洱海水體總有機(jī)碳與化學(xué)需氧量的相關(guān)性探討

黃明雨

摘要：于2018年1～12月份期間，對(duì)洱海的11個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位進(jìn)行了采樣，測(cè)定了水樣中總有機(jī)碳（TOC）和化學(xué)需氧量（CODCr）的值。11個(gè)點(diǎn)位的CODCr、TOC均值分別為：16.23±2.43 mg/L、6.11±1.69 mg/L。用最小二乘法對(duì)11個(gè)點(diǎn)位CODCr—TOC對(duì)照數(shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)性回歸，得到回歸方程為y=1.290x+8.338，相關(guān)系數(shù)R=0.897。結(jié)果表明：①洱海水體同一點(diǎn)位的CODCr、TOC差異較小且變化趨勢(shì)一致，不同點(diǎn)位之間的CODCr、TOC差異也較小，空間分布也趨于一致;②不同點(diǎn)位的CODCr、TOC之間，均存在顯著的線(xiàn)性相關(guān)，但是相關(guān)系數(shù)之間的差異較大，介于0.678 ～0.939之間。

關(guān)鍵詞：總有機(jī)碳;化學(xué)需氧量;相關(guān)關(guān)系;洱海

中圖分類(lèi)號(hào)：X524

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A?文章編號(hào)：1674-9944（2020）14-0131-04

1?洱海流域概況

洱海（25°36′～25°58′N(xiāo)，100°5′～100°18′E）位于云南省大理市境內(nèi)，是云南省第二大淡水湖泊。其形似人耳，南北長(zhǎng)，東西窄，當(dāng)水位1966 m時(shí)，湖面積252 km2，南北長(zhǎng)42.5 km，平均水深10.5 m，最深處達(dá)20.5 m，最大湖寬8.4 km，湖容量28.8億m3，湖水不存在溫躍層，上下溫差小，冬季湖面無(wú)冰，洱海流域面積2565 km2[1]。

化學(xué)需氧量（CODCr）是利用化學(xué)氧化劑重鉻酸鉀將水中可氧化物質(zhì)（如有機(jī)物、亞硝酸鹽、亞鐵鹽、硫化物等）氧化分解，根據(jù)反應(yīng)后殘留的氧化劑的量計(jì)算出氧的消耗量[2]。CODCr的測(cè)定隨著測(cè)定水樣中還原性物質(zhì)構(gòu)成以及測(cè)定方法的不同，其測(cè)定值也有所不同。水體中所含的有機(jī)物成分復(fù)雜，并非所有的有機(jī)物都能被重鉻酸鉀氧化，例如含苯環(huán)比較多的芳香烴物質(zhì)就不能被其氧化[3]。 CODCr能氧化水體中近80%的有機(jī)污染物，且重現(xiàn)性好，水環(huán)境監(jiān)測(cè)中普遍適用于測(cè)定水樣中有機(jī)物的基本總量。

總有機(jī)碳（TOC）為水中有機(jī)物所含碳的總量，是以碳總量表示水體中有機(jī)物質(zhì)總量的綜合指標(biāo)，所有含碳物質(zhì)均能反映在TOC測(cè)定指標(biāo)值中，因此TOC 能充分反映出有機(jī)物對(duì)水體的污染水平[4]。盡管我國(guó)目前尚未將TOC納入地表水的常規(guī)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目，但是TOC作為水體有機(jī)物污染程度的重要指標(biāo)將越來(lái)越受到重視。

本研究以新三湖之一洱海為研究對(duì)象，通過(guò)測(cè)定洱海水體中CODCr、TOC的對(duì)應(yīng)數(shù)值，分析對(duì)照數(shù)據(jù)并探討二者的相關(guān)關(guān)系。

2?研究方法

2.1?水樣采集

根據(jù)“洱海及其主要入湖河流水質(zhì)監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)工作方案”，洱海水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位采用原有5條國(guó)控垂線(xiàn)及6條省控垂線(xiàn)共11個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)（圖1）。2018年1～12月每份個(gè)月8日左右采集11個(gè)點(diǎn)位上下層混合水樣，用便攜式采水器在各樣點(diǎn)表層（0.5m）、和底層（離底泥0.5m）采集水樣現(xiàn)場(chǎng)混合。水樣裝入樣品瓶中冰盒內(nèi)保存，帶回實(shí)驗(yàn)室測(cè)定各項(xiàng)指標(biāo)。

2.2?測(cè)試方法

水樣經(jīng)超聲細(xì)化處理后，采用哈?？焖傧庖海║L）消解，冷卻后使用DR5000紫外分光光度計(jì)（哈希，美國(guó)）依據(jù)《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測(cè)定 快速消解分光光度法》（HJ/T 399-2007）測(cè)定CODCr的數(shù)值;

TOC數(shù)值使用ET1020A總有機(jī)碳分析儀（普析，中國(guó)）依據(jù)《水質(zhì) 總有機(jī)碳的測(cè)定 燃燒氧化-非分散紅外吸收法》（HJ 501-2009）測(cè)定。

2.3?數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析采用SPSS20.0和EXCEL2007軟件進(jìn)行，數(shù)據(jù)圖采用SURFER16軟件進(jìn)行。

3?結(jié)果與結(jié)論

洱海水體同一點(diǎn)位的CODCr、TOC差異較小且變化趨勢(shì)一致（圖2），并且在采樣期間CODCr、TOC 出現(xiàn)最大值的時(shí)間有8個(gè)點(diǎn)位相同。285、286、288、631、632、633這6個(gè)點(diǎn)位CODCr、TOC的最大值均同時(shí)出現(xiàn)在2018年8月份，283點(diǎn)位CODCr、TOC的最大值同時(shí)出現(xiàn)在2018年9月份，281點(diǎn)位CODCr、TOC的最大值同時(shí)出現(xiàn)在2018年10月份。280點(diǎn)位CODCr、TOC的最大值分別出現(xiàn)在2018年10月份、2018年8月份。284點(diǎn)位CODCr、TOC的最大值分別出現(xiàn)在2018年6月份、2018年8月份。287點(diǎn)位CODCr、TOC的最大值分別出現(xiàn)在2018年9月份、2018年8月份。

洱海水體不同點(diǎn)位之間的CODCr、TOC差異較?。▓D3），分布趨于一致（圖4）。11個(gè)點(diǎn)位的CODCr、TOC極值范圍分別為12.90～25.50 mg/L、3.02～10.83 mg/L，均值范圍分別為15.38～17.38 mg/L、5.40～7.43 mg/L。633點(diǎn)位的CODCr、TOC 值較高，CODCr、TOC的均值分別為17.4 mg/L、7.43 mg/L;284點(diǎn)位的CODCr值最小，均值為15.4 mg/L，283點(diǎn)位的TOC值最小，均值為5.40 mg/L。

通過(guò)2018年12個(gè)月對(duì)洱海11個(gè)點(diǎn)位的不間斷監(jiān)測(cè)，得到132組總有機(jī)碳（TOC）與化學(xué)需氧量（CODCr）的有效對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)。根據(jù)對(duì)照數(shù)據(jù)組，繪制CODCr—TOC散點(diǎn)圖（圖5）。利用最小二乘法建立因變量y（TOC）對(duì)自變量x（CODCr）的線(xiàn)性回歸方程，得到總體回歸直線(xiàn)方程為：

式（1）、（2）中：y為化學(xué)需氧量（CODCr）;x為總有機(jī)碳（TOC）;R為相關(guān)系數(shù)。

本文選用方差分析對(duì)總有機(jī)碳（TOC）與化學(xué)需氧量（CODCr）的線(xiàn)性回歸效果進(jìn)行檢驗(yàn)，方差分析結(jié)果（表1）表明二者具有極顯著相關(guān)性（P<0.01），所以一元線(xiàn)性回歸方程成立。

用最小二乘法分別對(duì)11個(gè)點(diǎn)位CODCr—TOC對(duì)照數(shù)據(jù)進(jìn)行線(xiàn)性回歸，結(jié)果表明不同點(diǎn)位的相關(guān)關(guān)系系數(shù)不一致（圖6）。其中631、288、633、286點(diǎn)位的相關(guān)系數(shù)最高，在0.900～0.939;281、280、285、632點(diǎn)位的相關(guān)系數(shù)次之，在0.810～0.887;287、283、284點(diǎn)位的相關(guān)系數(shù)最小，在0.678～0.784。饒春熙[5]建立了地表水中COD和TOC之間的相關(guān)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了COD和TOC具有正相關(guān)關(guān)系;陳光[3]和江莉[6]等的研究則進(jìn)一步證實(shí)了不同類(lèi)型水體間COD與TOC的相關(guān)性，且得出了COD與TOC之間的比值關(guān)系;武孔煥[7]研究表明滇池外海水體CODCr和TOC存在顯著的線(xiàn)性相關(guān)。以上研究結(jié)果與本文洱海水體TOC 與CODCr有顯著性正相關(guān)的結(jié)論一致。

洱海水體中TOC與CODCr之間存在顯著的線(xiàn)性相關(guān)，CODCr數(shù)值可用于估算和衡量洱海的有機(jī)污染情況。當(dāng)水體穩(wěn)定時(shí)，總有機(jī)碳（TOC）與化學(xué)需氧量（CODCr）存在著正相關(guān)性[8]。但是，由于水體中污染物的類(lèi)型、占比不同，不同水體其相關(guān)性存在一定差異;即使同一水體，因受污染的程度不同，其相關(guān)性也不相同[9]。在洱海流域經(jīng)濟(jì)社會(huì)飛速發(fā)展的城鎮(zhèn)化時(shí)期，水體中有機(jī)污染物來(lái)源在不斷變化的情況下，洱海水體中CODCr的變化并不能真實(shí)地反映其被有機(jī)物污染的程度。因此，僅用CODCr指標(biāo)反映洱海水體受有機(jī)污染的程度或水體中有機(jī)污染物含量有一定的片面性[10] 。

總有機(jī)碳（TOC）相對(duì)于化學(xué)需氧量（CODCr）能夠更全面地反映水體中有機(jī)物的污染程度，而且TOC測(cè)定儀操作簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，用TOC監(jiān)測(cè)代替CODCr監(jiān)測(cè)有利于實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)儀器化、自動(dòng)化。

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