廢水之定義與水質檢測項目
在台灣，廢水與汙水的定義有明確的差異。廢水是指受工業和商業用途影響排放的水，汙水則是指日常生活與非事業產生、含有汙染物的水。
廢水的成分通常是 99.9% 的水，與0.1%的汙染物。這0.1%可能含有有機物、微生物和無機化合物。廢水排放到各種環境中，例如湖泊、池塘、溪流、河流、河口和海洋。
廢水檢測的指標囊括物理、化學和生物層面，例如溫度、總懸浮固體 (TSS)、pH 值、需氧量和需氧量、氮、磷、氯和微生物。在本文中，我們將著重廢水排放標準中的化學指標，包括化學需氧量(水質COD)、總氨氮、總磷酸鹽和總氮。
化學需氧量檢測方法 (水質COD)
化學需氧量(水質COD)是重要的水汙染指標之一。化學需氧量值越高，表示水樣中有機污染程度越高，相較於生物需氧量測試，COD的處理時間更短，因此建議在水樣中可能具有生物需氧量無法確定的毒性，或有機物質的情況下使用。
水質COD檢測步驟
- 根據廢水樣品的COD濃度，選擇合適的試劑濃度。
- 在COD試劑瓶中加入2 mL純水作為空白樣品。
- 將2 mL測試樣品添加到另一個COD試劑瓶中作為測試樣品。
- 擰緊瓶蓋，輕輕搖晃以混合均勻。
- 將試管放入COD加熱爐中，使用150度加熱2小時。
- 取出試管並將其冷卻至室溫。
- 將空白樣品瓶插入COD檢測儀中，開始零校準。
- 測試樣品瓶插入COD檢測儀中，讀取樣品的COD濃度。
洛科的水質檢測系列，使用者友善介面，提供快速準確的水質COD檢驗結果
COD 加熱爐 – CR 25
COD 檢測儀 – CD 200
消化分解加熱板 – Mars
洛科CD 200 COD 檢測儀
水中氨氮檢測方法
什麼是氨氮?
氮在廢水中以分子態氮、有機態氮、氨態氮、硝態氮、亞硝態氮以及硫氰化物和氰化物等多種形式存在，而氨氮是最主要的存在形式之一，是水體環境污染的重要指標，以 mg/L NH3-N 表示。 氨氮是指水中以氨分子 (ammonia, NH3) 及銨離子 (ammonium, NH4+) 兩種形式同時存在的氮，為一種對環境危害影響大的化合物。水中的氨分子 (ammonia, NH3) 及銨離子 (ammonium, NH4+) 會依據不同的 pH 值和溫度互相進行轉換。
氨氮的危害
在氮循環中，氧氣充足的情況之下，氨氮可經亞硝化細菌及硝化細菌進行硝化作用 (nitrification)，轉換為亞硝酸鹽類 (nitrite) 及硝酸鹽類 (nitrate)，其對人體具有致癌性。而氨氮排入水體中，會使藻類及微生物繁殖，造成優氧化；嚴重優養化則會使水中溶氧量降低，導致魚類大量死亡。另外，氨氮也會促進微生物於輸水管道及其它設備中繁殖使管道設備堵塞。
氨氮檢測方法 – 水楊酸鹽法 (Salicylate)
使用水楊酸鹽法，水中的氨 (NH3) 與檢測試劑中的次氯酸根 (OCl-) 會反應形成氯氨 (NH2Cl, monochloramine)，如式 (1)，氯氨再與水楊酸鹽反應，形成5-aminosalicylate，如式 (2)。
5-aminosalicylate 經催化劑硝普鈉 (sodium nitroprusside, SNP, 又稱為亞硝醯鐵氰化鈉) 催化氧化反應，產生最終產物 indosalicylate (藍色)，其結構式如下圖，最後加入黃色的三聚氰氨 (cyanurate) 溶液而成綠色，即可利用 WD 100以610 nm 進行水中氨氮含量的測定。
洛科 WD 100 4合1水質分析儀 可檢測 COD、氨氮、總磷、總氮
洛科 CR 25 COD 加熱爐: 內建專用 COD 執行程式
水中總磷檢測方法
什麼是總磷 (Total Phosphate) ?
總磷是由正磷酸鹽 (orthophosphate)、聚磷酸鹽 (又稱焦磷酸鹽，condensed phosphate) 及有機磷 (organic phosphate) 所組成。水中的磷主要來自於含有機磷農藥的農業污水、工業污水、家庭生活污水及清潔劑。而水中的磷幾乎全部以磷酸鹽 (phosphate) 型式存在，其為構成土壤養分及動植物原生質的要素。 水中總磷是將水中各種形式的磷轉換為正磷酸鹽後所測得的所有磷的含量，通常以每公升水中含有多少毫克磷 (mg/L as P) 表示。
總磷的危害
磷 (phosphorus) 是植物生長的重要養分，然而當過量的磷進入水體中，將使得藻類大量繁殖及死亡，並且因為藻類的腐敗分解需要消耗大量的氧氣，導致水體缺氧，造成優養化現象的產生。因此限制磷的濃度，即可控制、避免優養化現象。
總磷檢測原理 – 鉬酸鹽法 (Molybdovanadate)
R水樣以酸，如硫酸 (sulfuric acid) 及過硫酸鹽 (persulfate)，加熱消解，使其中總磷轉變為正磷酸鹽形式存在，使正磷酸鹽與鉬酸鹽 (molybdate) 反應，生成磷鉬酸鹽複合物 (phosphomolybdate complex)，再以釩 (vanadium) 與此複合物反應，產生黃色的釩鉬磷酸 (vanado-molybdophosphoric acid)並使用檢測儀以 420 nm隻設定進行水中總磷含量的測定，黃色深淺和磷含量成正比。
洛科 WD 100 4合1水質分析儀 可檢測 COD、氨氮、總磷、總氮
洛科 CR 25 COD 加熱爐: 內建專用 COD 執行程式
洛科WD 100 四合一水質分析儀
水中總氮檢測方法
什麼是總氮 (Total Nitrogen) ?
總氮為水中各種型態氮的總和，包含硝酸鹽氮 (NO3-)、亞硝酸鹽氮 (NO2-)、氨氮 (NH4+) 等無機氮與蛋白質、胺基酸、有機胺等有機氮。總氮是重要的水質檢測項目，也是反映水體富營養化的主要指標，通常以每公升水中含有多少毫克氮 (mg/L N) 表示。
總氮的危害
氮為自然界中的重要元素，亦是水生生物生長的重要養份。然而，當氮含量過多時，會使得水體富營養化，造成微生物及藻類大量繁殖、水中溶氧量降低，導致魚類及水生生物大量死亡，形成水體缺氧及優養化。
總氮檢測原理 – 過硫酸鹽消解法 (Persulfate Digestion)
水中總氮的測定方法主要分為3大類：
- 總和法：分別測定硝酸鹽氮、亞硝酸鹽氮、凱氏氮 (凱氏氮為氨氮與總有機氮之和) 再將結果加總，即為總氮含量。 (NIEA W423.52C)
- 鹼性過硫酸鉀紫外分光光度法，又稱為過硫酸鹽消解法
- 氣相分子吸收光譜法 (Gas-Phase Molecular Absorption Spectrometry, GPMAS)
加入鹼性過硫酸鹽進行消解，將所有型式的氮轉換為硝酸鹽 (nitrate)，消解後加入焦亞硫酸鈉 (sodium metabisulfite) 以消除鹵素氧化物 (halogen oxide) 的干擾，硝酸鹽在強酸環境下，與變色酸 (chromotropic acid) 反應產生黃色生成物後，檢測儀以 420 nm 測定水中總氮含量。
洛科 WD 100 4合1水質分析儀 可檢測 COD、氨氮、總磷、總氮
洛科 CR 25 COD 加熱爐: 內建專用 COD 執行程式
洛科CR 25 COD加熱分解爐
參考資料
- Water and Wastewater News | WWD (wwdmag.com)
- 行政院環境保護署-環境檢驗所官方網站
- LIN, Kunning, et al. Determination of ammonia nitrogen in natural waters: Recent advances and applications. Trends in Environmental Analytical Chemistry, 2019, 24: e00073.
- HACH, Nitrogen, Ammonia, Method 10023
- HACH, Nitrogen, Ammonia, Method 10031
- HACH, Phosphorus, Total, Method 8190
- HACH, Total Nitrogen, Method 10072
