在環(huán)保領(lǐng)域，“源解析”是一項耳熟能詳?shù)募夹g(shù)。“北京PM2.5源解析報告引發(fā)質(zhì)疑 中科院：4%只是直接排放”、“北京發(fā)布PM2.5源解析結(jié)果 本地污染占七成”、“中國9大城市完成大氣源解析 北廣深首要污染源機動車”，一項項研究成果在各大媒體和朋友圈傳播，管理者和公眾都理所當然的認為：了解一個城市或地區(qū)的霧霾來源并不是難事。那么，水污染領(lǐng)域呢?我國水污染狀況同樣不容樂觀，是否有技術(shù)手段可以實現(xiàn)污染排放源的溯源，以支持水環(huán)境質(zhì)量的管理呢?

　　清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院吳靜副研究員的團隊歷時13年通過對不同來源水樣的水質(zhì)熒光指紋進行分析和判別，建立了不同來源污水的水質(zhì)熒光指紋數(shù)據(jù)庫，通過對水體水質(zhì)指紋的比對，從而判斷水體受到了何種污水的污染。其實熒光光譜技術(shù)并不是一個新技術(shù)，國內(nèi)外有很多團隊將其用在水質(zhì)分析中，但大多是對天然有機物和溶劑性有機物進行定性和定量分析。

　　那么，吳靜老師是如何想到將熒光光譜技術(shù)應(yīng)用于水質(zhì)污染溯源的呢?水質(zhì)熒光指紋識別技術(shù)在水污染溯源方面的實際應(yīng)用效果如何呢?此應(yīng)用又給客戶的環(huán)境管理帶來了哪些好處呢?近日，儀器信息網(wǎng)編輯針對相關(guān)問題采訪了吳靜老師。

清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院 吳靜副研究員

　　國外學(xué)習經(jīng)歷+松花江事件 催生水質(zhì)預(yù)警溯源技術(shù)

　　“2003年的時候，學(xué)校給了我一個去法國科學(xué)研究中心做博士后的機會，我就去了。過去之后才知道，合作導(dǎo)師的課題是與監(jiān)測相關(guān)的，是用熒光光譜技術(shù)分析污水廠進水水質(zhì)變化。那段時間，我腦子里存了很多污水的光譜?；貒蟛痪?，松花江事件爆發(fā)，我就想是否可以用這個技術(shù)來對水體污染進行排放源的溯源，以便快速鎖定污染源。當時國內(nèi)外快速的水污染溯源的技術(shù)基本空白?！眳庆o老師如此描述了自己與污染源溯源點子的“初遇”。

　　水質(zhì)熒光光譜的檢測技術(shù)已經(jīng)很成熟，國內(nèi)外有不少廠商可以生產(chǎn)相關(guān)的儀器。吳靜老師利用熒光光譜儀作為信號采集單元，開展了創(chuàng)造性工作。信號采集之后，吳靜老師的主要工作包括：“一是信號的提取與解析，這是核心部分。我們將解析的過程轉(zhuǎn)換成算法。二開發(fā)關(guān)鍵硬件部件，并完成硬件集成，形成一套可定時自動完成進樣、預(yù)處理、測量、分析、給出結(jié)果的新型在線水質(zhì)分析儀，我們叫它水質(zhì)預(yù)警溯源儀。此款儀器就只有三個主要功能：預(yù)警、污染源溯源和污染留證?！?p>　　與一般利用熒光光譜方法測定水質(zhì)的儀器不同，水質(zhì)預(yù)警溯源儀測定的不是某種污染物的濃度，而是水體水質(zhì)是否有異常，并自動判斷水體中最可能混入了哪種污水。目前，此臺儀器可識別包括生活污水、印染廢水、電子廢水、石化廢水、焦化廢水、造紙廢水和金屬制造廢水等10余種廢水。

吳靜與污染預(yù)警溯源儀合影

　　實際應(yīng)用 發(fā)揮環(huán)境監(jiān)管作用

　　吳靜老師從2004年有了這個想法，在2009年推出了第一臺樣機，2015年全面實現(xiàn)了儀器的產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。目前此款儀器已經(jīng)在多個地區(qū)得到了實際應(yīng)用。

　　“我們有一臺設(shè)備安裝在一個超大型水源地。有一天指紋突然出現(xiàn)了異常，儀器報警可能是電鍍廢水，環(huán)保部門就打電話問上游的工業(yè)園區(qū)是否有電鍍廠。由于工業(yè)園區(qū)只有一家電鍍廠，所以就要求企業(yè)停產(chǎn)整改了。企業(yè)停產(chǎn)后，信號就消失了。過了兩天，又有同樣的信號出現(xiàn)，原來是電鍍廠恢復(fù)生產(chǎn)了。環(huán)保部門再次要求對方整改，這次連雨水管也接到污水處理廠，之后信號就再沒出現(xiàn)過?！边@次經(jīng)歷表明，儀器可以快速發(fā)現(xiàn)企業(yè)的偷排行為。

　　那么對于相同的行業(yè)廢水，是否能夠識別呢?吳靜老師為筆者介紹了最近的一個項目：“我們最近正在給南方某工業(yè)園區(qū)安裝我們的水質(zhì)預(yù)警溯源儀。這個園區(qū)一共有22家企業(yè)，全部是電鍍廠，園區(qū)排放口的重金屬污染物濃度總超標，又找不到排放企業(yè)，環(huán)保部門對此很頭疼。接觸之初，當?shù)丨h(huán)保局也懷疑我們是否能識別出如此相近的廢水，為此先是實地考察了我們用戶的使用情況，然后組織了包括外請專家在內(nèi)的11名專業(yè)人士的團隊、帶了四個工廠的水樣來我們學(xué)校親自做了盲樣測試，測試結(jié)果良好才最終決定采用我們的儀器?，F(xiàn)在項目已經(jīng)接近實施的尾聲了。”

　　若干“關(guān)鍵點”

　　對于此儀器的設(shè)計思路，吳靜老師這么為筆者做了形容：“這個技術(shù)就跟警察抓小偷時的指紋比對思路一樣，我們的設(shè)備就是在水污染犯罪現(xiàn)場掃描嫌疑指紋，如果能與指紋庫對比上，那么就可能找到污染源?！钡俏鬯|(zhì)與人體指紋畢竟還是有一些不同的地方，環(huán)境管理與警察破案的思路雖然在大方向上有一致的地方，但在實際操作層面是否有自己的特點呢?針對筆者在這方面的一些疑問，吳靜老師耐心細致地一一作答。

　　水質(zhì)熒光指紋識別技術(shù)檢測的是有機物，那么這個技術(shù)是如何識別以重金屬為主的電鍍廢水的呢?“雖然電鍍廢水以重金屬元素為主，但是由于其生產(chǎn)過程中添加了少量有機物，且不同工廠的原料來源、管理水平、工藝水平等存在差異，加上水質(zhì)熒光指紋檢出限很低，因此可以識別不同工廠排放的電鍍廢水?！?p>　　污水進入水體之后會被稀釋，隨著從上游到下游的流動，水質(zhì)會發(fā)生變化，這會給識別工作帶來哪些困難呢?“首先，熒光信號的靈敏度很高，微克/升量級的污染物就能被檢出，所以稀釋后污染還是能檢出。其次，很多熒光化合物本身穩(wěn)定性好。以印染廢水為例，印染廢水需要經(jīng)過水解、厭氧處理、好氧處理，然后混入生活污水后再次經(jīng)過水解、厭氧處理、好氧處理、高級氧化后排放，其中的化學(xué)耗氧量(COD)降解90%以上，但是熒光信號的降解才30%，這表明很多熒光化合物是難降解的，作為指示物比較合適。污染排入水體后，肯定沒有在污水廠變化快，所以容易被發(fā)現(xiàn)?！?p>　　即使能夠比較精準的實現(xiàn)污染源的定位，但是目前水質(zhì)熒光指紋的數(shù)據(jù)是無法用來作為環(huán)境執(zhí)法依據(jù)的，對于這些問題，該如何解決呢?“目前環(huán)境執(zhí)法主要還是依賴實驗室數(shù)據(jù)做支撐。我們最大的用途是快速提供用戶能開展業(yè)務(wù)的指向性信息，快速提供排查方向，縮小排查范圍，顯著提高效率。我們在開放的預(yù)警溯源系統(tǒng)中，實現(xiàn)了預(yù)警信息實時傳送給執(zhí)法人員。我們還采用自動留樣器，開發(fā)了移動式溯源儀。前者可自動保存污染水樣，后者在儀器預(yù)警后，可以即趕到現(xiàn)場用水質(zhì)指紋來排查污染排放源。溯源是個復(fù)雜的事情，也是要靠專業(yè)的手段來實現(xiàn)的?！?p>　　展望未來 希望發(fā)揮更大作用

　　雖然在采訪過程中，筆者和吳靜老師大多時候聊到的是此臺儀器在管理企業(yè)偷排方面的作用，其實結(jié)合不同的監(jiān)管手段，此臺儀器還可以實現(xiàn)多尺度污染溯源：一是大流域尺度。在大流域范圍內(nèi)，可以利用此技術(shù)識別流域的重點污染段以及污染類型，比如每一段的主要污染源是生活污水、工業(yè)污水還是面源污染?這點和當前的河長制考核非常契合。如果能夠提供污染來源信息，這無疑提供了更豐富的考核依據(jù)。二是城市尺度。在城市范圍內(nèi)，可以判斷污染來自哪個區(qū)域和哪個單位，是從哪個途徑進入水體的，面源貢獻有多大等等，給管理者提供污染治理的關(guān)鍵信息。三是工業(yè)園區(qū)。此系統(tǒng)既可以幫助管理者迅速定位偷排單位，也可以對園區(qū)污水廠運行提供水質(zhì)預(yù)警服務(wù)。

　　“我們與別人最大的不同是我們的工作思路不一樣，我們提供的不是污染物的濃度數(shù)據(jù)，而是可以和環(huán)保業(yè)務(wù)直接掛鉤、支撐環(huán)保業(yè)務(wù)開展的一些信息。對于儀器硬件研發(fā)，我們肯定比不了電機系、電子系或者精儀系的老師，但是我們的優(yōu)勢在于更懂環(huán)境業(yè)務(wù)、更懂環(huán)境需求，從而開發(fā)的儀器也能更好的滿足環(huán)境業(yè)務(wù)的需要。”吳靜老師說。

（采訪編輯：李學(xué)雷）

　　后記：

　　從2003年到2016年，吳靜老師和她的合作伙伴所研發(fā)的這款產(chǎn)品實現(xiàn)了從零到一、一到十的跨越，此臺儀器也獲得了一些認可，如2014年獲得第十六屆中國國際工業(yè)博覽會高校展區(qū)優(yōu)秀展品獎二等獎、2016年獲得第九屆國際發(fā)明展覽會銀獎。2015年，“水十條”正式發(fā)布，對河流和斷面規(guī)定了明確的考核要求。近日，國務(wù)院辦公廳正式發(fā)文推廣“河長制”。水質(zhì)環(huán)境質(zhì)量管理被提到了越來越重要的位置，而水污染溯源對水環(huán)境質(zhì)量管理是一大助力，我們期待吳靜老師的團隊以及所研發(fā)的產(chǎn)品在未來環(huán)境管理中能提供更多的技術(shù)支撐。