孫克遙

(華僑大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程系，福建 廈門 361021)

0 引言

隨著經(jīng)濟日益快速的發(fā)展以及現(xiàn)代化進程的不斷推進，城市需水量大幅增多，與此同時水污染卻日益加重。飲用水的水質(zhì)直接關(guān)系到人民群眾的切身利益，受到了廣泛關(guān)注和重視。然而，由于水體中的有毒有害物質(zhì)隨時間、空間、氣象條件等因素的變化而變化，給傳統(tǒng)的人工采樣、保存、運輸、分析等監(jiān)測手段帶來了很大困難，并難以準(zhǔn)確及時地反映水質(zhì)的變化情況及趨勢，無法反映污染物的綜合毒性及其對生物的風(fēng)險。因此，采用自動監(jiān)測技術(shù)，并與傳統(tǒng)的理化分析方法相結(jié)合，建立并完善水源水質(zhì)預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)，利用快速、科學(xué)、準(zhǔn)確的監(jiān)測手段及時發(fā)現(xiàn)水質(zhì)的變化，是保障飲用水安全的基礎(chǔ)。

張錫輝等通過比對試驗和系統(tǒng)試運行分析，發(fā)現(xiàn)在線系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確快速地監(jiān)測水源水質(zhì)的短期變化，能夠滿足水源水質(zhì)在線監(jiān)測和預(yù)警的需要［1］。這對于提高供水系統(tǒng)的管理水平具有重要的意義。與此同時，將生物預(yù)警系統(tǒng)加入水質(zhì)預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)系列，與傳統(tǒng)的理化分析方法互為補充，有利于了解污染物遷移轉(zhuǎn)化與毒性變化，及時捕獲水質(zhì)現(xiàn)狀，為飲用水源地水質(zhì)預(yù)警提供技術(shù)保障。

1 南通市集中式飲用水源地水質(zhì)現(xiàn)狀

1.1 研究區(qū)概況

2011年，南通市共有5座集中式飲用水廠，分別為蘆涇港水廠、狼山水廠、洪港水廠(東北片區(qū)域供水廠)、南通鵬鷂水務(wù)有限公司(西北片區(qū)域供水廠)、海門長江水廠，全市日供水能力125萬t，供水覆蓋人口558萬人(表1)。

表1 南通市縣城鎮(zhèn)以上水源地基本情況

1.2 水質(zhì)現(xiàn)狀

根據(jù)南通市社會科技發(fā)展項目《南通市飲用水源地有毒有害物污染現(xiàn)狀及對策建議》普查結(jié)果：全市各飲用水源地中揮發(fā)性有機物、多氯聯(lián)苯均未檢出;47項半揮發(fā)性有機物的檢出率較低，主要檢出物為多環(huán)芳烴類，檢出的化合物濃度均低于評價標(biāo)準(zhǔn);均有重金屬元素檢出，檢出的金屬元素濃度含量均遠低于評價標(biāo)準(zhǔn)。長江水廠水源水中有機氯農(nóng)藥中化合物雖有不同程度檢出，但濃度值遠低于評價標(biāo)準(zhǔn)。5個集中式飲用水源地水中蠶豆根尖微核率在6.38‰～7.28‰間，均小于評價標(biāo)準(zhǔn)10‰，屬基本無污染。絕大多數(shù)其他項目為未檢出，只有阿特拉津、甲醛、活性氯、TOC、四乙基鉛、水合肼、微囊藻毒素- LR、微囊藻毒素- RR、環(huán)氧氯丙烷9種化合物有檢出，但均低于評價標(biāo)準(zhǔn)。重組人雌激素受體(h-ER)基因酵母菌檢測試驗結(jié)果顯示：雌二醇有檢出，在所有樣品中平水期長江水廠雌二醇濃度相對較高，表明南通市飲用水源中存在痕量內(nèi)分泌干擾物質(zhì)。此外，人們常用的抗生素在水源中均有不同程度的檢出，低于美國FDA和歐盟OECD規(guī)定的藥物進入(環(huán)境危險性評價)ERA程序的預(yù)期環(huán)境濃度域值1 μg/L和0.01 μg/L。但可能通過飲用水對人體健康造成威脅，長期攝入微量抗生素，將會影響免疫系統(tǒng)，降低機體免疫力［2］。

2 南通市集中式飲用水源地預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)

目前，南通市集中式飲用水源地預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)主要由理化監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)和生物監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)組成。

2.1 理化監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

理化監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是整個預(yù)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)，劉宴輝等在上海黃浦江水源水質(zhì)監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)中構(gòu)建了“在線監(jiān)測—移動快速監(jiān)測—實驗室檢測”三位一體的三級聯(lián)動監(jiān)測體系［3］。第一級由水質(zhì)自動監(jiān)測設(shè)備組成，對水源地、輸水渠道、取水口的水質(zhì)進行實時在線監(jiān)測，獲取水源的實時水質(zhì)情況;第二級由應(yīng)急監(jiān)測車對突發(fā)水污染事故進行現(xiàn)場監(jiān)測，適用于在線監(jiān)測報警或接到外源報警信息后，在未知污染物、污染程度情況下的快速分析;第三級為實驗室抽樣監(jiān)測。

2.1.1 水質(zhì)在線預(yù)警監(jiān)測

水質(zhì)在線預(yù)警系統(tǒng)主要是通過自動采樣、配水單元和預(yù)處理單元，經(jīng)在線儀表實時監(jiān)測原水的水質(zhì)情況［4］。該系統(tǒng)主要具備以下功能：水樣采集，自動監(jiān)測，自動控制，數(shù)據(jù)采集及處理，數(shù)據(jù)結(jié)果直觀顯示，自動報警，數(shù)據(jù)傳輸，遠程控制。其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要是通過集成總控制器，將各種數(shù)據(jù)接口不兼容的在線監(jiān)測儀表監(jiān)測數(shù)據(jù)收集起來，并傳輸至信息化平臺上。預(yù)警信息化平臺主要是實時接收各監(jiān)測數(shù)據(jù)，并進行分析、評估、判斷，在水質(zhì)異常、污染時發(fā)出報警，并實現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)的顯示、查詢、保存等功能。

為了更好地對突發(fā)性污染事故進行預(yù)警，在常規(guī)監(jiān)測因子的基礎(chǔ)上，選取一個或幾個特定的有代表性水質(zhì)指標(biāo)進行水質(zhì)預(yù)警十分必要［5］。南通市集中式飲用水源地地處長江口，地形復(fù)雜，受潮汐影響較大。航運船舶泄漏和涉及危險化學(xué)品的工業(yè)企業(yè)，是目前威脅長江口南通水源地的主要因素。長江口運輸?shù)挠推泛突瘜W(xué)品種類較多，有機物占大多數(shù)，包括油品、醇、酸、酮、醛、酯和芳香烴等，以及部分酸類物質(zhì)，如硫酸、硝酸和鹽酸等。目前南通市涉及危險化學(xué)品的工業(yè)企業(yè)均經(jīng)過嚴(yán)格的控制，其尾水排放亦經(jīng)過有效處理，一般情況下不會對水源地水質(zhì)產(chǎn)生突發(fā)效應(yīng)。根據(jù)上述特點，為反映水源水質(zhì)的常規(guī)變化、有機污染以及水體綜合毒性，在線水質(zhì)指標(biāo)選擇主要包括三類，即常規(guī)理化指標(biāo)、有機物指標(biāo)、生物指標(biāo)。南通集中式飲用水源地自動監(jiān)測站理化監(jiān)測項目采用德國布朗盧比公司進口的PowerMon自動分析儀，對水體進行一般指標(biāo)、綜合指標(biāo)以及單項污染指標(biāo)的實時監(jiān)測，每隔4 h一次。其中監(jiān)測項目包括水溫、pH、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度、氨氮、高錳酸鹽指數(shù)、總酚、TOC、VOC、生物毒性等。其中pH、TOC指標(biāo)對酸類物質(zhì)和有機物濃度變化有較好指示作用。與此同時，陳江海等人指出多環(huán)芳烴普遍存在于河口及濱岸生態(tài)環(huán)境中，可通過食物鏈發(fā)生生物累積而不斷富集和放大，進而對河口環(huán)境中的生物種群和群落，甚至人體健康造成嚴(yán)重威脅，并導(dǎo)致河口與近岸生態(tài)系統(tǒng)最終發(fā)生衰變和退化［6］。因此，在今后的改進中，可考慮增加多環(huán)芳烴為預(yù)警監(jiān)測因子。

2.1.2 水質(zhì)現(xiàn)場應(yīng)急監(jiān)測

水質(zhì)現(xiàn)場應(yīng)急監(jiān)測系統(tǒng)，是指采用移動的應(yīng)急監(jiān)測車，配套典型污染物的快速檢測設(shè)備、測試盒以及相關(guān)的色譜分析儀器，結(jié)合在線監(jiān)測結(jié)果，對污染物的種類和濃度進行快速分析和識別。適用于在線監(jiān)測報警或接到外源報警信息后，在未知污染物、污染程度情況下的快速分析。南通市集中式飲用水源地應(yīng)急監(jiān)測系統(tǒng)目前具備的應(yīng)急監(jiān)測能力有：揮發(fā)酚、氨氮、COD、重金屬等(表2)。

表2 南通市集中式飲用水源地水質(zhì)理化監(jiān)測項目

2.1.3 水質(zhì)實驗室深度監(jiān)測

依托現(xiàn)有實驗室的監(jiān)測能力，對受污染的水樣作進一步的成分定量分析，即借助大型儀器，最終確認(rèn)污染物的種類、濃度以及毒性大小等，為決策指揮和應(yīng)急處理提供參考信息。南通市集中式飲用水源地實驗室目前具備的監(jiān)測能力有：《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3838—2002)中的特定項目80項以及特征有機污染物等(表2)。

2.2 生物監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)

生物監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是水質(zhì)監(jiān)測中的另一個重要組成部分，與傳統(tǒng)的理化分析方法互為補充，建立起完善的水源水質(zhì)預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)。

2.2.1 在線生物監(jiān)測技術(shù)

常規(guī)水質(zhì)在線監(jiān)測主要通過化學(xué)分析和化學(xué)傳感器，以達到對某種預(yù)定的可能會對人體健康造成危害的某幾種化學(xué)物質(zhì)的在線監(jiān)測，但不能反映水體對人體的綜合毒性。在線生物監(jiān)測是對生活在水環(huán)境中的生物個體行為的生態(tài)變化進行實時監(jiān)測的技術(shù)。在水生生物所有變化中，行為生態(tài)變化對環(huán)境質(zhì)量的反應(yīng)最快、最敏感，且水生生物的行為生態(tài)變化是環(huán)境對其產(chǎn)生影響的一種最終反映。趙曉艷等認(rèn)為魚類是生態(tài)系統(tǒng)中的消費者，又是水中重要的經(jīng)濟動物，和人類的關(guān)系密切，進入水體的環(huán)境污染物對魚類會產(chǎn)生重要影響［7］。同時由于魚類和無脊椎動物的生理特點不同，某些污染物對低等生物可能不引起明顯變化，但魚類卻可能受到影響。因此魚類毒性實驗在研究水生態(tài)毒理學(xué)中占有重要地位，并能夠全面反映水體的質(zhì)量。

目前南通市5大集中式飲用水源地僅狼山水廠水質(zhì)自動站安裝了生物毒性監(jiān)測儀BS- 2010，一種使用魚類(青鳉魚)的新圖像處理式生物傳感器?；跀z像機攝錄到的放置在水槽內(nèi)的魚的圖像進行處理，通過比過去更細(xì)小的檢測點(塊)來計測魚的移動變化(簡稱“活動量”)，通過活動量來監(jiān)視魚的活動是否遲鈍或停止，可以分階段發(fā)出報警。其圖像處理流程見圖1。

圖1 南通市集中式飲用水源地生物毒性儀圖像處理流程

2.2.2 實驗室生物監(jiān)測技術(shù)

實驗室生物監(jiān)測是利用不同水平上的指示生物對環(huán)境污染所產(chǎn)生的反應(yīng)，以生物學(xué)方法對環(huán)境污染狀況進行綜合監(jiān)測和評價。利用水生生物對環(huán)境質(zhì)量的敏感進行生物監(jiān)測和預(yù)警，便于及時反映水體污染物的毒性。傳統(tǒng)的生物監(jiān)測以水蚤、藻類或魚類等為受試對象，雖然能反映毒物對生物的直接影響，但是這些方法的最大缺點是實驗周期長，實驗比較繁瑣［8］。目前，新型生物毒性監(jiān)測技術(shù)——發(fā)光細(xì)菌法逐步得到應(yīng)用。

南通市各集中式飲用水源地的綜合毒性的監(jiān)測用發(fā)光細(xì)菌的發(fā)光強度變化來反映。發(fā)光現(xiàn)象是其正常的代謝活動，在一定條件下發(fā)光強度是恒定的。當(dāng)發(fā)光細(xì)菌與水樣毒性組分接觸時，可影響或干擾細(xì)菌的新陳代謝，使細(xì)菌的發(fā)光強度下降或熄滅。表3詳細(xì)列出了2008—2011年南通狼山水廠水源水對發(fā)光細(xì)菌發(fā)光率的監(jiān)測結(jié)果，并給出急性毒性評價，結(jié)果均為低毒。

表3 南通市狼山水廠水質(zhì)生物監(jiān)測結(jié)果與評價

3 結(jié)論與展望

長江口南通地區(qū)集中式飲用水源地選取理化常規(guī)指標(biāo)以及有機指標(biāo)構(gòu)建水質(zhì)理化指標(biāo)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)進行在線監(jiān)測預(yù)警。在理化監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，將生物預(yù)警系統(tǒng)融入其中，與理化監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)互為補充，建立起完善的水源水質(zhì)預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)?？梢灶A(yù)警監(jiān)測多種水質(zhì)污染事故，并能判定水質(zhì)的綜合毒性大小，及時發(fā)現(xiàn)識別水質(zhì)的異常及污染。該預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)實現(xiàn)定時定點自動取樣，現(xiàn)場進行相關(guān)指標(biāo)的測定，與常規(guī)的監(jiān)測方法相比更為簡便，提高了數(shù)據(jù)的實效性，便于及時發(fā)現(xiàn)污染、掌握監(jiān)測區(qū)域水質(zhì)狀況，與此同時減少了傳統(tǒng)方法中采樣、保存、運輸、實驗室檢測等的工作量，大大節(jié)省了時間，避免了在此過程中水樣的化學(xué)變化所導(dǎo)致的結(jié)果偏差。就南通市飲用水水源地自動監(jiān)測站的狀況看，水質(zhì)的理化監(jiān)測項目還不全面，如多環(huán)芳烴及油類等，尤其是重金屬及一些有機污染物等的監(jiān)測還必須依靠傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測方法。

需要指出的是，生物預(yù)警系統(tǒng)是水質(zhì)自動監(jiān)測系統(tǒng)中的重要組成部分，具有快捷、簡便和傳統(tǒng)理化方法無法比擬的在線監(jiān)測優(yōu)勢，該系統(tǒng)將生物毒性監(jiān)測提高到重要層面。但是生物預(yù)警系統(tǒng)仍存在一定局限性。例如，指示生物除了受環(huán)境污染物影響外，還受許多其他環(huán)境因子的影響，從而導(dǎo)致誤警情況產(chǎn)生，這是以后研究所要解決的主要問題。

［1］張錫輝，鄭振華，歐陽二明，等.水源水質(zhì)在線監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的建設(shè)［J］.中國給水排水，2005，21(11)：14- 17.

［2］王冰，孫成，胡冠九.環(huán)境中抗生素殘留潛在風(fēng)險及其研究進展［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2007，30(3)：108- 111.

［3］劉宴輝，申一塵，王紹祥，等.黃浦江水源水質(zhì)監(jiān)控與預(yù)警系統(tǒng)研究及應(yīng)用［J］.計算機技術(shù)，2010，36(11)：119- 121.

［4］鄭振華，張錫輝，歐陽二明，等.供水水源水質(zhì)監(jiān)測和預(yù)警研究.城鎮(zhèn)飲用水安全保障技術(shù)研討會論文集［C］.深圳，2004：46- 498.

［5］呂卓，謝冰，徐亞同.青草沙水源地水庫藻類監(jiān)測預(yù)警指標(biāo)體系研究［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2011，34(10)：118- 120.

［6］陳江海，張宏偉.青草沙水源地突發(fā)性污染事故預(yù)警監(jiān)測的主要因子［J］.凈水技術(shù)，2012，31(1)：1- 3.

［7］趙曉艷.城市水源地典型污染物的生物監(jiān)測與預(yù)警研究［D］.暨南大學(xué)，2009.

［8］方戰(zhàn)強，陳中豪，胡勇有，等.發(fā)光細(xì)菌法在水質(zhì)監(jiān)測中的應(yīng)用［J］.重慶環(huán)境科學(xué)，2003，25(2)：56- 58.