Znanje o hemijskoj potrebi za kisikom

Znanje o hemijskoj potrebi za kisikom

1. Definicija COD.

COD (kemijska potrošnja kisika) je količina oksidatora koju se potroši kada se uzorak vode podvrgne obradi određenim jake oksidatorom u određenim uvjetima. Ona je pokazatelj količine smanjujućih tvari u vodi. Smanjujuće tvari u vodi uključuju razne organske tvari, nitrite, sulfide, feritne soli itd., međutim glavne su organske tvari. Stoga se kemijska potrošnja kisika (COD) često koristi kao pokazatelj za mjerenje količine organskih tvari u vodi. Što je veća kemijska potrošnja kisika, ozbiljniji je zagadivanje vode organskim tvarima. Određivanje kemijske potrošnje kisika (COD) varira s određivanjem smanjujućih tvari u uzorcima vode i metodom određivanja. Najčešće korištene metode su metoda oksidacije sa kiselim kalijevim permanganatom (KMnO4) i metoda oksidacije sa kalijevim dikromatom (K2Cr2O7). Metoda oksidacije kalijevim permanganatom ima nisku stopu oksidacije, ali je relativno jednostavna i može se koristiti prilikom određivanja relativne usporedne vrijednosti sadržaja organskih tvari u uzorcima vode. Metoda oksidacije kalijevim dikromatom ima visoku stopu oksidacije i dobru reprodukciju, te je prikladna za određivanje ukupnog iznosa organskih tvari u uzorcima vode. Organske tvari su vrlo štetne za industrijske vodne sustave. Strogo govoreći, kemijska potrošnja kisika uključuje i neorganske smanjujuće tvari u vodi. Obično, zato što je količina organskih tvari u otpadnim vodama mnogo veća od količine neorganskih tvari, kemijska potrošnja kisika se općenito koristi za predstavljanje ukupnog iznosa organskih tvari u otpadnim vodama. U uvjetima mjerenja, organske tvari bez dušika u vodi lako se oksidiraju kalijevim permanganatom, dok su organske tvari koje sadrže dušik teže razlagati. Stoga je potrošnja kisika prikladna za određivanje prirodne vode ili općih otpadnih voda koje sadrže organske tvari koje su lako oksidirane, dok se za otpadne vode s složenijim sastavom često mjere kemijska potrošnja kisika.

Voda koja sadrži veliku količinu organskih tvari će zagađivati jonsku izmjenu šešira prilikom prolaska kroz destilacijski sustav, posebno anionske šešire za izmenu, što će smanjiti kapacitet šešira za izmenu. Organske tvari se mogu smanjiti za oko 50% nakon pretretmana (zguševanja, čišćenja i filtriranja), ali se ne mogu ukloniti u destilacijskom sustavu, pa se često donose u kotlovan preko hranačne vode, što smanjuje pH vrijednost kotlovodne vode. Ponekad organske tvari mogu biti donesene i u parni sustav i kondenzat, uzrokujući smanjenje pH-a i koroziju sustava. Visoka koncentracija organskih tvari u cirkulacijskom vodnom sustavu će promicati razmnožavanje mikroorganizama. Stoga, bilo radi destilacije, kotlovodne vode ili cirkulacijskog vodnog sustava, niža je vrijednost COD-a bolja, ali ne postoji jedinstveni granični indeks. Kada je COD (metodom KMnO4) veći od 5 mg/L u cirkulacijskom hlađenoj vodi, kvaliteta vode počinje oštećavati.

U standardu pitke vode, hemijski zahtjev za kisik (COD) za vodu klase I i klase II je ≤15mg/L, hemijski zahtjev za kisik (COD) za vodu klase III je ≤20mg/L, hemijski zahtjev za kisik (COD) za vodu klase IV je ≤30mg/L, a hemijski zahtjev za kisik (COD) za vodu klase V je ≤40mg/L. Čim veći je COD vrijednost, to je zagađenost vodnog tijela ozbiljnija.

2. Kako se proizvodi COD?

COD (hemijski zahtjev za kisik) glavno potječe iz tvari u uzorku vode koje mogu biti oksidirane s jakim oksidatorima, posebice organskim tvarima. Ove organske tvari široko postoje u otpadnim vodama i zagađenoj vodi, uključujući ali ne ograničeno na šećere, mašće i masti, amonijak nitrogenu itd. Oksidacija tih tvari potroši disperziranu kisik u vodi, time povećavajući hemijski zahtjev za kisik. Posebice:

1. Šećerne tvari: kao što su glukozo, fruktazo itd., često se pronađu u otpadnoj vodi iz hrane i biofarmaceutske industrije, a povećat će sadržaj COD-a.

2. Masline i mašice: Otpadna voda koja sadrži masline i mašice otplate tijekom industrijske proizvodnje također će uzrokovati povećanje koncentracije COD-a.

3. Ammonijak nitrogenski: Iako ne utječe direktno na određivanje COD-a, oksidacija ammonijaka nitrogenskog također će potrošiti kisik tijekom obrade otpadne vode, što indirektno utječe na vrijednost COD-a.

Pored toga, postoji mnogo vrsta tvari koje mogu proizvoditi COD u otpadnim vodama, uključujući biodegradabilnu organsku tvar, industrijske organske onesnaživače, reducirajuće neorganske tvari, neke organske tvari koje su teško biodegradabilne i mikrobiološke metabolite. Oksidacija ovih tvari potroši disperziranu kisikovinu u vodi, što dovodi do nastanka COD-a. Stoga je hemijska potreba za kisikom važan pokazatelj za mjerenje stupnja onesnaženosti organskim tvarima i reducirajućim neorganskim tvarima u vodi. Ona odražava ukupnu količinu tvari u vodi koje se mogu oksidirati i raspasti s oksidacijem (obično s kromatom potasnjakovim ili permanganatom potasnjakovim) u određenim uvjetima, tj. koliko te tvari potroše kisik.

1. Organska tvar: Organska tvar je jedan od glavnih izvora COD-a u otpadnim vodama, uključujući biodegradiabilnu organsku tvar kao što su proteini, ugljikohidrati i masti. Ova organska tvar se može raspasti u ugljični dioksid i vodu pod djelovanjem mikroorganizama.

2. Fenolna tvar: Fenolna spoja često se koriste kao onesuđivači u otpadnim vodama u nekim industrijskim procesima. Mogu imati ozbiljan utjecaj na vodeni okoliš i povećati sadržaj COD-a.

3. Alkoholne tvari: Alkoholne spoje, poput etanola i metanola, također su uobičajeni izvor COD-a u nekim industrijskim otpadnim vodama.

4. Šećerne tvari: Šećerne spoje, poput glukoze, fruktoze itd., su uobičajeni sastojci u otpadnim vodama iz nekih industrija prerade hrane i biotehnoloških industrija, a također će povećati sadržaj COD-a.

5. Masti i ulje: Otpadne vode koje sadrže masti i ulje ispuštene tijekom industrijske proizvodnje također mogu uzrokovati povećanje koncentracije COD-a.

6. Ammonijski azot: Iako amonijski azot ne utječe direktno na određivanje COD-a, oksidacija amonijskog azota također će potrošiti kisik tijekom procesa obrade otpadnih voda, indirektno utječući na vrijednost COD-a.

Također je važno napomenuti da se COD odnosi ne samo na organske tvari u vodi, već i na neorganske tvari s svojstvima redukcije u vodi, poput sulfida, ferovih iona, natrijum sulfita itd. Stoga, prilikom obrade otpadnih voda, potrebno je kompleksno razmatrati doprinos različitih污染物 COD-u i uzeti odgovarajuće mjere za smanjenje vrijednosti COD-a.

Organska tvar je glavni izvor COD-a. Uključuju razne organske tvari, suspenzirane čestice i teško razlagive tvari u otpadnim vodama. Visok sadržaj COD-a u odrivima predstavlja veliku prijetnju vodenoj okolišu. Tretman i nadzor COD-a jedan su od važnih mjera za sprečavanje i kontrolu zagađenja. Stoga je određivanje COD-a jedna od uobičajenih metoda testiranja u obradi odriva i okolišnom nadzoru.

Određivanje COD-a je proces koji je lako izvoditi s visokom analitičkom osjetljivošću. Određivanje COD-a može se obaviti direktnim promatranjem promjene boje uzorka, struje ili drugih signala nakon što se hemijski reagens titruje kako bi se stvorili oksidacijski proizvodi. Kada vrijednost COD-a premaši standard, potrebno je provesti odgovarajuće tretmane kako bi se izbjeglo zagađivanje okoliša. Kratko rečeno, razumijevanje što COD znači igra ključnu ulogu u zaštiti vodene okoline i provedbi kontrole zagađenja.

3. Utjecaj visoke COD vrijednosti.

‌ COD (kemijska potreba za kisikom) je važan pokazatelj za mjerenje stepena organske zagadnjenosti vodnih tijela. Previše ga uzrokuje ozbiljan utjecaj na kvalitetu rijeka. ‌

Mjerenje COD-a temelji se na količini oksidanta koja se potroši tijekom oksidacije i raspadanja smanjujućih tvari (glavno organske tvari) u 1 litru vode pod određenim uvjetima. Ove smanjujuće tvari će potrošiti veliku količinu disperziranog kisika tijekom procesa raspada, što uzrokuje nedostatak kisika kod akvakultura, čime se utježe njihov normalni rast i preživljavanje, a u ozbiljnim slučajevima može dovesti do masovnih smrtnih slučajeva. Nadalje, smanjenje disperziranog kisika ubrzat će deteroraciju kvalitete vode, promicati raspad organskih tvari i proizvoditi više toksičnih i štetnih tvari, poput amonijaka, što će uzrokovati veći štetu akvakulturama i kvaliteti vode. Dugotrajno izlaganje otpadnim vodama s visokim koncentracijama organskih tvari može također uzrokovati ozbiljne štete za ljudsko zdravlje, poput uzročavanja želudanih bolesti, kožnih bolesti itd. Stoga, prekomjeran COD predstavlja prijetnju ne samo za akvakulture, već i potencijalnu opasnost za ljudsko zdravlje.

Da bi se zaštitio vodeni okoliš i ljudsko zdravlje, moraju se uzeti učinkovite mjere za sprečavanje i kontrolu prekomjernog COD-a. To uključuje smanjenje otpuštanja organskih tvari u industrijskim i poljoprivrednim aktivnostima, te jačanje obrade i nadzora odbijeg vode kako bi se osiguralo da kvaliteta otpuštene vode odgovara standardima, čime se održava dobar vodeni ekološki okoliš.

COD je indikator sadržaja organskih tvari u vodi. Čim viši je COD, tolije je vodeni tok zagađen organskim tvarima. Kada su toksične organske tvari ulijele u vodeni tok, štete organizmima u vodenom toku, poput riba, ali se mogu i akumulirati u hraničnoj lanci i unijeti u ljudski organizam, uzrokujući hronično otuđenje. .

COD ima veliki utjecaj na kvalitet vode i ekološko okruženje. Kada se organski onesnaživači s visokim sadržajem CODa ugristi u rijeke, jezera i bazene, ako nisu odmah očišćeni, mnogi organski materijali mogu biti adsorbirani od tla na dnu vodena i akumulirati godinama. Ti organizmi uzrokuju štete raznim bićima u vodi i mogu ostajati toksični nekoliko godina. Ova toksična djelovanja ima dva utjecaja:

S jedne strane, uzrokuje smrt velikog broja ribljih organizama, uništava ekološku ravnotežu vodnog tijela, a čak može i izravno uništiti cijeli rečni ekosustav.

S druge strane, toksine će sporo nakupljivati u ribolovnim organizmima poput ribe i školjke. Kada ljudi pojedu ove toksične ribolovne organizme, toksine će ući u čovjekov organizam i nakupljivati tijekom mnogih godina, što može uzrokovati nepredvidive ozbiljne posljedice poput raka, deformacija i mutacija gena. Na isti način, ako ljudi koriste zagađenu vodu za oplodnjavanje, biljke će također biti utjecajne, a ljudi će tijekom jestanja disati velike količine štetnih tvari.

Kada je COD vrlo visok, uzrokuje će to oštećenje kvalitete prirodne vode. Razlog je u tome što se samopurifikacija vode odvija putem razlaganja ovih organskih tvari. Razlaganje COD-a neizbježno zahtijeva potrošnju kisika, a sposobnost vode za ponovnu nagradnju kisika ne zadovoljava zahtjeve. DO će izravno pada na 0 i postati anareobno. U anareobnom stanju, nastavljaće se raspad (anareobna obrada mikroorganizama), a voda će postati crna i smrdljiva (anareobni mikroorganizmi izgledaju vrlo crno i sadrže vodikov sulfid plin).

4. Metode za obradu COD-a

Prva točka

Fizička metoda: Koristi fizičku akciju da odvoji otopljene čestice ili klobuke u otpadnim vodama, što može ukloniti COD iz otpadnih voda. Uobičajene metode uključuju preobradu otpadnih voda putem sedimentacionih bazena, filter mreža, filtra, maštera za mast, separatora ulja-vode itd., kako bi se jednostavno uklonio COD čestica iz otpadnih voda.

Druga točka

Kemski način: Koristi kemikalne reakcije za uklanjanje disolviranih tvari ili kolloidalnih tvari u odbijnim vodama, te može ukloniti COD iz odbijnih voda. Uobičajene metode uključuju neutralizaciju, šestovanje, oksidacija-redukcija, katalitsku oksidaciju, fotokatalitsku oksidaciju, mikro-elektrolizu, elektrolitičko stjecanje, gorenje itd.

Treća točka

Fizičko-kemijski način: Koristi fizičke i kemijske reakcije za uklanjanje disolviranih tvari ili kolloidalnih tvari u odbijnim vodama. Može ukloniti COD iz odbijnih voda. Uobičajene metode uključuju rešetkove, filtriranje, centrifugiranje, čišćenje, filtriranje, odvajanje ulja itd.

Četvrta točka

Biološka metoda obrade: Koristi metabolizam mikroorganizama za pretvaranje organskih onesnaživača i neorganskih mikrobioloških nutritivnih tvari u stabilne i neštetne tvari. Uobičajene metode uključuju aktivnu sljamu, biofilmsku metodu, anaerobnu biološku digestiju, stabilizacijske bacevine i obradu mokrih područja itd.

5. Metoda analize COD-a.

Dihromatna metoda

Standardna metoda za određivanje hemijskog zahtjeva za kisikom predstavljena je kineskim standardom GB 11914 „Određivanje hemijskog zahtjeva za kisikom kvaliteta vode dihromatom metodom“ i međunarodnim standardom ISO6060 „Određivanje hemijskog zahtjeva za kisikom kvaliteta vode“. Ova metoda ima visoki postotak oksidacije, dobre reproduciibilnosti, točnost i pouzdanost, i postala je klasična standardna metoda općeprihvaćena međunarodnom zajednicom.

Princip određivanja je: u sredini kiseline sumporne, kao oksidator se koristi kalijev dihromat, kao katalizator srebrova sulfat, a kao maskirajući sastojak za kloračneione merkurijev sulfat. Kiselost reakcijskog rastvora za grijanje iznosi 9 mol/L. Reakcijski rastvor se zagrijeva do vrećenja, a temperatura vrećenja od 148℃±2℃ predstavlja temperaturu grijanja. Reakcija se hladí vodom i vraća natrag tijekom 2 sati. Nakon što se prirodno ohladi digestivna tečnost, dodaje se voda da bi se razbila na oko 140 ml. Ferrochlorin se koristi kao indikator, a preostali kalijev dihromat titriramo rješenjem amonijevog ferovog sulfata. COD vrijednost vode se računa na temelju potrošnje rješenja amonijevog ferovog sulfata. Kao oksidator se koristi kalijev dihromat, a oksidativni sastojak je heksavalentni hrom, pa se metoda zove dihromatskom metodom.

Međutim, ovaj klasični standardni metod još uvijek ima nedostatke: uređaj za refluks zauzima veliki eksperimentalni prostor, potroši mnogo vode i struje, koristi veliku količinu reaktanata, te je neprikazno operirati i teško brzo mjeriti u velikom obimu.

Metoda kalijevog permanganata

COD se mjeri pomoću kalijevog permanganata kao oksidatora, a dobiveni rezultat se naziva indeksom kalijevog permanganata.

Spektrofotometrija

Na osnovi klasične standardne metode, kalijev dihromat oksidira organsku tvari, a heksavalentni hrom generira trivalentni hrom. Vrijednost COD uzorka vode određuje se uspostavljanjem veze između vrijednosti apsorbancije heksavalentnog hroma ili trivalentnog hroma i vrijednosti COD uzorka vode. Koristeći navedeni princip, najzastupljenije metode iz inozemstva su EPA.Metoda 0410.4 "Automatska Ručna Kolorimetrija", ASTM: D1252-2000 "Metoda B za određivanje hemijskog potrebnog kisika (COD) vode - spektrofotometrija zatvorenog štapanja" i ISO15705-2002 "Metoda s malim zatvorenim cijevima za određivanje hemijskog potrebnog kisika (COD) kvalitete vode". Standardizirana metoda u našoj zemlji je "Brza Metoda Zatvorenog Katalitičkog Štapanja (Uključujući Spektrofotometriju)" Državne uprave za zaštitu okoliša.

Brza Metoda Štapanja

Klasična standardna metoda je 2h reflux metoda. Da bi se povećala brzina analize, ljudi su predložili razne brze metode analize. Postoje dvije glavne metode: jedna je povećanje koncentracije oksidanta u reakcijskom sistemu zaštitnog raspada, povećanje kiselogosti sumporne kiseline, povećanje temperature reakcije i dodavanje katalizatora kako bi se ubrzala reakcija. Domaća metoda je predstavljena sa GB/T14420-1993 "Analiza vode za kotlove i hlađajuće vode Određivanje hemijskog zahtjeva za oksigen Potasijev dihromat Brza metoda" i unificirane metode preporučene od strane Državnog ureda za zaštitu okoliša "Kulometrijska metoda" i "Brza zatvorena katalitička digestivna metoda (uključujući fotometrijsku metodu)". Inozemna metoda je predstavljena njemačkom standardnom metodom DIN38049 T.43 "Brza metoda za određivanje hemijskog zahtjeva za oksigen vode".

U usporedbi s klasičnom standardnom metodom, navedena metoda povećava kiselinost sumporne kiseline u sistemu za štapanje s 9,0 mg/L na 10,2 mg/L, temperaturu reakcije s 150℃ na 165℃, a vrijeme štapanja s 2 sati na 10~15 minuta. Drugi način je promjena tradiicionalnog štapanja toplinskom radijacijom i uporaba tehnologije štapanja mikrovalovima kako bi se pobrzanila brzina reakcije štapanja. Zbog širokog raspoloživog sortimenta mikrovalnih pećnica i različitih snaga, teško je testirati jedinstvenu snagu i vrijeme kako bi se postigao najbolji efekt štapanja. Cijena mikrovalnih pećnica je također vrlo visoka, a teško je formulirati jedinstvenu standardnu metodu.

Lianhua Technology je 1982. razvila brzu spektrofotometrijsku metodu za određivanje hemijskog zahtjeva za oksigen (COD), koja je omogućila brzo određivanje COD-a u otpadnim vodama na način "10 minuta štapanja, 20 minuta vrijednost". 1992. su rezultati ovog istraživanja i razvoja bili uključeni u američki "CHEMICAL ABSTRACTS" kao novi doprinos kemskom polju svijeta. Ova metoda je postala standard testiranja okolišne zaštite Kine 2007. godine (HJ/T399-2007). Ova metoda uspješno daje točnu COD vrijednost unutar 20 minuta. Jednostavna je za uporabu, praktična i brza, zahtijeva malo sredstava, znatno smanjuje zagađenje nastalo tijekom eksperimenta i smanjuje različite troškove. Princip ove metode jest štapati vodeni uzorak dodan s COD sredstvima Lianhua Technology na temperaturi 165 stupnjeva Celsiusa 10 minuta na valnoj duljini 420 ili 610nm, zatim ga hladiti 2 minute, a zatim dodati 2,5ml destilirane vode. COD rezultat se može dobiti pomoću brzog COD određivača Lianhua Technology.