水处理中环境监测技术及污染防治

王 伟

山东省滨州生态环境监测中心

随着我国工业化生产的快速发展，加大了水的污染程度[1]，水的污染已经引起了广泛的关注。伴随当前可持续发展战略的提出，国家加大了环境治理工作力度，相关部门针对涉及排污的企业加强监控，制定相应的治理措施。但从水污染治理整体情况来看，仍存在不足之处，还需不断优化水环境监测及水污染防治技术的应用，以更好地推动水环境的科学化研究。

1 水处理中环境监测技术

为保障水环境安全，水环境监测技术应运而生，主要包括地表水监测、地下水监测、采样监测、遥感监测等[2]，一般情况下往往根据水环境所处的位置选择不同的监测技术[3]。地表水监测技术可以监测地表水的污染程度，确定造成其污染的元素；地下水监测可以使用抽样法动态分析地下水质特点；采样监测可以定量采集水体样本[4]，排除污染干扰物；遥感监测则可以分析水污染物对光的反射能力，监测水体的污染状态。

水处理主要包括两种处理形式，一种是物理处理，一种是化学处理。物理处理可以利用各种各样的滤材吸附水中的污染物[5]，或通过沉淀法来祛除水中的污染杂质；化学处理主要利用各种化学药品进行杂质转换，以此达到净化水体的目标。

1.1 设计多传感器水环境监测仪

为提高水处理中环境监测的准确性，必须使用敏感性较高的多传感器水环境监测仪，本文根据水环境监测选项对该监测仪进行研究，其主要组成结构如图1所示。

图1 水环境监测仪组成结构

该多传感器水环境监测仪主要由主控MCU模块、CDMA通讯模块以及LED液晶显示模块组成，主要通过水环境监测仪可以放大信号，再将其转换成AD数字信号，完成信号滤波处理之后，以此获取准确的水环境监测信息。除此之外，该水环境监测仪可以直接读取来自数据采集中心的水环境监测数据，并与RS232连接进行数据通信与交互。

影响水环境监测结果的参数非常多，因此设计的水环境监测仪必须同时满足多种参数的测量条件，即必须能进行微量测量、远距离测量，且能实时显示测量数据，基于上述测量条件，本文选取C-201电极作为水环境监测仪的核心电极，如图2所示。

图2 水环境监测仪核心电极

该核心电机具有较高的灵敏性，能根据溶液的酸碱度产生不同程度的直流电位变化，再转换成电信号完成水环境污染信息的采集，保证数据采集质量。

1.2 采集水环境数据

为提高水环境监测治理效果，需要以真实可用的水环境监测数据作为研究基础。本文使用WSN无线传感器来采集水环境监测数据，其实时性较高，使用成本较低，可在各种不同范围的水环境进行监测。WSN无线传感器组成结构如图3所示。

图3 无线传感器组成结构

该无线传感器具有三种不同类型的节点，即汇聚节点、用户节点、传感器节点，这些节点均随机部署在水环境监测区域中[8]，并通过相互合作完成数据采集及数据处理，再将处理好的数据传输到监测中心。

各个水环境监测节点内部组成结构均相似，可同时进行感知、处理、通信，部分节点还添加了定位功能，以无线传感器节点为例，其组成结构如图4所示。

图4 无线传感器节点结构

无线传感器节点由定位模块、移动管理模块、感知模块、数据处理模块、无线通信模块 以及功能模块组成。感知模块可以感知监测区域的信息，完成信息采集，数据处理模块则实时将采集到的监测数据转换成相应的通信信号完成数据交换。

本文所采集到的水环境监测数据包括相关的pH值、温度等，还包括一些复杂的化学指标。根据所采集到的数据，分析研究区域的水质特点，制定水质检测样本数据集。为了提高采集数据的准确性，便于监测数据的管理，需要进行数据清洗。首先使用Navicat for MySQL与本地数据库连接，再进行数据库命名，选取字符及utf8_general_ci排序规则。其次新建水环境监测数据表格，对其命名，去除原始数据。最后利用MySQL对采集的数据进行除杂处理，剔除数据噪声，完成数据清洗。

清洗完毕的水环境监测数据内可能还存在微小误差，本文使用Pikard迭代法对数据集进行赋值，划分数据集中的条件选项，生成隶属度函数μij

公式（1）中，μX代表样本隶属度函数，XJ代表子集特征值，该函数可以侧面反映水环境监测数据特征，根据该数据特征可以设计特征函数g（x）。

公式（2）中，cr代表样本特征向量，不同的监测区域存在不同的特征空间，还可以根据Ruspini模糊集原理计算模糊划分空间M。

公式（3）中，CC代表划分矩阵，I代表水环境数据类别，根据上述模糊划分空间可以构建合理的监测数据处理矢量模型J。

公式（4）中，xi代表加权特征值，wi代表欧氏距离，使用上述公式可以有效地完成水环境监测数据采集处理。

1.3 构建水环境监测平台

根据上述所获取的数据构建水处理环境监测平台，该水环境监测平台可以同时完成数据采集与分析，并进行信息汇聚，得到精准的水环境监测结果，该水处理环境监测平台的框架如图5所示。

图5 水环境监测平台

水环境监测平台在处理信息采集后可借助中心服务器完成信息统计与分析。为提高监测平台的监测有效性，使用Zigbee作为本文构建平台的网络拓扑，该网络拓扑的主要优点如下：

第一，该网络拓扑可以改变传感器的生存时间，有效地进行数据处理和信息定位，提高传感器的稳定性；第二，该网络拓扑可以从根本上提高网络传感器节点之间的通信效率，避免环境因素对传感器造成的干扰；第三，该网络拓扑可以实时识别网络协议内部的控制数据，保障信息的传输有效性。

使用上述的水处理环境监测平台可以最大程度上保证水环境监测的实时性，实现水环境质量的有效监测。

2 水处理中污染防治对策

2.1 完善防治机制

研究表明，现有的水环境污染防治机制的防治效果较差，因此急需完善现有的防治机制，提高水环境污染的防治效果。可根据水环境污染现状制定相关的防治体系，再结合治理过程中产生的问题对其不断优化。除此之外，还应该积极进行精细化管理，从各个方面进行水环境污染防治，实现环境污染防治的科学化和精细化。

根据各个区域的水污染现状制定相关的污染防治计划，切实提高水生态环境管控水平，避免出现新的水环境污染问题。

2.2 优化防治技术

为提高水处理的效率，改善水生态环境质量，必须要优化现有的水环境防治技术。积极引入新型信息化技术，对水环境污染数据进行快速智能分析与处理，提取环境污染特征，从而制定有针对性的解决方案，提高水环境污染的处理效果。除此之外，还应将传统的水环境防治技术与新型防治技术有效融合，最大程度上提高水环境防治的有效性。水污染控制应以防范为主，从污染程度较低的水体着手，防止污染程度较低的水体污染程度加重，对污染严重的水环境进行整治，要从源头上遏制污染源头，清除腐败底泥，恢复生态系统，增加水环境的流动，以解决污染水环境问题；以推进区域的洁净生产为辅，用洁净的资源取代传统的矿物资源，以降低企业的能耗。

2.3 减少污染物排放

水环境污染防治的核心就是减少污染物的排放量，因此在后续水环境污染治理时，需要了解重点工程的污染物排放量，而现今大部分水环境污染的污染源均来自城市居民，因此在进行水污染治理时应对污染源所在的区域实施追踪管理，对污染源较多的区域进行重点监督，实时监测污染物的排放量，避免污染物超标导致的水生态环境遭到破坏，一旦发现污染物超标问题需要立即采取有效的处理措施，避免形成二次污染。不仅如此，还应该使用先进的污染水体处理工艺，减少污染物的排放总量。使用循环用水系统，对废水进行循环再利用，降低污染物总量。通过节约生产废水、规定用水定额、改善生产工艺，提高废水的重复利用率和采用无污染或少污染的新工艺；通过减少企业的废气、废水和固废总量，并使其对大气的污染水平有所下降；通过强化非点源污染治理，规范农药和化肥使用，降低农药和化肥使用过量，促进绿色农业技术的发展，降低对水体的影响，从而最大程度地降低污染物的排放量。

2.4 构建跨区域协同治理机制

行政划分也是进行水污染综合防治的依据，而不同区域的污染程度不同，因此可以通过加强区域治理来达到污染防治的目的，所以需要构建跨区域协同治理机制，构建该机制具体包括以下多个方面的内容：

首先，从物力控制上，主要应用截污分流技术和疏浚技术。截污分流技术是针对城市污水的污染控制技术，利用这种技术对城市废水进行科学、合理的控制，同时也可以有效地改善城市的水质状况。但在实践中，仍需对污水管道、泵站等设备进行适当的改造，并对其进行定时维护，以保证截污、分流技术的效能最大化，提高污水的最终处置效率；而淤渣淤积技术则是一种处理淤渣淤积的技术，能够清除污染程度比较高的淤渣，从而减轻沉积层的内力，达到控制水质的目的。其次，在化学控制上，可以采用化学除藻技术和重金属固定技术，比如，对于水体中越来越多的营养成分，可以采用化学除藻技术，并结合不同的水质条件，选用适当的硫酸铜和柠檬酸，再加入适当的药物来控制细菌的繁殖；而重金属的固定技术，就是用来处理一些被酸性和重金属污染的水域，然后加入一些碱类，比如石灰石，与水中的酸液发生化学反应，达到一定的pH值，从而达到稳定的效果。再次，在生物控制上，可以通过对水中的植物进行生物修复，使其达到对环境的吸收和新陈代谢，消除水中的污染，从而达到改善水质的目的。

3 结语

综上所述，对于设计水处理环境监测技术，要基于此技术进行防止措施设计，进一步提高水环境监测的有效性，通过完善防治机制、优化防治技术、减少污染物排放、加强区域治理等各方面工作防治水环境污染。