Poznavanje kemijske potrošnje kisika

Poznavanje kemijske potrošnje kisika

1. Definicija KPK-a.

KPK (kemijska potreba za kisikom) je količina oksidansa koja se potroši kada se uzorak vode tretira određenim jakim oksidansom pod određenim uvjetima. Pokazatelj je količine reducirajućih tvari u vodi. Reducirajuće tvari u vodi uključuju razne organske tvari, nitrite, sulfide, željezne soli itd., Ali glavne su organske tvari. Stoga se kemijska potrošnja kisika (KPK) često koristi kao pokazatelj za mjerenje količine organskih tvari u vodi. Što je veća kemijska potreba za kisikom, to je ozbiljnije onečišćenje vode organskim tvarima. Određivanje kemijske potrošnje kisika (KPK) varira ovisno o određivanju reducirajućih tvari u uzorcima vode i metodi određivanja. Najčešće korištene metode su metoda oksidacije kiselog kalijevog permanganata (KMnO4) i metoda oksidacije kalijevog dikromata (K2Cr2O7). Metoda oksidacije kalijevog permanganata ima nisku brzinu oksidacije, ali je relativno jednostavna i može se koristiti pri određivanju relativne usporedne vrijednosti organskog sadržaja u uzorcima vode. Metoda oksidacije kalijevog dikromata ima visoku brzinu oksidacije i dobru ponovljivost te je pogodna za određivanje ukupne količine organske tvari u uzorcima vode. Organska tvar je vrlo štetna za industrijske vodne sustave. Strogo govoreći, kemijska potreba za kisikom također uključuje anorganske redukcijske tvari u vodi. Obično, budući da je količina organske tvari u otpadnim vodama mnogo veća od količine anorganske tvari, kemijska potreba za kisikom općenito se koristi za predstavljanje ukupne količine organske tvari u otpadnim vodama. U uvjetima mjerenja, organska tvar bez dušika u vodi lako se oksidira kalijevim permanganatom, dok se organska tvar koja sadrži dušik teže razgrađuje. Stoga je potreba za kisikom prikladna za određivanje prirodne vode ili opće otpadne vode koja sadrži organsku tvar koja se lako oksidira, dok se organske industrijske otpadne vode sa složenijim komponentama često mjere za kemijsku potrebu za kisikom.

Voda koja sadrži veliku količinu organske tvari kontaminirat će smole za izmjenu iona prilikom prolaska kroz sustav desalinizacije, posebno smole za izmjenu aniona, što će smanjiti kapacitet izmjene smole. Organska tvar može se smanjiti za oko 50% nakon prethodne obrade (koagulacija, bistrenje i filtracija), ali se ne može ukloniti u sustavu desalinizacije, pa se često unosi u kotao kroz napojnu vodu kako bi se smanjila pH vrijednost kotlovske vode. Ponekad se organska tvar također može unijeti u parni sustav i kondenzirati, uzrokujući smanjenje pH i koroziju sustava. Visok sadržaj organske tvari u sustavu cirkulirajuće vode potaknut će reprodukciju mikroba. Stoga, bilo da se radi o desalinizaciji, kotlovskoj vodi ili sustavu cirkulacijske vode, što je niži KPK, to bolje, ali ne postoji jedinstveni granični indeks. Kada je KPK (KMnO4 metoda) veći od 5 mg/L u sustavu cirkulirajuće rashladne vode, kvaliteta vode počela se pogoršavati.

U standardu za pitku vodu, kemijska potrošnja kisika (KPK) vode klase I i klase II iznosi ≤15 mg/L, kemijska potrošnja kisika (KPK) vode klase III je ≤20 mg/L, kemijska potrošnja kisika (KPK) vode klase IV je ≤30 mg/L, a kemijska potrošnja kisika (KPK) vode klase V je ≤40 mg/L. Što je veća vrijednost KPK-a, to je ozbiljnije onečišćenje vodnog tijela.

2. Kako se proizvodi KPK?

KPK (kemijska potreba za kisikom) uglavnom se dobiva iz tvari u uzorku vode koje se mogu oksidirati jakim oksidansima, posebno organskim tvarima. Te su organske tvari široko prisutne u otpadnim vodama i zagađenoj vodi, uključujući, ali ne ograničavajući se na šećere, ulja i masti, amonijačni dušik itd. Oksidacijom ovih tvari troši se otopljeni kisik u vodi, čime se povećava kemijska potreba za kisikom. Posebno:

1. Šećerne tvari: kao što su glukoza, fruktoza itd., Obično se nalaze u otpadnim vodama iz prehrambene industrije i biofarmaceutske industrije, a povećat će sadržaj KPK-a.

2. Ulja i masti: Otpadne vode koje sadrže ulja i masti ispuštene tijekom industrijske proizvodnje također će dovesti do povećanja koncentracije KPK-a.

3. Amonijak dušik: Iako ne utječe izravno na određivanje KPK-a, oksidacija amonijačnog dušika također će trošiti kisik tijekom pročišćavanja otpadnih voda, neizravno utječući na vrijednost KPK.

Osim toga, postoje mnoge vrste tvari koje mogu proizvesti KPK u kanalizaciji, uključujući biorazgradive organske tvari, industrijske organske zagađivače, reducirajuće anorganske tvari, neke organske tvari koje je teško biorazgraditi i mikrobne metabolite. Oksidacijom ovih tvari troši se otopljeni kisik u vodi, što rezultira stvaranjem KPK-a. Stoga je kemijska potreba za kisikom važan pokazatelj za mjerenje stupnja onečišćenja organske tvari i smanjenje anorganske tvari u vodi. Odražava ukupnu količinu tvari u vodi koje se mogu oksidirati i razgraditi oksidansima (obično kalijevim dikromatom ili kalijevim permanganatom) pod određenim uvjetima, odnosno stupnjem do kojeg te tvari troše kisik.

1. Organska tvar: Organska tvar jedan je od glavnih izvora KPK u kanalizaciji, uključujući biorazgradive organske tvari kao što su proteini, ugljikohidrati i masti. Ove organske tvari mogu se razgraditi na ugljični dioksid i vodu pod djelovanjem mikroorganizama.

2. Fenolne tvari: Fenolni spojevi često se koriste kao zagađivači u otpadnim vodama u nekim industrijskim procesima. Mogu imati ozbiljan utjecaj na vodeni okoliš i povećati sadržaj KPK-a.

3. Alkoholne tvari: Alkoholni spojevi, poput etanola i metanola, također su uobičajeni izvori KPK u nekim industrijskim otpadnim vodama.

4. Šećerne tvari: Šećerni spojevi, kao što su glukoza, fruktoza itd., uobičajene su komponente u otpadnim vodama iz nekih prehrambenih industrija i biofarmaceutske industrije, a također će povećati sadržaj KPK-a.

5. Masnoća i mast: Otpadne vode koje sadrže mast i masti koje se ispuštaju tijekom industrijske proizvodnje također će dovesti do povećanja koncentracije KPK-a.

6. Amonijak dušik: Iako amonijak dušik ne utječe izravno na određivanje KPK-a, oksidacija amonijačnog dušika također će trošiti kisik tijekom procesa pročišćavanja otpadnih voda, neizravno utječući na vrijednost KPK.

Osim toga, vrijedi napomenuti da KPK ne samo da reagira na organsku tvar u vodi, već predstavlja i anorganske tvari s redukcijskim svojstvima u vodi, kao što su sulfid, željezni ioni, natrijev sulfit itd. Stoga je prilikom pročišćavanja kanalizacije potrebno sveobuhvatno razmotriti doprinos različitih onečišćujućih tvari KPK i poduzeti odgovarajuće mjere pročišćavanja kako bi se smanjila vrijednost KPK-a.

Organska tvar je glavni izvor KPK-a. Uključuju razne organske tvari, suspendirane tvari i tvari koje se teško razgrađuju u kanalizaciji. Visok sadržaj KPK u kanalizaciji predstavljat će veliku prijetnju vodenom okolišu. Obrada i praćenje KPK jedna je od važnih mjera za sprečavanje i kontrolu onečišćenja. Stoga je određivanje KPK-a jedna od najčešće korištenih metoda ispitivanja u pročišćavanju otpadnih voda i praćenju okoliša.

Određivanje KPK je jednostavan za rukovanje proces s visokom analitičkom osjetljivošću. Određivanje KPK-a može se dovršiti izravnim promatranjem promjene boje uzorka ili struje ili drugih signala nakon što se kemijski reagens titrira kako bi se stvorili oksidacijski proizvodi. Kada vrijednost KPK premašuje standard, potrebno je provesti odgovarajući tretman kako bi se izbjeglo onečišćenje okoliša. Ukratko, razumijevanje što znači KPK igra ključnu ulogu u zaštiti vodnog okoliša i provođenju kontrole onečišćenja.

 

3. Utjecaj visokog KPK-a.

‌KPK (kemijska potreba za kisikom) važan je pokazatelj za mjerenje stupnja organskog onečišćenja u vodnim tijelima. Prekomjerni sadržaj imat će ozbiljan utjecaj na kvalitetu riječne vode.‌

Mjerenje KPK temelji se na količini oksidansa koji se troši kada se reducirajuće tvari (uglavnom organske tvari) oksidiraju i razgrađuju u 1 litri vode pod određenim uvjetima. Ove reducirajuće tvari trošit će veliku količinu otopljenog kisika tijekom procesa razgradnje, uzrokujući nedostatak kisika u vodenim organizmima, što zauzvrat utječe na njihov normalan rast i preživljavanje, a u teškim slučajevima može uzrokovati veliki broj smrtnih slučajeva. Osim toga, smanjenje otopljenog kisika ubrzat će pogoršanje kvalitete vode, pospješiti kvarenje i razgradnju organskih tvari te proizvesti otrovnije i štetnije tvari, poput amonijačnog dušika, što će nanijeti veću štetu vodenim organizmima i kvaliteti vode. Dugotrajna izloženost kanalizaciji koja sadrži visoke koncentracije organske tvari također može uzrokovati ozbiljnu štetu ljudskom zdravlju, kao što je izazivanje gastrointestinalnih bolesti, kožnih bolesti itd. Stoga prekomjerni KPK ne samo da predstavlja prijetnju vodenim organizmima, već predstavlja i potencijalni rizik za ljudsko zdravlje.

Kako bi se zaštitio vodni okoliš i zdravlje ljudi, moraju se poduzeti učinkovite mjere za sprečavanje i kontrolu prekomjernog KPK-a. To uključuje smanjenje ispuštanja organske tvari u industrijskim i poljoprivrednim aktivnostima, kao i jačanje pročišćavanja i praćenja otpadnih voda kako bi se osiguralo da kvaliteta ispuštene vode zadovoljava standarde, čime se održava dobar ekološki okoliš vode.

KPK je pokazatelj sadržaja organske tvari u vodi. Što je KPK veći, to je vodno tijelo ozbiljnije zagađeno organskom tvari. Kada otrovna organska tvar uđe u vodeno tijelo, ona ne samo da šteti organizmima u vodenom tijelu poput riba, već se može obogatiti i u hranidbenom lancu i ući u ljudsko tijelo, uzrokujući kronično trovanje. .

KPK ima veliki utjecaj na kvalitetu vode i ekološki okoliš. Jednom kada organski zagađivači s povišenim sadržajem KPK uđu u rijeke, jezera i akumulacije, ako se ne obrade na vrijeme, tlo na dnu vode može adsorbirati mnoge organske tvari i nakupljati se dugi niz godina. Ovi organizmi će uzrokovati štetu raznim organizmima u vodi i mogu nastaviti biti toksični nekoliko godina. Ovaj toksični učinak ima dva učinka:

S jedne strane, uzrokovat će smrt velikog broja vodenih organizama, uništiti ekološku ravnotežu vodnog tijela, pa čak i izravno uništiti cijeli riječni ekosustav.

S druge strane, toksini će se polako nakupljati u vodenim organizmima poput ribe i škampa. Jednom kada ljudi konzumiraju ove otrovne vodene organizme, toksini će ući u ljudsko tijelo i nakupljati se dugi niz godina, što će dovesti do nepredvidivih ozbiljnih posljedica kao što su rak, deformiteti i mutacije gena. Na isti način, ako ljudi koriste zagađenu vodu za navodnjavanje, to će utjecati i na usjeve, a ljudi će također udisati veliku količinu štetnih tvari u procesu prehrane.

Kada je KPK vrlo visok, to će uzrokovati pogoršanje prirodne kvalitete vode. Razlog je taj što samopročišćavanje vode zahtijeva razgradnju ovih organskih tvari. Razgradnja KPK nužno zahtijeva potrošnju kisika, a kapacitet reoksigenacije u vodi ne udovoljava zahtjevima. DO će pasti izravno na 0 i postati anaerobni. U anaerobnom stanju nastavit će se raspadati (anaerobna obrada mikroorganizama), a voda će postati crna i smrdljiva (anaerobni mikroorganizmi izgledaju vrlo crni i sadrže plin sumporovodik).

 

4. Metode liječenja KPK

Prva točka

Fizikalna metoda: Koristi fizičko djelovanje za odvajanje suspendiranih tvari ili zamućenosti u otpadnim vodama, što može ukloniti KPK u otpadnim vodama. Uobičajene metode uključuju prethodnu obradu otpadnih voda kroz sedimentacijske spremnike, filtarske rešetke, filtere, zamke za masnoću, separatore nafte i vode itd., kako bi se jednostavno uklonio KPK čestica u kanalizaciji.

Druga točka

Kemijska metoda: Koristi kemijske reakcije za uklanjanje otopljenih tvari ili koloidnih tvari u otpadnim vodama, a može ukloniti KPK u otpadnim vodama. Uobičajene metode uključuju neutralizaciju, taloženje, oksidaciju-redukciju, katalitičku oksidaciju, fotokatalitičku oksidaciju, mikroelektrolizu, elektrolitičku flokulaciju, spaljivanje itd.

Treća točka

Fizikalna i kemijska metoda: Koristi fizikalne i kemijske reakcije za uklanjanje otopljenih tvari ili koloidnih tvari u otpadnim vodama. Može ukloniti KPK u otpadnim vodama. Uobičajene metode uključuju rešetku, filtraciju, centrifugiranje, bistrenje, filtraciju, odvajanje ulja itd.

Četvrta točka

Metoda biološke obrade: Koristi mikrobni metabolizam za pretvaranje organskih zagađivača i anorganskih mikrobnih hranjivih tvari u otpadnim vodama u stabilne i bezopasne tvari. Uobičajene metode uključuju metodu aktivnog mulja, metodu biofilma, metodu anaerobne biološke digestije, stabilizacijsku obradu ribnjaka i močvara itd.

5. Metoda analize KPK-a.

Dikromatna metoda

Standardna metoda za određivanje kemijske potrošnje kisika predstavljena je kineskim standardom GB 11914 "Određivanje kemijske potrebe za kisikom u kvaliteti vode dikromatnom metodom" i međunarodnim standardom ISO6060 "Određivanje kemijske potrebe za kisikom u kvaliteti vode". Ova metoda ima visoku brzinu oksidacije, dobru ponovljivost, točnost i pouzdanost te je postala klasična standardna metoda općenito priznata od strane međunarodne zajednice.

Princip određivanja je: u mediju sumporne kiseline kalijev dihromat se koristi kao oksidans, srebrni sulfat kao katalizator, a živin sulfat kao sredstvo za maskiranje kloridnih iona. Kiselost sumporne kiseline tekućine za reakciju probave je 9 mol/L. Tekućina za reakciju probave zagrijava se do ključanja, a temperatura vrelišta od 148°C±2°C je temperatura probave. Reakcija se hladi vodom i refluksira 2 sata. Nakon što se tekućina za probavu prirodno ohladi, razrijedi se vodom na oko 140 ml. Feroklor se koristi kao indikator, a preostali kalijev dikromat titrira se otopinom amonijevog željeznog sulfata. Vrijednost KPK uzorka vode izračunava se na temelju potrošnje otopine amonijevog željeznog sulfata. Oksidans koji se koristi je kalijev dikromat, a oksidacijsko sredstvo je šesterovalentni krom, pa se naziva dikromatna metoda.

Međutim, ova klasična standardna metoda još uvijek ima nedostataka: refluksni uređaj zauzima veliki eksperimentalni prostor, troši puno vode i električne energije, koristi veliku količinu reagensa, nezgodan je za rad i teško ga je brzo izmjeriti u velikim količinama.

Metoda kalijevog permanganata

KPK se mjeri pomoću kalijevog permanganata kao oksidansa, a izmjereni rezultat naziva se indeks kalijevog permanganata.

Spektrofotometrija

Na temelju klasične standardne metode, kalijev dikromat oksidira organsku tvar, a šesterovalentni krom stvara trovalentni krom. Vrijednost KPK-a uzorka vode određuje se utvrđivanjem odnosa između vrijednosti apsorbancije šesterovalentnog kroma ili trovalentnog kroma i vrijednosti KPK uzorka vode. Koristeći gore navedeno načelo, najreprezentativnije metode u inozemstvu su EPA. Metoda 0410.4 "Automatska ručna kolorimetrija", ASTM: D1252-2000 "Metoda B za određivanje kemijske potrošnje kisika u vodeno zatvorenoj digestivnoj spektrofotometriji" i ISO15705-2002 "Metoda male zatvorene cijevi za određivanje kemijske potrošnje kisika (KPK) u kvaliteti vode". Jedinstvena metoda moje zemlje je "Metoda brze zatvorene katalitičke digestije (uključujući spektrofotometriju)" Državne uprave za zaštitu okoliša.

Metoda brze probave

Klasična standardna metoda je metoda refluksa od 2 sata. Kako bi povećali brzinu analize, ljudi su predložili različite metode brze analize. Postoje dvije glavne metode: jedna je povećanje koncentracije oksidansa u sustavu reakcije probave, povećanje kiselosti sumporne kiseline, povećanje temperature reakcije i povećanje katalizatora za povećanje brzine reakcije. Domaću metodu predstavljaju GB/T14420-1993 "Analiza kotlovske vode i rashladne vode Kemijsko određivanje potrošnje kisika Brza metoda kalijevog dikromata" i objedinjene metode koje preporučuje Državna uprava za zaštitu okoliša "Coulometrijska metoda" i "Metoda brze zatvorene katalitičke digestije (uključujući fotometrijsku metodu)". Strana metoda predstavljena je njemačkom standardnom metodom DIN38049 T.43 "Brza metoda za određivanje kemijske potrebe vode za kisikom".

U usporedbi s klasičnom standardnom metodom, gornja metoda povećava kiselost sumporne kiseline digestivnog sustava s 9,0 mg/L na 10,2 mg/L, temperaturu reakcije od 150°C do 165°C, a vrijeme probave od 2h do 10min~15min. Drugi je promjena tradicionalne metode probave zagrijavanjem toplinskim zračenjem i korištenje tehnologije mikrovalne digestije za poboljšanje brzine reakcije probave. Zbog širokog izbora mikrovalnih pećnica i različitih snaga, teško je testirati jedinstvenu snagu i vrijeme kako bi se postigao najbolji učinak probave. Cijena mikrovalnih pećnica također je vrlo visoka i teško je formulirati jedinstvenu standardnu metodu.

Lianhua Technology razvila je spektrofotometrijsku metodu brze digestije za kemijsku potrošnju kisika (KPK) 1982. godine, kojom je postignuto brzo određivanje KPK u kanalizaciji metodom "10 minuta digestije, 20 minuta vrijednosti". Godine 1992. ovaj rezultat istraživanja i razvoja uvršten je u američki "CHEMICAL ABSTRACTS" kao novi doprinos svjetskom kemijskom području. Ova metoda postala je standard ispitivanja industrije zaštite okoliša Narodne Republike Kine 2007. godine (HJ/T399-2007). Ovom metodom uspješno je postignuta točna vrijednost KPK u roku od 20 minuta. Jednostavan je za rukovanje, praktičan i brz, zahtijeva malu količinu reagensa, uvelike smanjuje zagađenje nastalo u eksperimentu i smanjuje razne troškove. Princip ove metode je probavljanje uzorka vode dodanog s Lianhua Technology KPK reagensom na 165 stupnjeva tijekom 10 minuta na valnoj duljini od 420 ili 610 nm, zatim hlađenje 2 minute, a zatim dodavanje 2.5 ml destilirane vode. Rezultat KPK može se dobiti pomoću instrumenta za brzo određivanje KPK tvrtke Lianhua Technology.