在线水质监测与治理作业指导书

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在线水质监测与治理作业指导书
第 1 章 水质监测与治理概述....................................................................................................... 4
1.1 水质监测的意义与目的................................................................................................. 4
1.1.1 保证水环境安全：通过对水体中各类污染物浓度的实时监测，评估水环境质量
状况，及时发觉潜在的水污染问题，为决策提供科学依据。..........................................4
1.1.2 保障人民群众饮水安全：监测饮用水源地水质，保证供水水质符合国家标准，
保障人民群众的饮水安全和身体健康。............................................................................. 4
1.1.3 促进水资源合理利用：通过监测不同区域、不同时段的水质状况，为水资源合
理配置、开发利用提供科学依据。..................................................................................... 4
1.1.4 预防和控制水污染：通过对污染源头的监测和控制，预防水污染的发生，降低
水环境风险。........................................................................................................................ 4
1.2 水质治理的基本方法..................................................................................................... 4
1.2.1 物理方法：利用物理作用分离和去除水中的污染物。主要包括沉淀、过滤、吸附、
离心分离等。........................................................................................................................ 4
1.2.2 化学方法：通过化学反应将水中的污染物转化为无害物质，或使其浓度降低至
允许排放标准。常见化学方法有中和、氧化还原、混凝等。..........................................4
1.2.3 生物方法：利用微生物、植物等生物体的代谢作用，去除水中的有机污染物和
部分无机污染物。包括活性污泥法、生物膜法、人工湿地等。.......................................4
1.2.4 膜分离技术：通过特定孔径的膜材料，对水中的污染物进行截留和分离。如反
渗透、纳滤、超滤等。......................................................................................................... 4
1.2.5 水质强化处理技术：结合多种处理方法，对特定污染物进行高效去除。如高级
氧化、电渗析等。................................................................................................................ 5
1.2.6 水生态修复技术：通过恢复和重建水生生态系统，提高水体的自净能力，实现
水质改善。包括生态浮床、人工湿地、滨岸带植被恢复等。..........................................5
第 2 章 在线水质监测技术........................................................................................................... 5
2.1 在线水质监测系统组成................................................................................................. 5
2.2 常见水质监测传感器..................................................................................................... 5
2.3 数据采集与传输技术..................................................................................................... 5
第 3 章 水质分析方法................................................................................................................... 6
3.1 化学分析法.................................................................................................................... 6
3.1.1 滴定分析法................................................................................................................ 6
3.1.2 沉淀分析法................................................................................................................ 6
3.1.3 萃取分析法................................................................................................................ 6
3.2 仪器分析法.................................................................................................................... 6
3.2.1 光谱分析法................................................................................................................ 6
3.2.2 色谱分析法................................................................................................................ 7
3.2.3 电化学分析法............................................................................................................. 7
3.3 免疫分析法.................................................................................................................... 7
3.3.1 酶联免疫吸附法（ELISA）....................................................................................... 7
3.3.2 免疫荧光法................................................................................................................ 7
3.3.3 免疫传感器法............................................................................................................. 7

第 4 章 水质参数监测................................................................................................................... 7
1 水质物理参数监测......................................................................................................... 7
1.1 水温监测.................................................................................................................... 7
1.2 透明度监测................................................................................................................ 7
1.3 水色监测.................................................................................................................... 7
1.4 水位监测.................................................................................................................... 8
2 水质化学参数监测......................................................................................................... 8
2.1 pH 值监测.................................................................................................................... 8
2.2 溶解氧监测................................................................................................................ 8
2.3 高锰酸盐指数监测..................................................................................................... 8
2.4 总氮、总磷监测......................................................................................................... 8
2.5 重金属监测................................................................................................................ 8
3 水质生物参数监测......................................................................................................... 8
3.1 叶绿素 a 监测............................................................................................................. 8
3.2 生物需氧量（BOD）监测........................................................................................... 8
3.3 大肠杆菌群监测......................................................................................................... 8
3.4 浮游动植物监测......................................................................................................... 8
3.5 水生生物毒性监测..................................................................................................... 9
第 5 章 水质污染源识别与解析................................................................................................... 9
1 污染源识别技术............................................................................................................. 9
1.1 地表水污染源识别技术............................................................................................. 9
1.2 地下水污染源识别技术............................................................................................. 9
2 污染源解析方法............................................................................................................. 9
2.1 污染源成分分析......................................................................................................... 9
2.2 污染源贡献率评估..................................................................................................... 9
3 污染源治理策略............................................................................................................. 9
3.1 点源污染治理............................................................................................................. 9
3.2 面源污染治理............................................................................................................. 9
3.3 混合源污染治理....................................................................................................... 10
3.4 污染源治理效果评估............................................................................................... 10
第 6 章 水质预测与预警............................................................................................................. 10
1 水质模型构建.............................................................................................................. 10
1.1 模型构建原则........................................................................................................... 10
1.2 模型构建方法........................................................................................................... 10
1.3 模型参数校验........................................................................................................... 10
2 水质预测方法.............................................................................................................. 10
2.1 时间序列分析法....................................................................................................... 10
2.2 人工神经网络法....................................................................................................... 10
2.3 机器学习方法........................................................................................................... 10
3 水质预警系统.............................................................................................................. 10
3.1 预警系统构建........................................................................................................... 11
3.2 预警指标体系........................................................................................................... 11
3.3 预警阈值设定........................................................................................................... 11
3.4 预警等级划分........................................................................................................... 11

3.5 预警信息发布........................................................................................................... 11
第7章 水质治理技术................................................................................................................. 11
1 物理治理技术.............................................................................................................. 11
1.1 过滤技术.................................................................................................................. 11
1.2 沉淀技术.................................................................................................................. 11
1.3 吸附技术.................................................................................................................. 11
2 化学治理技术.............................................................................................................. 11
2.1 氧化还原技术........................................................................................................... 11
2.2 絮凝技术.................................................................................................................. 12
2.3 调节 pH 值技术......................................................................................................... 12
3 生物治理技术.............................................................................................................. 12
3.1 活性污泥法.............................................................................................................. 12
3.2 生物膜法.................................................................................................................. 12
3.3 人工湿地技术........................................................................................................... 12
3.4 厌氧处理技术........................................................................................................... 12
第8章 水质治理工程实践......................................................................................................... 12
1 工程设计要点.............................................................................................................. 12
1.1 设计原则.................................................................................................................. 12
1.2 设计内容.................................................................................................................. 13
2 工程施工与验收........................................................................................................... 13
2.1 施工准备.................................................................................................................. 13
2.2 施工过程.................................................................................................................. 13
2.3 验收.......................................................................................................................... 13
3 治理效果评估.............................................................................................................. 13
3.1 评估指标.................................................................................................................. 13
3.2 评估方法.................................................................................................................. 14
3.3 评估结果.................................................................................................................. 14
第9章 水质监测与治理信息化................................................................................................. 14
1 信息管理系统.............................................................................................................. 14
1.1 系统概述.................................................................................................................. 14
1.2 系统功能.................................................................................................................. 14
1.3 系统架构.................................................................................................................. 14
2 数据分析与决策支持................................................................................................... 14
2.1 数据分析方法........................................................................................................... 14
2.2 决策支持.................................................................................................................. 15
3 智能化监测与治理技术............................................................................................... 15
3.1 人工智能技术........................................................................................................... 15
3.2 物联网技术.............................................................................................................. 15
3.3 云计算技术.............................................................................................................. 15
3.4 虚拟现实与增强现实技术....................................................................................... 15
第 10章 水质监测与治理发展趋势........................................................................................... 15
1 新型传感器技术......................................................................................................... 16
1.1 纳米传感器............................................................................................................. 16
1.2 光纤传感器............................................................................................................. 16

10.1.3 生物传感器............................................................................................................. 16
10.2 先进数据分析方法..................................................................................................... 16
10.2.1 机器学习................................................................................................................ 16
10.2.2 深度学习................................................................................................................ 16
10.3 绿色治理与可持续发展策略..................................................................................... 16
10.3.1 绿色治理技术......................................................................................................... 17
10.3.2 可持续发展策略..................................................................................................... 17
第 1 章 水质监测与治理概述
1.1 水质监测的意义与目的
水质监测作为水资源管理与保护的重要手段，对于维护水环境安全、保障人
民群众饮水安全、促进经济社会可持续发展具有重要意义。其主要意义与目的如
下：
1.1.1 保证水环境安全：通过对水体中各类污染物浓度的实时监测，评估
水环境质量状况，及时发觉潜在的水污染问题，为决策提供科学依据。
1.1.2 保障人民群众饮水安全：监测饮用水源地水质，保证供水水质符合
国家标准，保障人民群众的饮水安全和身体健康。
1.1.3 促进水资源合理利用：通过监测不同区域、不同时段的水质状况，为
水资源合理配置、开发利用提供科学依据。
1.1.4 预防和控制水污染：通过对污染源头的监测和控制，预防水污染的
发生，降低水环境风险。
1.2 水质治理的基本方法
水质治理是根据水质监测结果，采取相应的技术措施和管理手段，降低污
染物浓度，改善水环境质量的过程。以下是几种常见的水质治理基本方法：
1.2.1 物理方法：利用物理作用分离和去除水中的污染物。主要包括沉淀、
过滤、吸附、离心分离等。
1.2.2 化学方法：通过化学反应将水中的污染物转化为无害物质，或使其
浓度降低至允许排放标准。常见化学方法有中和、氧化还原、混凝等。
1.2.3 生物方法：利用微生物、植物等生物体的代谢作用，去除水中的有机
污染物和部分无机污染物。包括活性污泥法、生物膜法、人工湿地等。
1.2.4 膜分离技术：通过特定孔径的膜材料，对水中的污染物进行截留和
分离。如反渗透、纳滤、超滤等。

1.2.5 水质强化处理技术：结合多种处理方法，对特定污染物进行高效去

除。如高级氧化、电渗析等。

1.2.6 水生态修复技术：通过恢复和重建水生生态系统，提高水体的自净

能力，实现水质改善。包括生态浮床、人工湿地、滨岸带植被恢复等。

第 2 章在线水质监测技术

2.1 在线水质监测系统组成

在线水质监测系统主要由以下几个部分组成：

（1）水质监测传感器：用于实时采集水体的各项参数，如 pH 值、溶解氧、

浊度、电导率等。

（2）数据采集与处理单元：对传感器采集的数据进行实时处理、存储和传

输。

（3）通信接口：将监测数据传输至远程监控中心或用户终端。

（4）电源系统：为整个在线水质监测系统提供稳定可靠的电源。

（5）辅助设备：包括采样装置、预处理装置等，用于提高监测数据的准确

性和可靠性。

2.2 常见水质监测传感器

在线水质监测系统中，常见的水质监测传感器包括：

（1）pH 传感器：用于测量水体的酸碱度。

（2）溶解氧传感器：测量水中的溶解氧含量，反映水体的自净能力。

（3）浊度传感器：测量水体中悬浮颗粒物的含量，反映水体的清澈度。

（4）电导率传感器：测量水体的电导率，间接反映水中的离子含量。

（5）余氯传感器：测量水中的余氯含量，评估消毒效果。

（6）有机物传感器：测量水体中的有机污染物含量。

（7）重金属传感器：测量水中的重金属离子含量，如铅、汞等。

2.3 数据采集与传输技术

在线水质监测系统中的数据采集与传输技术主要包括以下两个方面：

（1）数据采集：通过水质监测传感器实时采集水体的各项参数，并将模拟

信号转换为数字信号。数据采集单元对采集到的数据进行处理、存储和初步分析

（2）数据传输：将采集到的水质数据通过有线或无线方式传输至远程监控

中心。常见的传输方式有：

（1） GPRS/3G/4G/5G 网络传输：适用于远程、分散的水质监测点，具有传

输速度快、覆盖范围广的优点。

（2）以太网传输：适用于局域网内的水质监测系统，具有传输稳定、实时

性高的特点。

（3）无线传感网络：利用无线传感器网络技术，实现水质监测数据的实

时、高效传输。

通过以上技术手段，在线水质监测系统可实现对水质的实时、动态、连续监

测，为水环境管理和决策提供科学依据。

第 3 章水质分析方法

3.1 化学分析法

化学分析法是水质监测中应用最广泛的一种方法，主要通过化学反应对水

样中的污染物进行定性和定量分析。本节主要介绍以下几种化学分析方法：

3.1.1 滴定分析法

滴定分析法是通过滴定反应，依据反应的化学计量关系，计算出被测组分

的含量。常用的滴定方法有酸碱滴定、氧化还原滴定、络合滴定等。

3.1.2 沉淀分析法

沉淀分析法是利用某些化学反应的沉淀物与被测组分之间的定量关系，通

过测量沉淀物的质量来计算被测组分的含量。

3.1.3 萃取分析法

萃取分析法是利用溶质在不同溶剂中的溶解度差异，将目标物质从水样中

萃取出来，然后进行分析。常用的萃取溶剂有苯、氯仿、乙酸乙酯等。

3.2 仪器分析法

仪器分析法具有灵敏度高、选择性好、速度快等特点，已成为水质监测的重

要手段。本节主要介绍以下几种仪器分析方法：

3.2.1 光谱分析法

光谱分析法是通过测量物质的光谱特性，对水样中的污染物进行定性和定

量分析。包括紫外可见光谱法、红外光谱法、原子吸收光谱法等。

3.2.2 色谱分析法

色谱分析法是利用被测组分在固定相和流动相之间的分配系数不同，实现

各组分的分离和分析。包括气相色谱法、液相色谱法、毛细管电泳法等。

3.2.3 电化学分析法

电化学分析法是利用电化学反应原理，通过测量电流、电位等参数，对水样

中的污染物进行定性和定量分析。包括极谱法、伏安法、电化学传感器法等。

3.3 免疫分析法

免疫分析法是基于抗原与抗体之间的特异性结合反应，实现对水样中污染

物的快速、灵敏、选择性检测。本节主要介绍以下几种免疫分析方法：

3.3.1 酶联免疫吸附法（ELISA）

酶联免疫吸附法是将抗原或抗体固定在固相载体上，通过抗原与抗体之间

的特异性结合反应，利用酶标记的抗体或抗原检测目标物质。

3.3.2 免疫荧光法

免疫荧光法是将荧光标记的抗体与水样中的抗原特异性结合，通过荧光显

微镜观察荧光信号，实现污染物的检测。

3.3.3 免疫传感器法

免疫传感器法是将抗原或抗体固定在传感器表面，利用抗原与抗体之间的

特异性结合反应，实现对水样中污染物的高灵敏度检测。该方法具有便携、快速

实时监测等优点。

第 4 章水质参数监测

4.1 水质物理参数监测

4.1.1 水温监测

监测水体温度，以掌握水质变化情况。水温监测采用温度传感器，实时记录

水温数据。

4.1.2 透明度监测

通过测量水体透明度，反映水体中悬浮物的含量。采用透明度盘或传感器进

行监测。

4.1.3 水色监测

监测水体的颜色变化，以判断是否存在污染物质。采用色度计进行监测。

4.1.4 水位监测

实时监测水体水位变化，为水质治理提供依据。采用水位传感器进行监测。

4.2 水质化学参数监测

4.2.1 pH 值监测

监测水体酸碱度，了解水质酸碱平衡状况。采用 pH 计进行监测。

4.2.2 溶解氧监测

测定水体中的溶解氧含量，反映水体的自净能力。采用溶解氧传感器进行监

测。

4.2.3 高锰酸盐指数监测

监测水体中高锰酸盐含量，评价水体受有机物污染的程度。采用分光光度法

进行监测。

4.2.4 总氮、总磷监测

分别监测水体中总氮和总磷含量，评估水体富营养化状况。采用离子色谱法

或分光光度法进行监测。

4.2.5 重金属监测

监测水体中重金属含量，评估水体的污染程度。采用原子吸收光谱法或电感

耦合等离子体质谱法进行监测。

4.3 水质生物参数监测

4.3.1 叶绿素 a 监测

通过测定水体中叶绿素 a 含量，评估藻类生长状况。采用分光光度法进行监

测。

4.3.2 生物需氧量（BOD）监测

监测水体中生物需氧量，反映水体中有机物的生物降解程度。采用稀释接种

法进行监测。

4.3.3 大肠杆菌群监测

测定水体中大肠杆菌群含量，评估水体卫生状况。采用滤膜法进行监测。

4.3.4 浮游动植物监测

监测水体中浮游动植物的种类和数量，了解水生态系统的变化。采用显微镜

观察和计数法进行监测。

4.3.5 水生生物毒性监测

通过生物毒性试验，评估水体中有毒有害物质对水生生物的影响。采用鱼类

急性毒性试验等方法进行监测。

第 5 章水质污染源识别与解析

5.1 污染源识别技术

5.1.1 地表水污染源识别技术

地表水污染源识别主要采用现场调查、遥感技术、地理信息系统（GIS）等

方法。现场调查主要包括对污染源排放口、沿岸污染源、面源污染等进行排查。遥

感技术则通过获取地表水体的光谱反射率、水温等数据，分析污染源的分布情况

GIS 技术则将各类数据整合，进行空间分析与模拟，为污染源识别提供科学依

据。

5.1.2 地下水污染源识别技术

地下水污染源识别主要采用地球化学调查、同位素示踪、水文地质学等方法

地球化学调查通过分析地下水样品中的化学成分，识别污染源类型及污染程度。

同位素示踪法则利用稳定同位素和放射性同位素识别污染源及其迁移途径。水文

地质学研究地下水流动规律，为污染源识别提供理论基础。

5.2 污染源解析方法

5.2.1 污染源成分分析

采用色谱、质谱、原子光谱等分析方法，对污染源中的有机物、重金属等污

染物进行定性与定量分析，为污染源解析提供数据支持。

5.2.2 污染源贡献率评估

通过构建数学模型，结合污染源成分分析结果，评估各污染源对水质污染

的贡献率，为制定治理策略提供依据。

5.3 污染源治理策略

5.3.1 点源污染治理

针对点源污染，采用排放许可、污染源减排、排放口规范化等措施，降低污

染物排放量。

5.3.2 面源污染治理

针对面源污染，采取生态缓冲带建设、农田径流控制、城市雨水管理等措施

减少污染物入河量。

5.3.3 混合源污染治理

针对混合源污染，综合运用点源和面源治理措施，同时加强污染源监测和

预警，保证水质安全。

5.3.4 污染源治理效果评估

建立污染源治理效果评估体系，通过监测水质指标、生态指标等，评估治理

措施的实际效果，为优化治理策略提供参考。

第 6 章水质预测与预警

6.1 水质模型构建

6.1.1 模型构建原则

水质模型构建应遵循科学性、准确性和实用性的原则。结合我国水环境特点

充分考虑水文、气象、地质、污染源等因素，选用适宜的水质模型。

6.1.2 模型构建方法

根据监测区域的水体特性，选择合适的数学模型，如一维、二维或三维水质

模型。结合监测数据，确定模型参数，并对模型进行验证和优化。

6.1.3 模型参数校验

利用历史监测数据，对构建的水质模型进行参数校验，保证模型具有较高

的预测精度。通过调整模型参数，使模型预测结果与实际监测值相符。

6.2 水质预测方法

6.2.1 时间序列分析法

利用时间序列分析法对水质监测数据进行处理，分析水质变化的趋势和周

期性，为水质预测提供依据。

6.2.2 人工神经网络法

采用人工神经网络技术，建立水质预测模型。通过对大量监测数据的训练，

使模型具备预测水质变化的能力。

6.2.3 机器学习方法

运用支持向量机、随机森林等机器学习方法，构建水质预测模型。通过对不

同算法的比较和优化，提高水质预测的准确性。

6.3 水质预警系统

6.3.1 预警系统构建

根据水质预测结果，构建水质预警系统。预警系统应包括数据采集、预警指

标、预警阈值、预警等级和预警信息发布等功能。

6.3.2 预警指标体系

结合水质模型和预测方法，确定预警指标体系。预警指标应涵盖水质常规参

数、有毒有害物质浓度、生物指标等。

6.3.3 预警阈值设定

根据相关法规和标准，结合监测区域的水质目标，合理设定预警阈值。预警

阈值应具有一定的安全余量，以保证及时发觉水质异常。

6.3.4 预警等级划分

将预警等级分为四级：一级预警（蓝色）、二级预警（黄色）、三级预警

（橙色）和四级预警（红色）。根据预警指标和预警阈值，确定各等级的预警条

件。

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