kendskab til den kemiske iltbehov

kendskab til den kemiske iltbehov

1. Definition af COD.

COD (Chemical Oxygen Demand) er mængden af oxidant, der forbruges, når et vandprøve behandles med en bestemt stærk oxidant under bestemte forhold. Det er et indikator for mængden af reducerende stoffer i vandet. De reducerende stoffer i vandet omfatter forskellige organiske stoffer, nitriter, sulfider, jern(II)-salt og andre, men de vigtigste er organiske stoffer. Derfor bruges kemisk oxygenbehov (COD) ofte som et mål for mængden af organiske stoffer i vandet. Jo større kemisk oxygenbehovet, jo alvorligere er vandets forurening af organiske stoffer. Bestemmelsen af kemisk oxygenbehov (COD) varierer med bestemmelsen af reducerende stoffer i vandprøverne og metoden til bestemmelse. De mest almindelige metoder er syrekald potassiumpermanganat (KMnO4) oxidationmetode og potassiumdichromat (K2Cr2O7) oxidationmetode. Potassiumpermanganat oxidationmetoden har en lav oxidationssats, men er relativt simpel og kan bruges ved bestemmelse af den relative sammenligningsværdi af det organiske indhold i vandprøverne. Potassiumdichromat oxidationmetoden har en høj oxidationssats og god gentagbarhed og er egnet til at bestemme den totale mængde af organiske stoffer i vandprøverne. Organiske stoffer er meget skadelige for industrielle vandsystemer. Strikt taget omfatter kemisk oxygenbehov også inorganiske reducerende stoffer i vandet. Vanligtvis er mængden af organiske stoffer i affærdningen meget større end mængden af inorganiske stoffer, så kemisk oxygenbehov bruges normalt til at repræsentere den totale mængde af organiske stoffer i affærdningen. Under måleforholdene er organiske stoffer uden nitrogen i vand let oxideret af potassiumpermanganat, mens organiske stoffer med nitrogen er mere svære at nedbryde. Derfor er oxygenbehov egnet til at bestemme naturligt vand eller almindelig affærdning, der indeholder organiske stoffer, der let oxideres, mens organisk industriaffærdning med mere komplekse komponenter ofte måles for kemisk oxygenbehov.

Vand, der indeholder et stort beløb af organisk stof, vil forurene jonvekslingsresiner, når det passerer gennem avandingsystemet, især anionvekslingsresiner, hvilket vil reducere resins udvekslingskapacitet. Organisk stof kan reduceres med omkring 50% efter forbehandling (kondensation, klarificering og filtrering), men det kan ikke fjernes i avandingsystemet, så det bringes ofte ind i kulden ved hjælp af foder-vand, hvilket reducerer kuldvands pH-værdi. Organisk stof kan iblandt også komme ind i dampsystemet og kondensat, hvilket forårsager en nedgang i pH og systemets korrosion. Et højt indhold af organisk stof i cirkulationsvandsystemet vil fremme mikrobiel vekst. Derfor er det, uanset om det drejer sig om avandning, kuldvand eller cirkulationsvandsystem, bedre, jo lavere COD er, men der findes ingen forenet begrænsningsindeks. Når COD (KMnO4-metode) overstiger 5 mg/L i cirkulations- og kølevandsystemet, har vandkvaliteten begyndt at forringes.

I drikkevandsstandarden er kemisk oxygenforbrug (COD) for klasse I og klasse II vand ≤15mg/L, kemisk oxygenforbrug (COD) for klasse III vand ≤20mg/L, kemisk oxygenforbrug (COD) for klasse IV vand ≤30mg/L, og kemisk oxygenforbrug (COD) for klasse V vand ≤40mg/L. Jo større COD-værdien er, jo alvorligere er forureningen af vandkroppen.

2. Hvordan opstår COD?

COD (kemisk oxygenforbrug) stammer hovedsagelig fra stoffer i vandprøven, der kan oxideres af sterke oxidanter, især organiske stoffer. Disse organiske stoffer findes bredt i affaldsvand og forurenset vand, herunder men ikke begrænset til sukker, fedt, ammonium-nitrogen osv. Oxidationen af disse stoffer forbruger det opløste syre i vandet, hvilket øger kemisk oxygenforbrug. Specifikt:

1. Sukkerstoffer: Som glucose, fructose osv., findes hyppigt i affaldsvand fra fødevareindustrien og biopharmaceutisk industrien, og de vil øge COD-indholdet.

2. Fatter og olie: Affaldsvand, der indeholder fatter og olie, udsendt under industrielt produktion, vil også føre til en stigning i COD-koncentrationen.

3. Ammonium-nitrogen: Selvom det ikke direkte påvirker bestemmelsen af COD, vil ammonium-nitrogens oxidation også forbruge syre during affaldsvandsbehandling, hvilket indirekte påvirker COD-værdien.

Derudover findes der mange typer stoffer, der kan producere COD i spildevand, herunder biodégradable organisk stof, industrielle organiske forurenere, reducerende anorganiske stoffer, nogle organiske stoffer, der er svære at biodégradere, og mikrobielle metabolitter. Oxidationen af disse stoffer forbruger det opløste syre i vandet, hvilket resulterer i opstanden af COD. Derfor er kemisk syreforbrug en vigtig indikator for at måle graden af forurening af organisk stof og reducerende anorganiske stoffer i vand. Det afspejler den samlede mængde stoffer i vandet, der kan oxideres og nedbrydes af oxidanter (normalt potassiumpyrokromat eller potassiumpermanganat) under bestemte forhold, dvs. graden, hvorpå disse stoffer forbruger syre.

1. Organisk stof: Organisk stof er en af de hovedkilder til COD i spildevand, herunder biodegradabelt organisk stof såsom protein, kulhydrater og fedt. Dette organiske stof kan nedbrydes til kuloxid og vand under virksomhed af mikroorganismer.

2. Fenolstoffer: Fenolkomponenter bruges ofte som forurenende stoffer i affaldsvand i nogle industrielle processer. De kan have en alvorlig indvirkning på vandmiljøet og øge COD-indholdet.

3. Alkoholstoffer: Alkoholkomponenter såsom ethanol og methanol er også almindelige kilder til COD i nogle industrielle affaldsvande.

4. Sukkerstoffer: Sukkerkomponenter såsom glukose, fruktose osv. er almindelige komponenter i affaldsvand fra nogle fødevarebehandlingsindustrier og biofarmaceutiske industrier, og de vil også øge COD-indholdet.

5. Fedt og smør: Fedt- og smørholdigt affaldsvand udsendt under industrialproduktion vil også føre til en stigning i COD-koncentrationen.

6. Ammoniak-nitrogen: Selvom ammoniak-nitrogen ikke direkte påvirker bestemmelsen af COD, vil oxidationen af ammoniak-nitrogen også forbruge syre i spildevandsbehandlingsprocessen, hvilket indirekte påvirker COD-værdien.

Desuden er det værd at notere, at COD ikke kun reagerer på organiske stoffer i vandet, men også repræsenterer reducerende inorganiske stoffer i vandet, såsom sulfide, jernioner og natriumsulfitt osv. Derfor er det nødvendigt at i forbindelse med behandling af spildevand tage hensyn til den samlede bidrag fra forskellige forurenere til COD og iværksætte passende behandlingsforanstaltninger for at reducere COD-værdien.

Organisk stof er den primære kilde til COD. De omfatter forskelligt organisk materiale, suspenderet stof og svært nedbrydeligt stof i affaldsvand. Et højt COD-indhold i affaldsvand vil udgøre en stor trussel mod vandmiljøet. Behandling og overvågning af COD er en af de vigtige foranstaltninger til forebyggelse og kontrol af forurening. Derfor er COD-bestemmelse en af de hyppigst brugte testmetoder inden for behandling af affaldsvand og miljøovervågning.

Bestemmelsen af COD er en let at udføre proces med høj analytisk følsomhed. Bestemmelsen af COD kan udføres ved direkte at observere farveændringer i prøven eller strømmen eller andre signaler, når kemiske reaktiver titreres for at oprette oxidationsprodukter. Når COD-værdien overskrider standarden, er det nødvendigt at gennemføre tilsvarende behandling for at undgå miljøforurening. Med andre ord spiller forståelsen af, hvad COD betyder, en afgørende rolle i beskyttelsen af vandmiljøet og gennemførelsen af forureningskontrol.

3. Virkningen af høj COD.

‌COD (kemisk syreforbrug) er en vigtig indikator for at måle graden af organisk forurening i vandmasser. For meget indhold vil have alvorlige konsekvenser for flodvandets kvalitet.‌

Målingen af COD er baseret på mængden af oxidant, der forbruges, når reducerende stoffer (hovedsagelig organisk materiale) oxideres og nedbrydes i 1 liter vand under bestemte forhold. Disse reducerende stoffer vil forbruge en stor mængde af det opløste syre under nedbrydningsprocessen, hvilket fører til, at akvakulturen kommer i syreforarbejde, hvilket påvirker deres normale vækst og overlevelse og kan forårsage store dødsfald i alvorlige tilfælde. Desuden vil reduceringen af det opløste syre forhaste vandkvalitetsforringelsen, fremme korruptionen og nedbrydningen af organisk materiale og skabe flere giftige og skadelige stoffer, såsom ammonium-nitrogen, hvilket vil forværre skaden for akvakulturen og vandkvaliteten. Eksposition for lang tid over for affaldsvand med høj koncentration af organisk materiale kan også forårsage alvorlig skade på menneskers sundhed, såsom forårsage mag-tarm-sygdomme, hudsygdomme osv. Derfor udgør et for højt COD ikke kun en trussel mod akvakulturen, men også en potentiel risiko for menneskers sundhed.

For at beskytte vandmiljøet og menneskelig sundhed, skal effektive foranstaltninger træffes for at forebygge og kontrollere den for store COD. Dette omfatter reduktion af udsendelsen af organisk stof i industrielle og landbrugsmæssige aktiviteter, samt forstærkning af spildevandsbehandling og -overvågning for at sikre, at det afgivne vandmateriale opfylder standarderne, hvilket vedligeholder et godt vandøkologisk miljø.

COD er et mål for indholdet af organisk stof i vand. Jo højere COD, jo mere alvorligt er vandmassivet forurenet af organisk stof. Når toksisk organisk stof kommer ind i vandmassivet, skader det ikke kun organismer i vandmassivet såsom fisk, men kan også koncentreres i madkæden og komme ind i menneskekroppen, forårsagende kronisk forgiftning. .

COD har en stor indvirkning på vandkvaliteten og det økologiske miljø. Hvis organiske forurenere med høj COD-indhold kommer ind i floder, søer og reservoirer, og de ikke behandles hurtigt, kan mange organiske stoffer blive adsorberet af jorden på vandets bund og akkumulere i årevis. Disse stoffer vil forårsage skade på forskellige organismer i vandet og kan være giftige i flere år. Denne giftige virkning har to effekter:

På den ene side vil det føre til døden af store mængder akvakulturelle organismer, forstyrre det økologiske ligevægt i vandmasserne og endda direkte ødelægge hele flodøkosystemet.

På den anden side vil giftstoffer langsomt akkumulere i akvakultureorganismer som fisk og rejer. Når mennesker forbruger disse giftige akvakultureorganismer, vil giftstofferne trænge ind i menneskekroppen og akkumulere i flere år, hvilket kan føre til uforudsigelige alvorlige konsekvenser såsom kræft, deformiteter og genermutationer. På samme måde, hvis mennesker bruger forurenet vand til besøgning, vil også afgrøder blive påvirket, og mennesker vil også indånde en stor mængde skadelige stoffer under madtagelsen.

Når COD er meget høj, vil det forårsage forringelse af vandkvaliteten i naturen. Grunden er, at vandets selvrensningsproces kræver nedbrydning af denne organiske stof. Nedbrydningen af COD kræver nødvendigvis oksygenvbrug, og vandets evne til at genopføre oksygen opfylder ikke kravene. DO (dissolveret oksygen) vil faldende direkte til 0 og blive anærobt. I den anærobe tilstand vil det fortsætte med at dekomponere (anærob behandling af mikroorganismer), og vandet vil blive sort og luktende (anærobe mikroorganismer ser meget sorte ud og indeholder sulfidgasser).

4. Metoder til behandling af COD

Første punkt

Fysisk metode: Den anvender fysisk virkningsmekanisme til at adskille suspenderet stof eller turbiditet i affaldsvand, hvilket kan fjerne COD i affaldsvandet. Almindelige metoder omfatter forbehandling af spildevand gennem sedimentationsbænker, filtergitter, filtre, fedtfangere, olie-vand-separatoren osv., for at enkelt fjerne partikulær COD i spildevandet.

Andet punkt

Kemisk metode: Den anvender kemiske reaktioner til at fjerne løste stoffer eller kolloidale stoffer i affaldsvand og kan fjerne COD i affaldsvand. Almindelige metoder omfatter neutralisering, præcipitation, oxidation-reduktion, catalysatoroxidation, photocatalysatoroxidation, mikro-elektrolyse, elektrolyseflokulation, forbrænding osv.

Tredje punkt

Fysiko-kemisk metode: Den anvender fysikaliske og kemiske reaktioner til at fjerne løste stoffer eller kolloidale stoffer i affaldsvand. Den kan fjerne COD i affaldsvand. Almindelige metoder omfatter gitter, filtrering, centrifugering, klaring, filtrering, olieafskilning osv.

Fjerde punkt

Biologisk behandlingsmetode: Den anvender mikrobiel metabolisme til at konvertere organiske forurenstillinger og anorganiske mikrobielle næringsstoffer i affaldsvand til stabile og uharmfulde stoffer. Almindelige metoder omfatter aktiveret sludgemetode, biofilmmetode, anaerob biologisk fordøjelse, stabiliseringsbasseng og vandplantebehandling osv.

5. COD-analysemetode.

Dichromatmetode

Den standardmetode for bestemmelse af kemisk syreforbrug repræsenteres af den kinesiske standard GB 11914 "Bestemmelse af kemisk syreforbrug i vandkvalitet ved dichromatmetoden" og den internationale standard ISO6060 "Bestemmelse af kemisk syreforbrug i vandkvalitet". Denne metode har en høj oxidationsgrad, god gentagelighed, nøjagtighed og pålidelighed, og er blevet en klassisk standardmetode, som generelt anerkendes af den internationale samfund.

Bestemmelsesprincippet er: i sur stof medium af svovlsyre bruges kaliumdikromat som oxidant, silversulfat som katalysator og kviksølv sulfat som maskeringsmiddel for chloridioner. Svovlsyreens syrelighed i fordøjelsesreaktionsvæsken er 9 mol/L. Fordøjelsesreaktionsvæsken opvarmes til at koge, og kogepunktet på 148℃±2℃ er fordøjningstemperaturen. Reaktionen køles vandtil og distilleres i 2 timer. Efter at fordøjelsesvæsken er kølet naturligt, bliver den opdilueret til omkring 140 ml med vand. Ferrochlorin bruges som indikator, og det tilbageværende kaliumdikromat titreres med ammoniumferrosulfat-løsning. COD-værdien af vandprøven beregnes ud fra forbrug af ammoniumferrosulfatløsningen. Den brugte oxidant er kaliumdikromat, og oxidationsagen er hexavalent krom, så derfor kaldes metoden for dikromatmetoden.

Imidlertid har denne klassiske standardmetode stadig nogle mangler: reflux-apparaturet tager meget plads i laboratoriet, forbruger massevis af vand og elektricitet, anvender en stor mængde reaktanter, er ulempelig at bruge, og det er svært at foretage hurtige målinger i store mængder.

Potasssiumpermanganat-metoden

COD måles ved hjælp af potassiumpemanganat som oxidant, og resultatet kaldes potassiumpemanganatindeks.

Spektrofotometri

På baggrund af den klassiske standardmetode oxidere potassie dichromat organisk stof, og hexavalent krom genererer trivalent krom. COD-værdien af vandprøven bestemmes ved at etablere en sammenhæng mellem absorbansværdien af hexavalent krom eller trivalent krom og COD-værdien af vandprøven. Ved hjælp af ovennævnte princip er de mest repræsentative metoder udlandet EPA.Metode 0410.4 "Automatisk Manual Kolorimetri", ASTM: D1252-2000 "Metode B til bestemmelse af kemisk sygeforbrug af vand - lufttæt forvarmning spektrofotometri" og ISO15705-2002 "Lufttæt Rørmetode til Bestemmelse af Kemisk Sygeforbrug (COD) af Vandkvalitet". Vores landes forenede metode er "Hurtig Lufttæt Katalytisk Forvarmningsmetode (Inklusive Spektrofotometri)" fra Statens Miljøbeskyttelsesadministration.

Hurtig Fordlingsmetode

Den klassiske standardmetode er den 2-timers reflux-metode. For at øge analysehastigheden har mennesker foreslået forskellige hurtige analysemetoder. Der findes to hovedmetoder: én er at øge koncentrationen af oxidant i fordøjelsesreaktionssystemet, øge sulfuriksens syredom, øge reaktionstemperaturen og tilføje katalysatorer for at øge reaktionshastigheden. Den indenlandske metode repræsenteres af GB/T14420-1993 "Analyse af kuldeovnevand og kølevand Kemisk Sauerstofbehov Bestemmelse Potassiumdichromat Hurtigmetode" og de forenede metoder anbefalet af Miljøministeriet "Kulometrisk Metode" og "Hurtig Lukket Katalytisk Fordøjningsmetode (Inklusive Fotometrisk Metode)". Den udenlandske metode repræsenteres af den tyske standardmetode DIN38049 T.43 "Hurtigmetode til Bestemmelse af Kemisk Sauerstofbehov af Vand".

I forhold til den klassiske standardmetode øger den ovenstående metode sulfuric syrens syredighed i fordøjelsessystemet fra 9,0 mg/L til 10,2 mg/L, reaktionstemperaturen fra 150℃ til 165℃ og fordøjelses tid fra 2 timer til 10-15 minutter. Det andet er at ændre den traditionelle fordøjelsesmetode ved opvarmning med varmestråling og bruge mikrobølgefordøjelsesteknologi for at forbedre reaktionshastigheden under fordøjelsen. På grund af den store mangfoldighed af mikrobølgeovne og forskellige effekter er det svært at teste en forenet effekt og tid for at opnå den bedste fordøjelseseffekt. Prisen på mikrobølgeovne er også meget høj, og det er svært at udarbejde en forenet standardmetode.

Lianhua Technology udviklede i 1982 en hurtig fordøjelses-spektrofotometrisk metode til kemisk syreforbrug (COD), hvilket gjorde det muligt at bestemme COD i spildevand hurtigt med metoden "10 minutters fordøjelse, 20 minutters værdi". I 1992 blev dette forskningsresultat inkluderet i den amerikanske "CHEMICAL ABSTRACTS" som en ny bidrag til verdens kemiområde. Denne metode blev i 2007 til standardprøvetagning for miljøindustrien i Folkerepublikken Kina (HJ/T399-2007). Denne metode opnåede succesfuldt en nøjagtig COD-værdi inden for 20 minutter. Den er simpel at bruge, praktisk og hurtig, kræver en lille mængde reaktiver, reducerer betydeligt forureningen fra eksperimentet og mindsker forskellige omkostninger. Principperne for denne metode indebærer fordigering af vandprøven, der er behandlet med Lianhua Technologys COD-reaktiv på 165 grader i 10 minutter ved en bølgelængde på 420 eller 610nm, derefter køles prøven af i 2 minutter, og herefter tilføjes 2,5ml destilleret vand. COD-værdien kan så aflæses ved hjælp af Lianhua Technologys COD-hurtigbestemmelsesinstrument.