Kennis van Chemisch zuurstofverbruik

Kennis van Chemisch zuurstofverbruik

1. Definitie van CZV.

CZV (Chemical Oxygen Demand) is de hoeveelheid oxidant die wordt verbruikt wanneer een watermonster onder bepaalde omstandigheden wordt behandeld met een bepaald sterk oxidatiemiddel. Het is een indicator van de hoeveelheid reducerende stoffen in water. De reducerende stoffen in water omvatten verschillende organische stoffen, nitrieten, sulfiden, ijzerzouten, enz., maar de belangrijkste zijn organische stoffen. Daarom wordt het chemisch zuurstofverbruik (CZV) vaak gebruikt als indicator om de hoeveelheid organische stoffen in water te meten. Hoe groter de chemische zuurstofbehoefte, hoe ernstiger de waterverontreiniging door organische stoffen. De bepaling van het chemisch zuurstofverbruik (CZV) varieert met de bepaling van reducerende stoffen in watermonsters en de bepalingsmethode. De meest gebruikte methoden zijn de oxidatiemethode met zuur kaliumpermanganaat (KMnO4) en de oxidatiemethode met kaliumdichromaat (K2Cr2O7). De oxidatiemethode van kaliumpermanganaat heeft een lage oxidatiesnelheid, maar is relatief eenvoudig en kan worden gebruikt bij het bepalen van de relatieve vergelijkingswaarde van het organische gehalte in watermonsters. De kaliumdichromaatoxidatiemethode heeft een hoge oxidatiesnelheid en een goede reproduceerbaarheid en is geschikt voor het bepalen van de totale hoeveelheid organisch materiaal in watermonsters. Organisch materiaal is zeer schadelijk voor industriële watersystemen. Strikt genomen omvat het chemisch zuurstofverbruik ook anorganische reducerende stoffen in water. Meestal, omdat de hoeveelheid organisch materiaal in afvalwater veel groter is dan de hoeveelheid anorganisch materiaal, wordt het chemisch zuurstofverbruik over het algemeen gebruikt om de totale hoeveelheid organisch materiaal in afvalwater weer te geven. Onder de meetomstandigheden wordt organisch materiaal zonder stikstof in water gemakkelijk geoxideerd door kaliumpermanganaat, terwijl stikstofhoudend organisch materiaal moeilijker te ontleden is. Daarom is het zuurstofverbruik geschikt voor het bepalen van natuurlijk water of algemeen afvalwater dat organisch materiaal bevat dat gemakkelijk wordt geoxideerd, terwijl organisch industrieel afvalwater met complexere componenten vaak wordt gemeten voor het chemisch zuurstofverbruik.

Water dat een grote hoeveelheid organisch materiaal bevat, zal ionenuitwisselingsharsen verontreinigen wanneer het door het ontziltingssysteem gaat, met name anionenuitwisselingsharsen, die de uitwisselingscapaciteit van de hars zullen verminderen. Organisch materiaal kan na voorbehandeling (coagulatie, klaring en filtratie) met ongeveer 50% worden verminderd, maar het kan niet worden verwijderd in het ontziltingssysteem, dus wordt het vaak via het voedingswater in de ketel gebracht om de pH-waarde van het ketelwater te verlagen. Soms kan er ook organisch materiaal in het stoomsysteem worden gebracht en condenseren, waardoor de pH daalt en het systeem corrosie veroorzaakt. Een hoog gehalte aan organisch materiaal in het circulerende watersysteem bevordert de microbiële reproductie. Daarom, of het nu gaat om ontzilting, ketelwater of circulerend watersysteem, hoe lager het CZV, hoe beter, maar er is geen uniforme limietindex. Wanneer CZV (KMnO4-methode) hoger is dan 5 mg/L in het circulerende koelwatersysteem, begint de waterkwaliteit te verslechteren.

In de drinkwaternorm is het chemisch zuurstofverbruik (CZV) van water van klasse I en klasse II ≤15 mg/L, het chemisch zuurstofverbruik (CZV) van water van klasse III is ≤20 mg/L, het chemisch zuurstofverbruik (CZV) van klasse IV-water is ≤30 mg/L en het chemisch zuurstofverbruik (CZV) van water van klasse V is ≤40 mg/L. Hoe groter de CZV-waarde, hoe ernstiger de vervuiling van het waterlichaam.

2. Hoe wordt CZV geproduceerd?

CZV (chemisch zuurstofverbruik) is voornamelijk afkomstig van stoffen in het watermonster die kunnen worden geoxideerd door sterke oxidanten, vooral organisch materiaal. Deze organische stoffen zijn veel aanwezig in afvalwater en vervuild water, inclusief maar niet beperkt tot suikers, oliën en vetten, ammoniak, stikstof, enz. Door de oxidatie van deze stoffen wordt de opgeloste zuurstof in het water verbruikt, waardoor de chemische zuurstofbehoefte toeneemt. Specifiek:

1. Suikerstoffen: zoals glucose, fructose, enz., worden vaak aangetroffen in afvalwater van de voedselverwerkende industrie en de biofarmaceutische industrie, en ze zullen het CZV-gehalte verhogen.

2. Oliën en vetten: Afvalwater dat oliën en vetten bevat en dat tijdens de industriële productie wordt geloosd, zal ook leiden tot een verhoging van de CZV-concentratie.

3. Ammoniakstikstof: Hoewel het geen directe invloed heeft op de bepaling van CZV, zal de oxidatie van ammoniakstikstof ook zuurstof verbruiken tijdens de afvalwaterzuivering, wat indirect de CZV-waarde beïnvloedt.

Bovendien zijn er veel soorten stoffen die CZV in rioolwater kunnen produceren, waaronder biologisch afbreekbaar organisch materiaal, industriële organische verontreinigende stoffen, het verminderen van anorganische stoffen, sommige organische stoffen die moeilijk biologisch afbreekbaar zijn en microbiële metabolieten. Door de oxidatie van deze stoffen wordt de opgeloste zuurstof in het water verbruikt, wat resulteert in de vorming van CZV. Daarom is het chemisch zuurstofverbruik een belangrijke indicator om de mate van vervuiling van organisch materiaal en het verminderen van anorganisch materiaal in water te meten. Het weerspiegelt de totale hoeveelheid stoffen in water die onder bepaalde omstandigheden kunnen worden geoxideerd en afgebroken door oxidanten (meestal kaliumdichromaat of kaliumpermanganaat), dat wil zeggen de mate waarin deze stoffen zuurstof verbruiken.

1. Organisch materiaal: Organisch materiaal is een van de belangrijkste bronnen van CZV in rioolwater, inclusief biologisch afbreekbaar organisch materiaal zoals eiwitten, koolhydraten en vetten. Deze organische stof kan onder invloed van micro-organismen worden afgebroken tot kooldioxide en water.

2. Fenolische stoffen: Fenolische verbindingen worden vaak gebruikt als verontreinigende stoffen in afvalwater in sommige industriële processen. Ze kunnen een ernstige impact hebben op het watermilieu en het CZV-gehalte verhogen.

3. Alcoholische stoffen: Alcoholische verbindingen, zoals ethanol en methanol, zijn ook veel voorkomende bronnen van CZV in sommige industriële afvalwaters.

4. Suikerstoffen: Suikerverbindingen, zoals glucose, fructose, enz., zijn veel voorkomende componenten in afvalwater van sommige voedselverwerkende industrieën en biofarmaceutische industrieën, en ze zullen ook het CZV-gehalte verhogen.

5. Vet en vet: Vet en vethoudend afvalwater dat tijdens de industriële productie wordt geloosd, zal ook leiden tot een verhoging van de CZV-concentratie.

6. Ammoniakstikstof: Hoewel ammoniazstikstof geen directe invloed heeft op de bepaling van CZV, zal de oxidatie van ammoniakstikstof ook zuurstof verbruiken tijdens het afvalwaterzuiveringsproces, wat indirect van invloed is op de CZV-waarde.

Bovendien is het vermeldenswaard dat CZV niet alleen reageert op organisch materiaal in water, maar ook anorganische stoffen vertegenwoordigt met reducerende eigenschappen in water, zoals sulfide, ijzerionen, natriumsulfiet, enz. Daarom is het bij de behandeling van rioolwater noodzakelijk om de bijdrage van verschillende verontreinigende stoffen aan CZV uitgebreid in overweging te nemen en passende behandelingsmaatregelen te nemen om de CZV-waarde te verlagen.

Organisch materiaal is de belangrijkste bron van CZV. Ze omvatten verschillende organische stoffen, zwevende stoffen en moeilijk te ontleden stoffen in rioolwater. Het hoge CZV-gehalte in rioolwater vormt een grote bedreiging voor het watermilieu. De behandeling en monitoring van CZV is een van de belangrijke maatregelen om vervuiling te voorkomen en te beheersen. Daarom is CZV-bepaling een van de meest gebruikte testmethoden bij rioolwaterzuivering en milieumonitoring.

De bepaling van CZV is een eenvoudig te bedienen proces met een hoge analytische gevoeligheid. De bepaling van CZV kan worden voltooid door direct de kleurverandering van het monster of de stroom- of andere signalen te observeren nadat het chemische reagens is getitreerd om oxidatieproducten te genereren. Wanneer de CZV-waarde de norm overschrijdt, is het noodzakelijk om een overeenkomstige behandeling uit te voeren om milieuvervuiling te voorkomen. Kortom, begrijpen wat COD betekent, speelt een cruciale rol bij het beschermen van het watermilieu en het beheersen van vervuiling.

 

3. De impact van een hoge CZV.

‌CZV (chemisch zuurstofverbruik) is een belangrijke indicator voor het meten van de mate van organische vervuiling in waterlichamen. Een te hoge inhoud zal ernstige gevolgen hebben voor de kwaliteit van het rivierwater.‌

De meting van CZV is gebaseerd op de hoeveelheid oxidatiemiddel die wordt verbruikt wanneer reducerende stoffen (voornamelijk organisch materiaal) worden geoxideerd en onder bepaalde omstandigheden worden afgebroken in 1 liter water. Deze reducerende stoffen zullen tijdens het ontbindingsproces een grote hoeveelheid opgeloste zuurstof verbruiken, waardoor waterorganismen zuurstof tekort komen, wat op zijn beurt hun normale groei en overleving beïnvloedt en in ernstige gevallen een groot aantal sterfgevallen kan veroorzaken. Bovendien zal de vermindering van opgeloste zuurstof de verslechtering van de waterkwaliteit versnellen, de corruptie en afbraak van organisch materiaal bevorderen en meer giftige en schadelijke stoffen produceren, zoals ammoniakstikstof, die meer schade zullen toebrengen aan waterorganismen en de waterkwaliteit. Langdurige blootstelling aan rioolwater dat hoge concentraties organisch materiaal bevat, kan ook ernstige schade toebrengen aan de menselijke gezondheid, zoals gastro-intestinale aandoeningen, huidziekten, enz. Daarom vormt de overmatige CZV niet alleen een bedreiging voor in het water levende organismen, maar vormt het ook een potentieel risico voor de menselijke gezondheid.

Om het watermilieu en de menselijke gezondheid te beschermen, moeten doeltreffende maatregelen worden genomen om de overmatige CZV te voorkomen en te bestrijden. Dit omvat het verminderen van de lozing van organisch materiaal in industriële en landbouwactiviteiten, evenals het versterken van de afvalwaterzuivering en monitoring om ervoor te zorgen dat de geloosde waterkwaliteit voldoet aan de normen, waardoor een goede waterecologische omgeving behouden blijft.

CZV is een indicator van het gehalte aan organisch materiaal in water. Hoe hoger de CZV, hoe ernstiger het waterlichaam wordt vervuild door organisch materiaal. Wanneer giftig organisch materiaal het waterlichaam binnendringt, is het niet alleen schadelijk voor organismen in het waterlichaam, zoals vissen, maar kan het ook worden verrijkt in de voedselketen en het menselijk lichaam binnendringen, waardoor chronische vergiftiging ontstaat. .

CZV heeft een grote impact op de waterkwaliteit en de ecologische omgeving. Zodra organische verontreinigende stoffen met een verhoogd CZV-gehalte in rivieren, meren en reservoirs terechtkomen en niet op tijd worden behandeld, kan veel organisch materiaal door de bodem op de bodem van het water worden geadsorbeerd en zich gedurende vele jaren ophopen. Deze organismen zullen schade toebrengen aan verschillende organismen in het water en kunnen nog enkele jaren giftig blijven. Dit toxische effect heeft twee effecten:

Aan de ene kant zal het de dood van een groot aantal waterorganismen veroorzaken, het ecologische evenwicht van het waterlichaam vernietigen en zelfs het hele rivierecosysteem direct vernietigen.

Aan de andere kant zullen gifstoffen zich langzaam ophopen in waterorganismen zoals vissen en garnalen. Zodra mensen deze giftige waterorganismen consumeren, zullen de gifstoffen het menselijk lichaam binnendringen en zich jarenlang ophopen, wat leidt tot onvoorspelbare ernstige gevolgen zoals kanker, misvormingen en genmutaties. Op dezelfde manier, als mensen vervuild water gebruiken voor irrigatie, zullen ook gewassen worden aangetast en zullen mensen ook een grote hoeveelheid schadelijke stoffen inademen tijdens het eten.

Wanneer de CZV erg hoog is, zal dit de natuurlijke waterkwaliteit verslechteren. De reden is dat de zelfzuivering van water de afbraak van dit organische materiaal vereist. De afbraak van CZV vereist noodzakelijkerwijs zuurstofverbruik en de reoxygenatiecapaciteit in het water voldoet niet aan de eisen. DO zakt direct naar 0 en wordt anaëroob. In anaërobe toestand zal het blijven ontbinden (anaërobe behandeling van micro-organismen) en zal het water zwart en stinkend worden (anaërobe micro-organismen zien er erg zwart uit en bevatten waterstofsulfidegas).

 

4. Methoden voor de behandeling van CZV

Het eerste punt

Fysische methode: Het maakt gebruik van fysieke actie om zwevende stoffen of troebelheid in afvalwater te scheiden, waardoor CZV in afvalwater kan worden verwijderd. Veelgebruikte methoden zijn onder meer het voorbehandelen van afvalwater door middel van bezinktanks, filterroosters, filters, vetafscheiders, olie-waterafscheiders, enz., om CZV van fijnstof in rioolwater eenvoudig te verwijderen.

Tweede punt

Chemische methode: Het maakt gebruik van chemische reacties om opgeloste stoffen of colloïdale stoffen in afvalwater te verwijderen en kan CZV in afvalwater verwijderen. Veel voorkomende methoden zijn neutralisatie, precipitatie, oxidatie-reductie, katalytische oxidatie, fotokatalytische oxidatie, micro-elektrolyse, elektrolytische flocculatie, verbranding, enz.

Derde punt

Fysische en chemische methode: Het maakt gebruik van fysische en chemische reacties om opgeloste stoffen of colloïdale stoffen in afvalwater te verwijderen. Het kan CZV uit afvalwater verwijderen. Veelgebruikte methoden zijn onder meer rooster, filtratie, centrifugatie, klaring, filtratie, oliescheiding, enz.

Vierde punt

Biologische behandelingsmethode: Het maakt gebruik van microbieel metabolisme om organische verontreinigende stoffen en anorganische microbiële voedingsstoffen in afvalwater om te zetten in stabiele en onschadelijke stoffen. Veelgebruikte methoden zijn onder meer de actief-slibmethode, de biofilmmethode, de anaërobe biologische vergistingsmethode, de stabilisatievijver- en wetlandbehandeling, enz.

5. COD-analysemethode.

Dichromaat methode

De standaardmethode voor het bepalen van de chemische zuurstofbehoefte wordt vertegenwoordigd door de Chinese norm GB 11914 "Bepaling van de chemische zuurstofvraag van waterkwaliteit door middel van de dichromaatmethode" en de internationale norm ISO6060 "Bepaling van de chemische zuurstofbehoefte van waterkwaliteit". Deze methode heeft een hoge oxidatiesnelheid, goede reproduceerbaarheid, nauwkeurigheid en betrouwbaarheid, en is een klassieke standaardmethode geworden die algemeen wordt erkend door de internationale gemeenschap.

Het bepalingsprincipe is: in een zwavelzuurmedium wordt kaliumdichromaat gebruikt als oxidatiemiddel, zilversulfaat wordt gebruikt als katalysator en kwiksulfaat wordt gebruikt als maskeringsmiddel voor chloride-ionen. De zuurgraad van zwavelzuur van de digestiereactievloeistof is 9 mol/L. De digestiereactievloeistof wordt verwarmd tot koken en de kookpunttemperatuur van 148°C±2°C is de digestietemperatuur. De reactie wordt gekoeld door water en gedurende 2 uur teruggevloeid. Nadat de digestievloeistof op natuurlijke wijze is afgekoeld, wordt deze verdund tot ongeveer 140 ml met water. Ferrochloor wordt gebruikt als indicator en het resterende kaliumdichromaat wordt getitreerd met een ammoniumijzersulfaatoplossing. De CZV-waarde van het watermonster wordt berekend op basis van het verbruik van een ammoniumijzersulfaatoplossing. Het gebruikte oxidatiemiddel is kaliumdichromaat en het oxidatiemiddel is zeswaardig chroom, dus het wordt de dichromaatmethode genoemd.

Deze klassieke standaardmethode heeft echter nog steeds tekortkomingen: het refluxapparaat neemt een grote experimentele ruimte in beslag, verbruikt veel water en elektriciteit, gebruikt een grote hoeveelheid reagentia, is onhandig in gebruik en is moeilijk snel in grote hoeveelheden te meten.

Kaliumpermanganaat methode

CZV wordt gemeten met behulp van kaliumpermanganaat als oxidatiemiddel en het gemeten resultaat wordt kaliumpermanganaatindex genoemd.

Spectrofotometrie

Gebaseerd op de klassieke standaardmethode oxideert kaliumdichromaat organisch materiaal en zeswaardig chroom genereert driewaardig chroom. De CZV-waarde van het watermonster wordt bepaald door een relatie te leggen tussen de extinctiewaarde van zeswaardig chroom of driewaardig chroom en de CZV-waarde van het watermonster. Volgens het bovenstaande principe zijn de meest representatieve methoden in het buitenland EPA. Methode 0410.4 "Automatische handmatige colorimetrie", ASTM: D1252-2000 "Methode B voor de bepaling van de chemische zuurstofbehoefte van met water afgesloten vergistingsspectrofotometrie" en ISO15705-2002 "Kleine verzegelde buismethode voor de bepaling van het chemisch zuurstofverbruik (CZV) van de waterkwaliteit". De uniforme methode van mijn land is de "Rapid Sealed Catalytic Digestion Method (Including Spectrophotometry)" van de State Environmental Protection Administration.

Snelle verteringsmethode

De klassieke standaardmethode is de 2-uurs refluxmethode. Om de analysesnelheid te verhogen, hebben mensen verschillende snelle analysemethoden voorgesteld. Er zijn twee hoofdmethoden: de ene is het verhogen van de concentratie van het oxidatiemiddel in het spijsverteringsreactiesysteem, het verhogen van de zuurgraad van zwavelzuur, het verhogen van de reactietemperatuur en het verhogen van de katalysator om de reactiesnelheid te verhogen. De binnenlandse methode wordt vertegenwoordigd door GB/T14420-1993 "Analyse van ketelwater en koelwater Bepaling van de chemische zuurstofbehoefte Kaliumdichromaat Rapid Method" en de uniforme methoden die worden aanbevolen door de State Environmental Protection Administration "Coulometric Method" en "Rapid Closed Catalytic Digestion Method (Including Photometric Method)". De buitenlandse methode wordt vertegenwoordigd door de Duitse standaardmethode DIN38049 T.43 "Snelle methode voor het bepalen van de chemische zuurstofbehoefte van water".

Vergeleken met de klassieke standaardmethode verhoogt de bovenstaande methode de zwavelzuurzuurzuurgraad van het vergistingssysteem van 9,0 mg/L naar 10,2 mg/L, de reactietemperatuur van 150°C naar 165°C en de verteringstijd van 2h naar 10min~15min. De tweede is om de traditionele methode van vergisting te veranderen door verhitting met thermische straling, en microgolfvergistingstechnologie te gebruiken om de reactiesnelheid van de vergisting te verbeteren. Vanwege de grote verscheidenheid aan magnetrons en verschillende vermogens is het moeilijk om het gecombineerde vermogen en de tijd te testen om het beste verteringseffect te bereiken. De prijs van magnetrons is ook erg hoog en het is moeilijk om een uniforme standaardmethode te formuleren.

Lianhua Technology ontwikkelde in 1982 een spectrofotometrische methode voor snelle vergisting voor het chemisch zuurstofverbruik (CZV), die de snelle bepaling van CZV in rioolwater bereikte met de methode van "10 minuten vergisting, 20 minuten waarde". In 1992 werd dit onderzoeks- en ontwikkelingsresultaat opgenomen in de Amerikaanse "CHEMICAL ABSTRACTS" als een nieuwe bijdrage aan het chemische veld van de wereld. Deze methode werd in 2007 de testnorm van de milieubeschermingsindustrie van de Volksrepubliek China (HJ/T399-2007). Met deze methode werd binnen 20 minuten met succes een nauwkeurige COD-waarde bereikt. Het is eenvoudig te bedienen, handig en snel, vereist een kleine hoeveelheid reagentia, vermindert de vervuiling die tijdens het experiment wordt gegenereerd aanzienlijk en verlaagt verschillende kosten. Het principe van deze methode is om het watermonster dat is toegevoegd met het COD-reagens van Lianhua Technology gedurende 10 minuten op 165 graden te verteren bij een golflengte van 420 of 610 nm, het vervolgens 2 minuten af te koelen en vervolgens 2,5 ml gedestilleerd water toe te voegen. Het COD-resultaat kan worden verkregen met behulp van het COD-snelbepalingsinstrument van Lianhua Technology.