基于谱分析和荧光效应的水污染检测预警

基于谱分析和荧光效应的水污染检测预警

龚丹

江苏省苏力环境科技有限责任公司 江苏南京 210000

摘要：在我国进入社会主义新时期，水环境污染已经成为一项民众较为关注的民生问题。相关部门不仅需要做好水环境污染治理工作，还需要做好水污染检测预警工作，对水质出现污染的水域进行及时检测和预警，以防污染源扩散对人民的用水安全和生态环境造成恶劣影响。因此，本文基于谱分析和荧光效应基础上对水污染的源头进行检测和分析，并找出现阶段水污染检测过程中存在的问题，提出针对性改进措施，以确保我国水环境保护工程平稳、有序地发展。

关键词：谱分析；荧光效应；水污染监测

Abstract: As our country enters a new era of socialism, water pollution has become a livelihood issue that people are more concerned about. Relevant departments not only need to do a good job in water environmental pollution control, but also need to do a good job in water pollution detection and early warning, and timely detection and early warning of water pollution in water quality to prevent the spread of pollution sources from causing adverse effects on people's water safety and the ecological environment. Therefore, this article detects and analyzes the source of water pollution based on spectrum analysis and fluorescence effects, and finds out the problems in the water pollution detection process at the emergence stage, and proposes targeted improvement measures to ensure that my country’s water environmental protection projects are stable and effective. Develop in an orderly manner.

Keywords: spectrum analysis; fluorescence effect; water pollution monitoring

随着我国城市现代化进程的逐步加快，工业生产、化工生产、生活垃圾等都是造成我国水环境质量和水域生态环境下降的主要原因。近年来，我国以及对生态环境问题加以重视，并根据生态文明可持续发展战略及时对引起生态污染的污染源头进行治理和改善。水环境作为我国生态系统中非常重要的一环，其水体的质量以及污染程度直接影响着我国民众和生物的健康，因此，对于水环境污染的检测和治理工作刻不容缓。在水环境治理过程中，相关部门不仅要对水质进行全面的采样检测和分析，还要建立相应的监测和预警机制。谱分析和荧光效应不仅能实现高频传感代理监测，还能对水质的各项数据进行实时检测和分析，实现采样数据的智能化分析与整合，从而达到科学、有效地管理水质环境的目的。

一、基于谱分析的水污染异常预警技术分析

（一）水质预警方法的构建

工业生产和化工污染以及外来物种入侵都会导致原有水质在结构和成分方面发生变化，从而造成污染。在水污染监测过程中，应用CWT法和FFT法可以对被污染水质的基线变化、离群值和异常数值进行高频监测、实时观察和动态分析，并对污染水质各项参数的趋势走向和变化周期进行预测与判断。

（二）基于FFT法的水质异常预警分析

FFT法主要是基于傅里叶变换法之上依靠功率谱密度测定来实现水污染预警和水质以此监测。此方法最大优势在于可以深度分析污染水质的PH值、含氧量、电导率和浊度等多项水质参数，通过各个具有周期性的低频信号来识别其周期性和频率变化，并根据各项水质参数绘制出功率谱密度图，从而达到对水质数据精准采集与分析和预测建模的目的。

（三）基于 CWT方法的短期水质异常波动的频域特征分析

由于傅里叶变换方法不能检测出水质异常波动的频域特征，因此只能从具体输入信号中判断是否存在瞬态数据，从而无法了解具体信号的频率成分。CWT方法能够识别参数值急剧上升或下降的开常，并将信号的变化划分成尺度和时间位置两个域，通过局部放大或缩小获得水质数据中的异常状态。为确定水质异常的将续时间，还可以根据参数值的波动性轻测水质开放状态，对小波分析开常四中的开常范四进行局部缩放，实现动态参数的检测。

二、基于荧光效应的水污染溯源技术分析

（一）三维荧光指纹图谱的应用

在构建三维荧光图谱数据矩阵时，要充分考虑信噪比、水中悬浮物颗粒大小、水样内滤效应、仪器校正等因素，先进行EEM（荧光图谱数据矩阵）的预处理，包括一阶/二阶瑞利散射、拉曼散射等，再对荧光矩阵数据进行荧光指纹图谱的绘制，消除图谱中瑞利散射的影响和干扰。

（二）构建荧光图谱数据库

可以建立相应的荧光指纹图谱数据库，通过匹配和验证完成水体中 DOM（溶解有机物）的溯源。在一些工业园区的水体采样检测之中，可以对不同比例稀释的水样直接进行三维荧光检测，再建构荧光图谱数据库，进行工业园区水污染的溯源解析。

（三）基于PARAFAC-SOM的荧光谱图解析

基于PARAFAC-SOM的多元数据分析技术，能够将复杂的荧光光谱数学分解为若干个独立的荧光成分，表征和量化DOM荧光的变化，实现荧光图谱的可视化解析。

三、基于谱分析和荧光效应的水污染检测存在的问题

（一）采样点不合理

目前部分检测工作中所收集的样本缺乏一定代表性，缺少一定的时效性，尤其是部分检测人员会在管网的末端区域或是水厂的出水区域或是水源地采样，缺少准确性、代表性和规律性，无法因地制宜合理设置采样点^[1]。

（二）质检单位分布不合理

从我国的水污染检测中心分布状况来讲，大型的中心站分布在大城市或是城区，尤其是北上广等经济发达的城市检测中心的规模大、技术水平高，但是一些落后型的地区检测中心的规模很小甚至缺乏专业性，基础设施匮乏、检测技术不先进，难以及时发现的质量安全问题^[2]。

（三）检测技术水平低

部分检测中心中的基础设施不先进、仪器设备非常老旧，不能及时性更新升级，不仅会导致检测工作效果降低还会影响结果的真实性，再加上部分地区的经济水平较低不能及时性更新检测技术与工艺，导致最终所获得的检测报告缺乏权威性、数据信息不准确，对的质量管理和安全管理造成不利影响^[3]。

四、基于谱分析和荧光效应的水污染检测改进策略

（一）采样点的科学设置

由于各个地区的环境存在差异性、污染类型有所不同，因此需在检测之前了解当地区域的实际情况遵循因地制宜的要点，合理设置采样点的位置，避免出现水污染检测的问题。与此同时，建议当地的政府部门强化水污染检测重视力度，安排专业性的监督机构进行采样点设置的监督审核，明确有无采样的不标准、不合理问题，及时性的解决和应对，以免埋下水污染检验质量的风险^[4]。

（二）改善质检单位分布形式

建议国家在经济欠发达或是交通欠发达的地区，明确提出专业性水污染检测机构和单位的设置标准，预防因为远距离进行样本的运输导致最终检测结果真实性受到影响，优化配置当地区域的水污染检测资源、做好各项调度工作。考虑到各个地区的水污染检测样本的采样工作量和检测工作量存在差异性，因此应结合当地的水污染状况和采样工作量的状况，配置检测人才资源、设备资源，制定完善的工作方案，利用制度增强采样和检测的规范性水平。同时应确保各个地区的检测中心人才数量符合标准设备的性能较为良好，便于高质量落实各项检测工作任务，例如：在经济欠发达的地区配置专业性的水污染检测中心机构，聘用专业能力符合标准的检测工作人员，阶段性开展培训活动使得工作人员可以学习掌握较为先进科学化的技术，具备一定的应急能力与责任观念、安全意识、环境保护认知，可以使用现代化的设备与技术获得精确性水污染监测数据信息。另外，增强我国各个地区的水污染检测机构布局的合理性，应打造区域范围之内的检测中心网络体系，阶段性按照水污染检测工作任务量与当地水源污染特点等，在网络体系范围之内进行不同检测中心设备资源、人才资源和技术资源的调配，实现各类资源的优化共享目的，增强各个地区水污染检测的支持力度，避免发生检测结果问题与其他的不足之处^[5]。

（三）提高检测技术水平

水污染检测工作的技术水平直接影响整体工作质量效果，因此在新时期的环境中，建议有关部门重点关注水污染检测技术应用的现代化程度，积极更新已经老旧的设备仪器，采用国内外较为先进的设备，提升区域范围之内水污染检测的工作质量水平与精确化程度^[6]。其一，引进现代化的离子色谱检测技术，按照离子交换的原理，持续性、充分性分离水体内部共存的阴离子和阳离子，达到定量性检测的目的，并且在对阳离子进行分离期间可使用盐酸溶液代替传统的淋洗液材料达到树脂交换的目的，此类技术主要应用在电厂水污染检测、废水水污染检测、雨水水污染检测和矿泉水水污染检测中，可以及时发现中所含的稀土离子成分、碱金属成分、碱土金属成分是否超标，最终所获得检测结果的准确度很高；其二，使用先进的气象色谱技术，操作的过程中对检测样本汽化处置，然后将实验样本直接载入色谱柱内部，水污染检测样本中的分子会与色谱柱固定相之类的分子形成作用力的差异，按照作用力差异性情况明确样本中是否存在有毒物质或者是杂质，加快检测速度的同时提升检测结果的精确度，技术在应用期间的操作周期时间很短，工作成本很低、应用的范围也很广[4]。除此之外，在水污染检测的工作领域中，还可结合水体样本的特点与检测工作标准要求等，借鉴国内外现代化的检测技术方式与仪器设备，不断提升最终检测结果的精确度和真实性，为保障饮水安全质量提供基础依据

^[7]。

结语：总之，基于光谱分析和荧光效应的水污染检测预警机制已经比较成熟，但由于相关检测机构布局不合理、采样点设置不科学、技术落后等问题，对整个水污染检测的预警机制提出了更高的要求，因此，在应对水污染监测系统进行全面监测的基础上，提出了相应的监测方法。

参考文献：

[1]刘艺,于洋,金彪,张霁云,陈文文,张干.持久、迁移性有机污染物的水污染现状、分析检测方法和去除技术[J].地球化学,2021,50(03):305-316.DOI:10.19700/j.0379-1726.2021.03.008.

[2]王彦青.基于三维荧光光谱法的水污染检测方法研究[J].科技创新导报,2020,17(17):122-123.DOI:10.16660/j.cnki.1674-098X.2020.17.122.

[3]钱凯. 基于在线传感器数据的供水管网中的水污染检测与溯源[D].哈尔滨工业大学,2020.DOI:10.27061/d.cnki.ghgdu.2020.002216.

[4]吴启芳. 激光诱导荧光光谱的开心果黄曲霉毒素B_1污染检测方法研究[D].浙江大学,2020.DOI:10.27461/d.cnki.gzjdx.2020.004211.

[5]曹怿童. 基于自动编码器的饮用水中有机污染物荧光光谱特征提取与识别方法研究[D].浙江大学,2020.DOI:10.27461/d.cnki.gzjdx.2020.001538.

[6]刘兴举. 水质污染综合检测方法及工作电极表面电化学性能研究[D].中国地质大学(北京),2018.

[7]何婷,吴蔚芳,何丹梅.水体有机污染检测的液相色谱-质谱联用检测方法分析[J].科学中国人,2016(18):25.