水質(zhì)自動監(jiān)測技術及其應用

陳泳藝

(泉州市南安生態(tài)環(huán)境局，福建 泉州 362300)

隨著科學技術的提高，社會經(jīng)濟也在飛速的發(fā)展，但是在發(fā)展中側重經(jīng)濟效益，沒有對資源進行有效的保護，工業(yè)污染、水資源過度開發(fā)等導致了水環(huán)境污染問題日益嚴重，這對于人們的生產(chǎn)生活以及社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生了嚴重的影響，因此對水質(zhì)進行監(jiān)測是極為必要的。采用傳統(tǒng)的人工采樣與監(jiān)測花費了大量的人力物力，取得的數(shù)據(jù)也僅是瞬時的有限的數(shù)據(jù)，隨著環(huán)境管理需求的發(fā)展以及自動化、信息化水平的提升，在對水環(huán)境進行監(jiān)測的過程中，自動監(jiān)測技術因為其連續(xù)性強、快速便捷、信息量大等優(yōu)點而發(fā)揮出很大的作用，因而在水質(zhì)監(jiān)測的過程中，加強自動監(jiān)測技術的應用，對水環(huán)境保護工作的開展有著重大的意義。

1 水質(zhì)自動監(jiān)測技術概述

水質(zhì)自動監(jiān)測技術源自實驗室分析方法。20世紀80年代移動注射技術的應用自動化精簡了繁瑣的實驗步驟，實現(xiàn)了樣品的自動連續(xù)分析，大大提高了實驗室分析的準確性和效率。水質(zhì)自動監(jiān)測基于采樣步驟的進一步自動化，以實現(xiàn)水質(zhì)持續(xù)監(jiān)測的目標[1]。

數(shù)十個或數(shù)百個水質(zhì)自動監(jiān)測站組成了水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)，對局部水域水質(zhì)環(huán)境進行綜合監(jiān)測[2]。通過采用以各種現(xiàn)代科學技術為手段的水質(zhì)監(jiān)測儀器為核心，在此基礎上建成在線自動監(jiān)測系統(tǒng)，實時監(jiān)測水環(huán)境，同時通過數(shù)據(jù)網(wǎng)絡將監(jiān)測數(shù)據(jù)及時傳輸至水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)接收中心，分析數(shù)據(jù)，及時發(fā)現(xiàn)水環(huán)境異常情況[3]。對各監(jiān)測點的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)進行了科學真實的反映，對準確把握當前水質(zhì)狀況以及預測未來水質(zhì)變化方向有著相當重要的意義。

水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)通過有線或無線的傳輸手段，將在各個監(jiān)測點位監(jiān)測出的各類指標如常規(guī)五參數(shù)、氨氮、高猛酸鹽指數(shù)、藍綠藻等以數(shù)據(jù)的形式傳回監(jiān)控中，也可滿足現(xiàn)場讀取監(jiān)測數(shù)據(jù)的功能。通過遠程監(jiān)控系統(tǒng)對水質(zhì)指標進行實時連續(xù)的監(jiān)控，對監(jiān)測水體的水質(zhì)狀況進行有效的把控，通過水質(zhì)變化趨勢，提前預知水質(zhì)污染狀況的發(fā)生，從而提早準備，提早預防，避免水質(zhì)污染的進一步擴大[4]。

2 水質(zhì)自動監(jiān)測技術與人工監(jiān)測的對比

水質(zhì)自動監(jiān)測技術通過依靠計算機計算數(shù)據(jù)，節(jié)省了計算時間并提高了計算的準確率，從而提高了水質(zhì)監(jiān)測效率；以自動監(jiān)測設備取代原本需要人工采樣的環(huán)節(jié)，極大提高了水質(zhì)采樣工作的安全性；水質(zhì)自動監(jiān)測技術雖在初期需要一定的建設投入，但總體上是降低了“人財物”的投入[5]。但是，相較于人工監(jiān)測的機動性、質(zhì)量控制措施完整性等優(yōu)點，自動監(jiān)測中仍然存在一部分問題，如在河流兩岸的斷面處建設自動監(jiān)測站進行自動監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)可能難以有效表示全段水質(zhì)的真實狀態(tài)，同時分析方法的不標準也會帶來一定程度上的誤差，從而影響最終數(shù)據(jù)的精確性[6]。

南京大勝關水質(zhì)自動檢測站為了提升監(jiān)測數(shù)據(jù)的代表性，更好的起到預警效果，將自動監(jiān)測采樣口設置在了水質(zhì)條件相對較差的地方，從而避免了由于水域內(nèi)流動和污染物空間分布導致的不能及時發(fā)現(xiàn)污染狀況的情況。自動監(jiān)測站點配備了常規(guī)五參數(shù)分析儀K100(pH、溶解氧、水溫、濁度、電導率)、高錳酸鹽指數(shù)分析儀K301A、氨氮分析儀TresCon UNO、總氮分析儀K301 TNP、自動采樣器SP4D等設備。通過與人工采樣監(jiān)測結果進行分析對比得出水溫、pH值、電導率、溶解氧及氨氮5個參數(shù)符合規(guī)范要求，樣本的相對誤差絕對值超限比例低。而總磷、總氮、濁度及高錳酸鹽指數(shù)最大值均超過15%，未達到國家對自動監(jiān)測儀對比分析相對誤差的要求。研究得到自動監(jiān)測數(shù)據(jù)與常規(guī)數(shù)據(jù)在水溫、電導率、pH值、溶解氧、氨氮等項目上一致性較高，可以代表斷面水質(zhì)平均水平。但由于受到岸邊面源污染的影響，污染物在同一斷面空間分布仍存在差異[6]。

重慶市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心為系統(tǒng)研究地表水水質(zhì)自動監(jiān)測與人工監(jiān)測之間的差異問題，選取48個已建成并投用的國家地表水水質(zhì)自動監(jiān)測站，對水溫、pH、溶解氧、電導率、濁度、高錳酸鹽指數(shù)、氨氮、總磷和總氮9項監(jiān)測指標開展了人工監(jiān)測與自動監(jiān)測的對比實驗研究，通過實際水樣比對結果分析、水質(zhì)類別比對分析、相關性分析、誤差分析，得出自動監(jiān)測結果與手工監(jiān)測的結果相差在允許范圍之內(nèi)，因此推斷自動監(jiān)測數(shù)據(jù)科學合理，同時還極大的提升了水質(zhì)監(jiān)測的速度和效率，極大提升了環(huán)保部門管理流域水質(zhì)以及科研人員實驗研究的便捷性[7]。

在手工監(jiān)測中，可以人工操作將待測物濃度調(diào)節(jié)至最佳范圍，以確保測定結果的準確性，但自動分析可能由于待測物濃度未在最佳測定范圍導致測定靈敏度不能滿足優(yōu)質(zhì)水體準確測定的要求。相比較手工監(jiān)測，仍存在著監(jiān)測指標覆蓋面不夠廣、采樣方式不夠規(guī)范、以及監(jiān)測儀器不夠靈敏等技術層面上的問題。因此當前的水質(zhì)監(jiān)測技術往往是將自動監(jiān)測與人工監(jiān)測相結合，優(yōu)勢互補，從而滿足水質(zhì)監(jiān)測的需求[8]。

3 我國水質(zhì)自動監(jiān)測技術現(xiàn)狀

水質(zhì)自動監(jiān)測在國外起步較早，日本1967年開始考慮在公共水域設置水質(zhì)自動監(jiān)測器，英國在1975年建成泰晤士河流域水環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)，美國在20世紀70年代中期已在全國范圍內(nèi)建立了覆蓋各大水系的上千個自動連續(xù)監(jiān)測網(wǎng)點，可隨時對水溫、pH、濁度、COD、BOD及總有機碳等指標進行在線監(jiān)測[9]。

我國水質(zhì)自動監(jiān)測技術于20世紀末開始起步，水質(zhì)自動監(jiān)測站建設始于2000年，初始階段只是在環(huán)保部門所保護的重點水域進行水質(zhì)監(jiān)測。常見監(jiān)測項目有常規(guī)五參數(shù)、化學需氧量、生化需氧量、總需氧量、高錳酸鹽指數(shù)、總有機碳、總磷、氨氮等。近些年隨著科學技術的不斷發(fā)展，我國水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)覆蓋了全國所有重要河流和湖泊，包括七大水系在內(nèi)的63條河流、13座湖庫在內(nèi)，在我國很多重要河流及各種干支流中都設有水質(zhì)自動監(jiān)測站，對水域水質(zhì)進行及時有效的監(jiān)控[10]。

水質(zhì)自動監(jiān)測網(wǎng)絡使得環(huán)境管理部門可以對流域內(nèi)水環(huán)境的質(zhì)量進行系統(tǒng)全面的把控，對所在斷面水質(zhì)變化趨勢的觀測也發(fā)揮了重要的作用，改變了以往事后才能提供水質(zhì)信息的被動局面，對水質(zhì)惡化現(xiàn)象可以及時預警，提前預防，真正做到了防范于未然。隨著環(huán)保執(zhí)法力度的不斷加大以及配套環(huán)境水質(zhì)在線監(jiān)測法律法規(guī)的不斷出臺，水質(zhì)監(jiān)測工作也在不斷的朝著信息化、標準化的方向前進，通過數(shù)據(jù)的圖表顯示，讓工作人員可以更清晰直觀的查詢水質(zhì)信息，提高工作效率，更好的開展流域管理以及水質(zhì)治理工作。

4 水質(zhì)自動監(jiān)測技術在水環(huán)境監(jiān)測中的應用

(1)監(jiān)測區(qū)域內(nèi)污染總量

水域污染總量直接反映了當前水域的水質(zhì)，水域污染總量的計算，必須有相應的數(shù)據(jù)支撐，依靠自動監(jiān)測技術對區(qū)域內(nèi)水質(zhì)污染總量進行監(jiān)測，極大的提高了監(jiān)測效率，使監(jiān)測結果準確性更高，從而對水環(huán)境污染物總量進行有效管理。

(2)監(jiān)測供水源水質(zhì)

利用遠程傳輸系統(tǒng)將在水源地自動監(jiān)測站點的監(jiān)測數(shù)據(jù)持續(xù)的發(fā)回監(jiān)控中心，一旦監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常情況，能夠及時的發(fā)出預警，從而快速有效的開展工作，從源頭上減少了大型污染事故的發(fā)生，為水源地水質(zhì)保護工作打下了堅實的基礎。

(3)預警重大水質(zhì)污染問題

水質(zhì)自動監(jiān)測技術可以實現(xiàn)對水域24小時不間斷監(jiān)控，可對突發(fā)的水質(zhì)污染狀況進行控制，確保下游水質(zhì)安全，及時查明水污染源，自動監(jiān)測系統(tǒng)中含有預警功能，可以通過分析數(shù)值變化趨勢，判斷污染程度做出對水質(zhì)污染事故的預警，防止污染事故進一步惡化。在2007年由于太湖富營養(yǎng)化導致的重大藍藻污染事件中，水質(zhì)自動監(jiān)測技術發(fā)揮了重大的作用，通過對水質(zhì)自動監(jiān)測站傳輸?shù)膶崟r監(jiān)控數(shù)據(jù)，對有利于藍藻生長的水質(zhì)指標進行分析，預測出藍藻的當前生長狀況和生長趨勢，盡早的對水質(zhì)污染變化狀況進行了預警[11]。

(4)監(jiān)測跨界河流水質(zhì)

在跨界河流的水質(zhì)敏感點設置水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)，通過水質(zhì)自動監(jiān)測技術實時監(jiān)控水質(zhì)變化情況，讓相關部門的工作人員獲得客觀準確的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)。

5 結 語

作為人工監(jiān)測的補充，水質(zhì)自動監(jiān)測在監(jiān)測目標管理水域水質(zhì)污染狀況，及時掌握主要流域重點斷面水體的水質(zhì)污染狀況，預警水質(zhì)污染等方面都起到了極為重要的作用，彌補了手工監(jiān)測在時間、空間的連續(xù)性上的不足，但由于受岸邊面源污染影響以及水質(zhì)自動監(jiān)測技術層面上的一些問題，當自動監(jiān)測站在運行中出現(xiàn)水質(zhì)異常趨勢時，應立即進行斷面水質(zhì)人工監(jiān)測，充分發(fā)揮人工監(jiān)測與自動監(jiān)測的各自優(yōu)勢。隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展，對水域的水質(zhì)監(jiān)測要求也不斷嚴格，為了使水質(zhì)監(jiān)測工作更加的高效，應當繼續(xù)擴充自動監(jiān)測指標，提高自動監(jiān)測靈敏度，建立明確的水質(zhì)自動監(jiān)測技術體系，不斷挖掘水質(zhì)自動監(jiān)測的應用領域，充分發(fā)揮高智能化和自動化的優(yōu)勢。