淺析濁度對(duì)地表水總磷自動(dòng)分析儀監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響

＊梁 益

（南平市武夷山環(huán)境監(jiān)測(cè)站 福建 354300）

磷是評(píng)價(jià)水質(zhì)的重要指標(biāo)，在天然水和廢水中，磷幾乎都以各種磷酸鹽的形式存在，它們分為正磷酸鹽、縮合磷酸鹽（焦磷酸鹽、偏磷酸鹽和多磷酸鹽）和有機(jī)結(jié)合的磷（如磷脂等），它們存在于溶液中，腐殖質(zhì)粒子中或水生生物中。一般天然水中磷酸鹽含量不高?；省⒁睙挕⒑铣上礈靹┑刃袠I(yè)的工業(yè)廢水及生活污水中常含有較大量磷。磷是生物生長(zhǎng)必需的元素之一。但水體中磷含量過(guò)高（如超過(guò)0.2mg/L），可造成藻類(lèi)的過(guò)度繁殖，直至數(shù)量上達(dá)到有害的程度（稱(chēng)為富營(yíng)養(yǎng)化），造成湖泊、河流透明度降低，水質(zhì)變差[1]。

1.概況

興田站屬于國(guó)家水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站，位于南平市建陽(yáng)區(qū)將口鎮(zhèn)橫塘村白園自然村（經(jīng)度118.0795，緯度27.497278），主要監(jiān)測(cè)崇陽(yáng)溪流域武夷山與建陽(yáng)交接斷面，占地面積999m2，其中站房面積220m2。該水質(zhì)自動(dòng)站于2011年8月開(kāi)始正式運(yùn)行。

2.總磷在線分析儀工作原理

興田水質(zhì)自動(dòng)站總磷自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器為力合科技(湖南)股份有限公司，2011年生產(chǎn)LFTP-DW2001型總磷在線分析儀，采水系統(tǒng)采集水樣經(jīng)超聲波+63μm過(guò)濾，在測(cè)試時(shí)，將樣品在80℃條件下經(jīng)過(guò)硫酸鉀和紫外催化消解后，樣品中的含磷化合物轉(zhuǎn)變?yōu)檎姿猁}，正磷酸鹽與鉬酸銨反應(yīng)，在銻鹽存在下，生成磷鉬雜多酸，并立即被抗壞血酸還原，生成藍(lán)色化合物。用分光光度法于波長(zhǎng)880nm處，測(cè)定吸光度A，由吸光度值查詢(xún)標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，計(jì)算總磷含量；而正磷鹽在線分析儀無(wú)需對(duì)樣品進(jìn)行消解，同樣采用磷鉬藍(lán)分光光度法對(duì)樣品中的磷酸鹽進(jìn)行檢測(cè)。

濁度與總磷自動(dòng)檢測(cè)值線性相關(guān)關(guān)系分析。

圖1 2021年1-6月總磷監(jiān)測(cè)結(jié)果分布圖

選擇武夷山興田水質(zhì)自動(dòng)站2021年1月至6月監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)[2]，總磷自動(dòng)分析儀每天分析一次，每天1個(gè)數(shù)據(jù)，剔除部分無(wú)效和離群數(shù)據(jù)共459個(gè)。采用線性相關(guān)關(guān)系統(tǒng)計(jì)的方法，分析結(jié)果如下：

圖2 2021年1-6月濁度監(jiān)測(cè)結(jié)果分布圖

線性相關(guān)關(guān)系統(tǒng)計(jì)圖中，R2代表相關(guān)性系數(shù)，p代表顯著性，p＜0.05mg/L說(shuō)明兩者相關(guān)性達(dá)到顯著，p＜0.001mg/L說(shuō)明相關(guān)性達(dá)到極顯著。統(tǒng)計(jì)分析顯示，2021年1-6月，興田斷面濁度和總磷監(jiān)測(cè)結(jié)果R2達(dá)到了0.611mg/L，p＜0.001mg/L，說(shuō)明兩者相關(guān)性達(dá)到極顯著。從上圖3可以看出，總磷在線分析儀在水質(zhì)濁度低于50NTU時(shí)，兩者相關(guān)性比較顯著。

圖3 2021年1-6月濁度、總磷線性相關(guān)關(guān)系統(tǒng)計(jì)圖

為進(jìn)一步驗(yàn)證濁度和總磷監(jiān)測(cè)結(jié)果，選擇武夷山興田水質(zhì)自動(dòng)站2021年4月份監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，總磷自動(dòng)分析儀每4個(gè)小時(shí)分析一次，每天6個(gè)數(shù)據(jù)，剔除部分無(wú)效和離群數(shù)據(jù)共153個(gè)。采用線性相關(guān)關(guān)系統(tǒng)計(jì)的方法，分析結(jié)果如下：

圖4 2021年4月降雨量趨勢(shì)圖

圖5 2021年4月濁度變化趨勢(shì)圖

圖6 2021年4月總磷變化趨勢(shì)圖

圖7 2021年4月濁度、總磷線性相關(guān)關(guān)系統(tǒng)計(jì)圖

線性相關(guān)關(guān)系統(tǒng)計(jì)圖中，R2代表相關(guān)性系數(shù)，p代表顯著性，p＜0.05mg/L說(shuō)明兩者相關(guān)性達(dá)到顯著，p＜0.001mg/L，說(shuō)明相關(guān)性達(dá)到極顯著。統(tǒng)計(jì)分析顯示，2021年4月，興田斷面濁度和總磷監(jiān)測(cè)結(jié)果R2達(dá)到了0.17mg/L，p＜0.05mg/L，說(shuō)明兩者相關(guān)性達(dá)到顯著，濁度值越大表明總磷在線分析儀的監(jiān)測(cè)濃度值就越高。

3.原因分析

內(nèi)部原因：興田水質(zhì)自動(dòng)站總磷在線分析儀在水質(zhì)濁度低于50NTU時(shí)，有較好的穩(wěn)定性。但當(dāng)雨季和流域水體受地表徑流水土流失影響，水質(zhì)異常渾濁時(shí)，發(fā)現(xiàn)總磷自動(dòng)分析儀的監(jiān)測(cè)結(jié)果會(huì)受到水樣濁度干擾，造成監(jiān)測(cè)結(jié)果出現(xiàn)偏差和異常波動(dòng)。

外部原因：外源污染主要為汛期降雨徑流帶來(lái)的大量生活垃圾、樹(shù)枝、樹(shù)根、泥沙、畜禽排泄物及周邊農(nóng)田茶園等農(nóng)藥化肥殘留，會(huì)造成東溪水庫(kù)中氮磷營(yíng)養(yǎng)鹽、有機(jī)物等升高。上游流域范圍村莊的生活污水、生活垃圾、畜禽養(yǎng)殖、農(nóng)業(yè)面源污染等。

4.結(jié)論和建議

通過(guò)線性相關(guān)關(guān)系統(tǒng)計(jì)進(jìn)行分析，分析結(jié)果顯示濁度值和總磷自動(dòng)分析儀監(jiān)測(cè)結(jié)果相關(guān)性達(dá)到顯著，當(dāng)濁度大于50NTU時(shí)，就會(huì)對(duì)總磷自動(dòng)分析儀的監(jiān)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生影響。鑒此結(jié)論，當(dāng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位上游地區(qū)降雨，導(dǎo)致河流水質(zhì)異常渾濁，濁度大于50NTU時(shí)建議總磷自動(dòng)分析儀可酌情考慮增加濁度、色度補(bǔ)償功能[3]。首先，采用濁度-色度補(bǔ)償法，由于總磷自動(dòng)分析儀監(jiān)測(cè)中濁度對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果易造成負(fù)面影響，因此，當(dāng)樣品中僅有濁度影響時(shí)，可采用消解液過(guò)濾法及離心法去除水體濁度。考慮到自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器設(shè)計(jì)問(wèn)題，常不帶有色度補(bǔ)償功能（個(gè)別型號(hào)除外），因此需額外施加色度補(bǔ)償功能。其次，總磷自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器應(yīng)合理設(shè)計(jì)水樣預(yù)處理裝置，降低濁度對(duì)水體總磷監(jiān)測(cè)帶來(lái)的偏差。與此同時(shí)，以計(jì)算機(jī)技術(shù)為依托，對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)[4]。借助PLC控制，對(duì)水樣多類(lèi)濁度情況采取特異性預(yù)處理，即將濁度與預(yù)處理流程相關(guān)聯(lián)，采用自動(dòng)判別的方式對(duì)水樣進(jìn)行沉淀與過(guò)濾，以此避免濁度影響水環(huán)境總磷監(jiān)測(cè)?？偟膩?lái)說(shuō)，濁度對(duì)總磷測(cè)試的影響可囊括為兩點(diǎn)，其一，是懸濁物質(zhì)易吸收水樣中的磷。當(dāng)濁度過(guò)大時(shí)，總磷自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器取樣量少的情況下很難提取均勻水樣，意味著水體質(zhì)量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與水體真實(shí)環(huán)境存在一定差距。由于采樣受限，大顆粒懸濁物無(wú)法有效提取，以此影響測(cè)定值，無(wú)法科學(xué)評(píng)估水環(huán)境質(zhì)量[5]。其二，在濁度影響下，總磷自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器將自動(dòng)扣除濁度帶來(lái)的吸光度，即具備濁度-色度補(bǔ)償功能，但超過(guò)儀器承載能力同樣會(huì)影響數(shù)據(jù)檢測(cè)結(jié)果。通過(guò)對(duì)水體總磷的監(jiān)測(cè)，并分析濁度與總磷自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的關(guān)系，可認(rèn)定濁度對(duì)總磷監(jiān)測(cè)儀監(jiān)測(cè)水體磷含量有明顯干擾。對(duì)此，應(yīng)關(guān)注濁度對(duì)總磷監(jiān)測(cè)儀數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)的影響，以此得出有效數(shù)據(jù)。

為確保監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的有效性，反映流域真實(shí)水質(zhì)情況，需增加實(shí)驗(yàn)室手工監(jiān)測(cè)。手工監(jiān)測(cè)通常應(yīng)用在水中總磷監(jiān)測(cè)，參照《水質(zhì)總磷的測(cè)定鉬酸銨分光光度法》。在地表水環(huán)境監(jiān)測(cè)以及國(guó)家地表水考核斷面采測(cè)分離監(jiān)測(cè)任務(wù)中,地表水水質(zhì)總磷的手工監(jiān)測(cè)方法及樣品預(yù)處理目前一般按照《國(guó)家地表水環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)網(wǎng)監(jiān)測(cè)任務(wù)作業(yè)指導(dǎo)書(shū)（試行）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)《作業(yè)指導(dǎo)書(shū)》）進(jìn)行，對(duì)應(yīng)分別為《水質(zhì)總磷的測(cè)定鉬酸銨分光光度法》（GJW-03-SSG-009，根據(jù)全文對(duì)照此方法分析過(guò)程與GB 11893-1989相同）和《樣品采集、保存與運(yùn)輸技術(shù)要點(diǎn)》（GJW-03-SSG-002）。手工監(jiān)測(cè)流程為：提取水樣，將其靜止半小時(shí)，當(dāng)水樣懸浮物充分沉降后，選取上層非沉降部分。當(dāng)水樣靜止半小時(shí)后濁度依舊很大或存有大量泥沙，可對(duì)水樣進(jìn)行離心預(yù)處理[6]。隨后，對(duì)靜置獲取或離心獲取的水樣與過(guò)硫酸鉀反應(yīng)，反應(yīng)條件為：120℃消解半小時(shí)，將水樣中所有磷全部轉(zhuǎn)化為正磷酸鹽。消解過(guò)后，如果混合溶液十分渾濁，可采用中心定性濾紙或纖維鋁膜將樣品過(guò)濾在比色皿內(nèi)。經(jīng)過(guò)濾紙過(guò)濾后，洗滌定容。最后，將溶液放置在酸性環(huán)境中，讓溶液和抗壞血酸以及鉬酸銨反應(yīng)顯色。在700nm波長(zhǎng)條件下檢測(cè)其吸光度，最終確定水體總磷。

最后，為保證水體質(zhì)量，需完善流域內(nèi)生活污水收集治理、完善生活垃圾收運(yùn)體系、加強(qiáng)畜禽養(yǎng)殖管理、引導(dǎo)農(nóng)民科學(xué)合理施肥和加強(qiáng)流域監(jiān)管等方面入手，深入推進(jìn)流域環(huán)境綜合治理，全面提升改善水質(zhì)。例如，可應(yīng)用磁技術(shù)處理生活污廢水，水體經(jīng)磁化處理后其物理與化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，磁技術(shù)可提高微生物活性，讓其具備更強(qiáng)的污染物處理能力與廢水降解能力。同時(shí)，磁場(chǎng)撤除后，該效果可持續(xù)數(shù)天，具備一定的記憶效應(yīng)。傳統(tǒng)污廢水處理工藝與磁強(qiáng)化技術(shù)的融合是近年新興的水處理技術(shù)，具有簡(jiǎn)單、高效、能耗低、低成本等特點(diǎn)，不會(huì)造成二次污染，具有極為廣闊的發(fā)展前景。以磁強(qiáng)化污泥厭氧消化技術(shù)為例，據(jù)初步統(tǒng)計(jì)，國(guó)際現(xiàn)存超百萬(wàn)的污廢水處理廠采用厭氧消化技術(shù)。磁技術(shù)作為可促進(jìn)厭氧系統(tǒng)間物種電子轉(zhuǎn)移的內(nèi)驅(qū)元素在污廢水中施加20mmol/L的磁鐵礦可提升水體內(nèi)甲烷產(chǎn)生率，保持系統(tǒng)整體穩(wěn)定性。在不補(bǔ)加磁粉的前提下，厭氧消化反應(yīng)器可持續(xù)工作約8個(gè)月。介于磁性物質(zhì)對(duì)剩余污泥厭氧消化的促進(jìn)效果，國(guó)外學(xué)者Suanon以質(zhì)量比0.5%與1%混合脫水剩余污泥與納米級(jí)磁鐵礦，結(jié)論表明濃度較低的磁鐵礦可提高水體中沼氣含量與甲烷比率，可穩(wěn)固污泥中重金屬元素與磷元素。反之，當(dāng)施加高濃度磁鐵礦時(shí)，水體中沼氣產(chǎn)量明顯降低。磁技術(shù)在污廢水剩余污泥處理中為甲烷提供反應(yīng)條件，并非影響甲烷產(chǎn)出形式。通過(guò)歸整與分析國(guó)內(nèi)學(xué)者的研究得出：在溫度的持續(xù)升高下，含磁污泥水體的水解速率加快、揮發(fā)性脂肪酸產(chǎn)量提升，氮元素排出量提升，可控制水體總磷含量。總之，總磷自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀的作用是監(jiān)測(cè)水體含磷總量，以此評(píng)估水體污染程度，研究濁度對(duì)其影響的目的是提高監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，為磷降解提供數(shù)據(jù)支持。