I. Tổng quan

　　Chất lượng nước tự động SamplerĐược sử dụng choTự động thu thập, bảo quản và truyền mẫu nướcDụng cụ và thiết bị, được sử dụng rộng rãi trong các trạm giám sát môi trường, nhà máy xử lý nước thải, cửa xả công nghiệp, bảo vệ nguồn nước, là công cụ quan trọng để giám sát chất lượng nước và tìm nguồn ô nhiễm. Chức năng cốt lõi của nó là tự động thu thập các mẫu nước đại diện theo các quy trình đặt trước như khoảng thời gian, tỷ lệ dòng chảy, kích hoạt sự kiện, v.v. và duy trì sự ổn định của mẫu nước bằng cách làm lạnh, thêm chất bảo quản, v.v. để cung cấp các mẫu đáng tin cậy cho các phân tích trong phòng thí nghiệm tiếp theo như phát hiện chỉ định kim loại nặng, chất hữu cơ, muối dinh dưỡng, v.v.

Với việc nâng cao các yêu cầu về quy định bảo vệ môi trường (chẳng hạn như Đạo luật kiểm soát ô nhiễm nước của Trung Quốc, Chương trình xây dựng mạng lưới giám sát môi trường sinh thái) và sự phát triển của công nghệ giám sát trực tuyến, chất lượng nước tự động lấy mẫu cần phải đáp ứngĐộ chính xác cao, độ tin cậy cao, thông minh và tuân thủYêu cầu. Bài viết này dựa trên các tiêu chuẩn trong và ngoài nước có liên quan (ví dụ HJ/T 372-2007 "Yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử nghiệm cho máy lấy mẫu tự động chất lượng nước", HJ 353-2019 "Đặc điểm kỹ thuật lắp đặt hệ thống giám sát trực tuyến nguồn ô nhiễm nước", v.v.), hệ thống giải thích các yêu cầu kỹ thuật và phương pháp thử nghiệm.

II. Yêu cầu kỹ thuật

Yêu cầu kỹ thuật của chất lượng nước tự động lấy mẫu bao gồmChức năng cơ bản, chỉ số hiệu suất, khả năng thích ứng với môi trường, an toàn và độ tin cậyBốn chiều lớn, cụ thể như sau:

Danh mục chỉ số	Yêu cầu cụ thể (tham khảo HJ/T 372-2007 và thực tiễn ngành)
​Độ chính xác của khối lượng mẫu​	Lỗi khối lượng mẫu đơn ≤ ± 5% (hoặc lỗi tuyệt đối ≤ ± 2 mL, lấy giá trị nghiêm ngặt hơn); Lỗi đo lưu lượng ≤ ± 2% khi lấy mẫu tỷ lệ bằng nhau (phù hợp với đồng hồ đo lưu lượng phù hợp)
​Thời gian chính xác​	Thời gian lấy mẫu Lỗi thời gian ≤ ± 1% (hoặc lỗi tuyệt đối ≤ ± 1 phút/ngày)
​Kiểm soát nhiệt độ​	Nhiệt độ mẫu nước duy trì ở 2~5 ℃ (dao động ≤ ± 2 ℃),-20 ℃ mô hình dao động ≤ ± 3 ℃
​Hệ thống đường ống​	Sử dụng vật liệu trơ (như PTFE, silicone, thép không gỉ), chịu được dung dịch axit và kiềm pH 1~14 và dung môi hữu cơ; Đường kính bên trong ≤2 mm (giảm dư lượng và hấp phụ)
​Độ lặp lại​	Khi lấy mẫu với số lượng bằng nhau nhiều lần liên tiếp (≥5 lần), số lượng mẫu đơn có độ lệch chuẩn tương đối ≤2%
​Thời gian đáp ứng​	Lấy mẫu kích hoạt sự kiện Độ trễ ≤10 giây từ đầu vào tín hiệu đến đầu lấy mẫu (nhanh hơn trong trường hợp khẩn cấp)

(I) Yêu cầu chức năng cơ bản

​Mẫu đa dạng​

​Lấy mẫu thời gian: Lấy mẫu nước khối lượng cố định theo khoảng thời gian đặt trước (ví dụ: mỗi giờ, mỗi ngày) (số lượng mẫu đơn thường là 5~500 mL, có thể điều chỉnh được);

​Lấy mẫu tỷ lệ dòng chảy: Thu thập mẫu nước theo tỷ lệ theo tín hiệu lưu lượng kế (ví dụ: lưu lượng kế điện từ, lưu lượng kế siêu âm) (ví dụ: mỗi 10 m³ tăng lưu lượng, 10 mL được thu thập), thích hợp cho việc giám sát động lực cổng xả;

​Trộn mẫu khi chờLấy nhiều mẫu nước trong một khoảng thời gian nhất định (ví dụ: 24 giờ) và trộn (ví dụ: 1 phần mỗi 1 giờ, cuối cùng là 1 phần tổng hợp 24 giờ);

​Lấy mẫu kích hoạt sự kiện: Đáp ứng các tín hiệu bên ngoài (chẳng hạn như báo động quá mức, tín hiệu cảm biến đột biến chất lượng nước) ngay lập tức lấy mẫu nước để giám sát khẩn cấp tai nạn ô nhiễm;

​Lấy mẫu điều khiển từ xaHỗ trợ nhận hướng dẫn từ xa thông qua giao tiếp không dây (ví dụ: 4G/5G, NB-IoT) hoặc mạng có dây (ví dụ: lệnh lấy mẫu được phát hành bởi nền tảng của Bộ Môi trường).

​Bảo quản mẫu nước và tiền xử lý​

​Chức năng kho lạnh: Tích hợp máy nén hoặc mô-đun làm lạnh bán dẫn, kiểm soát nhiệt độ bảo quản mẫu nước ở 2~5 ℃ (một số mô hình có thể lên đến -20 ℃), làm chậm hoạt động của vi sinh vật và phản ứng hóa học;

​Thêm chất bảo quản: Hỗ trợ tự động thêm chất cố định (chẳng hạn như axit clohiđric, axit nitric, natri hydroxit, v.v., để điều chỉnh pH hoặc ổn định kim loại nặng/chất hữu cơ), các loại chất bảo quản và cài đặt lập trình liều;

​Thiết kế chống ô nhiễm: Chai lấy mẫu (thường là vật liệu polyethylene, thủy tinh hoặc thép không gỉ) được niêm phong bằng nắp kín hoặc vật liệu trơ để tránh các tạp chất bên ngoài trộn lẫn; Một số mô hình được trang bị chức năng làm sạch tự động (rửa đường ống bằng nước tinh khiết trước và sau khi lấy mẫu).

​Kiểm soát thông minh và quản lý dữ liệu​

​Thiết lập chương trình: Thiết lập các thông số lấy mẫu (thời gian, khối lượng, chế độ, v.v.) thông qua màn hình cảm ứng hoặc phần mềm thượng nguồn, hỗ trợ nhiều nhóm chuyển đổi chương trình cài sẵn;

​Lưu trữ và truyền dữ liệu: Ghi lại thời gian lấy mẫu, khối lượng, chế độ, thông tin lỗi và các bản ghi khác (dung lượng lưu trữ ≥10.000 thanh), có thể được tải lên nền tảng giám sát thông qua RS-232/485, Ethernet hoặc truyền thông không dây;

​Báo lỗi: Thông qua báo động âm thanh và ánh sáng hoặc thông báo tin nhắn từ xa khi có tình trạng thiếu nước, tắc đường, hỏng điện lạnh, nguồn điện bất thường, v.v.

(ii) Yêu cầu chỉ số hiệu suất

(iii) Yêu cầu thích ứng môi trường

​Phạm vi nhiệt độ: Nhiệt độ môi trường làm việc -10~40 ℃ (một số mô hình ngoài trời chịu được -20~50 ℃);

​Phạm vi độ ẩm: Độ ẩm tương đối ≤90% (không ngưng tụ);

​Lớp bảo vệ: Các mô hình lắp đặt ngoài trời cần đạt IP65 trở lên (chống bụi và nước, ngăn mưa, bụi xâm nhập);

​Khả năng chống nhiễuNó có thể chịu được nhiễu điện trường 50 Hz/100 V/m, nhiễu từ trường 10 V/m và rung động cơ học (phù hợp với tiêu chuẩn tương thích điện từ GB/T 17626 series).

(iv) Yêu cầu về an toàn và độ tin cậy

​An toàn điện: điện trở đất ≤4Ω, điện trở cách điện ≥100 MΩ (để ngăn chặn nguy cơ rò rỉ);

​​材料安全性​Các bộ phận tiếp xúc với mẫu nước (ví dụ: đường ống, chai lấy mẫu) phải đáp ứng các tiêu chuẩn cấp thực phẩm hoặc cấp phân tích (tránh phát hành các chất độc hại để làm ô nhiễm mẫu nước);

​Tuổi thọ: Tuổi thọ thiết kế của các bộ phận chính (chẳng hạn như bơm, van, mô-đun làm lạnh ≥3 năm, thời gian trung bình của toàn bộ máy (MTBF) ≥5000 giờ;

​Bảo vệ mất điện: Hỗ trợ UPS cung cấp điện liên tục hoặc pin tích hợp (duy trì kho lạnh và lưu trữ dữ liệu ≥72 giờ), tự động lưu các thông số hiện tại và hồ sơ lấy mẫu sau khi tắt nguồn.

III. Phương pháp phát hiện

Việc phát hiện máy lấy mẫu tự động chất lượng nước cần được thực hiện trongĐiều kiện môi trường tiêu chuẩn(nhiệt độ 20 ± 2 ℃, độ ẩm tương đối 45%~55%) được thực hiện, kiểm tra chức năng bao phủ mục kiểm tra, kiểm tra chỉ số hiệu suất, đánh giá khả năng thích ứng môi trường và đánh giá độ tin cậy an toàn, các phương pháp cụ thể như sau:

(1) Phát hiện chức năng cơ bản

​Kiểm tra mẫu​

​Lấy mẫu thời gian: Đặt khoảng thời gian cố định (ví dụ cứ sau 30 phút), khởi động bộ lấy mẫu và ghi lại độ lệch của điểm thời gian lấy mẫu thực tế so với giá trị đặt trước (thời gian với đồng hồ bấm giờ chính xác cao);

​Lấy mẫu tỷ lệ dòng chảy: Kết nối đồng hồ đo lưu lượng tiêu chuẩn (độ chính xác ≤ ± 0,5%), mô phỏng các dòng chảy khác nhau (ví dụ: 5 m³/h, 20 m³/h) để xác minh mối quan hệ tỷ lệ giữa khối lượng mẫu và dòng chảy phù hợp với giá trị đặt;

​Lấy mẫu kích hoạt sự kiện: Lấy mẫu được kích hoạt bởi một máy phát tín hiệu bên ngoài, chẳng hạn như rơle mô phỏng tín hiệu vượt chỉ số, phát hiện thời gian trễ từ đầu vào tín hiệu đến khi bắt đầu lấy mẫu (được ghi bằng dao động hoặc máy thu thập dữ liệu).

​Phát hiện chức năng bảo quản mẫu nước​

​Hiệu ứng kho lạnh: Đặt bộ lấy mẫu trong môi trường nhiệt độ bình thường, đo nhiệt độ mẫu nước cứ sau 10 phút sau khi bắt đầu làm lạnh (với nhiệt kế chính xác), cho đến khi nhiệt độ ổn định ở 2~5 ℃ (dao động ≤ ± 2 ℃ là đủ điều kiện);

​Thêm chất bảo quản: Xác minh lượng bổ sung bằng phương pháp cân hoặc chuẩn độ (chẳng hạn như cài đặt thêm 5 mL axit clohydric, sai số thể tích bổ sung thực tế là ≤ ± 2%).

(ii) Kiểm tra chỉ số hiệu suất

​Kiểm tra độ chính xác khối lượng mẫu​

Thể tích lấy mẫu đơn được đo trực tiếp bằng thước đo tiêu chuẩn (độ chính xác ± 0,1 mL) hoặc cân điện tử (độ chính xác ± 0,01 g, mật độ nước 1 g/mL), lấy mẫu liên tục 10 lần, tính trung bình so với lỗi đơn (lỗi=| giá trị đơn - giá trị trung bình |/giá trị trung bình × 100%), yêu cầu ≤ ± 5%;

Khi lấy mẫu tỷ lệ bằng nhau, tín hiệu đồng hồ đo lưu lượng và thể tích lấy mẫu được ghi lại đồng bộ, hệ số tương quan tuyến tính lưu lượng mẫu (R² ≥ 0,999) và lỗi tỷ lệ (≤ ± 2%).

​Kiểm tra độ chính xác thời gian​

Thiết lập một chương trình lấy mẫu theo thời gian (như lấy mẫu toàn bộ điểm mỗi giờ), chạy liên tục trong 24 giờ, ghi lại độ lệch của thời gian lấy mẫu thực tế so với thời gian lý thuyết (lỗi=| thời gian thực tế - thời gian lý thuyết |/thời gian lý thuyết × 100%), yêu cầu ≤ ± 1%.

​Kiểm tra kiểm soát nhiệt độ​

Ở chế độ làm lạnh, đặt cảm biến nhiệt độ (độ chính xác ± 0,1 ℃) gần chai lấy mẫu, ghi lại nhiệt độ nước mỗi 5 phút, theo dõi liên tục trong 2 giờ, tính toán phạm vi biến động nhiệt độ (tối đa - tối thiểu), yêu cầu ≤ ± 2 ℃.

​Kiểm tra lặp lại​

Thực hiện 10 lần lấy mẫu bằng nhau liên tiếp (ví dụ 50 mL mỗi lần), cân khối lượng của mỗi mẫu nước lấy mẫu bằng cân chính xác, tính độ lệch chuẩn tương đối (RSD=độ lệch chuẩn/trung bình × 100%), yêu cầu ≤2%.

B5-03=giá trị thông số Ki, (cài 3)

​Kiểm tra nhiệt độ cao/thấp: Đặt bộ lấy mẫu trong buồng thử nghiệm nhiệt độ cao và thấp (chẳng hạn như -10 ℃ hoặc 40 ℃), ổn định sau 2 giờ để kiểm tra xem các chức năng cơ bản (chẳng hạn như lấy mẫu, làm lạnh, truyền dữ liệu) có bình thường hay không;

​Kiểm tra độ ẩm: Đặt độ ẩm 95% ± 3% môi trường trong 48 giờ để kiểm tra xem đường ống có bị lộ hay không, mạch có bị đoản mạch hay không;

​Kiểm tra độ rung: Mô phỏng rung động vận chuyển (tần số 10~50 Hz, gia tốc 1~5 g), phát hiện tính toàn vẹn cấu trúc của bộ lấy mẫu và ổn định thông số.

(iv) Kiểm tra an toàn và độ tin cậy

​An toàn điện: Đo điện trở cách điện (≥100 MΩ) giữa dây nguồn và vỏ bằng máy kiểm tra điện trở cách điện, phát hiện điện trở đất (≤4Ω) bằng máy kiểm tra điện trở đất;

​Bảo vệ mất điện: Nhân tạo cắt nguồn điện chính, quan sát xem các mô-đun lạnh có duy trì hoạt động (≥72 giờ) và hồ sơ lấy mẫu bị mất (xác minh bằng dữ liệu lưu trữ);

​​材料安全性​: Ngâm chai lấy mẫu trong nước tinh khiết trong 24 giờ và phát hiện hàm lượng kim loại nặng (như chì, cadmium) và các chất hữu cơ (như VOC) của chất lỏng ngâm (nên thấp hơn giới hạn GB/T 14848-2017 "Tiêu chuẩn chất lượng nước ngầm").

4. Tổng kết và triển vọng

Chất lượng nước tự động lấy mẫu là thiết bị cốt lõi của hệ thống giám sát chất lượng nước. Các yêu cầu kỹ thuật của nó xoay quanh"Lấy mẫu chính xác, bảo quản đáng tin cậy, kiểm soát thông minh, thích nghi với môi trường"Triển khai, phương pháp kiểm tra phải tuân thủ nghiêm ngặt các tiêu chuẩn để đảm bảo rằng thiết bị đáp ứng nhu cầu tuân thủ và khoa học trong các ứng dụng thực tế.

Trong tương lai, với sự phát triển của công nghệ giám sát trực tuyến, chất lượng nước tự động lấy mẫu sẽ hướng tớiTích hợp đa chức năng (ví dụ: liên kết phân tích trực tuyến đa thông số), thu nhỏ (lấy mẫu khẩn cấp di động), thông minh (chiến lược lấy mẫu thích ứng AI)Tiến hóa theo hướng, đồng thời cần tối ưu hóa hơn nữa hiệu suất chống ô nhiễm của vật liệu (giảm dư lượng nước và nhiễu hấp phụ) và thiết kế tiêu thụ điện năng thấp (thích ứng với giới hạn cung cấp điện ở vùng sâu vùng xa), cung cấp hỗ trợ kỹ thuật mạnh mẽ hơn cho quản lý chính xác môi trường nước.

​Ghi chúKhi thử nghiệm và chấp nhận thực tế, cần kết hợp với phiên bản tiêu chuẩn cụ thể (chẳng hạn như phiên bản mới nhất của HJ/T 372 hoặc yêu cầu của cơ quan bảo vệ môi trường địa phương) và các thông số hướng dẫn sử dụng thiết bị.