TOC，TOD，COD，BOD的概念、區別和關系
第一部分 基本概念
1.1 總有機碳（TOC）
總有機碳（Total Organic Carbon，TOC）是指水體中溶解性和懸浮性有機物含碳的總量，是以碳的含量表示水中有機物質的總量，結果以碳（C）的濃度（mg/L）表示。水中有機物的種類很多，除含碳外，還含有氫、氮、硫等元素，還不能全部進行分離鑒定。
TOC是一個快速檢定的綜合指標，它以碳的數量表示水中含有機物的總量，能完全反映有機物對水體的污染程度。碳是一切有機物的共同成分，組成有機物的主要元素，水的TOC值越高，說明水中有機物含量越高，因此，TOC可以作為評價水質有機污染的指標。當然，由于它排除了其他元素，如高含N、S或P等元素有機物在燃燒氧化過程中，同樣參與了氧化反應，但TOC以C計結果中并不能反映出這部分有機物的含量。
一般城市污水的TOC可達200mg/L，工業污水的TOC范圍較寬，最高的可達幾萬mg/L，污水經過二級生物處理后的TOC一般<50mg/L。
化學需氧量（COD）、生化需氧量（BOD）是間接測定水中有機物的方法，一切有機物都是以有機碳組成，水中有機物在氧化時釋放出的碳與氧結合生成CO2，測定生成的CO2是直接測定有機物的方法，因此TOC是直接測量水中有機污染物較好的方法。它是比COD和BOD5更能確切表示水中有機污染物的綜合指標。
水中TOC的測定是通常采用儀器進行測定。按工作原理不同，可分為燃燒氧化-非分散紅外吸收法（NDIR）、電導法、濕法氧化-非分散紅外吸收法等。
如采用直接燃燒氧化-非分散紅外法和過硫酸鉀（K2S2O8）氧化-非分散紅外法的總有機碳監測儀等。其中燃燒氧化-非分散紅外吸收法流程簡單、重現性好、靈敏度高，在國內外被廣泛采用。TOC的測定采用燃燒法，因此能將有機物全部氧化，它比BOD5或COD更能直接表示有機物的總量。但由于它不能反映水中有機物的種類和組成，因而不能反映總量相同的總有機碳所造成的不同污染后果，通常作為評價水體有機物污染程度的重要依據。
另外燃燒-非分散紅外法不適用測定含高鹽量的海水、測定方法靈敏度較低和儀器較昂貴，所以濕式氧化法測定總有機碳成為基體復雜水樣中TOC的有效測定方法，如過硫酸鉀紫外氧化-非分散紅外法、二氧化鈦-電導率法等。
總結來說，測定TOC時使用的氧化有機污染物的方法有三種，即：加熱氧化、紫外照射-過硫酸鹽氧化和OH自由基氧化。實驗室用TOC測定儀和自動在線TOC監測儀都有使用這三種氧化方法的儀器，雖然三種氧化方法的儀器設計、類型及氧化特性等不同，但必須能使待測水樣中的有機污染物全部轉變成CO2，通過測量生成的CO2量計算水樣中的TOC濃度。
1.2 總需氧量（TOD）
總需氧量（Total Oxygen Demand，TOD）是指水中的還原性物質，主要是有機物質在燃燒中變成穩定的氧化物所需要的氧量，結果以O2的含量（mg/L）計。
TOD值能反映幾乎全部有機物質經燃燒后變成CO2、H2O、NO、SO2等所需要的氧量。它比BOD、COD和高錳酸鹽指數更接近于理論需氧量值。但它們之間也沒有固定的相關關系。有的研究指出，BOD5/TOD=0.1~0.6，COD/TOD=0.5~0.9，具體比值取決于廢水的性質。
TOD測定是用燃燒法來測定的，它能反映出幾乎全部有機物質（C、H、O、N、P、S）經
燃燒后變成CO2、H2O、NO、P2O5和SO2時所需要的氧量，比BOD和COD都更接近理論需氧量的值。測定原理是：將少量水樣與含一定氧氣的惰性氣體（氮氣）一起送入裝有鉑催化劑的高溫燃燒管中（900℃），水樣中的還原性物質在900℃溫度下被瞬間燃燒氧化，測定惰性氣體中氧氣的濃度，根據氧的減少量求得水樣的TOD值。
TOD測定在專用測試儀中進行，當水樣中含有溶解氧或含有在高溫催化條件下反應產生氧的物質時，均會干擾TOD的準確測定，使測試值偏低。如當水樣中含較多硝酸鹽和亞硝酸鹽時，由于它們在900℃高溫及催化條件下會放出氧氣，從而使得TOD測定值偏低。
1.3 化學需氧量（COD）
化學需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）是以化學方法測量水樣中需要被氧化的還原性物質的量。水樣在一定條件下，以氧化1升水樣中還原性物質所消耗的氧化劑的量為指標，折算成每升水樣全部被氧化后，需要的氧的毫克數，以mg/L表示。它反映了水中受還原性物質污染的程度。該指標也作為有機物相對含量的綜合指標之一。
廢水、廢水處理廠出水和受污染的水中，能被強氧化劑氧化的物質（一般為有機物）的氧
當量。在河流污染和工業廢水性質的研究以及廢水處理廠的運行管理中，它是一個重要的而且能較快測定的有機物污染參數，常以符號COD表示。
水中的還原性物質有各種有機物、亞硝酸鹽、硫化物、亞鐵鹽等，但主要的是有機物。因此，化學需氧量（COD）又往往作為衡量水中有機物質含量多少的指標。化學需氧量越大，說明水體受有機物的污染越嚴重。化學需氧量（COD）的測定，隨著測定水樣中還原性物質以及測定方法的不同，其測定值也有不同。目前應用最普遍的是酸性高錳酸鉀氧化法與重鉻酸鉀氧化法。高錳酸鉀（KMnO4）法，氧化率較低，但比較簡便，在測定水樣中有機物含量的相對比較值時，可以采用。重鉻酸鉀（K2Cr2O7）法，氧化率高，再現性好，適用于測定水樣中有機物的總量（CODcr）。
當用重鉻酸鉀作為氧化劑時，水中有機物幾乎可以全部（90%--95%）被氧化此時所消耗的氧化劑折合成氧的量即是通常所稱的化學氧量，CODcr值不僅包含了水中的幾乎所有有機物被氧化的耗氧量，同時還包括了水中亞硝酸鹽、亞鐵鹽、硫化物等還原性無機物被氧化的耗氧量。
有機物對工業水系統的危害很大。含有大量的有機物的水在通過除鹽系統時會污染離子交
換樹脂，特別容易污染陰離子交換樹脂,使樹脂交換能力降低。有機物在經過預處理時（混凝、澄清和過濾），約可減少50%，但在除鹽系統中無法除去，故常通過補給水帶入鍋爐，使爐水pH值降低。有時有機物還可能帶入蒸汽系統和凝結水中，使pH降低，造成系統腐蝕。在循環水系統中有機物含量高會促進微生物繁殖。因此，不管對除鹽、爐水或循環水系統，COD都是越低越好，但并沒有統一的限制指標。在循環冷卻水系統中COD（DMnO4法）>5mg/L時，水質已開始變差。
一般測量化學需氧量所用的氧化劑為高錳酸鉀或重鉻酸鉀，使用不同的氧化劑得出的數值也不同，因此需要注明檢測方法。為了統一具有可比性，各國都有一定的監測標準。根據所加強氧化劑的不同，分別稱為重鉻酸鉀耗氧量（習慣上稱為化學需氧量，Chemical Oxygen Demand，簡稱COD）和高錳酸鉀耗氧量（習慣上稱為耗氧量，Oxygen Consumption，簡稱OC，也稱為高錳酸鹽指數）。
化學需氧量表示在強酸性條件下重鉻酸鉀氧化一升污水中有機物所需的氧量，可大致表示污水中的有機物量。COD是指標水體有機污染的一項重要指標,能夠反應出水體的污染程度。
所謂化學需氧量（COD），是在一定的條件下，采用一定的強氧化劑處理水樣時，所消耗的氧化劑量。它是表示水中還原性物質多少的一個指標。水中的還原性物質有各種有機物、亞硝酸鹽、硫化物、亞鐵鹽等，但主要的是有機物。因此，化學需氧量（COD）又往往作為衡量水中有機物質含量多少的指標。化學需氧量越大，說明水體受有機物的污染越嚴重。化學需氧量（COD）的測定，隨著測定水樣中還原性物質以及測定方法的不同，其測定值也有不同。應用最普遍的是酸性高錳酸鉀氧化法與重鉻酸鉀氧化法。高錳酸鉀（KMnO4）法，氧化率較低，但比較簡便，在測定水樣中有機物含量的相對比較大時，可以采用重鉻酸鉀（K2Cr2O7）法，氧化率高，再現性好，適用于測定水樣中有機物的總量。有機物對工業水系統的危害很大。嚴格的來說，化學需氧量也包括了水中存在的無機性還原物質。通常，因廢水中有機物的數量大大多于無機物質的量，因此，一般用化學需氧量來代表廢水中有機物質的總量。在測定條件下水中不含氮的有機物質易被高錳酸鉀氧化，而含氮的有機物質就比較難分解。因此，耗氧量適用于測定天然水或含容易被氧化的有機物的一般廢水，而成分較復雜的有機工業廢水則常測定化學需氧量
化學需氧量還可與生化需氧量（BOD）比較，BOD/COD的比率反映出了污水的生物降解能力。生化需氧量分析花費時間較長，一般在20天以上水中生物方能基本消耗完全，為便
捷一般取五天時已耗氧約95%為環境監測數據，標志為BOD5。
1.4 生化需氧量（BOD）
生物需氧量（Biochemical oxygen demand，BOD）是指在一定條件下，微生物分解存在于水中的可生化降解有機物所進行的生物化學反應過程中所消耗的溶解氧的數量。以mg/L或百分率、ppm表示。它是反映水中有機污染物含量的一個綜合指標。如果進行生物氧化的時間為五天就稱為五日生化需氧量（BOD5），相應地還有BOD10、BOD20。
水中有機物質的分解是分兩個階段進行的。第一階段為碳氧化階段，第二階段為硝化階段，碳氧化階段所消耗的氧化量稱為碳化生化需氧量（CBOD）。
生化需氧量（BOD）在有氧的條件下，由于微生物的作用，水中能分解的有機物質完全氧化分解時所消耗氧的量（生物化學需氧量簡稱生化需氧量）。它是以水樣在一定的溫度（如20°C）下，在密閉容器中，保存一定時間后溶解氧所減少的量（mg/L）來表示的。當溫度在20°C時，一般的有機物質需要20天左右時間就能基本完成氧化分解過程，而要全部完成這一分解過程就需100天。但是，這么長的時間對于實際生產控制來說就失去了實用
價值。因此，目前規定在20°C下，培養5天作為測定生化需氧量的標準。這時候測得的生化需氧量就稱為五日生化需氧量，用BOD5表示。如果是培養20天作為測定生化需氧量的標準時，這時候測得的生化需氧量就稱為20天生化需氧量，用BOD20表示。生化需氧量（BOD）的多少，表明水體受有機物污染的程度，反映出水質的好壞。
與COD區別：化學需氧量（COD）是以化學方法測量水樣中需要被氧化的還原性物質的量。水樣在一定條件下，以氧化1升水樣中還原性物質所消耗的氧化劑的量為指標，折算成每升水樣全部被氧化后，需要的氧的毫克數，以mg/L表示。它反映了水中受還原性物質污染的程度。該指標也作為有機物相對含量的綜合指標之一。生化需氧量（BOD）是一種環境監測指標，主要用于監測水體中有機物的污染狀況。一般有機物都可以被微生物所分解，但微生物分解水中的有機化合物時需要消耗氧，如果水中的溶解氧（DO）不足以供給微生物的需要，水體就處于污染狀態。所以，BOD才是有關環保的指標。
