印染废水在线监测技术发展及展望

府秋琴

（江苏省苏州市吴中区环境监测站，江苏 苏 州215128）

1 引言

随着我国经济的不断发展，城市化和工业化步伐的加快，国民经济水平和国际地位得到了大幅度的提高，但是与此同时也带来了一系列的水污染问题，其中难降解的工业废水处理是常见的难题之一。印染污水作为工业废水的重要组成部分，具有成分复杂、色度深、COD高且难以生物降解等特点［1，2］。随着印染工艺的不断发展，新型染料和助剂等难以被生物降解的有机物进入印染废水中，增加了印染废水的处理难度，其COD浓度也由原来的每斤数百毫克上升到2 000～3 000 mg／L，这些高浓度的印染废水一旦进入环境，会对环境造成严重污染。印染行业的日益发展壮大，难生化降解的高浓度工业废水也随之日益增多。现在，印染行业已成为我国排放量大、用水量大、废水处理较难的工业部门之一。为了实现环保技术的优质化和高效化，减少印染企业的偷排漏排等违法现象，对印染行业排放的废水实行连续、高效、特定的环境监测便成为必然的选择。

2 环境监测现状

2.1 环境监测工作发展历程

环境监测就是利用各种技术和方法对排放到环境中的污染物加以检测和分析，探究其对周围环境的影响，对环境质量做出客观、准确的分析和判断，同时对该地区未来的环境变化情况做出初步的预测。具体的监测方法包括：实践调查、样本获取、数据分析、信息处理以及集中评价等。环境监测的发展大致经历了以下3个阶段［3，4］。

2.1.1 被动监测阶段

环境污染自古就有，但环境作为一门学科是在20世纪50年代才开始发展起来。由于此时的环境污染物浓度通常处于微量级别（mg／kg、μg／kg）甚至更低，并且其基体复杂，流动性、变异性大，又涉及到空间分布及变化等，所以对分析的灵敏性、准确性等提出了更高的要求。因此环境分析在某种意义上促进了分析化学的发展，这段时期称之为被动监测阶段。

2.1.2 主动监测阶段

20世纪70年代，随着科学的发展，人们开始认识到影响环境质量的因素不仅是化学因素，还有物理方面的因素。因而，在时间和空间上开始对特定区域范围内环境质量进行测定，以了解、评价和预测人类活动对生态系统的影响。同时，监测范围也从单一的点污染的监测发展到以面污染以及区域性为基础的立体监测，这一阶段称为主动监测阶段。

2.1.3 在线监测阶段

监测手段和监测范围的扩大，虽然能够说明区域性的环境质量，但由于受采样手段、采样频率、采样数量、分析速度等因素限制，仍不能及时地监视环境质量变化，预测变化趋势，更不能根据监测结果发布应急措施的指令。20世纪70年代初，一些发达国家陆续建立了在线监测系统，并且使用了遥测和遥感等现代高科技手段，监测仪器用计算机遥控，监测过程中的数据用有线或者无线传输的方式实时传回监测中心控制室，经计算机处理，自动生成相应的表格，化成污染态势以及浓度分布图，可以在相当短的时间内观察到测量介质中污染物的变化以及预测未来环境变化趋势。当污染程度接近或超过环境标准时，可发布指令控制，并采取相应的保护措施，这一阶段称为在线监测阶段。

2.2 我国环境监测发展状况

我国目前已经建立了2 223个环境监测站，大概36万人在岗工作，占整个环保系统总人数的4%，高级技术人员有2 350人，中级技术人员有8 400人，另外，其他行业还有1万人参与环境监测事业，其中环境监测机构有2 634个，在岗人员约21万人［5］。这些数据表明，通过近几十年的发展，我国环境监测事业发展迅速，已经取得了较大的进步。

3 在线监测系统

3.1 在线监测系统组成

水质自动监测系统是在20世纪70年代发展起来的，在国外已有相当规模的应用，并被纳入网络化的“自然灾害防御体系”和“环境评价体系”。在我国则起步较晚，作为连续性监测工具的水质在线监测仪器则承担着提供准确的监测数据和监测报告的责任，在印染废水的环境监测工作中发挥着越来越重要的作用。

在线监测系统是以在线分析仪器为核心，运用自动测量技术、电子计算机技术、现代传感器技术、自动控制技术以及相关专用分析软件和通讯网络组成一个综合性的在线监测数据系统。其中，现场监测设备包括对印染废水治理动力设备运行的监控，即对印染废水处理动力设施运行状况的监控，根据废水治理设施运作的情况好坏，判断污染排放的合理性。通过对印染废水的COD、pH值、染料浓度等污染因子的监测，统计各项污染因子的浓度或总量，判定的排放是否达标，是否会污染生态环境和危害公众健康。另外，加入了进水流量的监控统计，通过进水量和排放量的对比，判断其工艺处理是否合理，是否存在作弊行为。

3.2 在线监测技术在印染废水中的应用及特点

3.2.1 COD在线监测技术

印染废水的COD值是判断其是否达到处理要求的重要的指标之一，目前市场上应用比较多的COD在线监测技术主要有3类［6］：重铬酸钾消解——氧化还原滴定法；重铬酸钾消解——光度测量法；UV 转换COD法。

（1）重铬酸钾消解——氧化还原滴定法。此类COD在线监测技术的工作原理：在所取水样中加入一定的重铬酸钾和硫酸银，然后在强酸条件下，部分重铬酸钾被还原，然后用硫酸亚铁铵反滴定剩余的重铬酸钾，根据重铬酸钾的消耗量，计算水样的COD值。优点：仪器工作原理与国标法更加的接近，测量精度好，重复率高，具有较高的代表性。缺点：测量过程中会造成二次污染，重铬酸钾的毒性较大，而且在监测过程中水样需要消解，耗时较长，设备的维护工作量较大。

（2）重铬酸钾消解——光度测量法。该类监测技术的工作原理：在所取水样、硫酸银、重铬酸钾和浓硫酸的混合液在消解池中加热到一定的温度，此时＋6价铬离子被还原成＋3价，从而使水样的颜色发生改变，颜色的变化程度和水样的COD值成比例，然后通过仪器中的COD标准曲线比色换算得到水样的COD值。优点：测量是基于国标法的改进，测量的周期短，可以批量测量，操作简单，氧化效率高，适合在线测量。缺点：对测量的洁净度要求较高，测量过程中会造成二次污染，重铬酸钾的毒性较大。

（3）UV与COD转换法。此类方法的工作原理较为简单，主要是印染废水中的有机物在波长为254 nm紫外区内，其COD值与吸光度成一定的相关关系，所以可以把254 nm处的吸光度作为一个有代表性的独立参数（光吸收系数SAC），用来评价水体的污染程度。优点：仪器结构相对简单，成本低，不要其他的化学助剂，对环境的污染小，测量周期短，可以实时监测。缺点：仪器的核心组件容易被污染，因此对测量的水质要求较高，而且需要大量的人工试验来校正转换系数，准确度交叉较差，只能作为特定污染源的监测。

3.2.2 染料浓度在线监测技术

在印染废水处理过程中，最为重要和直观的就是染料废水的表观颜色，不同的颜色决定了不同的水质，颜色越深，废水的染料的浓度也越高，因此染料浓度也是印染废水重点监测的对象之一。在染色过程中，对染料浓度进行测定的方法主要有荧光分析法、分光光度法、色谱分析法［7］。

（1）荧光分析法。该方法只能对被紫外光照射后发出荧光的染料进行分析，一般采用标准工作曲线法测定所取样品种荧光物质的浓度。即将标准物质与试样经过相同的处理后，配成标准溶液，测定这些溶液被紫外照射后的荧光强度，以荧光强度和标准溶液浓度作图绘制工作曲线，然后测定所取试样的荧光强度，对照工作曲线计算求出所取试样中染料的浓度。

（2）分光光度法。最常用的染液浓度测试方法是分光光度法，利用分光光度计测定染液的吸光度A，然后依据朗伯－比尔（Lambert－Beer）定律计算染液浓度：

式中：b为染液液层厚度；c为染料物质浓度；ε为摩尔吸光系数。其中，ε与被测物质性质及外界环境等有关。对于多组分染料溶液，则需要借助于合适的测试方法求出各染料的浓度。该方法主要的特点是测量迅速，实时性较强，设备构造比较简单，对人员技术要求不高，但对多组分染料浓度测量结果偏低。

（3）色谱分析法。色谱分析法将分离与检测集于一体，是重要的化学分析手段之一。它的工作原理是利用不同物质在两相中具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，试样中的染料组分在这两相中反复多次分配，从而使试样中的各染料组分得以分离，通过紫外检测器测定其浓度。此方法的特点是：适合多组分染液的分析，但是设备通常较复杂，对检测人员的技术要求高，检测时间一般较长，实时性比较差。

4 在线监测系统存在的问题及建议

4.1 目前在线监测存在的问题

4.1.1 对在线监测不够重视，经费投入不足

我国目前的环境监测工作还处于末端治理阶段，一般而言，都是哪里有污染事件就到哪里取样检测［8］。所以我国的环境监测一直处于被动污染监测阶段，没有能够切实做到实时在线监测。很多环保机构及主管环保工作的领导对在线监测在环境环境预防中的重要性地位也认识不足，致使监测系统在实施环境技术监督过程中缺乏依据，也影响了对在线监测系统的经费投入。

4.1.2 监测站建设不完善

就污染源监测项目的建设而言，监测站的建设与排污企业互相不协调，缺少了对污染源的监测，例如环境设备的投入力度、环保设施是否符合要求，人员配备是否齐全等等。同时，对于纺织印染行业的染整工艺这方面缺乏规范的管理。究其原因，一方面是政府环保部门的管理执法力度不够，另外一方面则是污染排放企业的抵触。

4.1.3 排污企业对污染源在线监测工作认识不足

由于一些企业对污染源在线监测这项工作的认识不足，特别是对环境污染认识不足，因此，企业不愿安装的问题非常突出，这种思想加大了在线监测工作的难度。有的排污企业装了不用，有的用上了也不使用、不检修、不维护，不仅造成大量在线监测仪器形同虚设，更导致大量资金的流失，浪费设备资源。

4.2 加强在线监测的建议

4.2.1 注重污染源在线监测工作，完善监测内容

作为地区环保部门，应该注重污染源在线监测工作的长远性和艰巨性，根据环保部有关文件精神，建立污染源在线监测体系的长远规划与目标，增加环保资金投入，逐步推进和完善监测子站的建设工作。同时，加强与企业沟通、协作，让企业也参与到完善在线监测这一大的体系中来。

4.2.2 加强企业的环境保护意识的引导和宣传

实行在线监测最根本目的是通过在线监管促进企业全面推行清洁生产，从源头上削减污染，杜绝偷排漏排的违法乱象。要使企业不能只关心眼前利益，而从长远的环境保护角度，以切实行动做好自然环境保护工作。并对不正常使用、甚至人为破坏在线监测系统的行为，应依法进行处罚。同时，对积极配合推行在线监测系统的企业，政府财政应当在建设和运行经费上给予相应的奖励。

4.2.3 积极推进第3方企业运营模式

随着我国市场化运营的逐步规范，按照环保技术的要求，由取得国家环保部颁发的环境污染治理设施运营资质证书资质企业维持排污企业环保设施的运营，是今后发展的主要方向。如果能出台相应措施使第3方企业与排污企业和环境监管部门不存在直接的利害关系，第3方企业直接对在线监测设备的运营负责，就能保证在线监测数据的准备性与可靠性，而且随着国家一系列的监测规范标准的出台，对在线监测系统的统一运营管理将会是很好的完善。

5 未来环境监测的展望

印染废水自动监测具有一次性投入费用昂贵，运行维护费用高，监测参数和监测代表性有限的特点，因而只适用于一些特定污染因子的监测，难以适用各种环境以及满足各种层面的监测要求。新方法的创新以及新设备的研制和开发，将国外成熟的技术与设备消化吸收并将其国产化，便可以在技术层面上改善目前的窘境。另外，从原理上取得突破的水质自动监测分析技术的研究，建立更加可靠有效的网络技术和软件平台，开发研究新型的仪器设备以及系统的质量保证是未来印染废水在线监测的发展方向。

［1］王 子，马鲁铭.催化铁还原技术在工业废水处理中的应用进展［J］.中国给水排水，2009（6）：9～13.

［2］蓝连贺.内电解法处理印染废水的效果研究与分析［J］.工业水处理，2004（7）：24～27.

［3］罗剑锋.环境监测与环境监测技术的发展［J］.环境与发展，2014（3）：183～184.

［4］奚旦立.环境监测［M］.北京：高等教育出版社，2004.

［5］刘光辉.关于我国环境监测现状分析及展望［J］.资源节约与环保，2014（1）：78～97.

［6］张江龙.COD（Cr）在线监测仪在印染废水污染源监控中的应用［J］.现代科学仪器，2008（6）：63～66.

［7］蒋裕平.印染废水处理系统在线监测改进方法探讨［J］.制造业自动化，2011（4）：156～158.

［8］潘永江，荣少鹏，孙亚兵.我国环境监测现状及其发展对策研究［J］.广州化工，2013（5）：158～160.