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 consumido cuando una muestra de agua se trata con un oxidante fuerte bajo ciertas condiciones. Es un indicador de la cantidad de sustancias reductoras en el agua. Las sustancias reductoras en el agua incluyen diversas sustancias orgánicas, nitritos, sulfuros, sales ferrosas, etc., pero las principales son las sustancias orgánicas. Por lo tanto, la demanda química de oxígeno (DQO) a menudo se utiliza como un 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 según la determinación de las sustancias reductoras en las muestras de agua y el método de determinación. Los métodos más comúnmente utilizados son el método de oxidación con permanganato de potasio (KMnO4) y el método de oxidación con bicromato de potasio (K2Cr2O7). El método de oxidación con permanganato de potasio tiene una tasa de oxidación baja, pero es relativamente simple y puede usarse al determinar el valor de comparación relativo del contenido orgánico en las muestras de agua. El método de oxidación con bicromato de potasio tiene una alta tasa de oxidación y buena reproducibilidad, y es adecuado para determinar la cantidad total de materia orgánica en las muestras de agua. La materia orgánica es muy dañina para los sistemas de agua industrial. Estrictamente hablando, la demanda química de oxígeno también incluye sustancias inorgánicas reductoras 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 utiliza para representar la cantidad total de materia orgánica en las aguas residuales. Bajo las condiciones de medición, la materia orgánica sin nitrógeno en el agua es fácilmente oxidada 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 fácilmente oxidable, 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 los 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 puede reducirse 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, reduciendo el valor de pH del agua de la caldera. A veces, la materia orgánica también puede introducirse en el sistema de vapor y condensado, causando una disminución del pH y provocando la corrosión del sistema. Un alto contenido de materia orgánica en el sistema de agua circulante promoverá la reproducción de microorganismos. Por lo tanto, ya sea para desalinización, agua de caldera o sistema de agua circulante, cuanto menor sea el COD, mejor, pero no hay un índice límite unificado. Cuando el COD (método KMnO4) es mayor a 5mg/L en el sistema de agua de enfriamiento 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 ≤15mg/L, la demanda química de oxígeno (DQO) del agua de Clase III es ≤20mg/L, la demanda química de oxígeno (DQO) del agua de Clase IV es ≤30mg/L y la demanda química de oxígeno (DQO) del agua de Clase V es ≤40mg/L. Cuanto mayor sea el valor de DQO, más grave será la contaminación del cuerpo de agua.

2. ¿Cómo se produce la DQO?

La DQO (demanda química de oxígeno) proviene principalmente de sustancias en la muestra de agua que pueden ser oxidadas por oxidantes fuertes, especialmente la materia orgánica. Estas sustancias orgánicas están ampliamente presentes en las aguas residuales y en las aguas contaminadas, e incluyen pero no se limitan a azúcares, grasas y aceites, nitrógeno amoniacal, etc. La oxidación de estas sustancias consume el oxígeno disuelto en el agua, lo que aumenta la demanda química de oxígeno. Específicamente:

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

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

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

Además, existen muchos tipos de sustancias que pueden producir DQO en las aguas residuales, incluidos los compuestos orgánicos biodegradables, los contaminantes orgánicos industriales, las sustancias inorgánicas redutoras, algunas materias orgánicas difíciles de biodegradar y los metabolitos microbianos. La oxidación de estas sustancias consume el oxígeno disuelto en el agua, lo que provoca 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 las sustancias inorgánicas redutoras en el agua. Refleja la cantidad total de sustancias en el agua que pueden ser oxidadas y descompuestas por oxidantes (generalmente bicromato 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, incluyendo materia orgánica biodegradable como proteínas, carbohidratos y grasas. Estas materias orgánicas pueden 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 impacto grave 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 y la fructosa, 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 aceites: Las aguas residuales que contienen grasas y aceites descargadas durante la producción industrial también pueden provocar un aumento en la concentración de DQO.

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

Además, es importante tener en cuenta que el DQO no solo reacciona ante la materia orgánica en el agua, sino que también representa sustancias inorgánicas con propiedades reductoras en el agua, como sulfuro, iones ferrosos, bisulfito sódico, etc. Por lo tanto, al tratar las aguas residuales, es necesario considerar de manera integral la contribución de diversos contaminantes al DQO y tomar medidas de tratamiento adecuadas para reducir el valor de DQO.

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

La determinación de la DQO es un proceso fácil de operar con alta sensibilidad analítica. La determinación de la DQO se puede completar observando directamente el cambio de color de la muestra o la corriente u otros señales después de que el reactivo químico sea titulado para generar productos de oxidación. Cuando el valor de DQO supera el estándar, es necesario realizar el tratamiento correspondiente para evitar la contaminación ambiental. En resumen, entender qué significa la DQO juega un papel vital en la protección del medio acuático y la realización del control de la contaminación.

3. El impacto del alto COD.

‌ El COD (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 impacto grave en la calidad del agua de los ríos. ‌

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

Para proteger el medio ambiente acuático y la salud humana, se deben tomar medidas efectivas para prevenir y controlar el COD excesivo. Esto incluye reducir la descarga de materia orgánica en actividades industriales y agrícolas, así como fortalecer el tratamiento y monitoreo de las aguas residuales para asegurar que la calidad del agua descargada cumpla con los estándares, manteniendo así un buen entorno ecológico acuático.

El COD es un indicador del contenido de materia orgánica en el agua. Cuanto mayor sea el COD, más grave será la contaminación del cuerpo de agua por materia orgánica. Cuando sustancias orgánicas tóxicas entran en el cuerpo de agua, no solo dañan a los organismos acuáticos como los peces, sino que también pueden acumularse en la cadena alimentaria y entrar en el cuerpo humano, causando envenenamiento crónico. .

El COD tiene un gran impacto en la calidad del agua y el medio ambiente ecológico. Una vez que los contaminantes orgánicos con alto contenido de COD ingresan a ríos, lagos y embalses, si no se tratan a tiempo, muchas sustancias orgánicas pueden ser absorbidas por el suelo en el fondo del agua y acumularse durante muchos años. Estos compuestos orgánicos causarán daño a diversos organismos acuáticos y podrían seguir siendo tóxicos durante varios años. Este efecto tóxico tiene dos consecuencias:

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

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

Cuando el COD es muy alto, causará la deterioración de la calidad del agua natural. La razón es que la autodepurificación del agua requiere la degradación de estos compuestos orgánicos. La degradación del COD necesariamente requiere consumo de oxígeno, y la capacidad de reoxigenación en el agua no cumple con los requisitos. El DO bajará directamente a 0 y se volverá anaeróbico. En el estado anaeróbico, continuará descomponiéndose (tratamiento anaeróbico de microorganismos), y el agua se volverá negra y hedionda (los microorganismos anaeróbicos tienen un color muy negro y contienen gas de sulfuro de hidrógeno).

4. Métodos para tratar el COD

El primer punto

Método físico: Utiliza la acción física para separar la materia en suspensión o la turbidez en las aguas residuales, lo que puede eliminar el COD en las aguas residuales. Los métodos comunes incluyen pretratar las aguas residuales mediante tanques de sedimentación, rejillas filtrantes, filtros, trampas de grasa, separadores de aceite-agua, etc., para eliminar simplemente el COD de partículas en las aguas residuales.

El segundo punto

Método químico: Utiliza reacciones químicas para eliminar sustancias disueltas o coloidales en las aguas residuales, y puede remover el DQO en las aguas residuales. Métodos comunes incluyen neutralización, precipitación, oxidación-reducción, oxidación catalítica, oxidación fotocatalítica, microelectrólisis, electrocoagulación, incineración, etc.

Tercer punto

Método físico-químico: Utiliza reacciones físicas y químicas para eliminar sustancias disueltas o coloidales en las aguas residuales. Puede remover el DQO en las aguas residuales. Métodos comunes incluyen rejillas, filtración, centrifugación, decantación, filtración, separación de aceites, etc.

Cuarto punto

Método de tratamiento biológico: Utiliza el metabolismo microbiano para convertir los contaminantes orgánicos y nutrientes inorgánicos microbianos en las aguas residuales en sustancias estables e inofensivas. Métodos comunes incluyen el método de lodo activado, el método de película biológica, el método de digestión biológica anaeróbica, lagunas de estabilización y tratamiento de humedales, etc.

5. Método de análisis de DQO.

Método de dicromato

El método estándar para determinar la demanda química de oxígeno está representado por el estándar chino GB 11914 "Determinación de la Demanda Química de Oxígeno de la Calidad del Agua por el Método de Dicromato" y el estándar 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 fiabilidad, y se ha convertido en un método estándar clásico generalmente reconocido por la comunidad internacional.

El principio de determinación es el siguiente: en un medio ácido de ácido sulfúrico, se utiliza bicromato de potasio como oxidante, sulfato de plata como catalizador y sulfato de mercurio como agente de enmascaramiento para los iones cloruro. La acidez del ácido sulfúrico en el líquido de reacción de digestión es de 9 mol/L. El líquido de reacción de digestión se calienta hasta hacerlo hervir, y la temperatura de ebullición de 148℃±2℃ es la temperatura de digestión. La reacción se enfría con agua y se destila durante 2 horas. Después de que el líquido de digestión se enfríe naturalmente, se diluye a aproximadamente 140 ml con agua. Se utiliza ferrocenio como indicador, y el bicromato de potasio restante se titula con una solución de sulfato de amonio ferroso. El valor de COD de la muestra de agua se calcula en función del consumo de la solución de sulfato de amonio ferroso. El oxidante utilizado es el bicromato de potasio, y el agente oxidante es el cromo hexavalente, por lo que se llama método del bicromato.

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

Método de permanganato de potasio

La COD se mide utilizando permanganato de potasio como oxidante, y el resultado obtenido se llama índice de permanganato de potasio.

Espectrofotometría

Basado en el método estándar clásico, el bicromato de potasio oxida la materia orgánica y el cromo hexavalente genera cromo trivalente. El valor de DQO del muestra de agua se determina estableciendo una relación entre el valor de absorción del cromo hexavalente o trivalente y el valor de DQO de la muestra de agua. Utilizando este principio, los métodos más representativos en el extranjero son el EPA.Método 0410.4 "Colormetría Manual Automática", ASTM: D1252-2000 "Método B para la determinación de la demanda química de oxígeno del agua - espectrofotometría de digestión sellada" e 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 nuestro país es el "Método de Digestión Catalítica Sellada Rápida (Incluyendo Espectrofotometría)" de la Administración Estatal de Protección Ambiental.

Método de Digestión Rápida

El método estándar clásico es el método de reflujo de 2 horas. Para aumentar la velocidad de análisis, se han propuesto varios métodos de análisis rápidos. Hay dos métodos principales: uno consiste en aumentar la concentración del oxidante en el sistema de reacción de digestión, aumentar la acidez del ácido sulfúrico, elevar la temperatura de reacción y añadir catalizadores para incrementar la velocidad de reacción. El método nacional está representado por GB/T14420-1993 "Análisis de Agua de Caldera y Agua de Enfriamiento Determinación de Demanda Química de Oxígeno Método Rápido con Bicromato de Potasio" y los métodos unificados recomendados por la Administración Estatal de Protección Ambiental "Método Coulométrico" y "Método de Digestión Catalítica Cerrada Rápida (Incluyendo Método Fotométrico)". El método extranjero está representado por el método 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 en el sistema de digestión de 9,0 mg/L a 10,2 mg/L, la temperatura de reacción de 150℃ a 165℃ y el tiempo de digestión de 2 horas a 10~15 minutos. El segundo 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 la reacción de digestión. Debido a la amplia variedad de hornos de microondas y sus diferentes potencias, es difícil probar una potencia y tiempo unificados para lograr el mejor efecto de digestión. El precio de los hornos de microondas también es muy alto, y es difícil formular un método estándar unificado.

Lianhua Technology desarrolló en 1982 un método espectrofotométrico de digestión rápida para la demanda química de oxígeno (DQO), lo que logró la determinación rápida de la DQO en aguas residuales con el método de "10 minutos de digestión, valor en 20 minutos". En 1992, este resultado de investigación y desarrollo fue incluido en los "RESUMENES QUÍMICOS" de Estados Unidos 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 logra con éxito un valor preciso de DQO en 20 minutos. Es fácil de operar, cómodo y rápido, requiere una pequeña cantidad de reactivos, reduce considerablemente la contaminación generada en el experimento y disminuye diversos costos. El principio de este método es digerir la muestra de agua a la que se ha añadido el reactivo de DQO de Lianhua Technology a 165 grados durante 10 minutos a una longitud de onda de 420 o 610nm, luego enfriarla durante 2 minutos y añadir 2.5ml de agua destilada. El resultado de DQO se puede obtener utilizando el instrumento de determinación rápida de DQO de Lianhua Technology.