在環(huán)保領(lǐng)域，“源解析”是一項(xiàng)耳熟能詳?shù)募夹g(shù)?！氨本㏄M2.5源解析報(bào)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(guó)9大城市完成大氣源解析 北廣深首要污染源機(jī)動(dòng)車(chē)”，一項(xiàng)項(xiàng)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(dāng)然的認(rèn)為：了解一個(gè)城市或地區(qū)的霧霾來(lái)源并不是難事。那么，水污染領(lǐng)域呢?我國(guó)水污染狀況同樣不容樂(lè)觀，是否有技術(shù)手段可以實(shí)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(tuán)隊(duì)歷時(shí)13年通過(guò)對(duì)不同來(lái)源水樣的水質(zhì)熒光指紋進(jìn)行分析和判別，建立了不同來(lái)源污水的水質(zhì)熒光指紋數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)對(duì)水體水質(zhì)指紋的比對(duì)，從而判斷水體受到了何種污水的污染。其實(shí)熒光光譜技術(shù)并不是一個(gè)新技術(shù)，國(guó)內(nèi)外有很多團(tuán)隊(duì)將其用在水質(zhì)分析中，但大多是對(duì)天然有機(jī)物和溶劑性有機(jī)物進(jìn)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(shí)別技術(shù)在水污染溯源方面的實(shí)際應(yīng)用效果如何呢?此應(yīng)用又給客戶(hù)的環(huán)境管理帶來(lái)了哪些好處呢?近日，儀器信息網(wǎng)編輯針對(duì)相關(guān)問(wèn)題采訪(fǎng)了吳靜老師。

清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院 吳靜副研究員

　　國(guó)外學(xué)習(xí)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(shí)候，學(xué)校給了我一個(gè)去法國(guó)科學(xué)研究中心做博士后的機(jī)會(huì)，我就去了。過(guò)去之后才知道，合作導(dǎo)師的課題是與監(jiān)測(cè)相關(guān)的，是用熒光光譜技術(shù)分析污水廠(chǎng)進(jìn)水水質(zhì)變化。那段時(shí)間，我腦子里存了很多污水的光譜?；貒?guó)后不久，松花江事件爆發(fā)，我就想是否可以用這個(gè)技術(shù)來(lái)對(duì)水體污染進(jìn)行排放源的溯源，以便快速鎖定污染源。當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)外快速的水污染溯源的技術(shù)基本空白。”吳靜老師如此描述了自己與污染源溯源點(diǎn)子的“初遇”。

　　水質(zhì)熒光光譜的檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)很成熟，國(guó)內(nèi)外有不少?gòu)S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(hào)采集單元，開(kāi)展了創(chuàng)造性工作。信號(hào)采集之后，吳靜老師的主要工作包括：“一是信號(hào)的提取與解析，這是核心部分。我們將解析的過(guò)程轉(zhuǎn)換成算法。二開(kāi)發(fā)關(guān)鍵硬件部件，并完成硬件集成，形成一套可定時(shí)自動(dòng)完成進(jìn)樣、預(yù)處理、測(cè)量、分析、給出結(jié)果的新型在線(xiàn)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(gè)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(cè)定水質(zhì)的儀器不同，水質(zhì)預(yù)警溯源儀測(cè)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(dòng)判斷水體中最可能混入了哪種污水。目前，此臺(tái)儀器可識(shí)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(shí)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(gè)想法，在2009年推出了第一臺(tái)樣機(jī)，2015年全面實(shí)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(gè)地區(qū)得到了實(shí)際應(yīng)用。

　　“我們有一臺(tái)設(shè)備安裝在一個(gè)超大型水源地。有一天指紋突然出現(xiàn)了異常，儀器報(bào)警可能是電鍍廢水，環(huán)保部門(mén)就打電話(huà)問(wèn)上游的工業(yè)園區(qū)是否有電鍍廠(chǎng)。由于工業(yè)園區(qū)只有一家電鍍廠(chǎng)，所以就要求企業(yè)停產(chǎn)整改了。企業(yè)停產(chǎn)后，信號(hào)就消失了。過(guò)了兩天，又有同樣的信號(hào)出現(xiàn)，原來(lái)是電鍍廠(chǎng)恢復(fù)生產(chǎn)了。環(huán)保部門(mén)再次要求對(duì)方整改，這次連雨水管也接到污水處理廠(chǎng)，之后信號(hào)就再?zèng)]出現(xiàn)過(guò)?！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(duì)于相同的行業(yè)廢水，是否能夠識(shí)別呢?吳靜老師為筆者介紹了最近的一個(gè)項(xiàng)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(gè)園區(qū)一共有22家企業(yè)，全部是電鍍廠(chǎng)，園區(qū)排放口的重金屬污染物濃度總超標(biāo)，又找不到排放企業(yè)，環(huán)保部門(mén)對(duì)此很頭疼。接觸之初，當(dāng)?shù)丨h(huán)保局也懷疑我們是否能識(shí)別出如此相近的廢水，為此先是實(shí)地考察了我們用戶(hù)的使用情況，然后組織了包括外請(qǐng)專(zhuān)家在內(nèi)的11名專(zhuān)業(yè)人士的團(tuán)隊(duì)、帶了四個(gè)工廠(chǎng)的水樣來(lái)我們學(xué)校親自做了盲樣測(cè)試，測(cè)試結(jié)果良好才最終決定采用我們的儀器?，F(xiàn)在項(xiàng)目已經(jīng)接近實(shí)施的尾聲了。”

　　若干“關(guān)鍵點(diǎn)”

　　對(duì)于此儀器的設(shè)計(jì)思路，吳靜老師這么為筆者做了形容：“這個(gè)技術(shù)就跟警察抓小偷時(shí)的指紋比對(duì)思路一樣，我們的設(shè)備就是在水污染犯罪現(xiàn)場(chǎng)掃描嫌疑指紋，如果能與指紋庫(kù)對(duì)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(shí)際操作層面是否有自己的特點(diǎn)呢?針對(duì)筆者在這方面的一些疑問(wèn)，吳靜老師耐心細(xì)致地一一作答。

　　水質(zhì)熒光指紋識(shí)別技術(shù)檢測(cè)的是有機(jī)物，那么這個(gè)技術(shù)是如何識(shí)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(guò)程中添加了少量有機(jī)物，且不同工廠(chǎng)的原料來(lái)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(shí)別不同工廠(chǎng)排放的電鍍廢水?！?p>　　污水進(jìn)入水體之后會(huì)被稀釋?zhuān)S著從上游到下游的流動(dòng)，水質(zhì)會(huì)發(fā)生變化，這會(huì)給識(shí)別工作帶來(lái)哪些困難呢?“首先，熒光信號(hào)的靈敏度很高，微克/升量級(jí)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(guò)水解、厭氧處理、好氧處理，然后混入生活污水后再次經(jīng)過(guò)水解、厭氧處理、好氧處理、高級(jí)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(hào)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(méi)有在污水廠(chǎng)變化快，所以容易被發(fā)現(xiàn)?！?p>　　即使能夠比較精準(zhǔn)的實(shí)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(wú)法用來(lái)作為環(huán)境執(zhí)法依據(jù)的，對(duì)于這些問(wèn)題，該如何解決呢?“目前環(huán)境執(zhí)法主要還是依賴(lài)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)做支撐。我們最大的用途是快速提供用戶(hù)能開(kāi)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?cè)陂_(kāi)放的預(yù)警溯源系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了預(yù)警信息實(shí)時(shí)傳送給執(zhí)法人員。我們還采用自動(dòng)留樣器，開(kāi)發(fā)了移動(dòng)式溯源儀。前者可自動(dòng)保存污染水樣，后者在儀器預(yù)警后，可以即趕到現(xiàn)場(chǎng)用水質(zhì)指紋來(lái)排查污染排放源。溯源是個(gè)復(fù)雜的事情，也是要靠專(zhuān)業(yè)的手段來(lái)實(shí)現(xiàn)的?！?p>　　展望未來(lái) 希望發(fā)揮更大作用

　　雖然在采訪(fǎng)過(guò)程中，筆者和吳靜老師大多時(shí)候聊到的是此臺(tái)儀器在管理企業(yè)偷排方面的作用，其實(shí)結(jié)合不同的監(jiān)管手段，此臺(tái)儀器還可以實(shí)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(shí)別流域的重點(diǎn)污染段以及污染類(lèi)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(diǎn)和當(dāng)前的河長(zhǎng)制考核非常契合。如果能夠提供污染來(lái)源信息，這無(wú)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(lái)自哪個(gè)區(qū)域和哪個(gè)單位，是從哪個(gè)途徑進(jìn)入水體的，面源貢獻(xiàn)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(duì)園區(qū)污水廠(chǎng)運(yùn)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(kāi)展的一些信息。對(duì)于儀器硬件研發(fā)，我們肯定比不了電機(jī)系、電子系或者精儀系的老師，但是我們的優(yōu)勢(shì)在于更懂環(huán)境業(yè)務(wù)、更懂環(huán)境需求，從而開(kāi)發(fā)的儀器也能更好的滿(mǎn)足環(huán)境業(yè)務(wù)的需要?！眳庆o老師說(shuō)。

（采訪(fǎng)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(shí)現(xiàn)了從零到一、一到十的跨越，此臺(tái)儀器也獲得了一些認(rèn)可，如2014年獲得第十六屆中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)高校展區(qū)優(yōu)秀展品獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)、2016年獲得第九屆國(guó)際發(fā)明展覽會(huì)銀獎(jiǎng)。2015年，“水十條”正式發(fā)布，對(duì)河流和斷面規(guī)定了明確的考核要求。近日，國(guó)務(wù)院辦公廳正式發(fā)文推廣“河長(zhǎng)制”。水質(zhì)環(huán)境質(zhì)量管理被提到了越來(lái)越重要的位置，而水污染溯源對(duì)水環(huán)境質(zhì)量管理是一大助力，我們期待吳靜老師的團(tuán)隊(duì)以及所研發(fā)的產(chǎn)品在未來(lái)環(huán)境管理中能提供更多的技術(shù)支撐。