環(huán)境監(jiān)測(cè)中某些指標(biāo)的相關(guān)性分析

1、環(huán)境監(jiān)測(cè)中某些指標(biāo)的相關(guān)性分析安徽省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站周世厥一、水和廢水測(cè)定中某些指標(biāo)的相關(guān)性分析1、化學(xué)需氧量(CODcr)與高鎰酸鹽指數(shù)(ImQ、五日生化需氧量(BOD5)、總有機(jī)碳(TOC)的相關(guān)性分析：CODcr及ImqBOD5、TOC均是表征水中有機(jī)物污染的綜合性指標(biāo)，其中CODcr是指在一定條件下，經(jīng)重銘酸鉀氧化處理時(shí)，水樣中的溶解性物質(zhì)和懸浮物所消耗和重銘酸鹽相對(duì)應(yīng)的氧的質(zhì)量濃度；iMn是指在一定條件下，用高鎰酸鉀氧化水樣中的某些有機(jī)物及無(wú)機(jī)還原性物質(zhì)，由消耗的高鎰酸鉀量計(jì)算相當(dāng)?shù)难趿?，由于許多有機(jī)物只能部分被氧化，且易揮發(fā)的有機(jī)物也不包含在測(cè)定值之內(nèi)，所以它不能作為理論需氧量或總有

2、機(jī)物含量的指標(biāo)；BOD5是指在規(guī)定條件下水中有機(jī)物和無(wú)機(jī)物在生物氧化作用下所消耗的溶解氧(以質(zhì)量濃度表示)；TOC是指以碳的含量表示水體中有機(jī)物質(zhì)總量的綜合指標(biāo)，由于用燃燒法測(cè)定，能將有機(jī)物全部氧化，因此它比BOD5、COD更能直接表示有機(jī)物的總量。根據(jù)以上各指標(biāo)的定義，一般可用如下規(guī)律判斷測(cè)試結(jié)果的合理性。即：1.1 CODcr>iMnlMn=(0.20.7)CODcr;1.2 CODcr>BOD5BOD5=(0.20.8)CODcr;1.3 CODcr>TOCTOC=(0.20.7)CODcr。2、總氮(TN)與硝酸鹽氮(NO3-N)、亞硝酸鹽氮(NO2-N)、氨氮(NH

3、3-N)凱氏氮(KN)的相關(guān)性分析：TN及NO3-N、NO2-N、NH3-N、KN表示不同的含氮化合物，均可用于表征環(huán)境中氮的污染狀況。TN是指可溶性及懸浮顆粒中的含氮量；NO3-N是指在有氧環(huán)境下，各種形態(tài)的含氮化合物中最穩(wěn)定的氮化合物，亦是含氮有機(jī)物經(jīng)無(wú)機(jī)化作用最終階段的分解產(chǎn)物，在無(wú)氧環(huán)境中，亦可受微生物的作用而還原成亞硝酸鹽；NO2-N是氮循環(huán)的中間產(chǎn)物，不穩(wěn)定，根據(jù)水環(huán)境條件，可被氧化成硝酸鹽，也可被還原成氨；NH3-N來(lái)源于含氮有機(jī)物受微生物作用的分解產(chǎn)物，在有氧環(huán)境中，水中氨亦可轉(zhuǎn)變?yōu)閬喯跛猁}或繼續(xù)轉(zhuǎn)變?yōu)橄跛猁}；KN是指以凱氏(Kjeldahl)法測(cè)得的含氮量，它包括了氨氮和在此

4、條件下能被轉(zhuǎn)化為鏤鹽而測(cè)定的有機(jī)氮化合物。上述各類含氮化合物一般具有如下規(guī)律：2.1 TN>NO3-N+NO2-N+NH3-N;2.2 TNkNC3-N+NO2-N+KN;2.3 KN>NH3-N。3、總磷(TP)與磷酸鹽(PO43-)的相關(guān)性分析：TP及PO43-表示不同的含磷化合物，TP表征環(huán)境中磷的總污染狀況(包括溶解的、顆粒的、有機(jī)的和無(wú)機(jī)磷)，PO43-則表征了磷的無(wú)機(jī)污染狀況。TP和PQ3-之間的一般規(guī)律為：3.1TP>PO43，4、總銘(TCr)與六價(jià)銘(Cr6+)的相關(guān)性分析TCr及Cr6+表示不同的含銘化合物，TCr包括六價(jià)銘和三價(jià)銘，在水體中六價(jià)銘一般以C

5、r。42-、HCrO4-二種陰離子形式存在，受水中pH值、有機(jī)物、氧化還原物質(zhì)、溫度及硬度等條件影響，三價(jià)銘和六價(jià)銘的化合物可以互相轉(zhuǎn)化。TCr和Cr6+之間的一般規(guī)律為：4.1TCr>Cr6+;4.2TCr弋C+Cr3+5、電導(dǎo)率和可濾殘?jiān)南嚓P(guān)性分析電導(dǎo)是水溶液電阻的倒數(shù)，水樣中可溶性離子越多，電阻就越小，而電導(dǎo)就越大，因此測(cè)定水樣的電導(dǎo)率可大致估計(jì)水樣中可溶性離子的總量，也就可以估計(jì)水樣可濾殘?jiān)亩嗌?，即水樣的電?dǎo)率和可濾殘?jiān)嬖谝欢ǖ南嚓P(guān)關(guān)系。一般天然水中可濾殘?jiān)c電導(dǎo)率的比值大約為0.550.70,若遇到下列情況，可濾殘?jiān)c電導(dǎo)率的比值就可能超過0.550.70的范圍：5.1

6、如果水樣含有較多游離酸或苛性堿，其比值要比0.55小得多；5.2 如果水樣含大量鹽分，其比值可能比0.70大得多。6、陰、陽(yáng)離子摩爾濃度的相關(guān)性分析這里所指的摩爾濃度關(guān)系即指陰離子當(dāng)量之和與陽(yáng)離子當(dāng)量之和的關(guān)系。要保持水溶液中陰離子和陽(yáng)離子電荷平衡，那么陰離子摩爾濃度總和應(yīng)與陽(yáng)離子摩爾濃度總和相等。但是由于分析測(cè)定存在一定誤差，在美國(guó)水和廢水標(biāo)準(zhǔn)分析方法中認(rèn)為陰、陽(yáng)離子之差符合下述關(guān)系式是理想的：12陰離子摩爾濃度-U日離子摩爾濃度=±（0.1065+0.0155利踽子摩爾濃度）7、離子積和溶度積的相關(guān)性分析許多化合物在水中溶解度很小，如AgzS、HgS、PbSCuS以及有機(jī)氯農(nóng)藥B

7、HC、DDT、多環(huán)芳煌等。大多數(shù)重金屬在近中性的天然水體中都會(huì)水解為難溶的氫氧化物沉淀而被懸浮物吸附或轉(zhuǎn)移至沉積相中。因此一般在可濾水中重金屬離子濃度不會(huì)過高，某些金屬的碳酸鹽和硫酸鹽的溶解度也不大，如Sr2，Ba2+等。當(dāng)陽(yáng)離子和陰離子濃度積（離子積）>溶度積（KsP）（即某種鹽飽和溶液的離子積）時(shí)，化合物即析出沉淀；當(dāng)離子積<溶度積時(shí)，則該種離子可存在于水溶液中，因此根據(jù)溶度積原理可以判斷測(cè)試結(jié)果的合理性。二、生物參數(shù)間及與理化指標(biāo)間的相關(guān)性分析、細(xì)菌總數(shù)、總大腸菌群數(shù)與水體中有機(jī)物含量間的關(guān)系大部分的細(xì)菌是以分解有機(jī)物獲得能量以維持其基本的生命活動(dòng)，因此水體中細(xì)菌總數(shù)與有機(jī)物

8、的含量密切相關(guān)。一般來(lái)說水體中的細(xì)菌總數(shù)是隨著水體中有機(jī)物的增加而增大?？偞竽c菌群的存在表明水體已被糞便污染，即有致病菌污染的可能性，預(yù)示該水體在微生物學(xué)上是不安全的。因此水體的總大腸菌群數(shù)與水體受糞便污染程度有著內(nèi)在必然聯(lián)系。三、pH酸度堿度指標(biāo)間的相關(guān)性分析pH=-lgH+,i11+在稀溶液中丫11接近于1,可寫成如下形式。pH=-lgH+pH=7為中性，pH>7為堿性，pH<7為酸性。測(cè)定pH值很容易，而且把它作為水環(huán)境的指標(biāo)也是極為有用的。內(nèi)陸水的pH值接近于7,而海水的pH值稍高，通常為8左右。根據(jù)水環(huán)境的pH值及其變化便可以大體了解某一水環(huán)境的狀態(tài)。例如，當(dāng)pH值較低時(shí)

9、就可以估計(jì)可能流入了酸性廢水。相反，當(dāng)pH較高時(shí)，要想到不是流入了堿，就是湖泊中有藻類增殖。另外，剛剛抽出的地下水pH值稍低，一般在6以上，但經(jīng)放置后pH就會(huì)升高。藻類的增殖和地下水pH值的變化與碳酸平衡有密切關(guān)系。水中無(wú)機(jī)碳按下式平衡。KiK2K3CO2+H2O；H2CO3HCO-8+H+；CO2-3+2H+式中，K1=2.6X0-3(mol/l)pK1=2.58K2=1.7X0-4(mol/l)pK2=3.77K3=4.7X0-11(mol/l)pK3=10.33KiK2=4.5X0-7(mol/l)PK1K2=6.35PK1K2K3=16.68K1K2K3=2.1¥0-17(m

10、ol/l)水中的無(wú)機(jī)碳以游離的CO2、H2CO3、重碳酸根離子（HCO3）、碳酸根離子（CO£3）的形式存在。這種平衡關(guān)系控制著水的pH值根據(jù)該平衡關(guān)系，pH值可用下式表示:11COJupK1K2K3Tg季1pH=pH=8.34-21gM但是，碳酸尚未離解到第二階段時(shí)，pH值可用下式計(jì)算:nWpK1K27g登pH=3co2例如，在油田、煤田等含有機(jī)物pH=6.35gHCO"層的地下水中往往不能檢出CO2-3,而只能檢出HCO-3與CO2。假設(shè)游離CO2為30mg/l,HCO-3為1000mg/l,貝UpH值為7.73。實(shí)際上也經(jīng)常測(cè)了這種程度的HCO-3、CO2和pH值。另

11、外，在已經(jīng)富營(yíng)養(yǎng)化的湖泊中，經(jīng)常出現(xiàn)pH值明顯升高的現(xiàn)象。藻類的光合作用需要CO2,與藻類對(duì)CO2的利用速度相比，從大氣提供的CO2速度小到上述利用速度的1%1%。，因而藻類把水中的HCO3也當(dāng)作CO2來(lái)禾I用。這就是說，首先HCO-3在磷酸酊酶的催化作用下變成H2CO3,然后經(jīng)脫水反應(yīng)生成CO2后被利用。因此,pH值主要不是由游離的CO2決定，而是由HCO-3和CO2-3來(lái)決定。由式（38）可知藻類增殖時(shí)的pH值。圖3-2是金（King）在培養(yǎng)席藻屬（未定種）時(shí)測(cè)得的HCO-3、CO2-3和pH的實(shí)測(cè)值與根據(jù)HCO-3、CO2-3值以及式（38）計(jì)算和pH值的關(guān)系。由圖可見，實(shí)測(cè)值與計(jì)算值基

12、本一致。重碳酸根離子（HCO-3）是用甲基混合指示劑，按中和所需要的酸量（H2SQ）來(lái)計(jì)算的，在這種情況下，實(shí)際上也同時(shí)測(cè)定了氫氧根離子（OH-）和碳酸根離子（CO2-3）,因此把它稱為甲基橙堿度或總堿部。這就是在藻類增殖中，堿度成為重要指標(biāo)的原因。總堿度一般不是用重碳酸根離子（HCO-3）表示，而是把它換算成碳酸鈣，以1升水中所含的碳酸鈣的毫克數(shù)來(lái)表示。游離CO2是以酚醐作為指示劑，根據(jù)中和所需要的堿量（碳酸鈉）來(lái)計(jì)算。這時(shí)由于氫離子（H+）,即無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸也同時(shí)被測(cè)定出來(lái)，所以稱為酚醐酸度或總酸度。與堿度一樣，酸度也把所需要的堿量換算成相應(yīng)的碳酸鈣量，并用1升水中所含的碳酸鈣的毫克數(shù)來(lái)表

13、示。天然水中酸度的主要成分是CO2。這種現(xiàn)象如式（35）所示CO2經(jīng)離解后使用H+濃度增大，并成為促使鐵溶出等腐蝕的原因。碳酸根離子（CO*3）是用酚醐指示劑，經(jīng)酸（H2SO4）滴定后，根據(jù)其所需的酸量計(jì)算。如果把它也換算成碳酸鈣濃度表示，那么它就屬于酚醐堿度。污水處理的優(yōu)劣程序，可根據(jù)處理水所含的物質(zhì)濃度或處理前后污水中有機(jī)物濃度的變化，即去除率來(lái)加以評(píng)價(jià)。處理出水中物質(zhì)濃度越低，則凈化程度越高，但也并非全部污染物濃度均能測(cè)定出來(lái)。一般說來(lái)，除重金屬等有害物質(zhì)外都可以用3.1或3,4中所論述的BOD、SS等指標(biāo)來(lái)判斷其處理程度。透明度透明度是在污水處理廠的運(yùn)行管理方面應(yīng)用得最廣泛的指標(biāo)之一。

14、對(duì)一般的城市污水及處理后出水來(lái)說，其污染程度與外觀基本上是一致的。因此，具有多年經(jīng)驗(yàn)的污水處理工作者，只需通過外觀及透明度便能較準(zhǔn)確地判斷出污水中BOD及SS等的濃度。BOD與CODBOD與COD分別為利用微生物對(duì)有機(jī)物的氧化和利用氧化劑(KMnO4或K2Cr2O7)對(duì)有機(jī)物的氧化時(shí)所需氧量來(lái)間接地表示有機(jī)物量。在表中列舉了各種有機(jī)物的BOD、COD與理論耗氧量的比例關(guān)系。但已知道，有機(jī)酸是很難用COD(KMnO4)來(lái)表示的。在一般城市污水中，原污水及初沉池出水的BOD>COD,經(jīng)活性污泥法處理后出水的BODcCODo在處理后出水中BODcCOD的原因在于曝氣池內(nèi)未被微生物分解的有機(jī)物、

15、微生物代謝產(chǎn)物及微生物尸骸等難于被微生物氧化的部分的比例較大。通常認(rèn)為BOD/COD值越大，則生化處理越容易，所以把該比例看作微生物分解性能的重要指標(biāo)。氮污水中的氮是以蛋白質(zhì)、氨基酸、尿酸、尿素、氨、亞硝酸鹽、硝酸鹽的形式存在的。但是，在新鮮污水中，如表所示，主要是蛋白質(zhì)和氨氮，亞硝酸態(tài)氮及硝酸態(tài)氮的濃度都比較低。城市污水中有機(jī)物氮(有機(jī)氮)與氨氮的比約為1:1,總濃度為2030mg/l左右。有機(jī)態(tài)氮在微生物作用下轉(zhuǎn)化成氨氮，在有氧條件下，經(jīng)亞硝酸菌作用轉(zhuǎn)化為亞硝酸態(tài)氮，再經(jīng)硝酸菌作用進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為硝酸態(tài)氮。因此，用活性污泥法處理污水時(shí)，如果長(zhǎng)時(shí)間曝氣，大部分有機(jī)態(tài)氮被氧化為硝酸態(tài)氮并會(huì)造成處理后出水的pH值下降（有時(shí)pH值約降至5左右）。但是，在城市污水處理時(shí)，一般只氧化至氨氮階段。因此，處理后出水中的有機(jī)氮與氨氮之比約為1:2,總濃度為1020mg/l左右。在活性污泥法中氮未被硝化，而且不存在脫氮菌的脫氮過程，因而只能去除相當(dāng)于微生物在細(xì)胞合成中所需要的氮量。假如微生物細(xì)胞成用C5H7NO2表示，那么，C=60g時(shí)，N=14g。但是，根據(jù)表所列污水C、N、P值來(lái)看，當(dāng)C=51mg/l時(shí)，N=23mg/l。這說明了作為碳源的有機(jī)物不僅用于細(xì)胞合成，而且通過分解成CO2的方式還作為能源來(lái)利用。