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常見水體異色現(xiàn)場快速分析技術(shù)
2011-03-27
隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，突發(fā)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(xiàn)場快速分析其污染的原因和危害程度。本文通綜合分析現(xiàn)場的各種現(xiàn)象，聯(lián)合使用多種儀器，開發(fā)出一套水體異色現(xiàn)象的現(xiàn)場快速分析技術(shù)。
1.水體異色的可能原因
能引起水體異色現(xiàn)象的原因主要有三大類：有機(jī)污染(如染料等)，無機(jī)污染(如六價(jià)鉻，三價(jià)鉻，鐵等)，生物污染(如甲藻水華，微囊藻水華等)。
1.1 有機(jī)污染引起的水體異色
常見的有機(jī)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(tuán)造成的。印染廢水的水質(zhì)多變，含有多種有機(jī)物，COD、BOD含量很高，常呈現(xiàn)堿性，且含有使用各種染料時(shí)的有毒物質(zhì)(硫化堿、吐酒石、苯胺、硫酸銅、酚等)。這些物質(zhì)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(jī)污染引起的水體異色
常見的能引起的水體異色的無機(jī)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(jī)械制造、化工、電子、儀表等工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)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(fā)育，影響兒童的正常成長,同時(shí)威脅成人的健康，嚴(yán)重限制了人口的健康和可持續(xù)發(fā)展[常學(xué)秀,文傳浩,王煥校. 重金屬污染與人體健康[J]. 云南環(huán)境科學(xué). 2000,19(1)][ 王學(xué)鋒, 朱桂芬. 重金屬污染研究新進(jìn)展[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù).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(xiàn)象與化學(xué)污染現(xiàn)象有時(shí)較為接近，需要著重區(qū)分。由于藻類生物具有生物鐘，所以常呈現(xiàn)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(lán)藻水華以及部分甲藻水華由于能產(chǎn)生具有促癌效應(yīng)的毒素，直接威脅人類的健康和生存。而大多數(shù)春秋季常見的硅藻水華基本無顯著毒性作用。
圖3-1 發(fā)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(xiàn)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(shí)，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(jī)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(xiàn)場分析儀器
根據(jù)常見水體異色原因分類，結(jié)合應(yīng)急監(jiān)測的基本要求，一般選擇以下6種儀器為現(xiàn)場分析儀器。
★ 水質(zhì)多參數(shù)儀(DO、pH、水溫、電導(dǎo)率等)
★ PHYTO-PAM葉綠素?zé)晒鈨x
★ 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(jì)
圖5-1 水質(zhì)多參數(shù)儀
☆ 主要用于測試水體DO和pH，從而為區(qū)分污染物提供輔助參考依據(jù)
PHYTO-PAM葉綠素?zé)晒鈨x
☆ 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(jìn)而確定是否為水華現(xiàn)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(shí)也用于判斷是否為單純水體渾濁。
Check-light急性毒性儀
☆ 用于區(qū)分有機(jī)污染與無機(jī)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(jì)
☆ 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(xiàn)場快速分析技術(shù)
3.1 水體異色成因分析
3.1.1 基于各類儀器響應(yīng)的水體異色成因檢索
除了必要的現(xiàn)場分析儀器，水體異色的分析還需要結(jié)合現(xiàn)場的現(xiàn)象綜合判斷。根據(jù)常見的水體異色成因的不同特性，可大致對異色原因進(jìn)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(xué)污染物引起
2(5)Chick-light毒性儀分析顯示有機(jī)毒性……………………………有機(jī)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(jī)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(xiàn)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(xì)的分類，還需要結(jié)合表觀現(xiàn)象，如水體的表觀顏色。根據(jù)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(xué)污染
浮水植物水華 重金屬有機(jī)污染
紅色紅色浮萍紅裸藻Hg+
黃色--Cr6+、Ni+
藍(lán)色-藍(lán)藻Cu2+、Cr3++
綠色綠色浮萍綠藻、藍(lán)藻Fe2++
黃褐色-硅藻、甲藻 Fe3++
☆ -表示極少出現(xiàn)此類現(xiàn)象;+表示可能出現(xiàn)此類現(xiàn)象且成分復(fù)雜。
3.2 水體異色危害性分析
由于應(yīng)急監(jiān)測特點(diǎn)，水體危害性分析只考慮污染水體對人的影響，暫時(shí)不考慮污染物對水體生態(tài)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(tài)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(qū)分水華種類，如微囊藻等藍(lán)藻水華以及部分甲藻水華可能會產(chǎn)生毒素，具有較強(qiáng)的危害性;而硅藻水華一般不產(chǎn)生毒素，通常2-4周后自然消亡，可不加以控制。
3.2.2 化學(xué)污染引起的水體異色危害性
由化學(xué)污染引起的水體異色一般來說對水生生態(tài)和人體都會產(chǎn)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(tài)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(jià)時(shí)除了常規(guī)的污染濃度評價(jià)，還可以用生物毒性作為其評價(jià)指標(biāo)。考慮到檢測時(shí)間的有限性，以及污染因子對于單細(xì)胞生物的作用較快，在應(yīng)急監(jiān)測中一般使用發(fā)光菌急性毒性作為評價(jià)指標(biāo)。當(dāng)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(fā)光菌的發(fā)光強(qiáng)度產(chǎn)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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