在水环境监测与污染治理领域,化学需氧量(COD)和生化需氧量(BOD)是两个核心指标,它们如同水体污染程度的 “双标尺”,共同为水质评价、污水处理工艺优化及环境监管提供科学依据。理解 COD 的定义,厘清其与 BOD 的区别和联系,对于准确把握水体污染特征、制定针对性治理方案具有重要意义。
一、COD 的定义与测定原理
化学需氧量(COD)是指在一定条件下,用强氧化剂(如重铬酸钾、高锰酸钾)氧化水中还原性物质(主要是有机物)所消耗的氧化剂的量,以氧的毫克 / 升(mg/L)表示。它反映了水体中受还原性物质污染的程度,这些还原性物质包括有机物、亚硝酸盐、亚铁盐、硫化物等,但在实际水体监测中,有机物是主要贡献者,因此 COD 常被用作衡量水体中有机物污染的综合指标。
COD 的测定方法主要有重铬酸钾法(CODcr)和高锰酸钾法(CODMn)。重铬酸钾法是国际通用的标准方法,其原理是在强酸介质中,以银盐为催化剂,加入过量重铬酸钾溶液,加热回流 2 小时,使水样中的还原性物质被充分氧化,剩余的重铬酸钾用硫酸亚铁铵标准溶液滴定,根据消耗的重铬酸钾量计算 COD 值。该方法氧化率高(对有机物的氧化率可达 90% 以上),适用于各种类型的水样,尤其是工业废水和污染严重的水体。高锰酸钾法(又称耗氧量)则是在酸性或碱性条件下,用高锰酸钾氧化水样中的还原性物质,剩余的高锰酸钾用草酸钠还原滴定,该方法操作简便、耗时短,但氧化率较低(约 50%-60%),主要用于清洁水体或轻度污染水体的监测。
在实际应用中,CODcr 因测定结果更稳定、重现性好,成为我国水环境质量标准和污水处理厂排放标准中的主要控制指标。例如,城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2002)中,一级 A 标准要求 CODcr≤50mg/L,一级 B 标准要求 CODcr≤60mg/L,这一指标直接反映了污水处理后水体中有机物的残留水平。
二、COD 与 BOD 的核心区别
COD 和 BOD 虽同为反映水体有机物污染的指标,但在测定原理、适用范围和环境意义上存在显著区别,主要体现在以下三个方面。
测定方法与耗时不同。COD 通过化学氧化反应测定,采用强氧化剂在高温、强酸条件下快速氧化有机物,整个测定过程(含前处理)通常可在 3-4 小时内完成(重铬酸钾法回流 2 小时,加上滴定等步骤);而 BOD(通常指 BOD5,即 5 日生化需氧量)是通过模拟自然界水体中微生物的生化过程,在 20℃避光条件下,测定水样中有机物被微生物分解所消耗的溶解氧量,整个过程需要 5 天。这种耗时差异使得 COD 更适合快速应急监测和日常批量分析,而 BOD 则更贴近自然环境中有机物的降解规律,但时效性较差。
反映的有机物范围不同。COD 几乎可以氧化水体中所有还原性有机物(包括难生物降解的物质,如多环芳烃、卤代烃等),其测定结果代表了水体中有机物的总量;而 BOD 仅反映可被微生物降解的有机物含量,对于那些难以被微生物分解的惰性有机物(如纤维素、木质素等)则无法体现。例如,某化工厂排放的废水中含有大量苯系物,其 COD 值会显著升高,但由于苯系物难以被普通微生物降解,BOD5 值可能较低,两者的差值能在一定程度上反映难降解有机物的含量。
受环境因素影响程度不同。COD 的测定过程在严格控制的实验室条件下进行,不受微生物种类、温度、pH 值等环境因素的影响,测定结果稳定性强、重现性好;而 BOD 的测定依赖于微生物的活性,其结果受水样中微生物种类和数量、温度波动、营养盐(氮、磷)含量等因素影响较大。例如,若水样中含有抑制微生物活性的重金属或有毒物质,BOD5 的测定结果会偏低,甚至为零,无法真实反映有机物污染程度。
三、COD 与 BOD 的内在联系
尽管 COD 和 BOD 存在明显区别,但两者并非孤立存在,而是通过水体中有机物的组成和降解特性形成紧密联系,主要体现在以下两个方面。
两者均以有机物为核心监测对象。COD 和 BOD 的测定对象本质上都是水体中的有机物,只是采用的 “检测工具” 不同 ——COD 通过化学氧化,BOD 通过生物代谢。对于可生物降解的有机物(如葡萄糖、蛋白质等),两者的测定结果具有一定的相关性,通常 BOD5 约为 COD 的 0.5-0.8 倍;对于含有难降解有机物的水体,BOD5 与 COD 的比值(B/C 比)会降低,该比值常被用作判断废水可生化性的重要指标,当 B/C 比大于 0.3 时,表明废水可采用生物处理工艺;小于 0.2 时,则需先进行预处理以提高可生化性。
两者共同反映有机物的降解潜力。在自然水体或污水处理系统中,有机物的降解是一个先经微生物代谢(BOD 所反映的过程)、后经化学氧化(COD 所涵盖的过程)的连续过程。BOD5 代表了有机物在 5 天内的生物降解量,而 COD 则包括了剩余未被降解的有机物和不可生物降解的有机物总量。通过两者的协同测定,可以评估有机物的完全降解潜力 —— 理论上,当有机物被彻底氧化为二氧化碳和水时,最终的 COD 值应与 BOD 总(即完全生化需氧量)相等,但由于 BOD 总测定耗时长达 20 天以上(BOD20),实际中常用 COD 与 BOD5 的差值估算剩余有机物的降解潜力。
四、两者联合用于水体污染评价的原因
在水环境监测中,COD 和 BOD 常被同时使用,其核心原因在于单一指标难以全面反映水体污染特征,而两者的联合应用能够实现优势互补,为水质评价提供更完整的信息。
弥补单一指标的局限性。COD 虽然能反映有机物总量,但无法区分有机物的可降解性,若仅用 COD 评价水体污染,可能会高估生物处理工艺的效果 —— 例如,某水体 COD 值较高,但其中大部分是可生物降解的有机物,经过污水处理厂的生物处理后,水质可显著改善;而若 COD 值高是由于难降解有机物引起,则生物处理效果有限。BOD5 虽然能反映可降解有机物的含量,但测定周期长且受环境因素干扰大,无法满足实时监测和应急决策的需求。两者联合使用,既能通过 COD 快速掌握有机物污染的总体水平,又能通过 BOD5 了解有机物的生物降解特性,为污染治理方案的制定提供科学依据。
满足不同场景的监测需求。在环境监管中,COD 因其测定快速、稳定,常被用作排污许可、排放标准中的硬性指标,以实现对企业排污行为的实时监控;而 BOD5 则更多用于评估水体的自净能力和污水处理厂的生物处理效率。例如,在河流污染调查中,通过测定不同断面的 COD 和 BOD5,可以判断污染来源 —— 若某断面 COD 和 BOD5 同步升高,可能是生活污水排放所致;若 COD 升高而 BOD5 变化不大,则可能是工业废水(含难降解有机物)污染。在污水处理工艺优化中,通过监测进水和出水的 COD 与 BOD5,可调整曝气强度、污泥浓度等参数,使生物处理单元处于最佳运行状态。
反映水体的生态风险。高浓度的有机物会消耗水体中的溶解氧,导致水生生物缺氧死亡,而 COD 和 BOD5 从不同角度反映了耗氧潜力 ——COD 代表了有机物完全氧化所需的氧量,BOD5 代表了 5 天内生物降解消耗的氧量。两者的联合使用可以更准确地预测水体溶解氧的变化趋势,评估对水生生态系统的威胁。例如,当水体中 COD 和 BOD5 均显著升高时,表明短期内溶解氧会急剧下降,需及时采取应急曝气等措施;若 COD 高而 BOD5 低,则说明耗氧过程较缓慢,但长期仍会对水体生态造成压力。
五、实际应用中的注意事项
在联合使用 COD 和 BOD 评价水体污染时,需注意以下几点以确保结果的准确性和可靠性。
明确测定方法的一致性。COD 测定有重铬酸钾法和高锰酸钾法,不同方法的氧化率和适用范围不同,在数据比较时需注明方法类型;BOD5 测定需严格控制温度(20±1℃)、避光条件和接种液质量,避免因操作不当导致结果偏差。
结合水体类型合理解读数据。不同水体中有机物的组成差异较大,例如,生活污水中 BOD5 与 COD 的比值较高(约 0.6-0.7),而工业废水的比值则较低(部分甚至低于 0.1),在评价时需结合水体来源和污染物特征进行分析。
关注其他辅助指标。COD 和 BOD 仅反映有机物污染,对于重金属、氮磷等营养盐污染无法体现,需结合总氮、总磷、重金属等指标进行综合评价,以全面掌握水体污染状况。
综上所述,COD 和 BOD 作为水体污染监测的 “黄金搭档”,既各有侧重又相互补充。COD 以其快速、全面的特点成为有机物污染的 “总量标尺”,BOD 则以其贴近自然降解过程的优势成为可生化性的 “生物标尺”。两者的联合应用,不仅能全面反映水体污染程度和有机物特性,还能为污染治理、环境监管和生态保护提供多维度的科学依据,是水环境管理中不可或缺的重要手段。