雙波長紫外光檢測法快速檢測牛場污水效果分析

喬 燕， 陳建華

（包頭輕工職業(yè)技術(shù)學院檢測技術(shù)學院，內(nèi)蒙古包頭 014035）

畜禽養(yǎng)殖場產(chǎn)生的廢水是高濃度有機廢水，廢水中有機物的含量很高，因此畜禽養(yǎng)殖廢水檢測主要以化學需氧量（COD）為檢測指標，評定標準為被測水體COD越高，則水體中有機物含量越高，水體受有機物污染程度越嚴重 （孟祥海等，2014）。目前水體COD檢測的技術(shù)雖然有很多，但是大多檢測方法不能快速地得到檢測結(jié)果，因此需提高水質(zhì)檢測技術(shù)的檢測速度，如目前最常用的兩種化學檢測法——重鉻酸鉀法和高錳酸鹽指數(shù)法，這兩種檢測方法不僅檢測周期較長，而且操作復雜，還會產(chǎn)生硫酸銀、濃硫酸、劇毒的汞鹽等二次污染（羅國兵，2013；韓嚴和等，2013；柯細勇，2013）。為實現(xiàn)對污水的快速準確檢測，本研究對雙波長紫外光譜測量法快速檢測牛場污水的效果進行了研究及分析，從而達到對污水快速檢測的目的。

1 材料與方法

1.1 主要材料與試劑 本研究中待測水樣共5種，分別為湖水，河水，牛場廢水A、B、C。

COD標準溶液采用鄰苯二甲酸氫鉀（C8H5KO4） 配制， 樣品濃度分別為 30、50、70、90、110、130、170、190、230、270、310、350、390 mg/L；濁度標準溶液采用硫酸肼（N2H4·H2SO4）和六次甲基四胺（C6H12N4）配制，濁度標準溶液濁度值分別為20、40、60、80、100、140、180、230、280、330、380 ntu。

1.2 標準溶液吸光度的檢測 實驗前準備工作：通過KQ-300E超聲波清洗器，采用超純水對實驗中使用到的儀器和設(shè)備進行清洗，共清洗3次，每次30 min。

采用哈希DR6000紫外可見光分光光度計測定吸光度，實驗具體操作步驟：開啟分光光度計測定吸光度。待蒸餾水對儀器調(diào)零后，將標準COD溶液放入儀器，波長設(shè)定值為254 nm和546 nm，分別快速檢測并記錄數(shù)據(jù)；標準濁度溶液的檢測采用同樣的方法。

1.3 水樣吸光度的檢測 水樣前處理：首先對采集的水樣進行過濾處理，用量筒取8個濾液水樣置于8個100 mL的燒杯中，水樣量分別為10、20、30、40、50、60、70、80 mL， 然后用蒸餾水將 8個燒杯中的水樣稀釋到100 mL，配制成稀釋比[水樣濾液/（水樣濾液+蒸餾水）] 為 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8 的稀釋水樣溶液，最后分別測量稀釋后的水樣溶液在不同波長下的吸光度，并記錄數(shù)據(jù)，其檢測方法同標準溶液。

1.4 水樣的COD標準方法檢測 取6支試管，5支分別用于裝5種水樣，先在這5支試管中分別加入哈希溶液2 mL，然后再加入各水樣3 mL，混合均勻后待測；另一支試管加入2 mL蒸餾水用于DR6000紫外分光光度計測樣前調(diào)零。

將裝有5支水樣的試管放入COD消解器內(nèi)，在150℃溫度下連續(xù)加熱2 h，消解結(jié)束后待試劑管冷卻到室溫，放入DR6000紫外分光光度計讀出所測水樣的COD濃度值。

1.5 水質(zhì)濁度的剔除方法 水質(zhì)指標中濁度指的是水體中物質(zhì)對光的散射作用，濁度的評定標準指的是單元標準濁度指1 mg二氧化硅在1L水中所形成的濁度，濁度越高吸光度越高，同樣水中COD含量越高水的吸光度也就越大。一般廢水當中都會含有膠體和懸濁物等，采用雙波長紫外法對濁度進行補償。雙波長紫外法就是利用COD對紫外線和可見光吸光性不同的特點，來剔除濁度對檢測的干擾，其具體操作為：在已知UV（254 nm）和VIS（546 nm）濁度吸光度的情況下，通過測定254 nm水樣吸光度和254 nm下濁度的吸光度，該兩數(shù)據(jù)的差值就是COD對紫外線的吸光度，從而剔除濁度對檢測的干擾影響。

2 結(jié)果與分析

2.1 標準溶液檢測結(jié)果與分析 圖1a、b為實驗配制的COD標準溶液通過分光光度計分別在254、546 nm波長下測得的COD標準溶液吸光度相關(guān)數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)處理后擬合的結(jié)果。由圖1可知，在254 nm波長下測得COD標準溶液吸光度與其對應(yīng)的COD濃度有非常好的線性關(guān)系，但是在546 nm波長下測得的COD標準溶液的吸光度卻比較小，幾乎為零，因此該數(shù)據(jù)說明COD對在546 nm波長下的可見光基本無吸收作用。

圖1a 254 nm波長下的COD標準校正曲線

圖1b 546 nm波長下的COD標準校正曲線

圖2a、b分別為實驗配制的標準濁度溶液通過分光光度計在254、546 nm波長條件下測得的不同濁度溶液吸光度數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理的結(jié)果顯示標準濁度溶液吸光度與其濁度有非常好的線性關(guān)系。

圖2a 254 nm波長下的濁度標準校正曲線

圖2b 546 nm波長下的濁度標準校正曲線

2.2 水樣檢測結(jié)果與分析 圖3為湖水，河水，牛場廢水A、B、C 5種水樣的紫外-可見光吸收光譜圖，從圖中數(shù)據(jù)分析可知，5種水樣的紫外-可見光吸收光譜穩(wěn)定波段主要分布在250～300 nm，并且吸收光譜圖中的吸收峰都分布在250 nm附近，隨著光線波長的增大，吸收度逐漸下降，說明有機物對250 nm附近的紫外波長有很強的吸收性，而對大于350 nm波長的光線的吸收性逐漸減弱，波長增大到400 nm以后水樣對光線的吸收性基本可以忽略，說明在可見光范圍內(nèi)有機物對可見光的吸收性非常低，可以認為有機物不吸收可見光。同樣由圖4可知，不同稀釋倍數(shù)下的吸收光譜圖也與圖3圖譜有相同的特征，進一步驗證了以上有機物對紫外光有較強吸收性而對可見光吸收性低的觀點。

圖3a 湖水水樣紫外-可見光吸收光譜圖

圖3b 河水水樣紫外-可見光吸收光譜圖

圖3c 牛場廢水A紫外-可見光吸收光譜圖

圖3d 牛場廢水B紫外-可見光吸收光譜圖

圖3e 牛場廢水C紫外-可見光吸收光譜圖

圖4為5種水樣的不同稀釋倍數(shù)的吸光度數(shù)據(jù)，通過濁度的標準曲線來校正消除濁度對254 nm波長吸收度的影響，從而計算出有機物COD對254 nm波長的吸光度，進一步通過COD標準曲線校正，就可以確定水樣稀釋前的COD濃度值。由圖4可知，稀釋后的不同稀釋倍數(shù)的5種水樣濃度與其在254 nm波長下測得的吸光度有較好相關(guān)性；湖水和河水水樣在546 nm波長下通過分光光度計測得的吸光度與水樣濃度有較好的相關(guān)性，牛場廢水水樣A、B、C在546 nm下的吸光度均接近于零，說明牛場廢水的濁度較低，基本不影響有機物質(zhì)的吸光度。

2.3 雙波長紫外測量法檢測結(jié)果的相對誤差表1所示為通過雙波長紫外法測量所得到的水樣中COD濃度的平均值，及采用標準方法測量的水樣中COD濃度值。從表中可知兩組數(shù)據(jù)間的相對誤差較小，而且誤差分布在5%～9%，但總體來看雙波長紫外測量法與標準測量法相比，測量得到的數(shù)據(jù)略偏小，說明雙波長紫外快速測量法應(yīng)用于污水的檢測效果較好。

圖4a 湖水水樣在254 nm和546 nm波長下的吸光度與稀釋比相關(guān)曲線

圖4b 河水水樣在254 nm和546 nm波長下的吸光度與稀釋比相關(guān)曲線

圖4c 牛場廢水A在254 nm和546 nm波長下的吸光度與稀釋比相關(guān)曲線

圖4d 牛場廢水B在254 nm和546 nm波長下的吸光度與稀釋比相關(guān)曲線

圖4e 牛場廢水C在254 nm和546 nm波長下的吸光度與稀釋比相關(guān)曲線

表1 雙波長紫外法和標準方法測量污水COD的比較

3 結(jié)論

本實驗采用雙波長紫外測量法對牛場污水的COD進行檢測研究。研究結(jié)果顯示，該檢測方法能有效避免水樣中濁度對COD檢測的干擾，并通過對雙波長紫外測量法與標準方法測量的結(jié)果進行對比分析發(fā)現(xiàn)，兩方法測得的5組數(shù)據(jù)相對誤差均小于9%，誤差相對較小，進一步驗證該檢測方法對污水污染程度的檢測是有效的，而且該方法檢測速度快，具有進一步優(yōu)化研究及推廣的價值。

[1]韓嚴和，陳家慶，王鵬，等.水體化學需氧量、生化需氧量和毒性在線檢測技術(shù)研究進展[J].科技導報，2013，36：76～78.

[2]柯細勇，康旭，趙志明，等.水質(zhì)指標COD的優(yōu)缺點及其測量方法發(fā)展[J].環(huán)境科學與技術(shù)，2013，34：255～258

[3]羅國兵.水體化學需氧量的檢測方法[J].巖礦測試，2013，6：860～874.

[4]孟祥海，張俊飚，李鵬，等.畜牧業(yè)環(huán)境污染形勢與環(huán)境治理政策綜述[J].生態(tài)與農(nóng)村環(huán)境學報，2014，1：1～8.