環(huán)境水質(zhì)分析監(jiān)測技術(shù)與監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理方法

趙 萍

（山西省大同生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山西 大同 037000）

0 引言

由于我國從農(nóng)業(yè)國到工業(yè)國的轉(zhuǎn)變，根據(jù)環(huán)境部門對水質(zhì)的監(jiān)測，近年來，我國主要水系的水體都遭到了不同程度的污染，每年排放大量的工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)生活污水，嚴(yán)重污染了我國的水資源，同時由于人口眾多，缺水問題日益嚴(yán)重。為此，我們要加大對水資源的保護(hù)力度，加大對工業(yè)廢水和生活污水的治理力度，防止工業(yè)廢水的超標(biāo)排放，同時加大對環(huán)境水質(zhì)分析監(jiān)測技術(shù)的開發(fā)力度，提高對水的處理能力。

1 環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測概述

由于我國水域的分布很廣，因此，環(huán)境水質(zhì)的監(jiān)測涉及到了河流、湖泊、地下水和工業(yè)廢水等[1]。環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測的內(nèi)容包括水質(zhì)綜合評價和毒性物質(zhì)監(jiān)測兩大類，二者的監(jiān)測手段不同。在進(jìn)行環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測時，要綜合考慮多種因素，并針對不同的監(jiān)測目標(biāo)，合理選用相應(yīng)的監(jiān)測手段和評價指標(biāo)。比如，河流的流速很高，工作人員既要檢查水質(zhì)中的物理化學(xué)成分，又要考慮河流的流速和流量，要把這些因素結(jié)合起來綜合評價。

2 環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測意義

一般所說的環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測，是指對水中污染物的種類、濃度進(jìn)行實時監(jiān)測，利用數(shù)據(jù)的變動趨勢，對水質(zhì)進(jìn)行評估。水質(zhì)監(jiān)控的主要目標(biāo)是檢測水質(zhì)與常規(guī)水質(zhì)是否一致，包括工業(yè)廢水、河水、海水、地下飲用水和生活廢水。在水質(zhì)監(jiān)測過程中，主要依據(jù)物理水質(zhì)指標(biāo)和化學(xué)水質(zhì)指標(biāo)對水體進(jìn)行評價，物理水質(zhì)指標(biāo)包括溫度、色度、濁度、pH 值、電導(dǎo)率等，化學(xué)水質(zhì)指標(biāo)主要有COD、BOD5、總磷、總氮、重金屬、石油類等。

3 環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測的分析方法

在社會不斷發(fā)展和進(jìn)步的作用下，科技的發(fā)展極大地促進(jìn)了人們的物質(zhì)生活。因此，水質(zhì)的優(yōu)劣已逐漸成為一個備受關(guān)注的問題，為確保水質(zhì)的質(zhì)量能夠達(dá)到人們的要求，必須在完善和優(yōu)化國家的水質(zhì)監(jiān)測體系的同時，靈活運用科學(xué)技術(shù)等手段，對水質(zhì)各項指標(biāo)進(jìn)行科學(xué)檢測，從而最大程度上保證用水安全。水質(zhì)監(jiān)測有多種分析方法，傳統(tǒng)分析方法主要有重量法、化學(xué)滴定法、儀器分析法等，此外還有儀器分析法等新興分析方法，例如離子色譜法、原子吸收光譜法、氣相色譜法、流動注射法等。

3.1 重量監(jiān)測法

重量監(jiān)測法的主要作用就是利用水的重力特性來進(jìn)行分析。其具體實現(xiàn)方法是：對所選區(qū)域的水質(zhì)進(jìn)行取樣，然后進(jìn)行分離、轉(zhuǎn)換，再用分析秤稱量各種成分，并根據(jù)質(zhì)量的不同來測定樣品的質(zhì)量。傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測方法是采用直接分離和蒸發(fā)轉(zhuǎn)換兩種方法。該方法無需精密儀器，操作簡便，可廣泛應(yīng)用于高濃度組份的檢測，而不適用于微量元素的檢測。另外，由于環(huán)境溫度、濕度等因素的影響，對測量環(huán)境的要求也較高，一般的檢測方法難以達(dá)到，因而測量精度受到限制[2]。

3.2 化學(xué)滴定法

化學(xué)滴定法按滴定原理，將其分成四大類：酸堿滴定、絡(luò)合滴定、沉淀滴定、氧化還原滴定。酸堿滴定法是基于酸堿中和反應(yīng)的一種常見方法，根據(jù)不同反應(yīng)如強酸與強堿、強酸與弱堿及弱酸與強堿，選取不同的指示器來表示它的色彩；絡(luò)合滴定法是反應(yīng)產(chǎn)生配合物，由金屬指示劑的變色指示出滴定的終點，由于配位劑的穩(wěn)定性差，會與多種金屬元素同時產(chǎn)生顯色反應(yīng)，從而導(dǎo)致測量結(jié)果的偏差；沉淀滴定法通常需要通過化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生沉淀，反應(yīng)必須迅速而明顯，只有極少的反應(yīng)才能達(dá)到沉降滴定的條件；氧化還原滴定法是基于氧化-還原的反應(yīng)機制而進(jìn)行的，因此需要更高的組分的氧化和還原性能。化學(xué)滴定法由于采用了化學(xué)原理，所以具有很高的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，是目前水質(zhì)檢測的主要手段[3]。

3.3 儀器分析法

3.3.1 離子色譜法

離子色譜是高效液相色譜（HPLC）的一種，按其分離機制可分為離子交換色譜法、離子排斥色譜法和離子對色譜法，離子交換色譜法是一種常用的方法。離子交換色譜法是將液相色譜與離子交換原理相結(jié)合，對液體中陰、陽離子進(jìn)行檢測的一種分析方法，該檢測儀器主要包括進(jìn)樣器、色譜柱、高壓輸液泵、檢測器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。離子交換色譜法是通過將待測離子與固定相間的親和力差異進(jìn)行分離，以離子交換樹脂為固定相，并在樹脂上分散了固定的電荷和自由的平衡離子。在陰離子交換層析中，陰離子在液相中的流動相與液相進(jìn)行了可逆性的交換。在陽離子交換層析中，將流動相中的陽離子與色譜柱上的自由陽離子進(jìn)行了可逆的交換。由于樣品中所含的離子與所述固定相的帶電荷基團(tuán)的相互作用力存在差異，因此，它們在色譜中的停留時間和淋洗液的洗脫時間也有差異，因此，對待測定的離子進(jìn)行了連續(xù)的分離。

3.3.2 原子吸收光譜法

原子吸收光譜是通過元素的基態(tài)原子來對其光譜的吸收進(jìn)行定量分析的一種新的方法。在經(jīng)過自由原子蒸汽的光照射下，其進(jìn)入的光的頻率與原子內(nèi)的電子從基本態(tài)過渡到更高的狀態(tài)（通常為第1 激勵狀態(tài)）所要求的頻率相等，這時，就必須從輻射區(qū)吸取能量，使電子從基態(tài)向激勵態(tài)轉(zhuǎn)變，并產(chǎn)生出能譜。AFS具有靈敏度高，檢測限低，準(zhǔn)確度高，選擇性好，操作簡單，應(yīng)用廣泛等特點。

3.3.3 氣相色譜法

采用氣相色譜技術(shù)對流動相色層進(jìn)行了分離。經(jīng)蒸餾后的樣品由載體氣體（流動相)引入色譜柱，其固相的作用與樣品中的成分的作用是不一樣的，成分從柱中排出的時間也是不一樣的。利用合適的識別與紀(jì)錄體系，繪制出不同分離出的不同組份的色譜儀。按該表所標(biāo)示的出峰時間及次序，可以定性地測定其含量，并可依其峰位及區(qū)域之大小而定量化。該方法具有高效，靈敏度高，選擇性強，分析速度快，應(yīng)用廣泛，操作簡單等優(yōu)點。該方法適合于對易燃?xì)怏w進(jìn)行定性、定量測定，并能在非揮發(fā)性氣體或固態(tài)氣體中進(jìn)行熱裂化。

3.3.4 流動注射法

流動注射技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于水質(zhì)分析，這是一項重要的突破。采用流動注射技術(shù)對水質(zhì)進(jìn)行分析，將待測試樣導(dǎo)入流動水中，觀察試樣與水的溶解性，并在出水部位進(jìn)行測試。該技術(shù)的運用，不但可以確保重金屬元素的檢測工作，而且在采集到測試數(shù)據(jù)后，可以對測試結(jié)果進(jìn)行進(jìn)一步的分析，從而提高測試結(jié)果的科學(xué)性。流動注射技術(shù)的特點是適應(yīng)性廣泛、靈敏度高、檢出限低，分析速度快、分析效率高，每小時可以分析幾百個甚至上千個樣品，而且試樣和試劑的消耗量比較少，這必將成為今后分析方法的主要發(fā)展趨勢。

4 環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理方法

在獲得了一定的監(jiān)測數(shù)據(jù)之后，要對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行科學(xué)、有效的處理。目前，水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)中的處理方法有：

4.1 有效數(shù)據(jù)整理法

要判斷大量的檢測數(shù)據(jù)是否合理、準(zhǔn)確，必須采用高效的數(shù)據(jù)處理法，將有重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼砗蜌w類，以便更好地進(jìn)行后續(xù)的對比和分析。

4.2 無效數(shù)據(jù)清除法

由于水質(zhì)監(jiān)測涉及到大量的取樣點數(shù)和大量的樣本，因此最終得到的檢測結(jié)果是一個龐雜而又巨大的數(shù)據(jù)。為提高資料的可信度，必須選擇有針對性的參考資料。根據(jù)檢測中心的位置，篩選出數(shù)據(jù)，并將老的信息進(jìn)行分類，剔除沒有太大參考價值的信息，這樣就能隨時更新數(shù)據(jù)，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

4.3 多重驗證法

由于在水質(zhì)監(jiān)測中，可以采用多種方法和手段，對同一類型的監(jiān)測問題，可以采用不同的方法來實現(xiàn)。采用不同的檢測技術(shù)，必然會產(chǎn)生較大的差別，從而使水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)值的準(zhǔn)確性和合理性得到進(jìn)一步的改善。多項檢驗方法是對同一監(jiān)測點的樣品進(jìn)行多次重復(fù)的檢驗監(jiān)測，從而避免了單一試驗的隨機誤差，從而提高了監(jiān)測數(shù)據(jù)的科學(xué)性和公平性。

4.4 時間序列分析法

水質(zhì)監(jiān)測是一項長期、持續(xù)的工作，在同一個取樣點，經(jīng)常要進(jìn)行多次的水質(zhì)監(jiān)測，因此，如何合理地規(guī)劃好監(jiān)測的時限，是值得深入研究的課題。由于水質(zhì)檢測周期過長，監(jiān)測數(shù)據(jù)的代表性下降，數(shù)據(jù)的可信度也會下降，而且經(jīng)常進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測，增加了人工和政府的經(jīng)費，但監(jiān)測數(shù)據(jù)精度的提高卻很小。因此，在實際監(jiān)測過程中，經(jīng)常采用時序方法來分析和處理水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)[5]。

5 結(jié)語

水資源是一種重要的資源，它的質(zhì)量直接影響著國家和人民的生活。經(jīng)濟(jì)發(fā)展越迅速，我們就要對水質(zhì)監(jiān)測工作越重視，良好的水資源環(huán)境是人類賴以發(fā)展的根本，為了保證人民日常生活用水和工業(yè)生產(chǎn)用水，務(wù)必要保證對水質(zhì)的監(jiān)測工作進(jìn)行嚴(yán)格管控，所以新興的水質(zhì)監(jiān)測方法和數(shù)據(jù)處理方法就顯得尤為重要，目前，我們的環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測能力基本能夠保證水質(zhì)問題得到及時有效的解決。水關(guān)乎人類生存發(fā)展的每一個步驟，環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測工作任重而道遠(yuǎn)。