1 引 言
作為水質監測分析中**常測定的項目 , COD 是評價水體污染的重要指標之一。對于河流和工業廢水的
研究及污水處理廠的處理效果評價來說 , 它是一個重
要而相對易得的參數 , 表示了水中還原性物質的多少 ,
是環境監測中的必測項目。目前 , 實驗室測定 COD 仍
然大都采用標準法 , 即重鉻酸鉀硫酸回流法
( GB11914289) , 該方法測定結果準確、重現性高 , 適
用于各類型的 COD 值大于 30mg/ L 的水樣 , 對未經稀釋的水樣檢測限為 700mg/ L
[ 1 ] 。但該方法存在分析時間長、批量測定難以及二次污染嚴重等三個方面的不
足 , 難以適用于區域水質調查中大批樣品的測定與現代化污水處理廠的水質在線監測與管理。
為此 , 探討一種快速、完善、可靠的 COD 測定方法已成為廣大環境科研工作者們努力的目標。近年來 ,
對 COD 測定方法的研究 , 包括對標準法的改進以及其他 COD 快速測定方法 , 都已取得了相當的進展 , 本文擬對此作一簡要的綜述。
2 標準法的改進
211
消解方法的改進
標準法耗時長的主要原因是回流消解時間長約 2
小時 , 為縮短消解時間 , 分析工作者提出了密封消解法、開管消解法、微波消解法等改進措施。
21111 密封消解法
密封消解法是將樣品密封 , 在 165 ℃下加熱來進行樣品消解 , 消解時間為 15～20min , 消解時管內壓力接近 012M Pa
[ 2 ] 。由于采用密閉的反應管消解試樣 ,
揮發性有機物不能逸出 , 測定結果更為準確。密封消解法測定廢水中的 COD 具有簡便、快速、節約試劑、省水、省電、省時、少占用實驗室空間等優點 , 特別適合于環境監測系統進行污染源大面積調查及各廠礦企業的污染源申報中大批量水樣的監測。
白穎等人
[ 2 ]曾用密封消解法對合肥地區七個行業
廢水中的 COD 進行測定 , 并與標準回流法進行了對比 , 結果發現不同行業、不同濃度的工業廢水中的
COD 與標準回流法均結果一致 , 而密封消解法與標準回流法產生的廢液量之比為 1∶10 , 減少了由分析帶來的二次污染。楊明平等
[ 3 ] 用密封消解法測定了焦化廠廢水的 COD , 研究表明密封法與回流法有著很好的相
關性 , 準確度高。用密封法測定焦化廢水的 COD , 不
僅工藝簡單 , 費用低 , 而且可進行批量分析 , 提高工
效 5 倍以上。
21112 開管消解法
開管消解法的的測定原理與標準回流法相同 , 它
是以重鉻酸鉀為氧化劑 , 將水樣在開啟的試管內加熱
12min 以完成消解反應 , 控制消解反應溫度為 165 ℃。快速開管法是由沈覦杭等人率先提出
[ 4 ] , 該方法操作簡單、省時 , 可同時消解十幾甚**幾十個水樣 , 適用于大批量樣品的測定 , 且用藥量約為標準法的 1/ 10 ,
開管法消解比較安全。于麗艷等
[ 5 ] 通過研究發現 , 該
方法的準確度及精密度均較好 , 高、中、低 3 種濃度的水樣的測定值與標準法測定值基本一致。該方法測定下限為 56mg/ L , 而標準法測定下限為 50mg/ L , 所
以該方法在污水分析的實際工作中可代替標準法用于廢水化學耗氧量的測定。
21113 微波消解法
微波消解法的原理是在微波能量的作用下加快分
子運動速度 , 從而縮短消解時間。微波消解法與標準回流法一樣采用硫酸 - 重鉻酸鉀消解體系 , 水樣經微
波加熱消解后 , 過量的重鉻酸鉀以試亞鐵靈為指示劑 ,
用硫酸亞鐵銨滴定 , 計算出 COD 值。該方法的**大特點就是反應液的加熱是采用頻率為 2450M Hz 的電磁波
能量來進行的 , 在高頻微波的作用下 , 反應液分子會產生摩擦運動。另外還可采用密封消解的方式 , 可以
使消解罐壓力迅速提高到 203kPa , 因此該方法反應時間短 , 并可實現對高氯水的測定
[ 6 ] 。
黃毅等
[ 7 ] 采用微波密封法測定樣品的 COD 值 , 發
現該法不僅快速 , 且取樣體積小、試劑用量少 , 勿需
冷卻用水 , 能減輕銀鹽、汞鹽、鉻鹽造成的二次污染 ,
該法對氯離子干擾的抑制效果也優于標準方法。董向農
[ 6 ]等人采用微波密封加熱、硫酸 - 重鉻酸鉀消解體系測定水樣的化學需氧量 , 統計發現該法室內相對標準偏差 ≤413 % , 線性相關系數 r > 01999 , 抗氯離子干擾性能也較標準法優越 , 能滿足監測分析的要求。李德豪等
[ 7 ] 討論了采用微波密封消解法測定水樣 COD
值中微波功率的選擇、消解時間的選擇等問題 , 他們
通過試驗證實了微波消解功率以中強火為宜 , 低的微
波功率難以保證水樣消解完全 , 而功率太高則又會使
測定值偏高 , 此時消解時間一般為 5 ～6min , 但易氧化有機污染物和組成復雜的有機污染物所需的消解時
間不同 , 不能簡單地以標準物質 (鄰苯二甲酸氫鉀或葡萄糖) 作為確定微波消解時間的試驗依據 , 應根據不同水質進行確定。
21114 其他催化消解法
[ 9 ]
2
楊曉珊等 把原來的 H
2 SO
4 Ag
2 SO
4 體系改變為
H
2 SO
42H
3 PO
42Ag
2 SO
4 體系 , 發現改用硫磷酸混合酸
代替硫酸進行回流操作可極大地縮短回流時間 , 提高
分析速度 , 得到滿意效果 , 但該方法仍然避免不掉氯離子的干擾 , 需要加入毒性巨大的硫酸汞。謝珊等
[ 10 ]
研究了在廢水 COD 測定時 , 通過提高反應體系的酸度
(由 9mol/ L 提高到 10mol/ L ) , 增強了重鉻酸鉀的氧化能力 , 使水樣的回流時間由 2 小時縮短到 15 分鐘 , 對
標樣和包鋼幾種廢水樣的多次測定標明 , 準確度和精密度都是可以接受的。
212
替代銀催化劑的研究
在 COD 測定中 , 為使有機物充分氧化 , 消解樣品時需加入催化劑 , 標準法中使用的 Ag
2 SO
4 是 COD 測
定**常用的一種催化劑 , 應用已有 30 多年的歷史 , 但
它的價格昂貴、消解回流時間也長。
為提高有機物的氧化分解速率 , 縮短消解時間 ,
*內外在尋找替代催化劑方面進行了不斷研究 , 姚淑華等
[ 11 ]以硫酸錳代替硫酸銀作催化劑 , 并且采用開管加熱消解法測定 COD , 與標準法相比 , 該法準確度、精密度均良好。葉芬霞等
[ 12 ] 探討了以硫酸鎳以及硫酸
銀 - 硫酸鎳混合物代替單純硫酸銀做催化劑的可能性 ,
經對各種化合物以及不同硫酸銀 - 硫酸鎳混合比測定廢水 COD
Cr值的比較 , 實驗表明 , 用硫酸鎳或硫酸銀
- 硫酸鎳混合物 ( 重量比 013 ∶011) 做催化劑是可行的 , 并能顯著減少貴金屬銀的用量 , 降低分析費用。
Selvapat hy P
[ 13 ] 等提出以 MnSO
4 代替 Ag
2 SO
4 作催化劑 , 測定 COD 值獲得滿意結果。Sun J ianhui 等
[ 14 ] 提
出以 Mn ( H
2 PO
4 )
2 為催化劑的測定方法 , 回流時間從
2h 降到 5min , 且節省 85 %的費用。**照龍等
[ 15 ] 以
KAl ( SO
4 )
2 作為助催化劑從而減少了 Ag
2 SO
4 的用
量 , 并在高壓條件下將回流時間從 2 小時降到 30min 。 213
氯離子干擾的消除
在 COD 值測定中 , 氯離子是主要干擾之一 , 如何消除其干擾且不造成二次污染 , 是廣大分析工作者所關注的問題。一般情況下排除氯離子干擾的方法是加入硫酸汞絡合氯離子或采用稀釋樣品的辦法。**志強等
[ 16 ]研究發現水樣中的氯離子在 COD 測
定條件下極易被氧化成氯氣 , 每毫克氯離子相當于
01234mg 的 COD , 不掩蔽氯離子測得水樣總 COD 值
減去氯離子本身產生的 COD 值 , 其差值與水樣真實
COD 值相比無明顯差異 , 能較準確地反映水樣的 COD
值且結果重復性好。當水樣氯離子在 0 ～1500mg/ L
時 , 經掩蔽后的 COD 值誤差在 0～50mg/ L 之間。閆敏等
[ 17 ] 通過在高氯水樣中加入適量硝酸銀 , 使
水樣中的氯離子生成氯化銀沉淀 , 可徹底去除氯離子
對 COD 測定的干擾 , 加入硝酸銀的量 , 應使水樣中的氯離子完全沉淀并不要過量太多為宜。于令第等
[ 18 ] 在
進行含海水的廢水 COD 值測定時以 AgNO
3 代替
HgSO
4 , 使氯離子轉變為 AgCl 沉淀 , 并通過降低溶液
酸度來降低 K
2 Cr
2 O
7 氧化力的方法消除氯離子的干擾。
Vaidya
[ 19 ]提出了一種把氯離子轉化為 HCl , 用鉍吸附劑吸附 HCl , 從而消除氯離子干擾的無汞密封 COD 值
測定法。
3 COD 測定的發展
針對標準法測定 COD 的不足 , 近幾年*內外的環境工作者不斷改進、發展了一些新方法 , 如相關系數法、電化學法、分光光度法等其它快速測定法。
311
相關系數法
相關系數法就是在一定條件下測定出水樣的 TOC
值 , 然后找出 TOC 與 COD 的關系 , 由此來預報溶液的 COD , 達到縮短測定時間 , 快速檢測溶液的 COD
的目的。
崔建升等
[ 20 ]對市政污水 TOC 與 COD 的相關性進
行了研究 , 實驗選取了 15 個校園污水樣本進行測定 ,
結果發現市政污水中 COD
Cr與 TOC 測定值之間具有顯
著的相關性 , 可用 TOC 測定代替 COD
Cr測定。重慶建筑大學吉方英等探討了 TOC 與可溶性 COD
Cr 和 BOD
5
的關系 , 將水樣離心分離后取上清液分別測 TOC 、
COD
Cr 、BOD
5 。就 COD
Cr ( sol) / TOC 而言 , 共測定 32
組數據 , 比值在 2142～3174 之間 , 平均值 X = 2191 ,
標準偏差 S = 0134 , 在 2141 ±0134 范圍內的測定次數占總數 75 % , 由此得出: COD
Cr = 2191 TOC 。
相關系數法簡化了分析測試的時間 , 減少了工作
量 , 提高了工作效率 , 但是這些經驗性的公式適用范圍窄 , 而且其測試時間還是較長 , 不能滿足對水處理過程的調控要求。
312
電化學法[ 21 ]
電化學法測定 COD 值具有試劑用量少、操作簡便、消解時間短等特點。Dugh G V 提出一種以
Ce ( SO
4 )
2為氧化劑 , 利用 p H 電極和氧化還原電極 ,
直接測定電勢 , 從而進行 COD 值的測定; Beliustiu A
以兩種不同的玻璃電極組成電池通過直接測定電勢 ,
對水樣中 COD 值進行測定; 袁洪志提出了一種用示波極譜二次求導數測定環境水樣中 COD 值的方法 , 其原
理是在強酸性溶液中 , 用重鉻酸鉀將水樣中的還原性物質氧化 , 用極譜法測定過量的 Cr
3 + , 根據消耗的
Cr
6 + 求出 COD 值。
313
分光光度法
分光光度法 , 又稱比色法 , 其測定 COD 的原理為在強酸性介質 (濃 H
2 SO
4 ) , 水樣中的還原性物質 (主要是有機物) 被 K
2 Cr
2 O
7 氧化 , 當水體清潔 ( COD
Cr
≤150 mg/ L ) 時 , 可通過在 420 nm 波長處比色測定反應瓶中剩余的 Cr
6 + 的量; 當 COD
Cr ≥150mg/ L 時 ,
可通過在 620nm 波長處比色測定反應瓶中生成的 Cr
3 +
的量[ 22 ]
。
分光光度法因其簡便、快速、準確而在水質監測中應用廣泛 , 周蘭影等
[ 22 ] 采用美* HACH 公司推出
的 45600 型 COD 反應器和 DR - 2010 型分光光度儀聯合使用測定地表水和工業廢水的技術 , 與*標法具有
較好的可比性 , 基本符合本地區日常 COD
Cr測定要求。該測定方法簡單 , 節省了大量回流水 , 試劑用量少 ,
能夠減少二次污染 , 同時儀器體積小 , 攜帶方便 , 不
僅能用于實驗室內水樣批量測定 , 還適合于現場監測 ,
可向在線自動監測方向發展 , 以適應我*水體排污總量控制監測的要求。陳文春等
[ 23 ] 在長期的純凈水生產、試驗過程中發現普通的自來水經反滲透 ( RO) 工
藝處理后 , 其中jue大部分的耗氧性物質被去除 , 殘余的成分比較單一 , 且含量極低。在這種情況下 , 可用紫外分光光度法來直接測定 COD , 水樣的 COD 值與吸光度之間的關系符合朗伯 - 比爾定律。歐遠洋等
[ 24 ]
以上海老港填埋場 1991 年填埋單元滲濾液和各處理工藝出水滲濾液為對象 , 研究了各自的 COD 濃度值和對應的紫外吸光度之間的關系。結果表明 , 水樣 COD 濃
度值越低 , COD 值與對應吸光度之間的相關性越好。不同處理單元的滲濾液由于有機物組成差別較大 , 對
應的特征吸收范圍也各不相同。
314
連續流動分析法
連續流動分析法與標準回流法都是以重鉻酸鉀在
酸性環境下以硫酸銀為催化劑氧化水中還原性物質 ,
其不同之處在于連續流動分析法反應試劑和水樣是連
續地進入反應和檢測系統 , 用均勻地空氣泡將每段溶
液分隔開 , 在 150 ℃恒溫加熱反應后溶液進入檢測系
統 , 測定標準系列和水樣在 420nm 波長時的透光率 ,
從而計算出水樣的 COD 值
[ 25 ] 。連續流動分析法 , 又
稱為流動注射法 , 該分析技術可運用于水樣中 COD 值
的測定 , 分析速度快、頻率高、進樣量少、精密度高 ,
適于大批量樣品連續測定。
江發平等
[ 25 ]采用連續流動分析技術對環境水樣中
的 COD 值進行大批量快速測定 , 實驗結果顯示該方法具有良好的準確性和重現性 , 對標準樣品分析的準確度在 98 %以上 , 變異系數在 0121 %～1100 %之間 , 實
際水樣的檢測結果與標準法的相對偏差為 014 %～ 114 % , 環境水樣與工業廢水的加標回收率為 93 %～ 101 %。陳曉青等
[ 26 ] 應用流動注射停流分析技術 , 對
環境水樣中的 COD 進行測定。采用 KMnO
4 作氧化劑和光度分析指示劑 , 葡萄糖作基準物質 , 在反應溫度
為 95 ℃, 停流 5min 時 , COD 測定范圍為 0 ～ 100 mg/ L , 檢出限為 2mg/ L , 相對標準偏差為 018 % ( n = 9) , 回收率為 85 %～95 % , Cl
- ≤150mg/ L 時不干
擾測定。此外 , Korinaga 提出了一種以 Ce ( SO
4 )
2 為
氧化劑的 F IA 方法。
4 結 語
據估計 , 我*每年僅以 COD 廢液的形式向環境排放的汞量就以數噸計 , 硫酸及硝酸銀的排放量則更多 ,
對環境所造成的二次污染已不容忽視 , 因此研究耗用
試劑少且無二次污染的綠色 COD 測定方法具有重要而積極的意義。標準方法的改進、發展 , 包括消解方法的改進、采用分光光度法以及臭氧氧化法、化學發光法
[ 27 ]等 , 雖然在一定程度上或減少了 COD 測定的時間 , 或減少了分析試劑的用量 , 減輕了實驗造成的二次污染 , 但究其根本而言 , 還沒有一種合適而又經濟的方法能完全替代現有的重鉻酸鉀標準回流法。
目前 , COD 測試方法正向著自動化、微量化和儀器分析方向發展 , 如光催化氧化 - 溶解氧探測法、單掃描極譜法、薄層化學電池探測法、電化學需氧量轉
換法等 , 這些方法具有新穎性、實用性和先進性 , 并
隨著科研開發的水平不斷取得突破。隨著我*污染物
排放總量控制的實施 , 水質在線自動監測也顯得尤為
迫切 , 研究適應性強、運行可靠、性價比高的 COD 在
線監測儀已成為當務之急。可以預計 , 在不久的將來 ,
COD 在線監測儀將成為 COD 監測的主導趨勢 , 為我
*的環保事業作出貢獻。
