煤礦排放廢水的化學(xué)耗氧量(COD)的特性及其測(cè)定方法的分析

馬 麗

(山西焦煤汾西礦業(yè)集團(tuán)環(huán)保處，山西 介休 032000)

引 言

煤炭是社會(huì)發(fā)展的主要?jiǎng)恿碓?。隨著社會(huì)工業(yè)文明逐步進(jìn)步，煤炭產(chǎn)業(yè)的開發(fā)、應(yīng)用各個(gè)環(huán)節(jié)逐步向著高轉(zhuǎn)換、低污染的趨向變革，而工業(yè)廢水治理作為煤礦生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也逐漸成為工業(yè)治理開發(fā)的主要部分。為進(jìn)一步提升煤礦生產(chǎn)后污水的處理效果，需從廢水污染的特征入手，實(shí)行針對(duì)性治理與凈化。

1 煤礦排放廢水的化學(xué)耗氧量(COD)的特性

水化學(xué)耗氧量(COD)，是指氧化水中被可氧化的物質(zhì)轉(zhuǎn)換時(shí)所需的氧需求量，是水樣受還原性物質(zhì)污染的參考指標(biāo)之一，該類物質(zhì)包括：各種有機(jī)物、亞硝酸鹽、亞鐵鹽、硫化物等[1]。煤礦排放的廢水主要來源于煤礦開采沖洗水體，煤炭熔煉時(shí)所需的水體，該類廢水多為高溫、含亞鐵鹽、硫化物較多的污染排泄物。由此，水體經(jīng)試驗(yàn)測(cè)定時(shí)，均會(huì)出現(xiàn)置換、還原、氧化等化學(xué)反應(yīng)。

同時(shí)，煤礦所排放的工業(yè)廢水中，鐵、銅等金屬物質(zhì)也是廢水污染成分之一，廢水經(jīng)實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化后，必然會(huì)有大量的金屬氧化物出現(xiàn)，對(duì)煤礦排放廢水化學(xué)耗氧量分析時(shí)，需注意以上這兩個(gè)方面。

2 煤礦排放廢水的化學(xué)耗氧量(COD)的測(cè)定方法

2.1 高錳酸鉀測(cè)定法

2.1.1 實(shí)驗(yàn)原理

高錳酸鉀在酸性溶液中呈現(xiàn)強(qiáng)氧化性，它可將水還原性物質(zhì)氧化。同時(shí)，高錳酸鉀可與草酸鈉溶液反應(yīng)，將反應(yīng)物經(jīng)高錳酸鉀過量滴入溶液，轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)水樣化耗氧量溶液。

2.1.2 實(shí)驗(yàn)制劑

本次煤礦排放污水化學(xué)耗氧量測(cè)定所用溶液包括：1∶3濃度的硫酸鈉溶液、硫酸銀飽和溶液、草酸鈉標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液、高錳酸鉀溶液。

2.1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

首先，將150 mL實(shí)驗(yàn)水樣放置在350 mL的錐形瓶中，加入100 mL純凈水，5 mL的硫酸溶液，硫酸銀飽和溶液5滴，10 mL高錳酸鉀溶液，搖晃均勻后加熱至沸騰，沸騰后再加熱10 min停止[2]。觀察水樣樣色，若水樣顏色變紅停止加熱，若水樣無變化，繼續(xù)加入10 mL～15 mL高錳酸鉀后重復(fù)以上步驟。

其次，水樣冷卻至75 ℃～80 ℃，在溶液中加入10 mL～15 mL草酸鈉溶液，觀察溶液顏色。若顏色紅色加深，運(yùn)用高錳酸鉀將其還原為淡紅色；若溶液顏色無變化，繼續(xù)添加草酸鈉溶液，直至顏色變深，再運(yùn)用高錳酸鉀將其還原。

最后，取150 mL實(shí)驗(yàn)水樣，將其直接進(jìn)行加熱，并冷卻加入高錳酸鉀、滴入草酸鈉溶液，對(duì)比兩組水樣之間的差異。

2.1.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

1) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

結(jié)合實(shí)驗(yàn)中得到的相關(guān)數(shù)據(jù)，運(yùn)用水樣的耗氧量公式：ρ(COD)=C×(V1-V2)×8.00/V×1 000進(jìn)行計(jì)算，其中“C”表示高錳酸鉀的溶液量濃度，“V1”表示水樣高錳酸鉀溶液還原草酸鈉的體積，“V2”表示空白溶液中高錳酸鉀還原草酸鈉的體積，“V”表示水樣體積；“8.00”表示單元質(zhì)量的與氧氣質(zhì)量值。計(jì)算后，本次實(shí)驗(yàn)結(jié)果值為：加入溶液的計(jì)算值為22.17 mg/L；空白水樣的計(jì)算值為5.50 mg/L，平行計(jì)算結(jié)果比偏差≤2.5%，說明本次實(shí)驗(yàn)方法可有效檢測(cè)出煤礦生產(chǎn)排放污水中的污染情況，且滴入高錳酸鉀和草酸鈉溶液的水樣中，水體顏色發(fā)生了明顯的變化，說明水樣采取地區(qū)的污水中污染物質(zhì)含量較多。

2) 實(shí)驗(yàn)分析

進(jìn)行化學(xué)耗氧量污水處理測(cè)驗(yàn)時(shí)，也應(yīng)注意實(shí)驗(yàn)測(cè)定過程應(yīng)嚴(yán)格按照試劑加入的順序逐步加入，盡量避免操作不當(dāng)對(duì)污水耗氧量檢驗(yàn)結(jié)果造成的影響。同時(shí)，水樣煮沸后冷卻時(shí)應(yīng)注意水溫度，一旦水溫低至70 ℃之下，溶液在水中的溶解速度就會(huì)變慢，從而對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成干擾。

為進(jìn)一步解決水污染問題，該地區(qū)的煤礦排放污水治理時(shí)，需加強(qiáng)對(duì)區(qū)域污水排放凈化工作的管理，隨時(shí)做好煤礦生產(chǎn)企業(yè)污水凈化監(jiān)管。如要求煤礦生產(chǎn)企業(yè)利用高錳酸鉀污水處理法對(duì)水中污染物質(zhì)進(jìn)行處理，將游離狀物質(zhì)轉(zhuǎn)換為固態(tài)物質(zhì)，然后通過沉淀、過濾等環(huán)節(jié)，對(duì)煤礦污水進(jìn)行凈化。以上案例中所描繪的煤礦污水治理方法，正是合理運(yùn)用化學(xué)耗氧量測(cè)定方法進(jìn)行生產(chǎn)污水處理的有效策略。

2.2 重鉻酸鉀法

重鉻酸鉀法適用于各類水體水質(zhì)化學(xué)檢驗(yàn)測(cè)定中，實(shí)驗(yàn)測(cè)定具體步驟歸納為。

2.2.1 實(shí)驗(yàn)原理

鉻金屬在強(qiáng)酸溶液中可將水樣中的O2進(jìn)行還原，且重鉻酸鉀中剩余部分試劑會(huì)以亞鐵作為溶液指示試劑，將硫酸亞鐵從溶液中還原出來，再根據(jù)硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的用量，就可以得到還原物質(zhì)在水體污染狀態(tài)下的氧氣消耗量了。

2.2.2 實(shí)驗(yàn)試劑

本次實(shí)驗(yàn)中所應(yīng)用到的試劑包括：重鉻酸鉀溶液、亞鐵靈指示劑、硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液、硫酸-硫酸銀溶液、硫酸汞[3]。

2.2.3 實(shí)驗(yàn)過程

重鉻酸鉀法進(jìn)行化學(xué)耗氧量測(cè)定實(shí)驗(yàn)過程如下。

首先，取混合污水水樣200 mL，將水樣放置于300 mL的回流錐形瓶中，并加入10 mL的重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液、沸石數(shù)粒，連接磨口回流冷凝管，從冷凝管出加入25 mL～30 mL的硫酸-硫酸銀溶液，攪拌均勻后，加熱回流1.5 h～2 h。加熱期間注意觀察溶液水體顏色是否發(fā)生變化，若顏色加熱期間水體變?yōu)榫G色，可持續(xù)加熱至?xí)r間截止。若溶液加熱30 min后液體顏色并無明顯變化，可在水樣中按一次加入10 mL～15 mL標(biāo)準(zhǔn)放入重鉻酸鉀，直至水體顏色變?yōu)榫G色。

其次，將加熱后的溶液冷卻至50 ℃～60 ℃后加入3滴～5滴亞鐵靈指示劑，用硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液進(jìn)行融合，此時(shí)需注意觀察溶液顏色變化，當(dāng)溶液顏色從黃色完全變?yōu)榧t褐色時(shí)，停止硫酸亞鐵的加入，并記錄下此時(shí)加入的溶液體積。

最后，再取實(shí)驗(yàn)水樣200 mL，按照以上步驟重新進(jìn)行加熱，冷卻后加入硫酸亞鐵溶液，記錄溶液體積，對(duì)比兩種實(shí)驗(yàn)水體溶液實(shí)驗(yàn)后數(shù)據(jù)結(jié)果。

2.2.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

1) 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

結(jié)合重鉻酸鉀法實(shí)驗(yàn)的具體步驟，記錄硫酸亞鐵實(shí)驗(yàn)中的傾倒體積，并按照公式：ρ(COD)=C×(V1-V2)×8.00/V×1 000進(jìn)行計(jì)算，本次計(jì)算結(jié)果顯示：滴入溶液的實(shí)驗(yàn)液體中硫酸亞鐵的體積為670 mg/L，未滴入溶液中所滴入硫酸冶鐵的體積為16.75 mg/L，兩者平行對(duì)比結(jié)果值等于2.5%，符合化學(xué)耗氧量檢測(cè)分析的對(duì)比誤差標(biāo)準(zhǔn)，說明該地區(qū)所取的實(shí)驗(yàn)水樣中含有較豐富的有機(jī)物污染物，需著重加強(qiáng)對(duì)該區(qū)域污水的治理。

2) 實(shí)驗(yàn)分析

重鉻酸鉀法是利用氯離子在酸性溶液中金屬活躍性強(qiáng)的特征，對(duì)污水水樣中的含氧情況進(jìn)行檢測(cè)，由此，借助重鉻酸鉀法進(jìn)行化學(xué)耗氧量探究時(shí)，必須要保障金屬溶液中氯離子的含量，這樣方可在后續(xù)硫酸亞鐵的體積測(cè)定中，得知污水中耗氧情況。為確保重鉻酸鉀測(cè)定方法能夠順利實(shí)施，測(cè)驗(yàn)人員要在實(shí)驗(yàn)溶液中氯離子減少的狀態(tài)下加入硫酸汞進(jìn)行離子調(diào)節(jié)，盡量保持溶液中硫酸汞與氯離子之比為10∶1。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)水樣體積測(cè)定時(shí)，需注意水樣加入液體的比例。如，硫酸亞鐵標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液、硫酸-硫酸銀溶液、硫酸汞的比例應(yīng)控制在每次加入10 mL～15 mL作用。

為進(jìn)一步解決煤礦排放廢水的化學(xué)耗氧量(COD)問題，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)煤礦生產(chǎn)企業(yè)污水處理技術(shù)的綜合推廣，提升煤礦企業(yè)在污水治理過程中的主動(dòng)性。如某區(qū)域煤礦企業(yè)進(jìn)行污水治理時(shí)，當(dāng)?shù)卣e極推行污水電解脫硫、脫酸凈化法，并為實(shí)踐企業(yè)提供污水治理稅收減免優(yōu)惠，這一政策在當(dāng)?shù)孛旱V排放污水治理中取得了較好的成效。

3 結(jié)語

煤礦排放廢水的化學(xué)耗氧量(COD)的特性及其測(cè)定方法的分析，是城市發(fā)展中環(huán)境綜合治理的有效方式。在此基礎(chǔ)上，本文主要介紹了高錳酸鉀測(cè)定法、重鉻酸鉀法兩種煤礦排放廢水的化學(xué)耗氧量(COD)測(cè)定要點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)治理策略方面進(jìn)行了要點(diǎn)歸納。因此，文章的探究結(jié)果將為社會(huì)工業(yè)持續(xù)性、可持續(xù)性發(fā)展提供方法借鑒。