1. 引言
水是地球上最常见的物质之一,地球表面约有71%被水覆盖。随着科技的迅速发展,人类活动不断增加,水环境问题日益严重[1],公众越加关注水环境问题。水环境监测是保护水资源最有效、最重要的手段之一。水环境监测是通过监控和分析水资源中污染物的种类、浓度以及变化趋势,评价水资源质量[2]。随着科技日益发展,水环境监测也得到了快速发展,水环境监测技术及方法多种多样,选择合适的水环境监测技术及方法,监测、测定出的水环境各项数据才有意义,才能为水资源的污染防治及治理、水体的保护提供有效的依据。
本文阐述了水环境监测的重要性,探讨了水环境监测技术现状、存在的问题,展望了未来水环境监测技术未来发展想及趋势。
2. 水环境监测意义
水是人类和生态系统最重要、最基本的物质之一[3]。水体的质量状态直接影响人类的健康、生态系统平衡及物种的多样性。水环境监测作为环境监测的最重要内容组成之一,以水环境为对象,利用物理、化学、生物及生物化学的方法,测定水环境的代表性指标,如:氮、磷、pH值、溶解氧、天然放射性核素(铀、钍、镭、钾)等,通过测定结果及变化趋势,掌握水体的状况,为水环境的管理提供可靠的基础数据,为水污染治理提供科学支撑。同时水中的污染物质、天然放射性核素通过迁徙的形式,转移到水体附近的土壤中,间接对土壤造成污染。
水环境监测是水体污染防护及治理的最重要的手段之一,通过实时或长期有效的水环境监测,分析数据,对比数据。掌握水污染现状、迁徙特性。利用专业的数据推演,从而了解到污染源头。及时发现水体污染现状,快速反应,最快速进行水体污染防护及治理。当需要进行水污染治理时,为水环境监测工作者提供可靠的参考资料和有效的数据信息,从而选择、设计合理的防护和治理技术,最快掐断污染源头,最有效的改善、治理水体污染问题。保护水环境,促进生态环境平衡。通过水环境监测,提高水污染治理设备的运行效率,为国内的排污操作等提供数据参考依据,也能为国际水体指标提供参考数据。
水环境监测数据为实时了解水资源的状况提供有效的数据支持,优化水资源的调度和配置。科学、有效、及时的水环境监测数据分析结果可以为政府决策提供科学依据,使政府在构筑“全面节约、有效保护、优化配置、合理开发、高效利用、综合治理”的水资源保障体系过程中有据可依[4]。
水是人类的生命之源,身体健康、生命安全和社会的和谐稳定与饮用水水质好坏有直接的关系。加强水环境监测工作,更加清晰了解饮用水水体情况。确保人类饮用到安全的水源,保证其健康。
3. 水环境监测技术现状
水环境现场采样人员的专业程度、布点方法、采样的方式、平行样品的采集与否、样品容器管理、实验室样品管理、分析方法及仪器的选择,样品的保存都会对监测结果产生影响。保证了这些的前提条件下,水环境监测技术又是中之中,随着科学技术飞速发展,水环境监测技术多种多样。
水体的含微生物量、物理性质、化学元素等检测是水环境监测主要内容,从而评价水质的质量。检测水体微生物是微生物检测的主要监测内容,结合环境分析学、化学检测学等原理微生物检测是,判定水体污染情况,超标的污染因子等[5]。该技术缺点在于难以量化水体污染程度,通过作为水环境监测辅助手段之一,但不可缺少。
气相色谱技术是以气体为流动相色谱法,是一种新型分离、分析技术。科学、农业、工业及环境保护中应用广泛。气相色谱法根据物质极性、沸点等差异,将混合物进行分离检测[6]。检测器对组分检测分析,转变组分为电信号,记录后生成气相色谱图。
遥感技术包括:高光谱数据源、多光谱数据源及其他数据源;高光谱数据源又包含无人机遥感技术、陆基(地基、岸基)遥感技术,其相比其他监测技术,自动监测技术之一,监测结果实时、可靠准确,具有动态监测效果,受外界干扰较少,监测成本较低、范围大、监测效率高等优点。一方面该技术具备监测固体悬浮物的能力,通过红外光波测定悬浮物,构建悬浮物波段幅值模型,从而掌握水体水质实际状况,另一方面而且污染源和污染物运移规律响应明显。
4. 水环境监测技术的发展
水环境监测技术未来发展的三两大核心:仪器集成化、扩大监测范围[6]、智能化。实现以上技术,既能降低水环境监测成本,也能提高监测的效率及实时性。结合传感器技术、遥感技术、大数据技术展开深入地分析。
传感器在各行各业广泛应用,传感器技术为适应于当前技术的发展,也在向微型化和便携化转变,在各种水体的监测更变方便、兼容。为得到更全面的水质信息,当前的水质监测需要实时测量多个参数。大数据技术以及人工智能技术是目前科技发展的主流,得到迅速的发展;各行各业都在结合大数据以及人工智能,开展新的技术的研究、应用。目前的传感器技术具备了存储数据、数据传输和自动校准等功能。全国各级环境监测站众多,海量的监测数据需要上传到云端,通过大数据技术快速的分析、对比数据;既能迅速相应各个地区的水质变化,从来快速做出应急方案。也能根据大数据分析数据的结果追溯污染源头,达到快速防治的目的。
利用遥感技术的高频率监测特点,对水质的季节性和瞬时变化监测非常有帮助。无人机、水下传感器和浮标等传感器技术与卫星遥感集成,对沿海和内陆等水域水质全面监测。遥感技术结合大数据技术,遥感技术监测的数据通过云端储存,部分储存得到的监测数据公开,供其他的科研机构使用,数据共享将推动遥感技术以及大数据技术的发展,使得水环境监测技术发展的更快。
大数据技术在分析水质监测数据方面成为不可缺少的一部分,减少人为处理海量监测数据时出现的错误,有助于更有效地处理、分析和解释大量的水质数据,提供更深入的洞察力和决策支持。根据已有的水质数据构建预测模型,预测未来的水质可能发生的变化趋势,及时发现潜在存在威胁水质安全的因为,第一次时间做出预防措施,避免更大的危害产生。结合实时水质数据,通过大数据结合人工智能技术实现自动化的监测和预警系统。该系统帮助水环境监测工作者扩大监测范围,降低监测成本。大数据技术通过整合各级环境监测站的源头数据,全方面了解全国水资源的状况和变化趋势[7]。大数据分析通过优化水环境监测的监测点位的合理分布,降低监测成本。
当前技术飞速发展,水环境监测的需要也日益增大,为满足当前需求,许多学者对水环境监测技术进行深入的研究,2024年高殿文[8]提出了现代化萃取技术,该技术应用一种新型快速溶剂萃取技术ASE,其原理是基于溶质在不同溶剂中的溶解度存在较明使用差异,通过快速溶剂萃取仪设备,在高温高压环境下,机污染物被合适的溶剂高效快速萃取。该萃取技术与传统萃取技术相比具备溶剂损耗少、萃取速度快、萃取成本呢较低,效率高等优点。适应当前水环境监测的主题。
5. 结语
本文阐述了水环境监测的重要性,分析了水环境监测技术现状,展望了水环境监测未来发展方向。
总结了水环境监测技术发展三大核心:仪器集成化、扩大监测范围、智能化。实现以上技术,既能降低水环境监测成本,也能提高监测的效率及实时性。传感器技术、遥感技术集合大数据以及人工智能技术,将全国的水环境监测数据串联,快速分析监测数据,更具监测结果,快速响应;或者开展应急预案,或及时防治污染。
传统的监测技术,在学者共同努力下,结合当前的水环境监测的需求也在不停的优化,使得水环境监测数据更加高效及可靠。保护水环境,维持生态系统平衡,保护公众水资源安全,最终让公众的生活安全得到保证。