Kemiallisen hapenkulutuksen tuntemus

Kemiallisen hapenkulutuksen tuntemus

1. COD:n määritelmä.

COD (kemiallinen hapenkulutus) on hapettimen määrä, joka kuluu, kun vesinäytettä käsitellään tietyllä voimakkaalla hapettimella tietyissä olosuhteissa. Se on indikaattori pelkistävien aineiden määrästä vedessä. Veden pelkistäviä aineita ovat erilaiset orgaaniset aineet, nitriitit, sulfidit, rautasuolat jne., Mutta tärkeimmät ovat orgaaniset aineet. Siksi kemiallista hapenkulutusta (COD) käytetään usein indikaattorina mittaamaan orgaanisten aineiden määrää vedessä. Mitä suurempi kemiallinen hapenkulutus on, sitä vakavampi on orgaanisten aineiden aiheuttama veden pilaantuminen. Kemiallisen hapenkulutuksen (COD) määrittäminen vaihtelee pelkistävien aineiden määrityksen ja määritysmenetelmän mukaan. Yleisimmin käytetyt menetelmät ovat happaman kaliumpermanganaatin (KMnO4) hapetusmenetelmä ja kaliumdikromaatin (K2Cr2O7) hapetusmenetelmä. Kaliumpermanganaatin hapetusmenetelmällä on alhainen hapetusnopeus, mutta se on suhteellisen yksinkertainen ja sitä voidaan käyttää määritettäessä vesinäytteiden orgaanisen pitoisuuden suhteellista vertailuarvoa. Kaliumdikromaattihapetusmenetelmällä on korkea hapetusnopeus ja hyvä toistettavuus, ja se soveltuu orgaanisen aineen kokonaismäärän määrittämiseen vesinäytteistä. Orgaaninen aine on erittäin haitallista teollisuuden vesijärjestelmille. Tarkkaan ottaen kemiallinen hapenkulutus sisältää myös epäorgaanisia pelkistäviä aineita vedessä. Yleensä, koska orgaanisen aineen määrä jätevedessä on paljon suurempi kuin epäorgaanisen aineen määrä, kemiallista hapenkulutusta käytetään yleensä edustamaan jäteveden orgaanisen aineen kokonaismäärää. Mittausolosuhteissa orgaaninen aine, jossa ei ole typpeä vedessä, hapetetaan helposti kaliumpermanganaatilla, kun taas typpeä sisältävää orgaanista ainetta on vaikeampi hajottaa. Siksi hapenkulutus soveltuu luonnollisen veden tai yleisen jäteveden määrittämiseen, joka sisältää helposti hapetettavaa orgaanista ainetta, kun taas orgaaninen teollisuusjätevesi, jossa on monimutkaisempia komponentteja, mitataan usein kemiallisen hapenkulutuksen suhteen.

Vesi, joka sisältää suuren määrän orgaanista ainetta, saastuttaa ioninvaihtohartsit, kun ne kulkevat suolanpoistojärjestelmän läpi, erityisesti anioninvaihtohartsit, mikä vähentää hartsin vaihtokykyä. Orgaanista ainetta voidaan vähentää noin 50% esikäsittelyn jälkeen (hyytyminen, kirkastaminen ja suodatus), mutta sitä ei voida poistaa suolanpoistojärjestelmässä, joten se tuodaan usein kattilaan syöttöveden kautta kattilaveden pH-arvon alentamiseksi. Joskus höyryjärjestelmään ja lauhteeseen voi tulla myös orgaanista ainetta, mikä aiheuttaa pH:n laskun ja järjestelmän korroosiota. Kiertovesijärjestelmän korkea orgaanisen aineksen pitoisuus edistää mikrobien lisääntymistä. Siksi, olipa kyseessä suolanpoisto, kattilavesi tai kiertovesijärjestelmä, mitä alhaisempi COD, sitä parempi, mutta yhtenäistä rajaindeksiä ei ole. Kun COD (KMnO4-menetelmä) on yli 5 mg/l kiertovesijärjestelmässä, veden laatu on alkanut huonontua.

Juomavesistandardissa luokan I ja luokan II veden kemiallinen hapenkulutus (COD) on ≤15 mg / l, luokan III veden kemiallinen hapenkulutus (COD) on ≤ 20 mg / l, luokan IV veden kemiallinen hapenkulutus (COD) on ≤30 mg / l ja luokan V veden kemiallinen hapenkulutus (COD) on ≤ 40 mg / l. Mitä suurempi COD-arvo on, sitä vakavampi on vesistön pilaantuminen.

2. Miten COD tuotetaan?

COD (kemiallinen hapenkulutus) on pääasiassa peräisin vesinäytteen aineista, jotka voivat hapettua voimakkailla hapettimilla, erityisesti orgaanisella aineella. Näitä orgaanisia aineita esiintyy laajalti jätevedessä ja saastuneessa vedessä, mukaan lukien, mutta ei rajoittuen, sokerit, öljyt ja rasvat, ammoniakkityppi jne. Näiden aineiden hapettuminen kuluttaa liuennutta happea vedessä, mikä lisää kemiallista hapenkulutusta. Erityisesti:

1. Sokeriaineet: kuten glukoosi, fruktoosi jne., Esiintyy yleisesti elintarviketeollisuuden ja biofarmaseuttisen teollisuuden jätevedessä, ja ne lisäävät COD-pitoisuutta.

2. Öljyt ja rasvat: Teollisen tuotannon aikana päästetty öljyjä ja rasvoja sisältävä jätevesi johtaa myös COD-pitoisuuden kasvuun.

3. Ammoniakkityppi: Vaikka ammoniakkitypen hapettuminen ei vaikuta suoraan COD: n määrittämiseen, se kuluttaa myös happea jäteveden käsittelyn aikana, mikä vaikuttaa epäsuorasti COD-arvoon.

Lisäksi on olemassa monenlaisia aineita, jotka voivat tuottaa COD: ta jätevedessä, mukaan lukien biohajoava orgaaninen aines, teolliset orgaaniset epäpuhtaudet, epäorgaanisten aineiden vähentäminen, jotkut orgaaniset aineet, joita on vaikea hajottaa biologisesti, ja mikrobien metaboliitit. Näiden aineiden hapettuminen kuluttaa liuennutta happea vedessä, mikä johtaa COD: n muodostumiseen. Siksi kemiallinen hapenkulutus on tärkeä indikaattori orgaanisen aineen saastumisasteen mittaamiseksi ja epäorgaanisen aineen vähentämiseksi vedessä. Se heijastaa vedessä olevien aineiden kokonaismäärää, jotka hapettimet (yleensä kaliumdikromaatti tai kaliumpermanganaatti) voivat hapettaa ja hajottaa tietyissä olosuhteissa, toisin sanoen missä määrin nämä aineet kuluttavat happea.

1. Orgaaninen aine: Orgaaninen aine on yksi tärkeimmistä COD: n lähteistä jätevedessä, mukaan lukien biohajoavat orgaaniset aineet, kuten proteiinit, hiilihydraatit ja rasvat. Nämä orgaaniset aineet voidaan hajottaa hiilidioksidiksi ja vedeksi mikro-organismien vaikutuksesta.

2. Fenoliset aineet: Fenolisia yhdisteitä käytetään usein jäteveden epäpuhtauksina joissakin teollisissa prosesseissa. Niillä voi olla vakavia vaikutuksia vesiympäristöön ja ne voivat lisätä COD-pitoisuutta.

3. Alkoholipitoiset aineet: Alkoholiyhdisteet, kuten etanoli ja metanoli, ovat myös yleisiä COD:n lähteitä joissakin teollisuuden jätevesissä.

4. Sokeriaineet: Sokeriyhdisteet, kuten glukoosi, fruktoosi jne., Ovat yleisiä komponentteja joidenkin elintarviketeollisuuden ja biolääketeollisuuden jätevesissä, ja ne lisäävät myös COD-pitoisuutta.

5. Rasva ja rasva: Teollisen tuotannon aikana päästetty rasva ja rasvaa sisältävä jätevesi johtavat myös COD-pitoisuuden kasvuun.

6. Ammoniakkityppi: Vaikka ammoniakkityppi ei vaikuta suoraan COD: n määrittämiseen, ammoniakkitypen hapettuminen kuluttaa myös happea jäteveden käsittelyprosessin aikana, mikä vaikuttaa epäsuorasti COD-arvoon.

Lisäksi on syytä huomata, että COD ei ainoastaan reagoi veden orgaaniseen aineeseen, vaan edustaa myös epäorgaanisia aineita, joilla on pelkistäviä ominaisuuksia vedessä, kuten sulfidi, rautaionit, natriumsulfiitti jne. Siksi jätevettä käsiteltäessä on otettava kattavasti huomioon eri epäpuhtauksien osuus COD: sta ja toteutettava asianmukaiset käsittelytoimenpiteet COD-arvon vähentämiseksi.

Orgaaninen aine on COD: n tärkein lähde. Ne sisältävät erilaisia orgaanisia aineita, suspendoituneita aineita ja vaikeasti hajoavia aineita jätevedessä. Jäteveden korkea COD-pitoisuus on suuri uhka vesiympäristölle. COD:n käsittely ja valvonta on yksi tärkeimmistä toimenpiteistä pilaantumisen ehkäisemiseksi ja valvomiseksi. Siksi COD-määritys on yksi yleisesti käytetyistä testimenetelmistä jäteveden käsittelyssä ja ympäristön seurannassa.

COD: n määrittäminen on helppokäyttöinen prosessi, jolla on suuri analyyttinen herkkyys. COD: n määritys voidaan täydentää tarkkailemalla suoraan näytteen värimuutosta tai virtaa tai muita signaaleja sen jälkeen, kun kemiallinen reagenssi on titrattu hapettumistuotteiden tuottamiseksi. Kun COD-arvo ylittää standardin, on tarpeen suorittaa vastaava käsittely ympäristön pilaantumisen välttämiseksi. Lyhyesti sanottuna COD: n merkityksen ymmärtämisellä on tärkeä rooli vesiympäristön suojelussa ja pilaantumisen hallinnassa.

 

3. Korkean COD: n vaikutus.

‌COD (kemiallinen hapenkulutus) on tärkeä indikaattori vesistöjen orgaanisen pilaantumisen asteen mittaamisessa. Liiallisella pitoisuudella on vakava vaikutus jokiveden laatuun.‌

COD: n mittaus perustuu kulutetun hapettimen määrään, kun pelkistävät aineet (pääasiassa orgaaniset aineet) hapetetaan ja hajoavat 1 litraan vettä tietyissä olosuhteissa. Nämä pelkistävät aineet kuluttavat suuren määrän liuennutta happea hajoamisprosessin aikana, mikä aiheuttaa vesieliöille hapen puutetta, mikä puolestaan vaikuttaa niiden normaaliin kasvuun ja selviytymiseen ja voi aiheuttaa suuren määrän kuolemia vakavissa tapauksissa. Lisäksi liuenneen hapen vähentäminen nopeuttaa veden laadun heikkenemistä, edistää orgaanisen aineksen korruptiota ja hajoamista ja tuottaa enemmän myrkyllisiä ja haitallisia aineita, kuten ammoniakkityppeä, mikä aiheuttaa enemmän haittaa vesieliöille ja veden laadulle. Pitkäaikainen altistuminen jätevedelle, joka sisältää suuria pitoisuuksia orgaanista ainesta, voi myös aiheuttaa vakavaa haittaa ihmisten terveydelle, kuten ruoansulatuskanavan sairauksia, ihosairauksia jne. Sen vuoksi liiallinen COD ei ainoastaan uhkaa vesieliöitä, vaan aiheuttaa myös mahdollisen riskin ihmisten terveydelle.

Vesien, ympäristön ja ihmisten terveyden suojelemiseksi on toteutettava tehokkaita toimenpiteitä liiallisen COD:n ehkäisemiseksi ja valvomiseksi. Tähän sisältyy orgaanisen aineksen päästöjen vähentäminen teollisuus- ja maataloustoiminnassa sekä jäteveden käsittelyn ja seurannan vahvistaminen sen varmistamiseksi, että johdetun veden laatu täyttää standardit ja ylläpitää siten hyvää veden ekologista ympäristöä.

COD on indikaattori orgaanisen aineen pitoisuudesta vedessä. Mitä korkeampi COD, sitä vakavammin orgaaninen aine saastuttaa vesistöä. Kun myrkyllinen orgaaninen aine pääsee vesistöön, se ei ainoastaan vahingoita vesistön organismeja, kuten kaloja, vaan se voi myös rikastua elintarvikeketjussa ja päästä ihmiskehoon aiheuttaen kroonista myrkytystä. .

COD:lla on suuri vaikutus veden laatuun ja ekologiseen ympäristöön. Kun orgaaniset epäpuhtaudet, joilla on kohonnut COD-pitoisuus, pääsevät jokiin, järviin ja tekoaltaisiin, jos niitä ei käsitellä ajoissa, monet orgaaniset aineet voivat adsorboitua veden pohjassa olevaan maaperään ja kerääntyä monien vuosien ajan. Nämä organismit aiheuttavat vahinkoa vedessä oleville eri organismeille ja voivat olla myrkyllisiä useita vuosia. Tällä myrkyllisellä vaikutuksella on kaksi vaikutusta:

Toisaalta se aiheuttaa suuren määrän vesieliöitä, tuhoaa vesistön ekologisen tasapainon ja jopa tuhoaa suoraan koko joen ekosysteemin.

Toisaalta toksiinit kertyvät hitaasti vesieliöihin, kuten kaloihin ja katkarapuihin. Kun ihmiset kuluttavat näitä myrkyllisiä vesieliöitä, toksiinit pääsevät ihmiskehoon ja kertyvät monien vuosien ajan, mikä johtaa arvaamattomiin vakaviin seurauksiin, kuten syöpään, epämuodostumiin ja geenimutaatioihin. Samalla tavalla, jos ihmiset käyttävät saastunutta vettä kasteluun, se vaikuttaa myös viljelykasveihin, ja ihmiset hengittävät myös suuren määrän haitallisia aineita syömisen aikana.

Kun COD on erittäin korkea, se heikentää luonnollista veden laatua. Syynä on se, että veden itsepuhdistuminen edellyttää näiden orgaanisten aineiden hajoamista. COD: n hajoaminen edellyttää välttämättä hapen kulutusta, eikä veden hapetuskapasiteetti täytä vaatimuksia. DO putoaa suoraan arvoon 0 ja muuttuu anaerobiseksi. Anaerobisessa tilassa se hajoaa edelleen (mikro-organismien anaerobinen käsittely), ja vesi muuttuu mustaksi ja haisevaksi (anaerobiset mikro-organismit näyttävät hyvin mustilta ja sisältävät rikkivetykaasua).

 

4. COD:n käsittelymenetelmät

Ensimmäinen kohta

Fysikaalinen menetelmä: Se käyttää fyysistä vaikutusta erottamaan suspendoituneet aineet tai sameuden jätevedestä, mikä voi poistaa COD: n jätevedestä. Yleisiä menetelmiä ovat jäteveden esikäsittely sedimentointisäiliöiden, suodatinristikoiden, suodattimien, rasvaloukkujen, öljy-vesierottimien jne. kautta, jotta jätevedestä voidaan yksinkertaisesti poistaa hiukkasten COD.

Toinen kohta

Kemiallinen menetelmä: Se käyttää kemiallisia reaktioita liuenneiden aineiden tai kolloidisten aineiden poistamiseen jätevedestä ja voi poistaa COD: n jätevedestä. Yleisiä menetelmiä ovat neutralointi, saostus, hapetus-pelkistys, katalyyttinen hapetus, fotokatalyyttinen hapetus, mikroelektrolyysi, elektrolyyttinen flokkulointi, polttaminen jne.

Kolmas kohta

Fysikaalinen ja kemiallinen menetelmä: Se käyttää fysikaalisia ja kemiallisia reaktioita liuenneiden aineiden tai kolloidisten aineiden poistamiseen jätevedestä. Se voi poistaa COD: n jätevedestä. Yleisiä menetelmiä ovat ristikko, suodatus, sentrifugointi, kirkastus, suodatus, öljynerotus jne.

Neljäs kohta

Biologinen käsittelymenetelmä: Se käyttää mikrobien aineenvaihduntaa muuntaakseen jäteveden orgaaniset epäpuhtaudet ja epäorgaaniset mikrobiravinteet stabiileiksi ja vaarattomiksi aineiksi. Yleisiä menetelmiä ovat aktiivilietemenetelmä, biofilmimenetelmä, anaerobinen biologinen mädätysmenetelmä, stabilointiallas ja kosteikkojen käsittely jne.

5. COD-analyysimenetelmä.

Dikromaatin menetelmä

Standardimenetelmää kemiallisen hapenkulutuksen määrittämiseksi edustaa kiinalainen standardi GB 11914 "Veden laadun kemiallisen hapenkulutuksen määrittäminen dikromaattimenetelmällä" ja kansainvälinen standardi ISO6060 "Veden laadun kemiallisen hapenkulutuksen määrittäminen". Tällä menetelmällä on korkea hapettumisnopeus, hyvä toistettavuus, tarkkuus ja luotettavuus, ja siitä on tullut klassinen standardimenetelmä, jonka kansainvälinen yhteisö on yleisesti tunnustanut.

Määritysperiaate on: rikkihappoväliaineessa hapettimena käytetään kaliumdikromaattia, katalysaattorina hopeasulfaattia ja kloridi-ionien peiteaineena elohopeasulfaattia. Mädätysreaktionesteen rikkihappohappopitoisuus on 9 mol/l. Ruuansulatusreaktioneste kuumennetaan kiehuvaksi, ja kiehumispistelämpötila 148 °C±2 °C on sulamislämpötila. Reaktio jäähdytetään vedellä ja jäähdytetään 2 tunnin ajan. Kun ruuansulatusneste on jäähdytetty luonnollisesti, se laimennetaan vedellä noin 140 ml:ksi. Ferroklooria käytetään indikaattorina, ja jäljellä oleva kaliumdikromaatti titrataan ammoniumrautasulfaattiliuoksella. Vesinäytteen COD-arvo lasketaan ammoniumrautasulfaattiliuoksen kulutuksen perusteella. Käytetty hapetin on kaliumdikromaatti ja hapetin on kuusiarvoinen kromi, joten sitä kutsutaan dikromaattimenetelmäksi.

Tällä klassisella standardimenetelmällä on kuitenkin edelleen puutteita: palautusjäähdytyslaite vie suuren kokeellisen tilan, kuluttaa paljon vettä ja sähköä, käyttää paljon reagensseja, on hankalaa käyttää ja sitä on vaikea mitata nopeasti suurina määrinä.

Kaliumpermanganaattimenetelmä

COD mitataan käyttämällä kaliumpermanganaattia hapettimena, ja mitattua tulosta kutsutaan kaliumpermanganaatti-indeksiksi.

Spektrofotometria

Klassisen standardimenetelmän perusteella kaliumdikromaatti hapettaa orgaanista ainetta ja kuusiarvoinen kromi tuottaa kolmiarvoista kromia. Vesinäytteen COD-arvo määritetään määrittämällä suhde kuusiarvoisen kromin tai kolmiarvoisen kromin absorbanssiarvon ja vesinäytteen COD-arvon välille. Edellä mainittua periaatetta käyttäen edustavimmat menetelmät ulkomailla ovat EPA. Menetelmä 0410.4 "Automaattinen manuaalinen kolorimetria", ASTM: D1252-2000 "Menetelmä B kemiallisen hapenkulutuksen määrittämiseksi vesisuljetulla mädätysspektrofotometrialla" ja ISO15705-2002 "Pienten suljettujen putkien menetelmä veden laadun kemiallisen hapenkulutuksen (COD) määrittämiseksi". Maani yhtenäinen menetelmä on valtion ympäristönsuojeluhallinnon "Rapid Closed Catalytic Digest Method (mukaan lukien spektrofotometria)".

Nopea ruoansulatusmenetelmä

Klassinen standardimenetelmä on 2h palautusjäähdytysmenetelmä. Analyysinopeuden lisäämiseksi ihmiset ovat ehdottaneet erilaisia nopeita analyysimenetelmiä. On olemassa kaksi päämenetelmää: yksi on lisätä hapettimen pitoisuutta ruuansulatusreaktiojärjestelmässä, lisätä rikkihapon happamuutta, lisätä reaktiolämpötilaa ja lisätä katalyyttiä reaktionopeuden lisäämiseksi. Kotimaista menetelmää edustavat GB / T14420-1993 "Kattilaveden ja jäähdytysveden kemiallisen hapenkulutuksen määrityksen analyysi, kaliumdikromaatin nopea menetelmä" ja valtion ympäristönsuojeluhallinnon suosittelemat yhtenäiset menetelmät "Kulometrinen menetelmä" ja "Nopea suljettu katalyyttinen mädätysmenetelmä (mukaan lukien fotometrinen menetelmä)". Vierasta menetelmää edustaa saksalainen standardimenetelmä DIN38049 T.43 "Nopea menetelmä veden kemiallisen hapenkulutuksen määrittämiseksi".

Klassiseen standardimenetelmään verrattuna yllä oleva menetelmä nostaa mädätysjärjestelmän rikkihappohapon happamuutta arvosta 9,0 mg/l arvoon 10,2 mg/l, reaktiolämpötilaa 150 °C:sta 165 °C:seen ja sulatusaikaa 2 tunnista 10min~15min:iin. Toinen on muuttaa perinteistä ruuansulatusmenetelmää kuumentamalla lämpösäteilyllä ja käyttää mikroaaltomädätystekniikkaa ruoansulatusreaktion nopeuden parantamiseksi. Mikroaaltouunien laajan valikoiman ja erilaisten tehojen vuoksi on vaikea testata yhtenäistä tehoa ja aikaa parhaan ruoansulatusvaikutuksen saavuttamiseksi. Mikroaaltouunien hinta on myös erittäin korkea, ja yhtenäistä standardimenetelmää on vaikea muotoilla.

Lianhua Technology kehitti vuonna 1982 nopean mädätysspektrofotometrisen menetelmän kemialliselle hapenkulutukselle (COD), jolla saavutettiin COD: n nopea määrittäminen jätevedestä menetelmällä "10 minuutin pilkkominen, 20 minuutin arvo". Vuonna 1992 tämä tutkimus- ja kehitystulos sisällytettiin amerikkalaiseen "CHEMICAL ABSTRACTS" -julkaisuun uutena panoksena maailman kemian alalle. Tästä menetelmästä tuli Kiinan kansantasavallan ympäristönsuojeluteollisuuden testausstandardi vuonna 2007 (HJ / T399-2007). Tämä menetelmä saavutti onnistuneesti tarkan COD-arvon 20 minuutissa. Se on helppokäyttöinen, kätevä ja nopea, vaatii pienen määrän reagensseja, vähentää huomattavasti kokeessa syntyvää pilaantumista ja vähentää erilaisia kustannuksia. Tämän menetelmän periaate on sulattaa Lianhua Technologyn COD-reagenssilla lisätty vesinäyte 165 asteessa 10 minuutin ajan aallonpituudella 420 tai 610 nm, jäähdyttää sitä sitten 2 minuuttia ja lisätä sitten 2,5 ml tislattua vettä. COD-tulos voidaan saada käyttämällä Lianhua Technologyn COD-pikamäärityslaitetta.