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(2009ZX07527-002)“水污染源监测监管技术体系研究”课题

发布时间:2016-05-19 浏览量:908

突破点源总量监测关键技术瓶颈、创新水污染源识别与追踪技术、完善水污染源监测方法体系,有效提升对污染源监测监管的技术支撑

 

 

编者按

国家水专项课题“水污染源监测监管技术体系研究”立足国家环境保护重点工作对水污染源监测的科技需求,课题组经过3年的科技攻关,充实、完善、提高了水污染源监测监管技术体系。针对总量监测在保障自动监测数据的准确性、手工监测数据的代表性方面存在的问题,提出了远程质控技术、流量校核技术、工况核查技术、总量测算技术等,完善了监测数据测算排放总量的技术手段;针对缺乏环境质量到污染源的识别、追踪技术,提出了源解析技术、排放图谱建立技术,支持企业细化监测指标,流域明确监控对象,有效提高了管理的针对性;针对部分监测技术方法陈旧的问题,研发了18个典型监测方法,充实了现有监测方法体系。课题提出的总量测算方法有力支撑了环境保护部印发的《国控污染源排放口污染物排放量计算方法》(环办[2011]8号),该技术在全国监测部门得到应用。自动监测设备比对技术、监测方法、工况核查技术等课题的其他部分成果,在重庆、吉林等地环保部门和监测站得到推广应用,有效促进了污染源监测水平的提高。

一、研究背景

相比于环境质量监测,污染源监测起步晚,基础弱。然而,随着环境管理逐步发展,在污染防治、改善环境质量中,越来越凸显出污染源监管的重要性。尤其是“十一五”以来,国家实行主要污染物总量控制,对污染源监测提出更高要求。

近几年,国家发布的相关技术规范、标准使污染源监测逐步规范化,污染源监测工作取得了一定进展。但是,污染源监测也暴露出一些问题,首先,总量监测存在技术瓶颈,在保障自动监测数据的准确性、手工监测数据的代表性方面缺乏有效的技术手段,无法对总量控制提供有效的技术支撑;第二,缺乏环境质量到污染源的识别、追踪技术,确定监管对象及监控指标的方法简单粗放,难以建立以流域环境质量为目标的总量控制管理模式;第三,部分监测分析技术陈旧,更新迟缓。污染源监测存在的这些问题,已经成为制约其支撑污染源监督管理的重要因素。

针对水污染源监测技术体系存在的突出问题和污染源监管的科技需求,水专项设置了“水污染源监测监管技术体系研究”课题,突破了点源总量测算中的技术瓶颈,完善了点源总量测算技术,提出了污染物排放图谱建立技术、水污染源源解析技术,开发了典型水污染源监测方法,对于提升污染源监测技术水平及对环境管理的技术支撑具有重要的意义。

二、课题成果

课题立足于污染源监管的科技需求,对水污染源监测监管技术体系存在的突出问题进行识别,针对自动监测数据准确性差、手工监测数据代表性差的问题,突破了远程质控、流量校核、工况核查、总量测算技术,完善了监测数据测算排放总量的技术手段;提出了污染物图谱建立技术、水污染源源解析技术,有效提高了污染源监管的针对性;研发了典型水污染源监测方法,充实了现有监测方法体系。形成了技术指南、导则、规范15项,开发了监测分析方法18个,申请发明专利1项,获得新型实用专利2项,获得软件著作权1项,成果得到环保主管部门及监测站应用8项。

成果一:突破了自动监测数据远程质控、流量校核技术,创新了工况核查技术,改进了排放总量测算技术,有效解决了自动监测数据准确性差、手工监测数据代表性不足的难题,为准确获取污染物排放量奠定技术基础。

针对自动监测浓度数据准确性差提出的远程质控技术,将实验室的质控手段应用到自动监测系统,通过研发的一种设备代替人工质控操作实现远程自动质控操作。开发的质控样自动制样送样设备及操作控制软件,可通过周期设定质控和即时质控两种模式实现平行样、空白样、加标样和标样的制作,将制作完成的质控样送入自动监测设备进行分析,质控样制样送样的相对误差和相对标准偏差均在±10%以内。软件控制系统实现对质控结果的评价,同时根据质控数据绘制质控图,及时发现运行期间的故障隐患并进行报警。利用该技术开发了远程质控设备及软件,申请国家发明专利一项。研发的远程质控设备样机分别经过济南和太湖流域(苏州)两家排污企业示范验证,结果表明操作控制软件运行正常,满足了自动监测质控要求。该技术具有较强的推广价值,将有助于提升自动监测质控水平,提高自动监测数据准确性。针对自动监测流量数据可信度差提出的泵流量校核技术,通过同步连续自动监测污水处理工艺中泵流量与总外排污流量,建立泵流量与总排污流量之间的水平衡数学模型,将泵流量作为输入值,得出总排污流量的模拟值,实时判断模拟值与真实值的差距,实现了对企业污水偷排及流量监测数据质量的自动实时监控,弥补了排污流量自动监测人工质控手段的不足,有效保证了排污流量监测数据的准确

针对手工监测数据代表性差提出的企业工况核查方法,通过对不同工况下污染物产生量与产品产量、原料用量、生产用电量等变量的相关系数研究,提出通过核查产品产量/原材料用量来表征采样结果的代表性。编写的《造纸行业企业工况核查技术指南》、《合成氨行业企业工况核查技术指南》,填补了手工监测现场工况核查的技术空白,使样品测定数据的代表性有了保障。

提出的基于工况校核的点源手工监测数据总量测算技术,用生产负荷、污水回用、处理设施运行效果对传统计算方法进行优化。5家企业多个时段计算结果表明,与在线监测数据相比,工况校核法的计算误差绝对值平均为10.8%,而采用非工况校核法的计算误差绝对值平均高达38.7%,工况校核法具有明显的优势。该成果对环境保护部印发的《国控污染源排放口污染物排放量计算方法》(环办[2011]8号)起到重要技术支撑。

成果二:提出了污染物排放图谱建立技术、水污染源源解析技术,支持企业细化监测指标,流域明确监控对象,有效提升了污染源监测监管的针对性。

1、提出了水污染源排放图谱建立技术,以及优先控制污染物筛选方法,为确定企业重点监控污染物提供技术支持。

水污染源排放图谱是污染源排放特征的全面展现,是确定企业监控重点的依据。在现场调查的基础上,对钢铁、石化、造纸、印染等十个重污染行业典型企业的50多种工艺废水、水处理设施进出口废水进行实际监测,获得4万余个数据,通过研究建立了典型企业水污染物排放图谱,编写形成了《水污染源多相污染物排放图谱建立技术指南》。开发了全国首个水污染源图谱数据库,数据库包括国家、地方两级管理模式,可以做到实时查询、定期更新,方便录入和检索,为流域水污染源管理提供了快捷高效的查询平台。在此基础上,研究提出了企业优先控制污染物筛选方法,建立了上述十个重污染行业典型企业正常工况与非正常工况下的优先控制污染物名录。排放图谱建立技术与优先控制污染物筛选方法,对掌握企业排放特征,明确不同污染源的重点控制污染物,实现针对性监管具有重要作用。

2、提出了水污染源源解析技术,支持流域水污染源的识别、追踪及预测,为控源减排提供了决策依据。

将正向的水质降解模型与逆向的化学质量平衡受体模型相结合,开发出了流域水污染源化学质量平衡(CMB)源解析技术。该技术的特点是在CMB源解析技术的基础上加入污染物的一维扩散模型,使用污染源排放的污染物扩散到环境受体时的成分谱进行源解析,提高了与实际情况的符合程度,使解析结果更加准确。源解析特点和优势,该技术可用于流域水相中污染物的源解析,可解析出具体污染源对环境受体的贡献,既能得到相对贡献率,也能得到绝对贡献值。开发的水污染源源解析模型获得软件著作权一项。该技术在山东省小清河流域进行了重金属和有机污染物的解析应用,解析结果符合模型自身的诊断指标要求,与河流实际情况比较吻合。水污染源源解析技术对于流域水污染源的识别、追踪、预测,污染事故责任判别提供了技术支持,为从目前实行的区域污染物排放总量控制向满足流域不同水生态功能需求的总量控制转变,为实现流域水生态安全的控源减排管理提供了科学依据。

成果三:研发了常规理化、应急快速、生物毒性等18个典型污染物监测方法,充实、完善、提高了水污染源监测方法体系。

提出了10个典型污染物的实验室监测方法。在对国内外实验室监测方法体系进行研究的基础上,对我国水污染源国家排放标准中涉及的122种污染物、157种监测方法进行全面梳理,针对其中缺项、部分方法老化及存在的问题,分别从新方法建立、前处理技术改进、新技术应用三个方面,提出的10个典型污染物的实验室监测方法,均在不同层面体现优势与突破。以《废水烷基汞的测定气相色谱法》为例,采用液液-萃取、液液-反萃取法替代现行方法的巯基棉萃取法进行分析目标物的萃取浓缩,操作简便,提高了回收率和方法精密度。引入毛细色谱柱分离样品,避免了色谱柱易污染的问题。改进后的检出下限比原方法灵敏了一个数量级。通过对原有方法的改进、新方法的补充,目前分析方法已经覆盖了水污染源国家排放标准中涉及的所有污染物,形成了一套完整的监测分析方法体系。

提出了7个典型污染物的应急快速监测新方法。在对应急监测方法现状和存在问题研究的基础上,通过去除干扰、优化预处理条件和分析条件等手段开发了重金属、挥发性有机物和半挥发性有机物三类物质共7个典型污染物的应急快速监测新方法。其中,在研究便携式傅立叶红外法快速测定环戊烷、正戊烷时,通过设计发明一种新型测定挥发性物质的前处理装置,缩短了分析时间,提高了灵敏度,有效弥补国标方法测定时间长的缺点,更适应应急监测工作的需求,该装置获得专利1项。

提出了小型鱼组合“时间-效应”生物急性毒性监测方法。组合评价方法是国际生物毒性评价方法中的先进技术,目前采用的多为不同营养级生物的组合。课题在近80家企业、上百次采样、5000多个监测数据的基础上,提出的小型鱼组合生物急性毒性监测方法,利用同营养级试验生物(商品小型鱼)在同一试验中组合,能够使样品毒性评价结果的可信度提高,特定的组合又明显提高了方法对水污染源样品毒性识别的灵敏度。该成果在松花江、辽河、太湖流域的80家企业做了验证,样品涉及冶炼、化工、制药、轻工、造纸、印染、电子、电镀等行业。应用结果表明该方法可节约试验用时70%以上,同时由于试验过程不稀释样品,无浓度分组预试验过程,大大减少试验动物用量,实验过程简单,可普及性大大提高,为水污染源监测监管体系提供了生物毒性方法实施的可能性。

三、成果应用

课题研发的点源总量测算技术、水污染源监测方法等成果完善了现有水污染源监测监管技术体系,很大程度上提高了水污染源监测对环境监管的支撑作用。总量测算、自动监测设备比对监测技术等研究成果已经转化为技术规定和管理文件,支撑全国水污染源监测管理;工况核查技术、监测方法等研究成果在重庆、吉林等地方监测站已应用于实际工作,促进了水污染源监测技术水平的提升。

应用一:总量测算、自动监测设备比对监测技术等研究成果已经转化为技术规定和管理文件,支撑全国水污染源监测管理。

课题提出的总量测算技术已应用于环境保护部印发的《国控污染源排放口污染物排放量计算方法》,该文件已在全国实施近两年,该方法是全国通用的总量测算技术。基于课题研发的自动监测比对技术由中国环境监测总站制订的《污染源自动监测设备比对监测技术规定》技术文件,为我国开展的国控重点污染源比对监测、自动监测数据有效性审核提供了技术支撑。课题提出的水污染源五级监测管理体制机制在环境保护部、国家统计局、国家发展和改革委员会、监察部四部委联合印发的《“十二五”主要污染物总量减排监测办法》中得到部分体现,直接支撑了全国总量减排重点工作。

应用二:工况核查技术、监测方法等研究成果在重庆、吉林等地方监测站已应用于实际工作,促进了水污染源监测技术水平的提升

课题提出的造纸、合成氨两个重点行业工况核查技术在永川、涪陵等监测站的污染源实际监测中得到应用,为手工监测数据的代表性提供了保障;课题研发的烷基酚、烷基汞等实验室监测方法在辽宁省、重庆市沙坪坝区等监测站得到实际应用,提高了监测方法的精密度、准确度;课题研发的小型鱼组合“时间-效应”生物急性毒性监测方法在吉林、辽宁、江苏等地部分监测站得到应用,为生物监测在水污染源监测中的推广应用奠定了基础。


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