1校园景观水体富营养化评价-葛好晴

实验报告摘要：为综合评价校园景观水体富营养化状况，用比色法测定水体三氮、总磷和叶绿素-a的含量，测定结果表明下沉广场水体氨氮、硝酸盐氮含量较高，亚硝酸盐氮含量相对较低，说明水体有新的污染，在此前的污染已基本自净；综合总氮、总磷、叶绿素-a三个指标的测量结果，根据水体富营养化程度划分标准，判定水体为重度营养化。最后根据现状提出科学合理的建议。关键词：三氮；总磷；叶绿素-a；富营养化；水体自净1引言水体中的含氮化合物主要来源于生活污水、工业废水以及农业面源污染等。富营养化是水体污染的一种表现，严重的富营养化可造成合理水生生态结构的破坏，加快湖泊等水体的老化过程。[1]因此对水体富营养化状况的监测显得尤为重要。常用的监测指标有透明度、高猛酸盐指数、总氮、总磷、叶绿素-a含量等。[2]本文分别用纳氏试剂比色法、盐酸萘乙二胺比色法、二磺酸酚比色法测得水体中氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮的含量。同时测得总磷和叶绿素-a的含量。在对实验结果进行分析后提出科学合理的建议。2材料与方法2.1材料（1）试剂：湖心岛桥处水样一份、东二旁木桥处水样一份、下沉广场水样一份、蒸馏水、纳氏试剂、酒石酸钾钠溶液、铵标准溶液、亚硝酸盐标准使用液、盐酸萘乙二胺显色剂、二磺酸酚试剂、盐酸盐标准溶液、浓氨水、磷酸盐标准溶液、硫酸、过硫酸铵、6mol/LNaOH、2mol/LHCl、10g/L酚酞、90%丙酮溶液、混合试剂（2）仪器：分光光度计、电炉、恒温水浴、50mL比色管、陶瓷蒸发皿、移液管（1mL、2mL、5mL、10mL）、容量瓶（250mL、500mL）、250mL锥形瓶、10mL具塞小试管玻璃纤维滤膜、剪刀、玻璃棒2.2操作方式2.2.1氨氮的测定——纳氏试剂比色法（1）水样蒸馏为保证蒸馏装置不含氮，须先在蒸馏瓶中加200mL无氨水，加10mL磷酸盐缓冲溶液、几粒玻璃珠，加热蒸馏至馏出液中不含氨为止（用纳氏试剂检验），冷却。然后将此蒸馏瓶中的蒸馏液倾出（但仍留下玻璃珠），量取水样200mL，放入此蒸馏瓶中（如预先试验水样含氨量较大，则取适量的水样，用无氨水稀释至200mL，然后加入10mL磷酸盐缓冲专业：环境科学姓名：葛好晴学号：3120103008日期：2015.3.27地点：农生组团B-255课程名称：环境化学实验（甲）指导老师：___谢晓梅_______成绩：实验名称：校园景观水体富营养化评价实验类型：________________同组学生姓名：曹妙凤溶液）。另准备250mL容量瓶一只，移入50mL吸收液（吸收液为0.01mol/L硫酸或20g/L硼酸溶液），然后将导管末端浸入吸收液中，加热蒸馏，蒸馏速率为每分钟6~8mL，至少收集150mL蒸馏液，蒸馏至最后1~2min时，把容量瓶放低，使吸收液的液面脱离冷凝管出口，再蒸馏几分钟以洗净冷凝管和导管，用无氨水稀释至250mL，混匀，以备比色测定。（2）标准曲线的绘制取8只50mL比色管，分别加入10μg/mL氨标准溶液0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、5.00、7.00、10.00mL，加无氨水稀释至刻度。在各比色管中加入1.0mL酒石酸钾钠溶液，摇匀，再加1.5mL纳氏试剂，摇匀放置10min。用1cm比色皿在波长425nm处，以蒸馏水为参比测定吸光度，绘制标准曲线。（3）水样的测定如为较清洁水样，直接取50mL澄清水样置于50mL比色管中。一般水样则取上述方法蒸馏出的水样50mL，置于50mL比色管中。若氨氮含量太高则酌情取适量水样用无氨水稀释至50mL。在比色管中加入1.0mL酒石酸钾钠溶液，摇匀，再加1.5mL纳氏试剂，摇匀放置10min。用1cm比色皿在波长425nm处，以蒸馏水为参比测定吸光度，在标线上查得水样的氨氮含量。2.2.2亚硝酸盐氮的测定——盐酸萘乙二胺比色法（1）水样的预蒸馏对于有颜色或悬浮物的的水样，可在每100mL水样中加2mL氢氧化铝悬浮液，搅拌，静置过滤，弃去25mL初滤液。（2）标准曲线的绘制取7只50mL的比色管，分别加入1μg/mL亚硝酸盐标准溶液0.00、0.50、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00mL，加入无氨水稀释至刻度。在各管中加入2.0mL盐酸萘乙二胺显色剂，摇匀放置20min，用1cm比色皿在波长540nm处，以蒸馏水为参比测定吸光度，绘制标准曲线。（3）水样的测定取50mL水样于50mL比色管中，加入2.0mL盐酸萘乙二胺显色剂，摇匀放置20min，用1cm比色皿以蒸馏水为参比测定540nm下的吸光度，从标线上查到亚硝态氮的含量。2.2.3硝酸盐氮的测定——二磺酸酚比色法（1）水样的预处理对于污染严重或色泽较深（色度超过10）的水样，进行脱色处理，方法同亚硝态氮测定。由于氯化物对测定有干扰，使得测定结果偏低，需要加硫酸银来沉淀氯离子。当亚硝酸盐含量高（超过0.2mg/L）时，加高锰酸钾将其氧化为硝酸盐，并从测定结果中扣除其含量。（2）标准曲线的测定50mL比色管中分别加入20μg/mL硝酸盐标准溶液0.00、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00、4.00Ml，加入1.0mL二磺酸酚，3.0mL无氨水，再用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。用1cm比色皿，在410nm波长处，以蒸馏水为参比测定吸光度。（3）水样测定吸取经过预处理的水样50.00mL至蒸发皿中，置于水浴中蒸干。加入1.0mL二磺酸酚，用玻璃棒研磨使试剂与蒸发皿内残渣充分接触，静置10min。再加入少量蒸馏水，搅匀滤入5.mL比色管中，加入3.0mL浓氨水，将其用蒸馏水稀释至刻度，摇匀。用1cm比色皿以蒸馏水为参比测定410nm下的吸光度，计算含量。2.2.4总磷的测定（1）水样处理与测定水样中如有大的颗粒物，可用搅拌机搅拌2-3min，直至混合均匀量取100mL水样（或经稀释的水样）2份，分别放入两只250mL锥形瓶，另取100mL蒸馏水于250mL锥形瓶中作为对照，分别加入1ml2mol/LH2SO4，3g（NH4）2S2O8，几颗沸石，微沸1h（注意防止烧干），补加蒸馏水使体积约25~50mL（如锥形瓶壁上有白色凝聚物，应用蒸馏水将其冲入溶液中），再加热数分钟。冷却后加一滴酚酞，并用6mol/LNaOH将溶液中和至微红色，再滴加2mol/LHCl使粉红色恰好褪去，转入100mL容量瓶中，加水稀释至刻度，移取25mL至50mL比色管中，加1mL混合试剂，摇匀后放置10min，加水稀释至刻度再摇匀，放置10min，以蒸馏水为参比，用1cm比色皿，于波长880nm处测定吸光度。（2）标准曲线的绘制分别吸取10μg/L磷的标准液0.00、0.50、1.00、1.50、2.00、2.50、3.00mL于比色管中，加水稀释至约25mL，加1mL混合试剂，摇匀后放置10min，加水稀释至刻度，再摇匀，放置10min，以蒸馏水为参比，用1cm比色皿，于波长880nm处测定吸光度。2.2.4叶绿素-a的测定将500mL水样经玻璃纤维滤膜过滤，将滤膜卷起剪碎放入10mL离心管中，加入8mL90%丙酮溶液，盖紧瓶塞，并在4℃下暗置4h。如有浑浊可离心分离。将一些萃取液倒入1cm玻璃比色皿，加比色皿盖。以90%丙酮溶液为参比，分别在665nm和750nm波长出测定吸光度并记录。加1滴2mol/L盐酸于上述两只比色皿中，混匀并放置1min，再在波长665nm和750nm处测定吸光度并记录。3数据记录与处理表1标准曲线记录表标线类别拟合方程R2氨氮标线y=5.5218x-0.01580.9989亚硝态氮标线y=1.0801x-0.00110.9993硝态氮标线y=2.1613x+0.00090.9999总磷标线y=1.3840x-0.00140.9985表2本组下沉广场水样各指标数值记录表指标氨氮亚硝态氮硝态氮总磷叶绿素-a波长λ/nm665750吸光度A0.1470.0750.2380.036酸化前0.5360.375酸化后0.4220.321浓度（μg/mL）0.8070.08310.4940.10240.02784计算过程说明：氨氮：标线浓度为0的点对应吸光度值为0.005y=5.5218*（x-0.005）-0.0158=5.5218*（0.147-0.005）-0.0158=0.768（标准曲线查得的氨氮含量）CNH4+-N=0.768*（50+1+1.5）/50=0.807（μg/mL）亚硝态氮：标线浓度为0的点对应吸光度值为0y=1.0801（x-0）-0.0011=1.0801*0.075-0.0011=0.0799（标准曲线查得的亚硝态氮含量）CNO2--N=0.0799*（50+2）/50=0.0831（μg/mL）硝态氮：标线浓度为0的点对应吸光度值为0.01y=2.1613（x-0.01）+0.0009=2.1613*（0.238-0.01）+0.0009=0.494（标准曲线查得的硝态氮含量）CNO3--N=0.494（μg/mL）总氮：CN=0.807+0.0831+0.494=1.3841（μg/mL）总磷：标线浓度为0的点对应吸光度值为-0.002y=1.384（x+0.002）-0.0014=1.384*（0.036+0.002）-0.0014=0.0512（标准曲线查得的总磷含量）Cp=0.0512*50/25=0.1024（μg/mL）叶绿素-a：29（A-Aa）V萃取液/V样品=29*（（0.536-0.375）-（0.422-0.321））*8/0.5=27.84（μg/L）式中：A—酸化前，A=A665-A750；V萃取液—萃取液体积，mL；Aa—酸化后，Aa=A665a-A750a；V样品—样品体积，L表3下沉广场各组水样各项指标浓度值比较表μg/mL组别氨氮亚硝态氮硝态氮总磷叶绿素-a赵诗琳、顾小雨0.8470.08310.7640.15500.01810张洪汇、金之源0.7370.08310.3400.08580.02274傅申超、王剑津0.5050.08200.3340.08020.00557葛好晴、曹妙凤0.8070.08310.4920.10240.02784平均值0.7240.08280.4830.10580.0186相对标准偏差%21.10.66441.732.251.3表4水体富营养化评价指标和评价标准[2]mg/L评价因子贫营养（Ⅰ）中营养（Ⅱ）轻度富营养化（Ⅲ）中度富营养化（Ⅳ）重度富营养化（Ⅴ）总氮含量0.0200.0600.3101.2004.600总磷含量0.0010.0040.0230.1100.660叶绿素-a含量1.0002.0004.00010.00065.0004结果与讨论4.1实验结果讨论（1）本次实验四条标线R2均大于0.99，说明拟合度较高。（2）当水体受到含氮有机物污染时，在水中的微生物和氧气作用下有机氮会会逐步分解氧化为氨氮、亚硝酸盐氮、硝酸盐氮等无极小分子化合物。分解过程：有机氮→氨氮→亚硝酸盐氮→硝酸盐氮。从表2得下沉广场水体氨氮和硝态氮含量较高，而亚硝态氮含量相对较低，说明水体有新的污染，在此前的污染已基本自净。（3）本组测得总氮含量为1.3841μg/mL，由表4数据得属于重度营养化；总磷含量为0.1024μg/mL，由表4数据得属于重度营养化；叶绿素-a含量为0.02784μg/mL，由表4数据得属于贫营养化。故下沉广场处水体呈现重度营养化状态。（4）各指标各组测量结果的相对标准偏差极大，说明本次实验平行性差，实验结果精度低，可信度低。4.2实验误差分析（1）标线误差：氨氮和总磷的标线R2并未达到0.999，拟合度不是非常高，且测定时存在人为操作误差。（2）各指标均采用比色法测定，没有事先除去水中的干扰物质会使实验结果产生一定误差，如少量的氯化物就能引起硝酸盐的损失。另外测定前比色皿润洗不彻底，外壁没擦干净等行为都会影响吸光度。在测定叶绿素-a含量时，本组样品由于滤纸剪得太碎，暗处理后振荡剧烈，测定前没有离心，导致测定吸光度时溶液浑浊，严重影响测定值，且在等待过程