双波长紫外光检测法快速检测牛场污水效果分析

乔 燕， 陈建华

（包头轻工职业技术学院检测技术学院，内蒙古包头 014035）

畜禽养殖场产生的废水是高浓度有机废水，废水中有机物的含量很高，因此畜禽养殖废水检测主要以化学需氧量（COD）为检测指标，评定标准为被测水体COD越高，则水体中有机物含量越高，水体受有机物污染程度越严重 （孟祥海等，2014）。目前水体COD检测的技术虽然有很多，但是大多检测方法不能快速地得到检测结果，因此需提高水质检测技术的检测速度，如目前最常用的两种化学检测法——重铬酸钾法和高锰酸盐指数法，这两种检测方法不仅检测周期较长，而且操作复杂，还会产生硫酸银、浓硫酸、剧毒的汞盐等二次污染（罗国兵，2013；韩严和等，2013；柯细勇，2013）。为实现对污水的快速准确检测，本研究对双波长紫外光谱测量法快速检测牛场污水的效果进行了研究及分析，从而达到对污水快速检测的目的。

1 材料与方法

1.1 主要材料与试剂 本研究中待测水样共5种，分别为湖水，河水，牛场废水A、B、C。

COD标准溶液采用邻苯二甲酸氢钾（C8H5KO4） 配制， 样品浓度分别为 30、50、70、90、110、130、170、190、230、270、310、350、390 mg/L；浊度标准溶液采用硫酸肼（N2H4·H2SO4）和六次甲基四胺（C6H12N4）配制，浊度标准溶液浊度值分别为20、40、60、80、100、140、180、230、280、330、380 ntu。

1.2 标准溶液吸光度的检测 实验前准备工作：通过KQ-300E超声波清洗器，采用超纯水对实验中使用到的仪器和设备进行清洗，共清洗3次，每次30 min。

采用哈希DR6000紫外可见光分光光度计测定吸光度，实验具体操作步骤：开启分光光度计测定吸光度。待蒸馏水对仪器调零后，将标准COD溶液放入仪器，波长设定值为254 nm和546 nm，分别快速检测并记录数据；标准浊度溶液的检测采用同样的方法。

1.3 水样吸光度的检测 水样前处理：首先对采集的水样进行过滤处理，用量筒取8个滤液水样置于8个100 mL的烧杯中，水样量分别为10、20、30、40、50、60、70、80 mL， 然后用蒸馏水将 8个烧杯中的水样稀释到100 mL，配制成稀释比[水样滤液/（水样滤液+蒸馏水）] 为 0.1、0.2、0.3、0.4、0.5、0.6、0.7、0.8 的稀释水样溶液，最后分别测量稀释后的水样溶液在不同波长下的吸光度，并记录数据，其检测方法同标准溶液。

1.4 水样的COD标准方法检测 取6支试管，5支分别用于装5种水样，先在这5支试管中分别加入哈希溶液2 mL，然后再加入各水样3 mL，混合均匀后待测；另一支试管加入2 mL蒸馏水用于DR6000紫外分光光度计测样前调零。

将装有5支水样的试管放入COD消解器内，在150℃温度下连续加热2 h，消解结束后待试剂管冷却到室温，放入DR6000紫外分光光度计读出所测水样的COD浓度值。

1.5 水质浊度的剔除方法 水质指标中浊度指的是水体中物质对光的散射作用，浊度的评定标准指的是单元标准浊度指1 mg二氧化硅在1L水中所形成的浊度，浊度越高吸光度越高，同样水中COD含量越高水的吸光度也就越大。一般废水当中都会含有胶体和悬浊物等，采用双波长紫外法对浊度进行补偿。双波长紫外法就是利用COD对紫外线和可见光吸光性不同的特点，来剔除浊度对检测的干扰，其具体操作为：在已知UV（254 nm）和VIS（546 nm）浊度吸光度的情况下，通过测定254 nm水样吸光度和254 nm下浊度的吸光度，该两数据的差值就是COD对紫外线的吸光度，从而剔除浊度对检测的干扰影响。

2 结果与分析

2.1 标准溶液检测结果与分析 图1a、b为实验配制的COD标准溶液通过分光光度计分别在254、546 nm波长下测得的COD标准溶液吸光度相关数据，经过数据处理后拟合的结果。由图1可知，在254 nm波长下测得COD标准溶液吸光度与其对应的COD浓度有非常好的线性关系，但是在546 nm波长下测得的COD标准溶液的吸光度却比较小，几乎为零，因此该数据说明COD对在546 nm波长下的可见光基本无吸收作用。

图1a 254 nm波长下的COD标准校正曲线

图1b 546 nm波长下的COD标准校正曲线

图2a、b分别为实验配制的标准浊度溶液通过分光光度计在254、546 nm波长条件下测得的不同浊度溶液吸光度数据，数据处理的结果显示标准浊度溶液吸光度与其浊度有非常好的线性关系。

图2a 254 nm波长下的浊度标准校正曲线

图2b 546 nm波长下的浊度标准校正曲线

2.2 水样检测结果与分析 图3为湖水，河水，牛场废水A、B、C 5种水样的紫外-可见光吸收光谱图，从图中数据分析可知，5种水样的紫外-可见光吸收光谱稳定波段主要分布在250～300 nm，并且吸收光谱图中的吸收峰都分布在250 nm附近，随着光线波长的增大，吸收度逐渐下降，说明有机物对250 nm附近的紫外波长有很强的吸收性，而对大于350 nm波长的光线的吸收性逐渐减弱，波长增大到400 nm以后水样对光线的吸收性基本可以忽略，说明在可见光范围内有机物对可见光的吸收性非常低，可以认为有机物不吸收可见光。同样由图4可知，不同稀释倍数下的吸收光谱图也与图3图谱有相同的特征，进一步验证了以上有机物对紫外光有较强吸收性而对可见光吸收性低的观点。

图3a 湖水水样紫外-可见光吸收光谱图

图3b 河水水样紫外-可见光吸收光谱图

图3c 牛场废水A紫外-可见光吸收光谱图

图3d 牛场废水B紫外-可见光吸收光谱图

图3e 牛场废水C紫外-可见光吸收光谱图

图4为5种水样的不同稀释倍数的吸光度数据，通过浊度的标准曲线来校正消除浊度对254 nm波长吸收度的影响，从而计算出有机物COD对254 nm波长的吸光度，进一步通过COD标准曲线校正，就可以确定水样稀释前的COD浓度值。由图4可知，稀释后的不同稀释倍数的5种水样浓度与其在254 nm波长下测得的吸光度有较好相关性；湖水和河水水样在546 nm波长下通过分光光度计测得的吸光度与水样浓度有较好的相关性，牛场废水水样A、B、C在546 nm下的吸光度均接近于零，说明牛场废水的浊度较低，基本不影响有机物质的吸光度。

2.3 双波长紫外测量法检测结果的相对误差表1所示为通过双波长紫外法测量所得到的水样中COD浓度的平均值，及采用标准方法测量的水样中COD浓度值。从表中可知两组数据间的相对误差较小，而且误差分布在5%～9%，但总体来看双波长紫外测量法与标准测量法相比，测量得到的数据略偏小，说明双波长紫外快速测量法应用于污水的检测效果较好。

图4a 湖水水样在254 nm和546 nm波长下的吸光度与稀释比相关曲线

图4b 河水水样在254 nm和546 nm波长下的吸光度与稀释比相关曲线

图4c 牛场废水A在254 nm和546 nm波长下的吸光度与稀释比相关曲线

图4d 牛场废水B在254 nm和546 nm波长下的吸光度与稀释比相关曲线

图4e 牛场废水C在254 nm和546 nm波长下的吸光度与稀释比相关曲线

表1 双波长紫外法和标准方法测量污水COD的比较

3 结论

本实验采用双波长紫外测量法对牛场污水的COD进行检测研究。研究结果显示，该检测方法能有效避免水样中浊度对COD检测的干扰，并通过对双波长紫外测量法与标准方法测量的结果进行对比分析发现，两方法测得的5组数据相对误差均小于9%，误差相对较小，进一步验证该检测方法对污水污染程度的检测是有效的，而且该方法检测速度快，具有进一步优化研究及推广的价值。

[1]韩严和，陈家庆，王鹏，等.水体化学需氧量、生化需氧量和毒性在线检测技术研究进展[J].科技导报，2013，36：76～78.

[2]柯细勇，康旭，赵志明，等.水质指标COD的优缺点及其测量方法发展[J].环境科学与技术，2013，34：255～258

[3]罗国兵.水体化学需氧量的检测方法[J].岩矿测试，2013，6：860～874.

[4]孟祥海，张俊飚，李鹏，等.畜牧业环境污染形势与环境治理政策综述[J].生态与农村环境学报，2014，1：1～8.