Kenntnisse über den chemischen Sauerstoffbedarf

Kenntnisse über den chemischen Sauerstoffbedarf

1. Definition des CSB.

CSB (Chemischer Sauerstoffbedarf) ist die Menge an Oxidationsmittel, die verbraucht wird, wenn eine Wasserprobe unter bestimmten Bedingungen mit einem bestimmten starken Oxidationsmittel behandelt wird. Es ist ein Indikator für die Menge an reduzierenden Substanzen im Wasser. Zu den reduzierenden Substanzen im Wasser gehören verschiedene organische Substanzen, Nitrite, Sulfide, Eisensalze usw., aber die wichtigsten sind organische Substanzen. Daher wird der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) oft als Indikator verwendet, um die Menge an organischen Substanzen im Wasser zu messen. Je größer der chemische Sauerstoffbedarf, desto gravierender ist die Belastung des Wassers durch organische Substanzen. Die Bestimmung des chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB) variiert mit der Bestimmung von Reduktionsstoffen in Wasserproben und der Bestimmungsmethode. Die am häufigsten verwendeten Methoden sind die Oxidationsmethode mit saurem Kaliumpermanganat (KMnO4) und die Oxidationsmethode mit Kaliumdichromat (K2Cr2O7). Das Kaliumpermanganat-Oxidationsverfahren hat eine geringe Oxidationsrate, ist aber relativ einfach und kann zur Bestimmung des relativen Vergleichswertes des organischen Gehalts in Wasserproben verwendet werden. Die Kaliumdichromat-Oxidationsmethode hat eine hohe Oxidationsrate und eine gute Reproduzierbarkeit und eignet sich zur Bestimmung der Gesamtmenge an organischer Substanz in Wasserproben. Organische Stoffe sind sehr schädlich für industrielle Wassersysteme. Streng genommen umfasst der chemische Sauerstoffbedarf auch anorganische Reduktionsstoffe im Wasser. Da die Menge an organischer Substanz im Abwasser viel größer ist als die Menge an anorganischer Substanz, wird der chemische Sauerstoffbedarf in der Regel verwendet, um die Gesamtmenge an organischer Substanz im Abwasser darzustellen. Unter den Messbedingungen wird organische Substanz ohne Stickstoff im Wasser leicht durch Kaliumpermanganat oxidiert, während organische Substanz, die Stickstoff enthält, schwieriger zu zersetzen ist. Daher eignet sich der Sauerstoffbedarf zur Bestimmung von natürlichem Wasser oder allgemeinem Abwasser, das organische Substanz enthält, die leicht oxidiert werden kann, während organisches Industrieabwasser mit komplexeren Komponenten häufig auf den chemischen Sauerstoffbedarf gemessen wird.

Wasser, das eine große Menge an organischer Substanz enthält, verunreinigt Ionenaustauscherharze, wenn es das Entsalzungssystem passiert, insbesondere Anionenaustauscherharze, was die Austauschkapazität des Harzes verringert. Organische Substanz kann nach der Vorbehandlung (Koagulation, Klärung und Filtration) um ca. 50 % reduziert werden, kann aber in der Entsalzungsanlage nicht entfernt werden, daher wird sie oft über das Speisewasser in den Kessel eingebracht, um den pH-Wert des Kesselwassers zu senken. Manchmal können auch organische Stoffe in das Dampfsystem und das Kondensat gelangen, wodurch der pH-Wert sinkt und das System korrodiert. Ein hoher Gehalt an organischer Substanz im zirkulierenden Wassersystem fördert die mikrobielle Fortpflanzung. Unabhängig davon, ob es sich um Entsalzungs-, Kesselwasser- oder Umlaufwassersysteme handelt, gilt: Je niedriger der CSB, desto besser, aber es gibt keinen einheitlichen Grenzwert. Wenn der CSB (KMnO4-Methode) im zirkulierenden Kühlwassersystem mehr als 5 mg/l beträgt, hat sich die Wasserqualität zu verschlechtern begonnen.

Im Trinkwasserstandard beträgt der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) von Wasser der Klassen I und II ≤15 mg/l, der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) von Wasser der Klasse III beträgt ≤20 mg/l, der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) von Wasser der Klasse IV beträgt ≤30 mg/l und der chemische Sauerstoffbedarf (CSB) von Wasser der Klasse V beträgt ≤40 mg/l. Je größer der CSB-Wert, desto gravierender ist die Belastung des Gewässers.

2. Wie wird der Nachnahmevertrag hergestellt?

CSB (chemischer Sauerstoffbedarf) wird hauptsächlich aus Substanzen in der Wasserprobe gewonnen, die durch starke Oxidationsmittel, insbesondere organische Stoffe, oxidiert werden können. Diese organischen Substanzen sind in Abwässern und verschmutztem Wasser weit verbreitet, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Zucker, Öle und Fette, Ammoniakstickstoff usw. Durch die Oxidation dieser Substanzen wird der gelöste Sauerstoff im Wasser verbraucht, wodurch sich der chemische Sauerstoffbedarf erhöht. Nämlich:

1. Zuckersubstanzen wie Glukose, Fruktose usw. sind häufig in Abwässern aus der Lebensmittelindustrie und der biopharmazeutischen Industrie enthalten und erhöhen den CSB-Gehalt.

2. Öle und Fette: Auch Abwässer, die Öle und Fette enthalten, die bei der industriellen Produktion eingeleitet werden, führen zu einem Anstieg der CSB-Konzentration.

3. Ammoniakstickstoff: Obwohl er die Bestimmung des CSB nicht direkt beeinflusst, verbraucht die Oxidation von Ammoniumstickstoff bei der Abwasserbehandlung auch Sauerstoff, was sich indirekt auf den CSB-Wert auswirkt.

Darüber hinaus gibt es viele Arten von Stoffen, die CSB im Abwasser erzeugen können, darunter biologisch abbaubare organische Stoffe, organische Schadstoffe in der Industrie, reduzierende anorganische Stoffe, einige organische Stoffe, die schwer biologisch abbaubar sind, und mikrobielle Metaboliten. Die Oxidation dieser Substanzen verbraucht den gelösten Sauerstoff im Wasser, was zur Bildung von CSB führt. Daher ist der chemische Sauerstoffbedarf ein wichtiger Indikator, um den Grad der Verschmutzung organischer Substanz zu messen und die anorganische Substanz im Wasser zu reduzieren. Er spiegelt die Gesamtmenge der Substanzen im Wasser wider, die unter bestimmten Bedingungen durch Oxidationsmittel (in der Regel Kaliumdichromat oder Kaliumpermanganat) oxidiert und zersetzt werden können, d. h. den Grad, in dem diese Substanzen Sauerstoff verbrauchen.

1. Organische Substanz: Organische Substanz ist eine der Hauptquellen für CSB im Abwasser, einschließlich biologisch abbaubarer organischer Stoffe wie Proteine, Kohlenhydrate und Fette. Diese organischen Stoffe können unter Einwirkung von Mikroorganismen in Kohlendioxid und Wasser zersetzt werden.

2. Phenolische Substanzen: Phenolische Verbindungen werden in einigen industriellen Prozessen häufig als Schadstoffe im Abwasser verwendet. Sie können schwerwiegende Auswirkungen auf die Wasserumwelt haben und den CSB-Gehalt erhöhen.

3. Alkoholische Substanzen: Alkoholische Verbindungen wie Ethanol und Methanol sind ebenfalls häufige CSB-Quellen in einigen Industrieabwässern.

4. Zuckersubstanzen: Zuckerverbindungen wie Glukose, Fruktose usw. sind häufige Bestandteile im Abwasser einiger lebensmittelverarbeitender Industrien und biopharmazeutischer Industrien und erhöhen auch den CSB-Gehalt.

5. Fett und Fett: Fett und fetthaltige Abwässer, die bei der industriellen Produktion eingeleitet werden, führen ebenfalls zu einem Anstieg der CSB-Konzentration.

6. Ammoniakstickstoff: Obwohl Ammoniumstickstoff die Bestimmung des CSB nicht direkt beeinflusst, verbraucht die Oxidation von Ammoniumstickstoff während des Abwasserbehandlungsprozesses auch Sauerstoff, was sich indirekt auf den CSB-Wert auswirkt.

Darüber hinaus ist es erwähnenswert, dass CSB nicht nur mit organischen Stoffen im Wasser reagiert, sondern auch anorganische Substanzen mit reduzierenden Eigenschaften im Wasser darstellt, wie z. B. Sulfid, Eisenionen, Natriumsulfit usw. Daher ist es bei der Abwasserbehandlung notwendig, den Beitrag verschiedener Schadstoffe zum CSB umfassend zu berücksichtigen und geeignete Aufbereitungsmaßnahmen zur Reduzierung des CSB-Wertes zu ergreifen.

Organisches Material ist die Hauptquelle für CSB. Dazu gehören verschiedene organische Stoffe, Schwebstoffe und schwer abbaubare Stoffe im Abwasser. Der hohe CSB-Gehalt im Abwasser stellt eine große Gefahr für die Wasserumwelt dar. Die Behandlung und Überwachung von CSB ist eine der wichtigsten Maßnahmen zur Vermeidung und Kontrolle der Verschmutzung. Daher ist die CSB-Bestimmung eine der am häufigsten verwendeten Prüfmethoden in der Abwasserbehandlung und Umweltüberwachung.

Die Bestimmung des CSB ist ein einfach zu bedienendes Verfahren mit hoher analytischer Sensitivität. Die Bestimmung des CSB kann durch direkte Beobachtung der Farbänderung der Probe oder des Stroms oder anderer Signale nach der Titration des chemischen Reagenzes zur Erzeugung von Oxidationsprodukten abgeschlossen werden. Wenn der CSB-Wert den Standard überschreitet, ist es notwendig, eine entsprechende Behandlung durchzuführen, um Umweltbelastungen zu vermeiden. Kurz gesagt, das Verständnis, was CSB bedeutet, spielt eine wichtige Rolle beim Schutz der Wasserumwelt und bei der Bekämpfung der Umweltverschmutzung.

 

3. Die Auswirkungen eines hohen CSB.

‌Der CSB (chemischer Sauerstoffbedarf) ist ein wichtiger Indikator, um den Grad der organischen Belastung von Gewässern zu messen. Ein übermäßiger Gehalt hat schwerwiegende Auswirkungen auf die Qualität des Flusswassers.‌

Die Messung des CSB basiert auf der Menge des Oxidationsmittels, die verbraucht wird, wenn reduzierende Stoffe (hauptsächlich organische Stoffe) oxidiert und unter bestimmten Bedingungen in 1 Liter Wasser zersetzt werden. Diese reduzierenden Substanzen verbrauchen während des Zersetzungsprozesses eine große Menge an gelöstem Sauerstoff, was dazu führt, dass Wasserorganismen Sauerstoff fehlt, was wiederum ihr normales Wachstum und Überleben beeinträchtigt und in schweren Fällen zu einer großen Anzahl von Todesfällen führen kann. Darüber hinaus beschleunigt die Reduzierung des gelösten Sauerstoffs die Verschlechterung der Wasserqualität, fördert die Beschädigung und Zersetzung organischer Stoffe und produziert giftigere und schädlichere Substanzen wie Ammoniakstickstoff, die Wasserorganismen und der Wasserqualität stärker schädigen. Eine langfristige Exposition gegenüber Abwässern, die hohe Konzentrationen an organischer Substanz enthalten, kann ebenfalls zu schwerwiegenden Schäden für die menschliche Gesundheit führen, z. B. Magen-Darm-Erkrankungen, Hautkrankheiten usw. Daher stellt der übermäßige CSB nicht nur eine Bedrohung für Wasserorganismen dar, sondern stellt auch ein potenzielles Risiko für die menschliche Gesundheit dar.

Zum Schutz des Wassers, der Umwelt und der menschlichen Gesundheit müssen wirksame Maßnahmen ergriffen werden, um den übermäßigen CSB zu verhindern und zu kontrollieren. Dazu gehören die Reduzierung des Einflusses organischer Stoffe in industriellen und landwirtschaftlichen Aktivitäten sowie die Stärkung der Abwasserbehandlung und -überwachung, um sicherzustellen, dass die Qualität des eingeleiteten Wassers den Standards entspricht und so eine gute wasserökologische Umwelt erhalten bleibt.

CSB ist ein Indikator für den Gehalt an organischer Substanz im Wasser. Je höher der CSB, desto stärker wird der Gewässer durch organische Stoffe verschmutzt. Wenn giftige organische Stoffe in den Gewässer gelangen, schädigen sie nicht nur Organismen im Gewässer wie Fische, sondern können auch in der Nahrungskette angereichert werden und in den menschlichen Körper gelangen, was zu chronischen Vergiftungen führt. .

CSB hat einen großen Einfluss auf die Wasserqualität und die ökologische Umwelt. Sobald organische Schadstoffe mit erhöhtem CSB-Gehalt in Flüsse, Seen und Stauseen gelangen, können viele organische Substanzen, wenn sie nicht rechtzeitig behandelt werden, vom Boden am Boden des Wassers adsorbiert werden und sich über viele Jahre ansammeln. Diese Organismen schädigen verschiedene Organismen im Wasser und können mehrere Jahre lang giftig bleiben. Diese toxische Wirkung hat zwei Wirkungen:

Einerseits wird es zum Tod einer großen Anzahl von Wasserorganismen führen, das ökologische Gleichgewicht des Gewässers zerstören und sogar das gesamte Ökosystem des Flusses direkt zerstören.

Auf der anderen Seite reichern sich Giftstoffe langsam in Wasserorganismen wie Fischen und Garnelen an. Sobald der Mensch diese giftigen Wasserorganismen konsumiert, gelangen die Giftstoffe in den menschlichen Körper und sammeln sich über viele Jahre an, was zu unvorhersehbaren schwerwiegenden Folgen wie Krebs, Missbildungen und Genmutationen führt. Auf die gleiche Weise werden auch die Pflanzen beeinträchtigt, wenn Menschen verschmutztes Wasser für die Bewässerung verwenden, und die Menschen atmen beim Essen auch eine große Menge an Schadstoffen ein.

Wenn der CSB sehr hoch ist, führt dies zu einer Verschlechterung der natürlichen Wasserqualität. Der Grund dafür ist, dass die Selbstreinigung des Wassers den Abbau dieser organischen Substanz erfordert. Der Abbau von CSB erfordert notwendigerweise einen Sauerstoffverbrauch, und die Reoxygenierungskapazität im Wasser entspricht nicht den Anforderungen. DO fällt direkt auf 0 ab und wird anaerob. Im anaeroben Zustand zersetzt es sich weiter (anaerobe Behandlung von Mikroorganismen) und das Wasser wird schwarz und stinkt (anaerobe Mikroorganismen sehen sehr schwarz aus und enthalten Schwefelwasserstoffgas).

 

4. Methoden zur Behandlung von CSB

Zum ersten Punkt

Physikalische Methode: Es nutzt physikalische Wirkung, um Schwebstoffe oder Trübungen im Abwasser abzuscheiden, wodurch CSB im Abwasser entfernt werden kann. Zu den gängigen Methoden gehören die Vorbehandlung von Abwässern durch Absetzbecken, Filtergitter, Filter, Fettabscheider, Öl-Wasser-Abscheider usw., um den CSB von Feinstaub im Abwasser zu entfernen.

Zweiter Punkt

Chemische Methode: Es verwendet chemische Reaktionen, um gelöste Substanzen oder kolloidale Substanzen im Abwasser zu entfernen, und kann CSB im Abwasser entfernen. Zu den gängigen Methoden gehören Neutralisation, Fällung, Oxidation-Reduktion, katalytische Oxidation, photokatalytische Oxidation, Mikroelektrolyse, elektrolytische Flockung, Verbrennung usw.

Dritter Punkt

Physikalische und chemische Methode: Sie nutzt physikalische und chemische Reaktionen, um gelöste oder kolloidale Substanzen im Abwasser zu entfernen. Er kann CSB im Abwasser entfernen. Zu den gängigen Methoden gehören Gitter, Filtration, Zentrifugation, Klärung, Filtration, Ölabscheidung usw.

Vierter Punkt

Biologische Aufbereitungsmethode: Sie nutzt den mikrobiellen Stoffwechsel, um organische Schadstoffe und anorganische mikrobielle Nährstoffe im Abwasser in stabile und unbedenkliche Substanzen umzuwandeln. Zu den gängigen Methoden gehören die Belebtschlammmethode, die Biofilmmethode, die anaerobe biologische Vergärungsmethode, die Behandlung von Stabilisierungsteichen und Feuchtgebieten usw.

5. Methode der CSB-Analyse.

Dichromat-Methode

Die Standardmethode zur Bestimmung des chemischen Sauerstoffbedarfs wird durch die chinesische Norm GB 11914 "Bestimmung des chemischen Sauerstoffbedarfs der Wasserqualität durch die Dichromatmethode" und die internationale Norm ISO6060 "Bestimmung des chemischen Sauerstoffbedarfs der Wasserqualität" repräsentiert. Dieses Verfahren hat eine hohe Oxidationsrate, eine gute Reproduzierbarkeit, Genauigkeit und Zuverlässigkeit und hat sich zu einer klassischen Standardmethode entwickelt, die von der internationalen Gemeinschaft allgemein anerkannt ist.

Das Bestimmungsprinzip lautet: In Schwefelsäuremedium wird Kaliumdichromat als Oxidationsmittel verwendet, Silbersulfat wird als Katalysator und Quecksilbersulfat als Maskierungsmittel für Chloridionen verwendet. Der Schwefelsäuregehalt der Aufschlussreaktionsflüssigkeit beträgt 9 mol/L. Die Flüssigkeit der Aufschlussreaktion wird zum Sieden erhitzt, und die Siedepunkttemperatur von 148 °C±2 °C ist die Aufschlusstemperatur. Die Reaktion wird durch Wasser abgekühlt und für 2h zurückgefluxt. Nachdem die Aufschlussflüssigkeit auf natürliche Weise abgekühlt wurde, wird sie mit Wasser auf ca. 140 ml verdünnt. Als Indikator wird Ferrochlor verwendet, und das verbleibende Kaliumdichromat wird mit Ammoniumeisensulfatlösung titriert. Der CSB-Wert der Wasserprobe wird auf der Grundlage des Verbrauchs an Ammoniumeisensulfatlösung berechnet. Das verwendete Oxidationsmittel ist Kaliumdichromat, und das Oxidationsmittel ist sechswertiges Chrom, daher wird es als Dichromatmethode bezeichnet.

Diese klassische Standardmethode hat jedoch noch Schwächen: Das Rückflussgerät nimmt einen großen Versuchsraum ein, verbraucht viel Wasser und Strom, verbraucht eine große Menge an Reagenzien, ist unkomfortabel zu bedienen und in großen Mengen nur schwer schnell zu messen.

Kaliumpermanganat-Methode

CSB wird mit Kaliumpermanganat als Oxidationsmittel gemessen, und das gemessene Ergebnis wird als Kaliumpermanganatindex bezeichnet.

Spektrophotometrie

Basierend auf der klassischen Standardmethode oxidiert Kaliumdichromat organische Substanzen, und sechswertiges Chrom erzeugt dreiwertiges Chrom. Der CSB-Wert der Wasserprobe wird bestimmt, indem ein Verhältnis zwischen dem Absorptionswert von sechswertigem Chrom oder dreiwertigem Chrom und dem CSB-Wert der Wasserprobe hergestellt wird. Nach dem oben genannten Prinzip ist die EPA die repräsentativste Methode im Ausland. Methode 0410.4 "Automatische manuelle Kolorimetrie", ASTM: D1252-2000 "Methode B zur Bestimmung des chemischen Sauerstoffbedarfs der wassergeschlossenen Aufschlussspektrometrie" und ISO15705-2002 "Methode für kleine verschlossene Röhrchen zur Bestimmung des chemischen Sauerstoffbedarfs (CSB) der Wasserqualität". Die einheitliche Methode meines Landes ist die "Rapid Sealed Catalytic Digestion Method (Including Spectrophotometry)" der State Environmental Protection Administration.

Methode des schnellen Aufschlusses

Die klassische Standardmethode ist die 2h Refluxmethode. Um die Analysegeschwindigkeit zu erhöhen, wurden verschiedene Schnellanalysemethoden vorgeschlagen. Es gibt zwei Hauptmethoden: Eine besteht darin, die Konzentration des Oxidationsmittels im Aufschlussreaktionssystem zu erhöhen, den Säuregehalt der Schwefelsäure zu erhöhen, die Reaktionstemperatur zu erhöhen und den Katalysator zu erhöhen, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Die inländische Methode wird durch GB/T14420-1993 "Analysis of Boiler Water and Cooling Water Chemical Oxygen Demand Determination Potassium Dichromate Rapid Method" und die von der staatlichen Umweltschutzbehörde empfohlenen einheitlichen Methoden "Coulometrische Methode" und "Schnelle geschlossene katalytische Aufschlussmethode (einschließlich photometrischer Methode)" repräsentiert. Das ausländische Verfahren wird durch die deutsche Standardmethode DIN38049 T.43 "Schnellverfahren zur Bestimmung des chemischen Sauerstoffbedarfs von Wasser" repräsentiert.

Im Vergleich zur klassischen Standardmethode erhöht die obige Methode den Schwefelsäuregehalt des Aufschlusssystems von 9,0 mg/L auf 10,2 mg/L, die Reaktionstemperatur von 150 °C auf 165 °C und die Aufschlusszeit von 2 Stunden auf 10 Minuten ~ 15 Minuten. Die zweite besteht darin, die traditionelle Aufschlussmethode durch Erhitzen mit Wärmestrahlung zu ändern und die Mikrowellenaufschlusstechnologie zu verwenden, um die Reaktionsgeschwindigkeit des Aufschlusses zu verbessern. Aufgrund der großen Vielfalt an Mikrowellenherden und unterschiedlichen Leistungen ist es schwierig, die einheitliche Leistung und Zeit zu testen, um den besten Verdauungseffekt zu erzielen. Der Preis für Mikrowellenherde ist ebenfalls sehr hoch, und es ist schwierig, eine einheitliche Standardmethode zu formulieren.

Lianhua Technology entwickelte 1982 ein spektrophotometrisches Schnellaufschlussverfahren für den chemischen Sauerstoffbedarf (CSB), das mit der Methode "10 Minuten Faulung, 20 Minuten Wert" die schnelle Bestimmung des CSB im Abwasser erreichte. 1992 wurde dieses Forschungs- und Entwicklungsergebnis als neuer Beitrag auf dem Gebiet der Chemie weltweit in die amerikanischen "CHEMICAL ABSTRACTS" aufgenommen. Diese Methode wurde 2007 zum Prüfstandard der Umweltschutzindustrie der Volksrepublik China (HJ/T399-2007). Mit dieser Methode wurde innerhalb von 20 Minuten ein genauer CSB-Wert erreicht. Es ist einfach zu bedienen, bequem und schnell, benötigt eine kleine Menge an Reagenzien, reduziert die im Experiment erzeugte Verschmutzung erheblich und reduziert verschiedene Kosten. Das Prinzip dieser Methode besteht darin, die mit dem CSB-Reagenz von Lianhua Technology hinzugefügte Wasserprobe 10 Minuten lang bei 165 Grad bei einer Wellenlänge von 420 oder 610 nm zu verdauen, dann 2 Minuten lang abzukühlen und dann 2,5 ml destilliertes Wasser hinzuzufügen. Das CSB-Ergebnis kann mit dem CSB-Schnellbestimmungsinstrument von Lianhua Technology ermittelt werden.