摘 要

五日生化需氧量（BOD₅）与化学需氧量（COD）是评价水体质量的两个主要综合性指标。BOD₅是指在一定的条件下，水体中具有氧化性的某些物质，主要是有机物，被微生物生化降解的过程中所消耗的溶解氧。而COD是指水样在一定条件下被氧化剂氧化所消耗的氧。BOD₅测定需要花费很长的时间，同时，对测定条件以及仪器设备要求严苛，而且容易受到干扰，实验操作复杂，不易准确测定。而COD的测定快速，操作简便安全。因此，找出BOD₅与COD之间的相关关系，则可以利用易测得的COD快速预测BOD₅，对水质监测具有重要的意义。本文对湖北省武汉市南湖水体进行采样监测，测出其BOD₅与COD，并做数理统计回归分析，构造合理的数学模型。分析结果表明，南湖水体BOD₅与COD之间存在着非常密切的相关性，通过一元线性回归得回归方程：y=0.7278x 3.4241，相关系数R=0.944。再进行线性显著性检验，验证表明：在置信度99%的水平下，BOD₅与COD的线性相关性十分显著。

关键词：COD；BOD₅；线性相关性

Abstract

Five-day Biochemical Oxygen Demand (BOD₅) and chemical oxygen demand (COD) are the two main comprehensive indexes to evaluate water quality. BOD₅ refers to a certain condition, the water in the oxidation of some substances, mainly organic matter, by the microbial decomposition of the biochemical process consumed by dissolved oxygen. COD refers to the oxygen consumed by the oxidizing agent of water sample under certain conditions. BOD₅ measurement takes a long time, at the same time, the determination conditions and equipment requirements stringent, and easy to be disturbed, the experimental operation is complex, difficult to accurately determine. The determination of COD is fast and safe to operate. Therefore, to find the correlation between BOD₅ and COD, it is very important to monitor the water quality by using the easily measured COD rapid prediction BOD₅. In this paper, the Nanhu water body in Wuhan, Hubei province was sampled and monitored, and its BOD₅ and COD were measured, and mathematical statistical regression analysis was made to construct a reasonable mathematical model. The analysis results show that there is a very close correlation between BOD₅ and COD in Nanhu Lake, and regression equation is obtained by linear regression： y=0.7278x 3.4241, correlation coefficient R=0.944. The linear significance test shows that the linear correlation between BOD₅ and COD is significant in the level of confidence degree 99%.

Key Words：COD；BOD₅；The linear correlation

目 录

摘 要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1研究背景 1

1.1.1武汉市湖泊基本概况 1

1.1.2南湖水体基本概况 2

1.2研究现状 3

1.3研究内容及目的 3

第2章 实验 4

2.1采样 4

2.1.1采集方案制定 4

2.1.2水样的采集和保存 4

2.2 COD测定 5

2.2.1实验方法 5

2.2.2实验原理 5

2.2.3实验仪器及试剂 6

2.2.3.1实验仪器 6

2.2.3.2实验试剂 6

2.2.4实验步骤 6

2.2.4.1标线的绘制 6

2.2.4.2水样的测定 7

2.3.5注意事项 8

2.3 BOD₅测定 8

2.3.1实验方法 8

2.3.2实验原理 9

2.3.3实验仪器及试剂 10

2.3.3.1实验仪器 10

2.3.3.2实验试剂 10

2.3.4实验步骤 10

2.3.5注意事项 11

2.4实验结果 11

第3章 分析 12

3.1变化分布 12

3.2回归方程 12

3.3相关系数 14

3.4回归检验 15

3.5影响因素 15

3.5.1水样采集的影响因素 15

3.5.2 COD测定的影响因素 16

3.5.3 BOD测定的影响因素 17

第4章 结论 18

参考文献 19

附录A BOD测定取水体积表 20

附录B 相关系数临界值表 21

附录C t值表 23

致 谢 26

绪论

1.1研究背景

1.1.1武汉市湖泊基本概况

武汉市的位置在长江中游，属于江汉平原东部地区。长江和汉水从市境中央穿流而过，将武汉市中心城区一分为三，即武昌、汉口、汉阳三镇，形成了武汉三镇隔江鼎立的格局。全市共下辖13个市辖区，以及3个国家级开发区，总面积约为8494.41平方公里。2017年，全市常住人口共1091.4万人。

武汉市内江河、河港、沟渠、湖泊、库塘交织分布。市境中央长江、汉水交汇，同时还有众多南北支流入汇，大江两侧还镶嵌着大小不一的湖泊，形成了广阔的湖沼水网。全市的水域面积共2217.6平方公里，约占市区地域总面积的四分之一。因此，形成了武汉市辽阔的滨水环境。截至2017年，全市共有166个湖泊被列入保护名录。同时，正常情况下，湖泊水域面积约803.17平方公里，位列中国城市第一。因此，武汉市又被称为“百湖之市”。目前，汤逊湖是中国最大的城中湖，湖泊面积约47.6平方公里。

根据武汉市水务局所颁发的《武汉市湖泊保护条例》，其中列入中心城区湖泊管理的湖泊，已从建国初期的127个减少到现在的38个。其中水域面积大于100公顷的湖泊有15个，重要的湖泊有东湖、梁子湖、南湖、汤逊湖、斧头湖、涨渡湖、鲁湖、湖武湖等^[1]。

随着城市化进程加剧，武汉市内的湖泊面积下降，数量锐减。主要有三个原因：一是因为在特殊历史背景下盛行的围湖造地、养鱼活动；二是因为城市建设需要而填湖占湖的情况；三是屡禁不止的违法填湖问题。根据相关部门统计，这30年间武汉市的湖泊面积大量下降，已经减少约228.9平方公里，这其中经过合法审批后填湖的占53.3%，而非法行为占46.7%。令人担忧的是，目前中心城区仅存的38个湖泊，依然面临着被填埋的危机。

同时，面积下降，数量锐减，进一步恶化了湖泊的污染状况，导致大多数湖泊富营养化严重。城市里的湖泊原本大多具有饮用水水源地功能，但是现在几乎完全丧失。同时，水体散发腐臭味，导致大部分湖泊连最基本的景观功能都无法具备。另外，湖泊调节和储蓄城市降雨的功能越来越弱，城市内涝现象更为频发。

尽管武汉市已经采取了改善水质的措施，但大部分湖泊仍旧污染严重。根据《2017年武汉市水资源公报》，2017年武汉市80个主要湖泊的监测结果表明：水质达到Ⅲ类标准的湖泊有10个，约占监测湖泊总数的12.5%，约占监测湖泊面积的31.1%；水质达到Ⅳ类标准的湖泊有35个，约占监测湖泊总数的43.7%，约占监测湖泊面积的39.2%；水质达到Ⅴ类标准的湖泊有23个，约占监测湖泊总数的28.8%，约占监测湖泊面积的22.6%；而剩下有12个湖泊水质为劣Ⅴ类标准，约占监测湖泊总数的15.0%，约占监测湖泊总数的7.1%。在这80个一级水功能区中，仅有25个达到其水质管理目标，约占31.3%。

1.1.2南湖水体基本概况

南湖，地处于武汉市武昌区西南部,属于洪山区辖区。南湖是武汉市城中湖泊中第二大的。它的汇水面积约为44.70平方千米，水域保护面积约为768.84公顷，岸线长度约23.02千米，湖泊正常水位17.63米，最高控制水位18.63米。湖中堤将整个湖泊分隔为大南湖和小南湖两个部分。该区域的地理位置极其重要，有两纵两横的交通主干线。整个南湖周边有机地分布雄楚大道、珞狮南路、南湖大道和民族大道等4条主干道。而且该区域周边高校众多，是武汉市最适合居住的地区之一。

上世纪90年代初，南湖水质良好，湖水清澈无味。但现在南湖正面临形态萎缩严重,水质富营养化,生物多样性减少等危机。近年来的监测数据表示，南湖水污染状况严重，能见度降低，水中有大量藻类繁殖，严重影响到鱼类养殖，还导致水体产生腐臭味。根据多年来的《武汉市水资源公报》，南湖目前的水质早已降为劣Ⅴ类标准，远远就能够闻到阵阵恶臭，对周边居民的生活产生了较大影响。

南湖面积减少，主要是房地产开发的影响。雄楚大道的建设以及周边路网的改善，吸引了很多人在南湖周围的区域投资开发。自从1999年的时候，丽岛花园首先揭开了建设“南湖居住新城”的序幕。短短几年，滨湖区域就冒出数十个楼盘，导致南湖大面积缩减。各种建设与开发填了较大面积的湖汊和沟渠，南湖被分隔出几个单独的小水体，而且沿岸全部建设石堤护坡，让南湖变成了一个封闭性的浅水型湖泊。

同时，随着城市规模扩大，经济快速发展,南湖周边建立了大量机关、工厂、学校等，居住人口随之增加。但是该区域的市政设施配套较为滞后，未达到城市发展应有的水平。大量的污水没有经任何处理就直接排放到南湖。资料显示，南湖周边一共有22个大小不同的排污口，包括17个生活污水排污口以及5个雨水排污口。这些排污口每年排入南湖的污水总量可达4000万吨，导致水体污染严重。2011年9月，武汉市启动“南湖截污工程”，先后完成了珞狮南路、机场河二路、名都花园、茶山刘、中南民大等排污口的截污工作，这些排污口的排污量占南湖总量的80%。但是，由于外部污水收集系统不健全和不完善，南湖山庄、锦绣良园、水蓝郡、南波湾、丽岛花园和明泽半岛等6个排污口仍然存在污水直接排放到南湖的问题。另外，还有几个较大的雨水排放口存在污水溢流现象。与此同时，龙王嘴污水处理厂是南湖地区重要的污水处理厂。但该厂处理能力不足，目前已经满负荷运行。同时，龙王嘴污水处理厂每天约15-18万吨的尾水直接排放到小南湖区域。尾水水质仅为一级B标准，导致湖泊新增污染不断，水质难以好转，严重破坏环境。

同时南湖水体呈富营养化，导致水中有大量藻类繁殖，溶解氧含量降低，水生生物大量死亡，生物多样性减少。渔业养殖面临危机，每到高温季节就会发生大规模的死鱼现象，且有逐年加剧的趋势。近年来发生了大量泛塘现象，严重影响南湖渔场的生产发展。

1.2研究现状

当前，COD和BOD₅作为能够反映水样被有机物污染的程度的两个重要指标，在水质监测方面应用广泛。BOD₅测定耗时较长,而且操作复杂。COD却可以在短时间内取得结果，实验操作简单，更具有及时性和实用性。因此，研究BOD₅和COD的相关性，找出它们之间的相关关系，就可以通过易测得的COD来推算出BOD₅，以便及时指导后续的实践生产。

目前，国内外已经进行了许多这方面的相关研究，例如，高明，黄绍祥等《湖泊水体中COD_Cr、COD_Mn、BOD₅、DO之间相互关系的研究》；张宗可等《通州地区污水处理厂污水COD与BOD的相关性研究》；曾家源等《中山市印染废水COD_Cr与BOD₅相关性研究》。经过测量地表水^[2]、生活污水^[3]、工业废水^[4]等的COD、BOD₅值，再进行数理统计回归分析。结果证明，对于水质比较稳定的水体，BOD₅和COD之间均存在较为显著的线性相关性。但是，对于不同的水体来说，两者之间呈现出的线性相关关系并不相同。因此，针对不同的水体，分别建立对应的相关关系模型，就能完成只测定COD的值就得到BOD₅的数值。同时通过分析各指标之间的相互关系模型，可以探讨不同指标间相互替代的可能性，研究结果对污染防治很有指导意义^[5]。

1.3研究内容及目的

生化需氧量(BOD)是指水中的有机物在有溶解氧的条件下，被好氧微生物分解代谢所消耗的氧的含量。化学需氧量(COD)是指在强酸条件下，水样中易被强氧化剂氧化的还原性物质消耗的氧化剂的量，以氧的量表示^[6]。BOD₅的测定按照《水质五日生化需氧量(BOD₅)的测定稀释与接种法》（HJ505-2009），采用压差法进行。化学需氧量(COD)的测定则按照《水质化学需氧量的测定快速消解分光光度法》（HJ399-2007)，采用哈希消解法测定。

水体的化学组成成分物质复杂，还存在着一些不能被氧化的有机物。因此，对于研究水体自净过程，或者某些指定的特殊水体的水质成分来说，BOD₅的测定是必须的。但是BOD₅测定需要花费很长的时间，同时，对测定条件以及仪器设备要求严苛，而且容易受到干扰，实验操作复杂，不易准确测定。而COD的测定省时快速，操作简便安全。对于水质比较稳定的水体，找出其BOD₅与COD之间的相关关系，就可以依据COD的测定值得出BOD₅的值，及时指导实践生产，具有很大的实际意义和经济价值^[7]。

本次毕业论文通过对湖北省武汉市南湖水体实地勘探后，按照奚旦立《环境监测》布设采样点，然后取样测定其COD和BOD₅，再对实验结果进行统计分析，找出二者之间的某种相关性，构建出适当的数学模型。本次实验的目的在于运用所学知识对水体COD和BOD₅进行检测，找出BOD₅和COD之间的内在联系，为建设较为详尽的信息资料库提供有效的依据。实验结果对快速监测南湖水质，及时反映水质的现状和变化趋势有重要意义。

第2章 实验

2.1采样

2.1.1采集方案制定

在进行实验之前，首先尽量收集和整理南湖及其所在区域的相关资料。按照奚旦立等《环境监测》所述，湖泊监测点的布设建立在对调查结果和有关资料进行综合分析的基础上。本次采样地点为南湖，主要根据水域情况，考虑到南湖目前基本是封闭水体，整体水质差别不大，故确定采样点布设在南湖大道上，如下图所示位置。监测方案为每隔五天取一次样，将两个采样点同时采集的瞬时水样混合在一起得到待测综合水样。

图2.1 采样点位置图

2.1.2水样的采集和保存

在到达采样区域前，按照监测方案，提前准备好简易采水器以及盛水容器。

整个湖区布设两个采样点，每隔五天的早上九点进行采样，时间为2018年4月15日—5月15日。每个采样点只取一个样，将两个样混合后装入贴有序号标签的洁净的聚乙烯塑料瓶中。采集水样完成之后，尽快将其送回实验室进行分析。因为采样之后，由于环境条件产生了变化，微生物新陈代谢作用受到影响，会导致水样中部分物理参数及化学组成发生变化。若不能及时进行分析，则将样品全部放入冰箱冷藏保存，保持温度在4摄氏度。

2.2 COD测定

2.2.1实验方法

COD测定根据技术原理一般有以下几种方法：

（1）重铬酸钾法：在强酸性条件下，以硫酸银作为催化剂，在固定体积的水样中加入一定量的浓度已知的重铬酸钾标准溶液来氧化水样中的还原性物质。经过120分钟沸腾回流后，将指示剂试亚铁灵加入水样中，再用浓度已知的硫酸亚铁铵标准溶液对过量的重铬酸钾进行滴定，至溶液由蓝绿色变为红棕色时即为终点。计算出实际消耗的重铬酸钾量即可计算出消耗氧的质量浓度。该方法成本低，不需要特殊实验仪器，但是准确度较差^[8]。

（2）库仑滴定法：还是以重铬酸钾作为氧化剂，将电解产生的亚铁作为还原剂，根据电解消耗的电量，按照法拉第电解定律的原理计算COD的值。这种方法简便快速，试剂用量少，具有良好的准确度和精密度。与人工滴定方法相比，这种方法操作方便，且能避免人工滴定由于终点颜色判断引起的一些误差，结果准确，能大幅度加快实验室COD的分析效率。

（3）微波消解法：微波作用于反应液内部会引起分子间产生高摩擦作用，其产生的热量较高，可以消解样品。该方法采用硫酸——重铬酸钾消解体系，利用微波消解方式极大程度上降低消解时间，既提高了消解效率，又提高了结果的准确性^[9]。微波消解法最显著的优点是分析费用低，既无需冷却用水，又减少耗电量。该方法可同时消解多个样品，利于批量分析。但是微波消解法需要特定的微波消解仪器，对实验室有一定要求，还需要购买成品的COD试剂，整体实验成本较高。

（4）氯气校正法：消解测定条件与重铬酸钾法基本相同，只在消解过程中添加一个步骤，即用氢氧化钠吸收水样中未结合而被氧化的那部分氯离子产生的氯气。按照重铬酸钾法测得的是表观COD，从其中减去氯离子影响校正值才是水样实际的COD。该方法同重铬酸钾法基本一致，因此具有成本低，测定值准确的优点，但是实验操作更加繁琐复杂。