水質“指紋”識別術 治污界的福爾摩斯

近月來，我國對除西藏以外30個省區市的70個城市的黑臭水體整治開展了現場督查。但正如生態環境部水環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，水質指紋(以下簡稱水紋)污染預警溯源技術和儀器能解決這樣的偶然性。在去年，深圳環境監察等部門聯合對某工業區的污水排口水質進行檢查，正是通過該技術快速識別出違法排污的嫌疑企業，開出了深圳市第一筆千萬級的環保罰單。

水紋污染預警溯源技術和儀器是清華大學環境學院吳靜課題組自主研發的，并在2017年獲得了第45屆日內瓦國際發明展特別金獎。清華大學還通過與蘇州國溯科技有限公司的合作，批量生產了水污染預警溯源儀。

那么，這種技術為何如此“火眼金睛”，能快速準確識別排污企業?

依靠水紋揪出污染“嫌疑犯”

清華大學環境學院副研究員吳靜解釋道，不管在什么行業，每一家企業生產的原料、中間產物、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。“我們曾監測過一家河北企業，新廠建設在內蒙古，雖然新廠的原料、生產工藝等與老廠相同，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別，可以識別出來。”

利用水污染預警溯源儀的三維熒光光譜可以看到，每種物質發出的熒光都不一樣，物質濃度越高，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，覆蓋了當前生活污水和大水量的工業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大中。”吳靜表示，廢水水紋庫類似于警察的疑犯指紋數據庫，把需要檢測的水質指紋與水紋庫比對，就能發現“嫌疑犯”了。

“溯源是水紋技術的重要功能。比如發現一股偷排廢水，其上游有三家企業，通過廢水水紋圖譜與這三家企業的水質指紋進行比對，就能輕松判斷這廢水是哪一家或哪幾家排放的了。”吳靜說。

半小時鎖定目標留存證據

目前，通常的污染源溯源主要是針對重點污染源進行一對一的在線監管，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。“我們的水紋污染預警溯源儀器可以加載在常規的24小時在線監測儀器上，并與其他類型的污染溯源技術相互補充、互相支持，形成更加有效的組合拳。”吳靜說，這樣一來，通過現場污染水紋與企業的原始水紋對比，很快就能發現“疑犯”。原先需要數周左右的排查時間縮短到了半小時左右，而且證據確鑿，監管重點指向清晰。

“留證”也是預警溯源儀的獨特功能。“儀器可自動保存水質指紋10年以上，一旦發現問題，能夠自動留取異常水紋作為追查證據。”吳靜說。

此外，預警溯源技術還可以根據用戶當地的實際情況來設定預警條件。當設定的水紋強度超過了預警限值，或者水紋出現異常時，自動監測儀器就會自動預警。

應用不受限保障飲用水安全

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

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

目前，已開發了多尺度的污染溯源技術和方案，可以服務大到長江、黃河這樣的大流域，小到工業園區和污水處理廠，不但能為跨界斷面水質的穩定達標提供關鍵信息，而且能促進實現城市水環境高效預警溯源和黑臭水體源頭治理，實時監管工業園區企業超標排放和偷排，保障污水處理廠有序運行等，來支撐國家水環境的精細化管理需求。