浅析浊度对地表水总磷自动分析仪监测结果的影响

＊梁 益

（南平市武夷山环境监测站 福建 354300）

磷是评价水质的重要指标，在天然水和废水中，磷几乎都以各种磷酸盐的形式存在，它们分为正磷酸盐、缩合磷酸盐（焦磷酸盐、偏磷酸盐和多磷酸盐）和有机结合的磷（如磷脂等），它们存在于溶液中，腐殖质粒子中或水生生物中。一般天然水中磷酸盐含量不高。化肥、冶炼、合成洗涤剂等行业的工业废水及生活污水中常含有较大量磷。磷是生物生长必需的元素之一。但水体中磷含量过高（如超过0.2mg/L），可造成藻类的过度繁殖，直至数量上达到有害的程度（称为富营养化），造成湖泊、河流透明度降低，水质变差[1]。

1.概况

兴田站属于国家水质自动监测站，位于南平市建阳区将口镇横塘村白园自然村（经度118.0795，纬度27.497278），主要监测崇阳溪流域武夷山与建阳交接断面，占地面积999m2，其中站房面积220m2。该水质自动站于2011年8月开始正式运行。

2.总磷在线分析仪工作原理

兴田水质自动站总磷自动监测仪器为力合科技(湖南)股份有限公司，2011年生产LFTP-DW2001型总磷在线分析仪，采水系统采集水样经超声波+63μm过滤，在测试时，将样品在80℃条件下经过硫酸钾和紫外催化消解后，样品中的含磷化合物转变为正磷酸盐，正磷酸盐与钼酸铵反应，在锑盐存在下，生成磷钼杂多酸，并立即被抗坏血酸还原，生成蓝色化合物。用分光光度法于波长880nm处，测定吸光度A，由吸光度值查询标准工作曲线，计算总磷含量；而正磷盐在线分析仪无需对样品进行消解，同样采用磷钼蓝分光光度法对样品中的磷酸盐进行检测。

浊度与总磷自动检测值线性相关关系分析。

图1 2021年1-6月总磷监测结果分布图

选择武夷山兴田水质自动站2021年1月至6月监测数据[2]，总磷自动分析仪每天分析一次，每天1个数据，剔除部分无效和离群数据共459个。采用线性相关关系统计的方法，分析结果如下：

图2 2021年1-6月浊度监测结果分布图

线性相关关系统计图中，R2代表相关性系数，p代表显著性，p＜0.05mg/L说明两者相关性达到显著，p＜0.001mg/L说明相关性达到极显著。统计分析显示，2021年1-6月，兴田断面浊度和总磷监测结果R2达到了0.611mg/L，p＜0.001mg/L，说明两者相关性达到极显著。从上图3可以看出，总磷在线分析仪在水质浊度低于50NTU时，两者相关性比较显著。

图3 2021年1-6月浊度、总磷线性相关关系统计图

为进一步验证浊度和总磷监测结果，选择武夷山兴田水质自动站2021年4月份监测数据，总磷自动分析仪每4个小时分析一次，每天6个数据，剔除部分无效和离群数据共153个。采用线性相关关系统计的方法，分析结果如下：

图4 2021年4月降雨量趋势图

图5 2021年4月浊度变化趋势图

图6 2021年4月总磷变化趋势图

图7 2021年4月浊度、总磷线性相关关系统计图

线性相关关系统计图中，R2代表相关性系数，p代表显著性，p＜0.05mg/L说明两者相关性达到显著，p＜0.001mg/L，说明相关性达到极显著。统计分析显示，2021年4月，兴田断面浊度和总磷监测结果R2达到了0.17mg/L，p＜0.05mg/L，说明两者相关性达到显著，浊度值越大表明总磷在线分析仪的监测浓度值就越高。

3.原因分析

内部原因：兴田水质自动站总磷在线分析仪在水质浊度低于50NTU时，有较好的稳定性。但当雨季和流域水体受地表径流水土流失影响，水质异常浑浊时，发现总磷自动分析仪的监测结果会受到水样浊度干扰，造成监测结果出现偏差和异常波动。

外部原因：外源污染主要为汛期降雨径流带来的大量生活垃圾、树枝、树根、泥沙、畜禽排泄物及周边农田茶园等农药化肥残留，会造成东溪水库中氮磷营养盐、有机物等升高。上游流域范围村庄的生活污水、生活垃圾、畜禽养殖、农业面源污染等。

4.结论和建议

通过线性相关关系统计进行分析，分析结果显示浊度值和总磷自动分析仪监测结果相关性达到显著，当浊度大于50NTU时，就会对总磷自动分析仪的监测结果产生影响。鉴此结论，当监测点位上游地区降雨，导致河流水质异常浑浊，浊度大于50NTU时建议总磷自动分析仪可酌情考虑增加浊度、色度补偿功能[3]。首先，采用浊度-色度补偿法，由于总磷自动分析仪监测中浊度对监测结果易造成负面影响，因此，当样品中仅有浊度影响时，可采用消解液过滤法及离心法去除水体浊度。考虑到自动监测仪器设计问题，常不带有色度补偿功能（个别型号除外），因此需额外施加色度补偿功能。其次，总磷自动监测仪器应合理设计水样预处理装置，降低浊度对水体总磷监测带来的偏差。与此同时，以计算机技术为依托，对监测系统进行升级[4]。借助PLC控制，对水样多类浊度情况采取特异性预处理，即将浊度与预处理流程相关联，采用自动判别的方式对水样进行沉淀与过滤，以此避免浊度影响水环境总磷监测。总的来说，浊度对总磷测试的影响可囊括为两点，其一，是悬浊物质易吸收水样中的磷。当浊度过大时，总磷自动监测仪器取样量少的情况下很难提取均匀水样，意味着水体质量监测数据与水体真实环境存在一定差距。由于采样受限，大颗粒悬浊物无法有效提取，以此影响测定值，无法科学评估水环境质量[5]。其二，在浊度影响下，总磷自动监测仪器将自动扣除浊度带来的吸光度，即具备浊度-色度补偿功能，但超过仪器承载能力同样会影响数据检测结果。通过对水体总磷的监测，并分析浊度与总磷自动监测仪的关系，可认定浊度对总磷监测仪监测水体磷含量有明显干扰。对此，应关注浊度对总磷监测仪数据监测的影响，以此得出有效数据。

为确保监测数据的有效性，反映流域真实水质情况，需增加实验室手工监测。手工监测通常应用在水中总磷监测，参照《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》。在地表水环境监测以及国家地表水考核断面采测分离监测任务中,地表水水质总磷的手工监测方法及样品预处理目前一般按照《国家地表水环境质量监测网监测任务作业指导书（试行）》（以下简称《作业指导书》）进行，对应分别为《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》（GJW-03-SSG-009，根据全文对照此方法分析过程与GB 11893-1989相同）和《样品采集、保存与运输技术要点》（GJW-03-SSG-002）。手工监测流程为：提取水样，将其静止半小时，当水样悬浮物充分沉降后，选取上层非沉降部分。当水样静止半小时后浊度依旧很大或存有大量泥沙，可对水样进行离心预处理[6]。随后，对静置获取或离心获取的水样与过硫酸钾反应，反应条件为：120℃消解半小时，将水样中所有磷全部转化为正磷酸盐。消解过后，如果混合溶液十分浑浊，可采用中心定性滤纸或纤维铝膜将样品过滤在比色皿内。经过滤纸过滤后，洗涤定容。最后，将溶液放置在酸性环境中，让溶液和抗坏血酸以及钼酸铵反应显色。在700nm波长条件下检测其吸光度，最终确定水体总磷。

最后，为保证水体质量，需完善流域内生活污水收集治理、完善生活垃圾收运体系、加强畜禽养殖管理、引导农民科学合理施肥和加强流域监管等方面入手，深入推进流域环境综合治理，全面提升改善水质。例如，可应用磁技术处理生活污废水，水体经磁化处理后其物理与化学性质发生改变，磁技术可提高微生物活性，让其具备更强的污染物处理能力与废水降解能力。同时，磁场撤除后，该效果可持续数天，具备一定的记忆效应。传统污废水处理工艺与磁强化技术的融合是近年新兴的水处理技术，具有简单、高效、能耗低、低成本等特点，不会造成二次污染，具有极为广阔的发展前景。以磁强化污泥厌氧消化技术为例，据初步统计，国际现存超百万的污废水处理厂采用厌氧消化技术。磁技术作为可促进厌氧系统间物种电子转移的内驱元素在污废水中施加20mmol/L的磁铁矿可提升水体内甲烷产生率，保持系统整体稳定性。在不补加磁粉的前提下，厌氧消化反应器可持续工作约8个月。介于磁性物质对剩余污泥厌氧消化的促进效果，国外学者Suanon以质量比0.5%与1%混合脱水剩余污泥与纳米级磁铁矿，结论表明浓度较低的磁铁矿可提高水体中沼气含量与甲烷比率，可稳固污泥中重金属元素与磷元素。反之，当施加高浓度磁铁矿时，水体中沼气产量明显降低。磁技术在污废水剩余污泥处理中为甲烷提供反应条件，并非影响甲烷产出形式。通过归整与分析国内学者的研究得出：在温度的持续升高下，含磁污泥水体的水解速率加快、挥发性脂肪酸产量提升，氮元素排出量提升，可控制水体总磷含量。总之，总磷自动监测仪的作用是监测水体含磷总量，以此评估水体污染程度，研究浊度对其影响的目的是提高监测数据的精准度，为磷降解提供数据支持。