水环境监测技术及污染治理研究

　　水环境监测技术及污染治理研究

　　    引言

　　    2022年5月27日，生态环境部发布了《2021中国生态环境状况公报》。根据该《公报》公布的结果显示．2021年全国地表水监测的3632个国考断面中，劣V类断面占1.2%。从监测的结果来看，主要污染指标为总磷、高锰酸盐指数和化学需氧量。从1900个国家地下水环境质量考核点位看，V类占20.6%，主要超指标为硫酸盐、氧化物和钠。全国长江、黄河、淮河、海河等七大流域水生态状况来看，701个点位中较差及很差状态为19.1%。农田灌溉水监测来看，有9.1%监测断面超标，主要为悬浮物、pH、粪大肠菌群。源头控制城乡居民生活污染及工业污水排放和水环境监测并做好水体污染治理，成为当前我国水环境污染治理的主要方向。其中，水环境监测是其中的重要内容。一直以来，水环境理化监测更加注重污染物本身的研究，从电导率、重金属含量、色度、COD、BOD及浊度等方面进行监测，并将监测结果与水环境质量标准进行比较，据此判断水环境现状。

　　    近年来，随着水环境监测技术的快速发展，快速溶剂萃取等新型监测技术投入到水环境治理中，极大地提升了水环境监测的质量和效率。通过水环境监测质效的提升，为生态环境保护提供重要数据信息参考，为生态环境部门制定水环境保护规划、方案等提供有力支撑。

　　    1、水环境监测技术分析

　　    我国水环境监测工作起步最早可以追溯至20世纪70年代初，历经40余年的发展，监测技术取得了长足进步。但传统监测技术主要依赖于手工监测方式为主。与传统监测技术相比，近年来，快速溶剂萃取监测技术、气相色谱监测技术，以及遥感监测技术和生物监测技术等等，因其具有监测方式简便、监测指标齐全、监测数据准确和监测适用范围广泛等特点。

　　    1.1快速溶剂萃取监测技术

　　    (1)技术原理。快速溶剂萃取技术(AcceleratedSol-ventExtraction，ASE.)，利用不同溶质在不同溶剂中不同溶解度来快速监测、萃取水中邮寄污染物。具体来说，就是先要升高监测水样温度，提升水体解析动力，降低溶剂在水中溶解度：然后增加水体压力：再进行2-3个循环的萃取，提高萃取效率。其监测工艺流程主要为：向萃取池注入溶剂0.5-lmin，将萃取池加热并加压5min，保持样品在设定压力和温度下静态萃取5分钟，新溶剂冲洗0.5分钟，用氮气吹扫样品以获得全部萃取0.5-lmin。ASE的技术要点主要包括以下四个方面：

　　    ①准备样品。萃取时应避免选择含水率较高的萃取样品，为此，应通过自然风干或加入干燥剂等方法，干燥监测样品；②选择萃取剂。目前常用萃取剂有丙酮、石油醚和三氯甲烷等常规萃取剂；③把握要点。选用泵入填充法，配合溶剂样品建立萃取池，通过加压、加温，使萃取物加热到位；④适用范围。ASE萃取技术应用萃取的对象包括废油、柴油、二噁英等。

　　    (2)技术特点。ASE萃取溶剂量使用少；萃取效率高，监测时间短；可适用于痕量、超痕量污染物萃取：

　　    (3)前景展望。ASE萃取技术主要应用于监测水环境中固体污染物，通过进一步技术改进，增强有机污染物监测针对性、系统性；处理监测样品中易挥发性溶剂时，需进一步改进萃取机制，形成吹扫捕集气相色谱法，提升萃取效率。

　　    1.2气相色谱监测技术

　　    (1)技术原理。气相色谱技术(GasChromatogra-phy，GC)，利用物质的吸附力、溶解度、亲和力、阴滞作用等物理特性不同，对混合物中组分进行分离、分析的方法。GC技术，主要利用物质不同理化特性，对其进行分析监测。气相色谱分析技术在分析监测过程中，监测水样中组分在流动相与固定相之间连续多次移动，重复分配平衡，由于组分物化性质及几何结构不同，使得流动相与固定相分配比不同，经溶解、解析、吸附、离子交换等作用下，经适当长色谱柱后，不同组分拉开一定距离。水质88项指标中可选用气相色谱法分析有机物。

　　    (2)技术特点。气相色谱监测技术主要用以监测环境中挥发性、半挥发性有机物的定性、定量分析；分离效率高，能够实现将组分复杂样品分离成单组分：监测灵敏度高，能够监测水样中微小含量物质；选择性好，能够区分组分相近的同分异构体或同位素：应用范围广，不受组分物质形式及含量限制。

　　    (3)前景展望。与其他监测新技术联用，如质谱技术、微萃取技术等，优化监测技术；进一步开发选择性高、成本低的专用气相色谱柱；应用评价软件，提高监测信息化水平；推动气相色谱仪小型化、自动化，提高监测的便捷性。

　　    1.3遥感监测技术

　　    (1)技术原理。利用水环境辐射、反射电磁波的固有特性的差异，对水质环境进行远距离识别、观测和分析的一种综合性技术系统总称。具体来说，就是利用清洁水与污染水的卫星遥感影像反射光谱特征差异，如悬浮物、藻类、溶解性有机物及化学物质等水体组分，解析遥感监测数据的色彩灰度值，从而分析获得水质污染状况。清洁水与污染水红外图谱色感差异明显，可应用于浮游生物含量、水体富营养化、废水污染、石油污染等类型监测。

　　    (2)技术特点。遥感监测技术应用于水质环境监测，具有监测范围广，可实现大面积、大范围区域水环境监测；监测信息量大，可全面监测水环境透明度、悬浮颗粒物、叶绿素a浓度、溶解性有机物、营养状态指数等；实现全面、动态监测，遥感监测技术可对水环境变化情况进行跟踪和评价，准确分析水环境整体变化，可通过被监测区域水质的反复拍摄、扫描，获取最新水环境动态资料，建立变化模型，为水环境监测及污染防治提供基础数据。

　　    (3)前景展望。遥感监测技术应用于水质环境污染监测，具有巨大应用潜力。监测水质参数种类需进一步扩大，研究不同水质参数光学特性，建立不同水质参数数据库，增强高光谱技术水质监测领域应用，积极改进遥感监测统计分析技术，融合多元遥感监测数据，不断提高水质监测精度。

　　    1.4生物监测技术

　　    (1)技术原理。生物监测技术应用于水环境监测，是利用水环境中生物个体、种群或群落对环境质量及其变化所产生的反应和影响，从而分析其环境污染性质、范围及程度，从生物学角度评价水环境质量状况。

　　    (2)技术特点。与理化监测水质环境相比，生物监测技术监测水质，具有灵敏度高、经济实用、监测功能多样等特点。水环境中浓度低的痕量或超痕量污染物细微变化，可使生物迅速反应，将其作为水质变化预警；生物监测技术可用于剂量小、时间累积形成的慢性毒性效应监测，通过食物链将水环境中微量污染物富集，提高监测治理效果。生物监测技术应用于水质环境监测，简化了仪器保养及维修，可大面积连续布点，经济实用。

　　(3)前景展望。生物群落法、指示生物法、生物毒性实验等生物监测技术可广泛应用于大规模、复杂水环境监测。为进一步拓展生物监测技术，需要完善生物监测标准化体系；建立生物监测数据库，共享监测指标参数；理化监测与生物监测相结合，实现综合监测评价；找寻更多、更可靠指示物种等等。

　　    2、水环境监测技术应用

　　    自然生态环境中，水环境以不同形式存在，通过循环实现跨地区、跨空间水系统转换，从而保证了生态系统的有效平衡，保障了生物自身生长的水资源需求。水环境是生产生活的重要条件和保障，随着经济社会的快速发展，以及社会环保意识的增强，积极应用水环境监测技术，加强水环境质量监测，及时、准确评价水环境现状及污染程度，为相关部门治理水污染提供有力技术支持。

　　    2.1快速溶剂萃取监测技术

　　    孙固玲采用快速溶剂萃取技术监测分析水环境，首先制备样品，利用自然风干、添加干燥剂等，降低被监测样品中含水率。随后，将颗粒物进行研磨，使其粒径控制在0.5mm之下，并掺入海砂、硅藻土等分散剂。其次选取合适萃取剂，根据水质监测需要，可选择石油醚、二氯甲烷等萃取剂，其极性与目标化合物相似。最后，将样品置于萃取池，并泵入溶剂，再经过增压、加温等处理，收集瓶收集萃取物，并对其进行净化、脱水和浓缩，再分析其色谱，从而获得污染物浓度。并与传统的索氏提取技术、自动索氏提取技术、超声萃取技术和微波萃取技术进行比较，相同监测样品量的前提下，快速溶剂萃取技术在溶剂使用、监测时间等方面更具优势，萃取时间更短、监测效率更高。

　　    2.2气相色谱监测技术

　　    郭成顺以普洱市饮用水水质监测为例，选用气相色谱技术对全市饮用水水质进行监测。使用安捷伦6820型，监测饮用水中的有机氯农药、有机磷农药、挥发性有机物和半挥发性有机物等物质含量进行监测。其中，使用固定相5%苯基95%二甲基聚硅氧烷、柱径0.25毫米，膜厚0.25微米的毛细管柱，加温，分离并监测水体中DDT异构体、七氯、硫丹等有机氯农药检出限为4ng/L-0.21μg。以同样的程序和监测仪器，选用程序升温，监测并分离出水体中的敌敌畏、敌百虫、马拉硫磷等有机磷农药成分。利用氢火焰离子化检测器、电子捕获检测器等配置于气相色谱仪，监测出水体中甲苯、硝基苯、四氯化碳、甲基汞等污染物成分及含量。

　　    2.3遥感监测技术

　　    牛志春等综合利用遥感监测、地面监测及监测结果对比分析太湖流域水环境。其中，遥感监测技术利用环境一号卫星数据实时监测太湖水域蓝藻发生的时间、分布及水域演变，并利用遥感监测技术中的图像接收系统、信息处理系统，及时准确地完成太湖水域蓝藻遥感分布图的绘制，并实时输出不同类别的专报和监测成果图。地面监测，则利用环境一号卫星过境期间太湖流域部分蓝藻多发、易发重点监测区域，实时监测蓝藻发生时间及地域分布，并利用监测藻密度及分布，及时对其进行整理分析。通过遥感监测技术的应用，及时观测太湖流域水质、蓝藻情况，及时掌握太湖流域水质变化，为相关部门完善区域水环境污染、生态变化及灾害预测、预警和评估提供良好技术支撑。

　　    2.4生物监测技术

　　    李丹等分析了水环境检测中各种生物监测法的运用：一是利用发光细菌法监测水环境。利用紫外光、荧光法等发光细菌法开展水环境监测，一般可在3h内即可获得可靠监测结果。二是利用生物行为反应监测法监测水环境。如利用斑马鱼类实时监测评估水体环境质量，水中二价铜离子、二价氢离子能够影响斑马鱼体内过氧化氢酶活力、重金属根离子间发生副剂量效应关系，评估水环境中重金属状况。三是利用微生物群落法进行水环境监测。生物群落法监测水体中真菌、藻类微生物含量及变化，并将监测结果进行统计分析，及时掌握水环境中真菌及藻类分布，据此评估水环境水质状况。如，以水中生物种群下降情况，对水体污染物影响进行分析判断。

　　    3、水环境污染治理措施

　　    水是生命之源，也是人类赖以生存、发展的基础性资源，也是生态环境的重要控制要素之一。水环境质量好坏，直接关系到经济社会的可持续发展，也关系到居民健康。因此，要熟练掌握水环境监测技术，及时分析水环境污染现状，为水环境污染治理提供第一手数据支撑。具体来说，既要做好宏观的规划，加强顶层制度设计，也要运用先进的监测技术，助力水环境污染治理工作取得预期实效，保护良好生态环境。既要加强常规生态水环境指标的监测，及时掌握水环境污染现状，也要积极做好常规水环境污染物的治理工作，同时，要不断完善水环境污染治理机制建设。

　　    3.1加强水污染指标监测

　　    根据不同水环境监测技术原理及其特点，利用先进的水环境监测技术，开展水环境污染指标监测工作，并根据监测结果，指导污染物控制工作。

　　    一是控制单一污染物浓度。根据水环境监测结果，及时掌握水环境中的污染物，如COD、BOD、挥发酚、氰化物、氟化物、硫化物、油类、Cd、Hg、Cr6+，色度、浊度等等，并结合水环境污染排放标准中所规定的相关排放标准和排放规范要求，根据监测结果的数据，运用理化方法准确计算出水环境监测样品中的主要污染物类型、污染物含量，并结合排放标准确定单一污染物是否符合环境污染治理的标准。

　　    二是做好污染物排放总量控制。随着经济社会的快速发展，以及工业化、城镇化进程的加快，水环境污染问题日益成为制约和影响城市可持续发展的重要因素。单纯进行污染源监测，以及污染物浓度管理已经难以适应新时期水环境治理工作的现实要求，积极开展排污许可证制度，以及排放总量控制是做好水环境污染防治的重要举措。所谓总量控制，就是根据区域生态环境现状，以及区域内重点污染源和主要污染物从数量上进行管理。通过污染源监督监测，精确地测算出地区污染物排放总量，并根据精确流速等，做好废水日排放总量的控制。积极推广城市污水自动采样仪，探索利用物料衡算，实现取样监测与现场测流分离，从而做好污染总量控制。

　　    3.2做好水环境污染治理

　　    根据现场水环境污染监测，针对水环境中的具体污染物，采取相应的污染防治措施。

　　    一是治理氨氮。氨氮污染物是水环境中常见的超标污染物，去除水环境中的氨氮污染物主要方法：选用预曝气生物接触氧化法。利用曝气使游离态的氨挥发至空气，能够去除70%-80%的氨氮含量；折点加氯预氧化。将氯气投加至受污染水体中，利用曝气去除产生的氮气，既可以去除水环境中的氨气，也可以有效处理生成的氯氨。生化反应去除氨氮。根据环境监测来看，地表水中有机物浓度低，生化处理过程中的过滤、沉淀环节加上以活性炭为载体的曝气生物滤池，增强脱氮处理效果。

　　    二是强化混凝。水环境污染处理中，针对微污染水源水质混凝情况，由于胶体对污染物具有较强的保护作用，从而增加了处理难度。应采用不同方法处理凝聚及絮凝情况：针对水环境中的凝聚情况，可通过加氯脱氮预氧化，实现水体中胶体脱稳；通过增加石灰调节进水pH值，降低色度；加强曝气，原水中增加混凝剂产生二氧化碳，使混凝剂水解，散出游离氨气；或利用多级跌水曝气的形成，使用空气处理凝聚问题。絮凝处理，可对原水浊度进行处理，通过填料接触絮凝，以及折板反应，吸附微絮凝体，解决低温或低浊度水处理难题。

　　    3.3完善水污染防治机制

　　    水环境监测及处理是一项专业性较强的工作，提高水环境污染治理需要不断完善污染防治工作机制。一是生态环境部门要高度重视，充分认识到水环境污染治理在整个生态环境领域治理中的重要作用，夯实环境监测部门、生态环保执法部门的责任，加强生态环境监测技术、人员和经费投入，为生态环境监测工作提供有力支持和保障。二是生态环境部门要积极落实水污染防治工作机制。根据日常生态环境监测结果，督促相关部门切实落实污染防治工作要求，确保水环境污染治理取得实效。三是加强区域综合治理协调工作。根据区域城市规划、工业区规划，以及城乡发展整体情况，结合水环境污染监测结果，统计、研判水污染情况，并有针对性地做好水体污染源综合治理。此外，兑现奖惩机制。设立环境整治基金，由政府投入相应基金，从税收等方面给予激励，同时，建立水环境污染负面清单和黑名单制度，加大水环境污染惩治力度。

　　    4、结语

　　    绿水青山就是金山银山理念已经深入人心，做好水环境监测和水环境污染治理，是实现生态文明建设的重要路径。保护良好的生态环境，就需要做好水环境质量监测工作，及时掌握水环境质量状况，根据水环境污染程度，以及污染物类型，采取切实有效的污染防治措施，不断改善水环境质量，以水环境监测技术巩固生态文明建设成果，实现经济社会可持续发展。

　　                摘自《资源节约与环保》2022年8期