城市供水末端飲用水總有機(jī)碳TOC監(jiān)測(cè)分析

文_饒國(guó)銓 梅州市環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站

1 城市供水末端飲用水總有機(jī)碳TOC監(jiān)測(cè)方法

1.1 TOC監(jiān)測(cè)概述

為保證飲水安全，必須對(duì)包括末端飲用水在內(nèi)的整個(gè)供水系統(tǒng)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)。其中，水中有機(jī)污染物含量是非常重要的一項(xiàng)指標(biāo)，一般用總有機(jī)碳（TOC）來(lái)表示?？傆袡C(jī)碳是以碳含量表示水體中有機(jī)物質(zhì)總量的綜合指標(biāo)，它能夠較準(zhǔn)確地反映水質(zhì)有機(jī)污染的總體情況，因而被作為評(píng)價(jià)水體中有機(jī)物污染程度的一項(xiàng)重要參考指標(biāo)。測(cè)定TOC的方法較多，包括電化學(xué)法、電導(dǎo)法、非分散紅外吸收法、紫外直接氧化法等近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的新方法，以及高溫催化氧化、輔助濕法氧化等傳統(tǒng)分析方法。

1.2 輔助濕法氧化法

1.2.1 測(cè)試原理

該方法原理可分為兩步，第一步是磷酸酸化水樣除去水樣中總無(wú)機(jī)碳，即待測(cè)試水樣與磷酸在反應(yīng)器中反應(yīng)，用高純度“惰性”氣體（如氮?dú)猓a(chǎn)生的CO2排出，再經(jīng)干燥管干燥處理，干燥后的CO2吹入非散射性紅外檢測(cè)器，此時(shí)可得出CO2質(zhì)量，該質(zhì)量可表征水樣中總無(wú)機(jī)碳的含量；第二步是加入氧化劑氧化酸化后的水樣，獲得水中總有機(jī)碳的含量，即向酸化后的水樣加入氧化劑（如過(guò)硫酸鈉），在100℃下反應(yīng)，同樣用高純度“惰性”氣體（如氮?dú)猓a(chǎn)生的CO2經(jīng)干燥后吹入非散射性紅外檢測(cè)器內(nèi)，得出的CO2質(zhì)量正比于水樣中總有機(jī)碳的質(zhì)量。

1.2.2 測(cè)試步驟

測(cè)試步驟為三步。第一步準(zhǔn)備儀器和試劑，如分別移取100mg/L總有機(jī)碳標(biāo)準(zhǔn)使用液0.00,0.50,1.00,3.00,5.00mL于100mL容量瓶中，配制成濃度0.00,0.50,1.00,3.00,5.00mg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列；第二步繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，打開總有機(jī)碳分析測(cè)定儀（O·I·1010型）設(shè)定參數(shù)，測(cè)定空白和標(biāo)準(zhǔn)系列，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線；第三步測(cè)定水樣總有機(jī)碳含量，在與空白和標(biāo)準(zhǔn)系列相同測(cè)試條件下進(jìn)行樣品測(cè)定，通過(guò)工作曲線即可讀出樣品中總有機(jī)碳的含量。

1.2.3 注意事項(xiàng)

（1）為保證檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確，測(cè)試水樣應(yīng)保持均勻的狀態(tài)。

（2）為避免容器對(duì)有機(jī)碳含量的影響，最好采用玻璃瓶采集和保存水樣，且在使用前需對(duì)玻璃容器進(jìn)行清潔和高溫干燥處理。

（3）水樣測(cè)試、分析完畢后，應(yīng)將試劑瓶中的試劑全部倒出，換上純水，再運(yùn)行整個(gè)系統(tǒng)30min。

1.3 燃燒氧化-非分散紅外吸收法

1.3.1 測(cè)試原理

按測(cè)定TOC值的不同原理，燃燒氧化-非分散紅外吸收法又可分為差減法和直接法兩種。

（1）差減法測(cè)定TOC值的原理

將水樣連同凈化空氣（干燥并除去CO2）分別注入高溫燃燒管和低溫反應(yīng)管中，經(jīng)高溫燃燒管的水樣受高溫催化氧化，經(jīng)低溫反應(yīng)管的水樣受酸化而使無(wú)機(jī)碳酸鹽分解。反應(yīng)后，有機(jī)化合物和無(wú)機(jī)碳酸鹽均分解轉(zhuǎn)化成為CO2，將生成的CO2依次通入非色散紅外線檢測(cè)器，從而分別測(cè)得水中的總碳（TC）和無(wú)機(jī)碳（IC）的濃度（mg/L）?？偺寂c無(wú)機(jī)碳濃度之差值，即為總有機(jī)碳（TOC）的濃度。

（2）直接法測(cè)定 TOC 值的原理

將水樣用硫酸或鹽酸酸化后曝氣，使各種無(wú)機(jī)碳酸鹽分解生成CO2而驅(qū)除后，再注入高溫燃燒管中，可直接測(cè)定總有機(jī)碳。但由于采用直接法測(cè)定TOC時(shí)，曝氣過(guò)程中會(huì)造成水樣中揮發(fā)性有機(jī)物的損失而產(chǎn)生測(cè)定誤差，因此該法測(cè)得的TOC被稱為NPOC，即不可吹出的有機(jī)碳值。

1.3.2 測(cè)試步驟

測(cè)試步驟簡(jiǎn)述為三步。第一步準(zhǔn)備儀器和試劑，如將總有機(jī)碳分析儀開機(jī)預(yù)熱，配制TC和IC系列濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液等。第二步繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，測(cè)量記錄儀上的吸收峰面積，從測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液吸收峰峰高（不含空白實(shí)驗(yàn)吸收峰峰高）與對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)系列濃度分別繪制TC和IC標(biāo)準(zhǔn)曲線和直線回歸方程。第三步水樣TOC測(cè)定，差減法：直接將試樣依次注入總碳燃燒管和無(wú)機(jī)碳燃燒管，測(cè)定儀器上相應(yīng)CO2吸收峰峰高和面積；直接法：將酸化后的水樣在攪拌條件下通入不含CO2的N2或O2，驅(qū)除IC，再將去除IC的試樣注入總碳燃燒管，同理測(cè)定相應(yīng)吸收峰的峰高和峰面積。由測(cè)定水樣的曲線面積根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程即可得出TOC值。

1.3.3 注意事項(xiàng)

（1）水樣采集后避光密閉保存，盡快分析測(cè)定。

（2）樣品濃度值較大（超過(guò)1000mg/L）時(shí)，應(yīng)加以稀釋。

（3）在用直接法測(cè)定總有機(jī)碳的過(guò)程中，應(yīng)注意控制酸化和曝氣時(shí)間，盡可能使無(wú)機(jī)碳去除干凈。

（4）當(dāng)已知水樣無(wú)機(jī)碳值與總有機(jī)碳接近（IC/TOC＜5）時(shí)，采用差減法和直接法測(cè)定可得到基本一致的結(jié)果；當(dāng)無(wú)機(jī)碳值較高并且與總碳值接近時(shí)，必須采用直接法測(cè)定水樣TOC值。

2 某城市供水末端飲用水總有機(jī)碳TOC監(jiān)測(cè)案例

2.1 目的

為掌握城市水質(zhì)衛(wèi)生狀況，提高居民飲水安全水平，該省對(duì)飲用水水源及其經(jīng)常規(guī)處理、輸配過(guò)程中總有機(jī)碳（TOC）的污染狀況進(jìn)行采樣分析。

2.2 對(duì)象和方法

在充分考慮水樣樣本代表性的前提下，依據(jù)水源類型（地表水和地下水兩種類型）和常規(guī)水處理方式在所轄18個(gè)地市中隨機(jī)抽取 A（省會(huì)城市）、B（地級(jí)市）、C（地級(jí)市）、D（地級(jí)市）、E（縣級(jí)市）和F（縣級(jí)市）等6地18處水廠為調(diào)查對(duì)象，于2017年7月分別采集各水廠水源水、出產(chǎn)水和末梢水水樣；水樣的采集、保存和TOC檢測(cè)按照 GB/T 5750—2006《生活飲用水標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)方法》進(jìn)行；檢測(cè)數(shù)據(jù)采用Excel203進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以P＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.3 結(jié)果分析

18處水廠的水源水、出廠水和末梢水水樣中TOC含量的檢測(cè)結(jié)果中。以地下水為水源的各環(huán)節(jié)水樣中TOC含量分別為（0.18±0.19）、（0.20±0.27）、（0.92±1.32）mg/L，各環(huán)節(jié)檢出率分別為 67%（3/9）、44%（4/9）、78%（7/9）；以地表水為水源的各環(huán)節(jié)水樣中 TOC含量分別為（2.19±1.03）、（1.59±0.99）、（2.37±1.34）mg/L，各環(huán)節(jié)水樣檢出率為100%，均比以地下水為水源的水源水、出廠水和末梢水高，差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）。

由測(cè)試結(jié)果可知，9處以地下水為水源的水廠在處理水源水后，有7處出廠水TOC含量較水源水降低，2處升高；出廠水經(jīng)過(guò)水路管道輸配后，有1處水廠的末梢水TOC含量基本保持穩(wěn)定，與出廠水一樣均未檢測(cè)出TOC，另有一處末梢水TOC含量較出廠水降低，其余7處末梢水TOC含量較出廠水均有所增加。

9處以地表水為水源的水廠在處理水源水后，有8處出廠水TOC含量較水源水降低，1處升高；出廠水經(jīng)過(guò)水路管道輸配后，有1處水廠的末梢水TOC含量基本保持穩(wěn)定，與出廠水TOC含量相比降低0.25mg/L，另有2處末梢水TOC含量較出廠水降低0.3mg/L以上，其余6處末梢水TOC含量較出廠水均有較明顯的增加。

綜合數(shù)據(jù)來(lái)看，以地下水為水源的水中TOC含量明顯低于以地表水為水源的水中TOC含量；此外，無(wú)論是使用地下水還是地表水為水源，在經(jīng)過(guò)水廠的處理后，出廠水中TOC含量較水源水中TOC含量均有所下降，且以地表水為水源的水中TOC降低更為明顯，表明水廠的常規(guī)處理工藝對(duì)TOC有一定去除作用。這可能是因?yàn)樗畯S的常規(guī)處理方法是采取沉降的方法加入沉淀劑使水源水中的細(xì)小顆粒混凝生成礬花，以此消除部分有機(jī)污染物；飲用水常規(guī)處理中的消毒劑也可氧化一部分有機(jī)污染物，從而使TOC含量降低。

綜合測(cè)試結(jié)果還可得出，72%的水廠出廠水經(jīng)過(guò)水管輸送分配后，末梢水中TOC含量增加，可能是由于出廠水中含有某些無(wú)機(jī)物和少量微生物，加上管道的腐蝕和外來(lái)的二次污染，綜合導(dǎo)致末梢水水質(zhì)下降，TOC含量增加。由此可見，加強(qiáng)對(duì)輸水管道的清潔保養(yǎng)是十分有必要的。綜上，選擇地下水為水源，經(jīng)過(guò)水廠的常規(guī)處理和輸送水路的維護(hù)等措施可以有效控制城市供水末端飲用水總有機(jī)碳TOC的含量，保證飲水安全。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，在進(jìn)行TOC 水質(zhì)檢測(cè)時(shí)的最重要一個(gè)過(guò)程就是把水中的有機(jī)物氧化為CO2，文中主要列舉了輔助濕法氧化法和燃燒氧化-非分散紅外吸收法，其中燃燒氧化-非分散紅外吸收法操作簡(jiǎn)單、重現(xiàn)性好、靈敏度高，是目前我國(guó)較常用的方法。