分光光度法测定工业生产用水中化学需氧量方法优化

2021-06-15陈熙徐立明徐建刚许新春江苏沙钢集团有限公司江苏张家港215625

化工管理 2021年11期

陈熙，徐立明，徐建刚，许新春(江苏沙钢集团有限公司，江苏张家港 215625)

0 引言

随着社会的发展和人民生活水平的提高，工业化对环境污染产生的负面作用不可低估，而人民对生活质量的要求也越来越高，这对企业生产过程中的环保控制提出了更高的要求。企业需要随时监测生产过程中各环节的污染情况，水质中化学需氧量的监测就是一个重要的项目。化学需氧量(chemical oxygen demand，COD)指的是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量，可以表征水体被有机物等还原性物质污染的程度。

环保水质分析中关于COD含量测定一般采用重铬酸盐化学法进行测定[1]，利用重铬酸盐的氧化性来测定水中的还原性物质含量，方法分析时间长、效率低。为适应大型企业内部大量样品监测需要，需采用光度法进行快速测定[2]，但是外购试剂量程固定，对于超量程样品经常需要重新分析，不适用于企业内部不同浓度、大量样品的快速分析，为提高分析效率，需对试剂配方、分析方法进行优化。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

ICP-AES光谱仪，ARCOS-SOP型，斯派克分析仪器有限公司；COD专用微波消解仪，DRB200，哈希水质分析仪器有限公司；移液器，大龙兴创实验仪器股份公司。

硫酸，优级纯；重铬酸钾，基准试剂；邻苯二甲酸氢钾，基准试剂；容量瓶、量筒等玻璃器皿。

1.2 分析步骤

邻苯二甲酸氢钾于烘箱中105 ℃烘干至恒重，称取1.275 3 g上述试剂溶解、定容至1 000 mL容量瓶，得到对应化学需氧量1 500 mg/L的COD标准溶液，将上述溶液按比例进行稀释，配置COD标准系列溶液，COD含量范围为0～1 500 mg/L。

用移液器移取2 mL不同浓度的COD标准溶液，加入预制试剂管，摇匀后放入COD专用微波消解器中165 ℃消解60 min，冷却后于600 nm波长处测定吸光度，根据吸光度与COD含量进行回归计算、绘制标准曲线，得到COD含量计算方程。

移取2 mL样品溶液，加入预制试剂管，摇匀后放入微波消解器中同样在165 ℃消解60 min，冷却后600 nm波长处测定，如消解结束试剂溶液变成绿色，则说明样品中COD含量超出试剂量程，需要将样品进行适当稀释、重新测定，得到样品吸光度后，根据标准曲线回归方程即可计算得到水样COD含量，如样品属于稀释后测定，则需要按稀释倍数计算水样中实际COD含量。

2 结果与讨论

2.1 消解温度、时间的确定

由外购预制试剂使用说明可知，样品加入预制试剂管后，必须在150 ℃下消解120 min方可反应完全，由表1可知，在该条件下，COD标准样品可获得稳定、准确的分析结果。

水样150 ℃下消解2 h可获得准确、稳定的分析结果，但缺点也很明显，分析时间依然很长，不利于大量样品的快速测定。根据化学反应原理，为提高反应速率、缩短水样消解时间，可通过加入催化剂、改变反应温度、压力等条件，在光度法测定COD反应中，催化剂、增加压力等已经作为改善因素加入反应条件中，由此可以确定，在本实验中，唯有通过改变反应温度来加快反应速率。通过提高消解温度，尝试不同消解温度、时间下同一COD标准溶液的测定结果，分析结果如表1所示。

由表1可知，温度由150 ℃增加至170 ℃，样品完全消解时间由120 min降低至60 min，消解时间缩短一半。165 ℃下消解30 min存在消解不完全情况，COD测定结果偏低，消解时间增加值60 min方可完全反应。温度继续增加至170 ℃，出现COD测定结果大于标准值，说明除了与邻苯二甲酸氢钾反应以外，还有部分重铬酸钾出现分解现象，而根据相关资料[3]，重铬酸钾在180 ℃以上时才会部分分解，在COD消解反应中分解温度降低至170 ℃，这是因为在COD试剂溶液中存在催化剂，促进了重铬酸钾的提前分解。

根据试验结果可知，最佳消解温度为165 ℃，消解60 min可确保水样中还原性物质反应完全，同时不会出现重铬酸钾分解现象。

表1 消解温度、时间对分析结果影响

2.2 预制试剂量程确定

将某企业样品分析结果进行统计分析，统计结果如图1所示。由图1可知该企业水样中COD含量占比最多的为150 mg/L以下，占约91%，该类样品采用外购试剂即可进行分析。而日常工作中导致外购试剂作废、需要稀释后重新分析的主要是COD含量大于150 mg/L的水样，其中COD含量在150～1 500 mg/L之间的占约8%，余下样品约占0.62%。

综上所述，低于1 500 mg/L所占比例为99.38%，占主要比例，为减少样品的重复分析工作，将自制预制试剂测量范围选定为0～1 500 mg/L 。