城市供水末端飲用水總有機碳TOC監測分析

文_饒國銓 梅州市環境監測中心站

1 城市供水末端飲用水總有機碳TOC監測方法

1.1 TOC監測概述

為保證飲水安全，必須對包括末端飲用水在內的整個供水系統進行水質監測。其中，水中有機污染物含量是非常重要的一項指標，一般用總有機碳（TOC）來表示。總有機碳是以碳含量表示水體中有機物質總量的綜合指標，它能夠較準確地反映水質有機污染的總體情況，因而被作為評價水體中有機物污染程度的一項重要參考指標。測定TOC的方法較多，包括電化學法、電導法、非分散紅外吸收法、紫外直接氧化法等近年來發展起來的新方法，以及高溫催化氧化、輔助濕法氧化等傳統分析方法。

1.2 輔助濕法氧化法

1.2.1 測試原理

該方法原理可分為兩步，第一步是磷酸酸化水樣除去水樣中總無機碳，即待測試水樣與磷酸在反應器中反應，用高純度“惰性”氣體（如氮氣）將產生的CO2排出，再經干燥管干燥處理，干燥后的CO2吹入非散射性紅外檢測器，此時可得出CO2質量，該質量可表征水樣中總無機碳的含量；第二步是加入氧化劑氧化酸化后的水樣，獲得水中總有機碳的含量，即向酸化后的水樣加入氧化劑（如過硫酸鈉），在100℃下反應，同樣用高純度“惰性”氣體（如氮氣）將產生的CO2經干燥后吹入非散射性紅外檢測器內，得出的CO2質量正比于水樣中總有機碳的質量。

1.2.2 測試步驟

測試步驟為三步。第一步準備儀器和試劑，如分別移取100mg/L總有機碳標準使用液0.00,0.50,1.00,3.00,5.00mL于100mL容量瓶中，配制成濃度0.00,0.50,1.00,3.00,5.00mg/L的標準系列；第二步繪制標準曲線，打開總有機碳分析測定儀（O·I·1010型）設定參數，測定空白和標準系列，繪制標準曲線；第三步測定水樣總有機碳含量，在與空白和標準系列相同測試條件下進行樣品測定，通過工作曲線即可讀出樣品中總有機碳的含量。

1.2.3 注意事項

（1）為保證檢測結果的準確，測試水樣應保持均勻的狀態。

（2）為避免容器對有機碳含量的影響，最好采用玻璃瓶采集和保存水樣，且在使用前需對玻璃容器進行清潔和高溫干燥處理。

（3）水樣測試、分析完畢后，應將試劑瓶中的試劑全部倒出，換上純水，再運行整個系統30min。

1.3 燃燒氧化-非分散紅外吸收法

1.3.1 測試原理

按測定TOC值的不同原理，燃燒氧化-非分散紅外吸收法又可分為差減法和直接法兩種。

（1）差減法測定TOC值的原理

將水樣連同凈化空氣（干燥并除去CO2）分別注入高溫燃燒管和低溫反應管中，經高溫燃燒管的水樣受高溫催化氧化，經低溫反應管的水樣受酸化而使無機碳酸鹽分解。反應后，有機化合物和無機碳酸鹽均分解轉化成為CO2，將生成的CO2依次通入非色散紅外線檢測器，從而分別測得水中的總碳（TC）和無機碳（IC）的濃度（mg/L）。總碳與無機碳濃度之差值，即為總有機碳（TOC）的濃度。

（2）直接法測定 TOC 值的原理

將水樣用硫酸或鹽酸酸化后曝氣，使各種無機碳酸鹽分解生成CO2而驅除后，再注入高溫燃燒管中，可直接測定總有機碳。但由于采用直接法測定TOC時，曝氣過程中會造成水樣中揮發性有機物的損失而產生測定誤差，因此該法測得的TOC被稱為NPOC，即不可吹出的有機碳值。

1.3.2 測試步驟

測試步驟簡述為三步。第一步準備儀器和試劑，如將總有機碳分析儀開機預熱，配制TC和IC系列濃度標準溶液等。第二步繪制標準曲線，測量記錄儀上的吸收峰面積，從測得的標準系列溶液吸收峰峰高（不含空白實驗吸收峰峰高）與對應的標準系列濃度分別繪制TC和IC標準曲線和直線回歸方程。第三步水樣TOC測定，差減法：直接將試樣依次注入總碳燃燒管和無機碳燃燒管，測定儀器上相應CO2吸收峰峰高和面積；直接法：將酸化后的水樣在攪拌條件下通入不含CO2的N2或O2，驅除IC，再將去除IC的試樣注入總碳燃燒管，同理測定相應吸收峰的峰高和峰面積。由測定水樣的曲線面積根據標準曲線回歸方程即可得出TOC值。

1.3.3 注意事項

（1）水樣采集后避光密閉保存，盡快分析測定。

（2）樣品濃度值較大（超過1000mg/L）時，應加以稀釋。

（3）在用直接法測定總有機碳的過程中，應注意控制酸化和曝氣時間，盡可能使無機碳去除干凈。

（4）當已知水樣無機碳值與總有機碳接近（IC/TOC＜5）時，采用差減法和直接法測定可得到基本一致的結果；當無機碳值較高并且與總碳值接近時，必須采用直接法測定水樣TOC值。

2 某城市供水末端飲用水總有機碳TOC監測案例

2.1 目的

為掌握城市水質衛生狀況，提高居民飲水安全水平，該省對飲用水水源及其經常規處理、輸配過程中總有機碳（TOC）的污染狀況進行采樣分析。

2.2 對象和方法

在充分考慮水樣樣本代表性的前提下，依據水源類型（地表水和地下水兩種類型）和常規水處理方式在所轄18個地市中隨機抽取 A（省會城市）、B（地級市）、C（地級市）、D（地級市）、E（縣級市）和F（縣級市）等6地18處水廠為調查對象，于2017年7月分別采集各水廠水源水、出產水和末梢水水樣；水樣的采集、保存和TOC檢測按照 GB/T 5750—2006《生活飲用水標準檢驗方法》進行；檢測數據采用Excel203進行統計分析，以P＜0.05為差異具有統計學意義。

2.3 結果分析

18處水廠的水源水、出廠水和末梢水水樣中TOC含量的檢測結果中。以地下水為水源的各環節水樣中TOC含量分別為（0.18±0.19）、（0.20±0.27）、（0.92±1.32）mg/L，各環節檢出率分別為 67%（3/9）、44%（4/9）、78%（7/9）；以地表水為水源的各環節水樣中 TOC含量分別為（2.19±1.03）、（1.59±0.99）、（2.37±1.34）mg/L，各環節水樣檢出率為100%，均比以地下水為水源的水源水、出廠水和末梢水高，差異具有統計學意義（P＜0.05）。

由測試結果可知，9處以地下水為水源的水廠在處理水源水后，有7處出廠水TOC含量較水源水降低，2處升高；出廠水經過水路管道輸配后，有1處水廠的末梢水TOC含量基本保持穩定，與出廠水一樣均未檢測出TOC，另有一處末梢水TOC含量較出廠水降低，其余7處末梢水TOC含量較出廠水均有所增加。

9處以地表水為水源的水廠在處理水源水后，有8處出廠水TOC含量較水源水降低，1處升高；出廠水經過水路管道輸配后，有1處水廠的末梢水TOC含量基本保持穩定，與出廠水TOC含量相比降低0.25mg/L，另有2處末梢水TOC含量較出廠水降低0.3mg/L以上，其余6處末梢水TOC含量較出廠水均有較明顯的增加。

綜合數據來看，以地下水為水源的水中TOC含量明顯低于以地表水為水源的水中TOC含量；此外，無論是使用地下水還是地表水為水源，在經過水廠的處理后，出廠水中TOC含量較水源水中TOC含量均有所下降，且以地表水為水源的水中TOC降低更為明顯，表明水廠的常規處理工藝對TOC有一定去除作用。這可能是因為水廠的常規處理方法是采取沉降的方法加入沉淀劑使水源水中的細小顆?；炷傻\花，以此消除部分有機污染物；飲用水常規處理中的消毒劑也可氧化一部分有機污染物，從而使TOC含量降低。

綜合測試結果還可得出，72%的水廠出廠水經過水管輸送分配后，末梢水中TOC含量增加，可能是由于出廠水中含有某些無機物和少量微生物，加上管道的腐蝕和外來的二次污染，綜合導致末梢水水質下降，TOC含量增加。由此可見，加強對輸水管道的清潔保養是十分有必要的。綜上，選擇地下水為水源，經過水廠的常規處理和輸送水路的維護等措施可以有效控制城市供水末端飲用水總有機碳TOC的含量，保證飲水安全。

3 結語

目前，在進行TOC 水質檢測時的最重要一個過程就是把水中的有機物氧化為CO2，文中主要列舉了輔助濕法氧化法和燃燒氧化-非分散紅外吸收法，其中燃燒氧化-非分散紅外吸收法操作簡單、重現性好、靈敏度高，是目前我國較常用的方法。