화학적 산소 요구량에 대한 지식

화학적 산소 요구량에 대한 지식

1. COD의 정의.

COD(Chemical Oxygen Demand)는 특정 조건에서 물 샘플을 특정 강한 산화제로 처리할 때 소비되는 산화제의 양입니다. 물 속의 환원 물질의 양을 나타내는 지표입니다. 물 속의 환원 물질에는 다양한 유기 물질, 아질산염, 황화물, 철염 등이 포함되지만 주요 물질은 유기 물질입니다. 따라서 화학적 산소 요구량(COD)은 물 속의 유기 물질의 양을 측정하는 지표로 자주 사용됩니다. 화학적 산소 요구량이 많을수록 유기 물질에 의한 수질 오염이 더 심각해집니다. 화학적 산소 요구량(COD)의 측정은 물 샘플의 환원 물질 측정 및 측정 방법에 따라 다릅니다. 가장 일반적으로 사용되는 방법은 산성 과망간산칼륨(KMnO4) 산화법과 중크롬산칼륨(K2Cr2O7) 산화법입니다. 과망간산칼륨 산화법은 산화 속도가 낮지만 비교적 간단하여 물 샘플에서 유기물 함량의 상대적 비교 값을 결정할 때 사용할 수 있습니다. 중크롬산칼륨 산화법은 산화율이 높고 재현성이 우수하여 물 샘플의 유기물 총량을 측정하는 데 적합합니다. 유기물은 공업용수 시스템에 매우 해롭습니다. 엄밀히 말하면 화학적 산소 요구량에는 물 속의 무기 환원 물질도 포함됩니다. 일반적으로 폐수 내 유기물의 양이 무기물의 양보다 훨씬 많기 때문에 화학적 산소 요구량은 일반적으로 폐수 내 유기물의 총량을 나타내는 데 사용됩니다. 측정 조건에서 물에 질소가 없는 유기물은 과망간산칼륨에 의해 쉽게 산화되는 반면 질소를 포함하는 유기물은 분해가 더 어렵습니다. 따라서 산소 요구량은 쉽게 산화되는 유기물을 포함하는 자연수 또는 일반 폐수를 측정하는 데 적합하며, 더 복잡한 구성 요소를 가진 유기 산업 폐수는 종종 화학적 산소 요구량을 측정합니다.

다량의 유기물을 함유한 물은 담수화 시스템을 통과할 때 이온 교환 수지, 특히 음이온 교환 수지를 오염시켜 수지의 교환 용량을 감소시킵니다. 유기물은 전처리(응고, 정화 및 여과) 후 약 50% 감소할 수 있지만 담수화 시스템에서는 제거할 수 없으므로 보일러 물의 pH 값을 줄이기 위해 급수를 통해 보일러로 유입되는 경우가 많습니다. 때때로 유기물이 증기 시스템과 응축수로 유입되어 pH가 감소하고 시스템 부식이 발생할 수도 있습니다. 순환수 시스템의 높은 유기물 함량은 미생물 번식을 촉진합니다. 따라서 담수화, 보일러 용수 또는 순환 수 시스템의 경우 COD가 낮을수록 좋지만 통일된 한계 지수는 없습니다. 순환 냉각수 시스템에서 COD(KMnO4 방법)가 5mg/L 이상이면 수질이 악화되기 시작합니다.

음용수 기준에서 Class I 및 Class II 물의 화학적 산소 요구량(COD)은 ≤15mg/L, Class III 물의 화학적 산소 요구량(COD)은 ≤20mg/L, Class IV 물의 화학적 산소 요구량(COD)은 ≤30mg/L, Class V 물의 화학적 산소 요구량(COD)은 ≤40mg/L입니다. COD 값이 클수록 수역의 오염이 더 심각합니다.

2. COD는 어떻게 생산됩니까?

COD(화학적 산소 요구량)는 주로 강한 산화제, 특히 유기물에 의해 산화될 수 있는 물 샘플의 물질에서 파생됩니다. 이러한 유기 물질은 설탕, 오일 및 지방, 암모니아, 질소 등을 포함하되 이에 국한되지 않는 폐수 및 오염된 물에 널리 존재합니다. 이러한 물질의 산화는 물 속의 용존 산소를 소비하여 화학적 산소 요구량을 증가시킵니다. 특히:

1. 설탕 물질: 포도당, 과당 등과 같은 물질은 식품 가공 산업 및 바이오 제약 산업의 폐수에서 흔히 발견되며 COD 함량을 증가시킵니다.

2. 기름과 지방: 산업 생산 중에 배출되는 기름과 지방이 포함된 폐수도 COD 농도를 증가시킵니다.

3. 암모니아 질소: COD의 결정에 직접적인 영향을 미치지는 않지만 암모니아 질소의 산화는 폐수 처리 중에 산소를 소비하여 COD 값에 간접적으로 영향을 미칩니다.

또한 하수에서 COD를 생성할 수 있는 물질에는 생분해성 유기물, 산업용 유기 오염 물질, 환원 무기 물질, 생분해가 어려운 일부 유기물, 미생물 대사 산물 등 여러 종류가 있습니다. 이러한 물질의 산화는 물 속의 용존 산소를 소비하여 COD를 생성합니다. 따라서 화학적 산소 요구량은 유기물의 오염 정도와 물 속의 무기물 감소 정도를 측정하는 중요한 지표입니다. 이는 특정 조건에서 산화제(일반적으로 중크롬산칼륨 또는 과망간산칼륨)에 의해 산화 및 분해될 수 있는 물 속의 물질의 총량, 즉 이러한 물질이 산소를 소비하는 정도를 반영합니다.

1. 유기물: 유기물은 단백질, 탄수화물 및 지방과 같은 생분해성 유기물을 포함하여 하수에서 COD의 주요 공급원 중 하나입니다. 이러한 유기물은 미생물의 작용에 의해 이산화탄소와 물로 분해될 수 있습니다.

2. 페놀 물질: 페놀 화합물은 일부 산업 공정에서 폐수의 오염 물질로 자주 사용됩니다. 그들은 수중 환경에 심각한 영향을 미치고 COD 함량을 증가시킬 수 있습니다.

3. 알코올 물질: 에탄올 및 메탄올과 같은 알코올 화합물도 일부 산업 폐수에서 COD의 일반적인 공급원입니다.

4. 설탕 물질: 포도당, 과당 등과 같은 설탕 화합물은 일부 식품 가공 산업 및 바이오 제약 산업의 폐수에서 흔히 사용되는 구성 요소이며 COD 함량도 증가시킵니다.

5. 그리스 및 지방: 산업 생산 중에 배출되는 그리스 및 지방 함유 폐수도 COD 농도를 증가시킵니다.

6. 암모니아 질소: 암모니아 질소는 COD의 결정에 직접적인 영향을 미치지 않지만 암모니아 질소의 산화는 폐수 처리 과정에서 산소를 소비하여 COD 값에 간접적으로 영향을 미칩니다.

또한 COD는 물 속의 유기물과 반응할 뿐만 아니라 황화물, 철이온, 아황산나트륨 등과 같이 물 속의 환원 특성을 가진 무기 물질을 나타낸다는 점에 주목할 가치가 있습니다. 따라서 하수를 처리할 때는 다양한 오염물질이 COD에 기여하는 정도를 종합적으로 고려하고 COD값을 줄이기 위한 적절한 처리 조치를 강구할 필요가 있다.

유기물은 COD의 주요 공급원입니다. 여기에는 다양한 유기물, 부유 물질 및 하수의 분해하기 어려운 물질이 포함됩니다. 하수의 높은 COD 함량은 수질 환경에 큰 위협이 될 것입니다. COD의 치료 및 모니터링은 오염을 예방하고 통제하기 위한 중요한 조치 중 하나입니다. 따라서 COD 측정은 하수 처리 및 환경 모니터링에서 일반적으로 사용되는 테스트 방법 중 하나입니다.

COD 측정은 높은 분석 감도로 작동하기 쉬운 공정입니다. COD의 측정은 화학 시약을 적정하여 산화 생성물을 생성한 후 샘플의 색상 변화 또는 전류 또는 기타 신호를 직접 관찰하여 완료할 수 있습니다. COD 값이 표준을 초과하는 경우 환경 오염을 피하기 위해 해당 처리를 수행해야 합니다. 요컨대, COD의 의미를 이해하는 것은 수질 환경을 보호하고 오염 통제를 수행하는 데 중요한 역할을 합니다.

 

3. 높은 COD의 영향.

‌COD(화학적 산소 요구량)는 수역의 유기 오염 정도를 측정하기 위한 중요한 지표입니다. 과도한 함량은 강 수질에 심각한 영향을 미칩니다.‌

COD의 측정은 환원 물질(주로 유기물)이 특정 조건에서 물 1리터에서 산화 및 분해될 때 소비되는 산화제의 양을 기준으로 합니다. 이러한 환원 물질은 분해 과정에서 많은 양의 용존 산소를 소비하여 수생 생물에 산소 부족을 일으켜 정상적인 성장과 생존에 영향을 미치고 심한 경우 많은 사망을 초래할 수 있습니다. 또한 용존 산소의 감소는 수질 악화를 가속화하고 유기물의 부패 및 분해를 촉진하며 암모니아 질소와 같은 독성 및 유해 물질을 더 많이 생성하여 수생 생물과 수질에 더 큰 해를 끼칠 것입니다. 고농도의 유기물이 포함된 하수에 장기간 노출되면 위장병, 피부병 등을 유발하는 등 인체 건강에 심각한 해를 끼칠 수 있습니다. 따라서 과도한 COD는 수생 생물에 위협이 될 뿐만 아니라 인간의 건강에도 잠재적인 위험을 초래합니다.

수질 환경과 인간의 건강을 보호하기 위해서는 과도한 COD를 예방하고 통제하기 위한 효과적인 조치를 취해야 합니다. 여기에는 산업 및 농업 활동에서 유기물 배출을 줄이는 것뿐만 아니라 배출되는 수질이 기준을 충족하는지 확인하기 위한 폐수 처리 및 모니터링을 강화하여 좋은 물 생태 환경을 유지하는 것이 포함됩니다.

COD는 물 속의 유기물 함량을 나타내는 지표입니다. COD가 높을수록 수역이 유기물에 의해 더 심각하게 오염됩니다. 독성 유기물이 수역에 유입되면 물고기와 같은 수역 내의 유기체에 해를 끼칠 뿐만 아니라 먹이 사슬이 풍부해져 인체에 침투하여 만성 중독을 유발할 수 있습니다. .

대구는 수질과 생태 환경에 큰 영향을 미칩니다. COD 함량이 높은 유기 오염 물질이 강, 호수 및 저수지에 유입되면 제때 처리하지 않으면 많은 유기물이 물 바닥의 토양에 흡착되어 수년 동안 축적될 수 있습니다. 이러한 유기체는 물 속의 다양한 유기체에 피해를 입히고 몇 년 동안 계속 독성을 가질 수 있습니다. 이 독성 효과에는 두 가지 효과가 있습니다.

한편으로는 많은 수의 수생 생물의 죽음을 초래하고 수역의 생태 균형을 파괴하며 심지어 전체 강 생태계를 직접 파괴 할 것입니다.

반면에 독소는 물고기와 새우와 같은 수생 생물에 천천히 축적됩니다. 인간이 이러한 독성 수생 생물을 섭취하면 독소가 인체에 들어가 수년 동안 축적되어 암, 기형, 유전자 돌연변이와 같은 예측할 수 없는 심각한 결과를 초래할 수 있습니다. 같은 방식으로 사람들이 오염된 물을 관개에 사용하면 농작물에도 영향을 미치고 사람들도 먹는 과정에서 많은 양의 유해 물질을 흡입하게 됩니다.

COD가 매우 높으면 자연 수질이 악화됩니다. 그 이유는 물의 자체 정화를 위해서는 이러한 유기물의 분해가 필요하기 때문입니다. COD의 분해는 필연적으로 산소 소비를 필요로 하며 물 속의 재산소화 능력은 요구 사항을 충족하지 않습니다. DO는 바로 0으로 떨어지고 혐기성 상태가 됩니다. 혐기성 상태에서는 계속 분해되고(미생물의 혐기성 처리) 물은 검게 변하고 냄새가 납니다(혐기성 미생물은 매우 검게 보이고 황화수소 가스를 포함함).

 

4. COD의 치료 방법

첫 번째 포인트

물리적 방법: 물리적 작용을 사용하여 폐수의 부유 물질 또는 탁도를 분리하여 폐수의 COD를 제거할 수 있습니다. 일반적인 방법에는 침전조, 필터 그리드, 필터, 그리스 트랩, 유수 분리기 등을 통해 하수를 전처리하여 하수 내 미립자 물질의 COD를 간단히 제거하는 것이 포함됩니다.

두 번째 점

화학적 방법 : 화학 반응을 이용하여 폐수 속의 용해물질이나 콜로이드성 물질을 제거하며, 폐수 속의 COD를 제거할 수 있습니다. 일반적인 방법에는 중화, 침전, 산화 환원, 촉매 산화, 광촉매 산화, 미세 전기 분해, 전해 응집, 소각 등이 포함됩니다.

세 번째 점

물리적, 화학적 방법: 물리적, 화학적 반응을 사용하여 폐수에 용해된 물질 또는 콜로이드 물질을 제거합니다. 폐수에서 COD를 제거할 수 있습니다. 일반적인 방법에는 그리드, 여과, 원심분리, 정화, 여과, 오일 분리 등이 포함됩니다.

네 번째 포인트

생물학적 처리 방법 : 미생물 대사를 이용하여 폐수 내의 유기 오염 물질과 무기 미생물 영양소를 안정적이고 무해한 물질로 전환시킵니다. 일반적인 방법에는 활성 슬러지 방법, 생물막 방법, 혐기성 생물학적 소화 방법, 안정화 연못 및 습지 처리 등이 포함됩니다.

5. COD 분석 방법.

이크로메이트 방법

화학적 산소 요구량을 결정하는 표준 방법은 중국 표준 GB 11914 "이크로메이트 방법에 의한 수질의 화학적 산소 요구량 측정"과 국제 표준 ISO6060 "수질의 화학적 산소 요구량 결정"으로 표시됩니다. 이 방법은 산화율이 높고 재현성, 정확성 및 신뢰성이 우수하여 국제 사회에서 일반적으로 인정되는 고전적인 표준 방법이 되었습니다.

측정 원리는 황산 매체에서 중크롬산 칼륨은 산화제로 사용되고, 황산은은 촉매로 사용되며, 황산 수은 은 염화물 이온의 마스킹제로 사용됩니다. 소화 반응액의 황산 산도는 9mol/L입니다. 분해 반응액을 가열하여 끓이며, 끓는점 온도는 148°C±2°C가 분해 온도입니다. 반응은 물로 냉각되고 2 시간 동안 환류됩니다. 소화액을 자연 냉각시킨 후 물로 약 140ml로 희석합니다. 페로클로린은 지시자로 사용되며 나머지 중크롬산 칼륨은 황산철 암모늄 용액으로 적정됩니다. 물 샘플의 COD 값은 황산철암모늄 용액의 소비량을 기준으로 계산됩니다. 사용하는 산화제는 중크롬산칼륨이고, 산화제는 6가 크롬이므로 중크롬산법이라고 합니다.

그러나 이 고전적인 표준 방법은 여전히 단점이 있습니다: 환류 장치는 큰 실험 공간을 차지하고, 많은 물과 전기를 소비하며, 많은 양의 시약을 사용하고, 작동이 불편하고, 대량으로 빠르게 측정하기 어렵습니다.

과망간산칼륨 방법

COD는 과망간산칼륨을 산화제로 사용하여 측정하며, 측정된 결과를 과망간산칼륨 지수라고 합니다.

분광광도계(Spectrophotometry)

고전적인 표준 방법을 기반으로 중크롬산 칼륨은 유기물을 산화시키고 6가 크롬은 3가 크롬을 생성합니다. 물 샘플의 COD 값은 6가 크롬 또는 3가 크롬의 흡광도 값과 물 샘플의 COD 값 사이의 관계를 설정하여 결정됩니다. 위의 원칙을 사용하여 해외에서 가장 대표적인 방법은 EPA입니다. 방법 0410.4 "자동 수동 비색계", ASTM : D1252-2000 "수밀봉 소화 분광 광도계의 화학적 산소 요구량 측정을위한 방법 B"및 ISO15705-2002 "수질의 화학적 산소 요구량 (COD) 측정을위한 소형 밀폐 튜브 방법". 우리나라의 통일된 방법은 국가 환경 보호국의 "급속 밀봉 촉매 소화법(분광 광도법 포함)"입니다.

빠른 소화 방법

고전적인 표준 방법은 2h 환류 방법입니다. 해석 속도를 높이기 위해 사람들은 다양한 신속한 분석 방법을 제안했습니다. 두 가지 주요 방법이 있습니다 : 하나는 분해 반응 시스템에서 산화제의 농도를 증가시키고, 황산의 산도를 증가시키고, 반응 온도를 높이고, 촉매를 증가시켜 반응 속도를 높이는 것입니다. 국내 방법은 GB/T14420-1993 "보일러 물 및 냉각수 분석, 화학적 산소 요구량 측정, 중크롬산 칼륨 급속 방법" 및 국가 환경 보호국에서 권장하는 통일된 방법인 "전기량 측정법" 및 "급속 폐쇄 촉매 소화 방법(광도계 방법 포함)"으로 대표됩니다. 외국 방법은 독일 표준 방법 DIN38049 T.43 "물의 화학적 산소 요구량 측정을 위한 신속한 방법"으로 표시됩니다.

기존의 표준 방법과 비교하여 위의 방법은 분해 시스템의 황산 산도를 9.0mg/L에서 10.2mg/L로, 반응 온도를 150°C에서 165°C로, 분해 시간을 2시간에서 10분~15분으로 증가시킵니다. 두 번째는 열복사로 가열하여 기존의 분해 방법을 변경하고 마이크로파 분해 기술을 사용하여 분해 반응 속도를 향상시키는 것입니다. 전자레인지의 종류가 다양하고 파워가 다르기 때문에 최상의 소화 효과를 얻기 위해 통일된 파워와 시간을 테스트하는 것은 어렵습니다. 전자 레인지의 가격도 매우 비싸고 통일 된 표준 방법을 공식화하기 어렵습니다.

Lianhua Technology는 1982년 화학적 산소 요구량(COD)에 대한 빠른 소화 분광 광도계를 개발하여 "10분 소화, 20분 값" 방법으로 하수 내 COD를 신속하게 측정했습니다. 1992년, 이 연구 개발 성과는 세계 화학 분야에 대한 새로운 기여로서 미국의 "CHEMICAL ABSTRACTS"에 포함되었습니다. 이 방법은 2007년 중화인민공화국(HJ/T399-2007)의 환경 보호 산업의 테스트 표준이 되었습니다. 이 방법은 20분 이내에 정확한 COD 값을 성공적으로 달성했습니다. 작동이 간단하고 편리하며 빠르며 소량의 시약이 필요하며 실험에서 발생하는 오염을 크게 줄이고 다양한 비용을 절감합니다. 이 방법의 원리는 Lianhua Technology의 COD 시약을 첨가한 물 샘플을 165도에서 420nm 또는 610nm의 파장에서 10분 동안 소화한 다음 2분 동안 냉각한 다음 증류수 2.5ml를 첨가하는 것입니다. COD 결과는 Lianhua Technology의 COD 신속 측정 장비를 사용하여 얻을 수 있습니다.