陳青，邱勇，常杪，陳杰

摘要：利用政策與管理需求差距分析、現(xiàn)狀調(diào)研與實地監(jiān)測試驗的方法，綜合分析中國環(huán)境管理中對污染源COD在線監(jiān)測技術的需求轉變、常見的重鉻酸鉀法和UV法在實際應用中的常見問題；通過重鉻酸鉀法和UV法在線監(jiān)測及國標手工分析方法的實地試驗結果比較，分析如何改進并充分發(fā)揮不同在線監(jiān)測技術的環(huán)境管理支撐優(yōu)勢。分析結果顯示，我國對COD在線監(jiān)測技術存在濃度和總量監(jiān)測的雙重需要，但實踐中存在準確度不足以支撐執(zhí)法、監(jiān)測頻率難以捕捉?jīng)_擊負荷和測算總量、廢液污染以及產(chǎn)品質(zhì)量等問題。污水廠試驗顯示，UV法與手工分析法一致性較好；UV法監(jiān)測頻率優(yōu)勢突出，可充分反映出水水質(zhì)連續(xù)、突變、短時平衡過程，還可以預警出水水質(zhì)和分析水質(zhì)惡化原因，協(xié)助污水廠優(yōu)化運行�？梢詮募夹g、應用模式和監(jiān)管體系等方面進行改進，以發(fā)揮不同COD在線監(jiān)測技術的優(yōu)勢。

對于主要污染物總量減排、排污權交易、重點污染源監(jiān)控、污染源信息公開、環(huán)境統(tǒng)計、排污收費、環(huán)境風險監(jiān)測預警、污水處理廠出水水質(zhì)穩(wěn)定達標等環(huán)境政策或環(huán)境保護工作的落實或改進來說，在線監(jiān)測是十分關鍵的技術支撐。國家對此十分重視，自2007年全面啟動在線監(jiān)測能力建設項目以來，在線監(jiān)控全國網(wǎng)絡基本成型，但是監(jiān)測結果利用并不樂觀。為提高監(jiān)測數(shù)據(jù)質(zhì)量，環(huán)保部要求按季度對污染源自動監(jiān)控系統(tǒng)考核、通報；各地環(huán)保部門也紛紛開展比對監(jiān)測。而目前相關研究主要基于提高監(jiān)測數(shù)據(jù)執(zhí)法可靠性的單一管理目標開展，側重于驗證準確性、分析影響準確性的因素、各類技術優(yōu)缺點、中國在線監(jiān)測面臨的問題等；但是對在線監(jiān)測的環(huán)境管理需求認識不系統(tǒng)，不能有針對性地發(fā)揮不同技術的優(yōu)點。為此，有必要結合我國環(huán)境管理對在線監(jiān)測數(shù)據(jù)的需求特點和當前在線監(jiān)測技術的應用情況，對如何充分發(fā)揮不同技術的優(yōu)勢來促進我國環(huán)境保護事業(yè)的發(fā)展及不同技術的可能改進方向提出建議。

1 COD在線監(jiān)測技術的需求分析

① 監(jiān)管用途方面

我國在線監(jiān)測能力建設源于減排能力建設，主要為了監(jiān)控減排工程是否正常運轉，以評估并保證減排成效。從目前應用看，COD在線監(jiān)測技術更多、更迫切的需求在于總量減排、排污權交易、信息公開以及環(huán)境風險監(jiān)測預警等領域，同時也不排除用于濃度達標監(jiān)管和污染物排放量的統(tǒng)計。

② 監(jiān)管指標方面

我國的COD在線監(jiān)測存在濃度和總量雙控制的政策目標需求。濃度監(jiān)測要求準確度高，但對監(jiān)測頻率要求較低�？偭勘O(jiān)測則不僅要求濃度監(jiān)測準確度高，對監(jiān)測頻率要求也較高；因為監(jiān)測頻率越高，越能夠捕捉污染排放的峰谷和趨勢變化，避免對正常波動、故障、稀釋、偷排等情況的遺漏。

③ 監(jiān)管對象方面

當前污染源監(jiān)管側重污水處理廠和工業(yè)源。污水處理廠規(guī)模龐大，對生活污水COD控制的成敗有重要影響，近年來污水廠不斷提標改造，其COD在線監(jiān)測效果十分重要。而工業(yè)源是重要而數(shù)量龐大的污染來源，需要重點監(jiān)管，且由于不斷納入城市管網(wǎng)，工業(yè)污染源納管COD濃度的在線監(jiān)測對整個污水處理系統(tǒng)的穩(wěn)定運行有重大意義。

2 COD在線監(jiān)測技術的應用現(xiàn)狀分析

2.1 COD常見的在線監(jiān)測技術

調(diào)研發(fā)現(xiàn)目前我國主要使用其中兩類。一類是以國標經(jīng)典法為原理的重鉻酸鉀型，另一類是以紫外（UV）法為原理；此外還有部分TOC儀。其中重鉻酸鉀型監(jiān)測儀較為常用，特別是光度測量法（比色法）和氧化還原滴定法（尤其是國產(chǎn)儀器），比UV法應用更多，而TOC儀在我國應用時往往沒有將結果轉換為COD。特別是UV法最初在我國的應用案例較多，由于沒有嚴格選擇適用水質(zhì)，一些反面案例影響了市場對UV法的信任。

大量文獻顯示，重鉻酸鉀型優(yōu)點明顯，如：適用水質(zhì)范圍廣，與監(jiān)管依據(jù)的國標法原理一致，技術簡單成熟，價格便宜。而缺點同樣明顯，如:相比同原理的實驗室方法，在線儀器測出的數(shù)據(jù)并不十分準確，測量精度也不高，往往需要人工校正；測量慢，通常為1~2 h；故障率比較高，可靠性較低；會產(chǎn)生含汞的強酸廢液，帶來二次污染；藥品和廢液處置費抬高運營成本，且國產(chǎn)儀器相比國外儀器藥品消耗量和廢液產(chǎn)生量更多。而UV法的缺點主要體現(xiàn)在兩個方面：第一，對待測水樣的水質(zhì)要求比較高。第二，UV法直接測定的指標是吸光度，跟TOC法一樣需要經(jīng)過轉換才能表征COD，而我國尚未出臺相關轉換標準，通常由儀器公司提供經(jīng)過現(xiàn)場標定的轉換公式。但是UV法的優(yōu)點也同樣明顯，如:屬于國家允許的產(chǎn)品清單范圍內(nèi)；對適用的水樣，數(shù)據(jù)準確度、測量精度都很高；測量迅速，2s讀取一個數(shù)據(jù)；故障率較低，可靠性很高，部分品牌（如HORIBA）儀器具有自清潔功能，基本免維護；無廢液產(chǎn)生，不存在二次污染；無需反復添加試劑，運營成本較低且簡便。

2.2 COD在線監(jiān)測技術的常見問題

① 準確度差距

我國目前已經(jīng)安裝的COD在線監(jiān)測儀器獲取數(shù)據(jù)的準確度還不能普遍達到作為達標判斷的直接執(zhí)法依據(jù)的要求。一方面是技術問題。在線監(jiān)測COD方法眾多，適應水質(zhì)也不同，儀器采樣條件、分析方法與實驗室的差異導致存在一定的分析誤差。另一方面是監(jiān)管問題。稀釋樣本、篡改數(shù)據(jù)等情況難以遏制。

② 監(jiān)測頻率差距

由于我國的污染源大部分采用重鉻酸鉀型的COD在線監(jiān)測儀，監(jiān)測結果產(chǎn)生周期一般為1~2 h。這對于不穩(wěn)定的排水水質(zhì)來說，頻率過低，極易遺漏一些臨時沖擊負荷。這一方面不利于廢水排放濃度的監(jiān)管，對需要捕捉排污特征的環(huán)境風險預測預警工作也有障礙，而對于需要利用出水水質(zhì)狀況對污水處理工藝進行調(diào)整和優(yōu)化的情況，如此低的頻率很容易形成錯誤的調(diào)整信號；另一方面也不能真實反映污染物的排放總量，對總量控制、排污權交易、排污許可等需要嚴格監(jiān)管污染物排放總量制度的實施極為不利。相對而言，UV法高頻率監(jiān)測數(shù)據(jù)更有助于實現(xiàn)水體COD污染情況的連續(xù)實時監(jiān)控，受限于目前還沒有很好的手段來排除實地監(jiān)測過程中各種不確定干擾因素的影響，尤其不能針對我國水質(zhì)變動頻繁的監(jiān)測條件開發(fā)較好的數(shù)學模型可以用于保證測定結果質(zhì)量，要依靠UV法在線監(jiān)測結果進行執(zhí)法也存在較大的問題。

③ 監(jiān)測儀器廢液污染問題

我國目前幾乎所有的COD在線監(jiān)測設備采用的都是以重鉻酸鉀型的氧化還原滴定法和光度測量法為原理設計制造的儀器。其中氧化還原滴定法儀器使用最多，因為這種方法的儀器從原理到檢測過程和實驗室方法中的國標經(jīng)典法完全一致，政策風險較小。此外，由于儀器價格的原因，此類方法的國產(chǎn)儀器的占有率大大高于進口儀器，而由于國產(chǎn)儀器的廢液產(chǎn)生量數(shù)倍于進口儀器，廢液中存在大量的汞、鉻和強酸，存在二次污染隱患。隨著在線監(jiān)測儀器安裝的日益增多，如果處理不好會產(chǎn)生非常惡劣的后果。歸根結底，測定COD的目的是改善水環(huán)境質(zhì)量，而不是僅僅為測定COD數(shù)值。因此，檢測儀器本身應盡可能達到低環(huán)境負荷。在這方面，UV法的“零試劑”有明顯優(yōu)勢。

④ COD在線監(jiān)控裝置產(chǎn)品質(zhì)量水平和監(jiān)督還有待進一步提高

COD在線監(jiān)控裝置產(chǎn)品質(zhì)量體現(xiàn)在兩方面：一是故障率高，二是質(zhì)量監(jiān)督力度不足。盡管《污染源自動監(jiān)控管理辦法》（國家環(huán)境保護總局令2005年第28號）要求“自動監(jiān)控設備中的相關儀器應當選用經(jīng)國家環(huán)境保護總局指定的環(huán)境監(jiān)測儀器檢測機構適用性檢測合格的產(chǎn)品”，且目前水質(zhì)污染監(jiān)測儀器已經(jīng)列入環(huán)境監(jiān)測強制檢定目錄，按照國家計量法規(guī)定必須強制檢定，但是由于計量部門缺乏此類儀器檢定的資質(zhì)、技術，年檢工作開展十分有限。

3 COD在線監(jiān)測實地試驗

3.1 試驗概況

為獲取COD在線監(jiān)測技術在我國應用情況的一手資料，選擇某市的三座污水處理廠（M廠、S廠和X廠）進行實地在線監(jiān)測試驗。三座污水廠的進水都是既有城鎮(zhèn)生活污水，又有工業(yè)廢水。除了監(jiān)測出水COD以外，X廠還進行了TN和TP同步監(jiān)測。除了本研究項目組安裝的UV法COD在線監(jiān)測儀器（HORIBA公司的OPSA-150）和TN／TP在線監(jiān)測儀器（HORIBA公司的TPNA-500）以外，各污水廠正在使用重鉻酸鉀型COD在線監(jiān)測儀（儀器經(jīng)當?shù)刂鞴懿块T驗收，并定期對比檢測，監(jiān)測結果產(chǎn)生周期為2 h）和島津公司的TP在線監(jiān)測儀。此外，各污水廠還按照監(jiān)管要求，每天對24 h混合樣品（利用采樣器每小時自動采樣后等比例混合而成）按國標法進行實驗室手工分析。

3.2 試驗結果與討論

3.2.1 監(jiān)測結果一致性分析

污水廠的手工分析結果是主管部門進行達標監(jiān)管的日常依據(jù)。三廠的試驗結果表明，UV法與手工分析結果范圍、月均值的一致性較好，而與重鉻酸鉀型在線監(jiān)測結果的偏差明顯偏大。

3.2.2 監(jiān)測頻率優(yōu)勢分析

通過比較手工分析、重鉻酸鉀型在線監(jiān)測、UV法在線監(jiān)測等三種方法發(fā)現(xiàn)，UV法在監(jiān)測頻率上有明顯優(yōu)勢，主要表現(xiàn)為三方面：①充分反映出水水質(zhì)連續(xù)變化而非反復跳躍的事實，符合工藝原理。②捕捉臨時性的出水水質(zhì)突變，警示來水水質(zhì)或工藝運行異常。③捕捉污水處理工藝一些短時平衡過程中的COD變化并加以研究利用。

3.2.3 高頻率監(jiān)測結果潛在用途分析

利用高頻率的監(jiān)測結果一方面可以及時了解總體出水水質(zhì)情況，另一方面可以了解污水處理工藝單元的情況，具體用途有三類：①COD與TN監(jiān)測結果聯(lián)合預警出水水質(zhì)。②COD與TN監(jiān)測結果聯(lián)合分析出水水質(zhì)不達標或惡化的原因。③監(jiān)測工藝單元運行情況，進行工藝參數(shù)調(diào)整。

3.3 試驗結論

① UV法與日均值手工分析結果一致性較好,但與重鉻酸鉀型結果差別略大。

② UV法的高監(jiān)測頻率使得結果比重鉻酸鉀型在線監(jiān)測和每日手工分析更能反映出水水質(zhì)的連續(xù)變化、臨時突變和局部反應的短時平衡過程。

③ UV法的高頻率監(jiān)測結果可以聯(lián)合TN等在線監(jiān)測結果進行污水廠出水水質(zhì)預警和水質(zhì)惡化原因分析，幫助運營單位及時排除故障或優(yōu)化工藝。

④ UV法的高頻率監(jiān)測結果還可以幫助及時調(diào)整污水處理單元的運行參數(shù)。

4 COD在線監(jiān)測技術應用優(yōu)化的建議

綜上所述，要改善我國的ＣＯＤ在線監(jiān)測現(xiàn)狀，需要從技術、應用模式、監(jiān)管體系等方面進行改進。

① 在技術方面，重鉻酸鉀型在線監(jiān)測儀能提高消解速度，縮短單樣本的監(jiān)測周期；降低儀器故障率；增加對廢液的處理。UV法在線監(jiān)測儀能提高數(shù)據(jù)模型處理水平，增強其抗干擾能力，以提高對水質(zhì)的適應能力；制定UV法吸光度與COD之間的數(shù)值轉換標準。

② 技術進步可提高監(jiān)測數(shù)據(jù)的執(zhí)法可靠性，但是應用模式改進可以進一步挖掘在線監(jiān)測儀器當前的潛能，還可以帶動其他監(jiān)測儀器、專業(yè)模型軟件、系統(tǒng)控制與管理軟件、配套硬件以及專家咨詢等上下游產(chǎn)業(yè)。

③ 提高在線監(jiān)測的質(zhì)量水平也需要加強監(jiān)管。除了質(zhì)量檢查以外，還可以建立在線監(jiān)測產(chǎn)品資質(zhì)的退出標準，更為嚴格地加強防篡改性能的數(shù)據(jù)采集傳輸技術標準。

（本文發(fā)表于《中國給水排水》雜志2015年第22期“述評與討論”欄目）

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