地表水水質自動監(jiān)測技術應用及發(fā)展初探

夏永嬌

（唐山市生態(tài)環(huán)境局開平區(qū)分局，河北 唐山 063021）

引言

時至今日，中國地表水環(huán)境質量監(jiān)測工作已經有序進行了四十余年，而監(jiān)測技術也由傳統(tǒng)的手動檢測轉換為半人工半自動化監(jiān)測，以至現階段乃至未來的全自動化監(jiān)測，而監(jiān)測數據的穩(wěn)定性以及最終評價結果的有效性正在不斷上升。隨著社會環(huán)境的不斷變化，環(huán)境管理的需求亦發(fā)生了較為顯著的變化，自動監(jiān)測技術的出現，極大彌補了人工監(jiān)測的不足，極具環(huán)保價值。現階段，如何在既有技術的基礎上進一步提升自動監(jiān)測技術的最終監(jiān)測效果，成為社會大眾共同關心的話題，而這也是廣大水質監(jiān)測工作人員面臨的重要課題。

1 地表水水質自動監(jiān)測與人工監(jiān)測技術應用效果的差異化分析

1.1 基于基本監(jiān)測原理方面的差異

自動監(jiān)測技術為達到與人工監(jiān)測結果的一致性，其監(jiān)測方式應盡可能保持與氨氮監(jiān)測、高錳酸鹽監(jiān)測、化學需氧量監(jiān)測等實驗室人工分析方法的一致性。但是為了實現監(jiān)測的自動化，需要減少部分試劑的種類及用量，必然會導致自動監(jiān)測與人工監(jiān)測技術在技術原理、結果、準確性等方面的差異化[1]。

1.2 基于監(jiān)測靈敏度方面的差異

傳統(tǒng)的人工監(jiān)測模式，可以依照水質樣本的濃度分別采用稀釋、萃取等技術手段進行處理，進而將樣本的濃度調整到最佳的監(jiān)測范圍，以保障最終結果的準確性。相比較而言，盡管近年來自動監(jiān)測技術已然獲得了較大進步，但是其目前仍無法完全消除待測樣品中的干擾物質。這會導致部分監(jiān)測工作的檢驗靈敏度無法滿足我國優(yōu)質水質（I、Ⅱ類）所規(guī)定的標準要求，進而無法有效消除監(jiān)測水樣中共存離子的干擾，從而引發(fā)誤報現象。

1.3 基于水體采樣方面的差異

受到監(jiān)測機構經濟條件、工作意識等方面的影響，在開展自動化采樣工作的過程中，并不會布置過多的采樣頭。相對而言，傳統(tǒng)的人工采樣技術擁有更大的采樣范圍。依照我國《地表水和污水監(jiān)測技術規(guī)范》（HJ/T 91-2002）[2]中的標準規(guī)定，針對某一水域進行水環(huán)境質量評價的過程中，應依照水域的寬度、長度以及深度等采用左中右、上中下采樣點規(guī)定法確定采樣點的數量，并保證單一水域范圍內的采樣數量維持在1～9個左右。在此情況下，自動監(jiān)測采集工作會有一定的局限性，其所采集水樣的代表性亦會受到一定影響。在小范圍的水體采樣工作中，其檢測結果與人工監(jiān)測結果之間或許能夠保持一致，但在面對大江大河或更寬廣的水體樣本時，就難免出現一定差異。

2 地表水水質自動監(jiān)測技術應用要點分析

2.1 健全的自動監(jiān)測系統(tǒng)

為最大程度地發(fā)揮出地表水水質自動監(jiān)測技術的價值，推動環(huán)境保護工作的有序開展，相關監(jiān)測機構需要建立足夠健全、科學的地表水水質自動監(jiān)測系統(tǒng)，進而為后續(xù)整體的監(jiān)測工作提供基礎性保障。在系統(tǒng)建設初期，相關機構應對配套設施以及水質分析儀器的集成效果樹立明確標準，并結合其實際監(jiān)測工作的展開方向，使用運行更安全、更穩(wěn)定的設備[3]。由此才能發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)勢，實現全自動、高精準度的水質監(jiān)測工作，并在發(fā)現問題后能及時發(fā)出警報及進行有效處理。健全的自動化監(jiān)測系統(tǒng)也離不開工作人員穩(wěn)定的操作技術、高標準的工作行為規(guī)范以及監(jiān)測系統(tǒng)的可操作性，如此方能最大程度保障自動監(jiān)測技術的應用效果。

2.2 系統(tǒng)性的驗收結果

在運用全自動水質監(jiān)測技術的同時，相關機構還需結合實際工作方向與目標，建立起具有完整性及科學性的考察、評價指標，并且還應在規(guī)定的時間段對地表水水質自動監(jiān)測技術、系統(tǒng)等進行分析與考察，以保證其工作的穩(wěn)定性。水質監(jiān)測工作具有一定的復雜性，因此在客觀因素的影響下，自動監(jiān)測技術的實效性可能會出現問題。由此，相關管理人員應加強對《國家水質自動監(jiān)測站系統(tǒng)驗收考核辦法》的認知，借助該文件的技術性指導作用，對其水質監(jiān)測工作進行驗收與考核，以保障整體工作質量[4]。

3 地表水水質自動監(jiān)測設備的性能

3.1 地表水水質營養(yǎng)鹽及有機污染綜合指數自動監(jiān)測

3.1.1 高錳酸鹽指數

自動監(jiān)測儀器在運用中所采取的方式主要包含以下幾種：（1）高錳酸鉀氧化-光度檢測法；（2）高錳酸鉀氧化-光度滴定法（3）高錳酸鉀氧化-電位滴定法。其中高錳酸鉀氧化-光度檢測法在使用時容易受到地下水中泥沙等因素的影響，從而對監(jiān)測濁度造成干擾，監(jiān)測液會出現二次污染的可能性；高錳酸鉀氧化-光度滴定法在運用中，監(jiān)測時間較長，滴定速度較慢，地下水濁度對檢測結果會產生影響；高錳酸鉀氧化-電位滴定法在應用時，滴定速度緩慢會造成檢測時間過長等問題。

3.1.2 化學需氧量

自動監(jiān)測儀器在運用中所使用的方式主要包含：（1）重鉻酸鉀氧化-電位滴定法；（2）重鉻酸鉀氧化-光度檢測法；（3）電化學氧化法。重鉻酸鉀氧化-電位滴定法在運用中存在反應器大，實際消耗量大以及產生廢液多等問題；重鉻酸鉀氧化-光度檢測法在運用中要求處于高氯條件下，才可掌握化學需氧量；在發(fā)生硫酸銀沉淀現象后，電化學氧化法會造成氧化鋁不確定的問題。

3.1.3 總磷

自動監(jiān)測儀器在運用中采取過硫酸鉀氧化-鉬酸鹽顯色分光度法。該方式在運用中抗壞血酸穩(wěn)定性差，需要進行低溫保存。

3.1.4 總氮

自動監(jiān)測儀器分析中運用堿性過硫酸鉀氧化-紫外光光度法時，會受到地下水濁度影響，造成測量結果存在誤差，其對試劑純度要求相對較高，測量要求相對較多。為此，在地下水水質自動監(jiān)測工作中，相關人員需要結合地下水的實際情況選擇合適的方式，避免對地下水水質監(jiān)測結果造成不利影響。

3.2 水質常規(guī)參數自動監(jiān)測

在地下水水溫監(jiān)測中，一般使用自動監(jiān)測熱敏電阻法，其可有效掌握地下水溫情況。在地下水pH值監(jiān)測中，可在自動監(jiān)測中選擇玻璃電極法，該方式在使用時需要注意玻璃電極的易污垢性，其對自動監(jiān)測的靈敏度會造成影響，甚至造成儀器發(fā)生漂移，相關人員需要在監(jiān)測中做好設備校正工作，監(jiān)測難度相對較高。在地下水水質溶解氧監(jiān)測中，可使用自動監(jiān)測電化學電極法以及熒光法等。電化學電極法在實際使用中屬于好氧檢測，需要確保地下水保持流動，并定期完成膜片清晰作業(yè)，在地下水中定期補充電解質，因此整體監(jiān)測維護成本相對較高；而熒光法則是應用成本高。在地下水水質電導率監(jiān)測過程中，使用自動監(jiān)測電極法，可提升地下水水質電導率的應用效果及應用效率。在地下水濁度監(jiān)測工作中，可采用自動監(jiān)測光散射法，在光散射法的使用過程中需注意沾污結垢問題，相關人員應定期做好設備清洗工作，避免影響自動監(jiān)測結果。

4 地表水水質自動監(jiān)測技術的不足

正如上文所述，受到各種客觀因素的影響，地表水水質自動監(jiān)測技術的靈敏度、精準度、采樣范圍等，相較于人工監(jiān)測技術仍存在一定的差異化[5]。因此需要相關技術人員能夠摒棄較為滯后、傳統(tǒng)的監(jiān)測技術，在建立健全系統(tǒng)的基礎上，引進更先進、更高效的技術。

先進的技術以及儀器意味著更高的檢測成本支出，部分機構受自身經濟能力的限制，無法承擔高昂的資金支出。加之，當前的自動監(jiān)測技術更新速度較快，缺少資金支持的機構難以及時更新、更換更高效的設備與技術，這對其監(jiān)測工作的有序開展具有一定負面影響。

另外，我國水質監(jiān)測機構部分技術人員的工作素養(yǎng)及技術能力較為落后，難以在短時間內接受并熟悉更先進的技術，自然也無法以最快的速度落實工作，因此需要相關機構管理人員加強對工作人員的培訓與引導。

5 地表水水質自動監(jiān)測技術的發(fā)展趨勢

5.1 提升水質自動監(jiān)測技術的集成化水平

集成化水平的提高能夠有效解決當下自動監(jiān)測技術成本高、系統(tǒng)運行復雜、養(yǎng)護難度大等一系列問題。地表水的質量監(jiān)測工作應具有效果好、精準度高、范圍廣、發(fā)展穩(wěn)定等特征，相關人員應結合使用目的及建站目標，循序漸進地開展相關工作的分類、分級建設，如聯合建設微型監(jiān)測站、岸邊檢測站等，同時輔以更高集成化水平的監(jiān)測技術及儀器[6]。

5.2 建設智慧化水質自動監(jiān)測系統(tǒng)

水質自動監(jiān)測系統(tǒng)的近階段發(fā)展目標，應是對水環(huán)境的全天候監(jiān)測以及預警、預報技術，而這一目標的實現，需依托于智能化信息系統(tǒng)的建立，相關部門應積極引入智能技術及先進人才。一方面，相關部門可以結合不同水域的污染排放量、水量、流速等方面的內容，建立起智慧化數字模型，進而幫助相關工作人員依托更直觀的數據開展更精準的分析工作，同時借助數字化模型更明確地展現不同水體的污染物濃度、種類的變化及起因，精準定位可能引發(fā)水質變化的閾值點及干預方式等[7]。另一方面，相關部門及人員應加強對預警機制的關注，建立起可視化的預警數據表達，以更好地滿足各領域對水質的認知需求。

5.3 擴展水質自動監(jiān)測的應用范圍與應用領域

水質自動監(jiān)測技術在未來，應具有更廣泛的監(jiān)測范圍及更優(yōu)質的監(jiān)測效果。為有效提升水質自動監(jiān)測技術的精準度，相關部門應結合整體監(jiān)測行業(yè)的現狀條件及綜合污染指標監(jiān)測需要，加強自動監(jiān)測技術監(jiān)測有機污染物、新型污染物、重金屬污染物等物質的監(jiān)測范圍及監(jiān)測力度，進一步優(yōu)化監(jiān)測對象的評價指標，全面提升自動監(jiān)測的實用價值。并且，還應持續(xù)提升現有監(jiān)測設備、儀器的使用效果，針對靈敏度、精準度等方面不斷進行技術革新，全面縮小儀器與人工監(jiān)測的差異性。

5.4 加強水質自動監(jiān)測技術的內外控制力度，提升監(jiān)測質量

隨著地表水水質自動監(jiān)測技術的不斷升級，相關系統(tǒng)、設備所產出的自動監(jiān)測數據總量也會不斷累積。在此情況下，如果相關技術人員無法有效、高速地開展數據分析與處理工作，大量價值不明的數據就會引發(fā)一系列系統(tǒng)故障及監(jiān)測問題。因此，在監(jiān)測技術不斷發(fā)展、革新的同時，相關技術人員還需重視數據質量及水站運行協同軟件，不斷完善數據儲存的相關規(guī)范標準，利用統(tǒng)一化的數據質量控制方式，全面提升水站信息化運行、維護的管理水平。針對數據的檢測程序以及篩查標準也應盡快落實到位，以保障入庫數據的有效性與準確性，進而促進地表水水質自動監(jiān)測技術的進步，維護我國水資源的可持續(xù)發(fā)展。

6 結語

綜上，地表水水質自動監(jiān)測技術的全面應用，有助于管理部門對重點水資源環(huán)境質量各項數據的精準把握，能夠為水環(huán)境質量的監(jiān)督與管理提供絕佳的技術支持和保障。相關部門應在既有技術的基礎上，進一步完善自動監(jiān)測技術的技術規(guī)范，最大程度地保障地表水水質自動監(jiān)測數據的準確性、有效性、可比性及一致性，循序漸進地提升自動監(jiān)測技術的實用價值，促進環(huán)境保護以及資源維護工作的有效落實。