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COD(Chemical oxygen demand) 到底是甚麼??如果想用一句話說完，便是「以氧氣表示水中可被化學方法氧化的有機物含量」。

一般實驗上取得該數值的方式， ... 首頁 交流園地 生物處理 生物處理 淺談COD 林翰璘 2020-11-18 0 5879 COD(Chemicaloxygendemand) 到底是甚麼??如果想用一句話說完，便是「以氧氣表示水中可被化學方法氧化的有機物含量」。

一般實驗上取得該數值的方式，是以強氧化劑將水中有機物進行氧化，再以氧化劑消耗的程度換算為需氧量，該值普遍用來衡量水質被「有機物」污染的狀況。

        有關 COD 的定義我想已經算是老生常談，在 Google 或是 Wiki 上應該都可以查到不少資料，所以今天我們就來談一些「原來 COD 可以這樣用」以及「常被混淆的觀念」，我們先稍微回憶一些基礎的東西：有機物是由碳及氫兩個元素所構成，其中碳的外層電子數是從最高氧化態 +4 到最高還原態 -4，代表物質分別為 CO2 和 CH4；另外，碳與其他常見元素對電子親和性的強弱關係(也就是搶奪別人電子的能力)，大致上是依照「O>Cl>N>S>C＞H」的順序(其元素對應的氧化價電子數如表１所列)，其中氧最會搶奪電子且最還原態為-2，因此看到碳旁邊的氧就優先替它標上-2，例如前面提到的 CO2中有兩個氧，所以電子數是-2×2=-4，標示方式如圖1或表示成 ，電子平衡(分子為電中性)的結果碳的電子數就是+4，標示方式如圖1或 ，(順便一提 CO2 的碳已經沒有可已被氧化的電子，分類上屬於無機碳)；而氫則是最會丟掉電子且最氧化態是+1，所以大多數的情況下氫都可以直接寫上+1，例如上述 CH4 中氫有四個 +1×4=+4，所以電子平衡的結果碳的電子數是 -4；至於氮只要緊鄰在碳旁邊也大可放心的標上 -3，綜合氫與氮的原則，HCN 中碳的電子數是+2，依此類推。

表1–部分元素常見的氧化價電子數(Sawyeretal.,2003) 圖１–甲烷、二氧化碳及氰化氫的外圍電子數          至此，我們可以理解成「COD 指的就是有機物的碳元素上那些還沒被搶走(被氧化)的電子」，只是電子的觀念比較抽象，所以一般都用氧的單位來表示罷了(單位本應為 mgO2L-1，但因Ｏ2 又常常被省略，所以mgL-1就是我們常看見用來表示 COD 的單位)。

那麼，為何我們需要瞭解COD跟電子之間的關係呢??因為可以讓我們在知道某個有機物的分子式後，不需列出平衡化學式，即可快速且正確的找出理論的COD值，熟悉之後可運用在：脫硝反應中不同有機碳源的轉換、甲烷化反應中不同有機物的甲烷產量、計算異相(氣液固)反應中反應物與產物的質量平衡及有機物氧化劑的加藥量等等。

實際作法上，首先是「分別列出反應物到產物轉移的電子數註1」，接著將「電子轉移的總數乘以8註2」就是該化合物的 COD，以最簡單的 CH4 氧化到 CO2 為例：   再舉個乙酸為例：   用平衡化學式的方式再檢驗一次看看是否相同： 或許簡單或常見的化合物中，上述兩種方法的差異並不顯著，但試想如果今天的化合物十分複雜或陌生，例如：三聚氰胺、TMAH、DMSO或3-MEP，有興趣的人可以試著比較這兩種方法，來找上述有機物的理論 COD 看看。

註1：一般有機物氧化反應的最終產物默認是最高氧化態(δ=+4)的CO2，如果有其他產物則需另外列出； 註2：一個氧元素可以搶２個電子，而1mol氧原子的分子量是16g，16 g/2e-eq=8g(e-eq)-1所以意思就是轉移每mol電子需要8g的氧。

        在了解 COD 與電子的關係後，接著我們就可以來說說「假性 COD」這個名詞了，假性 COD 泛指水質分析時會消耗重鉻酸鉀(被氧化)，但本身不含有機碳的物質，包括高濃度的鹵素離子(COD干擾物質)、亞硝酸鹽、亞硫酸鹽及硫代硫酸鹽等等，其原因就是上述這些物質核心元素並不是最高氧化態，並且在高溫與濃硫酸的催化下容易被重鉻酸鉀氧化，導致量測到額外的 COD 測值，如一開頭所說，COD 普遍用來衡量水質被「有機物」污染的狀況，於是這些可以被氧化的無機物質便造成所謂的假性COD，雖然不是有機物但是排放一樣會消耗水體中的溶氧。

另外，COD 干擾物質中「亞硝酸鹽(+3)」值得提一下，它與氨氮(-3)同樣都不是氮的最高氧化態(氮最高氧化態的電子數為硝酸鹽的+5)，為何沒提到氨氮會造成干擾呢??這是因為氨氮 N–H 之間鍵結的強度及化合物結構的穩定度皆大於亞硝酸鹽的 N–O 鍵結(原因跟自由能有關，需另外的篇幅來解釋)，所以氨氮在分析 COD 的方法下是無法被重鉻酸鉀所氧化，然而，有趣的是有一種叫硝化菌的微生物卻可以輕易的把氨氮氧化(該生化途徑亦是自然界中重要的氮循環之一)，是不是開始覺得這些單細胞微生物是個了不起的存在呢。

        既然提到了微生物，BOD(Biochemicaloxygendemand) 這個水質指標也必須拿出來好好跟 COD 討論一下，BOD 跟 COD 主要的差異就是在分析時利用細菌取代重鉻酸鉀，來量測有機物有多少電子可以被氧化。

然而，一般情況下都會認為重鉻酸鉀的氧化力比細菌的酵素強，所以常常會聽見 COD≧BOD或是BOD/COD≧0.6之類的說法(都市污水及容易分解的廢水確實如此)，但是有些污染物並不遵守這個原則，例如TMAH(Tetramethylammoniumhydroxide) 是一個以氮當作中心原子，由四個甲基包圍構成的四面體有機物，雖然 TMAH 帶有四個富含電子的甲基結構，透過下表2卻發現正常的分析流程下，TMAH 這種物質竟然幾乎無法被量測到 COD，但是卻可被量測到部分的 BOD(TOC可更準確的量測其有機成分)，這是因為好氧菌中有一個族群專門分解帶有甲基的有機物，稱作 methylotrophs 一種嗜甲基有機物的細菌，可輕易的分解 TMAH 這種化合物，不知道各位是否有注意到這時候竟變成 BOD≧COD！也正因為工業廢水經常會顛覆我們所學的認知，COD 不一定總是≧BOD，BOD/COD 的比值也不一定是是≧0.6，所以記得下次遇到工業廢水時，就要注意到不一定可以用 COD 乘上0.6以估算 BOD。

表2–TMAH與MEA理論與實測的COD、BOD與TOC(Chang etal,2008)         TOC(Totalorganiccarbon) 如前段敘述提及，因其分析的原理就是透過高溫氧化或是超臨界濕式氧化法，直接量測水中有機碳的含量，因此常常被拿出來與 COD 做比較，特別是當 COD 無法準確量測的時候，有時候不得已會把 TOC 乘以 2.5–3.5(最常聽見的是2.8) 當作是 COD 的值，所以我們就來說說這個數值到底怎麼來，還記得前面計算甲烷與乙酸的理論COD嗎??1mol 甲烷的理論 COD 是 64g，因為甲烷只有一個Ｃ，所以１mol 甲烷的理論 TOC 是 12g，因此甲烷的 COD/TOC 就是 64/12=5.33；而乙酸理論 COD 也是 64g，但因為有兩個C，所以理論 TOC 是 24g，所以乙酸的 COD/TOC=2.67，所以 COD/TOC 可以想成有機碳元素外圍可被氧化的電子數多寡，但它在不同有機物之間並不是一個固定值，一般常見有機物的比值大都落在 1.33(甲酸)–5.33(甲烷)之間(如表3所示)。

有關 2.5–3.5 這個比值的說法也有兩個，一個就是 2.5–3.5 剛好是 1.33–5.33 的平均數值附近，另一個說法是常見廢水的 COD/TOC 大約都落在這個範圍，至於 TOC 數值能不能直接乘以 2.5–3.5 這個數值當作 COD，建議僅適用於完全未知的廢水組成時，粗略概估另一項水質指標的參考(通常是抓稀釋倍數用)，COD 分析沒問題的情況下，不建議直接以 TOC 估算 COD 值。

表3–常見有機物COD/TOC的比值 以上由於篇幅略長，最後幫各位做個小結： 1.COD 指的就是有機物碳原子中那些還沒被搶走(被氧化)的電子，且以氧濃度來表示，單位為 mgO2L-1，但因Ｏ2 又常常被省略，所以mgL-1就是我們常看見用來表示 COD 的單位。

2. 計算有機物的理論 COD 的快速方法：Step1「分別列出反應物到產物轉移的電子數」，Step2「電子轉移的總數乘以8」，即為該有機物 1mol 的理論 COD。

3. 假性 COD(通常也是 COD 干擾物質)，這裡泛指可以被重鉻酸鉀氧化，但本身並不含有機碳的化合物，包括鹵素離子、亞硝酸鹽、亞硫酸鹽及硫代硫酸鹽等，這些物質排放進河川大部份同樣會消耗溶氧(鹵素除外)。

4. COD≧BOD 或是 BOD/COD≧0.6 僅適用於都市污水，工業廢水不完全遵守這個準則。

5. 一般有機物的 COD/TOC 介於 1.33(甲酸)–5.33(甲醇)之間，TOC 濃度乘以 2.5–3.5(一般是2.8) 後當作 COD 濃度，建議僅適用於完全未知的廢水組成時，粗略概估另一項水質指標的參考，分析上沒問題的情況下，還是建議直接分析 COD。

參考文獻： 1. Sawyer,C.N.,McCarty,P.L.,Parkin,G.F.(2003)Chemistryfor EnvironmentalEngineeringandScience,McGraw-Hill,NewYork. 2. Chang,K.F.,Yang,S.Y.,You,H.S.,Pan,J.R.(2008)Anaerobic treatmentoftetra-methylammoniumhydroxide(TMAH)containingwastewater,Ieee TransactionsonSemiconductorManufacturing,21(3),486-491 撰寫：林翰磷 連絡電話：(03)5732989 E-Mail：[email protected] 來源 標簽 化學需氧量、生化需氧量、總有機碳、COD/TOC、氧化還原 分享到 分享到臉書 分享到推特 分享給LINE好友 回文章列表 0則回應 FB帳號登入留言 文章投稿 親愛的讀者您好，若您想於本交流園地參與張貼、發表新文章，竭誠歡迎您來信與我們聯絡，謝謝！ [email protected] 熱門文章 什麼是生物處理? 生物處理是一種透過細菌將廢水中的污染物(例如：有機物及氨氮等)轉... 林翰磷 7011 淺談COD (hemicaloxygendemand)到底是甚麼??如果想用一句話說完，便是... 林翰璘 5879 淺談畜牧場的三段式廢水處理程序 三段式廢水處理程序為農委會畜產試驗所因應畜牧業廢水處理所開發，... 黃雯婕 5134 什麼是吸附式水回收技術?可以如何應用呢? 吸附式水回收技術是一種新興的水回收技術，原理是利用吸附... 徐樹剛博士 3497 離子液體特性與應用介紹 離子液體(ionicliquid,)是一種由不對稱(asymmetric)的有機陽離子... 張敏超 3231 關於我們 技術服務 技術園地 活動訊息 廠商專區 影音圖片 相關連結 專業主題館 聯絡我們 其他服務 內部連結入口 版權所有©2022創新水科技研發服務網  |  隱私保護政策  |  圖片授權宣告  |  瀏覽人次：169006(Since2014/10) 回頂端