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一、采样器应用分类
1、监察执法终端采样器
该类型采样器采水系统与在线监测仪采水系统并行,接受执法部门远程控制指令,在排污企业毫无察觉的情况下,按预设时间点执行采样、留样任务,也可执行立即采样、留样指令。
该采样器作为了监察执法终端,所留样品拿到权威部门测试作为处罚依据,对偷排企业、运营造假行为具有非常大的威慑力,是“零点行动,利剑斩污”的执行工具。
2、超标留样采样器
该类型采样器与在线监测仪联机使用,采样器与监测仪同步采样并在暂存装置暂存。若在线监测仪分析数据超标,便将暂存水样移至留样瓶中冷藏保存;若分析数据不超标,便排空暂存装置。
该类型采样器旨在解决数据超标执行处罚时无据可依问题。同时,若为在线监测仪测试不准确造成假超标,也可起到对排污企业的保护作用,该类型采样器因留样的客观性逐步被管理部门接受,在2009年左右开始大量安装。
3、混合供样采样器
该类型采样器与在线监测仪联机使用,在监测仪测量间隔(原监测规范要求测量周期为2小时)内按时间等比例或流量等比例不间断采集水样,将一个测量周期内的水样混合均匀后供给监测仪进行分析测量。
该采样器解决了原有在线监测系统每2个小时测量一次以点带面的测量问题。同时,因为采样频次的增加,排污企业很难在测量间隔内实施偷排,从而可有效遏制排污企业作弊行为。该采样器同时具有超标留样功能。
该类型采样器作为原有污染源在线监测系统的有效完善,自2014年左右开始大量安装,后来该种工作模式逐步被环保部采纳,2018年环保部发文明确要求在监测仪前端安装混合供样采样器,2019年新发布的HJ353-2019《水污染源在线监测系统(CODCr、NH3-N 等)安装技术规范》将混合供样列入行标,混合供样采样器成为水污染源在线监测系统的必备设备。
4、增强型混合供样采样器
增强型混合供样采样器是在原有混合供样采样器的基础上,增加了留存水样添加保存剂的功能,以使留存水样更长时间的保存。
二、采样及留样模式
2.1采样模式
1. 定时采样:是指采样器按照内部设定好的采样定时表,采样器将定量水样从采样点采集到混合采样桶中,并自动排走多余水样,清洗采样管路。
2. 时间等比采样:按照设定的采样时间间隔,采样器将定量水样从采样点采集到混合采样桶中,并自动排走多余水样,清洗采样管路。
3. 流量等比采样:每流过一定体积的水样,采样器自动将定量水样从采样点采集到混合采样桶中,并自动排走多余水样,清洗采样管路。
4. 流量跟踪采样:采样器根据流量的大小自动调节采样速率,不间断地将水样从采样点采集到混合采样桶中,并自动排走多余水样,清洗采样管路。
5. 外部控制采样:采样器接收到外部的采样触发信号,将定量水样从采样点采集到混合采样桶中,并自动排走多余水样,清洗采样管路。
2.2留样模式
1. 超标留样:采样器与水质在线监测设备联机使用,采样器将所采集到的水样,一部分供给水质在线监测设备分析使用,一部分留在混合采集桶内,当水质在线监测设备所得监测数据超过采样器内部设定的值后,采样器自动将混合采集桶内样品留至采样瓶内,并自动排走多余水样,清洗采样管路。
2. 直接留样:直接操作采样器留取样品。
3. 外控留样:通过串口或者工控机等控制采样器直接留取样品。
4. 同步留样:采样器与在线监测仪联机使用,监测仪从采样器采水时,采样器将定量水样从混合采样桶样到留样瓶中进行保存。
三、采样器典型工作模式
以下按照新发布的行业标准要求描述典型的采样供样模式。
新的行业标准增强了数据控制单元(原来的数采仪)的功能,将数采仪作为了水污染源在线监测系统的“指挥官”,统一指挥协调监测现场各单元有序工作。工作流程如下:
1、数采仪接收监控中心指令,制定采样分析计划。
HJ355-2019《水污染源在线监测系统(CODCr、NH3-N 等)运行技术规范》要求:连续排放时,每日从零点计时,每1h为一个时间段,水质自动采样系统在该时段进行 时间等比例或流量等比例采样(如:每15min采一次样,1h内采集4次水样,保证该时间 段内采集样品量满足使用),水质自动分析仪测试该时段的混合水样,其测定结果应计为该 时段的水污染源连续排放平均浓度。
2、数采仪将采样模式通知采样器,采样器按预定模式执行采样,采样完成将信息反馈给数采仪。
3、数采仪接到采样完成信息后,通知各在线监测仪启动测量分析,同时采样器将混合样品输送给各监测仪。混合供样采样器内部均设置了A、B两个混匀桶,A桶给监测供样时B桶在执行下一个周期的采样任务,A、B桶循环交替工作。
4、监测仪分析完成,将测量数据反馈给数采仪,数采仪根据预先设定的限值,判定数据是否超标。若数据超标,则通知采样器留样;若数据不超标,则通知采样器排空混匀桶。如此,一个测量周期工作完成。
四、样品输送与保存
1、采样点至采样器管路
按照规范要求,从采样点位至采样器一般采用硬质PVC材质的管路,PVC材质具有化学性质稳定、耐腐蚀、玻化温度在77~90℃,流体阻力小、安装方便以及防咬啮等诸多优点。这种材质的管路不易与样品发生化学反应,从而有效的保证样品在采集初期不受外界的污染,进而保证样品采集具有代表性与真实性。
2、采样器内部管路
采样器内部管路一般采用硅胶管,此种材质具有良好的生理性能,有极好的耐高温(250~300℃)和耐低温(-40~60℃)性能,且环保,采用这种管路可以有效的防止水样在仪器内部发生化学变化,从而进一步保证样品具有代表性。
3、混合采样桶及采样瓶
采样器内配套使用的混合采样桶及采样瓶均采用PE材质,整体吹塑,一次成型。PE材质是有一种性能优异的特种工程材料,具有机械性能好、耐高温、耐化学腐蚀、阻燃、耐磨等诸多优点,可以有效的避免样品在暂存及保存的过程中发生变质。
4、样品冷藏
按照规范要求,采样器留样单元均有冷藏功能,一般采用压缩机制冷,冷藏温度在4℃左右,从而可以进一步保证样品保存时长以及化学性质的稳定。
5、添加保存剂
为了更长时间保存水样,部分地区(江苏、江西)提出了留样瓶自动添加保存剂的要求,污染源测量参数一般为化学需氧量(CODCr)、氨氮(NH3-N)、总磷(TP)、总氮(TN),加入的保存剂为加浓H2SO4,加入量一般为每L水样加0.8ml,使水样pH值在1~2之间。
根据HJ493-2009《水质 样品的保存和管理技术规定》,加保存剂后,化学需氧量(CODCr)的有效保存时间为2天,氨氮(NH3-N)为24小时,总磷(TP)为24小时,总氮(TN)为7天。
根据实际工作经验,因污水处理厂、排污企业废水水样已经过深度处理,不存在易挥发、易消解物质,被监测因子数值稳定,变化极小。一般建议不添加固定剂时2天内完成测试,添加保存剂后5天内完成测试。
五、采样器安装情况
水质自动采样器一般首批安装在污水处理厂,当下绝大多数污水处理厂均安装了采样器。其次安装的是国控水污染源企业,再次是市控水污染源企业。从地域上,河南、山西、山东、河北、江苏、浙江、福建、广东已大量安装,四川、重庆、湖南、湖北、宁夏、新疆、东三省等正在启动安装。截止到目前,全国安装率在30%左右。