湘潭地区高锰酸钾法地表水检测分析

刘 蓉

（湖南省湘潭市环境保护监测站, 湖南 湘潭 411104）

湘潭地区高锰酸钾法地表水检测分析

刘 蓉

（湖南省湘潭市环境保护监测站, 湖南 湘潭 411104）

为了监测湘潭地区水体受有机物污染程度，采用酸性高锰酸钾法对该地区地表水中化学需氧量数值进行了检测分析。对比近两年来各断面的年平均化学需氧量数值，各断面化学需氧量数值整体呈下降趋势，水体逐渐趋于清洁，且均符合《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅲ类水质标准。但仍有部分地区有机物污染较严重，需继续加强治理。

化学需氧量；酸性高锰酸钾法；地表水

近几年，随着工业的发展，大量废水废气未经处理被直接排放，水质恶化情况日益严峻，人们愈加认识到水体污染检测的重要性。其中，化学需氧量（COD）是其中一项能够反映水体受有机物污染程度的重要综合指标，因此 COD 指标已经在水质监测中广泛应用[1]。

化学需氧量是指水样在一定条件下用氧化剂处理时其还原性物质(即有机物和亚硝酸盐、硫化物、亚铁盐等无机物等)消耗该氧化剂的量，以氧的mg•L-1表示[2]。COD 越大，水体受有机物污染越严重。目前，COD的标准测定方法有重铬酸钾法和高锰酸钾法。其中，重铬酸钾法主要用于测定工业废水和生活污水的化学需氧量。该法结果准确，重现性相对较好，但具有时间长、成本高等缺点。而高锰酸钾法常用于测定地表水和生活饮用水、源头水的化学需氧量。故本文采用的是高锰酸钾法来对湘潭地区地表水进行检测分析。

本文对传统高锰酸钾法进行了改进，利用加热更加稳定的烘箱加热代替传统的水浴加热方式进行测定。改进后的方法具有灵敏度高、操作简单、可批量分析等优点，能够客观的通过COD的值对湘潭地区水质进行分析。

由于污染物排放增多、水体纳污能力及自净能力降低、流域生态环境的变迁等因素的影响，水质安全状况堪忧，因此水质安全研究显得刻不容缓。目前湘潭市饮用水水源水质现状为：达标率居全省末位，超标污染物较普遍的是粪大肠菌群、化学需氧量、氨氮、石油类、汞和镉等[3]。本文对比了 2015、2016 年各监测断面的化学需氧量数值，对湘潭地区地表水质进行评价分析

1 高锰酸钾法

1.1 高锰酸钾法分类

高锰酸钾法分为化学分析法以及仪器分析法。

其中化学分析法分为酸式高锰酸钾法和碱式高锰酸钾法。

碱式高锰酸钾法适用于氯离子浓度高于 300 mg/L 的水样。而酸式高锰酸钾法通常适用于氯离子浓度低于 300 mg/L 的清洁水样，如：生活饮用水等[4]。因此，本文采用酸式高锰酸钾法进行检测分析。酸式高锰酸钾法即在酸性条件下，用过量高锰酸钾氧化水样含有的还原性物质，反应完全后，加入过量草酸钠，，再用高锰酸钾回滴过量草酸钠，溶液刚好显淡粉色时表明到达滴定终点[5]。

而仪器分析法最常用的是分光光度法，即使用邻菲啰 琳分光光度法分析亚铁，间接测定 COD 的值[6]

1.2 高锰酸钾法测定机理

根据我国《地表水环境质量标准》规定，生活饮用水源 COD 浓度应小于 20 mg/L，一般景观用水COD 浓度应小于 40 mg/L[7]。本文利用酸式高锰酸钾消耗的量计算出 COD 数值，并以此为依据与相关规定数据比较，评价水体受有机物污染的程度。

消化反应：

草酸还原及滴定反应：

该反应是一个氧化还原过程，需要严格控制反应条件[8]。

1.3 高锰酸钾法测定影响因素[9]

（1）加热时间：增加反应时间，有利于氧化，使得测定值偏高，产生正误差；反之，降低反应时间，不利于氧化，使测定值偏低，产生负误差。因此，需要精确设定反应时间。

（2）加热温度：草酸还原及滴定反应为吸热反应，升高温度有利于加快反应速度，但不能无限升温，温度过高会导致高锰酸钾分解为二氧化锰。温度保持在 75 ℃左右为宜。

（3）酸度：溶液酸度会对反应的速度和方向产生影响。酸度适当增加可以加快反应速度，保持在pH=1～2 为宜。酸度过高会导致溶液中的草酸钠分解，而酸度过低会发生副反应，产生 MnO2沉淀。

（4）高锰酸钾溶液浓度：高锰酸钾溶液浓度过低，氧化能力受影响，导致测定结果偏低。高锰酸钾溶液浓度过高，影响滴定终点判断，导致测定结果偏高。高锰酸钾溶液浓度应控制在 0.01mol/L 左右；同时高锰酸钾校正系数 K 值最好在 0.95～1.0范围内。

（5）滴定速度：测定时保持滴定速度与反应速度相同有利于测定的准确性。滴定速度过快，高锰酸钾溶液会分解成为氧化锰，测定结果不准确；滴定速度过慢，溶液温度随时间推移而降低，导致测定结果偏高。应该开始时逐滴加入，前一滴褪色后加入后一滴，随后可适当加快。

（6）滴定终点：滴定终点应与标准溶液标定时颜色一致，即溶液出现淡粉红色 0.5～1min 不褪色，就可以认为到达滴定终点。

1.4 传统高锰酸钾法测定优缺点

传统高锰酸钾法具有成本低、分析速度快、环境污染少等优点，所以是一种得到广泛应用的方法。但同时其缺点也不容忽视：高锰酸钾氧化能力差，在工业废水 COD 测定中具有测定结果的准确性低、重现性差、分析数据不可靠等缺点[10]。

烘箱加热代替传统水浴加热可以使加热过程更加稳定，反应更加完全，提高了测量结果的准确性。改进后方法的准确度和精密度得到了提高，有很强的实用性

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

仪器：722 型可见分光光度计（上海菁华科技仪器有限公司）、酸式滴定管、250 mL 锥形瓶；

试剂[6]：实验所用试剂均为分析纯或优级纯，所用水为 Millipore 超纯水

硫酸(1+3)溶液:一边搅拌一边将 100 mL 浓硫酸加入到 300 mL 蒸馏水中；

浓度为 500 g/L 氢氧化钠溶液：准确称量 50 g NaOH 固体，搅拌溶解，定容至 100 mL；

浓度为 0.100 0 mol/L 的草酸钠标准贮备液：准确称量草酸钠 0.670 5 g，溶解后转移至 100 mL 容量瓶中并混匀；

浓度为 0.010 0 mol/L 的草酸钠标准溶液：用移液管转移 10 mL 草酸钠标准贮备液至 100 mL 容量瓶中并混匀；

浓度约为 0.1mol/L 的高锰酸钾标准贮备液：将3.2 g 高锰酸钾溶解在水中并定容至 1000 mL，90 ℃左右水浴加热 2 h，静止 2 d 后取上层清液；保存于棕色瓶中待标定。

浓度约为 0.01mol/L 高锰酸钾标准溶液：用移液管转移 10 mL 高锰酸钾标准贮备液至 100 mL 容量瓶中并混匀。

2.2 样品的采集

湘潭市是一个以河流型地表水为主的城市，根据城市地表水分布情况，对于监测断面选择情况如下：2015 年湘潭市地表水、饮用水共监测了五星（一水厂）、三水厂、易家湾、涟水入河口、马家河、易俗河水厂、文家滩、涓水入湘江口、西阳渡口、洙津水厂、青年水库、东山电站 12 个断面，2016年6月开始，调整为 15 个断面。其中，立山村、九华湖公园、水府庙水库库心为新增断面，东山电站断面取消，改测洋潭坝断面；另，青年水库断面原来是每季度监测 1次，从 2016 年 6 月开始，改为每月监测1次。

2.3 实验方法[5]

取 100 mL 混匀的样品置于锥形瓶中，加入 5 mL硫酸，随后滴定管加入 10.00 mL 高锰酸钾溶液，摇匀，130 ℃烘箱加热 25 min；随后加入 10.00 mL 草酸钠溶液，摇匀使红色褪去变为无色，用高锰酸钾滴定至出现稳定的淡粉红色，并且 30 s内不褪色为到达滴定终点。记录消耗高锰酸钾的体积 V1（mL）；

向上述水样中趁热加入 10.00 mL 草酸钠溶液，立即用高锰酸钾溶液滴定至出现稳定的淡粉红色，并且 30 s 内不褪色。记录消耗高锰酸钾的体积 V2（mL）；

如水样用纯水稀释，另取 100 mL 纯水代替样品重复上述步骤进行测定，记录消耗高锰酸钾的体积 V0（mL）。

2.4 结果计算

高锰酸盐指数以每升样品消耗毫克氧数来表示（O2,mg/L）计算方法如式（1）：

若水样用纯水稀释，则以式（2）计算：

式中：V3——滴定时，消耗高锰酸钾体积，mL；

R——稀释水样时，纯水在 100 mL 体积内所占的比例值。

3 结果与讨论

3.1 监测结果

湘潭地区各断面年平均化学需氧量数值如表 1所示。其中 2015 年所有监测断面年平均化学需氧量均小于 15，符合《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅱ类水质标准（Ⅱ类主要适用于居民聚集生活用源头水国家一级保护区、国家珍稀保护水生生物栖息地等，COD 排放上限为 15）；而在 2016 年新增的四个断面中，九华湖公园和立山村两个断面年平均化学需氧量数值大于15但小于20。该地区地表水执行《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅲ类水质标准（Ⅲ类主要适用于居民聚集生活用源头水国家二级保护区、水产养殖区等渔业水域，COD 排放上限为 20），所以监测结果表明，湘潭地区地表水 COD 指标符合国家标准（表1）。

表1 各断面年平均化学需氧量Table 1Annual average chemical oxygen demand of sections

3.2 讨论

对比 2015 年和 2016 年各断面年平均 COD 值，如图1可以发现：对于两年来均进行监测的断面来说，2016 年各断面 COD 数值有升有降，总体来说呈下降趋势，水体逐渐趋于清洁，有机物污染程度缓慢降低。可见，随着人们环保意识的不断增强，以及湘潭市有关部门近年来加强了对周边小型化工厂和造纸厂等污染严重企业的整治，使得湘潭地区地表水污染程度有所下降。但与庞大基数相比，下降数值不大，整体情况不容乐观，有调查结果表明湘潭市饮用水水源水质达标率居全省的末位[11]，地表水污染治理刻不容缓，特别是对于 2016 年新增的九华湖公园和立山村断面附近水源的治理。

4 结 论

本文采用了改进的酸性高锰酸钾的方法，对湘潭地区 15 个断面地表水中的化学需氧量进行了检测和分析，结果表明各断面COD数值均符合《地表水环境质量标准》（GB3838-2002）Ⅲ类水质标准。并且对比分析 2015、2016 年各断面年平均 COD 值可以发现：COD数值总体呈下降趋势，说明湘潭市地表水有机物污染程度在逐渐降低，水体逐步趋于清洁。

图1 2015、2016年各断面年平均COD值对比图Fig.1Comparison of annual average COD of sections of 2015 and 2016

但整体来说，仍需加强地表水污染的治理，特别是对污染较严重的地区，如：九华湖公园和立山村断面附近水源的治理。此外有必要对地表水进行监测，建立化学需氧量在地表水中含量的数据库，以保证正确评估其对环境乃至人类健康的影响和风险。

随着科技的不断发展，环境问题日益严重，人类赖以生存的水资源的污染已经逐渐开始危害人们的健康，地表水质的监测分析需要长期坚持，提高居民的环保意识、加快相关法律法规的制定并依法监督治理、调整产业结构，加强对高耗能，高污染企业的治理、加强基础设施建设[12]，这些都不失为一些好方法。

［1］刘毅，谬玲，欧阳星星.水体化学需氧量的检测方法研究[J].化工设计通讯.2016,42(2):108-125.

［2］孙宗光,齐文启.水和废水中总需氧量的测定[J].干旱环境监测,1998, 12(4):193-196.

［3］李菊红.湘江湘潭段水源地水质安全性研究[D].湖南:湖南大学,2013.

［4］孙永秀.酸性高锰酸钾法测定化学需氧量的方法及技巧[J].山西建筑.2009,35(23):192.

［5］邢竹.水和废水中化学需氧量测定方法探讨[D].天津:天津大学,2009.

［6］国家环境保护总局《水和废水监测分析方法》编委会.水和废水监测分析方法(第四版)[M].北京：中国环境出版社，2002.

［7］张佳音.延河、清涧河流域地表水污染调查评价[D].陕西：西北大学，2009.

［8］许静正. 采用高锰酸钾法测定 COD 的探讨[J]. 水质监测，2009 (12): 65-66.

［9］贺景峰,安全.酸性高锰酸钾法测定水中耗氧量方法[J].科技传播,2013,4(2):112-113.

［10］ 高 姗.化 学 需 氧 量 快 速 测 定 方 法 的 研 究[D].辽 宁 ： 辽 宁 科 技 大学,2016.

［11］秦普丰，雷鸣，郭雯.湘江湘潭段水环境主要污染物的健康风险评价[J].环境科学研究,2008,21(4)190-195.

［12］张颖.2000-2010 年西安市地表水水环境质量分析[D].陕西：西北农林科技大学，2011．

Detection and Analysis of Surface Water in Xiangtan Area bypotassiumpermanganate Method

LIU Rong
（Xiangtan Environmentalprotection Monitoring Station, Hunan Xiangtan 411104, China）

In order to monitor the degree of organicpollution of the water in Xiangtan area, the chemical oxygen demand (COD) of surface water in this area was detected by acidpotassiumpermanganate method. The average annual chemical oxygen demand in thepast two years was compared. The results show that the chemical oxygen demand of the whole section shows a decreasing trend, and the water body tends to be clean. And they all conforms to the surface water environmental quality standard (GB3838-2002) class III water quality standard. But there are still some areas whose organicpollution is serious, the control should be strengthened.

Chemical oxygen demand; Acidpotassiumpermanganate method; Surface water

O 657

： A

： 1671-0460（2017）02-0381-04

2016-12-30

刘蓉（1977-），女，湖南湘潭人，研究方向环境质量分析，中级职称。