淺析氣候對黃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

錳含量監測是自來水廠的常規監測項目。國內飲用水衛生標準規定，錳含量不得超過0.1mg／L。大部分自來水廠根據原水狀況運用了各種除錳工藝，來保證居民自來水錳含量達標。原水中錳含量完全受周圍環境和其它自然因素的影響，近期報道相繼登出了原水錳大量超標的情況，2010年8月廣東汕尾陸豐市大安鎮錳含量突然超標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連日暴雨，雨停后逐漸恢復正常。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 實驗儀器

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、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時必須更新乙炔瓶。空氣壓縮機的壓力為0.45～0.50MPa。

（2）儀器優化條件。燃氣為乙炔，流量2.0L／min；助燃氣為空氣，流量17.0L／min；波長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、石墨爐等將待測元素在高溫或是化學反應作用下變成原子蒸氣，由光源燈輻射出待測元素的特征光譜，在通過待測元素的原子蒸氣時發生光譜吸收，透射光的強度與被測元素濃度成反比。在儀器的光路系統中，透射光信號經光柵分光，將待測元素的吸收線與其他譜線分開，經過光電轉換器，將光信號轉換成電信號，由電路系統放大、處理，再由CPU及外部的電腦分析、計算，最終在屏幕顯示待測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、分光系統、檢測系統。火焰原子吸收法裝置不太復雜，操作方便快速，測定精度好，已經成為完善和定型的方法，廣泛用于常規分析。

2.4 主要試劑和標準工作曲線的制定

硝酸（ρ＝1.42g／mL）優級純試劑；錳標準（100mg／L）由北京標準物質研究中心提供；實驗用純水均由MilliPore公司Milli－Q ACademiC超純水系統生產；火焰是乙炔－空氣火焰，純度為99.999%。

根據試驗，在生活飲用水中多種元素的一般含量范圍內，水中錳元素可以按照下列組合配制標準溶液，稀釋液均用1%硝酸溶液，經AA700測定后繪制線性標準曲線。

錳配制成濃度為10mg／L的混合標準儲備液，并用儲備液配制出0.05mg／L到0.5mg／L的6個不同標準溶液。

2.5 樣品采集及預處理

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

3 結果與討論

3.1 實驗的線形、精密度、準確度

AA700型原子吸收分光光度儀測定錳，性能穩定，靈敏度高，重復性好，相關系數在99.95%以上。表1中列舉了部分標準曲線的線性相關系數及在各個濃度上的吸光度。

按照AA700工作條件，對配制的標準品溶液Mn（0.02mg／L、0.15mg／L），分別連續進行7次重復測定，其測定結果的相對標準偏差在0.18%～1.80%之間，說明本方法的精確性良好，能滿足樣品測定要求。

在空白純水中準確配制各個元素的加標樣品，平行測定7次，其回收率介于99.20%～103.55%之間，國家飲用水標準中回收率在70%～130%的要求，并且大大優于標準要求（表1）。

表1 原子吸收儀測定錳的部分標準曲線形系數及吸光度情況

3.2 上海地區常年氣候與原水中錳含量關系

上海位于我國東部沿海，北亞熱帶南緣，氣候溫和濕潤、春光明媚、夏日晴長、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出一個時期偏多、一個時期偏少的體制，構成了上海的自然季節，由3個多雨期和3個少雨期組成。3個多雨期分別為春雨期、梅雨期和秋雨期，3個少雨期分別為盛夏期、晚秋期和冬季。不同自然季節的持續天數差異大，最長的冬季有111d，最短的梅雨期只有24d，總的特點是夏半年的自然季節較短，冬半年的自然季節較長。上海地區的暴雨天氣多出現在4～9月，其中80%集中在6～9月。圖1中描繪了2009年和2010年上海市某監測站汛期（6月到9月）雨量分布情況（圖1）。

圖1 2009年、2010年上海市某監測站汛期雨量分布

圖2、圖3分別描繪了2009年和2010年黃浦江上游兩個采樣點的水體中錳含量的變化情況。不難看出其中存在一定的規律: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；6月中下旬開始激增，7月達到最高值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后基本保持穩定。

圖2 2009年黃浦江上游原水兩處采樣點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A、B采集的水樣中錳含量變化情況

由此可見，上海地區常年氣候與原水中錳含量都有規律可循，而且相互之間存在密切的關系，即雨期會對錳的變化造成一定的影響，具體可見表2。

表2 上海地區常年氣候與原水中錳含量的關系

3.3 上海地區梅雨期與原水中錳含量的關系

2009年上海地區6月20日進入梅雨季節，7月8日結束，梅雨期18d。根據氣象部門統計，代表站徐家匯站梅雨量158.1mm。該年的梅雨由于副高不穩定，沒有大范圍的持續性降雨，而是以短時局部暴雨為主，梅雨期內出現了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6月17日進入梅雨季節，7月17日結束，梅雨期30d。根據氣象部門統計，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江口杭州灣潮位屬正常，僅黃浦江上游米市渡站出現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4天8個潮次超警戒水位。入梅后，上海地區出現了3段比較連續的降水過程，分別為6月28～29日、7月3～4日和7月11～16日，期間伴有多次短時強降水。梅雨期內出現了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B采集的水樣中錳含量比較

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

3.4 上海附近臺風及海嘯與原水中錳含量的關系

3.4.1 臺風“莫拉克”

2009年8月4日凌晨02:00臺風“莫拉克”在西北太平洋洋面生成，在登陸福建時7級大風半徑達350km，上海未在臺風的7級大風半徑的范圍內，僅受其外圍云系的影響。隨著臺風北上，8月9日明顯影響上海，上海地區普降大到暴雨、局部大暴雨。臺風影響期間，恰逢天文大潮汛，10日凌晨上海長江口、黃浦江及杭州灣都出現了最高潮位，風暴潮增水明顯；黃浦江上游及支流同時受前期降雨和上游洪水的影響，出現超警戒的較高潮位。8月8日上海中心氣象臺發布臺風黃色預警，10日解除預警信號。

表3中列出了臺風“莫拉克”期間采樣點A、B的錳含量情況。在生成臺風當天，錳含量就有明顯提高，解除預警信號當天，其值明顯降低。

表3 2009年臺風“莫拉克”期間采樣點A、B的錳含量情況

3.4.2 日本海嘯

2011年日本近海3月11日發生9.0級強烈地震，引發約10m高海嘯，并引發核電站事故。日本氣象廳稱這是世界觀測史上最高震級地震。

從2011年3月1日到4月26日的采樣點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受到海嘯的影響，而且變化提前出現。

4 結語

使用原子吸收儀的火焰分光光度法，可以檢測水體中錳的含量，準確度高、重復性好、線性穩定；通過常年測定原水的固定采樣點的錳含量，可選擇變化顯著、周圍環境不太改變的采樣點，例如采樣點A、B中就可選取B點，從而可以描繪出水體中錳宏觀及局部變化趨勢；并結合周圍氣候環境變化情況，推導出氣候對于錳的影響；根據變化情況可以對突發惡劣性氣候做出相應解釋和一定的預警。

［1］中華人民共和國衛生部，中國國家標準化管理委員會.GB／T5750－2006.生活飲用水檢驗標準方法［S］.北京:中華人民共和國衛生部，中國國家標準化管理委員會，2006.