常见水体异色现场快速分析技术
2011-03-27
随着工农业的发展，突发性水体污染事故逐年增加。水体异色事件由于可感知性高，容易引起市民的恐慌，常需要在现场快速分析其污染的原因和危害程度。本文通综合分析现场的各种现象，联合使用多种仪器，开发出一套水体异色现象的现场快速分析技术。
1.水体异色的可能原因
能引起水体异色现象的原因主要有三大类：有机污染(如染料等)，无机污染(如六价铬，三价铬，铁等)，生物污染(如甲藻水华，微囊藻水华等)。
1.1 有机污染引起的水体异色
常见的有机污染引起的水体异色主要是由印染废水中的各种有色基团造成的。印染废水的水质多变，含有多种有机物，COD、BOD含量很高，常呈现碱性，且含有使用各种染料时的有毒物质(硫化碱、吐酒石、苯胺、硫酸铜、酚等)。这些物质常具有致癌性，对人体健康存在很大威胁。
图1 偷排向河道的印染废水
1.2 无机污染引起的水体异色
常见的能引起的水体异色的无机污染物主要有铬(Cr6+，Cr3+)，镍、锰、铜、铁等重金属离子。这些重金属离子可能由矿冶、机械制造、化工、电子、仪表等工业生产过程中产生。过量重金属对人体的威胁极大。它们不但具有累积性，而且还具有抗生育能力,阻碍胚胎的正常发育，影响儿童的正常成长,同时威胁成人的健康，严重限制了人口的健康和可持续发展[常学秀,文传浩,王焕校. 重金属污染与人体健康[J]. 云南环境科学. 2000,19(1)][ 王学锋, 朱桂芬. 重金属污染研究新进展[J].环境科学与技术.2003,23(1):54-56]。
图2 直排河道的电镀废水(含Cr6+)
1.3 生物污染引起的水体异色
常见的能引起水体异色的生物污染主要有两类，一类是由浮水或小型挺水植物引起，如浮萍等;第二类，由藻类异常增殖引起，又称为水华，如微囊藻，甲藻，硅藻异常增殖等。浮水或挺水植物较易判断，藻类水华现象与化学污染现象有时较为接近，需要着重区分。由于藻类生物具有生物钟，所以常呈现昼出夜伏(白天表层浓度比夜晚高)的特性。不同的水华对人的危害有所差异。如微囊藻、鱼腥藻等蓝藻水华以及部分甲藻水华由于能产生具有促癌效应的毒素，直接威胁人类的健康和生存。而大多数春秋季常见的硅藻水华基本无显著毒性作用。
图3-1 发生微囊藻水华的水库一角
图3-2 红色的浮萍
以上三类为水体异色现象中最常见的原因。此外，水体异色也可能由上下层水的交换时，大量底部沉积物被带至表层引起(由于其成分基本也由有机物和重金属等组成，分析方法同以上三类)。
2 水体异色常用现场分析仪器
根据常见水体异色原因分类，结合应急监测的基本要求，一般选择以下6种仪器为现场分析仪器。
★ 水质多参数仪(DO、pH、水温、电导率等)
★ PHYTO-PAM叶绿素荧光仪
★ Delta-tox急性毒性仪
★ Check-light急性毒性仪
★ 便携式重金属分析仪(阳极溶出法)
★ DR2800便携式分光光度计
图5-1 水质多参数仪
☆ 主要用于测试水体DO和pH，从而为区分污染物提供辅助参考依据
PHYTO-PAM叶绿素荧光仪
☆ 主要用于测试水体中叶绿素含量，以及判断藻类的可能类别，进而确定是否为水华现象
图5-3 Delta-tox急性毒性仪
☆ 主要用来判断水体生物毒性大小，以确定水体污染程度。同时也用于判断是否为单纯水体浑浊。
Check-light急性毒性仪
☆ 用于区分有机污染与无机污染
图5-5 便携式重金属分析仪(阳极溶出法)
☆ 用于测试部分重金属浓度
DR2800便携式分光光度计
☆ 用于COD、分析部分重金属以及印染废水污染中的苯胺等污染物浓度。
3 水体异色现场快速分析技术
3.1 水体异色成因分析
3.1.1 基于各类仪器响应的水体异色成因检索
除了必要的现场分析仪器，水体异色的分析还需要结合现场的现象综合判断。根据常见的水体异色成因的不同特性，可大致对异色原因进行定性，制成如下检索表。
表1 水体异色原因初步检索表
1(6)DO正常，或偏低，PHYTO-PAM示值较低……………………………化学污染物引起
2(5)Chick-light毒性仪分析显示有机毒性……………………………有机污染物或Cr6+引起
3(4)加入DR2800配套二苯碳酰二肼粉剂后显色………………………………Cr6+污染引起
4(3)加入DR2800配套二苯碳酰二肼粉剂后不显色……………………有机污染物污染引起
5(2)Chick-light毒性仪分析显示重金属毒性…………………………………重金属污染引起
6(1)DO偏高或PHYTO-PAM示值较高…………………………………………生物污染引起
7(8)水面有漂浮物，且有根茎叶分化，仅分布于水体表层……………浮水或挺水植物引起
8(7)水面无漂浮物，或有漂浮物但无根茎叶分化…………………藻类异常增殖引起(水华)
3.1.2 基于表观现象的水体异色成因初步分析
仪器可以给出一部分信息，但是要具体到某一个细的分类，还需要结合表观现象，如水体的表观颜色。根据水体表观颜色的不同，可以参考下表初步判定水体异色的成因。
表2 基于表观颜色的水体异色成因初步分析
生物污染 化学污染
浮水植物水华 重金属有机污染
红色红色浮萍红裸藻Hg+
黄色--Cr6+、Ni+
蓝色-蓝藻Cu2+、Cr3++
绿色绿色浮萍绿藻、蓝藻Fe2++
黄褐色-硅藻、甲藻 Fe3++
☆ -表示极少出现此类现象;+表示可能出现此类现象且成分复杂。
3.2 水体异色危害性分析
由于应急监测特点，水体危害性分析只考虑污染水体对人的影响，暂时不考虑污染物对水体生态的破坏。
3.2.1 生物污染引起的水体异色危害性
由浮水或挺水植物引起的生物污染一般仅对景观以及水生态造成影响，对人体无明显毒性作用。由水华引起的水体异色，需要区分水华种类，如微囊藻等蓝藻水华以及部分甲藻水华可能会产生毒素，具有较强的危害性;而硅藻水华一般不产生毒素，通常2-4周后自然消亡，可不加以控制。
3.2.2 化学污染引起的水体异色危害性
由化学污染引起的水体异色一般来说对水生生态和人体都会产生一定的影响。其危害性随污染物的不同而有所差异。同种污染物又随着形态和浓度的差异而不同，如同浓度Cr6+的毒性较Cr3+高，大于生物安全阈值的Cr6+污染的危害与其浓度成正比。所以在危害评价时除了常规的污染浓度评价，还可以用生物毒性作为其评价指标。考虑到检测时间的有限性，以及污染因子对于单细胞生物的作用较快，在应急监测中一般使用发光菌急性毒性作为评价指标。当水体中污染物超过一定浓度即超过生物安全阈值后，污染物对发光菌的发光强度产生一定程度的抑制作用，从而表征水体受到污染，具有一定的生物危害性，需要加以控制和处理。
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