高錳酸鹽指數(shù)與化學(xué)需氧量的相關(guān)性分析及應(yīng)用

宋盼盼，黃 琳，吳朝霞

（湖北省孝感市水文水資源勘測局，湖北孝感432100）

高錳酸鹽指數(shù)與化學(xué)需氧量的相關(guān)性分析及應(yīng)用

宋盼盼，黃 琳，吳朝霞

（湖北省孝感市水文水資源勘測局，湖北孝感432100）

通過對高錳酸鹽指數(shù)與化學(xué)需氧量監(jiān)測數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析，表明高錳酸鹽指數(shù)與化學(xué)需氧量線性關(guān)系顯著。因此在水體還原性污染物構(gòu)成相對穩(wěn)定的情況下，通過高錳酸鹽指數(shù)推算出化學(xué)需氧量，對水質(zhì)監(jiān)測工作有一定的應(yīng)用價值。

高錳酸鹽指數(shù)；化學(xué)需氧量；相關(guān)性；應(yīng)用

D OI：10.3969/j.i s s n.1008_1305.2015.06.034

1 高錳酸鹽指數(shù)與化學(xué)需氧量的區(qū)別與聯(lián)系

高錳酸鹽指數(shù)（C O DMn）是指在一定條件下，用高錳酸鉀氧化水樣中的某些有機(jī)物及無機(jī)還原性物質(zhì)，由消耗的高錳酸鉀量計(jì)算相當(dāng)?shù)难趿??；瘜W(xué)需氧量（C O DCr）是指在一定條件下，經(jīng)重鉻酸鉀氧化處理時，水樣中的溶解性物質(zhì)和懸浮物所消耗的重鉻酸鹽相對應(yīng)的氧的質(zhì)量濃度［1］。高錳酸鹽指數(shù)和化學(xué)需氧量都是用定量的數(shù)值來間接地、相對地表示水體中還原性物質(zhì)數(shù)量的重要指標(biāo)［2］。表1簡要概括了C O DMn與C O DCr的區(qū)別。二者采用不同的氧化劑在不同的氧化條件下測定，由于重鉻酸鉀氧化體系中酸性的強(qiáng)度和氧化劑的濃度都比高錳酸鉀氧化體系更強(qiáng)更高，在測定高錳酸鹽指數(shù)時，水樣中還原性物質(zhì)的氧化率大約為50%，在測定化學(xué)需氧量時則可達(dá)到90%以上［3］。對于同一水體，其污染物的種類構(gòu)成相對固定，二者之間可能存在一定的相關(guān)性。

表1 C ODMn與C ODCr的區(qū)別

2 高錳酸鹽指數(shù)與化學(xué)需氧量的相關(guān)性分析

2.1 曲線方程的計(jì)算

現(xiàn)以竹竿河大悟段2014年3～10月C O DMn和C O DCr的監(jiān)測資料為例，具體地分析二者的相關(guān)關(guān)系，監(jiān)測結(jié)果見表2。

利用上表中的數(shù)據(jù)在e x c e l軟件中生成散點(diǎn)圖，并添加趨勢線，如圖1。

表2 C ODMn和C ODCr監(jiān)測成果

利用e x c e l軟件擬合出C O DMn和C O DCr線性關(guān)系的曲線方程：

式中：y為化學(xué)需氧量；x為高錳酸鹽指數(shù)。

調(diào)用C O R R E L函數(shù)，計(jì)算出C O DMn和C O DCr相關(guān)系數(shù)r=0.9247。

2.2 相關(guān)系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)

擬合出的曲線方程是否對描述高錳酸鹽指數(shù)與化學(xué)需氧量的關(guān)系有實(shí)際意義，仍需要進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)。

圖1 竹竿河大悟段C ODMn和C ODCr相關(guān)關(guān)系散點(diǎn)圖

建立如下假設(shè)，H0：ρ=0（該河段的高錳酸鹽指數(shù)與化學(xué)需氧量不存在顯著線性關(guān)系；無效假設(shè)），H1：ρ≠0（該河段的高錳酸鹽指數(shù)與化學(xué)需氧量存在顯著線性關(guān)系；備擇假設(shè)），確定檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.01。

根據(jù)以下公式計(jì)算出統(tǒng)計(jì)量t值：

式中，t代表統(tǒng)計(jì)量；r代表相關(guān)性系數(shù)；n代表樣本容量。

經(jīng)計(jì)算得：t=9.0874

當(dāng)顯著性水準(zhǔn)α=0.01，即置信度P=99%時，自由度df=n-2=14。

根據(jù)以上數(shù)據(jù)查相關(guān)系數(shù)顯著性檢驗(yàn)表，得出t0.01，14=0.6226。

顯然，t＞t0.01，14，所以拒絕假設(shè)H0，即該河段的高錳酸鹽指數(shù)與化學(xué)需氧量線性關(guān)系顯著。

3 高錳酸鹽指數(shù)與化學(xué)需氧量相關(guān)性的應(yīng)用

3.1 利用回歸方程相互推算

高錳酸鹽指數(shù)與化學(xué)需氧量都是水體是否發(fā)生污染的重要指標(biāo)。一直以來，我國地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)既有高錳酸鹽指數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，同時又有化學(xué)需氧量標(biāo)準(zhǔn)。通常，在地表水水質(zhì)監(jiān)測中，高錳酸鹽指數(shù)作為常規(guī)檢測參數(shù)，化學(xué)需氧量作為非常規(guī)檢測參數(shù)，只有重要水體及入河排污口才測定化學(xué)需氧量。近幾年來，隨著最嚴(yán)格水資源管理制度的實(shí)施和水資源質(zhì)量調(diào)查評價、水功能區(qū)納污能力計(jì)算等工作的開展，化學(xué)需氧量成為評價水質(zhì)污染狀況的最關(guān)鍵指標(biāo)。由于是非常規(guī)檢測參數(shù)，化學(xué)需氧量的監(jiān)測數(shù)據(jù)不完善往往給相關(guān)工作帶來不少困難。

研究各類水體的高錳酸鹽指數(shù)與化學(xué)需氧量的相關(guān)性，用高錳酸鹽指數(shù)來推算化學(xué)需氧量，對于水體污染評價有重要的實(shí)用意義?？梢杂行У乜朔咭驕y定方法不統(tǒng)一而難以比較的難題。另外，在水功能區(qū)納污能力計(jì)算時，可利用高錳酸鹽指數(shù)的歷史數(shù)據(jù)，為化學(xué)需氧量總量控制提供依據(jù)。

3.2 控制化學(xué)需氧量的監(jiān)測頻次

高錳酸鹽指數(shù)檢測時使用高錳酸鉀在酸性條件下氧化水樣中的還原性物質(zhì)，而化學(xué)需氧量檢測時使用重鉻酸鉀作為氧化劑，濃硫酸和硫酸銀作為催化劑，并用硫酸汞屏蔽氯離子干擾。由于化學(xué)需氧量的檢測中使用的藥品大多很昂貴，其檢測成本是高錳酸鹽指數(shù)檢測成本的十幾倍。更需要注意的是，重鉻酸鉀是一種有毒且對人和動物有潛在致癌危險(xiǎn)性的強(qiáng)氧化劑，硫酸汞屬于劇毒化學(xué)品，實(shí)驗(yàn)后的廢液難以處理，一旦進(jìn)入土壤或水體，將產(chǎn)生極大的危害。相比之下，高錳酸鹽指數(shù)的檢測成本低廉，帶來的二次污染也較小。

通過確立水體的高錳酸鹽指數(shù)與化學(xué)需氧量的相關(guān)性，利用回歸方程推算出對應(yīng)的化學(xué)需氧量，以減少化學(xué)需氧量的監(jiān)測頻次，對資源節(jié)約和環(huán)境保護(hù)有著很重要的意義。

3.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)合理性檢驗(yàn)

水環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)往往直接關(guān)系到行政部門的正確決策，因此，檢測數(shù)據(jù)必須能準(zhǔn)確地反映水體的真實(shí)情況。為了確保水質(zhì)檢測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性檢驗(yàn)十分重要。對于污染物構(gòu)成相對穩(wěn)定的水體，其高錳酸鹽指數(shù)與化學(xué)需氧量往往表現(xiàn)出顯著的相關(guān)性，利用長期監(jiān)測積累的大量的數(shù)據(jù)擬合出該水體C O DMn和C O DCr線性關(guān)系的曲線方程，對高錳酸鹽指數(shù)和化學(xué)需氧量的監(jiān)測數(shù)據(jù)的合理性檢驗(yàn)具有重要的參考價值。

4 結(jié)語

水體中高錳酸鹽指數(shù)與化學(xué)需氧量的相關(guān)性分析必須通過長期的監(jiān)測，以大量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)得出的曲線方程才能更真實(shí)地反映出二者的相關(guān)關(guān)系。污染物構(gòu)成相對穩(wěn)定的水體，其高錳酸鹽指數(shù)與化學(xué)需氧量的相關(guān)性更顯著，對于水質(zhì)成分變化較大的水體，上述相關(guān)性可能并不顯著。高錳酸鹽指數(shù)與化學(xué)需氧量的相關(guān)性在水質(zhì)監(jiān)測中具有一定的應(yīng)用價值，但不適用于仲裁性監(jiān)測、監(jiān)督性監(jiān)測、考核性監(jiān)測等精度要求較高的水質(zhì)監(jiān)測活動。

［1］北京工業(yè)大學(xué)工業(yè)水務(wù)中心，中國標(biāo)準(zhǔn)出版社第二編輯室.水務(wù)管理法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范全書（水源環(huán)境卷）［M］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

［2］李志亮，仲躋文.生化需氧量、化學(xué)需氧量、高錳酸鹽指數(shù)三者關(guān)系簡析［J］.水利技術(shù)監(jiān)督，2015（01）：6.

［3］李海燕.地表水水質(zhì)污染對C O DMn和C O DCr相關(guān)關(guān)系的影響［J］.武漢科技學(xué)院學(xué)報(bào)，2006（05）：30_32.

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宋盼盼（1987年—），男，助理工程師。