图1 水质预警系统中不同监测手段与监测指标数量的关系图。

本文研究了英国百灵达有限公司生产的Palintest 7500在水质预警系统中的技术支撑作用，包括构建全面的水质预警监测指标、SA扫描分析技术实现水质预警技术突破、完善并优化现有水质预警系统，探讨了建立水质预警系统的技术支撑体系新思路，有利于提高国内现有水质预警系统的准确性、可靠性及预警能力。

不断完善水质预警系统的支撑技术是建设先进的环境监测预警体系的一项基础性工程。自1987年德国首次提出“预警水质监测”概念以来，随着监测技术的发展，越来越多的水质指标可以采用自动监测仪器实现实时监测，现在普遍认为水质预警系统中检测水质指标的支撑技术等同于自动监测技术。

为了探索环境资源区域补偿制度下构建更先进的水质预警系统，常州市环境监测中心站投资在水质自动站加装了英国百灵达有限公司生产的Palintest 7500，通过有针对性的专业化设计，将其开发为水质预警系统的重要支撑技术，有利于提高现有水质预警系统的准确性、可靠性及预警能力，探索了建设先进水质预警系统的新思路。

专业化的设计

Palintest 7500的硬件包括分光光度计、SA扫描分析仪、水质预警监测套件等，软件包括水质预警监测技术方案。Palintest 7500与传统的“移动水质实验室”之间既有联系，又有区别（表1）。Palintest 7500保留了“移动水质实验室”的监测技术，又独具特色地开发了SA扫描分析法、水质预警监测套件、SA软件等针对水质预警系统特点的新技术，发展成为能够为水质预警系统提供重要支撑技术的“现场水质实验室”。

表1   传统的“移动水质实验室”与Palintest 7500的比较

构建全面的水质预警监测指标

构建全面的水质预警监测指标，是实现先进的环境监测预警体系三大基本功能的必然要求。做到全面反映环境质量状况和变化趋势，及时跟踪污染源污染物排放的变化情况，尽可能地准确预警和及时响应各类环境突发事件，满足环境管理需要。但是，现有水质预警系统局限于自动监测技术，仅可以自动、连续地测定几个参数，主要监测项目有水温、pH、溶解氧（DO）、电导率、浊度、高锰酸盐指数、氨氮和总有机碳（TOC）等，选取参数包括必测项目7种和选测项目14种，这些参数不能够全面反映水环境状况。总体来讲，由于缺乏相关部门提出水质预警体系的权威性定义，造成目前普遍认为水质预警系统中检测水质指标的支撑技术等同于自动监测技术。根据建设先进的环境监测预警体系的科学内涵，水质预警体系是按照监测介质划分直接隶属于环境监测预警体系的一个概念，理论上讲，所有适合先进的环境监测预警系统的监测技术都可能应用为水质预警系统的支撑技术，即自动监测、实验室监测、应急监测、遥感监测、生物监测等都可能成为水质预警系统的支撑技术。

Palintest 7500针对水质预警系统的专业化设计，成为构建全面的水质预警监测指标的重要支撑技术，体现在以下几个方面：

1. 监测指标：Palintest 7500能提供109种检测方法，自定义15种检测方法，监测指标包括《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）中的全部水质常规指标（最多42项）及部分水质非常规指标（最多64项），它对水质预警监测指标的支撑广度是其他设备无法比拟的。目前，Palintest 7500、自动监测、生物监测三种技术相互结合，共同构建了全面的水质预警监测指标（图1）。

表2 Palintest 7500对水中游离氯和总氯实现分级预警监测

Palintest 7500不仅全面扩充了水质预警体系监测指标，而且为某些重要参数实现分级预警专门配置了不同的预警监测套件。我们认为，完整的水质预警监测应该分为三级：一级是快速预警监测，适用于判断某污染物浓度是否超过警戒线；二级是确定性预警监测，适用于判断某污染物在警戒线左右的确定浓度；三级是精确权威预警监测，适用于精确测量环境区域补偿因子（江苏省暂定为COD、TP、氨氮）及部分重要参数的浓度，为环境区域补偿制度及突发性水质污染事故的应急监测提供权威性监测数据。考虑到游离氯和总氯是水质安全的重要指标，Palintest 7500配置了三种不同的预警监测套件实现分级预警监测（表2），体现了构建全面水质预警监测指标的深层含义。

图2 氟化物全年浓度变化趋势图。

2. 监测频率：Palintest 7500监测频率设定为1~2次/月，每种监测指标全年可获得12~24个数据。水质预警系统按日报适时反映自动监测信息，月报、季报、年报或专题报道则增加反映由Palintest 7500提供的监测数据，这些指标能全面反映水环境状况。此外，通过Palintest 7500对某些持续污染指标实施长期监测，几年后每种监测指标将积累大量的数据，这些数据不仅能够反映出污染物变化规律，预判每种污染物的浓度置信水平及异常值，而且可以为自动监测设备选型提供科学依据，避免盲目地在水质预警系统中添置自动监测设备。

表3 Palintest 7500在水质预警系统中测量氟化物含量统计分析结果

我们以Palintest 7500在某水源地水质预警系统中监测氟化物为例，监测频率为1次/15天，全年获得24个数据，绘制氟化物全年浓度变化趋势图（图2），对Palintest 7500在水质预警系统中测量氟化物含量进行统计分析（表3）。

以上分析表明，该水源地水中氟化物浓度置信水平可假定为0.32~1.08mg/L；全年24个监测数据中有2个轻微超过《生活饮用水卫生标准》（GB5749-2006）规定的限值1.0 mg/L，占全部监测数据的8.3%。氟化物（F-）是人体必须的微量元素之一，缺氟易患龋齿病。饮水中含氟的适宜浓度为0.5~1.0 mg/L，当长期饮用含氟量高于1.0~1.5 mg/L的水时，易患斑齿病，如水中含氟量高于4.0 mg/L时，可导致氟骨病。总体讲，该水源地水中氟化物含量基本处于饮水的适宜浓度，考虑到有2个监测数据已经轻微超标，超标率分别为3%和8%，进一步加强氟化物监测是必要的。但是，是否需要在该水源地安装氟化物在线分析仪，应该取决于氟化物的来源调查结果。若调查表明该水源地氟化物主要来源于自然环境，其浓度是长期持续、缓慢变化的，则采用Palintest 7500可满足监测要求；若调查表明该水源地上游存在有色冶金、钢铁和铝加工、焦炭、玻璃、陶瓷、电子、电镀、化肥、农药厂的废水及含氟矿物的废水，这些废水中常常含有氟化物，该水源地处于氟化物污染的高风险区域，则必须在水质预警体系中安装氟化物在线分析仪，同时要求相关企业也必须安装氟化物在线分析仪并实现联机，真正发挥水质预警体系的作用。

3. 投资性价比：构建全面的水质预警系统必须考虑投资性价比。鉴于每种自动监测仪器的价格一般在10万元以上，有些设备甚至高达数百万元，这意味着水质预警系统采用自动监测技术每增加一个监测指标就需要投入10万元以上，若需要构建全面的自动监测指标则需要数千万元的投资，如此昂贵地建设水质预警监测指标是不符合国情的。此外，并非水质预警系统中每一项监测指标都适合采用自动监测技术。针对一些污染程度较轻的水质指标，如对于Hg2+、Pb2+、Cu2+、石油类、挥发酚等浓度始终保持在所需水质标准允许范围内的水体，污染物扩散模式显示即便在瞬时性污染造成的水污染事故中这些指标通常情况下仍然处在无法检出的浓度水平，没有必要周期性反复测定，可适当拉大监测时距，由Palintest 7500提供相关的监测数据。Palintest 7500根据配置不同价格为10~25万元，一般至少能监测数十项水质指标，相对价格昂贵的自动监测设备，Palintest 7500具有非常优越的投资性价比，它使构建全面的水质预警监测指标具有现实意义。

水质预警系统的技术突破

Palintest 7500把SA扫描分析技术应用于水质预警系统，提供了一种快速、准确、抗干扰能力强的监测方法，可测量水中镉、铅、铜、余氯等重要指标。SA扫描分析法不同于现有水质预警系统中普遍采用的比色、电极测量技术，它是基于差示脉冲阳极溶出伏安法（DPASV）原理，研制出获得专利技术的高精度可抛式化学传感器，又称SA铅电极，被广泛视为等同于原子吸收方法的一种监测技术，目前已获美国EPA批准。这是区域环境资源补偿制度下保证水质预警监测系统提供权威性数据的重要技术突破。

表4 SA-Scanning测试铅允许的干扰物质最高浓度一览表

铅是环境中公认的一种高危害污染物，我们以Palintest 7500在水质预警系统中采用SA扫描法测量铅含量为例，它提供了当今最简单的铅检测技术。从原理上讲，差示脉冲阳极溶出伏安法是实验室中已经应用多年的成熟技术，它包含电解富集和电解溶出两个过程。首先是电解富集过程，它是将工作电极固定在产生极限电流电位上进行电解，使被测物质富集在电极上。当SA铅电极插入样品中时，分析过程就开始了，仪器会在样品溶液中产生微电流，铅和其它金属离子会富集在电极表面——就像电镀一样。电镀阶段完成后，电解溶出过程开始。分析仪在电极间加以逐渐升高的反向电压，使富集在电极上的金属按固定顺序从电极上脱离，通过这种方法就可以把铅和其他金属各自分离开来。我们把该阶段称为扫描分析阶段。通过对电流循环进行精确控制，捕获并比较成千上万的检测信号，由仪器的微处理器区分出与铅相关的信号并计算出铅的准确浓度。SA扫描法只需要45~180s就可以检测出铅含量，干扰实验表明，SA扫描法是一种抗干扰能力强的监测方法（表4）。

图3 SA扫描分析法与GF-AAS在水样铅含量检测中的对比研究。

目前，实验室主要采用石墨炉原子吸收光谱法（GF-AAS）、电感耦合等离子体质谱仪（ICPMS）检测重金属含量，这些设备非常昂贵，要求操作人员具备很高的专业素质，不适合安装在水质预警系统的现场实验室。SA扫描法的灵敏度完全满足或超过常规铅含量环境监测要求所需要达到的标准（表5），而且操作非常简单（表6）。对比实验表明SA扫描法与GF-AAS具有同等的分析性能（图3），可以为水质预警系统提供权威性监测数据。

表5 SA扫描分析法检测水样铅含量的性能指标

完善和优化水质预警系统

Palintest 7500在水质预警系统中的应用，为完善和优化水质预警系统提供了重要的支撑技术，体现如下：

1. Palintest 7500设计了适合水质预警系统的监测方案，可以根据监测指标显色时间的长短，把显色时间相同或相近的指标集中测试，并为此配备了必要数量的比色管、定时器、纯水生成包等，由此将测试106项指标的时间周期从实验室需要的14天、传统便携式多参数分析仪需要750min缩短到了100min，测试费用从2万元/次降低到2000元/次。

表6 专业人员和非专业人员使用SA扫描分析法测量铜、铅的监测数据

2. Palintest 7500的每种测量方法可存储500个测试结果，并且可以记录测试的时间、日期和带单位的测量值。所有检测结果可通过USB接口执行文件拖放操作，轻松地传输到水质预警系统的数据库，提供相关的预警信息并生成报表。

3. 比对实验：Palintest 7500可以在现场完成全部自动监测指标比对实验，通过标液核查、加标回收等质量控制手段，为保证自动监测数据的准确性提供技术支持。

4. 标准化试剂管理：Palintest 7500的试剂包可以直接用于配置自动监测仪器的试剂，快速、准确、稳定性好，有利于实现自动监测仪器的标准化试剂管理，为保证自动监测数据的准确性提供技术支持。

5. 应急监测： Palintest 7500对瞬时性污染造成的水污染事故能够有针对性地实施全方位连续检测，包括实现污染区域的土壤、底泥的现场分析，为环境管理提供重要的决策依据。

小结

综上所述，我们认为建设先进的水质预警体系不能将其支撑技术局限于自动监测。本研究通过专业化设计，把Palintest 7500开发为适合水质预警系统的重要支撑技术，主要体现在三个方面：底层支撑体现为构建全面的水质预警监测指标；顶层支撑体现为SA扫描分析技术实现了水质预警的技术突破；整体支撑体现为完善和优化了现有的水质预警系统。本研究有利于提高现有水质预警系统的准确性、可靠性及预警能力，同时探索了建设先进的水质预警体系的新思路。