CN107632108A - 一种测定水质化学需氧量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测定水质化学需氧量的方法，其包括如下步骤：a、将水样用体积浓度为1‑10％的盐酸进行酸化处理，得到酸化水样；b、取20μL‑2.5mL的所述酸化水样于600‑1200℃下高温燃烧，取20μL‑2.5mL的所述酸化水样于100‑300℃下低温燃烧；c、分别测定高温燃烧和低温燃烧产生的气体成分及含量；d、计算化学需氧量。该方法测试步骤简单，试剂量小，仅需40μL‑5mL，远低于传统测试方法的50‑120mL，且测试方法绿色环保，无需使用重铬酸钾、高锰酸钾、硫酸汞、硫酸银、浓硫酸等会产生二次污染的试剂。

Description

一种测定水质化学需氧量的方法

技术领域

本发明属于环境监测技术领域，具体地说涉及一种测定水质化学需氧量的方法。

背景技术

化学需氧量又称化学耗氧量(Chemical Oxygen Demand，简称COD)，是废水检测过程中的一个重要参数，是衡量水中有机物含量多少的指标，化学需氧量越大，说明水体受有机物污染越严重。所谓化学需氧量是指在一定条件下，采用一定强氧化剂处理水样时所消耗的氧化剂的量，也是表示水中还原性物质多少的一个指标。水中的还原性物质包括各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等，但主要是有机物，有机物质主要由碳、氮、硫、氢组成，在化学需氧量测定的过程中，有机物被氧化为二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫和水，随着水样中还原性物质及测定方法的不同，其测定值也有所不同。

目前应用较为普遍的测定方法是重铬酸钾法和高锰酸钾指数法，二者均为化学方法，重铬酸钾法是在硫酸酸性介质中，以重铬酸钾为氧化剂，硫酸银为催化剂，硫酸汞为氯离子的掩蔽剂，消解反应液硫酸酸度为9mol/L，加热使消解反应液沸腾，148℃±2℃的沸点温度为消解温度。以水冷却回流加热反应反应2h，消解液自然冷却后，加水稀释至约140ml，以试亚铁灵为指示剂，以硫酸亚铁铵溶液滴定剩余的重铬酸钾，根据硫酸亚铁铵溶液的消耗量计算水样的COD值。高锰酸钾指数法是以高锰酸钾作氧化剂测定COD 值，测出来的数值为高锰酸钾指数。但是这两种方法各有其缺点，重铬酸钾法在测定过程中产生的六价铬、硫酸汞、银等重金属离子会产生较大的二次污染；水中氯离子浓度高于10000mg/L时屏蔽剂已经不能完全屏蔽氯离子，需做稀释进行第二次测定；氧化时间长，需进行2.5小时；重铬酸钾酸性溶液氧化能力较高但是仍不能100％反应化学需氧量；试剂量大，需至少50mL，并且回流装置占据的空间大，水电消耗大，操作不便，难以大批量快速测定。而高锰酸钾指数法则存在如下问题：氧化能力弱，只能反应20-30％的水体中化学需氧量；反应过程中锰离子对于环境有二次污染；试剂消耗大，一次需120mL。

发明内容

为此，本发明正是要解决上述技术问题，从而提出一种无二次污染、试剂用量小、测试简便、时间短、不受氯离子干扰、测定精度更高的测定水质化学需氧量的方法。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：

本发明提供一种测定水质化学需氧量的方法，其包括如下步骤：

a、将水样用体积浓度为1-10％的盐酸进行酸化处理，得到酸化水样；

b、取20μL-2.5mL的所述酸化水样于600-1200℃下高温燃烧，取 20μL-2.5mL的所述酸化水样于100-300℃下低温燃烧；

c、分别测定高温燃烧和低温燃烧产生的气体成分及含量；

d、计算化学需氧量。

作为优选，所述高温燃烧后水样中有机物和无机盐燃烧生成二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫和水，液态水转变为气态，所述二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫和水分子的物质的量分别计为C1、N1、S1和H1。

作为优选，所述低温燃烧后酸化水样中的无机盐燃烧生成二氧化碳、二氧化氮，液态水转变为气态，所述二氧化碳、二氧化氮和水分子的物质的量分别计为C2、N2和H2。

作为优选，通过氧原子数量补偿法和最小二乘法计算化学需氧量：所述水样中有机物中碳、氮、硫和氢元素的物质的量分别为C、N、S、H，所述C＝C1-C2，所述N＝N1-N2，所述S＝S1，所述H＝H1-H2，所述化学需氧量＝k(2C+2N+2S+0.5H)/L，所述k为常数，所述L为水样体积。

作为优选，所述k值为28-32。

作为优选，所述化学需氧量＝28.7(2C+2N+2S+0.5H)/L，其中，所述L 为水样体积。

作为优选，所述气体成分及含量由红外检测器测定。

作为优选，所述步骤a中水样体积为1-10mL，所述盐酸与水样的体积比为 1：10-50。

作为优选，所述高温燃烧、低温燃烧分别在高温燃烧管和低温燃烧管中进行。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

(1)本发明所述的测定水质化学需氧量的方法，其包括如下步骤：a、将水样用体积浓度为1-10％的盐酸进行酸化处理，得到酸化水样；b、取 20μL-2.5mL的所述酸化水样于600-1200℃下高温燃烧，取20μL-2.5mL的所述酸化水样于100-300℃下低温燃烧；c、分别测定高温燃烧和低温燃烧产生的气体成分及含量；d、计算化学需氧量。该方法测试步骤简单，试剂量小，仅需 40μL-5mL，远低于传统测试方法的50-120mL，且测试方法绿色环保，无需使用重铬酸钾、高锰酸钾、硫酸汞、硫酸银、浓硫酸等会产生二次污染的试剂。

(2)本发明所述的测定水质化学需氧量的方法，分别在高温和低温条件下使水样进行燃烧反应，得到的燃烧产物经红外检测器测定，得到产物的成分和含量，通过氧原子数量补偿法和最小二乘法得出化学需氧量的计算公式，其测定精确度高，测定浓度最低可达0.01mg/L，远高于传统重铬酸钾法的20g/L 的检测浓度和高锰酸钾指数法的0.5g/L的检测浓度。而且不受水体中氯离子的干扰，传统方法需要加入硫酸汞试剂屏蔽氯离子，但是这种方式并不能完全屏蔽氯离子，会使测试数值出现正偏差，同时硫酸汞还会产生二次污染。本发明所述的方法还具有测试时间短的优点，仅需20min，而传统方法则需要2.5h。

具体实施方式

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

本实施例提供一种测定水质化学需氧量的方法，其包括如下步骤：

a、将1mL水样用体积浓度为1％的盐酸进行酸化处理，得到酸化水样，所述盐酸与水样的体积比为1:10。

b、取25μL经过酸化处理的水样与经过净化处理的空气(由干燥法去除了二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮的空气)导入高温燃烧管，在600℃下高温燃烧，水样中有机物中的碳、硫、氮、氢经燃烧生成二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫和水，无机碳酸盐、硝酸盐燃烧生成二氧化碳和二氧化氮，液态水经燃烧转变为气态水，取25μL水样经过净化处理的空气导入低温燃烧管，在100℃下低温燃烧，经酸化处理的水样中的无机碳酸盐、硝酸盐分解生成二氧化碳、二氧化氮，液态水分子转变为气态水分子。

c、将高温燃烧生成的混合气体经红外检测器检测分析，由于特定波长范围的红外线可被二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫和气态水分子选择性吸收，且在一定浓度范围内，二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫和气态水分子的浓度与各自选择性吸收的红外线强度关系成正比，得出其中二氧化碳的物质的量为C1、二氧化氮的物质的量为N1、二氧化硫的物质的量为S1、水分子的物质的量为H1；将低温燃烧得到的混合气体用红外检测器检测分析，二氧化碳、二氧化氮、水分子的物质的量为C2、N2、H2。

d、计算化学需氧量，由于C1、N1、S1、H1分别为有机物和无机盐燃烧分解后得到的碳、氮、硫、氢的物质的量(即总碳、总氮、总硫和总氢)， C2、N2、H2为无机盐燃烧分解得到的碳、氮、氢的物质的量(即无机碳、无机氮和无机氢)，因此有机物中碳、氮、硫、氢(有机碳、有机氮、有机硫、有机氢)的物质的量C、N、S、H分别为C＝C1-C2、N＝N1-N2、S＝S1，H＝H1-H2，单位为mol，通过氧原子数量补偿法和最小二乘法计算化学需氧量＝k(2C+2N+2S+0.5H)/L，k为常数，其范围为28-32，本实施例中为28，其与C、N、S、H的比例有关，L为水样体积。

实施例2

本实施例提供一种测定水质化学需氧量的方法，其包括如下步骤：

a、将10mL水样用体积浓度为10％的盐酸进行酸化处理，得到酸化水样，所述盐酸与水样的体积比为1:50。

b、取5mL经过酸化处理的水样与经过净化处理的空气(由干燥法去除了二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮的空气)导入高温燃烧管，在1200℃下高温燃烧，水样中有机物中的碳、硫、氮、氢经燃烧生成二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫和水，无机碳酸盐、硝酸盐燃烧生成二氧化碳和二氧化氮，液态水经燃烧转变为气态水，取5mL水样经过净化处理的空气导入低温燃烧管，在300℃下低温燃烧，经酸化处理的水样中的无机碳酸盐、硝酸盐分解生成二氧化碳、二氧化氮，液态水分子转变为气态水分子。

c、将高温燃烧生成的混合气体经红外检测器检测分析，由于特定波长范围的红外线可被二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫和气态水分子选择性吸收，且在一定浓度范围内，二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫和气态水分子的浓度与各自选择性吸收的红外线强度关系成正比，得出其中二氧化碳的物质的量为C1、二氧化氮的物质的量为N1、二氧化硫的物质的量为S1、水分子的物质的量为H1；将低温燃烧得到的混合气体用红外检测器检测分析，二氧化碳、二氧化氮、水分子的物质的量为C2、N2、H2。

d、计算化学需氧量，由于C1、N1、S1、H1分别为有机物和无机盐燃烧分解后得到的碳、氮、硫、氢的物质的量(即总碳、总氮、总硫和总氢)， C2、N2、H2为无机盐燃烧分解得到的碳、氮、氢的物质的量(即无机碳、无机氮和无机氢)，因此有机物中碳、氮、硫、氢(有机碳、有机氮、有机硫、有机氢)的物质的量C、N、S、H分别为C＝C1-C2、N＝N1-N2、S＝S1， H＝H1-H2，单位为mol，通过氧原子数量补偿法和最小二乘法计算化学需氧量＝k(2C+2N+2S+0.5H)/L，k为常数，其范围为28-32，本实施例中为32，其与C、N、S、H的比例有关，L为水样体积。

实施例3

本实施例提供一种测定水质化学需氧量的方法，其包括如下步骤：

a、将5mL水样用体积浓度为5％的盐酸进行酸化处理，得到酸化水样，所述盐酸与水样的体积比为1:20。

b、取2mL经过酸化处理的水样与经过净化处理的空气(由干燥法去除了二氧化碳、二氧化硫、二氧化氮的空气)导入高温燃烧管，在800℃下高温燃烧，水样中有机物中的碳、硫、氮、氢经燃烧生成二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫和水，无机碳酸盐、硝酸盐燃烧生成二氧化碳和二氧化氮，液态水经燃烧转变为气态水，取3mL水样经过净化处理的空气导入低温燃烧管，在200℃下低温燃烧，经酸化处理的水样中的无机碳酸盐、硝酸盐分解生成二氧化碳、二氧化氮，液态水分子转变为气态水分子。

c、将高温燃烧生成的混合气体经红外检测器检测分析，由于特定波长范围的红外线可被二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫和气态水分子选择性吸收，且在一定浓度范围内，二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫和气态水分子的浓度与各自选择性吸收的红外线强度关系成正比，得出其中二氧化碳的物质的量为C1、二氧化氮的物质的量为N1、二氧化硫的物质的量为S1、水分子的物质的量为H1；将低温燃烧得到的混合气体用红外检测器检测分析，二氧化碳、二氧化氮、水分子的物质的量为C2、N2、H2。

d、计算化学需氧量，由于C1、N1、S1、H1分别为有机物和无机盐燃烧分解后得到的碳、氮、硫、氢的物质的量(即总碳、总氮、总硫和总氢)， C2、N2、H2为无机盐燃烧分解得到的碳、氮、氢的物质的量(即无机碳、无机氮和无机氢)，因此有机物中碳、氮、硫、氢(有机碳、有机氮、有机硫、有机氢)的物质的量C、N、S、H分别为C＝C1-C2、N＝N1-N2、S＝S1， H＝H1-H2，单位为mol，通过氧原子数量补偿法和最小二乘法计算化学需氧量＝k(2C+2N+2S+0.5H)/L，k为常数，其范围为28-32，其与C、N、S、H 的比例有关，L为水样体积，本实施例中，所述化学需氧量＝28.7 (2C+2N+2S+0.5H)/L。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (9)

1.一种测定水质化学需氧量的方法，其特征在于，包括如下步骤：

a、将水样用体积浓度为1-10％的盐酸进行酸化处理，得到酸化水样；

b、取20μL-2.5mL的所述酸化水样于600-1200℃下高温燃烧，取20μL-2.5mL的所述酸化水样于100-300℃下低温燃烧；

c、分别测定高温燃烧和低温燃烧产生的气体成分及含量；

d、计算化学需氧量。

2.根据权利要求1所述的测定水质化学需氧量的方法，其特征在于，所述高温燃烧后酸化水样中有机物和无机盐燃烧生成二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫和水，液态水转变为气态，所述二氧化碳、二氧化氮、二氧化硫和水分子的物质的量分别计为C1、N1、S1和H1。

3.根据权利要求2所述的测定水质化学需氧量的方法，其特征在于，所述低温燃烧后酸化水样中的无机盐燃烧生成二氧化碳、二氧化氮，液态水转变为气态，所述二氧化碳、二氧化氮和水分子的物质的量分别计为C2、N2和H2。

4.根据权利要求3所述的测定水质化学需氧量的方法，其特征在于，通过氧原子数量补偿法和最小二乘法计算化学需氧量：所述水样中有机物中碳、氮、硫和氢元素的物质的量分别为C、N、S、H，所述C＝C1-C2，所述N＝N1-N2，所述S＝S1，所述H＝H1-H2，所述化学需氧量＝k(2C+2N+2S+0.5H)/L，所述k为常数，所述L为水样体积。

5.根据权利要求4所述的测定水质化学需氧量的方法，其特征在于，所述k值为28-32。

6.根据权利要求5所述的测定水质化学需氧量的方法，其特征在于，所述化学需氧量＝28.7(2C+2N+2S+0.5H)/L，其中，所述L为水样体积。

7.根据权利要求6所述的测定水质化学需氧量的方法，其特征在于，所述气体成分及含量由红外检测器测定。

8.根据权利要求7所述的测定水质化学需氧量的方法，其特征在于，所述步骤a中水样体积为1-10mL，所述盐酸与水样的体积比为1：10-50。

9.根据权利要求8所述的测定水质化学需氧量的方法，其特征在于，所述高温燃烧、低温燃烧分别在高温燃烧管和低温燃烧管中进行。