水處理中環境監測技術及污染防治

王 偉

山東省濱州生態環境監測中心

隨著我國工業化生產的快速發展，加大了水的污染程度[1]，水的污染已經引起了廣泛的關注。伴隨當前可持續發展戰略的提出，國家加大了環境治理工作力度，相關部門針對涉及排污的企業加強監控，制定相應的治理措施。但從水污染治理整體情況來看，仍存在不足之處，還需不斷優化水環境監測及水污染防治技術的應用，以更好地推動水環境的科學化研究。

1 水處理中環境監測技術

為保障水環境安全，水環境監測技術應運而生，主要包括地表水監測、地下水監測、采樣監測、遙感監測等[2]，一般情況下往往根據水環境所處的位置選擇不同的監測技術[3]。地表水監測技術可以監測地表水的污染程度，確定造成其污染的元素；地下水監測可以使用抽樣法動態分析地下水質特點；采樣監測可以定量采集水體樣本[4]，排除污染干擾物；遙感監測則可以分析水污染物對光的反射能力，監測水體的污染狀態。

水處理主要包括兩種處理形式，一種是物理處理，一種是化學處理。物理處理可以利用各種各樣的濾材吸附水中的污染物[5]，或通過沉淀法來祛除水中的污染雜質；化學處理主要利用各種化學藥品進行雜質轉換，以此達到凈化水體的目標。

1.1 設計多傳感器水環境監測儀

為提高水處理中環境監測的準確性，必須使用敏感性較高的多傳感器水環境監測儀，本文根據水環境監測選項對該監測儀進行研究，其主要組成結構如圖1所示。

圖1 水環境監測儀組成結構

該多傳感器水環境監測儀主要由主控MCU模塊、CDMA通訊模塊以及LED液晶顯示模塊組成，主要通過水環境監測儀可以放大信號，再將其轉換成AD數字信號，完成信號濾波處理之后，以此獲取準確的水環境監測信息。除此之外，該水環境監測儀可以直接讀取來自數據采集中心的水環境監測數據，并與RS232連接進行數據通信與交互。

影響水環境監測結果的參數非常多，因此設計的水環境監測儀必須同時滿足多種參數的測量條件，即必須能進行微量測量、遠距離測量，且能實時顯示測量數據，基于上述測量條件，本文選取C-201電極作為水環境監測儀的核心電極，如圖2所示。

圖2 水環境監測儀核心電極

該核心電機具有較高的靈敏性，能根據溶液的酸堿度產生不同程度的直流電位變化，再轉換成電信號完成水環境污染信息的采集，保證數據采集質量。

1.2 采集水環境數據

為提高水環境監測治理效果，需要以真實可用的水環境監測數據作為研究基礎。本文使用WSN無線傳感器來采集水環境監測數據，其實時性較高，使用成本較低，可在各種不同范圍的水環境進行監測。WSN無線傳感器組成結構如圖3所示。

圖3 無線傳感器組成結構

該無線傳感器具有三種不同類型的節點，即匯聚節點、用戶節點、傳感器節點，這些節點均隨機部署在水環境監測區域中[8]，并通過相互合作完成數據采集及數據處理，再將處理好的數據傳輸到監測中心。

各個水環境監測節點內部組成結構均相似，可同時進行感知、處理、通信，部分節點還添加了定位功能，以無線傳感器節點為例，其組成結構如圖4所示。

圖4 無線傳感器節點結構

無線傳感器節點由定位模塊、移動管理模塊、感知模塊、數據處理模塊、無線通信模塊 以及功能模塊組成。感知模塊可以感知監測區域的信息，完成信息采集，數據處理模塊則實時將采集到的監測數據轉換成相應的通信信號完成數據交換。

本文所采集到的水環境監測數據包括相關的pH值、溫度等，還包括一些復雜的化學指標。根據所采集到的數據，分析研究區域的水質特點，制定水質檢測樣本數據集。為了提高采集數據的準確性，便于監測數據的管理，需要進行數據清洗。首先使用Navicat for MySQL與本地數據庫連接，再進行數據庫命名，選取字符及utf8_general_ci排序規則。其次新建水環境監測數據表格，對其命名，去除原始數據。最后利用MySQL對采集的數據進行除雜處理，剔除數據噪聲，完成數據清洗。

清洗完畢的水環境監測數據內可能還存在微小誤差，本文使用Pikard迭代法對數據集進行賦值，劃分數據集中的條件選項，生成隸屬度函數μij

公式（1）中，μX代表樣本隸屬度函數，XJ代表子集特征值，該函數可以側面反映水環境監測數據特征，根據該數據特征可以設計特征函數g（x）。

公式（2）中，cr代表樣本特征向量，不同的監測區域存在不同的特征空間，還可以根據Ruspini模糊集原理計算模糊劃分空間M。

公式（3）中，CC代表劃分矩陣，I代表水環境數據類別，根據上述模糊劃分空間可以構建合理的監測數據處理矢量模型J。

公式（4）中，xi代表加權特征值，wi代表歐氏距離，使用上述公式可以有效地完成水環境監測數據采集處理。

1.3 構建水環境監測平臺

根據上述所獲取的數據構建水處理環境監測平臺，該水環境監測平臺可以同時完成數據采集與分析，并進行信息匯聚，得到精準的水環境監測結果，該水處理環境監測平臺的框架如圖5所示。

圖5 水環境監測平臺

水環境監測平臺在處理信息采集后可借助中心服務器完成信息統計與分析。為提高監測平臺的監測有效性，使用Zigbee作為本文構建平臺的網絡拓撲，該網絡拓撲的主要優點如下：

第一，該網絡拓撲可以改變傳感器的生存時間，有效地進行數據處理和信息定位，提高傳感器的穩定性；第二，該網絡拓撲可以從根本上提高網絡傳感器節點之間的通信效率，避免環境因素對傳感器造成的干擾；第三，該網絡拓撲可以實時識別網絡協議內部的控制數據，保障信息的傳輸有效性。

使用上述的水處理環境監測平臺可以最大程度上保證水環境監測的實時性，實現水環境質量的有效監測。

2 水處理中污染防治對策

2.1 完善防治機制

研究表明，現有的水環境污染防治機制的防治效果較差，因此急需完善現有的防治機制，提高水環境污染的防治效果。可根據水環境污染現狀制定相關的防治體系，再結合治理過程中產生的問題對其不斷優化。除此之外，還應該積極進行精細化管理，從各個方面進行水環境污染防治，實現環境污染防治的科學化和精細化。

根據各個區域的水污染現狀制定相關的污染防治計劃，切實提高水生態環境管控水平，避免出現新的水環境污染問題。

2.2 優化防治技術

為提高水處理的效率，改善水生態環境質量，必須要優化現有的水環境防治技術。積極引入新型信息化技術，對水環境污染數據進行快速智能分析與處理，提取環境污染特征，從而制定有針對性的解決方案，提高水環境污染的處理效果。除此之外，還應將傳統的水環境防治技術與新型防治技術有效融合，最大程度上提高水環境防治的有效性。水污染控制應以防范為主，從污染程度較低的水體著手，防止污染程度較低的水體污染程度加重，對污染嚴重的水環境進行整治，要從源頭上遏制污染源頭，清除腐敗底泥，恢復生態系統，增加水環境的流動，以解決污染水環境問題；以推進區域的潔凈生產為輔，用潔凈的資源取代傳統的礦物資源，以降低企業的能耗。

2.3 減少污染物排放

水環境污染防治的核心就是減少污染物的排放量，因此在后續水環境污染治理時，需要了解重點工程的污染物排放量，而現今大部分水環境污染的污染源均來自城市居民，因此在進行水污染治理時應對污染源所在的區域實施追蹤管理，對污染源較多的區域進行重點監督，實時監測污染物的排放量，避免污染物超標導致的水生態環境遭到破壞，一旦發現污染物超標問題需要立即采取有效的處理措施，避免形成二次污染。不僅如此，還應該使用先進的污染水體處理工藝，減少污染物的排放總量。使用循環用水系統，對廢水進行循環再利用，降低污染物總量。通過節約生產廢水、規定用水定額、改善生產工藝，提高廢水的重復利用率和采用無污染或少污染的新工藝；通過減少企業的廢氣、廢水和固廢總量，并使其對大氣的污染水平有所下降；通過強化非點源污染治理，規范農藥和化肥使用，降低農藥和化肥使用過量，促進綠色農業技術的發展，降低對水體的影響，從而最大程度地降低污染物的排放量。

2.4 構建跨區域協同治理機制

行政劃分也是進行水污染綜合防治的依據，而不同區域的污染程度不同，因此可以通過加強區域治理來達到污染防治的目的，所以需要構建跨區域協同治理機制，構建該機制具體包括以下多個方面的內容：

首先，從物力控制上，主要應用截污分流技術和疏浚技術。截污分流技術是針對城市污水的污染控制技術，利用這種技術對城市廢水進行科學、合理的控制，同時也可以有效地改善城市的水質狀況。但在實踐中，仍需對污水管道、泵站等設備進行適當的改造，并對其進行定時維護，以保證截污、分流技術的效能最大化，提高污水的最終處置效率；而淤渣淤積技術則是一種處理淤渣淤積的技術，能夠清除污染程度比較高的淤渣，從而減輕沉積層的內力，達到控制水質的目的。其次，在化學控制上，可以采用化學除藻技術和重金屬固定技術，比如，對于水體中越來越多的營養成分，可以采用化學除藻技術，并結合不同的水質條件，選用適當的硫酸銅和檸檬酸，再加入適當的藥物來控制細菌的繁殖；而重金屬的固定技術，就是用來處理一些被酸性和重金屬污染的水域，然后加入一些堿類，比如石灰石，與水中的酸液發生化學反應，達到一定的pH值，從而達到穩定的效果。再次，在生物控制上，可以通過對水中的植物進行生物修復，使其達到對環境的吸收和新陳代謝，消除水中的污染，從而達到改善水質的目的。

3 結語

綜上所述，對于設計水處理環境監測技術，要基于此技術進行防止措施設計，進一步提高水環境監測的有效性，通過完善防治機制、優化防治技術、減少污染物排放、加強區域治理等各方面工作防治水環境污染。