A kémiai oxigénigény ismerete

A kémiai oxigénigény ismerete

1. A KOI. meghatározása

A KOI-t (kémiai oxigénigényt) az oxidálószer mennyisége fogyasztja el, amikor egy vízmintát bizonyos körülmények között bizonyos erős oxidálószerrel kezelnek. Ez a vízben lévő redukáló anyagok mennyiségének mutatója. A vízben lévő redukáló anyagok közé tartoznak a különböző szerves anyagok, nitritek, szulfidok, vassók stb., De a legfontosabbak a szerves anyagok. Ezért a kémiai oxigénigényt (KOI) gyakran használják indikátorként a vízben lévő szerves anyagok mennyiségének mérésére. Minél nagyobb a kémiai oxigénigény, annál súlyosabb a szerves anyagok által okozott vízszennyezés. A kémiai oxigénigény (KOI) meghatározása a vízmintákban lévő redukáló anyagok meghatározásától és a meghatározási módszertől függ. A leggyakrabban használt módszerek a savas kálium-permanganát (KMnO4) oxidációs módszer és a kálium-dikromát (K2Cr2O7) oxidációs módszer. A kálium-permanganát oxidációs módszer alacsony oxidációs sebességgel rendelkezik, de viszonylag egyszerű, és felhasználható a vízminták szerves tartalmának relatív összehasonlítási értékének meghatározására. A kálium-dikromát oxidációs módszer magas oxidációs sebességgel és jó reprodukálhatósággal rendelkezik, és alkalmas a vízmintákban lévő szerves anyag teljes mennyiségének meghatározására. A szerves anyag nagyon káros az ipari vízrendszerekre. Szigorúan véve a kémiai oxigénigény magában foglalja a szervetlen redukáló anyagokat is a vízben. Általában, mivel a szennyvízben lévő szerves anyag mennyisége sokkal nagyobb, mint a szervetlen anyag mennyisége, a kémiai oxigénigényt általában a szennyvízben lévő szerves anyag teljes mennyiségének ábrázolására használják. A mérési körülmények között a vízben nitrogén nélküli szerves anyagot kálium-permanganát könnyen oxidálja, míg a nitrogént tartalmazó szerves anyagot nehezebb lebontani. Ezért az oxigénigény alkalmas a természetes víz vagy a könnyen oxidálódó szerves anyagot tartalmazó általános szennyvíz meghatározására, míg a bonyolultabb összetevőket tartalmazó szerves ipari szennyvizet gyakran mérik a kémiai oxigénigény szempontjából.

A nagy mennyiségű szerves anyagot tartalmazó víz szennyezi az ioncserélő gyantákat, amikor áthalad a sótalanító rendszeren, különösen az anioncserélő gyanták, amelyek csökkentik a gyanta cserekapacitását. A szerves anyag az előkezelés (koaguláció, derítés és szűrés) után körülbelül 50% -kal csökkenthető, de a sótalanító rendszerben nem távolítható el, ezért gyakran a tápvízen keresztül kerül a kazánba, hogy csökkentse a kazánvíz pH-értékét. Néha szerves anyag is bekerülhet a gőzrendszerbe és a kondenzátumba, ami a pH csökkenését és a rendszer korrózióját okozhatja. A keringő vízrendszer magas szervesanyag-tartalma elősegíti a mikrobiális szaporodást. Ezért akár sótalanításról, kazánvízről vagy keringető vízrendszerről van szó, minél alacsonyabb a KOI, annál jobb, de nincs egységes határérték-index. Ha a KOI-érték (KMnO4 módszer) nagyobb, mint 5 mg/l a keringő hűtővízrendszerben, a vízminőség romlani kezdett.

Az ivóvízre vonatkozó szabványban az I. és II. osztályú víz kémiai oxigénigénye (KOI) ≤15 mg/l, a III. osztályú víz kémiai oxigénigénye (KOI) ≤20 mg/l, a IV. osztályú víz kémiai oxigénigénye (KOI) ≤30 mg/l, az V. osztályú víz kémiai oxigénigénye (KOI) pedig ≤40 mg/l. Minél nagyobb a KOI-érték, annál súlyosabb a víztest szennyezése.

2. Hogyan állítják elő a COD-t?

A KOI-t (kémiai oxigénigény) főként a vízmintában lévő anyagokból nyerik, amelyeket erős oxidálószerek, különösen szerves anyagok oxidálhatnak. Ezek a szerves anyagok széles körben jelen vannak a szennyvízben és a szennyezett vízben, beleértve, de nem kizárólagosan a cukrokat, olajokat és zsírokat, ammónia-nitrogént stb. Ezeknek az anyagoknak az oxidációja felemészti a vízben oldott oxigént, ezáltal növelve a kémiai oxigénigényt. Kifejezetten:

1. Cukoranyagok: például glükóz, fruktóz stb., általában megtalálhatók az élelmiszer-feldolgozó ipar és a biogyógyszerészeti ipar szennyvizében, és növelik a KOI-tartalmat.

2. Olajok és zsírok: Az ipari termelés során kibocsátott olajokat és zsírokat tartalmazó szennyvíz szintén a KOI-koncentráció növekedéséhez vezet.

3. Ammónia-nitrogén: Bár nem befolyásolja közvetlenül a KOI-t, az ammónia-nitrogén oxidációja oxigént is fogyaszt a szennyvízkezelés során, ami közvetetten befolyásolja a KOI-értéket.

Ezenkívül sokféle anyag képes KOI-t termelni a szennyvízben, beleértve a biológiailag lebomló szerves anyagokat, az ipari szerves szennyező anyagokat, a redukáló szervetlen anyagokat, néhány biológiailag nehezen lebontható szerves anyagot és a mikrobiális metabolitokat. Ezeknek az anyagoknak az oxidációja elfogyasztja a vízben oldott oxigént, ami KOI-t eredményez. Ezért a kémiai oxigénigény fontos mutató a szerves anyagok szennyezettségének mértékének mérésére és a szervetlen anyagok csökkentésére a vízben. Ez tükrözi a vízben lévő anyagok teljes mennyiségét, amelyet oxidálószerek (általában kálium-dikromát vagy kálium-permanganát) oxidálhatnak és lebonthatnak bizonyos körülmények között, azaz azt, hogy ezek az anyagok milyen mértékben fogyasztanak oxigént.

1. Szerves anyag: A szerves anyag a szennyvízben található KOI-k egyik fő forrása, beleértve a biológiailag lebomló szerves anyagokat, például fehérjéket, szénhidrátokat és zsírokat. Ezek a szerves anyagok mikroorganizmusok hatására szén-dioxiddá és vízzé bomlanak.

2. Fenolos anyagok: A fenolos vegyületeket gyakran használják szennyező anyagként a szennyvízben egyes ipari folyamatokban. Komoly hatással lehetnek a vízi környezetre és növelhetik a KOI-tartalmat.

3. Alkoholtartalmú anyagok: Az alkoholos vegyületek, például az etanol és a metanol szintén gyakori KOI-források egyes ipari szennyvízben.

4. Cukoranyagok: A cukorvegyületek, mint például a glükóz, fruktóz stb., egyes élelmiszer-feldolgozó iparágakból és biogyógyszerészeti iparágakból származó szennyvíz gyakori összetevői, és növelik a KOI-tartalmat is.

5. Zsír és zsír: Az ipari termelés során kibocsátott zsír- és zsírtartalmú szennyvíz szintén a KOI-koncentráció növekedéséhez vezet.

6. Ammónia-nitrogén: Bár az ammónia-nitrogén nem befolyásolja közvetlenül a KOI-t, az ammónia-nitrogén oxidációja oxigént is fogyaszt a szennyvízkezelési folyamat során, ami közvetetten befolyásolja a KOI-értéket.

Ezenkívül érdemes megjegyezni, hogy a KOI-k nemcsak a vízben lévő szerves anyagokra reagálnak, hanem szervetlen anyagokat is képviselnek, amelyek redukáló tulajdonságokkal rendelkeznek vízben, például szulfid, vasionok, nátrium-szulfit stb. Ezért a szennyvíz kezelése során átfogóan mérlegelni kell a különböző szennyező anyagok KOI-hoz való hozzájárulását, és megfelelő kezelési intézkedéseket kell hozni a KOI-érték csökkentése érdekében.

A szerves anyag a KOI-nak a fő forrása. Ezek közé tartoznak a különböző szerves anyagok, szuszpendált anyagok és nehezen lebomló anyagok a szennyvízben. A szennyvíz magas KOI-tartalma nagy veszélyt jelent a vízi környezetre. A KOI-kezelés és -ellenőrzés a szennyezés megelőzésének és ellenőrzésének egyik fontos intézkedése. Ezért a KOI-meghatározás az egyik leggyakrabban használt vizsgálati módszer a szennyvízkezelésben és a környezeti monitorozásban.

A KOI-meghatározás könnyen kezelhető, nagy analitikai érzékenységű folyamat. A KOI-meghatározás kiegészíthető a minta színváltozásának, illetve a kémiai reagens oxidációs termékek előállítása céljából történő titrálása utáni áram- vagy egyéb jelek közvetlen megfigyelésével. Ha a KOI-érték meghaladja a szabványt, a környezetszennyezés elkerülése érdekében megfelelő kezelést kell végezni. Röviden, a COD jelentésének megértése létfontosságú szerepet játszik a vízi környezet védelmében és a szennyezés ellenőrzésében.

 

3. A magas KOI-hatás hatása.

‌A KOI-t (kémiai oxigénigény) fontos mutató a víztestek szerves szennyezettségének mértékének mérésére. A túlzott tartalom súlyos hatással lesz a folyók vízminőségére.‌

A KOI-mérés az elfogyasztott oxidálószer mennyiségén alapul, amikor a redukáló anyagokat (főleg szerves anyagokat) bizonyos körülmények között 1 liter vízben oxidálják és lebontják. Ezek a redukáló anyagok nagy mennyiségű oldott oxigént fogyasztanak a bomlási folyamat során, ami a vízi szervezetek oxigénhiányát okozza, ami viszont befolyásolja normális növekedésüket és túlélésüket, és súlyos esetekben nagyszámú halálesetet okozhat. Ezenkívül az oldott oxigén csökkentése felgyorsítja a vízminőség romlását, elősegíti a szerves anyagok romlását és bomlását, és mérgezőbb és károsabb anyagokat, például ammónia-nitrogént termel, ami nagyobb kárt okoz a vízi szervezeteknek és a vízminőségnek. A nagy koncentrációban szerves anyagot tartalmazó szennyvíznek való hosszú távú kitettség szintén súlyos károkat okozhat az emberi egészségre, például gyomor-bélrendszeri betegségeket, bőrbetegségeket stb. Okozhat. Ezért a túlzott KOI-vírus nemcsak a vízi élőlényekre jelent veszélyt, hanem potenciális kockázatot jelent az emberi egészségre is.

A vízi környezet és az emberi egészség védelme érdekében hatékony intézkedéseket kell hozni a túlzott mértékű KOI-megelőzés és -ellenőrzés érdekében. Ez magában foglalja az ipari és mezőgazdasági tevékenységek során a szervesanyag-kibocsátás csökkentését, valamint a szennyvízkezelés és -ellenőrzés megerősítését annak biztosítása érdekében, hogy a kibocsátott víz minősége megfeleljen az előírásoknak, ezáltal fenntartva a víz jó ökológiai környezetét.

A COD a vízben lévő szerves anyag tartalmának mutatója. Minél magasabb a KOI, annál súlyosabban szennyezi a víztestet szerves anyaggal. Amikor mérgező szerves anyag lép be a víztestbe, nemcsak károsítja a víztestben lévő organizmusokat, például a halakat, hanem gazdagodhat az élelmiszerláncban, és beléphet az emberi testbe, krónikus mérgezést okozva. .

A COD nagy hatással van a vízminőségre és az ökológiai környezetre. Amint a magas KOI-tartalmú szerves szennyező anyagok bejutnak a folyókba, tavakba és tározókba, ha nem kezelik őket időben, sok szerves anyag adszorbeálódhat a víz alján lévő talajban, és sok éven át felhalmozódhat. Ezek az organizmusok károsítják a vízben lévő különböző organizmusokat, és több évig továbbra is mérgezőek lehetnek. Ennek a toxikus hatásnak két hatása van:

Egyrészt nagyszámú vízi szervezet halálát okozza, elpusztítja a víztest ökológiai egyensúlyát, sőt közvetlenül elpusztítja az egész folyó ökoszisztémát.

Másrészt a toxinok lassan felhalmozódnak a vízi szervezetekben, például a halakban és a garnélarákban. Amint az emberek elfogyasztják ezeket a mérgező vízi szervezeteket, a toxinok belépnek az emberi testbe, és sok éven át felhalmozódnak, ami kiszámíthatatlan súlyos következményekhez vezet, mint például rák, deformitások és génmutációk. Ugyanígy, ha az emberek szennyezett vizet használnak az öntözéshez, a növényeket is érinti, és az emberek nagy mennyiségű káros anyagot is belélegeznek az étkezés során.

Ha a KOI-érték nagyon magas, az a természetes vízminőség romlását okozza. Ennek oka, hogy a víz öntisztítása megköveteli ezeknek a szerves anyagoknak a lebomlását. A KOI-k lebomlása szükségszerűen oxigénfogyasztást igényel, és a víz oxigénellátási kapacitása nem felel meg a követelményeknek. A DO közvetlenül 0-ra csökken, és anaerob lesz. Anaerob állapotban tovább bomlik (mikroorganizmusok anaerob kezelése), és a víz fekete és büdös lesz (az anaerob mikroorganizmusok nagyon feketének tűnnek és hidrogén-szulfid gázt tartalmaznak).

 

4. A KOI-kezelés módszerei

Az első pont

Fizikai módszer: Fizikai hatást alkalmaz a szennyvízben lévő szuszpendált anyagok vagy zavarosság elválasztására, ami eltávolíthatja a KOI-t a szennyvízben. A közös módszerek közé tartozik a szennyvíz előkezelése ülepítőtartályokon, szűrőrácsokon, szűrőkön, zsírcsapdákon, olaj-víz szeparátorokon stb. keresztül, hogy egyszerűen eltávolítsák a szennyvízben lévő részecskéket.

Második pont

Kémiai módszer: Kémiai reakciókat alkalmaz a szennyvízben oldott anyagok vagy kolloid anyagok eltávolítására, és eltávolíthatja a KOI-t a szennyvízben. A gyakori módszerek közé tartozik a semlegesítés, a kicsapás, az oxidáció-redukció, a katalitikus oxidáció, a fotokatalitikus oxidáció, a mikroelektrolízis, az elektrolitikus flokkuláció, az égetés stb.

Harmadik pont

Fizikai és kémiai módszer: Fizikai és kémiai reakciókat alkalmaz a szennyvízben oldott anyagok vagy kolloid anyagok eltávolítására. Eltávolíthatja a KOI-t a szennyvízből. A közös módszerek közé tartozik a rács, a szűrés, a centrifugálás, a tisztítás, a szűrés, az olajelválasztás stb.

Negyedik pont

Biológiai kezelési módszer: Mikrobiális anyagcserét alkalmaz a szennyvízben lévő szerves szennyező anyagok és szervetlen mikrobiális tápanyagok stabil és ártalmatlan anyagokká történő átalakítására. A gyakori módszerek közé tartozik az eleveniszapos módszer, a biofilm módszer, az anaerob biológiai emésztési módszer, a stabilizáló tó és a vizes élőhelyek kezelése stb.

5. KOI-elemzési módszer.

Dikromát módszer

A kémiai oxigénigény meghatározásának standard módszerét a GB 11914 kínai szabvány "A vízminőség kémiai oxigénigényének meghatározása dikromát módszerrel" és a "Vízminőség kémiai oxigénigényének meghatározása" ISO6060 nemzetközi szabvány képviseli. Ez a módszer magas oxidációs sebességgel, jó reprodukálhatósággal, pontossággal és megbízhatósággal rendelkezik, és a nemzetközi közösség által általánosan elismert klasszikus standard módszerré vált.

A meghatározási elv a következő: kénsav-közegben oxidálószerként kálium-dikromátot használunk, katalizátorként ezüst-szulfátot használunk, és higany-szulfátot használunk kloridionok maszkolószereként. Az emésztési reakció folyadékának kénsavtartalma 9 mol/l. Az emésztési reakció folyadékát forrásig melegítik, és a 148 °C±2 °C forrásponti hőmérséklet az emésztési hőmérséklet. A reakciót vízzel lehűtjük és 2 órán át visszafolyatjuk. Miután az emésztőfolyadékot természetes módon lehűtöttük, vízzel körülbelül 140 ml-re hígítjuk. Indikátorként ferroklórint használunk, és a maradék kálium-dikromátot ammónium-vas-szulfát-oldattal titráljuk. A vízminta KOI-értékét az ammónium-vas-szulfát-oldat fogyasztása alapján számítják ki. Az alkalmazott oxidálószer kálium-dikromát, és az oxidálószer hat vegyértékű króm, ezért dikromát módszernek nevezik.

Ennek a klasszikus standard módszernek azonban még mindig vannak hiányosságai: a reflux eszköz nagy kísérleti helyet foglal el, sok vizet és villamos energiát fogyaszt, nagy mennyiségű reagenst használ, kényelmetlen működtetni, és nagy mennyiségben nehéz gyorsan mérni.

Kálium-permanganát módszer

A KOI-t kálium-permanganáttal mérjük oxidálószerként, és a mért eredményt kálium-permanganát indexnek nevezzük.

Spektrofotometria

A klasszikus standard módszer alapján a kálium-dikromát oxidálja a szerves anyagot, és a hat vegyértékű króm háromértékű krómot képez. A vízminta KOI-értékét a hat vegyértékű króm vagy háromértékű króm abszorbanciaértéke és a vízminta KOI-értéke közötti összefüggés megállapításával határozzuk meg. A fenti elv alapján külföldön a legreprezentatívabb módszerek az EPA. 0410.4. módszer "Automatikus kézi kolorimetria", ASTM: D1252-2000 "B. módszer a vízzáras roncsolás spektrofotometria kémiai oxigénigényének meghatározására" és ISO15705-2002 "Kis zárt csöves módszer a vízminőség kémiai oxigénigényének (KOI) meghatározására". Hazám egységes módszere az Állami Környezetvédelmi Hivatal "Gyors zárt katalitikus emésztési módszere (beleértve a spektrofotometriát is)".

Gyors emésztési módszer

A klasszikus standard módszer a 2 órás reflux módszer. Az elemzési sebesség növelése érdekében az emberek különböző gyors elemzési módszereket javasoltak. Két fő módszer létezik: az egyik az oxidálószer koncentrációjának növelése az emésztési reakciórendszerben, a kénsav savasságának növelése, a reakcióhőmérséklet növelése és a katalizátor növelése a reakciósebesség növelése érdekében. A hazai módszert a GB/T14420-1993 "A kazánvíz és a hűtővíz kémiai oxigénigényének elemzése, kálium-dikromát gyors módszer" és az Állami Környezetvédelmi Hivatal által ajánlott egységes módszerek képviselik: "Coulometriás módszer" és "Gyors zárt katalitikus emésztési módszer (beleértve a fotometriás módszert is)". Az idegen módszert a T.43 DIN38049"Gyors módszer a víz kémiai oxigénigényének meghatározására" című német szabványos módszer képviseli.

A klasszikus standard módszerhez képest a fenti módszer az emésztőrendszer kénsavsavtartalmát 9,0 mg/l-ről 10,2 mg/l-re, a reakcióhőmérsékletet 150 °C-ról 165 °C-ra, az emésztési időt pedig 2 óráról 10 perc ~ 15 percre növeli. A második a hagyományos emésztési módszer megváltoztatása hősugárzással történő melegítéssel, és mikrohullámú emésztési technológia alkalmazása az emésztési reakciósebesség javítása érdekében. A mikrohullámú sütők sokfélesége és a különböző teljesítmények miatt nehéz tesztelni az egységes teljesítményt és időt a legjobb emésztési hatás elérése érdekében. A mikrohullámú sütők ára is nagyon magas, és nehéz egységes szabványos módszert megfogalmazni.

A Lianhua Technology 1982-ben kifejlesztett egy gyors emésztéses spektrofotometriás módszert a kémiai oxigénigényre (KOI), amely a KOI-t a szennyvízben a "10 perces emésztés, 20 perc érték" módszerével érte el. 1992-ben ez a kutatási és fejlesztési eredmény bekerült az amerikai "CHEMICAL ABSTRACTS" -ba, mint új hozzájárulás a világ kémiai területéhez. Ez a módszer 2007-ben a Kínai Népköztársaság környezetvédelmi iparának vizsgálati szabványává vált (HJ/T399-2007). Ez a módszer 20 percen belül sikeresen elérte a pontos KOI-értéket. Egyszerűen kezelhető, kényelmes és gyors, kis mennyiségű reagenst igényel, jelentősen csökkenti a kísérletben keletkező szennyezést és csökkenti a különböző költségeket. Ennek a módszernek az az elve, hogy a Lianhua Technology KOI-reagensével hozzáadott vízmintát 165 fokon 10 percig 420 vagy 610 nm hullámhosszon emésztjük, majd 2 percig hűtjük, majd 2,5 ml desztillált vizet adunk hozzá. A KOI-eredmény a Lianhua Technology COD gyors meghatározási műszerével érhető el.