Wiedza na temat chemicznego zapotrzebowania na tlen

Wiedza na temat chemicznego zapotrzebowania na tlen

1. Definicja ChZT.

ChZT (chemiczne zapotrzebowanie na tlen) to ilość utleniacza zużywanego, gdy próbka wody jest traktowana pewnym silnym utleniaczem w określonych warunkach. Jest to wskaźnik ilości substancji redukujących w wodzie. Substancje redukujące w wodzie obejmują różne substancje organiczne, azotyny, siarczki, sole żelazawe itp., Ale główne z nich to substancje organiczne. Dlatego chemiczne zapotrzebowanie na tlen (ChZT) jest często używane jako wskaźnik do pomiaru ilości substancji organicznych w wodzie. Im większe chemiczne zapotrzebowanie na tlen, tym poważniejsze zanieczyszczenie wody substancjami organicznymi. Oznaczanie chemicznego zapotrzebowania na tlen (ChZT) różni się w zależności od oznaczania substancji redukujących w próbkach wody i metody oznaczania. Najczęściej stosowanymi metodami są metoda utleniania kwaśnym nadmanganianem potasu (KMnO4) i metoda utleniania dichromianem potasu (K2Cr2O7). Metoda utleniania nadmanganianu potasu ma niską szybkość utleniania, ale jest stosunkowo prosta i może być stosowana przy określaniu względnej wartości porównawczej zawartości organicznej w próbkach wody. Metoda utleniania dichromianu potasu charakteryzuje się wysoką szybkością utleniania i dobrą odtwarzalnością oraz nadaje się do oznaczania całkowitej ilości materii organicznej w próbkach wody. Materia organiczna jest bardzo szkodliwa dla przemysłowych systemów wodnych. Ściśle mówiąc, chemiczne zapotrzebowanie na tlen obejmuje również nieorganiczne substancje redukujące w wodzie. Zwykle, ponieważ ilość materii organicznej w ściekach jest znacznie większa niż ilość materii nieorganicznej, chemiczne zapotrzebowanie na tlen jest zwykle używane do reprezentowania całkowitej ilości materii organicznej w ściekach. W warunkach pomiaru materia organiczna bez azotu w wodzie jest łatwo utleniana przez nadmanganian potasu, podczas gdy materia organiczna zawierająca azot jest trudniejsza do rozkładu. Dlatego zapotrzebowanie na tlen jest odpowiednie do oznaczania wody naturalnej lub ścieków ogólnych zawierających materię organiczną, która łatwo ulega utlenieniu, podczas gdy organiczne ścieki przemysłowe z bardziej złożonymi składnikami są często mierzone pod kątem chemicznego zapotrzebowania na tlen.

Woda zawierająca dużą ilość materii organicznej zanieczyszcza żywice jonowymienne podczas przechodzenia przez system odsalania, zwłaszcza żywice anionowymienne, co zmniejszy zdolność wymiany żywicy. Materię organiczną można zredukować o około 50% po obróbce wstępnej (koagulacji, klarowaniu i filtracji), ale nie można jej usunąć w systemie odsalania, dlatego często jest wprowadzana do kotła przez wodę zasilającą w celu obniżenia wartości pH wody kotłowej. Czasami materia organiczna może być również wprowadzana do układu parowego i kondensatu, powodując obniżenie pH i korozję systemu. Wysoka zawartość materii organicznej w systemie wody obiegowej będzie sprzyjać rozmnażaniu mikroorganizmów. Dlatego też, niezależnie od tego, czy chodzi o odsalanie, wodę kotłową czy system wody obiegowej, im niższy ChZT, tym lepiej, ale nie ma ujednoliconego wskaźnika granicznego. Gdy ChZT (metoda KMnO4) jest większy niż 5 mg/L w systemie cyrkulacji wody chłodzącej, jakość wody zaczęła się pogarszać.

W normie wody pitnej chemiczne zapotrzebowanie na tlen (ChZT) wody klasy I i II wynosi ≤15 mg / L, chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT) wody klasy III wynosi ≤ 20 mg / L, chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT) wody klasy IV wynosi ≤30 mg / L, a chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT) wody klasy V wynosi ≤40 mg / L. Im wyższa wartość ChZT, tym poważniejsze zanieczyszczenie jednolitej części wód.

2. Jak powstaje ChZT?

ChZT (chemiczne zapotrzebowanie tlenu) pochodzi głównie z substancji w próbce wody, które mogą być utleniane przez silne utleniacze, zwłaszcza materię organiczną. Te substancje organiczne są powszechnie obecne w ściekach i zanieczyszczonej wodzie, w tym między innymi w cukrach, olejach i tłuszczach, amoniaku, azonie itp. Utlenianie tych substancji zużywa tlen rozpuszczony w wodzie, zwiększając w ten sposób chemiczne zapotrzebowanie na tlen. Specyficznie:

1. Substancje cukrowe: takie jak glukoza, fruktoza itp., Są powszechnie spotykane w ściekach z przemysłu spożywczego i przemysłu biofarmaceutycznego i zwiększają zawartość ChZT.

2. Oleje i tłuszcze: Ścieki zawierające oleje i tłuszcze odprowadzane podczas produkcji przemysłowej również doprowadzą do wzrostu stężenia ChZT.

3. Azot amonowy: Chociaż nie wpływa bezpośrednio na oznaczanie ChZT, utlenianie azotu amonowego będzie również zużywać tlen podczas oczyszczania ścieków, pośrednio wpływając na wartość ChZT.

Ponadto istnieje wiele rodzajów substancji, które mogą wytwarzać ChZT w ściekach, w tym biodegradowalna materia organiczna, przemysłowe zanieczyszczenia organiczne, redukujące substancje nieorganiczne, część materii organicznej, która jest trudna do biodegradacji oraz metabolity mikrobiologiczne. Utlenianie tych substancji zużywa rozpuszczony tlen w wodzie, co powoduje powstawanie ChZT. Dlatego chemiczne zapotrzebowanie na tlen jest ważnym wskaźnikiem do pomiaru stopnia zanieczyszczenia materii organicznej i redukcji materii nieorganicznej w wodzie. Odzwierciedla całkowitą ilość substancji w wodzie, które mogą zostać utlenione i rozłożone przez utleniacze (zwykle dwuchromian potasu lub nadmanganian potasu) w określonych warunkach, czyli stopień, w jakim substancje te zużywają tlen.

1. Materia organiczna: Materia organiczna jest jednym z głównych źródeł ChZT w ściekach, w tym biodegradowalnej materii organicznej, takiej jak białka, węglowodany i tłuszcze. Ta materia organiczna może ulegać rozkładowi na dwutlenek węgla i wodę pod wpływem mikroorganizmów.

2. Substancje fenolowe: Związki fenolowe są często stosowane jako zanieczyszczenia w ściekach w niektórych procesach przemysłowych. Mogą one mieć poważny wpływ na środowisko wodne i zwiększać zawartość ChZT.

3. Substancje alkoholowe: Związki alkoholowe, takie jak etanol i metanol, są również powszechnym źródłem ChZT w niektórych ściekach przemysłowych.

4. Substancje cukrowe: Związki cukrowe, takie jak glukoza, fruktoza itp., Są powszechnymi składnikami ścieków z niektórych gałęzi przemysłu spożywczego i przemysłu biofarmaceutycznego, a także zwiększają zawartość ChZT.

5. Tłuszcz i tłuszcz: Ścieki zawierające tłuszcz i tłuszcz odprowadzane podczas produkcji przemysłowej również prowadzą do wzrostu stężenia ChZT.

6. Azot amonowy: Chociaż azot amonowy nie wpływa bezpośrednio na oznaczanie ChZT, utlenianie azotu amonowego będzie również zużywać tlen podczas procesu oczyszczania ścieków, pośrednio wpływając na wartość ChZT.

Ponadto warto zauważyć, że ChZT nie tylko reaguje z materią organiczną w wodzie, ale także reprezentuje substancje nieorganiczne o właściwościach redukujących w wodzie, takie jak siarczki, jony żelazawe, siarczyn sodu itp. Dlatego przy oczyszczaniu ścieków konieczne jest kompleksowe rozważenie udziału różnych zanieczyszczeń w ChZT i podjęcie odpowiednich środków oczyszczania w celu obniżenia wartości ChZT.

Materia organiczna jest głównym źródłem ChZT. Należą do nich różnorodna materia organiczna, zawiesiny i substancje trudno rozkładające się w ściekach. Wysoka zawartość ChZT w ściekach będzie stanowiła duże zagrożenie dla środowiska wodnego. Oczyszczanie i monitorowanie ChZT jest jednym z ważnych środków zapobiegania zanieczyszczeniom i ich kontroli. Dlatego oznaczanie ChZT jest jedną z powszechnie stosowanych metod badawczych w oczyszczaniu ścieków i monitorowaniu środowiska.

Oznaczanie ChZT jest łatwym w obsłudze procesem o wysokiej czułości analitycznej. Oznaczanie ChZT można zakończyć, bezpośrednio obserwując zmianę koloru próbki lub prąd lub inne sygnały po miareczkowaniu odczynnika chemicznego w celu wytworzenia produktów utleniania. Gdy wartość ChZT przekracza normę, konieczne jest przeprowadzenie odpowiedniego oczyszczania, aby uniknąć zanieczyszczenia środowiska. Krótko mówiąc, zrozumienie, co oznacza ChZT, odgrywa istotną rolę w ochronie środowiska wodnego i prowadzeniu kontroli zanieczyszczeń.

 

3. Wpływ wysokiego ChZT.

‌ChZT (chemiczne zapotrzebowanie na tlen) jest ważnym wskaźnikiem do pomiaru stopnia zanieczyszczenia organicznego w zbiornikach wodnych. Nadmierna zawartość będzie miała poważny wpływ na jakość wody w rzece.‌

Pomiar ChZT opiera się na ilości utleniacza zużytego, gdy substancje redukujące (głównie materia organiczna) są utleniane i rozkładane w 1 litrze wody w określonych warunkach. Te substancje redukujące będą zużywać dużą ilość rozpuszczonego tlenu podczas procesu rozkładu, powodując brak tlenu w organizmach wodnych, co z kolei wpływa na ich normalny wzrost i przetrwanie, a w ciężkich przypadkach może spowodować dużą liczbę zgonów. Ponadto redukcja rozpuszczonego tlenu przyspieszy pogorszenie jakości wody, będzie sprzyjać korupcji i rozkładowi materii organicznej oraz wytworzy bardziej toksyczne i szkodliwe substancje, takie jak azot amonowy, które spowodują większe szkody dla organizmów wodnych i jakości wody. Długotrwałe narażenie na ścieki zawierające wysokie stężenia materii organicznej może również powodować poważne szkody dla zdrowia ludzkiego, takie jak choroby przewodu pokarmowego, choroby skóry itp. W związku z tym nadmierny ChZT stanowi nie tylko zagrożenie dla organizmów wodnych, ale także stanowi potencjalne zagrożenie dla zdrowia ludzkiego.

W celu ochrony środowiska wodnego i zdrowia ludzkiego należy podjąć skuteczne środki w celu zapobiegania nadmiernemu ChZT i jego kontroli. Obejmuje to ograniczenie zrzutów materii organicznej w działalności przemysłowej i rolniczej, a także wzmocnienie oczyszczania i monitorowania ścieków w celu zapewnienia, że jakość odprowadzanej wody spełnia normy, a tym samym utrzymanie dobrego środowiska ekologicznego wody.

ChZT jest wskaźnikiem zawartości materii organicznej w wodzie. Im wyższy ChZT, tym poważniej zbiornik wodny jest zanieczyszczony materią organiczną. Kiedy toksyczna materia organiczna dostaje się do zbiornika wodnego, nie tylko szkodzi organizmom w zbiorniku wodnym, takim jak ryby, ale może również zostać wzbogacona w łańcuch pokarmowy i dostać się do organizmu ludzkiego, powodując przewlekłe zatrucie. .

ChZT ma ogromny wpływ na jakość wody i środowisko ekologiczne. Gdy zanieczyszczenia organiczne o podwyższonej zawartości ChZT dostaną się do rzek, jezior i zbiorników, jeśli nie zostaną oczyszczone na czas, wiele materii organicznej może zostać zaadsorbowanych przez glebę na dnie wody i gromadzić się przez wiele lat. Organizmy te powodują uszkodzenia różnych organizmów w wodzie i mogą być toksyczne przez kilka lat. Ten toksyczny efekt ma dwa skutki:

Z jednej strony spowoduje to śmierć dużej liczby organizmów wodnych, zniszczy równowagę ekologiczną zbiornika wodnego, a nawet bezpośrednio zniszczy cały ekosystem rzeczny.

Z drugiej strony toksyny będą powoli gromadzić się w organizmach wodnych, takich jak ryby i krewetki. Gdy ludzie spożyją te toksyczne organizmy wodne, toksyny dostaną się do organizmu ludzkiego i będą gromadzić się przez wiele lat, prowadząc do nieprzewidywalnych poważnych konsekwencji, takich jak rak, deformacje i mutacje genów. W ten sam sposób, jeśli ludzie będą używać zanieczyszczonej wody do nawadniania, wpłynie to również na uprawy, a ludzie będą również wdychać dużą ilość szkodliwych substancji w procesie jedzenia.

Gdy ChZT jest bardzo wysoki, spowoduje to pogorszenie naturalnej jakości wody. Powodem jest, że samooczyszczanie się wody wymaga degradacji owej materii organicznej. Degradacja ChZT koniecznie wymaga zużycia tlenu, a zdolność reoksygenacji w wodzie nie spełnia wymagań. DO spadnie bezpośrednio do 0 i stanie się beztlenowe. W stanie beztlenowym będzie się nadal rozkładał (beztlenowe traktowanie mikroorganizmów), a woda stanie się i śmierdząca (mikroorganizmy beztlenowe wyglądają bardzo czarno i zawierają gazowy siarkowodór).

 

4. Metody leczenia ChZT

Punkt pierwszy

Metoda fizyczna: Wykorzystuje działanie fizyczne do oddzielania zawiesiny lub zmętnienia w ściekach, co może usunąć ChZT ze ścieków. Typowe metody obejmują wstępne oczyszczanie ścieków przez osadniki, siatki filtracyjne, filtry, łapacze tłuszczu, separatory olejowo-wodne itp., Aby po prostu usunąć ChZT cząstek stałych ze ścieków.

Punkt drugi

Metoda chemiczna: Wykorzystuje reakcje chemiczne do usuwania rozpuszczonych substancji lub substancji koloidalnych w ściekach i może usuwać ChZT w ściekach. Typowe metody obejmują neutralizację, wytrącanie, utlenianie-redukcję, utlenianie katalityczne, utlenianie fotokatalityczne, mikroelektrolizę, flokulację elektrolityczną, spalanie itp.

Punkt trzeci

Metoda fizyko-chemiczna: Wykorzystuje reakcje fizyczne i chemiczne do usuwania substancji rozpuszczonych lub koloidalnych w ściekach. Może usuwać ChZT ze ścieków. Typowe metody obejmują siatkę, filtrację, wirowanie, klarowanie, filtrację, separację oleju itp.

Punkt czwarty

Metoda oczyszczania biologicznego: Wykorzystuje metabolizm mikrobiologiczny do przekształcania zanieczyszczeń organicznych i nieorganicznych mikrobiologicznych składników odżywczych w ściekach w stabilne i nieszkodliwe substancje. Typowe metody obejmują metodę osadu czynnego, metodę biofilmu, metodę beztlenowej fermentacji biologicznej, oczyszczanie stawu stabilizacyjnego i terenów podmokłych itp.

5. Metoda analizy ChZT.

Metoda dwuchromianowa

Standardową metodą określania chemicznego zapotrzebowania na tlen jest chińska norma GB 11914 "Oznaczanie chemicznego zapotrzebowania na tlen w jakości wody metodą dichromianową" oraz norma międzynarodowa ISO6060 "Oznaczanie chemicznego zapotrzebowania na tlen w jakości wody". Metoda ta charakteryzuje się wysoką szybkością utleniania, dobrą odtwarzalnością, dokładnością i niezawodnością i stała się klasyczną standardową metodą powszechnie uznawaną przez społeczność międzynarodową.

Zasada oznaczania jest następująca: w środowisku kwasu siarkowego dwuchromian potasu jest stosowany jako utleniacz, siarczan srebra jest używany jako katalizator, a siarczan rtęci jest stosowany jako środek maskujący jony chlorkowe. Kwasowość kwasu siarkowego w płynie reakcyjnym trawienia wynosi 9 mol/l. Ciecz reakcyjną trawienia jest podgrzewana do wrzenia, a temperatura wrzenia 148 °C ± 2 °C to temperatura trawienia. Reakcja jest schładzana wodą i refluksowana przez 2 godziny. Po naturalnym schłodzeniu płynu wytrawiającego rozcieńcza się go wodą do około 140 ml. Jako wskaźnik stosuje się żelazochlor, a pozostały dwuchromian potasu miareczkuje się roztworem amonowo-siarczanowo-żelazawego. Wartość ChZT próbki wody oblicza się na podstawie zużycia roztworu siarczanu amonu i żelazawego. Zastosowanym utleniaczem jest dwuchromian potasu, a utleniaczem jest sześciowartościowy chrom, dlatego nazywa się to metodą dwuchromianową.

Jednak ta klasyczna standardowa metoda nadal ma wady: urządzenie refluksowe zajmuje dużą przestrzeń eksperymentalną, zużywa dużo wody i energii elektrycznej, zużywa dużą ilość odczynników, jest niewygodne w obsłudze i trudne do szybkiego zmierzenia w dużych ilościach.

Metoda nadmanganianu potasu

ChZT mierzy się przy użyciu nadmanganianu potasu jako utleniacza, a zmierzony wynik nazywa się indeksem nadmanganianu potasu.

Spektrofotometria

W oparciu o klasyczną metodę standardową, dwuchromian potasu utlenia materię organiczną, a sześciowartościowy chrom generuje chrom trójwartościowy. Wartość ChZT w próbce wody określa się poprzez ustalenie zależności między wartością absorbancji chromu sześciowartościowego lub chromu trójwartościowego a wartością ChZT próbki wody. Stosując powyższą zasadę, najbardziej reprezentatywnymi metodami za granicą są EPA. Metoda 0410.4 "Automatyczna kolorymetria ręczna", ASTM: D1252-2000 "Metoda B do oznaczania chemicznego zapotrzebowania na tlen w spektrofotometrii trawienia uszczelnionej wodą" i ISO15705-2002 "Metoda małej zamkniętej rurki do oznaczania chemicznego zapotrzebowania na tlen (ChZT) jakości wody". Ujednoliconą metodą w moim kraju jest "Metoda szybkiego uszczelnionego katalitycznego roztwarzania (w tym spektrofotometria)" Państwowej Administracji Ochrony Środowiska.

Metoda szybkiego trawienia

Klasyczną standardową metodą jest metoda refluksu 2h. Aby zwiększyć szybkość analizy, ludzie zaproponowali różne metody szybkiej analizy. Istnieją dwie główne metody: jedna polega na zwiększeniu stężenia utleniacza w układzie reakcji trawienia, zwiększeniu kwasowości kwasu siarkowego, zwiększeniu temperatury reakcji oraz zwiększeniu katalizatora w celu zwiększenia szybkości reakcji. Metoda krajowa jest reprezentowana przez GB / T14420-1993 "Analiza wody kotłowej i wody chłodzącej, chemiczne określanie zapotrzebowania na tlen, szybka metoda dichromianu potasu" oraz ujednolicone metody zalecane przez Państwową Administrację Ochrony Środowiska "Metoda kulometryczna" i "Metoda szybkiej zamkniętej mineralizacji katalitycznej (w tym metoda fotometryczna)". Metoda zagraniczna jest reprezentowana przez niemiecką metodę standardową DIN38049 T.43 "Szybka metoda oznaczania chemicznego zapotrzebowania wody na tlen".

W porównaniu z klasyczną metodą standardową, powyższa metoda zwiększa kwasowość kwasu siarkowego układu mineralizacyjnego z 9,0 mg/L do 10,2 mg/L, temperaturę reakcji z 150°C do 165°C, a czas mineralizacji z 2h do 10min~15min. Drugim jest zmiana tradycyjnej metody trawienia poprzez ogrzewanie promieniowaniem cieplnym i zastosowanie technologii trawienia mikrofalowego w celu poprawy szybkości reakcji trawienia. Ze względu na szeroką gamę kuchenek mikrofalowych i różne moce, trudno jest przetestować ujednoliconą moc i czas w celu uzyskania najlepszego efektu trawienia. Cena kuchenek mikrofalowych jest również bardzo wysoka i trudno jest sformułować jednolitą standardową metodę.

W 1982 roku firma Lianhua Technology opracowała spektrofotometryczną metodę szybkiego mineralizowania dla chemicznego zapotrzebowania na tlen (ChZT), która pozwoliła na szybkie określenie ChZT w ściekach metodą "10 minut mineralizacji, wartość 20 minut". W 1992 roku wyniki tych badań i rozwoju zostały włączone do amerykańskiego "CHEMICAL ABSTRACTS" jako nowy wkład w światową dziedzinę chemii. Metoda ta stała się standardem badawczym branży ochrony środowiska Chińskiej Republiki Ludowej w 2007 roku (HJ/T399-2007). Dzięki tej metodzie udało się osiągnąć dokładną wartość ChZT w ciągu 20 minut. Jest prosty w obsłudze, wygodny i szybki, wymaga niewielkiej ilości odczynników, znacznie zmniejsza zanieczyszczenia powstające w eksperymencie i obniża różne koszty. Zasada tej metody polega na trawieniu próbki wody dodanej za pomocą odczynnika ChZT firmy Lianhua Technology w temperaturze 165 stopni przez 10 minut przy długości fali 420 lub 610 nm, a następnie schłodzeniu przez 2 minuty, a następnie dodaniu 2,5 ml wody destylowanej. Wynik ChZT można uzyskać za pomocą przyrządu do szybkiego oznaczania ChZT firmy Lianhua Technology.