4月26日，由江蘇省(宜興)環(huán)保產(chǎn)業(yè)技術研究院與清華大學環(huán)境學院主辦，E20環(huán)境平臺、環(huán)境保護部環(huán)境保護對外合作中心、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清華大學。清華大學環(huán)境學院施漢昌教授就“高密度水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)及其儀器裝備”的研究成果進行了分享。本文根據(jù)施漢昌教授的發(fā)言進行整理，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、遠期目標，其中到2020年，長江、黃河、珠江、松花江、淮河、海河、遼河等七大重點流域水質(zhì)優(yōu)良(達到或優(yōu)于Ⅲ類)比例總體達到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)絡的建設，要統(tǒng)一規(guī)劃設置監(jiān)測點。監(jiān)測內(nèi)容包括提升飲用水水源水質(zhì)全指標監(jiān)測、水生生物監(jiān)測、地下水環(huán)境監(jiān)測、化學物質(zhì)監(jiān)測及環(huán)境風險防控技術支撐能力。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)。為進一步落實這一目標，更好地適應新時代環(huán)境保護管理要求，原環(huán)境部在“十二五”國家地表水監(jiān)測網(wǎng)基礎上，依據(jù)有關標準和監(jiān)測規(guī)范，進一步優(yōu)化監(jiān)測點位布局，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)國控斷面(點位)由原來的972個增加到2767個(河流斷面2424個、湖庫點位343個)，其中，評價、考核、排名斷面共1940個，入海控制斷面共195個(其中85個同時為評價、考核、排名斷面)，趨勢斷面共717個。

其設置要求為：國家河流干流斷面間隔距離 50km 左右，一級支流設置兩個斷面，二級及以下支流設置一個斷面;湖庫每 50～100km2 設置一個監(jiān)測點位。這就要求我們要執(zhí)行一個斷面監(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)測領域還存在一定的不足，主要表現(xiàn)在兩個方面：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80年代開始建立的，當時學習借鑒了發(fā)達國家的水環(huán)境檢測技術與監(jiān)測系統(tǒng)。當時歐美已經(jīng)開始進入后工業(yè)化時期，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)濟得到了快速發(fā)展，特別是工業(yè)經(jīng)濟和城市化的發(fā)展帶來了嚴重的污染。我國在今后一段時期仍然會處于工業(yè)化階段，而且法制社會還在建立和完善中。水環(huán)境監(jiān)測不僅要擔負常規(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，解決當前行業(yè)存在的痛點，是新技術開發(fā)的出發(fā)點，一是新技術要能補充常規(guī)水環(huán)境監(jiān)測項目的不足，二是在控制成本的前提下，解決時間和空間密度的問題。基于此，發(fā)展高密度水環(huán)境監(jiān)測，立足兩個方面：

一是空間上自動化的密度要提高。需要大量布設監(jiān)測點，但是也要考慮保持經(jīng)濟穩(wěn)定的條件。因此也不能大量增加監(jiān)測點，這時就需要移動監(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，如果從四小時一次增加到一小時一次，投入的藥劑也增加了四倍，相應的，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，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，這樣就降低了運營成本。

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

從技術來講，光學法污染物快速測定儀在水環(huán)境監(jiān)測時可以全布控掃描。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， 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，從硝酸鹽氮標準溶液測試結果中可以看出硝氮標準光譜圖中有兩個吸收峰，分別是208nm和225nm，對其進行標準線性擬合發(fā)現(xiàn)誤差很小。然而在實體水體中，有有機物的污染，有COD的污染。有機物的污染會使它發(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。從實驗結果來看，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行擬合，還可通過本地校準等方式針對不同組成及類型的水體進行修正。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。可通過濁度扣除的方法(濁度補償)消除其影響。通過對吸收光譜的準確分析，再經(jīng)過儀器的精確校準，就可以做到一個相關性較好的分析結果。

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，運用現(xiàn)代自動控制技術與專用分析軟件及通訊網(wǎng)絡組成的綜合性在線監(jiān)測系統(tǒng)。還有一個就是小型自動監(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)測的時間密度上來看，可以一分鐘監(jiān)測出一組數(shù)據(jù)，而事實上一分鐘一組監(jiān)測數(shù)據(jù)和一小時一組監(jiān)測數(shù)據(jù)的費用基本上沒有區(qū)別。這就是它最大的好處，可以大大提高密度，還不會增加費用。

編輯：趙凡