connaissance de la demande en oxygène chimique

connaissance de la demande en oxygène chimique

1. définition du cabillaud.

La DCO (Demande Chimique en Oxigène) est la quantité d'oxydant consommée lorsque l'échantillon d'eau est traité avec un oxydant fort sous certaines conditions. C'est un indicateur de la quantité de substances réductrices présentes dans l'eau. Les substances réductrices dans l'eau incluent diverses substances organiques, les nitrites, les sulfures, les sels ferreux, etc., mais les principales sont les substances organiques. Par conséquent, la demande chimique en oxygène (DCO) est souvent utilisée comme indicateur pour mesurer la quantité de matières organiques dans l'eau. Plus la demande chimique en oxygène est élevée, 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 (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 est relativement simple et peut être utilisée lorsqu'il s'agit de déterminer la valeur comparative relative du contenu 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 est appropriée pour déterminer la quantité totale de matière organique dans les échantillons d'eau. Les matières organiques sont très nocives pour les systèmes d'eau industrielle. Stricto sensu, la demande chimique en oxygène inclut également les substances réductrices inorganiques présentes dans l'eau. Habituellement, étant donné que la quantité de matières organiques dans les eaux usées est beaucoup plus grande que celle des matières inorganiques, la demande chimique en oxygène est généralement utilisée pour représenter la quantité totale de matières organiques dans les eaux usées. Sous les conditions de mesure, les matières organiques sans azote dans l'eau sont facilement oxydées par le permanganate de potassium, tandis que les matières organiques contenant de l'azote sont plus difficiles à décomposer. Par conséquent, la demande en oxygène est adaptée pour déterminer l'eau naturelle ou les eaux usées générales contenant des matières organiques facilement oxydables, tandis que les eaux usées industrielles organiques ayant des composants plus complexes sont souvent mesurées pour leur demande chimique en oxygène.

L'eau contenant une grande quantité de matière organique contaminera les résines d'échange ionique lorsqu'elle passera par le système de désalinisation, en particulier les résines d'échange anionique, 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 désalinisation, donc elle est souvent apportée dans la chaudière via l'eau de alimentation, réduisant ainsi la valeur du pH de l'eau de chaudière. Parfois, la matière organique peut également pénétrer dans le système de vapeur et de condensat, entraînant une diminution du pH et causant une corrosion du système. Une teneur élevée en matières organiques dans le système d'eau circulante favorisera la prolifération des micro-organismes. Par conséquent, que ce soit pour la désalinisation, l'eau de chaudière ou le système d'eau circulante, plus le COD est bas, mieux c'est, mais il n'existe pas d'indice limite unifié. Lorsque le COD (méthode au KMnO4) est supérieur à 5 mg/L dans le système d'eau de refroidissement circulant, la qualité de l'eau a commencé à se détériorer.

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

2. Comment la DCO se forme-t-elle ?

La DCO (demande chimique en oxygène) provient principalement des substances 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 graisses, l'ammoniac azoté, etc. L'oxydation de ces substances consomme l'oxygène dissous dans l'eau, augmentant ainsi la demande chimique en oxygène. Spécifiquement :

1. Substances sucrées : telles que le glucose, le fructose, etc., sont couramment présentes dans les eaux usées de l'industrie agroalimentaire et de l'industrie biopharmaceutique, et elles augmentent le contenu en DCO.

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

3. Azote ammoniaque : Bien qu'il n'affecte pas directement la détermination de la DCO, l'oxydation de l'azote ammoniaque consomme également de l'oxygène pendant le traitement des eaux usées, influençant indirectement la valeur de la DCO.

De plus, il existe de nombreux types de substances capables de produire une DCO dans les eaux usées, y compris 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 production de DCO. Par conséquent, la demande chimique en oxygène est un indicateur important pour mesurer le degré de pollution des matières organiques et des substances inorganiques réductrices dans l'eau. Elle reflète la quantité totale de substances dans l'eau qui peuvent être oxydées et décomposées par des oxydants (généralement le dichromate de potassium ou le permanganate de potassium) sous certaines conditions, c'est-à-dire le degré auquel ces substances consomment 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 des micro-organismes.

2. Substances phénoliques : Les composés phénoliques sont souvent utilisés comme polluants dans les eaux usées dans certains procédés industriels. Ils peuvent avoir un impact grave sur l'environnement aquatique et augmenter le contenu en DCO.

3. Substances alcooliques : 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 sucrés, tels que le glucose et le fructose, sont des composants communs dans les eaux usées de certaines industries de transformation alimentaire et biopharmaceutiques, et ils augmenteront également le contenu en DCO.

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

6. Azote ammoniaque : Bien que l'azote ammoniaque n'affecte pas directement la détermination du DCO, l'oxydation de l'azote ammoniaque consomme également de l'oxygène pendant le processus de traitement des eaux usées, affectant indirectement la valeur du DCO.

De plus, il est important de noter que le DCO réagit non seulement aux matières organiques présentes dans l'eau, mais représente également des substances inorganiques ayant des propriétés réductrices dans l'eau, telles que les sulfures, les ions ferreux, le sulfite de sodium, etc. Par conséquent, lors du traitement des eaux usées, il est nécessaire de prendre en compte de manière globale la contribution de divers polluants au DCO et d'adopter des mesures de traitement appropriées pour réduire la valeur du DCO.

La matière organique est la principale source de DCO. Elle inclut diverses matières organiques, matières en suspension et substances difficiles à dégrader dans les eaux usées. Un taux élevé de DCO dans les eaux usées représente une grande menace pour l'environnement aquatique. Le traitement et le suivi 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'analyse couramment utilisées dans le traitement des eaux usées et la surveillance environnementale.

La détermination de la DCO est un processus facile à manipuler avec une sensibilité analytique élevée. La détermination de la DCO peut être réalisée en observant directement le changement de couleur de l'échantillon ou le courant ou d'autres signaux après que l'agent chimique ait été titré pour produire des produits d'oxydation. Lorsque la valeur de la DCO dépasse la norme, il est nécessaire de procéder au traitement approprié pour éviter la pollution de l'environnement. En résumé, comprendre ce que signifie la DCO joue un rôle vital dans la protection de l'environnement aquatique et la mise en œuvre du contrôle de la pollution.

3. L'impact d'un COD élevé.

‌Le COD (demande chimique en oxygène) est un indicateur important pour mesurer le degré de pollution organique dans les masses d'eau. Un contenu excessif aura un impact sérieux sur la qualité de l'eau des rivières.‌

La mesure du DCO est basée sur la quantité d'oxydant consommée lorsque les substances réductrices (principalement la matière organique) sont oxydées et décomposées dans 1 litre d'eau sous certaines conditions. Ces substances réductrices consommeront une grande quantité d'oxygène dissous pendant le processus de décomposition, provoquant un manque d'oxygène chez les organismes aquatiques, ce qui affecte à son tour leur croissance et leur survie normales, et peut entraîner de nombreuses morts en cas de situations sévères. 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 davantage de substances toxiques et nocives, comme l'ammoniac azoté, causant ainsi des dommages plus importants pour les organismes aquatiques et la qualité de l'eau. Une exposition prolongée aux eaux usées contenant des concentrations élevées de matières organiques peut également causer des préjudices graves pour la santé humaine, comme provoquer des maladies gastro-intestinales, des affections cutanées, etc. Par conséquent, un DCO excessif menace non seulement les organismes aquatiques, mais représente également un risque potentiel pour la santé humaine.

Afin de protéger l'environnement aquatique et la santé humaine, des mesures efficaces doivent être prises pour prévenir et contrôler le COD excessif. Cela inclut la réduction de l'émission de matières organiques dans les activités industrielles et agricoles, ainsi que le renforcement du traitement et de la surveillance des eaux usées pour s'assurer que la qualité de l'eau rejetée respecte les normes, permettant ainsi de maintenir un bon écosystème aquatique.

Le COD est un indicateur du contenu en matières organiques dans l'eau. Plus le COD est élevé, plus le corps d'eau est pollué par les matières organiques. Lorsque des substances organiques toxiques pénètrent dans le milieu aquatique, elles nuisent non seulement aux organismes vivant dans l'eau, comme les poissons, mais peuvent également s'accumuler dans la chaîne alimentaire et atteindre l'organisme humain, provoquant un empoisonnement chronique. .

Le COD a un impact considérable sur la qualité de l'eau et l'environnement écologique. Lorsque des polluants organiques avec un contenu en COD élevé pénètrent dans les rivières, les lacs et les réservoirs, s'ils ne sont pas traités à temps, de nombreuses matières organiques peuvent être absorbées par le sol au fond de l'eau et s'accumuler pendant de nombreuses années. Ces substances causeront des dommages aux divers organismes aquatiques et pourraient rester toxiques pendant plusieurs années. Cet effet toxique a deux conséquences :

D'une part, il entraînera la mort d'une grande quantité d'organismes aquatiques, détruira l'équilibre écologique du milieu aquatique, voire détruira directement tout le système écologique fluvial.

D'autre part, les toxines s'accumuleront lentement chez les organismes aquatiques tels que les poissons et les crevettes. Lorsque les humains consomment ces organismes aquatiques toxiques, les toxines pénètrent dans l'organisme 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 lors de la consommation.

Lorsque le DCO est très élevé, il provoque la dégradation de la qualité de l'eau naturelle. La raison en est que l'auto-épuration de l'eau nécessite la dégradation de ces matières organiques. La dégradation du DCO nécessite inévitablement une consommation d'oxygène, et la capacité de réoxygénation dans l'eau ne satisfait pas aux exigences. Le DO chutera directement à 0 et deviendra anaérobie. Dans un état anaérobie, il continuera à se décomposer (traitement anaérobie des micro-organismes), et l'eau deviendra noire et nausabonde (les micro-organismes anaérobies ont une couleur très noire et contiennent du gaz d'hydrogène sulfuré).

4. Méthodes de traitement du DCO

Premier point

Méthode physique : Elle utilise une action physique pour séparer les matières en suspension ou la turbidité dans les eaux usées, ce qui peut éliminer le DCO dans les eaux usées. Les méthodes courantes incluent le pré-traitement des eaux usées par des bassins de décantation, des grilles-filtres, des filtres, des pièges à graisse, des séparateurs eau-graisse, etc., pour retirer simplement le DCO des particules dans les eaux usées.

Deuxième point

Méthode chimique : Elle utilise des réactions chimiques pour éliminer les substances dissoutes ou colloïdales dans les eaux usées, et peut enlever le DCO dans les eaux usées. Les méthodes courantes incluent la neutralisation, la précipitation, l'oxydoréduction, l'oxydation catalytique, l'oxydation photocatalytique, l'électrolyse micro-électrolytique, la floculation électrolytique, l'incinération, etc.

Troisième point

Méthode physico-chimique : Elle utilise des réactions physico-chimiques pour éliminer les substances dissoutes ou colloïdales dans les eaux usées. Elle peut enlever le DCO dans les eaux usées. Les méthodes courantes incluent les grilles, la filtration, le centrifugage, la décantation, la filtration, la séparation d'huile, etc.

Quatrième point

Méthode de traitement biologique : Elle 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 incluent la méthode de boues activées, la méthode de biofilm, la digestion biologique anaérobie, les bassins de stabilisation et le traitement par zones humides, etc.

5. Méthode d'analyse du DCO.

Méthode dichromate

La méthode standard pour déterminer 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 dichromate » et la norme internationale ISO6060 « Détermination de la demande chimique en oxygène de la qualité de l'eau ». Cette méthode présente un taux d'oxydation élevé, une bonne reproductibilité, ainsi que précision et fiabilité, et est devenue une méthode standard classique largement reconnue par la communauté internationale.

Le principe de détermination est le suivant : dans un milieu acide sulfurique, le dichromate de potassium est utilisé comme oxydant, le sulfate d'argent comme catalyseur, et le sulfate de mercure comme masquant pour les ions chlorure. L'acidité du liquide de réaction lors de la digestion est de 9 mol/L en acide sulfurique. Le liquide de réaction est chauffé jusqu'à ébullition, et la température de digestion correspond au point d'ébullition à 148℃±2℃. La réaction est refroidie à l'eau et distillée en reflux pendant 2 heures. Après que le liquide de digestion se soit refroidi naturellement, il est dilué avec de l'eau jusqu'à environ 140 ml. Le chlorure de fer est utilisé comme indicateur, et le dichromate de potassium restant est titré avec une solution de sulfate de fer ammoniacal. La valeur de DBO (COD) de l'échantillon d'eau est calculée en fonction de la consommation de solution de sulfate de fer ammoniacal. L'oxydant utilisé est le dichromate de potassium, dont l'espèce oxydante est le chrome hexavalent, d'où le nom de méthode dichrométrique.

Cependant, cette méthode classique traditionnelle présente encore des lacunes : l'appareil de reflux occupe beaucoup d'espace expérimental, consomme une grande quantité d'eau et d'électricité, utilise une grande quantité de réactifs, est peu pratique à manipuler, et il est difficile de mesurer rapidement en grande quantité.

Méthode du permanganate de potassium

La DCO est mesurée en utilisant le permanganate de potassium comme oxydant, et le résultat mesuré est appelé indice de permanganate de potassium.

Spectrophotométrie

Basé sur la méthode standard classique, le dichromate de potassium oxyde la matière organique, et le chrome hexavalent génère du chrome trivalent. La valeur du DBO 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 du DBO de l'échantillon d'eau. En utilisant le principe ci-dessus, les méthodes les plus représentatives à l'étranger sont : EPA.Méthode 0410.4 "Photométrie manuelle automatique", ASTM : D1252-2000 "Méthode B pour la détermination de la demande en oxygène chimique de l'eau - spectrophotométrie avec digestion scellée" et ISO15705-2002 "Méthode des tubes scellés miniatures pour la détermination de la demande en oxygène chimique (DOC) de la qualité de l'eau". La méthode unifiée de notre pays est la "Méthode de digestion catalytique rapide sous scellage (incluant la spectrophotométrie)" de l'Administration de la protection de l'environnement.

Méthode de Digestion Rapide

La méthode standard classique est la méthode de reflux 2h. Afin d'augmenter la vitesse d'analyse, diverses méthodes d'analyse rapide ont été proposées. Il existe deux principales méthodes : 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 ajouter un catalyseur pour accélérer la réaction. La méthode domestique est représentée par la norme GB/T14420-1993 « Analyse de l'eau de chauffage et de l'eau de refroidissement - Détermination de la demande chimique en oxygène par la méthode rapide au dichromate de potassium » et les méthodes unifiées recommandées par l'Administration de la protection de l'environnement « Méthode coulométrique » et « Méthode rapide de digestion catalytique fermée (incluant la méthode photométrique) ». La méthode étrangère est représentée par la norme 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 en acide sulfurique du système de digestion de 9,0 mg/L à 10,2 mg/L, la température de réaction de 150℃ à 165℃, et le temps de digestion de 2h à 10min~15min. La deuxième consiste à modifier la méthode traditionnelle de digestion par chauffage avec rayonnement thermique, et à utiliser la technologie de digestion micro-ondes pour améliorer la vitesse de réaction de digestion. En raison de la grande variété de fours micro-ondes et de leurs puissances différentes, il est difficile de tester une puissance et un temps unifiés afin d'obtenir le meilleur effet de digestion. Le prix des fours micro-ondes est également très élevé, et il est difficile de formuler une méthode standard unifiée.

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