化學(xué)需氧量分析方法研究

楊飛霞

摘 ? 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，我國(guó)化工生產(chǎn)的規(guī)模也在逐漸擴(kuò)大。大規(guī)模的化工生產(chǎn)在便利了人們生活的同時(shí)，也造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染，其中，水體污染最為嚴(yán)峻。水環(huán)境的破壞對(duì)我國(guó)社會(huì)發(fā)展和居民健康造成了嚴(yán)重?fù)p害，因此，治理水污染時(shí)將化學(xué)需氧量作為控制指標(biāo)。對(duì)化學(xué)需氧量的分析方式進(jìn)行了研究，闡述了化學(xué)需氧量的定義、監(jiān)測(cè)意義、分析方法，以期更好地監(jiān)測(cè)分析化學(xué)需氧量。

關(guān)鍵詞：化學(xué)需氧量;監(jiān)測(cè);分析方法

近年來(lái)，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，但在“唯GDP論”下，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展效益不高，有很多都以犧牲環(huán)境為代價(jià)，我國(guó)水質(zhì)遭受了嚴(yán)重的污染，企業(yè)為了追求高利潤(rùn)、降低生產(chǎn)成本，忽視環(huán)境保護(hù)，大肆向自然環(huán)境中排放廢水，導(dǎo)致水污染不斷加重，水體中的有機(jī)污染物含量不斷上升。化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）是一種有機(jī)物相對(duì)含量的綜合指標(biāo)，是排放總量評(píng)價(jià)的控制指標(biāo)之一，能夠?qū)τ谒w中的污染程度進(jìn)行有效體現(xiàn)。

1 ? ?化學(xué)需氧量概述

COD實(shí)際上指強(qiáng)酸以及加熱狀況下，使用氯酸鉀充當(dāng)氧化還原劑進(jìn)行水樣的處理中需要消耗的氧化劑具體的量，單位主要使用氧的質(zhì)量濃度（mg/L）進(jìn)行表示[1]。這一化學(xué)指標(biāo)能夠反映水體中還原性物質(zhì)的具體數(shù)量。就水體中的還原性物質(zhì)來(lái)看，主要包括了有機(jī)物、亞硝酸鹽、硫化物、亞鐵鹽等，主要的成分還是有機(jī)物，所以，將化學(xué)需氧量看作是有機(jī)物相對(duì)含量評(píng)價(jià)指標(biāo)，用來(lái)對(duì)于水體污染程度進(jìn)行呈現(xiàn)。

2 ? ?化學(xué)需氧量的危害及監(jiān)測(cè)必要性

化學(xué)需氧量高就說(shuō)明水體中所含的還原性物質(zhì)數(shù)量多，而這些物質(zhì)中更多的是有機(jī)污染物，如果這一指標(biāo)越高，說(shuō)明相應(yīng)的水體中的污染程度越高。如果不及時(shí)對(duì)這樣的水體污染進(jìn)行治理，一些有機(jī)污染物就會(huì)在江底被相應(yīng)的底泥吸附，產(chǎn)生沉淀，這種污染物沉淀積累對(duì)于水生物也會(huì)產(chǎn)生長(zhǎng)期毒害，造成水生物死亡。在大量水體生物死亡后，整體的水體生態(tài)會(huì)遭到破壞。在這一過(guò)程中，如果人類(lèi)捕食了水中的水生物，這種毒素也會(huì)累積在人體內(nèi)，長(zhǎng)期食用還會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重病變，產(chǎn)生嚴(yán)重的健康風(fēng)險(xiǎn)。如果周邊的農(nóng)作物生產(chǎn)中也使用這類(lèi)水體進(jìn)行灌溉，那么相應(yīng)的農(nóng)作物也會(huì)因此受到毒害，自身的生長(zhǎng)發(fā)育出現(xiàn)問(wèn)題，影響農(nóng)作物產(chǎn)量，嚴(yán)重情況下還會(huì)造成農(nóng)作物大面積病變死亡，僥幸成長(zhǎng)的農(nóng)作物，被人類(lèi)食用也是會(huì)造成一定的健康威脅。

當(dāng)然，并不是所有化學(xué)需氧量高的水體都會(huì)存在上述問(wèn)題，需要就具體的污染成分進(jìn)行分析，例如，針對(duì)有機(jī)物種類(lèi)實(shí)施分析，才能明確其具體帶來(lái)的危害和隱患。如果無(wú)法進(jìn)行有效分析，可以根據(jù)周期對(duì)相應(yīng)的水樣實(shí)施化學(xué)需氧量測(cè)定，如果存在前后測(cè)量的結(jié)果相差較大的情況，表示水體中的還原性物質(zhì)是可以進(jìn)行降解的，對(duì)于人體產(chǎn)生的危害相對(duì)沒(méi)那么嚴(yán)重。所以，在實(shí)施水體水質(zhì)的監(jiān)測(cè)中，需要對(duì)化學(xué)需氧量實(shí)施有效監(jiān)測(cè)，及時(shí)掌握具體的水污染狀況和危害影響情況等，以便做出正確的污染處理決定。

3 ? ?化學(xué)需氧量的分析方法

在分析前，需要對(duì)污水水樣進(jìn)行取樣，取樣過(guò)程中，要塞緊取樣瓶塞后充分振搖水樣，確保水樣中的粒狀顆粒物與塊狀顆粒物能夠盡量分散，使水樣更為均勻、具有代表性，降低測(cè)定結(jié)果的誤差，提高重復(fù)性。搖勻后就要立即取樣。取樣量為20 mL時(shí)，所測(cè)得的化學(xué)需氧量結(jié)果具有非常好的規(guī)律性，因此，盡量保證取樣量控制在10～20 mL。取樣移液后，就可以進(jìn)行后續(xù)分析?；瘜W(xué)需氧量的分析方法有多種，包括重鉻酸鉀法、高錳酸鉀法、庫(kù)侖法、快速密閉催化消解法等。

3.1 ?重鉻酸鹽法

針對(duì)水污染，相應(yīng)的污水治理規(guī)范中，使用重鉻酸鉀法是最常見(jiàn)的治理技術(shù)方法之一。這一技術(shù)治理的主要工作原理是：在強(qiáng)酸性溶液中，使用重鉻酸鉀作為氧化劑來(lái)對(duì)于水體中的還原性物質(zhì)實(shí)施氧化還原反應(yīng)，在具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，過(guò)量的重鉻酸鉀可以通過(guò)試亞鐵靈作指示劑，借助硫酸亞鐵銨溶液回滴。實(shí)驗(yàn)要按照硫酸亞鐵銨的具體用量來(lái)對(duì)水中的還原性物質(zhì)耗氧量進(jìn)行計(jì)算，使用這種氧化處理方法能夠?qū)崿F(xiàn)較好的還原處理效應(yīng)，屬于比較簡(jiǎn)單、有效的處理方法。但是，這一處理方法的回流裝置需要占用很大的實(shí)驗(yàn)空間，且裝置對(duì)于水電消耗量大，試劑具體用量多等，操作起來(lái)也較為復(fù)雜，因此，不能用于大批量快速檢測(cè)。

3.2 ?高錳酸鉀法

借助高錳酸鉀充當(dāng)氧化劑來(lái)進(jìn)行化學(xué)需氧量檢測(cè)的實(shí)驗(yàn)中，所測(cè)的結(jié)果就是高錳酸鹽指數(shù)。這種檢測(cè)工作的原理是：在水樣添加硫酸呈酸性后，添加相應(yīng)數(shù)量的高錳酸鉀溶液，并在沸水浴中加熱反應(yīng)一段時(shí)間。而將剩余的高錳酸鉀溶液，通過(guò)草酸鈉溶液還原并加入過(guò)量，再用高錳酸鉀溶液回滴過(guò)量的草酸鈉，通過(guò)計(jì)算求出高錳酸鹽指數(shù)值。由于在規(guī)定條件下，水中有機(jī)物只能部分被氧化，并不是理論上的需氧量，也不是反映水體中總有機(jī)物含量的尺度。該方法能避免Cr的二次污染，是一個(gè)相對(duì)的條件性指標(biāo)，其結(jié)果與實(shí)驗(yàn)條件密切相關(guān)。對(duì)實(shí)驗(yàn)條件要嚴(yán)格控制，否則結(jié)果沒(méi)有可比性。

3.3 ?庫(kù)侖法

庫(kù)侖法測(cè)定原理為：水樣以重鉻酸鉀為氧化劑，在硫酸介質(zhì)中回流氧化后，過(guò)量的重鉻酸鉀用電解產(chǎn)生的亞鐵離子作為庫(kù)侖滴定劑，進(jìn)行庫(kù)侖滴定。根據(jù)電解產(chǎn)生亞鐵離子所消耗的電量，按照法拉第定律進(jìn)行計(jì)算。該方法簡(jiǎn)便、快速、試劑用量少，縮短了回流時(shí)間，且減少了硫酸亞鐵銨的配制及標(biāo)定等繁雜過(guò)程。工礦企業(yè)工業(yè)廢水測(cè)定分析時(shí)，采用該方法更為簡(jiǎn)便、有效。但由于該方法與重鉻酸鉀法所使用的氧化條件有一定的差異，因此，在必要時(shí)還需要采用重鉻酸鉀法進(jìn)行測(cè)定，從而核對(duì)結(jié)果的準(zhǔn)確性。目前，有一項(xiàng)新的專(zhuān)利技術(shù)就足以該方法為基礎(chǔ)對(duì)COD進(jìn)行測(cè)定[2]。具體方法是利用紫外光照射光催化劑TiO2，生成氧化能量強(qiáng)大的光電穴，使其達(dá)到3.1 V的化學(xué)電勢(shì)后，能夠?qū)悠分兴械乃锌裳趸袡C(jī)物進(jìn)行氧化。這種方法的工藝原理更具有可行性，在精確度與分析速度上更具優(yōu)勢(shì)，將整個(gè)分析過(guò)程縮減到了5 min，大大降低了二次污染，使用簡(jiǎn)單的分析儀器即可實(shí)現(xiàn)連續(xù)進(jìn)樣，并在野外與現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)。目前，根據(jù)該方法設(shè)計(jì)的便攜式儀器已被投入實(shí)際生產(chǎn)中。

3.4 ?風(fēng)冷式消解法

風(fēng)冷式消解法的加熱時(shí)間、氧化劑與催化劑使用類(lèi)型、溶液酸度方面均同于重鉻酸鹽法，區(qū)別在于該方法試樣與試劑取樣量均較重鉻酸鉀法減少1/2，因此二次污染相對(duì)較少，利用微機(jī)技術(shù)能夠控制加熱電爐對(duì)10個(gè)CODCr消解器進(jìn)行定時(shí)加熱，有效實(shí)現(xiàn)了節(jié)能、高效消解的目的[3]。這種儀器操作簡(jiǎn)便，球形回流管可改用玻璃毛刺回流管從而實(shí)現(xiàn)風(fēng)冷冷卻，無(wú)須再用自來(lái)水進(jìn)行冷卻，節(jié)約了用水，缺陷在于該方法回流時(shí)間長(zhǎng)，二次污染未徹底消除。

3.5 ?快速密閉催化消解法

其測(cè)定原理為：本方法在經(jīng)典重鉻酸鉀-硫酸消解體系中加入助催化劑硫酸鋁鉀與鉬酸銨。強(qiáng)酸性介質(zhì)下，加入復(fù)合催化劑后，放入165 ℃恒溫箱下對(duì)水樣進(jìn)行消解，持續(xù)15 min后，重鉻酸鉀就會(huì)氧化水體中的還原性物質(zhì)，六價(jià)鉻離子就會(huì)被還原為三價(jià)鉻離子，水體中的化學(xué)需氧量越多，還原產(chǎn)生的Cr3+離子濃度也就越高。若試樣中COD值為100～1 000 mg/L時(shí)，可用分光光度計(jì)于（600±20）nm波長(zhǎng)處對(duì)三價(jià)鉻吸光度進(jìn)行測(cè)定;若試樣中COD為15～250 mg/L時(shí)，則可在（440±20）nm波長(zhǎng)處對(duì)六價(jià)鉻離子與三價(jià)鉻離子的總吸光度進(jìn)行測(cè)定[4]。該方法利用了鄰苯二甲酸氫鉀來(lái)繪制實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線。比爾定律顯示，試樣COD值在一定濃度范圍內(nèi)與溶液吸光度呈線性關(guān)系，結(jié)合吸光度測(cè)定值，按照校準(zhǔn)曲線及其對(duì)應(yīng)的方程就能夠換算出被測(cè)水樣的化學(xué)需氧量。該方法的密封消解過(guò)程是在加壓下進(jìn)行的，因此大大縮短了消解時(shí)間，消解時(shí)間一般為15 min，耗時(shí)更少。消解后采用滴定法或吸光度法測(cè)定化學(xué)需氧量。已經(jīng)有很多廠家研制出快速消解化學(xué)需氧量測(cè)定儀，并搭配氧化劑和催化劑，讓監(jiān)測(cè)更加方便。該方法具有占用空間小、能耗小、試劑用量小、將廢液減到最低程度、操作簡(jiǎn)便、安全穩(wěn)定、準(zhǔn)確可靠、適宜大批量測(cè)定等特點(diǎn)，彌補(bǔ)了經(jīng)典標(biāo)準(zhǔn)方法的不足。

化學(xué)需氧量的不同分析方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，要積極探索改進(jìn)其分析方法，在分析過(guò)程中，將不同分析方法的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合，兼顧分析方法的可操作性和實(shí)用性，還要考慮操作中用到的試劑對(duì)環(huán)境的影響。

4 ? ?化學(xué)需氧量的去除方式

考慮到化學(xué)需氧量高的水環(huán)境中的污染物主要是有機(jī)物，因此，污水處理廠應(yīng)重視對(duì)水體中有機(jī)物的處理，通過(guò)污水處理降低廢水中有機(jī)物的質(zhì)量濃度，可將污水處理廠、污水管網(wǎng)、再生利用作為整體建設(shè)，強(qiáng)化污水中有機(jī)物的處理能力，實(shí)現(xiàn)對(duì)污水的系統(tǒng)化處理。

除了使用工業(yè)方式去除污水中的有機(jī)物外，針對(duì)污水中不同有機(jī)物的特性，也可以使用生態(tài)去除法降低有機(jī)物的含量，生態(tài)去除法通過(guò)特定的微生物實(shí)現(xiàn)對(duì)污水中有機(jī)物的分解，相較于污水處理廠去除方式的長(zhǎng)效性更好，長(zhǎng)期使用的成本更低，且能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)污水的再利用。但在實(shí)際使用時(shí)需要注意生態(tài)去除法與污水中有機(jī)物的相容性，避免出現(xiàn)新的生態(tài)問(wèn)題。

5 ? ?結(jié)語(yǔ)

化學(xué)需氧量指標(biāo)的測(cè)定對(duì)于防止水污染有重要的作用。對(duì)化學(xué)需氧量的測(cè)量方式進(jìn)行了研究?；瘜W(xué)需氧量通過(guò)測(cè)定水體中還原性物質(zhì)的方式來(lái)衡量水域環(huán)境的污染程度，水體中的化學(xué)需氧量越高，則水體污染越嚴(yán)重。介紹了5種測(cè)量水體化學(xué)需氧量的方式，具體有為重鉻酸鹽法、高錳酸鉀法、庫(kù)侖法、風(fēng)冷式消解法和快速密閉催化消解法。

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