Wissen über den Chemischen Sauerstoffbedarf

Wissen über den Chemischen Sauerstoffbedarf

1. Definition von COD.

COD (Chemische Sauerstoffbedarf) ist die Menge des Oxidationsmittels, die bei Behandlung eines Wasserproben unter bestimmten Bedingungen mit einem starken Oxidationsmittel verbraucht wird. Es ist ein Maß für die Menge der reduzierenden Substanzen im Wasser. Die reduzierenden Substanzen im Wasser umfassen verschiedene organische Substanzen, Nitrite, Schwefelverbindungen, Eisen(II)-Salze usw., wobei die Hauptkomponenten organische Substanzen sind. Daher wird der chemische Sauerstoffbedarf (COD) oft als Maßstab zur Bestimmung der Menge an organischen Substanzen im Wasser verwendet. Je höher der chemische Sauerstoffbedarf ist, desto schwerwiegender ist die Wasserverschmutzung durch organische Substanzen. Die Bestimmung des chemischen Sauerstoffbedarfs (COD) hängt von der Bestimmung der reduzierenden Substanzen in den Wasserproben und der Bestimmungsmethode ab. Die am häufigsten verwendeten Methoden sind die saure Kaliumpermanganat-(KMnO4)-Oxidationsmethode und die Kaliumdichromat-(K2Cr2O7)-Oxidationsmethode. Die Kaliumpermanganat-Oxidationsmethode hat einen niedrigen Oxidationsgrad, ist jedoch relativ einfach und kann bei der Bestimmung des relativen Vergleichswerts des organischen Gehalts in Wasserproben eingesetzt werden. Die Kaliumdichromat-Oxidationsmethode weist einen hohen Oxidationsgrad und eine gute Reproduzierbarkeit auf und ist zur Bestimmung der Gesamtmenge an organischen Stoffen in Wasserproben geeignet. Organische Substanzen sind für Industrie-Wassersysteme sehr schädlich. Strenge genommen umfasst der chemische Sauerstoffbedarf auch inorganische reduzierende Substanzen im Wasser. Da die Menge an organischen Substanzen in Abwasser viel größer ist als die Menge an anorganischen Substanzen, wird der chemische Sauerstoffbedarf normalerweise zur Darstellung der Gesamtmenge an organischen Substanzen im Abwasser verwendet. Unter den Messbedingungen wird organisches Material ohne Stickstoff im Wasser leicht durch Kaliumpermanganat oxidiert, während Stickstoff enthaltendes organisches Material schwieriger zu zersetzen ist. Daher ist der Sauerstoffbedarf geeignet zur Bestimmung von Naturwasser oder allgemeinem Abwasser, das leicht oxidierbare organische Substanzen enthält, während für organische Industrieabwässer mit komplexeren Bestandteilen oft der chemische Sauerstoffbedarf gemessen wird.

Wasser, das eine große Menge an organischen Stoffen enthält, wird die Ionenaustauscher resinnen beim Durchfließen des Entsalzungsanlagen kontaminieren, insbesondere Anionenaustauscher, was die Austauschkapazität der Resine verringern wird. Die organischen Stoffe können nach der Vorbehandlung (Flokulation, Klarstellung und Filtration) um etwa 50 % reduziert werden, aber sie können nicht im Entsalzungsanlagen entfernt werden, daher werden sie oft durch das Speisewasser in den Boiler gebracht, um den pH-Wert des Boilerwassers zu senken. Manchmal können organische Stoffe auch in das Dampfsystem und den Kondensat gelangen, was zu einem pH-Rückgang und zu Korrosion im System führen kann. Ein hoher Gehalt an organischen Stoffen im Kreiswassersystem fördert die Vermehrung von Mikroorganismen. Daher ist es für Entsalzung, Boilerwasser oder Kreiswassersysteme besser, je niedriger der COD ist, es gibt jedoch keinen einheitlichen Grenzwert. Wenn der COD (KMnO4-Methode) im Kreislaufkühlwassersystem größer als 5 mg/L ist, hat sich die Wasserqualität bereits verschlechtert.

Im Trinkwasserstandard beträgt die chemische Sauerstoffbedarf (COD) von Klasse I und Klasse II Wasser ≤15mg/L, der chemische Sauerstoffbedarf (COD) von Klasse III Wasser ≤20mg/L, der chemische Sauerstoffbedarf (COD) von Klasse IV Wasser ≤30mg/L und der chemische Sauerstoffbedarf (COD) von Klasse V Wasser ≤40mg/L. Je höher der COD-Wert, desto schwerwiegender ist die Verschmutzung des Gewässers.

2. Wie entsteht COD?

COD (chemischer Sauerstoffbedarf) stammt hauptsächlich aus Stoffen im Wassersample, die durch starke Oxidationsmittel oxidiert werden können, insbesondere organische Substanzen. Diese organischen Substanzen sind weit verbreitet in Abwasser und verschmutztem Wasser, einschließlich aber nicht beschränkt auf Zuckerkohlenhydrate, Fette und Öle sowie Ammoniumstickstoff usw. Die Oxidation dieser Stoffe verbraucht den gelösten Sauerstoff im Wasser, was den chemischen Sauerstoffbedarf erhöht. Spezifisch:

1. Zuckerstoffe: Wie Glukose, Fructose usw., kommen häufig in Abwasser der Lebensmittelverarbeitungsindustrie und der Biopharmaindustrie vor und erhöhen den COD-Gehalt.

2. Fette und Öle: Abwasser, das während der industriellen Produktion enthaltene Fette und Öle enthält, führt ebenfalls zu einer Erhöhung der COD-Konzentration.

3. Ammoniakstickstoff: Obwohl er nicht direkt die Bestimmung des COD beeinflusst, verbraucht die Oxidation von Ammoniakstickstoff während der Abwasserbehandlung ebenfalls Sauerstoff, was indirekt den COD-Wert beeinflusst.

Darüber hinaus gibt es viele Arten von Stoffen, die im Abwasser COD erzeugen können, einschließlich biologisch abbaubarer organischer Substanzen, industrieller organischer Schadstoffe, reduzierender anorganischer Substanzen, einiger schwer biologisch abbau-barer organischer Substanzen und mikrobieller Metabolite. Die Oxidation dieser Stoffe verbraucht das gelöste Sauerstoff im Wasser, was zur Bildung von COD führt. Daher ist der chemische Sauerstoffbedarf ein wichtiges Maß zur Bestimmung des Ausmaßes der Verschmutzung durch organische Substanzen und reduzierende anorganische Stoffe im Wasser. Er spiegelt die Gesamtmenge der im Wasser enthaltenen Stoffe wider, die unter bestimmten Bedingungen durch Oxidationsmittel (in der Regel Chromtrioxid oder Permanganat) oxidiert und abgebaut werden können, das heißt, den Grad, in dem diese Stoffe Sauerstoff verbrauchen.

1. Organische Substanzen: Organische Materie ist eine der Hauptquellen des COD in Abwasser, einschließlich biologisch abbaubarer organischer Substanzen wie Proteine, Kohlehydrate und Fette. Diese organischen Stoffe können unter dem Einfluss von Mikroorganismen in Kohlendioxid und Wasser zerfallen.

2. Phenole: Phenolverbindungen werden in manchen Industrieprozessen oft als Schadstoffe im Abwasser verwendet. Sie können einen ernsten Einfluss auf die Wasserumwelt haben und den COD-Gehalt erhöhen.

3. Alkoholische Substanzen: Alkoholverbindungen wie Ethanol und Methanol sind ebenfalls häufige Quellen des COD in einigen Industrieabwässern.

4. Zuckerstoffe: Zuckerverbindungen wie Glukose, Fructose usw. sind häufige Bestandteile im Abwasser einiger Lebensmittelverarbeitungsindustrien und Biopharmaindustrien und führen ebenfalls zu einer Erhöhung des COD-Gehalts.

5. Fette und Öle: Fett- und öliges Abwasser, das während der industriellen Produktion abgeleitet wird, führt ebenfalls zu einer Zunahme der COD-Konzentration.

6. Ammoniak-Nitrogen: Obwohl Ammoniak-Nitrogen die Bestimmung des COD nicht direkt beeinflusst, wird auch bei der Oxidation von Ammoniak-Nitrogen Sauerstoff während des Abwasserbehandlungsprozesses verbraucht, was den COD-Wert indirekt beeinflusst.

Darüber hinaus ist zu beachten, dass COD nicht nur auf organische Substanzen im Wasser reagiert, sondern auch reduzierende anorganische Substanzen im Wasser darstellt, wie Schwefelwasserstoff, Eisen(II)-Ionen, Natriumsulfite usw. Daher muss bei der Behandlung von Abwasser der Beitrag verschiedener Schadstoffe zum COD umfassend berücksichtigt werden und entsprechende Behandlungsmaßnahmen ergriffen werden, um den COD-Wert zu reduzieren.

Organische Substanzen sind die Hauptquelle des COD. Sie umfassen verschiedene organische Stoffe, schwebende Partikel und schwer biologisch abbaubare Substanzen im Abwasser. Ein hoher COD-Gehalt im Abwasser stellt eine große Bedrohung für die Wasserumwelt dar. Die Behandlung und Überwachung des COD ist eine der wichtigsten Maßnahmen zur Verhütung und Kontrolle von Verschmutzung. Daher ist die COD-Bestimmung eine der häufig verwendeten Prüfmethoden in der Abwasserbehandlung und Umweltüberwachung.

Die Bestimmung des COD ist ein einfach durchzuführender Prozess mit hoher analytischer Empfindlichkeit. Die COD-Bestimmung kann abgeschlossen werden, indem man die Farbänderung des Probenmaterials oder den Strom oder andere Signale direkt beobachtet, nachdem das chemische Reagenz oxidierte Produkte erzeugt hat. Wenn der COD-Wert über dem Standard liegt, muss eine entsprechende Behandlung durchgeführt werden, um Umweltverschmutzung zu vermeiden. Kurz gesagt, das Verständnis dessen, was COD bedeutet, spielt eine entscheidende Rolle bei der Schutz der Wasserumwelt und der Durchführung von Verschmutzungsmaßnahmen.

3. Die Auswirkungen eines hohen COD.

‌ COD (chemischer Sauerstoffbedarf) ist ein wichtiges Maß für den Grad der organischen Verschmutzung von Gewässern. Ein überschüssiger Gehalt hat ernsthafte Auswirkungen auf die Wasserqualität von Flüssen. ‌

Die Messung des COD basiert auf der Menge des Oxidationsmittels, das verbraucht wird, wenn reduzierende Stoffe (hauptsächlich organische Materie) unter bestimmten Bedingungen in 1 Liter Wasser oxidiert und abgebaut werden. Diese reduzierenden Stoffe verbrauchen während des Abbauvorgangs einen großen Teil des gelösten Sauerstoffs, wodurch Wasseroberflächenorganismen an Sauerstoff mangeln, was ihrer normalen Entwicklung und ihrem Überleben schadet und in schwerwiegenden Fällen zu massenhaften Todesfällen führen kann. Darüber hinaus wird durch den Rückgang des gelösten Sauerstoffs die Verschlechterung der Wasserqualität beschleunigt, der Verfall und der Abbau von organischen Stoffen gefördert und mehr giftige und schädliche Substanzen wie Ammonium Stickstoff produziert, was noch größeren Schaden für Aquatic-Organismen und Wasserqualität verursacht. Eine langfristige Belastung mit Abwasser, das hohe Konzentrationen an organischen Verbindungen enthält, kann auch ernsthafte Gesundheitsschäden für Menschen verursachen, wie z. B. Magen-Darm-Erkrankungen oder Hautkrankheiten. Daher stellt ein übermäßiger COD nicht nur eine Gefahr für Aquatic-Organismen dar, sondern auch ein potenzielles Risiko für die mensliche Gesundheit.

Um die Wasserumwelt und die menschliche Gesundheit zu schützen, müssen wir effektive Maßnahmen ergreifen, um das übermäßige COD zu verhindern und zu kontrollieren. Dies beinhaltet die Reduzierung des Ablasses von organischen Stoffen in der Industrie und Landwirtschaft sowie die Intensivierung der Abwasserbehandlung und -überwachung, um sicherzustellen, dass die Abwasserqualität den Standards entspricht und so eine gute Wasserökosystemumwelt aufrechterhalten wird.

COD ist ein Indikator für den Gehalt an organischen Substanzen im Wasser. Je höher das COD, desto stärker ist das Gewässer durch organische Verunreinigungen belastet. Wenn toxische organische Stoffe in das Gewässer gelangen, schaden sie nicht nur Wasserorganismen wie Fischen, sondern können sich auch in der Nahrungskette anreichern und in den menschlichen Körper gelangen, was zu chronischer Vergiftung führen kann. .

Das chemische Sauerstoffbedarf (COD) hat einen großen Einfluss auf die Wasserqualität und den ökologischen Zustand. Wenn organische Schadstoffe mit hohem COD-Gehalt in Flüsse, Seen und Stauseen gelangen und nicht rechtzeitig behandelt werden, können viele organische Substanzen von dem Bodengrund im Wasser adsorbiert werden und sich über viele Jahre hinweg ansammeln. Diese Substanzen können verschiedenen Organismen im Wasser schaden und möglicherweise mehrere Jahre lang weiterhin toxisch bleiben. Diese giftige Wirkung hat zwei Auswirkungen:

Zum einen führt sie zum Tod einer großen Anzahl an Wasserorganismen, stört das ökologische Gleichgewicht des Gewässers und kann sogar das gesamte Flusssystem direkt zerstören.

Andererseits werden Toxine langsam in aquatischen Organismen wie Fischen und Garnelen angesammelt. Wenn Menschen diese toxischen aquatischen Organismen konsumieren, dringen die Toxine in den menschlichen Körper ein und sammeln sich über viele Jahre hinweg an, was zu unvorhersehbaren schwerwiegenden Folgen wie Krebs, Missbildungen und Genmutationen führen kann. Auf dieselbe Weise werden auch landwirtschaftliche Produkte beeinträchtigt, wenn Menschen versalzenes Wasser für die Bewässerung verwenden, und Menschen werden auch während des Essens eine große Menge an schädlichen Stoffen einatmen.

Wenn das COD sehr hoch ist, führt dies zur Verschlechterung der natürlichen Wasserqualität. Der Grund dafür ist, dass die Selbstreinigung des Wassers den Abbau dieser organischen Substanzen erfordert. Der Abbau von COD verbraucht notwendigerweise Sauerstoff, und die Wiederaufnahme von Sauerstoff im Wasser reicht nicht aus. Der DO wird direkt auf 0 sinken und es wird anoxisch. Im anoxischen Zustand wird es weiter zerfallen (anaerobe Mikroorganismen behandeln), und das Wasser wird schwarz und stinkend (anaerobe Mikroorganismen sehen sehr schwarz aus und enthalten Schwefelwasserstoffgas).

4. Methoden zur Behandlung von COD

Erstes Punkt

Physikalische Methode: Sie nutzt physikalische Wirkungen, um Schwebstoffe oder Trübungen in Abwasser zu trennen, was das COD im Abwasser reduzieren kann. Gängige Methoden umfassen die Vorbehandlung von Abwasser durch Sedimentationsbecken, Filtergitter, Filter, Fettfanggeräte, Ö-Wasser-Trenner usw., um das partikelbasierte COD im Abwasser einfach zu entfernen.

Zweiter Punkt

Chemische Methode: Sie verwendet chemische Reaktionen, um gelöste Stoffe oder kolloidale Stoffe in Abwasser zu entfernen und kann das COD im Abwasser reduzieren. Zu den gängigen Methoden gehören Neutralisierung, Fällung, Oxidations-Reduktion, katalytische Oxidation, photocatalytische Oxidation, Mikroelektrolyse, elektrolytische Flockung, Verbrennung usw.

Dritter Punkt

Physikalisch-chemische Methode: Sie nutzt physikalische und chemische Reaktionen, um gelöste Stoffe oder kolloidale Stoffe in Abwasser zu entfernen. Sie kann das COD im Abwasser reduzieren. Zu den gängigen Methoden gehören Gitter, Filtration, Zentrifugation, Klarstellung, Filtration, Ölscheidung usw.

Vierter Punkt

Biologische Behandlungsmethode: Sie nutzt die Stoffwechselvorgänge von Mikroorganismen, um organische Schadstoffe und anorganische mikrobielle Nährstoffe in Abwasser in stabile und schadlose Substanzen umzuwandeln. Zu den gängigen Methoden gehören die aktivierte Schlammmethode, die Biofilm-Methode, die anaerobe biologische Verdauungsmethode, Stabilisierungsbassins und Feuchtgebietbehandlung usw.

5. COD-Analysenmethode.

Dichromat-Methode

Die Standardmethode zur Bestimmung des chemischen Sauerstoffbedarfs ist in der chinesischen Norm GB 11914 „Bestimmung des chemischen Sauerstoffbedarfs der Wasserqualität nach dem Dichromat-Verfahren“ und der internationalen Norm ISO6060 „Bestimmung des chemischen Sauerstoffbedarfs der Wasserqualität“ dargestellt. Diese Methode weist einen hohen Oxidationsgrad, eine gute Reproduzierbarkeit, Genauigkeit und Zuverlässigkeit auf und hat sich zu einer klassischen Standardmethode entwickelt, die von der internationalen Gemeinschaft allgemein anerkannt wurde.

Das Bestimmungsprinzip lautet: In einer schwefelsäurehaltigen Säuremedium wird Kaliumdichromat als Oxidationsmittel, Silberulfat als Katalysator und Quecksilbersulfat als Maskierungsreagenz für Chloridionen verwendet. Die Schwefelsäuresäure des Verdauungsreaktionsgemischs beträgt 9 mol/L. Das Verdauungsreaktionsgemisch wird erhitzt, bis es kocht, wobei die Siedetemperatur von 148°C ± 2°C als Verdauungstemperatur gilt. Die Reaktion wird mit Wasser abgekühlt und 2 Stunden rücklaufend gehalten. Nachdem das Verdauungsgemisch natürlich abgekühlt ist, wird es mit Wasser auf etwa 140 ml verdünnt. Ferrochlor wird als Indikator verwendet, und das verbleibende Kaliumdichromat wird mit Ammoniumferrosulfatlösung titriert. Der COD-Wert des Wasserproben wird auf Basis des Verbrauchs der Ammoniumferrosulfatlösung berechnet. Das verwendete Oxidationsmittel ist Kaliumdichromat, wobei das oxidierende Agens hexavalentes Chrom ist, daher wird diese Methode als Dichromat-Methode bezeichnet.

Doch hat diese klassische Standardmethode immer noch Nachteile: Das Rückflussgerät beansprucht viel Platz im Labor, verbraucht viel Wasser und Elektrizität, verwendet eine große Menge an Reagenzien, ist unhandlich in der Bedienung und es ist schwierig, schnell in großen Mengen zu messen.

Permanganat-Verfahren

COD wird mit Permanganat als Oxidationsmittel gemessen, und das Ergebnis wird als Permanganat-Index bezeichnet.

Spektrophotometrie

Basierend auf der klassischen Standardmethode oxidiert Kaliumdichromat organische Materie, und hexavalentes Chrom erzeugt trivalentes Chrom. Der COD-Wert des Wasserproben wird durch die Herstellung einer Beziehung zwischen dem Absorbanzwert von hexavalentem Chrom oder trivalentem Chrom und dem COD-Wert der Wasserprobe bestimmt. Unter Verwendung des obigen Prinzips sind die am besten repräsentativen Methoden im Ausland EPA.Method 0410.4 "Automatische Manuelle Farbimetrie", ASTM: D1252-2000 "Methode B zur Bestimmung des chemischen Sauerstoffbedarfs von Wasser – Versiegelte Verdauungsspektrophotometrie" und ISO15705-2002 "Kleine Versiegelte Röhrenmethode zur Bestimmung des chemischen Sauerstoffbedarfs (COD) der Wasserqualität". Die einheitliche Methode unseres Landes ist die „Schnelle versiegelte katalytische Verdauungsmethode (einschließlich Spektrophotometrie)" des Staatsumweltschutzamtes.

Schnelle Verdauungsmethode

Die klassische Standardmethode ist die 2-Stunden-Rückflussmethode. Um die Analysengeschwindigkeit zu erhöhen, haben Menschen verschiedene schnelle Analysemethoden vorgeschlagen. Es gibt zwei Hauptmethoden: eine besteht darin, die Konzentration des Oxidationsmittels im Verdauungssystem zu erhöhen, die Säurestärke der Schwefelsäure zu erhöhen, die Reaktionstemperatur zu erhöhen und Katalysatoren hinzuzufügen, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu steigern. Die nationale Methode wird durch GB/T14420-1993 „Analyse von Dampfkesselwasser und Kühlwasser - Bestimmung des chemischen Sauerstoffbedarfs - Schnellverfahren mit Chromtrioxid“ sowie die einheitlichen Methoden, die vom Staatlichen Umweltschutzamt empfohlen werden, wie die „Koulometrische Methode“ und die „Schnelle geschlossene katalytische Verdauungsmethode (einschließlich Spektralphotometrie)“ repräsentiert. Die ausländische Methode wird durch die deutsche Norm DIN38049 T.43 „Schnellverfahren zur Bestimmung des chemischen Sauerstoffbedarfs von Wasser“ repräsentiert.

Im Vergleich zur klassischen Standardmethode erhöht die obige Methode die Schwefelsäure-Konzentration im Verdauungssystem von 9,0 mg/L auf 10,2 mg/L, die Reaktionstemperatur von 150℃ auf 165℃ und die Verdauungszeit von 2 Stunden auf 10~15 Minuten. Ein zweiter Punkt ist die Änderung der traditionellen Verdauungsmethode durch thermische Strahlungserwärmung und die Verwendung von Mikrowellen-Verdauungstechnologie, um die Reaktionsgeschwindigkeit zu verbessern. Aufgrund der Vielfalt an Mikrowellenöfen und unterschiedlichen Leistungen ist es schwierig, eine einheitliche Leistung und Zeit festzulegen, um das optimale Verdauungsergebnis zu erreichen. Auch der Preis für Mikrowellenöfen ist sehr hoch, weshalb es schwerfällt, eine einheitliche Standardmethode festzulegen.

Lianhua Technology entwickelte 1982 eine schnelle Spektrophotometrie-Methode für den chemischen Sauerstoffbedarf (COD), die die schnelle Bestimmung des COD in Abwasser mit der Methode „10 Minuten Verdampfung, 20 Minuten Wert“ ermöglichte. Im Jahr 1992 wurde dieses Forschungsergebnis im amerikanischen „CHEMICAL ABSTRACTS“ als neue Beiträge zum weltweiten chemischen Fachgebiet aufgenommen. Diese Methode wurde 2007 zum Teststandard der Umweltschutzindustrie der Volksrepublik China (HJ/T399-2007). Diese Methode erreicht innerhalb von 20 Minuten einen genauen COD-Wert. Sie ist einfach zu bedienen, bequem und schnell, erfordert eine geringe Menge an Reagenzien, reduziert die im Experiment entstehende Verschmutzung erheblich und senkt verschiedene Kosten. Das Prinzip dieser Methode besteht darin, das Wasserprobe mit dem COD-Reagenzium von Lianhua Technology bei 165 Grad für 10 Minuten bei einer Wellenlänge von 420 oder 610nm zu verdampfen, dann 2 Minuten abkühlen zu lassen und anschließend 2,5ml destilliertes Wasser hinzuzufügen. Der COD-Wert kann mit dem COD-Schnellbestimmungsgerät von Lianhua Technology ermittelt werden.