Kunnskap om kjemisk oksygenbehov

Kunnskap om kjemisk oksygenbehov

1. Definisjon av COD.

COD (Chemical Oxygen Demand) er mengden oksidant som forbrukes når en vannprøve behandles med en viss sterk oksidant under visse forhold. Det er en indikator på mengden reduserende stoffer i vann. De reduserende stoffene i vann inkluderer forskjellige organiske stoffer, nitritter, sulfider, jernholdige salter, etc., men de viktigste er organiske stoffer. Derfor brukes kjemisk oksygenbehov (COD) ofte som en indikator for å måle mengden organiske stoffer i vann. Jo større kjemisk oksygenbehov, jo mer alvorlig er vannforurensningen av organiske stoffer. Bestemmelsen av kjemisk oksygenbehov (COD) varierer med bestemmelsen av reduserende stoffer i vannprøver og bestemmelsesmetoden. De mest brukte metodene er syrekaliumpermanganat (KMnO4) oksidasjonsmetode og kaliumdikromat (K2Cr2O7) oksidasjonsmetode. Kaliumpermanganatoksidasjonsmetoden har lav oksidasjonshastighet, men er relativt enkel og kan brukes til å bestemme den relative sammenligningsverdien av det organiske innholdet i vannprøver. Kaliumdikromatoksidasjonsmetoden har høy oksidasjonshastighet og god reproduserbarhet, og er egnet for å bestemme den totale mengden organisk materiale i vannprøver. Organisk materiale er svært skadelig for industrielle vannsystemer. Strengt tatt inkluderer kjemisk oksygenbehov også uorganiske reduserende stoffer i vann. Vanligvis, fordi mengden organisk materiale i avløpsvann er mye større enn mengden uorganisk materiale, brukes kjemisk oksygenbehov vanligvis for å representere den totale mengden organisk materiale i avløpsvann. Under måleforholdene oksideres organisk materiale uten nitrogen i vann lett av kaliumpermanganat, mens organisk materiale som inneholder nitrogen er vanskeligere å bryte ned. Derfor er oksygenbehovet egnet for å bestemme naturlig vann eller generelt avløpsvann som inneholder organisk materiale som lett oksideres, mens organisk industrielt avløpsvann med mer komplekse komponenter ofte måles for kjemisk oksygenbehov.

Vann som inneholder en stor mengde organisk materiale vil forurense ionebytterharpikser når det passerer gjennom avsaltingssystemet, spesielt anionbytterharpikser, noe som vil redusere utvekslingskapasiteten til harpiksen. Organisk materiale kan reduseres med ca. 50% etter forbehandling (koagulering, avklaring og filtrering), men det kan ikke fjernes i avsaltingssystemet, så det føres ofte inn i kjelen gjennom matevannet for å redusere pH-verdien til kjelevannet. Noen ganger kan organisk materiale også bringes inn i dampsystemet og kondensat, noe som får pH til å synke og forårsake systemkorrosjon. Høyt innhold av organisk materiale i det sirkulerende vannsystemet vil fremme mikrobiell reproduksjon. Derfor, enten det er for avsalting, kjelevann eller sirkulerende vannsystem, jo lavere COD, jo bedre, men det er ingen enhetlig grenseindeks. Når COD (KMnO4-metoden) er større enn 5 mg/L i det sirkulerende kjølevannssystemet, har vannkvaliteten begynt å bli dårligere.

I drikkevannsstandarden er det kjemiske oksygenbehovet (COD) for klasse I- og klasse II-vann ≤15 mg/L, det kjemiske oksygenbehovet (COD) for klasse III-vann er ≤20 mg/L, det kjemiske oksygenbehovet (COD) for klasse IV-vann er ≤30 mg/L, og det kjemiske oksygenbehovet (COD) for klasse V-vann er ≤40 mg/L. Jo større COD-verdi, jo mer alvorlig er forurensningen av vannforekomsten.

2. Hvordan produseres COD?

COD (kjemisk oksygenbehov) er hovedsakelig avledet fra stoffer i vannprøven som kan oksideres av sterke oksidanter, spesielt organisk materiale. Disse organiske stoffene er mye tilstede i avløpsvann og forurenset vann, inkludert men ikke begrenset til sukker, oljer og fett, ammoniakknitrogen, etc. Oksidasjonen av disse stoffene forbruker det oppløste oksygenet i vannet, og øker dermed det kjemiske oksygenbehovet. Spesifikt:

1. Sukkerstoffer: som glukose, fruktose, etc., finnes ofte i avløpsvann fra næringsmiddelindustrien og den biofarmasøytiske industrien, og de vil øke COD-innholdet.

2. Oljer og fett: Avløpsvann som inneholder oljer og fett som slippes ut under industriell produksjon vil også føre til en økning i COD-konsentrasjonen.

3. Ammoniakknitrogen: Selv om det ikke direkte påvirker bestemmelsen av COD, vil oksidasjonen av ammoniakknitrogen også forbruke oksygen under avløpsrensing, noe som indirekte påvirker COD-verdien.

I tillegg er det mange typer stoffer som kan produsere COD i kloakk, inkludert biologisk nedbrytbart organisk materiale, industrielle organiske miljøgifter, reduserende uorganiske stoffer, noe organisk materiale som er vanskelig å bryte ned, og mikrobielle metabolitter. Oksidasjonen av disse stoffene forbruker det oppløste oksygenet i vannet, noe som resulterer i generering av COD. Derfor er kjemisk oksygenbehov en viktig indikator for å måle graden av forurensning av organisk materiale og redusere uorganisk materiale i vann. Det gjenspeiler den totale mengden stoffer i vann som kan oksideres og spaltes av oksidanter (vanligvis kaliumdikromat eller kaliumpermanganat) under visse forhold, det vil si i hvilken grad disse stoffene bruker oksygen.

1. Organisk materiale: Organisk materiale er en av hovedkildene til COD i kloakk, inkludert biologisk nedbrytbart organisk materiale som proteiner, karbohydrater og fett. Disse organiske materialene kan brytes ned til karbondioksid og vann under påvirkning av mikroorganismer.

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

3. Alkoholholdige stoffer: Alkoholholdige forbindelser, som etanol og metanol, er også vanlige kilder til COD i noe industrielt avløpsvann.

4. Sukkerstoffer: Sukkerforbindelser, som glukose, fruktose, etc., er vanlige komponenter i avløpsvann fra noen næringsmiddelforedlingsindustrier og biofarmasøytiske industrier, og de vil også øke COD-innholdet.

5. Fett og fett: Fett og fettholdig avløpsvann som slippes ut under industriell produksjon vil også føre til en økning i COD-konsentrasjonen.

6. Ammoniakknitrogen: Selv om ammoniakknitrogen ikke direkte påvirker bestemmelsen av COD, vil oksidasjonen av ammoniakknitrogen også forbruke oksygen under avløpsrenseprosessen, noe som indirekte påvirker COD-verdien.

I tillegg er det verdt å merke seg at COD ikke bare reagerer på organisk materiale i vann, men også representerer uorganiske stoffer med reduserende egenskaper i vann, som sulfid, jernholdige ioner, natriumsulfitt, etc. Derfor, ved behandling av kloakk, er det nødvendig å grundig vurdere bidraget fra forskjellige forurensninger til COD og iverksette passende behandlingstiltak for å redusere COD-verdien.

Organisk materiale er hovedkilden til COD. De inkluderer forskjellige organiske stoffer, suspendert materiale og vanskelig å bryte ned stoffer i kloakk. Det høye COD-innholdet i kloakk vil utgjøre en stor trussel mot vannmiljøet. Behandling og overvåking av COD er et av de viktige tiltakene for å forebygge og kontrollere forurensning. Derfor er COD-bestemmelse en av de mest brukte testmetodene innen kloakkbehandling og miljøovervåking.

Bestemmelsen av COD er en enkel å betjene prosess med høy analytisk følsomhet. Bestemmelsen av COD kan fullføres ved direkte å observere fargeendringen til prøven eller strømmen eller andre signaler etter at det kjemiske reagenset er titrert for å generere oksidasjonsprodukter. Når COD-verdien overstiger standarden, er det nødvendig å utføre tilsvarende behandling for å unngå miljøforurensning. Kort sagt, å forstå hva COD betyr spiller en viktig rolle for å beskytte vannmiljøet og utføre forurensningskontroll.

3. Virkningen av høy COD.

‌COD (kjemisk oksygenbehov) er en viktig indikator for å måle graden av organisk forurensning i vannforekomster. For mye innhold vil ha en alvorlig innvirkning på elvevannkvaliteten.‌

Målingen av COD er basert på mengden oksidant som forbrukes når reduserende stoffer (hovedsakelig organisk materiale) oksideres og brytes ned i 1 liter vann under visse forhold. Disse reduserende stoffene vil forbruke en stor mengde oppløst oksygen under nedbrytningsprosessen, noe som fører til at vannlevende organismer mangler oksygen, noe som igjen påvirker deres normale vekst og overlevelse, og kan forårsake et stort antall dødsfall i alvorlige tilfeller. I tillegg vil reduksjonen av oppløst oksygen akselerere forringelsen av vannkvaliteten, fremme korrupsjon og nedbrytning av organisk materiale og produsere mer giftige og skadelige stoffer, for eksempel ammoniakknitrogen, noe som vil forårsake større skade på vannlevende organismer og vannkvalitet. Langvarig eksponering for kloakk som inneholder høye konsentrasjoner av organisk materiale kan også forårsake alvorlig skade på menneskers helse, for eksempel forårsake gastrointestinale sykdommer, hudsykdommer, etc. Derfor utgjør overdreven COD ikke bare en trussel mot vannlevende organismer, men utgjør også en potensiell risiko for menneskers helse.

For å beskytte vannmiljøet og menneskers helse, må det iverksettes effektive tiltak for å forhindre og kontrollere overdreven COD. Dette inkluderer å redusere utslipp av organisk materiale i industri- og landbruksaktiviteter, samt styrke avløpsrensing og overvåking for å sikre at kvaliteten på utslippet oppfyller standardene, og dermed opprettholde et godt vannøkologisk miljø.

COD er en indikator på innholdet av organisk materiale i vann. Jo høyere COD, jo mer alvorlig er vannforekomsten forurenset av organisk materiale. Når giftig organisk materiale kommer inn i vannmassen, skader det ikke bare organismer i vannmassen som fisk, men kan også berikes i næringskjeden og komme inn i menneskekroppen og forårsake kronisk forgiftning. .

COD har stor innvirkning på vannkvalitet og økologisk miljø. Når organiske miljøgifter med forhøyet COD-innhold kommer inn i elver, innsjøer og reservoarer, hvis de ikke behandles i tide, kan mye organisk materiale adsorberes av jorda på bunnen av vannet og akkumuleres i mange år. Disse organismene vil forårsake skade på ulike organismer i vannet, og kan fortsette å være giftige i flere år. Denne toksiske effekten har to effekter:

På den ene siden vil det føre til død av et stort antall vannlevende organismer, ødelegge den økologiske balansen i vannmassen og til og med direkte ødelegge hele elveøkosystemet.

På den annen side vil giftstoffer sakte samle seg i vannlevende organismer som fisk og reker. Når mennesker har konsumert disse giftige vannlevende organismene, vil giftstoffene komme inn i menneskekroppen og akkumuleres i mange år, noe som fører til uforutsigbare alvorlige konsekvenser som kreft, deformiteter og genmutasjoner. På samme måte, hvis folk bruker forurenset vann til vanning, vil avlinger også bli påvirket, og folk vil også inhalere en stor mengde skadelige stoffer i ferd med å spise.

Når COD er veldig høy, vil det føre til forringelse av naturlig vannkvalitet. Årsaken er at selvrensing av vann krever nedbrytning av dette organiske materialet. Nedbrytningen av COD krever nødvendigvis oksygenforbruk, og reoksygeneringskapasiteten i vannet oppfyller ikke kravene. DO vil falle direkte til 0 og bli anaerob. I anaerob tilstand vil det fortsette å brytes ned (anaerob behandling av mikroorganismer), og vannet vil bli svart og stinkende (anaerobe mikroorganismer ser veldig svarte ut og inneholder hydrogensulfidgass).

4. Metoder for behandling av COD

Det første punktet

Fysisk metode: Den bruker fysisk handling for å skille suspendert materiale eller turbiditet i avløpsvann, som kan fjerne COD i avløpsvann. Vanlige metoder inkluderer forbehandling av kloakk gjennom sedimentasjonstanker, filtergitter, filtre, fettutskillere, olje-vannutskillere, etc., for ganske enkelt å fjerne COD av partikler i kloakk.

Andre punkt

Kjemisk metode: Den bruker kjemiske reaksjoner for å fjerne oppløste stoffer eller kolloidale stoffer i avløpsvann, og kan fjerne COD i avløpsvann. Vanlige metoder inkluderer nøytralisering, utfelling, oksidasjonsreduksjon, katalytisk oksidasjon, fotokatalytisk oksidasjon, mikroelektrolyse, elektrolytisk flokkulering, forbrenning, etc.

Tredje punkt

Fysisk og kjemisk metode: Den bruker fysiske og kjemiske reaksjoner for å fjerne oppløste stoffer eller kolloidale stoffer i avløpsvann. Det kan fjerne COD i avløpsvann. Vanlige metoder inkluderer gitter, filtrering, sentrifugering, klaring, filtrering, oljeseparasjon, etc.

Fjerde punkt

Biologisk behandlingsmetode: Den bruker mikrobiell metabolisme for å omdanne organiske miljøgifter og uorganiske mikrobielle næringsstoffer i avløpsvann til stabile og ufarlige stoffer. Vanlige metoder inkluderer aktivert slammetode, biofilmmetode, anaerob biologisk fordøyelsesmetode, stabiliseringsdam og våtmarksbehandling, etc.

5. COD-analysemetode.

Dikromat-metoden

Standardmetoden for å bestemme kjemisk oksygenbehov er representert av den kinesiske standarden GB 11914 "Bestemmelse av kjemisk oksygenbehov for vannkvalitet ved dikromatmetode" og den internasjonale standarden ISO6060 "Bestemmelse av kjemisk oksygenbehov for vannkvalitet". Denne metoden har høy oksidasjonshastighet, god reproduserbarhet, nøyaktighet og pålitelighet, og har blitt en klassisk standardmetode generelt anerkjent av det internasjonale samfunnet.

Bestemmelsesprinsippet er: i svovelsyresyremedium brukes kaliumdikromat som oksidant, sølvsulfat brukes som katalysator, og kvikksølvsulfat brukes som maskeringsmiddel for kloridioner. Svovelsyresurheten i fordøyelsesreaksjonsvæsken er 9 mol/L. Fordøyelsesreaksjonsvæsken varmes opp for å koke, og kokepunktstemperaturen på 148 °C±2 °C er fordøyelsestemperaturen. Reaksjonen avkjøles med vann og refluks i 2 timer. Etter at fordøyelsesvæsken er avkjølt naturlig, fortynnes den til ca. 140 ml med vann. Ferroklort brukes som indikator, og det gjenværende kaliumdikromatet titreres med ammoniumjernsulfatoppløsning. COD-verdien til vannprøven beregnes basert på forbruket av ammoniumjernsulfatløsning. Oksidanten som brukes er kaliumdikromat, og oksidasjonsmidlet er seksverdig krom, så det kalles dikromatmetoden.

Imidlertid har denne klassiske standardmetoden fortsatt mangler: tilbakeløpsanordningen opptar et stort eksperimentelt rom, bruker mye vann og strøm, bruker en stor mengde reagenser, er upraktisk å betjene og er vanskelig å måle raskt i store mengder.

Kaliumpermanganat-metoden

COD måles ved bruk av kaliumpermanganat som oksidant, og det målte resultatet kalles kaliumpermanganatindeks.

Spektrofotometri

Basert på den klassiske standardmetoden oksiderer kaliumdikromat organisk materiale, og seksverdig krom genererer trivalent krom. COD-verdien til vannprøven bestemmes ved å etablere et forhold mellom absorbansverdien til seksverdig krom eller trivalent krom og COD-verdien til vannprøven. Ved å bruke prinsippet ovenfor er de mest representative metodene i utlandet EPA. Metode 0410.4 "Automatisk manuell kolorimetri", ASTM: D1252-2000 "Metode B for bestemmelse av kjemisk oksygenbehov ved vannforseglet fordøyelsesspektrofotometri" og ISO15705-2002 "Liten forseglet rørmetode for bestemmelse av kjemisk oksygenbehov (COD) av vannkvalitet". mitt lands enhetlige metode er "Rapid Sealed Catalytic Digestion Method (Including Spectrophotometry)" fra State Environmental Protection Administration.

Rask fordøyelsesmetode

Den klassiske standardmetoden er 2h refluksmetoden. For å øke analysehastigheten har folk foreslått ulike raske analysemetoder. Det er to hovedmetoder: den ene er å øke konsentrasjonen av oksidanten i fordøyelsesreaksjonssystemet, øke surheten til svovelsyre, øke reaksjonstemperaturen og øke katalysatoren for å øke reaksjonshastigheten. Den innenlandske metoden er representert av GB/T14420-1993 "Analyse av kjelevann og kjølevann Kjemisk oksygenbehovsbestemmelse Kaliumdikromat Rapid Method" og de enhetlige metodene anbefalt av State Environmental Protection Administration "Coulometric Method" og "Rapid Closed Catalytic Digestion Method (Including Photometric Method)". Den utenlandske metoden er representert av den tyske standardmetoden DIN38049 T.43 "Rapid Method for Determination of Chemical Oxygen Demand of Water".

Sammenlignet med den klassiske standardmetoden, øker metoden ovenfor svovelsyresurheten i fordøyelsessystemet fra 9,0 mg/L til 10,2 mg/L, reaksjonstemperaturen fra 150 °C til 165 °C, og fordøyelsestiden fra 2 timer til 10 minutter ~ 15 minutter. Den andre er å endre den tradisjonelle fordøyelsesmetoden ved å varme opp med termisk stråling, og bruke mikrobølgefordøyelsesteknologi for å forbedre fordøyelsesreaksjonshastigheten. På grunn av det store utvalget av mikrobølgeovner og forskjellige krefter, er det vanskelig å teste den enhetlige kraften og tiden for å oppnå den beste fordøyelseseffekten. Prisen på mikrobølgeovner er også veldig høy, og det er vanskelig å formulere en enhetlig standardmetode.

Lianhua Technology utviklet en rask fordøyelsesspektrofotometrisk metode for kjemisk oksygenbehov (COD) i 1982, som oppnådde rask bestemmelse av COD i kloakk med metoden "10 minutters fordøyelse, 20 minutters verdi". I 1992 ble dette forsknings- og utviklingsresultatet inkludert i den amerikanske "CHEMICAL ABSTRACTS" som et nytt bidrag til verdens kjemiske felt. Denne metoden ble teststandarden for miljøvernindustrien i Folkerepublikken Kina i 2007 (HJ/T399-2007). Denne metoden oppnådde en nøyaktig COD-verdi innen 20 minutter. Det er enkelt å betjene, praktisk og raskt, krever en liten mengde reagenser, reduserer forurensningen som genereres i eksperimentet og reduserer ulike kostnader. Prinsippet for denne metoden er å fordøye vannprøven tilsatt med Lianhua Technologys COD-reagens ved 165 grader i 10 minutter ved en bølgelengde på 420 eller 610nm, deretter avkjøle den i 2 minutter, og deretter tilsette 2.5 ml destillert vann. COD-resultatet kan oppnås ved hjelp av Lianhua Technologys COD-hurtigbestemmelsesinstrument.