在環(huán)境監(jiān)測中,對(duì)有機(jī)耗氧污染物,一般是從各個(gè)不同側(cè)面反映有機(jī)物的總量,如COD、OC、BOD、TOD、TOC等,前四種參數(shù)稱為氧參數(shù),TOC稱為碳參數(shù)。這5個(gè)參數(shù)都是什么意思,又有什么樣的關(guān)系呢?
有機(jī)污染物種類繁多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,化學(xué)穩(wěn)定性差,易被水中生物分解。在環(huán)境監(jiān)測中,對(duì)有機(jī)耗氧污染物,一般是從各個(gè)不同側(cè)面反映有機(jī)物的總量,如COD、OC、BOD、TOD、TOC等,前四種參數(shù)稱為氧參數(shù),TOC稱為碳參數(shù)。對(duì)于單一化合物,可以通過化學(xué)反應(yīng)方程進(jìn)行計(jì)算,以求得其理論需氧量(ThOD)或理論有機(jī)碳量(ThOC)。
1、化學(xué)需氧量(COD)
化學(xué)需氧量是指水樣在一定條件下,氧化1升水樣中還原性物質(zhì)所消耗的氧化劑的量,以氧的mg/L表示?;瘜W(xué)需氧量反應(yīng)了水中受還原性污染的程度?;谒w被有機(jī)物污染是很普遍的現(xiàn)象,該指標(biāo)也作為有機(jī)物相對(duì)含量的綜合指標(biāo)之一
對(duì)廢水化學(xué)需氧量的測定,我國規(guī)定用重鉻酸鉀法,也可以用與其測定結(jié)果一致的庫侖滴定法或各種專用儀器(COD快速測定儀)測定。
重鉻酸鉀法:在強(qiáng)酸性溶液中,用重鉻酸鉀將水中的還原性物質(zhì)(主要是有機(jī)物)氧化,過量的重鉻酸鉀以試亞鐵靈作指示劑,用硫酸亞鐵銨溶液回滴,根據(jù)所消耗的重鉻酸鉀量算出水樣中的化學(xué)需氧量,以氧的mg/L表示。
反應(yīng)過程:
Cr2O72-+14H++6e==2Cr3++7H2O
Cr2O72-+14H++6Fe2+=6Fe3++2Cr3++7H2O
6Fe2++試亞鐵靈→紅褐色
2、高錳酸鹽指數(shù)(OC)
以高錳酸鉀溶液為氧化劑測得的化學(xué)耗氧量。我國新的環(huán)境水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)中,已把該指標(biāo)改稱高錳酸鹽指數(shù),而僅將酸性重鉻酸鉀法測得的值稱為化學(xué)需氧量。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)建議高錳酸鉀法僅限于地表水、飲用水和生活污水。
按測定溶液的介質(zhì)不同,分為酸性高錳酸鉀法和堿性高錳酸鉀法。當(dāng)Cl-含量高于300mg/L時(shí),應(yīng)采用堿性高錳酸鉀法;對(duì)于較清潔的地面水和被污染的水體中氯化物含量不高(Cl-<300mg/L)的水樣,常用酸性高錳酸鉀法。當(dāng)OC超過5mg/L時(shí),應(yīng)少取水樣并經(jīng)稀釋后再測定。
酸性高錳酸鉀法:在酸性條件下的水樣中加入過量高錳酸鉀,在沸水浴上加熱30分鐘,利用高錳酸鉀將水樣中某些有機(jī)物及還原性物質(zhì)氧化,反應(yīng)后剩余的高錳酸鉀用過量的草酸鈉還原,再以高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液回滴過量的草酸鈉,通過計(jì)算求出水樣中所含有機(jī)物及還原性物質(zhì)所消耗的高錳酸鉀的量。
堿性高錳酸鉀法:在堿性溶液中,加過量高錳酸鉀加熱30分鐘,以氧化水樣中的有機(jī)物和某些還原性無機(jī)物,然后用過量酸化的草酸鈉溶液還原,再以高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液氧化過量的草酸鈉,滴定至微紅色為終點(diǎn)。一般地表水和飲用水用高錳酸鉀法,而污廢水用重鉻酸鉀法。
3、生化需氧量(BOD)
生化需氧量是指在有溶解氧的條件下,好氧微生物在分解水中有機(jī)物的生物化學(xué)氧化過程中所消耗的溶解氧量。同時(shí)亦包括如硫化物、亞鐵等還原性無機(jī)物質(zhì)氧化所消耗的氧量,但這部分通常占很小比例。有機(jī)物在微生物作用下好氧分解大體上分為兩個(gè)階段。
①含碳物質(zhì)氧化階段,主要是含碳有機(jī)物氧化為二氧化碳和水;
②硝化階段,主要是含氮有機(jī)化合物在硝化菌的作用下分解為亞硝酸鹽和硝酸鹽。約在5-7日后才顯著進(jìn)行。故目前常用的20℃五天培養(yǎng)法(BOD5法)測定BOD值一般不包括硝化階段。
BOD是反映水體被有機(jī)物污染程度的綜合指標(biāo),也是研究廢水的可生化降解性和生化處理效果,以及生化處理廢水工藝設(shè)計(jì)和動(dòng)力學(xué)研究中的重要參數(shù)。
1.五天培養(yǎng)法(20℃)
水樣經(jīng)稀釋后,在20±1℃條件下培養(yǎng)5天,求出培養(yǎng)前后水樣中溶解氧含量,二者的差值為BOD5。如果水樣五日生化需氧量未超過7mg/L,則不必進(jìn)行稀釋,可直接測定。對(duì)不含或少含微生物的工業(yè)廢水,如酸性廢水、堿性廢水、高溫廢水或經(jīng)過氯化處理的廢水,在測定BOD5時(shí)應(yīng)進(jìn)行接種,以引入能降解廢水中有機(jī)物的微生物。當(dāng)廢水中存在難降解有機(jī)物或有劇毒物質(zhì)時(shí),應(yīng)將馴化后的微生物引入水樣中進(jìn)行接種。
(1)稀釋水和接種稀釋水的配制
稀釋水一般用蒸餾水配制,先通入經(jīng)活性炭吸附及水洗處理的空氣,曝氣2-8小時(shí),使水中DO接近飽和,然后20℃下放置數(shù)小時(shí)。臨用前加入少量氯化鈣、氯化鐵、硫酸鎂等營養(yǎng)溶液及磷酸鹽緩沖溶液,混勻備用。稀釋水的pH值應(yīng)為7.2,BOD5<0.2mg/L。
接種稀釋水是在稀釋水中接種微生物,即在每升稀釋水中加入生活污水上層清液1-10mL或表層土壤浸出液20-30mL或河水、湖水10-100mL,使pH=7.2,BOD5約在0.3-10mg/L之間為宜。配后立即使用。
(2)水樣稀釋倍數(shù)
①根據(jù)OC(地面水)或CODcr(工業(yè)廢水)值估計(jì),分別乘上相應(yīng)系數(shù);
②根據(jù)經(jīng)驗(yàn)等估計(jì)。
2.其他方法
檢壓庫侖式BOD測定儀、微生物膜電極BOD測定儀、呼吸計(jì)法BOD測定儀等均可直接顯示BOD測定結(jié)果。870型直讀式BOD測定儀則是根據(jù)測壓法的原理制成的。
4、總有機(jī)碳(TOC)
總有機(jī)碳是以碳的含量表示水體中有機(jī)物質(zhì)總量的綜合指標(biāo)。由于TOC的測定采用燃燒法,因此能將有機(jī)物全部氧化,它比BOD5、COD更能反應(yīng)有機(jī)物的總量。現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的測定方法是燃燒氧化-非色散紅外吸收法。
測定原理:將一定量水樣注入高溫爐內(nèi)的石英管,在900-950℃下,以鉑和三氧化鈷或三氧化二鉻為催化劑,使有機(jī)物燃燒裂解轉(zhuǎn)化為二氧化碳,然后用紅外線氣體分析儀測定CO2含量,從而確定水樣中碳的含量 (此為總碳量,TC)。
要測TOC量,有兩種方法:
方法一:先將水樣酸化,通入氮?dú)馄貧猓?qū)除各種碳酸鹽生成的CO2,然后再注入儀器內(nèi)測定。
方法二:把等量水樣分別注入高溫爐和低溫爐,則水樣中有機(jī)碳和無機(jī)碳均轉(zhuǎn)化為CO2,依次導(dǎo)入非色散紅外氣體分析儀,分別測得總碳(TC)和無機(jī)碳(IC),二者之差即為TOC。
5、總需氧量(TOD)
總需氧量是指水中能被氧化的物質(zhì),主要是有機(jī)物質(zhì)在燃燒中變成穩(wěn)定的氧化物時(shí)所的氧量,結(jié)果以氧的mg/L表示。
用TOD測定儀測定TOD的原理是,將一定量水樣注入裝有鉑催化劑的石英燃燒管,通入含已知氧濃度的載氣(N2)作為原料氣,則水樣中的還原性物質(zhì)在900℃下被瞬間燃燒氧化。測定燃燒前后原料氣中氧濃度的減少量,便可求得水樣的總需氧量值
值得注意的是BOD測量的是可以生物降解的物質(zhì),COD測量的是可以化學(xué)降解的物質(zhì)(當(dāng)然包括可以生物降解的物質(zhì)),但在工業(yè)污水中,BOD和COD之間有著巨大差異,因?yàn)橛袡C(jī)物通常不可生物降解,另外COD測量中還包含無機(jī)物的反應(yīng)以及N-和S-的化合物。總的來說,BOD就是測量細(xì)菌的活性,COD測量的是可被氧化物質(zhì)的量。