地表水水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展初探

祖文華

合肥供水集團有限公司 安徽 合肥 230000

如今，水環(huán)境污染問題日趨加重，已經(jīng)威脅到人們的身體健康和社會發(fā)展，因此必須加大地表水水質(zhì)監(jiān)測力度，引入自動監(jiān)測技術(shù)。本文對其應(yīng)用與發(fā)展進行探析。

1 地表水水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用

依托專門的系統(tǒng)軟件，對水環(huán)境做連續(xù)采樣、分析測量、數(shù)據(jù)傳輸與處理。系統(tǒng)由多個水質(zhì)固定監(jiān)測站、數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)與一個中心監(jiān)測站構(gòu)成，其中，固定監(jiān)測站配備連續(xù)自動采樣裝置、水質(zhì)監(jiān)測儀器、水文氣象測定儀器以及樣品貯存裝置等。測定得到的數(shù)據(jù)，經(jīng)通信系統(tǒng)定時傳送至中心監(jiān)測站，在系統(tǒng)軟件處理完成后，供水質(zhì)管理部門使用。

水質(zhì)監(jiān)測離不開各類監(jiān)測儀器的支持，監(jiān)測儀器的進步和發(fā)展促成了自動監(jiān)測的實現(xiàn)。對于水質(zhì)常規(guī)參數(shù)，包括水溫、pH值、溶解氧、電導(dǎo)率和濁度，其自動監(jiān)測儀器所用分析原理及性能為：

（1）水溫監(jiān)測：監(jiān)測儀器所用分析原理為熱敏電阻法，測量范圍為-5℃～+50℃，重復(fù)性為±0.10，分辨率為0.01℃。

（2）pH值監(jiān)測：監(jiān)測儀器所用分析原理為玻璃電極法，測量范圍為0～14，重復(fù)性為±0.10，分辨率為0.01，存在問題：玻璃電極很容易沾染污垢導(dǎo)致靈敏度降低；參比電極容易受到硫離子的影響與干擾；有漂移現(xiàn)象存在，應(yīng)做好定期校正[1]。

（3）溶解氧監(jiān)測：監(jiān)測儀器所用分析原理主要有兩種，即電化學(xué)電極法與熒光法，其中，采用電化學(xué)電極法的儀器，其測量范圍為0～50mg/L，重復(fù)性為±0.2，分辨率為0.01mg/L，存在問題：在耗氧檢測過程中水體需要處于流動狀態(tài)；需要對膜片進行定期清洗，并補充足夠的電解質(zhì)，維護難度較大。采用熒光法的儀器，其測量范圍為0～25mg/L，重復(fù)性為±0.1，分辨率為0.01mg/L，存在問題：價格較為昂貴。

（4）電導(dǎo)率監(jiān)測：監(jiān)測儀器所用分析原理為電極法，測量范圍為0～500S/cm，重復(fù)性為±0.1%，分辨率為0.5%。

（5）濁度監(jiān)測：監(jiān)測儀器所用分析原理為光散射法，測量范圍為0～4000NTU，重復(fù)性為±5%，分辨率為0.1%，存在問題：容易沾染污垢，需進行定期清洗[2]。

由于當(dāng)前地表水有機污染越來越嚴(yán)重，所以在水質(zhì)自動監(jiān)測過程中有機污染物監(jiān)測逐漸成為重點項目，對此同樣需要針對不同監(jiān)測項目采用相應(yīng)的儀器來實現(xiàn)，有機污染物監(jiān)測項目包括石油類、陰離子表面活性劑、苯、鹵代烴、芳香烴、烴類等、類大腸菌群。

（1）石油類：監(jiān)測儀器所用分析原理為紫外熒光法，測量范圍為0.0001～0.1mg/L，檢出限為0.1mg/L，重復(fù)率為2%，零點漂移不超過5%，量程漂移不超過5%，存在問題：為二次方法范疇，需定期進行比對校正，監(jiān)測結(jié)果的一致性相對較低[3]。

（2）陰離子表面活性劑：監(jiān)測儀器所用分析原理為分光光度法，測量范圍包括以下三種：0～2mg/L；0～5mg/L；0～10mg/L。檢出限在0.01mg/L以內(nèi)，重復(fù)率在5%以內(nèi)，零點漂移與量程漂移均不超過10%，存在問題：需利用有機溶劑進行萃取，產(chǎn)生的廢液可能造成二次污染。

（3）苯、鹵代烴、芳香烴、烴類等：監(jiān)測儀器包括以下兩種：其一，吹掃捕集-氣相色譜分離-FID檢測在線分析儀，測量范圍為0.0001～0.1mg/L，檢出限為0.1mg/L，重復(fù)率為5%，零點漂移與量程漂移均不超過3%，存在問題：需使用多種氣體加以配合，氣路較為復(fù)雜，容易對穩(wěn)定性造成影響；其二，吹掃捕集-氣相色譜分離-微氬離子化檢測在線分析儀，測量范圍為0.0005～0.1mg/L，檢出限為0.5mg/L，重復(fù)率為5%，零點漂移與量程漂移均不超過3%，存在問題：檢測器需使用具有一定放射性的位置，可能造成輻射風(fēng)險[4]。

（4）類大腸菌群：監(jiān)測儀器所用分析原理為固定酶底物法，測量范圍為1～5000mg/L，檢出限為1mg/L，重復(fù)率為10%，雖然和實驗室一致性很高，但試劑造價過高。

2 地表水水質(zhì)自動監(jiān)測技術(shù)發(fā)展

2.1 現(xiàn)狀分析

經(jīng)過一段時間的建設(shè)，我國已經(jīng)初步形成了完整的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，并且也積累了很多經(jīng)驗。就目前來看，監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)已有固定模式，對系統(tǒng)進行的維護也相對穩(wěn)定。然而，這并不代表自動監(jiān)測不存在問題，包括技術(shù)與建設(shè)和運行維護。這些問題主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

相較于手動監(jiān)測，自動監(jiān)測的原理與采樣代表性都有很大差異，而且監(jiān)測指標(biāo)數(shù)目比手工監(jiān)測少，靈敏度低，很難對優(yōu)質(zhì)水體進行準(zhǔn)確測定。對此，若根據(jù)自動監(jiān)測結(jié)果對水環(huán)境質(zhì)量進行評價，必須對當(dāng)前的監(jiān)測技術(shù)予以改進及完善[5]。

雖然自動監(jiān)測目前已經(jīng)得到了多年的發(fā)展，但因為還沒有建立和手工監(jiān)測良好融合的技術(shù)體系，所以自動監(jiān)測數(shù)據(jù)的實際使用依然會受到很大限制。相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范還比較滯后，除了影響監(jiān)測結(jié)果的使用，而且也限制了技術(shù)的發(fā)展。

對于自然與基礎(chǔ)設(shè)施而言，部分?jǐn)嗝骐m對水質(zhì)評價具有重要意義，采用人工監(jiān)測的方法沒有問題，但如果涉及到水站項目的建設(shè)，若當(dāng)?shù)刈匀粭l件或其它基礎(chǔ)設(shè)施有問題，則會使水站無法建設(shè)，進而影響到自動監(jiān)測的實現(xiàn)[6]。

從建設(shè)經(jīng)費和運行成本角度講，相較于每月進行一次的手工監(jiān)測，在自動監(jiān)測過程中，高頻次分析會使監(jiān)測經(jīng)費顯著增加。據(jù)統(tǒng)計，采用手工監(jiān)測方法時，每斷面每年需要5.0萬元的經(jīng)費，可以得到21項結(jié)果；而采用自動監(jiān)測方法時，每站每年需要22萬元的經(jīng)費，只能獲得7項結(jié)果結(jié)構(gòu)。另外，按照常規(guī)7項實施水站建設(shè)及運行，則需要185萬元左右的建設(shè)成本，此外，監(jiān)測儀器還有使用年限，一般為8年。

通過以上分析可知，未來水質(zhì)自動監(jiān)測怎樣發(fā)展和我國水環(huán)境監(jiān)測之間有直接關(guān)系，雖然采用手工監(jiān)測的方法能保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，但其監(jiān)測頻次很低，但對自動監(jiān)測而言，雖然其監(jiān)測項目較少，但能實現(xiàn)高頻測定，所得結(jié)果也更為真實與客觀。

2.2 發(fā)展趨勢

增大監(jiān)測范圍，保證儀器準(zhǔn)確性。為有效提高自動監(jiān)測技術(shù)水平，需要在保持現(xiàn)狀條件的基礎(chǔ)上，積極研發(fā)針對單個污染物的監(jiān)測儀器，比如重金屬污染物和有機污染物，確保自動監(jiān)測可以覆蓋更多指標(biāo)。與此同時，還應(yīng)對現(xiàn)階段儀器設(shè)備加以完善，保證測定靈敏度與手工分析可對比性，切實滿足在重點區(qū)域水質(zhì)特殊性要求，實現(xiàn)對優(yōu)質(zhì)水體的準(zhǔn)確檢測與綜合評價[7]。

努力提高集成化水平，為水質(zhì)進行動態(tài)監(jiān)控。因水站系統(tǒng)十分復(fù)雜，且建設(shè)與運維成本很高，所以自動監(jiān)測應(yīng)嚴(yán)格遵循廣泛分布、提高質(zhì)量和穩(wěn)定發(fā)展的基本原則，以水站建設(shè)的目標(biāo)及使用目的為依據(jù)，采用分類和分級的方式來建設(shè)。另外，在水站建設(shè)過程中，應(yīng)充分結(jié)合站房和非站房兩種方式，在不具備建站條件的情況下采用集成儀器的方式解決；而在取水困難的情況下可借助太陽能浮標(biāo)來建站。在選擇監(jiān)測儀器的過程中，針對必須準(zhǔn)確檢測的斷面，應(yīng)優(yōu)先考慮定量分析儀器，而對于預(yù)警和變化監(jiān)控的斷面，建議選擇無試劑分析儀器。

加強內(nèi)控和外控之間的結(jié)合，保證自動監(jiān)測結(jié)果的質(zhì)量。引入自動監(jiān)測之后能大量增加數(shù)據(jù)獲取數(shù)量，但如果數(shù)據(jù)處理不到位，則不僅無法發(fā)揮數(shù)據(jù)作用，而且還會造成其它問題。對此，應(yīng)開發(fā)數(shù)據(jù)處理及質(zhì)量控制軟件，對水站運維步驟予以規(guī)范，并統(tǒng)一相應(yīng)的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)和措施，使整個水站的運行維護都實現(xiàn)信息化。另外，還需明確數(shù)據(jù)審核責(zé)任及存入到數(shù)據(jù)庫當(dāng)中的具體程序，確保所有入庫數(shù)據(jù)的有效性及準(zhǔn)確性。

就目前來看，通過自動監(jiān)測得到的各類數(shù)據(jù)還沒有得到良好分析與利用。對此，應(yīng)提高數(shù)據(jù)處理能力，比如借助數(shù)據(jù)模型明確不同輸入響應(yīng)關(guān)系，確定污染物濃度變化存在的內(nèi)在聯(lián)系，找出水質(zhì)變化閾值，以此實現(xiàn)對水質(zhì)的預(yù)警控制。另外，還應(yīng)研發(fā)相應(yīng)的分析工具與信息發(fā)布平臺，以此對分析結(jié)果進行可視化表達。

深入研究自動和手工監(jiān)測結(jié)果之間的等效性及可比性，并為自動監(jiān)測提出在水環(huán)境質(zhì)量綜合評價中使用的具體規(guī)范和方法，開發(fā)可以在自動監(jiān)測中使用的新型監(jiān)測及分析方法與儀器設(shè)備。研究能為數(shù)據(jù)質(zhì)量提供有效保障的措施方法，完善監(jiān)測體系。

3 結(jié)束語

綜上所述，在地表水水質(zhì)監(jiān)測中通過對自動監(jiān)測的引入，能實時掌握不同斷面水質(zhì)狀況，為提高質(zhì)量監(jiān)管水平提供可靠技術(shù)支撐與和保障。相較于手工監(jiān)測的方法，采用自動監(jiān)測技術(shù)還能對水質(zhì)進行全天候24h高頻次分析。為了使自動監(jiān)測得到更好的發(fā)展，充分發(fā)揮應(yīng)有效果，應(yīng)不斷完善其技術(shù)規(guī)范，保證監(jiān)測結(jié)果的可比性、準(zhǔn)確性與一致性。