巢湖不同流域中上覆水砷離子的檢測與形態(tài)分布

李雨奎

巢湖不同流域中上覆水砷離子的檢測與形態(tài)分布

李雨奎

為分析巢湖不同形態(tài)砷污染的程度以及分布特征，以安徽巢湖不同流域中上覆水為研究對象，利用原子熒光形態(tài)分析儀測定了砷離子的含量以及形態(tài)。結(jié)果顯示：巢湖不同流域中上覆水砷含量各不相同，上覆水中總砷含量的平均值都未超過地表水砷含量的標(biāo)準(zhǔn)，上覆水總砷濃度為4.190-11.014 ug/l，三價(jià)砷濃度為0.684-6.336 ug/l，五價(jià)砷濃度為2.456-7.832 ug/l。巢湖同一流域上覆水中，五價(jià)砷平均含量高于三價(jià)砷含量。

砷離子；形態(tài)；上覆水；巢湖

1 前言

巢湖是安徽最大的淡水湖，位于長江水系的下游，湖岸線長度大概有175千米，水深平均為3.26米，湖水面積約為725平方千米[1]。入湖主要河流有南淝河、派河、杭埠河、白石天河等。入湖河流從南、西、北三面匯入湖內(nèi)，然后在巢湖市城關(guān)出湖，經(jīng)裕溪口注入長江，其中杭埠河為最大入湖河流，占入湖流量的57%[2-4]。這些河流給巢湖帶來大量的重金屬元素和污染物質(zhì)，同時(shí)也攜帶了大量的泥沙，是造成巢湖污染的主要原因。

砷是一種廣泛存在于自然界的重金屬元素[5]。砷在水中一般存在形式分為顆粒態(tài)砷和可溶態(tài)砷，可溶態(tài)砷又分為五價(jià)砷化合物和三價(jià)砷化合物。三價(jià)砷化合物是一種劇毒物質(zhì)，可在人體中進(jìn)行富集，對人類身體健康造成嚴(yán)重危害。在人體中，五價(jià)砷化合物可在某些成分作用下轉(zhuǎn)化為三價(jià)砷，對人體產(chǎn)生危害。雖然大部分砷的化合物有毒性，但人們也應(yīng)用這種毒性為人類服務(wù)，如殺蟲劑、除鼠藥等。砷也可被應(yīng)用為電的導(dǎo)體，被使用在半導(dǎo)體上。巢湖中砷污染一般分為自然源和人為源，自然源是自然界的氣候條件引起的[6]；而人為源一般為含砷化學(xué)農(nóng)藥和除草劑的應(yīng)用，以及工廠廢水中部分含砷化合物的排放等。這些含砷化合物的排放，聚集到巢湖后，無法從巢湖中去除，造成巢湖水體砷的污染。因此治理巢湖重金屬砷污染迫在眉睫。本次實(shí)驗(yàn)以巢湖水體為研究對象，對巢湖湖區(qū)不同流域中上覆水進(jìn)行采樣，分析巢湖中砷離子的形態(tài)分布，并測定水中砷離子的含量，為巢湖砷污染治理做出理論參考。

2 材料和方法

2.1 試驗(yàn)材料

采樣時(shí)所需儀器：便攜式溶解氧測定儀(HI9146，哈納沃德儀器有限公司)、電導(dǎo)率儀(DDS-320型，上?？祪x儀器)、濁度儀(NTU-630型，北京奇度瑞吉科技)、原子熒光形態(tài)分析儀(SA-20型，北京吉天儀器有限公司)、砷高強(qiáng)度空心陰極燈。

砷標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.1 ug/ml):取1 ml砷標(biāo)準(zhǔn)液(1000 ug/ml)稀釋至100 ml容量瓶A中,加水定容。再從容量瓶A中取1 ml溶液稀釋至100 ml容量瓶B中，加水定容，即所需濃度。濃鹽酸：ρ=1.19 g/ml，優(yōu)級純；濃硝酸：ρ=1.42 g/ml，優(yōu)級純；

50%的硝酸：用優(yōu)級純硝酸與等體積水混合。硼氫化鉀溶液(ρ=0.02 g/ml):稱取5.0 g NaOH固體放入盛有1000 ml水的燒杯中，溶解后再加入20 g KBH4，溶解混勻。臨時(shí)現(xiàn)配，用作砷的測定載液；硫脲-抗壞血酸混合溶液：5 g抗壞血酸和稱取5 g硫脲，用100 ml溶解，混合均勻[10]。

2.2 方法

2017年3月3號從巢湖中選取8個(gè)采樣點(diǎn)，使用GPS定位，同時(shí)測定湖水的溫度、pH、電導(dǎo)率、溶解氧、濁度。每個(gè)采樣點(diǎn)用塑料瓶采集三份平行上覆水水樣，每個(gè)水樣瓶編號，并記下采樣日期和地點(diǎn)。采集的水樣立即用硝酸調(diào)節(jié)至pH=2，-4 ℃暗處保存，運(yùn)送到實(shí)驗(yàn)室備用[7]。

用原子熒光形態(tài)分析儀測量砷離子時(shí)，三價(jià)砷離子進(jìn)入反應(yīng)裝置，以硼氫化鉀溶液為載液，氬氣為載氣，生成氣態(tài)的砷化氫。砷基態(tài)原子接受元素?zé)舭l(fā)射光激發(fā)產(chǎn)生原子熒光，測定原子熒光的相對強(qiáng)度值[8]。在一定濃度范圍內(nèi)，其含量與原子熒光的相對強(qiáng)度成線性關(guān)系[9]。

原子熒光形態(tài)分析儀器工作條件：載氣流量400 ml/min，負(fù)高壓270 V，原子化溫度200℃，測量高度8 mm，燈電流40 mA，屏蔽氣流量900 ml/min[11]。

標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：分別準(zhǔn)確量取0.00 ml、1.00 ml、2.00 ml、5.00 ml、7.00 ml、10.00 ml質(zhì)量濃度0.1 ug/ml砷標(biāo)準(zhǔn)溶液于100 ml容量瓶中，加入5 ml濃鹽酸，再加入20 ml硫脲-抗壞血酸混合溶液，用蒸餾水定容至刻度，混勻。此標(biāo)準(zhǔn)系列濃度為0.00 ug/l、1.00 ug/l、2.00 ug/l、5.00 ug/l、7/00 ug/l、10.00 ug/l。取10 ml使用原子熒光形態(tài)分析儀測定并繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

樣品中三價(jià)砷的測定：量取5 ml水樣至10 ml比色管中，放入0.5 ml濃鹽酸，用水定容，混勻，放置0.5 h后測定。記錄相應(yīng)的相對熒光值并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線算出水樣三價(jià)砷的含量。

水樣中五價(jià)砷的測定：在測定完三價(jià)砷的剩余樣品中，加入1 ml硫脲-抗壞血酸混合溶液，搖勻，放置0.5小時(shí)后測定。記錄相應(yīng)的相對熒光值并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線算出水樣中總砷的含量?？偵闇p去三價(jià)砷就可以得出五價(jià)砷的含量。

3 結(jié)果與討論

3.1 采樣點(diǎn)上覆水中的各項(xiàng)物理化學(xué)參數(shù)

巢湖中各采樣點(diǎn)的理化性質(zhì)如表1所示。表1顯示，巢湖水溫為14.3 ℃左右，與巢湖平均水溫(16 ℃)比較，相差不大，在正?？勺兎秶鷥?nèi)。從表1可知，姥山島南透明度較大，水色也較高，白石天河、杭埠河、派河透明度最小，水色最低，南淝河及其周圍區(qū)域的河水透明度較小，色度也稍低。巢湖是安徽最大的淡水湖，平均水深為1-3米。本次采樣點(diǎn)水深普遍大于3米，經(jīng)過調(diào)查發(fā)現(xiàn)，因巢湖在治理污染中，政府對巢湖進(jìn)行了清淤處理，巢湖水深因此較以前深度增加。經(jīng)實(shí)驗(yàn)測量，巢湖水體中溶解氧以南淝河和姥山島南采樣點(diǎn)相對較高，電導(dǎo)率以杭埠河和派河與南淝河間采樣點(diǎn)相對較高。

表1 采樣點(diǎn)上覆水的基本理化性質(zhì)

3.2 不同流域采樣點(diǎn)上覆水中不同態(tài)砷離子含量結(jié)果及分析

根據(jù)表2中不同形態(tài)砷離子含量的數(shù)據(jù)顯示：巢湖中上覆水總砷的濃度大部分低于10 ug/l(陸地水中溶解態(tài)砷大部分都低于10 ug/l)，而杭埠河總砷埠含量略高于10 ug/l。巢湖上覆水中五價(jià)砷的含量普遍大于三價(jià)砷的含量，由此可知，巢湖水域當(dāng)前砷污染主要以五價(jià)砷為主。從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，巢湖中部砷離子含量小于湖岸邊，河流入湖口砷離子含量大于巢湖中心砷離子含量。

4 討論與結(jié)論

近年來,國內(nèi)外已有不少科研人員進(jìn)行了大量的實(shí)驗(yàn)，研究了不同流域中砷離子的含量和形態(tài)分布。國外有學(xué)者研究了微束X射線吸收光譜法測定流體包裹體中的砷形態(tài)[12]，厭氧微生物作用下土壤中砷的形態(tài)變化與再分配[13]。國內(nèi)有研究發(fā)現(xiàn)巢湖不同功能區(qū)域土壤的重金屬含量分布不平衡,工業(yè)區(qū)明顯高于生活區(qū)和療養(yǎng)區(qū)[14]；巢湖表層沉積物重金屬分布不均勻，河流入湖口大于湖心，河流入湖口重金屬污染嚴(yán)重，顯示人為影響對巢湖污染高的貢獻(xiàn)率[15]。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果來看，各采樣點(diǎn)的總砷濃度均沒有超過地表水環(huán)境質(zhì)量的一類標(biāo)準(zhǔn)，說明總體上巢湖的砷污染較輕。但是近年來巢湖水體整體處于中低等富營養(yǎng)化狀態(tài)，整體生態(tài)環(huán)境相對脆弱，因此巢湖的治理過程中不僅在盡量控制氮磷濃度的同時(shí)，還要采取防范措施防止砷等其他重金屬的污染，避免巢湖水質(zhì)的全面惡化[16]。

表2 巢湖不同流域上覆水中不同形態(tài)砷離子含量

巢湖上覆水中五價(jià)砷含量普遍比三價(jià)砷含量高，這說明巢湖周邊五價(jià)砷的排放量高于三價(jià)砷的排放量。相關(guān)研究也表明，南淝河與杭埠河水體中砷的分配系數(shù)分別為2.9和4.5kg.L-1，這可能與不同的污染源導(dǎo)致砷元素的存在形態(tài)差異有關(guān)[17]。

巢湖不同流域上覆水中砷離子分布不均勻，湖中部砷離子含量小于湖岸邊，河流入湖口砷離子含量大于湖中心，由此可知砷離子含量受人類活動(dòng)影響比較大，這與其他學(xué)者研究結(jié)論一致。巢湖入湖河流砷濃度特征表現(xiàn)為南淝河較低，這和相關(guān)研究有所不同[16]，表明近期巢湖清淤工程在一定程度上降低了砷污染水平；而杭埠河中砷濃度較高，可能是周邊的部分工業(yè)企業(yè)污水無序排放所致，這需要環(huán)境保護(hù)部門進(jìn)一步加強(qiáng)水體的監(jiān)督與監(jiān)測。

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DetectionandDistributionofArsenicIonsinOverlyingWaterinDifferentBasinsofChaohuLake

Li Yukui

In order to investigate the levels and distribution of arsenic pollution in Chaohu Lake in Anhui province, the determination of Arsenic content was made by atomic fluorescence analyzer with species of overlying water as research object. The results show arsenic content of the Chaohu Lake from some rivers around the lake are different. The concentration of total arsenic is 4.190-11.014 ug/l, the concentration of trivalent arsenic is generally 0.684-6.336 ug/l, and pentavalent arsenic concentration is generally 2.456-7.832 ug/l; Chaohu in the overlying water pentavalent arsenic content is higher than trivalent arsenic content; the total arsenic content does not exceed environmental quality standard of surface water(GB3838-2002).

arsenic; species; overlying water; Chaohu Lake

X830.2

A

1673-1794(2017)05-0040-03

李雨奎，淮北師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院副教授(安徽 淮北 235000)

安徽省高校自然科學(xué)重大研究項(xiàng)目(KJ2017ZD55)

2017-04-13

責(zé)任編輯：李應(yīng)青