山東：建立兩級城市水質監測平臺

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監測中心主任 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濟社會可持續發展。隨著工農業生產的快速發展，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、礦業開采及金屬冶煉排放等突發性水污染事故的發生，直接影響到集中式飲用水源地的生態環境和水質安全。2005年發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控預警項目的支持下，項目組在山東省開展了飲用水水質監測、預警和應急網絡關鍵技術研究，初步構建了從水源到龍頭水質全流程監測預警技術體系，在濟南市示范建成城市級供水水質監控預警業務化平臺，并借助示范平臺開展了技術標準化、業務流程化和管理規范化等方面的探索性研究。

平臺系統技術研究

1、水質監測關鍵技術優化與配套裝備標準化研發

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

圖1 應對突發污染的綜合毒性監測技術優化

圖2 在線監測技術優化

圖3 在線監測網絡架構

圖4 多源異構水質信息管理系統架構

圖5 城市供水水質預警系統

通過水質現場應急監測方法的標準化研究，提出了現場流動監測中水質急性毒性、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測規范化流程，實現了現場快速檢測與質量保證，同時為建立預警監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種在線監測技術的標準化監測流程和運行維護技術方案，實現了在線監測系統建設管理規范化、監測數據質量可靠和維護成本最優化。（如圖2）

2、可擴展可復制的水質監測預警系統構建

建立了水質監測信息網絡化采集系統，實現了城市供水“從源頭到龍頭”實驗室、在線監測和移動監測全流程水質數據的采集和傳輸。（如圖3）

建立了基于實驗室、在線、移動監測水質數據等信息融合及綜合利用的多源異構水質信息管理系統，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）

集成在線監測預警和歷史動態分析等多種預警方式，實現“從源頭到龍頭”渾濁度、CODMn等8種污染物的水質預警。（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。建立了應對農藥類、化工品類、石油類和藻類等 4 類主要突發污染物的應急處理技術體系。建立了6種農藥的活性炭吸附動力學模型。

研究構建了供水系統應急預案、保障機制和資源庫，研發了“四位一體”城市供水突發污染預警應急管理平臺系統。（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、水廠應急處理系統和應急制水系統等三個子系統。子系統之間相互作用和協作，實現了城市供水系統全過程無縫隙覆蓋，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 多層次水質監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

平臺系統示范建設

1、在線監測平臺構建

集成項目組研發的監控網絡構建技術體系，建立了濟南市城市供水水質在線監測平臺。該平臺通過預警監測網絡系統整體結構設計、傳輸方式及采集頻率優選，并利用預警監測技術設備綜合比選平臺對在線監測儀器設備選型，優化濟南市城市供水系統的水源地、水廠及管網等供水環節水質在線監測站點布局。利用計算機技術、網絡通信技術將在線監測設備監測的數據實時傳送到水質預警監測中心，初步建立了城市供水系統水質在線預警監測平臺，為掌握城市水質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在線監測起到了示范作用。

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

2、實驗室監測平臺

根據水質監管業務需要，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4大類32種產品，建立了《生活飲用水衛生標準》（GB5749-2006）106項、《地表水環境質量標準》（GB3838-2002）109項和《地下水質量標準》（GB14848-93）39項等標準及相關檢測方法、規范，研究建立了環境類激素等有毒有害物質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最新水質標準的檢測要求，研究編制了《現場快速檢測技術規程》、《城市供水突發性水質污染事件應急監測技術規范》。實驗室通過了由國家認監委與住房和城鄉建設部組織的國家級實驗室資質認定，除滿足當地開展飲用水水質監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督察活動。

3、現場應急監測平臺

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

4、業務化管理系統集成建設

采用先進的LAMP技術架構，建設完成了兼容實驗室檢測、在線監測、應急監測等多源異構數據的城市供水水質監測評價業務化管理系統。該系統是基于網絡的全數字化數據信息傳輸和管理系統，結合了現代數據庫技術、網絡通訊技術、中間體技術、GIS技術，采用分層、模塊化設計理念，集實驗室水質檢測數據、應急流動監測數據及在線水質監測數據的數據存儲、查詢分析等功能于一體；以網絡集中管理和網絡傳輸為核心，完成數據采集、傳輸、監控、管理和儲存的全過程，進而實現水質安全綜合評價、水質風險識別、污染物遷移轉化規律可視化、水質污染應急模擬與預警等功能，從而提高城市供水水質管理水平，為實現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監測預警系統技術平臺，在水質信息采集、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揮了重要作用。但平臺系統的功能還沒有涉及水量、水壓及其他業務要素，還無法滿足城市供水系統全方位、多層次監管的業務需求，供水咨詢服務、應急管理、規范化考核、水質督察等業務急需納入城市水務信息化管理系統。

為轉換城市供水監管方式，提高監管的效能，切實保障城市供水安全，亟需在原省市兩級水質監管平臺的基礎上，借助于以“大數據”和“云計算”為代表的先進信息化技術，開展城鎮供水信息采集傳輸、多源異構水質數據管理功能開發和綜合管理業務平臺構建等關鍵技術研發，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管業務化平臺。