Page 107 - 生态环境监测技术与环境污染防治研究

第四章 生态环境监测过程中的技术应用思考

（二）水环境中的水质实时监测系统
基于物联网技术的水质实时监测系统，由传感控制层、传输层和应用层构成。其

中，传感控制层使用各种智能水质传感器或对原有水质传感器进行智能化改造后，实
现水质的自动检测和实时数据上传；传输层用于部署数据库以及 web 服务器，用于
实现数据的接收存储以及对外提供 web 服务；应用层可以在 PC 端和移动设备上通过

web 网页和微信小程序依据权限查看监控地点的水质状况。目前国内自动监测站通常
检测 pH 值、溶解氧、电导率、温度等。智能传感器可以采用 NB-IOT 技术实现数据
的实时上传。
1. 重金属离子测量
阳极溶出伏安法原理：首先以一定的反向电压对溶液进行电解，重金属离子会富

集在阳极上，然后电压向正方向扫描，富集在阳极上的重金属会随阳极电压的增加溶
解而出现电流峰值，电流峰值出现的位置和金属种类相关，峰值则和重金属离子的浓
度相关。MCU 产生 PWM 脉冲经 H 桥驱动电路、低通滤波器滤波后产生由负到正的

扫描电压，施加到工作电极上。这是溶液中金属离子发生从富集到溶解的转变过程。
同时 IV 转换电路测量溶液中电流，经 AD 转换电路送 MCU 处理。MCU 检出电流出
现峰值时的电压，通过比较、计算，获得重金属离子的种类和浓度，然后将计算结果
经 NB-IOT 模块传输到数据服务器。
2.pH 值、溶解氧、温度测量

溶解氧测量电路及温度测量电路将 pH 电极更换为溶解氧电极或 NTC 电极，并适
当调整即可。
3. 电导率的测量

电导率在一定程度上可以反映水中酸、碱、盐等离子的浓度，以及水被污染的程度。
为保证精度，U1、R2 和 C2 构成高增益跨导放大器。测量数据经 NB-IOT 模块送服务
器处理或进一步处理。
4. 有机物的测量
有机物的测量一般可以采用分光光度法和滴定法。其中滴定法通常用于实验室测

定，且产生的废液可能造成二次污染问题，不适用于在线测量。分光光度法可以进行
技术改造，实现有机物含量的在线测量。分光光度法是利用不同物质对特定频率的光
照有较强吸收作用这一特性来实现对物质含量的测定。按照使用光源的频率可以分为

可见光、红外、紫外分光光度法。分光光度法可以测定大多数金属元素和有机物。蠕
动泵抽取样品进入样品盒，同时将上次测量产生的废液排出。氙灯发出的连续频段信
号照射到样品上，特定频率的光波被吸收。透视的光线照射到分光光栅上，散射为不
同频率的单色光，反射到 CCD 元件上。CCD 将采样数据发送到 CPU，由 CPU 进行

• 93 •