地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)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(shí)至今日，中國(guó)地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)工作已經(jīng)有序進(jìn)行了四十余年，而監(jiān)測(cè)技術(shù)也由傳統(tǒng)的手動(dòng)檢測(cè)轉(zhuǎn)換為半人工半自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，以至現(xiàn)階段乃至未來的全自動(dòng)化監(jiān)測(cè)，而監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性以及最終評(píng)價(jià)結(jié)果的有效性正在不斷上升。隨著社會(huì)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(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的出現(xiàn)，極大彌補(bǔ)了人工監(jiān)測(cè)的不足，極具環(huán)保價(jià)值。現(xiàn)階段，如何在既有技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提升自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的最終監(jiān)測(cè)效果，成為社會(huì)大眾共同關(guān)心的話題，而這也是廣大水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作人員面臨的重要課題。

1 地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)與人工監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用效果的差異化分析

1.1 基于基本監(jiān)測(cè)原理方面的差異

自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)為達(dá)到與人工監(jiān)測(cè)結(jié)果的一致性，其監(jiān)測(cè)方式應(yīng)盡可能保持與氨氮監(jiān)測(cè)、高錳酸鹽監(jiān)測(cè)、化學(xué)需氧量監(jiān)測(cè)等實(shí)驗(yàn)室人工分析方法的一致性。但是為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化，需要減少部分試劑的種類及用量，必然會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)監(jiān)測(cè)與人工監(jiān)測(cè)技術(shù)在技術(shù)原理、結(jié)果、準(zhǔn)確性等方面的差異化[1]。

1.2 基于監(jiān)測(cè)靈敏度方面的差異

傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)模式，可以依照水質(zhì)樣本的濃度分別采用稀釋、萃取等技術(shù)手段進(jìn)行處理，進(jìn)而將樣本的濃度調(diào)整到最佳的監(jiān)測(cè)范圍，以保障最終結(jié)果的準(zhǔn)確性。相比較而言，盡管近年來自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)已然獲得了較大進(jìn)步，但是其目前仍無法完全消除待測(cè)樣品中的干擾物質(zhì)。這會(huì)導(dǎo)致部分監(jiān)測(cè)工作的檢驗(yàn)靈敏度無法滿足我國(guó)優(yōu)質(zhì)水質(zhì)（I、Ⅱ類）所規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)而無法有效消除監(jiān)測(cè)水樣中共存離子的干擾，從而引發(fā)誤報(bào)現(xiàn)象。

1.3 基于水體采樣方面的差異

受到監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)經(jīng)濟(jì)條件、工作意識(shí)等方面的影響，在開展自動(dòng)化采樣工作的過程中，并不會(huì)布置過多的采樣頭。相對(duì)而言，傳統(tǒng)的人工采樣技術(shù)擁有更大的采樣范圍。依照我國(guó)《地表水和污水監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》（HJ/T 91-2002）[2]中的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，針對(duì)某一水域進(jìn)行水環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)的過程中，應(yīng)依照水域的寬度、長(zhǎng)度以及深度等采用左中右、上中下采樣點(diǎn)規(guī)定法確定采樣點(diǎn)的數(shù)量，并保證單一水域范圍內(nèi)的采樣數(shù)量維持在1～9個(gè)左右。在此情況下，自動(dòng)監(jiān)測(cè)采集工作會(huì)有一定的局限性，其所采集水樣的代表性亦會(huì)受到一定影響。在小范圍的水體采樣工作中，其檢測(cè)結(jié)果與人工監(jiān)測(cè)結(jié)果之間或許能夠保持一致，但在面對(duì)大江大河或更寬廣的水體樣本時(shí)，就難免出現(xiàn)一定差異。

2 地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)分析

2.1 健全的自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

為最大程度地發(fā)揮出地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的價(jià)值，推動(dòng)環(huán)境保護(hù)工作的有序開展，相關(guān)監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)需要建立足夠健全、科學(xué)的地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)而為后續(xù)整體的監(jiān)測(cè)工作提供基礎(chǔ)性保障。在系統(tǒng)建設(shè)初期，相關(guān)機(jī)構(gòu)應(yīng)對(duì)配套設(shè)施以及水質(zhì)分析儀器的集成效果樹立明確標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合其實(shí)際監(jiān)測(cè)工作的展開方向，使用運(yùn)行更安全、更穩(wěn)定的設(shè)備[3]。由此才能發(fā)揮系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)、高精準(zhǔn)度的水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作，并在發(fā)現(xiàn)問題后能及時(shí)發(fā)出警報(bào)及進(jìn)行有效處理。健全的自動(dòng)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)也離不開工作人員穩(wěn)定的操作技術(shù)、高標(biāo)準(zhǔn)的工作行為規(guī)范以及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的可操作性，如此方能最大程度保障自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用效果。

2.2 系統(tǒng)性的驗(yàn)收結(jié)果

在運(yùn)用全自動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)的同時(shí)，相關(guān)機(jī)構(gòu)還需結(jié)合實(shí)際工作方向與目標(biāo)，建立起具有完整性及科學(xué)性的考察、評(píng)價(jià)指標(biāo)，并且還應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間段對(duì)地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)、系統(tǒng)等進(jìn)行分析與考察，以保證其工作的穩(wěn)定性。水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作具有一定的復(fù)雜性，因此在客觀因素的影響下，自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)效性可能會(huì)出現(xiàn)問題。由此，相關(guān)管理人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)《國(guó)家水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站系統(tǒng)驗(yàn)收考核辦法》的認(rèn)知，借助該文件的技術(shù)性指導(dǎo)作用，對(duì)其水質(zhì)監(jiān)測(cè)工作進(jìn)行驗(yàn)收與考核，以保障整體工作質(zhì)量[4]。

3 地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備的性能

3.1 地表水水質(zhì)營(yíng)養(yǎng)鹽及有機(jī)污染綜合指數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)

3.1.1 高錳酸鹽指數(shù)

自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器在運(yùn)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(cè)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(cè)法在使用時(shí)容易受到地下水中泥沙等因素的影響，從而對(duì)監(jiān)測(cè)濁度造成干擾，監(jiān)測(cè)液會(huì)出現(xiàn)二次污染的可能性；高錳酸鉀氧化-光度滴定法在運(yùn)用中，監(jiān)測(cè)時(shí)間較長(zhǎng)，滴定速度較慢，地下水濁度對(duì)檢測(cè)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生影響；高錳酸鉀氧化-電位滴定法在應(yīng)用時(shí)，滴定速度緩慢會(huì)造成檢測(cè)時(shí)間過長(zhǎng)等問題。

3.1.2 化學(xué)需氧量

自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器在運(yùn)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(cè)法；（3）電化學(xué)氧化法。重鉻酸鉀氧化-電位滴定法在運(yùn)用中存在反應(yīng)器大，實(shí)際消耗量大以及產(chǎn)生廢液多等問題；重鉻酸鉀氧化-光度檢測(cè)法在運(yùn)用中要求處于高氯條件下，才可掌握化學(xué)需氧量；在發(fā)生硫酸銀沉淀現(xiàn)象后，電化學(xué)氧化法會(huì)造成氧化鋁不確定的問題。

3.1.3 總磷

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

3.1.4 總氮

自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器分析中運(yùn)用堿性過硫酸鉀氧化-紫外光光度法時(shí)，會(huì)受到地下水濁度影響，造成測(cè)量結(jié)果存在誤差，其對(duì)試劑純度要求相對(duì)較高，測(cè)量要求相對(duì)較多。為此，在地下水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)工作中，相關(guān)人員需要結(jié)合地下水的實(shí)際情況選擇合適的方式，避免對(duì)地下水水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果造成不利影響。

3.2 水質(zhì)常規(guī)參數(shù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)

在地下水水溫監(jiān)測(cè)中，一般使用自動(dòng)監(jiān)測(cè)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(cè)中，可在自動(dòng)監(jiān)測(cè)中選擇玻璃電極法，該方式在使用時(shí)需要注意玻璃電極的易污垢性，其對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的靈敏度會(huì)造成影響，甚至造成儀器發(fā)生漂移，相關(guān)人員需要在監(jiān)測(cè)中做好設(shè)備校正工作，監(jiān)測(cè)難度相對(duì)較高。在地下水水質(zhì)溶解氧監(jiān)測(cè)中，可使用自動(dòng)監(jiān)測(cè)電化學(xué)電極法以及熒光法等。電化學(xué)電極法在實(shí)際使用中屬于好氧檢測(cè)，需要確保地下水保持流動(dòng)，并定期完成膜片清晰作業(yè)，在地下水中定期補(bǔ)充電解質(zhì)，因此整體監(jiān)測(cè)維護(hù)成本相對(duì)較高；而熒光法則是應(yīng)用成本高。在地下水水質(zhì)電導(dǎo)率監(jiān)測(cè)過程中，使用自動(dòng)監(jiān)測(cè)電極法，可提升地下水水質(zhì)電導(dǎo)率的應(yīng)用效果及應(yīng)用效率。在地下水濁度監(jiān)測(cè)工作中，可采用自動(dòng)監(jiān)測(cè)光散射法，在光散射法的使用過程中需注意沾污結(jié)垢問題，相關(guān)人員應(yīng)定期做好設(shè)備清洗工作，避免影響自動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果。

4 地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)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(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的靈敏度、精準(zhǔn)度、采樣范圍等，相較于人工監(jiān)測(cè)技術(shù)仍存在一定的差異化[5]。因此需要相關(guān)技術(shù)人員能夠摒棄較為滯后、傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)技術(shù)，在建立健全系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，引進(jìn)更先進(jìn)、更高效的技術(shù)。

先進(jìn)的技術(shù)以及儀器意味著更高的檢測(cè)成本支出，部分機(jī)構(gòu)受自身經(jīng)濟(jì)能力的限制，無法承擔(dān)高昂的資金支出。加之，當(dāng)前的自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)更新速度較快，缺少資金支持的機(jī)構(gòu)難以及時(shí)更新、更換更高效的設(shè)備與技術(shù)，這對(duì)其監(jiān)測(cè)工作的有序開展具有一定負(fù)面影響。

另外，我國(guó)水質(zhì)監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)部分技術(shù)人員的工作素養(yǎng)及技術(shù)能力較為落后，難以在短時(shí)間內(nèi)接受并熟悉更先進(jìn)的技術(shù)，自然也無法以最快的速度落實(shí)工作，因此需要相關(guān)機(jī)構(gòu)管理人員加強(qiáng)對(duì)工作人員的培訓(xùn)與引導(dǎo)。

5 地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

5.1 提升水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的集成化水平

集成化水平的提高能夠有效解決當(dāng)下自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)成本高、系統(tǒng)運(yùn)行復(fù)雜、養(yǎng)護(hù)難度大等一系列問題。地表水的質(zhì)量監(jiān)測(cè)工作應(yīng)具有效果好、精準(zhǔn)度高、范圍廣、發(fā)展穩(wěn)定等特征，相關(guān)人員應(yīng)結(jié)合使用目的及建站目標(biāo)，循序漸進(jìn)地開展相關(guān)工作的分類、分級(jí)建設(shè)，如聯(lián)合建設(shè)微型監(jiān)測(cè)站、岸邊檢測(cè)站等，同時(shí)輔以更高集成化水平的監(jiān)測(cè)技術(shù)及儀器[6]。

5.2 建設(shè)智慧化水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的近階段發(fā)展目標(biāo)，應(yīng)是對(duì)水環(huán)境的全天候監(jiān)測(cè)以及預(yù)警、預(yù)報(bào)技術(shù)，而這一目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，需依托于智能化信息系統(tǒng)的建立，相關(guān)部門應(yīng)積極引入智能技術(shù)及先進(jìn)人才。一方面，相關(guān)部門可以結(jié)合不同水域的污染排放量、水量、流速等方面的內(nèi)容，建立起智慧化數(shù)字模型，進(jìn)而幫助相關(guān)工作人員依托更直觀的數(shù)據(jù)開展更精準(zhǔn)的分析工作，同時(shí)借助數(shù)字化模型更明確地展現(xiàn)不同水體的污染物濃度、種類的變化及起因，精準(zhǔn)定位可能引發(fā)水質(zhì)變化的閾值點(diǎn)及干預(yù)方式等[7]。另一方面，相關(guān)部門及人員應(yīng)加強(qiáng)對(duì)預(yù)警機(jī)制的關(guān)注，建立起可視化的預(yù)警數(shù)據(jù)表達(dá)，以更好地滿足各領(lǐng)域?qū)λ|(zhì)的認(rèn)知需求。

5.3 擴(kuò)展水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用范圍與應(yīng)用領(lǐng)域

水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)在未來，應(yīng)具有更廣泛的監(jiān)測(cè)范圍及更優(yōu)質(zhì)的監(jiān)測(cè)效果。為有效提升水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的精準(zhǔn)度，相關(guān)部門應(yīng)結(jié)合整體監(jiān)測(cè)行業(yè)的現(xiàn)狀條件及綜合污染指標(biāo)監(jiān)測(cè)需要，加強(qiáng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)有機(jī)污染物、新型污染物、重金屬污染物等物質(zhì)的監(jiān)測(cè)范圍及監(jiān)測(cè)力度，進(jìn)一步優(yōu)化監(jiān)測(cè)對(duì)象的評(píng)價(jià)指標(biāo)，全面提升自動(dòng)監(jiān)測(cè)的實(shí)用價(jià)值。并且，還應(yīng)持續(xù)提升現(xiàn)有監(jiān)測(cè)設(shè)備、儀器的使用效果，針對(duì)靈敏度、精準(zhǔn)度等方面不斷進(jìn)行技術(shù)革新，全面縮小儀器與人工監(jiān)測(cè)的差異性。

5.4 加強(qiáng)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的內(nèi)外控制力度，提升監(jiān)測(cè)質(zhì)量

隨著地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷升級(jí)，相關(guān)系統(tǒng)、設(shè)備所產(chǎn)出的自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)總量也會(huì)不斷累積。在此情況下，如果相關(guān)技術(shù)人員無法有效、高速地開展數(shù)據(jù)分析與處理工作，大量?jī)r(jià)值不明的數(shù)據(jù)就會(huì)引發(fā)一系列系統(tǒng)故障及監(jiān)測(cè)問題。因此，在監(jiān)測(cè)技術(shù)不斷發(fā)展、革新的同時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員還需重視數(shù)據(jù)質(zhì)量及水站運(yùn)行協(xié)同軟件，不斷完善數(shù)據(jù)儲(chǔ)存的相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，利用統(tǒng)一化的數(shù)據(jù)質(zhì)量控制方式，全面提升水站信息化運(yùn)行、維護(hù)的管理水平。針對(duì)數(shù)據(jù)的檢測(cè)程序以及篩查標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)盡快落實(shí)到位，以保障入庫數(shù)據(jù)的有效性與準(zhǔn)確性，進(jìn)而促進(jìn)地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，維護(hù)我國(guó)水資源的可持續(xù)發(fā)展。

6 結(jié)語

綜上，地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的全面應(yīng)用，有助于管理部門對(duì)重點(diǎn)水資源環(huán)境質(zhì)量各項(xiàng)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)把握，能夠?yàn)樗h(huán)境質(zhì)量的監(jiān)督與管理提供絕佳的技術(shù)支持和保障。相關(guān)部門應(yīng)在既有技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步完善自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的技術(shù)規(guī)范，最大程度地保障地表水水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、有效性、可比性及一致性，循序漸進(jìn)地提升自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的實(shí)用價(jià)值，促進(jìn)環(huán)境保護(hù)以及資源維護(hù)工作的有效落實(shí)。