長(zhǎng)江口南通地區(qū)水源地水質(zhì)預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)探析

孫克遙

(華僑大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，福建 廈門(mén) 361021)

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)日益快速的發(fā)展以及現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，城市需水量大幅增多，與此同時(shí)水污染卻日益加重。飲用水的水質(zhì)直接關(guān)系到人民群眾的切身利益，受到了廣泛關(guān)注和重視。然而，由于水體中的有毒有害物質(zhì)隨時(shí)間、空間、氣象條件等因素的變化而變化，給傳統(tǒng)的人工采樣、保存、運(yùn)輸、分析等監(jiān)測(cè)手段帶來(lái)了很大困難，并難以準(zhǔn)確及時(shí)地反映水質(zhì)的變化情況及趨勢(shì)，無(wú)法反映污染物的綜合毒性及其對(duì)生物的風(fēng)險(xiǎn)。因此，采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，并與傳統(tǒng)的理化分析方法相結(jié)合，建立并完善水源水質(zhì)預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，利用快速、科學(xué)、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)手段及時(shí)發(fā)現(xiàn)水質(zhì)的變化，是保障飲用水安全的基礎(chǔ)。

張錫輝等通過(guò)比對(duì)試驗(yàn)和系統(tǒng)試運(yùn)行分析，發(fā)現(xiàn)在線系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確快速地監(jiān)測(cè)水源水質(zhì)的短期變化，能夠滿足水源水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)和預(yù)警的需要［1］。這對(duì)于提高供水系統(tǒng)的管理水平具有重要的意義。與此同時(shí)，將生物預(yù)警系統(tǒng)加入水質(zhì)預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)系列，與傳統(tǒng)的理化分析方法互為補(bǔ)充，有利于了解污染物遷移轉(zhuǎn)化與毒性變化，及時(shí)捕獲水質(zhì)現(xiàn)狀，為飲用水源地水質(zhì)預(yù)警提供技術(shù)保障。

1 南通市集中式飲用水源地水質(zhì)現(xiàn)狀

1.1 研究區(qū)概況

2011年，南通市共有5座集中式飲用水廠，分別為蘆涇港水廠、狼山水廠、洪港水廠(東北片區(qū)域供水廠)、南通鵬鷂水務(wù)有限公司(西北片區(qū)域供水廠)、海門(mén)長(zhǎng)江水廠，全市日供水能力125萬(wàn)t，供水覆蓋人口558萬(wàn)人(表1)。

表1 南通市縣城鎮(zhèn)以上水源地基本情況

1.2 水質(zhì)現(xiàn)狀

根據(jù)南通市社會(huì)科技發(fā)展項(xiàng)目《南通市飲用水源地有毒有害物污染現(xiàn)狀及對(duì)策建議》普查結(jié)果：全市各飲用水源地中揮發(fā)性有機(jī)物、多氯聯(lián)苯均未檢出;47項(xiàng)半揮發(fā)性有機(jī)物的檢出率較低，主要檢出物為多環(huán)芳烴類，檢出的化合物濃度均低于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn);均有重金屬元素檢出，檢出的金屬元素濃度含量均遠(yuǎn)低于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。長(zhǎng)江水廠水源水中有機(jī)氯農(nóng)藥中化合物雖有不同程度檢出，但濃度值遠(yuǎn)低于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。5個(gè)集中式飲用水源地水中蠶豆根尖微核率在6.38‰～7.28‰間，均小于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)10‰，屬基本無(wú)污染。絕大多數(shù)其他項(xiàng)目為未檢出，只有阿特拉津、甲醛、活性氯、TOC、四乙基鉛、水合肼、微囊藻毒素- LR、微囊藻毒素- RR、環(huán)氧氯丙烷9種化合物有檢出，但均低于評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。重組人雌激素受體(h-ER)基因酵母菌檢測(cè)試驗(yàn)結(jié)果顯示：雌二醇有檢出，在所有樣品中平水期長(zhǎng)江水廠雌二醇濃度相對(duì)較高，表明南通市飲用水源中存在痕量?jī)?nèi)分泌干擾物質(zhì)。此外，人們常用的抗生素在水源中均有不同程度的檢出，低于美國(guó)FDA和歐盟OECD規(guī)定的藥物進(jìn)入(環(huán)境危險(xiǎn)性評(píng)價(jià))ERA程序的預(yù)期環(huán)境濃度域值1 μg/L和0.01 μg/L。但可能通過(guò)飲用水對(duì)人體健康造成威脅，長(zhǎng)期攝入微量抗生素，將會(huì)影響免疫系統(tǒng)，降低機(jī)體免疫力［2］。

2 南通市集中式飲用水源地預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

目前，南通市集中式飲用水源地預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由理化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)和生物監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)組成。

2.1 理化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

理化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是整個(gè)預(yù)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)，劉宴輝等在上海黃浦江水源水質(zhì)監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)中構(gòu)建了“在線監(jiān)測(cè)—移動(dòng)快速監(jiān)測(cè)—實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)”三位一體的三級(jí)聯(lián)動(dòng)監(jiān)測(cè)體系［3］。第一級(jí)由水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備組成，對(duì)水源地、輸水渠道、取水口的水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，獲取水源的實(shí)時(shí)水質(zhì)情況;第二級(jí)由應(yīng)急監(jiān)測(cè)車對(duì)突發(fā)水污染事故進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)，適用于在線監(jiān)測(cè)報(bào)警或接到外源報(bào)警信息后，在未知污染物、污染程度情況下的快速分析;第三級(jí)為實(shí)驗(yàn)室抽樣監(jiān)測(cè)。

2.1.1 水質(zhì)在線預(yù)警監(jiān)測(cè)

水質(zhì)在線預(yù)警系統(tǒng)主要是通過(guò)自動(dòng)采樣、配水單元和預(yù)處理單元，經(jīng)在線儀表實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)原水的水質(zhì)情況［4］。該系統(tǒng)主要具備以下功能：水樣采集，自動(dòng)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)控制，數(shù)據(jù)采集及處理，數(shù)據(jù)結(jié)果直觀顯示，自動(dòng)報(bào)警，數(shù)據(jù)傳輸，遠(yuǎn)程控制。其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是通過(guò)集成總控制器，將各種數(shù)據(jù)接口不兼容的在線監(jiān)測(cè)儀表監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)收集起來(lái)，并傳輸至信息化平臺(tái)上。預(yù)警信息化平臺(tái)主要是實(shí)時(shí)接收各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析、評(píng)估、判斷，在水質(zhì)異常、污染時(shí)發(fā)出報(bào)警，并實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的顯示、查詢、保存等功能。

為了更好地對(duì)突發(fā)性污染事故進(jìn)行預(yù)警，在常規(guī)監(jiān)測(cè)因子的基礎(chǔ)上，選取一個(gè)或幾個(gè)特定的有代表性水質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行水質(zhì)預(yù)警十分必要［5］。南通市集中式飲用水源地地處長(zhǎng)江口，地形復(fù)雜，受潮汐影響較大。航運(yùn)船舶泄漏和涉及危險(xiǎn)化學(xué)品的工業(yè)企業(yè)，是目前威脅長(zhǎng)江口南通水源地的主要因素。長(zhǎng)江口運(yùn)輸?shù)挠推泛突瘜W(xué)品種類較多，有機(jī)物占大多數(shù)，包括油品、醇、酸、酮、醛、酯和芳香烴等，以及部分酸類物質(zhì)，如硫酸、硝酸和鹽酸等。目前南通市涉及危險(xiǎn)化學(xué)品的工業(yè)企業(yè)均經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的控制，其尾水排放亦經(jīng)過(guò)有效處理，一般情況下不會(huì)對(duì)水源地水質(zhì)產(chǎn)生突發(fā)效應(yīng)。根據(jù)上述特點(diǎn)，為反映水源水質(zhì)的常規(guī)變化、有機(jī)污染以及水體綜合毒性，在線水質(zhì)指標(biāo)選擇主要包括三類，即常規(guī)理化指標(biāo)、有機(jī)物指標(biāo)、生物指標(biāo)。南通集中式飲用水源地自動(dòng)監(jiān)測(cè)站理化監(jiān)測(cè)項(xiàng)目采用德國(guó)布朗盧比公司進(jìn)口的PowerMon自動(dòng)分析儀，對(duì)水體進(jìn)行一般指標(biāo)、綜合指標(biāo)以及單項(xiàng)污染指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，每隔4 h一次。其中監(jiān)測(cè)項(xiàng)目包括水溫、pH、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、總酚、TOC、VOC、生物毒性等。其中pH、TOC指標(biāo)對(duì)酸類物質(zhì)和有機(jī)物濃度變化有較好指示作用。與此同時(shí)，陳江海等人指出多環(huán)芳烴普遍存在于河口及濱岸生態(tài)環(huán)境中，可通過(guò)食物鏈發(fā)生生物累積而不斷富集和放大，進(jìn)而對(duì)河口環(huán)境中的生物種群和群落，甚至人體健康造成嚴(yán)重威脅，并導(dǎo)致河口與近岸生態(tài)系統(tǒng)最終發(fā)生衰變和退化［6］。因此，在今后的改進(jìn)中，可考慮增加多環(huán)芳烴為預(yù)警監(jiān)測(cè)因子。

2.1.2 水質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)

水質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)急監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，是指采用移動(dòng)的應(yīng)急監(jiān)測(cè)車，配套典型污染物的快速檢測(cè)設(shè)備、測(cè)試盒以及相關(guān)的色譜分析儀器，結(jié)合在線監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)污染物的種類和濃度進(jìn)行快速分析和識(shí)別。適用于在線監(jiān)測(cè)報(bào)警或接到外源報(bào)警信息后，在未知污染物、污染程度情況下的快速分析。南通市集中式飲用水源地應(yīng)急監(jiān)測(cè)系統(tǒng)目前具備的應(yīng)急監(jiān)測(cè)能力有：揮發(fā)酚、氨氮、COD、重金屬等(表2)。

表2 南通市集中式飲用水源地水質(zhì)理化監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

2.1.3 水質(zhì)實(shí)驗(yàn)室深度監(jiān)測(cè)

依托現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室的監(jiān)測(cè)能力，對(duì)受污染的水樣作進(jìn)一步的成分定量分析，即借助大型儀器，最終確認(rèn)污染物的種類、濃度以及毒性大小等，為決策指揮和應(yīng)急處理提供參考信息。南通市集中式飲用水源地實(shí)驗(yàn)室目前具備的監(jiān)測(cè)能力有：《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中的特定項(xiàng)目80項(xiàng)以及特征有機(jī)污染物等(表2)。

2.2 生物監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)

生物監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的另一個(gè)重要組成部分，與傳統(tǒng)的理化分析方法互為補(bǔ)充，建立起完善的水源水質(zhì)預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

2.2.1 在線生物監(jiān)測(cè)技術(shù)

常規(guī)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)主要通過(guò)化學(xué)分析和化學(xué)傳感器，以達(dá)到對(duì)某種預(yù)定的可能會(huì)對(duì)人體健康造成危害的某幾種化學(xué)物質(zhì)的在線監(jiān)測(cè)，但不能反映水體對(duì)人體的綜合毒性。在線生物監(jiān)測(cè)是對(duì)生活在水環(huán)境中的生物個(gè)體行為的生態(tài)變化進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的技術(shù)。在水生生物所有變化中，行為生態(tài)變化對(duì)環(huán)境質(zhì)量的反應(yīng)最快、最敏感，且水生生物的行為生態(tài)變化是環(huán)境對(duì)其產(chǎn)生影響的一種最終反映。趙曉艷等認(rèn)為魚(yú)類是生態(tài)系統(tǒng)中的消費(fèi)者，又是水中重要的經(jīng)濟(jì)動(dòng)物，和人類的關(guān)系密切，進(jìn)入水體的環(huán)境污染物對(duì)魚(yú)類會(huì)產(chǎn)生重要影響［7］。同時(shí)由于魚(yú)類和無(wú)脊椎動(dòng)物的生理特點(diǎn)不同，某些污染物對(duì)低等生物可能不引起明顯變化，但魚(yú)類卻可能受到影響。因此魚(yú)類毒性實(shí)驗(yàn)在研究水生態(tài)毒理學(xué)中占有重要地位，并能夠全面反映水體的質(zhì)量。

目前南通市5大集中式飲用水源地僅狼山水廠水質(zhì)自動(dòng)站安裝了生物毒性監(jiān)測(cè)儀BS- 2010，一種使用魚(yú)類(青鳉魚(yú))的新圖像處理式生物傳感器?；跀z像機(jī)攝錄到的放置在水槽內(nèi)的魚(yú)的圖像進(jìn)行處理，通過(guò)比過(guò)去更細(xì)小的檢測(cè)點(diǎn)(塊)來(lái)計(jì)測(cè)魚(yú)的移動(dòng)變化(簡(jiǎn)稱“活動(dòng)量”)，通過(guò)活動(dòng)量來(lái)監(jiān)視魚(yú)的活動(dòng)是否遲鈍或停止，可以分階段發(fā)出報(bào)警。其圖像處理流程見(jiàn)圖1。

圖1 南通市集中式飲用水源地生物毒性儀圖像處理流程

2.2.2 實(shí)驗(yàn)室生物監(jiān)測(cè)技術(shù)

實(shí)驗(yàn)室生物監(jiān)測(cè)是利用不同水平上的指示生物對(duì)環(huán)境污染所產(chǎn)生的反應(yīng)，以生物學(xué)方法對(duì)環(huán)境污染狀況進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)。利用水生生物對(duì)環(huán)境質(zhì)量的敏感進(jìn)行生物監(jiān)測(cè)和預(yù)警，便于及時(shí)反映水體污染物的毒性。傳統(tǒng)的生物監(jiān)測(cè)以水蚤、藻類或魚(yú)類等為受試對(duì)象，雖然能反映毒物對(duì)生物的直接影響，但是這些方法的最大缺點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)比較繁瑣［8］。目前，新型生物毒性監(jiān)測(cè)技術(shù)——發(fā)光細(xì)菌法逐步得到應(yīng)用。

南通市各集中式飲用水源地的綜合毒性的監(jiān)測(cè)用發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光強(qiáng)度變化來(lái)反映。發(fā)光現(xiàn)象是其正常的代謝活動(dòng)，在一定條件下發(fā)光強(qiáng)度是恒定的。當(dāng)發(fā)光細(xì)菌與水樣毒性組分接觸時(shí)，可影響或干擾細(xì)菌的新陳代謝，使細(xì)菌的發(fā)光強(qiáng)度下降或熄滅。表3詳細(xì)列出了2008—2011年南通狼山水廠水源水對(duì)發(fā)光細(xì)菌發(fā)光率的監(jiān)測(cè)結(jié)果，并給出急性毒性評(píng)價(jià)，結(jié)果均為低毒。

表3 南通市狼山水廠水質(zhì)生物監(jiān)測(cè)結(jié)果與評(píng)價(jià)

3 結(jié)論與展望

長(zhǎng)江口南通地區(qū)集中式飲用水源地選取理化常規(guī)指標(biāo)以及有機(jī)指標(biāo)構(gòu)建水質(zhì)理化指標(biāo)監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)預(yù)警。在理化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將生物預(yù)警系統(tǒng)融入其中，與理化監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)互為補(bǔ)充，建立起完善的水源水質(zhì)預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?？梢灶A(yù)警監(jiān)測(cè)多種水質(zhì)污染事故，并能判定水質(zhì)的綜合毒性大小，及時(shí)發(fā)現(xiàn)識(shí)別水質(zhì)的異常及污染。該預(yù)警監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)定時(shí)定點(diǎn)自動(dòng)取樣，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定，與常規(guī)的監(jiān)測(cè)方法相比更為簡(jiǎn)便，提高了數(shù)據(jù)的實(shí)效性，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)污染、掌握監(jiān)測(cè)區(qū)域水質(zhì)狀況，與此同時(shí)減少了傳統(tǒng)方法中采樣、保存、運(yùn)輸、實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)等的工作量，大大節(jié)省了時(shí)間，避免了在此過(guò)程中水樣的化學(xué)變化所導(dǎo)致的結(jié)果偏差。就南通市飲用水水源地自動(dòng)監(jiān)測(cè)站的狀況看，水質(zhì)的理化監(jiān)測(cè)項(xiàng)目還不全面，如多環(huán)芳烴及油類等，尤其是重金屬及一些有機(jī)污染物等的監(jiān)測(cè)還必須依靠傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法。

需要指出的是，生物預(yù)警系統(tǒng)是水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的重要組成部分，具有快捷、簡(jiǎn)便和傳統(tǒng)理化方法無(wú)法比擬的在線監(jiān)測(cè)優(yōu)勢(shì)，該系統(tǒng)將生物毒性監(jiān)測(cè)提高到重要層面。但是生物預(yù)警系統(tǒng)仍存在一定局限性。例如，指示生物除了受環(huán)境污染物影響外，還受許多其他環(huán)境因子的影響，從而導(dǎo)致誤警情況產(chǎn)生，這是以后研究所要解決的主要問(wèn)題。

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