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化学需氧量

点赞:605 时间:2019-05-22 阅读量:493


在环境化学上,化学需氧量 (COD)的检测通常用以间接量度水中有机化合物的含量。COD大部分应用在测定表面水(如湖水和河水)中有机污染物的含量,我们可藉此得知水质的好坏。COD值的量测单位为每公升溶液中溶质的亳克数(mg/L),它指出每升溶液中氧气的消耗量,而在早期的文献上所使用的单位为百万分浓度(ppm)。

浏览 (Overview)

COD的检测基础是基于几乎所有的有机化合物在酸性条件下与强氧化剂作用都可完全氧化成二氧化碳。有机物氧化成ニ氧化碳、氨及水与所需的耗氧可用下式表示:

化学需氧量

上式中的需氧量并不包括氨可进一步氧化成硝酸盐类。氨转变成硝酸盐类的过程我们称之为硝化反应。其方程式如下:

化学需氧量

当我们需要知道硝化反应的耗氧量时可由上式中求得。ニ铬酸根不会将氨气化成硝酸盐,所以在标準的化学需氧量测定中硝化反应的耗氧量可忽略不计。国际标準化组织制定了标準的方法ISO6060用来测量化学需氧量。

历史 (History)

在过去有多年的时间,我们使用强氧化剂中的过锰酸钾来测量化学需氧量。在过去如此的量测方式只可称为过锰酸钾的耗氧量而非有机物质的耗氧量。过锰酸钾氧化有机物的效率是不易掌控的,而且在许多情况下BOD测量值也常常大于COD。

这也指出过锰酸钾无法有效率的氧化水中所有的有机物,因此在测量COD时过锰酸钾是比较不好的氧化剂。所以后来有其他种类的氧化剂如硫酸铈、碘化钾和二铬酸钾等都被用来测量COD值,其中又以二铬酸钾效率最佳、相对便宜、容易纯化而且几乎能完全氧化所有有机物。

二铬酸钾的使用 (Using potassium dichromate)

二铬酸钾在酸性条件下是强氧化剂(我们通常用硫酸来当酸源)。ニ铬酸钾与有机物的反应如下:

化学需氧量

上式中d = 2n/3 + a/6 – b/3 – c/2。通常我们用0.25N当量浓度的二铬酸钾来测量。虽然试样的COD值低于50mg/L, 但较低浓度的二铬酸钾仍可适用。

在水中有机试样的氧化过程中,二铬酸钾被还原(因为在所有氧化还原反应中,氧化与还原是相伴发生的)而产生Cr3+ 。Cr3+的量决定氧化是否完全,如此可间接测量水试样中有机物的含量。

空白值 (Blanks)

因为测量水试样中有机物耗氧量时,需注意是否有外在的有机物因偶发因素而加入并影响检测。为了掌控此一干扰因素所以做空白试样的检测是必要的。我们对水试样及空白试样同时测其COD值,将两者的数值相减即得到真实水试样的COD值。

过量试剂的测量 (Measurement of excess)

为了使试样中有机物能完全氧化,通常我们会加入过量的ニ铬酸钾,而未反应完的二铬酸钾则可用硫酸亚铁铵来滴定使其完全氧化成Cr3+ 。一般而言,在此滴定过程中可加入邻二氮菲离子(Ferroin)当指示剂,当滴定完成时其颜色由蓝绿色变成红棕色。

计算方法 (Calculations)

计算COD值的公式如下:

化学需氧量

b : 空白试样所需硫酸亚铁铵的体积,S: 原始试样所需硫酸亚铁铵的体积
n : 硫酸亚铁铵的当量浓度

如果我们用毫升为体积单位,则其COD值的单位为mg/L。

我们也可用试样中有机物进行氧化反应时的化学计量关係来预估COD值,在此我们认定有机物中全部的C元素可转成二氧化碳、H元素转成水而N元素则变成氨。因此可使用下列公式计算:

COD = (C/FW)(RMO)(32)

式中C=试样的体积莫耳浓度,FW=试样的分子量,RMO=氧气的莫耳数与被氧化的有机物莫耳数的比值

例如﹕假如有500wppm的酚其反应与COD值计算如下:

C6H5OH + 7O2 → 6CO2 + 3H2O
COD = (500/94)(7)(32) = 1191 wppm

无机物干扰 (Inorganic interference)

有些水试样中含有高浓度可氧化的无机物质,它们的存在会干扰COD值测量的準确性。这样的干扰现象存在大部分的污水中,其中又以氯化物的干扰最为严重,其反应式如下:

化学需氧量

我们可在测量前在水试样中加入硫酸汞以消除氯化物的干扰。下表为一些无机干扰物与其消除法。

化学需氧量

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