第43卷㊀第2期
2021年3月
环㊀境㊀影㊀响㊀评㊀价
Environmental Impact Assessment
Vol.43,No.2Mar.,2021
收稿日期:2020-05-13
基金项目：国家重点研发计划重大科学仪器设备开发重点专项(2017YFF0408500)
作者简介:
通讯作者：吴静(1974 )，女，贵州铜仁人，博士，研究员，主要从事水污染预警溯源技术及仪器的研发,E -mail:wu_jing@tsinghua.edu
水污染预警溯源技术应用案例研究
梁鸿1，王文霞2，蒋冰艳1，刘伟龙1，王士峰2，梁漫春3，吴静2
1.深圳市环境监测中心站，深圳㊀518049;
2.清华大学环境学院环境污染溯源与精细监管技术研究中心，北京㊀100084;
3.北京辰安科技股份有限公司，北京㊀100085摘要：以南方某工业园区为例，研究了水污染预警溯源技术在园区企业污水排放精准监管中的应用㊂该技术提出污染源 水
质指纹 概念，即每种污染源都有其唯一对应的水质指纹，以此进行污染排放源的识别㊂利用该技术监管企业排污，能准确监测到水质异常并发出预警，快速定位到嫌疑排污企业，从而可从源头解决污染问题，有效提升水环境监管工作效率㊂利用水质指纹识别技术，不仅可以识别企业超标排放和暗管偷排，而且可以进行污染路径溯源㊂案例研究表明，这项技术在水污染监管中发挥了重要作用㊂关键词:
水质指纹；预警；污染溯源；工业园区；精准监管
DOI :10.ia.2021.02.013
中图分类号:X853㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀文章编号:2095-6444(2021)02-0056-05
Cases Study on Early -warning and Discharge Source
Identification Technology of Water Pollution
LIANG Hong 1,WANG Wenxia 2,JIANG Bingyan 1,LIU Weilong 1,WANG Shifeng 2,LIANG Manchun 3,WU Jing 2
1.Shenzhen Environmental Monitoring Center,Shenzhen 518049,China;
2.Environmental Pollution Discharge Source Identification and Precise Supervision Technology Research Center,
School of Environment,Tsinghua University,Beijing 100084,China;
3.Beijing Global Safety Technology Co.,Ltd.,Beijing 100085,China
Abstract :This article takes an industrial park in south China as an example to study the application of early -warning and discharge source
identification technology of water pollution in the precise supervision of corporate wastewater discharge.This technology introduces the
concept of "aqueous fingerprint"of pollution sources,each pollution source has its unique corresponding aqueous fingerprint to identify the
pollution discharge source.Using this technology to supervise the companyᶄs discharge,it can precisely detect abnormal water quality and issue an early warning,quickly locate the suspected sewage company,promote the solution of pollution from the source,and effectively
improve the efficiency of water environment supervision.Using aqueous fingerprint technology can not only identify excessive emission and hidden pipe,but also trace the pollution path to the source.The cases study shows that this technology plays an important role in water
pollution supervision.
Key words :aqueous fingerprint;early -warning;pollution source
identification;industrial park;precision supervision
㊀㊀伴随着我国经济的持续发展，全国工业园区数量不断增加，截至2017年底，我国各类工业园区已超过2.2万个㊂工业园区集中了众多工业企业，产生的工业废水排放量大㊁种类多㊁成分复杂，导致污水处理难度大[1]㊂另外，一些企业存在非法排放
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污水的行为，如超标排放或偷排，进一步加剧了园区污水处理厂达标排放的难度㊂园区污水处理厂排放不达标，就会成为一大污染源，甚至可能造成严重的水污染事故[2-3]㊂
水环境治理和水安全保障是当前国家最重要的环境保护任务之一㊂‘水污染防治行动计划“中明确指出，水污染防治要 以改善水环境质量为核心 和 强化源头控制 ㊂污染源的精准识别是水环境治理和水安全保障的关键[4]㊂目前水环境监管主要依赖对COD Cr(化学需氧量)㊁氨氮等常规水质指标的监测㊂常规水质指标监测虽然能够分析出污染物的含量，但无法推断污染物的来源，不能快速实现源头控制，因此亟需不仅能在线监测，而且能快速进行污染排放溯源的技术和设备㊂本文以J工业园区为例，研究了水污染预警溯源技术及设备在企业排污监管中的应用㊂
1㊀水污染预警溯源技术简介
水污染预警溯源技术产生于对三维荧光光谱的思考与研究㊂荧光有机物(Fluorescence Organic Matters,FOM)在特定波长的激发光照射下会发出特征波长的荧光[5]㊂荧光强度与FOM的浓度正相关㊂将水样荧光强度以等高线方式投影在以激发光波长和发射光波长为横纵坐标的平面上获得的谱图，即三维荧光光谱(EEM)[6]㊂清华大学环境学院研发团队利用三维荧光光谱与污染源一一对应的特点，借鉴刑侦中通过指纹快速查嫌疑犯的思路，提出 水质指纹 的概念，由此发展出水质指纹比对分析方法，
依此来查污染排放源[7-8]㊂
水污染预警溯源仪(以下简称 预警溯源仪 )是依据污染预警溯源技术研制的新型水环境监管仪器，具备污染早期预警㊁污染自动溯源以及污染留证功能㊂预警溯源仪在30分钟内可以分析出疑似污染行业或者企业的信息和相似度，相似度可达到90%以上[9-10]，并可自动保留10年以上的水纹数据，用作污染源排查和举证等㊂这是国内第一种能对污染排放源进行自动识别的仪器㊂
2㊀研究对象
本文以南方S市电镀企业为主的J工业园区为例，进行水污染预警溯源技术在企业排污监管中的应用研究㊂该园区内22家企业中有17家为电镀企业㊂园区废水总排放口的水质重金属经常超标，但各企业排口监测数据未发现明显超标，推断存在企业违规漏排或者偷排现象㊂由于各企业行业相同㊁工艺相近，违法排放企业的排查一直是困扰监管部门的问题㊂鉴于此,2017年该工业园区引进了水污染预警溯源监管系统用于企业排污监管㊂
J工业园区的水污染预警溯源监管系统融合了预警溯源仪㊁企业水质指纹数据库㊁水质常规监测设备和水污染预警溯源监管平台㊂其中预警溯源仪包括在线式及移动式各1台㊂在线式仪器安装在园区废水总排放口水质自动监测站内，用于总排放口废水的在线监测；移动式仪器安装于当地环境监管部门所属的移动监测车内，用于污染应急排查及移动溯源㊂企业水质指纹数据库包含工业园区总排放口收纳的
所有可疑企业的工业废水及当地典型生活污水的水质指纹信息㊂水质常规监测设备为污染溯源监测提供支撑㊂水污染预警溯源监管平台对在线站及移动站的数据进行统一管理㊂
3㊀材料与方法
在线式预警溯源仪安装在南方S市J工业园区总排放口的水质自动监测站内㊂园区内各企业的废水经过自行处理后排入干管，经总排放口汇入城市污水管网，最终流向污水处理厂㊂污染预警溯源仪通过定时自动采样，采集的水样经PVC-H型0.45μm滤膜过滤后再分析水纹及自动比对㊂测量时间为2017.3 2018.1，时间间隔为4h㊂除设备故障等不可抗原因外，在线预警溯源仪一直运行㊂移动式溯源仪安装在移动监测车上㊂废水样品手工采样后经PVC-H型0.45μm滤膜过滤后由预警溯源仪测量水质指纹㊂4㊀结果与讨论
4.1㊀利用水质指纹比对识别超标排放
J工业园区的预警溯源系统在运行期间多次监测到水质异常，并成功溯源㊂2017年4月初，在线式预警溯源仪多次监控到水质异常㊂通过水质指纹分析比对发现，园区内的A企业水纹特征明显，相似度最低为82%，最高达到100%，有重大排污嫌疑㊂
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4月17日，该市环境监察㊁监测部门联合对A企业进行突击执法检查，经取样分析，有4项污染物超标，其中总磷超出允许排放浓度的11.7倍㊂该结果表明溯源仪能准确识别出违法排放企业，有效提高工业园区污染排放源监管水平㊂
表1为在线式预警溯源仪2017.4.2 2017.4.4实时监测期间水质异常时的监测结果，仪器显示疑似污染来源为A企业，且实时监测的水纹数据与A 企业数据库数据相似度最高达98%㊂图1为表1中不同时间点测试的实时水质指纹图，可看出多个水纹图之间相似度极高，表明引发水质异常的污染来自同一疑似污染源㊂
表1㊀不同时间点在线监测异常水质指纹数据
Table1㊀Abnormal aqueous fingerprint date monitored online at different time
编号监测时间峰1水纹强度峰2水纹强度峰3水纹强度疑似污染源相似度12017.4.208ʒ0058341063111.5A企业82% 22017.4.218ʒ001697699.998.9A企业93% 32017.4.222ʒ0057591248116.7A企业94% 42017.4.300ʒ004110605.667.7A企业95% 52017.4.310ʒ0070631692114A企业98% 62017.4.410ʒ0073081469118.9A企业84%
图1㊀不同时间点在线监测异常水质指纹
Fig.1㊀Abnormal aqueous fingerprint monitored online at different time
4.2㊀利用水质指纹比对识别暗管偷排
2017年3月，在线式预警溯源监管系统多次监测到水质异常，溯源结果表明疑似污染源为B企业，相似度达到92%以上，但从该厂污水排放口采集的水样是达标的㊂经过反复核查水质指纹后，当地环境监察部门认为溯源仪判断可靠，初步判定B企业可能存在暗管偷排现象㊂随后，要求B企业停产，在企业院内挖出疑似偷排管㊂将疑似偷排管水样的水质指纹和在线仪捕获的异常水质指纹比对，两者相似度高达98.4%，从而确定这个疑似管道就是偷排管㊂随后相关部门对该企业处以1239万元的高额，并吊销B企业的排污许可证㊂这笔罚单成为
S市首笔千万元环保罚单㊂预警溯源技术在这次精准打击企业偷排事件中发挥了至关重要的作用，为环境执法提供了可靠的关键指向性信息㊂
4.3㊀利用污染路径溯源法识别污染来源
污染路径溯源法即采集监测点位上游水样，通过对上游水样与监测点位水样的水质指纹进行比对来确定污染源可能存在的位置㊂这个方法是水污染预警溯源技术的重要组成部分，是对污染源水质指
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㊀㊀㊀纹数据库溯源方法的有益补充㊂
S 市生态环境部门在进行专项排查时发现，某
污水厂进水水质波动严重，故进行了污染源排查㊂通过对污水厂进水水质指纹与当地水质指纹库进行比对，未能发现疑似污染源，故采用污染路径溯源法溯源㊂排查人员在污水厂上游管网的主要节点上布设了7个监测点位(见图2)，各点位同时每隔一小时采集样品，样品再经移动式预警溯源仪检测㊂溯源仪诊断结果显示，从污水厂进水直至市政环卫雨水井的全部水样水质指纹都十分相似(见图3)，且水
质指纹互相之间相似度较高(见表2)㊂常规水质监测的数据也显示，市政环卫雨水井污水的COD㊁氨氮浓度上㊁下午均高，直接排向泵站，是造成水质异常的主要来源，验证了溯源仪的判断㊂而市政环卫雨水井水样的水质指纹与附近的垃圾填埋场渗滤液的水质指纹相似度高，排放时间也吻合，氨
氮值接近，表明污水厂水质异常很可能与垃圾填埋场渗滤液排放有关㊂该垃圾填埋场废水排放系统经过整治后，污水处理厂水质异常现象消失㊂水质指纹溯源技术在此次水质异常污染排查中起到了关键作用
㊂
water pollution图2㊀污水厂上游管网采样位置图
Fig.2㊀Sampling location of sewage plant upstream pipe
network
图3㊀各点位不同时间监测水质指纹图
Fig.3㊀Aqueous fingerprint for monitoring water quality at different points at different time
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表2㊀污水管网与上游管网水样及
填埋场渗滤液的水质指纹相似度Table2㊀The aqueous fingerprint similarity among the water samples in sewage pipe network,the upstream pipe network
and leachate landfill
编号采样时间采样点1 采样点2相似度12017.11.2911ʒ00泵站(a) 垃圾填埋场(b)96% 22017.11.2911ʒ00环卫雨水井(c) 垃圾填埋场(b)98% 32017.11.2911ʒ00环卫雨水井(c) 泵站(a)95% 42017.11.2912ʒ00泵站(d) 垃圾填埋场(e)99% 52017.11.2912ʒ00环卫雨水井(f) 垃圾填埋场(e)97% 62
017.11.2912ʒ00环卫雨水井(f) 泵站(d)96% 72017.11.2915ʒ00泵站(g) 垃圾填埋场(h)82% 82017.11.2915ʒ00环卫雨水井(i) 垃圾填埋场(h)98% 92017.11.2915ʒ00环卫雨水井(i) 泵站(g)79% 5㊀结论与建议
根据水污染预警溯源技术在S市污染源监管的实践表明，该仪器能够对园区污水水质异常做出迅速响应，并能够快速诊断出污染源，有效监管企业超排㊁偷排等违法排放行为㊂预警溯源仪及时发现违法排污，有效提高了水环境监管工作的效率，对企业违法排放行为产生强有力的威慑，可促进园区企业的达标排污，同时也为相关部门的环境执法提供了可靠的依据㊂目前预警溯源仪已经在江苏㊁山西㊁安徽等省的工业园区水污染监管中发挥了重要作用㊂建议之后针对更多不同行业的水污染监管开展研究，除工业废水外，也可以将水污染预警溯源技术应用在其他类型污水监管中㊂
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