洱海水体总有机碳与化学需氧量的相关性探讨

黄明雨

摘要：于2018年1～12月份期间，对洱海的11个监测点位进行了采样，测定了水样中总有机碳（TOC）和化学需氧量（CODCr）的值。11个点位的CODCr、TOC均值分别为：16.23±2.43 mg/L、6.11±1.69 mg/L。用最小二乘法对11个点位CODCr—TOC对照数据进行线性回归，得到回归方程为y=1.290x+8.338，相关系数R=0.897。结果表明：①洱海水体同一点位的CODCr、TOC差异较小且变化趋势一致，不同点位之间的CODCr、TOC差异也较小，空间分布也趋于一致;②不同點位的CODCr、TOC之间，均存在显著的线性相关，但是相关系数之间的差异较大，介于0.678 ～0.939之间。

关键词：总有机碳;化学需氧量;相关关系;洱海

中图分类号：X524

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2020）14-0131-04

1 洱海流域概况

洱海（25°36′～25°58′N，100°5′～100°18′E）位于云南省大理市境内，是云南省第二大淡水湖泊。其形似人耳，南北长，东西窄，当水位1966 m时，湖面积252 km2，南北长42.5 km，平均水深10.5 m，最深处达20.5 m，最大湖宽8.4 km，湖容量28.8亿m3，湖水不存在温跃层，上下温差小，冬季湖面无冰，洱海流域面积2565 km2[1]。

化学需氧量（CODCr）是利用化学氧化剂重铬酸钾将水中可氧化物质（如有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等）氧化分解，根据反应后残留的氧化剂的量计算出氧的消耗量[2]。CODCr的测定随着测定水样中还原性物质构成以及测定方法的不同，其测定值也有所不同。水体中所含的有机物成分复杂，并非所有的有机物都能被重铬酸钾氧化，例如含苯环比较多的芳香烃物质就不能被其氧化[3]。 CODCr能氧化水体中近80%的有机污染物，且重现性好，水环境监测中普遍适用于测定水样中有机物的基本总量。

总有机碳（TOC）为水中有机物所含碳的总量，是以碳总量表示水体中有机物质总量的综合指标，所有含碳物质均能反映在TOC测定指标值中，因此TOC 能充分反映出有机物对水体的污染水平[4]。尽管我国目前尚未将TOC纳入地表水的常规监测项目，但是TOC作为水体有机物污染程度的重要指标将越来越受到重视。

本研究以新三湖之一洱海为研究对象，通过测定洱海水体中CODCr、TOC的对应数值，分析对照数据并探讨二者的相关关系。

2 研究方法

2.1 水样采集

根据“洱海及其主要入湖河流水质监测评价工作方案”，洱海水质监测点位采用原有5条国控垂线及6条省控垂线共11个监测点（图1）。2018年1～12月每份个月8日左右采集11个点位上下层混合水样，用便携式采水器在各样点表层（0.5m）、和底层（离底泥0.5m）采集水样现场混合。水样装入样品瓶中冰盒内保存，带回实验室测定各项指标。

2.2 测试方法

水样经超声细化处理后，采用哈希快速消解液（UL）消解，冷却后使用DR5000紫外分光光度计（哈希，美国）依据《水质 化学需氧量的测定 快速消解分光光度法》（HJ/T 399-2007）测定CODCr的数值;

TOC数值使用ET1020A总有机碳分析仪（普析，中国）依据《水质 总有机碳的测定 燃烧氧化-非分散红外吸收法》（HJ 501-2009）测定。

2.3 数据分析

数据统计分析采用SPSS20.0和EXCEL2007软件进行，数据图采用SURFER16软件进行。

3 结果与结论

洱海水体同一点位的CODCr、TOC差异较小且变化趋势一致（图2），并且在采样期间CODCr、TOC 出现最大值的时间有8个点位相同。285、286、288、631、632、633这6个点位CODCr、TOC的最大值均同时出现在2018年8月份，283点位CODCr、TOC的最大值同时出现在2018年9月份，281点位CODCr、TOC的最大值同时出现在2018年10月份。280点位CODCr、TOC的最大值分别出现在2018年10月份、2018年8月份。284点位CODCr、TOC的最大值分别出现在2018年6月份、2018年8月份。287点位CODCr、TOC的最大值分别出现在2018年9月份、2018年8月份。

洱海水体不同点位之间的CODCr、TOC差异较小（图3），分布趋于一致（图4）。11个点位的CODCr、TOC极值范围分别为12.90～25.50 mg/L、3.02～10.83 mg/L，均值范围分别为15.38～17.38 mg/L、5.40～7.43 mg/L。633点位的CODCr、TOC 值较高，CODCr、TOC的均值分别为17.4 mg/L、7.43 mg/L;284点位的CODCr值最小，均值为15.4 mg/L，283点位的TOC值最小，均值为5.40 mg/L。

通过2018年12个月对洱海11个点位的不间断监测，得到132组总有机碳（TOC）与化学需氧量（CODCr）的有效对应数据。根据对照数据组，绘制CODCr—TOC散点图（图5）。利用最小二乘法建立因变量y（TOC）对自变量x（CODCr）的线性回归方程，得到总体回归直线方程为：

式（1）、（2）中：y为化学需氧量（CODCr）;x为总有机碳（TOC）;R为相关系数。

本文选用方差分析对总有机碳（TOC）与化学需氧量（CODCr）的线性回归效果进行检验，方差分析结果（表1）表明二者具有极显著相关性（P<0.01），所以一元线性回归方程成立。

用最小二乘法分别对11个点位CODCr—TOC对照数据进行线性回归，结果表明不同点位的相关关系系数不一致（图6）。其中631、288、633、286点位的相关系数最高，在0.900～0.939;281、280、285、632点位的相关系数次之，在0.810～0.887;287、283、284点位的相关系数最小，在0.678～0.784。饶春熙[5]建立了地表水中COD和TOC之间的相关关系，发现了COD和TOC具有正相关关系;陈光[3]和江莉[6]等的研究则进一步证实了不同类型水体间COD与TOC的相关性，且得出了COD与TOC之间的比值关系;武孔焕[7]研究表明滇池外海水体CODCr和TOC存在显著的线性相关。以上研究结果与本文洱海水体TOC 与CODCr有显著性正相关的结论一致。

洱海水体中TOC与CODCr之间存在显著的线性相關，CODCr数值可用于估算和衡量洱海的有机污染情况。当水体稳定时，总有机碳（TOC）与化学需氧量（CODCr）存在着正相关性[8]。但是，由于水体中污染物的类型、占比不同，不同水体其相关性存在一定差异;即使同一水体，因受污染的程度不同，其相关性也不相同[9]。在洱海流域经济社会飞速发展的城镇化时期，水体中有机污染物来源在不断变化的情况下，洱海水体中CODCr的变化并不能真实地反映其被有机物污染的程度。因此，仅用CODCr指标反映洱海水体受有机污染的程度或水体中有机污染物含量有一定的片面性[10] 。

总有机碳（TOC）相对于化学需氧量（CODCr）能够更全面地反映水体中有机物的污染程度，而且TOC测定仪操作简单，数据准确，用TOC监测代替CODCr监测有利于实现监测仪器化、自动化。

参考文献：

[1]卫志宏.洱海控藻技术研究[M].昆明：云南人民出版社，2013

[2]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[M]. 4版.北京：中国环境科学出版社，2002：210.

[3]陈 光，刘廷良，孙宗光.水中TOC与COD相关性研究[J]. 中国环境监测，2005，21（5）：10～12.

[4]汪志国，李国刚.浅谈TOC与CODCr的关系[J]. 中国环境监测，2001，15（1）：1～3.

[5]饶春熙.江汉（武汉段）TOC与COD的相关关系试验[J].重庆环境科学，1989，11（6）：16～20

[6]江 莉，张业明，曹 刚，等.富营养化东湖水中COD与TOC的相关性研究[J].环境科学与技术.2007，30（10）：37～39

[7]武孔焕，聂菊芬.滇池外海水体的化学需氧量和总有机碳的相关关系比较[J].环境科学导刊，2018，37（3）：17～19

[8]李 晨，王 莹，刘 佳.滦河水中总有机碳（TOC）与化学需氧量（CODCr）相关性研究[J].天津科技，2017，44（7）：95～97

[9]孙立岩，姚志鹏，张 军，等.地表水中TOC与COD换算关系研究[J].中国环境监测，2013，02：031

[10]王圣瑞.滇池水环境[M ].北京：科学出版社，2015.