水質(zhì)“指紋”識(shí)別術(shù) 治污界的福爾摩斯
近月來(lái)，我國(guó)對(duì)除西藏以外30個(gè)省區(qū)市的70個(gè)城市的黑臭水體整治開(kāi)展了現(xiàn)場(chǎng)督查。但正如生態(tài)環(huán)境部水環(huán)境管理司司長(zhǎng)張波所說(shuō)，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(lái)了，被督查組“正好趕上”;有些城市在督查期間沒(méi)下雨，問(wèn)題就被掩蓋住了。
不過(guò)，水質(zhì)指紋(以下簡(jiǎn)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(mén)聯(lián)合對(duì)某工業(yè)區(qū)的污水排口水質(zhì)進(jìn)行檢查，正是通過(guò)該技術(shù)快速識(shí)別出違法排污的嫌疑企業(yè)，開(kāi)出了深圳市第一筆千萬(wàn)級(jí)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(guó)際發(fā)明展特別金獎(jiǎng)。清華大學(xué)還通過(guò)與蘇州國(guó)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(shí)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(dú)特的信息，這就是廢水的水紋。“我們?cè)O(jiān)測(cè)過(guò)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(shí)別出來(lái)。”
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(guó)最大的廢水指紋庫(kù)，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(kù);覆蓋我國(guó)28個(gè)省、4個(gè)直轄市、2個(gè)特別行政區(qū)以及29個(gè)國(guó)家共244個(gè)水體的水體水紋庫(kù);350種各類化合物的化合物水紋庫(kù)，而且水紋庫(kù)還在不斷升級(jí)和擴(kuò)大中。”吳靜表示，廢水水紋庫(kù)類似于警察的疑犯指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，把需要檢測(cè)的水質(zhì)指紋與水紋庫(kù)比對(duì)，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(guò)廢水水紋圖譜與這三家企業(yè)的水質(zhì)指紋進(jìn)行比對(duì)，就能輕松判斷這廢水是哪一家或哪幾家排放的了。”吳靜說(shuō)。
半小時(shí)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(duì)重點(diǎn)污染源進(jìn)行一對(duì)一的在線監(jiān)管，或以特征污染物來(lái)識(shí)別污染源的方法。但是常見(jiàn)的化合物有上萬(wàn)種，常規(guī)的一種檢測(cè)儀器往往只能檢測(cè)有限種類的污染物，因此，投入大、測(cè)量時(shí)間長(zhǎng)。“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(shí)在線監(jiān)測(cè)儀器上，并與其他類型的污染溯源技術(shù)相互補(bǔ)充、互相支持，形成更加有效的組合拳。”吳靜說(shuō)，這樣一來(lái)，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)污染水紋與企業(yè)的原始水紋對(duì)比，很快就能發(fā)現(xiàn)“疑犯”。原先需要數(shù)周左右的排查時(shí)間縮短到了半小時(shí)左右，而且證據(jù)確鑿，監(jiān)管重點(diǎn)指向清晰。
“留證”也是預(yù)警溯源儀的獨(dú)特功能。“儀器可自動(dòng)保存水質(zhì)指紋10年以上，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，能夠自動(dòng)留取異常水紋作為追查證據(jù)。”吳靜說(shuō)。
此外，預(yù)警溯源技術(shù)還可以根據(jù)用戶當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況來(lái)設(shè)定預(yù)警條件。當(dāng)設(shè)定的水紋強(qiáng)度超過(guò)了預(yù)警限值，或者水紋出現(xiàn)異常時(shí)，自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器就會(huì)自動(dòng)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(kāi)發(fā)出了一系列水污染預(yù)警溯源儀，其包括在線式、移動(dòng)式和實(shí)驗(yàn)室臺(tái)式等。從2010年起，水污染預(yù)警溯源儀就開(kāi)始連續(xù)監(jiān)測(cè)太湖水質(zhì)。在運(yùn)行期間多次檢測(cè)到水質(zhì)異常和報(bào)警，并根據(jù)檢測(cè)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(zhǎng)制’的落地提供可靠支撐。河長(zhǎng)是河流水環(huán)境的第一責(zé)任人，一旦有污染出現(xiàn)，河長(zhǎng)就需搞清楚污染源，廓清責(zé)任，落實(shí)污染治理和處罰，也避免為偷排企業(yè)背鍋等。”吳靜說(shuō)。
目前，已開(kāi)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(zhǎng)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(shí)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(shí)時(shí)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(yùn)行等，來(lái)支撐國(guó)家水環(huán)境的精細(xì)化管理需求。
