城市污水处理中UV254与COD的相关关系分析赵春玲

ＩＳＳＮ　１００９－８９８４ＣＮ　２２－１３２３／Ｎ长春工程学院学报（自然科学版）２０１８年第１９卷第３期Ｊ．Ｃｈａｎｇｃｈｕｎ　Ｉｎｓｔ．Ｔｅｃｈ．（Ｎａｔ．Ｓｃｉ．Ｅｄｉ．），２０１８，Ｖｏｌ．１９，Ｎｏ．３　１３／３２４７－５０ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－８９８４．２０１８．０３．０１３城市污水处理中ＵＶ２５４与ＣＯＤ的相关关系分析收稿日期：２０１８－０７－１６基金项目：国家自然科学基金项目（５１５７８１１８）吉林省科技发展计划项目（２０１７０１０１０８２ＪＣ）吉林省重点科技研发项目（２０１８０２０１０２０ＳＦ）长春工程学院种子基金项目（３２０１５００２７）作者简介：赵春玲（１９９５－），女（蒙古），内蒙古，硕士主要研究污水处理。通讯作者：田曦，边德军赵春玲１，２，田　曦１，２，曲　红１，２，郭尚黎１，２，王雪峰１，２，边德军１，２（１．长春工程学院水利与环境工程学院，长春１３００１２；２．吉林省城市污水处理重点实验室，长春１３００１２）摘　要：基于紫外吸光度（ＵＶ２５４）的测定方法具有操作简便、检测效率高、实验成本低等优点，研究其在城市污水处理中的指示作用。试验装置采用ＳＲＴ分别为１０、３０、５０、１００、２４０ｄ的５个ＳＢＲ反应器，对城市污水、ＳＢＲ处理系统的出水及其运行典型周期中的ＣＯＤ和ＵＶ２５４进行检测。结果表明，城市污水中有机物成分较为复杂，原水中ＣＯＤ和ＵＶ２５４相关性较差，不适宜仅采用ＵＶ２５４通过线性拟合关系式来预测ＣＯＤ。ＳＢＲ处理系统的出水及其运行典型周期中ＣＯＤ和ＵＶ２５４的相关性较原水有显著提高，５个不同ＳＲＴ运行条件下ＳＢＲ出水的ＣＯＤ和ＵＶ２５４具有良好的相关性，ＵＶ２５４可以作为ＣＯＤ去除效果的指示指标，这将在较大程度上节约时间和降低实验成本。关键词：ＵＶ２５４；城市污水；ＳＢＲ；相关性中图分类号：Ｘ７０３文献标志码：Ａ　　　　　　　文章编号：１００９－８９８４（２０１８）０３－００４７－０４０　引言ＵＶ２５４一般指在波长为２５４ｎｍ处的单位比色皿光程下的紫外吸光度，它所反映的是含有双键或苯环的不饱和烃类有机物的综合含量。该指标在２０世纪７０年代由国外的研究者提出作为水中有机污染物的评价指标，是衡量水中有机物指标的一项重要控制参数［１－３］。经过３０多年的不断研究，ＵＶ２５４已被国内外的水处理研究者以及管理人员普遍接受和应用，日本早已于１９７８年将ＵＶ２５４列为水质监测的正式指标，欧洲已将其作为水处理厂去除有机物效果的日常监测指标［４－７］。目前，国内对于有机物的测定方法尚有不足。在水处理工艺的日常监测中，ＣＯＤ是一项重要的监测指标，它主要表征水中可化学氧化的有机物含量。国家标准规定ＣＯＤ的检测方法为重铬酸钾法，但这种传统的方法耗时长、药品消耗量大，而且实验设备和材料等费用较高。因此，对于水处理领域，通过研究ＵＶ２５４和ＣＯＤ的相关性，寻找可以快速地准确测定水中ＣＯＤ的方法具有重要意义［８－１１］。国内外许多研究资料表明，对特定性质的污水，若ＵＶ２５４与ＣＯＤ具有良好的相关性，则ＵＶ２５４可以间接反映水中有机物污染的程度［１２－１３］。本文详述了ＵＶ２５４的概念及其对于有机物测定的实际意义，并说明了用ＵＶ２５４作为ＣＯＤ的替代参数，具有操作简便、检测效率高、实验成本低、数据重现性好等优点，其检测方法将可以在水处理试验研究以及水处理厂工程实际运行中进行大规模推广。１　材料与方法１．１　试验用水及种泥试验用城市污水取自长春市某污水处理厂的初沉池出水，试验期间为保证进水水质稳定，加入淀粉、乙酸钠等药品使进水ＣＯＤ为４５０ｍｇ·Ｌ－１左右。试验接种污泥为长春市某城市污水处理厂的生化池末端，经培养与驯化后，５个污泥系统进入稳定状态，其ＳＲＴ分别为１０、３０、５０、１００、２４０ｄ。１．２　试验装置与运行模式采用的试验装置为有机玻璃制成的５个ＳＢＲ反应器，单个反应器结构尺寸为１４０ｍｍ×１４０ｍｍ×７００ｍｍ，有效容积为１２Ｌ，曝气装置采用直径１２０ｍｍ的半球形曝气砂头，以玻璃转子流量计调节曝气量，５个反应器后侧加装水浴装置使其温度恒定在２５℃左右。ＳＢＲ工艺运行周期为１２ｈ，采用限制性曝气，瞬时进水，厌氧３０ｍｉｎ，曝气８ｈ，沉淀３ｈ，闲置３０ｍｉｎ，排水比为４０％，曝气量为０．３Ｌ·ｍｉｎ－１。１．３　分析检测方法１．３．１　ＵＶ２５４的测定方法１）水样的稀释：水样应以比色皿光程为基础，一般保证吸光度在０．００５～０．９００之间，若超出该范围，则应用不含有机物的清洁水（即指溶解性有机碳（ＤＯＣ）含量低于０．３ｍｇ·Ｌ－１的双蒸馏水、纯水或超纯水）对水样进行稀释，使稀释后水样的吸光度在此范围之内。２）水样的制备：清洗滤膜和过滤装置时应保证至少５０ｍＬ不含有机物的清洁水通过滤膜，然后，将所取水样用０．４５μｍ的滤膜过滤，以去除水中悬浮物和非溶解性有机物。此外，应制备不含有机物的清洁洗水作为空白样与水样共同进行对照分析［１４］。３）使用分光光度计测定：设置波长为２５４ｎｍ，并在测定空白样时调零，在室温下开始测定，应至少测定两组过滤的水样。ＵＶ２５４的计算公式如下：ＵＶ２５４＝［Ａ／ｂ］×Ｄ式中：ＵＶ２５４为ＵＶ值，ｃｍ－１；ｂ为比色皿光程，ｃｍ；Ａ为实测的吸光度；Ｄ为稀释因子。１．３．２　ＣＯＤ的测定方法试验水质指标ＣＯＤ的检测方法采用国家标准方法［１５］。２　结果与分析２．１　城市污水处理系统ＣＯＤ与ＵＶ２５４的相关性２．１．１　原水ＣＯＤ与ＵＶ２５４相关性图１所示为城市污水处理工艺中原水ＣＯＤ与ＵＶ２５４的线性关系。由图１可以看出，原水中ＣＯＤ和ＵＶ２５４的相关性较差，拟合方程为ＣＯＤ＝１　４１０．２１ＵＶ２５４＋２５７．１２９，相关系数仅为０．７７１　５７。ＵＶ２５４是一种具有专属性的指示指标，反映的仅仅是水中具有紫外吸收的有机物，主要是含有芳香烃、双键或者羧基的共轭体系的有机物，它们在紫外光区（２１０～４２０ｎｍ）都有强烈的吸收光谱。因此，ＣＯＤ和ＵＶ２５４的线性关系与这些物质在ＣＯＤ中所占的比例有一定关系。本试验原水主要以城市污水为主，试验运行期间原水中ＣＯＤ一般在４００～５００ｍｇ·Ｌ－１，城市污水水质较为复杂，其中存在部分有机物，如糖类、饱和低级脂肪酸、醇类等，在紫外光区没有明显的吸收光谱，其次是有机物在紫外光区都具有不同程度的吸收强度，而测得的特定波长下的吸光度仅仅是某些有机物的综合反应，导致试验原水检测ＣＯＤ和ＵＶ２５４的相关性较差［１６］。另外，在测定原水中ＣＯＤ和ＵＶ２５４时均需进行稀释，因此，检测过程中不可避免地会造成误差，同样会对ＣＯＤ和ＵＶ２５４的相关性带来一定的影响。由此可见，不适宜仅采用ＵＶ２５４通过线性拟合关系式来预测原水ＣＯＤ。图１　原水ＣＯＤ与ＵＶ２５４的相关性２．１．２　ＳＢＲ典型周期内ＣＯＤ和ＵＶ２５４的变化情况对ＳＢＲ处理城市污水过程中典型周期内ＣＯＤ和ＵＶ２５４进行检测，取样位置均在反应器中心位置，取样时间分别为０、０．５、１．５、２．５、３．５、４．５、５．５、６．５、７．５、８．５ｈ，图２所示为ＳＢＲ处理城市污水典型周期内ＣＯＤ和ＵＶ２５４随时间的去除情况。由图２可以看出，ＣＯＤ和ＵＶ２５４随时间的变化趋势极其相似。从整体趋势看来，在１．５ｈ前，ＣＯＤ和ＵＶ２５４均有较快的去除速率，变化曲线斜率较大，由于原水中有机物进入反应器即刻被稀释，而后在０．５ｈ内于厌氧条件下发生反应，第０．５ｈ开始曝气提供好氧环境，至１．５ｈ期间快速反应，从而有机物得到有效的降解。反应后期１．５～８．５ｈ，系统内有机物减少，反应趋于稳定，系统内ＣＯＤ主要由可以产生紫外吸收的有机物组成，ＣＯＤ和ＵＶ２５４的变化曲线同时趋于平缓。可见ＵＶ２５４能够快速准确地反映ＣＯＤ的去除效果。图２　ＳＲＴ＝３０ｄ反应器典型周期内ＣＯＤ与ＵＶ２５４的去除效果８４长春工程学院学报（自然科学版）２０１８，１９（３）图３为ＳＢＲ处理城市污水典型周期内ＣＯＤ和ＵＶ２５４的相关关系。由图３可以看出，ＣＯＤ和ＵＶ２５４经线性回归，获得拟合方程为ＣＯＤ＝２　１９３．００ＵＶ２５４－１０７．１５５，相关系数达到０．９６４　６８，表明具有良好的相关性。在整个ＳＢＲ处理城市污水过程中，ＣＯＤ和ＵＶ２５４的变化趋势保持高度的相似性，具有显著的线性相关关系，可见在此过程中ＵＶ２５４可以作为预测ＣＯＤ处理效果的指示指标。图３　ＳＲＴ＝３０ｄ反应器典型周期内ＣＯＤ与ＵＶ２５４的相关性２．１．３　ＳＢＲ反应器出水ＣＯＤ与ＵＶ２５４相关性图４所示为ＳＢＲ处理城市污水出水的ＣＯＤ和ＵＶ２５４的相关关系。原水经过生化处理后，可以达到同时脱氮除磷和去除ＣＯＤ的目的，平均出水为１２．４３ｍｇ·Ｌ－１，去除了大部分不产生紫外吸收的有机物，ＣＯＤ和ＵＶ２５４的相关性得到提高。由图４可以看出，反应器出水中ＣＯＤ和ＵＶ２５４的拟合方程为ＣＯＤ＝２０２．３７ＵＶ２５４＋２．６７８，相关系数为０．９５８　２６，相关性较原水有显著提高，由于出水中有机物成分较固定，因此可以采用ＵＶ２５４通过线性拟合关系式预测出水ＣＯＤ。图４　ＳＲＴ＝３０ｄ反应器出水ＣＯＤ与ＵＶ２５４的相关性２．２　不同ＳＲＴ条件下ＳＢＲ出水ＣＯＤ与ＵＶ２５４的相关性基于前述实验结果，对ＳＲＴ＝１０、３０、５０、１００、２４０ｄ的运行条件下ＳＢＲ处理城市污水出水的ＣＯＤ和ＵＶ２５４进行了检测，结果见表１所示，其线性拟合结果如图５所示。表１　不同ＳＲＴ条件下５个反应器出水中ＣＯＤ与ＵＶ２５４平均值指标ＵＶ２５４ＣＯＤ／（ｍｇ·Ｌ－１）ＳＲＴ＝１０ｄ０．１０３　０　４０．４０ＳＲＴ＝３０ｄ０．０７８　１　２２．２０ＳＲＴ＝５０ｄ０．０７６　６　１７．１０ＳＲＴ＝１００ｄ０．０７３　０　１７．４０ＳＲＴ＝２４０ｄ０．０７３　５　１５．５０图５　不同ＳＲＴ条件下反应器出水ＣＯＤ与ＵＶ２５４的相关性由图５看出，不同ＳＲＴ条件下ＳＢＲ处理城市污水出水中的ＣＯＤ和ＵＶ２５４具有显著的相关性，经线性拟合得到拟合方程为ＣＯＤ＝８０９．８６ＵＶ２５４－４２．９４９，相关系数达到０．９６７　９。相对城市污水而言，ＳＢＲ处理系统的出水中所含的具有紫外吸收的有机物相对比较固定，因此这类物质与ＣＯＤ的比例具有较好的线性关系，即ＣＯＤ和ＵＶ２５４具有良好的线性相关性。由此可见，紫外吸光度具有其测定的专属性，拟合的相关方程只适用于特定水体，对于出水水质ＵＶ２５４可以作为ＣＯＤ去除效果的指示指标。３　结语１）ＳＢＲ处理城市污水系统的原水中ＣＯＤ和ＵＶ２５４的相关系数为０．７７１　５７，相关性较差，城市污水中有机物成分较为复杂，其中含有不定量的无法产生紫外吸收的小分子有机物，同时检测稀释过程同样会造成误差，因此，不适宜仅采用ＵＶ２５４通过线性拟合关系式来预测原水ＣＯＤ。２）对ＳＢＲ处理城市污水过程中典型周期内ＣＯＤ和ＵＶ２５４进行检测，在整个周期内，ＣＯＤ和９４　赵春玲，等：城市污水处理中ＵＶ２５４与ＣＯＤ的相关关系分析ＵＶ２５４的变化趋势保持高度的相似性，ＣＯＤ和ＵＶ２５４经线性拟合后相关系数达到０．９６４　６８，具有良好的相关关系，可见在此过程中可以采用ＵＶ２５４来预测ＣＯＤ的处理效果以及变化趋势。３）ＳＢＲ反应器出水中ＣＯＤ和ＵＶ２５４的相关性较原水有显著提高，相关系数为０．９５８　２６；ＳＲＴ＝１０、３０、５０、１００、２４０ｄ的运行条件下ＳＢＲ处理城市污水出水中的ＣＯＤ和ＵＶ２５４具有显著的相关性，相关系数达到０．９６７　９。出水中有机物成分较固定，因此ＵＶ２５４可以作为预测ＣＯＤ去除效果的指示指标。参考文献［１］鲍秀瑾，邵争辉，武献春，等．ＵＶ２５４在焦化废水处理中的应用［Ｊ］．燃料与化工，２０１１，４２（６）：４２－４３．［２］于浩，李宁．地表水中ＵＶ２５４与ＣＯＤ之间的关系分析［Ｊ］．水资源保护，２００９，２５（４）：６７－６９．［３］崔燕平，姚秉华．ＳＭＦ－ＭＢＲ工艺对ＵＶ２５４表征的有机污染物处理效果研究［Ｊ］．西安理工大学学报，２０１４，３０（１）：４０－４５．［