水處理中環境監測技術及污染防治措施研究

何 敏

（江西省萍鄉生態環境監測中心，江西 萍鄉 337000）

引言

生態文明建設工作的持續深入，水作為人類賴以生存和發展的重要資源，也成為當前環境保護過程中的重點內容。但就目前實際情況來看，水資源污染情況相對較為嚴重，相應監測工作以及污染防治措施的應用效果難以得到良好保障。因此，加強對于水處理中環境監測技術的深入研究，以及相應污染防治措施的優化探討是十分有必要的。

1 水處理中主要環境監測技術

1.1 電化學法

電化學法是水環境監測過程中的主要方式，多用于檢測水體pH 酸堿度、流速方面，通過對電化學法的應用和研究，設計相應水環境監測儀器，能夠實現對于水環境的實時多參數監測。

1.1.1 pH 測量

pH 酸堿度的測量可采用雙鉑片計時電勢法。該檢測方法主要是通過對于電流階躍的控制，進行暫態測量，因此也被稱為恒電流法。在實際進行pH 測量的過程中，溫度會對傳感器的精度造成影響，因此需要對其溫度相應情況進行分析，經實驗得到pH 為4、6.85、9.17 時，傳感器溫度響應情況見表1，由表1 可知，計時電勢法測量的開路電壓值與溫度值均呈線性關系，也間接說明了鉑片表面確實發生了Pt 與PtO 的相互轉換。

表1 pH 傳感器溫度響應

該檢測方法與玻璃電極相比，主要優勢體現為以下幾個方面：第一，雙鉑片電勢法為固態電極，不易碎，而且適應性較強；第二，電極無需進行特殊處理，能夠直接在相應裝置中使用進行檢測；第三，電極輸入阻抗較低。

1.1.2 流速測量

提高流速測量計的靈敏度是當前監測技術研究的主要內容之一。對此，可借助氧化鎢電極設計流速檢測傳感器，以此實現對于低流速液體的測量。相應測量裝置結構情況見圖1。該裝置能夠將池中液體的流速控制在0.08～40 mm/s 范圍內，相應流速調節單位為0.08 mm/s，極大地滿足了低流速實驗需求，經過進一步實驗測量之后，發現該測量方法并不適用于液體流速超過25 mm/s 的情況，因此，該技術方法不能夠應用在流速較大的水體監測當中。該流速傳感器的主要優勢在于成本較低，無需進行復雜的數據處理流程，檢測方法相對較為簡單、高效[1]。

圖1 測量裝置結構示意

1.2 紫外可見光譜技術

1.2.1 顏色測量

水體顏色測量能夠有效反應水質的好壞情況，可通過對可見光波段的吸收光譜實現對于水體顏色的測量。其中三刺激值可用于描述水體顏色，計算公式為

式中：x(λ ) 、y(λ )、z(λ ) 為視覺匹配函數；A( λ )為測量溶液的吸光度；S(λ )為光源的光譜功率分布。

相應坐標計算公式如下：

通過相應紫外可見吸收光譜測量得到的結果，運用上述坐標計算公式，能夠得到溶液色坐標，進而實現對于水體顏色的分辨。

1.2.2 濁度測量

濁度測量能夠實現對于水體污染情況以及富營養化程度的分析，而且還有助于監測廢水過量排放情況。相較于以往紅外光波監測方法，紫外可見光的散射強度更大，能夠更好地反應水體的濁度情況，其主要原理是在無色液體當中，溶液吸光度多是由于顆粒物散射入射光而產生，相應散射強度與顆粒的大小和形狀之間有著密切的關系，當顆粒物直徑遠小于入射光波長的1/10 時，將會呈現出瑞利散射現象，其強度公式為

式中：I 表示瑞利散射強度，單位為mW/Sr；I0表示入射光強度，單位為mW/Sr；K 表示瑞利散射系數；N 表示單位體積微粒個數，單位為個/cm3；V 表示微粒的單位體積，單位為cm3；λ 表示入射波長，單位為nm。

因此可通過設計紫外可見光濁度傳感器，實現對于水樣中濁度的有效測量。該方法適用于懸浮顆粒直徑在0.1～20 μm 的水樣測量當中。

1.2.3 化學需氧量測量

化學需氧量主要指的是進行水處理的過程中，消耗氧化劑的量，主要用于檢測水體當中有機物、硫化物等還原性物質的含量以及污染情況[2]。但是由于水體中存在懸浮顆粒物，會阻擋可見光的傳播，影響檢測結果的準確性，因此，需要在實際進行檢測的過程中加強對于濁度補償的研究。對此，可通過對吸光度曲線下移系數的分析實現濁度補償，經過試驗驗證，得到了不同濁度下吸光度曲線下移系數的線性擬合公式，見表2。經驗證該濁度補償效果優良，有著較好的實用性。

表2 不同濁度下吸光度曲線下移系數的線性擬合公式

1.3 遙感技術

遙感技術基于其本身的動態化、自動化監測優勢，在水環境監測當中有著極其廣泛的應用，而且相應監測成本較低，準確性較高，極大地減少了人為監測過程中的影響。當前遙感技術在水環境監測當中主要應用在以下幾個方面。

1.3.1 固體懸浮物測量

可利用紅外光波對懸浮物展開遙感監測，通過建立懸浮物輻射值模型，實現濁度測量。當前常用的濁度傳感器包括散射型以及透射型兩種，前者是基于廷德爾效應，后者是對于入射光衰減程度的監測，二者的響應曲線存在一定差異，見圖2。透射型和散射型濁度計是當前兩種最為基礎的檢測方法，因此對于濁度測量計的研發也多是在這兩種方法上改進優化而來。

圖2 響應曲線

1.3.2 水體富營養化測量

可借助紅外光波段、可見光波段實現對于水體含氧量的監測，在實際環境監測過程中，若水質出現變化，富營養化程度增加，就會使得水中的浮游植物數量有所增加，進而導致紅外光波段出現變化，在陡坡效應的作用之下，相關監測人員通過采集到的數據信息，能夠實現對于浮游生物的有效判斷，進而分析水體富營養化情況。例如，在水環境監測過程中，水體當中的浮游植物數量在短時間內大幅增加，就會使得遙感裝置采集的反射光譜發生變化，可以此作為水體富營養化監測判斷的依據[3]。此外還能夠通過對葉綠素a、總氮、總磷以及化學需氧量的測量實現對于富營養化的監測。相應計算評價因子營養狀態指數（TLI）以及營養狀態分別為：TLI＜30 時，為貧營養；30≤TLI＜50為中營養；50≤TLI，為富營養。

2 水處理中污染防治對策

2.1 費用函數模型

為強化對于水污染防治強度，在保障污染治理環境效益的同時，還需要考慮相應經濟效益，因此可通過建立費用函數模型，實現對于水污染治理經濟效益的控制，以此為水污染處理系統各環節工藝的選擇提供科學決策依據。費用函數包括冪函數、一元線性函數、二元非線性函數、多元線性函數以及指數函數等多種模型，模型形式分別為

在實際應用分析的過程中，需要結合相應污水治理特點和需求，合理選擇相應費用模型。例如，對于污水處理廠以及再生水廠而言，其工程規模較大，單位處理水量以及基建費用與規模之間負相關，因此可選擇冪函數形式作為費用模型[4]。模型公式為

式中：E 表示工程費用，單位為萬元；Q 表示設計規模，單位為萬米3/日；a，b 表示模型系數。

2.2 稀土濕法污染分析

稀土濕法防治技術主要是通過濕法分離相應污染物，通過氧化焙燒、鹽酸浸取、萃取分離，最后進行稀土金屬以及合金制備。以某地區氟碳錦礦的濕法分離為例進行探討。相應氧化焙燒過程中的主要化學反應包括：

將稀土境況在回轉窯內進行焙燒，通過外加熱方式進行處理，焙燒溫度控制在500 ℃～600 ℃之間，維持1 h，然后轉入浸出環節，通過稀鹽酸、堿轉進行兩次浸出得到錦富集物和少錦氯化稀土，在進行萃取分離，景觀氯化稀土濕法合成。景觀分析后，發現該區域廢水當中包含的主要污染物為鋇、氦氮、化學耗氧量、懸浮物等[5]。以此為依據進行廢水監測方案的設計，并有針對性地采用相應過程治理以及末端治理技術，全面保障水污染防治效果。

2.3 村落污水治理技術

針對村落污水問題，可采取生態土壤法、分層生物濾池處理技術等進行污水治理。生態土壤法治理原理是利用不透水層在地下建設生物濾池，通過通氣性土壤作為好養性填料，將生活污水引入草坪，并向地下土壤滲透，使得污水直流在艷陽砂盤當中，在借助表面張力上升，在虹吸作用的支持下，不斷向下層土壤滲透，最后流出生物濾池，達到將水與污染物分離的目的，相應工藝流程見圖3。處理完成的水會被回收利用，有機物被分解為無機物留在土壤當中，氮碳變成氣體逸散在空氣中，磷則被土壤吸附截留，或者被其他植物利用。

圖3 生態土壤凈化工藝流程

分層生物濾池處理技術主要是利用生物膜法進行污水處理，該技術工藝主要包括濾床、布水裝置以及排水系統。污水通過格柵進行預處理，然后進入分層生物濾池，與生物膜接觸，將污水當中的有機物吸附降解，或者被生物池當中下層吸附性填料吸附，最后將處理達標的污水排放或者綠化回用。該技術的主要應用優勢在于基建運營成本較低，而且污泥產量較少，此外該系統的抗沖擊能力較強，能夠有效節約空間，是當前污水治理過程中應用效果較好的技術措施。

3 結論

綜上所述，水環境監測以及污染防治工作是水處理過程中的重點內容，當前常用的水環境監測技術主要包括電化學法、可見光譜測量技術、遙感技術以及生物測量技術等，在實際應用的過程中，應結合相應監測需求，合理選擇不同監測技術，同時還應積極針對相應技術進行優化開發，不斷提升監測水平。在進行污染防治工作的過程中，應加強對于防治技術的合理選擇和應用，通過建立相應費用模型實現對于治理技術的科學選擇，還可以根據實際水處理區域、治理目的等，選擇稀土濕法污染分析技術、生態土壤凈化技術以及分層生物濾池處理技術等，實現水污染的高效治理，在達到相應生態效益的同時，也能夠取得良好的經濟效益。相信隨著對水環境監測以及污染防治技術措施的研究和實踐探索，水處理效果將會得到良好保障。