给水中的耗氧量问题

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1、给水中的耗氧量问题摘要耗氧量是重要的水质指标之一，本文主要介绍了耗氧量的定义；耗氧量物理化学意义；耗氧是与其他水中有机物替代水质指标的关系；耗氧量与水质的关系；耗氧量与肠道疾病的相关关系；耗氧量与水的致癌性的相关关系，降低水的耗氧量的水处理工艺，国内外供水水质耗氧量的指导值。1 概述耗氧量（Oxygen Consumed 或Oxygen Consumption OC）又称高锰酸盐指数（Permangarate index）可氧化性(Oxidisability)、锰法化学需氧量(Chemical Oxygen demand determined with permanganate method

2、CODMn/SUB)。耗氧量是将水样加入一定量高锰酸钾溶液，在酸性条件下加热一定时间后，测定以O2计的高锰酸钾所消耗的量（O2mg/L），它反映了水中悬浮的和可溶的可被高锰酸钾氧化的那一部分有机和无机的物质的量。耗氧量是反映水质受到污染的特别是有机物污染的替代水质指标之一，它不反映水质受到那些具体的污染物的特性，而是反映各个污染物可被高锰酸钾氧化的共性。与耗氧量相似的另一个替代水质指标是化学需氧量，它是以另一个氧化剂重铬酸钾代替高锰酸钾，并在不同于耗氧量的介质条件和反应时间下测得的以O2表示的重铬酸钾氧化所消耗的量，称为重铬酸钾化学需氧量（CODCr），重铬酸钾能氧化大部分有机物，不是所有有机

3、物都能被重铬酸钾完全地氧化，如直链脂肪族化合物和吡啶等杂环化合物就不能完全被氧化；当用硫酸银为催化剂时，直链脂肪族化合物就容易被氧化，还有少数芳香族碳氢化合物不能被氧化；含氮有机物能被氧化至氨氮（NH3），表1为CODCr与CODMn氧化率的测定数据1：进入水体的有机物量大且影响水处理工艺和产生消毒副产品的是腐殖质，它应该是水中耗氧最多的物质,但未见水中腐殖质的耗氧量的测定数据，腐殖质的分子量为几百到几百万2，沸水使腐殖酸水解，生成葡糖醛酸、戊糖、已糖和邻甲基化糖；还有羟基苯酸，原儿茶酸，香草酸和香草醛，少量的氨基酸，缩多氨酸，简单的酚酸等；加酸水解可溶产物中含有蛋白质、缩氨酸、氨基酸、糖醛酸

4、和色素物质；加碱水解，鉴定出30种以上酚类化合物，碱性条件下高锰酸钾氧化腐殖酸和富里酸产生少量脂肪族一元羧酸，二元羧酸和苯羟酸等。可以认为在酸性条件下加入高锰酸钾到水样中并加热无疑会消耗一定量的高锰酸钾而成为水中耗氧量的很大的甚至是主要的部分。 表1 CODCr与CODMn氧化率测定化合物氧化率%化合物氧化率%CODCrCODMnCODCrCODMn甲酸97.914苯1000乙酸96.37甲苯98.71丙酸96.08苯酚99.26373硬脂酸91.80苯胺13.386108乳酸88.340葡萄糖98.059柠檬酸81.560蔗糖95.175酒石酸99.170乳糖10170甲醛96.68可溶性淀

5、粉86.961乙醛45.18纤维素92.00丙酮86.00谷氨酸1056乙醚31.91甘氨酸1043甲醇96.027丙氨酸96.31乙醇95.211蛋氨酸98.34乙酸乙酯78.64缬氨酸10202 耗氧量与其他水中有机物替代水质指标的关系水中有机物替代指标除耗氧量CODMn和化学需氧量CODCr外还有以下几种。2.1 总有机碳（TOC）在950的高温下使水中有机物气化、燃烧，有机物中的碳转化成CO2，通过红外分析仪测定其CO2，即可知总有机碳在水中的浓度，水中的碳酸盐，重碳酸盐也会生成CO2，另行测定予以扣除。若测定前将水样经0.45m滤膜过滤，则所测总有机碳即为溶解性有机碳（DOC）。2.

6、2 生化需氧量BOD生化需氧量是在规定条件下微生物分解氧化在机物所消耗氧之量，它与水中可生物降解的有机物呈正相关。自然界中的生化过程缓慢，水中有机物的碳化过程需1020天，才接近完成，完成硝化过程则需100天，故采用20温度下培养5天所消耗的水中溶解氧的量，称之为五日生化需氧量（BOD5），BOD5可反映水体中可生化有机物的50%70%。2.3 紫外光消光值Euv(254)水中有机物如芳香烃，以及带共轭双键的化合物对紫外光有一定吸收，特别是前述水中的腐殖质物质其组成大多为芳烃化合物，故经常在260300nm波长区域有一最大吸收值，Euv一般常用254nm作测定，水样的Euv值与水质腐殖物质呈正

7、相关。对于某一特定的水源水，或水厂的出厂水，管网水，所测得的CODMn，CODCr，TOD，BOD5，Euv值都反映了此特定水样的有机物存在的量，若经过一个较长时间的测定，积累了一定量的数据，可求得此5个水质指标之间的比值，也就是说，知道其中一个指标值，即可大体上知道其余4个指标的估计值，以上5个指标中，以CODMn及Euv两项测定较为方便，所需设备简单，对指导生产有重要的作用。3 耗氧量与水质的关系3.1 耗氧量与水的感官性质耗氧量高的水反映其受到有机物较多的污染，有机物中有致嗅、致味物，造成水的不良嗅味，有色的有机物、腐殖质含量高的水样色度也高，受到饮用者的厌恶。3.2 耗氧量与肠道疾病的

8、相关关系耗氧量反映水质受到有机物污染的程度，也反映在水厂处理过程中净化的程度，受到污染的水或净化不良的水会导致饮用者肠道疾病的发生，根据卫生部中国预防医学院环境卫生监测所于19851988年对全国2074个县进行调查，以耗氧量3mg/L为卫生标准，超标率13.3%(其中经净化处理的超标12.3%，部分处理的超标6.65%,人力提水超标16.7%)，根据35个大城市19851994年资料供水耗氧量不合格率为23%，统计分析结果表明消化道疾病（包括肝癌）与耗氧量显著地呈正相关。耗氧量高的水质，消毒后余氯容易消失，微生物易于复苏，成为肠道疾病增加的导因。3.3 耗氧量与水的致突变性的相关关系水体受到

9、碱基（如鸟嘌呤，胸腺密啶等）类似物，烷化剂，碱基修饰剂，碱基嵌入剂，能抑制DNA修复功能的化合物均为致突变物。环境中常见的污染物有亚硝胺，三卤甲烷，苯并（）芘，氯乙烯，甲醛，苯，镍，砷，铅，烷基汞，DDT,敌敌畏，甲基对硫磷，2，4-D，2，4，5-T，百草枯等，美国自来水中发现的致突变物就有45种。此外水中腐殖质和其他有机物，是消毒副产物DBPs产生的母体，也会产生致突变物、致癌物。所有有机物都可以被测定为总有机碳TOC，或者氧化后被测定为化学需氧量CODCr；或者一部分被氧化测定为CODMn。有机物中的腐殖质及其分解物以及含共轭双健的有机物能被测定为紫外消光值。对于受到一定污染的水体有理由

10、可以认为其所含致突变物与TOC，CODMn，CODCr及Euv呈一定的相关关系，并且实际的试验也证明如此3，并得出：为使自来水致突变试验为阴性，若采用常规水处理工艺，水源水水质要符合国标GHZB1-1999 地面水环境质量标准4.0mg/L要求，自来水的CODCr、CODMn、TOC和Euv 要分别降低到7.5mg/L、2.0mg/L、5.0mg/L和0.080以下。3.4 耗氧量与水的致癌性的相关关系耗氧量与水的致癌性的研究成果较少，可以利用一些国内过去的研究成果来间接地阐明这一问题。根据国内某一河流从上游到下游50余公里设置5个采样点研究的结果4，从上游到下游顺序CODCr一年中四季测定结

11、果的平均值分别为14.0、16.4、20.3、29.2、49.5mg/L；BOD5分别为2.2、2.3、2.9、3.3、4.1mg/L。与此同时所进行的潜在致癌性试验综合列于表2。肿瘤形成的理论认为，致癌物的生物效应流向应是基因细胞癌组织。Ames试验是基因突变试验，UDS和SOS是检测DNA损伤的试验，SCE则为DNA损伤表现为染色单体的交换，细胞恶性转化试验以细胞恶性转变为试验终点，是致突变与致癌之间的桥梁。由表2结果可见从上游到下游水质5项试验结果从阴性逐步转向阳性到强阳性，十分一致，说明该河流从上游到下游水质，向潜在致癌性发展。与上述试验同时进行的流行病学调查也显示上游、中游和下游胃癌

12、标化死亡率（男，10-5）和肝癌标化死亡率（男，10-5）分别为：62.7、86.2、146.0和56.9、 67.7、81.3。与上述CODCr与BOD5从上游到下游逐步增加的情况是一致的，试验未提供CODMn的数据，但可以认为结论应该是相同的。 表2 某河流上下游不同采样点潜在致癌性试验结果水样点Ames试验程序外DNA合成试验（UDS）sos/umu试验姊妹染色体交换试验（SCE）细胞转化试验克隆形成率细胞转化率上游 1 2中游 3 4下游 5阴性阴性阴性阴性阴性阴性弱阳性弱阳性可疑阳性可疑阳性可疑阳性可疑阳性阳性阳性阳性阳性阳性阳性强阳性强阳性强阳性强阳性强阳性强阳性强阳性强阳性强阳性

13、阳性强阳性强阳性4 降低水的耗氧量的水处理工艺降低水的耗氧量有重大的卫生学意义。首先要做好水源环境保护，其次要改进水处理工艺，采用生物预处理工艺处理水源水，要强化常规处理，包括强化混凝、沉淀工艺，强化过滤工艺；采用臭氧氧化及生物活性炭过滤工艺、膜处理工艺，应视具体情况研究后采用。5 国内外供水水质耗氧量（CODMn）指标现状。 表3 世界各国饮用水水质标准中耗氧量（CODMn）指标值mgO2/L水质标准建设部2000年规划卫生部生活饮用水规范（2002）世界卫生组织欧共体水质指令 98/83/EC英国俄罗斯日本（1993年）指标值53-5553参考文献1 张宏陶主编，生活饮用水标准检验法方法注解，重庆大学出版社，1993年2 M.斯尼茨尔等，环境中的腐植物质，吴奇虎等译，化工出版社，1979年3 岳舜琳，给水中的有机物与Ames 致突变物的研究，即将在中国给水排水了表4 内部资料7