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1、高锰酸盐指数是反映水体中有机和无机可氧化物质污染的常用指标,定义为:在一定条件下,用高锰酸钾氧化水样中的某些有机物及无机还原性物质,由消耗的高锰酸钾量计算相当的氧量。
2、高锰酸钾指数不能作为理论需氧量或总有机物含量的指标,因为在规定的条件下,许多有机物只能部分地被氧化,易挥发的有机物不包含在测定值之中。
3、以高锰酸钾溶液为氧化剂测得的化学耗氧量,以前称为锰法化学耗氧量。我国新的环境水质标准中,已把该值改称高锰酸盐指数,而仅将酸性重铬酸钾法测得的值称为化学需氧量。国际标准化组织(ISO)建议高锰酸钾法仅限于测定地表水、饮用水和生活污水,不适用于工业废水。
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中图分类号: U664.9+2文献标识码:A 文章编号:
引言
随着我国经济水平和国际地位的提高,城市污水的排放量也愈来愈多,可是与之配套的污水处理系统和方法却有待发展。可以说,为保证城市科学、合理的全面发展,对于城市污水的检测和处理至关重要。城市污水不但影响城市经济的提高,拖慢了其发展步伐;对于长远来看,严重破坏了生态环境;而且,还影响着居民的正常生活。总之,城市污水若不及时的进行处理和监测,则对于城市的生产、生活和环境都具有消极意义。下面主要谈论了对化学需氧量测定取样方面的理解。
一、废水的化学需氧量(COD)测定方法
1、原理:强酸性溶液中,准确加入过量的重铬酸钾标准溶液,加热回流,将水样中还原性物质(主要是有机物)氧化,过量的重铬酸钾以试亚铁灵作指示剂,用硫酸亚铁铵标准溶液回滴,根据所消耗的重铬酸钾标准溶液量来计算水样化学需氧量。
2、测定步骤
(1)取20.00mL混合均匀的水样(或适量水样稀释至20.00mL)置于250mL磨口的回流锥形瓶中,准确加入10mL 重铬酸钾标准溶液及数粒小玻璃珠或沸石,连接磨口回流冷凝管,从冷凝管上口慢慢地加入30mL硫酸-硫酸银溶液,轻轻摇动锥形瓶使溶液混匀,加热回流2h(自开始沸腾计时)。对于化学需氧量高的废水样,可先取上述操作所需体积的1/10的废水样和试剂于15×150mm硬质玻璃试管中,摇匀,加热后观察是否呈绿色。如果溶液呈绿色,再适当减少废水取样量,直至溶液不变绿色为止,从而确定废水样分析时应取用的体积。稀释时,所取废水样量不得少于5mL,如果化学需氧量很高,则废水样应多次稀释。废水中氯离子含量超过30mg/L时,应先把0.4g硫酸汞加入回流锥形瓶中,再加入20.00mL废水(或适量废水稀释至20.00mL),摇匀。
(2)冷却后,用90.00mL水冲洗冷凝管壁,取下锥形瓶。溶液总体积不得少于140mL,否则因酸度太大,滴定终点不明显。
(3)溶液再度冷却后,加3滴试亚铁灵指示液,用硫酸亚铁铵标准溶液滴定,溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点,记录硫酸亚铁铵标准溶液的用量。
(4)测定水样的同时,取20.00mL重蒸馏水,按同样操作步骤作空白实验。记录滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液的用量。剩下的就是计算测定方面的事情了。
二、废水的化学需氧量取样
生活污水和工业废水中因含有大量的粒、块状的悬浮颗粒,而且悬浮物分散的均匀性也很差,从而使被监测的水样极不均匀,而这些颗粒及悬浮物又是造成此类废水耗氧的重要因素。因此,要想取得此类废水准确的化学需氧量监测结果,关键还是是取样要具有代表性。为了使取样具有代表性,我们在取样时要注意以下几点:
1、污水取样点的选择
(1)监测一类污染物:在车间或车间处理设施的废水排放口设置采样点。
(2)监测二类污染物,在总排放口布设采样点。对已有污水处理设施的单位,在处理设施的总排放口布设采样点,若需了解废水处理效果,还要在处理设施进口设采样点。
2、充分摇匀水样
对污水水样的测定,取样前应将水样瓶塞塞紧后充分振摇,使得水样中的粒、块状悬浮物尽量分散开,以便移取到较为均匀、有代表性的水样。对处理后已变的较清的水样,也要将水样摇匀后再取样测定。我们通过对大量的污水水样进行化学需氧量检测时发现,充分振摇后水样的测定结果不易出现较大的误差,重复性较好。
3、取样
由于污水中含有大量不均匀的悬浮物,若摇匀后不快速取样,悬浮物会很快下沉。这样就造成取样的移液管吸口在取样瓶的上、中、下不同位置取得的水样浓度,特别是悬浮物的组成会大不一样,都不能代表该污水的实际状况,测得的结果也没有代表性。因此,摇匀后应立即快速取样,虽然由于振摇产生了气泡(在移取水样的过程中部分气泡会很快消散),取样的体积会因残余气泡的存在而在绝对量上存在一点误差,但这点绝对量上的减少所引起的分析误差与样品代表性的不符所造成的误差相比可以忽略不计。
4、 确保取样量
取样量太少,污水特别是原水中某种导致高耗氧的颗粒因分布不均匀很可能移取不上,这样测出的化学需氧量结果与实际污水的需氧量会相差很大。对同一样品采用2.00、5.00、10.00、20.00mL取样量做同等条件测定实验,发现取2.00mL原水(或最终出水)所测定的化学需氧量结果与实际水质往往不符,统计数据的规律性也很差;取5.00、10.00mL水样测定的结果规律性大有改善;取20.00mL水样测定的化学需氧量结果规律性非常好。
所以对于化学需氧量浓度较大的原水不应一味采用减少取样量的方法去满足测定中重铬酸钾加入量及滴定液浓度的要求,而应该在保证样品有足够的取样量、有充分代表性的前提下(一般在10.00—20.00mL范围之间)来满足样品特殊水质的要求,这样测定的数据才比较准确。
5、改造移液管,修正刻度线
由于水样中悬浮物粒径一般都大于移液管的出口管口径,因而用标准移液管移取生活污水样时,水样中的悬浮物总是很难取上。这样测定的只是部分去除悬浮物的污水化学需氧量值。另一方面,即使移取到一部分细小的悬浮物,由于移液管吸口太小,取满刻度需要的时间较长、污水中已摇匀的悬浮物逐渐下沉,移取出的也是极不均匀、并不代表实际水质状况的水样,这样测出的结果势必误差很大。因此用细吸口的移液管吸取生活污水样品测定化学需氧量无法测出正确的结果。所以移取生活污水水样特别是有着大量悬浮大颗粒的水样时,一定要将移液管稍加改造,将细孔的口径加大,使悬浮物可以快速吸入,再将刻度线进行校正、使测定更加方便。
6、调整重铬酸钾标准溶液的浓度或加入量
在标准化学需氧量分析方法中,重铬酸钾的浓度一般为0.25mol/L,在样品测定时的加入量为10.00mL,污水取样量为20.00mL。当污水的化学需氧量浓度较高时,一般采用少取样品或稀释样品的方法来满足以上条件对实验的限制。
三、结束语
综上所述,水质监测是水资源管理与保护的重要基础,治理污染最根本的是必须要掌握详实的数据,才能够设计解决方案。恰当的监测技术和有效的数据分析将污水中的污染物质量化地告诉想要解决问题的专家,便于专家提出适当的解决方案。对生活污水和工业污水进行水质化学需氧量的监测分析,最关键的控制因素是样品的代表性,如不能保证这一点,或忽略了影响水质代表性的任何一个环节,都将造成测定分析结果的错误,这样的话,就无法及时的进行污水处理,造成社会利益以及人们生活上的损失。
参考文献
中图分类号:TE992.2 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2014)21-0345-02
化学需氧量(COD),是在一定的条件下,采用一定的强氧化剂处理水样时,所消耗的氧化剂量。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等。但主要的是有机物。因此,化学需氧量(COD)又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大,说明水体受有机物的污染越严重。 化学需氧量(COD)的测定,随着测定水样中还原性物质以及测定方法的不同,其测定值也有不同。目前应用最普遍的是酸性高锰酸钾氧化法与重铬酸钾氧化法。
读取仪器显示数值,按下式计算:CODcr(O2,mg/L)=COD读数10/V式中:V――水样体积(mL)
一、高锰酸钾法测定化学需氧量
1、测定原理
KMnO4在强酸性溶液中表现为强氧化剂:
MnO4-+8H++5e-=Mn2++4H2O E0=1.51V
在中性或弱酸性溶液中:
MnO4-+4H++3e-=MnO2+2H2O E0=0.59V
在中性或弱碱性溶液中:
MnO4-+2H2O+3e-=MnO2+4OH- E0=0.59V
在强碱性溶液中,是较弱的氧化剂:
MnO4-+e-=MnO42- E0=0.56V.
在酸性条件下,高锰酸钾具有很高的氧化电位。因此它能将溶液中多数有机物氧化,并以化学耗氧量表示。以比较水中有机物含量的大小。化学耗氧量的测定,如以高锰酸钾作氧化剂,通常有两种方法:酸性条件下和碱性条件下,两者都以煮沸为主。
2、测定方法
I、在酸性溶液中测定化学耗氧量。
高锰酸钾在酸性中呈较强的氧化性,在一定条件下(煮沸过程中),使水中还原性物质被氧化,反应式如下:
4MnO4-+5C+12H+=4Mn2++5CO2+6H2O
然后加入过量的草酸钠标准溶液还原未反应的高锰酸钾:
2MnO4-+5C2O42-+16H+=2Mn2++10CO2+8H2O
再以高锰酸钾标准溶液回滴过量的草酸钠,利用水样消耗的高锰酸钾的量,计算水中还原性物质的量。从而求得水中的需氧量。用氧含量(mg/L)表示。实验步骤:
(1)量取适量水样置于250mL锥形瓶中,用蒸馏水稀释至100mL。
(2)加入10mL1:3硫酸溶液,摇匀(当水样中有氯离子时,加硫酸银加以掩蔽)。?(3)用移液管精确加入10mL0.01mol/L高锰酸钾标准溶液,在电炉上准确煮沸10min后停止加热(煮沸时,控制温度,不能太高。严格控制煮沸时间,也即氧化-还原反应进行的时间,才能得到较好的重现性)。?(4)迅速加入10mL0.01mol/L草酸钠标准溶液,此时溶液应褪色。 (5)继续用0.01mol/L高锰酸钾标准溶液滴定至微红色,并经1min不消失为止。记录0.01mol/L高锰酸钾标准溶液的消耗量V1(mL)。同时作空白实验。(6)KMnO4标准溶液校正系数(K)的测定:在上面滴定完的溶液中,加入10.00mL0.01mol/LNaC2O4标准溶液,用0.01mol/LKMnO4标准溶液滴定到浅粉色30S不褪为终点。记录消耗KMnO4标准溶液的体积V2(mL)。K=10/V2
3、结果计算。
COD(O2,mg/L)=[(10.00+V1)K-10.00-V0]C81000/V式中:V0――空白消耗高锰酸钾标准溶液的体积(ml)
V1――水样消耗高锰酸钾标准溶液的体积(ml)V――水样体积(mL)
K――KMnO4标准溶液校正系数10
C――高锰酸钾标准溶液的浓度(mol/L)8――1/2氧原子的摩尔质量(g/mol)。
II、 在碱性溶液中测定化学耗氧量
氧化有机物的反应在碱性溶液中比在酸性溶液中快,采用加入过量KMnO4并加热的方法可进一步加速反应。测定时加入一定量过量的KMnO4标准溶液到有10%NaOH溶液的试样中,溶液中发生如下反应:
C-有机物+MnO4-+3OH-CO32-+MnO42-+H2O
待溶液中反应完全后将溶液酸化,MnO42-歧化成MnO4-和MnO2,加入过量NaC2O4标准溶液还原所有高价锰为Mn2+。最后再以KMnO4标准溶液滴定剩余的NaC2O4。由加入KMnO4的量和NaC2O4的量,计算出水样的化学需氧量,实验如下。
(1)量取适量水样置于250mL锥形瓶中,用蒸馏水稀释至100mL。(2)加入2mL10%氢氧化钠溶液,摇匀。
(3)用滴定管精确加入10mL0.01mol/L高锰酸钾标准溶液,在电炉上准确煮沸10min后停止加热。
(4)迅速加入10mL1:3硫酸溶液和10mL0.01mol/L草酸钠标准溶液,此时溶液应褪色。
(5)继续用0.01mol/L高锰酸钾标准溶液滴定至微红色,并经lmin不消失为止。记录0.01mol/L高锰酸钾标准溶液的消耗量V1(mL)。同时作空白实验。(6) 计算结果:同酸性溶液中测定耗氧量法。
4、结果与讨论。
COD测定方法的精密度与准确度。
COD是通过测试样品中的有机物在氧化剂(重铬酸钾或高锰酸钾)氧化过程中,所消耗掉的氧化剂的量,从而间接地得出样品中有机物浓度的一种方法。
COD是一种实验方法,并不是一种分析方法。物质世界中并没有COD这种成分或元素。在测试特定成分或元素时,即使测试方法不同,但只要准确测试出需测试的成分或元素即可;而COD则不同,必须严格按照规定方法的条件和程序进行分析,这点非常重要。据以往对COD的测试和相关文献报道,有机物的氧化率很容易受到氧化剂或药品种类、浓度及加热温度、反应时间的影响。由此可知,必须严格按照规定方法进行测试,否则COD的测试结果大不相同。
采取上述高锰酸钾法(酸性溶液和碱性溶液)和重铬酸钾法,在实验条件下,分别对浓度为50mg/L、125mg/L、250mg/L的三种COD值的COD标准溶液进行6次平行测定,从实验测定的数据结果得出。
(1)精密度:由于影响COD测定的因素较多,根据相关规定可见两种分析方法的精密度都还是比较可靠的。对三种不同浓度的COD标准溶液进行6次平行测定,测定结果的相对标准偏差最高为1.68%(碱性条件下用高锰酸钾法测50mg/L的COD的标准溶液的测定结果)。表明不管是高锰酸钾法(酸性条件和碱性条件下)还是重铬酸钾法都具有良好的精密度。(2)准确度:对于COD值为低浓度的标准溶液,高锰酸钾法和重铬酸钾法的准确度基本一致,均能满足测试要求。而对于高浓度COD值的标准溶液,重铬酸钾法准确度高,而高锰酸钾法测定结果显著偏低。总之,重铬酸钾法对高浓度和低浓度COD值进行测定均适宜,对于COD值高的水样可以稀释后测定;对于COD值低的水样可以直接进行测定,本实验室所用COD测定仪可测定COD值低至0.5-3mg/L的水样。
5、结论
I、配制一定浓度的COD标准溶液,采用重铬酸钾法和高锰酸钾法测定COD值,对于高浓度和低浓度的COD标准溶液,重铬酸钾法都具有良好的精密度和准确度;高锰酸钾法(酸性条件或碱性条件)具有良好的精密度。但在准确度上,对于高浓度的COD标准溶液,高锰酸钾法准确度低(结果显著偏低);而对于COD值为低浓度的标准溶液,两种方法的准确度相差不大。
II、采用重铬酸钾法和高锰酸钾法测定废水样品的COD值,两种试验方法的结果差别很大。因为两种方法的试验条件不同,且氧化剂在不同介质中的氧化性也有差别,应根据不同的水质情况选择相应的分析方法。
化学需氧量(C h e m i c a l O x y g e n Demand,COD)是评价水体有机污染程度的综合指标,在我们炼油企业,COD是排放污水水质监测的一个重要参数。它是指在一定条件下,用强氧化剂处理时,水体中易被强氧化剂氧化的还原性物质所消耗的氧化剂的量,一般以氧的质量浓度表示,以mg/ L 记。COD超标会造成水体表面质量下降,不同程度地威胁水体中生物群的生存。因此,及时掌握和控制环境中COD值,对环境水质的污染防治和监测具有极为重要的意义。目前,测定废水中COD的方法很多,但广泛采用的是被认为是标准法的重铬酸钾法(CODCr)。标准法对样品氧化完全,测定结果准确,重现性好。但不足之处是加热回流时间较长(2h),消耗试剂毒性大,容易造成二次污染,为进行逐日的控制分析,需要快速、高效的分析方法,以便尽快反映出水质的污染情况。我参照了有关资料,对COD的测定方法进行了改进,并在回流时间和催化剂加入量方面进行了大量的试验工作。
2 结果与讨论
2.1 加热回流时间试验
试验对不同废水样品在本方法的条件下测定其COD值,观察在回流40min、60min、80min、100min、120min不同时间下的氧化效果,结果见表1。
通过对以上数据分析可得到如下结论:COD值在700mg/L以下时,COD值随回流时间的加长先升高后稳定,在回流80min与回流120min时测定COD值基本是相同的。而当COD值大于700mg/L时需按照国标法的2h回流测定能更准确些。
2.2 催化剂(硫酸-硫酸银)加入量试验
试验过程中考察了不同废水在回流过程中,催化剂(硫酸-硫酸银)的加入量 10mL、15mL、20mL、25mL、30mL时,COD值的变化情况如下表2:
从表2可以看出当C O D测定值大于500mg/L时,水体污染较严重,若催化剂的加入不够会使结果偏低,但是当COD测定值小于500mg/L时,水体污染不是很严重,可以酌情减少催化剂的量,从表中可以看出催化剂的量控制在20ml左右时,就可以准确测定COD值。
2.3 精密度试验
为了考察本方法的精密度,试验用本方法对COD标准值为101mg/L的试样连续测定7次,结果见表3。由表3数据可以看出本方法的精密度RSD为2.73%小于国标法中的4.0%。
2.4 本法与国标法的比较
试验对不同的水样(COD值
3 结论
(1)通过试验可以看出,对于废水样来说回流时间长短、催化剂量多少等对化学需氧量的测定都有影响,当化学需氧量小于500mg/l时,催化剂量为20mL、回流80min,就能较准确地测定化学需氧量。
(2)改进的分析方法既节省试剂又节省时间,而且准确度高,方法简单,适用于污水处理过程中污染较轻水样的化学需氧量( CODcr)控制分析。
(3)不足之处:不能对污染较严重、不知水样来源的样品进行准确分析。
中图分类号:TQ151文献标识码: A
一、前言
用重铬酸钾法测定高氯废水中化学需氧量的方法众多,要求较为严谨,若要求准确度达标,则需要认真对待每道程序。
二、重铬酸钾法的原理及化学需氧量简介
重铬酸钾法的原理是在强酸性溶液中,一定量的重铬酸钾氧化水样中还原性物质,过量的重铬酸钾以试亚铁灵作指示剂、用硫酸亚铁铵溶液回滴。根据用量算出水样中还原性物质消耗的氧。 酸性重铬酸钾氧化性很强,可氧化大部分有机物,加入硫酸银作催化剂时,直链脂肪族化合物可完全被氧化,而芳香族有机物却不易被氧化,吡啶不被氧化,挥发性直链脂肪族化合物、苯等有机物存在于蒸气相,不能与氧化剂液体接触,氧化不明显。氯离子能被重铬酸盐氧化,并且能与硫酸银作用产生沉淀。
化学需氧量(CODCr)是在一定条件下,用一定的强氧化剂处理水样时所消耗的氧化剂的量,以含氧量(mg/L)来表示。在工业废水的水质监测中,CODCr 的测定是一个重要的分析指标[1-2],其反映了水中受还原性物质污染的程度,若将CODCr视为还原性物质的污染指标,则除Cl-以外的无机还原性物质的耗氧全部包括在内;如果将CODCr视为有机物的污染指标,则需将无机还原物质的耗氧除去。总之,在CODCr测定中Cl-的干扰一定要排除[3-4]。用标准分析方法,测定Cl-浓度高于2 000 mg/L的样品时,获得CODCr值往往偏高,如何除去Cl-的干扰和进行校正,目前尚无统一的方法。为了能准确、简易地测定高浓度Cl-的CODCr值,该试验着重探讨了用液体硫酸汞代替固体硫酸汞络合水样中的Cl-,研究其结果对化学需氧量的影响。
三、关于重铬酸钾标准方法
1.重铬酸钾的标准原理
重铬酸钾的标准原理,也就是在水样中加入一定量的重铬酸钾和催化剂硫酸银,并且要在强酸性介质中加热回流一段时间,液体中部分重铬酸钾,可被水样中可氧化物质还原,而用硫酸亚铁铵,来滴定剩余的重铬酸钾,就可以完全根据所消耗重铬酸钾的量来计算COD的值。
2.使用的仪器
使用的装置包括:500mL全玻璃回流装置;加热装置(电炉);3.25mL或50mL酸式滴定管;锥形瓶、移液管、容量瓶等。
3.使用的试剂
所使用的试剂:(一)重铬酸钾标准溶液0.2500mol/L;(二)试亚铁灵指示液;(三)硫酸亚铁铵标准溶液[C(NH4)2Fe(SO4)2・6H2O≈0.1mol/L];(四)硫酸银溶液。
4.重铬酸钾标准法测定的基本步骤
第一阶段:首先,要对硫酸亚铁铵进行标定,并且要准确吸取10.00mL重铬酸钾标准溶液于250mL锥形瓶中;其次,要使溶液加水稀释至110mL左右,缓慢加入10mL浓硫酸,摇匀、冷却后,加入3滴试亚铁灵指示液约为0.15mL;最后,用硫酸亚铁铵溶液滴定,溶液的颜色由黄色变为蓝绿色,最终变红褐色即为终点。
第二阶段:要取20mL水样,并且要加入10mL的重铬酸钾,插上回流装置;再加入30mL硫酸银,加热回流2h冷却后,用90.00mL水冲洗冷凝管壁,取下锥形瓶。溶液再度冷却后,加3滴试亚铁灵指示液,用硫酸亚铁铵标准溶液进行滴定,此时溶液的颜色由黄色,蓝绿色至红褐色即为终点,并记录硫酸亚铁铵标准溶液的用量,测定水样的时,20.00mL重蒸馏水,按同样操作步骤作空白实验,记录滴定空白时硫酸亚铁铵标准溶液的用量。
5.注意事项
(一)如果使0.4g硫酸汞,则络合氯离子的最高量可达40mg;如果取用20.00mL水样,即最高可络合2000mg/L氯离子浓度的水样;如果氯离子的浓度较低,也可少加硫酸汞,使保持硫酸汞:氯离子等于10:1;如果出现少量氯化汞沉淀,并不影响测定。
(二)该方法所测定COD的范围为50-500mg/L,而对于化学需氧量小于50mg/L的水样,应改用0.0250mol/L重铬酸钾标准溶液,回滴时用0.01mol/L硫酸亚铁铵标准溶液,对于COD大于500mg/L的水样还应稀释后再来测定。
(三)水样加热回流后,溶液中重铬酸钾剩余量最好应为加入量的1/5-4/5为宜。
(四)每次实验时,应对硫酸亚铁铵标准滴定溶液进行标定,室温较高时尤其注意其浓度的变化。
四、重铬酸钾法测定高氯废水中化学需氧量的监测意义及方法
1.化学需氧量的监测,按照《地表水和污水监测技术规范》的要求,进行布点采样和记录。监测过程中注意以下事项:一是采集水样前,应先用水样洗涤采样容器、盛样瓶及塞子2~3次。二是采集均匀水样。三是水样保存。测定化学需氧量的水样加了固定剂和在冷藏条件下可保存7 d,但工作中发现即使水样在这样的保存条件下其化学需氧量的含量仍在不断下降,因此必须对样品及时分析。
2.重铬酸钾法测定高氯废水中化学需氧量分析方法
(一)取样要有代表性。充分振摇水样。取样前应将样品瓶塞塞紧充分振荡,使水样中的粒、块状悬浮物尽量散开,以便取到较为均匀、有代表性的水样。同样,对较清澈的水样也要充分摇匀后再取样测定。
(二)水样摇匀后应立即取样。由于污水中含有大量不均匀的悬浮物,若摇匀后不快速的取样,悬浮物会很快下沉。虽然由于振摇产生了气泡,取样的体积会因残余气泡的存在而在绝对量上存在一点误差,但这点绝对量上的误差所引起的分析误差与样品代表性的不符所造成的误差相比可以忽略不计。
(三)取样量不能太少。取样量太少,污水特别是原水中的某种高耗氧的颗粒因分布不均很可能没取到,这样测出的结果与实际污水的化学需氧量会有较大误差
(四)氯离子的干扰。在化学需氧量的测定中,氯离子是主要干扰。传统的测定方法是采用加入硫酸汞,二价汞离子与氯离子生成络合物的方法来消除氯离子的干扰。缺点是汞盐会造成对环境的二次污染,对于高氯废水,这种汞盐掩蔽法也并不能完全消除氯离子的干扰,而利用半导体氧化物的强氧化性降解有机污染物,修复环境的这项技术,其最大的优点是在不使用汞盐的情况下,降低氯离子的干扰。也有监测人员用滴加硝酸银溶液的方法来消除氯离子的干扰。
(五)加热条件的影响。加入水样和试剂后,要轻轻摇动,混合均匀后放到加热器上回流,加热回流的温度对实验结果是有明显影响,温度太低,反应不完全,数据偏低;温度太高,重铬酸钾消耗过头,也会使数据偏高,还易引起突沸情况。在消解过程中应注意观察水样是否达到稳定的沸腾状态,由于加热器的加热温度达不到完全均衡,回流管壁的厚度也会略有差别,所以在样品同时放入COD加热器后,其到达沸腾的时间很可能不一致。要从开始沸腾的一刻计时,对每个样品的起沸时间根据实际情况分别记录,保证每个样品在沸腾状态下回流2h,达到消解完全的目的。
(六)滴定过程注意事项。被测溶液需要加热回流2个小时,冷却后,用90ml水冲洗冷凝管顶部,并冲洗冷凝管磨口部分、玻璃加热管磨口部分,然后转移至锥形瓶中,一定要保证冲洗完全,且溶液总体积不得少于140ml,否则酸度太大,滴定终点不明显。为保证溶液总体积,可事先用量筒量取90ml蒸馏水,灌入洗瓶中使用。冲洗后再次冷却,直至降至室温后滴定。如果冷却程度不够,即还有余热,则所测试的结果会偏低。指示剂的加入不能过早,在每个试样滴定前加入效果最好,不能统一加指示剂,再依次滴定,这样会造成实验误差。滴定时不能激烈摇动锥形瓶,否则易造成瓶内试液溅出水花,影响测定结果。在判定滴定终点时,注意观察,溶液的颜色由黄色经蓝绿色至浅红褐色即为终点,接近终点时放慢滴定速度,切忌滴定过量。使用的硫酸亚铁铵浓度约为0.1mol/L,重铬酸钾为10.00mL、0.25mol/L,从减少分析滴定误差的角度来看,水样的滴定体积在15~20ml左右为佳。
五、结束语
通过用重铬酸钾法测定高氯废水中的化学需氧量的探讨,需要明白的是,不仅是设施及方法的问题,更多的是人为的因素,过程中注意细节操作是不能忽视的,更重要的是,认真对待每次的工作,从而累积更多经验。
Abstract: In studying the treatment of atrazine-containing wastewater with ion exchange fibers, comparisons were made between the adsorptive capacities of strong acid type cation exchange fiher and weak acid type cation exchange fiber with static method and dynamic method. Results of the study showed that strong acid type cation exchange fiber can be use in the treatment of wastewater which contains atrazine and other organisms, with which the CODcr in the wastewater can be reduced by 86% and the CODcr can be up to the discharge standard after atwo-stage adsorption. The ion exchange fiber can be regenerated with 1 mol/L sodium chloride solution or sodium hydroxide solution.
Key words: pesticide-containing wastewater; wasterwater treatment; ion exchange fiber for treatment of
wastewater; atrazine
离子交换纤维是一种新型离子交换材料,它和离子交换树脂一样,含有固定离子,并有与固定离子符号相反的活动离子,在水中,活动离子可和相同符号的离子进行交换,和离子交换树脂相比,它的特点是比表面积较大、交换与洗脱速度快、容易再生,可以短纤维、无纺布、网、织物等多种形式应用,可去除水中微量无机离子或有机物。 阿特拉津是一种农药(除草剂),化学名2-氯4-乙胺基6-异丙胺基1,2,3三嗪,又名莠去津(Atrazine),应用广泛,但毒性较大。本文对采用离子交换纤维处理这种废水进行了研究。
1 试验部分
1.1 试验用水
阿特拉津饱和水溶液为实验室配制,农药厂废水为工厂提供。农药厂废水含阿特拉津、乙胺、异丙胺、苯胺及氢氧化钠。氯化钠等,种类多含量低,尤其是吸附后含量更低,用一般方法很难分别测定,故采用化学耗氧量(CODcr)来代表总有机物的污染程度。经测定,阿特拉津饱和水溶液的CODcr的质量浓度为160mg/L,农药厂废水CODcr的质量浓度为728mg/L。
1.2 纤维及其预处理
强酸阳离子交换纤维(含-SO3H)、弱酸阳离子交换纤维(含-COOH)为本实验室制备。 取强酸阳离子交换纤维,用浓度为1mol/L氢氧化钠溶液浸泡纤维12h洗至中性即得到强酸(钠型)。
取弱酸阳离子交换纤维,用浓度为1mol/L的氢氧化钠溶液浸泡纤维12h洗至中性即得到弱酸(钠型)。用浓度为1mol/L的盐酸浸泡纤维12h洗至中性即得到弱酸(氢型)。
1.3 静态离子交换法
准确称取强酸(钠型)、弱酸(钠型)、弱酸(氢型)各1g,各2份分别放人烧杯中,加入阿特拉津饱和水溶液100mL,静置3h,测定溶液的化学耗氧量(CODcr)。
1.4 动态离子交换法
准确称取强酸(钠型)、弱酸(钠型)、弱酸(氢型)各4g,先浸湿,再装入吸附柱中,加入清水,使水的液面稍高于纤维层,取100mL阿特拉津饱和水溶液移人滴液漏斗中,控制滴加的速度和流过纤维的速度基本相同,液面位置基本不变,流下的水弃之,流下的尾液再循环流过纤维,测尾液的化学耗氧量(CODcr)。
2 结果和讨论
中图分类号:P258 文献标识码:A
化学耗氧量(COD)是指在一定条件下,采用一定的强氧化剂处理水时所消耗的氧化剂量,折算成氧的量(单位为mg/L)。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。除特殊水样外,还原性物质主要是有机物。化学耗氧量(COD)是人们评价水体被污染程度的一项重要的综合性指标,对于河流和工业废水的研究及污水处理厂的效果评价来说,它是一个重要而相对易得的参数,是环境监测中的必测项目。经典的重铬酸钾法存在试剂费用高、二次污染重、空间占地大、耗时长、消耗大量电力和冷却水等缺点,不适应大批量样品的测定,不能适应日益繁重的环境污染监测需要。目前,国内水环境监测部门大多采用GB11914-1989方法测定化学耗氧量COD,此方法需要经过高温加热回流2h后,再进行化学滴定方法进行测定,耗时耗电。而利用“微波密封消解COD,快速测定仪(简称“微波消解法”)进行消解,可以将消解时间缩短至15min以内;同时,强酸试剂耗量小,减少了操作的危险性;微波消解法方法原理及操作接近GB11914-1989方法,易于理解与掌握。
1.适用范围
微波消解法适用于各类型的含COD值大于30mg/L的水样;对未经稀释的水样的测定上限为1280mg/L。微波消解法不适用于含氧化合物大于2000mg/L(稀释后)的含盐水,若氯离子浓度过高时,可视实际情况稀释水样或补加适量硫酸汞,保持[Cl-]:[HgSO4]=2000:0.10的比例,若少量沉淀出现,亦不影响测定。
2.干扰及消除
酸性重铬酸钾氧化性很强,刻氧化大部分有机物,加入硫酸银作催化剂是,直链脂肪族化合物可完全被氧化,而芳香族有机物却不易被氧化,吡啶不被氧化,挥发性直链脂肪族化合物、苯等有机物存在于蒸汽相,不能与氧化剂液体接触,氧化不明显。氯离子能被重铬酸
盐氧化,并且能与硫酸银作用产生沉淀,影响测定结果,故在回流前向水样中加入硫酸汞,使成为络合物以消除干扰。氯离子含量高于1000mg/L的样品应先作定量稀释,使含量降低至1000mg/L以下,再行测定。微波消解法不适用于含氯化合物大于2000mg/L(稀释后)的含盐水,若氯离子浓度过高时,可视实际情况稀释水样或补加适量硫酸汞,保持[Cl-]:[HgSO4]=2000:0.10的比例,若少量沉淀出现,亦不影响测定。
3.原理
在水样中加入已知量的重铬酸钾溶液,并在强酸介质下以银盐作催化剂,经微波消解后,以试亚铁灵为指示剂,用硫酸亚铁铵滴定水样中未被还原的重铬酸钾,由消耗的硫酸亚铁铵的量换算成消耗氧的质量浓度。微波消解过程是用频率为2450MHz(兆赫)的电磁波(称微波)能量来加热反应液,反应液中分子产生高速摩擦运动,使其温度迅速升高,另外还采用密封消解方式,使消解罐内部压力迅速提高到约203Kpa。因此,此方法不仅缩短了消解时间,而且可以抑制氯离子被重铬酸钾氧化成氯气。
4. 试剂
4.1硫酸银(Ag2SO4)分析纯
4.2硫酸汞(HgSO4)分析纯
4.3浓硫酸(H2SO4)98%,ρ=1.84g/L
4.4硫酸银—硫酸试剂
向1L硫酸(4.3)中加入10g Ag2SO4 (4.1),放置1—2d使之溶解,并混匀,使用前小心摇动。
4.5 重铬酸钾标准溶液
(1)浓度为C(1/6K2Cr2O7=0.2000mol/L)的重铬酸钾标准溶液。将9.806g在120℃烘干2h的重铬酸钾(G.R)溶于500ml水中,边搅拌边慢慢加入浓硫酸(98%)250ml,冷却后,移入1000ml容量瓶,释至刻度,摇匀。此溶液适用于含氯离子浓度小于1000mg/L的水样。
(2)浓度为C(1/6K2Cr2O7=0.1000mol/L)的重铬酸钾标准溶液。将(1)中的溶液稀释2倍而成。
(3)浓度为C(1/6 K2Cr2O7=0.2000mol/L)的重铬酸钾标准溶液(含硫酸汞)。将9.806g在
120℃烘干2h的重铬酸钾(基准)溶于600ml水中,再加入硫酸汞25.0g,边搅拌边慢慢加入浓酸250ml,冷却后,移入1000ml的容量瓶中,稀释至刻度,摇匀。此溶液适用于含氯离子浓度大于100mg/L的水样。
4.6硫酸亚铁铵标准溶液
(1)浓度为[(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O]=0.0420mol/L的硫酸亚铁铵标准滴定溶液。溶解16.6g[(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O]于水中,加入20ml浓硫酸待其冷却后稀释至1000ml,临用前,用重铬酸钾标准溶液标定。标定方法:准确吸取5ml重铬酸钾标准溶液4.5(1)与150ml锥形瓶中,加入稀释至约30ml左右,缓慢加入浓硫酸5ml,混匀,冷却后,加入2滴试亚铁灵指示剂(约0.10ml),用硫酸亚铁铵溶液滴定,溶液的颜色由黄色经蓝绿色至红褐色即为终点。
C[(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O]=(0.2000*5)/V
式中C—硫酸亚铁铵标准溶液的浓度,mol/L。
V—硫酸亚铁铵标准容移动滴定用量,ml。
5. 仪器
5.1 消解装置:微波密封消解COD快速测定仪。150ml锥形三角瓶等常用实验室仪器。
5.225ml酸式滴定管。
6. 测试步骤
6.1 用刻度移液管吸取水样5.00ml置于消解罐中,准确加入5.00ml消解液和5.00ml催化剂,摇匀。
6.2 旋紧密封盖,注意使消解罐密封良好,将罐均匀放置入消解炉玻璃盘上,离转盘边沿约2cm圆周上单圈排好,关好炉门。
6.3 样品的消解时间取决于放置的消解罐数目,消解不同数目样品(不得少于3个),可按表1输入消解时间。
6.4滴定法测定COD结果。当定时消解完成时,消解炉发出鸣响。过2min后,将消解罐取出,冷却,打开密封盖,将反应液转移到150ml锥形瓶中,用蒸馏水冲洗消解罐帽2-3次,冲洗液并入锥瓶中,控制体积约30ml,加入2滴试亚铁灵指剂,用硫酸亚铁铵标准溶液回滴,溶液的颜色由色经蓝绿色至红褐色即为终点。记录硫酸亚铁铵准溶液的用量,按下式计算出CODcr值:
CODcr(O2mg/L)=[(v0-v1)*c*8*1000]/v2
式中v0—空白消耗硫酸亚铁铵量,ml;
v1—水样耗硫酸亚铁铵量,ml;
v2—水样体积,ml;
c—硫酸铁铵溶液的浓度,mol/L;
8—氧(1/2O)摩尔质量,g/mol
7. 方法验证与检测下限
7.1微波消解方法精密度、准确度偏性试验
依照《水环境监测规范》(SL219-98)的要求在6d内分别对空白溶液、质控使用的标准溶液、自配谷氨酸标准溶液进行检测,经对检测结果统计算,得出空白相对标准偏差小于0.15%,标准溶相对标准偏差小于4.3%,相对误差小于±0.3%。详见表2。
7.2与GB/T11914-1989对照试验
以地表水、入河排污口水样,进行微波消解法与GB/T11914-1989方法的对照试验,经统计计算结果表明:对于COD大于50mg/L水样,2种方法比线性相关系数r>0.999;对于COD小于50mg/L水样,2种方法相比线性相关系数r>0.99。详见表3
7.3检测下限
以表2中空白相对标准偏差最大的9个反应罐6d测定空白数据进行统计检测下限。
在测试中应用[(NH4)2Fe(SO4)2.6H2O]=0.0420mol/L的硫酸亚铁铵标准滴定溶液,其
标定体积为23.58ml。以v0=23.58v1=白滴定体积,按公式CODcr(O2mg/L)=[(v0-v1)*c*8*1000]/v2进行计算空白中COD含量。详细数据见表4 。
8. 注意事项
8.1此方法中的消解炉为微波炉,应严格按微波炉使用常识进行操作及维护保养。
8.2炉腔内空载时,严禁启动。为安全考虑,空载时建议炉腔内放一杯清水,加负荷前把它取出。
8.3对于COD小于50mg/L的水样,可改用0.1000mol/L重铬酸钾消解液。回滴时用0.021mol/L硫酸亚铁铵标准溶液。结果大于1300mg/L时,水样应适当稀释,适当延长消解时间,或增加重铬酸钾浓度(改用0.4mol/L),回滴时用0.084mol/L硫酸亚铁铵标准溶液。
8.4向消解罐中加入各种溶液时,移液管不能接触消解罐内壁,避免破坏内壁光洁度,造成分析误差。清洗时,亦严禁使用硬质工具,避免破坏内光洁度。
8.5消解结束后的消解罐内仍持续高温、高压,应置冷或用冷水冷却后,才能打开密封盖,避免溶液溅出烫伤人。
8.6该方法要求装置以全功率来消解样品,不可随意改变“消解时间设定表”中设定的消解时间。
参考文献:
中图分类号: G633.8 文献标识码: A 文章编号:
一.前言
化学需氧量是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量。化学需氧量(COD)的检测,随着测定水样中还原性物质以及测定方法的不同,其测定值也有不同。目前应用最普遍的是重铬酸钾氧化法与酸性高锰酸钾氧化法。重铬酸钾(K2Cr2O7)法,氧化率高,再现性好,适用于测定水样中有机物的总量。高锰酸钾(KmnO4)法,氧化率较低,但比较简便,在测定水样中有机物含量的相对比较值时,可以采用。有机物对工业水系统的危害很大。因此,不管对除盐、炉水或循环水系统,COD都是越低越好,但并没有统一的限制指标。在循环冷却水系统中COD(KmnO4法)>5mg/L时,水质已开始变差。
二.化学需氧量
所谓化学需氧量(COD),是在一定的条件下,采用一定的强氧化剂处理水样时,所消耗的氧化剂量。它是表示水中还原性物质多少的一个指标。水中的还原性物质有各种有机物、亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等。但主要的是有机物。因此,化学需氧量(COD)又往往作为衡量水中有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大,说明水体受有机物的污染越严重。 化学需氧量COD(Chemical Oxygen Demand)是以化学方法测量水样中需要被氧化的还原性物质的量。水样在一定条件下,以氧化1升水样中还原性物质所消耗的氧化剂的量为指标,折算成每升水样全部被氧化后,需要的氧的毫克数,以mg/L表示。它反映了水中受还原性物质污染的程度。该指标也作为有机物相对含量的综合指标之一。
一般测量化学需氧量所用的氧化剂为高锰酸钾或重铬酸钾,使用不同的氧化剂得出的数值也不同,因此需要注明检测方法。为了统一具有可比性,各国都有一定的监测标准。
化学需氧量还可与生化需氧量(BOD)比较,BOD/COD的比率反映出了污水的生物降解能力。生化需氧量分析花费时间较长,一般在20天以上水中生物方能基本消耗完全,为便捷一般取五天时已耗氧约95%为环境监测数据,标志为BOD5。化学需氧量表示在强酸性条件下重铬酸钾氧化一升污水中有机物所需的氧量,可大致表示污水中的有机物量。
三.化学需氧量检测方法
1.重铬酸盐法
化学需氧量测定的标准方法以我国标准GB/T11914《水质化学需氧量的测定重铬酸盐法》和国际标准ISO6060《水质化学需氧量的测定》为代表,该方法氧化率高,再现性好,准确可靠,成为国际社会普遍公认的经典标准方法。其测定原理为: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,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。所用氧化剂为重铬酸钾,而具有氧化性能的是六价铬,故称为重铬酸盐法。然而这一经典标准方法还是存在不足之处:回流装置占的实验空间大,水、电消耗较大,试剂用量大,操作不便,难以大批量快速测定。
2.高锰酸钾法
高锰酸钾法以高锰酸钾作氧化剂测定COD,所测出来的称为高锰酸钾指数。
3.分光光度法
以经典标准方法为基础,重铬酸钾氧化有机物物质,六价铬生成三价铬,通过六价铬或三价铬的吸光度值与水样COD 值建立的关系,来测定水样COD 值。采用上述原理,国外最主要代表方法是美国环保局EPA.Method 0410.4 《自动的手动比色法》、美国材料与试验协会ASTM:D1252—2000《水的化学需氧量的测定方法B—密封消解分光光度法》和国际标准ISO15705—2002《水质化学需氧量(COD)的测定小型密封管法》。我国是国家环保总局统一方法《快速密闭催化消解法(含分光度法)》。
4.快速消解法
经典的标准方法是回流2h 法,人们为提高分析速度,提出各种快速分析方法。主要有两种方法:一是提高消解反应体系中氧化剂浓度,增加硫酸酸度,提高反应温度,增加助催化剂等条件来提高反应速度的方法。国内方法以GB/T14420—1993《锅炉用水和冷却用水分析方法化学需氧量的测定重铬酸钾快速法》及国家环保总局推荐的统一方法《库仑法》和《快速密闭催化消解法(含光度法)》为该方法的代表。国外以德国标准方法DIN38049 T.43 《水的化学需氧量的测定快速法》为代表。
5.快速消解分光光度法
化学需氧量(COD)测定方法无论是回流容量法、快速法还是光度法,都是以是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,在硫酸酸性条件测定COD 消解体系为基础的测定方法。在此基础,人们为达到节省试剂减少能耗、操作简便、快速、准确可靠为目的开展了大量研究工作。
四.化学需氧量监测分析
化学需氧量(COD),是指在一定条件下,用强氧化剂处理水样所消耗氧化剂的量,以氧的毫克/升来 表示。化学需氧量反映了水中受还原性物质污染的程度。水中还原性物质包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、 硫化物等。水被有机物污染是很普通的,因此化学需氧量也作为有机物相对含量的指标之一。 水样的化学需氧量,可受加入氧化剂的种类及浓度,反应溶液的酸度、反应温度和时间,以及催化剂 的有无而获得不同的结果。因此,化学需氧量亦是一个条件性指标,必须严格按操作步骤进行。 对于工业废水,我国规定用重铬酸钾法,其测得的值称为化学需氧量。
在强酸性溶液中,一定量的重铬酸钾氧化水样中还原性物质,过量的重铬酸钾以试亚铁灵作指示剂、 用硫酸亚铁铵溶液回滴。根据用量算出水样中还原性物质消耗氧的量。
酸性重铬酸钾氧化性很强,可氧化大部分有机物,加入硫酸银作催化剂时,直链脂肪族化合物可完全 被氧化,而芳香族有机物却不易被氧化,吡啶不被氧化,挥发性直链脂肪族化合物、苯等有机物存在于蒸 气相,不能与氧化剂液体接触,氧化不明显。氯离子能被重铬酸盐氧化,并且能与硫酸银作用产生沉淀, 影响测定结果,故在回流前向水样中加入硫酸汞,使成为络合物以消除干扰。氯离子含量高于 2000mg/L 的样品应先作定量稀释、使含量降低至2000mg/L 以下,再行测定。
五.结束语
在河流污染和工业废水性质的研究以及废水处理厂的运行管理中,它是一个重要的而且能较快测定的有机物污染参数,主要是有机物。因此,化学需氧量又往往作为衡量水中还原性有机物质含量多少的指标。化学需氧量越大,说明水体受有机物的污染越严重。COD是指标水体有机污染的一项重要指标,能够反应出水体的污染程度。因此,化学需氧量及其监测有重要的意义。
参考文献:
[1]范世华,方肇伦;环境水中化学需氧量的FI分光光度法自动在线检测[J];分析科学学报;1996年02期
[2]桑潇;重铬酸盐法测定水质化学需氧量[J];四川化工;2011年04期
[3]杨先锋,但德忠;化学需氧量(COD)测定法的现状及最新进展[J];重庆环境科学;1997年04期
水库水域是一个完整的生态系统,网箱养鱼后将会打破原来的系统平衡,对投饵式养殖而言,系统在增加鱼群体总量的同时,还大量投入饵料;对非投饵式养殖而言,系统增加了滤食性鱼群体总量,消耗掉大量的浮游生物量。因此,网箱养鱼对水库水环境的影响因水库自身的条件不同而有所不同,既有积极有利的作用又有消极抑制的作用。我们对广西龙滩水库网箱养鱼调研表明,至2008年初库区内共有网箱约3万箱,其中95%以上是放养滤食性鱼类,利用水库丰富的浮游生物进行养殖(俗称为生态养殖),放养吃食性鱼类仅600箱左右,年产鱼量约2万吨。2008年3月在水库上游2000m和3000m处曾对水样进行抽检,结果COD浓度为10mg/L、总P浓度为0.11mg/L、总N浓度为2.1mg/L、石油类为0.02L/L、高锰酸盐为2.4mg/L,除因船舶航行有局部水域受石油类污染外,尚不存在其他严重污染问题,基本达到国家规定的地表3类水质标准。但受库区移民就业压力和眼前利益的驱动,库区的网箱养殖将迅猛发展,3~4年内库区的浮游生物就会出现供不应求的局面,到那时养殖模式势必转为人工投料养殖。据刘潇波研究认为,每投喂1t饲料就有100~150kg散失于水中。按现有网箱规模,每年将有2000t的残饵进入库区水体,龙滩水库水质将受到严重污染。孟红明等曾对我国主要水库的富营养化现状调查,认为水库水质总体状况堪忧,被评价的135座水库中贫营养型水库38座、中营养型水库40座、富营养型水库57座,分别占调查水库总库容的17.6%、45.4%、37.0%,如不采取相应的措施,水体富营养化将日趋严重。
2网箱养殖对水库水体溶氧量(DO)的影响
溶解在水中的氧称为溶解氧(DO),DO以分子状态存在于水中,DO量是水库水质重要指标之一。水库水体DO含量受到2种作用的影响:一种是使DO下降的耗氧作用,包括好氧有机物降解、生物呼吸;另一种是使DO增加的复氧作用,主要有空气中氧的溶解、水生植物的光合作用等,在藻类丰富的水体中,光合作用放氧也可能使水中的氧达到过饱和状态,好氧和复氧作用使水中DO含量呈现出时空变化。在水库中进行网箱养殖,部分散失在水体中的饵料和鱼类排泄物增加,若其耗氧速度超过氧的补给速度,则水中DO量将不断减少。另外,网箱养殖的鱼类呼吸要消耗大量的DO。因此,网箱区水体中的DO通常低于无网箱区。当水体受到有机物污染时,水中DO量甚至可接近于零,这时有机物在缺氧条件下分解就出现腐败发酵现象,使水质严重恶化,可造成鱼类浮头、死亡。水库水体中DO的数0,除了跟水体中的生物数量和有机物数量有关外,还与水温和水层有关,底层水中一般DO较少,深层水中甚至完全无氧,水体中的溶解氧随水深的增加而减少是一个普遍现象,网箱养殖可使这一现象加剧。水质良好的水体DO量应维持在5~10mg/L,2006年10月26日11时我们对南宁横县西津水库的米埠坑上、中、下游水体进行抽测,其DO分别为7.04mg/L、4.16mg/L和3.84mg/L,显然米埠坑中游和下游断面的DO已低于安全界限4.9mg/L,这是由于人类的网箱养殖活动造成的。
3网箱养殖对水库水体生化需氧量(BOD)的影响
水体中微生物分解有机物的过程消耗水中DO的量,称生化需氧量(BOD),BOD是表示水体被有机物污染程度的一个重要指标。一般有机物在微生物作用下,其降解过程可分为2个阶段,第1阶段是有机物转化为二氧化碳、氨和水,第2阶段是氨进一步在亚硝化细菌和硝化细菌的作用下,转化为亚硝酸盐和硝酸盐,即硝化过程。BOD一般指的是第1阶段生化反应的耗氧量。在水产养殖中通常采用20℃条件下经5d培养后测得的BOD作为水中有机物的耗氧量。水库网箱养殖产生残饵和排泄物等有机物通常都可以被微生物所分解,但分解需要消耗氧,如果水中的溶解氧不足以供给微生物需要,部分有机物氧化不完全,容易产生H2S、NH3等有毒气体,危害养殖鱼类的健康,严重时会引起养殖鱼类的大量死亡,所以在DO较高的水库有机物分解的较好,鱼类的发病率较低。一般认为BOD小于1mg/L,表示水体清洁;大于3~4mg/L,表示受到有机物污染。据刘顺科等[3]对水磨滩水库网箱养殖的水质研究表明,网箱养殖区的生化耗氧量高于对照区,网箱养殖使水库水体的生化耗氧量明显增加。
4网箱养殖对水库水体化学需氧量(COD)的影响
水体中能被氧化的物质在规定条件下进行化学氧化过程中所消耗氧化剂的量,称为化学需氧量(COD)。水中各种有机物进行化学氧化反应的难易程度是不同的,因此,化学需氧量只表示在规定条件下水中可被氧化物质的需氧量的总和。COD与BOD比较,COD的测定不受水质条件限制,测定的时间短,COD不能区分可被生物氧化和难以被生物氧化的有机物,不能表示出微生物所能氧化的有机物量,而且化学氧化剂不仅不能氧化全部有机物,反而会把某些还原性的无机物也氧化了。所以采用BOD作为有机物污染程度的指标较为合适,在水质条件限制不能做BOD测定时,可用COD代替。网箱养殖对水库水体COD的影响与BOD相类似,其使水库水体的化学耗氧量增加。
5网箱养殖对水库水体pH值的影响
pH值亦称氢离子浓度指数,是溶液中氢离子活度的一种标度,也就是通常意义上溶液酸碱程度的衡量标准。pH值是水库水质的一个重要指标,它对网箱养殖鱼类的生长有着直接或者间接的影响。对网箱养殖而言,pH值7.5~8.0的微碱性条件是较为理想的酸碱度。通常由于水库的水体较大,为天然的缓冲系统,因而其pH值变化幅度较其他参数小。水库的pH值变化主要与工业污染、酸雨(广西近年降水酸度pH值平均为4.9左右)、水生生物的活动、水温、空气中CO2分压的变化和底质中有机碎屑的腐解有关,正常的网箱养殖对pH值的影响不大,但在养殖活动中大量使用药物(如生石灰、漂白粉、盐酸等)、大量死鱼或富营养化发生水华等情况下,养殖区的pH值会升高或降低。2006年10月26日11时我们对南宁横县西津水库的米埠坑上、中、下游水体进行抽检,三断面pH值无明显差异。
6网箱养殖对水库水体总氮(TN)、总磷(TP)的影响
水体中的氮主要以3种形式存在:可溶性无机氮、有机氮化合物及溶解的分子态氮,TN通常包括无机氮和有机氮。有机氮主要存在于各种有机细屑和鱼类的排泄物中;无机氮指溶在水中的各种无机化合物中的氮,主要是三态氮:硝态氮、亚硝态氮和铵态氮。水体中的磷几乎都以各种磷酸盐的形式存在,在各项水质指标中,氮和磷是水体富营养化最主要的诱因。水库富营养化程度与水体TN、TP浓度密切相关,随着其浓度的升高,水体的富营养化程度也在不断加剧,TN在0.5~1.5mg/L之间为富营养型,TP超过0.01mg/L时,就可能引起富营养化发生,在网箱养殖水域,散失的饵料和养殖对象的排泄物是投饵网箱养殖水体中磷的主要来源,高密度的投饵网箱养殖造成水体中磷浓度的增加。我所于2006年对西津水库网箱养殖对水质的影响研究表明,养殖区的无机磷和TP分别是非养殖区的1.25倍和1.67倍,网箱区水层中总TP随水深的增加而增加,是P沉积的结果,这在有跃温层的水体中表现得尤为明显。2007年区环保部门对施行网箱养殖的龙滩水库、岩滩水库、大王滩水库和青狮潭水库水质的检测结果是:水库水体为Ⅳ类水质,但是TN和TP超标、富营养化趋势明显。网箱养殖产生的废物增加了水体营养物的总浓度,降低了水体的透明度,导致水体一定程度的富营养化。在龙滩水库的不投饵网箱养殖,主养品种以鲢、鳙鱼为主,对网箱区及上下游的水质监测结果表明,不投饵网箱养殖能改善水体透明度,降低BOD、COD含量,对降低TP也有一定的作用。
7讨论与分析
2006年,全国水资源综合规划调查评价,我国主要水库中约1/4的水库水质状况劣于III类标准;6.4%为劣V类,污染严重,水体功能基本丧失。其中中南、华东地区水库水质状况较好,西北、西南和华北地区次之,东北地区最差。水质超标项目主要为高锰酸盐指数、化学需氧量、五日生化需氧量、氨氮、挥发酚等,说明我国水库水体污染主要为耗氧有机污染。我国水库水质状况恶化有多种原因,其中生活用水、工业用水等点源污染未能得到有效控制,降雨径流造成的面源污染日益严重,由水产养殖造成的内源污染正逐步显现,形成了点源、面源和内源污染共存、污染物类型多样的复杂态势。水库网箱养殖是内源污染的主要形式,其对水库水质的影响主要是由于投饵、排泄等原因造成水体中TP、TN增加,DO量减少,COD、BOD升高,而对水体的pH值、水温等影响不大。
8建议
(1)积极开展水库水环境演变机理及水环境修复技术的研究。根据水库不同的水质类型,建立相应的负载力模型,限制养殖规模,合理布局网箱养殖区域。
2、煤场自燃损失及控制措施
据有估计,我国煤炭贮存过程中,因风损,雨损,自燃损失及管理不善造成的损失,每年达3000万吨以上,直接经济损失几十亿元。所以减少存煤损失,是燃料管理中一个很重要的课题。
2.1煤场自燃损失
煤场自燃损失是煤炭在煤场储存过程中发生热值损失最大的,本文重点介绍煤炭自燃的各个影响因素,并针对各影响因素采取措施,减少煤炭自燃的发生。
2.2燃煤自燃机理
煤的一种自燃属性就是在储存的过程中的氧化放热。煤的自燃过程就是煤表面分子中各种活性结构物与氧发生物理吸附和化学反应,并放出热量。如果该热量不能及时散发,在煤堆中越积越多使煤的温度升高,当温度升高到一定值时就引发了煤的自燃。
2.1.2煤自燃的影响因素
煤自燃与煤的成分有很大关系,其中以煤的水分Mt、挥发份Vdaf、含硫S及颗粒度尤为重要。
1)煤的水分影响
通过试验作出了煤中水分含量与吸氧量的关系图(图a、b、c、d)。图a、b是烟煤的水分含量和吸氧量的关系图,两张图中煤样水分分别为3%~5%和10%~12%,图c是褐煤的水分含量和吸氧量的关系图,图d是无烟煤的水分含量和吸氧量的关系图。
从上图可以看出,不同煤种出现吸氧量的高峰值对应含水量不同,但每个煤样都会有两个吸氧量的高峰点,主要因为在在较低含水量时煤的孔隙表面被水分子占据的面积小,有利于煤吸氧;而当含水量较高时有利于在煤的表面形成自由基2氧2水络合物,吸氧量增加。说明干煤和湿煤都是比较容易自燃的。
2)煤的挥发份影响
采用油浴式煤低温氧化实验系统,利用液体比热大、对流换热系数大以及温度分布更均匀的特点,对制备5种不同挥发份的煤样(各煤样挥发份如下表所示)以不同的速率加热,测得的出口O2,得出各煤样在各温度下的耗氧速率,如图所示:
可以看出,高挥发份与低挥发份煤样之间的耗氧速率差值越大;图 (b)则表明4,5号煤样它们的挥发份相接近,其耗氧速率差距较小且变化趋势相同。根据化学的能量守恒定律建立煤的放热强度的计算公式可以推出,煤的挥发份越低,其放热强度也越小;挥发份降低后,放热强度随温度上升的变化会趋于平缓。
3)煤的硫份影响
绝大部分煤矿所产的煤中都含有硫元素,而煤体中硫元素多以FeS2的形式存在〔1-3〕,对煤的氧化都有一定的促进作用。
随着温度的升高煤样的氧化反应越剧烈。当煤温超过50℃,各煤样的耗氧速率差距开始变大,煤样含硫量的越高,相同温度条件下耗氧速率越大,即氧化反应越剧烈。
4)煤的颗粒度的影响
实验时先将煤样在空气中破碎,并筛分出粒度为0.025~0.09cm(d50≈0.06cm)、0.09~0.3cm(d50≈0.20cm)、0.3~0.5cm(d50≈0.40cm)、0.5~0.7cm(d50≈0.60cm)、0.7~1.0cm(d50≈0.88cm)5种粒度的煤样,然后进行不同粒度煤样的程序升温实验。
根据各种粒度煤样在不同温度时的氧气体积分数,采用线性插值法,可得:煤温分别为50℃、80℃、90℃、和110℃时,不同粒度煤样耗氧速度和同温度下混合煤样实测的耗氧速度之比V0(T)/V0(T)ref与煤样粒度和无量纲参考粒度之比d50/dref的关系为煤的粒度越大,其耗氧速度越小,也就是氧化反应越小,越不容易发生自燃。
2.1.3预防自燃措施
根据以上对于煤场自燃的影响因素的分析,制定相应的预防措施,控制燃煤在堆放过程中发生自燃。1)煤场堆取料主要原则是“分类存放、分区管理”,优先取用高硫低、高挥发份煤。根据季节控制在煤场堆放时间。2)高 硫煤、褐煤、印尼煤等煤种开辟独立堆放区域,以便取配煤时能合理安排;原则上二、三号场尾部为褐煤堆放区域。3)高挥发份、高硫煤种堆放时,控制堆煤高度和宽度,不宜过高过宽。4)严格执行煤场测温制度,每班组负责一个煤场,每天对煤场各煤堆进行测温,发现温升变化较快煤种,优先安排取用。5)煤场排水系统应保持畅通,防止煤场严重积水,引发煤场自燃发生。
3、结束语
通过不断探讨研究,控制燃煤在煤场存储过程中的自燃,不断提高煤场的管理水平,创造更大的经济效益。
参考文献
[1]华润电力火电事业部《燃料管理包》
[2]赵雪,于喜.煤的自燃与露天煤场的安全运行.中国
五加科人参属植物西洋参(Panax quinquefolium L.)历来以根入药,茎叶多弃之山岭,不作药用。化学成分分析表明西洋参皂苷在叶部的含量(9.05%~10.45%)明显高于根部(3.89%~6.49%)〔1〕。为此,笔者从西洋参叶总皂苷中提取分离出20s原人参二醇组皂苷(PQDS),并以PQDS为原料研制出洋参二醇皂苷注射液(IPQDS),按治疗胸痹心痛的中药五类新药进行开发。前期研究发现,IPQDS 对心肌缺血再灌注损伤大鼠及急性心肌梗死6 h犬均具有明显保护作用〔2,3〕。本实验进一步采用犬结扎左冠状动脉前降支6 h制造急性心肌梗死模型,观察 IPQDS 对实验性心肌梗死犬心肌氧代谢及冠脉循环的影响。
1 材料与方法
1.1 药品与试剂
IPQDS(100 mg/2 ml),由吉林大学化学学院天然药物化学研究室提供,批号20030210,原料中二醇组皂苷的含量不低于85%,特征成分人参皂苷Rb3的含量不低于45 mg/2 ml。实验时以生理盐水配制所需浓度使用;生脉注射液(SMI),由吉林省集安制药股份有限公司提供,批号:20030405。
1.2 动物
杂种犬,雌雄兼用,体重12.5~14.5 kg,由吉林大学白求恩医学部实验动物中心供给。
1.3 方法
30只健康成年杂种犬随机分为5组,每组6只,即:① 梗死模型组:静脉注射(iv)输注生理盐水;② IPQDS小剂量组:iv 输注IPQDS 5 mg/kg;③ IPQDS中剂量组:iv 输注IPQDS 10 mg/kg;④ IPQDS大剂量组:iv 输注IPQDS 20 mg/kg;⑤ 阳性药SMI组:iv输注SMI 4 ml/kg。犬称重后以3%戊巴比妥钠30 mg/kg iv麻醉。仰位固定,颈部切开,插入气管插管连人工呼吸机,维持正常通气。分离右侧颈总动脉并插管,经压力换能器接AP601G载波放大器,通过RM6000型多道生理记录仪记录颈总动脉收缩压(SBP)及舒张压(DBP)。使麻醉犬右侧卧位,于左侧第四肋间开胸,打开心包膜做悬床,暴露心脏。分离冠状动脉左旋支根部,放置适宜的流量计探头,接MP27型电磁流量,记录冠脉血流量(CBF)。为克服由于犬左冠状动脉分布变异而导致结扎后缺血范围的差别,按预定缺血区约相当左心室游离壁前表面1/2的原则,分离左冠状动脉前降支(LAD)主干或包括第1~4分支,于其下穿一丝线备结扎用。连接心电导联,通过AB601生物电放大器记录标准Ⅱ导联心电图,并用AT601放大器监测心率(HR)。术后稳定20 min,各组均施LAD结扎。结扎后5 min,将药液溶于100 ml生理盐水中,用恒速输液泵从右侧股静脉输注90 min。于LAD阻断后30、60、90、120、180、240、300、360 min重复记录CBF,以通用公式计算下列各参数〔4〕:平均动脉压(MAP)=(SBP-DBP)/3+DBP;心肌血流量(MBF)=CBF×3/心室重量×100;冠脉血管阻力(CVR)=MAP×0.133 2/MBF。
于给药前和给药后60、120、180、240、300、360 min分别从冠状静脉窦及左侧股动脉同时采血,用CORNIHG 178型血气分析仪测定动、静脉血氧,并按文献方法计算下列各参数〔5〕:心肌耗氧量(COC)=(股动脉血氧量-冠状静脉窦血氧量)×CBF;心肌氧利用率(MOUR)=(股动脉血氧量-冠状静脉窦血氧量)/股动脉血氧量×100%;心肌耗氧指数(MOCI)=心率(HR)×MAP×10-2。
1.4 统计学方法
实验数据以x±s表示,采用SPSS10.0 统计软件进行组间比较t检验。
2 结果
2.1 IPQDS对急性心肌梗死犬心肌氧代谢的影响
与梗死模型组比较,IPQDS 10、20 mg/kg组于用药后60~360 min均能使COC及MOUR明显降低(P
2.2 IPQDS对急性心肌梗死犬冠脉循环的影响
与梗死模型组比较,IPQDS 10、20 mg/kg组用药后60~360 min均可使MBF明显增加(P
3 讨论
冠状动脉是心脏血液供应的主要来源,其血流量、血氧含量以及心肌对冠状动脉血氧的摄取率共同决定了心肌的氧供。但正常或静息时,心肌对氧的基础摄取率已接近最高限度,而且冠状动脉的血氧含量一般也不能根据需要随时提高。因此,冠状动脉血流量是影响心肌血液供应的主要因素,COC是影响冠脉血流量的首要因素〔6〕,CVR是影响冠脉流量的又一重要因素。冠状动脉痉挛或阻塞后,相应区域的心肌供氧和需氧之间失去平衡,导致缺血心肌的代谢及功能障碍,最终发生坏死〔7,8〕。本实验结果表明,IPQDS不仅可明显增加MBF,同时也能明显降低CVR,从而改善了冠状动脉的供血。
单纯从冠脉血流量或以血流动力学的改变来评价一种药物的抗心肌缺血作用具有局限性。因为任何一种药物,不管是直接或间接作用,只要增加心肌代谢,都能扩张冠状动脉。这种作用对心肌缺血不一定有利,甚至可能有害。因此,直接测定药物对整体心肌氧代谢更有意义。心肌的能量几乎全部从有氧代谢中获得,其产生的能量主要用于三个方面的心肌耗能:80%用于心肌收缩耗能;15%~20%为心肌基础代谢所消耗;0.5%~1%用于维持心电活动。由此可见,维持心泵功能是心肌主要耗能途径〔9〕。静息状态下COC为全身耗氧的12%,但心肌血流量仅为心输出量的4%。故心肌自血中摄取氧的能力较其他任何组织都强。心肌缺氧时,仅能在数分钟内利用糖元进行无氧代谢,提供70%的能量需要〔10〕,很快心肌因缺氧缺血造成心肌变性坏死。本实验表明,IPQDS能明显降低COC、MOUR及MOCI。提示其不仅通过改善冠脉循环增加心肌供血,还可通过降低COC及MOUR,使心肌利用更少的氧作同样的功,提高心肌工作效率,从而改善心肌氧的供求关系。
参考文献
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