地表水污染中的实时监控技术

文_岳建伟 山西众智检测科技有限公司

在当前地表水环境污染日益严重的背景下，加强地表水监控力度，提高地表水污染监控工作质量，提升实时监测能力，对于保护水资源，防治水污染和提升水污染防治措施具有非常现实的意义。

1 我国地表水污染监测中的问题

1.1 设备能力不足

我国的地表水质量监测能力与美国和日本等国家相比明显落后，监测仪器和监测技术方面都存在很大差距。监测的数据质量不高、可信度不足。水质实时监测法、生物检测法和遥感技术监测法等高科技含量和高质量的数据监测技术都必须依靠先进的设备仪器。所以，想要提高地表水污染监测水平必须在监测设备仪器上增加投入，积极研发和引进高端监测设备仪器。

1.2 监测项目不全面

目前水环境监测主要监测的水质指标有微生物、有机物、无机物和重金属离子等，利用传统的水质监测技术只能对有限的污染物种类和污染物浓度进行粗略监测，不能对污染物的种类、污染等级以及污染形成原因进行全面细致的分析。传统水质监测技术存在很大的局限性，无法对水体水质进行综合性评估，传统的水质监测方法主要根据BOD和COD这两个指标来评价地表水污染情况，没有对其它有机污染种类和成分充分重视。

1.3 人员素质不足

监测人员作为监测工作的主体，对监测工作的质量起着决定性作用。我国监测单位工作人员的职业素质普遍有待提升。监测工作人员在实际监测工作中不能严格按照监测标准规定的要求来开展高质量的监测工作。存在着理论基础知识不扎实、专业操作能力缺乏以及实践能力缺乏等方面问题。

2 地表水污染的实时监测技术要点

2.1 传统理化检测技术

随着科技水平的不断提高，传统的监测设备仪器和监测技术方法也取得了很大程度的进步，监测设备仪器功能更加全面和灵敏，监测方法更加科学合理。在我国农业和养殖业比较集中的地域要针对性地加强地表水中有机污染物的监测，在重工业和能源化工企业密集地区要加强对地表水中重金属和高盐污染物的监测能力。要在高科技含量和针对性监测设备研发和生产上增加投入，积极创新完善针对各类污染物的监测方法，充分利用现场监测手段灵活的特点，做到对各类污染物高效、实时和准确的监测。

2.2 水质自动监测技术

水质自动监测技术是世界范围内一种比较先进的现代化监测技术。水质自动监测技术能够帮助水质监测工作人员对水质状况进行准确评估，第一时间掌握水质污染状况并及时掌握污染物扩散的趋势，在进行专业化分析的基础上可以短时间对水质状况作出预判。水质自动监测技术分为传感器直接监测法和抽水监测法两种，两种监测法可以独立使用，也可以根据实际情况相互联合使用。传感器直接监测法是指把相应的传感器设置在待监测水域，对水体pH和水体电导率等水质指标数据进行采集，再利用处理器对采集的数据进行分析处理，最终将处理后的数据以规律性和直观性的形式呈现在显示器上供工作人员参阅。抽水监测法是指使用抽水设备对待检测水域进行随机的采样，然后使用水质监测仪器和方法对水质参数进行监测和分析，最后形成直观化的数据分析报告。该技术在我国起步比较晚，技术上还比较落后，目前存在监测指标数据不详细、运行成本较高、某些特殊污染物自动监测存在空白等问题。水质自动监测技术各单元间关系如图1所示。

图1 水质自动监测技术各单元关系图

2.3 生物检测技术

传统理化检测技术只能对水体的pH值和电导率等物理指标进行简单检测，不能对水体中的水生生物相关污染状况进行检测，生物检测技术弥补了这个空白，一方面，生物检测技术能够对水体中水生生物群落的种类、密度以及分布特点做出科学的分析，在此基础上对水体中水生生物污染程度做出准确的评估；另一方面，通过应用生物检测技术长时间的检测和分析，能够对水域中水生生物的状况充分掌握，在此基础上可以将水生生物变化对水质的影响做出评估和预测，通过控制水域中水生生物的方式对水质进行干预；其三，利用生物检测技术可以开展慢性毒素研究，对一些可能会造成致病、引发畸形和致癌的毒素因子开展实验研究。生物检测技术其核心思路是利用各种水生生物对各种污染成分的敏感反应来判断待检测水域的水质状况，通过检测各种水生生物的种类、密度和分布状况来间接判断待评价水域水质。相比理化分析检测技术而言，生物检测技术能够更加客观、全面和准确地对待评价水域水质做出评价，然而生物检测技术不能对水质变化进行跟踪，不能发现水质变化规律，生物检测技术和理化检测技术的有机联合应用可以有效克服该缺陷。

2.4 微波检测技术

水体中的污染物质的电导率一般情况下都大于零。当对水体施加特定频率的电磁波时，水体中的污染物质能够吸收一部分电磁波的能量，甚至某些频率的电磁波能够激发污染物质内部电子发生电子能级跃迁。实验发现频率为300～3000MHz的电磁波对水体中的污染物有较好的极化和磁化作用。当微波扫描待检测水体时不同种类和不同浓度的污染物质对其敏感的电磁波的吸收能力不同，因而通过分析污染物质对电磁波磁化衰减和极化衰减的程度就可以判定待监测水体的水质，微波检测技术就是根据此原理而建立起的一种先进监测技术。

2.5 遥感监测技术

遥感监测技术是现代遥感卫星技术下产生的一种前沿监测技术。该技术具有高效、功能强大和覆盖范围大的特点，因此利用遥感监测技术评估地表水污染状况在未来具有非常广阔的应用前景。遥感监测技术是通过对水体污染物质的特定光谱进行采集和分析的方式评价地表水污染状况，利用遥感检测技术可以在采集污染数据的基础上构建水质预测模型，对大地域范围内的地表水污染状况和空间分布特征进行实时高效监测，目前遥感监测技术在监测地表水分布状况、水体富营养化和有机物污染方面发展比较快速并取得了一定的成效。值得注意的是遥感监测技术在现实应用时要注意与地面监测技术联合使用，通过太空遥感监测和地面实时监测充分联合达到对地表水污染状况的全方位监测。

3 地表水污染监控中实时监控技术的应用实例

刘莉萍对曲靖市地表水实时监控系统进行了研究。她应用计算机语言和软件对曲靖市地表水实时监控系统的技术架构进行明确，该系统静态建模运用UML语言的类图工具来设计，动态建模运用UML建模语言的动态结构活动图、时序图和协作图工具来设计。在实验测试环节中，主要对所设计系统的核心功能做了测试，获得了曲靖市地表水实时监控系统各个模块的功能和具体运行步骤的相关数据。该地表水实时监测系统在技术上去除了传统的老旧技术，借鉴了国外领先的技术和经验，该系统选择B/S结构进行系统构建，运用MVC设计理念进行系统构架设计，具体的架构搭建运用J2EE理念完成，框架结构设计采用Hibemate和Stmts技术实现，采用SQL Server2012技术实施资源库设计。经过测试表明曲靖市地表水实时监控系统分别实现了实时管理业务、信息管理业务、数据管理业务、统计分析业务和数据自动采集传输业务。各个功能模块得到了良好的运行，实现了设计模块预期的功能，该系统实现了站点查询、实时监控、监控报警、趋势分析和信息显示等功能。该系统运行后，曲靖市地表水实时监控系统的自动化程度得到了大幅度提升，以往需要大量人员的监控技术基本都实现了自动化操作，该系统的运行可以大大节省人力资源和经济成本，具有良好的社会效益和经济效益。

4 结语

水资源污染问题是全世界需要面对的一个重大问题。我国的地表水污染问题尤其严峻，污染严重和治理薄弱是我国目前的现实情况。生物检测技术、遥感监测技术、微波检测技术以及水质自动监测技术可以明显提高水质污染分析全面性和准确性，能显著提高水质污染分析数据的质量，但是我国在实时监控技术方面起步晚，发展较慢，很多技术尚未成熟。为了使得地表水资源得到有效保护，提高地表水污染防治工作成效，应该重视在水污染实时监控技术和水质检测设备仪器方面的投入和研发力度。