اون
معرفة الطلب على الأكسجين الكيميائي
معرفة الطلب على الأكسجين الكيميائي
1. تعريف COD.
COD (الطلب الكيميائي على الأكسجين) هو كمية المؤكسدة المستهلكة عند معالجة عينة الماء بمؤكسد قوي معين في ظل ظروف معينة. إنه مؤشر على كمية المواد المختزلة في الماء. تشمل المواد المختزلة في الماء العديد من المواد العضوية والنتريت والكبريتيدات والأملاح الحديدية وما إلى ذلك ، ولكن أهمها المواد العضوية. لذلك ، غالبا ما يستخدم الطلب على الأكسجين الكيميائي (COD) كمؤشر لقياس كمية المواد العضوية في الماء. كلما زاد الطلب على الأكسجين الكيميائي ، زادت خطورة تلوث المياه بالمواد العضوية. يختلف تحديد الطلب على الأكسجين الكيميائي (COD) باختلاف تحديد المواد المختزلة في عينات المياه وطريقة التحديد. الطرق الأكثر استخداما هي طريقة أكسدة برمنجنات البوتاسيوم الحمضية (KMnO4) وطريقة أكسدة ثاني كرومات البوتاسيوم (K2Cr2O7). تتميز طريقة أكسدة برمنجنات البوتاسيوم بمعدل أكسدة منخفض ، ولكنها بسيطة نسبيا ويمكن استخدامها عند تحديد قيمة المقارنة النسبية للمحتوى العضوي في عينات المياه. تتميز طريقة أكسدة ثاني كرومات البوتاسيوم بمعدل أكسدة مرتفع وقابلية استنساخ جيدة ، وهي مناسبة لتحديد الكمية الإجمالية للمواد العضوية في عينات المياه. المواد العضوية ضارة جدا بأنظمة المياه الصناعية. بالمعنى الدقيق للكلمة ، يشمل الطلب على الأكسجين الكيميائي أيضا مواد الاختزال غير العضوية في الماء. عادة ، نظرا لأن كمية المادة العضوية في مياه الصرف الصحي أكبر بكثير من كمية المواد غير العضوية ، يتم استخدام الطلب على الأكسجين الكيميائي بشكل عام لتمثيل الكمية الإجمالية للمادة العضوية في مياه الصرف الصحي. في ظل ظروف القياس ، تتأكسد المادة العضوية بدون النيتروجين في الماء بسهولة بواسطة برمنجنات البوتاسيوم ، في حين أن المواد العضوية التي تحتوي على النيتروجين أكثر صعوبة في التحلل. لذلك ، فإن الطلب على الأكسجين مناسب لتحديد المياه الطبيعية أو مياه الصرف الصحي العامة التي تحتوي على مادة عضوية تتأكسد بسهولة ، في حين أن مياه الصرف الصناعي العضوية ذات المكونات الأكثر تعقيدا غالبا ما تقاس بالطلب على الأكسجين الكيميائي.
المياه التي تحتوي على كمية كبيرة من المواد العضوية سوف تلوث راتنجات التبادل الأيوني عند المرور عبر نظام تحلية المياه ، وخاصة راتنجات تبادل الأنيون ، مما يقلل من قدرة تبادل الراتنج. يمكن تقليل المادة العضوية بحوالي 50٪ بعد المعالجة المسبقة (التخثر والتوضيح والترشيح) ، ولكن لا يمكن إزالتها في نظام تحلية المياه ، لذلك غالبا ما يتم إحضارها إلى الغلاية من خلال مياه التغذية لتقليل قيمة الأس الهيدروجيني لمياه الغلاية. في بعض الأحيان ، قد يتم أيضا إدخال المواد العضوية في نظام البخار والمكثفات ، مما يتسبب في انخفاض درجة الحموضة والتسبب في تآكل النظام. المحتوى العالي من المواد العضوية في نظام المياه المتداولة سيعزز التكاثر الميكروبي. لذلك ، سواء لتحلية المياه أو مياه الغلايات أو نظام المياه المتداولة ، كلما انخفض COD ، كان ذلك أفضل ، ولكن لا يوجد مؤشر حد موحد. عندما يكون COD (طريقة KMnO4) أكبر من 5 مجم / لتر في نظام مياه التبريد المتداول ، بدأت جودة المياه في التدهور.
في معيار مياه الشرب ، يبلغ الطلب على الأكسجين الكيميائي (COD) لمياه الفئة الأولى والفئة الثانية ≤15 مجم / لتر ، والطلب على الأكسجين الكيميائي (COD) لمياه الفئة الثالثة هو ≤20 مجم / لتر ، والطلب على الأكسجين الكيميائي (COD) لمياه الفئة الرابعة هو ≤30 مجم / لتر ، والطلب على الأكسجين الكيميائي (COD) لمياه الفئة الخامسة هو ≤40 مجم / لتر. كلما زادت قيمة COD ، زادت خطورة تلوث الجسم المائي.
2. كيف يتم إنتاج COD؟
COD (الطلب على الأكسجين الكيميائي) مشتق بشكل أساسي من المواد الموجودة في عينة الماء التي يمكن أكسدتها بواسطة المؤكسدات القوية ، وخاصة المواد العضوية. هذه المواد العضوية موجودة على نطاق واسع في مياه الصرف الصحي والمياه الملوثة ، بما في ذلك على سبيل المثال لا الحصر السكريات والزيوت والدهون ونيتروجين الأمونيا ، إلخ. تستهلك أكسدة هذه المواد الأكسجين المذاب في الماء ، مما يزيد من الطلب على الأكسجين الكيميائي. تحديدا:
1. مواد السكر: مثل الجلوكوز والفركتوز وما إلى ذلك ، توجد بشكل شائع في مياه الصرف الصحي من صناعة تجهيز الأغذية وصناعة المستحضرات الصيدلانية الحيوية ، وسوف تزيد من محتوى COD.
2. الزيوت والدهون: مياه الصرف الصحي التي تحتوي على الزيوت والدهون التي يتم تصريفها أثناء الإنتاج الصناعي ستؤدي أيضا إلى زيادة تركيز COD.
3. نيتروجين الأمونيا: على الرغم من أنه لا يؤثر بشكل مباشر على تحديد COD ، إلا أن أكسدة نيتروجين الأمونيا ستستهلك أيضا الأكسجين أثناء معالجة مياه الصرف الصحي ، مما يؤثر بشكل غير مباشر على قيمة COD.
بالإضافة إلى ذلك ، هناك العديد من أنواع المواد التي يمكن أن تنتج COD في مياه الصرف الصحي ، بما في ذلك المواد العضوية القابلة للتحلل ، والملوثات العضوية الصناعية ، والحد من المواد غير العضوية ، وبعض المواد العضوية التي يصعب تحللها بيولوجيا ، والمستقلبات الميكروبية. تستهلك أكسدة هذه المواد الأكسجين المذاب في الماء ، مما يؤدي إلى توليد COD. لذلك ، يعد الطلب على الأكسجين الكيميائي مؤشرا مهما لقياس درجة تلوث المواد العضوية وتقليل المواد غير العضوية في الماء. إنه يعكس إجمالي كمية المواد الموجودة في الماء والتي يمكن أكسدتها وتحللها بواسطة المؤكسدات (عادة ثاني كرومات البوتاسيوم أو برمنجنات البوتاسيوم) في ظل ظروف معينة ، أي الدرجة التي تستهلك بها هذه المواد الأكسجين.
1. المواد العضوية: المادة العضوية هي واحدة من المصادر الرئيسية ل COD في مياه الصرف الصحي ، بما في ذلك المواد العضوية القابلة للتحلل مثل البروتينات والكربوهيدرات والدهون. يمكن أن تتحلل هذه المواد العضوية إلى ثاني أكسيد الكربون والماء تحت تأثير الكائنات الحية الدقيقة.
2. المواد الفينولية: غالبا ما تستخدم المركبات الفينولية كملوثات في مياه الصرف الصحي في بعض العمليات الصناعية. يمكن أن يكون لها تأثير خطير على البيئة المائية وزيادة محتوى COD.
3. المواد الكحولية: المركبات الكحولية ، مثل الإيثانول والميثانول ، هي أيضا مصادر شائعة ل COD في بعض مياه الصرف الصناعي.
4. مواد السكر: مركبات السكر ، مثل الجلوكوز والفركتوز وما إلى ذلك ، هي مكونات شائعة في مياه الصرف الصحي من بعض صناعات تجهيز الأغذية والصناعات الصيدلانية الحيوية ، كما أنها ستزيد من محتوى COD.
5. الشحوم والدهون: الشحوم ومياه الصرف الصحي المحتوية على الدهون التي يتم تصريفها أثناء الإنتاج الصناعي ستؤدي أيضا إلى زيادة تركيز COD.
6. نيتروجين الأمونيا: على الرغم من أن نيتروجين الأمونيا لا يؤثر بشكل مباشر على تحديد COD ، فإن أكسدة نيتروجين الأمونيا ستستهلك الأكسجين أيضا أثناء عملية معالجة مياه الصرف الصحي ، مما يؤثر بشكل غير مباشر على قيمة COD.
بالإضافة إلى ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن COD لا يتفاعل فقط مع المواد العضوية في الماء ، ولكنه يمثل أيضا مواد غير عضوية ذات خصائص مخفضة في الماء ، مثل الكبريتيد والأيونات الحديدية وكبريتيت الصوديوم ، إلخ. لذلك ، عند معالجة مياه الصرف الصحي ، من الضروري النظر بشكل شامل في مساهمة الملوثات المختلفة في COD واتخاذ تدابير المعالجة المناسبة لتقليل قيمة COD.
المواد العضوية هي المصدر الرئيسي ل COD. وهي تشمل العديد من المواد العضوية والمواد العالقة والمواد التي يصعب تحللها في مياه الصرف الصحي. سيشكل المحتوى العالي من COD في مياه الصرف الصحي تهديدا كبيرا لبيئة المياه. يعد علاج ومراقبة COD أحد التدابير المهمة لمنع التلوث ومكافحته. لذلك ، يعد تحديد COD أحد طرق الاختبار شائعة الاستخدام في معالجة مياه الصرف الصحي والمراقبة البيئية.
تحديد COD هو عملية سهلة التشغيل مع حساسية تحليلية عالية. يمكن إكمال تحديد COD من خلال المراقبة المباشرة لتغير لون العينة أو الإشارات الحالية أو غيرها بعد معايرة الكاشف الكيميائي لتوليد منتجات الأكسدة. عندما تتجاوز قيمة COD المعيار ، من الضروري إجراء المعالجة المقابلة لتجنب التلوث البيئي. باختصار ، يلعب فهم ما يعنيه COD دورا حيويا في حماية البيئة المائية وإجراء مكافحة التلوث.
3. تأثير ارتفاع COD.
COD (الطلب على الأكسجين الكيميائي) هو مؤشر مهم لقياس درجة التلوث العضوي في المسطحات المائية. المحتوى المفرط سيكون له تأثير خطير على جودة مياه النهر.
يعتمد قياس COD على كمية المؤكسدة المستهلكة عند أكسدة المواد المختزلة (المواد العضوية بشكل أساسي) وتحللها في 1 لتر من الماء في ظل ظروف معينة. ستستهلك هذه المواد المختزلة كمية كبيرة من الأكسجين المذاب أثناء عملية التحلل ، مما يتسبب في نقص الكائنات المائية للأكسجين ، مما يؤثر بدوره على نموها الطبيعي وبقائها ، وقد يتسبب في عدد كبير من الوفيات في الحالات الشديدة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن تقليل الأكسجين المذاب سيسرع من تدهور جودة المياه ، ويعزز فساد وتحلل المواد العضوية ، وينتج المزيد من المواد السامة والضارة ، مثل نيتروجين الأمونيا ، مما سيسبب ضررا أكبر للكائنات المائية وجودة المياه. قد يؤدي التعرض طويل الأمد لمياه الصرف الصحي التي تحتوي على تركيزات عالية من المواد العضوية أيضا إلى إلحاق ضرر جسيم بصحة الإنسان ، مثل التسبب في أمراض الجهاز الهضمي والأمراض الجلدية وما إلى ذلك. لذلك ، فإن COD المفرط لا يشكل تهديدا للكائنات المائية فحسب ، بل يشكل أيضا خطرا محتملا على صحة الإنسان.
من أجل حماية البيئة المائية وصحة الإنسان ، يجب اتخاذ تدابير فعالة لمنع ومراقبة COD المفرط. ويشمل ذلك الحد من تصريف المواد العضوية في الأنشطة الصناعية والزراعية ، فضلا عن تعزيز معالجة مياه الصرف الصحي ومراقبتها لضمان أن جودة المياه التي يتم تصريفها تفي بالمعايير ، وبالتالي الحفاظ على بيئة إيكولوجية مائية جيدة.
COD هو مؤشر على محتوى المواد العضوية في الماء. كلما ارتفع COD ، زادت خطورة تلوث الجسم المائي بالمواد العضوية. عندما تدخل المواد العضوية السامة إلى الجسم المائي ، فإنها لا تضر الكائنات الحية في الجسم المائي مثل الأسماك فحسب ، بل يمكن أيضا إثرائها في السلسلة الغذائية ودخول جسم الإنسان ، مما يسبب التسمم المزمن. .
COD له تأثير كبير على جودة المياه والبيئة البيئية. بمجرد دخول الملوثات العضوية ذات المحتوى المرتفع من COD إلى الأنهار والبحيرات والخزانات ، إذا لم تتم معالجتها في الوقت المناسب ، فقد تمتص التربة في قاع الماء العديد من المواد العضوية وتتراكم لسنوات عديدة. ستسبب هذه الكائنات أضرارا للكائنات الحية المختلفة في الماء ، وقد تظل سامة لعدة سنوات. هذا التأثير السام له تأثيران:
من ناحية ، سوف يتسبب في وفاة عدد كبير من الكائنات المائية ، وتدمير التوازن البيئي للجسم المائي ، وحتى تدمير النظام البيئي للنهر بأكمله بشكل مباشر.
من ناحية أخرى ، سوف تتراكم السموم ببطء في الكائنات المائية مثل الأسماك والروبيان. بمجرد أن يستهلك البشر هذه الكائنات المائية السامة ، ستدخل السموم إلى جسم الإنسان وتتراكم لسنوات عديدة ، مما يؤدي إلى عواقب وخيمة لا يمكن التنبؤ بها مثل السرطان والتشوهات والطفرات الجينية. بنفس الطريقة ، إذا استخدم الناس المياه الملوثة للري ، فستتأثر المحاصيل أيضا ، وسوف يستنشق الناس أيضا كمية كبيرة من المواد الضارة أثناء عملية الأكل.
عندما يكون COD مرتفعا جدا ، فسوف يتسبب ذلك في تدهور جودة المياه الطبيعية. والسبب هو أن التنقية الذاتية للمياه تتطلب تدهور هذه المواد العضوية. يتطلب تدهور COD بالضرورة استهلاك الأكسجين ، وقدرة إعادة الأكسجة في الماء لا تفي بالمتطلبات. سوف ينخفض DO مباشرة إلى 0 ويصبح لاهوائيا. في الحالة اللاهوائية ، سيستمر في التحلل (المعالجة اللاهوائية للكائنات الحية الدقيقة) ، وسيصبح الماء أسود ورائحة كريهة (الكائنات الحية الدقيقة اللاهوائية تبدو سوداء جدا وتحتوي على غاز كبريتيد الهيدروجين).
4. طرق علاج COD
النقطة الأولى
الطريقة الفيزيائية: يستخدم العمل الفيزيائي لفصل المادة العالقة أو التعكر في مياه الصرف الصحي ، والتي يمكن أن تزيل COD في مياه الصرف الصحي. تشمل الطرق الشائعة المعالجة المسبقة لمياه الصرف الصحي من خلال خزانات الترسيب ، وشبكات الترشيح ، والمرشحات ، ومصائد الشحوم ، وفواصل الزيت عن الماء ، وما إلى ذلك ، لإزالة COD من الجسيمات في مياه الصرف الصحي.
النقطة الثانية
الطريقة الكيميائية: تستخدم التفاعلات الكيميائية لإزالة المواد الذائبة أو المواد الغروية في مياه الصرف الصحي ، ويمكنها إزالة COD في مياه الصرف الصحي. تشمل الطرق الشائعة التحييد ، والترسيب ، وتقليل الأكسدة ، والأكسدة التحفيزية ، والأكسدة المحفزة ضوئيا ، والتحليل الكهربائي الدقيق ، والتلبد الإلكتروليتي ، والحرق ، وما إلى ذلك.
النقطة الثالثة
الطريقة الفيزيائية والكيميائية: تستخدم التفاعلات الفيزيائية والكيميائية لإزالة المواد الذائبة أو المواد الغروية في مياه الصرف الصحي. يمكنه إزالة COD في مياه الصرف الصحي. تشمل الطرق الشائعة الشبكة ، والترشيح ، والطرد المركزي ، والتوضيح ، والترشيح ، وفصل الزيت ، وما إلى ذلك.
النقطة الرابعة
طريقة المعالجة البيولوجية: تستخدم الأيض الميكروبي لتحويل الملوثات العضوية والمغذيات الميكروبية غير العضوية في مياه الصرف الصحي إلى مواد مستقرة وغير ضارة. تشمل الطرق الشائعة طريقة الحمأة المنشطة ، وطريقة الأغشية الحيوية ، وطريقة الهضم البيولوجي اللاهوائي ، وبركة التثبيت ومعالجة الأراضي الرطبة ، إلخ.
5. طريقة تحليل COD.
طريقة ثنائي الكرومات
تتمثل الطريقة القياسية لتحديد الطلب على الأكسجين الكيميائي في المعيار الصيني GB 11914 "تحديد الطلب على الأكسجين الكيميائي لجودة المياه بطريقة ثنائي الكرومات" والمعيار الدولي ISO6060 "تحديد الطلب على الأكسجين الكيميائي لجودة المياه". تتميز هذه الطريقة بمعدل أكسدة مرتفع ، وقابلية استنساخ جيدة ، ودقة وموثوقية ، وأصبحت طريقة قياسية كلاسيكية معترف بها عموما من قبل المجتمع الدولي.
مبدأ التحديد هو: في وسط حمض الكبريتيك ، يتم استخدام ثاني كرومات البوتاسيوم كمؤكسد ، وتستخدم كبريتات الفضة كمحفز ، وتستخدم كبريتات الزئبق كعامل إخفاء لأيونات الكلوريد. حموضة حمض الكبريتيك لسائل تفاعل الهضم هي 9 مول / لتر. يسخن سائل تفاعل الهضم ليغلي، ودرجة حرارة درجة الغليان 148 درجة مئوية ±2 درجة مئوية هي درجة حرارة الهضم. يتم تبريد التفاعل بالماء وارتجاعه لمدة 2 ساعة. بعد تبريد سائل الهضم بشكل طبيعي ، يتم تخفيفه إلى حوالي 140 مل بالماء. يستخدم الكلور الحديدي كمؤشر ، ويتم معايرة ثاني كرومات البوتاسيوم المتبقية بمحلول كبريتات الحديدوز الأمونيوم. يتم حساب قيمة COD لعينة الماء بناء على استهلاك محلول كبريتات حديدات الأمونيوم. المؤكسد المستخدم هو ثاني كرومات البوتاسيوم ، والعامل المؤكسد هو الكروم سداسي التكافؤ ، لذلك يطلق عليه طريقة ثنائي الكرومات.
ومع ذلك ، لا تزال هذه الطريقة القياسية الكلاسيكية تعاني من أوجه قصور: يشغل جهاز الارتجاع مساحة تجريبية كبيرة ، ويستهلك الكثير من الماء والكهرباء ، ويستخدم كمية كبيرة من الكواشف ، وهو غير مريح للعمل ، ويصعب قياسه بسرعة بكميات كبيرة.
طريقة برمنجنات البوتاسيوم
يتم قياس COD باستخدام برمنجنات البوتاسيوم كمؤكسد ، وتسمى النتيجة المقاسة مؤشر برمنجنات البوتاسيوم.
قياس الطيف الضوئي
استنادا إلى الطريقة القياسية الكلاسيكية ، يؤكسد ثاني كرومات البوتاسيوم المواد العضوية ، ويولد الكروم سداسي التكافؤ الكروم ثلاثي التكافؤ. يتم تحديد قيمة COD لعينة الماء من خلال إنشاء علاقة بين قيمة امتصاص الكروم سداسي التكافؤ أو الكروم ثلاثي التكافؤ وقيمة COD لعينة الماء. باستخدام المبدأ أعلاه ، فإن أكثر الطرق تمثيلا في الخارج هي وكالة حماية البيئة. الطريقة 0410.4 "قياس الألوان اليدوي التلقائي" ، ASTM: D1252-2000 "الطريقة B لتحديد الطلب على الأكسجين الكيميائي لقياس الطيف الضوئي للهضم المختوم بالماء" و ISO15705-2002 "طريقة الأنبوب الصغير المختوم لتحديد الطلب على الأكسجين الكيميائي (COD) لجودة المياه". الطريقة الموحدة لبلدي هي "طريقة الهضم التحفيزي السريع المختوم (بما في ذلك القياس الطيفي)" لإدارة حماية البيئة الحكومية.
طريقة الهضم السريع
الطريقة القياسية الكلاسيكية هي طريقة الارتجاع 2 ساعة. من أجل زيادة سرعة التحليل ، اقترح الناس طرق تحليل سريعة مختلفة. توجد طريقتان رئيسيتان: الأولى هي زيادة تركيز المؤكسد في نظام تفاعل الهضم، وزيادة حموضة حمض الكبريتيك، وزيادة درجة حرارة التفاعل، وزيادة العامل الحفاز لزيادة سرعة التفاعل. يتم تمثيل الطريقة المحلية بواسطة GB / T14420-1993 "تحليل مياه الغلايات ومياه التبريد تحديد الطلب على الأكسجين الكيميائي طريقة ثنائي كرومات البوتاسيوم السريع" والطرق الموحدة الموصى بها من قبل إدارة حماية البيئة الحكومية "طريقة قياس الكولومتر" و "طريقة الهضم الحفاز السريع المغلق (بما في ذلك الطريقة الضوئية)". يتم تمثيل الطريقة الأجنبية بالطريقة القياسية الألمانية DIN38049 T.43 "الطريقة السريعة لتحديد الطلب على الأكسجين الكيميائي للمياه".
بالمقارنة مع الطريقة القياسية الكلاسيكية ، فإن الطريقة المذكورة أعلاه تزيد من حموضة حمض الكبريتيك لنظام الهضم من 9.0 مجم / لتر إلى 10.2 مجم / لتر ، ودرجة حرارة التفاعل من 150 درجة مئوية إلى 165 درجة مئوية ، ووقت الهضم من 2 ساعة إلى 10 دقائق ~ 15 دقيقة. والثاني هو تغيير الطريقة التقليدية للهضم عن طريق التسخين بالإشعاع الحراري ، واستخدام تقنية الهضم بالميكروويف لتحسين سرعة تفاعل الهضم. نظرا للتنوع الكبير في أفران الميكروويف والقوى المختلفة ، من الصعب اختبار القوة والوقت الموحدين من أجل تحقيق أفضل تأثير للهضم. سعر أفران الميكروويف مرتفع جدا أيضا ، ومن الصعب صياغة طريقة قياسية موحدة.
طورت Lianhua Technology طريقة طيفية سريعة الهضم للطلب الكيميائي على الأكسجين (COD) في عام 1982 ، والتي حققت التحديد السريع ل COD في مياه الصرف الصحي بطريقة "10 دقائق هضم ، قيمة 20 دقيقة". في عام 1992 ، تم تضمين نتيجة البحث والتطوير هذه في "المستخلصات الكيميائية" الأمريكية كمساهمة جديدة في المجال الكيميائي في العالم. أصبحت هذه الطريقة معيار الاختبار لصناعة حماية البيئة في جمهورية الصين الشعبية في عام 2007 (HJ / T399-2007). حققت هذه الطريقة بنجاح قيمة COD دقيقة في غضون 20 دقيقة. إنه سهل التشغيل ومريح وسريع ، ويتطلب كمية صغيرة من الكواشف ، ويقلل بشكل كبير من التلوث الناتج عن التجربة ويقلل من التكاليف المختلفة. مبدأ هذه الطريقة هو هضم عينة الماء المضافة مع كاشف COD من Lianhua Technology عند 165 درجة لمدة 10 دقائق بطول موجة 420 أو 610 نانومتر ، ثم تبريده لمدة دقيقتين ، ثم إضافة 2.5 مل من الماء المقطر. يمكن الحصول على نتيجة COD باستخدام أداة التحديد السريع COD من Lianhua Technology.