武藹娜

(山西汾西礦業(yè)集團(tuán)環(huán)境監(jiān)測(cè)有限責(zé)任公司，山西 介休 032000)

引 言

水污染的兩個(gè)重要評(píng)價(jià)指標(biāo)是化學(xué)需氧量(CODcr)和五日生化需氧量(BOD5)，可以用來(lái)反映廢水的生物化學(xué)性能和廢水處理裝置的處理效率。其中，化學(xué)需氧量(CODcr)是指在強(qiáng)酸條件下用強(qiáng)氧化劑并加熱，將廢水中的有機(jī)物還原為無(wú)機(jī)物所消耗的氧化劑的量。其測(cè)試方法簡(jiǎn)單，可以在1.5 h～2.0 h內(nèi)測(cè)試出結(jié)果。五日生化需氧量(BOD5)是指水中有氧條件下有機(jī)物在微生物作用下分解所需的溶氧量，直接反映了廢水中可生化有機(jī)物含量。BOD5被廣泛采用作為描述廢水可生化性及處理效果的指標(biāo)，但該參數(shù)需要在(20±1) ℃條件下對(duì)水樣稀釋培養(yǎng)5 d才能測(cè)定，且受到水中營(yíng)養(yǎng)條件及菌種的干擾不能及時(shí)反映廢水處理情況[1]。因此，研究廢水處理中BOD5與CODcr的相關(guān)關(guān)系，根據(jù)測(cè)定的CODcr值來(lái)推導(dǎo)BOD5值，可以建立以CODcr為廢水特征指標(biāo)的廢水處理系統(tǒng)，提高監(jiān)測(cè)效率。

1 測(cè)定方法

1.1 CODcr的測(cè)定

化學(xué)需氧量的測(cè)定方法選擇重鉻酸鉀回流法進(jìn)行測(cè)定，即，在強(qiáng)酸條件下，加入過(guò)量重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液和適當(dāng)催化劑，加熱2 h，將水樣中的還原性物質(zhì)氧化，過(guò)量的重鉻酸鉀以試亞鐵靈作為指示劑，回滴標(biāo)準(zhǔn)硫酸亞鐵銨溶液，根據(jù)重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液的消耗量計(jì)算出CODcr值。具體計(jì)算公式見(jiàn)式(1)。

(1)

式中：V0為空白消耗硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)體積，mL；V1為水樣消耗硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)體積，mL；V水為水樣體積，mL；c為硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)濃度，mol/L。

1.2 BOD5的測(cè)定

五日生化需氧量的測(cè)定方法選擇稀釋與接種法，水樣稀釋后在(20±1)℃下培養(yǎng)5 d，求出培養(yǎng)前、后溶解氧含量的差值，結(jié)合稀釋倍數(shù)計(jì)算BOD5值，具體計(jì)算公式見(jiàn)式(2)。

(2)

式中：D1為培養(yǎng)液在培養(yǎng)前的溶解氧，mol/L；D2為培養(yǎng)液在培養(yǎng)5 d后的溶解氧，mol/L；B1為接種稀釋水在培養(yǎng)前的溶解氧，mol/L；B2為接種稀釋水在培養(yǎng)5 d后的溶解氧，mol/L；f1為接種稀釋水在培養(yǎng)液中所占的比例；f2為水樣在培養(yǎng)液中所占的比例。

2 相關(guān)性研究

2.1 線性方程建立

從第196頁(yè)表1的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可以看出，廢水中的CODcr和BOD5含量在一定時(shí)期內(nèi)比較穩(wěn)定，其中，廢水處理一廠的廢水來(lái)源為A地區(qū)生活廢水，廢水中CODcr為42 mg/L～67 mg/L，BOD5為9.9 mg/L～16.4 mg/L，BOD5與CODcr的比值在0.25左右；廢水處理二廠的廢水來(lái)源為印染企業(yè)A廢水，廢水中CODcr為54 mg/L～84 mg/L，BOD5為16.3 mg/L～26.7 mg/L，BOD5與CODcr的比值在0.33左右。

表1 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

通過(guò)對(duì)表1的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，在廢水來(lái)源基本穩(wěn)定的情況下，廢水中的有機(jī)物組成沒(méi)有太大變化，CODcr和BOD5存在一定關(guān)系，可以通過(guò)建立CODcr和BOD5的線性回歸方程找到二者間的相關(guān)關(guān)系[2]。

設(shè)CODcr和BOD5的線性方程為BOD5=aCODcr+b，其中，a、b為常數(shù)。對(duì)表1中的數(shù)據(jù)利用最小二乘法進(jìn)行分析，見(jiàn)式(3)、式(4)。

(3)

(4)

式中：x為CODcr值，y為BOD5值，n為數(shù)據(jù)組數(shù)。將表1中廢水處理一廠和二廠的數(shù)據(jù)分別帶入式(3)和式(4)中，可以求得a1=0.223 2，b1=0.901；a2=0.340 7，b2=-0.923 4，即，廢水處理一廠中生活廢水CODcr和BOD5的相關(guān)關(guān)系為：

BOD5=0.223 2CODcr+0.901

廢水處理二廠中印染廠廢水CODcr和BOD5的相關(guān)關(guān)系為：

BOD5=0.340 7CODcr-0.923 4

2.2 線性回歸方程檢驗(yàn)

線性回歸方程建立后，還需要對(duì)方程的規(guī)律性進(jìn)行檢驗(yàn)，是否可以利用該方程通過(guò)CODcr值對(duì)BOD5值進(jìn)行預(yù)測(cè)，線性回歸的檢驗(yàn)方法是通過(guò)相關(guān)系數(shù)和T檢驗(yàn)來(lái)進(jìn)行相關(guān)性和顯著性檢驗(yàn)的。

相關(guān)系數(shù)r是以變量對(duì)均值的離差為基礎(chǔ)，通過(guò)積差計(jì)算，反映兩個(gè)變量的相關(guān)關(guān)系，r的取值范圍在-1～1，正、負(fù)號(hào)表示變化趨勢(shì)同向或反向，|r|的大小表示相關(guān)程度，越接近1表示相關(guān)關(guān)系越密切，見(jiàn)式(5)。

(5)

式中，x為CODcr值，y為BOD5值，n為數(shù)據(jù)組數(shù)。將表1中廢水處理一廠和二廠的數(shù)據(jù)分別帶入式(5)中，可以求得，r1=0.916 1，r2=0.888 4，可知兩種廢水中的CODcr和BOD5均為正相關(guān)。

T檢驗(yàn)中的t值可由相關(guān)系數(shù)求得，見(jiàn)式(6)。

(6)

將相關(guān)系數(shù)r1=0.916 1、r2=0.888 4、n=12帶入式(6)，求得t1=7.23，t2=6.12。由于CODcr和BOD5是正相關(guān)關(guān)系，故進(jìn)行單側(cè)檢驗(yàn)，當(dāng)顯著性水平為0.01時(shí)，自由度為10，查t值表得t0.01(10)=2.764?？梢钥闯?，t1、t2均大于t0.01(10)，所以，CODcr和BOD5正相關(guān)具有顯著意義，線性回歸方程成立。

2.3 預(yù)測(cè)結(jié)果檢驗(yàn)

通過(guò)實(shí)測(cè)的CODcr值利用已進(jìn)行檢驗(yàn)的線性回歸方程對(duì)廢水中的BOD5值進(jìn)行預(yù)測(cè)，與實(shí)測(cè)的BOD5值進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 BOD5實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值對(duì)比

從對(duì)比結(jié)果可以看出，一廠廢水中BOD5實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值的最大相對(duì)誤差為8.76%，平均相對(duì)誤差為6.8%；二廠廢水中BOD5實(shí)測(cè)值與預(yù)測(cè)值的最大相對(duì)誤差為9.76%，平均相對(duì)誤差為5.3%，預(yù)測(cè)的精確度均在±10%以?xún)?nèi)，驗(yàn)證了該預(yù)測(cè)方法的有效性。

3 不同來(lái)源廢水分析

通過(guò)上述分析可以看出，廢水來(lái)源穩(wěn)定時(shí)CODcr和BOD5存在相關(guān)關(guān)系，本文繼續(xù)對(duì)不同廢水處理廠來(lái)源不同的廢水進(jìn)行檢測(cè)分析，建立線性回歸方程，研究CODcr和BOD5間的相關(guān)關(guān)系。

3.1 印染企業(yè)B的廢水

對(duì)同處A地區(qū)的印染企業(yè)B的廢水采樣，進(jìn)行水質(zhì)分析，使用同樣的方法建立線性回歸方程描述CODcr和BOD5間的相關(guān)關(guān)系，其結(jié)果如圖1所示。

圖1 印染企業(yè)B廢水中CODcr和BOD5的相關(guān)關(guān)系

從結(jié)果可以看出，印染企業(yè)B廢水中CODcr和BOD5也存在相關(guān)關(guān)系，線性回歸方程為BOD5=0.229 2CODcr+1.225 8，相關(guān)系數(shù)r=0.996 9，T檢驗(yàn)中t=31.0，經(jīng)查表知該方程相關(guān)性顯著。與印染企業(yè)A廢水中的CODcr和BOD5線性回歸方程進(jìn)行對(duì)比，印染企業(yè)A和印染企業(yè)B雖然同為印染行業(yè)，但線性回歸方程確有很大不同，主要原因是兩企業(yè)的工藝水平、原料來(lái)源等有所差別，造成廢水中有機(jī)物組分及含量不同。

3.2 B地區(qū)生活廢水

對(duì)B地區(qū)的生活廢水采樣，進(jìn)行水質(zhì)分析，使用同樣的方法建立線性回歸方程描述CODcr和BOD5間的相關(guān)關(guān)系，其結(jié)果如圖2所示。

圖2 B地區(qū)廢水中CODcr和BOD5的相關(guān)關(guān)系

從結(jié)果可以看出，B地區(qū)生活廢水中CODcr和BOD5也存在相關(guān)關(guān)系，線性回歸方程為BOD5=0.148 6CODcr+1.795 5，相關(guān)系數(shù)r=0.977 3，T檢驗(yàn)中t=11.3，經(jīng)查表知該方程相關(guān)性顯著。與A地區(qū)生活廢水中的CODcr和BOD5線性回歸方程進(jìn)行對(duì)比，兩者雖然同為生活廢水，但線性回歸方程不同，主要原因是，兩個(gè)地區(qū)的生活條件、飲食結(jié)構(gòu)不同，造成廢水中有機(jī)物組分及含量不同。

3.3 造紙廠廢水

對(duì)同處A地區(qū)的造紙廠廢水采樣，進(jìn)行水質(zhì)分析，使用同樣的方法建立線性回歸方程描述CODcr和BOD5間的相關(guān)關(guān)系，其結(jié)果如圖3所示。

從結(jié)果可以看出，B地區(qū)生活廢水中CODcr和BOD5也存在相關(guān)關(guān)系，線性回歸方程為BOD5=1.358 7CODcr+471.33，相關(guān)系數(shù)r=0.953 2，T檢驗(yàn)中t=7.72，經(jīng)查表知該方程相關(guān)性顯著。對(duì)比造紙廠廢水與印染企業(yè)廢水和生活廢水中CODcr和BOD5間的線性回歸方程可以看到，斜率與截距的差別很大，造紙廠的方程斜率最大，說(shuō)明造紙廠的廢水中可生化降解的有機(jī)物含量較大，從而使有機(jī)物進(jìn)行生物化學(xué)過(guò)程中消耗溶解氧的量偏高。

圖3 造紙廠廢水中CODcr和BOD5的相關(guān)關(guān)系

4 結(jié)論

使用科學(xué)的檢測(cè)方法對(duì)水質(zhì)采樣進(jìn)行分析檢測(cè)，記錄水樣中CODcr和BOD5的檢測(cè)數(shù)據(jù)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果建立了CODcr和BOD5的線性回歸方程，并驗(yàn)證其有效性，得出了以下結(jié)論：

1) 在廢水來(lái)源單一并且穩(wěn)定的情況下，廢水中CODcr和BOD5存在相關(guān)關(guān)系并且關(guān)系密切，在生產(chǎn)實(shí)踐中可以根據(jù)測(cè)定的CODcr值利用建立的線性回歸方程對(duì)BOD5值進(jìn)行預(yù)測(cè)，其結(jié)果可靠，能夠用于指導(dǎo)廢水處理過(guò)程，可以適度減少BOD5的監(jiān)測(cè)頻度，提高生產(chǎn)效率，建立以CODcr為廢水特征指標(biāo)的廢水處理系統(tǒng)。

2) 同行業(yè)中不同企業(yè)的廢水中CODcr和BOD5的相關(guān)關(guān)系由于企業(yè)的生產(chǎn)工藝水平、生產(chǎn)類(lèi)別、原料來(lái)源的不同會(huì)產(chǎn)生差異，不能使用同一線性回歸方程描述CODcr和BOD5間的相關(guān)關(guān)系，應(yīng)注意平時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析和累積，對(duì)回歸方程進(jìn)行修正。

3) 不同行業(yè)中的廢水中CODcr和BOD5相關(guān)關(guān)系不同，線性回歸方程的斜率、截距、相關(guān)系數(shù)均不同，應(yīng)根據(jù)行業(yè)的不同、CODcr和BOD5相關(guān)關(guān)系不同選擇具有針對(duì)性的廢水處理系統(tǒng)。