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中国水质在线监测在艰难中起航

行业聚焦点中国仪表网2009年05月25日 09:20人气:4205

2005年底,松花江遭硝基苯污染。

2007年6月,江苏无锡太湖蓝藻爆发。

2008年夏,云南阳宗海中砷含量严重超标。

2009年初,江苏盐城30吨工业废水偷排。

以上重要的环境水污染事件,仅仅是近年来家喻户晓的几起。环境保护部4月14日公布的数据显示,在2008年,环境保护部直接参与解决的环境事件就达135起,与饮用水污染相关的有46起。

2008年的环境挑战并非个例,而始于2005年的自动水质监测系统则是环保部门试图以技术手段遏制污染排放的重大举措。这一年,当时的环保总局要求在所有主要排污口安装自动水质监测系统。

据环保部的数字,2008年,85.5%的污水处理厂出水口安装了在线监控装置。

然而,北京公众与环境研究中心主任马军发现:尽管国家已出台相关政策,水质在线监测产品依然不能满足实际的要求。而且,个别污染物质,比如二恶英,很难实现真正的在线监测。

从实验室到实地

从水源地采到样品,运送到实验室,利用实验室的各种仪器对水质进行分析,这是传统的水质监测手段。虽然在实验室中分析手段完备,但是传统的水质监测存在耗时长、样品不易保存等诸多缺点。通过在线手段实现的自动水质监测系统,利用电或者生物感应器等手段,可以适时得到当前的水质数据。

常规水质在线监测仅包括5个参数:pH值,溶解氧,电导率,浊度和温度;其他监测指标还包括氨氮,如总碳(TOC)和化学需氧量(COD)这两项有机物指标,总磷总氮、叶绿素/蓝藻等。只需经过几分钟的数据采集,水源地的水质信息就可发送到环境分析中心的服务器中。一旦观察到有某种污染物的浓度发生异变,环境监管部门就可以立刻采取相应的措施,取样具体分析。对于水质在线分析系统,中国水利部水质监督检验测试中心高级工程师刘晓茹认为:“其关键优势在于快速而准确地获得数据。”

2005年7月,《污染源自动监控管理办法》颁布,但是,真正给这个行业带来强劲推动力的,却是那年年末发生在吉林,横跨黑龙江省,又延伸到俄罗斯的松花江污染事故。在这次罕见的特大环境事故里,硝基苯污染带在我国境内行走42天。虽然持续了将近一个半月的时间,但是由于初期信息发布渠道不畅和在线水质监测系统监测不力,这条长时间的污染带对一些污染点下游的城市,以及一些俄罗斯的乡村,变成了一场猝不及防的水污染事件。

“如果当时有自动水质监测系统网络就好了。”美国环境工程公司哈希的中方商务经理邱彤宇说道,“有了自动水质监测系统,我们可以在污染带到达下游城市之前,提前几个小时,甚至几天提供水质预警。”

即使有了便捷的自动水质监测系统,目前的技术仍不能满足环境监测的需要。刘晓茹诉记者,目前监测主要关心几个总体性的参数,比如:COD、总磷总氮量等;对于特定的有机污染物,如具有很强毒性的二恶英,却缺乏相应的手段在线检测,而缺乏这些数据,环境学家就很难对完整的环境水质做出一个真实确切的判断。

美国沃特世(Waters)公司中国市场总监舒放向《科学新闻》解释,目前检测有机污染物的成分和含量主要还是依靠色谱/质谱联用等高端分析仪器,但由于复杂耗时的样品前处理和仪器的限制,目前还很难实现真正的在线实时监测。

此外,利用COD指标来衡量有机污染物含量,也可能得到失真的检测结果,因为氧气的消耗还可能来源于亚硝酸盐等无机还原性污染物被氧化的过程。

另外一个问题在于,现今的水质标准是基于实验室检测得出的,而实地样品经过长时间的采集运输之后,物理化学性质往往会发生一定的变化,这使得一些关键污染物的指标从实验室得来后,直接搬到实时自动监测系统上去用,显得很不合适。

水利部黄河水利委员会水问题专家王玉华还指出,自动水质监测系统的另一个不足是,为了保证自动监测系统正常工作,必须定时更换试剂,清洗和校正电极,这对于在野外工作的人来说,大大增加了工作量,而且还必须对他们进行培训。

从政府到企业

即使自动水质监测系统广泛安装在所有可能的污染点上,它们能不能起到真实的作用,还有赖于当地企业和监管部门的配合。

邱彤宇就指出,现在的法律法规要求污染企业安装并且启用水质监测仪器以防止水质污染的发生,但是这些仪器很可能仅仅是个摆设,谁也不愿意去用这些监测设备,因为谁也不想看到产生对自己不利的数据。

在很多地方,现在对污染企业的要求是必须每天4次通过自动水质监测系统向当地的环保局回报监测结果。作为应对上面政策的“对策”,会产生污染物的企业只要改变每天的排污时间,很容易就可以避免被自动水质监测系统发现污水的真实数据,而且,也无法确保污染企业会去维护那些自动水质监测系统。

根据国家环保总局(现在的环境部)于2005年发布的管理条例,没有在规定的时间内安装自动水质监测系统的企业,可处以1万元以下的处罚;对于损坏监测设备、篡改监测数据的企业,可处以10万元以下的处罚。这些钱远远少于建造和维持一个污水处理设备所需要的花费。显然,从经济角度而言,即使排污企业的违规行为被发现,它们的损失也并不大,违法受到的处罚不足以让它们吸取教训。

要解决这个问题,有必要将自动水质监测系统委托给一个第三方机构建立和维护。这个第三方机构必须独立于环境监管部门和污染企业之外,而且拥有一定的专业资格。目前,已经有了这样的第三方机构,比如总部设在广州的广东新创建环境投资公司已经在花都区成功建立了自动水质监测体系。然而,该公司的首席专家周晓嵘诉苦道:“建立这样一个可靠的系统已经没有问题。问题在于用来更新试剂和调节仪器的资金远远不够,这些资金目前只能来源于当地的环保局。所有人都会对你说监测环境变化的重要性,但是没人想为这个工作买单。”

从出现问题到解决问题

在我国,与水质监测相关的部门,除了环保局之外,还有承担着河流水质监测的水利部,以及负责城市水资源利用和城市污水灌溉的城乡建设部。邱彤宇认为,如果这些部门紧密合作,共享数据,就能大大提高自动水质监测系统的效率和可信性。打个比方,在某地的污染企业非法排放了废水,并通过隐瞒数据使得当地的环境监管部门没有得到信息,但是它们排放的废水,一定会影响到附近河流的水质,当地的水利监察部门将会发现这个异常数据。如果水利监察部门能及时把这个情况反馈给当地的环保局,污染企业绕过监测仪器偷排污水的行为就有可能被抓住。

中国水利部水质监督检验测试中心的刘晓茹工程师在谈到这个问题时说道,我们也很希望能和其他的水质监察部门分享和分析数据,但是,要从环保局拿到我们需要的数据不是个容易的事。具体怎么解决这个问题,有待于上级领导的协调。

北京公众与环境研究中心的马军则寄希望于透明的监管体制和强大的公众压力。如果当地的民间社团和一些专业组织,能从环境监督部门的网站上获得所有的自动监测数据,再结合它们自身的观察和分析,哪些数据是否作假,就一目了然了。

自然环境的恶化,污染物质的排放,直接影响到了当地人民群众的生活和健康。为了一个好的环境,每个人都会行动起来,将环境监督部门所得到的数据和实际的环境变化相联系,阻止偷排污水隐瞒数据等问题的出现。基于这种压力,自动水质监测系统将更有效地发挥对潜在的污染企业的监督;而对于环保部门,也不会让违法的排污企业成为“漏网之鱼”。

水质监测:Waters的解决之道

据沃特世(Waters)中国市场总监舒放介绍,尽管对水中有机污染物现在尚无法实现在线实时监测,但是该公司的技术进展正在逼近这个目标。

Waters最近推出了一套实验室用的饮用水自动检测系统,它将自动样品前处理和高效液相色谱/质谱联用仪(LC/MS)整合为一体,以前需要取样一升水,现在则只需要20毫升。灵敏度便可达到10ppb。半小时内可对20多种重要有机污染物进行定量分析。由于饮用水比较干净,检测相对容易,地表水的检测要困难得多。但是由于近年来超高效液相色谱仪(UPLC)的商业化,可以将样品的分析速度缩短到5分钟以内,并且载液用量大为节省,这就使得液相色谱用于在线分析成为可能。当然,在线自动样品前处理还需要大的突破。技术的突破最终将使在线气相色谱和在线液相色谱用于在线水质监测,到那时我们就会实时地知道什么化合物正在污染着水质。

不过舒放也承认,由于美国的环境状况远好于中国,因此对于实时在线水质监测并没有像中国这样迫切的需求。“两国面临的环境压力不同,美国环保署(EPA)已经开始关注水中的化妆品和药品残留的微量污染,而中国这边(污染企业的)大(排污)管子还在流。”

Waters多年来一直关注与中国的合作。2007 年 5 月,该公司与当时的中国环保总局就建立“二恶英实验室和监测网”的实验室仪器设备签订采购协议。舒放透露,该项目一期的4个实验室仪器去年已经在重庆、广州、沈阳和杭州安装完毕。这批设备并非只能检测二恶英,“即使对于美国和欧盟等新近增加的其它持续性有机污染物同样可以检测。”舒放说。

舒放还解释道,美国有几百家实验室在按照EPA标准做常规水质检测。另一个重要的问题是如何保证不同仪器和不同操作者都能以同一标准获得同样可靠的检测数据。这就需要标准样品和水平测试(PT)。仪器就像是尺子,而水平测试就像是尺子上的刻度。水平测试合格才能获得认可证书,检测的数据才有效。美国环保署规定水质检测实验室每年必须至少两次通过这样的水平测试。Waters近年来连续收购了两家水平测试专业公司ERA和APG,就是为了使公司的检测平台更加完善。
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