山東：建立兩級城市水質(zhì)監(jiān)測平臺

文｜賈瑞寶 孫韶華 馬中雨 逯南南 陳興廳

山東省城市供排水水質(zhì)監(jiān)測中心主任 賈瑞寶

水是生命之源，城市供水直接關乎著人類身體健康與經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展。隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的快速發(fā)展，各種類型的點源和面源污染物進入水體，特別是一些化工原料運輸泄漏、礦業(yè)開采及金屬冶煉排放等突發(fā)性水污染事故的發(fā)生，直接影響到集中式飲用水源地的生態(tài)環(huán)境和水質(zhì)安全。2005年發(fā)生的松花江重大水污染事故，導致哈爾濱400萬群眾停水近4天，2006年發(fā)生的北江、湘江和洞庭湖重大水污染事故均不同程度影響到了人民群眾的飲水安全。在國家水體污染控制與治理科技重大專項飲用水主題監(jiān)控預警項目的支持下，項目組在山東省開展了飲用水水質(zhì)監(jiān)測、預警和應急網(wǎng)絡關鍵技術研究，初步構建了從水源到龍頭水質(zhì)全流程監(jiān)測預警技術體系，在濟南市示范建成城市級供水水質(zhì)監(jiān)控預警業(yè)務化平臺，并借助示范平臺開展了技術標準化、業(yè)務流程化和管理規(guī)范化等方面的探索性研究。

平臺系統(tǒng)技術研究

1、水質(zhì)監(jiān)測關鍵技術優(yōu)化與配套裝備標準化研發(fā)

以重金屬、工業(yè)化學品、農(nóng)藥等現(xiàn)行國標內(nèi)的污染物為監(jiān)測對象，對生物魚、發(fā)光菌、多維矢量三種在線監(jiān)測技術的預警閾值、適用性、差異性等關鍵技術進行了優(yōu)化研究，支撐監(jiān)測預警平臺系統(tǒng)建設。研究結(jié)果表明：三種綜合毒性監(jiān)測技術原理不同，各有優(yōu)缺點，通過技術優(yōu)化可實現(xiàn)優(yōu)勢互補；生物魚技術普適性更強，性價比更高，但靈敏性差；發(fā)光菌更加適用于特征污染物的識別預警，需要開發(fā)國產(chǎn)化菌劑；多維矢量技術需要系統(tǒng)軟件的再開發(fā)和數(shù)據(jù)庫本地化方面形成突破；急需開展綜合毒性監(jiān)測技術裝備應用研究，建立綜合毒性與理化指標耦合聯(lián)用的標準化應用技術體系。（如圖1）

圖1 應對突發(fā)污染的綜合毒性監(jiān)測技術優(yōu)化

圖2 在線監(jiān)測技術優(yōu)化

圖3 在線監(jiān)測網(wǎng)絡架構

圖4 多源異構水質(zhì)信息管理系統(tǒng)架構

圖5 城市供水水質(zhì)預警系統(tǒng)

通過水質(zhì)現(xiàn)場應急監(jiān)測方法的標準化研究，提出了現(xiàn)場流動監(jiān)測中水質(zhì)急性毒性、鐵、鉻（六價）、總大腸菌群、大腸埃希氏菌群、余氯、二氧化氯、臭氧8項指標現(xiàn)場快速檢測過程中樣品的采集技術要求、檢測分析中的影響因素及注意事項，確定了檢測方法的具體檢測步驟，分析了方法的精密度和準確度，并利用該方法實際測定了樣品對方法進行檢驗，形成了一套較為完整可靠的移動監(jiān)測規(guī)范化流程，實現(xiàn)了現(xiàn)場快速檢測與質(zhì)量保證，同時為建立預警監(jiān)測與應急技術體系提供了支撐。

通過綜合比選研究，建立了氨氮、藻類、CODMn等15種在線監(jiān)測技術的標準化監(jiān)測流程和運行維護技術方案，實現(xiàn)了在線監(jiān)測系統(tǒng)建設管理規(guī)范化、監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量可靠和維護成本最優(yōu)化。（如圖2）

2、可擴展可復制的水質(zhì)監(jiān)測預警系統(tǒng)構建

建立了水質(zhì)監(jiān)測信息網(wǎng)絡化采集系統(tǒng)，實現(xiàn)了城市供水“從源頭到龍頭”實驗室、在線監(jiān)測和移動監(jiān)測全流程水質(zhì)數(shù)據(jù)的采集和傳輸。（如圖3）

建立了基于實驗室、在線、移動監(jiān)測水質(zhì)數(shù)據(jù)等信息融合及綜合利用的多源異構水質(zhì)信息管理系統(tǒng)，突破了信息孤島的制約瓶頸，解決了應急響應不及時的問題。（如圖4）

集成在線監(jiān)測預警和歷史動態(tài)分析等多種預警方式，實現(xiàn)“從源頭到龍頭”渾濁度、CODMn等8種污染物的水質(zhì)預警。（如圖5）

3、城市供水全過程的應急保障技術體系研究

開發(fā)了活性炭吸附、化學氧化、藻類綜合處理等應急處理關鍵技術。建立了應對農(nóng)藥類、化工品類、石油類和藻類等 4 類主要突發(fā)污染物的應急處理技術體系。建立了6種農(nóng)藥的活性炭吸附動力學模型。

研究構建了供水系統(tǒng)應急預案、保障機制和資源庫，研發(fā)了“四位一體”城市供水突發(fā)污染預警應急管理平臺系統(tǒng)。（如圖6）

濟南市城市供水應急處理綜合平臺包括水源應急處理系統(tǒng)、水廠應急處理系統(tǒng)和應急制水系統(tǒng)等三個子系統(tǒng)。子系統(tǒng)之間相互作用和協(xié)作，實現(xiàn)了城市供水系統(tǒng)全過程無縫隙覆蓋，形成了城市供水的多重應急保障屏障，全面提升了濟南市的城市綜合應急處理能力。提出了水源應急加藥、水廠工藝應急強化和移動式應急制水的應急供水技術策略，形成了突發(fā)污染的快速識別、預警響應和分級處理處置的管理模式。（如圖7）

圖6 多層次水質(zhì)監(jiān)測預警及應急響應平臺框架

圖7 全流程城市供水應急保障體系

平臺系統(tǒng)示范建設

1、在線監(jiān)測平臺構建

集成項目組研發(fā)的監(jiān)控網(wǎng)絡構建技術體系，建立了濟南市城市供水水質(zhì)在線監(jiān)測平臺。該平臺通過預警監(jiān)測網(wǎng)絡系統(tǒng)整體結(jié)構設計、傳輸方式及采集頻率優(yōu)選，并利用預警監(jiān)測技術設備綜合比選平臺對在線監(jiān)測儀器設備選型，優(yōu)化濟南市城市供水系統(tǒng)的水源地、水廠及管網(wǎng)等供水環(huán)節(jié)水質(zhì)在線監(jiān)測站點布局。利用計算機技術、網(wǎng)絡通信技術將在線監(jiān)測設備監(jiān)測的數(shù)據(jù)實時傳送到水質(zhì)預警監(jiān)測中心，初步建立了城市供水系統(tǒng)水質(zhì)在線預警監(jiān)測平臺，為掌握城市水質(zhì)情況提供有力技術支撐，同時也為城市供水領域開展全流程的水質(zhì)在線監(jiān)測起到了示范作用。

濟南市在線預警監(jiān)測平臺共計49個水質(zhì)自動監(jiān)測站點，分別是水源監(jiān)測點7個、進廠原水在線監(jiān)測點5個、出廠水在線監(jiān)測點7個、管網(wǎng)水在線監(jiān)測點30個，其中二次供水在線監(jiān)測點10個，監(jiān)測點涵蓋了水源地、水廠、供水管網(wǎng)和二次供水池，實現(xiàn)了對供水過程的全流程監(jiān)測，及時和動態(tài)掌握水源的水質(zhì)狀態(tài)、輸水過程中污染情況、以及水廠制水及管網(wǎng)輸配過程中的水質(zhì)污染變化狀況。

2、實驗室監(jiān)測平臺

根據(jù)水質(zhì)監(jiān)管業(yè)務需要，改造建設了總建筑面積3000m2的實驗室，其中，新建了200m2的十萬級凈化標準的毒理學和微生物實驗室。先后投資3500萬元人民幣，引進了國際先進的色譜、光譜、質(zhì)譜類等大型儀器設備共計146臺（套），檢測能力達346項指標，涵蓋了城市供排水行業(yè)4大類32種產(chǎn)品，建立了《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB5749-2006）106項、《地表水環(huán)境質(zhì)量標準》（GB3838-2002）109項和《地下水質(zhì)量標準》（GB14848-93）39項等標準及相關檢測方法、規(guī)范，研究建立了環(huán)境類激素等有毒有害物質(zhì)及致病微生物快速篩查等8項檢測方法，達到了國家城市供排水行業(yè)最新水質(zhì)標準的檢測要求，研究編制了《現(xiàn)場快速檢測技術規(guī)程》、《城市供水突發(fā)性水質(zhì)污染事件應急監(jiān)測技術規(guī)范》。實驗室通過了由國家認監(jiān)委與住房和城鄉(xiāng)建設部組織的國家級實驗室資質(zhì)認定，除滿足當?shù)亻_展飲用水水質(zhì)監(jiān)管所需的日常水檢測任務外，可承接住建部和山東省組織的水質(zhì)督察活動。

3、現(xiàn)場應急監(jiān)測平臺

為加強現(xiàn)場水質(zhì)監(jiān)測能力建設，在開展現(xiàn)場檢測技術研究的基礎上，結(jié)合當前快速檢測技術的發(fā)展，通過優(yōu)選檢測參數(shù)和儀器設備，高標準配備了多功能水質(zhì)監(jiān)測車，作為現(xiàn)場監(jiān)測技術平臺，監(jiān)測車上安裝了具有國際先進水平的水質(zhì)綜合毒性分析儀、藍綠藻分析儀、多參數(shù)水質(zhì)分析儀等快速應急監(jiān)測設備共計24臺（套），可現(xiàn)場快速完成近50項水質(zhì)指標的現(xiàn)場和應急監(jiān)測任務。同時車上還裝配有車載發(fā)電系統(tǒng)、操控水系統(tǒng)、衛(wèi)星導航系統(tǒng)、車載通訊系統(tǒng)及攝像取證系統(tǒng)等。作為功能齊全的現(xiàn)場監(jiān)測平臺，可對地處偏遠的供水水源、重點區(qū)域的二次供水、自建設施供水等開展現(xiàn)場水質(zhì)調(diào)研、常規(guī)監(jiān)測和應急監(jiān)測工作，能夠快速判斷和篩查來自水體的污染類型，并可及時將數(shù)據(jù)發(fā)送至監(jiān)測中心，為水質(zhì)安全監(jiān)管提供依據(jù)。

4、業(yè)務化管理系統(tǒng)集成建設

采用先進的LAMP技術架構，建設完成了兼容實驗室檢測、在線監(jiān)測、應急監(jiān)測等多源異構數(shù)據(jù)的城市供水水質(zhì)監(jiān)測評價業(yè)務化管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于網(wǎng)絡的全數(shù)字化數(shù)據(jù)信息傳輸和管理系統(tǒng)，結(jié)合了現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫技術、網(wǎng)絡通訊技術、中間體技術、GIS技術，采用分層、模塊化設計理念，集實驗室水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)、應急流動監(jiān)測數(shù)據(jù)及在線水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存儲、查詢分析等功能于一體；以網(wǎng)絡集中管理和網(wǎng)絡傳輸為核心，完成數(shù)據(jù)采集、傳輸、監(jiān)控、管理和儲存的全過程，進而實現(xiàn)水質(zhì)安全綜合評價、水質(zhì)風險識別、污染物遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律可視化、水質(zhì)污染應急模擬與預警等功能，從而提高城市供水水質(zhì)管理水平，為實現(xiàn)從源頭到龍頭供水全過程的城市飲用水安全提供技術保障。

展望與建議

“十一五”期間，借助國家水專項的實施，山東省初步建立了省市兩級城市供水水質(zhì)監(jiān)測預警系統(tǒng)技術平臺，在水質(zhì)信息采集、傳輸、存儲、應用和平臺管理機制體制等方面開展了研究探索工作，對城市供水安全保障發(fā)揮了重要作用。但平臺系統(tǒng)的功能還沒有涉及水量、水壓及其他業(yè)務要素，還無法滿足城市供水系統(tǒng)全方位、多層次監(jiān)管的業(yè)務需求，供水咨詢服務、應急管理、規(guī)范化考核、水質(zhì)督察等業(yè)務急需納入城市水務信息化管理系統(tǒng)。

為轉(zhuǎn)換城市供水監(jiān)管方式，提高監(jiān)管的效能，切實保障城市供水安全，亟需在原省市兩級水質(zhì)監(jiān)管平臺的基礎上，借助于以“大數(shù)據(jù)”和“云計算”為代表的先進信息化技術，開展城鎮(zhèn)供水信息采集傳輸、多源異構水質(zhì)數(shù)據(jù)管理功能開發(fā)和綜合管理業(yè)務平臺構建等關鍵技術研發(fā)，通過技術集成和資源整合，構建覆蓋全省的山東省城市供水監(jiān)管業(yè)務化平臺。