4月26日，由江蘇省(宜興)環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院與清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院主辦，E20環(huán)境平臺、環(huán)境保護(hù)部環(huán)境保護(hù)對外合作中心、南京環(huán)保產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新中心協(xié)辦的水處理科技成果推介會首站走進(jìn)清華大學(xué)。清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院施漢昌教授就“高密度水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)及其儀器裝備”的研究成果進(jìn)行了分享。本文根據(jù)施漢昌教授的發(fā)言進(jìn)行整理，供讀者參考。

新形勢下對環(huán)境監(jiān)測提出新要求

《水污染防治行動計(jì)劃》(以下簡稱“水十條”)對我國的水環(huán)境治理提出了明確的近、中、遠(yuǎn)期目標(biāo)，其中到2020年，長江、黃河、珠江、松花江、淮河、海河、遼河等七大重點(diǎn)流域水質(zhì)優(yōu)良(達(dá)到或優(yōu)于Ⅲ類)比例總體達(dá)到70%以上，地級及以上城市建成區(qū)黑臭水體均控制在10%以內(nèi)，地級及以上城市集中式飲用水水源水質(zhì)達(dá)到或優(yōu)于Ⅲ類比例總體高于93%。

為清晰我國水質(zhì)狀況及變化趨勢，水十條亦明確提出了要完善水環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，要統(tǒng)一規(guī)劃設(shè)置監(jiān)測點(diǎn)。監(jiān)測內(nèi)容包括提升飲用水水源水質(zhì)全指標(biāo)監(jiān)測、水生生物監(jiān)測、地下水環(huán)境監(jiān)測、化學(xué)物質(zhì)監(jiān)測及環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)防控技術(shù)支撐能力。2017年底前,京津冀、長三角、珠三角等區(qū)域、海域建成統(tǒng)一的水環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)。為進(jìn)一步落實(shí)這一目標(biāo)，更好地適應(yīng)新時(shí)代環(huán)境保護(hù)管理要求，原環(huán)境部在“十二五”國家地表水監(jiān)測網(wǎng)基礎(chǔ)上，依據(jù)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和監(jiān)測規(guī)范，進(jìn)一步優(yōu)化監(jiān)測點(diǎn)位布局，于2016年3月制定并發(fā)布了《“十三五”國家地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)設(shè)置方案》(環(huán)監(jiān)測[2016]30號)，國家地表水環(huán)境監(jiān)測網(wǎng)國控?cái)嗝?點(diǎn)位)由原來的972個(gè)增加到2767個(gè)(河流斷面2424個(gè)、湖庫點(diǎn)位343個(gè))，其中，評價(jià)、考核、排名斷面共1940個(gè)，入海控制斷面共195個(gè)(其中85個(gè)同時(shí)為評價(jià)、考核、排名斷面)，趨勢斷面共717個(gè)。

其設(shè)置要求為：國家河流干流斷面間隔距離 50km 左右，一級支流設(shè)置兩個(gè)斷面，二級及以下支流設(shè)置一個(gè)斷面;湖庫每 50～100km2 設(shè)置一個(gè)監(jiān)測點(diǎn)位。這就要求我們要執(zhí)行一個(gè)斷面監(jiān)測和斷面考核的要求，斷面監(jiān)測和斷面考核是現(xiàn)在實(shí)施的一種方案，我們國家建立的水環(huán)境監(jiān)測體系歷來如此，這樣雖不能及時(shí)提供斷面間的污染源及其排放狀況，但可以掌握水體常年的水質(zhì)變化趨勢。

以當(dāng)前我國對于水環(huán)境治理的要求來看，我國的環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域還存在一定的不足，主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：我國現(xiàn)行水環(huán)境檢測系統(tǒng)對污染監(jiān)測在空間和時(shí)間密度上明顯不足，還缺乏生物毒性和特殊污染物監(jiān)測等技術(shù)手段。主要是由于我國現(xiàn)行的水環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)是從上世紀(jì)80年代開始建立的，當(dāng)時(shí)學(xué)習(xí)借鑒了發(fā)達(dá)國家的水環(huán)境檢測技術(shù)與監(jiān)測系統(tǒng)。當(dāng)時(shí)歐美已經(jīng)開始進(jìn)入后工業(yè)化時(shí)期，且已形成完整的法制社會，監(jiān)測系統(tǒng)主要用于反映流域水生態(tài)環(huán)境的狀況。我國30年來經(jīng)濟(jì)得到了快速發(fā)展，特別是工業(yè)經(jīng)濟(jì)和城市化的發(fā)展帶來了嚴(yán)重的污染。我國在今后一段時(shí)期仍然會處于工業(yè)化階段，而且法制社會還在建立和完善中。水環(huán)境監(jiān)測不僅要擔(dān)負(fù)常規(guī)水質(zhì)監(jiān)測，以反映流域水生態(tài)環(huán)境的狀況，而且還要監(jiān)督重點(diǎn)污染源的排放、環(huán)境污染事件以及違法偷排等等。上述問題的監(jiān)督，若僅有斷面監(jiān)測，是沒法很好地滿足的。

因此，解決當(dāng)前行業(yè)存在的痛點(diǎn)，是新技術(shù)開發(fā)的出發(fā)點(diǎn)，一是新技術(shù)要能補(bǔ)充常規(guī)水環(huán)境監(jiān)測項(xiàng)目的不足，二是在控制成本的前提下，解決時(shí)間和空間密度的問題?；诖?，發(fā)展高密度水環(huán)境監(jiān)測，立足兩個(gè)方面：

一是空間上自動化的密度要提高。需要大量布設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，但是也要考慮保持經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定的條件。因此也不能大量增加監(jiān)測點(diǎn)，這時(shí)就需要移動監(jiān)測。監(jiān)測儀器可用汽車或輪船拉著去監(jiān)測，這樣就能做到快速定位。

二是時(shí)間上的高密度，要求高頻率、高分辨率、免試劑、自動化。對于高頻率，如果從四小時(shí)一次增加到一小時(shí)一次，投入的藥劑也增加了四倍，相應(yīng)的，成本也增高了。因此，需要考慮采用一些非常規(guī)水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)，可以很大程度的提高頻率，比如說一分鐘一組，而且不需要藥劑，這樣就降低了運(yùn)營成本。

成果一：高密度水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)--光學(xué)法快速水質(zhì)監(jiān)測儀器

從技術(shù)來講，光學(xué)法污染物快速測定儀在水環(huán)境監(jiān)測時(shí)可以全布控掃描。全布控掃描的紫外段與紅外段之間，不同的波段反映了不同的參數(shù)。比如說，在250nm以內(nèi)的波段能夠吸收亞硝酸鹽，250nm～380nm的波段對COD有反應(yīng)， 380nm到可見光范圍內(nèi)的波長對濁度、懸浮物及色度等均是有反應(yīng)的。通過不同波段吸收波值的表征，就能大致了解水中的不同參數(shù)。

圖 光學(xué)法污染物快速測定儀的原理

對于快速水質(zhì)監(jiān)測儀器的性能，以硝酸鹽檢測為例，從硝酸鹽氮標(biāo)準(zhǔn)溶液測試結(jié)果中可以看出硝氮標(biāo)準(zhǔn)光譜圖中有兩個(gè)吸收峰，分別是208nm和225nm，對其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)線性擬合發(fā)現(xiàn)誤差很小。然而在實(shí)體水體中，有有機(jī)物的污染，有COD的污染。有機(jī)物的污染會使它發(fā)生變化，但是吸收峰的位置沒有發(fā)生變化，仍然是可以區(qū)分開的。COD的污染對其的影響較大，包括對吸光度的抬升以及光譜形狀的改變。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，硝氮的特征吸收峰仍然存在，但是可通過全波長范圍偏最小二乘算法進(jìn)行擬合，還可通過本地校準(zhǔn)等方式針對不同組成及類型的水體進(jìn)行修正。濁度的影響主要體現(xiàn)為對整體吸光度的抬升，對吸收光譜的形狀影響較小?？赏ㄟ^濁度扣除的方法(濁度補(bǔ)償)消除其影響。通過對吸收光譜的準(zhǔn)確分析，再經(jīng)過儀器的精確校準(zhǔn)，就可以做到一個(gè)相關(guān)性較好的分析結(jié)果。

成果二：高密度水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)--微型/小型水質(zhì)自動監(jiān)測站

現(xiàn)在的高密度水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)有微型水質(zhì)監(jiān)測站，它是一套以免試劑水質(zhì)傳感器、GPS定位和無線數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)為核心，運(yùn)用現(xiàn)代自動控制技術(shù)與專用分析軟件及通訊網(wǎng)絡(luò)組成的綜合性在線監(jiān)測系統(tǒng)。還有一個(gè)就是小型自動監(jiān)測站，能耗比較低，一般只用太陽能就可以。還有棧房式的，可以在熱的地方裝上空調(diào)。它能夠監(jiān)測很多數(shù)據(jù)，包括COD、壓力、濁度、PH、氨氮等等。從監(jiān)測的時(shí)間密度上來看，可以一分鐘監(jiān)測出一組數(shù)據(jù)，而事實(shí)上一分鐘一組監(jiān)測數(shù)據(jù)和一小時(shí)一組監(jiān)測數(shù)據(jù)的費(fèi)用基本上沒有區(qū)別。這就是它最大的好處，可以大大提高密度，還不會增加費(fèi)用。

編輯：趙凡