水中悬浮固形物的检测方法及具体流程
时间：2023-09-21 阅读：1210
内容大纲
水里的杂质除了悬浮固形物还有哪些?
什么是悬浮固形物?相关的规范有哪些?
悬浮固形物和浊度的差异
悬浮固形物检测方法
悬浮固形物检测流程－以NIEA W210.58A为例
各国规范之滤膜孔径
水里的杂质除了悬浮固形物还有哪些?
天然水体中均含有固形物 (solid material)，依其性质不同又可分为总固形物/总固体(total solids, TS)、总悬浮固形物/总悬浮固体(total suspended solids, TSS) 及总溶解固形物/总溶解固体(total dissolved solids, TDS)。
总固体是指将水样蒸发后，经干燥的残留物质。总固体物又可分成两部分，水样过滤后，留存于过滤设备上、经干燥后所得之部份称为总悬浮固形物；而其滤液经干燥所得之部份，则称为总溶解固体。
什么是悬浮固形物?相关的规范有哪些?
悬浮固形物一般是指水中因搅动或流动而呈现悬浮状态的有机或无机性颗粒。当水体中的悬浮固形物含量多时，会使得光无法穿透水体、水体透明度下降、浊度上升，降低藻类光合作用，导致水体缺氧，造成水生生物的活动量下降。而工业废水因量多、污染物多、成份复杂、不易进行净化，为天然水体的主要污染源之一，其悬浮物质含量高可达 30000 mg/L。因此，总悬浮固形物为水质分析的重要检测项目，可做为水体受污染的指标，用以判断其受污染的程度。在放流水标准－环署水字第 1080028628 号中，详细订定各事业放流水 (effluent) 之悬浮固形物的含量上限。
悬浮固形物和浊度的差异
浊度 (turbidity) 表示光入射水体时被散射的程度，可透过观察水体透明或澄清的程度判断；浊度来源包含悬浮固体、粒子、细微有机物、藻类、浮游生物或微生物等。水体透明度低，表示浊度高，会影响水生植物的光合作用及水生生物生长与活动。进行净水处理时，水体浊度高则会干扰消毒作用。浊度可以浊度计测定，其系利用光散射原理进行量测，单位为标准浊度单位 (Nephelometric Turbidity Unit, NTU)。
浊度及总悬浮固形物皆是量测水体的透明度，然而两者测量方法实际上存在些许差异。浊度通常以便携式装置直接于现场进行量测，可立即取得数据。而总悬浮固形物则是于实验室中，以过滤及干燥等实验方法进行分析，得知水体中悬浮固形的含量。因此，浊度是量测水体的光散射度；总悬浮固形物则是定量水体中的悬浮固形物等微小颗粒 (particle)。而影响浊度及总悬浮固形物的颗粒也不尽相同，如下图所示：
悬浮固形物检测方法
大多数水中悬浮固形物的检测方法是利用重量法 (gravimetric) 进行分析，以玻璃纤维滤膜 (glass-fiber filter) 或纤维素酯滤膜 (cellulose ester membrane) 过滤水样后，收集沉淀物以天平秤重定量。
我国行政院环保署针对水中悬浮固形物公告之检测方法有：
· 水中总溶解固体及悬浮固体检测方法－103～105℃干燥 (NIEA W210.58A)
· 水中悬浮固体检测方法－自动监测设施法 (NIEA W211.51C)
一般检验实验室多以NIEA W210.58A为主，因其成本便宜且操作简易，仅需利用真空过滤设备、烘箱及天平，即可进行检测。
而自动监测设施法则多以悬浮固体分析仪 (suspended solids analyzer) 进行分析，多应用于产业界，如工业用水、农渔牧业、石化业等。
悬浮固形物检测流程－以NIEA W210.58A为例
· 本方法适用样品：饮用水、饮用水水源、地面水体、地下水、放水、废 (污) 水及海域等水样。
· 本方法限制所取样品中固体之含量为 2.5~200 mg，且过滤时间应不超过 10 分钟。
1. 采样：须使用抗酸性之玻璃瓶或塑胶瓶，以免悬浮固体吸附于器壁上，分析前均应保存于 4±2℃ 之暗处，以避免固体被微生物分解，且分析时应将样品回复至室温再行取样。
2. 前置作业-滤膜处理：将玻璃纤维滤膜 (glass-fiber filter) 放置于过滤漏斗 中，以试剂水冲洗后，重复烘干 (103~105 ℃)、冷却、干燥、称重之步骤，直至前后次之重量差在 0.5 mg 范围内，即为滤膜重。
3. 将滤膜放置于过滤漏斗上，加入少量试剂水，以真空帮浦抽吸，将滤膜定位。
4. 真空帮浦持续开启状态下，将充分混合、取定量之水样注入过滤漏斗中，使水样通过滤膜，进行过滤。
5. 以试剂水冲洗滤膜 3 次。过滤完成后，继续抽气 3 分钟。
6. 关闭真空帮浦，将滤膜取下后放置圆盘 (铝或不锈钢材质) 中，以 103~105 ℃ 烘干至少 1 小时。
7. 将含有滤膜的圆盘移入干燥器中冷却后称重。
8. 重复烘干 (103~105 ℃)、冷却、干燥、称重之步骤，直至前后次之重量差在 0.5 mg 范围内，即为水中悬浮固形物及滤膜重。
9. 水中悬浮固形物依下列公式计算：
各国规范之滤膜孔径
据 Analytical Methods (2018) 中研究指出，以有效滤膜孔径范围 0.4~3 um 的玻璃纤维滤膜或纤维素酯滤膜过滤水样，所得总悬浮固形物之含量分析结果并无明显差异，即不同滤膜孔径及过滤器形式对测定结果没有显著影响。
选用滤膜时，可依水样本身的物理性质、固体粒子粒径大小及总量挑选合适的孔径。建议若水体清澈或浊度低时，可选用孔径较小的滤膜；若水体浊度高或含有沉积物、淤泥、黏土等物质时，则可以较大孔径滤膜过滤，避免滤膜堵塞，使得水样不易过滤。
参考资料：
– 工业循环冷却水中悬浮固体的测定 (GB/T 23838-2009)
-水中总溶解固体及悬浮固体检测方法-103～105℃干燥 (NIEA W210.58A)
-水质悬浮物的测定重量法 (GB 11901-89)
–放流水标准 (环署水字第 1080028628 号)
–行政院环境保护署-全国环境水质监测信息网
–辅英科技大学，环境工程与科学系，总悬浮固体及挥发性悬浮固体检测方法
–40 CFR Part 133 — Secondary Treatment Regulation, US EPA
–CHAPTER 5. Technology-Based Effluent Limitations, NPDES Permit Writers’ Manual, 2010
-Metcalf and Eddy, Wastewater Engineering-treatment, disposal, and reuse. McGraw-Hill, Inc., 1991
-Method 160.2 – Residue, Non-Filterable (Gravimetric, Dried at 103-105°C), US EPA
-Reverse Osmosis, Chapter 8 – RO Membrane Fouling, 2019
–Standard Test Methods for Filterable Matter (Total Dissolved Solids) and Nonfilterable Matter (Total Suspended Solids) in Water, D5907-18, American Society for Testing and Materials, 2018
– Total Suspended Solids Dried at 103-105ºC and Total Volatile Suspended Solids Dried at 500°C, SM 2540 D
–What is the difference between Turbidity and TSS? Westlab, 2018
–The effect of filter type and porosity on total suspended sediment determinations, Analytical Methods, Issue 46, 2018
–What filter size are you using for Total Suspended Solids analysis?, ResearchGate
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悬浮物膜过滤法装置Rocker300-LF30
悬浮固形物一般是指水中因搅动或流动而呈现悬浮状态的有机或无机性颗粒。当水体中的悬浮固形物含量多时，会使得光无法穿透水体、水体透明度下降、浊度上升，降低藻类光合作用，导致水体缺氧，造成水生生物的活动量下降。而工业废水因量多、污染物多、成份复杂、不易进行净化，为天然水体的主要污染源之一，其悬浮物质含量高可达 30000 mg/L。因此，总悬浮固形物为水质分析的重要检测项目，可做为水体受污染的指标，用以判断其受污染的程度。在放流水标准－环署水字第 1080028628 号中，详细订定各事业放流水 (effluent) 之悬浮固形物的含量上限。
| 产业 | 上限 (mg/L) |
| 晶圆制造及半导体制造业、石油化学业、化工业、发电厂 | 30 |
| 海水淡化厂 | 50 |
| 药品制造业 | 30 |
| 医院、医事机构 | 30 |
| 农药、环境卫生用 | 30 |
| 环境检验测定机构 | 30 |
| 实验、检(化)验、研究室 | 50 |
| 食品制造业、制糖业 | 30 |
| 醱酵业 | 50 |
| 肉品市场、屠宰业 | 80 |
| 鱼市场、水产养殖业 | 30 |
| 畜牧业 | 150 |
| 公共污水下水道系统 | 30 (流量大于 250 立方公尺/日) |
| 50 (流量 250 立方公尺/日以下) |
悬浮固形物和浊度的差异
浊度 (turbidity) 表示光入射水体时被散射的程度，可透过观察水体透明或澄清的程度判断；浊度来源包含悬浮固体、粒子、细微有机物、藻类、浮游生物或微生物等。水体透明度低，表示浊度高，会影响水生植物的光合作用及水生生物生长与活动。进行净水处理时，水体浊度高则会干扰消毒作用。浊度可以浊度计测定，其系利用光散射原理进行量测，单位为标准浊度单位 (Nephelometric Turbidity Unit, NTU)。
浊度及总悬浮固形物皆是量测水体的透明度，然而两者测量方法实际上存在些许差异。浊度通常以便携式装置直接于现场进行量测，可立即取得数据。而总悬浮固形物则是于实验室中，以过滤及干燥等实验方法进行分析，得知水体中悬浮固形的含量。因此，浊度是量测水体的光散射度；总悬浮固形物则是定量水体中的悬浮固形物等微小颗粒 (particle)。而影响浊度及总悬浮固形物的颗粒也不尽相同，如下图所示：
悬浮固形物检测方法
大多数水中悬浮固形物的检测方法是利用重量法 (gravimetric) 进行分析，以玻璃纤维滤膜 (glass-fiber filter) 或纤维素酯滤膜 (cellulose ester membrane) 过滤水样后，收集沉淀物以天平秤重定量。
我国行政院环保署针对水中悬浮固形物公告之检测方法有：
· 水中总溶解固体及悬浮固体检测方法－103～105℃干燥 (NIEA W210.58A)
· 水中悬浮固体检测方法－自动监测设施法 (NIEA W211.51C)
一般检验实验室多以NIEA W210.58A为主，因其成本便宜且操作简易，仅需利用真空过滤设备、烘箱及天平，即可进行检测。
而自动监测设施法则多以悬浮固体分析仪 (suspended solids analyzer) 进行分析，多应用于产业界，如工业用水、农渔牧业、石化业等。
悬浮固形物检测流程－以NIEA W210.58A为例
· 本方法适用样品：饮用水、饮用水水源、地面水体、地下水、放水、废 (污) 水及海域等水样。
· 本方法限制所取样品中固体之含量为 2.5~200 mg，且过滤时间应不超过 10 分钟。
1. 采样：须使用抗酸性之玻璃瓶或塑胶瓶，以免悬浮固体吸附于器壁上，分析前均应保存于 4±2℃ 之暗处，以避免固体被微生物分解，且分析时应将样品回复至室温再行取样。
2. 前置作业-滤膜处理：将玻璃纤维滤膜 (glass-fiber filter) 放置于过滤漏斗 中，以试剂水冲洗后，重复烘干 (103~105 ℃)、冷却、干燥、称重之步骤，直至前后次之重量差在 0.5 mg 范围内，即为滤膜重。
3. 将滤膜放置于过滤漏斗上，加入少量试剂水，以真空帮浦抽吸，将滤膜定位。
4. 真空帮浦持续开启状态下，将充分混合、取定量之水样注入过滤漏斗中，使水样通过滤膜，进行过滤。
5. 以试剂水冲洗滤膜 3 次。过滤完成后，继续抽气 3 分钟。
6. 关闭真空帮浦，将滤膜取下后放置圆盘 (铝或不锈钢材质) 中，以 103~105 ℃ 烘干至少 1 小时。
7. 将含有滤膜的圆盘移入干燥器中冷却后称重。
8. 重复烘干 (103~105 ℃)、冷却、干燥、称重之步骤，直至前后次之重量差在 0.5 mg 范围内，即为水中悬浮固形物及滤膜重。
9. 水中悬浮固形物依下列公式计算：
各国规范之滤膜孔径
| 国家 | 方法 | 玻璃纤维滤膜 | 滤膜孔径 (pore size) |
| 美国 | SM 2540 D | Pall A/B Type | 1 um |
| EPA 160.2 | Millipore AP-40 | 0.7 um | |
| Reeves Angel 934-AH (Whatman grade 934 AH) | 1.5 um | ||
| Gelman type A/E (现为 Pall type A/E) | 1 um | ||
| 中国台湾 | NIEA W210.58A | Whatman grade 934 AH | 1.5 um |
| Pall type A/E | 1 um | ||
| Millipore Type AP-40 | 0.7 um | ||
| E-D Scientific Specialties grade 161 | 1.1 um | ||
| 中国 | GB 11901-89 | CN-CA膜 | 0.45 um |
据 Analytical Methods (2018) 中研究指出，以有效滤膜孔径范围 0.4~3 um 的玻璃纤维滤膜或纤维素酯滤膜过滤水样，所得总悬浮固形物之含量分析结果并无明显差异，即不同滤膜孔径及过滤器形式对测定结果没有显著影响。
选用滤膜时，可依水样本身的物理性质、固体粒子粒径大小及总量挑选合适的孔径。建议若水体清澈或浊度低时，可选用孔径较小的滤膜；若水体浊度高或含有沉积物、淤泥、黏土等物质时，则可以较大孔径滤膜过滤，避免滤膜堵塞，使得水样不易过滤。
参考资料：
– 工业循环冷却水中悬浮固体的测定 (GB/T 23838-2009)
-水中总溶解固体及悬浮固体检测方法-103～105℃干燥 (NIEA W210.58A)
-水质悬浮物的测定重量法 (GB 11901-89)
–放流水标准 (环署水字第 1080028628 号)
–行政院环境保护署-全国环境水质监测信息网
–辅英科技大学，环境工程与科学系，总悬浮固体及挥发性悬浮固体检测方法
–40 CFR Part 133 — Secondary Treatment Regulation, US EPA
–CHAPTER 5. Technology-Based Effluent Limitations, NPDES Permit Writers’ Manual, 2010
-Metcalf and Eddy, Wastewater Engineering-treatment, disposal, and reuse. McGraw-Hill, Inc., 1991
-Method 160.2 – Residue, Non-Filterable (Gravimetric, Dried at 103-105°C), US EPA
-Reverse Osmosis, Chapter 8 – RO Membrane Fouling, 2019
–Standard Test Methods for Filterable Matter (Total Dissolved Solids) and Nonfilterable Matter (Total Suspended Solids) in Water, D5907-18, American Society for Testing and Materials, 2018
– Total Suspended Solids Dried at 103-105ºC and Total Volatile Suspended Solids Dried at 500°C, SM 2540 D
–What is the difference between Turbidity and TSS? Westlab, 2018
–The effect of filter type and porosity on total suspended sediment determinations, Analytical Methods, Issue 46, 2018
–What filter size are you using for Total Suspended Solids analysis?, ResearchGate
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厦门洛肯仪器有限公司