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

1、環(huán)境監(jiān)測中某些指標(biāo)的相關(guān)性分析安徽省環(huán)境監(jiān)測中心站周世厥一、水和廢水測定中某些指標(biāo)的相關(guān)性分析1、化學(xué)需氧量(CODcr)與高銹酸鹽指數(shù)(皿)、五日生化需氧量(BODJ、總有機碳(TOC)的相關(guān) 性分析：CODcr及1伽、BOD5、TOC均是表征水中有機物污染的綜合性指標(biāo)，其中CODcr是指在 一泄條件下，經(jīng)重骼酸鉀氧化處理時，水樣中的溶解性物質(zhì)和懸浮物所消耗和重珞酸鹽相對 應(yīng)的氧的質(zhì)量濃度；iMn是指在一肚條件下，用髙鐳酸鉀氧化水樣中的某些有機物及無機還 原性物質(zhì)，由消耗的髙猛酸鉀量計算相當(dāng)?shù)难趿?，由于許多有機物只能部分被氧化，且易揮 發(fā)的有機物也不包含在測左值之內(nèi)，所以它不能作為理論需氧量

2、或總有機物含量的指標(biāo)： BOD5是指在規(guī)泄條件下水中有機物和無機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物質(zhì)總量的綜合指標(biāo)，由于用燃燒法測泄， 能將有機物全部氧化，因此它比BODs、COD更能直接表示有機物的總量。根據(jù)以上各指標(biāo) 的泄義，一般可用如下規(guī)律判斷測試結(jié)果的合理性。即：CODcr> iMn1伽二CODcr：CODcr> BODs BOD5=CODcr：CODcr> TOCTOC二CODcr.2、總氮(TN)與硝酸鹽氮(NON)、亞硝酸鹽氮(NO2-N)、氨氮(NH3-N)凱氏氮(KN啲相關(guān)性分析:TN及NO3-N、NO

3、2-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疑：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，亦是含氮有機物經(jīng)無機化作用最終階段的分解產(chǎn)物，在無 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)左， 根據(jù)水環(huán)境條件，可被氧化成硝酸鹽，也可被還原成氨：NHN來源于含氮有機物受微生物 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)法測得的含氮量，它包括了氨氮和在此條件下能被轉(zhuǎn)化為錢鹽而測圧 的有機氮化合物。上述

4、各類含氮化合物一般具有如下規(guī)律：TN> NO3-N + NO2-N + NH3-N：TN2NO3-N + NO2-N + KN；KN>NH3-No3.總磷仃P(guān))與磷酸鹽(POP)的相關(guān)性分析:TP及POF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、有機的和無機磷)，PO?則表征了磷的無機污染狀況。TP和PO產(chǎn)之間的一般規(guī)律為：TP> P0幾4、總恪(TCr)與六價洛("+)的相關(guān)性分析TCr及C®表示不同的含珞化合物，TCr包括六價貉和三價貉，在水體中六價骼一般以 CrO/、HCrOd-二種陰離子形式存在，受水中pH值、有機物

5、、氧化還原物質(zhì)、溫度及硬度等 條件影響，三價珞和六價珞的化合物可以互相轉(zhuǎn)化。TCr和C&之間的一般規(guī)律為：TCr> Cr"：TCrC 盧+ Cr3+O5、電導(dǎo)率和可濾殘渣的相關(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 此測左水樣的電導(dǎo)率可大致估計水樣中可溶性離子的總量，也就可以估il水樣可濾殘渣的多 少，即水樣的電導(dǎo)率和可濾殘渣存在一左的相關(guān)關(guān)系。一般天然水中可濾殘渣與電導(dǎo)率的比 值大約為，若遇到下列情況，可濾殘渣與電導(dǎo)率的比值就可能超過的范圍：如果水樣含有較多游離酸或苛性堿，英比值要比小得多：如果水樣含大量鹽分，其比值可能比大得

6、多。6、陰、陽離子靡爾濃度的相關(guān)性分析>這里所指的摩爾濃度關(guān)系即指陰離子當(dāng)量之和與陽離子當(dāng)量之和的關(guān)系。要保持水溶 液中陰離子和陽離子電荷平衡，那么陰離子摩爾濃度總和應(yīng)與陽離子摩爾濃度總和相等。但 是由于分析測左存在一立誤差，在美國水和廢水標(biāo)準(zhǔn)分析方法中認為陰、陽離子之差符 合下述關(guān)系式是理想的：工陰離子摩爾濃度陽離子摩爾濃度=± ( + XZ陰離子摩爾濃度)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Ag2S、HgS、PbS、CuS以及有機氯農(nóng)藥BHC、DDT、多環(huán)芳炷等。大多數(shù)重金屬在近中性的天然水體中都會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

7、相中。因此一般在可濾水中重金屬離子濃度不會過髙，某些金屬的碳酸 鹽和硫酸鹽的溶解度也不大，如SK、Ba2+等。當(dāng)陽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，化合物即析出沉淀：當(dāng)離子積<溶度積時，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、細菌總數(shù)、總大腸菌群數(shù)與水體中有機物含量間的關(guān)系大部分的細菌是以分解有機物獲得能量以維持其基本的生命活動，因此水體中細菌總數(shù) 與有機物的含量密切相關(guān)。一般來說水體中的細菌總數(shù)是隨著水體中有機物的增加而增大?？偞竽c菌群的存在表明水體已被糞便污染，即有

8、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 = -lg（H+） 丫 11+在稀溶液中YM+接近于1，可寫成如下形式。pH = -lg（H+）pH = 7為中性，pH>7為堿性，pH<7為酸性。測泄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值較低時就可以估計可能流入了酸 性廢水。相反，當(dāng)pH較高時，要想到不是流入了堿，就是湖泊中有藻

9、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)放宜后pH就會升高。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。水中無機碳按下式平衡。KiK2pKi=: H2CO3HC08+H+CO2-3+2H+K2=X10-4 (mol/l)pK2 =K3=X 10-11 (mol/l)p6 =KxK2=X10-7 (mol/l)pKi K2 =式中，Ki=X10-3 (mol/l)水中的無機碳以游離的C02、H2CO3.重碳酸根離子（HCOJ、碳酸根離子（COZ3）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：!8 34丄°竺丄PH=2 I

10、ggy但是，碳酸尚未離解到第二階段時，pH值可用下式計算：p/KE-覽船_1° 8pH= 0（必0）例如，在油田、煤田等含有機物層的地下水中往往不能檢出CO2-3,而只能檢出HC0-3與CO2。假設(shè)游離CO2為30mg/l, HC0-3為1000mg/l,則 pH值為。實際上也經(jīng)常測了這種程度的HCO-3、CO2和pH值。另外，在已經(jīng)富營養(yǎng)化的湖泊中，經(jīng)常岀現(xiàn)pH值明顯升髙的現(xiàn)象。藻類的光合作用需 要CO?,與藻類對CO?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2% l%o,因而藻類把水中的HC03也當(dāng)作CO2來利用。這就是說，首先HC0-3在磷酸肝酶的催 化作用下變

11、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決泄，而是由HC0-3和CO2-3來決泄。由式（3 8）可知藻類增殖時的pH值。圖3 2是金（King）在培養(yǎng)席藻屬（未定種） 時測得的HCO-3、CO2-3和pH的實測值與根據(jù)HCO-3、CO2-3值以及式（3-8）計算和pH 值的關(guān)系。由圖可見，實測值與計算值基本一致。重碳酸根離子（HC0-3）是用甲基混合指示劑，按中和所需要的酸量（H2SO4）來計算的, 在這種情況下，實際上也同時測泄了氫氧根離子（OH-）和碳酸根離子（CO3）,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

12、。總堿度一般不 是用重碳酸根離子（HCO-J表示，而是把它換算成碳酸鈣，以1升水中所含的碳酸鈣的亳 克數(shù)來表示。游離CO?是以酚駄作為指示劑，根據(jù)中和所需要的堿量（碳酸鈉）來il算。這 時由于氫離子（H+）,即無機酸和有機酸也同時被測定出來，所以稱為酚耿酸度或總酸度。 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 亳克數(shù)來表示。天然水中酸度的主要成分是CO2。這種現(xiàn)象如式（3-5）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（COf3）是用酚醮指示劑，經(jīng)酸（H2SO4）滴定后，根據(jù)其所需的酸量計算。如果把它也換算成碳酸鈣濃度

13、表示，那么它就屬于酚臥堿度。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物濃度的變 化，即去除率來加以評價。處理岀水中物質(zhì)濃度越低，則凈化程度越髙，但也并非全部污染 物濃度均能測左岀來。一般說來，除重金屬等有害物質(zhì)外都可以用或中所論述的BOD、SS 等指標(biāo)來判斷英處理程度。四、處理后污水的部分指標(biāo)相關(guān)性分析（透明度）透明度是在污水處理廠的運行管理方面應(yīng)用得最廣泛的指標(biāo)之一。對一般的城市污水及 處理后出水來說，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 COD）BOD與

14、COD分別為利用微生物對有機物的氧化和利用氧化劑（KMnO4或K2Cr2O7）對 有機物的氧化時所需氧疑來間接地表示有機物量。在表中列舉了各種有機物的BOD、COD 與理論耗氧量的比例關(guān)系。但已知道，有機酸是很難用COD （KMnO4）來表示的。在一般城市污水中，原污水及初沉池岀水的BOD>COD,經(jīng)活性污泥法處理后出水的 BODVCOD.在處理后出水中BOD<COD的原因在于曝氣池內(nèi)未被微生物分解的有機物、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

15、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。城市污水中有機物氮（有機氮）與氨氮的比約為1: 1,總濃度為2030mg/l左右。有機態(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)硝酸菌作用進一步轉(zhuǎn)化為硝酸態(tài)氮。因此，用活性污泥法處理污水時，如果長時間 曝氣，大部分有機態(tài)氮被氧化為硝酸態(tài)氮并會造成處理后出水的pH值下降（有時pH值約 降至5左右）。但是，在城市污水處理時，一般只氧化至氨氮階段。因此，處理后出水中的 有機氮與氨氮之比約為2： 2,總濃度為10-20mg/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 物在細胞合成中所需要的氮量。假如微生物細胞成用GH7NO2表示，那么，C=60g時，N = 14go但是，根據(jù)表所列污水C、N、P值來看，當(dāng)C=51mg/I時，N = 23mg/L這說明了作 為碳源的有機物不僅用于細胞合成，而且通過分解成C02的方式還作為能源來利用。目前， 用于細胞合成與