昆明市高新區(qū)水質(zhì)指紋溯源技術(shù)應(yīng)用研究

摘" 要：水污染預(yù)警溯源是水環(huán)境安全保障和質(zhì)量改善的重要抓手。傳統(tǒng)的水環(huán)境監(jiān)管大多依靠常規(guī)水質(zhì)參數(shù)和特征污染物的在線或者人工監(jiān)測(cè)，但其只能反映一些污染物總量和特定的污染物濃度，無(wú)法精準(zhǔn)給出污染源的信息，導(dǎo)致在河流斷面、工業(yè)園區(qū)和飲用水源地等場(chǎng)景下存在監(jiān)管的薄弱環(huán)節(jié)。昆明市高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)作為典型的工業(yè)園區(qū)，精細(xì)化水質(zhì)監(jiān)管措施存在一定短板。該文基于三維熒光光譜水質(zhì)指紋污染預(yù)警溯源技術(shù)，以昆明市高新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)（東區(qū)）工業(yè)園區(qū)開(kāi)展的水質(zhì)污染源預(yù)警溯源項(xiàng)目為例，探討工業(yè)園區(qū)水質(zhì)污染源精細(xì)化監(jiān)管手段的實(shí)現(xiàn)。

關(guān)鍵詞：水污染物；精準(zhǔn)溯源；水指紋；工業(yè)園區(qū)；水質(zhì)監(jiān)管

中圖分類號(hào)：X131.2" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " " 文章編號(hào)：2095-2945（2025）03-0173-04

Abstract： The traceability of water pollution early warning is an important starting point for ensuring water environment safety and quality improvement. Traditional water environment supervision mostly relies on online or manual monitoring of conventional water quality parameters and characteristic pollutants， but it can only reflect the total amount of some pollutants and specific pollutant concentrations， and cannot accurately provide information on pollution sources， resulting in weak links in supervision in scenarios such as river sections， industrial parks and drinking water sources. As a typical industrial park， Kunming City High-tech Development Zone has certain shortcomings in refined water quality supervision measures. Based on the three-dimensional fluorescence spectrum water quality fingerprint pollution early warning traceability technology， this paper takes the water pollution source early warning traceability project carried out in the Industrial Park of Kunming City Hi-Tech Development Zone （East District） as an example to discuss the realization of refined supervision methods for water pollution sources in the industrial park.

Keywords： water pollutant; accurate traceability; water fingerprint; industrial park; water quality supervision

隨著水污染防治工作進(jìn)入“三水統(tǒng)籌”階段，科技創(chuàng)新在水污染防治與水生態(tài)環(huán)境保護(hù)中的關(guān)鍵作用越發(fā)突出，《重點(diǎn)流域水生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》提出：要加強(qiáng)監(jiān)督管理，加強(qiáng)水生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)估，健全以自動(dòng)監(jiān)測(cè)為主，手工監(jiān)測(cè)為輔的地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)體系，開(kāi)展水污染物溯源、新污染物監(jiān)測(cè)等研究。2021年生態(tài)環(huán)境部組織編制了《入河排污口監(jiān)督管理技術(shù)指南 溯源總則（征求意見(jiàn)稿）》，將“水質(zhì)指紋方法”列入主要溯源技術(shù)方法。2022年11月，為進(jìn)一步支撐精準(zhǔn)、科學(xué)、依法治污，規(guī)范基于三維熒光光譜的水質(zhì)指紋污染預(yù)警溯源技術(shù)，指導(dǎo)地方精準(zhǔn)識(shí)別水污染來(lái)源，推動(dòng)解決水污染源識(shí)別難題。中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站制定并印發(fā)了《基于水質(zhì)熒光指紋的污染溯源監(jiān)測(cè)技術(shù)指南（試行）》（總站水字〔2022〕467號(hào)）。

水質(zhì)熒光指紋的技術(shù)原理：水中含有大量的熒光物質(zhì)，如藥物殘留、代謝產(chǎn)物、油脂、蛋白質(zhì)和表面活性劑等，這些污染物在一定波長(zhǎng)入射光的照射下，會(huì)發(fā)射出具有一定波長(zhǎng)的光，這種光我們稱作熒光。受到不同程度污染的水樣因其污染成分組成和含量的不同，具有其特有的熒光光譜，具有與水樣一一對(duì)應(yīng)的特點(diǎn)，就像人的指紋具有唯一性一樣，所以被稱為“水質(zhì)指紋”，通過(guò)水質(zhì)指紋比對(duì)可以迅速找到污染源，為精準(zhǔn)治污指明方向。

目前昆明市共有13個(gè)產(chǎn)業(yè)園區(qū)，分布在全市各轄區(qū)，典型的工業(yè)園區(qū)如高新區(qū)、經(jīng)開(kāi)區(qū)、安寧產(chǎn)業(yè)園區(qū)（安寧片區(qū)、?？谄瑓^(qū)、晉寧片區(qū)）等，各園區(qū)形成了各具特色的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，以高新區(qū)為例，作為昆明產(chǎn)業(yè)園區(qū)的“兩核”之一，創(chuàng)新要素密集、新興產(chǎn)業(yè)聚集，主要以生物醫(yī)藥為主導(dǎo)，且“十四五”期間要培育為昆明市生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)集群的典型，帶動(dòng)其他區(qū)域的發(fā)展。全國(guó)污染源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理與共享平臺(tái)顯示：目前高新區(qū)共有排污許可證發(fā)證企業(yè)47家，其中重點(diǎn)管理企業(yè)25家、簡(jiǎn)化管理企業(yè)22家，47家企業(yè)中涉及化學(xué)試劑生產(chǎn)及制藥相關(guān)企業(yè)16家。

高新區(qū)境內(nèi)主要河流為南沖河與梁王河，主要湖庫(kù)壩塘有橫沖水庫(kù)、白云水庫(kù)、韶山水庫(kù)、馬金鋪水庫(kù)和化城塘。梁王河為南沖河的上游河道，南沖河為入滇河道，全區(qū)范圍均在滇池流域內(nèi)，因此水環(huán)境監(jiān)管壓力主要來(lái)自于涉水工業(yè)源。目前高新區(qū)境內(nèi)河道無(wú)國(guó)控自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)，省控監(jiān)測(cè)站點(diǎn)為梁王河-高新大道，轄區(qū)內(nèi)水環(huán)境自動(dòng)化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)尚不完善。同時(shí)，雨季面臨突發(fā)性水污染事故的風(fēng)險(xiǎn)，存在應(yīng)急監(jiān)測(cè)能力不足等問(wèn)題。若出現(xiàn)水污染事件，僅通過(guò)常規(guī)監(jiān)測(cè)手段很難準(zhǔn)確追溯到污染源，人為采樣排查耗時(shí)費(fèi)力且效果不理想。現(xiàn)有的監(jiān)測(cè)能力無(wú)法有效支撐園區(qū)內(nèi)水環(huán)境監(jiān)管的實(shí)際需求。

1" 項(xiàng)目基本情況

云南省生態(tài)環(huán)境廳駐昆明市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)站牽頭，對(duì)昆明市高新區(qū)（東區(qū)）工業(yè)園區(qū)存在的水環(huán)境問(wèn)題開(kāi)展污染源預(yù)警溯源技術(shù)研究探索，項(xiàng)目主要是在昆明市高新區(qū)東區(qū)建設(shè)預(yù)警溯源在線站1個(gè)，站房?jī)?nèi)包含水質(zhì)預(yù)警溯源儀、配套預(yù)處理設(shè)備、集成設(shè)施和輔助設(shè)施等。自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)位于昆明市高新區(qū)水質(zhì)凈化廠進(jìn)水口，2023年8月開(kāi)始施工，2023年10月完成水質(zhì)自動(dòng)預(yù)警溯源儀主機(jī)和配套的預(yù)處理設(shè)備，以及相關(guān)附屬設(shè)備的安裝。設(shè)施設(shè)備情況見(jiàn)表1。

本項(xiàng)目自2023年7月采集10家涉水排放企業(yè)（主要為工業(yè)企業(yè)）的水樣，建立“污染源水質(zhì)指紋數(shù)據(jù)庫(kù)”。水質(zhì)指紋數(shù)據(jù)庫(kù)的建立包括污染源調(diào)研、污染源采樣、水質(zhì)指紋分析測(cè)試和水質(zhì)指紋數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)等環(huán)節(jié)。具體數(shù)據(jù)庫(kù)建立過(guò)程如下：對(duì)采集水樣進(jìn)行預(yù)處理后，利用預(yù)警溯源儀自動(dòng)進(jìn)樣和測(cè)試。利用專業(yè)水污染預(yù)警溯源軟件，分析和提取水樣的水質(zhì)指紋，建立重點(diǎn)企業(yè)水質(zhì)指紋數(shù)據(jù)庫(kù)。水指紋數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)流程詳見(jiàn)表2，水指紋圖譜參如圖1所示。

項(xiàng)目技術(shù)特點(diǎn)如下：水污染預(yù)警溯源自動(dòng)監(jiān)測(cè)站采用水質(zhì)自動(dòng)預(yù)警溯源系統(tǒng)，并基于水質(zhì)指紋識(shí)別建立了精準(zhǔn)的水質(zhì)指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，當(dāng)水質(zhì)異常時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)早期預(yù)警和快速溯源。預(yù)警溯源系統(tǒng)以光譜監(jiān)測(cè)和識(shí)別技術(shù)為核心，融合大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等智能技術(shù)，與現(xiàn)有的環(huán)境監(jiān)管平臺(tái)相結(jié)合，現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)、實(shí)時(shí)預(yù)警、精準(zhǔn)溯源和留證留樣等諸多功能集成于一體。

2" 項(xiàng)目運(yùn)行情況

項(xiàng)目運(yùn)行主要依靠水質(zhì)自動(dòng)預(yù)警溯源儀以及水質(zhì)預(yù)警溯源平臺(tái)。水質(zhì)自動(dòng)預(yù)警溯源儀能夠完成自動(dòng)取樣、預(yù)處理、檢測(cè)和數(shù)據(jù)解析、結(jié)果輸出，實(shí)現(xiàn)污染早期預(yù)警、快速溯源和自動(dòng)留證留樣的功能。支持RS-232通信端子，可實(shí)現(xiàn)24 h儀器自動(dòng)進(jìn)樣、測(cè)量和清洗功能，監(jiān)測(cè)水質(zhì)樣品，顯示水質(zhì)變化，報(bào)告當(dāng)前水質(zhì)狀態(tài)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，自動(dòng)預(yù)警。儀器靈敏度高于常規(guī)檢測(cè)設(shè)備，故可以實(shí)現(xiàn)污染早期預(yù)警， 并能夠解決稀釋排污、降雨偷排、細(xì)水長(zhǎng)流式排污等情況下常規(guī)指標(biāo)預(yù)警不及時(shí)的困局。監(jiān)測(cè)到水質(zhì)異常時(shí)進(jìn)行污染排放源的快速識(shí)別，可在15 min內(nèi)完成一次污染溯源。儀器對(duì)監(jiān)測(cè)到的水污染信息與已有數(shù)據(jù)庫(kù)信息進(jìn)行比較，準(zhǔn)確得出溯源結(jié)果，同時(shí)能自動(dòng)留存異常水樣，自動(dòng)保存水文圖譜和數(shù)據(jù)，作為留存證據(jù)，為監(jiān)管部門提供客觀真實(shí)的追查證據(jù)。設(shè)備信息見(jiàn)表3，工作流程如圖2所示。

水質(zhì)預(yù)警溯源平臺(tái)（圖3）主要功能如下。

日常水質(zhì)監(jiān)測(cè)管理。監(jiān)察管理用戶可直觀了解在線監(jiān)測(cè)站整體運(yùn)行狀況（包括地址、負(fù)責(zé)人、運(yùn)維負(fù)責(zé)人、聯(lián)系方式和設(shè)備基本信息）、設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)設(shè)置（包括正常使用、停止使用及維修中）。可進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的查詢與審核，并根據(jù)需要導(dǎo)出相關(guān)報(bào)表。

水污染預(yù)警。根據(jù)系統(tǒng)所監(jiān)管的水質(zhì)環(huán)境，結(jié)合重點(diǎn)污染源的特征水質(zhì)數(shù)據(jù)，以及各類廢水排放標(biāo)準(zhǔn)及污水處理廠進(jìn)水要求等，設(shè)置報(bào)警閥值，進(jìn)行主動(dòng)預(yù)警。若站點(diǎn)有常規(guī)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)且平臺(tái)介入該監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，用戶可在閾值設(shè)定界面對(duì)化學(xué)需氧量、氨氮、總磷和總氮等指標(biāo)的報(bào)警閾值進(jìn)行設(shè)定，進(jìn)行被動(dòng)預(yù)警。

水污染溯源。系統(tǒng)通過(guò)獨(dú)有的水質(zhì)指紋比對(duì)技術(shù)，對(duì)違規(guī)排放疑似源頭進(jìn)行溯源分析，幫助用戶明確可能存在違規(guī)排放的污染源，并且?guī)椭脩粽业轿廴驹搭^，進(jìn)而縮小排查范圍?？蓪?shí)現(xiàn)疑似污染源頭信息查詢：用戶可在系統(tǒng)上從重點(diǎn)污染源檔案庫(kù)系統(tǒng)中調(diào)取查詢疑似污染源頭的信息，若污染源是企業(yè)，信息則包括法人、設(shè)備、清潔生產(chǎn)開(kāi)展情況和排污許可等信息。歷史分析結(jié)果統(tǒng)計(jì)展示：用戶可在系統(tǒng)上查看某個(gè)站點(diǎn)報(bào)警及溯源分析后的執(zhí)法結(jié)果，了解包括企業(yè)、排口等污染源存在的違規(guī)排污行為，明確監(jiān)管重點(diǎn)。

水污染留證。系統(tǒng)可以編輯污染事件，將一定時(shí)間區(qū)段內(nèi)的異常水質(zhì)的留證信息和報(bào)警信息匯總為一次污染事件。每次污染事件需要具備唯一標(biāo)示、開(kāi)始時(shí)間、結(jié)束時(shí)間和污染源分析結(jié)果。對(duì)事件提供增刪查改的管理功能。

污染源信息管理。平臺(tái)搭建初期，建立“污染源電子檔案”，用于維護(hù)污染源等相關(guān)核心資料信息，并且便于用戶在后續(xù)使用時(shí)進(jìn)行調(diào)取使用。

公共模塊。各個(gè)業(yè)務(wù)模塊公共使用的軟件功能提取成為公共模塊，主要包括數(shù)據(jù)訪問(wèn)模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊。數(shù)據(jù)訪問(wèn)模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)于數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的增刪改查，便于各個(gè)業(yè)務(wù)模塊使用。數(shù)據(jù)傳輸模塊完成監(jiān)測(cè)站點(diǎn)與監(jiān)管平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)傳輸。

運(yùn)行期間需對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)行維護(hù)，主要包括日常監(jiān)測(cè)溯源排查服務(wù)、預(yù)警溯源在線站的維護(hù)、水質(zhì)預(yù)警溯源監(jiān)管平臺(tái)維護(hù)，以及數(shù)據(jù)庫(kù)的更新等工作。運(yùn)行期間，運(yùn)維工作按計(jì)劃開(kāi)展較好。

高新區(qū)水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)預(yù)警站從2023年10月31日開(kāi)始進(jìn)入試運(yùn)行模式至2023年11月9日，一共試運(yùn)行10 d。其間，因質(zhì)控?cái)?shù)據(jù)不合格造成的無(wú)效數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為0個(gè)，因圖譜異常等原因造成的無(wú)效數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)為0個(gè)，無(wú)效數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)合計(jì)為0個(gè)，設(shè)備有效運(yùn)行率為100%。2023年11月進(jìn)行了盲樣測(cè)試，通過(guò)測(cè)試2個(gè)盲樣，樣品準(zhǔn)確率為100%。2023年11月17日，項(xiàng)目通過(guò)專家驗(yàn)收，專家組一致認(rèn)為項(xiàng)目具有較好的示范作用，能實(shí)現(xiàn)水質(zhì)預(yù)警溯源預(yù)期目標(biāo)。

2023年11月至2024年6月運(yùn)行期間，儀器運(yùn)行正常，有效預(yù)警42次，預(yù)警時(shí)均能準(zhǔn)確指出圖譜比對(duì)結(jié)果，為后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)排查提供精準(zhǔn)方向。自動(dòng)監(jiān)測(cè)站運(yùn)行期間，未發(fā)生污染物超標(biāo)事件。

3" 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)水指紋溯源技術(shù)在典型工業(yè)園區(qū)的運(yùn)用，可以清晰感受到環(huán)境監(jiān)測(cè)新技術(shù)的先進(jìn)與示范作用，有力推動(dòng)“監(jiān)測(cè)先行、監(jiān)測(cè)靈敏、監(jiān)測(cè)科學(xué)”。水指紋技術(shù)，其優(yōu)勢(shì)在于溯源快速精準(zhǔn)，可較好支撐監(jiān)管執(zhí)法，可構(gòu)建“預(yù)警-溯源-應(yīng)急/執(zhí)法”聯(lián)動(dòng)機(jī)制，提升水環(huán)境保護(hù)工作的水平和效率。作為一項(xiàng)新技術(shù)，其推廣與應(yīng)用還需要大量實(shí)踐案例支撐，應(yīng)用場(chǎng)景可以拓展到河道、湖庫(kù)、入河排口等，同時(shí)管理部門也應(yīng)當(dāng)轉(zhuǎn)變思維，破除傳統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)唯實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)論的局限，加快科技創(chuàng)新支撐，加強(qiáng)對(duì)新技術(shù)的應(yīng)用支持。

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