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前言
化學(xué)需氧量(Chemical Oxygen Demand,簡(jiǎn)稱COD)是水環(huán)境監(jiān)測(cè)中zui重要的有機(jī)污染綜合指標(biāo)之一,它可用以判斷水體中有機(jī)物的相對(duì)含量,其作用與醫(yī)生以體溫判斷人的一般健康狀況有點(diǎn)相似,因而它并不是單一含義的指標(biāo)。對(duì)于河流和工業(yè)廢水的研究及污水處理廠的效果評(píng)價(jià)來(lái)說(shuō),是一個(gè)重要而易得的參數(shù)[1]?;瘜W(xué)需氧量是指水體中易被強(qiáng)氧化劑氧化的還原性物質(zhì)所消耗的氧化劑的量,結(jié)果折成氧的量,以mg/L計(jì)。它是表征水體中還原性物質(zhì)的綜合性指標(biāo)。除特殊水樣外,還原性物質(zhì)主要是有機(jī)物,組成有機(jī)化合物的碳、氮、硫、磷等元素往往處于較低的化合價(jià)態(tài)。在自然界的循環(huán)中,有機(jī)化合物在生物降解過(guò)程中不斷消耗水中的溶解氧而造成氧的損失,從而破壞水環(huán)境和生物群落的生態(tài)平衡,并帶來(lái)不良影響。從而確定了COD在水環(huán)境監(jiān)測(cè)中的地位。在上世紀(jì)末,化學(xué)需氧量這項(xiàng)綜合指標(biāo)在我國(guó)水環(huán)境管理和工業(yè)污染源普查中起了很大的作用,是國(guó)家環(huán)??偩忠?guī)定的污染物總量控制主要指標(biāo)之一。
目前國(guó)內(nèi)COD分析方法主要依據(jù)于1989年制定的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB11914-89(簡(jiǎn)稱國(guó)家標(biāo)準(zhǔn))[2],該標(biāo)準(zhǔn)是在ISO6060的基礎(chǔ)上,結(jié)合國(guó)內(nèi)多家實(shí)驗(yàn)室的驗(yàn)證比對(duì),zui終確定的。zui近又頒布了環(huán)保行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)HJ/T399-2007《水質(zhì) 化學(xué)需氧量的測(cè)定 快速消解 分光光度法》(簡(jiǎn)稱行業(yè)標(biāo)準(zhǔn))[3],該標(biāo)準(zhǔn)方法在《水和廢水監(jiān)測(cè)分析方法(第四版)》[4]的“快速密閉催化消解法(含光度法)”的基礎(chǔ)上,參考?xì)W美和相關(guān)研究成果及標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r,在取得大量應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,開(kāi)展比較研究及試驗(yàn)驗(yàn)證工作,建立了滿足我國(guó)水環(huán)境監(jiān)測(cè)需要的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測(cè)分析方法?,F(xiàn)就此方法與過(guò)去的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比分析。
1. 原理
兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的原理基本是一樣的,即在水樣中加入已知量的重鉻酸鉀溶液,并在強(qiáng)酸介質(zhì)下以銀鹽作催化劑對(duì)還原性物質(zhì)進(jìn)行氧化消解,水樣中的溶解性物質(zhì)和懸浮物所消耗的重鉻酸鹽相對(duì)應(yīng)的氧的質(zhì)量濃度。重鉻酸鉀屬于比較強(qiáng)的氧化劑,在酸性條件下具有較高的氧化電極電位:
在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的COD測(cè)定條件下,條件電極電位能達(dá)到1.546V。
這兩個(gè)方法除消解的反應(yīng)條件有不同之外,zui終的檢測(cè)方法也不一樣。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)定采用化學(xué)滴定法,即以試亞鐵靈為指示劑,用*銨溶液滴定水樣中未被還原的重鉻酸鉀,由消耗的*銨的量換算成消耗氧的質(zhì)量濃度。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)定采用分光光度法,高濃度時(shí)在 600nm處測(cè)定試樣中被還原的重鉻酸鉀產(chǎn)生的Cr3+的吸光度,低濃度時(shí)在440nm處測(cè)定未被還原的重鉻酸鉀產(chǎn)生的Cr6+和被還原的重鉻酸鉀產(chǎn)生的Cr3+的總吸光度。
2. 方法對(duì)比
由于化學(xué)需氧量的測(cè)定一個(gè)條件性試驗(yàn),在200℃以下很難保證將大部分有機(jī)化合物消解*,綜合地說(shuō),對(duì)一般有機(jī)化合物的氧化率能達(dá)到90%以上,但能達(dá)到的為數(shù)卻不多(如鄰苯二甲酸氫鉀)?,F(xiàn)將國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)定條件進(jìn)行對(duì)比,如表1所示。
表1 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法對(duì)比
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從表1可以看出,在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)加大了消解體系的酸度,提高了消解溫度,提高了氧化電極電位,縮短了消解反應(yīng)的時(shí)間,加之取樣量少,消耗化學(xué)試劑少(試劑的純度要求高一些),可以同時(shí)快速測(cè)定多個(gè)樣品,使得行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)更適宜于野外和應(yīng)急監(jiān)測(cè)。
3. 水樣的對(duì)照實(shí)驗(yàn)
3.1 對(duì)照試驗(yàn)結(jié)果
河北省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心站曾分別采用國(guó)標(biāo)法和行標(biāo)法對(duì)不同類型的廢水水樣分低量程和高量程進(jìn)行了對(duì)照實(shí)驗(yàn),數(shù)據(jù)如表2所示[5]。
表2 水樣對(duì)照試驗(yàn)結(jié)果(單位:mg/L)
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* 基本上按100mg/L區(qū)分低量程和高量程
3.2 對(duì)照結(jié)果分析
由表2可以看出,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)定結(jié)果還是比較吻合的,對(duì)于COD在100mg/L以上的水樣,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)作出的結(jié)果與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)法的結(jié)果更為接近,其相對(duì)誤差在-4.5%~3.3%的范圍內(nèi),而對(duì)于COD在100mg/L以下的水樣,行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)出的結(jié)果與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)法的結(jié)果誤差就比較大,其相對(duì)誤差在-21%~24%的范圍內(nèi)。這也并不奇怪,在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中測(cè)定采用滴定法,以試亞鐵靈為指示劑,用*銨滴定剩余的重鉻酸鉀,滴定管的一滴溶液一般在0.04~0.06mL,若以0.05mL計(jì),則每一滴可引起2mg/LCOD的誤差,測(cè)定時(shí)還需要測(cè)定空白,對(duì)*銨溶液進(jìn)行標(biāo)定,累計(jì)誤差就會(huì)更大,這些誤差在使得低濃度的測(cè)定中顯得相對(duì)誤差就比較大。行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)方法應(yīng)用的分光光度法測(cè)定,低濃度水樣消解后所測(cè)得的吸光度也比較小,在分光光度法中,當(dāng)吸光度在0.434時(shí)相對(duì)誤差zui小,也達(dá)2.73%[6], 低濃度水樣的光度分析吸光度值已遠(yuǎn)小于0.434,這也會(huì)帶來(lái)較大的誤差。國(guó)家環(huán)境監(jiān)測(cè)總站發(fā)給的COD標(biāo)樣給定的范圍也在標(biāo)準(zhǔn)平均值的4%~5%之內(nèi)。
3.3數(shù)據(jù)一致性檢驗(yàn)
我們將國(guó)標(biāo)法和行標(biāo)法的高量程和低量程的對(duì)照數(shù)據(jù)分別制成散點(diǎn)圖,如圖1和圖2所示,同時(shí)對(duì)散點(diǎn)圖進(jìn)行線性處理,其相關(guān)系數(shù)R2分別為0.9975和0.9338,即R值分別為0.9987和0.9663,對(duì)于自由度分別為10和12的高量程和低量程的數(shù)據(jù),相關(guān)系數(shù)R的臨界值分別為0.5760和0.5234(α=0.05),說(shuō)明兩者線性相關(guān)關(guān)系是比較好的。在線性方程Yi = aXi+b中,高量程和低量程的系數(shù)a分別為0.9979和1.049,也說(shuō)明兩組數(shù)據(jù)(Xi和Yi)是比較接近的。
對(duì)這兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)的t檢驗(yàn)[7],如表3所示
表3 兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)的t檢驗(yàn)
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由t檢驗(yàn)可以看出,高量程數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)量t=1.10<2.218 =t0.05(10),低量程數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)量t=1.07<2.179 =t0.05(12),證明兩種量程的兩組數(shù)據(jù)無(wú)顯著性差異。
3.4其他影響因素
對(duì)于實(shí)際水樣來(lái)說(shuō),影響因素會(huì)更多,如氯離子含量、懸浮物含量等都會(huì)影響測(cè)定的結(jié)果。水樣的色度和懸浮物對(duì)滴定法(國(guó)標(biāo)法)影響不大,而對(duì)光度法(行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)法)的影響就比較大,出現(xiàn)誤差大時(shí),還得考慮采用國(guó)標(biāo)法來(lái)做。另外,在進(jìn)行仲裁時(shí),還是需要采用國(guó)標(biāo)法來(lái)確認(rèn)。
氯離子對(duì)測(cè)定COD的干擾一直是困擾分析人員的問(wèn)題,現(xiàn)在一般采用硫酸汞掩蔽,一般也只能掩蔽到1000-2000mg/L的氯離子[1]。
4. COD測(cè)定方法進(jìn)展
從1999年國(guó)家環(huán)保總局開(kāi)始污染源自動(dòng)監(jiān)控試點(diǎn)開(kāi)始,到現(xiàn)在僅幾年的時(shí)間,已經(jīng)有數(shù)十家國(guó)內(nèi)廠家推出自己研發(fā)或引進(jìn)國(guó)外的水質(zhì)在線自動(dòng)監(jiān)測(cè)儀,技術(shù)含量逐日提高,在水環(huán)境監(jiān)測(cè)和環(huán)境管理中發(fā)揮了很大的作用。在線監(jiān)測(cè)儀器能測(cè)出的是即時(shí)的污染物數(shù)據(jù),避免了傳統(tǒng)的從采樣點(diǎn)到實(shí)驗(yàn)室運(yùn)輸過(guò)程中污染物的變化,省掉了取樣后添加保護(hù)劑的麻煩。同時(shí)在線監(jiān)測(cè)儀器帶有的RS232或RS485的接口,能夠做到將監(jiān)測(cè)到的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)缴霞?jí)主管部門(mén),大大提高了環(huán)境監(jiān)管的速度和力度,對(duì)于環(huán)境管理來(lái)說(shuō),也是一個(gè)新的突破
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