水处理中环境监测技术及污染防治措施研究

何 敏

（江西省萍乡生态环境监测中心，江西 萍乡 337000）

引言

生态文明建设工作的持续深入，水作为人类赖以生存和发展的重要资源，也成为当前环境保护过程中的重点内容。但就目前实际情况来看，水资源污染情况相对较为严重，相应监测工作以及污染防治措施的应用效果难以得到良好保障。因此，加强对于水处理中环境监测技术的深入研究，以及相应污染防治措施的优化探讨是十分有必要的。

1 水处理中主要环境监测技术

1.1 电化学法

电化学法是水环境监测过程中的主要方式，多用于检测水体pH 酸碱度、流速方面，通过对电化学法的应用和研究，设计相应水环境监测仪器，能够实现对于水环境的实时多参数监测。

1.1.1 pH 测量

pH 酸碱度的测量可采用双铂片计时电势法。该检测方法主要是通过对于电流阶跃的控制，进行暂态测量，因此也被称为恒电流法。在实际进行pH 测量的过程中，温度会对传感器的精度造成影响，因此需要对其温度相应情况进行分析，经实验得到pH 为4、6.85、9.17 时，传感器温度响应情况见表1，由表1 可知，计时电势法测量的开路电压值与温度值均呈线性关系，也间接说明了铂片表面确实发生了Pt 与PtO 的相互转换。

表1 pH 传感器温度响应

该检测方法与玻璃电极相比，主要优势体现为以下几个方面：第一，双铂片电势法为固态电极，不易碎，而且适应性较强；第二，电极无需进行特殊处理，能够直接在相应装置中使用进行检测；第三，电极输入阻抗较低。

1.1.2 流速测量

提高流速测量计的灵敏度是当前监测技术研究的主要内容之一。对此，可借助氧化钨电极设计流速检测传感器，以此实现对于低流速液体的测量。相应测量装置结构情况见图1。该装置能够将池中液体的流速控制在0.08～40 mm/s 范围内，相应流速调节单位为0.08 mm/s，极大地满足了低流速实验需求，经过进一步实验测量之后，发现该测量方法并不适用于液体流速超过25 mm/s 的情况，因此，该技术方法不能够应用在流速较大的水体监测当中。该流速传感器的主要优势在于成本较低，无需进行复杂的数据处理流程，检测方法相对较为简单、高效[1]。

图1 测量装置结构示意

1.2 紫外可见光谱技术

1.2.1 颜色测量

水体颜色测量能够有效反应水质的好坏情况，可通过对可见光波段的吸收光谱实现对于水体颜色的测量。其中三刺激值可用于描述水体颜色，计算公式为

式中：x(λ ) 、y(λ )、z(λ ) 为视觉匹配函数；A( λ )为测量溶液的吸光度；S(λ )为光源的光谱功率分布。

相应坐标计算公式如下：

通过相应紫外可见吸收光谱测量得到的结果，运用上述坐标计算公式，能够得到溶液色坐标，进而实现对于水体颜色的分辨。

1.2.2 浊度测量

浊度测量能够实现对于水体污染情况以及富营养化程度的分析，而且还有助于监测废水过量排放情况。相较于以往红外光波监测方法，紫外可见光的散射强度更大，能够更好地反应水体的浊度情况，其主要原理是在无色液体当中，溶液吸光度多是由于颗粒物散射入射光而产生，相应散射强度与颗粒的大小和形状之间有着密切的关系，当颗粒物直径远小于入射光波长的1/10 时，将会呈现出瑞利散射现象，其强度公式为

式中：I 表示瑞利散射强度，单位为mW/Sr；I0表示入射光强度，单位为mW/Sr；K 表示瑞利散射系数；N 表示单位体积微粒个数，单位为个/cm3；V 表示微粒的单位体积，单位为cm3；λ 表示入射波长，单位为nm。

因此可通过设计紫外可见光浊度传感器，实现对于水样中浊度的有效测量。该方法适用于悬浮颗粒直径在0.1～20 μm 的水样测量当中。

1.2.3 化学需氧量测量

化学需氧量主要指的是进行水处理的过程中，消耗氧化剂的量，主要用于检测水体当中有机物、硫化物等还原性物质的含量以及污染情况[2]。但是由于水体中存在悬浮颗粒物，会阻挡可见光的传播，影响检测结果的准确性，因此，需要在实际进行检测的过程中加强对于浊度补偿的研究。对此，可通过对吸光度曲线下移系数的分析实现浊度补偿，经过试验验证，得到了不同浊度下吸光度曲线下移系数的线性拟合公式，见表2。经验证该浊度补偿效果优良，有着较好的实用性。

表2 不同浊度下吸光度曲线下移系数的线性拟合公式

1.3 遥感技术

遥感技术基于其本身的动态化、自动化监测优势，在水环境监测当中有着极其广泛的应用，而且相应监测成本较低，准确性较高，极大地减少了人为监测过程中的影响。当前遥感技术在水环境监测当中主要应用在以下几个方面。

1.3.1 固体悬浮物测量

可利用红外光波对悬浮物展开遥感监测，通过建立悬浮物辐射值模型，实现浊度测量。当前常用的浊度传感器包括散射型以及透射型两种，前者是基于廷德尔效应，后者是对于入射光衰减程度的监测，二者的响应曲线存在一定差异，见图2。透射型和散射型浊度计是当前两种最为基础的检测方法，因此对于浊度测量计的研发也多是在这两种方法上改进优化而来。

图2 响应曲线

1.3.2 水体富营养化测量

可借助红外光波段、可见光波段实现对于水体含氧量的监测，在实际环境监测过程中，若水质出现变化，富营养化程度增加，就会使得水中的浮游植物数量有所增加，进而导致红外光波段出现变化，在陡坡效应的作用之下，相关监测人员通过采集到的数据信息，能够实现对于浮游生物的有效判断，进而分析水体富营养化情况。例如，在水环境监测过程中，水体当中的浮游植物数量在短时间内大幅增加，就会使得遥感装置采集的反射光谱发生变化，可以此作为水体富营养化监测判断的依据[3]。此外还能够通过对叶绿素a、总氮、总磷以及化学需氧量的测量实现对于富营养化的监测。相应计算评价因子营养状态指数（TLI）以及营养状态分别为：TLI＜30 时，为贫营养；30≤TLI＜50为中营养；50≤TLI，为富营养。

2 水处理中污染防治对策

2.1 费用函数模型

为强化对于水污染防治强度，在保障污染治理环境效益的同时，还需要考虑相应经济效益，因此可通过建立费用函数模型，实现对于水污染治理经济效益的控制，以此为水污染处理系统各环节工艺的选择提供科学决策依据。费用函数包括幂函数、一元线性函数、二元非线性函数、多元线性函数以及指数函数等多种模型，模型形式分别为

在实际应用分析的过程中，需要结合相应污水治理特点和需求，合理选择相应费用模型。例如，对于污水处理厂以及再生水厂而言，其工程规模较大，单位处理水量以及基建费用与规模之间负相关，因此可选择幂函数形式作为费用模型[4]。模型公式为

式中：E 表示工程费用，单位为万元；Q 表示设计规模，单位为万米3/日；a，b 表示模型系数。

2.2 稀土湿法污染分析

稀土湿法防治技术主要是通过湿法分离相应污染物，通过氧化焙烧、盐酸浸取、萃取分离，最后进行稀土金属以及合金制备。以某地区氟碳锦矿的湿法分离为例进行探讨。相应氧化焙烧过程中的主要化学反应包括：

将稀土境况在回转窑内进行焙烧，通过外加热方式进行处理，焙烧温度控制在500 ℃～600 ℃之间，维持1 h，然后转入浸出环节，通过稀盐酸、碱转进行两次浸出得到锦富集物和少锦氯化稀土，在进行萃取分离，景观氯化稀土湿法合成。景观分析后，发现该区域废水当中包含的主要污染物为钡、氦氮、化学耗氧量、悬浮物等[5]。以此为依据进行废水监测方案的设计，并有针对性地采用相应过程治理以及末端治理技术，全面保障水污染防治效果。

2.3 村落污水治理技术

针对村落污水问题，可采取生态土壤法、分层生物滤池处理技术等进行污水治理。生态土壤法治理原理是利用不透水层在地下建设生物滤池，通过通气性土壤作为好养性填料，将生活污水引入草坪，并向地下土壤渗透，使得污水直流在艳阳砂盘当中，在借助表面张力上升，在虹吸作用的支持下，不断向下层土壤渗透，最后流出生物滤池，达到将水与污染物分离的目的，相应工艺流程见图3。处理完成的水会被回收利用，有机物被分解为无机物留在土壤当中，氮碳变成气体逸散在空气中，磷则被土壤吸附截留，或者被其他植物利用。

图3 生态土壤净化工艺流程

分层生物滤池处理技术主要是利用生物膜法进行污水处理，该技术工艺主要包括滤床、布水装置以及排水系统。污水通过格栅进行预处理，然后进入分层生物滤池，与生物膜接触，将污水当中的有机物吸附降解，或者被生物池当中下层吸附性填料吸附，最后将处理达标的污水排放或者绿化回用。该技术的主要应用优势在于基建运营成本较低，而且污泥产量较少，此外该系统的抗冲击能力较强，能够有效节约空间，是当前污水治理过程中应用效果较好的技术措施。

3 结论

综上所述，水环境监测以及污染防治工作是水处理过程中的重点内容，当前常用的水环境监测技术主要包括电化学法、可见光谱测量技术、遥感技术以及生物测量技术等，在实际应用的过程中，应结合相应监测需求，合理选择不同监测技术，同时还应积极针对相应技术进行优化开发，不断提升监测水平。在进行污染防治工作的过程中，应加强对于防治技术的合理选择和应用，通过建立相应费用模型实现对于治理技术的科学选择，还可以根据实际水处理区域、治理目的等，选择稀土湿法污染分析技术、生态土壤净化技术以及分层生物滤池处理技术等，实现水污染的高效治理，在达到相应生态效益的同时，也能够取得良好的经济效益。相信随着对水环境监测以及污染防治技术措施的研究和实践探索，水处理效果将会得到良好保障。