在环境化学中,化学氧需求(COD)是一个指标性数值,用于表示在测量溶液中可以消耗的氧气量。它通常以氧气消耗的质量与溶液的体积来表示,单位为毫克每公升(mg/L)。 COD测试可以快速量化水中的有机物质,最常见的应用是在测定地表水或废水中的可氧化污染物质量。 COD对于评估水质非常有用,能够提供指标以判断排放物会对接收水体产生什么影响,这与生化需氧量(BOD)类似。
COD的测试原理是几乎所有的有机化合物都能在酸性条件下被强氧化剂完全氧化为二氧化碳。
COD测试的基本原理是几乎所有有机化合物在酸性条件下,都能被强氧化剂完全氧化为二氧化碳、氨和水。这一氧化反应的量需要的氧气量可以从化学式中得知。需要注意的是,标准的COD测试并不包括由于氨氧化为硝酸根(典范反应)所需的氧气需求。
最常使用的氧化剂为重铬酸钾。它在酸性环境中是一种强氧化剂,通常通过加入硫酸来达到酸度。使用重铬酸钾的反应方程式显示了其与有机化合物的反应过程,其中有机物被氧化,重铬酸钾被还原为三价铬(Cr3+)。
通过测量剩余的Cr3+来间接评估水样中的有机物含量。
为了确保所有的有机物都能够被完全氧化,所添加的重铬酸钾必须有过量。在氧化过程完成后,需要测量多余的重铬酸钾,以确保能准确获得Cr3+的量。这可以通过用钢铁铵硫酸盐(FAS)进行滴定来实现,直到多余的氧化剂被完全还原。通常在滴定过程中会加入氧化还原指示剂ferroin,颜色变化可以帮助确定滴定的终点。
在测量过量时,过量的重铬酸钾会与FAS进行反应。这一过程中,ferroin指示剂从蓝绿色变至红棕色,指示反应已达到终点。
ferroin指示剂的制备需要将1.485克的1,10-菲纳醇单水合物加入695毫克的硫酸亚铁七水合物中,再用蒸馏水稀释至100毫升。
COD的计算使用的公式为:
COD = 8000 × (b - s) / sample volume
其中 b 代表空白样品中FAS的体积,s 代表原样品中FAS的体积,n 为FAS的浓度。
某些水样中含有的高浓度可氧化无机物质可能会干扰COD的测定,氯化物就是一个常见的干扰源。为了消除氯化物干扰,可以在添加其他试剂之前加入水银硫酸盐。
许多政府对废水所允许的最大化学氧需求设定了严格的标准。例如,在瑞士,废水或工业水需达到200至1000 mg/L之间的最大氧需求才能返回环境。
多年以来,强氧化剂高锰酸钾被用于测量化学氧需求,但其效能对于氧化有机化合物的能力变化很大,因此在许多情况下,生化需氧量的测量结果往往大于COD的测量结果。随着研究的深入,发现不同的氧化剂如重铬酸钾相较于高锰酸钾更有效且经济,因此广泛应用于COD的测定。
面对日益严重的水资源污染,化学氧需求的测试工具如何帮助我们改善水质,保障生态环境的未来呢?