重量法測(cè)定污水廠進(jìn)出水中懸浮物的影響因素

章文華，徐錫梅，余沛芝，許小燕，趙賽君，周 婷，董曉晨

(蘇州工業(yè)園區(qū)清源華衍水務(wù)有限公司水質(zhì)中心，江蘇蘇州 215021)

水中懸浮物是指懸浮在水中的直徑為幾～幾百μm的能被0.45 μm濾膜阻留的顆粒物，也被稱(chēng)為不可濾殘?jiān)?。污水廠進(jìn)水中的懸浮物主要由泥沙、黏土、餐廚垃圾、排泄物等組成。懸浮物顆粒上依附了大部分的污染物，且肉眼可見(jiàn)，因此，懸浮物是判斷水質(zhì)污染程度的一個(gè)重要指標(biāo)[1]。目前，污水處理廠的進(jìn)、出水分別執(zhí)行《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 31962—2015)和《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)，其中懸浮物是重要的監(jiān)測(cè)指標(biāo)之一。因此，準(zhǔn)確測(cè)定懸浮物的含量對(duì)于指導(dǎo)工藝生產(chǎn)運(yùn)行及出水的達(dá)標(biāo)排放均有重要意義。

目前，懸浮物多以GB/T 11901—1989中規(guī)定的重量法進(jìn)行測(cè)定[2]。該方法步驟簡(jiǎn)單，易于操作，但檢測(cè)人員普遍反映懸浮物難以測(cè)定，一是對(duì)于渾濁的進(jìn)水抽濾難度大，需耗費(fèi)大量時(shí)間；二是對(duì)于較透明的出水經(jīng)常測(cè)出負(fù)值；三是濾膜和樣品烘干后不易達(dá)到恒重的要求。因此，本文以某污水處理廠進(jìn)、出水為例，對(duì)懸浮物測(cè)定過(guò)程中的一些影響因素進(jìn)行探討，并提出有效的解決方案和措施。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要儀器設(shè)備與材料

電子天平(德國(guó)賽多利斯BS224S)；全玻璃砂芯過(guò)濾器微孔濾膜抽濾裝置；真空泵；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；干燥器；稱(chēng)量瓶60 mm×30 mm；水系混合纖維微孔濾膜，孔徑為0.45 μm，直徑為50 mm。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)步驟同GB/T 11901—1989，樣品抽濾所用裝置如圖1所示。

圖1 抽濾裝置Fig.1 Filtration Device

2 結(jié)果與討論

2.1 濾膜預(yù)處理

檢測(cè)中發(fā)現(xiàn)，使用未經(jīng)處理的濾膜過(guò)濾含有肉眼可見(jiàn)微小顆粒物的污水廠出水時(shí)，所測(cè)得的懸浮物經(jīng)常出現(xiàn)負(fù)值，與實(shí)際情況不符。觀察發(fā)現(xiàn)，原始濾膜上帶有粉塵及切割碎屑，此類(lèi)物質(zhì)在稱(chēng)量操作和水樣抽濾過(guò)程中會(huì)損失，造成負(fù)誤差。喬慧敏等[3]通過(guò)試驗(yàn)，得出濾膜中的可溶物質(zhì)量分?jǐn)?shù)約為5.2%；陳明華等[4]使用蒸餾水清洗濾膜，濾膜減重0.38%；王偉[5]通過(guò)試驗(yàn)分析，認(rèn)為濾料的可溶物含量約為0.25%；方韜等[6]通過(guò)對(duì)甲、乙2個(gè)廠家不同批次的濾膜用蒸餾水抽濾后，發(fā)現(xiàn)濾膜平均損失分別達(dá)4.98 mg和7.95 mg。不同廠家制取濾膜時(shí)所用的原材料及生產(chǎn)工藝有所不同，因此，濾膜中所含的可溶物含量不同。為了確定濾膜真實(shí)的空白質(zhì)量，減少測(cè)定誤差，濾膜需經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)念A(yù)處理后再使用。

方韜等[6]將濾膜在恒重前經(jīng)過(guò)蒸餾水浸泡24 h，并用蒸餾水抽濾2次，確定空白濾膜的真實(shí)重量，以減少其不準(zhǔn)確使用帶來(lái)的誤差。唐曉梅[7]采用標(biāo)準(zhǔn)方法在103～105 ℃條件下，直接加熱烘干濾膜2 h，即可去除可揮發(fā)性物質(zhì)，使濾膜達(dá)到恒重。綜合分析濾膜的預(yù)處理方式，發(fā)現(xiàn)純水浸泡可以有效去除濾膜上的切割碎屑、粉塵及可溶物，而加熱過(guò)程可以將濾膜所含的揮發(fā)性物質(zhì)去除。本文在前人研究的基礎(chǔ)上，提出采用純水煮沸、清洗的方式對(duì)濾膜進(jìn)行預(yù)處理。沸騰狀態(tài)下，水分子高速撞擊濾膜表面，使其表面的雜質(zhì)去除；同時(shí)，在高溫下，濾膜所含的可溶物也充分溶解于水中。

由于微孔濾膜種類(lèi)繁多，經(jīng)試驗(yàn)比對(duì)，選用浙江某化工儀器廠生產(chǎn)的批號(hào)為2019.3的水系混合纖維微孔濾膜(直徑為50 mm，孔徑為0.45 μm)。

試驗(yàn)方法：將批量濾膜放入純水中煮沸1～2 min(圖2)，另取純水漂洗2～3次。將預(yù)處理后的濾膜放入稱(chēng)量瓶，敞開(kāi)瓶蓋，置于烘箱中于103～105 ℃烘干2 h后蓋好瓶蓋取出，置于干燥器內(nèi)冷卻0.5 h稱(chēng)重；反復(fù)烘干、冷卻、稱(chēng)重，直至2次質(zhì)量差≤0.2 mg，得到稱(chēng)量瓶和濾膜的總質(zhì)量。將恒重的濾膜置于抽濾裝置(圖1)上，在過(guò)濾杯中倒入200 mL純水，進(jìn)行抽濾試驗(yàn)。抽濾結(jié)束后，將濾膜放于原稱(chēng)量瓶中，繼續(xù)烘干、冷卻、稱(chēng)量至恒重，得到被純水抽濾1次后稱(chēng)量瓶和濾膜的總質(zhì)量。試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

圖2 微孔濾膜預(yù)處理Fig.2 Pretreatment of Microporous Membrance

由表1可知，預(yù)處理后的濾膜恒重后，經(jīng)過(guò)純水抽濾1次后再次恒重，平均損失為0.07 mg。稱(chēng)量瓶屬于玻璃制品，損失可忽略，因此，這個(gè)損失主要來(lái)自濾膜。0.07 mg的平均損失符合空白濾膜≤0.2 mg的恒重要求。該試驗(yàn)表明，原始濾膜經(jīng)過(guò)純水煮沸1～2 min、清洗2～3次后，即達(dá)到分析檢測(cè)的要求，可在預(yù)處理后直接進(jìn)行烘干恒重，確定其真實(shí)的空白質(zhì)量。

表1 濾膜預(yù)處理效果試驗(yàn)Tab.1 Test for Filter Membrane Pretreatment Effect

2.2 濾膜烘干時(shí)間

將預(yù)處理過(guò)的濾膜依次放入稱(chēng)量瓶中，打開(kāi)瓶蓋置于103～105 ℃烘箱里烘干。按照第1次分別烘干1、1.5、2、3 h后，蓋好瓶蓋，取出置于干燥器內(nèi)冷卻30 min進(jìn)行第1次稱(chēng)重。第2次以相同的步驟烘干30 min，然后冷卻30 min進(jìn)行第2次稱(chēng)重。2次稱(chēng)重差值≤0.2 mg，即達(dá)到方法中的恒重要求。試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表2所示。

由表2可知，由于烘干時(shí)間不足，濾膜(含稱(chēng)量瓶)無(wú)法全部達(dá)到恒重的要求。當(dāng)濾膜采用第1次烘干2 h，第2次烘干30 min時(shí)，即可達(dá)到國(guó)標(biāo)方法中的≤0.2 mg的恒重要求。

2.3 樣品抽濾過(guò)程的影響

烘干后的濾膜柔韌性很差，可用少量純水潤(rùn)濕后，用無(wú)齒扁咀鑷子夾取，置于抽濾裝置上。若直接夾取，極易損壞濾膜邊緣而產(chǎn)生負(fù)誤差。

實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)抽濾時(shí)一次倒入過(guò)多的水樣時(shí)，部分懸浮物會(huì)吸附在砂芯裝置的過(guò)濾杯內(nèi)壁上。如圖3所示，如果抽濾時(shí)間很長(zhǎng)或者水樣黏性較大，附著在過(guò)濾杯內(nèi)壁的懸浮物就不易被純水沖洗至濾膜上，從而導(dǎo)致測(cè)得的懸浮物含量偏低。因此，抽濾時(shí)最好采取少量多次的方式倒入水樣，減少水樣與過(guò)濾杯的接觸時(shí)間。

表2 微孔濾膜烘干時(shí)間Tab.2 Drying Time of Microporous Membrane

水樣中存在不同濃度的可溶解物質(zhì)，這部分物質(zhì)截留在濾膜上也會(huì)產(chǎn)生一定的質(zhì)量。因此，水樣抽濾完畢后，需用少量純水洗滌濾膜2～3次，除去殘留在濾膜上的可溶解物質(zhì)，減小測(cè)定誤差。

圖3 吸附在過(guò)濾杯內(nèi)壁的懸浮物Fig.3 SS Adsorbed on Inner Wall of Filter Cup

2.4 不同的樣品取樣量對(duì)結(jié)果的影響

量取有代表性的樣品是準(zhǔn)確測(cè)定懸浮物的關(guān)鍵因素之一。GB/T 11901—1989中明確指出，漂浮或浸沒(méi)的不均勻固體物質(zhì)不屬于懸浮物。因此，在測(cè)定成分相對(duì)復(fù)雜的污水廠進(jìn)水時(shí)，首先觀察其中是否含有瓜子殼、頭發(fā)絲、塑料塊等非懸浮物，并將其除去，再將水樣充分混勻后取適量進(jìn)行抽濾，從而避免測(cè)定結(jié)果出現(xiàn)較大的正誤差。

試驗(yàn)水樣來(lái)自南方某污水處理廠的幾個(gè)不同日期的進(jìn)水和出水。對(duì)同一個(gè)進(jìn)水樣品分別做25、50、75 mL及100 mL的比對(duì)，對(duì)同一個(gè)出水樣品分別做200、500、750 mL及1 000 mL的比對(duì)，每個(gè)樣品平行測(cè)定2次，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 不同取樣體積的測(cè)定結(jié)果Tab.3 Measurement Results of Different Sampling Volumes

由表3可知，對(duì)于不同取樣體積的同一個(gè)水樣，按取樣量由小到大排列，其相對(duì)偏差有逐步變小的趨勢(shì)，說(shuō)明取樣體積是影響測(cè)定精密度的重要因素。GB/T 11901—1989中指出，濾膜上截留的懸浮物以5～100 mg量取水樣體積。當(dāng)濾膜上的懸浮物含量<5 mg時(shí)，易增大稱(chēng)量誤差，影響平行測(cè)定的精密度，此結(jié)論與表3的試驗(yàn)數(shù)據(jù)相符。當(dāng)樣品質(zhì)量即截留在濾膜上的懸浮物質(zhì)量>5 mg時(shí)，同一樣品不同取樣體積間的測(cè)定結(jié)果較接近，相對(duì)偏差也較小，符合檢測(cè)要求。

對(duì)于懸浮物含量在150～300 mg/L的進(jìn)水，取樣體積在50～75 mL時(shí)較合理；對(duì)于懸浮物含量>300 mg/L的進(jìn)水，取樣體積選擇25～50 mL時(shí)較合理；對(duì)于較清潔的懸浮物含量<10 mg/L的污水廠出水，取樣體積宜選擇750～1 000 mL；對(duì)于懸浮物含量>10 mg/L的出水，取樣體積可選擇500～750 mL。因此，合理的取樣體積可提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和精密度，減小測(cè)定誤差。

2.5 不同取樣量對(duì)抽濾時(shí)間的影響

抽濾過(guò)程中，隨著濾膜上懸浮物的增多，流速逐漸變小或者不出液，抽濾難度增大，檢測(cè)時(shí)間變長(zhǎng)。本試驗(yàn)對(duì)懸浮物含量為255 mg/L的污水廠進(jìn)水水樣分別取25、50、75、100 mL進(jìn)行試驗(yàn)，對(duì)懸浮物含量為7 mg/L的污水廠出水分別取樣500、750、1 000 mL進(jìn)行試驗(yàn)，記錄抽濾時(shí)間，測(cè)定結(jié)果如圖4和圖5所示。

圖4 進(jìn)水取樣量與抽濾時(shí)間的關(guān)系Fig.4 Relationship between Influent Wastewater Sampling Volume and Extraction Filtration Time

圖5 出水取樣量與抽濾時(shí)間的關(guān)系Fig.5 Relationship between Effluent Wastewater Volume and Extraction Filtration Time

由圖4和圖5可知，同一個(gè)水樣，取樣體積越大，抽濾時(shí)間越長(zhǎng)。對(duì)于成分復(fù)雜的污水廠進(jìn)水，取樣體積>50 mL時(shí)，抽濾難度明顯增大；對(duì)于懸浮物較少的污水廠出水，取樣體積>750 mL時(shí)，抽濾難度明顯增大。由于濾膜的孔徑較細(xì)，屬于精濾范圍，當(dāng)濾膜截留一定量的懸浮物時(shí)，會(huì)出現(xiàn)流速變小甚至不出液的現(xiàn)象，給抽濾帶來(lái)極大的困難，同時(shí)也會(huì)縮短真空泵的使用壽命。因此，在不影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的前提下，應(yīng)合理選擇樣品的取樣體積。

2.6 稱(chēng)量的影響

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法規(guī)定，空白濾膜恒重需滿足2次加熱后的重量差≤0.2 mg;載有懸浮物的濾膜恒重需滿足2次加熱后的重量差≤0.4 mg，這對(duì)電子天平提出了較嚴(yán)格的要求。因此，稱(chēng)量前需確保電子天平所在的房間溫、濕度適宜，臺(tái)面水平、穩(wěn)固。每次稱(chēng)量最好選擇同一臺(tái)天平，稱(chēng)量前要確保天平的水平泡在黑圈的最中央，然后用配套的校正砝碼校正天平。稱(chēng)量時(shí)注意輕拿輕放，待數(shù)字穩(wěn)定后讀數(shù)。

2.7 質(zhì)量控制措施

由于懸浮物的特殊性，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法中沒(méi)有給出對(duì)應(yīng)的質(zhì)控措施，也沒(méi)有相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)樣品。因此，測(cè)定懸浮物的關(guān)鍵就是要嚴(yán)格把控取樣、抽濾、稱(chēng)重等環(huán)節(jié)。但是，為了防止出現(xiàn)系統(tǒng)誤差，有必要在每批次測(cè)定中帶一個(gè)已恒重的空白濾膜作為參照物，并用純水代替水樣進(jìn)行測(cè)定?？瞻诪V膜再次恒重后的質(zhì)量應(yīng)與之前恒重的質(zhì)量在誤差范圍內(nèi)。通過(guò)參照空白濾膜，可以確保同批次的樣品數(shù)據(jù)是否可行，也可以判斷是否產(chǎn)生系統(tǒng)誤差。

3 結(jié)論

(1)新濾膜經(jīng)過(guò)純水煮沸、清洗的預(yù)處理后，可以有效除去其表面雜質(zhì)及所含的溶解性物質(zhì)，且再次抽濾純水時(shí)，濾膜本身產(chǎn)生的平均損失<0.2 mg，符合空白濾膜的恒重要求。

(2)濾膜一般連續(xù)加熱2 h即可達(dá)到恒重的要求。

(3)取樣前應(yīng)先清除漂浮或浸沒(méi)的不均勻固體物質(zhì)，將水樣充分混勻后取適量進(jìn)行抽濾。水樣體積較多時(shí)，應(yīng)采取少量多次的方式抽濾，使樣品盡快通過(guò)微孔濾膜。抽濾結(jié)束后，用純水將吸附在過(guò)濾杯內(nèi)壁的懸浮物沖洗至濾膜，再用純水洗滌濾膜上的可溶解物質(zhì)2～3次。

(4)合理選擇水樣的取樣體積可提高樣品分析的準(zhǔn)確度和精密度，縮短檢測(cè)時(shí)間，提高工作效率。

(5)稱(chēng)量操作前需對(duì)天平進(jìn)行調(diào)水平、校正操作，提高稱(chēng)量的準(zhǔn)確性。

(6)利用已恒重的空白濾膜作參照物，可以成為懸浮物測(cè)定過(guò)程中的有效質(zhì)控手段。