Connaissance de la demande chimique en oxygène

Connaissance de la demande chimique en oxygène

1. Définition de la DCO.

La DCO (demande chimique en oxygène) est la quantité d’oxydant consommée lorsqu’un échantillon d’eau est traité avec un certain oxydant fort dans certaines conditions. Il s’agit d’un indicateur de la quantité de substances réductrices dans l’eau. Les substances réductrices dans l’eau comprennent diverses substances organiques, nitrites, sulfures, sels ferreux, etc., mais les principales sont des substances organiques. Par conséquent, la demande chimique en oxygène (DCO) est souvent utilisée comme indicateur pour mesurer la quantité de substances organiques dans l’eau. Plus la demande chimique en oxygène est importante, plus la pollution de l’eau par les substances organiques est grave. La détermination de la demande chimique en oxygène (DCO) varie en fonction de la détermination des substances réductrices dans les échantillons d’eau et de la méthode de détermination. Les méthodes les plus couramment utilisées sont la méthode d’oxydation au permanganate de potassium acide (KMnO4) et la méthode d’oxydation au dichromate de potassium (K2Cr2O7). La méthode d’oxydation au permanganate de potassium a un faible taux d’oxydation, mais elle est relativement simple et peut être utilisée pour déterminer la valeur de comparaison relative de la teneur en matière organique dans les échantillons d’eau. La méthode d’oxydation au dichromate de potassium a un taux d’oxydation élevé et une bonne reproductibilité, et convient pour déterminer la quantité totale de matière organique dans les échantillons d’eau. Les matières organiques sont très nocives pour les systèmes d’eau industriels. À proprement parler, la demande chimique en oxygène comprend également les substances réductrices inorganiques dans l’eau. Habituellement, comme la quantité de matière organique dans les eaux usées est beaucoup plus importante que la quantité de matière inorganique, la demande chimique en oxygène est généralement utilisée pour représenter la quantité totale de matière organique dans les eaux usées. Dans les conditions de mesure, la matière organique sans azote dans l’eau est facilement oxydée par le permanganate de potassium, tandis que la matière organique contenant de l’azote est plus difficile à décomposer. Par conséquent, la demande en oxygène convient pour déterminer l’eau naturelle ou les eaux usées générales contenant de la matière organique facilement oxydée, tandis que les eaux usées industrielles organiques avec des composants plus complexes sont souvent mesurées pour la demande chimique en oxygène.

L’eau contenant une grande quantité de matière organique contaminera les résines échangeuses d’ions lors du passage dans le système de dessalement, en particulier les résines échangeuses d’anions, ce qui réduira la capacité d’échange de la résine. La matière organique peut être réduite d’environ 50 % après le prétraitement (coagulation, clarification et filtration), mais elle ne peut pas être éliminée dans le système de dessalement, elle est donc souvent amenée dans la chaudière par l’eau d’alimentation pour réduire la valeur du pH de l’eau de la chaudière. Parfois, de la matière organique peut également être introduite dans le système de vapeur et condenser, ce qui entraîne une diminution du pH et une corrosion du système. Une teneur élevée en matière organique dans le système d’eau en circulation favorisera la reproduction microbienne. Par conséquent, que ce soit pour le dessalement, l’eau de chaudière ou le système d’eau de circulation, plus la DCO est basse, mieux c’est, mais il n’y a pas d’indice limite unifié. Lorsque la DCO (méthode KMnO4) est supérieure à 5 mg/L dans le système d’eau de refroidissement en circulation, la qualité de l’eau a commencé à se détériorer.

Dans la norme pour l’eau potable, la demande chimique en oxygène (DCO) de l’eau de classe I et de classe II est de ≤15 mg/L, la demande chimique en oxygène (DCO) de l’eau de classe III est de ≤20 mg/L, la demande chimique en oxygène (DCO) de l’eau de classe IV est de ≤30 mg/L et la demande chimique en oxygène (DCO) de l’eau de classe V est de ≤40 mg/L. Plus la valeur DCO est élevée, plus la pollution du plan d’eau est grave.

2. Comment la DCO est-elle produite ?

La DCO (demande chimique en oxygène) est principalement dérivée de substances présentes dans l’échantillon d’eau qui peuvent être oxydées par des oxydants forts, en particulier la matière organique. Ces substances organiques sont largement présentes dans les eaux usées et les eaux polluées, y compris, mais sans s’y limiter, les sucres, les huiles et les graisses, l’azote ammoniacal, etc. L’oxydation de ces substances consomme l’oxygène dissous dans l’eau, augmentant ainsi la demande chimique en oxygène. Spécifiquement:

1. Les substances sucrées : telles que le glucose, le fructose, etc., se trouvent couramment dans les eaux usées de l’industrie agroalimentaire et de l’industrie biopharmaceutique, et elles augmenteront la teneur en DCO.

2. Huiles et graisses : Les eaux usées contenant des huiles et des graisses rejetées lors de la production industrielle entraîneront également une augmentation de la concentration de DCO.

3. Azote ammoniacal : Bien qu’elle n’affecte pas directement la détermination de la DCO, l’oxydation de l’azote ammoniac consommera également de l’oxygène pendant le traitement des eaux usées, affectant indirectement la valeur DCO.

De plus, il existe de nombreux types de substances qui peuvent produire de la DCO dans les eaux usées, notamment les matières organiques biodégradables, les polluants organiques industriels, les substances inorganiques réductrices, certaines matières organiques difficiles à biodégrader et les métabolites microbiens. L’oxydation de ces substances consomme l’oxygène dissous dans l’eau, ce qui entraîne la génération de DCO. Par conséquent, la demande chimique en oxygène est un indicateur important pour mesurer le degré de pollution de la matière organique et réduire la matière inorganique dans l’eau. Il reflète la quantité totale de substances dans l’eau qui peuvent être oxydées et décomposées par des oxydants (généralement du dichromate de potassium ou du permanganate de potassium) dans certaines conditions, c’est-à-dire le degré auquel ces substances consomment de l’oxygène.

1. Matière organique : La matière organique est l’une des principales sources de DCO dans les eaux usées, y compris les matières organiques biodégradables telles que les protéines, les glucides et les graisses. Ces matières organiques peuvent être décomposées en dioxyde de carbone et en eau sous l’action de micro-organismes.

2. Substances phénoliques : Les composés phénoliques sont souvent utilisés comme polluants dans les eaux usées de certains processus industriels. Ils peuvent avoir un impact sérieux sur l’environnement aquatique et augmenter la teneur en DCO.

3. Substances alcoolisées : Les composés alcooliques, tels que l’éthanol et le méthanol, sont également des sources courantes de DCO dans certaines eaux usées industrielles.

4. Substances sucrées : Les composés du sucre, tels que le glucose, le fructose, etc., sont des composants courants dans les eaux usées de certaines industries de transformation des aliments et des industries biopharmaceutiques, et ils augmenteront également la teneur en DCO.

5. Graisse et graisse : La graisse et les eaux usées contenant de la graisse rejetées lors de la production industrielle entraîneront également une augmentation de la concentration de DCO.

6. Azote ammoniacal : Bien que l’azote ammoniacal n’affecte pas directement la détermination de la DCO, l’oxydation de l’azote ammoniac consommera également de l’oxygène pendant le processus de traitement des eaux usées, affectant indirectement la valeur DCO.

De plus, il convient de noter que la DCO réagit non seulement à la matière organique de l’eau, mais représente également des substances inorganiques aux propriétés réductrices dans l’eau, telles que le sulfure, les ions ferreux, le sulfite de sodium, etc. Par conséquent, lors du traitement des eaux usées, il est nécessaire d’examiner de manière exhaustive la contribution de divers polluants à la DCO et de prendre des mesures de traitement appropriées pour réduire la valeur de la DCO.

La matière organique est la principale source de DCO. Il s’agit de diverses matières organiques, de matières en suspension et de substances difficiles à décomposer dans les eaux usées. La teneur élevée en DCO des eaux usées constituera une grande menace pour l’environnement aquatique. Le traitement et la surveillance de la DCO sont l’une des mesures importantes pour prévenir et contrôler la pollution. Par conséquent, la détermination de la DCO est l’une des méthodes d’essai couramment utilisées dans le traitement des eaux usées et la surveillance de l’environnement.

La détermination de la DCO est un processus facile à utiliser avec une sensibilité analytique élevée. La détermination de la DCO peut être complétée par l’observation directe du changement de couleur de l’échantillon ou du courant ou d’autres signaux après que le réactif chimique a été titré pour générer des produits d’oxydation. Lorsque la valeur DCO dépasse la norme, il est nécessaire d’effectuer un traitement correspondant pour éviter la pollution de l’environnement. En bref, la compréhension de la signification de la DCO joue un rôle essentiel dans la protection de l’environnement aquatique et le contrôle de la pollution.

 

3. L’impact d’une DCO élevée.

‌La DCO (demande chimique en oxygène) est un indicateur important pour mesurer le degré de pollution organique des masses d’eau. Une teneur excessive aura un impact sérieux sur la qualité de l’eau de la rivière.‌

La mesure de la DCO est basée sur la quantité d’oxydant consommée lorsque les substances réductrices (principalement des matières organiques) sont oxydées et décomposées dans 1 litre d’eau dans certaines conditions. Ces substances réductrices consomment une grande quantité d’oxygène dissous au cours du processus de décomposition, ce qui entraîne un manque d’oxygène chez les organismes aquatiques, ce qui affecte leur croissance normale et leur survie, et peut causer un grand nombre de décès dans les cas graves. De plus, la réduction de l’oxygène dissous accélérera la détérioration de la qualité de l’eau, favorisera la corruption et la décomposition de la matière organique et produira des substances plus toxiques et nocives, telles que l’azote ammoniacal, qui causeront plus de dommages aux organismes aquatiques et à la qualité de l’eau. L’exposition à long terme à des eaux usées contenant de fortes concentrations de matière organique peut également causer de graves dommages à la santé humaine, tels que des maladies gastro-intestinales, des maladies de la peau, etc. Par conséquent, l’excès de DCO constitue non seulement une menace pour les organismes aquatiques, mais aussi un risque potentiel pour la santé humaine.

Afin de protéger l’eau, l’environnement et la santé humaine, des mesures efficaces doivent être prises pour prévenir et contrôler l’excès de DCO. Cela comprend la réduction des rejets de matières organiques dans les activités industrielles et agricoles, ainsi que le renforcement du traitement et de la surveillance des eaux usées afin de s’assurer que la qualité de l’eau rejetée répond aux normes, maintenant ainsi un bon environnement écologique de l’eau.

La DCO est un indicateur de la teneur en matière organique de l’eau. Plus la DCO est élevée, plus le plan d’eau est gravement pollué par les matières organiques. Lorsque des matières organiques toxiques pénètrent dans le plan d’eau, elles nuisent non seulement aux organismes présents dans le plan d’eau tels que les poissons, mais peuvent également être enrichies dans la chaîne alimentaire et pénétrer dans le corps humain, provoquant une intoxication chronique. .

La DCO a un grand impact sur la qualité de l’eau et l’environnement écologique. Une fois que des polluants organiques à forte teneur en DCO pénètrent dans les rivières, les lacs et les réservoirs, s’ils ne sont pas traités à temps, de nombreuses matières organiques peuvent être adsorbées par le sol au fond de l’eau et s’accumuler pendant de nombreuses années. Ces organismes causeront des dommages à divers organismes dans l’eau et peuvent continuer à être toxiques pendant plusieurs années. Cet effet toxique a deux effets :

D’une part, il provoquera la mort d’un grand nombre d’organismes aquatiques, détruira l’équilibre écologique du plan d’eau, et même détruira directement l’ensemble de l’écosystème fluvial.

D’autre part, les toxines s’accumulent lentement dans les organismes aquatiques tels que les poissons et les crevettes. Une fois que les humains consomment ces organismes aquatiques toxiques, les toxines pénètrent dans le corps humain et s’accumulent pendant de nombreuses années, entraînant des conséquences graves imprévisibles telles que le cancer, les malformations et les mutations génétiques. De la même manière, si les gens utilisent de l’eau polluée pour l’irrigation, les cultures seront également affectées et les gens inhaleront également une grande quantité de substances nocives en mangeant.

Lorsque la DCO est très élevée, elle entraîne une détérioration de la qualité naturelle de l’eau. La raison en est que l’auto-épuration de l’eau nécessite la dégradation de ces matières organiques. La dégradation de la DCO nécessite nécessairement une consommation d’oxygène, et la capacité de réoxygénation dans l’eau ne répond pas aux besoins. L’OD tombera directement à 0 et deviendra anaérobie. À l’état anaérobie, il continuera à se décomposer (traitement anaérobie des micro-organismes) et l’eau deviendra noire et malodorante (les micro-organismes anaérobies ont l’air très noirs et contiennent du sulfure d’hydrogène).

 

4. Méthodes de traitement de la DCO

Le premier point

Méthode physique : Il utilise l’action physique pour séparer les matières en suspension ou la turbidité dans les eaux usées, ce qui peut éliminer la DCO dans les eaux usées. Les méthodes courantes comprennent le prétraitement des eaux usées à travers des bassins de sédimentation, des grilles de filtration, des filtres, des bacs à graisse, des séparateurs huile-eau, etc., pour éliminer simplement la DCO des particules dans les eaux usées.

Deuxième point

Méthode chimique : Il utilise des réactions chimiques pour éliminer les substances dissoutes ou les substances colloïdales dans les eaux usées, et peut éliminer la DCO dans les eaux usées. Les méthodes courantes comprennent la neutralisation, la précipitation, l’oxydation-réduction, l’oxydation catalytique, l’oxydation photocatalytique, la micro-électrolyse, la floculation électrolytique, l’incinération, etc.

Troisième point

Méthode physico-chimique : Il utilise des réactions physiques et chimiques pour éliminer les substances dissoutes ou les substances colloïdales dans les eaux usées. Il peut éliminer la DCO dans les eaux usées. Les méthodes courantes comprennent la grille, la filtration, la centrifugation, la clarification, la filtration, la séparation de l’huile, etc.

Quatrième point

Méthode de traitement biologique : Il utilise le métabolisme microbien pour convertir les polluants organiques et les nutriments microbiens inorganiques dans les eaux usées en substances stables et inoffensives. Les méthodes courantes comprennent la méthode des boues activées, la méthode du biofilm, la méthode de digestion biologique anaérobie, le traitement des étangs de stabilisation et des zones humides, etc.

5. Méthode d’analyse DCO.

Méthode au dichromate

La méthode standard de détermination de la demande chimique en oxygène est représentée par la norme chinoise GB 11914 « Détermination de la demande chimique en oxygène de la qualité de l’eau par la méthode du bichromate » et la norme internationale ISO6060 « Détermination de la demande chimique en oxygène de la qualité de l’eau ». Cette méthode a un taux d’oxydation élevé, une bonne reproductibilité, une précision et une fiabilité, et est devenue une méthode standard classique généralement reconnue par la communauté internationale.

Le principe de détermination est le suivant : dans le milieu acide sulfurique, le dichromate de potassium est utilisé comme oxydant, le sulfate d’argent est utilisé comme catalyseur et le sulfate mercurique est utilisé comme agent masquant pour les ions chlorure. L’acidité de l’acide sulfurique du liquide de réaction de digestion est de 9 mol/L. Le liquide de réaction de digestion est chauffé à ébullition et la température du point d’ébullition de 148°C±2°C est la température de digestion. La réaction est refroidie par de l’eau et refluxée pendant 2h. Une fois que le liquide de digestion est refroidi naturellement, il est dilué à environ 140 ml avec de l’eau. Le ferrochlore est utilisé comme indicateur, et le dichromate de potassium restant est titré avec une solution de sulfate ferreux d’ammonium. La valeur DCO de l’échantillon d’eau est calculée sur la base de la consommation de solution de sulfate ferreux d’ammonium. L’oxydant utilisé est le dichromate de potassium, et l’agent oxydant est le chrome hexavalent, on l’appelle donc la méthode du dichromate.

Cependant, cette méthode standard classique présente encore des lacunes : le dispositif de reflux occupe un grand espace expérimental, consomme beaucoup d’eau et d’électricité, utilise une grande quantité de réactifs, est peu pratique à utiliser et est difficile à mesurer rapidement en grande quantité.

Méthode au permanganate de potassium

La DCO est mesurée à l’aide de permanganate de potassium comme oxydant, et le résultat mesuré est appelé indice de permanganate de potassium.

Spectrophotométrie

Sur la base de la méthode standard classique, le dichromate de potassium oxyde la matière organique et le chrome hexavalent génère le chrome trivalent. La valeur DCO de l’échantillon d’eau est déterminée en établissant une relation entre la valeur d’absorbance du chrome hexavalent ou du chrome trivalent et la valeur DCO de l’échantillon d’eau. En utilisant le principe ci-dessus, les méthodes les plus représentatives à l’étranger sont l’EPA. Méthode 0410.4 « Colorimétrie manuelle automatique », ASTM : D1252-2000 « Méthode B pour la détermination de la demande chimique en oxygène de la spectrophotométrie de digestion scellée » et ISO15705-2002 « Méthode des petits tubes scellés pour la détermination de la demande chimique en oxygène (DCO) de la qualité de l’eau ». La méthode unifiée de mon pays est la « Méthode de digestion catalytique scellée rapide (y compris la spectrophotométrie) » de l’Administration nationale de la protection de l’environnement.

Méthode de digestion rapide

La méthode standard classique est la méthode de reflux de 2h. Afin d’augmenter la vitesse d’analyse, les gens ont proposé diverses méthodes d’analyse rapide. Il existe deux méthodes principales : l’une consiste à augmenter la concentration de l’oxydant dans le système de réaction de digestion, à augmenter l’acidité de l’acide sulfurique, à augmenter la température de réaction et à augmenter le catalyseur pour augmenter la vitesse de réaction. La méthode domestique est représentée par le document GB/T14420-1993 « Analyse de l’eau de chaudière et de l’eau de refroidissement Détermination de la demande chimique en oxygène Méthode rapide du dichromate de potassium » et les méthodes unifiées recommandées par l’Administration de la protection de l’environnement de l’État « Méthode coulométrique » et « Méthode de digestion catalytique fermée rapide (y compris la méthode photométrique) ». La méthode étrangère est représentée par la méthode standard allemande DIN38049 T.43 « Méthode rapide pour la détermination de la demande chimique en oxygène de l’eau ».

Par rapport à la méthode standard classique, la méthode ci-dessus augmente l’acidité de l’acide sulfurique du système de digestion de 9,0 mg / L à 10,2 mg / L, la température de réaction de 150 °C à 165 °C et le temps de digestion de 2h à 10min ~ 15min. La seconde consiste à changer la méthode traditionnelle de digestion en chauffant avec un rayonnement thermique et à utiliser la technologie de digestion par micro-ondes pour améliorer la vitesse de réaction de la digestion. En raison de la grande variété de fours à micro-ondes et de différentes puissances, il est difficile de tester la puissance et le temps unifiés afin d’obtenir le meilleur effet de digestion. Le prix des fours à micro-ondes est également très élevé et il est difficile de formuler une méthode standard unifiée.

Lianhua Technology a développé une méthode spectrophotométrique à digestion rapide pour la demande chimique en oxygène (DCO) en 1982, qui a permis de déterminer rapidement la DCO dans les eaux usées avec la méthode de « 10 minutes de digestion, valeur de 20 minutes ». En 1992, ce résultat de recherche et développement a été inclus dans le « CHEMICAL ABSTRACTS » américain en tant que nouvelle contribution au domaine chimique mondial. Cette méthode est devenue la norme d’essai de l’industrie de la protection de l’environnement de la République populaire de Chine en 2007 (HJ/T399-2007). Cette méthode a permis d’obtenir une valeur COD précise en 20 minutes. Il est simple à utiliser, pratique et rapide, nécessite une petite quantité de réactifs, réduit considérablement la pollution générée par l’expérience et réduit divers coûts. Le principe de cette méthode est de digérer l’échantillon d’eau ajouté avec le réactif COD de Lianhua Technology à 165 degrés pendant 10 minutes à une longueur d’onde de 420 ou 610 nm, puis de le refroidir pendant 2 minutes, puis d’ajouter 2,5 ml d’eau distillée. Le résultat COD peut être obtenu à l’aide de l’instrument de détermination rapide COD de Lianhua Technology.