定西市河流总磷在线比对监测中针对浊度影响的样品前处理优化

杨肖 李斌 王桃

摘要：定西市河流总磷水质自动监测系统总磷监测结果由于受水质浊度的影响，造成总磷在线比对合格率偏低，本文通过对样品浊度与总磷浓度关系的实验分析，以及定西市水质自动站总磷比对结果的分析，提出了总磷样品的前处理优化方案，有效的去除了样品浊度对总磷在线监测结果的影响，并提出了对现有水质自动监测系统总磷样品前处理单元进行优化改进的方案。

关键词：总磷;浊度;样品前处理优化;河流;在线前处理单元优化

定西市地处黄土高原、青藏高原和西秦岭交汇地带，年降水量稀少且变化大，降雨主要集中在5-9月份，且多以暴雨的形式出现。定西市河流断面共建设有渭河土店子、漳河高尧、榜沙河马力村桥、龙川河龙川河桥、南河南川、洮河西寨大桥和冶木河牙扎木材检测站 7 个省控水站，洮河洮园桥建设 1 个国控水站。自对我市监管省控龙川河、马力和西寨大桥水站开展比对监测工作以来，发现总磷监测数据偏差较大，尤其是雨季，流经定西的河流中裹挟了大量泥沙，水质浊度升高，是影响总磷监测结果的重要因素。总磷是评价水质的一项重要指标，为了确保总磷比对监测结果的准确性，使总磷自动监测系统更好的为环境监管做服务，本文通过对定西市河流浊度与总磷浓度关系的实验分析，以及浊度对总磷比对监测结果的影响进行了研究，提出了总磷样品的前处理优化方案[1]，并对总磷自动监测系统样品前处理单元提出了相关建议。

1.浊度与总磷浓度关系的实验分析

1.1实验方法

（1）浊度测定方法

浊度采用便携式浊度计测定。

（2）总磷分析方法

总磷按照《水质 总磷的测定 钼酸铵分光光度法》（GB11893-1989）测定。

1.2实验主要设备

① LS-50HG立式压力蒸汽灭菌器

③723C型可见分光光度计

⑤TD5A离心机

⑥便携式浊度仪（2100Q型）

1.3实验过程

根据实验需要，分别于4月、5月、6月对定西市河流随机采集1个瞬时样品。采集到浊度<200NTU、200-500NTU、>500NTU的3种样品为实验对象，实验采用2种方法对样品进行处理，一种为自然沉降，一种为离心处理。样品采集后先充分混匀，然后取一部分进行自然沉降，自然沉降时间分别为0.5h、1h、2h、3h、4h、5h;另一部分上离心机以2000r/min 速率进行离心处理，离心时间分别为1min、2min、3min、4min、5min。样品经过两种方式前处理后，取上层澄清部分移至样品瓶中，充分摇匀后根据方法要求测定浊度和总磷浓度[2-4]。

1.4结果分析

通过选用自然沉降和离心两种处理方式，分别对不同泥沙含量的样品进行前处理，然后按照钼酸铵分光光度法分析全过程要求对样品进行分析发现，对于3种不同浊度的样品，随着样品自然沉降时间的增长，样品的浊度测定结果和总磷的测定结果均呈现逐渐下降的趋势;随着样品离心时间的增长，样品的浊度测定结果和总磷的测定结果亦呈现逐渐下降的趋势。不同自然沉降时间和不同样品离心时间条件下浊度和总磷的分析结果详见表1和表2.

2.总磷比对监测数据分析[5]

2019 年 4 月开始，定西市针对省控三个水质自动监测站每月比对一次，每次比对 3 个实际样品，由于受新冠疫情及夏季洪涝等自然灾害的影响，截至 2020年 7 月，总共获得总磷实验室数据与自动监测比对数据105对，浊度、比对实验结果和自动监测结果的关系见图1。根据《地表水自动监测数据审核技术要求》附录A质控考核技术表（规范性附录）规定，通过对比对结果进行评价，并分析比对结果的合格率，发现随着浊度的不断增大比对不合格率呈现明显上升趋势，表明水质浊度的高低直接影响水质比对监测结果，水质浊度与比对结果合格率对照见图2.

3 总磷水质样品前处理优化方案

目前，定西市水质自动监测站主要采用的样品处理方式是样品在系统沉砂池自然沉降1h后，然后经简单过滤处理后，直接进入分析单元进行样品分析。这种前处理方式只能够满足水质浊度<200NTU的样品，对于水质浊度>200NTU的样品，自然沉降需要4h-5h甚至需要更长的时间，由于水质自动监测站每4h采集分析一次样品，每天分析6次，且每天要进行一次标样核查、零点漂移和量程漂移核查等工作项目，同时总磷样品分析需要1h左右。因此，就目前系统来看，最多可实现自然沉降1h，超过1h系统其余核查项目难以完成。浊度较大的样品自然沉降1h后，水质仍高达好几百，当较高含沙量的样品分析仪器会导致样品过滤器和进样管路堵塞，甚至由于样品本身的浊度会对总磷比色造成影响，甚至在浊度太高时，浊度补偿打开，会出现负值，最终导致总磷监测结果不准确。

根据现有水质自动监测站样品前处理存在的问题提出以下优化方案：

①当样品浊度<100NTU时，自然沉降30min;

②当样品浊度100-200 NTU时，自然沉降1h;

③当样品浊度200-500 NTU时，以2000r/min离心处理3min;

④当样品浊度>500 NTU时，以2000r/min离心处理5min;

根据实验需要，在定西市河流于不同时间点采集实验需要的瞬时样品，通过采用相同的前处理方式后，将一个样品分装至3个采样瓶中，其中1份样品由自动监測仪器进样分析，另外2份样品带回实验室进行分析，从而实现样品前处理一致性，进行实验室与自动监测仪器分析比对，排除因样品前处理带来的误差。

4.前处理方案优化后比对监测结果评价

通过4次比对监测，共获得12对比对数据，分别对不同浊度的水质样品采取相应的前处理方法处理后，实验室分析结果与自动监测站监测结果达到《地表水环境质量标准》GB3838-2002表1中Ⅱ类水质要求，总磷小于等于0.1mg/L，根据《地表水自动监测数据审核技术要求》附录A质控考核技术表（规范性附录）规定，比对结果全部合格，合格率为100%。前处理方案优化后比对监测结果详见表3。

5.结语

定西市河流总磷水质自动监测系统受浊度影响较大，由于缺乏合适的样品前处理单元，在线监测结果很难与实验室分析结果比对合格，为消除浊度对数据的影响，本文通过对样品前处理方案进行优化分析，提出对现有水质自动监测系统总磷样品前处理单元进行优化改进，具体改进方案如下：

（1）在原有沉沙池后加装在线离心机，离心机要求2000r/min，实现自动抽样、自动离心，样品经离心处理后直接进入总磷测试单元进行样品分析;

（2）增加控制系统，能根据样品的浊度大小选择不同的前处理方式对样品进行前处理，从而得到具有代表性的水质样品。

参考文献：

[1]前处理方法对水体总磷测定值的影响研究[J].陈孟高山，王鸣轩，杨柳燕.  环境监控与预警. 2020（02）

[2]浅谈地表水总磷测定过程中去除浊度干扰方法[J].樊勇. 化工管理.2019（15）

[3]浊度的对地表水总磷含量测定过程中检测值的影响[J].胡家君. 科技风.2017（16）

[4]去除浊度对地表水中总磷测定干扰的方法探讨[J].张宏. 环境科学导刊. 2013（S1）

[5] 实验室比对监测分析浊度对总磷自动分析仪监测的影响[J]. 黄珊.  广东化工. 2012（08）