臺灣博碩士論文加值系統

化學需氧量為水質監測之一項重要指標，指水中有機物在氧化劑及催化劑作用下分解所需的氧量。水中化學需氧量愈大，表示有機物含量愈高，水質污染愈嚴重。傳統偵測廢水中化學需氧量的方法為重鉻酸鉀迴流法及密閉式迴流滴定法，此法不僅所需之試劑量大，實驗操作時間長，且會產生大量含汞的毒性廢液。
本研究室歷年曾發表以密閉式微波消化法快速偵測水中化學需氧量之研究。本研究係繼續改進微波消化法，微波消化裝置，從進樣、微波消化、冷卻至偵測系統，已初步建立並完成測試。實驗係將樣品與試劑之混合液，以蠕動幫浦注入設置於微波爐內腔之鐵氟龍管中，並以鐵氟龍襯�堭惆蹍盓峖迂K閉系統。經微波氧化反應完成後，將微波氧化之樣品流經冷卻裝置之環形管迅速冷卻，連接至接收瓶中，經由0.45μm PVDF 之注射式過濾頭過濾後，再連接至分光光度計內光徑10 mm 之穿流式樣品槽，以偵測600 nm之溶液吸光度。最後，再比對COD 標準品所製備之檢量線，以測定出水中之化學需氧量。
實驗結果顯示，微波最佳化條件為功率570 W﹔時間23秒；0.5 mL 0.141 M之硝酸銀溶液，3 mL 0.55 %之硫酸銀溶液，0.75 mL 0.0417 M之重鉻酸鉀溶液, 2 mL之水樣。當COD濃度在0~500 mg/L時，偵測所得之檢量線皆有良好的線性關係。並分別對KHP溶液、草酸鈉溶液、葡萄糖溶液及APG盲樣進行測試，結果精密度與準確度皆在6 %內。
對於含氯鹽水樣之測試，不添加抑制劑的情況下，利用硫酸銀溶液可以抑制2600 mg/L之氯鹽。若添加硝酸銀溶液以抑制氯鹽之干擾，結果顯示，以最佳化之實驗條件，添加0.5 mL 0.141 M之硝酸銀溶液可以有效抑制4700 mg/L之氯鹽。真實水樣之測試方面，以四家工廠廢水作為測試對象，分別以微波消化法及密閉式迴流滴定法測定，二者試驗所得之相對差異皆在10 %之內，證明此一微波消化法之可信度及適用性。

A simple method for determination of chemical oxygen demand
using microwave digestion in wastewater is proposed. Chemical oxygen demand (COD) is a widely used parameter used to measure water quality, as well as to control the treatment process. It is one of the important index in water monitoring. This parameter is defined as the amount of oxygen required for, or equivalent to, the oxidation of all chemically oxidizable matter in water. The traditional method for COD determination consists of oxidizing the organic matter of the sample, is done by adding a known amount of oxidant, refluxing at high temperature on open containers and titrating the excess oxidant. However, the method require the time-consuming process of heating samples to achieve more complete oxidation. It also consume some expensive(Ag2SO4) and toxic(HgSO4) chemicals.

Therefore the goal of this study is to develop continuous and rapid determination of COD by microware digestion. In this system, the absorbance of Cr3+ generated during sample oxidation is measured at 600 nm, Chemical oxygen demand can be obtained in just 23 second. The optimal experimental condition are: 0.5 mL 0.141 M silver nitrate solution; 3 mL 0.55 % sulfuric acid solution; 0.75 mL 0.0417 M potassium dichromate solution and 2 mL sample.
The calibration graph is liner in the range of 0~500 mg/L. The interference of Cl- can be removed up to be moved up to 4700mg/L. The method has a good precision and accuracy for KHP solution , glucose solution and sodium oxalate solution. There is results for a COD certified reference materials were in good agreement with the certified COD value. The viability of this method is demonstrated by analyzing four kinds of industrial wastewater, and the results obtained by using the method presented exhibit good agreement with those given by the standard method of COD determination, and the relative error is less than 10 %.

中文摘要 Ι
英文摘要 ………Π
目錄 III
表目錄 …VI
圖目錄 IX
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究緣起 2
1-3 研究目的及內容 3
第二章 文獻回顧 4
2-1 化學需氧量 4
2-1-1 廢水中有機物含量之偵測方法 4
2-1-2 化學需氧量之測定原理 5
2-1-3 化學需氧量之測定方法 6
2-1-3-1 重鉻酸鉀迴流法 7
2-1-3-2 密閉式迴流滴定法 8
2-1-3-3 密閉式迴流比色法 9
2-1-3-4 微波消化法 9
2-2 微波原理 9
2-3 氯鹽之干擾 13
2-4 流動注入分析法 15
第三章 實驗材料、設備及方法 18
3-1 實驗藥品及試劑 18
3-2 藥劑及溶液之配製 19
3-2-1 溶液之配製(密閉式迴流法) 19
3-2-2 溶液之配製(微波消化法) 20
3-2-3 化學需氧量標準溶液配製 21
3-2-4 氯鹽標準溶液配製 21

3-3 實驗設備 22
3-3-1 密閉式迴流比色法設備 22
3-3-2 流動式微波消化法實驗設備 22
3-4 微波爐之改裝 25
3-5 微波功率之測定 27
3-6 微波參數建立 28
3-6-1 直交表探討 29
3-6-2 直交表之特性 29
3-6-3 直交表配製 30
3-6-4 實驗規劃設計與執行 31
3-6-4-1 第一階段---直交表(ㄧ)實驗因素及水準設計 32
3-6-4-2 第一階段---直交表(二)實驗因素及水準設計 32
3-7 密閉式迴流滴定法實驗流程 35
3-8 密閉式迴流比色法檢量線製備流程 36
3-9 密閉式迴流比色法實驗流程 37
3-10 微波消化法實驗步驟 38
3-11 精密度( Precision )與準確度(Accuracy) 40
第四章 結果與討論 41
4-1 密閉式迴流滴定法水樣測試(一) 41
4-2 密閉式迴流滴定法水樣測試(二) 42
4-3 密閉式迴流比色法檢量線建立 43
4-4 三價鉻及六價鉻特性波長之建立 45
4-5 微波功率測試結果 47
4-6 最佳化實驗參數之建立 48
4-6-1 第一階段 48
4-6-2 第二階段 52
4-6-3 實驗條件確認 56
4-6-4 最佳化實驗條件 59
4-7 微波消化檢量線(一)建立 59
4-8 KHP水樣之測試 61
4-9 微波消化檢量線(二)建立 62
4-10 無汞無硝酸銀之COD測試 64
4-11 方法偵測極限 66
4-12 微波消化檢量線(三)建立 69
4-13 APG盲樣測試 70
4-14 微波消化檢量線(四)建立 72
4-15 草酸鈉溶液及葡萄糖溶液測試 73
4-16 微波消化之再現性測試 75
4-17 微波消化檢量線(五)建立 77
4-18 含氯鹽水樣測試(一) 78
4-19 含氯鹽水樣測試(二) 81
4-20 微波消化檢量線(六)建立 84
4-21 真實水樣分析 86
4-22 方法偵測極限 89
4-23 微波消化法減量測試 91
4-24 密閉式迴流法試劑測試 92
4-25 微波法無汞之測試 93
4-26 密閉式迴流法與微波消化法之比較 96
第五章 結論與建議 97
5-1 結論 97
5-2 建議 99
第六章 參考文獻 100
附錄 105
表 目 錄
表3.1 聲寶牌天廚微電腦家用微波爐功率(RE-115M).................................... 23
表3.2 L9(3 )直交表4 ............................ 31
表3.3 直交表(一)實驗因素水準..................... 33
表3.4 直交表(一)實驗配置............................. 33
表3.5 直交表(二)實驗因素水準......................... 34
表3.6 直交表(二)實驗配置……………………………………………………..34
表4.1 不同濃度KHP溶液密閉式迴流滴定法實驗結果............................................ 42
表4.2 密閉式迴流比色法檢量線實驗結果.... 43
表4.3 聲寶牌天廚家用微波爐功率測定 ( RE-115M ).......................................... 47
表4.4 直交表(ㄧ)之配置與實驗結果.............. 48
表4.5 直交表(ㄧ)各因素水準之回應............... 49
表4.6 直交表(ㄧ)各因素之差異....................... 50
表4.7 直交表(二)之配置與實驗結果................ 53
表4.8 直交表(二)各因素水準之回應..............53
表4.9 直交表(二)各因素之差異....................... 55
表4.10 不同劑量重鉻酸鉀溶液實驗結果............ 57
表4.11 微波消化檢量線(一)實驗結果.............. 60
表4.12 KHP水樣測試(一)................................61
表4.13 KHP水樣測試(二)................................62
表4.14 微波消化檢量線(二)實驗結果................ 63
表4.15 不同氯鹽濃度之測試結果……………………………………………...………..65
表4.16 方法偵測極限實驗結果(一)................. 68
表4.17 方法偵測極限實驗結果(二)............ 68
表4.18 微波消化檢量線(三)實驗結果..........69
表4.19 APG盲樣(1)測試結果...................71
表4.20 APG盲樣(2)測試結果..............71
表4.21 APG盲樣(3)測試結果................ 71
表4.22 微波消化檢量線(四)實驗結果.................72
表4.23 草酸鈉溶液及葡萄糖溶液測試..............74
表4.24 Na C O 水樣測試(一) 2 2 4 ...................... 74
表4.25 Na C O 水樣測試(二) 2 2 4 ................... 74
表4.26 C H C 水樣測試(三) 6 12 6 .......................75
表4.27 C H C 水樣測試(四) 6 12 6 ......................75
表4.28 APG盲樣再現性測試結果...................... 76
表4.29 微波消化檢量線(五)實驗結果................77
表4.30 不同濃度氯鹽水樣測試(一)...................79
表4.31 含100mg/L氯鹽之不同濃度KHP溶液實驗結果......................................... 80
表4.32 含500mg/L氯鹽之不同濃度KHP溶液實驗結果...........................................80
表4.33 不同濃度氯鹽水樣測試(二).................... 81
表4.34 含100 mg/L 氯鹽之Na C O 水樣測試2 2 4 ........ 82
表4.35 含300 mg/L 氯鹽之Na C O 水樣測試2 2 4 .... 82
表4.36 含1000 mg/L 氯鹽之KHP水樣測試........82
表4.37 含2000 mg/L 氯鹽之KHP水樣測試....... 83
表4.38 含1500 mg/L 氯鹽之C H O 水樣測試6 12 6 ........................................83
表4.39 含2000 mg/L 氯鹽之C H O 水樣測試6 12 6 ........................................83
表4.40 微波消化檢量線(六)實驗結果................85
表4.41 硫酸亞鐵銨滴定溶液之莫耳濃度.......... 86
表4.42 水樣(一)之分析結果(迴流法)...............86
表4.43 水樣(一)之分析結果(微波法)................87
表4.44 水樣(二)之分析結果(迴流法)................ 87
表4.45 水樣(二)之分析結果(微波法).............. 87
表4.46 水樣(三)之分析結果(迴流法).............88
表4.47 水樣(三)之分析結果(微波法)............ 88
表4.48 水樣(四)之分析結果(迴流法)................. 88
表4.49 水樣(四)之分析結果(微波法).............. 89
表4.50 迴流法與微波法之水樣分析結果比較........... 89
表4.51 方法偵測極限實驗結果(一).................. 90
表4.52 方法偵測極限實驗結果(二)..............91
表4.53 微波消化法減量測試.............. 92
表4.54 微波測試密閉式迴流法試劑結果..............93
表4.55 密閉式迴流法及微波法無汞之測試結果..............95
表4.56 密閉式迴流法與微波消化法之比較.......... 96

圖 目 錄
圖3.1 微波消化系統組裝架構圖................24
圖4.1 密閉式迴流比色法檢量線................... 44
圖4.2 六價鉻可見光譜圖............................. 46
圖4.3 三價鉻可見光譜圖............................ 46
圖4.4 直交表(ㄧ)各因素水準之回應................. 49
圖4.5 直交表(ㄧ)各因素之影響效果.................. 50
圖4.6 直交表(ㄧ)各實驗因素S/N比折線圖........ 51
圖4.7 各因素水準之回應............................. 54
圖4.8 直交表(二)各因素之影響效果.................... 55
圖4.9 直交表(二)各實驗因素S/N比折線圖........... 56
圖4.10 不同劑量之重鉻酸鉀溶液實驗結果............ 58
圖4.11 重鉻酸鉀溶液劑量及硫酸銀溶液劑量等高線圖....................................... 58
圖4.12 微波消化檢量線(一)........................60
圖4.13 微波消化檢量線(二)......................... 63
圖4.14 微波消化檢量線(三)............................... 70
圖4.15 微波消化檢量線(四)............................ 73
圖4.16 微波消化檢量線(五)...................................78
圖4.17 微波消化檢量線(六)..................... 85

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