环境保护是可持续发展的重要内容,也是摆在人类面前的紧迫课题

1、环境保护是可持续发展的重要内容，也是摆在人类面前的紧迫课题。环境保护是否行之有效，不仅关系到本代人的生存与发展，更与子孙后代的命运息息相关。在我国，随着经济的持续高速发展，环境污染己成为不可忽视的公害。随着企业的增多，厂区的扩大，各企业污水排放点也随之增多，并且分布越来越分散。这给环保局对企业污水排放的检查带来了困难，不利于环保局随时了解各个企业的污水排放情况。本项目就是为了解决环保局的这一难题而设立。化学需氧量(COD)是水体污染的主要指标之一，也是水质监测的一个重要参数。及时掌握和控制污水化学需氧量，对工业废水的防治有极重要的意义。测定水中COD的方法有高锰酸盐指数法和重铬酸钾氧化法，前者

2、适用于地下水和较干净的地表水、饮用水的分析，而对于工业废水和生活污水的分析则多用重铬酸钾氧化法。然而由于重铬酸钾氧化法分析周期长，能源浪费大，受回流设备限制，不能进行批量分析，其次，使用汞盐、铬盐等势必造成对环境的二次污染。为此，探讨一种快速完善可靠的方法已成为人们努力的目标。例如，我国除规定重铬酸钾氧化法为标准方法(GB11914-89)外，还提出试行方法库仑法。1994年，建议三种补充方法(催化快速法，节能消解法，密封消解法)拟经试行完善后纳入方法标准系列。水和废水标准检验法中对COD定义为：“测定样品中易受强化学氧化剂氧化的有机物在氧化时所需的氧当量。”根据此定义，COD表示的是废水中有

3、机物的含量。由于废水中有机物种类繁多，组成复杂，难以一一定性和定量，所以用COD作为废水有机污染的综合指标有重要的环境意义。然而，废水中某些无机还原物能被强氧化剂氧化，其需氧量也被加到有机污染物的需氧量中，使得实测值与COD定义不符。清除无机还原物的干扰已进行了不少探讨。C1离子和NO离子的干扰可分别加入硫酸汞和氨基磺酸来消除。对氨的干扰，1989年，Kilm进行了研究，发现无离子存在时，氨不被氧化；若有氯离子，用较高浓度的重铬酸钾，氨明显被氧化，且氨离子的干扰随其浓度及消化时间的增加而加剧，而用低浓度的重铬酸钾溶液处理，氨离子几乎不产生干扰。为避免氨的干扰，测定重铬酸钾氧化法时最好采用低浓度

4、重铬酸钾溶液。赵亚乾的研究表明，双氧水对COD测定可产生一定影响，但其干扰的消除未能解决。硫离子、铁离子等的干扰则需先测其原始浓度，然后在假定其定量氧化的基础上通过计算加以消除。氧化硫、过氧化硫也能被重铬酸钾氧化，其产物均为硫酸盐，亦可按上述方法处理。这种方法尽管在理论上是合理的，但在具体操作和执行上是极困难和不经济的，因为它要求必须首先判明水中有哪些无机还原物并分别准确测定；另一方面，上述无机还原物大部分能被空气氧化，从而使重铬酸钾氧化法的测定会因样品放置时间不同而异。1994年，我国水和废水监测分析方法对COD重新定义为：“化学需氧量，是指在一定条件下，用强氧化剂处理水样时所消耗氧化剂的量

5、。”这样，被氧化的就不仅是有机物，也包括了无机还原物。这一定义与实际操作比较吻合，也容易执行。但是COD作为水体有机污染指标的意义却被淡化，这或许会给水处理工作者带来一些困难。目前，标准方法仍要消除氯离子的影响，主要原因在于氯离子存在的普遍性及氯离子会消耗催化剂硫酸银产生氯化银沉淀从而吸附有机物并影响氧化率。标准方法中消除氯离子影响采用的硫酸汞有毒性，在重铬酸钾氧化法常规测定中要0.4g硫酸汞，因此，仅单样测定就要向环境排放0.27g汞离子，我国每年以COD废液向环境排放的汞以吨计，汞污染十分突出。实验证实，硫酸汞对氯离子的控制只能达到93%左右，并不能完全消除氯离子的影响。为此，提出的改进方

6、法有:a) 银盐法：加入银盐使氯离子生成氯化银沉淀，经滤除或取上层清液测重铬酸钾氧化法。b) 扣除法：直接按氯离子浓度及耗氧平均值计算其所产生的重铬酸钾氧化法加以扣除，或用磺化钾溶液或蒸馏水吸收被氧化的产物Cl2，根据其被氧化的量及耗氧量，从表现值中扣除。c) 密封法：掩蔽剂仍是硫酸汞，消化过程在密闭容器中进行。氯离子 和被氧化成的氯气达到气液相平衡而不再有干扰，其干扰程度可由校正曲线绘出。d) 标准曲线法：配制不同浓度氯离子的水样，测其重铬酸钾氧化法值，找出氯离子浓度与重铬酸钾氧化法之间的线性关系。据此进行校正。上述消除氯离子的方法尚存在这样那样的问题，因此，寻找可靠无毒适用的消除氯离子干扰

7、的方法仍是一个值得关注的问题。按COD定义，水样中有机物均应被重铬酸钾氧化，实际情况并非如此。硫酸银作催化剂，有机物氧化率达90% ，一般认为，芳香烃、乙醚等难以被氧化，吡啶不被氧化。郭斗华等认为若与试剂充分接触，苯、甲苯等可被氧化。Palaty等试图用硫酸铈和钼酸铵作催化剂以提高对芳香烃的氧化能力，但姚秀芹等所做的对比实验，并未发现氧化率有明显的变化。由于银盐昂贵，不少人试图寻找廉价有效的催化剂。Moore等从19种化合物中筛选出和，但两者催化的氧化率仍偏低。Wilson等用混合物代替硫酸银亦不理想。Eissa认为，对重铬酸钾氧化法>100mol的水样，可用或CuO作催化剂。国内也有类

8、似工作的报导。这些代用催化剂对提高各种有机物特别是难氧化有机物的氧化率来说，缺乏大量有力的实验数据，可靠性尚待进一步研究和评价。因此，寻找廉价有效的催化剂或采用其它途径提高氧化率仍是一个值得探讨的课题。为提高分析速度，缩短回流过程，对COD测定法的改进主要集中在样品消化和测定手段两个方面。早期快速法是参照标准回流法从减少消化时间着手。1967 年，Jeris提出，用硫磷混酸(11)代替硫酸回流，因溶液沸点提高，消化时间减少至15min。赵钦勋等加大硫酸浓度至20.2mol，提高的氧化电位，加快了反应速度，回流时间缩短至20min，据称对含氯离子 离子浓度高、COD值较低的水样，准确度明显高于标

9、准法。沈炕等采用开管加热消解，以为氧化剂，在开启的试管内控制温度165，12min便可完成消解。由于采用试管在加热装置中消解，一次可消解十几甚至几十个样品，试剂用量仅为标准法的1mol。80年代出现的密封消解，初衷是出于抑制氯离子的干扰和阻止有机物的散失。陈学德等试验证实，密封法除能抑制氯离子外，在相同消化时间下，比回流法有更高的氧化率。孙乃有将密封法用于COD快速分析，实测结果略低于标准法。文献中的密封催化消解法，加入助催化剂硫酸铝钾和钼酸铵，在具塞加热管中于165恒温消除15min后测定，结果与标准法一致，实验室间和室内标准偏差稍大于标准方法。测定手段除一般的容量法外，尚有：a) 分光光度

10、法。将一定量的、和浓、混合在75加热15min冷却后于600nm测其吸光度，亦有在165恒温消除10min，于610nm测吸光度的。b) 库仑法。库仑法是我国的试行方法，该法回流时间15min，用电解产生的亚铁离子作库仑滴定剂进行库仑滴定，根据消耗的电量求得剩余量，从而计算出CODcr。c) 动力学法。利用动力学原理按照反应速度推算CODcr。Dasgupta 基于此原理，用光纤传感器设计出一种COD快速分析仪。赵亚乾等针对特定水样，根据以前的数据曲线求出反应速度常数，测出其CODcr初始值，然后测出计时回流后样品CODcr值，推算全程回流后的CODcr。d) 电位法。一定比例的反应溶液回流1

11、0min后，冷却稀释，用示波器指示终点进行示波电位滴定，或根据氧化过程中的电位变化，利用工作曲线直接电位法快速测定COD。e) 静电流法。Pilzu等用涂PbO2的铂电极从+1.2v到+2.0v记录0.1 mol K2SO4的伏安图，然后加试样以测定可氧化物质，用固定电位的电流变化计算COD值。f) 极谱法。袁洪志利用单扫描极谱测定环境水样中的COD。其原理是在强酸性溶液中用极谱法测定过剩重铬酸钾中六价铬的量，间接求出COD值，可测COD20600mg/mol，分析时间15min。国家环保局组织中国2020年环境保护战略对策研究，提出力争从本世纪末到下世纪头20年将削减COD负荷总量的54.

12、6% ，这对工业废水污染防治提出了新的要求。为了适应这一需要，开展COD快速法、在线自动监测的研究，对于及时掌握和控制污水COD状况。根据项目要求，环保中心只需通过机就可以得到各个企业各个排水点的污水排放数据，无需派人实地检测取数。环保中心可以通过机定时获取各个企业各个排水点的污水排放数据，也可以随时获取。每次取得的数据都存储起来，可以随时调用查看。企业端也将保存每次对污水检测的数据，可以随时调用查看。企业也可以在本地对污水进行检测，检测所得数据将及时传送到环保中心。从取样检测到数据传送都是全自动的，无需人工操作。因此本论文的工作如下：a) 提出作为一个简单的环境检测数据处理系统的原理方案并绘出其框图；b) 根据设计的方案绘出硬件原理图