水中總氮總磷聯合消解測定的試驗分析

任華紅

(洪洞縣水利局，山西 臨汾 041600)

1 問題的提出

總氮及總磷含量是反映水環境富營養化程度的常見指標，GB11894-2010、GB11893-1989等國家標準及行業規范中均有對地下水中總氮、總磷含量測定方法的相關規定，但相關理論研究和實踐應用卻相當少見，且當前既有研究成果在總氮總磷聯合消解測定試驗條件方面存在較大差異，測定過程所需高溫高壓消解時間過長，費時費力。為此，文章試圖在分析的基礎上構建起農村安全飲水工程地下水水源中總氮總磷聯合消解測定的分析思路。

2 試驗過程

2.1 試驗原理

按照GB11894-2010、GB11893-1989等國家標準的規定，總氮測定過程中應加入堿性過硫酸鉀氧化劑，而總磷測定時，應加入中性過硫酸鉀，在溫度過高時過硫酸鉀水溶液分解后會生成H+和O2，消解試驗開始時堿性過硫酸鉀消解水樣的確呈堿性，符合總氮消解要求[1]；所生成的H+也可與溶液中的OH-發生中和反應，達到總磷消解要求[2]。為保證試驗消解試驗成功，必須確保過硫酸鉀(K2S2O8)與氫氧化鈉(NaOH)的配比完全符合總氮總磷聯合消解相關要求，總氮總磷聯合消解要求，見表1。

表1 總氮總磷聯合消解要求

根據分析可知，NaOH的摻加量存在較大差異，也就是說NaOH摻加量的控制是總氮總磷聯合消解酸度控制及試驗成敗的關鍵。

2.2 試驗步驟

主要試驗用試劑包括500mLK2S2O8、300mLH3BO3、200mLNaOH混合液，采用棕色試劑瓶儲存，在100℃中干燥1h的EDTA二鈉用水溶解1.3290g再定容至1000mL后灌裝在棕色試劑瓶后存在于4℃環境備用。在50mL容量的比色管內加入25mL水樣和濃度50g/L的K2S2O8、濃度12g/L的NaOH所配置而成的堿性K2S2O8溶液10mL，塞緊并用生料帶扎緊管口后混合均勻，置于壓力蒸汽滅菌器內加熱至壓力表指針指向1.1-1.5kg/cm2且溫度達120-125℃后計時，使其充分消解30min后停止加熱，自然冷卻后再通過氨水將比色管內溶液稀釋至標線處。

再取容量25mL的比色管加入25mL消解液和HCl溶液1mL搖勻，采用紫外分光光度計分別進行220mm和275mm吸光度的測定。此后將2.5mL鉬酸銨溶液加入容量50mL比色管內剩余的25mL消解液內，搖勻后再摻加0.15mL氯化亞錫溶液，待顯色反映5min后進行700mm吸光度測定。

3 試驗結果及討論

3.1 K2S2O8加入量

在進行試樣消解過程中，如果NaOH含量太高，會影響到總磷的氧化過程，而一旦NaOH含量偏低，會對氮氧化產生不利影響。若以等物質量K2S2O8和NaOH混合液為氧化劑進行試樣消解，則反應之初溶液呈堿性且符合總氮消解要求，待混合溶劑內NaOH徹底被中和掉后，會逐漸呈現出弱酸性。但是應當充分考慮到消解過程的復雜性，氧化劑混合液中K2S2O8和NaOH的比例控制難度較大。

在本次試驗中，以標準方法進行總氮、總磷消解所需的K2S2O8加入量總和為限，對于0.02g/mL試樣和濃度為50g/L的K2S2O8，則應加入10mLK2S2O8溶液進行反應；分別加入0、3、4、6、7.5和10mL濃度20g/L的NaOH時，每25mL試樣內所摻加NaOH的質量就分別為0、0.06、0.05、0.12、0.15g，分別對應著0、2.4、3.2、4.8、6.0、8.0g/L的NaOH濃度。

根據國家標準所規定的方法進行試樣總氮、總磷含量均值的復測，結果分別為1.17mg/L和0.019mg/L，根據上述方法進行溶劑內總氮、總磷含量的測定。總氮、總磷含量測定結果，見表2。

表2 總氮、總磷含量測定結果

根據表2結果，在25mL水樣內NaOH摻加量在0.00-0.12g時，就能滿足總磷消解需要，而當NaOH摻加量達0.08-0.20g時便能滿足總氮消解需要。所以可將總氮總磷聯合消解過程所需要的NaOH摻加量應初步確定為0.0078g/mL，堿性K2S2O8摻加量應為10mL，此時NaOH和K2S2O8濃度分別為12g/L和50g/L。

3.2 聯合消解曲線

根據試驗步驟及總氮濃度和總磷濃度測定值，分別繪制總氮、總磷聯合消解曲線，聯合消解總氮測定曲線，見圖1；聯合消解總磷測定曲線，見圖2。

圖1 聯合消解總氮測定曲線

圖2 聯合消解總磷測定曲線

3.3 誤差分析

分別配置總氮、總磷含量10mg/L、1mg/L的樣品1和4mg/L、0.4mg/L的樣品2，采用文章所提供的試驗方法進行測定，得到的變異系數為1.01%和3.96%，加標后回收試驗結果表明，總氮、總磷回收率均值為96.7%、101.9%，符合國家標準及設計規范。

4 試驗結果的應用

4.1 工程概況

高村現有移民382戶，1146人，全村耕地147hm2，主要以糧食作物為主，人均收入5000元/a。該村位于淹底鄉東北部的曲亭水庫大壩下游河道左岸的丘陵地帶臺地上。距縣城25km。面積96km2，屬丘陵山區。淹底鄉高村飲水安全工程主要利用村內現有機井水源，鋪設村級輸水管網，進行自來水入戶。洪洞縣曲亭鎮淹底鄉地下水儲量有限，加上人類活動所導致的地下水環境污染，使該地區地下水安全形勢愈加嚴峻，對地區農村安全供飲水十分不利。

4.2 樣品測試

分別在淹底鄉洪洞縣曲亭鎮東北部的曲亭水庫大壩下游河道左岸、河道右岸、堯都區喬李鎮、淹底村鄉政府取得4個地下水樣品，并采用文章所提出的聯合消解法及GB11894-2010、GB11893-1989所規定的標準方法進行水樣中總氮、總磷含量測定。淹底鄉曲亭鎮地下水樣品總氮、總磷測定結果，見表3。

表3 淹底鄉曲亭鎮地下水樣品總氮、總磷測定結果 mg/L

對上表數據分別進行聯合消解法和標準法的顯著性檢驗，所進行的r檢驗和t檢驗結果如下：總氮測定r=0.9998，t=71.2>t0.01(2)=6.96，總磷測定r=0.9973，t=17.49>t0.01(2)=6.96。可見，聯合消解法和標準法結果相關性顯著[3]，本試驗所給出的聯合消解法對于淹底鄉高村地下水總氮總磷檢測較為適用。

5 結 論

文章對淹底鄉高村地下水的試驗及分析結果表明，以過硫酸鉀(K2S2O8)與氫氧化鈉(NaOH)作為氧化劑，在反應之初溶液呈堿性并符合總氮消解要求，能有效解決試樣消解過程中NaOH含量過高或過低對總磷、總氮氧化過程所產生不利影響。本試驗所提出的總氮總磷聯合消解方法與標準方法具有顯著相關性，且在淹底鄉高村地下水資源測定方面的應用也較為成功。