水净化是影响以后国度水质宁静的一个首要身分,是全社会遍及存眷的热门题目之一。自20世纪50年月以来,我国睁开了大批的水质监测和研讨使命。1956—1970年,我国搜集了江河自然水质的大批材料,动手监测自然水化学成份。随后,成立健全了各流域水质监测中间,那时成立了水利水电部水质尝试研讨中间,颁发了《水质监测规范》(SD 127—84)。成长至今,已建成了“以水情况监测中间为中间,监测站为节点”的笼盖天下首要江河湖库的水质监测收集系统。

水质监测使命已有了长足的成长,可是依然存在以下严峻题目:(1)同一流域的监测由差别部分停止统领,导致差别部分步调一致,严峻影响了监测使命现实运转效力;(2)监测阐发手腕难以知足大面积、多目标的全方位监测;(3) 监测进程过于抽象,完美详尽的评估目标;(4)监测数据缺少严酷的品质保障/品质节制(QA/QC),数据的靠得住性存在质疑。是以,研讨调剂水质监测计谋计划具备很是首要的现实意思。在调研大批文献的根本上,对已获得进步前辈经历的美国水质监测进程停止了系统梳理,以利于更清楚地看到我国水情况监测的缺乏,为现阶段我国拟定水质监测计谋计划的相干迷信决议计划供给参考和撑持。

1.美国水质监测成长进程

在系统调研和梳理19世纪末以来美国水质监测成长进程的根本上,经由进程对带领机构的更迭、监测名目的重点转移、阐发测试手腕不时更新、监测规模的拓宽及QA/QC系统不时完美等方面的周全透视和阐发,将美国水质监测成长进程别离为4个成长阶段:(1)低级阶段(19世纪末到20世纪40年月);(2)成长阶段(20世纪50年月到60年月); (3)过渡阶段(20世纪70年月);(4)发财阶段(20世纪80年月至今)。这4个阶段彼此慎密毗连,继往开来,比方20世纪60年月初期对具备“三致”感化的无机氯农药的监测,斥地了有毒无害无机物监测的新范畴,极大丰硕和充实了水质监测的名目, 把水质监测引向更深的条理,具备很是首要的迷信意思。

1.1低级阶段

该阶段美国水质净化尚属初期,污水排放量无限,进入水体的净化物品种和数目绝对较少,受净化水域规模不广,程度也较轻,还不成长到发生公害的程度,根基处于自然节制状况,只引发了大都专家的存眷。水质监测使命不特地的机构停止同一带领,而是由相干协会主导监测使命,根基是在某些大都会和重点地区内以自觉的、非当局行动的体例自在成长。

《水和废水的规范查验法》(以下简称《规范查验法》)是这一阶段最首要的水质监测体例,其不时被订正的进程反映了那时美国水质监测程度和水情况净化状况,详见表1。1899年,美国大众卫生协会(APHA)成立《水的规范阐发法》委员会,担任水质监测阐发体例的规范拟定。1905年,该委员会推出了《规范查验法》(第1版)。第1版的监测名目仅包罗水质物理目标(感官目标和特点目标)、化学目标(COD、非金属无机物)、简略的微生物目标等。这些监测名目根基能够知足那时水体净化情况的监测请求,阐发体例有分量法、容量法和惯例细菌学查验法。在随后的20年中,《规范查验法》不时订正补充,顺次推出第2~5版,首要增添了铅、锡、锌、铜4种金属,且引进了比色法。跟着产业的成长,饮用水源水质和供水水质也受到了要挟。1925年,APHA和美国自来水厂协会(AWWA)连系推出了《规范查验法》(第6版),拓宽了利用规模,构成了别离针对自然水和污水的两套阐发体例。跟着人们对水净化严峻性熟习的进步,1933年推出了第7版,在第6版的根本大将水体细分为自然水、污水、产业废水、 受净化水体、污泥和底泥6类,监测名目增至6大类34项,同时出格夸大了水样的代表性。1935年,污水节制连系会(WPCF)宣布了《污水的阐发体例》, 厥后归并到《规范查验法》(第8版)中,加倍充实了水质监测体例。1946年又推出了第9版,金属目标增添了9项、非金属无机物增添了5项、无机物增添了3项,引入了分光光度法。

总之,在这个阶段,美国废水处置能力很低,大部分废水未经任何处置间接排放,依靠于水体自净能力消弭净化。同时联邦当局也不颁发任何与水相干的法令对污水停止强迫性节制。水质监测重点放在感官名目、特点名目、综合性名目、金属和非金属无机物等名目上,还不触及具备“三致”感化的无机物名目。监测体例以化学法为主,对阐发测定的数据不周全的QA/QC请求,数据的靠得住性差。 这反映了那时美国水质净化的程度及水质监测的程度。

1.2成长阶段

20世纪50年月到60年月,全美各大水系、大众水体及供水水源已受到严峻要挟,臭沟渠和水体富养分化景象到处可见,恶性的堆集效应未然迸发。在这类情况下,全民熟习到节制水体净化已燃眉之急,激烈请求当局立即采用有用办法转变近况。因而,1956年美国当局核准了第一个《水法》,但碍于熟习的限定,《水法》并不提出详细目标和请求。

表1低级阶段《规范查验法》的成长概略    

1965年,国会对《水法》作了部分订正,请求各州于1967年前拟定出各自规模内的水质规范,试图以受污水体的水质规范为根据来肯定排放规范,但受认知的规模,不完成《水法》划定的使命,导致这类假想以流产而了结。固然美国在20世纪60年月,设有特地尽力于污水办理的专业化研讨机构,成立了“以治为主”的目标,良多手艺也日臻成熟,但因为那时不强迫性的法令撑持,加上办理不力,导致控污效力低下,不到达预期的节制目标。别的,产业废水处置举措办法和都会污水处置厂扶植成长迟缓, 数目和规模无限,污水处置率低,从而导致节制氨、 总悬浮物(TSS)、BOD等首要净化目标的尽力受到失利。

本阶段固然在美国水质监测百年汗青中属于安稳成长期,但在良多方面获得了冲破性的停顿。起首,监测名目大大增添。 至 《规范查验法》(第12版),监测名目增至10大类共70多项,此中,无机物名目新增了总无机净化物和外表活性剂,金属名目新增了镉和锂,非金属无机物名目新增了臭氧。同时,新增了喷射性查验、无机氯农药、铁细菌和硫细菌、生物评估4类名目,此中,无机氯农药的测定更是斥地了美国水质监测中有毒无机净化物监测的新标的目的。其次,当局加鼎力度,监测规模不时扩大。凸起表现在:(1)持续对上述6类水体睁开监测;(2)增强对供水水源的监控;(3)增强对未被严峻净化的水体的监测。别的,各州增强了尝试室的扶植。跟着监测规模的扩大,尝试室迎来了敏捷成长的潜伏机缘,水质尝试室、监测站及装备不时成长。紫外—可见分光光度法替换了传统的化学阐发体例,成为首选体例。与此同时,一些新型仪器也慢慢利用于水质监测范畴,如气相色谱仪(GC)、原子接收光谱仪(AAS)等。

值得一提的是,本阶段美国水质监测的数据品质靠得住性大幅进步,根基上到达了量化的节制程度。 1955年推出的《规范查验法》(第10版)引进了精确度、精密度、反复测定、校准尝试和加标收受接管率等观点,每一个阐发体例都给出了响应的精确度和精密度的数值规模。1960年推出的《规范查验法》(第11版)提出了校准曲线必须在天天使命之前停止校核。1965年推出的《规范查验法》(第12版)又新增了自我评估部分,且全数阐发体例在差别尝试室间停止了考证。这些办法使数据品质的靠得住性上了一个新台阶,为QA/QC的提出打下了坚固的根本。但整体上,数据的代表性、完全性和可比性仍有一定规模性。

1.3过渡阶段

20世纪70年月,美国有30多万家工场,每一年排放废水38亿t以上,这些废水大多未经充实处置或不处置就间接排放,构成水体中的各项净化目标不时好转,净化办理压力日益加大,自觉的、自动的、 非当局主导的水质监测情势未然不能知足水质羁系的须要。1970年美国情况掩护署(USEPA) 的成立和1972年美国 《洁清水法》的经由进程,标记着美国水情况监测慢慢向法制化、规范化、规范化过渡。《洁清水法》经由进程发放允许证的情势增添排放净化物,进步水质目标。该法为美国水净化节制供给了史无前例的法令保障,付与了USEPA拟定排放规范和水质规范等的权力。跟着饮用水源包罗公然饮用水源净化的加重,美国国会于1974年颁发 《宁静饮用水法》(SDWA),填补了 《洁清水法》在公然水净化节制方面的缺点。该法还出格请求抵消毒副产物三卤甲烷予以节制。1977年 《洁清水法》改称《清水法》,重点提出了65种有毒净化物。《清水法》付与了USEPA拟定产业废水排放手艺规范和判定地表水水质规范的权力。 相干法令律例及标准200的颁发见表2。法令的颁发实行极大增进了美国水质监测系统的完美。

法令的颁发实行,请求水质监测重点向有毒无机物监测标的目的成长,出格是《清水法》的颁发,使有毒无机物提上了水质监测的日程。而《规范查验法》 (第13版和第14版)对有毒无机物的监测能干为力,导致人们对其权势巨子发生了质疑。因而,美国国会请求USEPA开辟、研制相干的规范阐发体例。别离于1973年、1976年和1979年,USEPA宣布了 《废水中净化物的阐发体例》、《废水中有毒无机净化物的阐发体例》和《饮用水中4种三卤甲烷的阐发体例》,别离划定了惯例监测名目、废水中有毒无机净化物和饮用水中4种三卤甲烷的监测阐发体例(见表2)。尔后,又颠末屡次订正和补充,慢慢成长成为USEPA 100~400体例系列。

20世纪70年月是美国水质监测向发财阶段全方位过渡的首要期间,USEPA睁开了大批的研讨使命,获得了良多成绩。起首,环绕“防备为主”的目标,重点睁开了“净化泉源节制”、“零排放”和“烧毁物的收受接管与资本化” 等首要课题的研讨200-206,56-78。其次,在20世纪60年月监测名目的根本上,新增20多种金属和30多种有毒无机物。在迷信手艺的鞭策下,监测仪器向自动化和古代化的标的目的成长,慢慢构成了以GC、气相色谱质谱联用仪(GC/MS)、AAS、电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP/AES)为代表的古代阐发仪器。另外,至20世纪70年月中期,美国已在天下规模内成立了笼盖各大水系的上千个自动持续监测网点,可随时对水温、pH、浊度、COD、BOD及总无机碳(TOC)等目标停止在线监测,标记着美国进入了自动监测新期间。值得一提的是,QA/QC在20世纪70年月获得了严重的成长。QA、QC的观点别离显现在1972在《天下水体净化物排放消弭轨制》和《规范查验法》 (第14版)中。随后,在每一个规范阐发体例中都从头至尾贯串了QA/QC的道理、思绪和体例,并把QA/QC的内容作为规范阐发体例的首要构成部分,使QA/QC疾速迈进法式化、规范化和规范化。

表2过渡阶段律例规范的成长概略

1.4发财阶段

进入20世纪80年月,美国水体净化面临有毒化学物资净化、面源净化和陆地净化等新题目。面临这类情况,美国采用了一系列办法。起首,增强公然水净化物迁徙转化纪律、饮用水中化学物资对安康潜伏风险的评估、综合性水质模子、农药转化纪律及农药净化防治等科研使命。其次,采用泉源增添、 进程节制和终端办理相连系等强迫性办理体例,严酷履行相干的有毒净化物排放规范,监督净化源,赏罚守法者,究查民事和刑事责任。再者,每一年收入400亿元用于水质监测系统的扶植,至20世纪90年月,已建成一级都会污水处置厂3 220个、二级25 920个、三级1 600个,构成了比拟完美的污水系统。另外,增强律例扶植,确保水质羁系有法可依。 1982年,美国划定污水实行最好可行处置手艺(BAT),1985年关止统统烧毁物向河道排放,1987年确保有毒物资达标排放。

20世纪80年月,美国水质监测显现出全方位、 深条理、规范化、规范化和法式化的特色:(1)监测范畴向都会污水、产业废水、饮用水、地表水、公然水和大众水域等多个范畴全方位睁开;(2)以129种 “三致”感化的优先节制净化物作为监测中间,以200多种有毒无机物、近40种金属等为监测重点; (3)监测仪器进一步古代化和大型化;(4)QA/QC使命到达法式化、规范化和规范化等。指点和规范这一期间水质监测使命的规范体例有USEPA 500-462和USEPA 600-478,459-461系列等。

1.4.1 USEPA 500系列

USEPA 500系列是为确保饮用水及饮用水源的品质而拟定的,附属于SDWA、SDWA补充法和一级饮用水律例。该系列阐发体例有25个,阐发无机物250多种(见表3)。1979年,USEPA起首推出3个测定4种三卤甲烷的阐发体例;1986年,SDWA补充法请求抵消毒副产物停止羁系,因而,USEPA于1987年推出6个测定挥发性无机物和消毒副产物的阐发体例;1989年推出7个测定各类分解无机物和农药的阐发体例; 随后,USEPA于1990年推出9个阐发体例,共测定54种无机物。由表3可知,USEPA 500系列重点放在挥发性无机物、无机氯农药、多氯联苯、消毒副产物、含氯除草剂、多环芳烃和含氮、含磷农药上。

USEPA 500系列利用了良多新的阐发手腕。利用GC阐发的有16个,利用GC/MS和高效液相色谱仪(HPLC)的体例各5个。并且,该系列体例具备很高的活络性和合用性。大大都无机物能够选用差别的监测体例,为前提差别的各级尝试室供给了便利。值得一提的是,USEPA 500系列出格夸大QA/QC的扶植使命,各类规范物资装备齐备,一步到位,且特地设想了现场采样和尝试室使命的QC法式,请求操纵者必须熟习QA/QC的内容,确保采样及尝试全进程处于受控状况。

表3 USEPA 500系列无机物阐发体例

1.4.2 USEPA 600系列

USEPA 600系列是为贯彻《清水法》,掩护地表水而拟定的,共有17个阐发体例,监测217种无机物,重点是114种优先节制无机物(见表4)。该系列体例最早显现在1973年推出的《废水中净化物的阐发体例》 提案中,后颠末几回订正后归入联邦法令。最后只包罗15个阐发体例,后颠末多位专家公然评审和尝试室间的考证,又补充了2个新体例,即USEPA 1624和USEPA 1625。由表4可知,阐阐扬发性无机物的体例有5个,阐发半挥发性无机物的体例有12个。此中, 用GC的体例11个,用GC/MS的体例5个,用HPLC的体例2个,既可用GC又可用HPLC的体例1个。值得注重的是,USEPA 600系列中的15个体例(除603和1624外)都颠末了15~20个尝试室停止了体例考证,确保系列体例对差别尝试的遍及合用性。

USEPA 600系列体例具备杰出的机能,各类体例的检测限都在μg/L或ng/L级。须要非分特别注重的是,各类阐发体例都划定了严酷的QA/QC法式,请求监测全进程必须有QA办法和划定,每一个尝试室应成立规范操纵法式。同时,在停止水样阐发之前,应停止水样的QC阐发,其成果的绝对偏差应不跨越10%。总之, USEPA 600系列集合揭示了美国在这一期间QA/QC的最高程度。

时至本日,跟着高科技的成长,美国水质监测体例更规范化和国际化,完成了现场疾速及持续自动化监测阐发。“3S”系统收集、核酸探针及聚合酶链式反映(PCR)手艺等的利用完成了对水质的静态监测,拓宽了监测规模。总之,美国水质监测名目慢慢向痕量、超痕量化成长,阐发速率慢慢疾速化。

表4 USEPA 600系列无机物阐发体例

2.对将来我国水质监测的倡议

纵观美国水质监测成长进程,它是一个由部分规模到天下规模、自动到自动、协会主导到当局主导的进程,也是一个不时完美并日益公道的进程。包罗:(1)行业协会自觉摸索水质监测阐发体例,睁开部分规模的水质净化节制使命;(2)当局试图核准律例规范的体例在天下规模内停止水质监测;(3)当局以完美的律例规范为根据,主导天下水质净化节制使命;(4)在监测进程中慢慢完美监测规范,监测使命进入规范化和规范化。颠末100多年的成长,美国水质监测获得了冲破性的停顿,同时堆集了丰硕的进步前辈经历,指导了国际水质监测的成长标的目的。

现在,水净化已成为限制我国经济社会协调成长的瓶颈之一,只要采用自动、有用的办法,能力下降水质净化对经济社会成长的要挟,并为我国在国际水质净化的争端构和中把握自动权。鉴于此,鉴戒美国已有的进步前辈经历,连系我国现阶段的客观现实,将来我国的水质监测须要在以下方面增强使命: (1)情况掩护部兼顾斟酌、同一计划天下水质监测题目,明白各部分的责任责任,真正阐扬其主导感化; (2)研讨成长经济、高效的监测手腕,以对重金属、无机物等多名目标的全方位监测,且严酷履行监测阐发规范;(3)在持续增强惯例名目监测的根本上,增强有毒无害成份、优先节制净化物等名目的监测研讨使命,健全水质监测评估系统;(4)进步测定数据品质请求,慢慢成立与完美节制及保障数据品质的迷信体例和实行法式;(5)跟着经济社会的高速成长,我国水质净化显现多种净化物复合净化的特点, 净化因子时辰变更,故水质监测的相干政策也要停止实时的优化和调剂。