水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)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(chǔ)量在不斷下降，其中水是不可再生的能源，而水污染問(wèn)題卻愈發(fā)嚴(yán)重，這種現(xiàn)狀給水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)提出了嚴(yán)峻的要求。各國(guó)為了適應(yīng)水環(huán)境管理現(xiàn)狀，不斷將新的監(jiān)測(cè)技術(shù)和儀器用到水質(zhì)監(jiān)測(cè)環(huán)境中，使水質(zhì)監(jiān)測(cè)環(huán)境工作更順利的進(jìn)行，從而加快對(duì)水污染的控制。在此結(jié)合水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)現(xiàn)狀對(duì)其監(jiān)測(cè)技術(shù)和儀器的發(fā)展進(jìn)行探究，希望對(duì)水質(zhì)監(jiān)測(cè)等部門(mén)工作人員能有一定的參考價(jià)值。

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

前言

我國(guó)自改革開(kāi)放以后，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，但隨之而來(lái)的主要問(wèn)題是環(huán)境污染，尤以水污染問(wèn)題最為突出，對(duì)公眾生活方方面面都有嚴(yán)重影響，這給我國(guó)水資源保護(hù)及水質(zhì)監(jiān)測(cè)管理帶來(lái)巨大的挑戰(zhàn)。針對(duì)當(dāng)前我國(guó)水質(zhì)污染現(xiàn)狀，水質(zhì)監(jiān)測(cè)等部門(mén)對(duì)水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)和儀器方面加以分析，以提升我國(guó)水質(zhì)環(huán)境監(jiān)測(cè)水平。

1 水質(zhì)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的產(chǎn)生及發(fā)展

1.1 水質(zhì)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的產(chǎn)生

20世紀(jì)70年代初，日本、美國(guó)等國(guó)就開(kāi)始研究自動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并將其首先應(yīng)用于城市、污水處理廠(chǎng)等區(qū)域的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。在實(shí)踐中總結(jié)出兩種在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)，一種采用的是實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，另一種則是間歇式在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，兩種技術(shù)可以對(duì)水溫、電導(dǎo)率、氟化物、氟化物、濁度等進(jìn)行測(cè)定。20世紀(jì)70年代末，T-N、COD、T-P等項(xiàng)目也被加入到測(cè)定內(nèi)容當(dāng)中。環(huán)境執(zhí)法部門(mén)通過(guò)對(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控體系傳來(lái)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，做出對(duì)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(shí)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(guó)家在城市環(huán)境管理中的自動(dòng)監(jiān)測(cè)體系中將市政污水排放系統(tǒng)也納入其監(jiān)測(cè)范圍，甚至視其為重點(diǎn)管理項(xiàng)目。

自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)日趨成熟，但人們對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的可靠度仍有質(zhì)疑。針對(duì)這一問(wèn)題，技術(shù)人員通過(guò)不斷的改進(jìn)、研究發(fā)現(xiàn)，采用優(yōu)化監(jiān)測(cè)布點(diǎn)的方法有助于監(jiān)測(cè)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(cè)作為在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重點(diǎn)研究對(duì)象原因之一。新增的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目對(duì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能性提出了更高的要求，它要擁有自動(dòng)校正、自動(dòng)清洗、遠(yuǎn)程傳輸及報(bào)警等多項(xiàng)功能。

1.2 自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成熟后COD監(jiān)測(cè)體系的應(yīng)用

水質(zhì)環(huán)境自動(dòng)監(jiān)測(cè)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(guó)也越來(lái)越重視有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)工作，COD（錳法和鉻法）監(jiān)測(cè)體系發(fā)展迅速。T-N和T-P是水質(zhì)富營(yíng)養(yǎng)化的兩大重要指標(biāo)，因此針對(duì)這兩大指標(biāo)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展較早，相對(duì)而言，水溫、濁度、DO的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展則極為落后。

COD監(jiān)測(cè)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(cè)量方法劃分可以分為光學(xué)法及庫(kù)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(guó)家中，COD法被光吸收UV法所取代，日本目前所持有的COD自動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀至少有3500臺(tái)，UV儀就有2500臺(tái)。

1.3 水質(zhì)環(huán)境簡(jiǎn)易現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)和儀器的發(fā)展

我國(guó)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(duì)于自動(dòng)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)技術(shù)，簡(jiǎn)易現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的發(fā)展前景更廣闊。簡(jiǎn)易現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)技術(shù)的手段有很多，其中XPF（車(chē)載型X線(xiàn)熒光光譜儀）的使用情況較多，測(cè)量起來(lái)也更為方便，尤其對(duì)固體樣品的監(jiān)測(cè)技術(shù)優(yōu)勢(shì)更明顯，不用進(jìn)行消解處理就能直接用于監(jiān)測(cè)工作中。車(chē)載型GC的優(yōu)勢(shì)在于對(duì)有機(jī)物污染的測(cè)定，很多經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度較高的國(guó)家都已經(jīng)在使用這種監(jiān)測(cè)方法，而該技術(shù)進(jìn)入我國(guó)時(shí)期比較靠后，由于其所具備的強(qiáng)大優(yōu)勢(shì)，在我國(guó)會(huì)有強(qiáng)大的市場(chǎng)發(fā)展前景。

PASTEL UV型水質(zhì)快速監(jiān)測(cè)儀在現(xiàn)在已有的便攜式監(jiān)測(cè)儀器中，是最有推廣前景的一個(gè)。它可以在短短40s的時(shí)間里檢測(cè)出TOC、COD和BOD的含量，這種優(yōu)勢(shì)既來(lái)源于它巧妙的設(shè)計(jì)原理，也與其高集成的中心處理器有很大關(guān)系。這個(gè)高集成的中心處理器能夠儲(chǔ)存的實(shí)測(cè)圖譜可達(dá)成千上萬(wàn)個(gè)，最終測(cè)量值就是根據(jù)實(shí)測(cè)圖譜和標(biāo)準(zhǔn)方式的測(cè)定成果進(jìn)行比對(duì)研究所得到的。由此，PASTEL UV型水質(zhì)快速監(jiān)測(cè)儀既能夠憑借極大限度的減少監(jiān)測(cè)所需時(shí)間來(lái)提升監(jiān)測(cè)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(cè)技術(shù)和儀器的發(fā)展

2.1 實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)技術(shù)和儀器的發(fā)展

第五次全國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)會(huì)議以后，實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)技術(shù)和相關(guān)儀器都迎來(lái)了高速發(fā)展時(shí)期，各級(jí)監(jiān)測(cè)站也引進(jìn)了很多實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測(cè)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(cè)儀器，又可以為實(shí)驗(yàn)室的科研分析及精密分析服務(wù)。其中，使用較多的大型實(shí)驗(yàn)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(cè)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(cè)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(cè)的重點(diǎn)放在環(huán)境水及排水中所含的污染物質(zhì)對(duì)生態(tài)環(huán)境及人體健康的影響方面。而傳統(tǒng)的以單個(gè)化學(xué)物質(zhì)為對(duì)象的測(cè)定方式及其把控政策具有以下缺點(diǎn)：

（1）監(jiān)測(cè)對(duì)象均為已知的化學(xué)污染物，而對(duì)很多未知的化學(xué)有毒物質(zhì)缺乏監(jiān)測(cè)，危險(xiǎn)度評(píng)價(jià)結(jié)果參考度不足。

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

（3）要想對(duì)更多的化學(xué)物質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，經(jīng)費(fèi)和時(shí)間也會(huì)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(duì)發(fā)現(xiàn)的化學(xué)物質(zhì)開(kāi)展測(cè)定及研究工作。

為了對(duì)水中的混合毒性參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，德國(guó)指出要對(duì)慢性毒性、變異原性、急性毒性、殘留性、生物濃縮性這幾個(gè)混合毒性參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。對(duì)水生生物采用的監(jiān)測(cè)分析方法是變異原性試驗(yàn)、急性毒性試驗(yàn)和殘留物中的生物分解實(shí)驗(yàn)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(duì)人體產(chǎn)生的類(lèi)似于雌性激素的作用會(huì)對(duì)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(huì)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(huì)發(fā)生異常，終會(huì)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(duì)包括人類(lèi)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(lèi)、有機(jī)氯農(nóng)藥、壬基酚、Hg等多達(dá)77種。

傳統(tǒng)上對(duì)二惡英等POPs類(lèi)有機(jī)污染物的監(jiān)測(cè)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(jiǎn)單、迅速的對(duì)二惡英等污染物進(jìn)行檢測(cè)。生物傳感器的研發(fā)原理是優(yōu)良的分子識(shí)別功能和組合轉(zhuǎn)換功能，利用與待測(cè)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(cè)，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(cè)定的電信號(hào)，完成對(duì)待測(cè)物質(zhì)的選擇性測(cè)定。這種方法不僅有操作簡(jiǎn)單、時(shí)間短、資金投入少的優(yōu)點(diǎn)，還能在檢測(cè)有毒物質(zhì)時(shí)保證安全、高精度的檢測(cè)。這里可以采用的生物分子最常見(jiàn)的是抗體和酶。

3 結(jié)束語(yǔ)

我國(guó)現(xiàn)階段在水質(zhì)監(jiān)測(cè)方面的技術(shù)和儀器還遠(yuǎn)不能應(yīng)對(duì)我國(guó)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(guó)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(cè)水平的不斷提高盡心盡力。

參考文獻(xiàn)

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