水質(zhì)“指紋”識別術(shù) 治污界的福爾摩斯

近月來，我國對除西藏以外30個省區(qū)市的70個城市的黑臭水體整治開展了現(xiàn)場督查。但正如生態(tài)環(huán)境部水環(huán)境管理司司長張波所說，督查有一定的偶然性，如廣州市下了大雨，第二天去督查，很多地方的黑臭水都冒出來了，被督查組“正好趕上”;有些城市在督查期間沒下雨，問題就被掩蓋住了。

不過，水質(zhì)指紋(以下簡稱水紋)污染預(yù)警溯源技術(shù)和儀器能解決這樣的偶然性。在去年，深圳環(huán)境監(jiān)察等部門聯(lián)合對某工業(yè)區(qū)的污水排口水質(zhì)進(jìn)行檢查，正是通過該技術(shù)快速識別出違法排污的嫌疑企業(yè)，開出了深圳市第一筆千萬級的環(huán)保罰單。

水紋污染預(yù)警溯源技術(shù)和儀器是清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院吳靜課題組自主研發(fā)的，并在2017年獲得了第45屆日內(nèi)瓦國際發(fā)明展特別金獎。清華大學(xué)還通過與蘇州國溯科技有限公司的合作，批量生產(chǎn)了水污染預(yù)警溯源儀。

那么，這種技術(shù)為何如此“火眼金睛”，能快速準(zhǔn)確識別排污企業(yè)?

依靠水紋揪出污染“嫌疑犯”

清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院副研究員吳靜解釋道，不管在什么行業(yè)，每一家企業(yè)生產(chǎn)的原料、中間產(chǎn)物、特征污染物、工藝、管理水平等都有所不同，最終排放到水體中的殘留污染物也是不同的，所以每家企業(yè)的廢水中都包含自己獨特的信息，這就是廢水的水紋。“我們曾監(jiān)測過一家河北企業(yè)，新廠建設(shè)在內(nèi)蒙古，雖然新廠的原料、生產(chǎn)工藝等與老廠相同，但由于新工廠的工人比較年輕，操作不如老廠工人熟練，所排放的廢水水紋與老廠也有區(qū)別，可以識別出來。”

利用水污染預(yù)警溯源儀的三維熒光光譜可以看到，每種物質(zhì)發(fā)出的熒光都不一樣，物質(zhì)濃度越高，在圖譜中就越突出，而采集水紋就是采集廢水的熒光圖譜。

“我們已經(jīng)建成了目前全國最大的廢水指紋庫，其中包括13大類、161種，覆蓋了當(dāng)前生活污水和大水量的工業(yè)廢水的污染源水紋庫;覆蓋我國28個省、4個直轄市、2個特別行政區(qū)以及29個國家共244個水體的水體水紋庫;350種各類化合物的化合物水紋庫，而且水紋庫還在不斷升級和擴(kuò)大中。”吳靜表示，廢水水紋庫類似于警察的疑犯指紋數(shù)據(jù)庫，把需要檢測的水質(zhì)指紋與水紋庫比對，就能發(fā)現(xiàn)“嫌疑犯”了。

“溯源是水紋技術(shù)的重要功能。比如發(fā)現(xiàn)一股偷排廢水，其上游有三家企業(yè)，通過廢水水紋圖譜與這三家企業(yè)的水質(zhì)指紋進(jìn)行比對，就能輕松判斷這廢水是哪一家或哪幾家排放的了。”吳靜說。

半小時鎖定目標(biāo)留存證據(jù)

目前，通常的污染源溯源主要是針對重點污染源進(jìn)行一對一的在線監(jiān)管，或以特征污染物來識別污染源的方法。但是常見的化合物有上萬種，常規(guī)的一種檢測儀器往往只能檢測有限種類的污染物，因此，投入大、測量時間長。“我們的水紋污染預(yù)警溯源儀器可以加載在常規(guī)的24小時在線監(jiān)測儀器上，并與其他類型的污染溯源技術(shù)相互補充、互相支持，形成更加有效的組合拳。”吳靜說，這樣一來，通過現(xiàn)場污染水紋與企業(yè)的原始水紋對比，很快就能發(fā)現(xiàn)“疑犯”。原先需要數(shù)周左右的排查時間縮短到了半小時左右，而且證據(jù)確鑿，監(jiān)管重點指向清晰。

“留證”也是預(yù)警溯源儀的獨特功能。“儀器可自動保存水質(zhì)指紋10年以上，一旦發(fā)現(xiàn)問題，能夠自動留取異常水紋作為追查證據(jù)。”吳靜說。

此外，預(yù)警溯源技術(shù)還可以根據(jù)用戶當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況來設(shè)定預(yù)警條件。當(dāng)設(shè)定的水紋強度超過了預(yù)警限值，或者水紋出現(xiàn)異常時，自動監(jiān)測儀器就會自動預(yù)警。

應(yīng)用不受限保障飲用水安全

吳靜課題組目前已開發(fā)出了一系列水污染預(yù)警溯源儀，其包括在線式、移動式和實驗室臺式等。從2010年起，水污染預(yù)警溯源儀就開始連續(xù)監(jiān)測太湖水質(zhì)。在運行期間多次檢測到水質(zhì)異常和報警，并根據(jù)檢測到的污染類型，快速準(zhǔn)確地確定了污染源頭，避免引發(fā)飲用水安全事件等。

“水紋污染預(yù)警溯源技術(shù)也為‘河長制’的落地提供可靠支撐。河長是河流水環(huán)境的第一責(zé)任人，一旦有污染出現(xiàn)，河長就需搞清楚污染源，廓清責(zé)任，落實污染治理和處罰，也避免為偷排企業(yè)背鍋等。”吳靜說。

目前，已開發(fā)了多尺度的污染溯源技術(shù)和方案，可以服務(wù)大到長江、黃河這樣的大流域，小到工業(yè)園區(qū)和污水處理廠，不但能為跨界斷面水質(zhì)的穩(wěn)定達(dá)標(biāo)提供關(guān)鍵信息，而且能促進(jìn)實現(xiàn)城市水環(huán)境高效預(yù)警溯源和黑臭水體源頭治理，實時監(jiān)管工業(yè)園區(qū)企業(yè)超標(biāo)排放和偷排，保障污水處理廠有序運行等，來支撐國家水環(huán)境的精細(xì)化管理需求。

標(biāo)簽： 福爾摩斯 水質(zhì) 指紋