地表水水质自动监测技术应用及发展

2020-11-28李璐

绿色科技 2020年16期

李璐

(重庆市南岸区生态环境监测站，重庆 400060)

1 引言

根据生态环境部日前公布的《2019年中国生态环境状况公报》公布的数据显示，2019年全国1931个地表水监测断面(点位)中，劣Ⅴ类占3.4%，较2018年度下降了3.3%，主要污染物为总磷、高锰酸盐指数和化学需氧量。根据《地表水自动监测技术规范(试行)》，地表水水质自动监测是对地表水样品进行自动采集、处理、分析及数据传输的全过程[1]。通过地表水水质自动监测能够及时掌握水质状况，为相关部门采取相应的环境保护措施具有积极的现实指导意义。

2 地表水水质自动监测项目

地表水水质自动监测是利用实验室分析方法逐渐发展而来。20世纪80年代兴起的流动注射技术在地表水监测中的应用，实现了对纷繁的监测实验步骤的自动化，可以对地表水采样进行自动连续分析，极大地提升了地表水实验室分析的效率和精度[2]。地表水水质自动监测在此基础上进一步实现了采样步骤的自动化，从而最终实现对地表水水质监测的自动化。

近年来，随着地表水水质自动监测的广泛开展，相关的仪器设备陆续研发并投入使用。地表水水质自动监测的项目主要包括[3～6]：①五项参数：浊度、电导率、pH、溶解氧、水温；②无机阴离子：主要为氯化物、氰化物、氟化物、硫化物、硫酸根；③营养盐及有机污染综合指数：氨氮、总磷、硝酸盐氮、化学需氧量、总氮、高锰酸盐指数；④金属及其化合物：主要有铜、锌、镍、铁、锰、钴、铅、砷、汞；⑤细菌学指标：主要为粪大肠菌群；⑥有机污染物：主要有芳香烃、苯、卤代烃、阴离子表面活性剂等挥发性有机物。

3 地表水水质自动监测设备种类性能现状

3.1 水质营养盐及有机污染综合指数自动监测

(1)高锰酸盐指数。自动监测仪器分析原理包括：高锰酸钾氧化-光度检测法、高锰酸钾氧化-光度滴定法，以及高锰酸钾氧化-电位滴定法。技术主要问题：高锰酸钾氧化-光度检测法易受到原水中泥沙等导致的浊度干扰，监测废液中容易存在二次污染；高锰酸钾氧化-光度滴定法则主要是测量时间较长，滴定速度较慢，易受浊度干扰监测结果；高锰酸钾氧化-电位滴定法，主要是滴定速度较慢，测量时间较长。

(2)化学需氧量。自动监测仪器分析原理包括：重铬酸钾氧化-电位滴定法、重铬酸钾氧化-光度检测法、电化学氧化法[7]。技术主要问题：重铬酸钾氧化-电位滴定法反应器较大，废液产生量及试剂消耗量均较大；重铬酸钾氧化-光度检测法由于是在高氯条件下，因此，硫酸银沉淀会影响测量值；电化学氧化法表现为氧化率不确定，比对一致性较差。

(3)总磷。自动监测仪器分析原理：过硫酸钾氧化-钼酸盐显色，分光度法，技术主要问题：抗坏血酸稳定性较差，需要定期更换和低温保存。

(4)总氮。自动监测仪器分析原理：技术主要问题。

(5)总磷。自动监测仪器分析原理：碱性过硫酸钾氧化-紫外光光度法，碱性过硫酸钾氧化-还原剂还原-NED+SAN显色[8，9]，分光光度法，技术主要问题：碱性过硫酸钾氧化-紫外光光度法易因方法限制，受水体浊度影响，测量结果偏低，对试剂纯度要求高；碱性过硫酸钾氧化-还原剂还原-NED+SAN显色，分光光度法，则还原步骤需要使用毒性试剂。

3.2 水质常规参数自动监测

(1)水温。自动监测仪器分析原理：热敏电阻法。

(2)pH值。自动监测仪器分析原理：玻璃电极法；技术主要问题：玻璃电极易污垢影响监测灵敏度，不同程度存在漂移，需要定期对其进行校正。

(3)溶解氧。自动监测仪器分析原理：电化学电极法、荧光法。技术主要问题：电化学电极法属于耗氧监测，需水体流动，定期对膜片进行清洗，补充电解质，维护成本较高；荧光法价格较贵。

(4)电导率。自动监测仪器分析原理：电极法。

(5)浊度。自动监测仪器分析原理：光散射法。技术主要问题：易沾污结垢，因此需要定期对其进行清洗。

3.3 水质无机阴离子自动监测

(1)氰化物。自动监测仪器分析原理：分光光度法、离子选择性电极法。技术主要问题：分光光度法显色剂稳定性较差，且易变质，需要在低温环境下进行保存；仪器流程复杂，分析速度慢。离子选择性电极法的检出限高，难以满足地表水自动监测应用需要，且电极漂移较为明显，需要经常校正。

(2)氟化物。自动监测仪器分析原理：离子选择性电极法[10]。技术主要问题：电极漂移明显，需要经常进行校正。

(3)硫酸盐。自动监测仪器分析原理：分光光度法。技术主要问题：钡盐比浊法，易因原水水样浊度影响。

(4)硫化物。自动监测仪器分析原理：分光光度法。

(5)氯化物。自动监测仪器分析原理：离子选择性电极法。

3.4 水质有机污染物及其他自动监测

(1)石油类。自动监测仪器分析原理：技术主要问题。

(2)阴离子表面活性剂。自动监测仪器分析原理：分光光度法；技术主要问题，需要使用有机溶剂萃取，废液往往存在一定程度的二次污染风险[11～13]。

(3)苯、芳香烃、卤代烃等物质。自动监测仪器分析原理：吹扫捕集-气相色谱分离-FID检测在线分析仪，该项技术需要氢气和氮气等相关气体配合，稳定性不强，气路复杂；吹扫捕集-气相色谱分离-微氩离子化检测在线分析仪，该技术使用到放射性物质，存在一定的潜在辐射风险。

(4)粪大肠菌群。自动监测仪器分析原理：固定酶底物法。技术主要问题：试剂应用成本较高。

3.5 水质金属及其化合物自动监测

(1)铜。自动监测仪器分析原理：分光光度法和电化学分析法。技术主要问题：电化学分析法主要存在维护要求高，电极易老化，干扰大，漂移明显。

(2)铅。自动监测仪器分析原理：分光光度法，电化学分析法；技术主要问题：分光光度法易因镍、镉等共存物干扰而影响，且灵敏度较低，低浓度地表水监测难以满足；而电化学分析法则往往电极易老化，维护要求高，共存离子干扰影响。

(3)锌。自动监测仪器分析原理：分光光度法和电化学分析法。技术主要问题：分光光度法往往因镍、钴等共存离子干扰明显；电化学分析法存在电极易老化，共存离子干扰，维护要求高等。

(4)镉。自动监测仪器分析原理：分光光度法、电化学分析法。技术主要问题：分光光度法灵敏度低，难以满足低浓度地表水监测，电化学分析法则电极易老化，受共存离子干扰，维护要求高等。

4 地表水水质自动监测技术应用及要点

4.1 地表水水质自动监测技术应用

随着环保意识的增强，以及对地表水水质监测要求的提升，在线自动监测能够实现对地表水水质的24 h自动监测，全面掌握地表水水质情况。在自动监测过程中，常对水的浊度、温度、电导度及水样中残留化学元素氯等进行监测[14]，并通过样品分析，获得相应参数，对其进行计算分析，获得相关监测数据。此外，为实现自动监测预警目的，要求自动监测系统能够做到自动报警，即，当地表水水质监测结果超过实际水源质量标准误差较大时，自动监测系统会自动发出警报，从而提升地表水水质监测效率。

4.2 地表水水质自动监测技术应用要点

(1)系统完整。根据《地表水自动监测技术规范(试行)》(HJ915-2017)，地表水水质自动监测需要建立一套完整的自动监测系统，在该系统中，应包括水质分析仪器、配套设备的集成，确保水质自动监测满足需求，达到水质测量的精准。此外，要注重系统的完整性，及时进行补充和完善。加强监测人员业务培训，提升水质监测能力和水平[15]。

(2)系统验收。根据《国家水质自动监测站系统验收考核办法》的相关规定，地表水环境自动监测系统应满足相关的技术性指导要求，符合相应的监测标准，一方面，为地表水水质监测提供了专业技术指导；另一方面，也为地表水水质监测提供科学监测标准，细化地表水水质监测数据指标内容。