濁度對總磷在線自動分析儀監(jiān)測的影響機制研究

彭成碧，趙鵬飛

（四川省阿壩生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心站，馬爾康624000）

在天然水和各大工廠所排放的廢水中，都會含有磷這種物質(zhì)，它會以各種各樣的形式存在于水中，例如正磷酸鹽、有機結(jié)合磷酸鹽、縮合磷酸鹽等等。與此同時，總磷也是反應(yīng)水環(huán)境污染程度的一個重要指標，也表示了誰的營養(yǎng)化程度，在對水環(huán)境的質(zhì)量進行檢測時，總磷也是重點的監(jiān)測指標[1]?？偭字傅氖钱斔懈鞣N形式的磷轉(zhuǎn)化為正磷酸鹽后測定的含量，它是以每升水樣含有磷毫克數(shù)來進行劑量的，水環(huán)境中的總磷主要來源于工業(yè)廢水、生活污水以及化肥農(nóng)田灌溉等等，如果一個水生態(tài)環(huán)境處于健康狀態(tài)，其磷的含量會在一個較為合理地范圍內(nèi)波動，只有這樣才能維持生態(tài)系統(tǒng)的平衡，當水環(huán)境很粗的總磷含量超過一定的量時，就會致使水體中的藻類生物快速增長，藍綠藻會爆發(fā)進而產(chǎn)生水華，當?shù)搅怂A的中后期時，隨著水體中耗氧微生物的數(shù)量的極速增長，藍綠藻凋亡細胞會被大量的降解，整個過程會使得水中的含氧量大大降低，最后會導致水中的魚類以及濾食性生物大量死亡，使得水體產(chǎn)生難聞的一味，最后造成生態(tài)平衡的破壞。

近些年來，為了能夠提高水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)的準確性，在進行水環(huán)境的監(jiān)測時會應(yīng)用到總磷在線自動監(jiān)測儀，但是在使用總磷在線自動監(jiān)測儀進行水質(zhì)檢測時，其監(jiān)測結(jié)果會受到濁度的較大影響，所以這里我們對濁度對總磷在線監(jiān)測儀的影響進行了分析研究，并通過實驗對總磷在線監(jiān)測儀的各項性能進行了分析。

1 總磷在線自動監(jiān)測儀

總磷檢測數(shù)據(jù)的真實性與檢測儀器的可靠性和準確性關(guān)系很大，而數(shù)據(jù)的質(zhì)量是監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中十分重要的環(huán)節(jié)之一。目前，我國總磷檢測方法遵照的是GB 11893-89的《水質(zhì)總磷的測定鉬酸銨分光光度法》[2]。而在實際的在線監(jiān)測過程中，水樣的濁度會對監(jiān)測數(shù)據(jù)造成很大的影響，如果水樣的濁度較高，監(jiān)測儀所監(jiān)測出來的結(jié)果會高于實際的情況。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，有色金屬冶煉、印染、造紙等企業(yè)多排放的污染物具有較高的濁度。一般都在400NTU 以上，而食品加工、養(yǎng)殖、制藥等企業(yè)排放的污染物濁度一般在100-400NTU之間，地表水，如江、湖、河等水域一旦發(fā)生藍綠藻爆發(fā)，其濁度可以達到400NTU，常規(guī)情況下，國內(nèi)的主要湖泊河流濁度一般都低于50NTU，而污染較大的水體濁度會在50-400NTU之間波動。

我國目前使用的總磷監(jiān)測儀是以總氮磷為一體的儀器，例如TNP4110型、LFIN（P）-DW型、TPNA-300型、NPW-150型以及TPN-2000型等機型，而在國內(nèi)地表水預(yù)警監(jiān)測系統(tǒng)中主要使用的是TNP4110 型和NPW-150 型著兩種型號的總磷在線自動監(jiān)測儀，二者份額達到了九成以上[3]，這兩種監(jiān)測儀的穩(wěn)定性較好，同時其分析方法與實驗室國際方法的要求相符合，但是如果當多監(jiān)測的水質(zhì)變得混濁時，總磷在線自動監(jiān)測儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)就會和實驗室所測定的手工數(shù)據(jù)存在很大的差異。

1.1 總磷在線自動監(jiān)測儀的工作原理

總磷在線自動監(jiān)測儀監(jiān)測總磷的方法是將國標鉬藍法作為基礎(chǔ)的，有儀器的機電部件來完成實驗室人操作的分析過程，以此實現(xiàn)在線監(jiān)測的目的。下圖為總磷在線自動監(jiān)測儀流路圖。

圖1 總磷在線自動監(jiān)測儀流路示意圖Fig.1 Flow path diagram of total phosphorus on-line automatic monitor

總磷的監(jiān)測步驟。先用水樣對水池進行沖洗，將藥劑A和經(jīng)過預(yù)處理的水樣加入比色池內(nèi)，當其充分混合后，在高溫、高壓的條件進行反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物為正磷酸鹽，將產(chǎn)物進行迅速冷卻，然后將藥劑和藥劑D加入比色池中，同樣混合均勻，使其充分反應(yīng)，待反應(yīng)結(jié)束后，利用光度計對溶液的吸光度進行測量[4]，并將測量的結(jié)果與空白值進行對比，最后將總磷的濃度值計算出來。

正磷酸鹽的測量。將儀器設(shè)置為測量模式，用樣品對比色池進行沖洗，向其中加入試劑A，對其進行加熱，使氧化劑破壞轉(zhuǎn)化為硫酸，然后對其進行冷卻處理，再通過蠕動泵向比色池中加入試劑C、D 以及樣品，將它們進行充分的混合、反應(yīng)，然后使用光度計對溶液的吸光度進行測量，與空白值進行對比，正磷酸鹽你的濃度可以通過計算得出。

含磷緩蝕劑的測量。自動監(jiān)測儀能偶顯示出磷酸根和總磷的含量，將相應(yīng)的因子輸入后，就可以直接顯示出相應(yīng)的除垢劑的濃度值。

1.2 NPW-150型與TNP4110型總磷在線自動監(jiān)測儀的對比

首先對兩種監(jiān)測儀的性能參數(shù)進行對比，NPW-150型自動監(jiān)測儀是美國哈希生成的，原屬于日本的DKK，而TNP4110則是如本島津生產(chǎn)的，二者的性能參數(shù)如下表。

表1 NPW-150型與TNP4110型自動監(jiān)測儀參數(shù)對比Tab.1 Comparison of parameters between NPW-150 and TNP4110 automatic monitors

工作原理分析，TNP4110型總磷在線自動監(jiān)測儀的工作原理是：利用注射器通過2個八通閥門將樣品抽取到注射器中，然后向其中添加K2S2O8和H2SO4，使其混合均勻，再放到消解池中，在UV 光照射下對其進行加熱，直到溫度達到95℃，整個過程需要持續(xù)20min，待樣品氧化成正磷酸根離子后，利用注射器將樣品抽回注射器中，在向其中加入NaOH進行中和，然后加入抗壞血酸和鉬酸[5]，對實驗樣品進行鉬藍還原反應(yīng)顯色，通常會顯現(xiàn)出淡藍色，再將顯色后的樣品置于檢測池中，對其在880nm出的吸光度進行測量，最后根據(jù)零點校正和量程校正的吸光度進行計算，就能夠?qū)悠返目偭诐舛扔嬎愠鰜?，進而得到實驗結(jié)果。

NPW-150 型總磷在線自動監(jiān)測儀的工作原理是：利用120℃的K2S2O8在中性條件下對實驗樣品進行高溫消解，使樣品中所含有的所有磷酸鹽轉(zhuǎn)化為可溶性的正磷酸鹽，而正磷酸鹽可與酒石酸銻氧鉀和鉬酸銨發(fā)生反應(yīng)，最后生成磷鉬雜多酸，該物質(zhì)能夠被還原劑抗環(huán)血酸還原，還原后會成為藍色的絡(luò)合物，最后利用分光光度法閉塞測定，即可得到最后的實驗數(shù)據(jù)結(jié)果。

實驗室的分析原理，實驗室中是利用K2S2O8在中性條件下對水樣進行消解，通過消解使水樣中的磷酸鹽轉(zhuǎn)化為能夠溶于水的正磷酸鹽，在利用酒石酸銻氧鉀、鉬酸銨與正磷酸鹽之間的化學反應(yīng)，使其生成磷鉬雜多酸，再利抗環(huán)血酸這種還原劑對該物質(zhì)進行還原，最后會生成藍色的絡(luò)合物，將得到的藍色絡(luò)合物在室溫下靜置15min，然后取波長在700nm 出，用光程為30nm 或10nm 的比色皿，以零度溶液為參比，對其進行吸光度的測量。最后將空白石艷的吸光度去除，即可從校準曲線上查出總磷的量[6]，即實驗室的分析結(jié)果。

2 實驗

2.1 實驗樣品準備

這里的實驗樣品選擇的是枯水期和豐水期具有代表性時間段的水樣，而實驗室手工監(jiān)測的樣品選用自動分析儀的溢流口的水樣，樣品采集完畢后，向其中添加硫酸，使其酸化為PH值在1以下的條件保存。

2.2 實驗結(jié)果分析

TNP4110型自動監(jiān)測儀實驗結(jié)果，該型號的總磷自動監(jiān)測儀是利用紫外消解-磷鉬藍吸光光度法進行監(jiān)測分析的，這種型號的儀器具有很好的穩(wěn)定性，只是如果水質(zhì)混濁時，其分析結(jié)果會受到較大的影響。將TNP4110在線自動監(jiān)測儀的實驗結(jié)果和實驗室分析數(shù)據(jù)進行對比，如表2所示。

表2 TNP4110型總磷在線自動監(jiān)測儀監(jiān)測結(jié)果Tab.2 Monitoring results of TNP4110 total phosphorus online automatic monitor

從表2中可以看出總磷的分析結(jié)果和濁度值表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性，即濁度值越大，總磷在線監(jiān)測儀所檢測的結(jié)果總磷濃度越大，該結(jié)果與實驗室的分析結(jié)果數(shù)值的差異也越大，當濁度值較小時，自動監(jiān)測儀的檢測結(jié)果數(shù)值與實驗室的分析結(jié)果相差則不會較大，也就是說當濁度較低時，總磷在線自動監(jiān)測儀的檢測結(jié)果更為準確。

NPW-150 型自動監(jiān)測儀的實驗結(jié)果，該自動監(jiān)測儀是利用高溫消解-鈴木藍光吸光光度法對實驗樣品進行分析的，其穩(wěn)定性良好，但是其分析結(jié)果會受到水質(zhì)濁度的較大影響。同樣與實驗室的分析結(jié)果進行對比，如表3所示。

表3 NPW-150型總磷在線自動監(jiān)測儀監(jiān)測結(jié)果Tab.3 Monitoring results of NPW-150 total phosphorus online automatic monitor

由表3可知，總磷的分析結(jié)果和濁度值表現(xiàn)出明顯的相關(guān)性，即濁度值越大，總磷在線自動監(jiān)測儀所檢測的結(jié)果總磷濃度越大[7]，和實驗室分析結(jié)果的數(shù)值相差越大，反之濁度值越小時，總磷濃度值和實驗室的分析結(jié)果更加一致。

3 排出濁度干擾的方法

3.1 增加水樣玉池里裝置

為了排出濁度對自動監(jiān)測儀的干擾，可以設(shè)計一個科學合理地水樣預(yù)處理裝置，以此來降低水樣的濁度，進而降低總磷在線自動監(jiān)測儀檢測結(jié)果的偏差值。另外還可以對系統(tǒng)運行軟件進行升級，通過PLC在對整個預(yù)處理流程進行控制，當水樣的濁度不同時可以采取不同的預(yù)處理流程[8]，也就是將預(yù)處理程序和濁度做關(guān)聯(lián)處理，這樣預(yù)處理運行軟件就可以自動對濁度進行判斷，確定使用的預(yù)處理流程，如過濾-勻質(zhì)或者沉淀-勻質(zhì)預(yù)處理等。

3.2 濁度-色度補償法

濁度-色度補償法通常是實驗室中采用的用來排出濁度干擾的方法，但是如果整個實驗只有濁度干擾時，利用好離心去除法和消解液過濾法即可獲得滿意的結(jié)果，所以該方法應(yīng)用的時候并不是很多。其次是由于總磷在線自動監(jiān)測儀的設(shè)計問題，大多監(jiān)測儀不具備色度補償功能，只有個別少數(shù)型號的自動監(jiān)測儀有這項功能，所以這種方法用到的也并不是很多。

4 結(jié)語

實驗數(shù)據(jù)表明，總磷在線監(jiān)測儀的監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)果與濁度存在明顯的相關(guān)性，當水樣的濁度較低時，自動監(jiān)測儀的監(jiān)測記過和實驗室的測量值具有良好的一致性，但是濁度較高時，自動監(jiān)測儀的分析結(jié)果總磷濃就會偏高，與實驗室的測量結(jié)果存在很大的差異。濁度對總磷在線自動監(jiān)測儀的這種影響的原因是由于濁度對紫外波長的光強具有一定程度的吸收能力，而監(jiān)測儀是使用鉬酸銨分光光度法進行分析的，所以濁度對監(jiān)測結(jié)果有較大的影響。在實際的水質(zhì)的監(jiān)測過程中，可以通過安裝水樣預(yù)處理裝置來降低濁度對監(jiān)測結(jié)果的影響。