Pengetahuan tentang permintaan oksigen kimia

Pengetahuan tentang permintaan oksigen kimia

1. Definisi COD.

COD (Permintaan Oksigen Kimia) ialah jumlah oksidan yang digunakan apabila sampel air dirawat dengan oksidan kuat tertentu dalam keadaan tertentu. Ia adalah penunjuk jumlah bahan pengurangan dalam air. Bahan pengurangan dalam air termasuk pelbagai bahan organik, nitrit, sulfida, garam ferus, dan lain-lain, tetapi yang utama adalah bahan organik. Oleh itu, permintaan oksigen kimia (COD) sering digunakan sebagai penunjuk untuk mengukur jumlah bahan organik dalam air. Semakin besar permintaan oksigen kimia, semakin serius pencemaran air oleh bahan organik. Penentuan permintaan oksigen kimia (COD) berbeza-beza dengan penentuan bahan pengurangan dalam sampel air dan kaedah penentuan. Kaedah yang paling biasa digunakan ialah kaedah pengoksidaan asid kalium permanganat (KMnO4) dan kaedah pengoksidaan kalium dikromat (K2Cr2O7). Kaedah pengoksidaan kalium permanganat mempunyai kadar pengoksidaan yang rendah, tetapi agak mudah dan boleh digunakan apabila menentukan nilai perbandingan relatif kandungan organik dalam sampel air. Kaedah pengoksidaan kalium dikromat mempunyai kadar pengoksidaan yang tinggi dan kebolehulangan yang baik, dan sesuai untuk menentukan jumlah bahan organik dalam sampel air. Bahan organik sangat berbahaya kepada sistem air industri. Tegasnya, permintaan oksigen kimia juga termasuk bahan pengurangan bukan organik dalam air. Biasanya, kerana jumlah bahan organik dalam air sisa jauh lebih besar daripada jumlah bahan bukan organik, permintaan oksigen kimia biasanya digunakan untuk mewakili jumlah bahan organik dalam air sisa. Di bawah keadaan pengukuran, bahan organik tanpa nitrogen dalam air mudah dioksidakan oleh kalium permanganat, manakala bahan organik yang mengandungi nitrogen lebih sukar untuk terurai. Oleh itu, permintaan oksigen sesuai untuk menentukan air semula jadi atau air sisa am yang mengandungi bahan organik yang mudah teroksida, manakala air sisa industri organik dengan komponen yang lebih kompleks sering diukur untuk permintaan oksigen kimia.

Air yang mengandungi sejumlah besar bahan organik akan mencemarkan resin pertukaran ion apabila melalui sistem penyahgaraman, terutamanya resin pertukaran anion, yang akan mengurangkan kapasiti pertukaran resin. Bahan organik boleh dikurangkan kira-kira 50% selepas prarawatan (pembekuan, penjelasan dan penapisan), tetapi ia tidak boleh dikeluarkan dalam sistem penyahgaraman, jadi ia sering dibawa ke dalam dandang melalui air suapan untuk mengurangkan nilai pH air dandang. Kadangkala bahan organik juga boleh dibawa ke dalam sistem stim dan kondensat, menyebabkan pH berkurangan dan menyebabkan kakisan sistem. Kandungan bahan organik yang tinggi dalam sistem air yang beredar akan menggalakkan pembiakan mikrob. Oleh itu, sama ada untuk penyahgaraman, air dandang atau sistem air beredar, semakin rendah COD, lebih baik, tetapi tiada indeks had bersatu. Apabila COD (kaedah KMnO4) lebih besar daripada 5mg/L dalam sistem air penyejuk yang beredar, kualiti air telah mula merosot.

Dalam piawaian air minuman, permintaan oksigen kimia (COD) air Kelas I dan Kelas II ialah ≤15mg/L, permintaan oksigen kimia (COD) air Kelas III ialah ≤20mg/L, permintaan oksigen kimia (COD) air Kelas IV ialah ≤30mg/L, dan permintaan oksigen kimia (COD) air Kelas V ialah ≤40mg/L. Semakin besar nilai COD, semakin serius pencemaran badan air.

2. Bagaimanakah COD dihasilkan?

COD (permintaan oksigen kimia) terutamanya diperoleh daripada bahan dalam sampel air yang boleh dioksidakan oleh oksidan kuat, terutamanya bahan organik. Bahan organik ini terdapat secara meluas dalam air sisa dan air tercemar, termasuk tetapi tidak terhad kepada gula, minyak dan lemak, nitrogen ammonia, dsb. Pengoksidaan bahan-bahan ini menggunakan oksigen terlarut di dalam air, dengan itu meningkatkan permintaan oksigen kimia. Khusus:

1. Bahan gula: seperti glukosa, fruktosa, dsb., biasanya terdapat dalam air sisa daripada industri pemprosesan makanan dan industri biofarmaseutikal, dan ia akan meningkatkan kandungan COD.

2. Minyak dan lemak: Air sisa yang mengandungi minyak dan lemak yang dilepaskan semasa pengeluaran perindustrian juga akan membawa kepada peningkatan kepekatan COD.

3. Nitrogen ammonia: Walaupun ia tidak menjejaskan penentuan COD secara langsung, pengoksidaan nitrogen ammonia juga akan menggunakan oksigen semasa rawatan air sisa, secara tidak langsung menjejaskan nilai COD.

Di samping itu, terdapat banyak jenis bahan yang boleh menghasilkan COD dalam kumbahan, termasuk bahan organik terbiodegradasi, bahan pencemar organik industri, mengurangkan bahan bukan organik, beberapa bahan organik yang sukar terbiodegradasi, dan metabolit mikrob. Pengoksidaan bahan-bahan ini menggunakan oksigen terlarut di dalam air, mengakibatkan penjanaan COD. Oleh itu, permintaan oksigen kimia merupakan penunjuk penting untuk mengukur tahap pencemaran bahan organik dan mengurangkan bahan bukan organik dalam air. Ia mencerminkan jumlah bahan dalam air yang boleh dioksidakan dan diuraikan oleh oksidan (biasanya kalium dikromat atau kalium permanganat) dalam keadaan tertentu, iaitu sejauh mana bahan-bahan ini menggunakan oksigen.

1. Bahan organik: Bahan organik adalah salah satu sumber utama COD dalam kumbahan, termasuk bahan organik terbiodegradasi seperti protein, karbohidrat dan lemak. Bahan organik ini boleh terurai menjadi karbon dioksida dan air di bawah tindakan mikroorganisma.

2. Bahan fenolik: Sebatian fenolik sering digunakan sebagai bahan pencemar dalam air sisa dalam beberapa proses perindustrian. Mereka boleh memberi kesan serius kepada persekitaran air dan meningkatkan kandungan COD.

3. Bahan beralkohol: Sebatian alkohol, seperti etanol dan metanol, juga merupakan sumber biasa COD dalam beberapa air sisa industri.

4. Bahan gula: Sebatian gula, seperti glukosa, fruktosa, dsb., adalah komponen biasa dalam air sisa daripada beberapa industri pemprosesan makanan dan industri biofarmaseutikal, dan ia juga akan meningkatkan kandungan COD.

5. Gris dan lemak: Gris, dan air sisa yang mengandungi lemak yang dilepaskan semasa pengeluaran perindustrian juga akan membawa kepada peningkatan kepekatan COD.

6. Nitrogen ammonia: Walaupun nitrogen ammonia tidak menjejaskan penentuan COD secara langsung, pengoksidaan nitrogen ammonia juga akan menggunakan oksigen semasa proses rawatan air sisa, secara tidak langsung menjejaskan nilai COD.

Di samping itu, perlu diingat bahawa COD bukan sahaja bertindak balas terhadap bahan organik di dalam air, tetapi juga mewakili bahan bukan organik dengan sifat pengurangan dalam air, seperti sulfida, ion ferus, natrium sulfit, dll. Oleh itu, apabila merawat kumbahan, adalah perlu untuk mempertimbangkan secara menyeluruh sumbangan pelbagai bahan pencemar kepada COD dan mengambil langkah rawatan yang sesuai untuk mengurangkan nilai COD.

Bahan organik adalah sumber utama COD. Ia termasuk pelbagai bahan organik, bahan terampai, dan bahan yang sukar terurai dalam kumbahan. Kandungan COD yang tinggi dalam kumbahan akan menimbulkan ancaman besar kepada persekitaran air. Rawatan dan pemantauan COD merupakan salah satu langkah penting untuk mencegah dan mengawal pencemaran. Oleh itu, penentuan COD adalah salah satu kaedah ujian yang biasa digunakan dalam rawatan kumbahan dan pemantauan alam sekitar.

Penentuan COD ialah proses yang mudah dikendalikan dengan sensitiviti analitik yang tinggi. Penentuan COD boleh diselesaikan dengan memerhatikan secara langsung perubahan warna sampel atau isyarat semasa atau isyarat lain selepas reagen kimia dititrasi untuk menjana produk pengoksidaan. Apabila nilai COD melebihi standard, perlu menjalankan rawatan yang sepadan untuk mengelakkan pencemaran alam sekitar. Ringkasnya, memahami maksud COD memainkan peranan penting dalam melindungi persekitaran air dan menjalankan kawalan pencemaran.

 

3. Kesan COD yang tinggi.

‌COD (permintaan oksigen kimia) merupakan penunjuk penting untuk mengukur tahap pencemaran organik dalam badan air. Kandungan yang berlebihan akan memberi kesan serius kepada kualiti air sungai.‌

Pengukuran COD adalah berdasarkan jumlah oksidan yang digunakan apabila bahan pengurangan (terutamanya bahan organik) teroksida dan terurai dalam 1 liter air dalam keadaan tertentu. Bahan pengurang ini akan menggunakan sejumlah besar oksigen terlarut semasa proses penguraian, menyebabkan organisma akuatik kekurangan oksigen, yang seterusnya menjejaskan pertumbuhan dan kelangsungan hidup normal mereka, dan boleh menyebabkan sejumlah besar kematian dalam kes yang teruk. Di samping itu, pengurangan oksigen terlarut akan mempercepatkan kemerosotan kualiti air, menggalakkan rasuah dan penguraian bahan organik, dan menghasilkan lebih banyak bahan toksik dan berbahaya, seperti nitrogen ammonia, yang akan menyebabkan kemudaratan yang lebih besar kepada organisma akuatik dan kualiti air. Pendedahan jangka panjang kepada kumbahan yang mengandungi kepekatan bahan organik yang tinggi juga boleh menyebabkan kemudaratan serius kepada kesihatan manusia, seperti menyebabkan penyakit gastrousus, penyakit kulit, dsb. Oleh itu, COD yang berlebihan bukan sahaja menimbulkan ancaman kepada organisma akuatik, tetapi juga menimbulkan potensi risiko kepada kesihatan manusia.

Untuk melindungi persekitaran air dan kesihatan manusia, langkah-langkah berkesan mesti diambil untuk mencegah dan mengawal COD yang berlebihan. Ini termasuk mengurangkan pelepasan bahan organik dalam aktiviti perindustrian dan pertanian, serta mengukuhkan rawatan dan pemantauan air sisa untuk memastikan kualiti air yang dilepaskan memenuhi piawaian, sekali gus mengekalkan persekitaran ekologi air yang baik.

COD ialah penunjuk kandungan bahan organik dalam air. Semakin tinggi COD, semakin serius badan air tercemar oleh bahan organik. Apabila bahan organik toksik memasuki badan air, ia bukan sahaja membahayakan organisma dalam badan air seperti ikan, tetapi juga boleh diperkaya dalam rantai makanan dan memasuki tubuh manusia, menyebabkan keracunan kronik. .

COD mempunyai kesan yang besar terhadap kualiti air dan persekitaran ekologi. Sebaik sahaja bahan pencemar organik dengan kandungan COD yang tinggi memasuki sungai, tasik dan takungan, jika ia tidak dirawat tepat pada masanya, banyak bahan organik mungkin diserap oleh tanah di dasar air dan terkumpul selama bertahun-tahun. Organisma ini akan menyebabkan kerosakan kepada pelbagai organisma di dalam air, dan mungkin terus menjadi toksik selama beberapa tahun. Kesan toksik ini mempunyai dua kesan:

Di satu pihak, ia akan menyebabkan kematian sebilangan besar organisma akuatik, memusnahkan keseimbangan ekologi badan air, dan juga secara langsung memusnahkan keseluruhan ekosistem sungai.

Sebaliknya, toksin perlahan-lahan akan terkumpul dalam organisma akuatik seperti ikan dan udang. Sebaik sahaja manusia mengambil organisma akuatik toksik ini, toksin akan memasuki tubuh manusia dan terkumpul selama bertahun-tahun, yang membawa kepada akibat serius yang tidak dapat diramalkan seperti kanser, kecacatan dan mutasi gen. Dengan cara yang sama, jika orang menggunakan air yang tercemar untuk pengairan, tanaman juga akan terjejas, dan orang ramai juga akan menyedut sejumlah besar bahan berbahaya dalam proses makan.

Apabila COD sangat tinggi, ia akan menyebabkan kemerosotan kualiti air semula jadi. Sebabnya ialah pembersihan diri air memerlukan kemerosotan bahan organik ini. Degradasi COD semestinya memerlukan penggunaan oksigen, dan kapasiti pengoksigenan semula di dalam air tidak memenuhi keperluan. DO akan turun terus kepada 0 dan menjadi anaerobik. Dalam keadaan anaerobik, ia akan terus terurai (rawatan anaerobik mikroorganisma), dan air akan menjadi hitam dan berbau (mikroorganisma anaerobik kelihatan sangat hitam dan mengandungi gas hidrogen sulfida).

 

4. Kaedah untuk merawat COD

Perkara pertama

Kaedah fizikal: Ia menggunakan tindakan fizikal untuk memisahkan bahan terampai atau kekeruhan dalam air sisa, yang boleh mengeluarkan COD dalam air sisa. Kaedah biasa termasuk pra-rawatan kumbahan melalui tangki pemendapan, grid penapis, penapis, perangkap gris, pemisah minyak-air, dan lain-lain, untuk hanya mengeluarkan COD bahan zarah dalam kumbahan.

Perkara kedua

Kaedah kimia: Ia menggunakan tindak balas kimia untuk mengeluarkan bahan terlarut atau bahan koloid dalam air sisa, dan boleh mengeluarkan COD dalam air sisa. Kaedah biasa termasuk peneutralan, pemendakan, pengurangan pengoksidaan, pengoksidaan pemangkin, pengoksidaan fotokatalitik, mikro-elektrolisis, pembekuan elektrolitik, pembakaran, dsb.

Perkara ketiga

Kaedah fizikal dan kimia: Ia menggunakan tindak balas fizikal dan kimia untuk mengeluarkan bahan terlarut atau bahan koloid dalam air sisa. Ia boleh mengeluarkan COD dalam air sisa. Kaedah biasa termasuk grid, penapisan, sentrifugasi, penjelasan, penapisan, pemisahan minyak, dsb.

Perkara keempat

Kaedah rawatan biologi: Ia menggunakan metabolisme mikrob untuk menukar bahan pencemar organik dan nutrien mikrob bukan organik dalam air sisa kepada bahan yang stabil dan tidak berbahaya. Kaedah biasa termasuk kaedah enap cemar diaktifkan, kaedah biofilm, kaedah pencernaan biologi anaerobik, kolam penstabilan dan rawatan tanah lembap, dsb.

5. Kaedah analisis COD.

Kaedah dikromat

Kaedah standard untuk menentukan permintaan oksigen kimia diwakili oleh piawaian Cina GB 11914 "Penentuan Permintaan Oksigen Kimia Kualiti Air dengan Kaedah Dikromat" dan piawaian antarabangsa ISO6060 "Penentuan Permintaan Oksigen Kimia Kualiti Air". Kaedah ini mempunyai kadar pengoksidaan yang tinggi, kebolehulangan yang baik, ketepatan dan kebolehpercayaan, dan telah menjadi kaedah standard klasik yang umumnya diiktiraf oleh masyarakat antarabangsa.

Prinsip penentuan ialah: dalam medium asid asid sulfurik, kalium dikromat digunakan sebagai oksidan, perak sulfat digunakan sebagai pemangkin, dan merkuri sulfat digunakan sebagai agen pelekat untuk ion klorida. Keasidan asid sulfurik cecair tindak balas pencernaan ialah 9 mol/L. Cecair tindak balas pencernaan dipanaskan hingga mendidih, dan suhu takat didih 148°C±2°C ialah suhu pencernaan. Tindak balas disejukkan oleh air dan refluks selama 2 jam. Selepas cecair pencernaan disejukkan secara semula jadi, ia dicairkan kepada kira-kira 140ml dengan air. Ferrochlorine digunakan sebagai penunjuk, dan baki kalium dikromat dititrasi dengan larutan ammonium ferus sulfat. Nilai COD sampel air dikira berdasarkan penggunaan larutan ammonium ferus sulfat. Oksidan yang digunakan ialah kalium dikromat, dan agen pengoksidaan ialah kromium heksavalen, jadi ia dipanggil kaedah dikromat.

Walau bagaimanapun, kaedah standard klasik ini masih mempunyai kekurangan: peranti refluks menduduki ruang eksperimen yang besar, menggunakan banyak air dan elektrik, menggunakan sejumlah besar reagen, menyusahkan untuk beroperasi, dan sukar diukur dengan cepat dalam kuantiti yang banyak.

Kaedah kalium permanganat

COD diukur menggunakan kalium permanganat sebagai oksidan, dan hasil yang diukur dipanggil indeks kalium permanganat.

Spektrofotometri

Berdasarkan kaedah standard klasik, kalium dikromat mengoksidakan bahan organik, dan kromium heksavalen menghasilkan kromium trivalen. Nilai COD sampel air ditentukan dengan mewujudkan hubungan antara nilai penyerapan kromium heksavalen atau kromium trivalen dan nilai COD sampel air. Menggunakan prinsip di atas, kaedah yang paling mewakili di luar negara ialah EPA. Kaedah 0410.4 "Kolorimetri Manual Automatik", ASTM: D1252-2000 "Kaedah B untuk penentuan permintaan oksigen kimia spektrofotometri pencernaan tertutup air" dan ISO15705-2002 "Kaedah Tiub Tertutup Kecil untuk Penentuan Permintaan Oksigen Kimia (COD) Kualiti Air". Kaedah bersatu negara saya ialah "Kaedah Pencernaan Pemangkin Tertutup Pantas (Termasuk Spektrofotometri)" Pentadbiran Perlindungan Alam Sekitar Negeri.

Kaedah Pencernaan Pantas

Kaedah standard klasik ialah kaedah refluks 2j. Untuk meningkatkan kelajuan analisis, orang ramai telah mencadangkan pelbagai kaedah analisis pantas. Terdapat dua kaedah utama: satu ialah meningkatkan kepekatan oksidan dalam sistem tindak balas pencernaan, meningkatkan keasidan asid sulfurik, meningkatkan suhu tindak balas, dan meningkatkan pemangkin untuk meningkatkan kelajuan tindak balas. Kaedah domestik diwakili oleh GB/T14420-1993 "Analisis Dandang Air dan Air Penyejukan: Penentuan Permintaan Oksigen Kimia, Kaedah Pantas Kalium Dikromat" dan kaedah bersatu yang disyorkan oleh Pentadbiran Perlindungan Alam Sekitar Negeri "Kaedah Koulometrik" dan "Kaedah Pencernaan Pemangkin Tertutup Pantas (Termasuk Kaedah Fotometrik)". Kaedah asing diwakili oleh kaedah standard Jerman DIN38049 T.43 "Kaedah Pantas untuk Penentuan Permintaan Oksigen Kimia Air".

Berbanding dengan kaedah piawai klasik, kaedah di atas meningkatkan keasidan asid sulfurik sistem pencernaan daripada 9.0 mg/L kepada 10.2 mg/L, suhu tindak balas daripada 150°C hingga 165°C, dan masa pencernaan dari 2j hingga 10min~15min. Yang kedua ialah menukar kaedah pencernaan tradisional dengan memanaskan dengan sinaran haba, dan menggunakan teknologi pencernaan gelombang mikro untuk meningkatkan kelajuan tindak balas pencernaan. Oleh kerana pelbagai jenis ketuhar gelombang mikro dan kuasa yang berbeza, sukar untuk menguji kuasa dan masa bersatu untuk mencapai kesan pencernaan yang terbaik. Harga ketuhar gelombang mikro juga sangat tinggi, dan sukar untuk merumuskan kaedah standard bersatu.

Teknologi Lianhua membangunkan kaedah spektrofotometri pencernaan pantas untuk permintaan oksigen kimia (COD) pada tahun 1982, yang mencapai penentuan pantas COD dalam kumbahan dengan kaedah "pencernaan 10 minit, nilai 20 minit". Pada tahun 1992, hasil penyelidikan dan pembangunan ini telah dimasukkan dalam "ABSTRAK KIMIA" Amerika sebagai sumbangan baru kepada bidang kimia dunia. Kaedah ini menjadi standard ujian industri perlindungan alam sekitar Republik Rakyat China pada tahun 2007 (HJ/T399-2007). Kaedah ini berjaya mencapai nilai COD yang tepat dalam masa 20 minit. Ia mudah dikendalikan, mudah dan cepat, memerlukan sedikit reagen, sangat mengurangkan pencemaran yang dihasilkan dalam eksperimen dan mengurangkan pelbagai kos. Prinsip kaedah ini adalah untuk mencerna sampel air yang ditambah dengan reagen COD Teknologi Lianhua pada 165 darjah selama 10 minit pada panjang gelombang 420 atau 610nm, kemudian sejukkan selama 2 minit, dan kemudian tambah 2.5ml air suling. Keputusan COD boleh diperolehi menggunakan instrumen penentuan pantas COD Lianhua Technology.