水体TOCCOD与BOD相关性分析与应用.docx

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水体TOCCOD与BOD相关性分析与应用

水体TOC、COD、BOD相关性分析及应用

专业名称

环境工程

研究方向

固体废弃物处理及利用

研究生姓名

周兰影

导师

王春荣教授、赵静高级工程师

单位

吉林农业大学

毕业时刻

2002年6月

摘要：

随着化学工业的进展，排向水体中的有机污染物质种类增多，组成成分日益复杂。

水体中的有机污染物质依照其对环境的阻碍和污染危害可分为易被生物降解的耗氧有机污染物质（多为碳氢化合物、蛋白质、脂肪等）与难降解的有机污染物（酚、苯、多环芳烃等）。

国内外最初均采纳以氧当量表示的生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）等作为评价水体耗氧有机污染物污染程度的综合指标。

难降解有机污染物的要紧污染特征是在环境中的半衰期长，且都有害于人体健康，一般地以化学需氧量（COD）、总有机碳（TOC）作为评价其有机污染程度的综合指标[22]。

TOC是继BOD、COD之后出现的表征水体有机污染物的综合指标，用有机污染物的含碳总量来表示。

其概念严密，测定结果有良好的可靠性、重现性、仿真性，容易实现自动、快速、在线监测。

与TOC相比较而言，COD、BOD两项指标测定时刻长，操作繁杂，试剂用量大，易受干扰，尤其BOD的测定，要受培养温度、接种液的驯化、稀释倍数等诸多因素的阻碍。

在水体相对稳定的情况下，TOC与COD、TOC与BOD之间有一定的相关性，国外从五六十年代就开始对这三项指标之间的相互转换作了研究，同时完成了部分行业的TOC代替COD的测定。

我国从七十年代末开始分析不同类型水体的有机碳的生物化学行为以及这三项指标之间的相关性。

为了实现我国排污总量的操纵以及环境标准的制定，本文针对长春市的具体情况，选取典型的地表水、生活污水、污染源进行TOC与COD、TOC与BOD的相关分析，通过数据处理，得出长春市的地表水、生活污水，玉米加工行业的污染源的TOC与CODcr、TOC与BOD5之间有较好的相关性，为我国TOC排放标准的制定提供科学的依据。

通过本实验，确定了长春市地表水、生活污水、玉米加工行业废水生化处理前后TOC与COD、TOC与BOD之间有较好的相关性，为我国TOC排放标准的制定提供了科学依据。

关键词：

TOCCODBOD相关分析应用

RelationAnalysisbetweenTOC,CODandBODanditsApplication

ABSTRACT:

Accompaniedbythechemicalindustryincreasing,moreandmoreorganicpollutantsaredrainedtothewater.Intheearlyperiod,chemicaloxygendemand（COD）andbiochemicaloxygendemand（BOD）hadbeenusedassyntheticindicesforestimatingorganicpollutantlevelinthewater.Buttheseindiceshavemuchshortagesuchaslongtimeofdetermination,complexoperation,andalargemountofreagent,andsoon..EspeciallyBOD,itsdeterminationwillbeaffectedbymanyfactorssuchasthetimeofcultivation,thetemperatureofcultivationbox,andthedilutemultipleofthewatersample,andsoon.Later,totalorganiccarbon（TOC）isusedasanothersyntheticindexforestimatingorganicpollutantlevelinthewater.Itsconceptisstrictly,itsresultpossessesofreliability,stabilityandveracity.

Inthestablewater,thereisasatisfactorylinerrelationbetweenTOC,CODandBOD.Theresearchoftherelationofthembeganin1950sintheothercountry.Atthesametime,TOCwasusedinthepartofindustriesinsteadofCOD.Thesameresearchbeganlateinthe1970sinourcountry.

ThisresearchdeterminedtherelationbetweenTOC,CODandBODofthegroundwater,livewastewaterandthewastewaterofmaizemanufactureinChangchuncity.ThisresearchprovidedscientificevidenceforTOCdischargecriterioninourcountry.

Keyword:

TOCCODBODrelationanalysisapplication

1前言

1.1研究目的和意义

水体中的有机污染物质来源于天然有机污染物质及其产物以及化学工业迅速进展带来的各种有机污染物质。

有机污染物质依照其对环境的阻碍和污染危害可分为易被生物降解的耗氧有机污染物质（多为碳氢化合物、蛋白质、脂肪等）与难降解的有机污染物（酚、苯、多环芳烃等）。

耗氧有机污染物质其要紧污染特征是消耗水中的溶解氧，因此国内外最初均采纳以氧当量表示的生化需氧量（BOD）、化学需氧量（COD）等作为评价水体有机污染程度的综合指标。

COD/BOD5在污水处理过程中还用来表征废水特性、评价废水处理效果[1]。

难降解有机污染物的要紧污染特征是在环境中的半衰期长，且都有害于人体健康，一般地以化学需氧量（COD），总有机碳（TOC）作为评价其有机污染程度的综合指标[22]。

生化需氧量（BOD）是指在有溶解氧存在的情况下，好氧微生物在分解水中有机物的生物化学氧化过程中所消耗的溶解氧的量，此项指标在水污染操纵中是研究污染可生化降解性和生化反应效果以及生化处理流程设计和动力学研究的重要参数[11]。

化学需氧量是利用氧化剂氧化水中的还原性物质（要紧是有机物），然后以氧的量计算。

TOC是继BOD、COD之后出现的表征水体有机污染物的综合指标，用有机污染物的含碳总量来表示。

相比较而言，BOD要紧是对耗氧有机污染物而言，假如水体中难降解和有毒物质多，BOD的测定误差会专门大。

关于COD的测定，国标法为重铬酸钾法[29]，其氧化率BOD较高，但直链的脂肪族、芳香族碳氢化合物和吡啶等不能被完全氧化或难氧化[22]。

总之，与TOC相比较而言，二者只能将水体中的有机污染物部分氧化，且操作程序繁杂，所用时刻长、试剂用量大、氧化率低、易受干扰，而TOC不但能够弥补二者的不足，还能够通过专用仪器，实现自动、快速、在线监测。

及时反映水质的变化。

近年来，在环境质量阻碍评价、重大污染事故、环境污染纠纷、污染源监控及日常监测、科研中常用TOC指标来评价[25]。

一般地，在水体相对稳定的情况下，TOC、COD、BOD之间有一定的相关性，因此，为了实现我国排污总量的操纵以及环境标准的制定，本文针对长春市的具体情况，选取典型的地表水、生活污水、污染源进行TOC与COD、TOC与BOD的相关性分析，以便通过快速测定TOC值就可得到COD与BOD的值，从而及时反应出各类水体的变化，同时为我国推广使用TOC自动监测仪进行可行性研究，为我国TOC排放标准的制定提供科学的依据。

1.2国内外进展状况

TOC指标概念严密，在好氧、厌氧条件下都能够准确地描述有机物降解及耗氧两行为过程，它的测定值有良好的可靠性、重现性、仿真性、先进性。

国外从六十年代开始对各种有机物TOC、COD、BOD之间的转化率以及各种不同水体TOC、COD、BOD的相关性作研究，对制定各自所研究水体的排放标准提供依据[11-12]。

一些发达国家二十世纪六、七十年代就差不多完成了部分行业TOC代替COD[23-24]。

我国从八十年代初开始对不同类型水体中的有机碳的生物化学行为进行研究，对TOC、COD、BOD油份等各指标间的相关性进行分析[1-20]。

关于国内外的研究从分析模型上看，通常是运用实际运转试验资料和数据，来建立各因素或指标之间的相关关系（在实际工作当中，这些相关方程也的确起着有益的作用），专门少有人从其内在联系上研究诸因素或指标之间的相关性以及这种相关分析在水污染操纵当中的应用[1]。

文献[1]建议这方面的工作能够从其降解规律入手，运用线性或非线性回归方程，找出其精确的相关关系。

从地理位置上看，不同地区的水体组成不尽相同，建立的相关方程有其各自的适用范围和条件。

2理论分析TOC与BOD、TOC与COD相关的可能性

2.1理论分析TOC与BOD相关的可能性

假如水体中的有机物用TOC指标来表示，则TOC差不多由二部分组成，一部分是易微生物降解的TOCB，另一部分是较难降解的TOCNB，在微生物代谢中，前者在特定酶的参与下，一部分通过呼吸将其氧化分解，转化为CO2、H2O等最终产物，并释放出能量，另一部分则被分解转化为新的细胞物质，已合成的细胞物质又有一部分在内源呼吸过程中吸入氧，分解自身物质，释放能量，另一部分则作为细胞残存物质保留下来，其过程可如下图所示：

式中a、b、c、d分不表示分解代谢产物、合成代谢产物、内源呼吸比例系数、残存细胞系数。

由上图可建立下列关系式：

假如用BOD指标来表示水中的有机物，则可降解的有机物在水体中的反应可分为碳氧化时期和氮氧化时期，在碳氧化时期（一般在5天左右，因此用BOD5来表示）BOD的变化属于一级动力学变化，因此在水质相对稳定的情况下，BOD5/k=BODu，从而由上图可建立如下方程式：

TOC=TOCB+TOCNB

BODU=[O2]1+[O2]2=（aTOCB+b.cTOCB）=（a+b.c）TOCB

TOCB=BOD5/（a+b.c）k

TOC=BOD5/（a+b.c）k+TOCNB

式中

BODu：

有机物完全生化需氧量（mg/L）

K：

完全生化需氧量的当量系数

能够讲，TOC给出的是水样中所有含碳有机物的质量浓度，BOD5则是以受控生化培养过程中所伴随的氧耗来间接表示水样中可生化降解的有机物，二者有共同的内涵，故理论上在a、b、c、k相对稳定的情况下TOC与BOD5具有相关性。

2.2TOC与CODcr理论相关的可能性

TOC表示的是水中有机碳含量，是以碳量表示水体中有机物质总量的综合指标，所有含碳物质包括“苯”、“吡啶”等芳香烃类等有毒、有害物质均能反映在TOC指标中，TOC的测定一般采纳燃烧法或光催化氧化法，可将水中的有机物质几乎全部氧化，CODGr的测定则是采纳重铬酸钾强氧化剂加热回流法，只能将水中的有机物部分氧化。

因为水中的有机物大部分为含碳、氢、氧的有机化合物，因此有机物的氧化可用下式表示其反应过程：

CmHnOx+（m+n/4-x/2）O2=mCO2+n/2H2O

CODA=（m+n/4-x/2）WO2

TOC=m×WC

mCODA=（WO2/WC）TOC

CODGr=CODA+CODB

=（WO2/WC）TOC+（n/4-x/2）WO2+CODB

对成分组成相对稳定的废水来讲，上式中的m、n、x、WO2、WC、CODB都具有一定的值，故理论上TOC与CODGr也有线性相关性。

3实验设计

3.1选择水体依据

3.1.1地表水、生活污水

长春市管辖区域内的地表水体有南湖、净月潭、饮马河，污水吐口有东安屯、大房身。

依照采样的现有条件以及水体的代表性选取了净月潭、饮马河两处地表水和东安屯、大房身两处生活污水吐口。

3.1.2污染源

吉林省是我国玉米的要紧产区拥有世界闻名的“黄金玉米带”，长春正自于该玉米带中部，玉米资源丰富（1000万吨/年）[32]，为了促进我省经济的进展，有必要将玉米资源转化为长春经济优势，实现玉米经济产业化，使玉米深加工进展成为我们吉林省的支柱产业。

长春市大成玉米开发公司是中外合资的玉米深加工企业，是全国最大的赖氨酸生产基地，1996年投资兴建，有一期工程和二期工程。

依照我国环保治理的有关规定，需要对新建、扩建项目进行环境阻碍评价预测，以及评价项目可能造成的环境阻碍，进而从环保角度预测得出该项目是否可行的有机结论，同时提出环保对策。

作为一个企业对周围环境的阻碍，确实是“三废”的排放，本文选取大成玉米加工厂污水处理厂一期初沉池的进水与一期二沉池出水，即测定废水生化处理前后TOC、COD、BOD的值。

3.2实验装置及测定方法

总有机碳（TOC）的测定：

澳大利亚SGE公司生产的ANATOCTMseries型TOC分析仪，原理是TiO2催化氧化法测定下限为0.05mg/L，适用范围为0.05-800mg/L。

标准曲线：

γ响应值=45.422XTOC+7.788

五日生化需氧量（BOD5）的测定：

稀释与接种法（GB7488-87）[29]

化学需氧量（COD）的测定：

重铬酸钾氧化法（GB11914-89）[29]

3.3实验室质量操纵

3.3.1实验室用水

实验室用水采纳北京\历元电子仪器技贸公司生产的upw-10型纯水器制备纯水，该纯水的电阻率可达18兆欧·cm

3.3.2测定样品

测定样品前均采纳国家标准局标准研究所研制的标准溶液校准仪器，假如标准溶液的测定误差超出±10%，则重新校准仪器，力求仪器运行可靠，对每个测试结果的三个数据进行相对标准偏差的计算，一般将其操纵在3-5%内，超出则及时补样重做，测定结果以三次平行值的平均值表示。

3.3.3保存水样

来不及做的水样保存于冰箱内，在零下4℃条件下不得超过24时。

3.4资料调研

3.4.1大成玉米加工厂的原材料

玉米、硫磺、浓碱、盐酸、食盐、水

3.4.2生产工艺流程图

玉米通过诸多工序，最后得到赖氨酸、变性淀粉等成品工艺，如图1所示。

图1生产工艺流程框图

Fig.lThefigureofproductivecraftcourse

3.4.3废水排放情况及处理流程

长春市大成玉米加工厂废水来源于淀粉车间等五个出处，如表1所示。

流向污水处理厂的废水通过生化处理后首先排向到厂区附近的水库，然后汇入伊通河。

污水处理厂处理废水工艺如图2所示。

表1大成玉米加工厂废水来源及排放情况

Table1ThesourceandthedrainageofDachengmaizemanufactureplamt’swastewater

序号

源名称

废水情况

排放方式

排放去向

淀粉车间

高浓度有机废水

连续

污水处理厂

浸出车间

含微量油

连续

污水处理厂

脱盐车间

酸碱废水

间段

污水处理厂

电站

清洁废水

间段

直接排放

辅助设备

生活污水

间段

污水处理厂

3.5实验数据测定结果及相关分析

3.5.1实验结果

由于地表水、生活污水不需要人工处理即可直接排放，故仅对其作了TOC与COD值的测定，测定结果如表2、表3、表4、表5所示。

污染源的废水是通过污水处理厂处理后排放至自然水体中的，因此对其进行了生化处理前后TOC与COD以及BOD值的测定。

关于污染源，为了了解废水水质和水量变化的稳定程度，开工率、设备有无异常情况，确定采样时刻间隔，首先进行两日生化处理前后平均每隔2小时采一次样，然后依照此测定值得出的相关结果（如表6至表9所示），确定每天采样时刻为6:

30、9:

30、12:

30、15:

300测定结果表10、表11所示。

表2净月潭TOC与CODcr的测定值（m/L）

TabletTheresultofJinyuetanTOCandCODcr（mg/L）

样品类型：

地表水水样来源：

净月潭

序号

日期

TOC测定值

CODGr

TOC/CODGr

5月25日

5.827

15.91

0.366

5月26日

5.142

13.65

0.377

5月27日

5.431

14.10

0.385

5月28日

7.635

16.90

0.452

5月29日

8.784

18.76

0.468

5月30日

6.375

17.20

0.371

5月31日

6.680

19.47

0.343

6月1日

6.510

16.83

0.387

6月2日

10.689

23.10

0.463

6月3日

7.163

17.47

0.410

6月4日

7.263

17.90

0.406

6月5日

8.152

23.77

0.343

6月6日

7.772

22.60

0.344

6月7日

7.217

20.91

0.345

6月8日

7.449

20.17

0.369

6月9日

7.295

18.07

0.404

6月10日

7.079

17.30

0.409

6月11日

4.724

13.60

0.347

6月12日

4.584

12.90

0.404

6月13日

4.361

12.26

0.356