第44卷第2期 湖北林业科技 VOI 44。No.2 2015年4月 Hubei Forestry Science and Technology Apt.,2015 环境水样COD测定方法研究进展 曹兵桥 (鄂州市环境保护监测站 鄂州436000) 摘要: 化学需氧量(COD)是评价环境水体污染状况的重要指标,是水质监测的重要参数。本文就COD的测定方法研 究进展进行简要综述。包括国标的分析法和消解方法的改进,试剂的改进和测定结果的方法进展。指出快速灵敏自动在 线监测C0D的方法,是今后该领域研究的热点与发展方向。 关键词: 环境水样;化学需氧量;测定方法;研究进展 中图分类号:X132;X83o.2 文献标识码:A 文章编号:lOO4—3o2o(2o15)o2—0036—04 Progress of Determination Methods of COD in Environmental Water Sample Cao Bingqiao (Ezhou Environmental Protection Monitoring Station Ezhou 436000) Abstract:The Chemical oxygen demand is an important index to assess water pollution and a very important parameter .in water quality monitoring.The progress of COD determination method,which was including traditional GB analysis and development of digestion methods,the progress of reagent and the measurement results of a method,was reviewed in the paper.At last,the paper pointed out that a rapid and sensitive method for automatic online monitoring of COD is the fu・ ture focus and direction in this field. Key words: environmental water sample;COD;determination methods;research progress 在环境监测中,环境水样的COD作为环境水 CO【)盯和COD 作为标准分析法,也是应用最 体受有机物污染的一个总体指标,是对河流湖泊和 多的分析方法。前者用重铬酸钾作为氧化剂, 工业废水处理效果评价中一个比较易得的参数。 COD。 法适用于对饮水源的水样和地表水样的分 对环境水样的COD的测定是环境监测中常规的 析;后者用高锰酸钾作为氧化剂,主要适用于对工 分析项目。目前对环境水样的COD的测定方法 业废水等污染程度较重的水体的分析。原理都是 主要是基于国标法(GBII914--89),国标法中存在 分析周期长,所用试剂造成二次污染和受氯离子干 基于氧化还原滴定,最终计算水样的COD值和高 扰影响分析结果等缺点。因此近年来,环境工作者 锰酸盐指数。这两种方法主要存在以下几个方面 在环境水样的COD测定方面做出了各种研究,主 的缺点:①测定耗时长。一般样品的消解时间最低 要研究进展在于对掩蔽剂、催化剂和氧化剂的研 要2 h。②对试剂的消耗量大。试剂中重金属对 究,对消解方法和结果测定方法的研究。在减小环 环境造成二次污染。受氯离子干扰,氧化不完全等 境污染,减少分析时间,提高分析精确度方面取得 方面的影响。③无法进行水样的连续测定。基于 的一些进展。本文主要对近年来环境水样COD 以上方法中的不足,近年来对方法的改进研究主要 的测定方法的研究进展作简要的综述。 基于消解方法、试剂的改进和测定结果的方法。 1 CODc 和COD 分析法 2 消解方法的优化 *收稿日期:2O14一O7—18 第2期 曹兵桥:环境水样COD测定方法研究进展 37 2.1密封消解法 化,消解样品时需要加入催化剂,标准方法使用的 是AgzSO4,这也是常用的一种催化剂,但是它的 密封消解法是将样品密封,在165℃下加热对 样品进行消解,一般消解时间为l5~20 min。由 于消解时采用密闭的消解管,因此不会有有机物的 价格昂贵,消解时间长,并且容易造成二次污染。 为了提高有机物的分解速率,减少二次污染,国内 外在优化催化剂方面做了不少研究,王惠等_5]在不 加掩蔽剂HgSO 和催化剂AgzSO4的条件下,以 H SO4一H。PO 混酸代替H SO ,用测定水样中 逸出,测定结果相对精确。密封消解法具有快速简 便,节约试剂和空间等优点,适用于环境监测中对 大面积污染源的监测和厂矿企业的污水监测。杨 明平等L1]采用密封消解法对焦化厂废水CODer测 COD的总值减去氯离子自身产生的COD值,准确 定表明,密封消解法和回流法有着很好的相关性和 的测定了高氯含氟废水的COD值。李德豪等[6]利 较高的准确度,工作效率是标准方法的5倍,二次 用硫酸镁一硫酸铜代替硫酸银催化剂,微波消解样 污染小,适用于批量分析。 品5 min,混酸介质H3PO 一H2SO ,其体积比为 2.2开管消解法 4:1,消解液酸度为5O ,催化剂硫酸镁一硫酸铜 开管消解法是用重铬酸钾作为氧化剂,取水样 混合配比范围是1:1~3:1,当其用量为0.4 mL 在开启的消解管消解,消解时间约为12 min,温度 时,可获得良好的消解效果。 为165℃,它的原理与回流法相同。开管消解法最 3.2对氧化剂的改进 初是由沈觎杭等[。]提出,该方法省时简单,适用于 并非所有的有机化合物都会在重铬酸钾体系 批量样品同时测定。并且所用试剂量少,消解安 中被氧化,在银离子的催化作用下,直链脂肪族化 全。 . 合物可被完全氧化,但芳香烃化合物的氧化率仍然 2.3微波消解法 很低,其中吡啶甚至是不被氧化,当环境水体中大 微波消解法是在微波的作用下快速加热消解 部分污染物为这些芳香烃化合物时,就会造成分析 液,因此缩短了消解时间。微波消解法同样采用重 结果很大的偏差。因此提高水体中有机物的氧化 铬酸钾作为氧化剂,最后用硫酸亚铁铵滴定计算 率是很有意义的。 cOD值。周彪等[3]利用微波密闭消解法测定海水 李可等[ ]研究发现,重铬酸钾测定COD时,对 COD值表明,微波消解法操作简单,加热时间一 苯、苯甲醛等含苯环类化合物的氧化率低于5O , 致、均匀,避免加热蒸发而引起部分有机物的损失 而改用Ce(SO4)。作氧化剂则氧化率大大提高,且 降低COD值,通过对海水COD的实际测定表明 对环境和分析人员的危害性大大降低。对于印钞 此法优于高锰酸钾法。 废水,硫酸高铈法所测得COD比重铬酸钾法高出 2.4非消解法 41 左右。 非消解法主要是利用电导率和COD存在的 另外,也有研究者利用不加氧化剂的电化学方 某种线性关系其他生物法间接的测定水体的 法产生强氧化剂测定COD值,电化学一臭氧氧化 COD。赵勇等[4]通过对河水的电导率和COD连 和电化学一羟基自由基氧化测量法在线测定COD 续测定发现其电导率和COD两者之间存在这线 就属于这种方法,它的原理是产生臭氧或是电解产 性关系,此方法节约分析时间,避免试剂二次污染 生羟基自由基氧化水体中的有机物。这种方法耗 和氯离子的干扰,具有一定的现实意义。而生物法 时短,操作简单,可以应用于COD的在线快速监 主要是利用生物分解水样中的有机物,消耗水体的 测。 氧,通过计算水体溶解氧的差值从而计算COD,而 4 Cl一干扰的消除方法的研究 这种方法的精确性有待商榷。 Cl一是COD测定中重要的干扰物之一,标准 3试剂的改进 方法中通过加入HgSO4的方式消除,但这种方法 3.1对催化剂的改进 对环境造成二次污染。目前研究对Cr的干扰消 在COD的测定中,为了使有机物充分得到氧 除主要利用以下方法:①氯气吸收法:将Cr氧化 38 湖北林业科技 第44卷 成氯气,通过碘量法计算氯气的值,最后用消耗的 定有机相中Cr(Ⅵ)的或水相中的Cr(Ⅲ)都可求得 COD含量。本方法快速简单、用样量少,回收率可 达到98 ~1O8 ,平均标准偏差为3.3 9/6。 5.5 其他前沿方法在C0D测定中的应用 重铬酸钾值减去该值计算COD的值。②干扰扣 除法:直接测定C1一的值,然后换算成COD值扣 除。③加入Cr。+法:通过加入Cr。+和C1~发生络 合,但是这种方法会降低重铬酸钾的氧化能力。④ 标准曲线法:通过标准曲线找出Cr_与COD之间 目前比较前沿的方法主要是化学发光分析法 和光催化氧化法。化学发光分析法的主要原理是 在酸性介质中,KzCrzO 氧化水体中还原性物质, 产生的Cr(III)可以催化Luminol产生强的化学发 光,其强度和Cr(IlI)成线性关系,因此可以计算出 的关系从而进行线性矫正。⑤HC1去除法:在水 样消解前通过加入浓硫酸让Cl__形成HC1然后吹 除,但是这种方法同时会吹去某些挥发性有机物。 5 COD结果测定方式的研究 5.1库仑法 COD值。或是以臭氧作为氧化剂,当水体中的还 原性物质被氧化后,剩余的03能氧化Luminol体 系发光,且发光强度和臭氧的浓度成线性关系。靳 保辉等E9]利用该原理,建立了流动注射液相化学发 光法测定COD的一种新方法,该方法适合对地表 水COD的监测,通过对几个实际淡水水样的COD 以重铬酸钾作为氧化剂,在10.2 mol/L的介 质中回流氧化15 min,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,最 后按照法拉第定律计算CODcr。 5.2分光光度法 测定结果显示新方法的3次测量标准偏差均小于 6 ,与高锰酸钾COD测定方法相比,新方法的结 果要高8.25 ~25.82 ,这表明紫外光辅助臭氧 氧化与高锰酸钾氧化相比氧化能力能强。 光催化方法是随着纳米材料的研究诞生的一 在强酸溶液中用K。CrzO 氧化有机物,使Cr (V1)还原为Cr(I]I),用分光光度法测定Cr(VI)或 Cr(1lI)的吸光度来测定COD。王惠等通过测定 Cr(Ⅲ)在波长610 nm处的吸光度,来确定三价铬 种新的前沿方法。其原理主要是以半导体纳米材 料作为催化剂,当受到能量大于或等于带隙宽度 (3.2eV)的紫外光照射时,纳米材料价带上的电子 离子的量,并以此计算出cOD值。结果表明该方 法能准确测定水样的COD值且结果重现性好。 乐琳等[8]通过流动注射合并带停留光度法快速测 定环境水样中化学需氧量,通过测定KMnSO4在 525 nm处的吸光度来计算化学需氧量,结果表明, 在不加HgSO4的条件下,Cl一的质量浓度达 10 000 mg/L对测定无干扰。方法的线性范围为3 ~受激发跃迁到导带,在半导体的导带和禁带上分别 形成光生电子和空穴对,在外界作用下,分别迁移 至纳米材料表面不同位置,光生空穴与水反应生成 羟基,空穴与羟基自由基均具有强氧化性,可催化 降解水体中的有机污染物。光催化氧化法是将宽 禁带n型半导体制备染料敏化太阳能电池和光催 化降解有机物的高级氧化技术应用到COD的测 定中而发展起来的一种新的测定方法。目前用到 的光催化材料主要有ZnO、SnO2和Ti0 ,其中 150 mg/L,检出限为1 mg/L,精密度RSD为 1.2N。方法具有仪器简单,操作方便、快速,干扰 少,灵敏度高等优点,此法用于河水、池塘水和地表 水等实际样品的分析,测定值与经典重铬酸钾标准 方法结果基本一致。 5.3极谱分析法 TiO2因为其无毒无腐蚀,能够降解大部分有机物 而应用最多。利用TiOz所构成的体系有TiO — K2Cr207体系[ ]、TiO2一KMnO4体系[n]、TiO2一 极谱分析法的原理是在强酸.陛溶液中,用重铬 酸钾将水样中的还原性物质氧化,过量的重铬酸钾 用极谱法测定其中六价铬的量,然后根据所消耗六 价铬的量,间接求出水中COD值。该方法测定范 围为1~1 000 mg/L,线性范围为20 ̄600 mg/L。 5.4原子吸收法 Ce(SO4)2体系[ ]、Ti02薄膜电极体系[¨]和CdS —TiOz复合半导体电极[M]等。 另外,一些特殊材料的应用也为环境水样 COD的测定提供了新方法,王峰等[15]初步探讨了 Pt/PbOz电极对COD的测定,通过对试液COD 原子吸收法的原理是指用原子吸收光谱法测 的测定表明该方法具有一定的应用价值。 第2期 曹兵桥:环境水样COD测定方法研究进展 39 [5]王惠,潘全,李玲,等.高氯含磷含氟废水COD的测定方法[J]. 6结论与展望 仪器仪表与分析监测,2010,(3):36—38. 综上所述,近年来,国内外环境科研工作者在 [6]李德豪,李连香,邱冬梅,等.无银催化一微波消解快速测定污 水中化学需氧量研究[J].环境工程,2002,20(5):52—54. COD的测定方法中做了大量的研究工作,但事实 [7]李可,赵仕林,赵凡,等.化学需氧量(COD)绿色测定方法研究 上,目前还没有一种经济合适的方法能完全替代标 [J].四川师范大学学报(自然科学版),2003,26(6):649—651. 准回流法。一些新的前沿的方法因为其耗材昂贵 [8]乐琳,张晓鸣.流动注射合并带停留光度法快速测定环境水样 而受到推广的限制。国标方法重铬酸盐法 中化学需氧量[J].岩矿测试2008,27(2):87—90. [9]靳保辉,何鹰,庄峙厦,等.液相臭氧化流动注射化学发光法测 (GB11914--89)的修订也迫在眉睫。 定水体化学耗氧量(C0D)的研究:苯酚溶液COD测定[J].厦 目前,随着国家和人民对环境问题越来越关 门大学学报(自然科学版),2005,44(2):224—229. 注,快速准确的监测水质状况是环境监测的发展方 [10]Ai S Y,Li J Q,Yang Y,et a1.Study on photocatalytic oxida— tion for determination of chemical oxygen demand using a nano 向。而COD作为一个代表性的参数,需要一种经 Ti02一K2Cr207 system[,J].Analytica Chimica Acta,2004, 济快速科学的方法与之匹配。要及时掌握水质状 509(2):237—241 况,并对污染源做出快速的跟踪,实时汇报监测数 [11]李嘉庆,艾仕云,杨娅,等.纳米TiO2一KMnO4协同体系光催 据,就必须有一套灵敏准确适应性强的监测方法。 化测定地表水化学需氧量的研究[J].化学传感器,2003,23 (2):49-54. 适用于自动在线监测C()D的方法,是今后该领域 [12]thai Y H,Ding H C,Zhang Z H,et a1.Study on photocatalyt— 研究的热点与发展方向。在C0D的自动化监测 ic oxidation for determination of the low chemical oxygen de— 方面,还有很大的研究空间。 mand using a nano—Ti02--Ce(SO4)2 coexisted system[J].Ta— lanata,2006,68(3):610—615. 参考文献 [13]Chen J S,Zhang J D,Xian Y Z,et a1.Preparation and applica— tion of TiOz photocatalytic sensor for chemical oxygen demand [1]杨明平,彭荣华,肖秋国,等.密封法测定焦化厂废水的COD determinationin water research[J].Water Research,2005,39: l-J].化工环保,2002,22(4):232—234. 1340-1346. 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