечивает автоматическое измерение физических свойств и химического состава поверхностных вод, передачу результатов измерения на станцию в виде унифицированных сигналов. Эта часть состоит из 17 приборов и пробоотборного устройства, которое рассчитано на размещение 24 проб (объемом 1л каждая). Приборы дают возможность измерять 7 общих показателей – температуру, рН, окислительно-восстановительный потенциал, концентрацию растворенного кислорода, электропроводность, мутность, уровень воды; определять загрязняющие вещества с помощью ионоселективных электродов с устройствами физико-химической подготовки пробы рН, рCl^-, рNO₃^-, рF^-, рNа⁺; определять загрязняющие вещества Са²⁺, Fе³⁺, Сr⁶⁺, РO₄^3-, NO₂^- с помощью автоматических фотоколориметров и УФ-светопоглощения природной воды. Измерения проводят в диапазоне от 30 мин. До 12 ч.

Оборудование для сбора и обработки информации (ОСОИ) служит для обобщения данных об измеренных параметрах и определении физико-химического состава поверхностных вод. С помощью ЭВМ, которая входит в его состав, реализуются такие функции: цифровая фильтрация сигналов датчиков; программная коррекция характеристик первичных преобразователей и автоматический выбор рабочего диапазона. По заданной программе входящие сигналы измеряются, масштабируются и усредняются в зависимости от алгоритма обработки информации. После окончания цикла усреднения, который может изменяться в пределах 0,5, 1, 2, 3, 6, 12 ч., обработанная информация переписывается в буферную память и выводится на регулирующее устройство (перфоратор, телетайп). Записанная информация каналами связи через АПД по команде с центральной станции передается в центр обработки информации.

Обе системы могут контролировать от 2 до 50 створов.

За границей разработаны разнообразные автоматические системы контроля загрязнения водной среды. Анализ заграничных разработок свидетельствует, что наиболее распространенными являются автоанализаторы, основанны на дискретном методе анализа. Общим для всех систем является модульное построение, простота обслуживания и совместимость исходящих сигналов с ЭВМ. Отличаются системы количеством и составом параметров, которые подлежат контролю.

Анализаторы контроля качества воды. Современные анализаторы основываются на использовании физико-химических методов анализа – спектрофотометрических, потенциометрических, кондуктометрических, полярографических, а также ряда других методов и их разнообразных комбинаций. Количество показателей, которые способны обработать анализаторы, колеблется в пределах 30-40. В отечественной практике наиболее распространенные анализаторы АМА-201 и АМА-201А.

Анализатор АМА-201 измеряет до 11 физико-химических показателей как полностью автоматизированное звено системы контроля. Он является многофункциональным комплексом получения и передачи на центральную станцию обработки информации оперативных данных о физико-химических показателях контролируемого объекта. Периодичность измерения колеблется в пределах 1; 1,5; 2; 3; 4 ч. Обслуживание персонал проводит 1 раз в 15 суток во время профилактического осмотра или после ремонтных работ.

Анализатор АМА-201А отличается от предыдущего улучшенной структурой, улучшенной элементной и конструктивной базами. Он способен контролировать 19 параметров, при одновременном измерении – 16.

Используют также анализаторы контроля качества воды для работы в автоматическом режиме в лабораторных условиях. Так, анализаторы МБХА-1, АПВ-102, ИВА-1, КАП-105 дают возможность определять от 5 до 25 ингредиентов с производительностью от 60 до 240 измерений в час.

Используя автоматизированную или автоматическую станции контроля качества воды, можно контролировать водные объекты по нескольким параметрам одновременно. Эти устройства и приборы обеспечивают отбор проб воды беспрерывно или через определенные промежутки времени. В случае возникновения чрезвычайной ситуации (превышение нормы концентрации загрязнителя) станции переходят в аварийный режим работы, т.е. фиксируют измеренные параметры в определенные промежутки времени с одновременным отбором проб, а также сигнализируют о такой ситуации на центральную станцию.