ידע על דרישת חמצן כימית

ידע על דרישת חמצן כימית

1. הגדרה של COD.

COD (דרישה חמצנית כימית) הוא הכמות של חומר מוקסידנטי שנצרך כאשר דגימת מים מטופחת עם מוקסידנט חזק מסוים תחת תנאים מסויימים. זה הוא מדד לכמות החומרים המפחיתים במים. החומרים המפחיתים במים כוללים מגוון חומרים אורגניים, ניטראטים, סולפידים, יוני ברזל דו-חמצניים ועוד, אך העיקרייהם הם חומרים אורגניים. לכן, דרישה חמצנית כימית (COD) משמשת לעתים קרובות כמדד למדידת הכמות של חומרים אורגניים במים. ככל שהדרישה החמצנית כימית גדולה יותר, כך התلوות המים על ידי חומרים אורגניים חמורה יותר. בדיקת הדרישה החמצנית כימית משתנה בהתאם לבדיקת החומרים המפחיתים במים ובשיטה של המדידה. השיטות הנפוצות ביותר הן שיטת האוקסידציה באמצעות פוטאסיום פרמנגנאת חמצנית (KMnO4) ושיטת האוקסידציה באמצעות דיכרומט פוטאסיום (K2Cr2O7). שיטת האוקסידציה של פוטאסיום פרמנגנאת יש לה אפקטיביות אוקסידציה נמוכה, אך היא יחסית פשוטה ויכולה לשמש כאשר יש צורך לקבוע את הערך ההשוואתי של התכולה האורגנית בדגימות מים. שיטת האוקסידציה של דיכרומט פוטאסיום מאופיינת באפקטיביות אוקסידציה גבוהה ובכפילות טובה, והיא מתאימה לקביעת הסך הכולל של החומר האורגני בדגימות מים. חומרים אורגניים הם מאוד מזיקים למערכות מים תעשייתיות. בהגדרה מדויקת, דרישה חמצנית כימית כוללת גם חומרים מפחיתים לאורגניים במים. בדרך כלל, מכיוון שכמות החומרים האורגניים בבזבוזים גדולת בהרבה מכמות החומרים הלא אורגניים, דרישה חמצנית כימית משמשת בדרך כלל לייצוג הסך הכולל של החומרים האורגניים בבזבוזים. תחת תנאי המדידה, חומרים אורגניים ללא חנקן במים מוקסדים בקלות על ידי פוטאסיום פרמנגנאת, בעוד שחומרים אורגניים המכילים חנקן הם יותר קשים לפירוק. לכן, דרישה חמצנית מתאימה למדידת מים טבעיים או בזבוזים כלליים המכילים חומרים אורגניים שקלים למיחזור, בעוד שבזבוזים תעשייתיים אורגניים בעלי תרכובת מורכבת יותר מודדים בדרך כלל דרישה חמצנית כימית.

מים המכילים כמות גדולה של חומר אורגני ישכנו את רזינות החלפת יונים בעת העברתם דרך מערכת התסיסה, במיוחד רזינות החלפתアニון, מה שיגרום להפחתת היכולת החליפית של הרזינה. החומר האורגני יכול להופחת בכ-50% לאחר טיפול מקדים (הרכבה, טיהור ומסננות), אך הוא לא יכול להוסר במערכת התסיסה, ולכן הוא מובא לעתים קרובות לתוך הבוילר דרך מים ההאספקה, מה שגורם להקטנת ערך ה-pH של מים הבוילר. לפעמים החומר האורגני עשוי גם להכנס למערכת הקיטור והקונדנסט, גורם להפחתת ה-pH ולגרום שחיקה במערכת. כמות גבוהה של חומר אורגני במערכת המים המעגליים תעודד את שגשוג המיקרואורגניזמים. לכן, בין אם מדובר בתסיסה, מים של בוילר או מערכת מים מעגלים, ככל שה-COD יהיה נמוך יותר - כך זה יהיה טוב יותר, אך אין אינדקס גבול אחיד. כאשר COD (שיטת KMnO4) גדול מ-5mg/L במערכת מים קריר מעגלים, איכות המים כבר החלה להדרדר.

בתקן מים לשתיה, דרישה חמצנית כימית (COD) של מים מדרגה I ו-II היא ≤15מג/ל, דרישה חמצנית כימית (COD) של מים מדרגה III היא ≤20מג/ל, דרישה חמצנית כימית (COD) של מים מדרגה IV היא ≤30מג/ל, ודרישה חמצנית כימית (COD) של מים מדרגה V היא ≤40מג/ל. ככל שהערך של COD גדול יותר, כך הזיהום של גוף המים הוא חמור יותר.

2. איך נוצר COD?

COD (דרישה חמצנית כימית) נובע בעיקר מההרכבים במuestra מים שיכולים להיחלץ על ידי חומצי חזקים, במיוחד חומרים אורגניים. חומרים אורגניים אלו נמצאים באופן נרחב בביו-מים ובמי זיהום, כולל אך לא רק סוכרים, שומנים, אמוניה חנקן וכו'. חילוץ החומרים הללו צורך את החמצן الذ镕 במים, מה שגורם לעלייה בדרישה חמצנית כימית. באופן ספציפי:

1. תרכובות סוכר: כמו גלוקוז, פרוקטוז וכו', נמצאות בדרך כלל במים שמנויים מהתעשייה להכנת מזון ובהתעשייה הביופרמצבטית, והן יגדילו את התכולה של COD.

2. שומנים וצורות: מים שמנויים המכילים שומנים וצורות שמשוחררים במהלך ייצור תעשייתי יגררו גם הם עלייה בконסנטרציה של COD.

3. אזוטrogen אמוני: אף על פי שאיננו משפיע ישירות על הבדיקה של COD, חמצון של אזוטrogen אמוני יצרוך גם הוא חמצן במהלך הטיפול במים שמנויים, להשפיע באופן עקיף על ערך COD.

בנוסף

חומר אורגני: חומר אורגני הוא אחת ממקורות ה-COD העיקריים בבוץ, כולל חומרים אורגניים מתפרקים כמו חלבונים, כרbohydrates ושומנים. חומרים אורגניים אלו יכולים להפרק לפחמן דו חמצני ומים תחת פעולת מיקרואורגניזמים.

תרכובות פנוליות: תרכובות פנוליות משמשות לעיתים קרובות כמזהמים במים שוקעים בпроcedures תעשייתיים מסוימים. הן יכולות להשפיע בצורה חמורה על הסביבה המימית ולהעלות את התכולה של COD.

תרכובות אלכוהוליות: תרכובות אלכוהוליות, כמו אתנול ומתנול, גם הן מקורות נפוצים של COD במים שוקעים בתעשיות מסוימות.

תרכובות סוכר: תרכובות סוכר, כמו גלוקוז ופרוקטוז וכו', הם רכיבים נפוצים במים שוקעים בתעשיות עיבוד מזון ובתעשיות ביופארמה מסוימות, והן גם יגדילו את התכולה של COD.

שומן וצמיג: מים שוקעים המכילים שומן וצמיג הנפלטים במהלך ייצור תעשייתי יובילו גם הם לעלייה בקונCENTRATION של COD.

6. אמוניה ניטוגן: אף על פי שאמוניה ניטוגן לא משפיעה ישירות על הימצאות ה-COD, חמצון של אמוניה ניטוגן יצרך גם הוא חמצן במהלך תהליך עיבוד מים שומשים, מה שמשפיע באופן עקיף על ערך ה-COD.

בנוסף, שווה לשים לב כי COD מגיב לא רק למולקולות אורגניות במים, אלא גם מייצג תרכובות אי-אורגניות בעלי תכונות רדוקטיביות במים, כמו סולפידים, יונים דו-חמצניים, סולפט סודה, וכו'. לכן, בעת הטיפול בבוץ, יש לקחת בחשבון בצורה כוללת את תרומתם של מגוון מזוהמים ל-COD ולנקוט בצעדי טיפול מתאימים כדי להפחית את ערך ה-COD.

חומר אורגני הוא המקור העיקריד ל-COD. הם כוללים מגוון חומרים אורגניים, חומר מרחף ותרכובות קשות להידלדלות בזבל. כמות גבוהה של COD בזבל תאיים איום גדול על הסביבה המימית. הטיפול והמעקב אחר COD הוא אחת התוכניות החשובות למניעת ולכיבוש זיהום. לכן, בדיקת COD היא אחת השיטות הנפוצות לבדיקות בטיפול בזבל ובמעקב סביבתי.

בדיקת COD היא תהליך קל לביצוע עם רגישות אנליטית גבוהה. בדיקת COD יכולה להתבצע על ידי צפייה ישירה בשינוי צבע המדגם או בהזרמה או אותות אחרים לאחר שהמ kao הכימי הוזרק כדי ליצור תוצרי חמצון. כאשר ערך ה-COD עולה על התקן, יש לבצע טיפול מתאים כדי למנוע זיהום סביבתי. בסיכום, הבנה של מה שאומר COD משחקת תפקיד חיוני בהגנה על הסביבה המימית ובביצוע של בקרת זיהום.

3. השפעה של ערך גבוה של COD.

‌ COD (דרישת חמצן כימית) הוא מודד חשוב למדידת רמת התلوון האורגני במקורות מים. תכולה עודפת תגרום להשפעה חמורה על איכות המים בנחלים. ‌

מדידת ה-COD מסתמכה על כמות המחמצן שנשمرة כאשר תרכובות מפחיתות (בעיקר חומר אורגני) מוחמצות ומפורקות ב-1 ליטר של מים תחת תנאים מסוימים. תרכובות אלו יצרוכנה כמות גדולה של חמצן דיסולב במהלך תהליך הפירוק, מה שיגרום לחסרים בחמצן לצמחים וחיות מימיות, מה שייקל על צמיחתם והישרדותם, ובמקרים חמורים עשוי לגרום להרבה מוות. בנוסף, ירידה בכמות החמצן הדיסולב תאיץ את התדרדרות איכות המים, תעודד את פירוקו וההתפרקות של חומר אורגני, ותיצור תרכובות רעילות ומזיקות יותר, כמו אזוטן, שיגורמו נזק גדול יותר לצמחים וחיות מימיות ואיכות המים. חשיפה ארוכה למים עם ריכוז גבוה של חומר אורגני עלולה גם לגרום להזק חמור לבני אדם, כמו מחלה במערכת העיכול, בעיות עור וכו'. לכן, COD גבוה מדי מהווה איום לא רק על צמחים וחיות מימיות אלא גם סיכון פוטנציאלי לבני אדם.

כדי להגן על הסביבה המימית ובכדי להגן על בריאות האדם, יש לקחת אמצעים יעילים למניעת והשליטה ב-COD עודף. זה כולל הפחתה של שחרור חומרים אורגניים בתהליך התעשייתי והחקלאי, כמו גם לחזק את הטיפול במים מלוכלכים ואת השגחה כדי לוודא שהאיכות של המים הנשפכים תעמוד בסטנדרטים, וכך לשמור על סביבה מימית אيكולוגית טובה.

COD הוא מדד לכמות החומר האורגני במים. ככל ש-COD גבוה יותר, כך ההשפעה של זיהום אורגני על גוף המים חמורה יותר. כאשר חומרים אורגניים רעילים נמצאים בגוף המים, הם לא רק מזיקים ליצורים חיים בגוף המים כמו דגים, אלא גם יכולים להצטבר שרשרת המזון ולבוא לגוף האדם, מה שיגרום למצב שלتسمיס כרוני. .

COD משפיע בצורה חזקה על איכות המים והסביבה האקולוגית. אם מזוהמים אורגניים עם תכולת COD גבוהה נמצאים בנהרות, הרים ומאגרי מים, ולא מטפלים בהם בזמן, הרבה חומרים אורגניים עשויים להיספג באדמה בתחתית המים ולהצטבר במשך שנים רבות. החומרים הללו יזיקו ליצורים שונים במים ויכולים להישאר רעילים במשך מספר שנים. ההשפעה הרעילה הזו יש לה שתי תוצאות:

מצד אחד, היא תגרום למוות של כמויות גדולות של יצורים מימיים, תשבש את שיווי המשקל האקולוגי של גוף המים, ואף תחריב ישירות את כל מערכת האקולוגיה של הנהר.

מהצד השני, ירעלים יצטברו בהדרגה באורגניזמים מימתיים כמו דגים וקраницות. לאחר שבני אדם אוכלים אורגניזמים מימתיים אלו המאומצים, הירעלים ייכנסו לגוף האדם ויצטברו במשך שנים רבות, ויובילו לתוצאות חמורות בלתי צפויות כמו סרטן, תסבוכות ותסגלות גנטיות. באותו האופן, אם אנשים משתמשים במים מזוהמים להשקיה, גם התבואות ייפגעו, ובמהלך האכילה אנשים יבלעו כמויות גדולות של חומרים מסוכנים.

כאשר ה-COD הוא גבוה מאוד, זה יגרום להידרדרות איכות המים הטבעיים. הסיבה היא שההטיהור העצמי של המים דורש את התפרקות החומרים האורגניים האלה. התפרקות ה-COD דורשת בהכרח הצריכה של חמצן, והיכולת של המים לחזור ולהתמלא בחמצן איננה מספקת. ה-DO יירד ישירות ל-0 ויתחיל מצב אנאירובי. במצב אנאירובי, זה ימשיך להתפרק (טיפול אנאירובי על ידי מיקרואורגניזמים), והמים יהפכו שחורים ומזנים (מיקרואורגניזמים אנאירוביים נראים שחורים מאוד ומכילים גז סולפיד הידרוגן).

4. שיטות לטיפול ב-COD

הנקודה הראשונה

שיטה פיסיקלית: היא משתמשת בפעולה פיסיקלית כדי להפריד חומר צף או כיוון במים מלוכלכים, מה שאפשר להסיר COD במים מלוכלכים. השיטות הנפוצות כוללות טיפול מקדים של מים מלוכלכים באמצעות אגמי טיהור, רשתות סינון, סüzels, תאים להפרדת שומן, מפרידים של שמן-מים וכו', כדי להסיר בצורה פשוטה את COD של חומר חלקיקי במים מלוכלכים.

הנקודה השניה

שיטה כימית: היא משתמשת בתגובות כימיות כדי להסיר תרכובות محلולות או תרכובות קוליואידיות במים מזוהמים, ויכולה להסיר את ה-COD במים המזוהמים. השיטות השכיחות כוללות ניטרליזציה,ตกירור, חמצון-החזרה, חמצון קטליטי, חמצון פוטוקטליטי, אלקטרוליזה מיקרו-אלקטרוליטית, דבקת אלקטרוליטית, שרפה וכו'.

הנקודה השלישית

שיטת פיזיקו-כימית: היא משתמשת בתגובות פיזיקליות וכימיות כדי להסיר תרכובות מחוללות או תרכובות קוליואידיות במים מזוהמים. היא יכולה להסיר את ה-COD במים המזוהמים. השיטות השכיחות כוללות רשת, סינון, צנטריפוגה, טיהור, סינון, הפרדת שמן וכו'.

הנקודה הרביעית

שיטת טיפול ביולוגי: היא משתמשת במטבוליזם של מיקרואורגניזמים כדי להמיר את המז@brief

5. שיטת ניתוח COD.

שיטת הדיכרומט

השיטה הסטנדרטית למדידת דרישת חמצן כימית מיוצגת על ידי התקן הסיני GB 11914 "הכרת דרישת חמצן כימית של איכות מים בשיטת הדיכרומט" והתקן הבינלאומי ISO6060 "הכרת דרישת חמצן כימית של איכות מים". שיטה זו מאופיינת ביעילות אוקסידציה גבוהה, תקינות טובה, דיוק ו뢰אות, ובכך הפכה לשיטה סטנדרטית קלאסית שמוכרת באופן כללי ברחבי העולם.

עקרון הידיעה הוא: במדיה חומצית של חומץ גופרי, ני트ראט kali משמש כמגש, סולפט כסף משמש כקטליזטור, וסולפט כספית משמש כагент מסך לאניוני כלור. רמת החומציות של תערובת התגובה בהדחה היא 9 מול/ל. נוזל התגובה בהדחה מתחמם עד כדי רתיחה, והטמפרטורה של נקודות הרתיחה של 148℃±2℃ היא טמפרטורת ההדחה. התגובה מאובחת במים ומחזירה זרימה במשך שעה. לאחר שהנוזל שנדחף מתקרר באופן טבעי, הוא מוטמע לבערך 140 מ"ל עם מים. פֶרוֹכְלוֹרִין משמש כמצביע, והנייטראט kali השארית מודגם באמצעות פתרון של סולפט אמונيوم דו-פלדה. ערך ה-COD של דגימת המים מחושב על בסיס הצריכה של פתרון סולפט אמוניום דו-פלדה. המגש המשמש הוא ניטרט kali, והמגש האוקסידי הוא כרום בשש ערכים, לכן זה נקרא שיטת הכרוםית.

עם זאת, השיטה הקלאסית הסטנדרטית הזו עדיין יש בה חסרונות: התקן החזרה מתיישב במרחב ניסוי גדול, שותף כמויות גדולות של מים וחשמל, משתמש בכמויות גדולות של תרכובות, לא נוח לפעולה, וקשה למדוד במהירות בכמויות גדולות.

שיטת הפוטاسיום פרמנגנאת

COD מודד באמצעות פוטאסיום פרמנגנאת כמstoff חמצון, והתוצאה המתקבלת נקראת אינדקס פוטאסיום פרמנגנאת.

ספקטרופוטומטריה

על סמך השיטה הקלאסית הסטנדרטית, תרכובת הبوتאס דיכרומט מוקידה חומר אורגני, והכרום השישי יוצר כרום שלישי. ערך ה-COD של המדגם המים נקבע על ידי הקמת קשר בין ערך האבסורבנס של הכרום השישי או הכרום השלישי לערך ה-COD של מדגם המים. באמצעות העיקרון הזה, השיטות המהוות את הייצוג הטוב ביותר בחו"ל הן: שיטת EPA 0410.4 "קולורימטריה ידנית אוטומטית", ASTM: D1252-2000 "שיטה B לבידוד הכימיקלי של החמצון של מים - ספקטרופוטומטריה בדיגסטיה סגורה" ו-ISO15705-2002 "שיטת צינור קטן סגור לבידוד הכימיקלי של החמצון (COD) באיכות המים". השיטה המאוחדת במדינה שלנו היא "שיטת הדיגסטיה המהירה עם קטליזטור סגור (כולל ספקטרופוטומטריה)" של מינהל הגנת הסביבה הלאומי.

שיטת דיגסטיה מהירה

השיטה הקלאסית הסטנדרטית היא שיטת החזרה של 2 שעות. כדי להאיץ את תהליך האנליזה, אנשים הציעו שיטות אנליזה מהירות שונות. ישנן שתי שיטות עיקריות: אחת מהן היא להגדיל את ריכוז המחמצן במערכת התגובה של ההכלה, להגדיל את חומציות החומץ גופרתי, להעלות את טמפרטורת התגובה ולהוסיף קטליזטור כדי להאיץ את התגובה. השיטה המקומית מיוצגת על ידי ה-GB/T14420-1993 "אנליזה של מים לבישול ומים לקריאור: קביעת דרישת חמצן כימית באמצעות שיטת הפוטאסיום דיכרומט מהירה" והשיטות המאוחדות שהמליצה עליהן מנהלת הסביבה הלאומית - "שיטת קולומטרי" ו"שיטת העיכול הקטליטי המוגן מהיר (כולל שיטת פוטומטריה)". השיטה הזרה מיוצגת על ידי שיטת התקן הגרמנית DIN38049 T.43 "שיטת מהירה לקביעת דרישת חמצן כימית של מים".

בהשוואה למתודה הקלאסית הסטנדרטית, השיטה לעיל מגדילה את חומציות החומץ גופרי של מערכת ההשחתה מ-9.0 מ"ג/ל ל-10.2 מ"ג/ל, טמפרטורת התגובה מ-150℃ ל-165℃, וזמן ההשחתה מ-2 שעות ל-10~15 דקות. השיטה השנייה היא לשנות את שיטת ההשחתה המסורתית באמצעות חימום עם קרינת חום, ולהשתמש בטכנולוגיה של השחתה במיקרוגלים כדי לשפר את מהירות תגובת ההשחתה. עקב מגוון המיקרוגלים וההבדלים בכוח שלהם, קשה לבצע בדיקות אוניברסליות של כוח וזמן כדי להשיג את תוצאת ההשחתה האופטימלית. מחירם של מיקרוגלים גם גבוה מאוד, וקשה להגדיר שיטה סטנדרטית מאוחדת.

TECHNOLOGY ליאנה פיתחה ב-1982 שיטת ספקטרופוטומטרית מהירה לביקור חמצון כימי (COD), שהשיגה את הבדיקה המהירה של COD בבוץ באמצעות שיטת "10 דקות עיכול, 20 דקות תוצאה". ב-1992, תוצאת המחקר והפיתוח הזו נכללה בכתב העת האמריקאי "CHEMICAL ABSTRACTS" כתרומה חדשה לתחום הכימיה העולמי. השיטה הפכה לסטנדרט בדיקה של תעשיית ההגנה על הסביבה של הרפובליקה העממית של סין ב-2007 (HJ/T399-2007). השיטה הצליחה להשיג תוצאה מדויקת של COD תוך 20 דקות. היא פשוטה להפעלה, נוחה ומהירה, דורשת כמות קטנה של תרכובות, מפחיתה בצורה דרמטית את התזוזה שנוצרת במהלך הניסוי ומפחיתה את כל הסכומים השונים. העיקרון של השיטה הוא לעכל את דגימת המים שנוספו לה תרכובות COD של TECHNOLOGY ליאנה בטמפרטורה של 165 מעלות במשך 10 דקות בגליל אורך של 420 או 610nm, ואז להקרין אותה ל-2 דקות, ולהוסיף אחר כך 2.5 מ"ל מים מזוקקים. תוצאת COD יכולה להתקבל באמצעות מכשיר הבדיקה המהיר של COD של TECHNOLOGY ליאנה.