蔬菜水果能消除自来水中的余氯吗

来源:http://www.shuizhifenxi.com/ 作者:余氯检测仪 时间:2018-07-30

  自来水在输送过程中,为了抑制水中残余的细菌、病毒和其他致病生物的繁殖,应有适量的余氯留存在水中,以保证持续的杀菌能力。我国生活饮用水水质标准中规定,氯气及游离氯制剂(游离氯)在出厂水中的余量≥0.3 mg/L,管网末梢水中的余量≥0.05 mg/L[1]。然而,自来水中过量的余氯会严重影响水的口感和品质,氯与水中残余的有机物产生化学作用,会生成一系列的化合物如三氯甲烷、二氯甲烷、溴二氯甲烷、氯二溴甲烷等,这些物质对人体会产生一定的致癌作用[2]。目前,从水中去除微量余氯的方法有活性炭吸附法[3]、载铁阳离子交换树脂去除法[4]、铜锌合金滤料去除法[5]等,但不适合应用在日常生活中,也难于应用到实验教学中。

  为了寻求去除自来水中微量余氯的简易实用方法,进行了一系列的创新设想和科学实验。

  1 检测方法

  水中的余氯检测方法有多种,根据国家标准生活饮用水标准检验方法[6]中推荐的有N,N捕乙基对苯二胺(DPD)分光光度法和3,3′,5,5′菜募谆联苯胺比色法(TMB),我们参照国家标准,进行了适当修改。

  1.1 仪器与试剂

  仪器选用余氯检测仪、25 mL目视比色管。试剂选用3,3′,5,5′菜募谆联苯胺(TMB)、pH试纸、分析纯重铬酸钾、分析纯铬酸钾、分析纯氯化钾、分析纯盐酸。

余氯检测仪

  1.2 测试方法

  1.2.1 制作吸收曲线

  取1.25 mLTMB置于25 mL比色管中,用自来水稀释到刻度,在25℃水浴中,显色1 min;用723型分光光度计在不同波长处测定显色液的吸光度,测得余氯的最大吸收波长为450 nm。

  1.2.2 制作标准曲线

  按国家标准[6]要求配置永久性余氯标准溶液,在450 nm波长处,测定系列标准溶液的吸光度(见表1)。

  表1 系列标准溶液的吸光度

  标准溶液づǘ/(mg/L)0.01

  0.030.050.100.200.30

  吸光度(A)0.0060.0230.0410.0690.1440.217

  为减小查表误差,建立了一个测定余氯浓度函数,根据吸光度由计算机快速求出余氯浓度。设吸光度为A,浓度为c,根据代数函数插值原理[7]则有:

  c=f(A)=k0+k1*A+k2*A2+k3*A3+k4*A4+k5*A5(1)

  利用MATLAB求解方程可得:k0=-0.001 052 53;k1=2.146 86;k2=-57.579 4;k3=1 180.40;k4=-8 395.27;k5=18 912.9。由此建立了由吸光度A快速求取余氯浓度c的数学公式,从而大大提高了对后面实验数据的处理效率。

  1.2.3 余氯消除效果测定

  对选取样本材料分批进行测试,由测得的吸收度,按式(1)由计算机求出余氯的浓度。对相同样本的数据,舍去异常值,然后对样本数据进行统计,求出吸附率的平均值、标准偏差、给定置信水平时的估计区间,由此评价出各材料对消除余氯的效果。

  2 实验过程

  2.1 选用材料

  选用的材料有荸荠、蚕豆、橙子、冬瓜、甘蔗、胡萝卜、黄瓜、茭白、桔子、梨子、萝卜、蘑菇、南瓜、柠檬、苹果、甘庶、山药、丝瓜、土豆、莴苣、香蕉、柚子等,以及自来水样、对照用的蒸馏水、矿泉水等。

  2.2 测试环境

  样液与显色剂的显色反应在20~25℃的水浴中完成,以使显色反应完全。浸渍的时间曾按10、20、30 min进行,但测试结果相差不大,并会使浸渍液颜色加深,影响测定,最后浸渍的时间统一取为3 min。浸渍采用冷水浸渍,因为热水浸渍会使有些材料中的色素溶解在水中,给测定带来困难。

  2.3 测试过程

  先测定经显色后自来水水样的吸光度,然后选取3 g待测样本,用60 mL自来水样浸泡3 min,用TMB显色,在450 nm波长处用723型分光光度计测定其吸光度,并作记录,供后面统计分析用。

  为保证测试的正确性,在实验前后,都要对自来水水样进行测试,保证测试期间自来水水样没有明显变化。每次对多种样品进行测试,分批次进行统计分析。

  2.4 吸附率计算

  设测试样本前测到的水样吸光度为Aw,测到的样本吸光度为Ax,根据(式1)可算出水样余氯浓度cw和样本余氯浓度cx,根据下面公式计算样本的吸附率Adx:

  Adx=(cw-cx)*V/m*1000(2)

  式中,V为溶液体积,取0.06 L;m为样本质量,取3 g;Adx表示每1 000 g样本能在规定时间内吸附的余氯质量/mg,可用Adx来表征样本对余氯的吸附效果。

  2.5 异常值的舍去

  对相同样本的多个吸附率数据,需要舍去异常值,为此我们采用了Grubbs检验法[8],对每个吸附率计算G值,若大于临界值G(n,α),则舍去该值。对数据x的G值计算式为:

  G=|x-x|S(3)

  式中x为一组数据的平均值,S为标准偏差。

  临界值G(n,α)可查阅相关表格,也可用下面公式计算:

  G(n,α)=n-1nt2(α/(2n),n-2)n-2+t2(α/(2n),n-2)(4)

  其中,n为样本数,α为显著水平,t为t分布值,可用Excel的TINV()函数计算得到。

  表2是7个批次的萝卜皮样本测试数据和吸附率G值的计算结果。其中取α=0.05,n=7,平均值x=1.5117, 标准偏差S=0.7876,G临界值G(n,α)=2.02。由计算结果可见,第二批次的测试数据应该舍去。

  表2 萝卜皮样本的数据表和吸附率的G值计算

  批次

  Aw浓度cw/(mg/L)Axcx/(mg/L)

  Adx/(mg/kg)G值判断

  10.0770.117830.0400.04871.3829

  0.16保留

  20.1080.181890.0120.01833.27202.20舍去

  30.0500.063330.0030.00491.16860.44保留

  40.0610.083310.0220.02901.08610.54保留

  50.0620.085310.0090.01441.41810.12保留

  60.0590.079400.0180.02501.08850.54保留

  70.0620.085310.0200.02701.16600.44保留

  2.6 吸附率的置信区间

  对保留的吸附率数据进行统计分析,按样本求出吸附率的平均值、标准偏差和估计区间。设某样本吸附率n个测量数据的平均值为x,置信区极限误差为Δ,则置信区间μ为:

  μ=x±Δ=[(x-Δ)~(x+Δ)]=[XL~XU](5)

  XL为置信区下限,XU为置信区上限,而Δ可由下式表示:

  Δ=t(a,f)•Sn(6)

  t(a,f)为给定显著水平α和自由度f的t分布值,S为样本的标准偏差。

  2.7 数据分析

  对荸荠、蚕豆、橙子、冬瓜、甘蔗、胡萝卜、黄瓜、茭白、桔子、梨子、萝卜、蘑菇、南瓜、柠檬、苹果、甘蔗、山药、丝瓜、土豆、莴苣、香蕉、柚子等进行实验,经分析发现凡吸附性强的、维生素C丰富的样本,余氯的吸附效果就比较好。

  分别用活性炭和维生素C药片进行实验:(1)称取活性炭3 g,置于60 mL自来水样中,浸泡2 min,过滤液在20~25℃水浴中用TMB显色,在450 nm波长处用723型分光光度计测定其吸光度;(2)取2片维生素C片剂(约0.1 g×2),研碎,用60 mL自来水样浸泡2 min,过滤后在20~25℃水浴中用TMB显色,在450 nm波长处用723型分光光度计测定其吸光度。2者的实验效果非常接近,即0.2 g的维生素C片剂相当于3 g活性炭的效果。

  也发现一些样本对余氯吸附作用不大,也可能是本身的颜色对吸光度测量有影响。表3是部分蔬菜水果对余氯有吸附作用的分析结果。

  表3 部分蔬菜水果对余氯的吸附率数据(取α=0.05)

  编号样本nxΔXLXU

  1柠檬皮81.5960.8080.7882.404

  2柚子肉71.3890.9650.4242.354

  3柠檬肉61.3141.0360.2782.349

  4柚子皮81.2940.9400.3532.234

  5萝卜肉61.2540.2580.9951.512

  6萝卜皮61.2180.1531.0651.372

  7丝瓜皮71.1910.8300.3612.021

  8冬瓜肉51.1160.1660.9501.281

  9冬瓜皮61.0930.0501.0431.142

  10莴苣肉61.0350.1540.8811.188

  11蚕豆皮41.0080.0920.9161.100

  12黄瓜肉70.9070.1190.7881.027

  13莴苣皮60.9040.1480.7551.052

  14梨子肉70.8010.3720.4281.173

  续表

  编号样本nxΔXLXU

  15黄瓜皮60.7200.1730.5470.892

  16丝瓜肉50.6270.1810.4450.808

  17梨子皮50.5050.2540.2510.759

  18活性炭81.4300.0401.3901.470

  对余氯的吸附率置信区间见图1。其中水果中的柠檬,蔬菜中的萝卜、冬瓜吸附余氯的效果特别明显。

  图1 部分样本的余氯吸附率置信区间示意图

  3 结论

  (1)由吸光度求取浓度的计算比较复杂,利用计算机插值方法获得的公式(1)可大大提高分析效率。

  (2)实验数据会受类似温度、pH、不同水样等诸多因素的影响,需要运用数理统计的方法进行分析,才能从中找出有价值的数据。

  (3)样本在自来水样中的浸泡温度和时间都会影响测试结果,必须严格控制。

  (4)蔬菜水果消除余氯的机理还有待进一步研究。

  参 考 文 献

  [1] 中华人民共和国卫生部.GB/T 57492006 生活饮用水卫生标准.北京:中国标准出版社,2007

  [2] 王琳,王宝贞.优质饮用水净化技术.北京:科学出版社,2000:9397

  [3] 邹明荣,周雅珍,翁晓姚.进水技术, 2003,22(3):2731

  [4] 刘建,闫英姚,马红娜.应用化工, 2008,37(11):13311334

  [5] 王蕾,丁丽丽,许美荣等.山东科学,2007,20(4):7678

  [6] 中华人民共和国卫生部.GB/T 5750.112006 生活饮用水标准检验方法消毒剂指标. 北京:中国标准出版社,2007

  [7] 朱长青.数值计算方法及其应用.北京:科学出版社,2006

  [8] 李发美.分析化学.北京:人民卫生出版社,2003

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