城市供水末端饮用水总有机碳TOC监测分析

文_饶国铨 梅州市环境监测中心站

1 城市供水末端饮用水总有机碳TOC监测方法

1.1 TOC监测概述

为保证饮水安全，必须对包括末端饮用水在内的整个供水系统进行水质监测。其中，水中有机污染物含量是非常重要的一项指标，一般用总有机碳（TOC）来表示。总有机碳是以碳含量表示水体中有机物质总量的综合指标，它能够较准确地反映水质有机污染的总体情况，因而被作为评价水体中有机物污染程度的一项重要参考指标。测定TOC的方法较多，包括电化学法、电导法、非分散红外吸收法、紫外直接氧化法等近年来发展起来的新方法，以及高温催化氧化、辅助湿法氧化等传统分析方法。

1.2 辅助湿法氧化法

1.2.1 测试原理

该方法原理可分为两步，第一步是磷酸酸化水样除去水样中总无机碳，即待测试水样与磷酸在反应器中反应，用高纯度“惰性”气体（如氮气）将产生的CO2排出，再经干燥管干燥处理，干燥后的CO2吹入非散射性红外检测器，此时可得出CO2质量，该质量可表征水样中总无机碳的含量；第二步是加入氧化剂氧化酸化后的水样，获得水中总有机碳的含量，即向酸化后的水样加入氧化剂（如过硫酸钠），在100℃下反应，同样用高纯度“惰性”气体（如氮气）将产生的CO2经干燥后吹入非散射性红外检测器内，得出的CO2质量正比于水样中总有机碳的质量。

1.2.2 测试步骤

测试步骤为三步。第一步准备仪器和试剂，如分别移取100mg/L总有机碳标准使用液0.00,0.50,1.00,3.00,5.00mL于100mL容量瓶中，配制成浓度0.00,0.50,1.00,3.00,5.00mg/L的标准系列；第二步绘制标准曲线，打开总有机碳分析测定仪（O·I·1010型）设定参数，测定空白和标准系列，绘制标准曲线；第三步测定水样总有机碳含量，在与空白和标准系列相同测试条件下进行样品测定，通过工作曲线即可读出样品中总有机碳的含量。

1.2.3 注意事项

（1）为保证检测结果的准确，测试水样应保持均匀的状态。

（2）为避免容器对有机碳含量的影响，最好采用玻璃瓶采集和保存水样，且在使用前需对玻璃容器进行清洁和高温干燥处理。

（3）水样测试、分析完毕后，应将试剂瓶中的试剂全部倒出，换上纯水，再运行整个系统30min。

1.3 燃烧氧化-非分散红外吸收法

1.3.1 测试原理

按测定TOC值的不同原理，燃烧氧化-非分散红外吸收法又可分为差减法和直接法两种。

（1）差减法测定TOC值的原理

将水样连同净化空气（干燥并除去CO2）分别注入高温燃烧管和低温反应管中，经高温燃烧管的水样受高温催化氧化，经低温反应管的水样受酸化而使无机碳酸盐分解。反应后，有机化合物和无机碳酸盐均分解转化成为CO2，将生成的CO2依次通入非色散红外线检测器，从而分别测得水中的总碳（TC）和无机碳（IC）的浓度（mg/L）。总碳与无机碳浓度之差值，即为总有机碳（TOC）的浓度。

（2）直接法测定 TOC 值的原理

将水样用硫酸或盐酸酸化后曝气，使各种无机碳酸盐分解生成CO2而驱除后，再注入高温燃烧管中，可直接测定总有机碳。但由于采用直接法测定TOC时，曝气过程中会造成水样中挥发性有机物的损失而产生测定误差，因此该法测得的TOC被称为NPOC，即不可吹出的有机碳值。

1.3.2 测试步骤

测试步骤简述为三步。第一步准备仪器和试剂，如将总有机碳分析仪开机预热，配制TC和IC系列浓度标准溶液等。第二步绘制标准曲线，测量记录仪上的吸收峰面积，从测得的标准系列溶液吸收峰峰高（不含空白实验吸收峰峰高）与对应的标准系列浓度分别绘制TC和IC标准曲线和直线回归方程。第三步水样TOC测定，差减法：直接将试样依次注入总碳燃烧管和无机碳燃烧管，测定仪器上相应CO2吸收峰峰高和面积；直接法：将酸化后的水样在搅拌条件下通入不含CO2的N2或O2，驱除IC，再将去除IC的试样注入总碳燃烧管，同理测定相应吸收峰的峰高和峰面积。由测定水样的曲线面积根据标准曲线回归方程即可得出TOC值。

1.3.3 注意事项

（1）水样采集后避光密闭保存，尽快分析测定。

（2）样品浓度值较大（超过1000mg/L）时，应加以稀释。

（3）在用直接法测定总有机碳的过程中，应注意控制酸化和曝气时间，尽可能使无机碳去除干净。

（4）当已知水样无机碳值与总有机碳接近（IC/TOC＜5）时，采用差减法和直接法测定可得到基本一致的结果；当无机碳值较高并且与总碳值接近时，必须采用直接法测定水样TOC值。

2 某城市供水末端饮用水总有机碳TOC监测案例

2.1 目的

为掌握城市水质卫生状况，提高居民饮水安全水平，该省对饮用水水源及其经常规处理、输配过程中总有机碳（TOC）的污染状况进行采样分析。

2.2 对象和方法

在充分考虑水样样本代表性的前提下，依据水源类型（地表水和地下水两种类型）和常规水处理方式在所辖18个地市中随机抽取 A（省会城市）、B（地级市）、C（地级市）、D（地级市）、E（县级市）和F（县级市）等6地18处水厂为调查对象，于2017年7月分别采集各水厂水源水、出产水和末梢水水样；水样的采集、保存和TOC检测按照 GB/T 5750—2006《生活饮用水标准检验方法》进行；检测数据采用Excel203进行统计分析，以P＜0.05为差异具有统计学意义。

2.3 结果分析

18处水厂的水源水、出厂水和末梢水水样中TOC含量的检测结果中。以地下水为水源的各环节水样中TOC含量分别为（0.18±0.19）、（0.20±0.27）、（0.92±1.32）mg/L，各环节检出率分别为 67%（3/9）、44%（4/9）、78%（7/9）；以地表水为水源的各环节水样中 TOC含量分别为（2.19±1.03）、（1.59±0.99）、（2.37±1.34）mg/L，各环节水样检出率为100%，均比以地下水为水源的水源水、出厂水和末梢水高，差异具有统计学意义（P＜0.05）。

由测试结果可知，9处以地下水为水源的水厂在处理水源水后，有7处出厂水TOC含量较水源水降低，2处升高；出厂水经过水路管道输配后，有1处水厂的末梢水TOC含量基本保持稳定，与出厂水一样均未检测出TOC，另有一处末梢水TOC含量较出厂水降低，其余7处末梢水TOC含量较出厂水均有所增加。

9处以地表水为水源的水厂在处理水源水后，有8处出厂水TOC含量较水源水降低，1处升高；出厂水经过水路管道输配后，有1处水厂的末梢水TOC含量基本保持稳定，与出厂水TOC含量相比降低0.25mg/L，另有2处末梢水TOC含量较出厂水降低0.3mg/L以上，其余6处末梢水TOC含量较出厂水均有较明显的增加。

综合数据来看，以地下水为水源的水中TOC含量明显低于以地表水为水源的水中TOC含量；此外，无论是使用地下水还是地表水为水源，在经过水厂的处理后，出厂水中TOC含量较水源水中TOC含量均有所下降，且以地表水为水源的水中TOC降低更为明显，表明水厂的常规处理工艺对TOC有一定去除作用。这可能是因为水厂的常规处理方法是采取沉降的方法加入沉淀剂使水源水中的细小颗粒混凝生成矾花，以此消除部分有机污染物；饮用水常规处理中的消毒剂也可氧化一部分有机污染物，从而使TOC含量降低。

综合测试结果还可得出，72%的水厂出厂水经过水管输送分配后，末梢水中TOC含量增加，可能是由于出厂水中含有某些无机物和少量微生物，加上管道的腐蚀和外来的二次污染，综合导致末梢水水质下降，TOC含量增加。由此可见，加强对输水管道的清洁保养是十分有必要的。综上，选择地下水为水源，经过水厂的常规处理和输送水路的维护等措施可以有效控制城市供水末端饮用水总有机碳TOC的含量，保证饮水安全。

3 结语

目前，在进行TOC 水质检测时的最重要一个过程就是把水中的有机物氧化为CO2，文中主要列举了辅助湿法氧化法和燃烧氧化-非分散红外吸收法，其中燃烧氧化-非分散红外吸收法操作简单、重现性好、灵敏度高，是目前我国较常用的方法。