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翟家骥:生物在线预警系统是未来水质在线的发展方向

2015.11.17

  分析测试百科网讯   “鱼活对水环境的变化十分敏感,当水体中有毒物质达到一定浓度时,就会引起一系列中毒反应。”翟家骥说,“生物监测水体水质检监测、生物在线预警系统是未来水质在线的发展方向。这是因为,虽然水质考核指标含量都达到要求,但是对水质的实际安全性依然存疑。而水中残留的难降解有机物、消毒副产物等存在较大生物毒性的物质,无法简单用COD、BOD或TOC来表征,这些物质存在于水体中对环境和生态都有一定的威胁。对生物毒性进行综合的评价,能够有效的对水体的安全进行全面的评估,而且基本不需要化学试剂,无污染。”

        2015年11月16日,第八届中国在线分析仪器应用及发展国际论坛暨展览会(CIOAE2015)在京开幕。多位专家、学者带来了精彩的大会报告。

  本次会议上,北京城市排水集团有限责任公司水质检测中心技术主任翟家骥高级工程师的报告题目是《在线技术在水环境监测中的应用及发展趋势》,报告中介绍了水质自动监测的目的、意义及要点,水质自动监测仪器配置的基本原则,水质自动监测的现状及发展趋势。

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北京城市排水集团有限责任公司水质检测中心 翟家骥高级工程师

水质自动监测的目的、意义及要点

  水质自动监测的目的

  翟家骥在报告中指出,今天水环境的复杂性与每个人都息息相关,水质自动监测的目的是掌握流域重点断面水体的水质状况、预警预报重大或流域性水质污染事故、建立水环境监测大数据库、解决跨行政区域的水污染事故纠纷、监督总量控制制度落实情况、以及监督排放达标情况。

  水质自动监测的意义

  水十条提出,要强化城镇生活污染治理,加快城镇污水处理设施建设与改造;根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002),水质自动监测站迅速发展增加,为水质分析仪器市场提供了大量的应用机会;另外,污水处理厂和再生水厂的出水作为新的水资源回用于地表水、工业用水等方面,对污水处理过程和再生水排放的水质监测也有着严格的要求。而水质自动监测的意义就是要紧紧抓住水十条的实施机会,积极推进水环境质量自动监测网络的统一布局,开展水质变化趋势预测和预警能力建设,以满足水十条规定的水质评价与考核要求。

  水质自动监测的要点

  水质自动监测基本要求是满足在线分析的代表性、准确性、实时性以及安全性、可维修性,经济性等。在线分析系统的核心技术是在线分析仪器技术,关键技术是样品处理系统技术及其关键部件技术。

水质自动监测仪器配置的基本原则

  翟家骥指出,水质自动监测仪器配置的基本原则就是根据检测指标配置仪器。为了获取准确可靠的监测数据,一般分析方法的选择按照以下原则选取:

  要求检测方法的灵敏度和准确度满足现场监测需求;

  检测方法成熟,具备较好的重现性,准确度较好;

  具备较好的抗干扰能力,能满足大多数样品的监测需求;

  方法原理容易实现自动监测,所需的试剂具备较长的保质周期。

水质自动监测的现状

  仪器设备方面

  翟家骥以以化学需氧量CODCr为例,介绍了水质自动监测的现状。以经典通用方法——GB11914-1989进行测定。作为评价水体有机污染程度的综合指标,对水中有机物的氧化率可达90%,测定的可靠性和重现性好。但是仍无法氧化或者无法完全氧化直链的脂肪族、芳香族碳氢化合物和吡啶等难降解物质。且具有试剂用量大,对水体有二次污染、易受Cl-等干扰等缺陷。

  信息通讯方面

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水质自动监测在信息通讯方面的现状

  水质自动监测在信息通讯方面,从分析仪器/传感器,到集成控制系统,利用通信服务,到达应用平台。

水质自动监测的发展趋势

  翟家骥报告中还指出,目前的在线监测仪器存在的问题是:监测参数可扩展性、数据可靠性和可溯源性、药剂的使用对环境的二次污染、数据的针对性与应用性。针对这些问题,水质自动监测的发展趋势是模块化、过程化、减量(低害)化以及特异化。

  模块化

  水质自动监测将趋于模块化,根据监测项目的不同选择不同的配置,如监测高锰酸钾指数,可以使用单参数检测模块;监测总氮、COD(UV法)、硝酸盐氮可以,使用连续光谱检测模块;监测氟化物、氯化物,可以使用电化学检测模块。

  过程化

  在工业生产和污水处理厂中,过程性在线监测技术发展迅速。主要表现在石油化工、自来水、制药、市政污水处理及水产养殖、工业废水处理、锅炉等行业。

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水质自动监测过程化

  翟家骥还介绍了污水处理厂各监测点如污水处理厂总进水、一级/二级处理出水、生物处理池、再生水等的检测项目。

  减量(低害)化

  在减量(低害)化方面,主要有TOC在线监测技术和UV254在线监测技术等。这些监测技术在测量过程无化学药品消耗、无二次污染,可以准确反映水体中的COD含量。

  TOC在线监测技术:有研究表明,在水质相对稳定的情况下,水环境中的TOC与COD显著的线性相关。TOC测定仪在高温条件下把有机污染物燃烧氧化成水蒸气与二氧化碳,使用非分散红外检测器检测二氧化碳浓度得出有机污染物,具有流程简单、重现性好、灵敏度高、稳定可靠、测量过程无化学药品消耗、无二次污染、测试成本低廉、抗干扰能力强、测量对象全面等等优点。对水中有机物的氧化率可达98%。国外许多国家将TOC在线自动监测仪置于工厂总排污口,随时监测污水的排污情况。有些国家已制定了TOC的排放标准。

  UV254在线监测技术:传统的COD在线监测技术无法氧化或者无法完全氧化直链的脂肪族、芳香族碳氢化合物和吡啶等难降解物质。有研究表明,天然水体和污水厂二级处理出水中含有芳香烃和双键或羟基的共轭体系的有机化合物,如多环芳烃、腐殖质和木质素等,在254nm 处都有强烈吸收。经臭氧处理后的污水处理厂再生水,COD(GB11914-89)与UV254呈现良好的变化趋势和线性关系。同时,UV254具有对有机物测定的专属性,因此对准确判定水体中COD的真实含量有一定的借鉴意义。

  特异化

  在特异化方面,生物毒性的指示性应用研究成果将逐步应用至饮用水、地表水和再生水的质量监测和异常预警中。

  几项有较大发展潜力的生物预警技术

  未来有较大发展的在线监测方法有发光菌监测系统、双壳软体动物监测系统(测量双壳软体动物 体内重金属含量)、鱼类监测系统以及水溞监测系统,这些生物对水环境变化十分敏感。翟家骥详细介绍了这几项有较大发展潜力的生物预警技术。

  1.基于发光菌的生物毒性在线监测技术。发光细菌法是利用灵敏的光电测量系统测定毒物对发光细菌发光强度的影响,判断毒物毒性的大小。

  2.斑马鱼毒性试验。利用斑马鱼毒性试验可以进行试验研究有:一定时间内的L50;利用胚胎毒性、幼鱼毒性进行短期慢性毒性评估;利用其生殖发育可获得长期慢性毒性结果。

  3.基于鱼类毒性的在线测定技术。鱼活对水环境的变化十分敏感,当水体中有毒物质达到一定浓度时,就会引起一系列中毒反应。

  4.水溞监测系统。溞科,浮游生物对于水体中的有害物质比较敏感,低浓度的重金属、农药和一些有毒物质显著影响他们的生长和繁殖、行为反应、形态特征和生理生化等过程。

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