高錳酸鹽指數與化學需氧量的相關性分析及應用

宋盼盼，黃 琳，吳朝霞

（湖北省孝感市水文水資源勘測局，湖北孝感432100）

高錳酸鹽指數與化學需氧量的相關性分析及應用

宋盼盼，黃 琳，吳朝霞

（湖北省孝感市水文水資源勘測局，湖北孝感432100）

通過對高錳酸鹽指數與化學需氧量監測數據的相關性分析，表明高錳酸鹽指數與化學需氧量線性關系顯著。因此在水體還原性污染物構成相對穩定的情況下，通過高錳酸鹽指數推算出化學需氧量，對水質監測工作有一定的應用價值。

高錳酸鹽指數；化學需氧量；相關性；應用

D OI：10.3969/j.i s s n.1008_1305.2015.06.034

1 高錳酸鹽指數與化學需氧量的區別與聯系

高錳酸鹽指數（C O DMn）是指在一定條件下，用高錳酸鉀氧化水樣中的某些有機物及無機還原性物質，由消耗的高錳酸鉀量計算相當的氧量。化學需氧量（C O DCr）是指在一定條件下，經重鉻酸鉀氧化處理時，水樣中的溶解性物質和懸浮物所消耗的重鉻酸鹽相對應的氧的質量濃度［1］。高錳酸鹽指數和化學需氧量都是用定量的數值來間接地、相對地表示水體中還原性物質數量的重要指標［2］。表1簡要概括了C O DMn與C O DCr的區別。二者采用不同的氧化劑在不同的氧化條件下測定，由于重鉻酸鉀氧化體系中酸性的強度和氧化劑的濃度都比高錳酸鉀氧化體系更強更高，在測定高錳酸鹽指數時，水樣中還原性物質的氧化率大約為50%，在測定化學需氧量時則可達到90%以上［3］。對于同一水體，其污染物的種類構成相對固定，二者之間可能存在一定的相關性。

表1 C ODMn與C ODCr的區別

2 高錳酸鹽指數與化學需氧量的相關性分析

2.1 曲線方程的計算

現以竹竿河大悟段2014年3～10月C O DMn和C O DCr的監測資料為例，具體地分析二者的相關關系，監測結果見表2。

利用上表中的數據在e x c e l軟件中生成散點圖，并添加趨勢線，如圖1。

表2 C ODMn和C ODCr監測成果

利用e x c e l軟件擬合出C O DMn和C O DCr線性關系的曲線方程：

式中：y為化學需氧量；x為高錳酸鹽指數。

調用C O R R E L函數，計算出C O DMn和C O DCr相關系數r=0.9247。

2.2 相關系數的顯著性檢驗

擬合出的曲線方程是否對描述高錳酸鹽指數與化學需氧量的關系有實際意義，仍需要進行相關性檢驗。

圖1 竹竿河大悟段C ODMn和C ODCr相關關系散點圖

建立如下假設，H0：ρ=0（該河段的高錳酸鹽指數與化學需氧量不存在顯著線性關系；無效假設），H1：ρ≠0（該河段的高錳酸鹽指數與化學需氧量存在顯著線性關系；備擇假設），確定檢驗水準α=0.01。

根據以下公式計算出統計量t值：

式中，t代表統計量；r代表相關性系數；n代表樣本容量。

經計算得：t=9.0874

當顯著性水準α=0.01，即置信度P=99%時，自由度df=n-2=14。

根據以上數據查相關系數顯著性檢驗表，得出t0.01，14=0.6226。

顯然，t＞t0.01，14，所以拒絕假設H0，即該河段的高錳酸鹽指數與化學需氧量線性關系顯著。

3 高錳酸鹽指數與化學需氧量相關性的應用

3.1 利用回歸方程相互推算

高錳酸鹽指數與化學需氧量都是水體是否發生污染的重要指標。一直以來，我國地表水環境質量標準既有高錳酸鹽指數標準，同時又有化學需氧量標準。通常，在地表水水質監測中，高錳酸鹽指數作為常規檢測參數，化學需氧量作為非常規檢測參數，只有重要水體及入河排污口才測定化學需氧量。近幾年來，隨著最嚴格水資源管理制度的實施和水資源質量調查評價、水功能區納污能力計算等工作的開展，化學需氧量成為評價水質污染狀況的最關鍵指標。由于是非常規檢測參數，化學需氧量的監測數據不完善往往給相關工作帶來不少困難。

研究各類水體的高錳酸鹽指數與化學需氧量的相關性，用高錳酸鹽指數來推算化學需氧量，對于水體污染評價有重要的實用意義。可以有效地克服二者因測定方法不統一而難以比較的難題。另外，在水功能區納污能力計算時，可利用高錳酸鹽指數的歷史數據，為化學需氧量總量控制提供依據。

3.2 控制化學需氧量的監測頻次

高錳酸鹽指數檢測時使用高錳酸鉀在酸性條件下氧化水樣中的還原性物質，而化學需氧量檢測時使用重鉻酸鉀作為氧化劑，濃硫酸和硫酸銀作為催化劑，并用硫酸汞屏蔽氯離子干擾。由于化學需氧量的檢測中使用的藥品大多很昂貴，其檢測成本是高錳酸鹽指數檢測成本的十幾倍。更需要注意的是，重鉻酸鉀是一種有毒且對人和動物有潛在致癌危險性的強氧化劑，硫酸汞屬于劇毒化學品，實驗后的廢液難以處理，一旦進入土壤或水體，將產生極大的危害。相比之下，高錳酸鹽指數的檢測成本低廉，帶來的二次污染也較小。

通過確立水體的高錳酸鹽指數與化學需氧量的相關性，利用回歸方程推算出對應的化學需氧量，以減少化學需氧量的監測頻次，對資源節約和環境保護有著很重要的意義。

3.3 監測數據合理性檢驗

水環境監測數據往往直接關系到行政部門的正確決策，因此，檢測數據必須能準確地反映水體的真實情況。為了確保水質檢測數據準確可靠，對檢測數據進行合理性檢驗十分重要。對于污染物構成相對穩定的水體，其高錳酸鹽指數與化學需氧量往往表現出顯著的相關性，利用長期監測積累的大量的數據擬合出該水體C O DMn和C O DCr線性關系的曲線方程，對高錳酸鹽指數和化學需氧量的監測數據的合理性檢驗具有重要的參考價值。

4 結語

水體中高錳酸鹽指數與化學需氧量的相關性分析必須通過長期的監測，以大量數據為基礎得出的曲線方程才能更真實地反映出二者的相關關系。污染物構成相對穩定的水體，其高錳酸鹽指數與化學需氧量的相關性更顯著，對于水質成分變化較大的水體，上述相關性可能并不顯著。高錳酸鹽指數與化學需氧量的相關性在水質監測中具有一定的應用價值，但不適用于仲裁性監測、監督性監測、考核性監測等精度要求較高的水質監測活動。

［1］北京工業大學工業水務中心，中國標準出版社第二編輯室.水務管理法規標準規范全書（水源環境卷）［M］.北京：中國標準出版社，2003.

［2］李志亮，仲躋文.生化需氧量、化學需氧量、高錳酸鹽指數三者關系簡析［J］.水利技術監督，2015（01）：6.

［3］李海燕.地表水水質污染對C O DMn和C O DCr相關關系的影響［J］.武漢科技學院學報，2006（05）：30_32.

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宋盼盼（1987年—），男，助理工程師。