4月26日，由江蘇省(宜興)環保產業技術研究院與清華大學環境學院主辦，E20環境平臺、環境保護部環境保護對外合作中心、南京環保產業創新中心協辦的水處理科技成果推介會首站走進清華大學。清華大學環境學院施漢昌教授就“高密度水質監測系統及其儀器裝備”的研究成果進行了分享。本文根據施漢昌教授的發言進行整理，供讀者參考。

新形勢下對環境監測提出新要求

《水污染防治行動計劃》(以下簡稱“水十條”)對我國的水環境治理提出了明確的近、中、遠期目標，其中到2020年，長江、黃河、珠江、松花江、淮河、海河、遼河等七大重點流域水質優良(達到或優于Ⅲ類)比例總體達到70%以上，地級及以上城市建成區黑臭水體均控制在10%以內，地級及以上城市集中式飲用水水源水質達到或優于Ⅲ類比例總體高于93%。

為清晰我國水質狀況及變化趨勢，水十條亦明確提出了要完善水環境監測網絡的建設，要統一規劃設置監測點。監測內容包括提升飲用水水源水質全指標監測、水生生物監測、地下水環境監測、化學物質監測及環境風險防控技術支撐能力。2017年底前,京津冀、長三角、珠三角等區域、海域建成統一的水環境監測網。為進一步落實這一目標，更好地適應新時代環境保護管理要求，原環境部在“十二五”國家地表水監測網基礎上，依據有關標準和監測規范，進一步優化監測點位布局，于2016年3月制定并發布了《“十三五”國家地表水環境質量監測網設置方案》(環監測[2016]30號)，國家地表水環境監測網國控斷面(點位)由原來的972個增加到2767個(河流斷面2424個、湖庫點位343個)，其中，評價、考核、排名斷面共1940個，入海控制斷面共195個(其中85個同時為評價、考核、排名斷面)，趨勢斷面共717個。

其設置要求為：國家河流干流斷面間隔距離 50km 左右，一級支流設置兩個斷面，二級及以下支流設置一個斷面;湖庫每 50～100km2 設置一個監測點位。這就要求我們要執行一個斷面監測和斷面考核的要求，斷面監測和斷面考核是現在實施的一種方案，我們國家建立的水環境監測體系歷來如此，這樣雖不能及時提供斷面間的污染源及其排放狀況，但可以掌握水體常年的水質變化趨勢。

以當前我國對于水環境治理的要求來看，我國的環境監測領域還存在一定的不足，主要表現在兩個方面：我國現行水環境檢測系統對污染監測在空間和時間密度上明顯不足，還缺乏生物毒性和特殊污染物監測等技術手段。主要是由于我國現行的水環境監測系統是從上世紀80年代開始建立的，當時學習借鑒了發達國家的水環境檢測技術與監測系統。當時歐美已經開始進入后工業化時期，且已形成完整的法制社會，監測系統主要用于反映流域水生態環境的狀況。我國30年來經濟得到了快速發展，特別是工業經濟和城市化的發展帶來了嚴重的污染。我國在今后一段時期仍然會處于工業化階段，而且法制社會還在建立和完善中。水環境監測不僅要擔負常規水質監測，以反映流域水生態環境的狀況，而且還要監督重點污染源的排放、環境污染事件以及違法偷排等等。上述問題的監督，若僅有斷面監測，是沒法很好地滿足的。

因此，解決當前行業存在的痛點，是新技術開發的出發點，一是新技術要能補充常規水環境監測項目的不足，二是在控制成本的前提下，解決時間和空間密度的問題。基于此，發展高密度水環境監測，立足兩個方面：

一是空間上自動化的密度要提高。需要大量布設監測點，但是也要考慮保持經濟穩定的條件。因此也不能大量增加監測點，這時就需要移動監測。監測儀器可用汽車或輪船拉著去監測，這樣就能做到快速定位。

二是時間上的高密度，要求高頻率、高分辨率、免試劑、自動化。對于高頻率，如果從四小時一次增加到一小時一次，投入的藥劑也增加了四倍，相應的，成本也增高了。因此，需要考慮采用一些非常規水環境監測技術，可以很大程度的提高頻率，比如說一分鐘一組，而且不需要藥劑，這樣就降低了運營成本。

成果一：高密度水質監測系統--光學法快速水質監測儀器

從技術來講，光學法污染物快速測定儀在水環境監測時可以全布控掃描。全布控掃描的紫外段與紅外段之間，不同的波段反映了不同的參數。比如說，在250nm以內的波段能夠吸收亞硝酸鹽，250nm～380nm的波段對COD有反應， 380nm到可見光范圍內的波長對濁度、懸浮物及色度等均是有反應的。通過不同波段吸收波值的表征，就能大致了解水中的不同參數。

圖 光學法污染物快速測定儀的原理

對于快速水質監測儀器的性能，以硝酸鹽檢測為例，從硝酸鹽氮標準溶液測試結果中可以看出硝氮標準光譜圖中有兩個吸收峰，分別是208nm和225nm，對其進行標準線性擬合發現誤差很小。然而在實體水體中，有有機物的污染，有COD的污染。有機物的污染會使它發生變化，但是吸收峰的位置沒有發生變化，仍然是可以區分開的。COD的污染對其的影響較大，包括對吸光度的抬升以及光譜形狀的改變。從實驗結果來看，硝氮的特征吸收峰仍然存在，但是可通過全波長范圍偏最小二乘算法進行擬合，還可通過本地校準等方式針對不同組成及類型的水體進行修正。濁度的影響主要體現為對整體吸光度的抬升，對吸收光譜的形狀影響較小。可通過濁度扣除的方法(濁度補償)消除其影響。通過對吸收光譜的準確分析，再經過儀器的精確校準，就可以做到一個相關性較好的分析結果。

成果二：高密度水質監測系統--微型/小型水質自動監測站

現在的高密度水質監測系統有微型水質監測站，它是一套以免試劑水質傳感器、GPS定位和無線數據傳輸系統為核心，運用現代自動控制技術與專用分析軟件及通訊網絡組成的綜合性在線監測系統。還有一個就是小型自動監測站，能耗比較低，一般只用太陽能就可以。還有棧房式的，可以在熱的地方裝上空調。它能夠監測很多數據，包括COD、壓力、濁度、PH、氨氮等等。從監測的時間密度上來看，可以一分鐘監測出一組數據，而事實上一分鐘一組監測數據和一小時一組監測數據的費用基本上沒有區別。這就是它最大的好處，可以大大提高密度，還不會增加費用。

編輯：趙凡