浅析气候对黄浦江水体中锰的影响

张琰

（上海市自来水市南有限公司，上海 200002）

1 引言

锰含量监测是自来水厂的常规监测项目。国内饮用水卫生标准规定，锰含量不得超过0.1mg／L。大部分自来水厂根据原水状况运用了各种除锰工艺，来保证居民自来水锰含量达标。原水中锰含量完全受周围环境和其它自然因素的影响，近期报道相继登出了原水锰大量超标的情况，2010年8月广东汕尾陆丰市大安镇锰含量突然超标12倍，原因至今依然不明；2011年6月福建泉州市北渠原水锰含量最高超14倍，原因是上游锰含量较高的山区连日暴雨，雨停后逐渐恢复正常。由此可见，气候是影响原水中锰的重要因素，值得深入研究。

2 材料与方法

2.1 实验仪器

主要仪器包括PerkinElmer公司AA700型原子吸收仪、Mn元素空心阴极灯、氘灯、空气压缩机、空气干燥过滤器。

2.2 分析条件

（1）外界条件。连接到AAS上的乙炔压力:0.09～0.10MPa，纯度不低于99.6%，总压力表低于0.6MPa时必须更新乙炔瓶。空气压缩机的压力为0.45～0.50MPa。

（2）仪器优化条件。燃气为乙炔，流量2.0L／min；助燃气为空气，流量17.0L／min；波长279.5nm；狭缝宽度0.7H；Mn元素空心阴极灯加氘灯背景AA－BG。

2.3 分析原理

原子吸收光谱分析仪器的原理是通过火焰、石墨炉等将待测元素在高温或是化学反应作用下变成原子蒸气，由光源灯辐射出待测元素的特征光谱，在通过待测元素的原子蒸气时发生光谱吸收，透射光的强度与被测元素浓度成反比。在仪器的光路系统中，透射光信号经光栅分光，将待测元素的吸收线与其他谱线分开，经过光电转换器，将光信号转换成电信号，由电路系统放大、处理，再由CPU及外部的电脑分析、计算，最终在屏幕显示待测样品中微量及超微量的多种金属和类金属元素的含量和浓度。仪器主要由4部分组成:光源、原子化系统、分光系统、检测系统。火焰原子吸收法装置不太复杂，操作方便快速，测定精度好，已经成为完善和定型的方法，广泛用于常规分析。

2.4 主要试剂和标准工作曲线的制定

硝酸（ρ＝1.42g／mL）优级纯试剂；锰标准（100mg／L）由北京标准物质研究中心提供；实验用纯水均由MilliPore公司Milli－Q ACademiC超纯水系统生产；火焰是乙炔－空气火焰，纯度为99.999%。

根据试验，在生活饮用水中多种元素的一般含量范围内，水中锰元素可以按照下列组合配制标准溶液，稀释液均用1%硝酸溶液，经AA700测定后绘制线性标准曲线。

锰配制成浓度为10mg／L的混合标准储备液，并用储备液配制出0.05mg／L到0.5mg／L的6个不同标准溶液。

2.5 样品采集及预处理

2009年1月至2011年6月期间的工作日，对黄浦江上游原水两个不同采样点A、B采集水样进行锰的分析。澄清的水样可直接测定；悬浮物较多的水样，分析前需酸化并消化有机物，每升水样中加1.5mL硝酸酸化使pH值小于2。

3 结果与讨论

3.1 实验的线形、精密度、准确度

AA700型原子吸收分光光度仪测定锰，性能稳定，灵敏度高，重复性好，相关系数在99.95%以上。表1中列举了部分标准曲线的线性相关系数及在各个浓度上的吸光度。

按照AA700工作条件，对配制的标准品溶液Mn（0.02mg／L、0.15mg／L），分别连续进行7次重复测定，其测定结果的相对标准偏差在0.18%～1.80%之间，说明本方法的精确性良好，能满足样品测定要求。

在空白纯水中准确配制各个元素的加标样品，平行测定7次，其回收率介于99.20%～103.55%之间，国家饮用水标准中回收率在70%～130%的要求，并且大大优于标准要求（表1）。

表1 原子吸收仪测定锰的部分标准曲线形系数及吸光度情况

3.2 上海地区常年气候与原水中锰含量关系

上海位于我国东部沿海，北亚热带南缘，气候温和湿润、春光明媚、夏日晴长、秋高气爽、冬季不寒；雨量适中、雨热同季。上海的降水量在一年中的变化呈现出一个时期偏多、一个时期偏少的体制，构成了上海的自然季节，由3个多雨期和3个少雨期组成。3个多雨期分别为春雨期、梅雨期和秋雨期，3个少雨期分别为盛夏期、晚秋期和冬季。不同自然季节的持续天数差异大，最长的冬季有111d，最短的梅雨期只有24d，总的特点是夏半年的自然季节较短，冬半年的自然季节较长。上海地区的暴雨天气多出现在4～9月，其中80%集中在6～9月。图1中描绘了2009年和2010年上海市某监测站汛期（6月到9月）雨量分布情况（图1）。

图1 2009年、2010年上海市某监测站汛期雨量分布

图2、图3分别描绘了2009年和2010年黄浦江上游两个采样点的水体中锰含量的变化情况。不难看出其中存在一定的规律:1月份锰含量在0.04～0.10mg／L；2月到3月递增，最高值为0.16mg／L左右；3月到5月递减，最低可到0.01mg／L左右；5月到6月有递增趋势；6月中下旬开始激增，7月达到最高值0.18左右；8月到9月递减，最低可到0.01mg／L左右；9月到10月保持较低值；11月到12月逐步递增，接近0.1mg／L后基本保持稳定。

图2 2009年黄浦江上游原水两处采样点A、B采集的水样中锰含量变化情况

图3 2010年黄浦江上游原水两处采样点A、B采集的水样中锰含量变化情况

由此可见，上海地区常年气候与原水中锰含量都有规律可循，而且相互之间存在密切的关系，即雨期会对锰的变化造成一定的影响，具体可见表2。

表2 上海地区常年气候与原水中锰含量的关系

3.3 上海地区梅雨期与原水中锰含量的关系

2009年上海地区6月20日进入梅雨季节，7月8日结束，梅雨期18d。根据气象部门统计，代表站徐家汇站梅雨量158.1mm。该年的梅雨由于副高不稳定，没有大范围的持续性降雨，而是以短时局部暴雨为主，梅雨期内出现了6次局部暴雨，分别是6月20日、6月21日、6月27日、6月30日、7月2日和7月6日。

2010年上海地区6月17日进入梅雨季节，7月17日结束，梅雨期30d。根据气象部门统计，代表站徐家汇站梅雨量269.0mm（常年244.4mm）。梅雨期间黄浦江及长江口杭州湾潮位属正常，仅黄浦江上游米市渡站出现了超警戒水位的高潮位，最高潮位3.85m，超警戒水位0.35m；且连续4天8个潮次超警戒水位。入梅后，上海地区出现了3段比较连续的降水过程，分别为6月28～29日、7月3～4日和7月11～16日，期间伴有多次短时强降水。梅雨期内出现了4次局部暴雨大暴雨，分别是6月29日、7月2日、7月4日和7月16日。

图4中描绘了2009年和2010年梅雨期间黄浦江上游原水采样点B采集水样中锰的含量。2009年的6月24日起锰含量从0.8mg／L激增到0.14mg／L，后按波浪式起伏，其中高值0.15mg／L（7月5日、7月12日、7月13日）、0.16mg／L（7月14日）、0.17mg／L（7月7日）。2010年6月17日为0.09mg／L（略高于2009年的0.07mg／L）、后按波浪式起伏，其中高值0.15mg／L（6月29日、7月2日、7月3日和7月13日）、0.17mg／L（7月1日），0.18mg／L（7月14日、7月15日）（图4）。

图4 2009年和2010年梅雨期间黄浦江上游原水采样点B采集的水样中锰含量比较

由此可见，上海地区梅雨季节气候与原水中锰含量的值有着紧密的关系，锰的最高值都出现在降雨量最多的几天中，波动周期与梅雨期保持一致。

3.4 上海附近台风及海啸与原水中锰含量的关系

3.4.1 台风“莫拉克”

2009年8月4日凌晨02:00台风“莫拉克”在西北太平洋洋面生成，在登陆福建时7级大风半径达350km，上海未在台风的7级大风半径的范围内，仅受其外围云系的影响。随着台风北上，8月9日明显影响上海，上海地区普降大到暴雨、局部大暴雨。台风影响期间，恰逢天文大潮汛，10日凌晨上海长江口、黄浦江及杭州湾都出现了最高潮位，风暴潮增水明显；黄浦江上游及支流同时受前期降雨和上游洪水的影响，出现超警戒的较高潮位。8月8日上海中心气象台发布台风黄色预警，10日解除预警信号。

表3中列出了台风“莫拉克”期间采样点A、B的锰含量情况。在生成台风当天，锰含量就有明显提高，解除预警信号当天，其值明显降低。

表3 2009年台风“莫拉克”期间采样点A、B的锰含量情况

3.4.2 日本海啸

2011年日本近海3月11日发生9.0级强烈地震，引发约10m高海啸，并引发核电站事故。日本气象厅称这是世界观测史上最高震级地震。

从2011年3月1日到4月26日的采样点B处水样的锰含量:3月1日0.08mg／L；3月2日0.10mg／L；3月3日0.11mg／L；3月7日0.14mg／L；3月9日0.12mg／L；3月10日0.14mg／L；3月11日0.14mg／L；3月14日到4月22日都在0.15左右，其中最低值为0.12mg／L（4月11日），最高值为0.18mg／L（4月20日、4月21日）；4月25日0.09mg／L；4月26日0.08mg／L。这段时间锰的平均值为0.14mg／L，高于2010年此阶段的平均值0.06mg／L。可见，黄浦江水体的锰含量确实受到海啸的影响，而且变化提前出现。

4 结语

使用原子吸收仪的火焰分光光度法，可以检测水体中锰的含量，准确度高、重复性好、线性稳定；通过常年测定原水的固定采样点的锰含量，可选择变化显著、周围环境不太改变的采样点，例如采样点A、B中就可选取B点，从而可以描绘出水体中锰宏观及局部变化趋势；并结合周围气候环境变化情况，推导出气候对于锰的影响；根据变化情况可以对突发恶劣性气候做出相应解释和一定的预警。

［1］中华人民共和国卫生部，中国国家标准化管理委员会.GB／T5750－2006.生活饮用水检验标准方法［S］.北京:中华人民共和国卫生部，中国国家标准化管理委员会，2006.