永州城區(qū)自來(lái)水源及自來(lái)水中錳、銅含量的比較研究

齊成媚 宋 亞 劉小文 廖 陽(yáng) 劉 婷 王宗成

(湖南科技學(xué)院 生命科學(xué)與化學(xué)工程系，湖南 永州 425199)

永州城區(qū)自來(lái)水源及自來(lái)水中錳、銅含量的比較研究

齊成媚 宋 亞 劉小文*廖 陽(yáng) 劉 婷 王宗成

(湖南科技學(xué)院 生命科學(xué)與化學(xué)工程系，湖南 永州 425199)

論文以永州城區(qū)自來(lái)水源河水及自來(lái)水為研究對(duì)象，以自來(lái)水廠取水口為中心，按照不同位置、不同深度、不同時(shí)期對(duì)河水進(jìn)行隨機(jī)采樣，火焰原子吸收光譜檢測(cè)。結(jié)果表明，自來(lái)水源處河水錳含量平均值為0.143μg/mL，為國(guó)標(biāo)的1.43倍，而自來(lái)水中錳含量平均值為0.105μg/mL，超出國(guó)標(biāo)的5%；自來(lái)水源處河水銅含量平均值為0.047μg/mL，自來(lái)水中銅含量平均值為 0.0123μg/mL，均低于國(guó)標(biāo)的限量要求。同時(shí)，研究表明，河水中錳含量自上游到下游有下降趨勢(shì)，而旱季到雨季則有明顯增加，從水面到水底存在微量上升；而河水上游的銅濃度略大于下游，約為 1.08倍，有輕微污染；深度為0.5m處的銅濃度比其他深度略大。建議相關(guān)部門(mén)應(yīng)及時(shí)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，采取相應(yīng)措施，保障居民用水安全。

河水；自來(lái)水；錳含量；銅含量；濕法消解；火焰原子

水是人類生存和發(fā)展不可或缺的自然資源。正常成人每日攝入水量 2-3L，其中大部分由自來(lái)水供給，故自來(lái)水水質(zhì)對(duì)機(jī)體健康具有重要影響。世界衛(wèi)生組織調(diào)查表明，人類疾病有8%與飲水有關(guān)，每年大約有2000萬(wàn)人死于飲用不衛(wèi)生的水[1]。有研究表明，飲用水中污染程度與肝癌及消化系統(tǒng)癌癥死亡率成正相關(guān)[2]。以采礦業(yè)為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的永州，由于不合理開(kāi)采，洗礦尾水的直接排放，加上水土流失，大量泥砂直入江中，導(dǎo)致瀟水河水中Mn、Cu離子嚴(yán)重超標(biāo)[3]。Mn、Cu均為人體必須的微量元素，與我們身體的健康也十分密切，但長(zhǎng)期飲用Mn、Cu含量超標(biāo)的水，會(huì)使機(jī)體Mn、Cu元素?cái)z入過(guò)量。Mn進(jìn)入人體會(huì)以磷酸鹽形式蓄積在肝、腦、骨和腎等處，出現(xiàn)慢性中毒癥狀如：神經(jīng)衰弱、精神癥狀、腦和呼吸道疾病[4]。水質(zhì)Cu污染通過(guò)食物鏈的生物富集作用最終影響人類。一方面通過(guò)直接飲用造成急性或慢性中毒，另一方面，可間接污染農(nóng)產(chǎn)品和水產(chǎn)品，通過(guò)食物鏈威脅人體健康，并造成環(huán)境的二次污染[5]。目前國(guó)際上水環(huán)境重金屬檢測(cè)的發(fā)展方向是現(xiàn)場(chǎng)、快速、實(shí)時(shí)、在線、連續(xù)和自動(dòng)化測(cè)量。主要采用的方法包括：火焰原子吸收光譜法、電感藕合等離子體發(fā)射光譜、石墨爐原子吸收光譜法等。我國(guó)2005年的環(huán)境狀況公報(bào)顯示，全國(guó)110個(gè)環(huán)保重點(diǎn)城市有20個(gè)城市的集中式飲水水源地的水質(zhì)達(dá)標(biāo)率＜50%，130個(gè)環(huán)保重點(diǎn)城市檢測(cè)取水總量不達(dá)標(biāo)率為20%[6]。供水水源的污染不僅加劇了水源短缺的程度，而且還增加了飲用水的處理難度。因此對(duì)城市供水水源水質(zhì)進(jìn)行及時(shí)監(jiān)控能有效提高現(xiàn)有水廠凈化能力，直接影響到居民用水安全、居民身體健康，同時(shí)具有十分廣泛的社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益[7]。

1 材料與方法

1.1 主要實(shí)驗(yàn)儀器

TAS-986型原子吸收分光光度計(jì)(北京普析通用)；Mn空心陰極燈(北分銳利AAS-HCL)；乙炔鋼瓶；空氣壓縮機(jī)；分析天平；消解爐；實(shí)驗(yàn)室常用玻璃儀器(均以硝酸浸泡過(guò)夜，用純水洗干凈)。

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑

Mn標(biāo)準(zhǔn)溶液(ρ=1mg/mL) ；Cu標(biāo)準(zhǔn)溶液(ρ=1mg/mL) ；硝酸(優(yōu)級(jí)純)；高氯酸(優(yōu)級(jí)純)；鹽酸(優(yōu)級(jí)純)；去離子水 ；稀硝酸溶液(1+499)。

1.3 儀器操作條件

表1 儀器工作條件

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

對(duì)永州城區(qū)的自來(lái)水源及自來(lái)水進(jìn)行隨機(jī)采樣，用濕法消解法進(jìn)行前處理，并用火焰原子吸收光譜法對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定，同時(shí)進(jìn)行空白對(duì)照試驗(yàn)。

1.4.1 樣品采集。以用硝酸浸泡24小時(shí)以上，然后去離子水沖洗干凈并晾干的聚乙烯瓶為采水容器。自來(lái)水源樣品以娘子嶺自來(lái)水廠取水口處為基準(zhǔn)(包含取水口處)沿河上、下游分別隔 50m、100m、200m處按從水面垂直往水下0m、0.5m、1m、2m深度各取水1次，共取7組，分別標(biāo)記；自來(lái)水樣品統(tǒng)一在湖南科技學(xué)院自來(lái)水出水口隨機(jī)采集，取4份，并分別標(biāo)記。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)按時(shí)間分為3部分，每次取樣時(shí)間間隔1個(gè)月。(以下內(nèi)容中，分別用s代表上游，qs代表取水口，x代表下游。)

1.4.2 樣品預(yù)處理。按SUN Han-wen(孫漢文編)的《At om Absorbed Spect rum Analysis Technology》(原子吸收光譜分析技術(shù)) 提供的方法對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理[8]。

1.4.3 空白對(duì)照試驗(yàn)。取四份100mL去離子水，按照2.4.2的方法進(jìn)行前處理。

1.4.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制。按李晶，梁偉. 《綠茶飲料中Cu、鋅、鐵、Mn的火焰原子吸收分光光度法測(cè)》定中提供的方法[9]制得1mg/mL的Mn標(biāo)準(zhǔn)溶液A和Cu標(biāo)準(zhǔn)溶液a。移取標(biāo)準(zhǔn)溶液A各 1mL于100mL容量瓶定容，制得10ug/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液B。再分別移取2mL、4mL、6mL、8mL、10mL標(biāo)準(zhǔn)溶液B置于100mL容量瓶定容，即分別制得0.2ug/mL、0.4ug/mL、0.6ug/mL、0.8ug/mL、1.0ug/mL的Mn標(biāo)準(zhǔn)溶液C、D、E、F、G。按照同種方法，分別制得0.2ug/mL、0.4ug/mL、0.6ug/mL、0.8ug/mL、1.0ug/mL的Cu標(biāo)準(zhǔn)溶液c、d、e、f、g。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

圖2-1 Mn標(biāo)準(zhǔn)曲線

圖2-2 Cu標(biāo)準(zhǔn)曲線

在選擇的儀器條件下，測(cè)定Mn、Cu系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，由圖3-1得到標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程：y=0.0482x+0.0072，相關(guān)系數(shù)r=0.9973;由圖3.2得到標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程：y=0.2210x+0.0067，相關(guān)系數(shù)r=0.9976。

2.2 共存離子的影響

在測(cè)定元素時(shí)，常有一些離子對(duì)其產(chǎn)生干擾，為消除這些干擾需加一些消干擾劑[10]。如：實(shí)驗(yàn)條件下，共存離子對(duì)測(cè)定鈣、鎂有影響，通過(guò)加入釋放劑可消除樣品中鋁離子、鐵離子等對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。在此實(shí)驗(yàn)條件下，樣品共存離子對(duì)Mn、Cu含量測(cè)定無(wú)干擾[11]。

2.3 檢測(cè)結(jié)果

2.3.1 自來(lái)水源中Mn、Cu含量檢測(cè)結(jié)果

由圖3-1、圖3-3可知：自來(lái)水源各采樣點(diǎn)河水中Mn含量大部分都超過(guò)《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)的限量要求0.1μg/mL，其中最大值達(dá)到0.23μg/mL，是限量標(biāo)準(zhǔn)的2.3倍，而最小值也達(dá)到0.8μg/mL，與限量標(biāo)準(zhǔn)只相差0.002μg/mL；同時(shí)，從s200m處到x200m處，即從上游至下游400m的距離河水中Mn含量有明顯減少趨勢(shì)，從平均值0.185μg/mL減少到平均值 0.095μg/mL，形成幾乎 0.090μg/mL的差值。差值的出現(xiàn)，可能與流動(dòng)過(guò)程中 Mn離子與溶解氧等氧化成二氧化Mn沉淀而滯留有關(guān)系。從圖3-2、3-4可以看出，各采樣點(diǎn)之間Cu含量的平均濃度的差距不大，均處于0.037-0.043μg/mL之間，均遠(yuǎn)低于《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)》(GB5749-2006)的0.1μg/mL的限量要求；s100m處的Cu含量的平均濃度為0.0428μg/mL，略大于其他的取水口；上游各采樣點(diǎn)Cu的含量的總值為0.123 μg/L，下游各采樣點(diǎn)Cu的含量的總值為0.119μg/L，上游受污染程度總體上比下游的污染程度嚴(yán)重。

圖3-1 自來(lái)水源各采樣點(diǎn)Mn含量檢測(cè)結(jié)果

圖3-2 自來(lái)水源各采樣點(diǎn)Cu含量檢測(cè)結(jié)果

圖3-3 自來(lái)水源各采樣點(diǎn)不同取水深度Mn含量檢測(cè)結(jié)果

圖3-4 自來(lái)水源各采樣點(diǎn)不同取水深度 Cu含量檢測(cè)結(jié)果

圖3-5 自來(lái)水源不同采樣時(shí)期Mn含量檢測(cè)結(jié)果

圖3-6 自來(lái)水源不同采樣時(shí)期 Cu含量檢測(cè)結(jié)果

由圖3-5可得知，從1月至4月，自來(lái)水中Mn含量平均值整體呈上升趨勢(shì)，基本呈以0.01μg/mL為等差的增加趨勢(shì)；同時(shí)，隨著旱季到雨季的過(guò)渡，自來(lái)水中Mn含量已逐漸超過(guò)《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)》(GB5479-2006)的限量要求。據(jù)此可推測(cè)，降雨能增加原水中的Mn含量，進(jìn)而使自來(lái)水中 Mn含量增加。從圖3-6可以看出，在不同的時(shí)期，河水中Cu含量處于0.036-0.042mg/L之間，變化幅度不大，無(wú)明顯增加或減少趨勢(shì)。

由圖 3-9可知，隨機(jī)采集的自來(lái)水樣品中 Mn含量平均值為 0.105μg/mL，略高于我國(guó)飲用水標(biāo)準(zhǔn)對(duì) Mn濃度限定為0.1μg/mL，將嚴(yán)重影響自來(lái)水的比濁度、色度，以及自來(lái)水用戶的身體健康。同時(shí)，根據(jù)原水Mn含量與出廠水Mn含量呈正相關(guān)的理論，可推測(cè)，自來(lái)水源的原水Mn含量已少量超標(biāo)；同時(shí)，由圖3-11可以看到，由于自來(lái)水源中的Mn含量隨著季節(jié)的轉(zhuǎn)變而引起的增加也給自來(lái)水品質(zhì)帶來(lái)影響，從1月至4月，各批次采集的自來(lái)水中Mn含量的平均濃度皆呈上升趨勢(shì)，相關(guān)部門(mén)應(yīng)及時(shí)采取措施，降低自來(lái)水中Mn含量，保障居民身體健康。由圖3-10可知，自來(lái)水4次取樣的樣品中Cu含量平均值的比較，明顯的看出飲用水最高的平均值為0.025 μg/mL，最低的平均值為0.023μg/mL，樣品中Cu含量最高為最低1.08倍。整體上看，先是呈現(xiàn)急劇下降，然后略上升的趨勢(shì)，自來(lái)水中Cu總的平均值為0.024 μg/mL。

圖3-7 自來(lái)水源不同取水深度Mn含量檢測(cè)結(jié)果

圖3-8 自來(lái)水源不同取水深度 Cu含量檢測(cè)結(jié)果

根據(jù)圖3-7、圖3-8可得知，水面即0m的河水中Mn、Cu相對(duì)含量較其他深度要低，而水底下2m處Mn相對(duì)含量較其他深度要高，但總體來(lái)看兩者M(jìn)n含量相對(duì)差距不大；同時(shí)，Mn相對(duì)含量基本呈隨深度的增加而增加的趨勢(shì)，可能與Mn元素的氧化沉淀及自然沉降有關(guān)。而Cu含量在水底0.5m處達(dá)到最大值，各取水深度Cu含量沒(méi)有明顯變化趨勢(shì)。

3.3.2 自來(lái)水中Mn、Cu含量檢測(cè)結(jié)果

圖3-9 自來(lái)水中Mn含量檢測(cè)結(jié)果

圖3-10 自來(lái)水中Cu含量檢測(cè)結(jié)果

圖3-11 各采樣時(shí)期各批次自來(lái)水中Mn含量檢測(cè)結(jié)果

3 結(jié)論與討論

3.1 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果表明，自來(lái)水源處河水Mn含量平均值為0.143μg/mL，而自來(lái)水中Mn含量平均值為0.105μg/mL；自來(lái)水源處河水Cu含量平均值為0.047μg/mL，自來(lái)水中Cu含量平均值為0.0123μg/mL；從s200m處x200m處包括自來(lái)水廠取水口共 7個(gè)位置的 Mn含量平均值分別為：0.185ug/mL、0.180ug/mL、0.163ug/mL、0.138ug/mL、0.131ug/mL、0.113ug/mL、0.095ug/mL；從水面到水底兩米處所取4個(gè)深度Mn含量平均值分別為0.131ug/mL、0.142ug/mL、0.135ug/mL、0.166ug/mL；從1月份到4月份，各采樣時(shí)期Mn含量平均值分別為：0.095ug/mL、0.104ug/mL、0.116ug/mL、0.125ug/mL。從s200m處x200m處包括自來(lái)水廠取水口共7個(gè)位置的Cu含量平均值分別為：0.041ug/mL、0.043ug/mL、0.040ug/mL、0.039ug/mL、0.041ug/mL、0.039ug/mL、0.041ug/mL；從水面到水底兩米處所取4個(gè)深度Cu含量平均值分別為0.028ug/mL、0.042ug/mL、 0.034ug/mL、0.036ug/mL；從1月份到4月份，各采樣時(shí)期Cu含量平均值分別為：0.039ug/mL、0.041ug/mL、0.042ug/mL、0.036ug/mL。

由以上數(shù)據(jù)可得知，永州城區(qū)自來(lái)水源處河水Mn含量大于我國(guó)飲用水標(biāo)準(zhǔn)對(duì)Mn濃度限定，超過(guò)0.043ug/mL，而永州城區(qū)自來(lái)水中Mn含量也略大于我國(guó)飲用水標(biāo)準(zhǔn)對(duì)Mn含量的限定，超過(guò)0.005ug/mL；同時(shí)，河水中Mn含量從上游到下游有下降趨勢(shì)，上下400m有0.09ug/mL的跨度，越到下游，河水中Mn含量有明顯降低，而且個(gè)別位點(diǎn)能低于我國(guó)飲用水標(biāo)準(zhǔn)對(duì)Mn濃度的限定；從旱季到雨季有上升趨勢(shì)，前后4個(gè)月時(shí)間存在0.032ug/mL跨度；從水面到水底有微量上升趨勢(shì)，其中水面Mn含量最低，而水底2m處Mn含量最高。相關(guān)部門(mén)應(yīng)及時(shí)采取措施，排查瀟水上游各Mn礦采礦點(diǎn)的污水處理設(shè)施，改善河水水質(zhì)，進(jìn)而提高自來(lái)水品質(zhì)，保障永州城區(qū)居民日常生活用水的安全。同時(shí)，永州城區(qū)自來(lái)水源處不同取水位點(diǎn)、不同取水深度、不同采樣時(shí)期的河水中Cu含量均低于我國(guó)飲用水限量標(biāo)準(zhǔn)，所有搜集到的樣品中Cu含量都處于一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，暫時(shí)沒(méi)有安全隱患。

3.2 討論

永州城區(qū)自來(lái)水水質(zhì)令人擔(dān)憂，歸根究底在于永州礦產(chǎn)資源的不合理開(kāi)發(fā)，因此政府及開(kāi)發(fā)商合理開(kāi)發(fā)和利用已有的礦產(chǎn)資源，自來(lái)水廠對(duì)輸出自來(lái)水水質(zhì)進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)和處理才能保證永州城區(qū)的自來(lái)水用戶用到高品質(zhì)自來(lái)水，保障用戶的身體健康，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生積極的社會(huì)效應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生廣泛的社會(huì)效益、經(jīng)濟(jì)效益。

[1]高娟,李貴寶,劉曉茹.國(guó)內(nèi)外生活飲用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)狀和對(duì)比[J].水利技術(shù)監(jiān)督,2005,(3):61-64.

[2]許建華.水的特種處理[M].同濟(jì)大學(xué)出版社,1994.

[3]楊金磚,王海安.關(guān)于永州礦產(chǎn)資源的開(kāi)發(fā)與保護(hù)[J].湖南科技學(xué)院學(xué)報(bào),2006,(11):186-188.

[4]孔祥瑞.必須微量元素的營(yíng)養(yǎng)生理與臨床意義[M].合肥:安徽科技出版社,1980:8-323.

[5]簡(jiǎn)敏菲,弓曉峰.水生植物對(duì)銅、鉛、鋅等重金屬元素富集作用的評(píng)價(jià)研究[J].南昌大學(xué)學(xué)報(bào),2004,(1):84-88.

[6]孫樹(shù)青,胡國(guó)華,王勇澤,等.湘江干流水環(huán)境健康風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[J].安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2006,(2):13-15.

[7]李貴寶,郝紅,張燕.我國(guó)水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展[J].中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)報(bào),2003, (5): 15-17.

[8]SUN Han-wen(孫漢文) . At om Absorbed Spect rum Analysis Technology(原子吸收光譜分析技術(shù)) . Beijing: The Chinese Press of Sciencean d Technology(北京: 中國(guó)科學(xué)技術(shù)出版社), 1992, 286.

[9]李晶,梁偉.綠茶飲料中銅、鋅、鐵、錳的火焰原子吸收分光光度法測(cè)定[J].湖北農(nóng)業(yè)科學(xué),2011,(3):524-529.

[10]謝立群.火焰原子吸收法測(cè)定茶葉中的金屬元素[J].北華大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版)，2000,(6):470-471.

[11]馬建強(qiáng),陸來(lái)仙,謝躍生.火焰原子吸收光譜法測(cè)定山楂葉中鈣、錳、鐵、鋅、鎂、銅、鉛、鉻的含量[J].廣東微量元素科學(xué),2004,(5):51-55.

O661

A

1673-2219（2014）05-0087-05

2013－12－20

齊成媚（1985－），女，湖南耒陽(yáng)人，研究方向?yàn)樗幬锾崛　?/p>

(責(zé)任編校：何俊華)