Conoscenza della domanda chimica di ossigeno

Conoscenza della domanda chimica di ossigeno

1. Definizione di COD.

Il COD (Chemical Oxygen Demand) è la quantità di ossidante consumata quando un campione d'acqua viene trattato con un determinato forte ossidante in determinate condizioni. È un indicatore della quantità di sostanze riducenti nell'acqua. Le sostanze riducenti nell'acqua comprendono varie sostanze organiche, nitriti, solfuri, sali ferrosi, ecc., ma le principali sono sostanze organiche. Pertanto, la domanda chimica di ossigeno (COD) viene spesso utilizzata come indicatore per misurare la quantità di sostanze organiche nell'acqua. Maggiore è la domanda chimica di ossigeno, più grave è l'inquinamento dell'acqua da parte di sostanze organiche. La determinazione della domanda chimica di ossigeno (COD) varia in base alla determinazione delle sostanze riducenti nei campioni d'acqua e al metodo di determinazione. I metodi più comunemente usati sono il metodo di ossidazione del permanganato di potassio acido (KMnO4) e il metodo di ossidazione del bicromato di potassio (K2Cr2O7). Il metodo di ossidazione del permanganato di potassio ha un basso tasso di ossidazione, ma è relativamente semplice e può essere utilizzato per determinare il valore di confronto relativo del contenuto organico nei campioni d'acqua. Il metodo di ossidazione del bicromato di potassio ha un alto tasso di ossidazione e una buona riproducibilità ed è adatto per determinare la quantità totale di materia organica nei campioni d'acqua. La materia organica è molto dannosa per i sistemi idrici industriali. A rigor di termini, la domanda chimica di ossigeno include anche le sostanze riducenti inorganiche nell'acqua. Di solito, poiché la quantità di materia organica nelle acque reflue è molto maggiore della quantità di materia inorganica, la domanda chimica di ossigeno viene generalmente utilizzata per rappresentare la quantità totale di materia organica nelle acque reflue. Nelle condizioni di misurazione, la materia organica senza azoto nell'acqua viene facilmente ossidata dal permanganato di potassio, mentre la materia organica contenente azoto è più difficile da decomporre. Pertanto, la domanda di ossigeno è adatta per determinare l'acqua naturale o le acque reflue generali contenenti materia organica facilmente ossidabile, mentre le acque reflue industriali organiche con componenti più complessi vengono spesso misurate per la domanda chimica di ossigeno.

L'acqua contenente una grande quantità di materia organica contaminerà le resine a scambio ionico quando passa attraverso il sistema di desalinizzazione, in particolare le resine a scambio anionico, che ridurranno la capacità di scambio della resina. La materia organica può essere ridotta di circa il 50% dopo il pretrattamento (coagulazione, chiarificazione e filtrazione), ma non può essere rimossa nel sistema di desalinizzazione, quindi viene spesso immessa nella caldaia attraverso l'acqua di alimentazione per ridurre il valore del pH dell'acqua della caldaia. A volte la materia organica può anche essere immessa nel sistema a vapore e condensare, causando una diminuzione del pH e causando la corrosione del sistema. L'alto contenuto di materia organica nel sistema dell'acqua circolante favorisce la riproduzione microbica. Pertanto, che si tratti di desalinizzazione, acqua di caldaia o sistema di ricircolo dell'acqua, più basso è il COD, meglio è, ma non esiste un indice limite unificato. Quando il COD (metodo KMnO4) è superiore a 5 mg/L nel sistema di circolazione dell'acqua di raffreddamento, la qualità dell'acqua ha iniziato a deteriorarsi.

Nello standard dell'acqua potabile, la domanda chimica di ossigeno (COD) dell'acqua di Classe I e Classe II è di ≤15 mg/L, la domanda chimica di ossigeno (COD) dell'acqua di Classe III è di ≤20 mg/L, la domanda chimica di ossigeno (COD) dell'acqua di Classe IV è di ≤30 mg/L e la domanda chimica di ossigeno (COD) dell'acqua di Classe V è di ≤40 mg/L. Maggiore è il valore COD, più grave è l'inquinamento del corpo idrico.

2. Come viene prodotto il COD?

Il COD (domanda chimica di ossigeno) deriva principalmente dalle sostanze presenti nel campione d'acqua che possono essere ossidate da forti ossidanti, in particolare dalla materia organica. Queste sostanze organiche sono ampiamente presenti nelle acque reflue e nelle acque inquinate, tra cui, a titolo esemplificativo ma non esaustivo, zuccheri, oli e grassi, azoto ammoniacale, ecc. L'ossidazione di queste sostanze consuma l'ossigeno disciolto nell'acqua, aumentando così la domanda chimica di ossigeno. Specificamente:

1. Sostanze zuccherine: come glucosio, fruttosio, ecc., Si trovano comunemente nelle acque reflue dell'industria alimentare e dell'industria biofarmaceutica e aumenteranno il contenuto di COD.

2. Oli e grassi: anche le acque reflue contenenti oli e grassi scaricati durante la produzione industriale porteranno ad un aumento della concentrazione di COD.

3. Azoto ammoniacale: sebbene non influisca direttamente sulla determinazione del COD, l'ossidazione dell'azoto ammoniacale consumerà anche ossigeno durante il trattamento delle acque reflue, influenzando indirettamente il valore del COD.

Inoltre, ci sono molti tipi di sostanze che possono produrre COD nelle acque reflue, tra cui la materia organica biodegradabile, gli inquinanti organici industriali, le sostanze inorganiche riducenti, alcune sostanze organiche difficili da biodegradare e i metaboliti microbici. L'ossidazione di queste sostanze consuma l'ossigeno disciolto nell'acqua, con conseguente generazione di COD. Pertanto, la domanda chimica di ossigeno è un indicatore importante per misurare il grado di inquinamento della materia organica e ridurre la materia inorganica nell'acqua. Riflette la quantità totale di sostanze nell'acqua che possono essere ossidate e decomposte dagli ossidanti (solitamente bicromato di potassio o permanganato di potassio) in determinate condizioni, cioè il grado in cui queste sostanze consumano ossigeno.

1. Materia organica: la materia organica è una delle principali fonti di COD nelle acque reflue, compresa la materia organica biodegradabile come proteine, carboidrati e grassi. Questa materia organica può essere decomposta in anidride carbonica e acqua sotto l'azione di microrganismi.

2. Sostanze fenoliche: i composti fenolici sono spesso utilizzati come inquinanti nelle acque reflue in alcuni processi industriali. Possono avere un grave impatto sull'ambiente acquatico e aumentare il contenuto di COD.

3. Sostanze alcoliche: anche i composti alcolici, come l'etanolo e il metanolo, sono fonti comuni di COD in alcune acque reflue industriali.

4. Sostanze zuccherine: i composti dello zucchero, come glucosio, fruttosio, ecc., sono componenti comuni nelle acque reflue di alcune industrie di trasformazione alimentare e biofarmaceutiche e aumenteranno anche il contenuto di COD.

5. Grasso e grasso: anche le acque reflue contenenti grasso e grassi scaricate durante la produzione industriale porteranno ad un aumento della concentrazione di COD.

6. Azoto ammoniacale: sebbene l'azoto ammoniacale non influisca direttamente sulla determinazione del COD, l'ossidazione dell'azoto ammoniacale consumerà anche ossigeno durante il processo di trattamento delle acque reflue, influenzando indirettamente il valore del COD.

Inoltre, vale la pena notare che il COD non solo reagisce alla materia organica nell'acqua, ma rappresenta anche sostanze inorganiche con proprietà riducenti nell'acqua, come solfuro, ioni ferrosi, solfito di sodio, ecc. Pertanto, quando si trattano le acque reflue, è necessario considerare in modo completo il contributo di vari inquinanti al COD e adottare misure di trattamento appropriate per ridurre il valore del COD.

La materia organica è la principale fonte di COD. Includono varie sostanze organiche, sostanze sospese e sostanze difficili da decomporre nelle acque reflue. L'alto contenuto di COD nelle acque reflue rappresenterà una grande minaccia per l'ambiente acquatico. Il trattamento e il monitoraggio del COD è una delle misure importanti per prevenire e controllare l'inquinamento. Pertanto, la determinazione del COD è uno dei metodi di prova comunemente usati nel trattamento delle acque reflue e nel monitoraggio ambientale.

La determinazione del COD è un processo facile da usare con un'elevata sensibilità analitica. La determinazione del COD può essere completata osservando direttamente il cambiamento di colore del campione o la corrente o altri segnali dopo che il reagente chimico è stato titolato per generare prodotti di ossidazione. Quando il valore del COD supera lo standard, è necessario effettuare un trattamento corrispondente per evitare l'inquinamento ambientale. In breve, capire cosa significa COD gioca un ruolo fondamentale nella protezione dell'ambiente acquatico e nel controllo dell'inquinamento.

 

3. L'impatto dell'alto COD.

‌Il COD (domanda chimica di ossigeno) è un indicatore importante per misurare il grado di inquinamento organico nei corpi idrici. Un contenuto eccessivo avrà un grave impatto sulla qualità dell'acqua del fiume.‌

La misurazione del COD si basa sulla quantità di ossidante consumata quando le sostanze riducenti (principalmente materia organica) vengono ossidate e decomposte in 1 litro d'acqua in determinate condizioni. Queste sostanze riducenti consumeranno una grande quantità di ossigeno disciolto durante il processo di decomposizione, causando una mancanza di ossigeno agli organismi acquatici, che a sua volta influisce sulla loro normale crescita e sopravvivenza, e può causare un gran numero di decessi nei casi più gravi. Inoltre, la riduzione dell'ossigeno disciolto accelererà il deterioramento della qualità dell'acqua, promuoverà la corruzione e la decomposizione della materia organica e produrrà sostanze più tossiche e nocive, come l'azoto ammoniacale, che causerà maggiori danni agli organismi acquatici e alla qualità dell'acqua. L'esposizione a lungo termine a liquami contenenti alte concentrazioni di materia organica può anche causare gravi danni alla salute umana, come causare malattie gastrointestinali, malattie della pelle, ecc. Pertanto, l'eccesso di COD non solo rappresenta una minaccia per gli organismi acquatici, ma rappresenta anche un potenziale rischio per la salute umana.

Al fine di proteggere l'ambiente acquatico e la salute umana, è necessario adottare misure efficaci per prevenire e controllare l'eccessivo COD. Ciò include la riduzione dello scarico di materia organica nelle attività industriali e agricole, nonché il rafforzamento del trattamento e del monitoraggio delle acque reflue per garantire che la qualità dell'acqua scaricata soddisfi gli standard, mantenendo così un buon ambiente ecologico dell'acqua.

Il COD è un indicatore del contenuto di materia organica nell'acqua. Più alto è il COD, più gravemente il corpo idrico è inquinato dalla materia organica. Quando la materia organica tossica entra nel corpo idrico, non solo danneggia gli organismi nel corpo idrico come i pesci, ma può anche arricchirsi nella catena alimentare ed entrare nel corpo umano, causando avvelenamento cronico. .

Il COD ha un grande impatto sulla qualità dell'acqua e sull'ambiente ecologico. Una volta che gli inquinanti organici con un elevato contenuto di COD entrano in fiumi, laghi e bacini idrici, se non vengono trattati in tempo, molta materia organica può essere assorbita dal terreno sul fondo dell'acqua e accumularsi per molti anni. Questi organismi causeranno danni a vari organismi nell'acqua e possono continuare ad essere tossici per diversi anni. Questo effetto tossico ha due effetti:

Da un lato, causerà la morte di un gran numero di organismi acquatici, distruggerà l'equilibrio ecologico del corpo idrico e persino distruggerà direttamente l'intero ecosistema fluviale.

D'altra parte, le tossine si accumuleranno lentamente negli organismi acquatici come pesci e gamberetti. Una volta che gli esseri umani consumano questi organismi acquatici tossici, le tossine entreranno nel corpo umano e si accumuleranno per molti anni, portando a gravi conseguenze imprevedibili come cancro, deformità e mutazioni genetiche. Allo stesso modo, se le persone usano l'acqua inquinata per l'irrigazione, anche le colture ne risentiranno e le persone inaleranno anche una grande quantità di sostanze nocive nel processo di alimentazione.

Quando il COD è molto alto, causerà il deterioramento della qualità naturale dell'acqua. Il motivo è che l'autodepurazione dell'acqua richiede la degradazione di questa materia organica. La degradazione del COD richiede necessariamente il consumo di ossigeno e la capacità di riossigenazione nell'acqua non soddisfa i requisiti. DO scenderà direttamente a 0 e diventerà anaerobico. Nello stato anaerobico, continuerà a decomporsi (trattamento anaerobico dei microrganismi) e l'acqua diventerà nera e maleodorante (i microrganismi anaerobici hanno un aspetto molto nero e contengono idrogeno solforato).

 

4. Metodi per il trattamento del COD

Sul primo punto

Metodo fisico: utilizza l'azione fisica per separare la materia sospesa o la torbidità nelle acque reflue, che può rimuovere il COD nelle acque reflue. I metodi comuni includono il pretrattamento delle acque reflue attraverso serbatoi di sedimentazione, griglie di filtraggio, filtri, pozzetti per grassi, separatori olio-acqua, ecc., per rimuovere semplicemente il COD di particolato nelle acque reflue.

Secondo punto

Metodo chimico: utilizza reazioni chimiche per rimuovere le sostanze disciolte o le sostanze colloidali nelle acque reflue e può rimuovere il COD nelle acque reflue. I metodi comuni includono la neutralizzazione, la precipitazione, l'ossido-riduzione, l'ossidazione catalitica, l'ossidazione fotocatalitica, la microelettrolisi, la flocculazione elettrolitica, l'incenerimento, ecc.

Terzo punto

Metodo fisico e chimico: utilizza reazioni fisiche e chimiche per rimuovere le sostanze disciolte o le sostanze colloidali nelle acque reflue. Può rimuovere il COD nelle acque reflue. I metodi comuni includono griglia, filtrazione, centrifugazione, chiarificazione, filtrazione, separazione dell'olio, ecc.

Quarto punto

Metodo di trattamento biologico: utilizza il metabolismo microbico per convertire gli inquinanti organici e i nutrienti microbici inorganici nelle acque reflue in sostanze stabili e innocue. I metodi comuni includono il metodo dei fanghi attivi, il metodo del biofilm, il metodo della digestione biologica anaerobica, il trattamento di stagni e zone umide di stabilizzazione, ecc.

5. Metodo di analisi COD.

Metodo del bicromato

Il metodo standard per determinare la domanda chimica di ossigeno è rappresentato dallo standard cinese GB 11914 "Determinazione della domanda chimica di ossigeno della qualità dell'acqua mediante il metodo del bicromato" e dallo standard internazionale ISO6060 "Determinazione della domanda chimica di ossigeno della qualità dell'acqua". Questo metodo ha un alto tasso di ossidazione, buona riproducibilità, precisione e affidabilità ed è diventato un metodo standard classico generalmente riconosciuto dalla comunità internazionale.

Il principio di determinazione è: nel mezzo acido solforico, il bicromato di potassio viene utilizzato come ossidante, il solfato d'argento viene utilizzato come catalizzatore e il solfato mercurico viene utilizzato come agente mascherante per gli ioni cloruro. L'acidità dell'acido solforico del liquido di reazione della digestione è di 9 mol/L. Il liquido di reazione della digestione viene riscaldato fino all'ebollizione e la temperatura del punto di ebollizione di 148°C±2°C è la temperatura di digestione. La reazione viene raffreddata con acqua e rifluita per 2h. Dopo che il liquido di digestione si è raffreddato naturalmente, viene diluito a circa 140 ml con acqua. Il ferrocloro viene utilizzato come indicatore e il bicromato di potassio rimanente viene titolato con una soluzione di solfato ferroso di ammonio. Il valore COD del campione d'acqua viene calcolato in base al consumo di soluzione di solfato ferroso di ammonio. L'ossidante utilizzato è il bicromato di potassio e l'agente ossidante è il cromo esavalente, quindi è chiamato metodo del bicromato.

Tuttavia, questo metodo standard classico presenta ancora dei difetti: il dispositivo a riflusso occupa un ampio spazio sperimentale, consuma molta acqua ed elettricità, utilizza una grande quantità di reagenti, è scomodo da utilizzare ed è difficile da misurare rapidamente in grandi quantità.

Metodo del permanganato di potassio

Il COD viene misurato utilizzando il permanganato di potassio come ossidante e il risultato misurato è chiamato indice di permanganato di potassio.

Spettrofotometria

Sulla base del classico metodo standard, il bicromato di potassio ossida la materia organica e il cromo esavalente genera cromo trivalente. Il valore COD del campione d'acqua viene determinato stabilendo una relazione tra il valore di assorbanza del cromo esavalente o del cromo trivalente e il valore COD del campione d'acqua. Utilizzando il principio di cui sopra, i metodi più rappresentativi all'estero sono l'EPA. Metodo 0410.4 "Colorimetria manuale automatica", ASTM: D1252-2000 "Metodo B per la determinazione della domanda chimica di ossigeno della spettrofotometria di digestione sigillata in acqua" e ISO15705-2002 "Metodo a tubo sigillato piccolo per la determinazione della domanda chimica di ossigeno (COD) della qualità dell'acqua". Il metodo unificato del mio paese è il "Metodo di digestione catalitica sigillata rapida (compresa la spettrofotometria)" dell'Amministrazione statale per la protezione dell'ambiente.

Metodo di digestione rapida

Il metodo standard classico è il metodo del reflusso di 2 ore. Al fine di aumentare la velocità di analisi, le persone hanno proposto vari metodi di analisi rapida. Esistono due metodi principali: uno consiste nell'aumentare la concentrazione dell'ossidante nel sistema di reazione della digestione, aumentare l'acidità dell'acido solforico, aumentare la temperatura di reazione e aumentare il catalizzatore per aumentare la velocità di reazione. Il metodo domestico è rappresentato da GB/T14420-1993 "Analisi dell'acqua di caldaia e dell'acqua di raffreddamento Determinazione chimica della domanda di ossigeno Metodo rapido del bicromato di potassio" e dai metodi unificati raccomandati dall'Amministrazione statale per la protezione dell'ambiente "Metodo coulometrico" e "Metodo di digestione catalitica rapida chiusa (incluso il metodo fotometrico)". Il metodo straniero è rappresentato dal metodo standard tedesco DIN38049 T.43 "Metodo rapido per la determinazione della domanda chimica di ossigeno dell'acqua".

Rispetto al classico metodo standard, il metodo di cui sopra aumenta l'acidità dell'acido solforico del sistema di digestione da 9,0 mg/L a 10,2 mg/L, la temperatura di reazione da 150 °C a 165 °C e il tempo di digestione da 2 ore a 10 minuti ~ 15 minuti. Il secondo è quello di cambiare il metodo tradizionale di digestione riscaldando con la radiazione termica e utilizzare la tecnologia di digestione a microonde per migliorare la velocità di reazione della digestione. A causa dell'ampia varietà di forni a microonde e delle diverse potenze, è difficile testare la potenza e il tempo unificati per ottenere il miglior effetto di digestione. Anche il prezzo dei forni a microonde è molto alto ed è difficile formulare un metodo standard unificato.

Lianhua Technology ha sviluppato un metodo spettrofotometrico a digestione rapida per la domanda chimica di ossigeno (COD) nel 1982, che ha ottenuto la determinazione rapida del COD nelle acque reflue con il metodo di "digestione in 10 minuti, valore in 20 minuti". Nel 1992, questo risultato di ricerca e sviluppo è stato incluso nel "CHEMICAL ABSTRACTS" americano come un nuovo contributo al campo chimico mondiale. Questo metodo è diventato lo standard di prova dell'industria della protezione ambientale della Repubblica popolare cinese nel 2007 (HJ/T399-2007). Questo metodo ha raggiunto con successo un valore COD accurato entro 20 minuti. È semplice da usare, comodo e veloce, richiede una piccola quantità di reagenti, riduce notevolmente l'inquinamento generato nell'esperimento e riduce i vari costi. Il principio di questo metodo consiste nel digerire il campione d'acqua aggiunto con il reagente COD di Lianhua Technology a 165 gradi per 10 minuti a una lunghezza d'onda di 420 o 610 nm, quindi raffreddarlo per 2 minuti e quindi aggiungere 2,5 ml di acqua distillata. Il risultato COD può essere ottenuto utilizzando lo strumento di determinazione rapida COD di Lianhua Technology.