何 敏

（江西省萍鄉(xiāng)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心，江西 萍鄉(xiāng) 337000）

引言

生態(tài)文明建設(shè)工作的持續(xù)深入，水作為人類賴以生存和發(fā)展的重要資源，也成為當前環(huán)境保護過程中的重點內(nèi)容。但就目前實際情況來看，水資源污染情況相對較為嚴重，相應(yīng)監(jiān)測工作以及污染防治措施的應(yīng)用效果難以得到良好保障。因此，加強對于水處理中環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的深入研究，以及相應(yīng)污染防治措施的優(yōu)化探討是十分有必要的。

1 水處理中主要環(huán)境監(jiān)測技術(shù)

1.1 電化學法

電化學法是水環(huán)境監(jiān)測過程中的主要方式，多用于檢測水體pH 酸堿度、流速方面，通過對電化學法的應(yīng)用和研究，設(shè)計相應(yīng)水環(huán)境監(jiān)測儀器，能夠?qū)崿F(xiàn)對于水環(huán)境的實時多參數(shù)監(jiān)測。

1.1.1 pH 測量

pH 酸堿度的測量可采用雙鉑片計時電勢法。該檢測方法主要是通過對于電流階躍的控制，進行暫態(tài)測量，因此也被稱為恒電流法。在實際進行pH 測量的過程中，溫度會對傳感器的精度造成影響，因此需要對其溫度相應(yīng)情況進行分析，經(jīng)實驗得到pH 為4、6.85、9.17 時，傳感器溫度響應(yīng)情況見表1，由表1 可知，計時電勢法測量的開路電壓值與溫度值均呈線性關(guān)系，也間接說明了鉑片表面確實發(fā)生了Pt 與PtO 的相互轉(zhuǎn)換。

表1 pH 傳感器溫度響應(yīng)

該檢測方法與玻璃電極相比，主要優(yōu)勢體現(xiàn)為以下幾個方面：第一，雙鉑片電勢法為固態(tài)電極，不易碎，而且適應(yīng)性較強；第二，電極無需進行特殊處理，能夠直接在相應(yīng)裝置中使用進行檢測；第三，電極輸入阻抗較低。

1.1.2 流速測量

提高流速測量計的靈敏度是當前監(jiān)測技術(shù)研究的主要內(nèi)容之一。對此，可借助氧化鎢電極設(shè)計流速檢測傳感器，以此實現(xiàn)對于低流速液體的測量。相應(yīng)測量裝置結(jié)構(gòu)情況見圖1。該裝置能夠?qū)⒊刂幸后w的流速控制在0.08～40 mm/s 范圍內(nèi)，相應(yīng)流速調(diào)節(jié)單位為0.08 mm/s，極大地滿足了低流速實驗需求，經(jīng)過進一步實驗測量之后，發(fā)現(xiàn)該測量方法并不適用于液體流速超過25 mm/s 的情況，因此，該技術(shù)方法不能夠應(yīng)用在流速較大的水體監(jiān)測當中。該流速傳感器的主要優(yōu)勢在于成本較低，無需進行復雜的數(shù)據(jù)處理流程，檢測方法相對較為簡單、高效[1]。

圖1 測量裝置結(jié)構(gòu)示意

1.2 紫外可見光譜技術(shù)

1.2.1 顏色測量

水體顏色測量能夠有效反應(yīng)水質(zhì)的好壞情況，可通過對可見光波段的吸收光譜實現(xiàn)對于水體顏色的測量。其中三刺激值可用于描述水體顏色，計算公式為

式中：x(λ ) 、y(λ )、z(λ ) 為視覺匹配函數(shù)；A( λ )為測量溶液的吸光度；S(λ )為光源的光譜功率分布。

相應(yīng)坐標計算公式如下：

通過相應(yīng)紫外可見吸收光譜測量得到的結(jié)果，運用上述坐標計算公式，能夠得到溶液色坐標，進而實現(xiàn)對于水體顏色的分辨。

1.2.2 濁度測量

濁度測量能夠?qū)崿F(xiàn)對于水體污染情況以及富營養(yǎng)化程度的分析，而且還有助于監(jiān)測廢水過量排放情況。相較于以往紅外光波監(jiān)測方法，紫外可見光的散射強度更大，能夠更好地反應(yīng)水體的濁度情況，其主要原理是在無色液體當中，溶液吸光度多是由于顆粒物散射入射光而產(chǎn)生，相應(yīng)散射強度與顆粒的大小和形狀之間有著密切的關(guān)系，當顆粒物直徑遠小于入射光波長的1/10 時，將會呈現(xiàn)出瑞利散射現(xiàn)象，其強度公式為

式中：I 表示瑞利散射強度，單位為mW/Sr；I0表示入射光強度，單位為mW/Sr；K 表示瑞利散射系數(shù)；N 表示單位體積微粒個數(shù)，單位為個/cm3；V 表示微粒的單位體積，單位為cm3；λ 表示入射波長，單位為nm。

因此可通過設(shè)計紫外可見光濁度傳感器，實現(xiàn)對于水樣中濁度的有效測量。該方法適用于懸浮顆粒直徑在0.1～20 μm 的水樣測量當中。

1.2.3 化學需氧量測量

化學需氧量主要指的是進行水處理的過程中，消耗氧化劑的量，主要用于檢測水體當中有機物、硫化物等還原性物質(zhì)的含量以及污染情況[2]。但是由于水體中存在懸浮顆粒物，會阻擋可見光的傳播，影響檢測結(jié)果的準確性，因此，需要在實際進行檢測的過程中加強對于濁度補償?shù)难芯?。對此，可通過對吸光度曲線下移系數(shù)的分析實現(xiàn)濁度補償，經(jīng)過試驗驗證，得到了不同濁度下吸光度曲線下移系數(shù)的線性擬合公式，見表2。經(jīng)驗證該濁度補償效果優(yōu)良，有著較好的實用性。

表2 不同濁度下吸光度曲線下移系數(shù)的線性擬合公式

1.3 遙感技術(shù)

遙感技術(shù)基于其本身的動態(tài)化、自動化監(jiān)測優(yōu)勢，在水環(huán)境監(jiān)測當中有著極其廣泛的應(yīng)用，而且相應(yīng)監(jiān)測成本較低，準確性較高，極大地減少了人為監(jiān)測過程中的影響。當前遙感技術(shù)在水環(huán)境監(jiān)測當中主要應(yīng)用在以下幾個方面。

1.3.1 固體懸浮物測量

可利用紅外光波對懸浮物展開遙感監(jiān)測，通過建立懸浮物輻射值模型，實現(xiàn)濁度測量。當前常用的濁度傳感器包括散射型以及透射型兩種，前者是基于廷德爾效應(yīng)，后者是對于入射光衰減程度的監(jiān)測，二者的響應(yīng)曲線存在一定差異，見圖2。透射型和散射型濁度計是當前兩種最為基礎(chǔ)的檢測方法，因此對于濁度測量計的研發(fā)也多是在這兩種方法上改進優(yōu)化而來。

圖2 響應(yīng)曲線

1.3.2 水體富營養(yǎng)化測量

可借助紅外光波段、可見光波段實現(xiàn)對于水體含氧量的監(jiān)測，在實際環(huán)境監(jiān)測過程中，若水質(zhì)出現(xiàn)變化，富營養(yǎng)化程度增加，就會使得水中的浮游植物數(shù)量有所增加，進而導致紅外光波段出現(xiàn)變化，在陡坡效應(yīng)的作用之下，相關(guān)監(jiān)測人員通過采集到的數(shù)據(jù)信息，能夠?qū)崿F(xiàn)對于浮游生物的有效判斷，進而分析水體富營養(yǎng)化情況。例如，在水環(huán)境監(jiān)測過程中，水體當中的浮游植物數(shù)量在短時間內(nèi)大幅增加，就會使得遙感裝置采集的反射光譜發(fā)生變化，可以此作為水體富營養(yǎng)化監(jiān)測判斷的依據(jù)[3]。此外還能夠通過對葉綠素a、總氮、總磷以及化學需氧量的測量實現(xiàn)對于富營養(yǎng)化的監(jiān)測。相應(yīng)計算評價因子營養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)（TLI）以及營養(yǎng)狀態(tài)分別為：TLI＜30 時，為貧營養(yǎng)；30≤TLI＜50為中營養(yǎng)；50≤TLI，為富營養(yǎng)。

2 水處理中污染防治對策

2.1 費用函數(shù)模型

為強化對于水污染防治強度，在保障污染治理環(huán)境效益的同時，還需要考慮相應(yīng)經(jīng)濟效益，因此可通過建立費用函數(shù)模型，實現(xiàn)對于水污染治理經(jīng)濟效益的控制，以此為水污染處理系統(tǒng)各環(huán)節(jié)工藝的選擇提供科學決策依據(jù)。費用函數(shù)包括冪函數(shù)、一元線性函數(shù)、二元非線性函數(shù)、多元線性函數(shù)以及指數(shù)函數(shù)等多種模型，模型形式分別為

在實際應(yīng)用分析的過程中，需要結(jié)合相應(yīng)污水治理特點和需求，合理選擇相應(yīng)費用模型。例如，對于污水處理廠以及再生水廠而言，其工程規(guī)模較大，單位處理水量以及基建費用與規(guī)模之間負相關(guān)，因此可選擇冪函數(shù)形式作為費用模型[4]。模型公式為

式中：E 表示工程費用，單位為萬元；Q 表示設(shè)計規(guī)模，單位為萬米3/日；a，b 表示模型系數(shù)。

2.2 稀土濕法污染分析

稀土濕法防治技術(shù)主要是通過濕法分離相應(yīng)污染物，通過氧化焙燒、鹽酸浸取、萃取分離，最后進行稀土金屬以及合金制備。以某地區(qū)氟碳錦礦的濕法分離為例進行探討。相應(yīng)氧化焙燒過程中的主要化學反應(yīng)包括：

將稀土境況在回轉(zhuǎn)窯內(nèi)進行焙燒，通過外加熱方式進行處理，焙燒溫度控制在500 ℃～600 ℃之間，維持1 h，然后轉(zhuǎn)入浸出環(huán)節(jié)，通過稀鹽酸、堿轉(zhuǎn)進行兩次浸出得到錦富集物和少錦氯化稀土，在進行萃取分離，景觀氯化稀土濕法合成。景觀分析后，發(fā)現(xiàn)該區(qū)域廢水當中包含的主要污染物為鋇、氦氮、化學耗氧量、懸浮物等[5]。以此為依據(jù)進行廢水監(jiān)測方案的設(shè)計，并有針對性地采用相應(yīng)過程治理以及末端治理技術(shù)，全面保障水污染防治效果。

2.3 村落污水治理技術(shù)

針對村落污水問題，可采取生態(tài)土壤法、分層生物濾池處理技術(shù)等進行污水治理。生態(tài)土壤法治理原理是利用不透水層在地下建設(shè)生物濾池，通過通氣性土壤作為好養(yǎng)性填料，將生活污水引入草坪，并向地下土壤滲透，使得污水直流在艷陽砂盤當中，在借助表面張力上升，在虹吸作用的支持下，不斷向下層土壤滲透，最后流出生物濾池，達到將水與污染物分離的目的，相應(yīng)工藝流程見圖3。處理完成的水會被回收利用，有機物被分解為無機物留在土壤當中，氮碳變成氣體逸散在空氣中，磷則被土壤吸附截留，或者被其他植物利用。

圖3 生態(tài)土壤凈化工藝流程

分層生物濾池處理技術(shù)主要是利用生物膜法進行污水處理，該技術(shù)工藝主要包括濾床、布水裝置以及排水系統(tǒng)。污水通過格柵進行預(yù)處理，然后進入分層生物濾池，與生物膜接觸，將污水當中的有機物吸附降解，或者被生物池當中下層吸附性填料吸附，最后將處理達標的污水排放或者綠化回用。該技術(shù)的主要應(yīng)用優(yōu)勢在于基建運營成本較低，而且污泥產(chǎn)量較少，此外該系統(tǒng)的抗沖擊能力較強，能夠有效節(jié)約空間，是當前污水治理過程中應(yīng)用效果較好的技術(shù)措施。

3 結(jié)論

綜上所述，水環(huán)境監(jiān)測以及污染防治工作是水處理過程中的重點內(nèi)容，當前常用的水環(huán)境監(jiān)測技術(shù)主要包括電化學法、可見光譜測量技術(shù)、遙感技術(shù)以及生物測量技術(shù)等，在實際應(yīng)用的過程中，應(yīng)結(jié)合相應(yīng)監(jiān)測需求，合理選擇不同監(jiān)測技術(shù)，同時還應(yīng)積極針對相應(yīng)技術(shù)進行優(yōu)化開發(fā)，不斷提升監(jiān)測水平。在進行污染防治工作的過程中，應(yīng)加強對于防治技術(shù)的合理選擇和應(yīng)用，通過建立相應(yīng)費用模型實現(xiàn)對于治理技術(shù)的科學選擇，還可以根據(jù)實際水處理區(qū)域、治理目的等，選擇稀土濕法污染分析技術(shù)、生態(tài)土壤凈化技術(shù)以及分層生物濾池處理技術(shù)等，實現(xiàn)水污染的高效治理，在達到相應(yīng)生態(tài)效益的同時，也能夠取得良好的經(jīng)濟效益。相信隨著對水環(huán)境監(jiān)測以及污染防治技術(shù)措施的研究和實踐探索，水處理效果將會得到良好保障。