常見水體異色現場快速分析技術
2011-03-27
隨著工農業的發展，突發性水體污染事故逐年增加。水體異色事件由于可感知性高，容易引起市民的恐慌，常需要在現場快速分析其污染的原因和危害程度。本文通綜合分析現場的各種現象，聯合使用多種儀器，開發出一套水體異色現象的現場快速分析技術。
1.水體異色的可能原因
能引起水體異色現象的原因主要有三大類：有機污染(如染料等)，無機污染(如六價鉻，三價鉻，鐵等)，生物污染(如甲藻水華，微囊藻水華等)。
1.1 有機污染引起的水體異色
常見的有機污染引起的水體異色主要是由印染廢水中的各種有色基團造成的。印染廢水的水質多變，含有多種有機物，COD、BOD含量很高，常呈現堿性，且含有使用各種染料時的有毒物質(硫化堿、吐酒石、苯胺、硫酸銅、酚等)。這些物質常具有致癌性，對人體健康存在很大威脅。
圖1 偷排向河道的印染廢水
1.2 無機污染引起的水體異色
常見的能引起的水體異色的無機污染物主要有鉻(Cr6+，Cr3+)，鎳、錳、銅、鐵等重金屬離子。這些重金屬離子可能由礦冶、機械制造、化工、電子、儀表等工業生產過程中產生。過量重金屬對人體的威脅極大。它們不但具有累積性，而且還具有抗生育能力,阻礙胚胎的正常發育，影響兒童的正常成長,同時威脅成人的健康，嚴重限制了人口的健康和可持續發展[常學秀,文傳浩,王煥校. 重金屬污染與人體健康[J]. 云南環境科學. 2000,19(1)][ 王學鋒, 朱桂芬. 重金屬污染研究新進展[J].環境科學與技術.2003,23(1):54-56]。
圖2 直排河道的電鍍廢水(含Cr6+)
1.3 生物污染引起的水體異色
常見的能引起水體異色的生物污染主要有兩類，一類是由浮水或小型挺水植物引起，如浮萍等;第二類，由藻類異常增殖引起，又稱為水華，如微囊藻，甲藻，硅藻異常增殖等。浮水或挺水植物較易判斷，藻類水華現象與化學污染現象有時較為接近，需要著重區分。由于藻類生物具有生物鐘，所以常呈現晝出夜伏(白天表層濃度比夜晚高)的特性。不同的水華對人的危害有所差異。如微囊藻、魚腥藻等藍藻水華以及部分甲藻水華由于能產生具有促癌效應的毒素，直接威脅人類的健康和生存。而大多數春秋季常見的硅藻水華基本無顯著毒性作用。
圖3-1 發生微囊藻水華的水庫一角
圖3-2 紅色的浮萍
以上三類為水體異色現象中最常見的原因。此外，水體異色也可能由上下層水的交換時，大量底部沉積物被帶至表層引起(由于其成分基本也由有機物和重金屬等組成，分析方法同以上三類)。
2 水體異色常用現場分析儀器
根據常見水體異色原因分類，結合應急監測的基本要求，一般選擇以下6種儀器為現場分析儀器。
★ 水質多參數儀(DO、pH、水溫、電導率等)
★ PHYTO-PAM葉綠素熒光儀
★ Delta-tox急性毒性儀
★ Check-light急性毒性儀
★ 便攜式重金屬分析儀(陽極溶出法)
★ DR2800便攜式分光光度計
圖5-1 水質多參數儀
☆ 主要用于測試水體DO和pH，從而為區分污染物提供輔助參考依據
PHYTO-PAM葉綠素熒光儀
☆ 主要用于測試水體中葉綠素含量，以及判斷藻類的可能類別，進而確定是否為水華現象
圖5-3 Delta-tox急性毒性儀
☆ 主要用來判斷水體生物毒性大小，以確定水體污染程度。同時也用于判斷是否為單純水體渾濁。
Check-light急性毒性儀
☆ 用于區分有機污染與無機污染
圖5-5 便攜式重金屬分析儀(陽極溶出法)
☆ 用于測試部分重金屬濃度
DR2800便攜式分光光度計
☆ 用于COD、分析部分重金屬以及印染廢水污染中的苯胺等污染物濃度。
3 水體異色現場快速分析技術
3.1 水體異色成因分析
3.1.1 基于各類儀器響應的水體異色成因檢索
除了必要的現場分析儀器，水體異色的分析還需要結合現場的現象綜合判斷。根據常見的水體異色成因的不同特性，可大致對異色原因進行定性，制成如下檢索表。
表1 水體異色原因初步檢索表
1(6)DO正常，或偏低，PHYTO-PAM示值較低……………………………化學污染物引起
2(5)Chick-light毒性儀分析顯示有機毒性……………………………有機污染物或Cr6+引起
3(4)加入DR2800配套二苯碳酰二肼粉劑后顯色………………………………Cr6+污染引起
4(3)加入DR2800配套二苯碳酰二肼粉劑后不顯色……………………有機污染物污染引起
5(2)Chick-light毒性儀分析顯示重金屬毒性…………………………………重金屬污染引起
6(1)DO偏高或PHYTO-PAM示值較高…………………………………………生物污染引起
7(8)水面有漂浮物，且有根莖葉分化，僅分布于水體表層……………浮水或挺水植物引起
8(7)水面無漂浮物，或有漂浮物但無根莖葉分化…………………藻類異常增殖引起(水華)
3.1.2 基于表觀現象的水體異色成因初步分析
儀器可以給出一部分信息，但是要具體到某一個細的分類，還需要結合表觀現象，如水體的表觀顏色。根據水體表觀顏色的不同，可以參考下表初步判定水體異色的成因。
表2 基于表觀顏色的水體異色成因初步分析
生物污染 化學污染
浮水植物水華 重金屬有機污染
紅色紅色浮萍紅裸藻Hg+
黃色--Cr6+、Ni+
藍色-藍藻Cu2+、Cr3++
綠色綠色浮萍綠藻、藍藻Fe2++
黃褐色-硅藻、甲藻 Fe3++
☆ -表示極少出現此類現象;+表示可能出現此類現象且成分復雜。
3.2 水體異色危害性分析
由于應急監測特點，水體危害性分析只考慮污染水體對人的影響，暫時不考慮污染物對水體生態的破壞。
3.2.1 生物污染引起的水體異色危害性
由浮水或挺水植物引起的生物污染一般僅對景觀以及水生態造成影響，對人體無明顯毒性作用。由水華引起的水體異色，需要區分水華種類，如微囊藻等藍藻水華以及部分甲藻水華可能會產生毒素，具有較強的危害性;而硅藻水華一般不產生毒素，通常2-4周后自然消亡，可不加以控制。
3.2.2 化學污染引起的水體異色危害性
由化學污染引起的水體異色一般來說對水生生態和人體都會產生一定的影響。其危害性隨污染物的不同而有所差異。同種污染物又隨著形態和濃度的差異而不同，如同濃度Cr6+的毒性較Cr3+高，大于生物安全閾值的Cr6+污染的危害與其濃度成正比。所以在危害評價時除了常規的污染濃度評價，還可以用生物毒性作為其評價指標。考慮到檢測時間的有限性，以及污染因子對于單細胞生物的作用較快，在應急監測中一般使用發光菌急性毒性作為評價指標。當水體中污染物超過一定濃度即超過生物安全閾值后，污染物對發光菌的發光強度產生一定程度的抑制作用，從而表征水體受到污染，具有一定的生物危害性，需要加以控制和處理。
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