摘要:为提高地表水总磷检测数据的准确性,比较了几种地表水前处理方法,并对比不同的前处理对总磷测试的影响,以及过滤水样消解液残渣对测试结果的影响。结果表明,水样浊度小于200 NTU,自然沉降和离心前处理后总磷测试误差在20%,浊度大于300 NTU,自然沉降和离心均无法有效去除浊度干扰;水样浊度小于200 NTU,过滤消解液残渣能够将干扰误差控制在20%。
关键词:总磷;浊度;自然沉降;离心
中图分类号:X832 文献标识码:A 文章编号:1008-9500(2024)10-00-03
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Effect of Turbidity on the Accuracy of the Total Phosphorus Test in Surface Water
YANG Zhenxiong
(Guangzhou Building Materials Industry Research Institute Co., Ltd., Guangzhou 510663, China)
Abstract: To improve the accuracy of surface water total phosphorus detection data, several surface water pretreatment methods are compared, and the effects of different pretreatment methods on total phosphorus test are compared, as well as the impact of filtered water sample digestion residue on test results. The results show that the turbidity of the water sample is less than 200 NTU, and the error of total phosphorus test after natural sedimentation and centrifugation pretreatment is within 20%. When the turbidity is more than 300 NTU, neither natural sedimentation nor centrifugation could effectively remove turbidity interference; the turbidity of the water sample is less than 200 NTU, and filtering the residue of the digestion solution can control the interference error within 20%.
Keywords: total phosphorus; turbidity; natural sedimentation; centrifugation
在天然水中,磷几乎以各种磷酸盐的形式存在,它们分为正磷酸、缩合磷酸盐以及有机结合的磷。磷是生物生长必需元素之一,但磷含量过高可导致藻类过度繁殖,引起水体富营养化,造成湖泊、河流透明度降低,水质变差。总磷是评价水质的重要指标。日常监测中,汛期强降雨、水土流失等原因导致水体浑浊,水样的浊度对总磷的测试产生正干扰,导致检测结果偏高。
在总磷测试的整个流程中,样品的采集十分关键。因此,通过对比不同的水样前处理方法对总磷测试结果的影响,分析过滤消解液对干扰的去除效果,进一步研究水样浑浊对总磷测试准确度的影响。
1 材料与方法
水样的采集、保存及分析执行《地表水环境质量监测技术规范》(HJ 91.2—2022)[1]和《水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法》(GB 11893—1989)[2];水样的浊度测试按照《水质 浊度的测定 浊度计法》
(HJ 1075—2019)[3]执行。
主要设备如下:便携式离心机YQ-5303,青岛云起智能仪器有限公司;便携式浊度计TN100,上海三信仪表厂;纯水机WP-2RO-WF-20S,四川沃特普科技有限公司;紫外可见分光光度计UV-1900i,岛津仪器(苏州)有限公司;立式压力蒸汽灭菌锅BXM-30R,上海东亚压力容器制造有限公司;无磷滤纸;5 L有机玻璃采水器。
主要试剂如下:100 mg/L总磷标准溶液;50 g/L过硫酸钾溶液;100 g/L抗坏血酸溶液;钼酸盐显色剂溶液(在100 mL水中溶解13 g钼酸铵,在100 mL水中溶解0.35 g酒石酸锑钾,在不断搅拌下,将钼酸铵溶液缓慢加到300 mL(1+1)硫酸中,再加入钾酒石酸锑钾溶液并且混合均匀)。
2 试验过程
2.1 不同前处理方法对总磷测试的影响
使用土壤样品(人为干扰少的赤红壤)配制含量分别为0.1 mg/L、0.3 mg/L、0.5 mg/L的低浊度、中浊度、高浊度总磷样品。该样品分别经过5种前处理后,使用标准方法测定其总磷含量,所有样品的消解液都经无磷滤纸过滤后再显色上机测试。
2.2 过滤消解液残渣对总磷测试的影响
消解后的水样底部通常会有未消解完全的泥沙、颗粒物沉淀或者有絮凝状的物质生成,通过分析比对过滤消解液对总磷测试准确度的影响[4]。
3 结果与分析
3.1 不同前处理方法对总磷测试的影响
在韶关市翁源县官渡镇社背村采集一份人为干扰较少的土壤样品,样品经过自然风干、研磨和过筛后用于配制浊度溶液。称取适量土壤于塑料瓶,在转速(30±2)r/min、温度(23±2)℃下,翻转振荡18 h。使用浊度计测量溶液浊度,配制50 NTU、100 NTU、200 NTU、300 NTU、400 NTU和500 NTU浊度溶液各2 L,各取100ml上述溶液离心后用离子色谱测试磷酸根,用于验证浊度溶液的总磷本底值。取上述6份浊度溶液(2 L),每份浊度溶液分别配制成浓度为0.1 mg/L、0.3 mg/L、0.5 mg/L的总磷样品。总磷样品摇匀后分别取6份溶液进行测试:第一份直接测试;其中4份分别在自然沉降15 min、30 min、45 min、60 min后取上清液测试;第6份样品使用便携式离心机以2 000 r/min的转速离心2 min后取上清液测试,测试结果如表1所示。
由表1可知:浊度溶液均未检出磷酸根,其本底干扰可以忽略不计;水样的浊度对总磷的测试产生正干扰,随着水样浊度变高,产生的正干扰越大;同一浊度的水样,样品中总磷的浓度越低,受干扰程度越大;水样浊度在200 NTU内时,自然沉降和离心去除浊度干扰效果较好,测试结果误差控制在20.0%以内;水样浊度大于300 NTU时,自然沉降60 min和离心后0.1 mg/L浓度水样的误差大于50%;当水样浊度大于400 NTU时,浓度为0.3 mg/L的样品测试误差大于43.0%,浓度为0.5 mg/L的样品测试误差在18.0%以上,自然沉降和离心前处理都无法去除水样浊度的干扰。
3.2 过滤消解液对总磷测试的影响
试验选取50 NTU、100 NTU、200 NTU的浊度溶液,分别配制浓度为0.1 mg/L、0.3 mg/L、0.5 mg/L的总磷样品。这3份样品经自然沉降和离心后各取两份样品。其中,一份样品消解后直接显色测试;另一份样品消解液用无磷滤纸过滤后定容显色测试。过滤消解液残渣对总磷测试结果的影响如表2所示。
由表2可知:水样浊度大于50 NTU时,样品消解液底部产生的残渣会对总磷的测试产生正干扰,水样浊度越大,产生的正干扰就越大;同一浊度的样品中,总磷浓度越小干扰越大;水样浊度在200 NTU内,消解液残渣过滤后测试误差在20.0%内,0.1 mg/L样品消解液不过滤误差在70%以上;水样浊度为200 NTU时,0.1 mg/L样品消解液过滤误差在20.0%以上,过滤消解液已经无法去除干扰。
4 结论
浑浊水体中的细小悬浮颗粒物是干扰总磷测试准确度的最主要因素。这类物质无法通过短时间的自然沉降和离心前处理完全去除,自然沉降60 min与自然沉降30 min效果相差不大,总体上离心前处理效果最好、效率最高。当水样的浊度较低(小于200 NTU),自然沉降30 min和离心前处理去除浊度干扰的效果均满足测试要求;当水体浊度大于300 NTU时,浊度干扰对低浓度的总磷样品测试误差在50%以上,自然沉降30 min和离心前处理都无法有效去除干扰。当样品消解后的溶液底部产生絮凝状物质或沉淀,必须使用无磷滤纸过滤消解液后定容显色测试,可以在一定程度上去除干扰,但是样品浊度太高,过滤消解液残渣去除干扰也无法满足标准质控要求。建议检测公司避开强降雨天气48 h内采样,应结合水质浊度、天气情况以及分析进度,选择合适时间的采样。
参考文献
1 生态环境部.地表水环境质量监测技术规范:HJ 91.2—2022[S].北京:中国环境出版社,2022.
2 国家环境保护局.水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法:GB 11893—1989[S].北京:中国标准出版社,1989.
3 生态环境部.水质 浊度的测定 浊度计法:HJ 1075—2019[S].北京:中国环境出版社,2019.
4 戈燕红,付 琼,郭德音,等.总磷水质在线自动监测仪浊度补偿[J].净水技术,2021(1):76-79.