環(huán)境水質(zhì)分析監(jiān)測技術(shù)與監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理方法

趙 萍

（山西省大同生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，山西 大同 037000）

0 引言

由于我國從農(nóng)業(yè)國到工業(yè)國的轉(zhuǎn)變，根據(jù)環(huán)境部門對水質(zhì)的監(jiān)測，近年來，我國主要水系的水體都遭到了不同程度的污染，每年排放大量的工業(yè)廢水和城鎮(zhèn)生活污水，嚴(yán)重污染了我國的水資源，同時由于人口眾多，缺水問題日益嚴(yán)重。為此，我們要加大對水資源的保護力度，加大對工業(yè)廢水和生活污水的治理力度，防止工業(yè)廢水的超標(biāo)排放，同時加大對環(huán)境水質(zhì)分析監(jiān)測技術(shù)的開發(fā)力度，提高對水的處理能力。

1 環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測概述

由于我國水域的分布很廣，因此，環(huán)境水質(zhì)的監(jiān)測涉及到了河流、湖泊、地下水和工業(yè)廢水等[1]。環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測的內(nèi)容包括水質(zhì)綜合評價和毒性物質(zhì)監(jiān)測兩大類，二者的監(jiān)測手段不同。在進行環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測時，要綜合考慮多種因素，并針對不同的監(jiān)測目標(biāo)，合理選用相應(yīng)的監(jiān)測手段和評價指標(biāo)。比如，河流的流速很高，工作人員既要檢查水質(zhì)中的物理化學(xué)成分，又要考慮河流的流速和流量，要把這些因素結(jié)合起來綜合評價。

2 環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測意義

一般所說的環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測，是指對水中污染物的種類、濃度進行實時監(jiān)測，利用數(shù)據(jù)的變動趨勢，對水質(zhì)進行評估。水質(zhì)監(jiān)控的主要目標(biāo)是檢測水質(zhì)與常規(guī)水質(zhì)是否一致，包括工業(yè)廢水、河水、海水、地下飲用水和生活廢水。在水質(zhì)監(jiān)測過程中，主要依據(jù)物理水質(zhì)指標(biāo)和化學(xué)水質(zhì)指標(biāo)對水體進行評價，物理水質(zhì)指標(biāo)包括溫度、色度、濁度、pH 值、電導(dǎo)率等，化學(xué)水質(zhì)指標(biāo)主要有COD、BOD5、總磷、總氮、重金屬、石油類等。

3 環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測的分析方法

在社會不斷發(fā)展和進步的作用下，科技的發(fā)展極大地促進了人們的物質(zhì)生活。因此，水質(zhì)的優(yōu)劣已逐漸成為一個備受關(guān)注的問題，為確保水質(zhì)的質(zhì)量能夠達到人們的要求，必須在完善和優(yōu)化國家的水質(zhì)監(jiān)測體系的同時，靈活運用科學(xué)技術(shù)等手段，對水質(zhì)各項指標(biāo)進行科學(xué)檢測，從而最大程度上保證用水安全。水質(zhì)監(jiān)測有多種分析方法，傳統(tǒng)分析方法主要有重量法、化學(xué)滴定法、儀器分析法等，此外還有儀器分析法等新興分析方法，例如離子色譜法、原子吸收光譜法、氣相色譜法、流動注射法等。

3.1 重量監(jiān)測法

重量監(jiān)測法的主要作用就是利用水的重力特性來進行分析。其具體實現(xiàn)方法是：對所選區(qū)域的水質(zhì)進行取樣，然后進行分離、轉(zhuǎn)換，再用分析秤稱量各種成分，并根據(jù)質(zhì)量的不同來測定樣品的質(zhì)量。傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測方法是采用直接分離和蒸發(fā)轉(zhuǎn)換兩種方法。該方法無需精密儀器，操作簡便，可廣泛應(yīng)用于高濃度組份的檢測，而不適用于微量元素的檢測。另外，由于環(huán)境溫度、濕度等因素的影響，對測量環(huán)境的要求也較高，一般的檢測方法難以達到，因而測量精度受到限制[2]。

3.2 化學(xué)滴定法

化學(xué)滴定法按滴定原理，將其分成四大類：酸堿滴定、絡(luò)合滴定、沉淀滴定、氧化還原滴定。酸堿滴定法是基于酸堿中和反應(yīng)的一種常見方法，根據(jù)不同反應(yīng)如強酸與強堿、強酸與弱堿及弱酸與強堿，選取不同的指示器來表示它的色彩；絡(luò)合滴定法是反應(yīng)產(chǎn)生配合物，由金屬指示劑的變色指示出滴定的終點，由于配位劑的穩(wěn)定性差，會與多種金屬元素同時產(chǎn)生顯色反應(yīng)，從而導(dǎo)致測量結(jié)果的偏差；沉淀滴定法通常需要通過化學(xué)反應(yīng)來產(chǎn)生沉淀，反應(yīng)必須迅速而明顯，只有極少的反應(yīng)才能達到沉降滴定的條件；氧化還原滴定法是基于氧化-還原的反應(yīng)機制而進行的，因此需要更高的組分的氧化和還原性能?；瘜W(xué)滴定法由于采用了化學(xué)原理，所以具有很高的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，是目前水質(zhì)檢測的主要手段[3]。

3.3 儀器分析法

3.3.1 離子色譜法

離子色譜是高效液相色譜（HPLC）的一種，按其分離機制可分為離子交換色譜法、離子排斥色譜法和離子對色譜法，離子交換色譜法是一種常用的方法。離子交換色譜法是將液相色譜與離子交換原理相結(jié)合，對液體中陰、陽離子進行檢測的一種分析方法，該檢測儀器主要包括進樣器、色譜柱、高壓輸液泵、檢測器和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。離子交換色譜法是通過將待測離子與固定相間的親和力差異進行分離，以離子交換樹脂為固定相，并在樹脂上分散了固定的電荷和自由的平衡離子。在陰離子交換層析中，陰離子在液相中的流動相與液相進行了可逆性的交換。在陽離子交換層析中，將流動相中的陽離子與色譜柱上的自由陽離子進行了可逆的交換。由于樣品中所含的離子與所述固定相的帶電荷基團的相互作用力存在差異，因此，它們在色譜中的停留時間和淋洗液的洗脫時間也有差異，因此，對待測定的離子進行了連續(xù)的分離。

3.3.2 原子吸收光譜法

原子吸收光譜是通過元素的基態(tài)原子來對其光譜的吸收進行定量分析的一種新的方法。在經(jīng)過自由原子蒸汽的光照射下，其進入的光的頻率與原子內(nèi)的電子從基本態(tài)過渡到更高的狀態(tài)（通常為第1 激勵狀態(tài)）所要求的頻率相等，這時，就必須從輻射區(qū)吸取能量，使電子從基態(tài)向激勵態(tài)轉(zhuǎn)變，并產(chǎn)生出能譜。AFS具有靈敏度高，檢測限低，準(zhǔn)確度高，選擇性好，操作簡單，應(yīng)用廣泛等特點。

3.3.3 氣相色譜法

采用氣相色譜技術(shù)對流動相色層進行了分離。經(jīng)蒸餾后的樣品由載體氣體（流動相)引入色譜柱，其固相的作用與樣品中的成分的作用是不一樣的，成分從柱中排出的時間也是不一樣的。利用合適的識別與紀(jì)錄體系，繪制出不同分離出的不同組份的色譜儀。按該表所標(biāo)示的出峰時間及次序，可以定性地測定其含量，并可依其峰位及區(qū)域之大小而定量化。該方法具有高效，靈敏度高，選擇性強，分析速度快，應(yīng)用廣泛，操作簡單等優(yōu)點。該方法適合于對易燃氣體進行定性、定量測定，并能在非揮發(fā)性氣體或固態(tài)氣體中進行熱裂化。

3.3.4 流動注射法

流動注射技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于水質(zhì)分析，這是一項重要的突破。采用流動注射技術(shù)對水質(zhì)進行分析，將待測試樣導(dǎo)入流動水中，觀察試樣與水的溶解性，并在出水部位進行測試。該技術(shù)的運用，不但可以確保重金屬元素的檢測工作，而且在采集到測試數(shù)據(jù)后，可以對測試結(jié)果進行進一步的分析，從而提高測試結(jié)果的科學(xué)性。流動注射技術(shù)的特點是適應(yīng)性廣泛、靈敏度高、檢出限低，分析速度快、分析效率高，每小時可以分析幾百個甚至上千個樣品，而且試樣和試劑的消耗量比較少，這必將成為今后分析方法的主要發(fā)展趨勢。

4 環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的處理方法

在獲得了一定的監(jiān)測數(shù)據(jù)之后，要對這些數(shù)據(jù)進行科學(xué)、有效的處理。目前，水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)中的處理方法有：

4.1 有效數(shù)據(jù)整理法

要判斷大量的檢測數(shù)據(jù)是否合理、準(zhǔn)確，必須采用高效的數(shù)據(jù)處理法，將有重要的數(shù)據(jù)進行篩選，并進行適當(dāng)?shù)恼砗蜌w類，以便更好地進行后續(xù)的對比和分析。

4.2 無效數(shù)據(jù)清除法

由于水質(zhì)監(jiān)測涉及到大量的取樣點數(shù)和大量的樣本，因此最終得到的檢測結(jié)果是一個龐雜而又巨大的數(shù)據(jù)。為提高資料的可信度，必須選擇有針對性的參考資料。根據(jù)檢測中心的位置，篩選出數(shù)據(jù)，并將老的信息進行分類，剔除沒有太大參考價值的信息，這樣就能隨時更新數(shù)據(jù)，確保監(jiān)測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度。

4.3 多重驗證法

由于在水質(zhì)監(jiān)測中，可以采用多種方法和手段，對同一類型的監(jiān)測問題，可以采用不同的方法來實現(xiàn)。采用不同的檢測技術(shù)，必然會產(chǎn)生較大的差別，從而使水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)值的準(zhǔn)確性和合理性得到進一步的改善。多項檢驗方法是對同一監(jiān)測點的樣品進行多次重復(fù)的檢驗監(jiān)測，從而避免了單一試驗的隨機誤差，從而提高了監(jiān)測數(shù)據(jù)的科學(xué)性和公平性。

4.4 時間序列分析法

水質(zhì)監(jiān)測是一項長期、持續(xù)的工作，在同一個取樣點，經(jīng)常要進行多次的水質(zhì)監(jiān)測，因此，如何合理地規(guī)劃好監(jiān)測的時限，是值得深入研究的課題。由于水質(zhì)檢測周期過長，監(jiān)測數(shù)據(jù)的代表性下降，數(shù)據(jù)的可信度也會下降，而且經(jīng)常進行水質(zhì)監(jiān)測，增加了人工和政府的經(jīng)費，但監(jiān)測數(shù)據(jù)精度的提高卻很小。因此，在實際監(jiān)測過程中，經(jīng)常采用時序方法來分析和處理水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)[5]。

5 結(jié)語

水資源是一種重要的資源，它的質(zhì)量直接影響著國家和人民的生活。經(jīng)濟發(fā)展越迅速，我們就要對水質(zhì)監(jiān)測工作越重視，良好的水資源環(huán)境是人類賴以發(fā)展的根本，為了保證人民日常生活用水和工業(yè)生產(chǎn)用水，務(wù)必要保證對水質(zhì)的監(jiān)測工作進行嚴(yán)格管控，所以新興的水質(zhì)監(jiān)測方法和數(shù)據(jù)處理方法就顯得尤為重要，目前，我們的環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測能力基本能夠保證水質(zhì)問題得到及時有效的解決。水關(guān)乎人類生存發(fā)展的每一個步驟，環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測工作任重而道遠。