泳池水有机物指标与尿素的相关性研究
泳池水有机物指标与尿素的相关性研究
靳伟伟;吴珊;陈雷;孟繁婕;李可心
【摘 要】总有机碳(TOC)和化学需氧量(COD)是两个常用的表征水中有机物含量的指标.相对于尿素指标,COD和TOC能够更全面地反映泳池水中有机物的污染程度,特别是TOC测定仪操作简单,数据测定准确度高.研究中选择同一泳池的不同运行工况下对水中有机污染物指标TOC、COD与尿素的检测数据进行了相关性研究,初步建立了TOC和尿素之间的线性回归方程,为泳池水运行管理中选择操作简易快捷且指向性更强的监测指标提供了试验依据和数据支持.
【期刊名称】《净水技术》
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【年(卷),期】2016(000)0z1
【总页数】4页(P130-133)
【关键词】泳池;总有机碳;化学需氧量;尿素;相关性
【作 者】靳伟伟;吴珊;陈雷;孟繁婕;李可心
【作者单位】北京工业大学建筑工程学院,北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室,北京100124;北京工业大学建筑工程学院,北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室,北京100124;北京恒动环境技术有限公司,北京100101;北京工业大学建筑工程学院,北京市水质科学与水环境恢复工程重点实验室,北京100124;北京恒动环境技术有限公司,北京100101
【正文语种】中 文
刘琳个人资料【中图分类】TU998
尿素是评价游泳池水污染程度的一项重要指标，通常依照GB/T 18204.29—2000《游泳水中尿素测定方法》进行检测。检测操作比较复杂，且结果的准确率差别大，不便于泳池水质管理[1]。总有机碳（TOC）是以碳量表示水体中有机物质总量的综合指标，能全面反映水中有机物含量。化学需氧量（COD）表征则是能够被化学氧化剂氧化的水中有机物浓度[2]。相比而言，TOC和COD指标监测比较简单，且结果准确性高。
本研究试图通过对实际泳池水质检测试验，分析探讨以TOC、COD为代表的有机物指标与
尿素指标之间是否存在一定的相关性，以便为泳池水质管理中检测指标的选择提供更多的选择余地，且尽可能简化监测操作，提高准确度。也可以为今后泳池水质标准的修编提供参考依据和借鉴。
1.1 检测仪器与试剂
三项指标测量仪器：TOC：德国耶拿公司Multi N/C3100型测定仪；COD和尿素：英国百灵达7500光度计，200 μL移液器，10 mL消解管等。根据对比研究，采用百灵达光度计测量出的高锰酸盐指数和尿素的结果与采用国标（GB 11892—89）高锰酸盐指数酸性法和（GB/T 18204.29—2000）二乙酰一肟分光光度法检测的结果相比误差均在5%以内，可以适用于泳池相关水质检测。
主要试剂：百灵达尿素试剂（包括尿素液体试剂、尿素1号试剂片、尿素2号试剂片），百灵达高锰
酸盐指数试剂（包括高锰酸盐指数IMn-B试剂、高锰酸盐指数IMn-A试剂、高锰酸盐指数IMn-C试剂），0.2 mol/L的盐酸等。
1.2 试验与数据分析方法
1.2.1 试验过程
所选游泳池水处理工艺的简易流程如图1所示。
游泳池原水经过均衡水箱后分别进入石英砂和硅藻土滤罐，过滤后的水再经过臭氧—生物活性炭罐处理，最后处理后的水重新回到泳池，由此构成游泳池水循环处理系统。其中，补水为市政水，循环过程中所投加絮凝剂为聚合氯化铝。
石英砂过滤是传统的过滤设备，已广泛用于水质的净化处理。而硅藻土过滤在我国也已逐渐引入到泳池水处理系统中[3]。对高标准游泳池的研究表明，采用臭氧—生物活性炭联用技术，能高效杀灭水中细菌、病毒，减少有机污染，去除尿素，增加溶解氧，并起到去、除味等作用[4]。因此，本试验所选泳池水处理工艺具有一定的代表性，对泳池水的研究具有一定的指导性。刀郎的全部歌曲mp3
泳池水质标准试验中选择测量4种不同处理过程中泳池水中的TOC、COD、尿素值，即，泳池池水（池中取水）、石英砂滤后的泳池水（砂滤罐出水）、硅藻土滤后的泳池水（硅藻土滤罐出水）
和生物活性罐出水，对所测数据进行相关性分析。
1.2.2 数据分析方法
研究中采用最小二乘法对数据进行回归分析，应用求极值的方法得到相关线性回归方程。
线性假设的显著性检验：回归分析是假定y关于x的回归方程具有y=ax+b的形式，但y是否为x的线性函数，则需对斜率a和0的显著性差异进行检验，即在给定的测量次数n和α显著水平的情况下，利用t检验法来进行检验，由t分布表查得tα/2(n-2)，当统计量|t|≥tα/2(n-2)时认为a≠0，线性假设成立，否则就认为a=0线性假设不成立，即y不依赖于x而变化。
相关系数及其显著性检验：相关系数r是表征变量x与y相关关系的一个数量性指标，r2表示由x能够说明的y的误差在总误差中的比例。相关系数r的检验方法：在给定测量次数n和显著水平α的情况下，由相关系数的临界值rα表查出rα值，当统计量|r|≥rα时，说明此回归方程的因变量与自变量之间线性显著相关，反之，线性无关。
2.1 TOC与尿素的相关性
表1中的数据是从大量实验数据中随机抽取的14组数据，同一组数据表示在同一时刻下不同工艺流程中的测量值，而不同组的数据可能在不同的工况条件下（如不同的滤速）进行的测量值，因此所选数据具有随机性，对相关性分析更具有实际意义。对表1进行数据分析得出TOC与尿素的相关性如表2所示。
由表2可知，在本试验条件下，所选泳池水中TOC与尿素具有良好的相关性。从理论上分析，TOC是指水体中溶解性和悬浮性有机物含碳的总量，采用燃烧法分析测量时，经高温燃烧管的水样受高温催化氧化，能将有机物全部氧化，比COD更能直接表示有机物的总量。尿素作为泳池水质检测的常规指标，我国规定限值为≤3.5 mg/L。尿素分子式为CO（NH2）2，含C量约为20%，是具有一定极性的小分子量有机物，在极性无机物液体如水中，有较大溶解度，在20℃时100 mL水中可溶解105 g尿素，通常在游泳池水中尿素可近似看作为溶解性有机物，因此，TOC的组成一部分来自于尿素中的碳量，据此分析，TOC与尿素应该具有一定的相关性。
由表2可知，四种不同条件的水样中TOC与尿素均具有显著的相关关系，但相关性系数存在一定差异。石英砂过滤主要是对颗粒污染物的拦截和有机污染物的分层，即颗粒污染物被
拦截在滤床表层附近，有机污染物漂浮在砂缸净空的上层，这些被拦截和漂浮着的污染物在反冲洗时被有效去除。而硅藻土对有机物的吸附以物理吸附为主导，吸附作用力是分子间引力，吸附容量主要与硅藻土的比表面积和分子间引力有关[5,6]。石英砂过滤速度通常选为15～25 m/h，配合絮凝剂的使用可滤除7～10 μm的颗粒物。硅藻土一般能滤除1～2 μm的微生物及原生动物、细菌等。水经过臭氧—生物活性炭时，臭氧的强氧化作用导致水中的有机物分子破裂将水中的难降解的大分子有机物转化为小分子有机物并改变其分子结构，然后通过生物降解和活性炭吸附将有机物去除。因此，由于不同工艺所去除有机物程度和种类（成分）有所不同，表现为出水中TOC与尿素的相关性也有所差异。
兰夜心以相关性最显著的滤前水为例，图2可以清晰的表明TOC与尿素具有较好的线性关系，其拟合后的线性方程为y=0.824 7x+0.053 8，即：尿素= 0.824 7×TOC+0.053 8。
此外，由表1可知，游泳池水分别经过石英砂和硅藻土过滤后，其TOC值和尿素值均有不同程度的降低，同时也会出现滤后值反而升高的现象（第1、11、13组数据），对此现象原因分析如下：
（1）由于石英砂过滤罐经过一段时间运行后滤罐的过滤层截留了大量的杂质污染物，其容
纳污染物能力到达饱和，此时随着污水负荷的增加滤层的过滤性能降低，甚至破坏滤料结构导致过滤性能较差[7]，此时积聚在滤砂层内或黏附在砂粒表面的污物可能流过滤料的间隙，因此造成滤后水质更差的现象。同时表明及时对滤层进行反冲洗是十分必要的。
（2）硅藻土具有良好的吸附性能，水处理过程中硅藻土表面被大量的硅羟基所覆盖，其颗粒通常带负电荷，因此硅藻土能对水中带正电的有机物有很好的吸附效果，但对带负电荷的有机物吸附效果有限[8]，同时过滤一段时间后滤元的污染问题等，都会影响硅藻土对水中复杂的有机物的去除效果。
2.2 CODMn与尿素的相关性（见表3）
对表3数据进行分析，可以看出在本次试验研究所选择的水样和测试方法下，COD与尿素之间未呈现显著的相关性。分析原因，可能是因为泳池水中有机物来源和组成比较复杂，包括泳者携带入水的各类个人护理用品、人体的代谢物（汗液、尿液、粘液、皮屑、头发等）、游泳池周围环境的生物落
等等。而COD的主要构成有悬浮组分、胶体组分和溶解组分等。由于水中有机物复杂，难
以形成稳定的组分比例，且进行COD测量时，取决于测定条件和所用强氧化剂类型，对不同组分中还原性有机物的氧化程度可能差异较大[10]，因此，COD数据只能反映水样在测定条件下能被氧化剂氧化的有机物浓度。本次实验数据中，COD测量值与尿素的相关性差。但是，应该说明，由于实验时间、方法、测试仪器选择，以及数据量的限制，要想对泳池水中COD与尿素的相关性关系给出一个比较科学的结论还需要更深入和系统的研究以及大量的数据支持。
（1）本试验所选泳池水和所采用的分析方法条件下，TOC与尿素表现出具有很好的相关性，但是，不同处理工艺出水相关性系数的数值有一定差异。
（2）建议可以考虑用TOC代替尿素作为泳池水检测指标，其监测过程准确、迅速、稳定，不产生二次污染，可为水质监测及稳定运行提供可靠的依据。
（3）本试验所选泳池水和所采用的分析方法条件下，COD与尿素没有显著相关性，在未来的研究中，可对游泳池水中COD的组分进一步深入地和广泛的研究，以更加全面和更多的数据来验证和完善这一部分的结果。
【相关文献】
［1］ 杨正林,沈瑛,傅四清.游泳池水中尿素检测遇到的问题及方法优化[J].中国卫生检验杂志,2013,23(17):3464-3465.
［2］ 国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法[M].北京:中国环境科学出版社,2002:210.
［3］ 赵昕,李云峰,蒋锋.游泳池规程CJ 122—2008技术探讨系列一硅藻土过滤设备在游泳池中的应用 [J].给水排水,2009,35(9): 123-126.
［4］ 孟昭辉.高标准游泳池循环水处理工艺[J].哈尔滨商业大学学报(自然科学版),2004,20(6):733-734.
［5］ Shen Y H.Removal of dissolved organic matter from water by adsorption-flocculation using organ obentonite[J].Environmental Technology,2002,23(5):553-560.
［6］ M A,Al Ghouti.The removal of dyes from textile wastewater:a study of the physical characteristics and adsorption mechanisms of diatomaceous earth[J].Journal of Environmental Management, 2003,69(3):229-238.说明方法有哪些?

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