ידע על דרישת חמצן כימית

ידע על דרישת חמצן כימית

1. הגדרת COD.

COD (דרישת חמצן כימית) היא כמות המחמצן הנצרכת כאשר דגימת מים מטופלת במחמצן חזק מסוים בתנאים מסוימים. זהו אינדיקטור לכמות החומרים המפזרים במים. החומרים המחזרים במים כוללים חומרים אורגניים שונים, ניטריטים, סולפידים, מלחי ברזל וכו ', אך העיקריים שבהם הם חומרים אורגניים. לכן, דרישת חמצן כימית (COD) משמשת לעתים קרובות כאינדיקטור למדידת כמות החומרים האורגניים במים. ככל שהביקוש לחמצן כימי גדול יותר, כך זיהום המים על ידי חומרים אורגניים חמור יותר. קביעת דרישת החמצן הכימית (COD) משתנה עם קביעת החומרים המחזרים בדגימות מים ושיטת הקביעה. השיטות הנפוצות ביותר הן שיטת חמצון חומצה אשלגן פרמנגנט (KMnO4) ושיטת חמצון אשלגן דיכרומט (K2Cr2O7). שיטת חמצון אשלגן פרמנגנט היא בעלת קצב חמצון נמוך, אך היא פשוטה יחסית וניתן להשתמש בה בעת קביעת ערך ההשוואה היחסי של התוכן האורגני בדגימות מים. שיטת חמצון אשלגן דיכרומט היא בעלת קצב חמצון גבוה ויכולת שחזור טובה, והיא מתאימה לקביעת הכמות הכוללת של חומר אורגני בדגימות מים. חומר אורגני מזיק מאוד למערכות מים תעשייתיות. למען הדיוק, הביקוש לחמצן כימי כולל גם חומרים מחזרים אנאורגניים במים. בדרך כלל, מכיוון שכמות החומר האורגני בשפכים גדולה בהרבה מכמות החומר האי-אורגני, דרישת חמצן כימית משמשת בדרך כלל לייצוג הכמות הכוללת של חומר אורגני בשפכים. בתנאי המדידה, חומר אורגני ללא חנקן במים מתחמצן בקלות על ידי אשלגן פרמנגנט, בעוד חומר אורגני המכיל חנקן קשה יותר לפירוק. לכן, דרישת חמצן מתאימה לקביעת מים טבעיים או שפכים כלליים המכילים חומר אורגני המתחמצן בקלות, בעוד שפכים תעשייתיים אורגניים בעלי רכיבים מורכבים יותר נמדדים לרוב לדרישת חמצן כימית.

מים המכילים כמות גדולה של חומר אורגני יזהמו שרפים של חילופי יונים בעת המעבר במערכת ההתפלה, במיוחד שרפים להחלפת אניון, מה שיפחית את יכולת ההחלפה של השרף. חומר אורגני יכול להיות מופחת בכ-50% לאחר טיפול מקדים (קרישה, בירור וסינון), אך לא ניתן להסירו במערכת ההתפלה, ולכן פעמים רבות הוא מוכנס לדוד דרך מי ההזנה כדי להפחית את ערך החומציות של מי הדוד. לעיתים חומר אורגני עשוי גם להיות מובא למערכת הקיטור ולהתעבות, מה שגורם ל- pH לרדת וגורם לקורוזיה של המערכת. תכולת חומר אורגני גבוהה במערכת המים המחזורית תקדם רבייה מיקרוביאלית. לכן, בין אם מדובר בהתפלה, מי דוד או מערכת מים במחזור, ככל שה-COD נמוך יותר, כן ייטב, אך אין מדד גבול אחיד. כאשר COD (שיטת KMnO4) גדול מ-5 מ"ג/ליטר במערכת מי הקירור במחזור, איכות המים החלה להידרדר.

בתקן מי השתייה, דרישת החמצן הכימית (COD) של מים מדרגה I ו-Class II היא ≤15mg/L, דרישת החמצן הכימית (COD) של מים מדרגה III היא ≤20mg/L, דרישת החמצן הכימית (COD) של מים מדרגה IV היא ≤30mg/L, ודרישת החמצן הכימית (COD) של מים מדרגה V היא ≤40mg/L. ככל שערך ה- COD גדול יותר, כך זיהום גוף המים חמור יותר.

2. כיצד מיוצר בקלה?

COD (דרישת חמצן כימית) מופקת בעיקר מחומרים בדגימת המים שיכולים להתחמצן על ידי מחמצנים חזקים, בעיקר חומר אורגני. חומרים אורגניים אלה נמצאים באופן נרחב במי שפכים ובמים מזוהמים, כולל אך לא מוגבל לסוכרים, שמנים ושומנים, חנקן אמוניה וכו '. חמצון חומרים אלה צורך את החמצן המומס במים, ובכך מגביר את דרישת החמצן הכימי. במיוחד:

1. חומרי סוכר: כגון גלוקוז, פרוקטוז וכו', נמצאים בדרך כלל בשפכים מתעשיית עיבוד המזון ומתעשיית הביו-פרמצבטיקה, והם יגדילו את תכולת ה-COD.

2. שמנים ושומנים: שפכים המכילים שמנים ושומנים המוזרמים במהלך הייצור התעשייתי יובילו גם הם לעלייה בריכוז ה-COD.

3. חנקן אמוניה: למרות שהוא אינו משפיע ישירות על קביעת COD, חמצון חנקן אמוניה יצרוך חמצן גם במהלך הטיפול בשפכים, וישפיע בעקיפין על ערך ה- COD.

בנוסף, ישנם סוגים רבים של חומרים שיכולים לייצר COD בשפכים, כולל חומר אורגני מתכלה, מזהמים אורגניים תעשייתיים, חומרים אנאורגניים מחזרים, חומר אורגני כלשהו שקשה לפרק ביולוגית, ומטבוליטים מיקרוביאליים. חמצון של חומרים אלה צורכת את החמצן המומס במים, וכתוצאה מכך הדור של COD. לכן, הביקוש לחמצן כימי הוא אינדיקטור חשוב למדידת מידת הזיהום של חומר אורגני והפחתת חומר אנאורגני במים. זה משקף את הכמות הכוללת של חומרים במים שניתן לחמצן ולפרק על ידי מחמצנים (בדרך כלל אשלגן dichromate או אשלגן permanganate) בתנאים מסוימים, כלומר, את המידה שבה חומרים אלה צורכים חמצן.

1. חומר אורגני: חומר אורגני הוא אחד המקורות העיקריים של COD בשפכים, כולל חומר אורגני מתכלה כגון חלבונים, פחמימות ושומנים. חומר אורגני זה יכול להתפרק לפחמן דו חמצני ומים תחת פעולה של מיקרואורגניזמים.

2. חומרים פנולים: תרכובות פנוליות משמשות לעתים קרובות כמזהמים בשפכים בתהליכים תעשייתיים מסוימים. הם יכולים להיות בעלי השפעה רצינית על סביבת המים ולהגדיל את תכולת COD.

3. חומרים אלכוהוליים: תרכובות אלכוהוליות, כגון אתנול ומתנול, הן גם מקורות נפוצים של COD בחלק מהשפכים התעשייתיים.

4. חומרי סוכר: תרכובות סוכר, כגון גלוקוז, פרוקטוז וכו', הן רכיבים נפוצים בשפכים מחלק מתעשיות עיבוד המזון והביו-פרמצבטיקה, והן גם יגדילו את תכולת ה-COD.

5. שומן ושומן: שומן ושפכים המכילים שומן המוזרמים במהלך הייצור התעשייתי יובילו גם הם לעלייה בריכוז ה-COD.

6. חנקן אמוניה: למרות שחנקן אמוניה אינו משפיע ישירות על קביעת COD, חמצון חנקן האמוניה יצרוך חמצן גם בתהליך הטיפול בשפכים, וישפיע בעקיפין על ערך ה-COD.

בנוסף, ראוי לציין כי COD לא רק מגיב לחומר אורגני במים, אלא גם מייצג חומרים אנאורגניים עם הפחתת תכונות במים, כגון סולפיד, יוני ברזל, נתרן סולפיט וכו '. לכן, בעת טיפול בשפכים, יש צורך לשקול באופן מקיף את תרומתם של מזהמים שונים ל- COD ולנקוט באמצעי טיפול מתאימים להפחתת ערך ה- COD.

חומר אורגני הוא המקור העיקרי של COD. הם כוללים חומר אורגני שונים, חומר מרחף, וחומרים קשים לפירוק בביוב. תכולת ה-COD הגבוהה בביוב תהווה איום גדול על סביבת המים. הטיפול והניטור של COD הוא אחד האמצעים החשובים למניעה ובקרה של זיהום. לכן, קביעת COD היא אחת משיטות הבדיקה הנפוצות בטיפול בשפכים ובניטור סביבתי.

קביעת COD היא תהליך קל לתפעול עם רגישות אנליטית גבוהה. קביעת COD יכולה להסתיים על ידי התבוננות ישירה בשינוי הצבע של הדגימה או באותות הנוכחיים או האחרים לאחר שהמגיב הכימי הוא titrated כדי ליצור תוצרי חמצון. כאשר ערך COD עולה על התקן, יש צורך לבצע טיפול מתאים כדי למנוע זיהום סביבתי. בקיצור, הבנת המשמעות של COD ממלאת תפקיד חיוני בהגנה על סביבת המים ובביצוע בקרת זיהום.

 

3. ההשפעה של COD גבוה.

‌COD (דרישת חמצן כימית) הוא אינדיקטור חשוב למדידת מידת הזיהום האורגני בגופי מים. לתוכן מופרז תהיה השפעה חמורה על איכות מי הנהר.‌

מדידת COD מבוססת על כמות המחמצן הנצרכת כאשר חומרים מחזרים (בעיקר חומר אורגני) מחומצנים ומפורקים בליטר מים אחד בתנאים מסוימים. חומרים מחזרים אלה יצרכו כמות גדולה של חמצן מומס בתהליך הפירוק, מה שיגרום לאורגניזמים החיים לחוסר חמצן, שבתורו משפיע על גדילתם והישרדותם הרגילה, ועלול לגרום למספר רב של מקרי מוות במקרים חמורים. בנוסף, הפחתת החמצן המומס תאיץ את ההידרדרות באיכות המים, תקדם השחתה ופירוק של חומר אורגני, ותייצר חומרים רעילים ומזיקים יותר, כגון חנקן אמוניה, אשר יגרמו נזק גדול יותר לאורגניזמים החיים ולאיכות המים. חשיפה ארוכת טווח לביוב המכיל ריכוזים גבוהים של חומר אורגני עלולה גם לגרום לפגיעה חמורה בבריאות האדם, כגון גרימת מחלות במערכת העיכול, מחלות עור ועוד. לכן, עודף COD לא רק מהווה איום על אורגניזמים ימיים, אלא גם מהווה סיכון פוטנציאלי לבריאות האדם.

על מנת להגן על סביבת המים ובריאות האדם, יש לנקוט באמצעים יעילים כדי למנוע ולשלוט COD עודף. זה כולל הפחתת הזרמת חומר אורגני בפעילות תעשייתית וחקלאית, וכן חיזוק הטיפול והניטור בשפכים כדי להבטיח שאיכות המים המוזרמים עומדת בתקנים, ובכך לשמור על סביבה אקולוגית טובה במים.

COD הוא אינדיקטור לתכולת החומר האורגני במים. ככל שה-COD גבוה יותר, כך גוף המים מזוהם יותר על ידי חומר אורגני. כאשר חומר אורגני רעיל נכנס לגוף המים, הוא לא רק פוגע באורגניזמים בגוף המים כמו דגים, אלא גם יכול להיות מועשר בשרשרת המזון ולהיכנס לגוף האדם, מה שגורם להרעלה כרונית. .

COD יש השפעה רבה על איכות המים והסביבה האקולוגית. ברגע שמזהמים אורגניים בעלי תכולת COD גבוהה נכנסים לנהרות, אגמים ומאגרים, אם הם לא מטופלים בזמן, חומר אורגני רב עלול להיספג על ידי הקרקע בתחתית המים ולהצטבר במשך שנים רבות. אורגניזמים אלה יגרמו נזק לאורגניזמים שונים במים, ועלולים להמשיך להיות רעילים במשך מספר שנים. להשפעה רעילה זו שתי השפעות:

מצד אחד, זה יגרום למוות של מספר רב של אורגניזמים ימיים, להרוס את האיזון האקולוגי של גוף המים, ואפילו להרוס ישירות את המערכת האקולוגית של הנהר.

מצד שני, רעלים יצטברו לאט באורגניזמים ימיים כמו דגים וחסילונים. ברגע שבני אדם צורכים את האורגניזמים הימיים הרעילים האלה, הרעלים ייכנסו לגוף האדם ויצטברו במשך שנים רבות, מה שיוביל לתוצאות חמורות בלתי צפויות כגון סרטן, עיוותים ומוטציות גנטיות. באותו אופן, אם אנשים ישתמשו במים מזוהמים להשקיה, גם יבולים יושפעו, ואנשים גם ישאפו כמות גדולה של חומרים מזיקים בתהליך האכילה.

כאשר COD הוא גבוה מאוד, זה יגרום להידרדרות באיכות המים הטבעית. הסיבה לכך היא שהטיהור העצמי של המים דורש פירוק של החומר האורגני הזה. השפלה של COD דורשת בהכרח צריכת חמצן, ואת יכולת חמצון מחדש במים אינו עומד בדרישות. DO יירד ישירות ל-0 ויהפוך לאנאירובי. במצב האנאירובי, הוא ימשיך להתפרק (טיפול אנאירובי במיקרואורגניזמים), והמים יהפכו שחורים ומסריחים (מיקרואורגניזמים אנאירוביים נראים שחורים מאוד ומכילים גז מימן גופרתי).

 

4. שיטות לטיפול ב- COD

הנקודה הראשונה

שיטה פיזיקלית: היא משתמשת בפעולה פיזית כדי להפריד חומר מרחף או עכירות בשפכים, אשר יכול להסיר COD בשפכים. שיטות נפוצות כוללות טיפול מקדים בשפכים באמצעות מיכלי שיקוע, רשתות סינון, מסננים, מלכודות שומן, מפרידי שמן-מים וכו ', פשוט כדי להסיר COD של חומר חלקיקי בביוב.

נקודה שנייה

שיטה כימית: היא משתמשת בתגובות כימיות כדי להסיר חומרים מומסים או חומרים קולואידים במי שפכים, ויכולה להסיר COD במי שפכים. שיטות נפוצות כוללות נטרול, משקעים, חיזור חמצון, חמצון קטליטי, חמצון פוטוקטליטי, מיקרו-אלקטרוליזה, פלוקולציה אלקטרוליטית, שריפה ועוד.

נקודה שלישית

שיטה פיזיקלית וכימית: היא משתמשת בתגובות פיזיקליות וכימיות כדי להסיר חומרים מומסים או חומרים קולואידים במי שפכים. זה יכול להסיר COD בשפכים. שיטות נפוצות כוללות רשת, סינון, צנטריפוגה, הבהרה, סינון, הפרדת שמן וכו '.

נקודה רביעית

שיטת טיפול ביולוגי: הוא משתמש במטבוליזם מיקרוביאלי כדי להמיר מזהמים אורגניים וחומרים מזינים מיקרוביאליים אנאורגניים במי שפכים לחומרים יציבים ולא מזיקים. שיטות נפוצות כוללות שיטת בוצה פעילה, שיטת ביופילם, שיטת עיכול ביולוגי אנאירובי, ייצוב בריכה וטיפול בביצות ועוד.

5. שיטת ניתוח COD.

שיטת דיכרומט

השיטה הסטנדרטית לקביעת ביקוש לחמצן כימי מיוצגת על ידי התקן הסיני GB 11914 "קביעת דרישת חמצן כימית לאיכות המים בשיטת דיכרומט" והתקן הבינלאומי ISO6060 "קביעת דרישת חמצן כימית לאיכות המים". לשיטה זו קצב חמצון גבוה, יכולת שכפול טובה, דיוק ואמינות, והיא הפכה לשיטה סטנדרטית קלאסית המוכרת בדרך כלל על ידי הקהילה הבינלאומית.

עקרון הקביעה הוא: בתווך חומצה גופרתית, אשלגן דיכרומט משמש כמחמצן, כסף גופרתי משמש כזרז, וכספית גופרתית משמשת כחומר מיסוך ליוני כלוריד. חומציות החומצה הגופרתית של נוזל תגובת העיכול היא 9 mol/L. נוזל תגובת העיכול מחומם לרתיחה, וטמפרטורת נקודת הרתיחה של 148°C±2°C היא טמפרטורת העיכול. התגובה מקוררת על ידי מים וחוזרת למשך שעתיים. לאחר נוזל העיכול מקורר באופן טבעי, הוא מדולל כ 140ml עם מים. Ferrochlorine משמש אינדיקטור, ואת האשלגן הנותר dichromate הוא titrated עם אמוניום ברזל סולפט פתרון. ערך COD של מדגם המים מחושב על בסיס צריכת אמוניום ברזל סולפט פתרון. המחמצן המשמש הוא אשלגן דיכרומט, והסוכן המחמצן הוא כרום משושה, ולכן הוא נקרא שיטת דיכרומט.

עם זאת, לשיטה סטנדרטית קלאסית זו עדיין יש חסרונות: מכשיר הריפלוקס תופס חלל ניסוי גדול, צורך הרבה מים וחשמל, משתמש בכמות גדולה של ריאגנטים, אינו נוח לתפעול וקשה למדוד אותו במהירות בכמויות גדולות.

שיטת אשלגן permanganate

COD נמדד באמצעות אשלגן permanganate כמחמצן, ואת התוצאה הנמדדת נקרא אשלגן permanganate אינדקס.

ספקטרופוטומטריה

בהתבסס על השיטה הסטנדרטית הקלאסית, אשלגן דיכרומט מחמצן חומר אורגני, וכרום משושה מייצר כרום טריוולנטי. ערך COD של דגימת המים נקבע על ידי קביעת קשר בין ערך הספיגה של כרום משושה או כרום טריוולנטי לבין ערך COD של דגימת המים. באמצעות העיקרון הנ"ל, השיטות המייצגות ביותר בחו"ל הן EPA. שיטה 0410.4 "קולורימטריה ידנית אוטומטית", ASTM: D1252-2000 "שיטה B לקביעת דרישת חמצן כימית של ספקטרופוטומטריית עיכול אטומה במים" ו- ISO15705-2002 "שיטת צינור אטום קטן לקביעת דרישת חמצן כימית (COD) של איכות המים". השיטה המאוחדת של ארצי היא "שיטת עיכול קטליטי אטום מהיר (כולל ספקטרופוטומטריה)" של מינהל הגנת הסביבה של המדינה.

שיטת עיכול מהיר

השיטה הסטנדרטית הקלאסית היא שיטת ריפלוקס 2h. על מנת להגדיל את מהירות הניתוח, אנשים הציעו שיטות ניתוח מהיר שונות. ישנן שתי שיטות עיקריות: האחת היא להעלות את ריכוז המחמצן במערכת תגובת העיכול, להעלות את החומציות של חומצה גופרתית, להעלות את טמפרטורת התגובה ולהגדיל את הזרז להגברת מהירות התגובה. השיטה המקומית מיוצגת על ידי GB/T14420-1993 "ניתוח מים בדוד ומי קירור, קביעת ביקוש חמצן כימי, אשלגן דיכרומט, שיטה מהירה" והשיטות המאוחדות המומלצות על ידי מינהל הגנת הסביבה של המדינה, "שיטה קולומטרית" ו"שיטת עיכול קטליטי סגור מהיר (כולל שיטה פוטומטרית)". השיטה הזרה מיוצגת על ידי השיטה הסטנדרטית הגרמנית DIN38049 T.43 "שיטה מהירה לקביעת דרישת חמצן כימית של מים".

בהשוואה לשיטה הסטנדרטית הקלאסית, השיטה הנ"ל מעלה את חומציות החומצה הגופרתית של מערכת העיכול מ -9.0 מ"ג / ליטר ל -10.2 מ"ג / ליטר, את טמפרטורת התגובה מ -150 מעלות צלזיוס ל -165 מעלות צלזיוס, ואת זמן העיכול מ -2 שעות ל -10 דקות ~ 15 דקות. השני הוא לשנות את שיטת העיכול המסורתית על ידי חימום עם קרינה תרמית, ולהשתמש בטכנולוגיית עיכול מיקרוגל כדי לשפר את מהירות התגובה לעיכול. בשל המגוון הרחב של תנורי מיקרוגל ועוצמות שונות, קשה לבדוק את הכוח והזמן המאוחדים על מנת להשיג את אפקט העיכול הטוב ביותר. גם מחיר תנורי המיקרוגל גבוה מאוד, וקשה לגבש שיטה סטנדרטית אחידה.

טכנולוגיית Lianhua פיתחה שיטה ספקטרופוטומטרית לעיכול מהיר לדרישת חמצן כימית (COD) בשנת 1982, אשר השיגה את הקביעה המהירה של COD בביוב בשיטה של "10 דקות עיכול, 20 דקות ערך". בשנת 1992, תוצאת מחקר ופיתוח זו נכללה ב"תקצירים כימיים" האמריקאים כתרומה חדשה לשדה הכימי העולמי. שיטה זו הפכה לתקן הבדיקה של תעשיית הגנת הסביבה של הרפובליקה העממית של סין בשנת 2007 (HJ / T399-2007). שיטה זו השיגה בהצלחה ערך COD מדויק תוך 20 דקות. הוא פשוט לתפעול, נוח ומהיר, דורש כמות קטנה של ריאגנטים, מפחית מאוד את הזיהום שנוצר בניסוי ומפחית עלויות שונות. העיקרון של שיטה זו הוא לעכל את דגימת המים שנוספה עם מגיב COD של Lianhua Technology ב 165 מעלות במשך 10 דקות באורך גל של 420 או 610nm, ואז לקרר אותו במשך 2 דקות, ולאחר מכן להוסיף 2.5ml של מים מזוקקים. ניתן לקבל את תוצאת COD באמצעות מכשיר הקביעה המהירה COD של Lianhua Technology.