Conocimiento de la demanda química de oxígeno

Conocimiento de la demanda química de oxígeno

1. Definición de COD.

La DQO (demanda química de oxígeno) es la cantidad de oxidante que se consume cuando una muestra de agua se trata con un determinado oxidante fuerte en determinadas condiciones. Es un indicador de la cantidad de sustancias reductoras en el agua. Las sustancias reductoras del agua incluyen diversas sustancias orgánicas, nitritos, sulfuros, sales ferrosas, etc., pero las principales son sustancias orgánicas. Por lo tanto, la demanda química de oxígeno (DQO) se utiliza a menudo como indicador para medir la cantidad de sustancias orgánicas en el agua. Cuanto mayor sea la demanda química de oxígeno, más grave será la contaminación del agua por sustancias orgánicas. La determinación de la demanda química de oxígeno (DQO) varía con la determinación de sustancias reductoras en muestras de agua y el método de determinación. Los métodos más utilizados son el método de oxidación de permanganato de potasio ácido (KMnO4) y el método de oxidación de dicromato de potasio (K2Cr2O7). El método de oxidación del permanganato de potasio tiene una tasa de oxidación baja, pero es relativamente simple y se puede utilizar para determinar el valor de comparación relativo del contenido orgánico en muestras de agua. El método de oxidación de dicromato de potasio tiene una alta tasa de oxidación y buena reproducibilidad, y es adecuado para determinar la cantidad total de materia orgánica en muestras de agua. La materia orgánica es muy dañina para los sistemas de agua industrial. En sentido estricto, la demanda química de oxígeno también incluye sustancias reductoras inorgánicas en el agua. Por lo general, debido a que la cantidad de materia orgánica en las aguas residuales es mucho mayor que la cantidad de materia inorgánica, la demanda química de oxígeno generalmente se usa para representar la cantidad total de materia orgánica en las aguas residuales. En las condiciones de medición, la materia orgánica sin nitrógeno en el agua se oxida fácilmente por el permanganato de potasio, mientras que la materia orgánica que contiene nitrógeno es más difícil de descomponer. Por lo tanto, la demanda de oxígeno es adecuada para determinar el agua natural o las aguas residuales generales que contienen materia orgánica que se oxida fácilmente, mientras que las aguas residuales industriales orgánicas con componentes más complejos a menudo se miden para la demanda química de oxígeno.

El agua que contiene una gran cantidad de materia orgánica contaminará las resinas de intercambio iónico al pasar por el sistema de desalinización, especialmente las resinas de intercambio aniónico, lo que reducirá la capacidad de intercambio de la resina. La materia orgánica se puede reducir en aproximadamente un 50% después del pretratamiento (coagulación, clarificación y filtración), pero no se puede eliminar en el sistema de desalinización, por lo que a menudo se introduce en la caldera a través del agua de alimentación para reducir el valor del pH del agua de la caldera. A veces, la materia orgánica también puede introducirse en el sistema de vapor y condensarse, lo que hace que el pH disminuya y provoque la corrosión del sistema. El alto contenido de materia orgánica en el sistema de agua circulante promoverá la reproducción microbiana. Por lo tanto, ya sea para la desalinización, el agua de la caldera o el sistema de circulación de agua, cuanto menor sea el DQO, mejor, pero no existe un índice límite unificado. Cuando la DQO (método KMnO4) es superior a 5 mg/L en el sistema de agua de refrigeración circulante, la calidad del agua ha comenzado a deteriorarse.

En el estándar de agua potable, la demanda química de oxígeno (DQO) del agua de Clase I y Clase II es de ≤15 mg / L, la demanda química de oxígeno (DQO) del agua de Clase III es de ≤20 mg / L, la demanda química de oxígeno (DQO) del agua de Clase IV es de ≤30 mg / L y la demanda química de oxígeno (DQO) del agua de Clase V es de ≤40 mg / L. Cuanto mayor sea el valor de DQO, más grave será la contaminación de la masa de agua.

2. ¿Cómo se produce el COD?

La DQO (demanda química de oxígeno) se deriva principalmente de sustancias en la muestra de agua que pueden ser oxidadas por oxidantes fuertes, especialmente materia orgánica. Estas sustancias orgánicas están ampliamente presentes en las aguas residuales y contaminadas, incluidos, entre otros, azúcares, aceites y grasas, nitrógeno amonical, etc. La oxidación de estas sustancias consume el oxígeno disuelto en el agua, aumentando así la demanda química de oxígeno. Específicamente:

1. Sustancias azucaradas: como glucosa, fructosa, etc., se encuentran comúnmente en las aguas residuales de la industria de procesamiento de alimentos y la industria biofarmacéutica, y aumentarán el contenido de DQO.

2. Aceites y grasas: Las aguas residuales que contienen aceites y grasas vertidos durante la producción industrial también provocarán un aumento de la concentración de DQO.

3. Nitrógeno amoniacal: Aunque no afecta directamente a la determinación de la DQO, la oxidación del nitrógeno amoniacal también consumirá oxígeno durante el tratamiento de las aguas residuales, afectando indirectamente al valor de la DQO.

Además, hay muchos tipos de sustancias que pueden producir DQO en las aguas residuales, incluida la materia orgánica biodegradable, los contaminantes orgánicos industriales, las sustancias inorgánicas reductoras, algunas materias orgánicas difíciles de biodegradar y los metabolitos microbianos. La oxidación de estas sustancias consume el oxígeno disuelto en el agua, lo que da lugar a la generación de DQO. Por lo tanto, la demanda química de oxígeno es un indicador importante para medir el grado de contaminación de la materia orgánica y reducir la materia inorgánica en el agua. Refleja la cantidad total de sustancias en el agua que pueden ser oxidadas y descompuestas por oxidantes (generalmente dicromato de potasio o permanganato de potasio) bajo ciertas condiciones, es decir, el grado en que estas sustancias consumen oxígeno.

1. Materia orgánica: La materia orgánica es una de las principales fuentes de DQO en las aguas residuales, incluida la materia orgánica biodegradable como proteínas, carbohidratos y grasas. Esta materia orgánica puede descomponerse en dióxido de carbono y agua bajo la acción de microorganismos.

2. Sustancias fenólicas: Los compuestos fenólicos se utilizan a menudo como contaminantes en las aguas residuales en algunos procesos industriales. Pueden tener un grave impacto en el medio acuático y aumentar el contenido de DQO.

3. Sustancias alcohólicas: Los compuestos alcohólicos, como el etanol y el metanol, también son fuentes comunes de DQO en algunas aguas residuales industriales.

4. Sustancias azucaradas: Los compuestos de azúcar, como la glucosa, la fructosa, etc., son componentes comunes en las aguas residuales de algunas industrias de procesamiento de alimentos e industrias biofarmacéuticas, y también aumentarán el contenido de DQO.

5. Grasas y grasas: Las grasas y las aguas residuales que contienen grasas descargadas durante la producción industrial también provocarán un aumento de la concentración de DQO.

6. Nitrógeno amoniacal: Aunque el nitrógeno amoniacal no afecta directamente la determinación de DQO, la oxidación del nitrógeno amoniacal también consumirá oxígeno durante el proceso de tratamiento de aguas residuales, afectando indirectamente el valor de DQO.

Además, cabe destacar que la DQO no sólo reacciona a la materia orgánica del agua, sino que también representa sustancias inorgánicas con propiedades reductoras en el agua, como sulfuro, iones ferrosos, sulfito de sodio, etc. Por lo tanto, al tratar las aguas residuales, es necesario considerar exhaustivamente la contribución de diversos contaminantes a la DQO y tomar las medidas de tratamiento adecuadas para reducir el valor de DQO.

La materia orgánica es la principal fuente de DQO. Incluyen diversa materia orgánica, materia en suspensión y sustancias difíciles de descomponer en las aguas residuales. El alto contenido de DQO en las aguas residuales supondrá una gran amenaza para el medio acuático. El tratamiento y seguimiento de la DQO es una de las medidas importantes para prevenir y controlar la contaminación. Por lo tanto, la determinación de DQO es uno de los métodos de prueba comúnmente utilizados en el tratamiento de aguas residuales y el monitoreo ambiental.

La determinación de DQO es un proceso fácil de operar con alta sensibilidad analítica. La determinación de la DQO puede completarse observando directamente el cambio de color de la muestra o las señales actuales u otras señales después de que el reactivo químico se valora para generar productos de oxidación. Cuando el valor de DQO supera la norma, es necesario realizar el tratamiento correspondiente para evitar la contaminación ambiental. En resumen, comprender lo que significa DQO juega un papel vital en la protección del medio ambiente acuático y en el control de la contaminación.

 

3. El impacto de la DQO alta.

‌La DQO (demanda química de oxígeno) es un indicador importante para medir el grado de contaminación orgánica en los cuerpos de agua. Un contenido excesivo tendrá un grave impacto en la calidad del agua del río.‌

La medición de la DQO se basa en la cantidad de oxidante consumido cuando las sustancias reductoras (principalmente materia orgánica) se oxidan y descomponen en 1 litro de agua bajo ciertas condiciones. Estas sustancias reductoras consumirán una gran cantidad de oxígeno disuelto durante el proceso de descomposición, lo que hará que los organismos acuáticos carezcan de oxígeno, lo que a su vez afecta su crecimiento y supervivencia normales, y puede causar un gran número de muertes en casos graves. Además, la reducción del oxígeno disuelto acelerará el deterioro de la calidad del agua, promoverá la corrupción y descomposición de la materia orgánica y producirá más sustancias tóxicas y nocivas, como el nitrógeno amoniacal, que causarán un mayor daño a los organismos acuáticos y a la calidad del agua. La exposición prolongada a aguas residuales que contienen altas concentraciones de materia orgánica también puede causar graves daños a la salud humana, como enfermedades gastrointestinales, enfermedades de la piel, etc. Por lo tanto, el exceso de DQO no solo representa una amenaza para los organismos acuáticos, sino que también representa un riesgo potencial para la salud humana.

Con el fin de proteger el medio acuático y la salud humana, se deben tomar medidas efectivas para prevenir y controlar el exceso de DQO. Esto incluye la reducción de la descarga de materia orgánica en las actividades industriales y agrícolas, así como el fortalecimiento del tratamiento y monitoreo de aguas residuales para garantizar que la calidad del agua descargada cumpla con los estándares, manteniendo así un buen entorno ecológico hídrico.

La DQO es un indicador del contenido de materia orgánica en el agua. Cuanto mayor es la DQO, más grave es la contaminación de la masa de agua por materia orgánica. Cuando la materia orgánica tóxica ingresa al cuerpo de agua, no solo daña a los organismos del cuerpo de agua, como los peces, sino que también puede enriquecerse en la cadena alimentaria e ingresar al cuerpo humano, causando envenenamiento crónico. .

La DQO tiene un gran impacto en la calidad del agua y el entorno ecológico. Una vez que los contaminantes orgánicos con alto contenido de DQO ingresan a ríos, lagos y embalses, si no se tratan a tiempo, mucha materia orgánica puede ser adsorbida por el suelo en el fondo del agua y acumularse durante muchos años. Estos organismos causarán daños a varios organismos en el agua y pueden continuar siendo tóxicos durante varios años. Este efecto tóxico tiene dos efectos:

Por un lado, causará la muerte de una gran cantidad de organismos acuáticos, destruirá el equilibrio ecológico del cuerpo de agua e incluso destruirá directamente todo el ecosistema fluvial.

Por otro lado, las toxinas se acumularán lentamente en organismos acuáticos como peces y camarones. Una vez que los humanos consumen estos organismos acuáticos tóxicos, las toxinas ingresarán al cuerpo humano y se acumularán durante muchos años, lo que provocará consecuencias graves e impredecibles como cáncer, deformidades y mutaciones genéticas. De la misma manera, si las personas usan agua contaminada para el riego, los cultivos también se verán afectados y las personas también inhalarán una gran cantidad de sustancias nocivas en el proceso de comer.

Cuando la DQO es muy alta, provocará el deterioro de la calidad natural del agua. La razón es que la autopurificación del agua requiere la degradación de estas materias orgánicas. La degradación de la DQO requiere necesariamente un consumo de oxígeno, y la capacidad de reoxigenación en el agua no cumple con los requisitos. El OD bajará directamente a 0 y se convertirá en anaeróbico. En el estado anaeróbico, continuará descomponiéndose (tratamiento anaeróbico de microorganismos) y el agua se volverá negra y maloliente (los microorganismos anaeróbicos se ven muy negros y contienen gas sulfuro de hidrógeno).

 

4. Métodos para tratar la DQO

El primer punto

Método físico: Utiliza la acción física para separar la materia suspendida o la turbidez en las aguas residuales, lo que puede eliminar la DQO en las aguas residuales. Los métodos comunes incluyen el tratamiento previo de aguas residuales a través de tanques de sedimentación, rejillas de filtros, filtros, trampas de grasa, separadores de agua y aceite, etc., para simplemente eliminar la DQO de las partículas en las aguas residuales.

Segundo punto

Método químico: utiliza reacciones químicas para eliminar sustancias disueltas o sustancias coloidales en las aguas residuales, y puede eliminar la DQO en las aguas residuales. Los métodos comunes incluyen neutralización, precipitación, oxidación-reducción, oxidación catalítica, oxidación fotocatalítica, microelectrólisis, floculación electrolítica, incineración, etc.

Tercer punto

Método físico y químico: Utiliza reacciones físicas y químicas para eliminar sustancias disueltas o coloidales en las aguas residuales. Puede eliminar la DQO en las aguas residuales. Los métodos comunes incluyen rejilla, filtración, centrifugación, clarificación, filtración, separación de aceite, etc.

Cuarto punto

Método de tratamiento biológico: Utiliza el metabolismo microbiano para convertir los contaminantes orgánicos y los nutrientes microbianos inorgánicos de las aguas residuales en sustancias estables e inofensivas. Los métodos comunes incluyen el método de lodos activados, el método de biopelícula, el método de digestión biológica anaeróbica, el tratamiento de estanques y humedales de estabilización, etc.

5. Método de análisis de DQO.

Método del dicromato

El método estándar para determinar la demanda química de oxígeno está representado por la norma china GB 11914 "Determinación de la demanda química de oxígeno de la calidad del agua por el método de dicromato" y la norma internacional ISO6060 "Determinación de la demanda química de oxígeno de la calidad del agua". Este método tiene una alta tasa de oxidación, buena reproducibilidad, precisión y confiabilidad, y se ha convertido en un método estándar clásico generalmente reconocido por la comunidad internacional.

El principio de determinación es: en el medio de ácido sulfúrico, el dicromato de potasio se usa como oxidante, el sulfato de plata se usa como catalizador y el sulfato de mercurio se usa como agente enmascarante para los iones de cloruro. La acidez del ácido sulfúrico del líquido de la reacción de digestión es de 9 mol/L. El líquido de la reacción de digestión se calienta hasta hervir y la temperatura del punto de ebullición de 148 °C ±2 °C es la temperatura de digestión. La reacción se enfría con agua y se refluye durante 2 h. Después de que el líquido de digestión se enfría de forma natural, se diluye a unos 140 ml con agua. El ferroclorado se utiliza como indicador, y el dicromato de potasio restante se valora con una solución de sulfato ferroso de amonio. El valor de DQO de la muestra de agua se calcula en función del consumo de solución de sulfato ferroso de amonio. El oxidante utilizado es el dicromato de potasio y el agente oxidante es el cromo hexavalente, por lo que se denomina método del dicromato.

Sin embargo, este método estándar clásico todavía tiene deficiencias: el dispositivo de reflujo ocupa un gran espacio experimental, consume mucha agua y electricidad, utiliza una gran cantidad de reactivos, es incómodo de operar y es difícil de medir rápidamente en grandes cantidades.

Método del permanganato de potasio

La DQO se mide utilizando permanganato de potasio como oxidante, y el resultado medido se denomina índice de permanganato de potasio.

Espectrofotometría

Basado en el método estándar clásico, el dicromato de potasio oxida la materia orgánica y el cromo hexavalente genera cromo trivalente. El valor de DQO de la muestra de agua se determina estableciendo una relación entre el valor de absorbancia del cromo hexavalente o el cromo trivalente y el valor de DQO de la muestra de agua. Utilizando el principio anterior, los métodos más representativos en el extranjero son los EPA. Método 0410.4 "Colorimetría manual automática", ASTM: D1252-2000 "Método B para la determinación de la demanda química de oxígeno de la espectrofotometría de digestión sellada con agua" y ISO15705-2002 "Método de tubo sellado pequeño para la determinación de la demanda química de oxígeno (DQO) de la calidad del agua". El método unificado de mi país es el "Método de digestión catalítica rápida y sellada (incluida la espectrofotometría)" de la Administración Estatal de Protección Ambiental.

Método de digestión rápida

El método estándar clásico es el método de reflujo de 2 horas. Con el fin de aumentar la velocidad de análisis, las personas han propuesto varios métodos de análisis rápido. Hay dos métodos principales: uno es aumentar la concentración del oxidante en el sistema de reacción de digestión, aumentar la acidez del ácido sulfúrico, aumentar la temperatura de reacción y aumentar el catalizador para aumentar la velocidad de reacción. El método doméstico está representado por GB/T14420-1993 "Análisis de la determinación química de la demanda de oxígeno, dicromato de potasio, agua de caldera y agua de refrigeración, método rápido de dicromato de potasio" y los métodos unificados recomendados por la Administración Estatal de Protección Ambiental "Método coulométrico" y "Método de digestión catalítica cerrada rápida (incluido el método fotométrico)". El método extranjero está representado por el método estándar alemán DIN38049 T.43 "Método rápido para la determinación de la demanda química de oxígeno del agua".

En comparación con el método estándar clásico, el método anterior aumenta la acidez del ácido sulfúrico del sistema de digestión de 9,0 mg / L a 10,2 mg / L, la temperatura de reacción de 150 °C a 165 °C y el tiempo de digestión de 2 h a 10 min ~ 15 min. La segunda es cambiar el método tradicional de digestión mediante calentamiento con radiación térmica y utilizar la tecnología de digestión por microondas para mejorar la velocidad de reacción de la digestión. Debido a la gran variedad de hornos microondas y diferentes potencias, es difícil probar la potencia y el tiempo unificados para lograr el mejor efecto de digestión. El precio de los hornos microondas también es muy alto y es difícil formular un método estándar unificado.

Lianhua Technology desarrolló un método espectrofotométrico de digestión rápida para la demanda química de oxígeno (DQO) en 1982, que logró la determinación rápida de DQO en aguas residuales con el método de "10 minutos de digestión, valor de 20 minutos". En 1992, este resultado de investigación y desarrollo se incluyó en la revista estadounidense "CHEMICAL ABSTRACTS" como una nueva contribución al campo químico mundial. Este método se convirtió en el estándar de prueba de la industria de protección ambiental de la República Popular China en 2007 (HJ/T399-2007). Este método logró con éxito un valor preciso de DQO en 20 minutos. Es fácil de operar, conveniente y rápido, requiere una pequeña cantidad de reactivos, reduce en gran medida la contaminación generada en el experimento y reduce varios costos. El principio de este método es digerir la muestra de agua añadida con el reactivo COD de Lianhua Technology a 165 grados durante 10 minutos a una longitud de onda de 420 o 610 nm, luego enfriarla durante 2 minutos y luego agregar 2,5 ml de agua destilada. El resultado de la DQO se puede obtener utilizando el instrumento de determinación rápida de DQO de Lianhua Technology.