关于地表水中铁含量评价的探讨

2022-09-10

地壳中含铁量 (Fe) 约为5.6%, 分布很广, 但天然水中含量并不高。实际水样中铁的存在形态是多种多样的, 可以在真溶液中以简单的水合离子和复杂的无机、有机络合物形式存在。也可以存在于胶体, 悬浮物的颗粒中, 可能是二价, 也可能是三价的。而且水样暴露于空气中, 二价铁易被迅速氧化为三价, 样品p H>3.5时, 易导致高价铁的水解沉淀。样品在保存和运输过程中, 水中细菌的增殖也会改变铁的存在形态。铁及其化合物均为低毒性和微毒性, 含铁量高的水往往带黄色, 有铁腥味, 对水的外观有影响[1]。在《水和废水监测分析方法》 (第四版) (增补版) 中主要介绍了溶解性铁和总铁的测定方法。现行地表水环境质量标准——GB3838-2002中的表2:集中式生活饮用水地表水源地补充项目, 规定铁的标准限值是0.3mg/L。而实际测量地表水的过程中, 溶解性铁和总铁的含量差别很大, 为了研究地表水中溶解性铁和总铁的含量及相互关系, 进行了如下实验。

1 研究区简介

巢湖地处长江与淮河两大河流之间, 位于东经117.18-117.50, 北纬31.25-31.42, 在中新生代形成的巢湖断陷盆地南部, 形成与更新世发育的河谷平原上, 距今约一万年, 属于河成型湖泊, 当时面积约有2000km2[2]。湖区属北亚热带季风气候, 年均气温16.1℃[3]。四周分布着银屏山、凤凰山、冶父山、大别山、防虎山等, 流域内河流共33条, 分别属杭埠河-丰乐河、派河、西淝河-店埠河、柘皋河、白石山河、兆河、裕溪河7大水系, 其主要出入河流有9条, 分别为合肥市境内的南淝河、十五里河、派河、柘皋河、双桥河、兆河、白石山河、裕溪河, 六安市舒城县境内的杭埠河, 其中入湖水量最大的是杭埠河, 约占总入湖水量的60%左右。裕溪河是唯一的出水通道, 通往长江。属长江下游左岸水系, 总面积约775km2[4], 东西长61km, 南北均宽12km, 平均深度2.69m, 最大深度3.77m, 是安徽省最大的湖泊, 被称为中国五大淡水湖之一[5]。

2 研究材料与方法

2.1 采样与布点

共采集水样22个, 时间跨度为11个月, 每月采集水样一次, 监测点位位于巢湖东南部的裕溪河口, 编号1#和2#两个采集点。根据《地表水和污水监测技术规范》的规定, 水样取自水面下0.5m。

2.2 水样采集和样品预处理

采样前, 采样瓶先用自来水冲洗, 再用蒸馏水冲洗, 采样时, 用所采水样冲洗后, 进行正式采样, 采样后立刻用盐酸酸化至p H<2保存, 用来测定总铁;另取一份样品在采样现场经0.45μm的滤膜过滤, 滤液用盐酸酸化至p H<2, 用来测定溶解性铁。

测定总铁的样品, 需在地表水带回实验室后, 自然沉降30min, 取上层非沉降部分, 加入 (1+1) 硝酸若干毫升 (视取样体积而定, 通常每100m L样品加5.0m L硝酸) 置于电热板上加热消解, 确保溶液不沸腾, 缓慢加热至尽干, 取下冷却, 反复进行这一过程, 直到试样溶液颜色变浅或稳定不变。冷却后, 加入硝酸若干毫升, 再加少量水, 置电热板上继续加热使残渣溶解。冷却后用水定容至原取样体积, 使溶液保持5%的硝酸酸度。

测定溶解性铁的样品, 经0.45μm滤膜过滤, 滤液用盐酸酸化至p H<2后, 即可进行测定。

2.3 溶解性铁和溶解性铁的分析方法

测定地表水中的的溶解性铁和总铁均采用电感耦合等离子发射光谱法 (ICP-AES) 。方法来源:《水和废水监测分析方法》 (第四版) (增补版) 。使用仪器:利曼 (美国) Prodigy SPEC型电感耦合等离子原子发射光谱仪。试剂:硝酸 (优级纯) 。

2.4 评价标准

《地表水环境质量标准》 (GB3838-2002) 中表2集中式生活饮用水地表水源地补充项目标准限值规定铁的标准限值0.3mg/L。

修订之前的《地面水环境质量标准》 (GB3838-88) 中, 关于溶解性铁的分类标准, 如表1:

(单位:mg/L)

允许根据地方水域背景值特征做适当调整的项目

3 结果与分析

对1#和2#监测点连续11个月的监测分析, 共24个数据, 结果如表2。

(单位:mg/L)

由上表可知:以限值0.3mg/L为标准, 地表水中溶解性铁的超标率为9.09%, 平均值为0.177mg/L, 均值不超标。总铁的超标率为77.3%, 平均值为0.679mg/L, 均值超标0.26倍。由上表也可知, 溶解性铁占总铁的比例在6.3%--66.2%之间, 波动较大, 二者不具有明显的线性关系, 每一种数据都不能准确的反应水质中铁元素的含量。

4 对地表水中铁元素含量评价的思考

目前, 人们已发现了109种化学元素, 存在自然界中有90种, 存在人体内的有60余总, 在人体内含量超过0.01%的元素叫常量元素, 小于0.01%的元素叫微量元素, 微量元素在人体内含量很小, 但是生理作用很大。铁是人体必需的微量元素中含量最多的一种, 有半微量元素之称, 总量约为4-5g。人体中铁四分之三存在于血红蛋白、肌红蛋白和细胞色素中。铁虽然是人体的必需的微量元素, 铁本身也不具有多么强的毒性, 但当摄入过量或误服过量的铁时也可能导致铁中毒。儿童铁中毒多是急性铁中毒, 可导致上腹部不适、腹痛、恶心呕吐、腹泻黑便, 甚至面部发紫、昏睡或烦躁, 急性肠坏死或穿孔, 最严重者可出现休克而导致死亡。慢性铁中毒多发生在45岁以上的中老年人群中男性居多。由于长期服用铁制剂或者从食物和水中摄铁过多, 使体内铁含量超过正常的10-20倍, 就可能出现慢性铁中毒症状:肝、脾有大量铁沉淀着, 可表现为肝硬化、骨质疏松、软骨钙化、皮肤呈棕黑色或灰暗、胰岛素分泌减少而导致糖尿病。对青少年还可使生殖器的发育受到影响。有报道称, 铁中毒还可诱发癫痫病 (俗称羊角疯) [6]。可见铁对人体健康的影响还是很大的, 为了更客观, 更准确的评价铁元素对水质以及人体健康的影响, 建议采用溶解性铁的含量来评价地表水水质, 或者溶解性铁和总铁一起对地表水进行评价, 把总铁做为参考数据。

摘要：以巢湖水质为研究对象, 探讨巢湖水中溶解性铁和总铁之间的关系, 结合《地表水环境质量标准》 (GB3838-2002) 中的规定, 对水中铁元素的评价方式进行探讨。

关键词：巢湖,溶解性铁,总铁