環(huán)境水質(zhì)分析監(jiān)測(cè)技術(shù)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理研究

王利榮　黃金洲

【摘要】水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)是目前我國(guó)致力于水環(huán)境污染動(dòng)態(tài)防護(hù)的核心技術(shù)，筆者通過(guò)對(duì)水質(zhì)技術(shù)意義的概述及發(fā)展前景的研究，并對(duì)不同的水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行分析、數(shù)據(jù)處理及其表達(dá)方式討論，闡述了水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展重要性，供相關(guān)行業(yè)參考。

【關(guān)鍵詞】水質(zhì)分析；監(jiān)測(cè)技術(shù)；數(shù)據(jù)處理

1引言

水是環(huán)境的重要組成部分，也是人類(lèi)賴以生存的必須。因此保證水體的質(zhì)量是環(huán)境保護(hù)的關(guān)鍵，然而隨著國(guó)家發(fā)展，重工業(yè)的生活污水導(dǎo)致水體的污染度不斷增加，水質(zhì)監(jiān)測(cè)及處理技術(shù)的重要性不斷提升，它的發(fā)展也成為目前我國(guó)環(huán)境水質(zhì)分析的核心。

2環(huán)境水質(zhì)分析監(jiān)測(cè)技術(shù)的概述

2.1水質(zhì)分析監(jiān)測(cè)的內(nèi)容及目標(biāo)

通常而言，環(huán)境水質(zhì)分析監(jiān)測(cè)是由水體監(jiān)測(cè)及污染源監(jiān)測(cè)兩個(gè)部分構(gòu)成，[1]因此水質(zhì)監(jiān)測(cè)的主要的工作內(nèi)容是將生活污水、工業(yè)污水及其他一系列的污廢水進(jìn)行取樣，由專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)人員對(duì)各種不同污染的水源進(jìn)行相應(yīng)標(biāo)記，并利用有關(guān)監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)該類(lèi)水體的水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)及分析，從而得出精確的分析數(shù)據(jù)，如此監(jiān)測(cè)人員能夠利用這些數(shù)據(jù)結(jié)果來(lái)評(píng)判水質(zhì)的污染情況和污染的具體原因，從而能夠采取對(duì)應(yīng)的水質(zhì)處理措施，這也是水質(zhì)監(jiān)測(cè)的主要目標(biāo)。

2.2目前我國(guó)水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展前景

根據(jù)我國(guó)目前常用的水質(zhì)抽樣方式及監(jiān)測(cè)手段，可以看出水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展還是需要更多的付出及努力的。一般使用的監(jiān)測(cè)方法是利用定時(shí)及定點(diǎn)取到瞬時(shí)水樣進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，將樣品帶回到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析。此類(lèi)人工監(jiān)測(cè)式的方法有很大的局限性，該方法除了無(wú)法及時(shí)、精確地得到水質(zhì)的動(dòng)態(tài)變化數(shù)據(jù)，還需要耗費(fèi)很多人力財(cái)力，且?guī)Щ貙?shí)驗(yàn)室的樣本無(wú)法確保是否受到污染。水質(zhì)監(jiān)測(cè)的目的就是為了能夠隨時(shí)發(fā)現(xiàn)水質(zhì)的異常狀況，并采取相關(guān)的處理手段緩解或解決問(wèn)題。要求在發(fā)現(xiàn)水質(zhì)的異常變化時(shí)能迅速做出水源下游水質(zhì)的污染預(yù)報(bào)方案，及時(shí)追蹤污染源，并對(duì)水的自凈能力及河流凈化規(guī)律、周期進(jìn)行研究，完善水質(zhì)監(jiān)測(cè)效果。

因此在使用人工監(jiān)測(cè)方法得到數(shù)據(jù)的同時(shí)，我國(guó)部分水質(zhì)監(jiān)測(cè)部門(mén)已經(jīng)開(kāi)始結(jié)合新的科學(xué)技術(shù)來(lái)應(yīng)發(fā)展及監(jiān)測(cè)的要求，發(fā)展新技術(shù)成為目前水質(zhì)監(jiān)測(cè)發(fā)展的重要方向。新技術(shù)包括水質(zhì)的移動(dòng)監(jiān)測(cè)、水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等。通過(guò)將水質(zhì)污染的監(jiān)測(cè)綜合指標(biāo)和某些特定項(xiàng)目作為技術(shù)基礎(chǔ)，通過(guò)在一個(gè)水系或者一個(gè)地域，在地點(diǎn)上設(shè)置若干個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)站，所有的監(jiān)測(cè)站均帶有不間斷的自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器設(shè)備，并通過(guò)同一個(gè)中心站對(duì)這若干個(gè)子站進(jìn)行控制，專(zhuān)業(yè)監(jiān)測(cè)人員能夠隨時(shí)根據(jù)要求，對(duì)該地區(qū)的水質(zhì)水體實(shí)時(shí)狀況進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測(cè)，從而形成一個(gè)不間斷的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就是目前我國(guó)水質(zhì)監(jiān)測(cè)發(fā)展的核心內(nèi)容，通過(guò)發(fā)展該項(xiàng)監(jiān)測(cè)技術(shù)，能夠解決人工監(jiān)測(cè)方法的局限性，但目前我國(guó)關(guān)于此類(lèi)系統(tǒng)的應(yīng)用還不成熟，還需進(jìn)一步的發(fā)展。

3水質(zhì)分析監(jiān)測(cè)技術(shù)的分類(lèi)

根據(jù)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的所用儀器及原理的不同，將水質(zhì)分析監(jiān)測(cè)技術(shù)分為三類(lèi)，分別是電化學(xué)分析法，氣液相色譜分析法、光學(xué)分析法，此外還有一些水質(zhì)監(jiān)測(cè)專(zhuān)用分析法，如濁度測(cè)定法及溶解氧測(cè)定等。

3.1電化學(xué)分析法

水質(zhì)分析中的電化學(xué)分析方法的原理是通過(guò)物質(zhì)的電學(xué)和電化學(xué)性質(zhì)來(lái)測(cè)定水中物質(zhì)的組分及其含量的分析法。電化學(xué)分析法主要有以下幾個(gè)項(xiàng)目：

（l）測(cè)定電導(dǎo)率

用專(zhuān)用電導(dǎo)儀來(lái)測(cè)定水體的電導(dǎo)率，主要包含惠斯登電橋法、電極分壓法、及電磁感應(yīng)測(cè)定法。

（2）測(cè)定水體PH

通過(guò)PH儀測(cè)定水體PH，原理是由玻璃電極（測(cè)量電極）和甘汞電極（參比電極）

組成原電池，對(duì)其電勢(shì)大小采用能斯特公式進(jìn)行計(jì)算，參比電極的電位保持不變，電極電位只和被測(cè)溶液的氫離子或其他離子濃度有關(guān)。

（3）測(cè)量水中離子濃度

可以采用庫(kù)倫滴定法，即利用離子發(fā)生電解氧化還原時(shí)所需的電量來(lái)確定其物質(zhì)的量的方法；還可以使用電位滴定計(jì)，通過(guò)滴定待測(cè)物質(zhì)直至終點(diǎn)（溶液的電位發(fā)生突變時(shí)），再測(cè)算出滴定液體量來(lái)?yè)Q算出待測(cè)物質(zhì)值。

3.2色譜分析監(jiān)測(cè)法

色譜分析法主要有氣相色譜法、液相色譜法等。其中氣相色譜法是通過(guò)氣相色譜儀將水體液化分層進(jìn)行分析的，它是在色譜空心管填充相應(yīng)的固定相，將待分析樣品進(jìn)行汽化，以流動(dòng)相經(jīng)載氣進(jìn)人管柱，利用樣品中各個(gè)組分經(jīng)過(guò)固定相所受阻力的不同，造成管柱中的流動(dòng)速率不一致，從而達(dá)到分離樣品的目的，然后對(duì)分離的樣品進(jìn)行依次監(jiān)測(cè)。

而液相色譜法利用離子相色譜儀來(lái)完成的，將當(dāng)待測(cè)的樣品通過(guò)流動(dòng)相運(yùn)載通過(guò)設(shè)有離子交換樹(shù)脂的分離柱時(shí)，由于不同待測(cè)離子與交換樹(shù)脂間的親和力是不相同的，因此會(huì)被分離開(kāi)，按照親和程度高低按次序被洗脫出，然后分別進(jìn)行監(jiān)測(cè)測(cè)量。

色譜分析法屬于目前使用比較廣泛的方法，可以分析處理污染重的水體。

3.3光學(xué)分析監(jiān)測(cè)法

光學(xué)分析監(jiān)測(cè)法是利用水中的物質(zhì)發(fā)射的電磁輻射與其之間作用被捕捉的水質(zhì)分析法，由非光譜分析法和光譜分析法構(gòu)成。常見(jiàn)的非光譜分析法是通過(guò)光電比色管、分光光度計(jì)來(lái)測(cè)定的，其中分光光度法還包括紅外分光光度計(jì)、可見(jiàn)光分光光度計(jì)、紫外分光光度計(jì)等等，由于它幾乎可以測(cè)定水體中的所有元素，且具有高靈敏度，因此在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中使用頗多。其主要原理是根據(jù)基于朗伯比爾定律，吸光度是和物質(zhì)濃度及溶液厚度成正比的，物質(zhì)和輻射能作用的時(shí)候未發(fā)生能級(jí)躍遷，而輻射方向、速度和其他物理性質(zhì)發(fā)生變化。

而光譜分析法與之有一定區(qū)別，待測(cè)物質(zhì)原子會(huì)與輻射能作用并吸收一部分能量，達(dá)到基臺(tái)原子躍遷激發(fā)的目的。由于激發(fā)原子的方式和能量變化的觀測(cè)方式不同，主要有原子光譜分析法、磁共振波譜分析法及X射線光譜分析法等等。原子光譜分析法包括原子發(fā)射光譜法、離子體發(fā)射光譜法、原子吸收光譜法、熒光光譜法等；磁共振波譜分析法包括順磁共振波譜法，核磁共振波譜分析法、脈沖電子順磁共振波譜分析法等；X射線光譜分析法包括X射線衍射光譜分析法、波長(zhǎng)色散X射線熒光分析法、X射線光電子能譜分析法、離子探針?lè)治龇ǖ取?/p>

4水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理及表達(dá)方式

在水質(zhì)污染分析中，由于各種描

述及評(píng)價(jià)環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)的基礎(chǔ)依據(jù)就是根據(jù)環(huán)境監(jiān)測(cè)所得到的數(shù)據(jù)，因此環(huán)境水質(zhì)分析監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)對(duì)水體的分析是十分重要的。由于不同的監(jiān)測(cè)方法的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)結(jié)果及類(lèi)型都是不同的，因此會(huì)影響 到水質(zhì)分析數(shù)據(jù)的準(zhǔn)精確性的主要因素就是監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的具體處理方法，難度很高。但是為保證水質(zhì)分析的精確性，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行更加有效地處理是十分有必要的，且是必須的，因此尋求有效的數(shù)據(jù)處理方案或方法也是水質(zhì)分析的關(guān)鍵。

4.1水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理方法

一般用于處理水質(zhì)監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)方法有以下幾種，包括有效數(shù)據(jù)規(guī)整法、反復(fù)驗(yàn)證數(shù)據(jù)法、時(shí)間序列法和可疑或無(wú)效數(shù)據(jù)消除法等等，如表1所示。

4.2監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的表達(dá)

水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及結(jié)果，相關(guān)監(jiān)測(cè)人員都沒(méi)有權(quán)利對(duì)其進(jìn)行隨意地評(píng)斷，[2]這表明監(jiān)測(cè)結(jié)果的表達(dá)的要求很高，數(shù)據(jù)除了要保證絕對(duì)的精確性，還要體現(xiàn)表達(dá)方式的清晰明了。此外，測(cè)定的樣品值須按照有關(guān)國(guó)家規(guī)定值，還要求對(duì)水位的監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)保留，如果監(jiān)測(cè)的結(jié)果出現(xiàn)限數(shù)，要求監(jiān)測(cè)人員表達(dá)時(shí)要注重對(duì)限數(shù)值的標(biāo)記，上交的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理報(bào)告也要求詳細(xì)與完整，符合規(guī)范。

5總結(jié)

水質(zhì)監(jiān)測(cè)的目的及時(shí)發(fā)現(xiàn)水體污染情況并采取措施解決，對(duì)于目前我國(guó)的多排放環(huán)境水體十分重要。主要的分析監(jiān)測(cè)方法有色譜、電化學(xué)及光學(xué)分析法，對(duì)于水體項(xiàng)目的要求不同采取不同的方法，同時(shí)對(duì)于不同監(jiān)測(cè)技術(shù)測(cè)定的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效處理并規(guī)范表達(dá)，然而還存在一定問(wèn)題，我國(guó)在自動(dòng)化監(jiān)測(cè)領(lǐng)域中的發(fā)展水平還有待提高。

【參考文獻(xiàn)】

[1]丁潔萍.環(huán)境水質(zhì)分析監(jiān)測(cè)技術(shù)與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的處理[J]， 環(huán)境監(jiān)測(cè)，2014，11（6）：35-40

[2]武萬(wàn)峰，徐立中.水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)綜述[J]，水利水文自動(dòng)化， 2010，34（1）：123-125