实时水质

2005年10月4日，安恒公司总经理万众华随同有关领导同志一同参观考察了北京翠湖万亩湿地修复工程，并对翠湖湿地规划原则自然为本、以水为本、原生为本中的水质实时在线监测系统进行了专项考察，回答了有关领导同志关于水质监测方面的问题，并就安恒公司致力于以水质监测分析为核心的水环境监测评价和供水水质安全的公司业务，向大家进行了详细的介绍。 《湿地公约》是历时8年之久的酝酿和多边谈判，终于在１９７１年２月２日于伊朗拉姆萨尔签署的一个旨在保护和合理利用全球湿地的公约《关于特别是作为水禽栖息地的国际重要湿地公约 》（简称《湿地公约》）。 《湿地公约》中对湿地是这样定义的：湿地系指不问其天然或人工、常久或暂时之沼泽地、湿原、泥炭地或水域地带，带有静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体者，包括低潮时水深不超过６米的水域。湿地是自然资源和生态环境的重要组成部分，对促进可持续发展战略和保护人类生存环境具有重要意义。 湿地与森林、海洋并称为全球三大生态系统，具有维护生态安全、保护生物多样性等功能。 人们把湿地称为“地球之肾”、天然水库和天然物种库。湿地作为一种资源，在保护环境方面起着极其重要的作用。湿地可以调节降水量不均带来的洪涝与干旱，将过多的降雨和来水存储、缓冲，然后逐步放出，发挥蓄洪抗旱的功能；湖泊、江河、水库等大量水面及其水生植物可以调节气候，水体的热量调节和蒸发作用可以使设置地区的酷热降温，空气湿度增加；湿地植被的自然特性可以防止和减轻对海岸线、河口湾和江河、湖岸的侵蚀，使植物根系及堆积的植物体稳固基地、海浪和水流的冲力削弱、沉积物沉降，促淤造陆速度是裸地的３－５倍；在地热较低的沿海地区，下层基底是可以渗透的，淡水一般位于较深的咸水层上面，通常由沿海的淡水湿地所保持，因此，湿地可以防止海水入侵，保证生态群落和居民的用水供应，防止土地盐碱化；湿地流入到蓄水层的水，可以成为浅层地下水系统的一部分，使之得以保存和即时补充；湿地生态系统大量介于水陆之间，具有丰富的动植物物种，所以湿地保持生物多样性的功能，是其他任何生态系统无法代替的；另外，湿地中还有许多挺水、浮水和沉水植物，它们能够在其组织中富集金属及一些有害物质，很多植物还能参与解毒过程，对污染物质进行吸收、代谢、分解、积累及水体净化，起到降解环境污染的作用。 湿地还是许多珍稀野生动植物赖以生存的基础，对维护生态平衡、保护生物多样性具有特殊的意义。 湿地是全球价值最高的生态系统，据联合国环境署２００２年的权威研究数据表明，一公顷湿地生态系统每年创造的价值高达１．４万美元，是热带雨林的７倍，是农田生态系统的１６０倍。 全球湿地面积达５．７３亿公顷。中国首次湿地资源调查显示，我国现有湿地面积３８４８万公顷，居亚洲第一位，世界第四位 。 北京作为中国的首善之区，是国际化的大都市，将在2010年以前投资3。36亿元建设12个湿地保护区，总面积5万公顷，到时将增加约百亿立方米雨洪的调蓄和地下水源的补给来源，约占北京降水的总量的1/4，大大缓解北京地区的缺水状况。依据世界湿地公约、1992年里约环保公约、21世纪议程和中国湿地保护行动计划等，通过对湿地的标本采集的科学调查研究手段，对湿地中生态多样性和环境质量指示性动物群落完好性的生态系统进行研究、增加生态系统的稳定性、湿地修复工程和保护性开发。 翠湖湿地位于北京市海淀区西北的上庄镇，因南口的冲积、洪积成为海淀翠湖扇，使北京温榆河的上游，是首都的后花园，是北京的江南水乡，是北京近郊仅有的一片湿地，翠湖万亩湿地修复工程是保护和开发湿地，合理调控水资源的必然要求。在翠湖湿地修复工程中应用了美国HACH公司的Hydrolab多参数水质分析仪，对湿地修复工程的水质常年实时监测，以一个树立在湿地旁边巨大的电子屏幕实时公示给社会公众，通过对水质的监测和生态系统修复，建立城市湖泊湿地对郊区生活污水自然净化模型，为解决郊区农村生活污水处理提供样板；建立水利、生物、生态工程相结合的综合开发利用水模型，构成养水、用水、循环用水的可持续发展模式，并通过环境多样性—生物多样性—景观多样性—经济多样性的循环，形成都市农业经济、生态结构和可持续发展模型，实现城乡在环境互衬、经济互补、资源净化循环的互动，实现十六大中共中央关于我国经济社会发展的五个统筹和以人为本的科学发展观，建立以循环经济为特征的和谐社会。 万亩翠湖湿地正在逐步成为人与自然高度和谐的北京都市型绿色生态现代农业产业带和休闲光旅游产业带，成为上风上水上海淀的核心区域南沙河风景休闲旅游服务区的中心 HACH的hydrolab水质多参数探头和野鸭嬉戏，与环境和谐相处，奇妙无比！

p 　　迄今为止，移动水质分析技术还没有权威的明确定义，不过，顾名思义，相对于仪器安装位置相对固定的实验室水质分析和在线水质分析这两种分析技术而言，移动水质分析技术，是指通过间断或连续移动水质分析仪器设备，以缩短待测水样和水质分析仪器设备的空间距离为手段，实现水质快速、实时、现场就地分析的技术。通过移动水质分析技术，实时获得水质数据，可以对水质状况进行快速评估，还能够从三维尺度对水深或岸线变化给水质带来的影响进行立体分析 也可以实时分析在广大的水域范围内，由于水的流动性和其他因素所引起的水质在时间和空间上的变化。 br/ /p p 　　 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 01 /strong /span /p p span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 　　传统的移动水质分析技术 /strong /span /p p 　　移动水质分析技术，是在水质现场快速分析技术的基础上发展起来的，最初是用于满足水质现场快速分析的需求(有些水质参数如：水温、透明度、电导率、残余消毒剂、溶解性气体等，由于水样保存条件的要求和限制，其最佳的测试地点就是现场)。采用现场快速分析，既能节省用户将样品带到实验室的时间，还可防止样品在运输过程中的成分改变，及时获得更准确的分析数据。 /p p 　　 strong 标准和规范对“现场与原位监测”提出了要求 /strong /p p 　　在我国HJ/T 91《地表水监测技术规范》中，就明确规定： span style=" text-decoration: underline " “凡能做现场测定的项目(pH、溶解氧、水温、电导率、透明度、盐度等)，均应在现场测定，并尽量原位监测。” /span 在HJ/T166《地下水监测技术规范》中，也对现场测定的水质指标作了相应要求。HJ91.1《污水监测技术规范》中，也明确要求： span style=" text-decoration: underline " “水温、pH 值等能在现场测定的监测项目或分析方法中要求须在现场完成测定的监测项目，应在现场测定。” /span 最近倍受关注的黑臭水体，仅用了4个水质参数作为黑臭等级的评估依据，其中透明度、溶解氧(DO)和氧化还原电位(ORP)3个参数都要求采用现场分析。 /p p 　　移动水质分析技术自出现以来，由于其具有不需要固定的检测场所，试剂和仪器都是可携带的，检测速度快、操作简便，非水质分析专业人员也可熟练掌握等众多优点，在许多领域都得到了应用和发展，有了明确定义和详细的技术要求，如在卫生监督领域，其特定的名称叫做“现场快速检测”(Rapid Detection)，主要用于对食品和水以及其他涉及卫生健康安全的产品进行现场快速监测，相应的行业标准是WS/T458《卫生监督现场快速检测通用技术指南》 在环境保护领域，叫做“应急监测”(Emergency Monitoring)，是指在突发性环境事件发生后，为发现和查明环境污染情况和污染范围而进行的环境监测，具体是对水污染物、污染物浓度、污染范围及其变化趋势进行的监测，相应的行业标准是HJ589《突发性环境事件应急监测技术规范》。 /p p 　　除了饮用水卫生安全和环境监测领域，在水质分析仪器日益增多的过程分析领域，也有移动水质分析技术的大量应用。过程分析技术(PAT)中的“近线”(at-line)分析方法，也常常采用便携式水质分析仪器，比较重要的应用有：电力行业便携式电导率分析仪、微量溶解氧、溶解氢分析仪分析纯水及蒸汽品质 供水行业浊度、余氯的测试 污水处理行业的便携式污泥浓度分析仪、便携式溶解氧分析仪以及污泥沉降比(SV)分析等等。 /p p 　　 strong 传统移动水质分析技术的核心要素：可移动的水质分析设备以及载体 /strong /p p 　　当然，人是最有效率的载体，典型的场景是：人们携带水质分析仪器设备在水边完成水质分析工作。 /p p 　　传统的移动水质分析设备一般由以下几部分组成： /p p 　　1、 可移动的水质分析仪器 /p p 　　2、 与仪器配套的预制试剂 /p p 　　3、 采样工具 /p p 　　4、 水样储存装置 /p p 　　5、 分析废液储存或处置装置 /p p 　　6、 为大型分析仪器供电的装置。 /p p 　　7、 上述设备的载体(便携箱、车、船等) /p p 　　传统移动水质分析技术采用的分析仪器设备，从形式上讲，有试纸、试剂盒、手持式仪器、便携式仪器、便携式水质实验室、移动水质实验室(车载、船载)等。 /p p 　　近年来，便携式水质分析仪器、预制试剂(各种包装的即开即用型化学试剂包或化学试剂套装，使用时无需进行称量稀释等配制工作)以及车、船改装技术的进步和发展，特别是市场对水质现场快速检测技术的需求，共同推动了移动水质分析技术的应用和普及。 /p p 　　便携式水质分析仪器从可携带性(重量轻、体积小、能耗低等)、抗震性、可靠性以及可分析水质参数的数量上都得到了很大的提高，不仅可以完成水质物理、化学指标分析，还出现了可现场分析大肠杆菌/肠球菌等微生物指标的便携式分析仪器 /p p 　　用于水质分析的预制试剂在种类、质量可靠性、废液产生量的减少等方面也有了长足的进步 /p p 　　车、船改装技术的进步，为水质移动实验室的产品化和自动化提供了可靠的技术支持，通过将“水质分析实验室搬到水样面前”，便携式色谱、质谱仪以及各种光谱仪等大型仪器都能到达水质分析现场，原本微量有机污染物、重金属等只能在实验室分析的水质指标也实现了现场快速分析，可以现场分析的水质参数越来越多。 /p p 　　移动水质分析技术的迅速发展和普遍应用，推动了移动水质实验室产品的标准化，为了规范移动水质实验室以及相应可移动仪器设备的生产、销售与应用，国家发布了一系列的国家标准，如：GB/T 29476《移动实验室仪器设备通用技术规范》、GB/T 38118《地表水快速检测移动实验室通用技术规范》和GB/T35401《地下水快速检测移动实验室通用技术规范》。各种通用技术规范的发布和实施，既为移动水质实验室产品的生产、验收提供了依据，也标志着移动水质实验室技术走向了成熟。 /p p 　　 span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 02 /strong /span /p p span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong 　　不断发展的新一代移动水质分析技术： /strong /span /p p 　　 strong 水的三种属性：自然属性、社会属性和生态属性 /strong /p p 　　虽然传统的移动水质分析技术和实验室水质分析及在线水质分析一道，提供了大量瞬时水样或者固定位置水样的水质分析数据，但是，由于水的特殊性：“地球上最重要的资源、地球生物生存的基本要素、对于人类和我们赖以生存的环境有着无可替代的独特价值。。。”，让水同时具备了自然属性、社会属性和生态属性这三种属性。水天然的流动性决定了水质会随着时间和空间的不同而发生变化，仅仅是知道固定位置或者瞬时水样的水质状况是远远不够的 在水的生态属性层面，还需要了解自然水体在时空变化的情况下的水质状况 在社会属性层面的饮用水安全领域，也需要了解水在输配过程中的水质变化，特别是微生物滋生的风险 城市排水领域，还需要及时了解污水在排水管网的运行状况，是否有“客水”渗入、污水外排等问题 尤其是在突发性环境事件出现时，由于污染物进入环境后会不断发生迁移和变化，想要及时掌握有关的污染证据、对进入水体的污染物浓度随时间和空间的变化情况进行了解，以及污染范围的评估和确定，单靠传统的移动水质分析技术也很难实现。 /p p 　　 span style=" text-decoration: underline " 名词解释：瞬时水样(instantaneous water sample)-指从水中不连续地随机(就时间和断面而言)采集的单一样品，一般在一定的时间和地点随机采集。 /span /p p 　　 strong 新一代的移动水质分析技术应运而生 /strong /p p 　　进入移动通信时代以来，为了实时分析一定时空序列中水质的变化情况以及对一定区域范围的水质进行总体监测，结合了现场快速检测、移动测量(mobile measurement)以及实时移动通信技术、云计算等多种技术特点的新一代的移动水质分析技术应运而生。 /p p 　　除了实时移动通信技术、云计算等赋能技术的加持，和传统的移动水质分析技术一样，新一代的移动水质分析技术的发展也是伴随着可移动水质分析仪器的技术进步，以及载体的多元化而发展的。 /p p 　　(从传统移动水质分析技术的两种核心要素-可移动的水质分析设备以及载体来看，通过卫星或无人机搭载光谱仪对江河湖海进行遥感监测从广义上讲也算是一种新型移动水质分析技术，限于篇幅，这里不讨论遥感技术) /p p 　　 strong “可移动水质分析仪器+云+移动网络”三位一体 /strong /p p 　　与移动通信时代的主要工具--智能手机一样，可移动水质分析仪器在智能化、小型化(可移动性)上一直都在进步 同时，各种新材料、新方法也不断进入水质分析仪器领域，以核酸特异性酶、三维荧光光谱等为代表的各种新的测量原理也开始应用于现场水质分析，进一步提高了水质现场分析的速度、灵敏度，可现场分析的水质参数种类也不断增多。移动互联网的普及和云计算的出现，使得移动水质分析的数据实时共享成为现实：现场获取的水质数据，将同步存储在云端，通过云端可对多个不同位置、不同来源的水质数据同时进行处理、存储、运算，对水质在一定时空范围内进行动态分析，水质分析数据还可实时发布、展示，真正实现数据共享，这对于突发性污染事件发生时污染范围的评估和确定是非常有价值的。 strong 新一代的移动水质仪器已经变成了“可移动水质分析仪器+云+移动网络”三位一体的真正的智能化移动水质分析仪器。 /strong /p p 　　在适当载体的支持下,移动水质分析还可以获得比传统固定式在线水质分析成本更低、覆盖范围更广，信息量更大的一定区域和流域内的大量实时水质数据。目前，在各种新型载体的支持下，这些移动水质分析的场景正在成为现实：无人船(艇)搭载水质传感器，结合定位系统，实现一定水域范围内水面的水质连续监测 水下机器人搭载水质传感器及深度传感器，可对一定深度范围内以及水下分层水体按照各层级的不同情况从三维角度进行立体化水质分析 一种搭载了多个不同水质传感器，能够在管道内随水流自由游动的“浮球式”下水道动态监测工具也已经面市，可实时识别排水管网内“客水”渗入或雨水渗漏风险，保证城市排水管网运行安全 /p p 　　。。。。。。 /p p 　　“移动技术正在重塑世界”，当下的地球，移动技术已经深入了人类生活的方方面面。新一代的移动水质分析技术不仅具有在线水质分析这类实时分析技术通常意义上的时间和空间的特点：即从时间上，是即时分析 从空间上，是位于或者接近样品所在地分析。而且，结合特定载体的移动、移动通信技术和云计算、物联网等赋能技术，移动水质具有更广泛的时空分析意义：相对于只能提供固定时间(瞬时水样)水质数据的实验室水质分析技术或固定空间水质数据的在线水质分析技术，新一代移动水质分析技术不仅能够监测连续时空序列内水质的变化情况，还能实现广大区域内的水质数据实时共享，为从系统角度统筹考虑水环境、水生态、水资源、水安全、水文化和岸线等多方面的联系提供数据支持，达到对自然水体进行生态系统整体性和流域系统性的评估和治理的目的 还能够结合地理信息系统(GIS)等工具，为对城市供排水系统进行系统性和整体性综合管理提供支持。 /p p 　　 strong 水无处不在，借用一句老东家的slogan：“有水的地方就有移动水质分析”。 /strong /p p strong br/ /strong /p p style=" text-align: right " strong （供稿：重庆昕晟环保科技有限公司& nbsp 总经理程立） /strong /p p br/ /p

近日，首套我国自主研发生产的浮标式水质自动监测系统投放湘湖，为湘湖应急备用水源装上了一套实时监测的“安全报警器”。 　　湘湖是萧山应急备用水源的库区，水域总面积达3.2平方公里，总蓄水容积960万方，湘湖水质的好坏直接影响了城市应对供水安全风险的能力和萧山区的社会稳定。 　　为了确保城乡居民的饮用水安全，在钱塘江三江口突发水污染事件的应急时刻也能让萧山百姓喝上放心水，湘湖管委会、区环保局和中船重工第715研究所的工程师在新建成的湘湖应急备用水源二期落雁岛附近水域安装了一套水质自动监测浮标系统，用于动态监测湘湖水域的实时水质情况。 　　据了解，该浮标设备由中船重工第715研究所自主研发而成，是国内第一套用于淡水水域水质监测及预警的国产浮标监测系统，系统采用太阳能供电，内部安装有高精度的水质传感器和GPS卫星定位系统，能够全天候、自动连续监测湘湖水质情况，并通过无线网络向数据中心实时传输电导率、pH值、溶解氧浓度、叶绿素浓度、氨氮浓度等近10项常规水质检测数据，相关的技术人员便可以通过采集的海量动态数据进行实时分析和评估，及时发布水质水情的预警信息。 　　该自动浮标监测系统的投放使用，大大提高了水质监测的效率，避免了人工操作过程中的误差，对确保湘湖应急备用水源的水质安全有十分重要的意义。经过十余天的连续动态监测，湘湖水域的水质情况良好，部分指标达到甚至超过I类水标准。