水环境高锰酸盐指数监测研究

2022-11-04廖秀林

中国资源综合利用 2022年10期

廖秀林

（南充市阆中生态环境监测站，四川南充 637400）

水环境监测是借助相关技术方法，对包括地表水和地下水在内的水资源的质量进行监测和整体评价[1]。其中，地表水监测侧重于对地表水中污染因子的调查，目的在于明确水污染的原因、成分含量和范围等信息，地下水监测则侧重于对地下水中的硫酸盐、氟化物、铁等成分含量以及酸碱性进行监测，目的在于明确区域内的地下水文特点，全面掌握地下水质量状况。总体来看，我国水资源分布体现出明显的地域性差异，水环境质量状况也存在显著的地域性差异，部分地区优质水资源匮乏。在这样的情况下，如何通过科学的水环境监测全面掌握区域水资源状况，明确水质变差的原因，并采取精准策略，改善群众生产生活用水质量，是水环境治理的重点内容。在水环境监测中，高锰酸盐指数可以较好地反映地表水体中有机和无机物质污染程度，该指标是历年来全国地表水污染指数统计中普遍采纳的指标之一，因此高锰酸盐指数监测成为水环境监测研究的重点课题。

1 高锰酸盐指数概述

高锰酸盐指数（CODMn）是反映水体中有机和无机可氧化物质污染的常用指标，它是指在一定条件下，用高锰酸钾氧化水样中的某些有机物及无机还原性物质，由消耗的高锰酸钾量计算相当的氧量[2]。经分析，水体中含有亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等还原性无机物和部分可以被氧化的有机物，它们可以与高锰酸钾发生氧化还原反应。需要注意的是，高锰酸盐指数是对水体中氧化物质污染进行评价，不能作为水体需氧量的评价指标，也不能作为水体中总有机物含量的评价指标。这是因为在规定的条件下，水体中的部分有机物可能未发生氧化还原反应而没有被算入[3]。高锰酸盐指数可以用于地表水和地下水的氧化物质污染评价。《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）明确了不同类别地表水的高锰酸盐指数限值，如表1所示。将监测获得的高锰酸盐指数结果与该标准进行对比，即可评价地表水样品的类别，进而做出水质评价。

表1 不同类别地表水对应的高锰酸盐指数

2 高锰酸盐指数监测的主要方法

目前，在水环境监测中，高锰酸盐指数监测的主要方法有国家标准法、分光光度法、智能监测法三种，监测单位要根据实际情况灵活选择监测方法。当然，不同监测方法的监测原理和监测步骤存在一定差异，在实际应用中，要按照相关标准进行严格操作。

2.1 国家标准法

《水质高锰酸盐指数的测定》（GB 11892—1989）规定了高锰酸盐指数测定的国家标准方法。该方法主要适用于地表水和地下水的测定，高锰酸盐指数测定范围为0.5～4.5 mg/L[4]。国家标准法监测高锰酸盐指数的原理为：在监测水样中加入已知量的高锰酸钾和硫酸，并利用沸水浴加热30 min，高锰酸钾将水样中的某些有机物和无机还原性物质氧化，待反应充分后，加入过量的草酸钠，还原剩余的高锰酸钾，再用高锰酸钾标准溶液回滴过量的草酸钠，最后通过计算得到样品的高锰酸盐指数。

使用国家标准法测定水样的高锰酸盐指数，主要仪器有加热装置、酸式滴定管等，如果试验中使用的玻璃器皿是未经使用的新品，使用前要使用酸性溶液进行清洗。研究表明，样品的最佳分析条件是pH=1～2。为保证测定结果的准确性，采样人员要尽可能地采集具有代表性的水样，注意在样品中加入适量的硫酸，使样品pH 尽可能地保持在1～2。对于不能马上开展分析的样品，要妥善保存。样品一般存放于0～5 ℃的暗处，最长保存2 d。

虽然国家标准法监测的规范性和标准性比较强，但其实际操作存在较大的难度和较高的要求：一方面需要专门配制草酸钠标准溶液，另一方面需要进行两次高锰酸钾处理液的滴定。这与当前水环境监测注重效率的要求存在一定矛盾，难以真正满足现实监测的需要。因此，这种监测方法多在标准要求比较高的情况下使用。

2.2 分光光度法

分光光度法适用于测定比较清澈的地表水和地下水的高锰酸盐指数。虽然该方法适用于高锰酸盐指数浓度较高的水样监测，但使用前需要对水样进行适当稀释。该方法的高锰酸盐指数测定范围为0.2～0.8 mg/L。分光光度法的测定原理为：在酸性加热条件下，使用过量的高锰酸钾对水样中的部分物质进行氧化还原，并在波长525 nm 处测定剩余的高锰酸钾量，计算高锰酸盐指数[5]。在实际测定过程中，为保证检测结果的准确性，往往会向含有氯离子的水样中加入AgNO3，使氯离子生成AgCl 沉淀，然后使用滤纸过滤沉淀物，去除水样中的氯离子。

使用分光光度法测定水样的高锰酸盐指数，主要仪器有可见分光光度计、电子天平和玻璃器皿等。采样前，先使用纯净水清洗所有接触样品的器皿；采样时，要将样品放入清洗的聚乙烯瓶或者玻璃瓶中；采集后，要在样品中加入硫酸，使样品pH 小于2，以抑制样品中微生物活动。对于不能及时监测的样品，宜保存在0～5 ℃的暗处，保存时间在48 h 以内。

相较于国家标准法，分光光度法更容易操作。但是，实际操作过程同样需要采取措施来保证测定结果的准确度。例如，要严格控制消解温度和消解时间，合理调节混合酸和高锰酸钾的加入量。

2.3 智能监测法

智能监测法借助自动监测技术和仪器对样品的高锰酸盐指数进行智能监测。与国家标准法等传统测定方法不同，智能监测法是借助高锰酸盐指数在线分析仪进行监测。该分析仪的高锰酸盐指数测定范围是0～200 mg/L[6]。智能监测法借助智能化仪器，采用氧化还原滴定法对水样的高锰酸盐指数进行测定。测定原理为：在对水样进行酸化处理后，加入已知量的高锰酸钾溶液，并在95 ℃温度下加热反应一定时间，用草酸钠溶液对剩余的高锰酸钾进行还原，再用高锰酸钾回滴过量的草酸钠，然后通过仪器分析计算高锰酸盐指数。在实际监测时，应选取氧化还原滴定法进行测定，其重复性误差在±5%，试验环境温度为5～35 ℃，相对湿度应当控制在85%以下。

使用智能监测法测定样品的高锰酸盐指数时，主要仪器有高锰酸盐指数在线分析仪、电子天平和容量瓶等。智能监测法的智能性主要体现在测定行为的自动化方面。在监测中，系统会根据样品的情况，自动进行加酸、加热和滴定处理，并通过颜色传感器对终点进行识别判定。

与其他高锰酸盐指数测定方法相比，智能监测法实现了监测过程的智能化，尽可能地减少人为操作，使监测更加便捷、结果更加精确。在监测中，智能监测法借助磁力搅拌装置，对样品进行均匀搅拌，使样品监测结果更加具有代表性。监测仪器可以同时实现对50 个样品的监测，满足大量样品的高锰酸盐指数监测需要。

3 保证高锰酸盐指数监测结果准确性的注意事项

在水环境监测中，高锰酸盐指数的测定应当重点注意以下内容，以保证测定结果的准确性。

3.1 确保样品的代表性

除了地下水，地表水也是高锰酸盐指数测定的主要对象之一。采集地表水样品时，应充分了解河流的分布和流向，避开死水区、回水区和排污口，尽量选择河床稳定、水流平稳、水面宽阔且无急流的顺直河段，尽可能避开浅滩[7-9]。如果采用智能监测法，可以在多个点位取样，提高水样的代表性。

3.2 合理控制高锰酸钾溶液浓度

高锰酸钾溶液是高锰酸盐指数测定使用的主要试剂。其浓度会直接影响监测结果。在监测中，若高锰酸钾溶液的浓度过高，则会造成溶液的氧化性过强，影响测定结果；若高锰酸钾溶液的浓度过低，则会造成氧化还原反应的溶液消耗量增多，对测定结果造成干扰[10-11]。在测定高锰酸盐指数时，应根据实际情况，合理控制高锰酸钾溶液的浓度。