對水質環(huán)境監(jiān)測技術和儀器發(fā)展的探討

崔淑靜

（東阿縣環(huán)境監(jiān)控中心，山東 聊城 252000）

水資源作為人類生活、生產活動的前提正面臨著來自多方面的環(huán)境污染危機，諸如生活以及工業(yè)、農業(yè)、養(yǎng)殖等行業(yè)領域在日常活動時產生的廢水和污水都是污染來源。為了保護水資源，我國環(huán)境保護部門構建了以新型監(jiān)測技術和儀器設施為核心的水環(huán)境自動監(jiān)測體系，在先進技術手段的支撐下采用水環(huán)境在線監(jiān)測儀器實時監(jiān)測水質情況，進而綜合分析水質污染情況，為水資源管理與治理決策的制定提供準確、有效、及時的數據支撐。

1 水質環(huán)境監(jiān)測技術與儀器發(fā)展的必要性及問題

1.1 必要性分析

發(fā)展水質環(huán)境監(jiān)測技術與儀器最終目的在于更好地保護生態(tài)環(huán)境，尤其是隨著經濟與科技的發(fā)展污染源種類越來越多，而在很多易污染的水源區(qū)域對其進行及時與實時的監(jiān)控、分析與治理，能從根本上降低水污染所帶來的負面影響。保護水資源環(huán)境能夠有效減少人們使用不良水源進行農業(yè)養(yǎng)殖灌溉和日常生活生產的概率，在根源上防控污染水源對人體健康和社會秩序帶來的多方面危害。環(huán)境監(jiān)測作為環(huán)境保護的重要手段之一，提高水質環(huán)境監(jiān)測技術水平與儀器質量性能可以強化水源保護工作的質量、效率和效果。目前我國水質環(huán)境監(jiān)測效果和水源保護質量不佳的主要因素來自技術水平與儀器設施兩個方面，對現代化新型監(jiān)測技術的研發(fā)應用、水質環(huán)境監(jiān)測結果的真實性以及環(huán)境保護工作的持續(xù)發(fā)展等方面帶來了較大的負面影響[1]。

1.2 問題分析

1.2.1 儀器設備更新慢

改革開放以來由于工農業(yè)領域規(guī)模的擴大與人口數量的增長使得環(huán)境污染形勢日益嚴峻，盡管環(huán)保意識逐漸深入人心，但仍有部分企業(yè)出于節(jié)省成本考慮而未能重視長遠利益和綜合效益，造成環(huán)保型設備更新與環(huán)保措施實施力度不足，直接造成工業(yè)有毒有害廢棄物、廢水、化學物質等流入周邊水域環(huán)境中，污染大量水源并阻礙了水質環(huán)境監(jiān)測工作的正常開展。同時，部分地區(qū)的水質環(huán)境監(jiān)測站依舊采用傳統(tǒng)的單一化監(jiān)測技術或是采用相對落后的儀器設施也是影響工作質量和效率的主要因素。

1.2.2 方法與技術落后

部分依舊采用傳統(tǒng)監(jiān)測方法和技術的水質環(huán)境監(jiān)測站僅僅關注幾種主要的化學物質污染，卻忽視了新型污染物和新發(fā)現的化學元素對水域環(huán)境的污染，嚴重阻礙了我國整體構建統(tǒng)一且完善的環(huán)境監(jiān)測體系的發(fā)展步伐。經濟與科技的發(fā)展促使了更多新型水質環(huán)境污染源的產生，如果不及時更新水質環(huán)境監(jiān)測技術將越來越難以滿足環(huán)境治理多樣化的需求。另外，缺少專業(yè)技術人員和資金的投入同樣也是造成部分水質環(huán)境監(jiān)測站難以更新升級監(jiān)測方法和技術的主要原因。另外，很多專業(yè)人才對工作環(huán)境的追求和專業(yè)技術對儀器設施的匹配度要求都較高，這就需要人員、技術、儀器設施、資金資源等多方面相互協調配合，只有合理協調幾項必要因素才能進一步強化水質環(huán)境監(jiān)測工作的實效性[2]。

1.2.3 數據精確度不高

傳統(tǒng)水質環(huán)境監(jiān)測技術和儀器很容易受到人為因素、外界環(huán)境、技術和儀器本身等多方面影響導致精確度難以提升，這對于仍使用傳統(tǒng)監(jiān)測技術和老舊儀器設施的部分水質環(huán)境監(jiān)測站而言顯然會大幅度降低數據精確性。另外，如果技術人員面對新型監(jiān)測技術和儀器出現操作失誤的問題也會造成數據精準性不足的問題，即使是看似細枝末節(jié)的問題也很有可能加劇有害物質對水質環(huán)境的污染程度。

2 水質環(huán)境監(jiān)測技術的發(fā)展

第一階段是產生。國際社會在20世紀70年代初逐漸掀起了保護水資源的浪潮，在水資源保護思想的指導下，促使越來越多的國家認識到水資源在社會經濟和日常生活中的重要價值，并對水環(huán)境保護行業(yè)領域加大投入力度。在長期探索、研究與實踐過程中，我國環(huán)境保護部門通過政策、資金、技術等方面的資源投入來支持水質環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)的搭建并初具規(guī)模，能夠對特定區(qū)域的水質環(huán)境進行實時在線監(jiān)測或是間歇式在線監(jiān)測。并將水質自動監(jiān)測技術應用在城市污水處理廠等重點污水排放源中，大幅度提升了污水處理廠的工作效率、水質質量和處理效果，確保城市排放污水的出水水質達到了相關環(huán)境保護排放標準，對保護和改善納污地表水河流水質起到了很大的促進作用。同時，水質環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)的搭建和靈活應用可以實時監(jiān)測水源溫度、清濁度、特征以及污染信息等內容，幫助環(huán)境保護部門掌握更多水質環(huán)境的健康情況和相關數據，以便于合理制定治理方案。當然，隨著環(huán)保意識在全世界范圍的深入，使得各個國家對于水質環(huán)境監(jiān)測技術和儀器設施的研發(fā)應用越來越廣泛，依托于互聯網的在線監(jiān)測技術逐漸成為各國監(jiān)測管理水域環(huán)境的關鍵方式之一，在一定程度上優(yōu)化了各國水質環(huán)境污染狀況，推進了環(huán)保戰(zhàn)略的落實[3]。

第二階段是發(fā)展。有關部門為了進一步提升水質環(huán)境自動監(jiān)測技術的數據準確性和結果有效性開始分配投入更多資源進行深入研究，并結合高速發(fā)展的現代科學技術與長期實踐經驗對水質環(huán)境自動監(jiān)測技術和儀器進行改進調整。最關鍵的還在于拓寬了水質環(huán)境監(jiān)測站的覆蓋范圍、監(jiān)測布點區(qū)域，優(yōu)化增加了監(jiān)測程序，在更加現代化的監(jiān)測方法和技術的保障下成功創(chuàng)新開發(fā)出了水質環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)的自動校正、數據清洗、信息傳輸、危機警報等多項新功能，進一步保障了數據信息的可靠性，提升了其參考價值。

第三階段是成熟。隨著數十年的持續(xù)發(fā)展，水質環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)在運行過程中產生的內在動力、人們環(huán)保意識的增長以及科技與經濟的高速發(fā)展進步，推動了水質環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)逐漸完善成熟。在如今現代化社會背景下，專業(yè)人員會采用化學需氧監(jiān)測模式等較為先進的技術手段分析水質環(huán)境的富營養(yǎng)程度、重金屬成分等多種污染信息，通過對氧化劑的合理應用，更全面、高效地監(jiān)測水質環(huán)境中富含的各類物質成分含量。其中錳法與鉻法所應用到的氧化劑會對水質環(huán)境帶來一定程度的污染危害且不符合環(huán)保思想，基于此，一些國家開始利用紫外線吸收水質環(huán)境里的重金屬污染成分，并大批量生產UV水質自動監(jiān)測儀器以便于技術推廣應用[4]。

3 水質環(huán)境監(jiān)測技術與儀器的應用

3.1 現場監(jiān)測技術

我國幅員遼闊、水資源豐富，但分配不均勻，加之環(huán)保意識宣傳不到位、管理難度大、社會經濟與自然環(huán)境之間的矛盾等現象使得水資源污染問題頻繁發(fā)生，這就要求國家強化對水資源的分配調整和保護管理，建設各類水利工程，協調各個地域水資源總儲存量，并通過研發(fā)各類新技術強化水質環(huán)境的監(jiān)測管理質量。其中較為簡易、應用靈活的現場監(jiān)測技術可以實時監(jiān)測固定位置的調查樣本為分析報告的可信度奠定基礎，還能減少部分處理模式對水質環(huán)境帶來的二次污染和破壞，同時也可以達到有效優(yōu)化區(qū)域水源健康程度、保障區(qū)域社會經濟發(fā)展基礎、維護生態(tài)環(huán)境等目的。通常，技術人員在應用水源現場監(jiān)測技術時會綜合分析污染物的基本信息、特征類型、污染級別等，合理規(guī)劃操作性較強的治理方案。

現階段，技術人員會以氣相色譜法為主開展水質環(huán)境監(jiān)測工作，來提高數據的精確性和分析報告的可信度，但受到技術條件制約，具有效用突出、靈敏度高、選擇性強、分析速度快等特征的氣相色譜法在我國仍處于初級應用階段且發(fā)展緩慢。不過從長遠來看，未來發(fā)展空間極為廣闊的氣相色譜法還有很多待挖掘的潛力價值，可以應用在大部分水質環(huán)境監(jiān)測工作中，可節(jié)省流程時間和提高操作便捷性[5]。

3.2 實驗室監(jiān)測技術

我國水質環(huán)境監(jiān)測技術研發(fā)中心針對國內水資源使用和污染情況以及監(jiān)測工作實際情況、發(fā)展方向等內容編制出建議書，為水質環(huán)境監(jiān)測技術與儀器設施提供了明確且有力的發(fā)展依據，大力倡導引進多樣化技術和儀器并根據不同水質環(huán)境的實際情況來構建現代化、動態(tài)化的水質環(huán)境自動監(jiān)測體系。其中劃分了國內水質環(huán)境的區(qū)域、污染等級、保護等級等內容，這有助于構建各地區(qū)不同層級的水質環(huán)境監(jiān)測站，以便開展更高效、便捷的常態(tài)化監(jiān)測管理工作。政府政策專項扶持力量在一定程度上加速了水質環(huán)境監(jiān)測技術和儀器的發(fā)展進程，為二者帶來了更多、更大的發(fā)展機遇。采用實驗室監(jiān)測技術的工作人員會將樣本帶入實驗室進行更細致的全方位研究和測試分析，相較于現場監(jiān)測技術而言實驗室分析能通過更專業(yè)化、完善化的儀器設備進一步保證數據信息的精確性和可信度，諸如液相色譜-質譜儀等實驗室分析儀器，可以為水質環(huán)境樣本的監(jiān)測分析工作帶來強大的支持力量。而越先進的水質環(huán)境監(jiān)測技術和越精密的儀器就越能提高監(jiān)測樣本數據分析報告的準確性，從而在保證水質環(huán)境監(jiān)測工作質量的同時推動實驗室監(jiān)測技術發(fā)展。

3.3 生物化學組合分析技術

在監(jiān)測工作中，要求對水質環(huán)境的基本信息、污染情況等內容進行綜合性分析以便于判斷污染等級，這一技術性要求極高的環(huán)節(jié)很容易面臨污染物分析不到位、不全面等問題，導致監(jiān)測分析結果可信度下降。在實際工作環(huán)節(jié)，水質環(huán)境監(jiān)測人員需要秉持著嚴謹的工作態(tài)度進行鎖定污染物、明確基本特征、確認污染物及污染等級、監(jiān)測相關參數、試驗和分析等一系列環(huán)節(jié)。通過采用生物與化學相結合的分析方式貫徹落實優(yōu)秀的實驗精神來消減水質環(huán)境中的污染物質含量，從而提升水質[6]。

3.3.1 研發(fā)意義

就目前的發(fā)展形勢而言，盡管全世界水質環(huán)境監(jiān)測技術、儀器、體系都實現了較為高速的現代化發(fā)展，但仍出現了很多現實問題。預防效果遠大于治理成效的思想逐漸感染了越來越多的民眾和從業(yè)人員，這也就意味著未來水質環(huán)境監(jiān)測技術和儀器設施的發(fā)展方向會將關注重點放在污染物成分和指標分析方面，從污染物源頭進行嚴密的收集調查、數據計算、影響分析等一系列活動來判斷水資源的污染等級。顯然這方面技術存在較大的潛能價值空間，很多國家都未能對預防性治理水資源污染工作予以充分的重視，特別是一些混合毒性參數僅僅采用較為單一、片面的方式測定某一種或是部分污染物質含量，甚至只能對已知化學污染物進行監(jiān)測而忽視了未知物質的危害，直接造成水質環(huán)境監(jiān)測技術與儀器得出的污染評級報告數據不具備較高參考價值。而且，對不同化學污染物質之間產生相互作用或是化學反應時所誕生的新復合物的污染程度同樣也無法實現有效評級。生物化學組合分析技術正是基于這種只能對單個化學物質進行監(jiān)測分析的背景下被研發(fā)出來的一項技術手段，能大幅度節(jié)約同時監(jiān)測單個化學物質所要消耗的經濟成本和時間精力，通過收集分析組合參數來鎖定嚴重污染水質環(huán)境的化學物質，并以此為切入點進行深度檢測和評定[7]。

3.3.2 實際應用

面對排放水，生物化學組合分析技術可以通過檢測混合毒性物質的急性毒性、慢性毒性、生物濃縮性、殘留性等相關參數信息來高質高效地完成毒性檢測工作；面對水生生物，生物化學組合分析技術可以通過變異原性實驗、殘留物分解實驗等方式進行監(jiān)測、分析和評估活動。譬如德國為了提高排放水中混合毒性參數的監(jiān)測數據精確性，開展了諸多著眼于不同毒性原理的化學實驗，然后再立足于此基礎上科學分析不同混合毒性物質對水質環(huán)境與人體健康造成的危害，最終綜合所有實驗分析結果制定更科學且具有較高針對性、實用性的解決措施。但是，在生物化學組合分析技術未來寬廣的發(fā)展道路上，必然需要全世界人民聯合起來形成人類命運共同體，以世界的力量去不斷提升水質環(huán)境的保護工作與智能化監(jiān)測體系的建設工作，為水質環(huán)境及其監(jiān)測技術、儀器等方面的持續(xù)發(fā)展提供巨大的推助力。

3.4 監(jiān)測儀器設施的發(fā)展與應用

目前，PASTE-UV水質環(huán)境監(jiān)測儀器作為應用最為廣泛的設施設備采用了氣相色譜監(jiān)測技術與紫外線監(jiān)測儀器的操作原理。全面普及應用更高端的監(jiān)測儀器有助于我國完善構建現代化水質環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)和高集成性的處理模式。技術人員通過對比分析水質環(huán)境的監(jiān)測樣本圖譜來提升監(jiān)測數據的準確性與可信度，同時還會對被污染的水質環(huán)境進行無污染治理以免造成二次污染。另外，能對樣本快速完成化學需氧、總有機碳含量等監(jiān)測工作的TOC監(jiān)測分析儀器也是目前市面上應用較為廣泛的一種設施。社會發(fā)展與民眾生活生產對水資源質量要求越來越高的背景下逐漸誕生了以紫外涂料為主要設計材料的監(jiān)測儀器，企業(yè)和單位開展一些項目活動時通常會委托第三方監(jiān)測機構應用紫外監(jiān)測儀器對水質環(huán)境進行實時監(jiān)測與分析，以確保周邊水質環(huán)境的基本質量[8]。

4 優(yōu)化水質環(huán)境監(jiān)測技術和儀器使用價值的路徑探討

要想提高水質環(huán)境監(jiān)測技術與儀器的使用價值和應用效果，就必須采取多元化措施。其一，環(huán)境保護部門要積極研發(fā)和搭建完善的水質自動監(jiān)測預警網絡系統(tǒng)，以便于提高水質環(huán)境保護力度，以常態(tài)化監(jiān)測為出發(fā)點，按照重要流域、湖庫、飲水源地等類別劃分出國內水質環(huán)境的重點保護區(qū)并為其建立完善的預警體系；其二，政府方面應當根據國內各個地區(qū)水質環(huán)境的實際情況，出臺有關監(jiān)測技術和儀器設施的使用評價標準作為質量控制指標，從政策法律的角度切實維護水質環(huán)境監(jiān)測技術和儀器設施的重要地位以便于從業(yè)人員有規(guī)可循、有章可依；其三，在水質環(huán)境監(jiān)測儀器方面應當積極落實標準化、系統(tǒng)化、現代化、全面自動化、數字化建設，同時還要強調水質環(huán)境監(jiān)測數據的共享性及其面對社會民眾的透明性，確保環(huán)保決策的可靠性；其四，環(huán)境保護部門和生態(tài)環(huán)境監(jiān)測機構要積極學習、借鑒國外優(yōu)秀的水質環(huán)境監(jiān)測技術，并根據國內實際需求調整科研方向、加大科研力度，構建屬于中國自己的現代化、數字化、全面化、實時化的水質環(huán)境監(jiān)測體系。

5 結語

綜上所述，保護水資源環(huán)境能夠有效減少人們使用不良水源進行農業(yè)養(yǎng)殖灌溉和日常生活生產的概率，而目前我國水質環(huán)境監(jiān)測技術與儀器的發(fā)展過程中，在儀器設備更新速度、新方法與技術引進效率、數據精確度等方面存在或多或少的問題，因此，要想保證我國水質環(huán)境監(jiān)測技術與儀器水平持續(xù)向上的發(fā)展態(tài)勢，就必須從資金、人才、技術、基礎設施等多方面切入，并不斷研發(fā)應用新技術和新儀器，可以從現場監(jiān)測技術、實驗室監(jiān)測技術、生物化學組合分析技術以及UV儀器等方面入手進行更深層次的創(chuàng)新研究與實踐應用，從而帶動我國水質環(huán)境監(jiān)測事業(yè)健康發(fā)展。