水體中有機(jī)物質(zhì)分析方法
水體中的污染物質(zhì)除無(wú)機(jī)化合物外,還含有大量的有機(jī)物質(zhì),它們是以毒性和使水體溶解氧減少的形式對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。已經(jīng)查明,絕大多數(shù)致癌物質(zhì)是有毒的有機(jī)物質(zhì),所以有機(jī)物污染指標(biāo)是水質(zhì)十分重要的指標(biāo)。
水中所含有機(jī)物種類繁多,難以一一分別測(cè)定各種組分的定量數(shù)值,目前多測(cè)定與水中有機(jī)物相當(dāng)?shù)男柩趿縼?lái)間接表征有機(jī)物的含量(如CoD、BOD等),或者某一類有機(jī)污染物(如酚類、油類、苯系物、有機(jī)磷農(nóng)藥等)。但是,上述指標(biāo)并不能確切反映許多痕量危害性大的有機(jī)物污染狀況和危害,因此,隨著環(huán)境科學(xué)研究和分析測(cè)試技術(shù)的發(fā)展,必將大大加強(qiáng)對(duì)有毒有機(jī)物污染的監(jiān)測(cè)和防治。
一、化學(xué)需氧量(COD)
化學(xué)需氧量是指水樣在一定條件下,氧化1升水樣中還原性物質(zhì)所消耗的氧化劑的量,以氧的m8從表示。水中還原性物質(zhì)包括有機(jī)物和亞硝酸鹽、硫化物、亞鐵鹽等無(wú)機(jī)物。化學(xué)需氧量反映了水中受還原性物質(zhì)污染的程度?;谒w被有機(jī)物污染是很普遍的現(xiàn)象,該指標(biāo)也作為有機(jī)物相對(duì)含量的綜合指標(biāo)之一。
對(duì)廢水化學(xué)需氧量的測(cè)定,我國(guó)規(guī)定用重鉻酸鉀法,也可以用與其測(cè)定結(jié)果一致的庫(kù)侖滴定法。
(一)重鉻酸鉀法(CODcI)
在強(qiáng)酸性溶液中,用重鉻酸鉀氧化水樣中的還原性物質(zhì),過(guò)量的重鉻酸鉀以試鐵靈作指示劑,用硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液回滴,根據(jù)其用量計(jì)算水樣中還原性物質(zhì)消耗氧的量。反應(yīng)式如下:
測(cè)定過(guò)程見(jiàn)圖2—35。
水樣20mL(原樣或經(jīng)稀釋)于錐形瓶中
↓←H8S0‘0.48(消除口—干擾)
混勻
←0.25m01/L(1/6K2Cr20?)100mL
↓←沸石數(shù)粒
混勻,接上回流裝置
↓←自冷凝管上口加入A82S04—H2S0‘溶液30mL(催化劑)
混勻
↓
回流加熱2h
↓
冷卻
↓←自冷凝管上口加入80mL水于反應(yīng)液中
取下錐形瓶
↓←加試鐵靈指示劑3摘
用0.1m01從(N氏久Fe(S04)2標(biāo)液滴定,終點(diǎn)由藍(lán)綠色變成紅棕色。
圖2—35 CoDcr測(cè)定過(guò)程
重鉻酸鉀氧化性很強(qiáng),可將大部分有機(jī)物氧化,但吡啶不被氧化,芳香族有機(jī)物不易被氧化;揮發(fā)性直鏈脂肪組化合物、苯等存在于蒸氣相;不能與氧化劑液體接觸,氧化不明顯。氯離子能被重鉻酸鉀氧化,并與硫酸銀作用生成沉淀;可加入適量硫酸汞綴合之。
測(cè)定結(jié)果按下式計(jì)算:
式中:V。——滴定空白時(shí)消耗硫酸亞扶銨標(biāo)準(zhǔn)溶液體積(mL)5—
Vl——滴定水樣消耗硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液體積(mL);
V——水樣體積(mL); ‘
c——硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度(m01兒)t3
8——氧(1/20)的摩爾質(zhì)量(8/m01)。
用o.25m01幾的重鉻酸鉀溶液可測(cè)定大于50m8從的COD值;用0.025m01兒重鉻酸鉀溶液可測(cè)定5—50m8/L的COD值,但準(zhǔn)確度較差。
(二)恒電流庫(kù)侖滴定法
恒電流庫(kù)侖滴定法是一種建立在電解基礎(chǔ)上的分析方法。其原理為在試液中加入適當(dāng)物質(zhì),以一定強(qiáng)度的恒定電流進(jìn)行電解,使之在工作電極(陽(yáng)極或陰極)上電解產(chǎn)生一種試劑(稱滴定劑),該試劑與被測(cè)物質(zhì)進(jìn)行定量反應(yīng),反應(yīng)終點(diǎn)可通過(guò)電化學(xué)等方法指示。依據(jù)電解消耗的電量和法拉第電解定律可計(jì)算被測(cè)物質(zhì)的含量。法拉第電解定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:
式中:W——電極反應(yīng)物的質(zhì)量(8);
I——電解電流(A);
t——電解時(shí)間(s);
96500——法拉第常數(shù)(C);
M——電極反應(yīng)物的摩爾質(zhì)量(8);
n——每克分子反應(yīng)物的電子轉(zhuǎn)移數(shù)。
庫(kù)侖式COD測(cè)定儀的工作原理示于圖2—36。由庫(kù)侖滴定池、電路系統(tǒng)和電磁攪拌器等組成。庫(kù)侖池由工作電極對(duì)、指示電極對(duì)及電解液組成,其中,工作電極對(duì)為雙鉑片工作陰極和鉑絲輔助陽(yáng)極(置于充3m01幾H2SOd,底部具有液絡(luò)部的玻璃管
內(nèi)),用于電解產(chǎn)生滴定劑;指示電極底部具有液絡(luò)部的玻璃管中),以其電位的變化指示庫(kù)侖滴定終點(diǎn)。電解液為10.2m01/L硫酸、重鉻酸鉀和硫酸鐵混合液。電路系統(tǒng)由終點(diǎn)微分電路、電解電流變換電路、頻率變換積分電路、數(shù)字顯示邏輯運(yùn)算電路等組成,用于控制庫(kù)侖滴定終點(diǎn),變換和顯示電解電流,將電解電流進(jìn)行頻率轉(zhuǎn)換、積分,并根據(jù)電解定律進(jìn)行邏輯運(yùn)算,直接顯示水樣的COD值。
使用庫(kù)侖式COD測(cè)定儀測(cè)定水樣COD值的要點(diǎn)是:在空白溶液(蒸餾水加硫酸)和樣品溶液(水樣加硫酸)中加入同量的重鉻酸鉀溶液,分別進(jìn)行回流消解15分鐘,冷卻后各加入等量的、硫酸鐵溶液,于攪拌狀態(tài)下進(jìn)行庫(kù)侖電解滴定,即Fe”在工作陰極上還原為Fe”(滴定劑)去滴定(還原)CrzOv2—。庫(kù)侖滴定空白溶液中CrzOv”得到的結(jié)果為加入重鉻酸鉀的總氧化量(以O(shè) 2
計(jì));庫(kù)侖滴定樣品溶液中CrzO v”得到的結(jié)果為剩余重鉻酸鉀的氧化量(以02計(jì))。設(shè)前者需電解時(shí)間為‘o,后者需‘,則據(jù)法拉第電解定律可得:
式中:1r——被測(cè)物質(zhì)的重量,即水樣消耗的重鉻酸鉀相當(dāng)于氧的克數(shù);
I=—電解電流;
M——氧的分子量(32);
n——氧的得失電子數(shù)(4);
96500——法拉第常數(shù)。
設(shè)水樣coD值為c5(mg兒);水樣體積為v(mL),則1y·c2,代入上式,經(jīng)整理后得:
本方法簡(jiǎn)便、快速、試劑用量少,不需標(biāo)定滴定溶液,尤其適合于工業(yè)廢水的控制分析。當(dāng)用3mI‘o.05mol兒重鉻酸鉀溶液進(jìn)行標(biāo)定值測(cè)定時(shí),zui低檢出濃度為3m8入;測(cè)定上限為100m8/L。但是,只有嚴(yán)格控制消解條件一致和注意經(jīng)常清洗電極,防止沾污,才能獲得較好的重現(xiàn)性。
二、高錳酸鹽指數(shù),
以高錳酸鉀溶液為氧化劑測(cè)得的化學(xué)耗氧量,以前稱為錳法化學(xué)耗氧量。我國(guó)新的環(huán)境水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中,已把該值改稱高錳酸鹽指數(shù),而僅將酸性重鉻酸鉀法測(cè)得的值稱為化學(xué)需氧暈。標(biāo)準(zhǔn)化組織(1SO)建議高錳酸鉀法于測(cè)定地表水、飲用水和生活污水。
按測(cè)定溶液的介質(zhì)不同,分為酸性高錳酸鉀法和堿性高錳酸鉀法。因?yàn)樵趬A性條件下高錳酸鉀的氧化能力比酸性條件下稍弱,此時(shí)不能氧化水中的氯離子,故常用于測(cè)定含氯離子濃度較高的水樣。
酸性高錳酸鉀法適用于氯離子含量不超過(guò)300m8兒的水樣。當(dāng)高錳酸鹽指數(shù)超過(guò)5mg從時(shí),應(yīng)少取水樣并經(jīng)稀釋后再測(cè)定。其測(cè)定過(guò)程如圖2—37所示。
取水樣100mL(原樣或經(jīng)稀釋)于錐形瓶中
↓←(1十3)H:SO‘5mL ‘
混勻
↓←o.olmoI兒高錳玻鉀標(biāo)液(十KMn04)10.omL
沸水浴30min
↓←o.olo omot兒草酸鈉標(biāo)液(專Nasc20‘)lo.oomL
退色 ‘
↓←o.01m01兒高鍺酸鉀標(biāo)液回滴
終點(diǎn)微紅色 :
圖2—37 高鍺酸鹽指數(shù)測(cè)定過(guò)程
測(cè)定結(jié)果按下式計(jì)算:
1.水樣不經(jīng)稀釋
高錳酸鹽指數(shù)
式中:Vl——滴定水樣消耗高錳酸鉀標(biāo)液量(mL);
K——校正系數(shù)(每毫升高錳酸鉀標(biāo)液相當(dāng)于草酸鈉標(biāo)液的毫升數(shù));
M——草酸鈉標(biāo)液(1/.2Na2C20d)濃度(nt01從);
8——氧(1/20)的摩爾質(zhì)量(8/m01);
100——取水樣體積(mL)。
2.水樣經(jīng)稀釋
高錳酸鹽指數(shù)
式中2V。——空白試驗(yàn)中高錳酸鉀標(biāo)液消耗量(mL)
Vz——分取水樣體積(mL);
f——稀釋水樣中含稀釋水的比值(如10.omL水樣稀釋至100mL.,Ng/=0.90)l
其他項(xiàng)同水樣不經(jīng)稀釋計(jì)算式。
化學(xué)需氧量(CODcr)和高錳酸鹽指數(shù)是采用不同的氧化劑在各自的氧化條件下測(cè)定的,難以找出明顯的相關(guān)關(guān)系。一般來(lái)說(shuō),重鉻酸鉀法的氧化率可達(dá)90%,而高錳酸鉀法的氧化率為50%左右,1兩者均未達(dá)*氧化,因而都只是一個(gè)相對(duì)參考數(shù)據(jù)。
三、生化需氧量(BOD)
生化需氧量是指在有溶解氧的條件下,好氧微生物在分解水中有機(jī)物的生物化學(xué)氧化過(guò)程中所消耗的溶解氧量。同時(shí)亦包括如硫化物、亞鐵等還原性無(wú)機(jī)物質(zhì)氧化所消耗的氧量,但這部分通常占很小比例。
有機(jī)物在微生物作用下好氧分解大體上分兩個(gè)階段。*階段稱為含破物質(zhì)氧化階段,主要是含碳有機(jī)物氧化為二氧化碳和水;第二階段稱為硝化階段,主要是含氮有機(jī)化合物在硝化菌的作用下分解為亞硝酸鹽和硝酸鹽。然而這兩個(gè)階段并非截然分開(kāi),而是各有主次。對(duì)生活污水及性質(zhì)與其接近的工業(yè)廢水,硝化階段大約在5—7日,甚至10日以后才顯著進(jìn)行,故目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用的20℃五天培養(yǎng)法(BODs法)測(cè)定BOD值一般不包括硝化階段。
BOD是反映水體被有機(jī)物污染程度的綜合指標(biāo),也是研究廢水的可生化降解性和生化處理效果,以及生化處理廢水工藝設(shè)計(jì)和動(dòng)力學(xué)研究中的重要參數(shù)。
(一)五天培養(yǎng)法(20℃)
也蘇標(biāo)準(zhǔn)稀釋法。其測(cè)定原理是水樣經(jīng)稀釋后,在29土1℃條件下培養(yǎng)5天,求出培養(yǎng)前后水樣中溶解氧含量,二者的差值為BOD5。如果水樣五日生化需氧量未超過(guò)7m8/L,則不必進(jìn)行稀釋,可直接測(cè)定。很多較清潔的河水就屬于這一類水。
對(duì)于不合或少含微生物的工業(yè)廢水,如酸性廢水、堿性廢水、高溫廢水或經(jīng)過(guò)氯化處理的廢水,在測(cè)定BODs時(shí)應(yīng)進(jìn)行接種,以引入能降解廢水中有機(jī)物的微生物。當(dāng)廢水中存在著難被一般生活污水中的微生物以正常速度降解的有機(jī)物或有劇毒物質(zhì)時(shí),應(yīng)將馴化后的微生物引入水樣中進(jìn)行接種。
1.稀釋水
對(duì)于污染的地面水和大多數(shù)工業(yè)廢水,因含較多的有機(jī)物,需要稀釋后再培養(yǎng)測(cè)定,以保證在培養(yǎng)過(guò)程中有充足的溶解氧。其稀釋程度應(yīng)使培養(yǎng)中所消耗的溶解氧大于2血8凡,而剩余溶解氧在1m8兒以上。
稀釋水一般用蒸餾水配制,.先通入經(jīng)活性炭吸附及水洗處理的空氣,曝氣2—8h,使水中溶解氧接近飽和,然后再在20℃下放置數(shù)小時(shí)。臨用前加入少量氯化鈣、氯化鐵、硫酸鎂等營(yíng)養(yǎng)鹽溶液及磷酸鹽緩沖溶液,混勻備用。稀釋水的pH值應(yīng)為7.2,BOD5應(yīng)小于0.2血8兒。
高錳酸鹽指數(shù) (mg/L) | 系 數(shù) |
< 5 5 — 10 10 — 20 > 20 | 0 . 2 、 0 . 3 0 . 4 、 0 . 6 0 . 5 、 0 . 7 、 |
如水樣中無(wú)微生物,則應(yīng)于稀釋水中接種微生物,即在每升稀釋水中加入生活污水上層清液1—10mL,或表層土壤浸出液20—30mL,或河水、湖水10—100mL。這種水稱為接種稀釋水。為檢查稀釋水相接種液的質(zhì)量,以及化驗(yàn)人員的操作水平,將每升含葡萄糖和谷氨酸各150m8的標(biāo)準(zhǔn)溶液以1:50稀釋比稀釋后,與水樣同步測(cè)定BODs,測(cè)得值應(yīng)在180—230m8兒之間,否則,應(yīng)檢查原因,予以糾正。
2.水樣稀釋倍數(shù)
水樣稀釋倍數(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估算。表2—13列出地面水稀釋倍數(shù)估算方法。工業(yè)廢水的稀釋倍數(shù)由CODcr值分別乘以系數(shù)0.075、o.15、0.25獲得。通常同時(shí)作三個(gè)稀釋比的水樣。表2—13 由高錳酸鹽指數(shù)估算稀釋倍數(shù)乘以的系數(shù)
3.測(cè)定結(jié)果計(jì)算
對(duì)不經(jīng)稀釋直接培養(yǎng)的水樣:
式中Icl——水樣在培養(yǎng)前溶解氧的濃度(m8兒);
‘:——水樣經(jīng)5天培養(yǎng)后,剩余溶解氧濃度(m8兒)。
對(duì)稀釋后培養(yǎng)的水樣:
式中:Bl——稀釋水(或接種稀釋水)在培養(yǎng)前的溶解氧的濃度(m8兒);
Bz——稀釋水(或接種稀釋水)在培養(yǎng)后的溶解氧的濃度(m8兒);
f1——稀釋水(或接種稀釋水)在培養(yǎng)液中所占比例;
f2——水樣在培養(yǎng)液中所占比例。
水樣含有銅、鉛、鋅、鎘、鉻、砷、氰等有毒物質(zhì)時(shí),對(duì)微生物活性有抑制,可使用經(jīng)馴化微生物接種的稀釋水,或提高稀釋倍數(shù),以減小毒物的影響。如含少量氯,一般放置1—2h可自行消失;對(duì)游離氯短時(shí)間不能消散的水樣,可加入亞硫酸鈉除去之,加入量由實(shí)驗(yàn)確定。
本方法適用于測(cè)定BOD5大于或等于2m8兒,zui大不超過(guò)6000m8兒的水樣;大于6000m8兒,會(huì)圍稀釋帶來(lái)更大誤差。
(二)其他方法
1.檢壓庫(kù)侖式BOD測(cè)定儀
檢壓庫(kù)侖式肋D測(cè)定儀的原理示于圖2—38。裝在培養(yǎng)瓶中的水樣用電磁攪拌器進(jìn)行攪拌。當(dāng)水樣中的溶解氧因微生物降解有機(jī)物被消耗時(shí),則培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)空間中的氧溶解進(jìn)入水樣,生成的二氧化碳從水中選出被置于瓶?jī)?nèi)的吸附劑吸收,使瓶?jī)?nèi)的氧分壓和總氣壓下降、用電極式壓力計(jì)檢出下降量,并轉(zhuǎn)換成電信號(hào),經(jīng)放大送入繼電器電路接通恒流電源及同步電機(jī),電解瓶?jī)?nèi)(裝有中性硫酸銅溶液和電解電極)便自動(dòng)電解產(chǎn)生氧氣供給培養(yǎng)瓶,待瓶?jī)?nèi)氣壓回升至原壓力時(shí),繼電器斷開(kāi),電解電極和同步電機(jī)停止工作。此過(guò)程反復(fù)進(jìn)行使培養(yǎng)瓶?jī)?nèi)空間始終保持恒壓狀態(tài)。
根據(jù)法拉第定律;由恒電流電解所消耗的電量便可計(jì)算耗氧量。儀器能自動(dòng)顯示測(cè)定結(jié)果,記錄生化需氧量曲線。
2.測(cè)壓法
在密閉培養(yǎng)瓶中,水樣中溶解氧由于微生物降解有機(jī)物而被消耗,產(chǎn)生與耗氧量相當(dāng)?shù)腃Oz被吸收后,使密閉系統(tǒng)的壓力降低,用壓力計(jì)測(cè)出此壓降,即可求出水樣的BOD值。在實(shí)際測(cè)定中,先以標(biāo)準(zhǔn)葡萄糖—谷氨酸溶液的BOD值和相應(yīng)的壓差作關(guān)系
曲線,然后以此曲線校準(zhǔn)儀器刻度,便可直接讀出水樣的BOD值。
3.微生物電極法
微生物電極是一種將微生物技術(shù)與電化學(xué)檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合的傳感器,其結(jié)構(gòu)如圖2—39所示。主要由溶解氧電極和緊貼其透氣膜表面的固定化微生物膜組成。響應(yīng)BOD物質(zhì)的原理是當(dāng)將其插入恒溫、溶解氧濃度一定的不含BOD物質(zhì)的底液時(shí),由于微生物的呼吸活性一定,底液中的溶解氧分子通過(guò)微生物膜擴(kuò)散進(jìn)入氧電極的速率一定,微生物電極輸出一穩(wěn)態(tài)電流;如果將BOD物質(zhì)加入底液中,則該物質(zhì)的分子與氧分子一起擴(kuò)散進(jìn)入微生物膜,因?yàn)槟ぶ械奈⑸飳?duì)BOD物質(zhì)發(fā)生同化作用而耗氧,導(dǎo)致進(jìn)入氧電極的氧分子減少,即擴(kuò)散進(jìn)入的速率降低,使電極輸出電流減少,并在幾分鐘內(nèi)降至新的穩(wěn)態(tài)值。在適宜的BOD物質(zhì)濃度范圍內(nèi),電極輸出電流降低值與BOD物質(zhì)濃度之間呈線性關(guān)系,而B(niǎo)OD物質(zhì)濃度又和BOn值之間有定量關(guān)系。
微生物膜電極BOD測(cè)定儀的工作原理示于圖2—40。該測(cè)定儀由測(cè)量池(裝有微生物膜電極、鼓氣管及被測(cè)水樣)、恒溫水浴、恒電壓源、控溫器、鼓氣泵及信號(hào)轉(zhuǎn)換和測(cè)量系統(tǒng)組成。恒電壓源輸出o.72V電壓,加于Ag—A8C1電極(正極)和黃金電極(負(fù)極)上。黃金電極因被測(cè)溶液BOD物質(zhì)濃度不周產(chǎn)生的極化電流變化送至阻抗轉(zhuǎn)換和微電流放大電路,經(jīng)放大的微電流再送至A—D轉(zhuǎn)換電路,改A—V轉(zhuǎn)換電路,轉(zhuǎn)換后的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字顯示或記錄儀記錄。儀器經(jīng)用標(biāo)準(zhǔn)BOD物質(zhì)溶液校準(zhǔn)后,可直接顯示被測(cè)溶液的BOD值,并在20min內(nèi)完成一個(gè)水樣的測(cè)定①。該儀器適用于多種易降解廢水的’BOD監(jiān)測(cè)。除上述測(cè)定方法外,還有活性污泥法、相關(guān)估算法等。
四、總有機(jī)碳(TOC)
總有機(jī)碳是以碳的含量表示水體中有機(jī)物質(zhì)總量的綜合指標(biāo)。由于TOC的測(cè)定采用燃燒法,因此能將有機(jī)物全部氧化,它比如Ds或COD更能反映有機(jī)物的總量。
目前廣泛應(yīng)用的測(cè)定TOC的方法是燃燒氧化J4F色散紅外吸收法。其測(cè)定原理是:將一定量水樣注入高溫爐內(nèi)的石英管,在900一950℃溫度下,以鉑和三氧化鉆或三氧化二鉻為催化劑,使有機(jī)物燃燒裂解轉(zhuǎn)化為二氧化碳,然后用紅外線氣體分析儀測(cè)定C02含量,從而確定水樣中碳的含量。因?yàn)樵诟邷叵拢畼又械奶妓猁}也分解產(chǎn)生二氧化碳,故上面測(cè)得的為水樣中的總碳
(TC)。。為獲得有機(jī)碳含量,可采用兩種方法:一是將水樣預(yù)先酸化,通入氮?dú)馄貧猓?qū)除各種碳酸鹽分解生成的二氧化碳后再注入儀器測(cè)定。另一種方法是使用高溫爐和低溫爐皆有的TOC測(cè)定儀。將同一等量水樣分別注入高溫爐(900℃)和低溫爐(150℃),則水樣中的有機(jī)碳和無(wú)機(jī)碳均轉(zhuǎn)化為COz,而低溫爐的石英管中裝有磷酸浸漬的玻璃棉,能使無(wú)機(jī)碳酸鹽在150℃分解為C02,有機(jī)物卻不能被分解氧化。將高、低溫爐中生成的CO:‘依次導(dǎo)入非色散紅外氣體分析儀,分別測(cè)得總碳(TC)和無(wú)機(jī)碳(IC),二者之差即為總有機(jī)碳(TOC)。測(cè)定流程見(jiàn)圖2—41。該方法zui低檢出濃度為o.5mg/I。
五、總需氧量(TOD)
總需氧量是指水中能被氧化的物質(zhì),主要是有機(jī)物質(zhì)在燃燒中變成穩(wěn)定的氧化物時(shí)所需要的氧量,結(jié)果以02的m8兒表示。
用TOD測(cè)定儀測(cè)定ToD的原理是將一定量水樣注入裝有鉑催化劑的石英燃燒管,通入含已知氧濃度的載氣(氮?dú)猓┳鳛樵蠚?,則水樣中的還原性物質(zhì)在900℃下被瞬間燃燒氧化。測(cè)定燃燒前后原料氣中氧濃度的減少量,便可求得水樣的總需氧量值。
TOD值能反映幾乎全部有機(jī)物質(zhì)經(jīng)燃燒后變成C02、H20、N0、S02…所需要的氧量。它比BoD、CoD和高錳酸鹽指數(shù)更接近于理論需氧量值。但它們之間也沒(méi)有固定的相關(guān)關(guān)系。有的研究者指出,BODs/TOD=0.1—0,6;CoD/TOD=0.5—0.9,具體比值取決于廢水的性質(zhì)。
TOD和TOC的比例關(guān)系可粗略判斷有機(jī)物的種類。對(duì)于含碳化合物,因?yàn)橐粋€(gè)碳原子消耗注⑦ 參閱孫裕生等,《分析儀器》,(1),1992年兩個(gè)氧原子,即Oz/C=2.67,因此從理論上說(shuō),TOD=2.67TOC。若某水樣的TOD/TOC為2.67左右,可認(rèn)為主要是含碳有機(jī)物j若TOD/TOC>4.o,則應(yīng)考慮水中有較大量含S、P的有機(jī)物存在;若TOD/TOC<2.6,就應(yīng)考慮水樣中硝酸鹽和亞硝酸鹽可能含量較大,它們?cè)诟邷睾痛呋瘲l件下分解放出氧,使TOD測(cè)定呈現(xiàn)負(fù)誤差。
六、揮發(fā)酚類
根據(jù)酚類能否與水蒸氣一起蒸出,分為揮發(fā)酚與不揮發(fā)酚。通常認(rèn)為沸點(diǎn)在230℃以下的為揮發(fā)酚(屑一元酚);而沸點(diǎn)在2助℃以上的為不揮發(fā)酚。
酚屑高毒物質(zhì),人體攝入一定量會(huì)出現(xiàn)急性中毒癥狀;長(zhǎng)期飲用被酚污染的水,可引起頭昏、騷癢、貧血及神經(jīng)系統(tǒng)障礙。當(dāng)水中含酚大于5m8/L時(shí),就會(huì)使魚(yú)中毒死亡。
酚的主要污染源是煉油、焦化、煤氣發(fā)生站,木材防腐及某些化工(如酚醛樹(shù)脂>等工業(yè)廢水。
酚的主要分析方法有容量法、分光光度法、色譜法等。目前各國(guó)普遍采用的是4—氨基安替吡林分光光度法;高濃度含酚廢水可采用溴化容量法。無(wú)論溴化容量法還是分光光度法,當(dāng)水樣中存在氧化劑、還原劑、油類及某些金屬離子時(shí),均應(yīng)設(shè)法消除并進(jìn)行預(yù)蒸餾。如對(duì)游離氯加入硫酸亞鐵還原;對(duì)硫化物加入硫酸銅使之沉淀,或者在酸性條件下使其以硫化氫形式逸出;對(duì)油類用有機(jī)溶劑萃取除去等。蒸餾的作用有二,一是分離出揮發(fā)酚,二是消除顏色、渾濁和金屬離子等的干擾。
(一)4—氨基安替比林分光光度法
酚類化合物于pHl0.0土o.2的介質(zhì)中,在鐵氰化鉀的存在下,與4—氨基安替比林(4—AAP)反應(yīng),生成橙紅色的p5l噪酚安替比林染料,在510nm波長(zhǎng)處有zui大吸收,用比色法定量。反應(yīng)式如下:
顯色反應(yīng)受酚環(huán)上取代基的種類、位置、數(shù)目等影響,如對(duì)位被烷基、芳香基、酯、硝基、苯酰、亞硝基或醛基取代,而鄰位未被取代的酚類,與4—氨基安替比林不產(chǎn)生顯色反應(yīng)。這是因?yàn)樯鲜龌鶊F(tuán)阻止酚類氧化成醌型結(jié)構(gòu)所致,但對(duì)位被鹵素、磺酸、羥基或甲氧基所取代的酚類與4—氨基安替比林發(fā)生顯色反應(yīng)。鄰位硝基酚和間位硝基酚與4—氨基安替比林發(fā)生的反應(yīng)又不相同,前者反應(yīng)無(wú)色,后者反應(yīng)有點(diǎn)顏色。所以本法測(cè)定的酚類不是總酚,而僅僅是與4—氨基安替比林顯色的酚,并以苯酚為標(biāo)準(zhǔn),結(jié)果以苯酚計(jì)算含量。
用20m2d比色皿測(cè)定,方法zui低檢出濃度為o.12n8/L。如果顯色后用三氯甲烷萃取,于460n2n波長(zhǎng)處測(cè)定,其zui低檢出濃度可達(dá)o.o02m8/L;測(cè)定上限為0.12m8從。此外,在直接光度法中,有色絡(luò)合物不夠穩(wěn)定,應(yīng)立即測(cè)定;氯仿萃取法有色絡(luò)合物可穩(wěn)定3小時(shí)。
(二)溴化滴定法
在含過(guò)量溴(由溴酸鉀和溴化鉀產(chǎn)生)的溶液中,酚與鎮(zhèn)反應(yīng)生成三溴酚,并進(jìn)一步生成溴代三溴酚。剩余的溴與碘化鉀作用釋放出游離碘,與此同時(shí)溴代三溴酚也與碘化鉀反應(yīng)置換出游離碘。用硫代硫酸鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液涵定釋出的游離碘,并根據(jù)其消耗計(jì)算出以苯酚計(jì)曲捅發(fā)酚含量。反應(yīng)式如下:
結(jié)果按下式計(jì)算:
揮發(fā)酚
式中:認(rèn)——空白(以蒸餾水代替水樣加D同體積溴酸鉀—溴化鉀溶液)試驗(yàn)滴定時(shí)硫代硫酸鈉標(biāo)
、— 液用量(mL)6
y2——水樣滴定時(shí)硫代硫酸鈉標(biāo)液用量(mL);
—c——硫代硫酸鈉標(biāo)液的濃度(tpol兒)一
V——水樣體積(mL);
15.68——苯酚(1/6C eHsOH)摩爾質(zhì)量(8/m01)。
七、礦物油.
水中的礦物油來(lái)自工業(yè)廢水和生活污水;工業(yè)廢水中石油類(各種烴類的混合物)污染物主要來(lái)自原油開(kāi)采、加工及各種煉制油的使用部門(mén)。礦物油漂浮在水體表面,影響空氣與水體界面間的氧交換;分散于水中的油可被微生物氧化分解,消耗水中的溶解氧,使水質(zhì)惡化。礦物油中還含有毒性大的芳烴類。
測(cè)定礦物油的方法有重量法、非色散紅外法、紫外分光光度法、熒光法、比濁法等。
(一)重量法
重量法是常用的方法,它不受油品種的限制,但操作繁瑣,靈敏度低,只適用于測(cè)定10m8兒以上的含油水樣。方法測(cè)定原理是以硫酸酸化水樣,用石油醚萃取礦物油,然后蒸發(fā)除去石油醚,稱量殘?jiān)?,?jì)算礦物油含量。
該法是指水中可被石油醚萃取的物質(zhì)總量,可能含有較重的石油成分不能被萃取。蒸發(fā)除去溶劑時(shí),也會(huì)造成輕質(zhì)油的損失。
(二)非色散紅外法
本法系利用石油類物質(zhì)的甲基(—CH:)、亞甲基(—吧Hz一)在近紅外區(qū)(3.4f4m)有特征吸收,作為測(cè)定水樣中油含量的基礎(chǔ)。標(biāo)準(zhǔn)油可采用受污染地點(diǎn)水中石油醚萃取物。根據(jù)我國(guó)原油組分特點(diǎn),也可采用混合石油烴作為標(biāo)準(zhǔn)油;其組成為:十六烷:異辛烷:苯z 65:25:10(y/y)。
測(cè)定時(shí),先用硫酸將水樣酸化,加氯化鈉破乳化,再用三氯三氟乙烷萃取,萃取液經(jīng)無(wú)水硫酸鈉層過(guò)濾、定容,注入紅外分析儀測(cè)其含量。
所有含甲基、亞甲基的有機(jī)物質(zhì)都將產(chǎn)生干擾。如水樣中有動(dòng)、植物性油脂以及脂肪酸物質(zhì)應(yīng)預(yù)先將其分離。此外,石油中有些較重的組分不镕于三氯三氟乙烷,致使測(cè)定結(jié)果偏低
(三)紫外分光光度法
石油及其產(chǎn)品在紫外光區(qū)有特征吸收。帶有苯環(huán)的芳香族化合物的主要吸收波長(zhǎng)為250一260nm;帶有共扼雙鍵的化合物主要吸收波長(zhǎng)為215—230ngl。一般原油的兩個(gè)吸收峰波長(zhǎng)為225nm和254nm;輕質(zhì)油及煉油廠的油品可選225nm。
水樣用硫酸酸化,加氯化納破乳化,然后用石油醚萃取,脫水,定容后測(cè)定。標(biāo)準(zhǔn)油用受污染地點(diǎn)水樣石油醚萃取物。 不同油品特征吸收峰不同,如難以確定測(cè)定波長(zhǎng)時(shí),可用標(biāo)準(zhǔn)油樣在波長(zhǎng)215—300nm之間的吸收光譜,采用其zui大吸收峰的位置。一般在220一225nm之間。
八、其他有機(jī)污染物質(zhì)
根據(jù)水體污染的不同情況,常常還需要測(cè)定陰離子洗滌劑、有機(jī)磷農(nóng)藥、有機(jī)氯農(nóng)藥、苯系物、氯苯類化合物、苯并(a)花、多環(huán)芳烴、甲醛、三氯乙醛、苯胺類、硝基苯類等。·這些物質(zhì)除陰離子洗滌劑外。其他均為主要環(huán)境優(yōu)先污染物,其監(jiān)測(cè)方法多用氣相色譜法和分光光度法。對(duì)于大分子量的多環(huán)芳烴、苯并(a)芘等要用液相色譜法或熒光