项目背景与行业痛点

窨井是城市排水系统中连接居民生活污水、商业排水、工业废水及市政管网的重要节点。与固定排水口或规范化排放口相比，窨井具有点位分散、井下环境复杂、水体流动状态变化明显、人工采样不便等特点，传统定期取样方式难以连续反映水质变化过程。COD（化学需氧量）能够反映水体中可被化学氧化的还原性物质总体负荷，是判断有机污染程度的重要指标；BOD（生化需氧量）则侧重反映可生物降解有机物的耗氧特征。对于城市排水、工业园区管网、污水混入排查以及异常排水识别，仅依靠人工采样容易错过短时、高浓度排水过程。因此，可在重点窨井建设连续在线水质监测节点，以COD、浊度为主要在线监测指标，通过探头、现场数据采集与通信设备、云平台组成联网监测系统，实现窨井水质的连续感知、异常识别、远程查看和历史追溯。

建设目标与监测目标

本项目建设窨井COD与BOD水质在线监测系统，以COD连续监测作为有机污染负荷变化的主要在线表征，同时结合浊度变化判断悬浮物及水体状态变化，并根据项目需求扩展BOD相关监测或实验室比对分析。

系统主要实现以下目标：

1. 对窨井水体COD浓度进行连续在线监测，掌握有机污染负荷变化趋势。

2. 对浊度进行同步监测，为COD异常判断、水质状态识别和数据质量分析提供辅助信息。

3. 通过4G Cat.1、NB-IoT或RS485等方式实现现场数据联网。

4. 建立窨井水质历史数据库，实现实时数据、历史曲线、报警记录和设备状态的统一管理。

5. 通过COD突变、持续高值、浊度同步变化等特征识别疑似异常排水事件。

6. 为污水管网排查、工业废水异常进入、生活污水污染变化及重点窨井巡检提供数据依据。

需求分析

窨井监测与常规水质站不同，设备需要长期处于潮湿、污染物较多、空间狭窄且不便频繁维护的环境，因此方案不仅要关注COD测量精度，还需要解决探头安装、防护、通信、供电、数据有效性和运维问题。

根据现有设备参数，本项目核心监测需求为COD 0～500 mg/L、浊度10～800 NTU，并要求探头具备IP68级防护能力、SUS316L耐腐蚀材质和较好的长期浸没适应能力。

由于窨井水质可能存在油污、悬浮物、生物膜及其他污染物附着，系统设计应将探头维护、清洁、校准和异常数据识别纳入整体方案，而不能仅配置单一水质探头。

总体解决方案

系统采用“水质监测探头＋现场数据采集与通信＋窨井安装组件＋4G/NB-IoT联网＋云端监测平台”的总体架构。

COD及浊度探头安装在窨井内部具有代表性的水体位置，对井内水样进行连续检测。探头将COD、浊度及设备状态数据传输至现场采集通信单元，再通过4G Cat.1、NB-IoT或有线RS485等方式将数据上传至监测平台。

平台对数据进行存储、曲线展示、异常判断和报警管理。当COD出现快速升高、持续高值或COD与浊度出现明显同步变化时，可触发相应的异常事件提示，为现场人员进一步采样和排查提供依据。

对于BOD，本方案不将现有COD探头直接测得的COD值标称为BOD值。BOD5属于具有独立测定方法的指标，应根据项目实际要求配置相应的BOD在线分析设备，或者采用COD、浊度等连续数据与实验室BOD检测结果建立项目化关联模型。

系统架构设计

系统由感知层、现场采集层、通信层、平台层和应用层组成。

感知层：COD/浊度复合水质探头，负责连续获取水体有机污染及浊度变化信息。

现场采集层：配置防水数据采集与通信设备，对探头数据进行采集、缓存、状态判断和通信管理。

通信层：根据现场网络条件选择NB-IoT、4G Cat.1或RS485通信方式。对于多个窨井组成的监测网络，可采用分布式节点分别联网。

平台层：建立窨井水质在线监测数据库，实现设备管理、数据存储、趋势分析和报警管理。

应用层：面向管网运维、环保管理、工业园区、污水排查等业务提供实时监测和异常事件分析。

监测内容与监测方法

系统核心监测指标为COD和浊度。

COD采用在线水质分析探头进行连续测量，测量范围为0～500 mg/L，以KHP标定条件为参考。标准液条件下COD精度约为±5%，分辨率达到0.01 mg/L。

浊度测量范围为10～800 NTU，精度约±10%，分辨率0.01 NTU。浊度数据用于辅助判断悬浮物变化、水体状态以及COD数据异常。

探头耐压≤100 kPa，适用水温0～70 ℃，探头主体采用SUS316L材质，海水或高腐蚀环境可根据项目需求选择钛合金材质。

对于BOD5，应按照相应标准方法进行测定。HJ 505—2009规定了水质五日生化需氧量（BOD5）的稀释与接种测定方法，因此在需要获得规范BOD5数据时，应配置对应的BOD检测方案，而不是简单利用COD值替代BOD5。citeturn0search1turn0search44

技术原理与算法模型

COD在线监测的核心目标是表征水体中可被氧化物质所对应的化学需氧量。设备通过标准液进行标定，将传感器响应信号转换为COD浓度数据。

本项目COD测量范围为0～500 mg/L，标准液条件下精度约±5%，重复性约5%。实际窨井水体属于复杂水样，现场测量结果还会受到悬浮物、颜色、附着物、温度以及其他水质组分的影响，因此平台需要结合设备状态和数据连续性进行质量判断。

对于窨井异常排水识别，可采用变化率、滑动平均、持续时间和多参数关联等方法。例如：

COD变化率 =（COD当前值－COD前一时刻值）÷时间间隔

当COD短时间内快速升高，并在一定时间内维持高值，同时浊度出现同步变化时，可将该事件标记为“疑似异常水质事件”，再由管理人员结合现场采样结果进行确认。

如果项目同时积累了人工BOD5检测数据，则可以根据实际窨井水样建立COD与BOD5之间的项目化统计关系。该关系只能作为辅助分析模型，不能在缺少现场标定数据的情况下直接认为COD与BOD5具有固定换算比例。

系统功能设计

系统支持窨井水质实时监测、历史数据查询、实时曲线、历史曲线、报警管理、设备状态管理和数据导出等功能。

平台可按照窨井编号、区域、管网分区或项目进行设备分组，实现多个监测点统一管理。

实时监测界面可显示COD浓度、浊度、设备在线状态及最近一次数据更新时间。

历史数据可按照小时、日、周或自定义时间范围生成变化曲线，用于分析污染负荷的时间规律。

系统支持异常值记录，对通信中断、探头异常、数据超限及长期不变等情况进行分类标识，避免将设备故障数据直接当作真实水质变化。

硬件组成与配置方案

系统主要由以下设备组成：

1. COD/浊度复合水质监测探头：安装于窨井内部，连续监测COD和浊度。

2. 现场数据采集与通信主机：负责探头数据采集、协议转换、数据缓存和远程通信。

3. 通信模块：根据现场网络环境选择NB-IoT或4G Cat.1；RS485可用于探头与现场主机之间的有线连接。

4. 窨井安装支架：采用耐腐蚀材料制作，用于保持探头安装位置稳定，避免探头长期碰撞井壁或沉积物。

5. 供电系统：根据现场条件配置市电、蓄电池或太阳能供电系统。

6. 云端水质监测平台：负责数据接收、存储、分析、报警和远程管理。

对于多个窨井组成的在线监测网络，可采用“一井一节点”的分布式部署方式，避免长距离铺设通信电缆，提高管网监测点扩展的灵活性。

核心设备参数

COD测量范围：0～500 mg/L，以KHP标定条件为参考。

浊度测量范围：10～800 NTU。

COD精度：标准液条件下约±5%。

浊度精度：约±10%。

重复性：标准液条件下约5%。

分辨率：COD 0.01 mg/L；浊度0.01 NTU。

耐压：≤100 kPa。

探头材质：SUS316L；海水环境可选钛合金。

线缆：PUR线缆。

适用水温：0～70 ℃。

探头尺寸：约Φ34 mm×209 mm，实际以配置图及出厂文件为准。

防护等级：典型IP68，具体以出厂文件为准。

通信方式：NB-IoT、4G Cat.1或RS485，按照项目配置确定。

上述参数为当前方案提供的设备配置参数，具体量程、材质、防护等级及通信方式应以最终选型和出厂技术文件为准。

软件平台与数据展示

云端平台对各窨井监测节点进行统一管理。每个监测点建立独立的数据档案，包括监测点名称、安装位置、设备编号、通信状态、COD数据、浊度数据以及报警记录。

平台首页可以按照地图或监测点列表展示各窨井运行状态。正常点位显示实时数据，异常点位进入重点关注状态。

COD和浊度采用独立曲线展示，同时支持时间轴关联分析。当COD突然升高时，可同步查看同期浊度变化，以判断该变化是否伴随明显的水体状态改变。

平台支持历史数据查询和数据导出，可为后续人工采样、污染溯源和管网运行分析提供数据基础。

数据分析与智能应用

窨井水质在线监测的价值不仅在于获得单个COD数值，更重要的是形成连续时间序列。

平台可从以下几个方向分析数据：

一是日变化分析。通过长期数据判断不同时间段COD变化规律，识别生活污水排放或生产活动形成的周期性特征。

二是突变分析。当COD在较短时间内明显上升时，系统记录突变时间和变化幅度。

三是持续高值分析。对于持续超过项目设定阈值的数据进行事件化管理，避免一次偶然波动造成误报警。

四是COD—浊度关联分析。通过两个指标的同步变化判断水体是否发生明显状态改变。

五是BOD关联分析。项目运行期间可以定期取得实验室BOD5数据，并与在线COD数据进行配对分析，形成适用于本项目水样特征的统计模型。

通过连续在线数据与人工检测结果结合，可逐步形成更加符合实际管网水质特征的数据分析体系。

预警机制与决策支撑

系统可以建立分级报警机制，包括COD超限报警、COD快速上升报警、COD持续高值报警、浊度异常报警、设备离线报警和数据异常报警。

报警阈值不建议直接采用统一固定值，而应结合窨井用途、上游排水类型、历史背景值、项目管理要求及相关排放控制要求进行配置。

例如，对于某一窨井长期COD背景值较稳定，当COD突然出现明显跃升并持续多个监测周期时，系统可以产生“COD突变事件”，提醒管理人员进行现场检查或人工取样。

如果COD与浊度同时出现快速变化，可以提高事件优先级；如果COD突然变化而浊度长期稳定，则应结合设备状态、探头污染和现场水样进一步判断。

需要强调的是，在线报警属于现场筛查和管理辅助功能。涉及执法判定或正式达标评价时，应按照相应监测规范和项目验收要求执行。

项目实施方案

第一阶段进行现场勘查。调查窨井尺寸、井深、水流方向、常水位、最低水位、最高水位、泥沙沉积情况、井内障碍物以及现场通信和供电条件。

第二阶段确定探头安装位置。探头应避免直接贴近井底沉积物区域，同时避免安装在明显的死水区或水流冲击过强的位置，使探头能够获得具有代表性的水样。

第三阶段安装现场采集与通信设备。根据通信条件选择NB-IoT或4G Cat.1方案，并对探头、通信主机和平台进行联调。

第四阶段进行现场标定和比对。采用标准液进行设备校准，并根据实际窨井水样开展人工采样比对，验证现场数据的稳定性。

第五阶段进行连续运行。观察COD和浊度数据的日变化、异常变化以及设备通信状态，并根据现场运行情况优化报警阈值。

第六阶段形成正式运行机制。建立探头清洁、校准、人工比对、数据审核和故障处理制度。

运维服务保障

窨井水质监测设备的长期稳定运行与现场维护密切相关。系统应建立定期巡检制度，对探头表面附着物、线缆、安装支架、防水接头和现场通信设备进行检查。

对于长期运行过程中出现的探头污染、生物膜附着、沉积物覆盖等情况，应及时进行清洁维护。

COD设备应按照设备技术文件进行标准液校准和周期性核查。对于重要监测点，可定期开展人工水样检测，与在线数据进行比对。

平台侧持续记录设备在线状态和数据质量。当出现连续无数据、数据长期不变、通信异常等情况时，优先判断设备或通信状态，而不是直接解释为水质稳定。

项目优势与方案价值

本方案针对窨井环境进行设计，不仅关注COD检测本身，还将探头安装、现场通信、数据存储和平台分析纳入完整系统。

COD连续在线监测可以弥补人工采样时间离散的问题，使管理人员能够看到污染变化的过程，而不是只能获得某一个采样时间点的检测结果。

COD与浊度组合监测能够提供两个不同维度的水质信息，有利于发现异常变化并辅助判断数据质量。

采用NB-IoT或4G Cat.1联网后，可以将分散在不同道路、园区和管网节点中的窨井统一纳入远程平台，减少人工逐井巡查的工作量。

通过长期积累COD、浊度及人工BOD5数据，还可以进一步形成针对具体区域和排水类型的数据模型，为污染排查和管网精细化管理提供依据。

应用场景

本方案可应用于城市污水管网窨井水质监测、工业园区排水管网监测、重点企业周边排水监测、生活污水异常排查、工业废水混入识别、河道及水体污染溯源辅助监测等场景。

对于工业园区，可以在园区主要排水支路和总排口前端布设多个窨井监测点，通过上下游COD变化判断污染来源。

对于城市排水系统，可以选择历史上容易发生异常排水的重点窨井建立在线监测节点。

对于环保巡查，可以利用连续数据发现异常时间段，再安排人员进行现场取样和进一步检测，提高人工巡检效率。

效益分析

通过窨井COD在线监测，可将传统周期性人工采样模式逐步转变为连续数据监测模式，提高异常污染事件的发现及时性。

通过远程联网，可以减少无效巡检，提高现场人员对重点异常点位的关注效率。

通过历史数据积累，可以形成不同区域、不同窨井和不同时间段的水质背景数据库，为后续管网运行管理和污染溯源提供数据支撑。

对于具备BOD5人工检测条件的项目，还可以通过长期数据配对逐步建立COD与BOD5之间的实际关联关系，使在线监测数据更好地服务于水质评价和异常筛查。

标准规范与政策依据

《化学需氧量（CODCr）水质在线自动监测仪技术要求及检测方法》HJ 377—2019，对CODCr水质在线自动监测仪的技术性能和检测方法进行了规定，自2020年3月24日起实施。citeturn0search5turn0search47

《污水监测技术规范》HJ 91.1—2019，用于规范污水监测相关技术工作。citeturn0search10

《水污染源在线监测系统（CODCr、NH3-N等）安装技术规范》HJ 353—2019，可作为水污染源在线监测系统现场安装设计的重要参考。生态环境部公布的现行环境监测标准目录中同时列有HJ 353—2019、HJ 377—2019等标准。citeturn0search9turn0search12

《水质 五日生化需氧量（BOD5）的测定 稀释与接种法》HJ 505—2009，规定了BOD5的稀释与接种测定方法。BOD5与COD属于不同水质指标，不能在没有项目实测关系和适用方法依据的情况下直接等同。citeturn0search1turn0search44

《污染物自动监测监控系统数据传输技术要求》HJ 212—2025已于2026年1月1日起实施，替代HJ 212—2017，对自动监测设备与监控设备之间的数据传输、数据采集处理及联网提出技术要求。citeturn0search0turn0search7

实际项目建设时，还应结合项目所属行业、排水类型、地方生态环境管理要求及最终联网要求确定适用标准和验收依据。

成功案例

典型应用模式：在工业园区或城市重点排水管网中选择多个窨井作为水质监测节点，每个节点配置COD/浊度复合探头和现场联网设备，通过4G Cat.1或NB-IoT将数据上传至云平台。

系统连续记录各窨井COD和浊度变化。当某一支路窨井出现COD快速升高并持续一段时间时，平台自动形成异常事件记录。管理人员结合上下游监测点数据确定异常发生的大致管段，再安排现场人员进行人工采样。

对于需要同时掌握BOD5的项目，可在运行过程中同步开展周期性人工BOD5检测，并将实验室结果与在线COD数据进行时间配对。经过长期数据积累后，可建立项目自己的COD—BOD5关联分析模型，用于趋势研判和异常筛查。

以上为典型实施模式，不对应特定客户名称或具体项目合同数据；实际案例中的项目名称、监测点数量、运行数据及应用效果应以经授权的真实项目资料为准。

参考文献

[1] HJ 377—2019，《化学需氧量（CODCr）水质在线自动监测仪技术要求及检测方法》。

[2] HJ 505—2009，《水质 五日生化需氧量（BOD5）的测定 稀释与接种法》。

[3] HJ 91.1—2019，《污水监测技术规范》。

[4] HJ 353—2019，《水污染源在线监测系统（CODCr、NH3-N等）安装技术规范》。

[5] HJ 212—2025，《污染物自动监测监控系统数据传输技术要求》。