Kunnskap om kjemisk syreforbruk

Kunnskap om kjemisk syreforbruk

1. Definisjon av COD.

COD (Chemical Oxygen Demand) er mengden oxidant som forbrukes når et vannprøve blir behandlet med en bestemt sterke oxidant under visse vilkår. Det er en indikator for mengden av reduksjonstoffer i vannet. Reduksjonstoffene i vannet inkluderer ulike organiske stoffer, nitriter, sulfider, jernsalt og andre, men de hovedsaklige er organiske stoffer. Derfor brukes kjemisk oksygenbehov (COD) ofte som en indikator for å måle mengden av organiske stoffer i vannet. Jo større kjemisk oksygenbehov, jo alvorligere er vannforurensningen av organiske stoffer. Bestemmelsen av kjemisk oksygenbehov (COD) varierer med bestemmelsen av reduksjonstoffer i vannprøvene og metoden for bestemmelse. De mest brukte metodene er syrekonsentrat permanganat (KMnO4) oxidasjonsmetode og potassiumpyrosulfat (K2Cr2O7) oxidasjonsmetode. Permanganat-oxidasjonsmetoden har en lav oxidasjonsrate, men er relativt enkel og kan brukes ved bestemmelse av den relative sammenligningsverdien av det organiske innholdet i vannprøvene. Potassiumpyrosulfat-oxidasjonsmetoden har en høy oxidasjonsrate og god gjentagbarhet, og er egnet for å bestemme den totale mengden av organiske stoffer i vannprøvene. Organiske stoffer er svært skadelige for industrielle vannsystemer. Strikt tatt omfatter også kjemisk oksygenbehov inorganiske reduksjonstoffer i vannet. Vanligvis, fordi mengden av organiske stoffer i avløpsvann er mye større enn mengden av inorganiske stoffer, brukes kjemisk oksygenbehov vanligvis for å representere den totale mengden av organiske stoffer i avløpsvannet. Under målevilkårene er det lett å oxidere organiske stoffer uten nitrogen i vannet med permanganat, mens organiske stoffer som inneholder nitrogen er vanskeligere å nedbryte. Derfor er oksygenbehov egnet for å bestemme naturlig vann eller generelt avløpsvann som inneholder organiske stoffer som er lett å oxidere, mens organisk industrielt avløpsvann med mer komplekse komponenter ofte måles for kjemisk oksygenbehov.

Vann som inneholder mye organisk stoff vil forurene jonvekslingsresiner når det passerer gjennom avsaltningssystemet, spesielt anionvekslingsresiner, noe som reduserer resins vekslingskapasitet. Organisk stoff kan reduseres med omtrent 50% etter forbehandling (kjøling, klarering og filtrering), men det kan ikke fjernes i avsaltningssystemet, så det blir ofte med i kokeren gjennom fôrvannet, noe som reduserer pH-verdien i kokevannet. Noen ganger kan organisk stoff også komme inn i dampsystemet og kondensatet, forårsake en nedgang i pH og føre til systemets korrosjon. Et høyt innhold av organisk stoff i sirkulasjonsvannsystemet vil fremme mikrobiell reproduksjon. Derfor er det, uansett om det gjelder avsaltning, kokevann eller sirkulasjonsvannsystem, bedre at COD er så lavt som mulig, men det finnes ingen unifisert grenseindeks. Når COD (KMnO4-metode) er større enn 5 mg/L i sirkulasjonskjølevannsystemet, har vannkvaliteten begynt å fortere.

I drikkevannsnormen er kjemisk oksyangetrekk (COD) for klasse I og II vann ≤15mg/L, kjemisk oksyangetrekk (COD) for klasse III vann ≤20mg/L, kjemisk oksyangetrekk (COD) for klasse IV vann ≤30mg/L, og kjemisk oksyangetrekk (COD) for klasse V vann ≤40mg/L. Jo større COD-verdien er, jo alvorligere er forurensningen av vannkroppen.

2. Hvordan oppstår COD?

COD (kjemisk oksyangetrekk) kommer hovedsakelig fra stoffer i vannprøven som kan oksideres av sterke oksidatorer, spesielt organiske stoffer. Disse organiske stoffene finnes bredt i avløpsvann og forurenset vann, inkludert men ikke begrenset til sukker, fett, ammoniakk-nitrogen osv. Oksidasjonen av disse stoffene forbruker det løste oksygenet i vannet, noe som øker kjemisk oksyangetrekk. Spesifikt:

1. Sukkerstoffer: som glucose, fruktose osv., finnes vanligvis i avløp fra matproduserende industri og bioteknologisk industri, og de vil øke COD-innhaldet.

2. Fetter og oljer: Avløp som inneholder fetter og oljer som frigjøres under industriell produksjon vil også føre til en økning av COD-konsentrasjonen.

3. Ammoniak-nitrogen: Selv om det ikke påvirker COD-måling direkte, så vil oksidasjonen av ammoniak-nitrogen også forbruke oksygen under avløpsbehandling, og påvirke COD-verdien indirekte.

I tillegg finnes det mange typer stoffer som kan produsere KOD i avløpsvann, inkludert biodegradable organisk materiale, industrielle organiske forurensete stoffer, reduserende anorganiske stoffer, noen organiske stoffer som er vanskelige å biodegradere, og mikrobielle metabolitter. Oksidasjonen av disse stoffene forbruker det løste oksygenet i vannet, noe som fører til oppkomsten av KOD. Derfor er kjemisk oksygennestemmelse en viktig indikator for å måle graden av forurensning av organisk materiale og reduserende anorganiske stoffer i vann. Den reflekterer den totale mengden stoffer i vannet som kan oksideres og nedbrytes av oksidanter (vanligvis potassiumpyrokromat eller potasssiumpermanganat) under bestemte vilkår, det vil si graden på hvilken disse stoffene forbruker oksygen.

1. Organisk stoff: Organisk stoff er en av de hovedkildene til COD i avløpsvann, inkludert biodegradable organisk stoff som proteiner, karbohydrater og fett. Dette organiske stoffet kan brytes ned til kulingas og vann under virkningen av mikroorganismer.

2. Fenoliske stoffer: Fenolkomponenter brukes ofte som forurensete stoffer i avløpsvann i noen industrielle prosesser. De kan ha en alvorlig påvirkning på vannmiljøet og øke COD-innholdet.

3. Alkoholiske stoffer: Alkoholkomponenter, som etanol og metanol, er også vanlige kilder til COD i noen industrielle avløpsvann.

4. Sukkerstoffer: Sukkerkomponenter, som glukose, fruktose osv., er vanlige komponenter i avløpsvann fra noen matproduserende industrier og biomedisinindustrier, og de vil også øke COD-innholdet.

5. Fett og olje: Fett- og oljeholdig avløp vann utsluppet under industriell produksjon vil også føre til en økning i COD-konsentrasjonen.

6. Ammoniak-nitrogen: Selv om ammoniak-nitrogen ikke påvirker bestemmelsen av COD direkte, vil oksidasjonen av ammoniak-nitrogen også forbruke oksygen under avløpsbehandlingsprosessen, og dermed indirekte påvirke COD-verdien.

I tillegg er det verdt å merke seg at COD reagerer ikke bare på organiske stoffer i vannet, men representerer også reduserende inorganiske stoffer i vannet, som sulfid, jernioner, natriumsulfitt osv. Derfor må man ved behandling av avløp ta hensyn til den samlede bidraget fra ulike forurensete stoffer til COD og implementere passende behandlingsmetoder for å redusere COD-verdien.

Organisk stoff er den hovedsaklige kilde til COD. De omfatter ulike typer organisk materiale, suspensjonsstoff og vanskelige å nedbryte stoffer i avløpsvann. Et høyt COD-innhold i avløpet utgjør en stor trussel mot vannmiljøet. Behandlingen og overvåkningen av COD er ett av de viktige tiltakene for å forebygge og kontrollere forurensning. Derfor er COD-bestemmelse en av de vanligst brukte testmetodene i avløpsbehandling og miljøovervåking.

Bestemmelsen av COD er en enkel å utføre prosess med høy analytisk følsomhet. COD kan bestemmes ved å observere fargeendringen på prøven eller strømmen eller andre signaler etter at kjemiske reaktiver har blitt tittret inn for å produsere oksidationsprodukter. Når COD-verdien overskrider standarden, må det gjennomføres tilsvarende behandling for å unngå miljøforurensning. Med andre ord, å forstå hva COD betyr spiller en avgjørende rolle i å beskytte vannmiljøet og utføre forurensningskontroll.

3. Effekten av høy COD.

‌ COD (kjemisk syrebehov) er en viktig indikator for å måle graden av organisk forurensning i vannkropper. For mye innhold vil ha alvorlige konsekvenser for ellevannskvaliteten. ‌

Måling av COD baserer seg på mengden oxidant som forbrukes når reduksjonsevne (hovedsakelig organisk stoff) oksideres og nedbrytes i 1 liter vann under bestemte vilkår. Disse reduksjonsevner vil forbruke en stor mengde av løst oksygen under nedbrytningsprosessen, noe som fører til at akvatiske organismer mister oksygen, hvilket på sin tur påvirker deres normale vekst og overlevelse, og kan føre til store tap i alvorlige tilfeller. I tillegg vil reduseringen av løst oksygen akselerere vannets forringelse, fremme korrosjon og nedbryting av organisk materiale, og produsere flere giftige og skadelige stoffer, som ammoniakk-nitrogen, som vil forårsake større skade for akvatiske organismer og vannkvalitet. Långsiktig eksponering for avløpsvann med høy konvensentrasjon av organisk stoff kan også forårsake alvorlig skade på menneskelig helse, som kan føre til mage-tarm-sykdommer, hudsykdommer osv. Derfor utgjør for høy COD ikke bare en trussel mot akvatiske organismer, men også en potensiell risiko for menneskelig helse.

For å beskytte vannmiljøet og menneskets helse, må effektive tiltak tas for å forebygge og kontrollere overdreven COD. Dette omfatter reduksjon av utslipp av organisk stoff i industrielle og landbruksmessige aktiviteter, samt å forsterke rense av avløpsvann og overvåkning for å sikre at kvaliteten på avledet vann oppfyller kravene, slik at et godt vannøkologisk miljø kan vedlikeholdes.

COD er en indikator for mengden av organisk stoff i vann. Jo høyere COD, jo mer alvorlig er vannkroppen forurenset med organisk stoff. Når giftige organiske stoffer kommer inn i vannkroppen, skader de ikke bare organismer i vannet, som fisk, men kan også akkumuleres i matkjeden og komme inn i menneskekroppen, forårsakende kronisk forgiftning.

COD har en stor innvirkning på vannkvalitet og økologisk miljø. Når organiske forurensete stoffer med høy COD-innhold endrer seg i elver, søer og vannreservoarer, hvis de ikke behandles i tide, kan mye av den organiske stoffet bli adsorbert av jorda på vannets bunn og akkumuleres i flere år. Disse organismerne vil forårsake skade på ulike organismer i vannet og kan fortsette å være giftige i flere år. Denne giftige virkningen har to effekter:

På den ene siden vil det føre til døden på store mengder akvatiske organismer, ødelegge den økologiske balansen i vannkroppen, og kan til og med direkte ødelegge hele elveøkosystemet.

På den andre siden, vil giftstoffer langsomt akkumulere i akvatiske organismer som fisk og reker. Når mennesker spiser disse giftige akvatiske organismer, vil giftstoffene komme inn i menneskekroppen og akkumulere i flere år, noe som kan føre til uforutsigbare alvorlige konsekvenser som kreft, deformiteter og genermutasjoner. På samme måte, hvis mennesker bruker forurenset vann for irrigasjon, vil også kornplanteproduksjon bli påvirket, og mennesker vil også innånde en stor mengde skadelige stoffer under matkonsumeringen.

Når COD er veldig høy, vil det forårsake forderv av naturlig vannkvalitet. Grunnen er at selvreinigingen av vann krever nedbryting av denne organiske stoffet. Nedbrytingen av COD krever nødvendigvis oksygenforbruk, og oksygenforsyningen i vannet oppfyller ikke kravene. DO (dissolvert oksygen) vil falle rett ned til 0 og bli anærob. I en anærob tilstand vil det fortsette å dekomponere (anærob behandling av mikroorganismer), og vannet vil bli svart og luktende (anærobe mikroorganismer ser veldig svarte ut og inneholder sulfidgass).

4. Metoder for behandling av COD

Første punkt

Fysisk metode: Den bruker fysisk virkning for å skille ut suspendert stoff eller turbiditet i avløpsvann, hvilket kan fjerne COD i avløpsvannet. Vanlige metoder inkluderer forbehandling av avløp gjennom sedimentasjonsbasser, filtergitter, filter, fetteskummere, olje-vann-separatører osv., for å enkelt fjerne partikulær COD i avløpsvannet.

Andre punkt

Kjemisk metode: Den bruker kjemiske reaksjoner for å fjerne løste stoffer eller kolloidale stoffer i avløp, og kan fjerne KOD i avløpet. Vanlige metoder inkluderer neutralisering, nedsetting, oksidasjon-reduksjon, katalytisk oksidasjon, fotokatalytisk oksidasjon, mikro-elektrolyse, elektrolysefluktering, forbrenning, osv.

Tredje punkt

Fysikk-kjemisk metode: Den bruker fysiske og kjemiske reaksjoner for å fjerne løste stoffer eller kolloidale stoffer i avløpet. Den kan fjerne KOD i avløpet. Vanlige metoder inkluderer gitter, filtrering, sentrifugering, klaring, filtrering, oljeskilting, osv.

Fjerde punkt

Biologisk behandlingsmetode: Den bruker mikroorganismers metabolisme for å konvertere organiske forurensete stoffer og anorganiske mikrobielle næringsstoffer i avløpet til stabile og uskyldige stoffer. Vanlige metoder inkluderer aktive slammetoder, biofilmmetoder, anaerob biologisk fordøyning, stabiliseringsbasseng og vannmyrbehandling, osv.

5. KOD-analysemetode.

Dikromatmetoden

Den standardmetoden for å bestemme kjemisk syrebehov er representert av den kinesiske standarden GB 11914 "Bestemmelse av kjemisk syrebehov for vannkvalitet ved dichromatmetode" og den internasjonale standarden ISO6060 "Bestemmelse av kjemisk syrebehov for vannkvalitet". Denne metoden har høy oksidationsgrad, god gjentakbarhet, nøyaktighet og pålitelighet, og har blitt en klassisk standardmetode som generelt anerkjennes av den internasjonale samfunnet.

Bestemmelsesprinsippet er følgende: I en svovelsyre-syrlig miljø brukes kaliumdikromat som oksidant, sivfersulfat som katalysator og kviksilver sulfat som maskeringsmiddel for kloridioner. Svovelsyre-syrligheten i fordøyelsesreaktionsvæsken er 9 mol/L. Fordøyelsesreaktionsvæsken varmes opp til kokepunktet, og koketemperatur på 148℃±2℃ er fordøyningstemperaturen. Reaksjonen kjøles av med vann og distilleres tilbake i 2 timer. Etter at fordøyelsesvæsken har kjølt seg naturlig, dilsueres den med vann til omtrent 140 ml. Ferrochlorin brukes som indikator, og det gjenstående kaliumdikromat titreres med ammoniumferrosulfat-løsning. COD-verdien av vannprøven beregnes ut fra forbruket av ammoniumferrosulfat-løsningen. Oksidanten som brukes er kaliumdikromat, og oksidatoragenten er seksverdi-krom, derfor kalles metoden for dikromatmetoden.

Likevel har denne klassiske standardmetoden fortsatt noen mangler: reflux-apparatet tar opp mye plass i laboratoriet, forbruker mye vann og strøm, bruker store mengder reaktanter, er ulempelig å operere, og det er vanskelig å måle raskt i store mengder.

Potasssiumpermanganat-metode

COD måles ved å bruke potassiumpotermanganat som oksidator, og resultatet kalles potassiumpotermanganat-indeks.

Spektrofotometri

Basert på den klassiske standardmetoden, oksidiserer kaliumdikromat organisk stoff, og hexavalent krom genererer trivalent krom. COD-verdien av vannprøven bestemmes ved å etablere en relasjon mellom absorbansverdien av hexavalent krom eller trivalent krom og COD-verdien av vannprøven. Ved å bruke ovennevnte prinsipp, er de mest representativ metodene utlandet EPA.Metode 0410.4 "Automatisk Manuell Fargeimetri", ASTM: D1252-2000 "Metode B for bestemmelse av kjemisk oksygenbehov (COD) av vann - spektrofotometrisk metode med lukket fordøyning" og ISO15705-2002 "Lukket Rørmetode for Bestemmelse av Kjemisk Oksygenbehov (COD) i Vannkvalitet". Den forente metoden i vårt land er "Rask Lukket Katalytisk Fordøyingsmetode (Inkludert Spektrofotometri)" fra Statens Miljøvernforvaltning.

Rask Fordøyingsmetode

Den klassiske standardmetoden er den 2-timers reflux-metoden. For å øke analysehastigheten har folk foreslått ulike raskere analysemetoder. Det finnes to hovedmetoder: én er å øke konsentrasjonen av oksidant i fordøyelsesreaktionsystemet, øke sylfursyreens syrefe, øke reaksjonstemperaturen og legge til katalysator for å øke reaksjonshastigheten. Den nasjonale metoden representeres av GB/T14420-1993 "Analyse av kjemisk syrebruk (COD) ved potassiumpykromat-raskemetode for varmevann og kjølevann" og de enhetlige metodene som anbefales av Miljøverndepartementet, nemlig "Kolometrisk metode" og "Rask lukket katalytisk fordøyingsmetode (inkludert fotometrisk metode)". Den utländske metoden representeres av den tyske standardmetoden DIN38049 T.43 "Rask metode for bestemmelse av kjemisk syrebruk i vann".

I forhold til den klassiske standardmetoden øker metoden ovenfor sulfursyrens syrefei i fordøyningssystemet fra 9,0 mg/L til 10,2 mg/L, reaksjonstemperaturen fra 150℃ til 165℃, og fordøyningstiden fra 2 timer til 10-15 minutter. Andre er å endre den tradisjonelle metoden for fordøyning ved varme med termisk stråling, og bruke mikrobølgefordøyningsteknologi for å forbedre reaksjonshastigheten under fordøyning. På grunn av den store variasjonen i mikrobølgeovner og ulike effekter, er det vanskelig å teste en unifisert effekt og tid for å oppnå den beste fordøyningseffekten. Prisen på mikrobølgeovner er også veldig høy, og det er vanskelig å utarbeide en unifisert standardmetode.

Lianhua Technology utviklet i 1982 en rask spesktrofotometrisk metode for kjemisk syreforbruk (COD), som gjorde det mulig å bestemme COD i avløp på 10 minutter fordøyelse og 20 minutter verdi. I 1992 ble denne forskning og utviklingsresultatet inkludert i den amerikanske "CHEMICAL ABSTRACTS" som en ny bidrag til verdens kjemiske felt. Denne metoden ble testingstandarden for miljøvernsnæringen i Folkerepublikken Kina i 2007 (HJ/T399-2007). Denne metoden klarte å oppnå en nøyaktig COD-verdi innen 20 minutter. Den er enkel å operere, bekvem og rask, krever lite reagenser, reduserer sterk eksperimentell forurensning og senker ulike kostnader. Prinsippet bak denne metoden er å fordype vannprøven med Lianhua Technologys COD-reagens ved 165 grader i 10 minutter på bølgelengden 420 eller 610nm, deretter kjøle den i 2 minutter og til slutt legge til 2,5ml destillert vann. COD-resultatet kan da tas fram ved hjelp av Lianhua Technologys COD-hurtigbestemmelsesinstrument.