城市管網(wǎng)污水COD與TOC的關(guān)系

方雅恒，徐 聰，倪星晨，王志豪，戴晶晶，趙國華

(嘉興學(xué)院 生物與化學(xué)工程學(xué)院，浙江 嘉興 314001)

城市管網(wǎng)污水COD與TOC的關(guān)系

方雅恒，徐 聰，倪星晨，王志豪，戴晶晶，趙國華

(嘉興學(xué)院 生物與化學(xué)工程學(xué)院，浙江 嘉興 314001)

COD和TOC都是表征水體有機(jī)污染程度的指標(biāo)。我國目前主要以COD作為評價(jià)指標(biāo)，而COD檢測方法較TOC復(fù)雜、耗時(shí)長。為研究城市管網(wǎng)污水中COD與TOC的相關(guān)性，以嘉興市某一段污水管網(wǎng)中污水為研究對象，分別采用德國Element公司的Liqui TOCⅡ總有機(jī)碳分析儀及快速消解分光光度法分析水樣的有機(jī)污染程度。結(jié)果表明，調(diào)查期間水體COD與TOC線性關(guān)系顯著，但就同一月份不同采樣點(diǎn)的數(shù)據(jù)以及同一采樣點(diǎn)不同月份的數(shù)據(jù)而言，相關(guān)系數(shù)分別為0.293～0.722與0.226～0.977，差異較大，COD與TOC的相關(guān)性與水體所處環(huán)境氧含量有一定關(guān)系。

COD； TOC； 相關(guān)性； 城市管網(wǎng)污水； 缺氧環(huán)境

化學(xué)需氧量(COD)反映水中受還原性物質(zhì)污染的程度，是有機(jī)污染物相對含量的綜合指標(biāo)之一。COD的測定結(jié)果取決于氧化劑的種類、有機(jī)化合物的成分及實(shí)驗(yàn)條件與操作等，其指標(biāo)難以完全反映水體的有機(jī)污染情況[1]。同時(shí)，COD測定存在測量時(shí)間較長、操作繁瑣、耗材貴以及容易引起二次污染等問題[2]。總有機(jī)碳(TOC)是以碳的含量表示水體中有機(jī)物總量的綜合指標(biāo)，能夠真實(shí)反映水中的有機(jī)污染程度。另外，TOC測定儀具有流程簡單、耗時(shí)短、重現(xiàn)性好、靈敏度高、穩(wěn)定可靠、不產(chǎn)生二次污染、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)[3]。美國主要以TOC指標(biāo)來監(jiān)測水體中的有機(jī)物含量，日本在20世紀(jì)70年代初期也把TOC指標(biāo)列入工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[2]。我國目前主要以COD作為水質(zhì)評價(jià)指標(biāo)來表征水體受有機(jī)污染的程度。在實(shí)際工作中一般是把TOC監(jiān)測結(jié)果換算成COD，再根據(jù)COD的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行水質(zhì)評價(jià)[4]。就COD與TOC的相關(guān)性而言，從理論分析來看，水中的有機(jī)物大部分為含碳、氫、氧的有機(jī)化合物，于西龍等[5]分析認(rèn)為，理論上COD與TOC有線性相關(guān)性。很多學(xué)者[6-11]分別對地表水、城市污水、不同污染源的廢水等的TOC與COD進(jìn)行研究，均發(fā)現(xiàn)二者存在較好的相關(guān)性。不同水體所含污染物的種類、數(shù)量等因素不同，相關(guān)性不同；同一水體在不同時(shí)期因污染程度等不同，相關(guān)性也存在一定差異。但對于污染物種類和含量相對穩(wěn)定的同一類污水，TOC與COD可以呈現(xiàn)很好的相關(guān)性，并且水質(zhì)越穩(wěn)定，二者的相關(guān)性越好[6]。但這些研究中，水體環(huán)境均是富氧狀態(tài)，很少有研究關(guān)注缺氧或厭氧條件時(shí)，水體的TOC與COD是否仍存在這樣的關(guān)系。為此，以嘉興市某一段污水管網(wǎng)為研究對象，選擇2個泵站和之間的4個窖井為采集點(diǎn)，進(jìn)一步探討污水管網(wǎng)中TOC與COD的關(guān)系。

1 材料與方法

1.1 樣品采集

選擇一級管網(wǎng)泵站的提升井6個(泵2、重2、重10、重12、重36、泵3)作為采樣點(diǎn)，對其進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)查，獲取管道長度、直徑等第一手資料。

于2015年每月中旬采取水樣，根據(jù)HJ 494—2009的要求采集水樣，采集水樣后低溫保存，送回實(shí)驗(yàn)室后分析。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

COD的測定參照HJ/T 399—2007，采用快速消解分光光度法，其中重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液c(1/6 K2Cr2O7)=0.160 mg·L-1。測定時(shí)選用比色池(皿)分光光度法低量程測定范圍。所用消解儀器為連華科技的COD消解儀。

TOC的測定采用德國Element公司的Liqui TOCⅡ總有機(jī)碳分析儀，測量范圍選0～100 mg·kg-1C(非稀釋狀態(tài))，全自動多孔位進(jìn)樣器，自動進(jìn)樣，測定誤差與精度≤1%。

1.3 質(zhì)量控制與數(shù)據(jù)處理

水樣運(yùn)回實(shí)驗(yàn)室，經(jīng)抽濾后及時(shí)進(jìn)行測定，不能及時(shí)測定的將其置于冰箱冷凍保存。

實(shí)驗(yàn)過程中，所有移液管、消解管、容量瓶等實(shí)驗(yàn)器材使用前先用自來水洗3遍，再用去離子水洗3遍，消解管使用后用15%的硝酸浸泡。所有樣品做2個平行組，控制相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于10%。

2 結(jié)果與分析

2.1 測定結(jié)果

所檢測的水樣中TOC濃度為11.33～44.46 mg·L-1，平均濃度為21.81 mg·L-1，與謝馨[8]關(guān)于城鎮(zhèn)污水處理廠研究中的TOC平均濃度較接近，但較河流、湖泊等地表水而言要高[4,6-7]。由所得數(shù)據(jù)來看，同一月份不同采樣點(diǎn)間TOC濃度差異相對于同一采樣點(diǎn)不同月份間的差異較小，這可能與不同時(shí)期排入管網(wǎng)的污染物種類含量不同有關(guān)。2、5、6、8、9月的管道污水水樣TOC含量相對較低，而12月水樣中TOC含量相對較高。

所檢測的水樣中COD濃度為31.00～151.50 mg·L-1，平均濃度為90.89 mg·L-1，同樣與謝馨[8]的研究濃度較為接近，較一般地表水高[4,6-7]。總的來說，COD的標(biāo)準(zhǔn)偏差比TOC的標(biāo)準(zhǔn)偏差要大。同一月份不同采樣點(diǎn)間COD濃度的差異相對同一采樣點(diǎn)不同月份的差異較小，其中1、2、4、8、9月COD濃度相對較小，12月相對較高，結(jié)果與TOC變化趨勢相似，反映出兩者之間存在一定的相關(guān)性。

2.2 整體數(shù)據(jù)相關(guān)性分析

對本研究獲得的TOC與COD數(shù)據(jù)進(jìn)行線性回歸分析，自由度f=69，相關(guān)系數(shù)r=0.505，當(dāng)置信區(qū)間為99%時(shí)，查表得r>r0.01,69，故所測管網(wǎng)污水樣品COD與TOC之間呈極顯著線性關(guān)系(圖1)。

圖1 COD與TOC的關(guān)系

2.3 不同采樣點(diǎn)處相關(guān)性分析

同一采樣點(diǎn)不同月份TOC與COD數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)在0.293～0.722(表1)，重10處線性極顯著相關(guān)，泵2、泵3處線性顯著相關(guān)，重2、重12、重36處無線性相關(guān)性。袁蕾等[6]在研究珠江口水體TOC與COD關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，對于各個口門來說，TOC與COD的相關(guān)性差異較大，相關(guān)系數(shù)在0.001～0.907，而對所測八大口門整體數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，二者線性關(guān)系顯著。經(jīng)其分析，相關(guān)系數(shù)低的口門，TOC與COD分布較均勻，濃度相差不大，推測可能系實(shí)驗(yàn)過程中誤差疊加所致。本研究中，各采樣點(diǎn)濃度差異均較大，且未發(fā)現(xiàn)相關(guān)系數(shù)低的采樣點(diǎn)TOC、COD濃度分布較均勻。但是通過對比數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，線性相關(guān)系數(shù)較低的采樣點(diǎn)COD、TOC值分布在較低濃度的數(shù)據(jù)較多，這些數(shù)據(jù)在檢測時(shí)較易造成誤差。此外，泵2、泵3處采樣點(diǎn)為格柵入口處的泵房，屬于開放式水體，處富氧環(huán)境，而其他采樣點(diǎn)在污水管道中，處于缺氧環(huán)境。泵2、泵3相關(guān)系數(shù)十分接近且都線性相關(guān)，而其他采樣點(diǎn)除重10外均無顯著線性相關(guān)性。而先前顯示COD與TOC相關(guān)性較好的研究基本也都為開放式水體，這表明COD與TOC的相關(guān)性與水體所處環(huán)境含氧量可能存在一定關(guān)系。

表1 不同采樣點(diǎn)COD與TOC的相關(guān)性

注：*與**分別表示顯著(P<0.05)與極顯著(P<0.01)線性相關(guān)。表2同。

從同一月份不同采樣點(diǎn)水樣的TOC與COD關(guān)系來看，相關(guān)系數(shù)在0.226～0.977(表2)。其中，9月份線性關(guān)系極顯著；2、3、5、7、11月線性關(guān)系顯著；1、4、6、8、10、12月無線性相關(guān)性。各個月間線性關(guān)系差異較大，可能是由于管網(wǎng)污水污染物成分復(fù)雜，含量波動較大，且含懸浮物較多，而同一個月時(shí)采樣個數(shù)有限，偶然性較大。

表2 同一月份COD與TOC的關(guān)系

3 小結(jié)

本研究發(fā)現(xiàn)，城市管網(wǎng)污水TOC與COD值線性相關(guān)關(guān)系顯著。但不同采樣點(diǎn)間相關(guān)性差異較大，推測COD與TOC的相關(guān)性與水體所處環(huán)境氧含量有一定關(guān)系。同一采樣點(diǎn)不同月份間COD與TOC的相關(guān)性差異較大，需要在今后的研究中進(jìn)一步增加測定頻次，定期試驗(yàn)，以明確其關(guān)系。

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(責(zé)任編輯：高 峻)

2016-08-01

國家自然科學(xué)基金-青年基金項(xiàng)目(51408262)

方雅恒(1994—)，女，浙江淳安人，本科生，研究方向?yàn)榄h(huán)境工程，E-mail:1585537343@qq.com。

10.16178/j.issn.0528-9017.20170240

X832

A

0528-9017(2017)02-0320-03

文獻(xiàn)著錄格式：方雅恒，徐聰，倪星晨，等. 城市管網(wǎng)污水COD與TOC的關(guān)系[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2017，58(2)：320-322.