水质“指纹”识别术 治污界的福尔摩斯

　　近月来，我国对除西藏以外30个省区市的70个城市的黑臭水体整治开展了现场督查。但正如生态环境部水环境管理司司长张波所说，督查有一定的偶然性，如广州市下了大雨，第二天去督查，很多地方的黑臭水都冒出来了，被督查组“正好赶上”；有些城市在督查期间没下雨，问题就被掩盖住了。

　　不过，水质指纹（以下简称水纹）污染预警溯源技术和仪器能解决这样的偶然性。在去年，深圳环境监察等部门联合对某工业区的污水排口水质进行检查，正是通过该技术快速识别出违法排污的嫌疑企业，开出了深圳市第一笔千万级的环保罚单。

　　水纹污染预警溯源技术和仪器是清华大学环境学院吴静课题组自主研发的，并在2017年获得了第45届日内瓦国际发明展特别金奖。清华大学还通过与苏州国溯科技有限公司的合作，批量生产了水污染预警溯源仪。

　　那么，这种技术为何如此“火眼金睛”，能快速准确识别排污企业？

　　依靠水纹揪出污染“嫌疑犯”

　　清华大学环境学院副研究员吴静解释道，不管在什么行业，每一家企业生产的原料、中间产物、特征污染物、工艺、管理水平等都有所不同，最终排放到水体中的残留污染物也是不同的，所以每家企业的废水中都包含自己独特的信息，这就是废水的水纹。“我们曾监测过一家河北企业，新厂建设在内蒙古，虽然新厂的原料、生产工艺等与老厂相同，但由于新工厂的工人比较年轻，操作不如老厂工人熟练，所排放的废水水纹与老厂也有区别，可以识别出来。”

　　利用水污染预警溯源仪的三维荧光光谱可以看到，每种物质发出的荧光都不一样，物质浓度越高，在图谱中就越突出，而采集水纹就是采集废水的荧光图谱。

　　“我们已经建成了目前全国最大的废水指纹库，其中包括13大类、161种，覆盖了当前生活污水和大水量的工业废水的污染源水纹库；覆盖我国28个省、4个直辖市、2个特别行政区以及29个国家共244个水体的水体水纹库；350种各类化合物的化合物水纹库，而且水纹库还在不断升级和扩大中。”吴静表示，废水水纹库类似于警察的疑犯指纹数据库，把需要检测的水质指纹与水纹库比对，就能发现“嫌疑犯”了。

　　“溯源是水纹技术的重要功能。比如发现一股偷排废水，其上游有三家企业，通过废水水纹图谱与这三家企业的水质指纹进行比对，就能轻松判断这废水是哪一家或哪几家排放的了。”吴静说。

　　半小时锁定目标留存证据

　　目前，通常的污染源溯源主要是针对重点污染源进行一对一的在线监管，或以特征污染物来识别污染源的方法。但是常见的化合物有上万种，常规的一种检测仪器往往只能检测有限种类的污染物，因此，投入大、测量时间长。“我们的水纹污染预警溯源仪器可以加载在常规的24小时在线监测仪器上，并与其他类型的污染溯源技术相互补充、互相支持，形成更加有效的组合拳。”吴静说，这样一来，通过现场污染水纹与企业的原始水纹对比，很快就能发现“疑犯”。原先需要数周左右的排查时间缩短到了半小时左右，而且证据确凿，监管重点指向清晰。

　　“留证”也是预警溯源仪的独特功能。“仪器可自动保存水质指纹10年以上，一旦发现问题，能够自动留取异常水纹作为追查证据。”吴静说。

　　此外，预警溯源技术还可以根据用户当地的实际情况来设定预警条件。当设定的水纹强度超过了预警限值，或者水纹出现异常时，自动监测仪器就会自动预警。

　　应用不受限保障饮用水安全

　　吴静课题组目前已开发出了一系列水污染预警溯源仪，其包括在线式、移动式和实验室台式等。从2010年起，水污染预警溯源仪就开始连续监测太湖水质。在运行期间多次检测到水质异常和报警，并根据检测到的污染类型，快速准确地确定了污染源头，避免引发饮用水安全事件等。

　　“水纹污染预警溯源技术也为‘河长制’的落地提供可靠支撑。河长是河流水环境的第一责任人，一旦有污染出现，河长就需搞清楚污染源，廓清责任，落实污染治理和处罚，也避免为偷排企业背锅等。”吴静说。

　　目前，已开发了多尺度的污染溯源技术和方案，可以服务大到长江、黄河这样的大流域，小到工业园区和污水处理厂，不但能为跨界断面水质的稳定达标提供关键信息，而且能促进实现城市水环境高效预警溯源和黑臭水体源头治理，实时监管工业园区企业超标排放和偷排，保障污水处理厂有序运行等，来支撑国家水环境的精细化管理需求。