检测水的污染 水质“指纹”识别术 治污界的福尔摩斯

水污染控制领域的水质“指纹”识别技术

最近几个月，中国在除西藏以外的30个省、自治区、直辖市的70个城市开展了黑臭水体修复现场监督。然而，正如生态环境部水环境管理司司长张博所说，这次检查有一定的偶然性。比如广州下大雨，第二天去检查。很多地方的黑臭水都出来了，被检查组检查。“刚好及时”；在一些城市，检查的时候不下雨，问题就被掩盖了。

但是，水指纹污染预警溯源技术和仪器可以解决这种偶然性。去年，深圳市环境监测等部门联合检查了某工业区排污口的水质。正是通过这项技术，快速认定了涉嫌非法排污的企业，深圳市首次下达千万级环保罚款。

水痕污染预警与溯源技术及仪器由清华大学环境研究所吴京课题组自主研发，并在2017年第45届日内瓦国际发明展上获得特别奖金奖。清华大学还与苏州苏果科技有限公司合作，批量生产水污染预警溯源仪器。

那么，为什么这项技术如此“引人注目”，能够快速准确地识别污水公司呢？

依靠水管找出污染的“疑点”

清华大学环境学院副研究员吴静解释说，无论什么行业，每个企业生产的原材料、中间产品、特征污染物、工艺、管理水平等都不一样。，最后排入水体的残留污染物也是不同的，所以每个企业的废水都含有自己独特的信息，这就是废水的用水模式。“我们已经监控了一家河北企业。新工厂建在内蒙古。虽然新厂的原料和生产工艺与老厂相同，但由于新厂工人较年轻，操作不如老厂工人熟练，所以排放的废水也与老厂不同，可以鉴别。”

利用水污染预警溯源仪的三维荧光光谱可以看出，每种物质发出的荧光是不同的，物质浓度越高，在图中就越突出，采集水痕就是采集废水的荧光图。

“我们建立了全国最大的废水指纹数据库，包括13类161种，覆盖了目前生活污水和大量工业废水的污染源水格局数据库；覆盖全国28个省、4个市、2个特别行政区、29个国家的244个水体；350种化合物的复合水纹库，水纹库还在升级扩充。”吴京表示，废水指纹数据库类似于警察嫌疑人指纹数据库，通过对待检测水质的指纹与指纹数据库进行比对，可以找到“嫌疑人”。

“可追溯性是水印技术的一个重要功能。比如发现一个被盗废水，上游有三家企业。通过将废水用水模式与这三家企业的水质指纹进行比较，可以很容易地判断哪一家或哪一家废水被排放。”吴京说。

锁定目标半小时，保留证据

目前常见的污染源溯源主要集中在重点污染源的一对一在线监管，或者通过特征污染物识别污染源的方法。但是常见的化合物有上万种，常规的检测仪器只能检测有限种类的污染物，所以投资大，测量时间长。“我们的水质标志污染预警溯源仪可以装载在常规的24小时在线监测仪器上，并与其他类型的污染溯源技术相互补充和支持，形成更有效的组合拳。”吴京说，这样，通过将现场污染的水线与企业原有的水线进行对比，很快就可以找到“嫌疑人”。调查时间，原本需要几周左右，缩短到半小时左右，证据确凿，监管重点明确。

“留存证书”也是预警溯源仪的独特功能。“仪器能自动保存水质指纹10年以上。一旦发现问题，可以自动保留异常水痕作为追查的证据。”吴京说。

此外，预警溯源技术还可以根据用户当地的实际情况设置预警条件。当设定的水位标志强度超过警告限值，或水位标志异常时，自动监测仪表会自动报警。

无限制应用，确保饮用水安全

目前，吴京课题组已经开发出一系列水污染预警溯源仪器，包括在线、移动、实验室桌面。自2010年以来，水污染预警溯源仪持续监测太湖水质。运行过程中多次检测到水质异常和报警，并根据检测到的污染类型快速准确地确定污染源，避免造成饮用水安全事故。

“水体条带污染的预警和追踪技术也为‘河流长度系统’的登陆提供了可靠的支持。河道主管是河道水环境的第一责任人。一旦出现污染，河长需要查明污染源，明确责任，实施污染治理和处罚，避免为盗窃企业撑腰。”吴京说。

目前已开发出多尺度污染溯源技术和方案，可服务长江、黄河等大流域，小到工业园区、污水处理厂。它不仅可以为跨境断面水质稳定提供关键信息，还可以促进城市水环境高效预警溯源和黑臭水体源头治理的实现，实时监管工业园区企业超标排放和违规排放，保障污水处理厂有序运行，支持国家水环境精细化管理需求。