高压消解光度法测COD在人工湿地中的应用研究税永红

TheApplicationStudyofCODDeterminationbyHighPressureDigestion-SpectrophotometricinWetlandYonghongSHUI1,KaiguoJING2,QiaoqiaoLI1,HongyanSONG1,YujunWEI11DepartmentofDyeingChemistry&EnvironmentalEngineering,ChengduTextileCollege,Chengdu,China,61173142SichuanQionglaiCMIICwaterqualitypurifyingCo.,Ltd,Qionglai,China,610053Email:[e-mail]:AsCODdeterminationbypotassiumdichromaterefluxmethod(CFM)hassomedrawbacks,suchashighcost,notabletomonitorinbatches,andadverseimpactontheenvironment,AfastCODdetermina-tionmethodusingspectrophotometrywithhigh-temperatureandhigh-pressuredigestion(HPM)wasdesigned.Thismethodwasappliedtothestudyofconstructedwetlandsfortreatmentofdomesticsewage.TheresultsshowthattherewasapositivecorrelationbetweenCFMandHPM(r=0.878).Thelinearregressionequationbetweenthetwomethodsare5866.42213.1HPMCODCODcr,andthesignificanttestshowsnosignificantdif-ferencebetweenthetwomethods(P=0.074＞0.05).Therefore,thestudyprovidedanewandfastmethodtobatchmonitoringtheconstructedwetlandtreatmentofdomesticsewage.Keywords:chemicaloxygendemand;highpressuredigestion;spectrophotometry;constructedwetlands;domesticsewage高压消解光度法测COD在人工湿地中的应用研究税永红1，景开国2，李巧巧1，宋红艳1，魏玉君11成都纺织高等专科学校染化与环境工程系，成都，中国，6117312四川邛崃中机建水质净化有限公司，邛崃，中国，610053Email:[e-mail]摘要：为了降低成本，实现批量监测，减少监测过程对环境的影响，针对经典重铬酸钾回流法测CODcr存在的弊病，设计了高温高压快速消解分光光法测COD，并实际应用于人工湿地生活污水处理过程中。通过对人工湿地水流沿程COD的分析检测，结果表明：高压法与回流法监测结果呈正相关，相关系数r=0.878，高压法结果修正为回流法结果的修正模型为CODcr=1.2213CODHPM-4.5866，经修正后高压法结果与回流法结果无显著差异（P=0.074＞0.05），研究结果为人工湿地快速批量监测COD提供了新的方法。关键词：化学需氧量；高压消解；分光光度法；人工湿地；生活污水1引言人工湿地处理技术由于成本低，处理效果好，运行维护管理方便等优点，被广泛应用于生活污水的处理中[1,2,3]。为了深入研究人工湿地对生活污水的处理效果，研究者往往需要深入了解人工湿地水流沿程以及不同分层情况下基质、植物及微生物对COD的处理情况[4]，这势必会大幅度增加COD的监测工作量，由于经典的重铬酸钾法回流费时、试剂用量大、操作烦琐及对环境污染较大，因此，近年来涌现各种快速法比色测定法，因试剂用量少、操作简单、可进行批量分析、对环境污染小等优点在环境监测领域倍受关注。但目前国内比色法仪器基本从国外进口(美国Smart、HACH、ThermoFisher等公司的产品)，且价格较高，限制了快速消解比色法的广泛应用[5,6]，为此，探析了高压快速消解分光光度法在人工湿地CODcr监测中的应用，为快速准确批量检测经人工湿地处理的生活污水水质CODcr提供方便。2材料和方法2.1实验材料手提式高压灭菌锅、722分光光度计、比色管、四川省教育厅自然科学科研基金项目(10zc041)成都纺织高等专科学校自然科学科研项目（2010fzlk03）938ConferenceonEnvironmentalPollutionandPublicHealth(CEPPH2011)978-1-935068-28-0©2011SciRes.Ag2SO4(分析纯)，H2SO4(98%，分析纯)，K2Cr2O7(分析纯)，HgSO4(分析纯)，C8H5KO4(分析纯)，(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O(分析纯)，FeSO4·7H2O(分析纯)等。2.2试验方法（1）经典重铬酸钾回流滴定法（简称回流法，CFM）按相关文献GB11914-1989方法进行[7]。（2）高压消解分光光度法按以下方法进行（简称高压法HPM）[6,8]。分别移取3mL待测样品于25mL比色管中，加入0.5mL标准重铬酸钾[C（1/6K2Cr2O7）=0.250mol/L]，0.5mL硫酸-硫酸汞溶液（240g/L），6mL硫酸-硫酸银溶液。轻轻摇动使溶液混匀，塞紧磨口塞，用布或绳扎紧瓶塞，以防弹出。将比色管置于灭菌锅中，加热至顶压阀吹气时开始计时，消解30min。反应结束后自然冷却待用。将消解冷却后的溶液（注意安全），用吸管吸澄清透明上清液于比色皿中，在440nm下测吸光度值。（3）人工湿地水样分析。对我校复合人工湿地9个不同采样点，采用以上两种方法3次测定化学需氧量，采用Excel和SPSS.15对两种方法所得结果进行统计分析。3结果与讨论3.1高压消解光度法标准曲线绘制准确称在105℃-110℃下烘干2h干燥器中冷却后的邻苯二甲酸氢钾，按相关文献要求[8]配制0-150mg/L系列标准COD溶液，高压快速消解后于440nm测定吸光度值，得到图1标准曲线。y=0.0041x+0.0062R2=0.99490.00.10.20.30.40.50.60.7020406080100120140160CODcr(mg/L)AFigure1.StandardCurveofCOD图1.COD标准曲线该标准曲线的回归方程为y=0.0041x+0.0062，r=0.9975。3.2COD监测结果图2是对人工湿地9个不同采样点水质采用回流法监测3次得到的沿程COD变化曲线。从图2可看出，人工湿地对生活污水COD处理效果明显，COD在整个人工湿地水流沿程呈现分级波动下降趋势，总去除率为68.4%。020406080100120InA1A2A3B1B2B3B4OutSmapleCODcr(mg/L)firstsecondthirdFigure2.TheCurveofCODtrendbyCFM图2.COD沿程变化曲线（回流法）从图2还看出，进水及经人工湿地处理后水质COD值介于10-120mg/L，未超出高压法标准曲线检测范围，可直接按照高压法设计进行检测。图3是采用高压法对人工湿地９个不同采样点水质监测3次得到的COD变化曲线。0102030405060708090InA1A2A3B1B2B3B4OutSmapleCODcr(mg/L)firstsecondthirdFigure3.TheCurveofCODtrendbyHPM图3.COD沿程变化曲线（高压法）从图3可看出，高压法与回流法监测COD结果939ConferenceonEnvironmentalPollutionandPublicHealth(CEPPH2011)978-1-935068-28-0©2011SciRes.在人工湿地水流沿程变化趋势是一致的，整体呈现下降趋势且具双峰分级处理效果，高压法测得COD总去除率为66.2%，较回流法低2.2%，相对误差为1.63%。3.3两种方法对比分析图4是经对两种方法测得的三次COD值平均值的线性回归拟合后得到的似合曲线。Figure4.ThefittingcurveofCODbytwomethods图4.两种方法测得COD拟合曲线从拟合曲线来看，这两种方法监测结果具有很强的相关性，相关系数达r=0.878。表1列出了两种方法所得结果基本统计信息，图5是对人工湿地水流沿程各监测点分别监测3次平均值二种方法所得结果的对照图。Table1.Statisticsofresultsbytwomethods表1.两种方法监测结果统计高压法回流法Valid2727NMissing00Mean60.8574.16Range63.9086.30Minimum18.5027.40Maximum82.40113.70从表1和图5可以看出：回流法所测结果无论是昀大值、昀小值还是平均值都较高压法高，特别是在COD浓度值较高的进水和A级湿地，高压法测得结果与回流法差异较大，绝对误差在10-20mg/L，其中A1昀大绝对误差达到20mg/L；但B级人工湿地及出水，两种方法监测数据基本一致，绝对误差在1-4mg/L。因此，由高压法测得数据需修正以确保监测数据更真实反映实际处理效果。020406080100120InA1A2A3B1B2B3B4OutSmapleCOD(mg/L)MeanofHPMMeanofCFMFigure5.ThecomparisonofCODmeanbytwomethods图5.两种方法测得COD均值对比3.4修正前后配对T检验经昀小二乘法对高压法及回流法进行拟合后得到高压法COD与回流法COD值数学修正模型：CODcr=1.2213CODCFM-4.5866表2是回流法与经修正模型修正前后高压法9个监测点3次平均值配对T检验结果。Table2.PairedSamplesT-Test表2.配对样本T检验95%ConfidenceIntervaloftheDifferenceMeanStd.DeviationStd.ErrorMeanUpperLowertdfSig.(2-tailed)CFM–修正前13.31513.3862.57618.6108.0195.168260.000CFM-修正后4.43712.3882.3849.338-0.4641.861260.074从表2可以看出，虽然高压法与回流法对人工湿地水流沿程COD监测趋势及去除率都具有一致性，且相关性强，但配对样本T检验却显示两种方法有显著差异，经修正后，修正值与回流法测得结果无显著差异（P=0.074＞0.05），表明高压法测得结果经修正后可替代回流法结果用于人工湿地处理生活污水化学需氧量的监测分析中。3.5消耗对比940ConferenceonEnvironmentalPollutionandPublicHealth(CEPPH2011)978-1-935068-28-0©2011SciRes.以本研究人工湿地9个点监测一次COD为例作主要消耗对比分析。Table3.Thecomparisonofconsumptionbytwomethods表3.主要消耗对比主要试剂用量采用方法Ag2SO4H2SO4HgSO4K2Cr2O7时间（min）能耗（kW）回流用水CFM3000mg330mL4000mg135mg12010大量HPM600mg65mL1200mg6.75mg301不用HPM/CFM1/51/53/101/201/41/10从表3可看出，无论是从药品试剂用量，还是测试所耗时间、能源和水资源，高压法都