淺析氣候?qū)S浦江水體中錳的影響

張琰

（上海市自來水市南有限公司，上海 200002）

1 引言

錳含量監(jiān)測(cè)是自來水廠的常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目。國(guó)內(nèi)飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，錳含量不得超過0.1mg／L。大部分自來水廠根據(jù)原水狀況運(yùn)用了各種除錳工藝，來保證居民自來水錳含量達(dá)標(biāo)。原水中錳含量完全受周圍環(huán)境和其它自然因素的影響，近期報(bào)道相繼登出了原水錳大量超標(biāo)的情況，2010年8月廣東汕尾陸豐市大安鎮(zhèn)錳含量突然超標(biāo)12倍，原因至今依然不明；2011年6月福建泉州市北渠原水錳含量最高超14倍，原因是上游錳含量較高的山區(qū)連日暴雨，雨停后逐漸恢復(fù)正常。由此可見，氣候是影響原水中錳的重要因素，值得深入研究。

2 材料與方法

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器

主要儀器包括PerkinElmer公司AA700型原子吸收儀、Mn元素空心陰極燈、氘燈、空氣壓縮機(jī)、空氣干燥過濾器。

2.2 分析條件

（1）外界條件。連接到AAS上的乙炔壓力:0.09～0.10MPa，純度不低于99.6%，總壓力表低于0.6MPa時(shí)必須更新乙炔瓶。空氣壓縮機(jī)的壓力為0.45～0.50MPa。

（2）儀器優(yōu)化條件。燃?xì)鉃橐胰玻髁?.0L／min；助燃?xì)鉃榭諝猓髁?7.0L／min；波長(zhǎng)279.5nm；狹縫寬度0.7H；Mn元素空心陰極燈加氘燈背景AA－BG。

2.3 分析原理

原子吸收光譜分析儀器的原理是通過火焰、石墨爐等將待測(cè)元素在高溫或是化學(xué)反應(yīng)作用下變成原子蒸氣，由光源燈輻射出待測(cè)元素的特征光譜，在通過待測(cè)元素的原子蒸氣時(shí)發(fā)生光譜吸收，透射光的強(qiáng)度與被測(cè)元素濃度成反比。在儀器的光路系統(tǒng)中，透射光信號(hào)經(jīng)光柵分光，將待測(cè)元素的吸收線與其他譜線分開，經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器，將光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由電路系統(tǒng)放大、處理，再由CPU及外部的電腦分析、計(jì)算，最終在屏幕顯示待測(cè)樣品中微量及超微量的多種金屬和類金屬元素的含量和濃度。儀器主要由4部分組成:光源、原子化系統(tǒng)、分光系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)。火焰原子吸收法裝置不太復(fù)雜，操作方便快速，測(cè)定精度好，已經(jīng)成為完善和定型的方法，廣泛用于常規(guī)分析。

2.4 主要試劑和標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的制定

硝酸（ρ＝1.42g／mL）優(yōu)級(jí)純?cè)噭诲i標(biāo)準(zhǔn)（100mg／L）由北京標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心提供；實(shí)驗(yàn)用純水均由MilliPore公司Milli－Q ACademiC超純水系統(tǒng)生產(chǎn)；火焰是乙炔－空氣火焰，純度為99.999%。

根據(jù)試驗(yàn)，在生活飲用水中多種元素的一般含量范圍內(nèi)，水中錳元素可以按照下列組合配制標(biāo)準(zhǔn)溶液，稀釋液均用1%硝酸溶液，經(jīng)AA700測(cè)定后繪制線性標(biāo)準(zhǔn)曲線。

錳配制成濃度為10mg／L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，并用儲(chǔ)備液配制出0.05mg／L到0.5mg／L的6個(gè)不同標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2.5 樣品采集及預(yù)處理

2009年1月至2011年6月期間的工作日，對(duì)黃浦江上游原水兩個(gè)不同采樣點(diǎn)A、B采集水樣進(jìn)行錳的分析。澄清的水樣可直接測(cè)定；懸浮物較多的水樣，分析前需酸化并消化有機(jī)物，每升水樣中加1.5mL硝酸酸化使pH值小于2。

3 結(jié)果與討論

3.1 實(shí)驗(yàn)的線形、精密度、準(zhǔn)確度

AA700型原子吸收分光光度儀測(cè)定錳，性能穩(wěn)定，靈敏度高，重復(fù)性好，相關(guān)系數(shù)在99.95%以上。表1中列舉了部分標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性相關(guān)系數(shù)及在各個(gè)濃度上的吸光度。

按照AA700工作條件，對(duì)配制的標(biāo)準(zhǔn)品溶液Mn（0.02mg／L、0.15mg／L），分別連續(xù)進(jìn)行7次重復(fù)測(cè)定，其測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.18%～1.80%之間，說明本方法的精確性良好，能滿足樣品測(cè)定要求。

在空白純水中準(zhǔn)確配制各個(gè)元素的加標(biāo)樣品，平行測(cè)定7次，其回收率介于99.20%～103.55%之間，國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)中回收率在70%～130%的要求，并且大大優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)要求（表1）。

表1 原子吸收儀測(cè)定錳的部分標(biāo)準(zhǔn)曲線形系數(shù)及吸光度情況

3.2 上海地區(qū)常年氣候與原水中錳含量關(guān)系

上海位于我國(guó)東部沿海，北亞熱帶南緣，氣候溫和濕潤(rùn)、春光明媚、夏日晴長(zhǎng)、秋高氣爽、冬季不寒；雨量適中、雨熱同季。上海的降水量在一年中的變化呈現(xiàn)出一個(gè)時(shí)期偏多、一個(gè)時(shí)期偏少的體制，構(gòu)成了上海的自然季節(jié)，由3個(gè)多雨期和3個(gè)少雨期組成。3個(gè)多雨期分別為春雨期、梅雨期和秋雨期，3個(gè)少雨期分別為盛夏期、晚秋期和冬季。不同自然季節(jié)的持續(xù)天數(shù)差異大，最長(zhǎng)的冬季有111d，最短的梅雨期只有24d，總的特點(diǎn)是夏半年的自然季節(jié)較短，冬半年的自然季節(jié)較長(zhǎng)。上海地區(qū)的暴雨天氣多出現(xiàn)在4～9月，其中80%集中在6～9月。圖1中描繪了2009年和2010年上海市某監(jiān)測(cè)站汛期（6月到9月）雨量分布情況（圖1）。

圖1 2009年、2010年上海市某監(jiān)測(cè)站汛期雨量分布

圖2、圖3分別描繪了2009年和2010年黃浦江上游兩個(gè)采樣點(diǎn)的水體中錳含量的變化情況。不難看出其中存在一定的規(guī)律:1月份錳含量在0.04～0.10mg／L；2月到3月遞增，最高值為0.16mg／L左右；3月到5月遞減，最低可到0.01mg／L左右；5月到6月有遞增趨勢(shì)；6月中下旬開始激增，7月達(dá)到最高值0.18左右；8月到9月遞減，最低可到0.01mg／L左右；9月到10月保持較低值；11月到12月逐步遞增，接近0.1mg／L后基本保持穩(wěn)定。

圖2 2009年黃浦江上游原水兩處采樣點(diǎn)A、B采集的水樣中錳含量變化情況

圖3 2010年黃浦江上游原水兩處采樣點(diǎn)A、B采集的水樣中錳含量變化情況

由此可見，上海地區(qū)常年氣候與原水中錳含量都有規(guī)律可循，而且相互之間存在密切的關(guān)系，即雨期會(huì)對(duì)錳的變化造成一定的影響，具體可見表2。

表2 上海地區(qū)常年氣候與原水中錳含量的關(guān)系

3.3 上海地區(qū)梅雨期與原水中錳含量的關(guān)系

2009年上海地區(qū)6月20日進(jìn)入梅雨季節(jié)，7月8日結(jié)束，梅雨期18d。根據(jù)氣象部門統(tǒng)計(jì)，代表站徐家匯站梅雨量158.1mm。該年的梅雨由于副高不穩(wěn)定，沒有大范圍的持續(xù)性降雨，而是以短時(shí)局部暴雨為主，梅雨期內(nèi)出現(xiàn)了6次局部暴雨，分別是6月20日、6月21日、6月27日、6月30日、7月2日和7月6日。

2010年上海地區(qū)6月17日進(jìn)入梅雨季節(jié)，7月17日結(jié)束，梅雨期30d。根據(jù)氣象部門統(tǒng)計(jì)，代表站徐家匯站梅雨量269.0mm（常年244.4mm）。梅雨期間黃浦江及長(zhǎng)江口杭州灣潮位屬正常，僅黃浦江上游米市渡站出現(xiàn)了超警戒水位的高潮位，最高潮位3.85m，超警戒水位0.35m；且連續(xù)4天8個(gè)潮次超警戒水位。入梅后，上海地區(qū)出現(xiàn)了3段比較連續(xù)的降水過程，分別為6月28～29日、7月3～4日和7月11～16日，期間伴有多次短時(shí)強(qiáng)降水。梅雨期內(nèi)出現(xiàn)了4次局部暴雨大暴雨，分別是6月29日、7月2日、7月4日和7月16日。

圖4中描繪了2009年和2010年梅雨期間黃浦江上游原水采樣點(diǎn)B采集水樣中錳的含量。2009年的6月24日起錳含量從0.8mg／L激增到0.14mg／L，后按波浪式起伏，其中高值0.15mg／L（7月5日、7月12日、7月13日）、0.16mg／L（7月14日）、0.17mg／L（7月7日）。2010年6月17日為0.09mg／L（略高于2009年的0.07mg／L）、后按波浪式起伏，其中高值0.15mg／L（6月29日、7月2日、7月3日和7月13日）、0.17mg／L（7月1日），0.18mg／L（7月14日、7月15日）（圖4）。

圖4 2009年和2010年梅雨期間黃浦江上游原水采樣點(diǎn)B采集的水樣中錳含量比較

由此可見，上海地區(qū)梅雨季節(jié)氣候與原水中錳含量的值有著緊密的關(guān)系，錳的最高值都出現(xiàn)在降雨量最多的幾天中，波動(dòng)周期與梅雨期保持一致。

3.4 上海附近臺(tái)風(fēng)及海嘯與原水中錳含量的關(guān)系

3.4.1 臺(tái)風(fēng)“莫拉克”

2009年8月4日凌晨02:00臺(tái)風(fēng)“莫拉克”在西北太平洋洋面生成，在登陸福建時(shí)7級(jí)大風(fēng)半徑達(dá)350km，上海未在臺(tái)風(fēng)的7級(jí)大風(fēng)半徑的范圍內(nèi)，僅受其外圍云系的影響。隨著臺(tái)風(fēng)北上，8月9日明顯影響上海，上海地區(qū)普降大到暴雨、局部大暴雨。臺(tái)風(fēng)影響期間，恰逢天文大潮汛，10日凌晨上海長(zhǎng)江口、黃浦江及杭州灣都出現(xiàn)了最高潮位，風(fēng)暴潮增水明顯；黃浦江上游及支流同時(shí)受前期降雨和上游洪水的影響，出現(xiàn)超警戒的較高潮位。8月8日上海中心氣象臺(tái)發(fā)布臺(tái)風(fēng)黃色預(yù)警，10日解除預(yù)警信號(hào)。

表3中列出了臺(tái)風(fēng)“莫拉克”期間采樣點(diǎn)A、B的錳含量情況。在生成臺(tái)風(fēng)當(dāng)天，錳含量就有明顯提高，解除預(yù)警信號(hào)當(dāng)天，其值明顯降低。

表3 2009年臺(tái)風(fēng)“莫拉克”期間采樣點(diǎn)A、B的錳含量情況

3.4.2 日本海嘯

2011年日本近海3月11日發(fā)生9.0級(jí)強(qiáng)烈地震，引發(fā)約10m高海嘯，并引發(fā)核電站事故。日本氣象廳稱這是世界觀測(cè)史上最高震級(jí)地震。

從2011年3月1日到4月26日的采樣點(diǎn)B處水樣的錳含量:3月1日0.08mg／L；3月2日0.10mg／L；3月3日0.11mg／L；3月7日0.14mg／L；3月9日0.12mg／L；3月10日0.14mg／L；3月11日0.14mg／L；3月14日到4月22日都在0.15左右，其中最低值為0.12mg／L（4月11日），最高值為0.18mg／L（4月20日、4月21日）；4月25日0.09mg／L；4月26日0.08mg／L。這段時(shí)間錳的平均值為0.14mg／L，高于2010年此階段的平均值0.06mg／L。可見，黃浦江水體的錳含量確實(shí)受到海嘯的影響，而且變化提前出現(xiàn)。

4 結(jié)語

使用原子吸收儀的火焰分光光度法，可以檢測(cè)水體中錳的含量，準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好、線性穩(wěn)定；通過常年測(cè)定原水的固定采樣點(diǎn)的錳含量，可選擇變化顯著、周圍環(huán)境不太改變的采樣點(diǎn)，例如采樣點(diǎn)A、B中就可選取B點(diǎn)，從而可以描繪出水體中錳宏觀及局部變化趨勢(shì)；并結(jié)合周圍氣候環(huán)境變化情況，推導(dǎo)出氣候?qū)τ阱i的影響；根據(jù)變化情況可以對(duì)突發(fā)惡劣性氣候做出相應(yīng)解釋和一定的預(yù)警。

［1］中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).GB／T5750－2006.生活飲用水檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)方法［S］.北京:中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部，中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)，2006.