城市管网污水COD与TOC的关系

2017-02-27方雅恒倪星晨王志豪戴晶晶赵国华

浙江农业科学 2017年2期

关键词：水样管网水体

方雅恒，徐聪，倪星晨，王志豪，戴晶晶，赵国华

(嘉兴学院生物与化学工程学院，浙江嘉兴 314001)

城市管网污水COD与TOC的关系

方雅恒，徐聪，倪星晨，王志豪，戴晶晶，赵国华

(嘉兴学院生物与化学工程学院，浙江嘉兴 314001)

COD和TOC都是表征水体有机污染程度的指标。我国目前主要以COD作为评价指标，而COD检测方法较TOC复杂、耗时长。为研究城市管网污水中COD与TOC的相关性，以嘉兴市某一段污水管网中污水为研究对象，分别采用德国Element公司的Liqui TOCⅡ总有机碳分析仪及快速消解分光光度法分析水样的有机污染程度。结果表明，调查期间水体COD与TOC线性关系显著，但就同一月份不同采样点的数据以及同一采样点不同月份的数据而言，相关系数分别为0.293～0.722与0.226～0.977，差异较大，COD与TOC的相关性与水体所处环境氧含量有一定关系。

COD； TOC；相关性；城市管网污水；缺氧环境

化学需氧量(COD)反映水中受还原性物质污染的程度，是有机污染物相对含量的综合指标之一。COD的测定结果取决于氧化剂的种类、有机化合物的成分及实验条件与操作等，其指标难以完全反映水体的有机污染情况[1]。同时，COD测定存在测量时间较长、操作繁琐、耗材贵以及容易引起二次污染等问题[2]。总有机碳(TOC)是以碳的含量表示水体中有机物总量的综合指标，能够真实反映水中的有机污染程度。另外，TOC测定仪具有流程简单、耗时短、重现性好、灵敏度高、稳定可靠、不产生二次污染、抗干扰能力强等优点[3]。美国主要以TOC指标来监测水体中的有机物含量，日本在20世纪70年代初期也把TOC指标列入工业标准[2]。我国目前主要以COD作为水质评价指标来表征水体受有机污染的程度。在实际工作中一般是把TOC监测结果换算成COD，再根据COD的标准进行水质评价[4]。就COD与TOC的相关性而言，从理论分析来看，水中的有机物大部分为含碳、氢、氧的有机化合物，于西龙等[5]分析认为，理论上COD与TOC有线性相关性。很多学者[6-11]分别对地表水、城市污水、不同污染源的废水等的TOC与COD进行研究，均发现二者存在较好的相关性。不同水体所含污染物的种类、数量等因素不同，相关性不同；同一水体在不同时期因污染程度等不同，相关性也存在一定差异。但对于污染物种类和含量相对稳定的同一类污水，TOC与COD可以呈现很好的相关性，并且水质越稳定，二者的相关性越好[6]。但这些研究中，水体环境均是富氧状态，很少有研究关注缺氧或厌氧条件时，水体的TOC与COD是否仍存在这样的关系。为此，以嘉兴市某一段污水管网为研究对象，选择2个泵站和之间的4个窖井为采集点，进一步探讨污水管网中TOC与COD的关系。

1 材料与方法

1.1 样品采集

选择一级管网泵站的提升井6个(泵2、重2、重10、重12、重36、泵3)作为采样点，对其进行详细的调查，获取管道长度、直径等第一手资料。

于2015年每月中旬采取水样，根据HJ 494—2009的要求采集水样，采集水样后低温保存，送回实验室后分析。

1.2 实验方法

COD的测定参照HJ/T 399—2007，采用快速消解分光光度法，其中重铬酸钾标准溶液c(1/6 K2Cr2O7)=0.160 mg·L-1。测定时选用比色池(皿)分光光度法低量程测定范围。所用消解仪器为连华科技的COD消解仪。

TOC的测定采用德国Element公司的Liqui TOCⅡ总有机碳分析仪，测量范围选0～100 mg·kg-1C(非稀释状态)，全自动多孔位进样器，自动进样，测定误差与精度≤1%。

1.3 质量控制与数据处理

水样运回实验室，经抽滤后及时进行测定，不能及时测定的将其置于冰箱冷冻保存。

实验过程中，所有移液管、消解管、容量瓶等实验器材使用前先用自来水洗3遍，再用去离子水洗3遍，消解管使用后用15%的硝酸浸泡。所有样品做2个平行组，控制相对标准偏差小于10%。

2 结果与分析

2.1 测定结果

所检测的水样中TOC浓度为11.33～44.46 mg·L-1，平均浓度为21.81 mg·L-1，与谢馨[8]关于城镇污水处理厂研究中的TOC平均浓度较接近，但较河流、湖泊等地表水而言要高[4,6-7]。由所得数据来看，同一月份不同采样点间TOC浓度差异相对于同一采样点不同月份间的差异较小，这可能与不同时期排入管网的污染物种类含量不同有关。2、5、6、8、9月的管道污水水样TOC含量相对较低，而12月水样中TOC含量相对较高。

所检测的水样中COD浓度为31.00～151.50 mg·L-1，平均浓度为90.89 mg·L-1，同样与谢馨[8]的研究浓度较为接近，较一般地表水高[4,6-7]。总的来说，COD的标准偏差比TOC的标准偏差要大。同一月份不同采样点间COD浓度的差异相对同一采样点不同月份的差异较小，其中1、2、4、8、9月COD浓度相对较小，12月相对较高，结果与TOC变化趋势相似，反映出两者之间存在一定的相关性。

2.2 整体数据相关性分析

对本研究获得的TOC与COD数据进行线性回归分析，自由度f=69，相关系数r=0.505，当置信区间为99%时，查表得r>r0.01,69，故所测管网污水样品COD与TOC之间呈极显著线性关系(图1)。

图1 COD与TOC的关系

2.3 不同采样点处相关性分析

同一采样点不同月份TOC与COD数据的相关系数在0.293～0.722(表1)，重10处线性极显著相关，泵2、泵3处线性显著相关，重2、重12、重36处无线性相关性。袁蕾等[6]在研究珠江口水体TOC与COD关系时发现，对于各个口门来说，TOC与COD的相关性差异较大，相关系数在0.001～0.907，而对所测八大口门整体数据进行分析时，二者线性关系显著。经其分析，相关系数低的口门，TOC与COD分布较均匀，浓度相差不大，推测可能系实验过程中误差叠加所致。本研究中，各采样点浓度差异均较大，且未发现相关系数低的采样点TOC、COD浓度分布较均匀。但是通过对比数据发现，线性相关系数较低的采样点COD、TOC值分布在较低浓度的数据较多，这些数据在检测时较易造成误差。此外，泵2、泵3处采样点为格栅入口处的泵房，属于开放式水体，处富氧环境，而其他采样点在污水管道中，处于缺氧环境。泵2、泵3相关系数十分接近且都线性相关，而其他采样点除重10外均无显著线性相关性。而先前显示COD与TOC相关性较好的研究基本也都为开放式水体，这表明COD与TOC的相关性与水体所处环境含氧量可能存在一定关系。

表1 不同采样点COD与TOC的相关性

注：*与**分别表示显著(P<0.05)与极显著(P<0.01)线性相关。表2同。

从同一月份不同采样点水样的TOC与COD关系来看，相关系数在0.226～0.977(表2)。其中，9月份线性关系极显著；2、3、5、7、11月线性关系显著；1、4、6、8、10、12月无线性相关性。各个月间线性关系差异较大，可能是由于管网污水污染物成分复杂，含量波动较大，且含悬浮物较多，而同一个月时采样个数有限，偶然性较大。