浊度对总磷在线自动分析仪监测的影响机制研究

彭成碧，赵鹏飞

（四川省阿坝生态环境监测中心站，马尔康624000）

在天然水和各大工厂所排放的废水中，都会含有磷这种物质，它会以各种各样的形式存在于水中，例如正磷酸盐、有机结合磷酸盐、缩合磷酸盐等等。与此同时，总磷也是反应水环境污染程度的一个重要指标，也表示了谁的营养化程度，在对水环境的质量进行检测时，总磷也是重点的监测指标[1]。总磷指的是当水中各种形式的磷转化为正磷酸盐后测定的含量，它是以每升水样含有磷毫克数来进行剂量的，水环境中的总磷主要来源于工业废水、生活污水以及化肥农田灌溉等等，如果一个水生态环境处于健康状态，其磷的含量会在一个较为合理地范围内波动，只有这样才能维持生态系统的平衡，当水环境很粗的总磷含量超过一定的量时，就会致使水体中的藻类生物快速增长，蓝绿藻会爆发进而产生水华，当到了水华的中后期时，随着水体中耗氧微生物的数量的极速增长，蓝绿藻凋亡细胞会被大量的降解，整个过程会使得水中的含氧量大大降低，最后会导致水中的鱼类以及滤食性生物大量死亡，使得水体产生难闻的一味，最后造成生态平衡的破坏。

近些年来，为了能够提高水环境监测数据的准确性，在进行水环境的监测时会应用到总磷在线自动监测仪，但是在使用总磷在线自动监测仪进行水质检测时，其监测结果会受到浊度的较大影响，所以这里我们对浊度对总磷在线监测仪的影响进行了分析研究，并通过实验对总磷在线监测仪的各项性能进行了分析。

1 总磷在线自动监测仪

总磷检测数据的真实性与检测仪器的可靠性和准确性关系很大，而数据的质量是监测网络中十分重要的环节之一。目前，我国总磷检测方法遵照的是GB 11893-89的《水质总磷的测定钼酸铵分光光度法》[2]。而在实际的在线监测过程中，水样的浊度会对监测数据造成很大的影响，如果水样的浊度较高，监测仪所监测出来的结果会高于实际的情况。据相关统计，有色金属冶炼、印染、造纸等企业多排放的污染物具有较高的浊度。一般都在400NTU 以上，而食品加工、养殖、制药等企业排放的污染物浊度一般在100-400NTU之间，地表水，如江、湖、河等水域一旦发生蓝绿藻爆发，其浊度可以达到400NTU，常规情况下，国内的主要湖泊河流浊度一般都低于50NTU，而污染较大的水体浊度会在50-400NTU之间波动。

我国目前使用的总磷监测仪是以总氮磷为一体的仪器，例如TNP4110型、LFIN（P）-DW型、TPNA-300型、NPW-150型以及TPN-2000型等机型，而在国内地表水预警监测系统中主要使用的是TNP4110 型和NPW-150 型着两种型号的总磷在线自动监测仪，二者份额达到了九成以上[3]，这两种监测仪的稳定性较好，同时其分析方法与实验室国际方法的要求相符合，但是如果当多监测的水质变得混浊时，总磷在线自动监测仪的监测数据就会和实验室所测定的手工数据存在很大的差异。

1.1 总磷在线自动监测仪的工作原理

总磷在线自动监测仪监测总磷的方法是将国标钼蓝法作为基础的，有仪器的机电部件来完成实验室人操作的分析过程，以此实现在线监测的目的。下图为总磷在线自动监测仪流路图。

图1 总磷在线自动监测仪流路示意图Fig.1 Flow path diagram of total phosphorus on-line automatic monitor

总磷的监测步骤。先用水样对水池进行冲洗，将药剂A和经过预处理的水样加入比色池内，当其充分混合后，在高温、高压的条件进行反应，反应产物为正磷酸盐，将产物进行迅速冷却，然后将药剂和药剂D加入比色池中，同样混合均匀，使其充分反应，待反应结束后，利用光度计对溶液的吸光度进行测量[4]，并将测量的结果与空白值进行对比，最后将总磷的浓度值计算出来。

正磷酸盐的测量。将仪器设置为测量模式，用样品对比色池进行冲洗，向其中加入试剂A，对其进行加热，使氧化剂破坏转化为硫酸，然后对其进行冷却处理，再通过蠕动泵向比色池中加入试剂C、D 以及样品，将它们进行充分的混合、反应，然后使用光度计对溶液的吸光度进行测量，与空白值进行对比，正磷酸盐你的浓度可以通过计算得出。

含磷缓蚀剂的测量。自动监测仪能偶显示出磷酸根和总磷的含量，将相应的因子输入后，就可以直接显示出相应的除垢剂的浓度值。

1.2 NPW-150型与TNP4110型总磷在线自动监测仪的对比

首先对两种监测仪的性能参数进行对比，NPW-150型自动监测仪是美国哈希生成的，原属于日本的DKK，而TNP4110则是如本岛津生产的，二者的性能参数如下表。

表1 NPW-150型与TNP4110型自动监测仪参数对比Tab.1 Comparison of parameters between NPW-150 and TNP4110 automatic monitors

工作原理分析，TNP4110型总磷在线自动监测仪的工作原理是：利用注射器通过2个八通阀门将样品抽取到注射器中，然后向其中添加K2S2O8和H2SO4，使其混合均匀，再放到消解池中，在UV 光照射下对其进行加热，直到温度达到95℃，整个过程需要持续20min，待样品氧化成正磷酸根离子后，利用注射器将样品抽回注射器中，在向其中加入NaOH进行中和，然后加入抗坏血酸和钼酸[5]，对实验样品进行钼蓝还原反应显色，通常会显现出淡蓝色，再将显色后的样品置于检测池中，对其在880nm出的吸光度进行测量，最后根据零点校正和量程校正的吸光度进行计算，就能够将样品的总磷浓度计算出来，进而得到实验结果。

NPW-150 型总磷在线自动监测仪的工作原理是：利用120℃的K2S2O8在中性条件下对实验样品进行高温消解，使样品中所含有的所有磷酸盐转化为可溶性的正磷酸盐，而正磷酸盐可与酒石酸锑氧钾和钼酸铵发生反应，最后生成磷钼杂多酸，该物质能够被还原剂抗环血酸还原，还原后会成为蓝色的络合物，最后利用分光光度法闭塞测定，即可得到最后的实验数据结果。

实验室的分析原理，实验室中是利用K2S2O8在中性条件下对水样进行消解，通过消解使水样中的磷酸盐转化为能够溶于水的正磷酸盐，在利用酒石酸锑氧钾、钼酸铵与正磷酸盐之间的化学反应，使其生成磷钼杂多酸，再利抗环血酸这种还原剂对该物质进行还原，最后会生成蓝色的络合物，将得到的蓝色络合物在室温下静置15min，然后取波长在700nm 出，用光程为30nm 或10nm 的比色皿，以零度溶液为参比，对其进行吸光度的测量。最后将空白石艳的吸光度去除，即可从校准曲线上查出总磷的量[6]，即实验室的分析结果。

2 实验

2.1 实验样品准备

这里的实验样品选择的是枯水期和丰水期具有代表性时间段的水样，而实验室手工监测的样品选用自动分析仪的溢流口的水样，样品采集完毕后，向其中添加硫酸，使其酸化为PH值在1以下的条件保存。

2.2 实验结果分析

TNP4110型自动监测仪实验结果，该型号的总磷自动监测仪是利用紫外消解-磷钼蓝吸光光度法进行监测分析的，这种型号的仪器具有很好的稳定性，只是如果水质混浊时，其分析结果会受到较大的影响。将TNP4110在线自动监测仪的实验结果和实验室分析数据进行对比，如表2所示。

表2 TNP4110型总磷在线自动监测仪监测结果Tab.2 Monitoring results of TNP4110 total phosphorus online automatic monitor

从表2中可以看出总磷的分析结果和浊度值表现出明显的相关性，即浊度值越大，总磷在线监测仪所检测的结果总磷浓度越大，该结果与实验室的分析结果数值的差异也越大，当浊度值较小时，自动监测仪的检测结果数值与实验室的分析结果相差则不会较大，也就是说当浊度较低时，总磷在线自动监测仪的检测结果更为准确。

NPW-150 型自动监测仪的实验结果，该自动监测仪是利用高温消解-铃木蓝光吸光光度法对实验样品进行分析的，其稳定性良好，但是其分析结果会受到水质浊度的较大影响。同样与实验室的分析结果进行对比，如表3所示。

表3 NPW-150型总磷在线自动监测仪监测结果Tab.3 Monitoring results of NPW-150 total phosphorus online automatic monitor

由表3可知，总磷的分析结果和浊度值表现出明显的相关性，即浊度值越大，总磷在线自动监测仪所检测的结果总磷浓度越大[7]，和实验室分析结果的数值相差越大，反之浊度值越小时，总磷浓度值和实验室的分析结果更加一致。

3 排出浊度干扰的方法

3.1 增加水样玉池里装置

为了排出浊度对自动监测仪的干扰，可以设计一个科学合理地水样预处理装置，以此来降低水样的浊度，进而降低总磷在线自动监测仪检测结果的偏差值。另外还可以对系统运行软件进行升级，通过PLC在对整个预处理流程进行控制，当水样的浊度不同时可以采取不同的预处理流程[8]，也就是将预处理程序和浊度做关联处理，这样预处理运行软件就可以自动对浊度进行判断，确定使用的预处理流程，如过滤-匀质或者沉淀-匀质预处理等。

3.2 浊度-色度补偿法

浊度-色度补偿法通常是实验室中采用的用来排出浊度干扰的方法，但是如果整个实验只有浊度干扰时，利用好离心去除法和消解液过滤法即可获得满意的结果，所以该方法应用的时候并不是很多。其次是由于总磷在线自动监测仪的设计问题，大多监测仪不具备色度补偿功能，只有个别少数型号的自动监测仪有这项功能，所以这种方法用到的也并不是很多。

4 结语

实验数据表明，总磷在线监测仪的监测数据结果与浊度存在明显的相关性，当水样的浊度较低时，自动监测仪的监测记过和实验室的测量值具有良好的一致性，但是浊度较高时，自动监测仪的分析结果总磷浓就会偏高，与实验室的测量结果存在很大的差异。浊度对总磷在线自动监测仪的这种影响的原因是由于浊度对紫外波长的光强具有一定程度的吸收能力，而监测仪是使用钼酸铵分光光度法进行分析的，所以浊度对监测结果有较大的影响。在实际的水质的监测过程中，可以通过安装水样预处理装置来降低浊度对监测结果的影响。