化学需氧量分析方法研究

杨飞霞

摘   要：随着我国经济和社会的快速发展，我国化工生产的规模也在逐渐扩大。大规模的化工生产在便利了人们生活的同时，也造成了严重的环境污染，其中，水体污染最为严峻。水环境的破坏对我国社会发展和居民健康造成了严重损害，因此，治理水污染时将化学需氧量作为控制指标。对化学需氧量的分析方式进行了研究，阐述了化学需氧量的定义、监测意义、分析方法，以期更好地监测分析化学需氧量。

关键词：化学需氧量;监测;分析方法

近年来，我国经济快速发展，但在“唯GDP论”下，我国经济发展效益不高，有很多都以牺牲环境为代价，我国水质遭受了严重的污染，企业为了追求高利润、降低生产成本，忽视环境保护，大肆向自然环境中排放废水，导致水污染不断加重，水体中的有机污染物含量不断上升。化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）是一种有机物相对含量的综合指标，是排放总量评价的控制指标之一，能够对于水体中的污染程度进行有效体现。

1    化学需氧量概述

COD实际上指强酸以及加热状况下，使用氯酸钾充当氧化还原剂进行水样的处理中需要消耗的氧化剂具体的量，单位主要使用氧的质量浓度（mg/L）进行表示[1]。这一化学指标能够反映水体中还原性物质的具体数量。就水体中的还原性物质来看，主要包括了有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等，主要的成分还是有机物，所以，将化学需氧量看作是有机物相对含量评价指标，用来对于水体污染程度进行呈现。

2    化学需氧量的危害及监测必要性

化学需氧量高就说明水体中所含的还原性物质数量多，而这些物质中更多的是有机污染物，如果这一指标越高，说明相应的水体中的污染程度越高。如果不及时对这样的水体污染进行治理，一些有机污染物就会在江底被相应的底泥吸附，产生沉淀，这种污染物沉淀积累对于水生物也会产生长期毒害，造成水生物死亡。在大量水体生物死亡后，整体的水体生态会遭到破坏。在这一过程中，如果人类捕食了水中的水生物，这种毒素也会累积在人体内，长期食用还会导致严重病变，产生严重的健康风险。如果周边的农作物生产中也使用这类水体进行灌溉，那么相应的农作物也会因此受到毒害，自身的生长发育出现问题，影响农作物产量，严重情况下还会造成农作物大面积病变死亡，侥幸成长的农作物，被人类食用也是会造成一定的健康威胁。

当然，并不是所有化学需氧量高的水体都会存在上述问题，需要就具体的污染成分进行分析，例如，针对有机物种类实施分析，才能明确其具体带来的危害和隐患。如果无法进行有效分析，可以根据周期对相应的水样实施化学需氧量测定，如果存在前后测量的结果相差较大的情况，表示水体中的还原性物质是可以进行降解的，对于人体产生的危害相对没那么严重。所以，在实施水体水质的监测中，需要对化学需氧量实施有效监测，及时掌握具体的水污染状况和危害影响情况等，以便做出正确的污染处理决定。

3    化学需氧量的分析方法

在分析前，需要对污水水样进行取样，取样过程中，要塞紧取样瓶塞后充分振摇水樣，确保水样中的粒状颗粒物与块状颗粒物能够尽量分散，使水样更为均匀、具有代表性，降低测定结果的误差，提高重复性。摇匀后就要立即取样。取样量为20 mL时，所测得的化学需氧量结果具有非常好的规律性，因此，尽量保证取样量控制在10～20 mL。取样移液后，就可以进行后续分析。化学需氧量的分析方法有多种，包括重铬酸钾法、高锰酸钾法、库仑法、快速密闭催化消解法等。

3.1  重铬酸盐法

针对水污染，相应的污水治理规范中，使用重铬酸钾法是最常见的治理技术方法之一。这一技术治理的主要工作原理是：在强酸性溶液中，使用重铬酸钾作为氧化剂来对于水体中的还原性物质实施氧化还原反应，在具体的实验过程中，过量的重铬酸钾可以通过试亚铁灵作指示剂，借助硫酸亚铁铵溶液回滴。实验要按照硫酸亚铁铵的具体用量来对水中的还原性物质耗氧量进行计算，使用这种氧化处理方法能够实现较好的还原处理效应，属于比较简单、有效的处理方法。但是，这一处理方法的回流装置需要占用很大的实验空间，且装置对于水电消耗量大，试剂具体用量多等，操作起来也较为复杂，因此，不能用于大批量快速检测。

3.2  高锰酸钾法

借助高锰酸钾充当氧化剂来进行化学需氧量检测的实验中，所测的结果就是高锰酸盐指数。这种检测工作的原理是：在水样添加硫酸呈酸性后，添加相应数量的高锰酸钾溶液，并在沸水浴中加热反应一段时间。而将剩余的高锰酸钾溶液，通过草酸钠溶液还原并加入过量，再用高锰酸钾溶液回滴过量的草酸钠，通过计算求出高锰酸盐指数值。由于在规定条件下，水中有机物只能部分被氧化，并不是理论上的需氧量，也不是反映水体中总有机物含量的尺度。该方法能避免Cr的二次污染，是一个相对的条件性指标，其结果与实验条件密切相关。对实验条件要严格控制，否则结果没有可比性。

3.3  库仑法

库仑法测定原理为：水样以重铬酸钾为氧化剂，在硫酸介质中回流氧化后，过量的重铬酸钾用电解产生的亚铁离子作为库仑滴定剂，进行库仑滴定。根据电解产生亚铁离子所消耗的电量，按照法拉第定律进行计算。该方法简便、快速、试剂用量少，缩短了回流时间，且减少了硫酸亚铁铵的配制及标定等繁杂过程。工矿企业工业废水测定分析时，采用该方法更为简便、有效。但由于该方法与重铬酸钾法所使用的氧化条件有一定的差异，因此，在必要时还需要采用重铬酸钾法进行测定，从而核对结果的准确性。目前，有一项新的专利技术就足以该方法为基础对COD进行测定[2]。具体方法是利用紫外光照射光催化剂TiO2，生成氧化能量强大的光电穴，使其达到3.1 V的化学电势后，能够将样品中所含有的所有可氧化有机物进行氧化。这种方法的工艺原理更具有可行性，在精确度与分析速度上更具优势，将整个分析过程缩减到了5 min，大大降低了二次污染，使用简单的分析仪器即可实现连续进样，并在野外与现场进行在线监测。目前，根据该方法设计的便携式仪器已被投入实际生产中。

3.4  风冷式消解法

风冷式消解法的加热时间、氧化剂与催化剂使用类型、溶液酸度方面均同于重铬酸盐法，区别在于该方法试样与试剂取样量均较重铬酸钾法减少1/2，因此二次污染相对较少，利用微机技术能够控制加热电炉对10个CODCr消解器进行定时加热，有效实现了节能、高效消解的目的[3]。这种仪器操作简便，球形回流管可改用玻璃毛刺回流管从而实现风冷冷却，无须再用自来水进行冷却，节约了用水，缺陷在于该方法回流时间长，二次污染未彻底消除。

3.5  快速密闭催化消解法

其测定原理为：本方法在经典重铬酸钾-硫酸消解体系中加入助催化剂硫酸铝钾与钼酸铵。强酸性介质下，加入复合催化剂后，放入165 ℃恒温箱下对水样进行消解，持续15 min后，重铬酸钾就会氧化水体中的还原性物质，六价铬离子就会被还原为三价铬离子，水体中的化学需氧量越多，还原产生的Cr3+离子浓度也就越高。若试样中COD值为100～1 000 mg/L时，可用分光光度计于（600±20）nm波长处对三价铬吸光度进行测定;若试样中COD为15～250 mg/L时，则可在（440±20）nm波长处对六价铬离子与三价铬离子的总吸光度进行测定[4]。该方法利用了邻苯二甲酸氢钾来绘制实验结果对应的标准曲线。比尔定律显示，试样COD值在一定浓度范围内与溶液吸光度呈线性关系，结合吸光度测定值，按照校准曲线及其对应的方程就能够换算出被测水样的化学需氧量。该方法的密封消解过程是在加压下进行的，因此大大缩短了消解时间，消解时间一般为15 min，耗时更少。消解后采用滴定法或吸光度法测定化学需氧量。已经有很多厂家研制出快速消解化学需氧量测定仪，并搭配氧化剂和催化剂，让监测更加方便。该方法具有占用空间小、能耗小、试剂用量小、将废液减到最低程度、操作简便、安全稳定、准确可靠、适宜大批量测定等特点，弥补了经典标准方法的不足。

化学需氧量的不同分析方法都有各自的优缺点，要积极探索改进其分析方法，在分析过程中，将不同分析方法的優点相结合，兼顾分析方法的可操作性和实用性，还要考虑操作中用到的试剂对环境的影响。

4    化学需氧量的去除方式

考虑到化学需氧量高的水环境中的污染物主要是有机物，因此，污水处理厂应重视对水体中有机物的处理，通过污水处理降低废水中有机物的质量浓度，可将污水处理厂、污水管网、再生利用作为整体建设，强化污水中有机物的处理能力，实现对污水的系统化处理。

除了使用工业方式去除污水中的有机物外，针对污水中不同有机物的特性，也可以使用生态去除法降低有机物的含量，生态去除法通过特定的微生物实现对污水中有机物的分解，相较于污水处理厂去除方式的长效性更好，长期使用的成本更低，且能够实现对污水的再利用。但在实际使用时需要注意生态去除法与污水中有机物的相容性，避免出现新的生态问题。

5    结语

化学需氧量指标的测定对于防止水污染有重要的作用。对化学需氧量的测量方式进行了研究。化学需氧量通过测定水体中还原性物质的方式来衡量水域环境的污染程度，水体中的化学需氧量越高，则水体污染越严重。介绍了5种测量水体化学需氧量的方式，具体有为重铬酸盐法、高锰酸钾法、库仑法、风冷式消解法和快速密闭催化消解法。

[参考文献]

[1]国家环境总局.水和废水监测分析方法[M].4版.北京：中国环境出版社，2002.

[2]廖力夫，刘晓庚，邱凤仙.分析化学[M].2版.武汉：华中科技大学出版社，2015.

[3]贾   琰.高含氯废水中低化学需氧量（COD）检测方法[J].环保科技，2017（1）：41-46.

[4]叶敏强，曹   雷，李秋潼，等.《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》新旧标准比较[J].环境监控与预警，2018（1）：26-28.