水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)和儀器的發(fā)展探析

王倩

摘 要：當(dāng)今世界，人口數(shù)量仍在不斷增加，各種自然資源的地球儲量在不斷下降，其中水是不可再生的能源，而水污染問題卻愈發(fā)嚴(yán)重，這種現(xiàn)狀給水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測提出了嚴(yán)峻的要求。各國為了適應(yīng)水環(huán)境管理現(xiàn)狀，不斷將新的監(jiān)測技術(shù)和儀器用到水質(zhì)監(jiān)測環(huán)境中，使水質(zhì)監(jiān)測環(huán)境工作更順利的進(jìn)行，從而加快對水污染的控制。在此結(jié)合水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測現(xiàn)狀對其監(jiān)測技術(shù)和儀器的發(fā)展進(jìn)行探究，希望對水質(zhì)監(jiān)測等部門工作人員能有一定的參考價值。

關(guān)鍵詞：水質(zhì)環(huán)境；監(jiān)測技術(shù)；儀器；發(fā)展

前言

我國自改革開放以后，社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，但隨之而來的主要問題是環(huán)境污染，尤以水污染問題最為突出，對公眾生活方方面面都有嚴(yán)重影響，這給我國水資源保護(hù)及水質(zhì)監(jiān)測管理帶來巨大的挑戰(zhàn)。針對當(dāng)前我國水質(zhì)污染現(xiàn)狀，水質(zhì)監(jiān)測等部門對水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測技術(shù)和儀器方面加以分析，以提升我國水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測水平。

1 水質(zhì)環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)的產(chǎn)生及發(fā)展

1.1 水質(zhì)環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)的產(chǎn)生

20世紀(jì)70年代初，日本、美國等國就開始研究自動在線監(jiān)測系統(tǒng)，并將其首先應(yīng)用于城市、污水處理廠等區(qū)域的在線監(jiān)測。在實踐中總結(jié)出兩種在線監(jiān)測技術(shù)，一種采用的是實時在線監(jiān)測，另一種則是間歇式在線監(jiān)測，兩種技術(shù)可以對水溫、電導(dǎo)率、氟化物、氟化物、濁度等進(jìn)行測定。20世紀(jì)70年代末，T-N、COD、T-P等項目也被加入到測定內(nèi)容當(dāng)中。環(huán)境執(zhí)法部門通過對遠(yuǎn)程監(jiān)控體系傳來的監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，做出對應(yīng)的行政決策。這些年地表的水質(zhì)環(huán)境隨著人們環(huán)保意識的提高得到極大的改善，某些經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平靠前的國家在城市環(huán)境管理中的自動監(jiān)測體系中將市政污水排放系統(tǒng)也納入其監(jiān)測范圍，甚至視其為重點(diǎn)管理項目。

自動監(jiān)測系統(tǒng)日趨成熟，但人們對監(jiān)測數(shù)據(jù)的可靠度仍有質(zhì)疑。針對這一問題，技術(shù)人員通過不斷的改進(jìn)、研究發(fā)現(xiàn)，采用優(yōu)化監(jiān)測布點(diǎn)的方法有助于監(jiān)測結(jié)果可靠性的提高。水土流失日益加重這一現(xiàn)象也是水樣監(jiān)測作為在線監(jiān)測系統(tǒng)的重點(diǎn)研究對象原因之一。新增的監(jiān)測項目對自動監(jiān)測系統(tǒng)的功能性提出了更高的要求，它要擁有自動校正、自動清洗、遠(yuǎn)程傳輸及報警等多項功能。

1.2 自動監(jiān)測系統(tǒng)成熟后COD監(jiān)測體系的應(yīng)用

水質(zhì)環(huán)境自動監(jiān)測系統(tǒng)在幾十年的不斷發(fā)展中已經(jīng)日趨成熟，世界各國也越來越重視有機(jī)污染物的監(jiān)測工作，COD（錳法和鉻法）監(jiān)測體系發(fā)展迅速。T-N和T-P是水質(zhì)富營養(yǎng)化的兩大重要指標(biāo)，因此針對這兩大指標(biāo)的監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展較早，相對而言，水溫、濁度、DO的監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)展則極為落后。

COD監(jiān)測體系可以采用很多方法，根據(jù)所用氧化劑劃分可以分為鉻法、錳法、紫外法、OH-法，其中紫外法不使用氧化劑；根據(jù)測量方法劃分可以分為光學(xué)法及庫倫法。由于鉻法、錳法中采用的氧化劑Cr6+、Mn均為有毒重金屬，因此在日本等國家中，COD法被光吸收UV法所取代，日本目前所持有的COD自動在線監(jiān)測儀至少有3500臺，UV儀就有2500臺。

1.3 水質(zhì)環(huán)境簡易現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)和儀器的發(fā)展

我國水資源遍布范圍廣，地理環(huán)境也很復(fù)雜，發(fā)生水環(huán)境污染事故的概率也較高，因此相對于自動在線監(jiān)測技術(shù)，簡易現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展前景更廣闊。簡易現(xiàn)場監(jiān)測技術(shù)的手段有很多，其中XPF（車載型X線熒光光譜儀）的使用情況較多，測量起來也更為方便，尤其對固體樣品的監(jiān)測技術(shù)優(yōu)勢更明顯，不用進(jìn)行消解處理就能直接用于監(jiān)測工作中。車載型GC的優(yōu)勢在于對有機(jī)物污染的測定，很多經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度較高的國家都已經(jīng)在使用這種監(jiān)測方法，而該技術(shù)進(jìn)入我國時期比較靠后，由于其所具備的強(qiáng)大優(yōu)勢，在我國會有強(qiáng)大的市場發(fā)展前景。

PASTEL UV型水質(zhì)快速監(jiān)測儀在現(xiàn)在已有的便攜式監(jiān)測儀器中，是最有推廣前景的一個。它可以在短短40s的時間里檢測出TOC、COD和BOD的含量，這種優(yōu)勢既來源于它巧妙的設(shè)計原理，也與其高集成的中心處理器有很大關(guān)系。這個高集成的中心處理器能夠儲存的實測圖譜可達(dá)成千上萬個，最終測量值就是根據(jù)實測圖譜和標(biāo)準(zhǔn)方式的測定成果進(jìn)行比對研究所得到的。由此，PASTEL UV型水質(zhì)快速監(jiān)測儀既能夠憑借極大限度的減少監(jiān)測所需時間來提升監(jiān)測效率，又將繁復(fù)的前處理程序省略掉，還可以降低使用化學(xué)試劑造成的二次污染。

2 監(jiān)測技術(shù)和儀器的發(fā)展

2.1 實驗室監(jiān)測技術(shù)和儀器的發(fā)展

第五次全國環(huán)境監(jiān)測會議以后，實驗室監(jiān)測技術(shù)和相關(guān)儀器都迎來了高速發(fā)展時期，各級監(jiān)測站也引進(jìn)了很多實驗室監(jiān)測分析儀器，新引進(jìn)的這些儀器既可以作為常規(guī)環(huán)境的監(jiān)測儀器，又可以為實驗室的科研分析及精密分析服務(wù)。其中，使用較多的大型實驗分析儀器有HPLC-MC（液相色譜-質(zhì)譜儀）、GS-MS（氣相色譜-質(zhì)譜儀）、ICP-AES（等離子發(fā)射光譜儀）、XRF等。

2.2 監(jiān)測技術(shù)和儀器的總體發(fā)展

在北美及歐洲的水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測管理中，應(yīng)用最多的是混合毒性參數(shù)。

水質(zhì)環(huán)境管理要以預(yù)防為重點(diǎn)，這就要求將監(jiān)測的重點(diǎn)放在環(huán)境水及排水中所含的污染物質(zhì)對生態(tài)環(huán)境及人體健康的影響方面。而傳統(tǒng)的以單個化學(xué)物質(zhì)為對象的測定方式及其把控政策具有以下缺點(diǎn)：

（1）監(jiān)測對象均為已知的化學(xué)污染物，而對很多未知的化學(xué)有毒物質(zhì)缺乏監(jiān)測，危險度評價結(jié)果參考度不足。

（2）對污染物相互之間的增強(qiáng)及拮抗作用（又稱復(fù)合作用）缺乏考慮。

（3）要想對更多的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，經(jīng)費(fèi)和時間也會疊加增多。

為了避免以上幾點(diǎn)的發(fā)生，則要先利用生物及化學(xué)的組合參數(shù)鎖定污染嚴(yán)重的化學(xué)物質(zhì)，然后對發(fā)現(xiàn)的化學(xué)物質(zhì)開展測定及研究工作。

為了對水中的混合毒性參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測，德國指出要對慢性毒性、變異原性、急性毒性、殘留性、生物濃縮性這幾個混合毒性參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測。對水生生物采用的監(jiān)測分析方法是變異原性試驗、急性毒性試驗和殘留物中的生物分解實驗等。

內(nèi)分泌干擾物這種化學(xué)物質(zhì)可以進(jìn)到人體內(nèi)部，其對人體產(chǎn)生的類似于雌性激素的作用會對人體正常的激素分泌狀態(tài)產(chǎn)生破壞。內(nèi)分泌干擾物會降低生物體精子的數(shù)量，生殖器官受這種物質(zhì)的影響會發(fā)生異常，終會導(dǎo)致生物物種生殖能力的下降，這種危害性就是其作為對包括人類在內(nèi)的所有生物危害程度最嚴(yán)重的因素的原因。當(dāng)前發(fā)現(xiàn)并公布的內(nèi)分泌干擾物有雙酚A、二惡英類、有機(jī)氯農(nóng)藥、壬基酚、Hg等多達(dá)77種。

傳統(tǒng)上對二惡英等POPs類有機(jī)污染物的監(jiān)測分析法是GC-MS法，這種方法的缺點(diǎn)是要進(jìn)行繁復(fù)的前處理，分析一組式樣往往要用2～3天才能完成，所需資金也比較多。而用生物傳感器就能簡單、迅速的對二惡英等污染物進(jìn)行檢測。生物傳感器的研發(fā)原理是優(yōu)良的分子識別功能和組合轉(zhuǎn)換功能，利用與待測物質(zhì)能夠產(chǎn)生良好選擇性反應(yīng)的生物分子進(jìn)行監(jiān)測，反應(yīng)進(jìn)行中，生物分子及其反應(yīng)生成物濃度出現(xiàn)改變，借助轉(zhuǎn)換器將其轉(zhuǎn)化成可以測定的電信號，完成對待測物質(zhì)的選擇性測定。這種方法不僅有操作簡單、時間短、資金投入少的優(yōu)點(diǎn)，還能在檢測有毒物質(zhì)時保證安全、高精度的檢測。這里可以采用的生物分子最常見的是抗體和酶。

3 結(jié)束語

我國現(xiàn)階段在水質(zhì)監(jiān)測方面的技術(shù)和儀器還遠(yuǎn)不能應(yīng)對我國地域廣泛、水質(zhì)環(huán)境復(fù)雜、水質(zhì)污染因素多樣等特點(diǎn)，在技術(shù)上國家需要繼續(xù)加大投入加快創(chuàng)新步伐，儀器研發(fā)改進(jìn)方面需要增加人力、物力的投入，為水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測水平的不斷提高盡心盡力。

參考文獻(xiàn)

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