重量法測定污水廠進出水中懸浮物的影響因素

章文華，徐錫梅，余沛芝，許小燕，趙賽君，周 婷，董曉晨

(蘇州工業園區清源華衍水務有限公司水質中心，江蘇蘇州 215021)

水中懸浮物是指懸浮在水中的直徑為幾～幾百μm的能被0.45 μm濾膜阻留的顆粒物，也被稱為不可濾殘渣。污水廠進水中的懸浮物主要由泥沙、黏土、餐廚垃圾、排泄物等組成。懸浮物顆粒上依附了大部分的污染物，且肉眼可見，因此，懸浮物是判斷水質污染程度的一個重要指標[1]。目前，污水處理廠的進、出水分別執行《污水排入城鎮下水道水質標準》(GB/T 31962—2015)和《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)，其中懸浮物是重要的監測指標之一。因此，準確測定懸浮物的含量對于指導工藝生產運行及出水的達標排放均有重要意義。

目前，懸浮物多以GB/T 11901—1989中規定的重量法進行測定[2]。該方法步驟簡單，易于操作，但檢測人員普遍反映懸浮物難以測定，一是對于渾濁的進水抽濾難度大，需耗費大量時間；二是對于較透明的出水經常測出負值；三是濾膜和樣品烘干后不易達到恒重的要求。因此，本文以某污水處理廠進、出水為例，對懸浮物測定過程中的一些影響因素進行探討，并提出有效的解決方案和措施。

1 試驗部分

1.1 主要儀器設備與材料

電子天平(德國賽多利斯BS224S)；全玻璃砂芯過濾器微孔濾膜抽濾裝置；真空泵；電熱恒溫鼓風干燥箱；干燥器；稱量瓶60 mm×30 mm；水系混合纖維微孔濾膜，孔徑為0.45 μm，直徑為50 mm。

1.2 試驗方法

試驗步驟同GB/T 11901—1989，樣品抽濾所用裝置如圖1所示。

圖1 抽濾裝置Fig.1 Filtration Device

2 結果與討論

2.1 濾膜預處理

檢測中發現，使用未經處理的濾膜過濾含有肉眼可見微小顆粒物的污水廠出水時，所測得的懸浮物經常出現負值，與實際情況不符。觀察發現，原始濾膜上帶有粉塵及切割碎屑，此類物質在稱量操作和水樣抽濾過程中會損失，造成負誤差。喬慧敏等[3]通過試驗，得出濾膜中的可溶物質量分數約為5.2%；陳明華等[4]使用蒸餾水清洗濾膜，濾膜減重0.38%；王偉[5]通過試驗分析，認為濾料的可溶物含量約為0.25%；方韜等[6]通過對甲、乙2個廠家不同批次的濾膜用蒸餾水抽濾后，發現濾膜平均損失分別達4.98 mg和7.95 mg。不同廠家制取濾膜時所用的原材料及生產工藝有所不同，因此，濾膜中所含的可溶物含量不同。為了確定濾膜真實的空白質量，減少測定誤差，濾膜需經過適當的預處理后再使用。

方韜等[6]將濾膜在恒重前經過蒸餾水浸泡24 h，并用蒸餾水抽濾2次，確定空白濾膜的真實重量，以減少其不準確使用帶來的誤差。唐曉梅[7]采用標準方法在103～105 ℃條件下，直接加熱烘干濾膜2 h，即可去除可揮發性物質，使濾膜達到恒重。綜合分析濾膜的預處理方式，發現純水浸泡可以有效去除濾膜上的切割碎屑、粉塵及可溶物，而加熱過程可以將濾膜所含的揮發性物質去除。本文在前人研究的基礎上，提出采用純水煮沸、清洗的方式對濾膜進行預處理。沸騰狀態下，水分子高速撞擊濾膜表面，使其表面的雜質去除；同時，在高溫下，濾膜所含的可溶物也充分溶解于水中。

由于微孔濾膜種類繁多，經試驗比對，選用浙江某化工儀器廠生產的批號為2019.3的水系混合纖維微孔濾膜(直徑為50 mm，孔徑為0.45 μm)。

試驗方法：將批量濾膜放入純水中煮沸1～2 min(圖2)，另取純水漂洗2～3次。將預處理后的濾膜放入稱量瓶，敞開瓶蓋，置于烘箱中于103～105 ℃烘干2 h后蓋好瓶蓋取出，置于干燥器內冷卻0.5 h稱重；反復烘干、冷卻、稱重，直至2次質量差≤0.2 mg，得到稱量瓶和濾膜的總質量。將恒重的濾膜置于抽濾裝置(圖1)上，在過濾杯中倒入200 mL純水，進行抽濾試驗。抽濾結束后，將濾膜放于原稱量瓶中，繼續烘干、冷卻、稱量至恒重，得到被純水抽濾1次后稱量瓶和濾膜的總質量。試驗結果如表1所示。

圖2 微孔濾膜預處理Fig.2 Pretreatment of Microporous Membrance

由表1可知，預處理后的濾膜恒重后，經過純水抽濾1次后再次恒重，平均損失為0.07 mg。稱量瓶屬于玻璃制品，損失可忽略，因此，這個損失主要來自濾膜。0.07 mg的平均損失符合空白濾膜≤0.2 mg的恒重要求。該試驗表明，原始濾膜經過純水煮沸1～2 min、清洗2～3次后，即達到分析檢測的要求，可在預處理后直接進行烘干恒重，確定其真實的空白質量。

表1 濾膜預處理效果試驗Tab.1 Test for Filter Membrane Pretreatment Effect

2.2 濾膜烘干時間

將預處理過的濾膜依次放入稱量瓶中，打開瓶蓋置于103～105 ℃烘箱里烘干。按照第1次分別烘干1、1.5、2、3 h后，蓋好瓶蓋，取出置于干燥器內冷卻30 min進行第1次稱重。第2次以相同的步驟烘干30 min，然后冷卻30 min進行第2次稱重。2次稱重差值≤0.2 mg，即達到方法中的恒重要求。試驗數據如表2所示。

由表2可知，由于烘干時間不足，濾膜(含稱量瓶)無法全部達到恒重的要求。當濾膜采用第1次烘干2 h，第2次烘干30 min時，即可達到國標方法中的≤0.2 mg的恒重要求。

2.3 樣品抽濾過程的影響

烘干后的濾膜柔韌性很差，可用少量純水潤濕后，用無齒扁咀鑷子夾取，置于抽濾裝置上。若直接夾取，極易損壞濾膜邊緣而產生負誤差。

實際操作中發現，當抽濾時一次倒入過多的水樣時，部分懸浮物會吸附在砂芯裝置的過濾杯內壁上。如圖3所示，如果抽濾時間很長或者水樣黏性較大，附著在過濾杯內壁的懸浮物就不易被純水沖洗至濾膜上，從而導致測得的懸浮物含量偏低。因此，抽濾時最好采取少量多次的方式倒入水樣，減少水樣與過濾杯的接觸時間。

表2 微孔濾膜烘干時間Tab.2 Drying Time of Microporous Membrane

水樣中存在不同濃度的可溶解物質，這部分物質截留在濾膜上也會產生一定的質量。因此，水樣抽濾完畢后，需用少量純水洗滌濾膜2～3次，除去殘留在濾膜上的可溶解物質，減小測定誤差。

圖3 吸附在過濾杯內壁的懸浮物Fig.3 SS Adsorbed on Inner Wall of Filter Cup

2.4 不同的樣品取樣量對結果的影響

量取有代表性的樣品是準確測定懸浮物的關鍵因素之一。GB/T 11901—1989中明確指出，漂浮或浸沒的不均勻固體物質不屬于懸浮物。因此，在測定成分相對復雜的污水廠進水時，首先觀察其中是否含有瓜子殼、頭發絲、塑料塊等非懸浮物，并將其除去，再將水樣充分混勻后取適量進行抽濾，從而避免測定結果出現較大的正誤差。

試驗水樣來自南方某污水處理廠的幾個不同日期的進水和出水。對同一個進水樣品分別做25、50、75 mL及100 mL的比對，對同一個出水樣品分別做200、500、750 mL及1 000 mL的比對，每個樣品平行測定2次，試驗結果如表3所示。

表3 不同取樣體積的測定結果Tab.3 Measurement Results of Different Sampling Volumes

由表3可知，對于不同取樣體積的同一個水樣，按取樣量由小到大排列，其相對偏差有逐步變小的趨勢，說明取樣體積是影響測定精密度的重要因素。GB/T 11901—1989中指出，濾膜上截留的懸浮物以5～100 mg量取水樣體積。當濾膜上的懸浮物含量<5 mg時，易增大稱量誤差，影響平行測定的精密度，此結論與表3的試驗數據相符。當樣品質量即截留在濾膜上的懸浮物質量>5 mg時，同一樣品不同取樣體積間的測定結果較接近，相對偏差也較小，符合檢測要求。

對于懸浮物含量在150～300 mg/L的進水，取樣體積在50～75 mL時較合理；對于懸浮物含量>300 mg/L的進水，取樣體積選擇25～50 mL時較合理；對于較清潔的懸浮物含量<10 mg/L的污水廠出水，取樣體積宜選擇750～1 000 mL；對于懸浮物含量>10 mg/L的出水，取樣體積可選擇500～750 mL。因此，合理的取樣體積可提高數據的準確性和精密度，減小測定誤差。

2.5 不同取樣量對抽濾時間的影響

抽濾過程中，隨著濾膜上懸浮物的增多，流速逐漸變小或者不出液，抽濾難度增大，檢測時間變長。本試驗對懸浮物含量為255 mg/L的污水廠進水水樣分別取25、50、75、100 mL進行試驗，對懸浮物含量為7 mg/L的污水廠出水分別取樣500、750、1 000 mL進行試驗，記錄抽濾時間，測定結果如圖4和圖5所示。

圖4 進水取樣量與抽濾時間的關系Fig.4 Relationship between Influent Wastewater Sampling Volume and Extraction Filtration Time

圖5 出水取樣量與抽濾時間的關系Fig.5 Relationship between Effluent Wastewater Volume and Extraction Filtration Time

由圖4和圖5可知，同一個水樣，取樣體積越大，抽濾時間越長。對于成分復雜的污水廠進水，取樣體積>50 mL時，抽濾難度明顯增大；對于懸浮物較少的污水廠出水，取樣體積>750 mL時，抽濾難度明顯增大。由于濾膜的孔徑較細，屬于精濾范圍，當濾膜截留一定量的懸浮物時，會出現流速變小甚至不出液的現象，給抽濾帶來極大的困難，同時也會縮短真空泵的使用壽命。因此，在不影響數據準確性的前提下，應合理選擇樣品的取樣體積。

2.6 稱量的影響

國家標準方法規定，空白濾膜恒重需滿足2次加熱后的重量差≤0.2 mg;載有懸浮物的濾膜恒重需滿足2次加熱后的重量差≤0.4 mg，這對電子天平提出了較嚴格的要求。因此，稱量前需確保電子天平所在的房間溫、濕度適宜，臺面水平、穩固。每次稱量最好選擇同一臺天平，稱量前要確保天平的水平泡在黑圈的最中央，然后用配套的校正砝碼校正天平。稱量時注意輕拿輕放，待數字穩定后讀數。

2.7 質量控制措施

由于懸浮物的特殊性，國家標準方法中沒有給出對應的質控措施，也沒有相關的標準樣品。因此，測定懸浮物的關鍵就是要嚴格把控取樣、抽濾、稱重等環節。但是，為了防止出現系統誤差，有必要在每批次測定中帶一個已恒重的空白濾膜作為參照物，并用純水代替水樣進行測定。空白濾膜再次恒重后的質量應與之前恒重的質量在誤差范圍內。通過參照空白濾膜，可以確保同批次的樣品數據是否可行，也可以判斷是否產生系統誤差。

3 結論

(1)新濾膜經過純水煮沸、清洗的預處理后，可以有效除去其表面雜質及所含的溶解性物質，且再次抽濾純水時，濾膜本身產生的平均損失<0.2 mg，符合空白濾膜的恒重要求。

(2)濾膜一般連續加熱2 h即可達到恒重的要求。

(3)取樣前應先清除漂浮或浸沒的不均勻固體物質，將水樣充分混勻后取適量進行抽濾。水樣體積較多時，應采取少量多次的方式抽濾，使樣品盡快通過微孔濾膜。抽濾結束后，用純水將吸附在過濾杯內壁的懸浮物沖洗至濾膜，再用純水洗滌濾膜上的可溶解物質2～3次。

(4)合理選擇水樣的取樣體積可提高樣品分析的準確度和精密度，縮短檢測時間，提高工作效率。

(5)稱量操作前需對天平進行調水平、校正操作，提高稱量的準確性。

(6)利用已恒重的空白濾膜作參照物，可以成為懸浮物測定過程中的有效質控手段。