程彩娟
(威海市生態(tài)環(huán)境局乳山分局,山東 威海 264500)
當(dāng)前,我國(guó)由于城市化建設(shè)造成的環(huán)保問(wèn)題日益嚴(yán)峻,尤其是水體污染,工業(yè)廢水、垃圾等隨意排放給水生態(tài)帶來(lái)了巨大損害。所以,加強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)就變得尤為重要,必須對(duì)這些污染因子開展深入分析與研究,從而為水質(zhì)監(jiān)測(cè)提供科學(xué)的基礎(chǔ)與方法。水質(zhì)監(jiān)測(cè)是環(huán)境監(jiān)測(cè)的主要內(nèi)容,通過(guò)水質(zhì)監(jiān)測(cè),能夠掌握水體中各類物質(zhì)的含量及其趨勢(shì),為制定科學(xué)合理的生態(tài)管理決策提供強(qiáng)大的信息保障。
隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境質(zhì)量的重視,政府不斷采取相應(yīng)措施改善環(huán)境質(zhì)量,促進(jìn)社會(huì)發(fā)展。水質(zhì)氨氮污染物測(cè)定方法是環(huán)境監(jiān)測(cè)和控制水體污染物的主要手段,能夠清晰精確地測(cè)定氨氮污染物含量,實(shí)現(xiàn)環(huán)境污染管理。通常水質(zhì)監(jiān)測(cè)中對(duì)氨氮污染物的監(jiān)測(cè)大多使用顯色對(duì)比技術(shù)[1]。在該項(xiàng)測(cè)試中,水中的游離氨氮的小分子和納氏溶液反應(yīng)產(chǎn)生了黃棕色液晶聚合物,這種物質(zhì)的色度和水體中氨氮含量的關(guān)系成正比,所以水質(zhì)監(jiān)測(cè)人員能夠使用標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)比色法,或者分光光度法來(lái)測(cè)定水域中特定的氨氮濃度水平。但必須強(qiáng)調(diào)的是,在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中采用這種顯色劑對(duì)比法測(cè)定氨氮含量時(shí),必須把水樣的pH值控制在8以下,還應(yīng)該選用最優(yōu)質(zhì)的濾材,減少干擾,確保顯色劑對(duì)比法的測(cè)定結(jié)果更加準(zhǔn)確。
水質(zhì)監(jiān)測(cè)的主要目的是通過(guò)測(cè)定水域中化學(xué)物質(zhì)的濃度反映該區(qū)域的環(huán)境情況,一般監(jiān)測(cè)范圍包括水溫、流速、pH值等[2],重點(diǎn)監(jiān)測(cè)范圍包括懸浮物、溶解氧、化學(xué)需氧量、總氮、總磷等,還有水中的銅、鎘、鉛等重金屬。為了增強(qiáng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的科學(xué)性和客觀性,需要按照水流速度和水流量進(jìn)行分類監(jiān)測(cè)?,F(xiàn)階段,由于我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的日益加快,社會(huì)生產(chǎn)技術(shù)水平和生產(chǎn)率正在顯著提升,使城市工業(yè)廢水和生活污水的排放總量顯著增加。因此,要同時(shí)提高社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益,必須及時(shí)監(jiān)測(cè)水質(zhì),并出臺(tái)相應(yīng)的水污染治理措施。
水體中氨氮濃度的監(jiān)測(cè)對(duì)于水域中污染物的識(shí)別非常關(guān)鍵。首先應(yīng)對(duì)氨氮污水監(jiān)測(cè)資料進(jìn)行綜合研究,預(yù)測(cè)水污染的氨氮濃度,以便合理評(píng)價(jià)氨氮污染物濃度有無(wú)超標(biāo),水質(zhì)能否正常使用,從而解決水污染問(wèn)題。其次,氨氮測(cè)定能夠了解環(huán)境和水域中污染物的組成情況,通過(guò)化學(xué)分析,能夠更準(zhǔn)確地測(cè)定出水污染成分的具體信息[3]。
氨氮測(cè)定對(duì)水體污染類型的識(shí)別更為精確,能很大程度提高監(jiān)測(cè)結(jié)果的精度和可信度。所以,提高水體氨氮含量監(jiān)測(cè)結(jié)果的精度也是提升水質(zhì)控制效果的重要手段之一。這就需要水質(zhì)監(jiān)測(cè)機(jī)構(gòu)對(duì)氨氮含量的監(jiān)測(cè)加以重視?;诖?,在進(jìn)行其他環(huán)境項(xiàng)目的監(jiān)測(cè)中,通過(guò)對(duì)氨氮污染物的監(jiān)測(cè)將顯著增強(qiáng)監(jiān)測(cè)結(jié)論的真實(shí)性,進(jìn)而對(duì)研究的順利進(jìn)行和后續(xù)的安全管理提供有效保障。另外,導(dǎo)致水污染最重要的原因之一就是氨氮超標(biāo)。在對(duì)水環(huán)境進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)時(shí),要重點(diǎn)關(guān)注氨氮的監(jiān)測(cè)分析。作為水質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的核心環(huán)節(jié),對(duì)水體氨氮的測(cè)定有助于對(duì)污染物的實(shí)際情況進(jìn)行分析,通過(guò)監(jiān)測(cè)有效確定造成水體污染的影響因素,從而達(dá)到并最終實(shí)現(xiàn)水污染控制目標(biāo)。
市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展使部分不法企業(yè)為謀求效益不惜損害環(huán)境,直接將工業(yè)廢水排入河流海洋,生活廢水的亂排問(wèn)題也較為普遍,因而導(dǎo)致水體污染。數(shù)據(jù)表明,工業(yè)和生活廢水的氨氮排放嚴(yán)重超標(biāo)。如直接進(jìn)入河水中,會(huì)對(duì)河里的水生動(dòng)植物造成巨大影響,嚴(yán)重時(shí)可導(dǎo)致死亡[4]。工業(yè)廢水還可能導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化,破壞生態(tài)平衡,危害人類健康。所以,對(duì)水體氨氮含量的監(jiān)測(cè)是生態(tài)管理中的重要一環(huán)。水體中所含的氨氮物質(zhì)一般是以游離氨和離子氨的形式存在,這些氨氮污染物在自然條件下的濃度不會(huì)過(guò)高,但在工業(yè)生產(chǎn)、發(fā)電廠、化肥廠等企業(yè)排放的工業(yè)廢物中含有大量的氨氮有機(jī)質(zhì),如果將這些物質(zhì)直接排放,很容易被微生物所降解,進(jìn)而造成水體產(chǎn)生嚴(yán)重的氨氮污染物,這也是水體氨氮含量高的最根本原因。由此可見,大型工業(yè)企業(yè)排出的廢水和煙塵會(huì)帶來(lái)巨大的氨氮污染,不僅損害了大氣環(huán)境,破壞了生態(tài)平衡,同時(shí)也污染了水體環(huán)境。工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)垃圾并入河道,使得水資源環(huán)境面臨著更加嚴(yán)峻的污染問(wèn)題,這些垃圾中的氨氮污染物含量明顯超標(biāo),給生態(tài)環(huán)境帶來(lái)巨大威脅。為了緩解當(dāng)前水環(huán)境污染的嚴(yán)峻情況,減少水體中氨氮含量,應(yīng)加強(qiáng)研究各種監(jiān)測(cè)技術(shù)手段,減少污水中氨氮含量的排放,確保水資源的安全利用。
為緩解當(dāng)前環(huán)境污染狀況以及水污染對(duì)生態(tài)平衡帶來(lái)的損害,相關(guān)人員已探索出很多監(jiān)測(cè)水中氨氮含量排放的途徑,其中最普遍、最便于實(shí)施的監(jiān)測(cè)手段是納氏試劑分光光度法。此技術(shù)主要是通過(guò)氨氮在水中溶解變成堿性,并與納氏溶液相互作用,然后通過(guò)比色皿觀察檢測(cè)的顏色,并把檢測(cè)結(jié)果和正常色彩進(jìn)行比較,確定飲用水中氨氮污染物濃度是否超標(biāo)。碘化汞、碘化鉀的堿性水溶液與氨反應(yīng)后生成紅棕色有機(jī)溶膠物,由于其色度范圍與氨氮的含量成正比,所以通??稍?10~425 nm的波長(zhǎng)范圍內(nèi)測(cè)定吸光度。該方法的最低檢測(cè)含量為0.025 mg/L,最大值為2 mg/L,適用于目測(cè)比色法。最低可測(cè)定含量為0.02 mg/L,在對(duì)水樣進(jìn)行充分預(yù)處理后,可進(jìn)行地表水、地下水、工業(yè)廢水及生活污水中氨氮含量的測(cè)定。該方法具有精度高、操作方便、省時(shí)等優(yōu)點(diǎn),是近年流行的一種方法,缺點(diǎn)是購(gòu)買設(shè)備需要投入大量資金。
中和滴定法是定量化學(xué)分析中常用的一種方法,它利用溶液的pH值來(lái)分析液體中特定物質(zhì)的含量。中和滴定通常用于測(cè)定水中氨氮含量。整個(gè)過(guò)程以酸堿反應(yīng)為基礎(chǔ),不產(chǎn)生二次污染物,無(wú)毒副作用。優(yōu)點(diǎn)是具有較高的測(cè)量精度,缺點(diǎn)是操作比較繁瑣,耗時(shí)耗力。將水樣pH值調(diào)至6.0~7.4,添加較溫和的氧化鎂溶液使氧化鎂呈微堿性,用硼酸溶液吸附水蒸餾后釋出的氨,并以甲基紅-亞甲基藍(lán)溶液作為指示劑,用鹽酸標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定蒸餾液出液中的氨氮。
此類方法也可在有基本儀器設(shè)備的條件下應(yīng)用,可利用分光光度計(jì)和計(jì)算機(jī)監(jiān)測(cè)水體中的氨氮濃度。其基本原理是在強(qiáng)堿介質(zhì)中,以亞硝基鐵氰化鈉作為催化劑,氨與水楊酸和次氯酸反應(yīng)后生成藍(lán)色化合物,在其最大吸收波長(zhǎng)為697 nm處測(cè)定吸光度。這種方式生成的藍(lán)色物質(zhì)的色度變化與游離氨、銨離子的氨氮濃度水平有一定的關(guān)聯(lián),可以確定水中氨氮含量的變化趨勢(shì)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是靈敏、穩(wěn)定以及操作簡(jiǎn)便。但是與同為分光光度法的納氏試劑光度法相比較,就不如納氏試劑光度法精確和穩(wěn)定。
電極法的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是可以通過(guò)探頭和變送器實(shí)時(shí)獲取氨氮數(shù)據(jù)。電極法主要是通過(guò)pH電極收集水體氨氮的信息。在給定的水域中加入適量的強(qiáng)堿性介質(zhì),如果pH值提高到了11以上,水域中的氨氮將會(huì)以游離氨的形態(tài)存在。水中的氫離子處于剝離狀態(tài),這會(huì)影響pH值電極數(shù)據(jù)。因此,該方法非常適用于對(duì)水體中氨氮含量的測(cè)定。
基于水樣的濁度和色澤問(wèn)題,首先要用絮凝沉淀法對(duì)水樣進(jìn)行預(yù)處理,然后再取清液進(jìn)行監(jiān)測(cè)。由于水中的一些成分和測(cè)定過(guò)程中所用的試劑產(chǎn)生了化學(xué)反應(yīng),測(cè)定過(guò)程中氨氮的顏色也會(huì)有所差異或者變得模糊,從而造成測(cè)定結(jié)果有誤。所以,監(jiān)測(cè)的第一步就是去除水中雜質(zhì)以減小對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果的影響。一些水樣含有難以檢測(cè)的刺激性、還原性揮發(fā)物,監(jiān)測(cè)人員必須對(duì)水樣的來(lái)源有一個(gè)簡(jiǎn)單的了解,并有針對(duì)性地進(jìn)行處理。由于很多工業(yè)廢水中都含有脂肪胺、芳族胺、醛、丙酮、醇、有機(jī)氯胺類以及其他有機(jī)化合物,添加納氏試劑時(shí),此水樣中會(huì)出現(xiàn)淡黃色或淡綠色雜質(zhì),干擾顯示功能,吸收光度增大,因此在水中分離氨氮時(shí)必須采用水蒸餾的預(yù)處理。為了進(jìn)一步提高氨氮含量測(cè)定方法的精度,提高質(zhì)量控制的準(zhǔn)確性,就必須對(duì)影響氨氮含量測(cè)定的各種因素加以綜合研究。
光波是影響水質(zhì)監(jiān)測(cè)中氨氮測(cè)量的主要因素之一,會(huì)影響水質(zhì)氨氮含量測(cè)量結(jié)果的精度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析,如果光波控制在400~425 nm范圍內(nèi),顯示劑不會(huì)吸收較多的光波,光波也不會(huì)干擾氨氮監(jiān)測(cè)。在420 nm 波長(zhǎng)下,標(biāo)準(zhǔn)溶液和顯影劑空白的吸光度都能達(dá)到最大值。因此,在進(jìn)行水質(zhì)氨氮含量監(jiān)測(cè)時(shí),選擇420 nm波長(zhǎng)更為有效。
鹽度是影響水質(zhì)氨氮濃度測(cè)定的主要原因之一。調(diào)查證明,如果水體的鹽分含量低于20 j,則不會(huì)影響氨氮濃度的測(cè)定。但如果水體鹽分高于20 j,則會(huì)對(duì)氨氮測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生一些負(fù)面影響,不管使用什么測(cè)量手段,水體的氨氮含量都非常高。因水體的鹽分濃度會(huì)隨著水流的變化和潮汐而變化。所以,有必要徹底了解鹽含量對(duì)水質(zhì)中氨氮監(jiān)測(cè)的影響,以確保獲得可靠的測(cè)量結(jié)果。只有總結(jié)鹽度規(guī)律,同時(shí)提出消除影響的方法,才能進(jìn)一步提高水質(zhì)監(jiān)測(cè)的效果。因此,鹽含量會(huì)對(duì)水質(zhì)中的氨氮含量造成一定影響并促使其不斷變化。
氣泡是干擾水體氨氮含量測(cè)量的主要因素。在水質(zhì)監(jiān)測(cè)中對(duì)氨氮進(jìn)行測(cè)定時(shí),水體中存在的小氣泡不會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果產(chǎn)生影響,可以通過(guò)相應(yīng)的措施來(lái)預(yù)防,將真空脫氣或在管中安裝玻璃滴管可以防止氣泡進(jìn)入管內(nèi),且效果很好。但在水質(zhì)氨氮測(cè)量過(guò)程中,當(dāng)眾多小氣泡聚集后,會(huì)對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果產(chǎn)生一定的影響,造成結(jié)果存在一定的偏差。所以在監(jiān)測(cè)水質(zhì)氨氮時(shí),檢測(cè)機(jī)構(gòu)要充分考慮氣泡對(duì)水質(zhì)氨氮含量檢測(cè)結(jié)果的影響。
在水體測(cè)定中,由于水體本來(lái)是相對(duì)混濁的,所以在離心或過(guò)濾之前都必須進(jìn)行絮凝沉淀以獲得標(biāo)準(zhǔn)水樣。在過(guò)濾中,由于濾紙內(nèi)含少量的可溶性銨鹽類物質(zhì),會(huì)引起過(guò)濾后空白數(shù)值升高,而定量濾紙中銨鹽濃度又高于定性濾紙,所以在過(guò)濾中一般選用定性濾紙。在過(guò)濾中要使用氫氧化銨溶液沖洗濾紙,必要時(shí)進(jìn)行過(guò)濾空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)。
在水質(zhì)氨氮測(cè)定時(shí),先要進(jìn)行采樣,然后再通過(guò)專業(yè)儀器對(duì)水樣本進(jìn)行檢測(cè)。在測(cè)定氨氮含量時(shí),顯色劑的顯色時(shí)間、顯色溫度和顯色劑的pH值都會(huì)對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生很大影響。測(cè)定試劑顯色時(shí)間通常掌握在15~30 min之間,以取得較好的顯色效果。但實(shí)踐表明,如果顯色時(shí)間不足15 min,則顯色會(huì)不完全,實(shí)際色度不足,無(wú)法達(dá)到色度測(cè)定條件。而如果顯色時(shí)間大于30 min,則顯色不穩(wěn)定,無(wú)法評(píng)估實(shí)際的顯色情況。所以,在對(duì)氨氮濃度的測(cè)定中,必須限制試劑顯色的時(shí)間以保持顯色平穩(wěn),便于測(cè)定。分光法測(cè)定時(shí)間最好控制在5 min以內(nèi),比色管不宜過(guò)多,測(cè)定時(shí)動(dòng)作要快,比色管內(nèi)液也不要過(guò)量,以確保測(cè)定的準(zhǔn)確度。
顯色劑的溫度可能干擾顯色效果,所以在測(cè)定水質(zhì)氨氮含量時(shí),溫度一定要限制在25 ℃之內(nèi),此時(shí)顯色反應(yīng)效果最好,溫度太高顯色不穩(wěn),溫度太低吸光數(shù)值變化不明顯。溫度對(duì)空白樣和高濃度樣影響不大,對(duì)低濃度的水樣影響明顯。此外,顯色劑易受外部環(huán)境條件的干擾,因此在顯色過(guò)程中必須適當(dāng)控制溶液的pH值,使pH值不超過(guò)12.3,從而有效減少濁度。雖然溶液的酸堿度難以引起顏色變化,但是如果超出了這個(gè)范圍,溶液就會(huì)瞬間混濁,使吸光度的準(zhǔn)確測(cè)定更加困難并影響測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。
氨氮含量測(cè)定作為檢測(cè)水體水質(zhì)的主要方式,其利用物質(zhì)元素含量和性質(zhì)的變化規(guī)律來(lái)確定和評(píng)價(jià)水樣質(zhì)量。在這個(gè)過(guò)程中,要保證測(cè)試器皿的清潔度。在收集水樣后,裝滿溶液的容器也應(yīng)當(dāng)保持足夠清潔,以避免容器表面以及內(nèi)部的任何其他粘連,從而影響最后的測(cè)定結(jié)果。氨氮監(jiān)測(cè)分析時(shí)所使用的玻璃器皿應(yīng)用稀鹽酸浸泡殺菌消毒,然后用無(wú)氨水洗凈,并置于干燥環(huán)境中使水分蒸發(fā)。但不宜長(zhǎng)時(shí)間放置在室外環(huán)境,以免被其他污染物污染。
光波影響因素在很大程度上影響著水體氨氮含量測(cè)定結(jié)果的精準(zhǔn)度,所以除了要避免光波對(duì)測(cè)定結(jié)果的干擾,還必須在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中最大程度地利用光波監(jiān)測(cè)技術(shù)的特性及其所發(fā)揮的作用,進(jìn)一步提高監(jiān)測(cè)結(jié)果的精準(zhǔn)度。研究發(fā)現(xiàn),在光波長(zhǎng)度持續(xù)增大后,顯色劑吸光度先增后降的情況尤為突出。另外,隨著波長(zhǎng)長(zhǎng)度的持續(xù)增加,標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度會(huì)逐漸穩(wěn)定。為了提高測(cè)定結(jié)果的精度,必須掌握適當(dāng)?shù)墓獠ㄩL(zhǎng)度,從而使測(cè)定結(jié)果更為合理精確。
在水質(zhì)分析及氨氮含量監(jiān)測(cè)中,鹽分會(huì)直接影響監(jiān)測(cè)結(jié)果。由于水流或潮汐等因子的直接影響,當(dāng)進(jìn)行氨氮濃度監(jiān)測(cè)時(shí),鹽分濃度也處在動(dòng)態(tài)變化中,監(jiān)測(cè)人員要想順利地開展氨氮測(cè)量,就需要對(duì)源水體的鹽分含量變化有充分的認(rèn)識(shí),以保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了有效實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),首先,在測(cè)量過(guò)程中要充分考慮和了解水源的鹽堿規(guī)律,從而科學(xué)合理地調(diào)節(jié)和管理氨氮測(cè)量結(jié)果。其次,要有效掌握水體鹽度含量的變化規(guī)律,從而為進(jìn)一步提升測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確度提供重要保證。
一般來(lái)說(shuō),氨氮測(cè)定結(jié)果與顯色劑有很大關(guān)系,影響因素過(guò)多時(shí),顯色劑的穩(wěn)定性就會(huì)受到較大影響,而水體氨氮含量測(cè)定的結(jié)果也將發(fā)生改變,所以要充分考慮顯色劑的穩(wěn)定性和測(cè)量結(jié)果之間的關(guān)系,不僅要合理選用顯色劑,還要確保顯色劑的性能及其他重要技術(shù)指標(biāo)能滿足氨氮含量檢測(cè)的基本條件,使氨氮含量檢測(cè)數(shù)據(jù)真實(shí)可信,從而為相關(guān)工作者提供客觀準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。另外,在進(jìn)行水體氨氮含量測(cè)定時(shí),顯色劑的顯色能力也是影響結(jié)果的重要因素之一,所以必須適當(dāng)調(diào)整顯色時(shí)間,以提高檢測(cè)的合理性。分析水體監(jiān)測(cè)中的氨氮濃度可知,將顯色時(shí)間適當(dāng)調(diào)整到一定范圍內(nèi),就能滿足對(duì)水體氨氮含量測(cè)定的相關(guān)要求。
水質(zhì)氨氮含量監(jiān)測(cè)會(huì)受到許多種因素影響,所以要采取必要措施保證測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。采集水樣后,應(yīng)當(dāng)按照實(shí)際水流量和水量,分段、分層收集試樣,并將試樣保存于適當(dāng)?shù)沫h(huán)境中。在氨氮含量的測(cè)定上,重點(diǎn)要控制水樣測(cè)定時(shí)的光波長(zhǎng)度,及時(shí)采集和分析數(shù)據(jù),建立圖表,并研究其效應(yīng)原理。至于顯色劑的使用,則重點(diǎn)在于根據(jù)室外的氣溫、相對(duì)濕度等情況,使顯色劑的光敏性、顯色時(shí)間以及酸堿平衡等盡量滿足標(biāo)準(zhǔn),從而提高測(cè)試的準(zhǔn)確性和檢測(cè)方法的科學(xué)性。在監(jiān)測(cè)分析活動(dòng)中,不僅要確定各種器具物品的清潔度,必要時(shí)還要通過(guò)一定的物理方法加以集中維護(hù)。同時(shí)要盡量減少外部影響因素,把測(cè)試環(huán)境的溫度和濕度調(diào)控到適宜的程度,比如在具體操作中,介質(zhì)和儀器應(yīng)順著管壁傾斜,以避免測(cè)試受到干擾。
綜上所述,水質(zhì)監(jiān)測(cè)中的氨氮測(cè)定會(huì)受到許多因素影響。在取樣過(guò)程中,對(duì)待檢測(cè)水體的流量與水量充分考慮分層逐步取樣。因?yàn)榘钡臐舛葲Q定了對(duì)水體的危害范圍、人們的生活用水安全以及對(duì)自然環(huán)境的損害程度,所以要分析研究影響氨氮的濃度的因素,確定水中氨氮的含量是否符合相關(guān)要求,進(jìn)一步提高測(cè)量準(zhǔn)確性,確保人們的生活用水安全及生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定性。