Conhecimento da demanda química de oxigênio

Conhecimento da demanda química de oxigênio

1. Definição de DQO.

COD (Demanda Química de Oxigênio) é a quantidade de oxidante consumida quando uma amostra de água é tratada com um certo oxidante forte sob certas condições. É um indicador da quantidade de substâncias redutoras na água. As substâncias redutoras na água incluem várias substâncias orgânicas, nitritos, sulfetos, sais ferrosos, etc., mas as principais são substâncias orgânicas. Portanto, a demanda química de oxigênio (DQO) é frequentemente usada como um indicador para medir a quantidade de substâncias orgânicas na água. Quanto maior a demanda química de oxigênio, mais grave é a poluição da água por substâncias orgânicas. A determinação da carência química de oxigénio (CQO) varia com a determinação das substâncias redutoras nas amostras de água e com o método de determinação. Os métodos mais comumente usados são o método de oxidação do permanganato de potássio ácido (KMnO4) e o método de oxidação do dicromato de potássio (K2Cr2O7). O método de oxidação do permanganato de potássio tem uma baixa taxa de oxidação, mas é relativamente simples e pode ser usado para determinar o valor de comparação relativo do conteúdo orgânico em amostras de água. O método de oxidação do dicromato de potássio tem alta taxa de oxidação e boa reprodutibilidade, e é adequado para determinar a quantidade total de matéria orgânica em amostras de água. A matéria orgânica é muito prejudicial aos sistemas de água industrial. Estritamente falando, a demanda química de oxigênio também inclui substâncias redutoras inorgânicas na água. Normalmente, como a quantidade de matéria orgânica nas águas residuais é muito maior do que a quantidade de matéria inorgânica, a demanda química de oxigênio é geralmente usada para representar a quantidade total de matéria orgânica nas águas residuais. Sob as condições de medição, a matéria orgânica sem nitrogênio na água é facilmente oxidada pelo permanganato de potássio, enquanto a matéria orgânica contendo nitrogênio é mais difícil de decompor. Portanto, a demanda de oxigênio é adequada para determinar a água natural ou águas residuais gerais contendo matéria orgânica que é facilmente oxidada, enquanto as águas residuais industriais orgânicas com componentes mais complexos são frequentemente medidas quanto à demanda química de oxigênio.

A água contendo uma grande quantidade de matéria orgânica contaminará as resinas de troca iônica ao passar pelo sistema de dessalinização, especialmente as resinas de troca aniônica, o que reduzirá a capacidade de troca da resina. A matéria orgânica pode ser reduzida em cerca de 50% após o pré-tratamento (coagulação, clarificação e filtração), mas não pode ser removida no sistema de dessalinização, por isso é frequentemente trazida para a caldeira através da água de alimentação para reduzir o valor do pH da água da caldeira. Às vezes, a matéria orgânica também pode ser trazida para o sistema de vapor e condensada, fazendo com que o pH diminua e causando corrosão do sistema. O alto teor de matéria orgânica no sistema de circulação de água promoverá a reprodução microbiana. Portanto, seja para dessalinização, água de caldeira ou sistema de circulação de água, quanto menor o DQO, melhor, mas não há um índice de limite unificado. Quando a DQO (método KMnO4) é superior a 5 mg/L no sistema de circulação de água de resfriamento, a qualidade da água começa a se deteriorar.

No padrão de água potável, a demanda química de oxigênio (DQO) da água Classe I e Classe II é de ≤15mg/L, a demanda química de oxigênio (DQO) da água Classe III é de ≤20mg/L, a demanda química de oxigênio (DQO) da água Classe IV é de ≤30mg/L e a demanda química de oxigênio (DQO) da água Classe V é de ≤40mg/L. Quanto maior o valor da DQO, mais grave é a poluição do corpo d'água.

2. Como é produzido o COD?

A DQO (demanda química de oxigênio) é derivada principalmente de substâncias na amostra de água que podem ser oxidadas por oxidantes fortes, especialmente matéria orgânica. Essas substâncias orgânicas estão amplamente presentes em águas residuais e águas poluídas, incluindo, mas não se limitando a açúcares, óleos e gorduras, nitrogênio amoniacal, etc. A oxidação dessas substâncias consome o oxigênio dissolvido na água, aumentando assim a demanda química de oxigênio. Especificamente:

1. Substâncias açucaradas: como glicose, frutose, etc., são comumente encontradas em águas residuais da indústria de processamento de alimentos e da indústria biofarmacêutica e aumentam o teor de COD.

2. Óleos e gorduras: As águas residuais contendo óleos e gorduras descarregadas durante a produção industrial também levarão a um aumento na concentração de DQO.

3. Nitrogênio amoniacal: Embora não afete diretamente a determinação da DQO, a oxidação do nitrogênio amoniacal também consumirá oxigênio durante o tratamento de águas residuais, afetando indiretamente o valor da DQO.

Além disso, existem muitos tipos de substâncias que podem produzir DQO no esgoto, incluindo matéria orgânica biodegradável, poluentes orgânicos industriais, substâncias inorgânicas redutoras, alguma matéria orgânica difícil de biodegradar e metabólitos microbianos. A oxidação dessas substâncias consome o oxigênio dissolvido na água, resultando na geração de DQO. Portanto, a demanda química de oxigênio é um indicador importante para medir o grau de poluição da matéria orgânica e reduzir a matéria inorgânica na água. Reflete a quantidade total de substâncias na água que podem ser oxidadas e decompostas por oxidantes (geralmente dicromato de potássio ou permanganato de potássio) sob certas condições, ou seja, o grau em que essas substâncias consomem oxigênio.

1. Matéria orgânica: A matéria orgânica é uma das principais fontes de DQO no esgoto, incluindo matéria orgânica biodegradável, como proteínas, carboidratos e gorduras. Essa matéria orgânica pode ser decomposta em dióxido de carbono e água sob a ação de microrganismos.

2. Substâncias fenólicas: Os compostos fenólicos são frequentemente usados como poluentes em águas residuais em alguns processos industriais. Eles podem ter um sério impacto no ambiente aquático e aumentar o teor de DQO.

3. Substâncias alcoólicas: Compostos alcoólicos, como etanol e metanol, também são fontes comuns de DQO em algumas águas residuais industriais.

4. Substâncias açucaradas: Compostos de açúcar, como glicose, frutose, etc., são componentes comuns em águas residuais de algumas indústrias de processamento de alimentos e indústrias biofarmacêuticas, e também aumentam o teor de DQO.

5. Graxa e gordura: Graxa e águas residuais contendo gordura descarregadas durante a produção industrial também levarão a um aumento na concentração de DQO.

6. Nitrogênio amoniacal: Embora o nitrogênio amoniacal não afete diretamente a determinação da DQO, a oxidação do nitrogênio amoniacal também consumirá oxigênio durante o processo de tratamento de águas residuais, afetando indiretamente o valor da DQO.

Além disso, vale ressaltar que a DQO não apenas reage à matéria orgânica da água, mas também representa substâncias inorgânicas com propriedades redutoras na água, como sulfeto, íons ferrosos, sulfito de sódio, etc. Portanto, ao tratar esgoto, é necessário considerar de forma abrangente a contribuição de vários poluentes para a DQO e tomar medidas de tratamento adequadas para reduzir o valor de DQO.

A matéria orgânica é a principal fonte de DQO. Eles incluem várias matérias orgânicas, matéria em suspensão e substâncias difíceis de decompor no esgoto. O alto teor de DQO no esgoto representará uma grande ameaça ao ambiente aquático. O tratamento e monitorização da DQO é uma das medidas importantes para prevenir e controlar a poluição. Portanto, a determinação de DQO é um dos métodos de teste comumente usados no tratamento de esgoto e monitoramento ambiental.

A determinação de DQO é um processo fácil de operar com alta sensibilidade analítica. A determinação da DQO pode ser concluída observando diretamente a mudança de cor da amostra ou a corrente ou outros sinais após o reagente químico ser titulado para gerar produtos de oxidação. Quando o valor de DQO excede o padrão, é necessário realizar o tratamento correspondente para evitar a poluição ambiental. Em suma, entender o que significa DQO desempenha um papel vital na proteção do ambiente aquático e na condução do controle da poluição.

 

3. O impacto do alto COD.

‌A DQO (demanda química de oxigênio) é um indicador importante para medir o grau de poluição orgânica em corpos d'água. O conteúdo excessivo terá um sério impacto na qualidade da água do rio.‌

A medição da DQO é baseada na quantidade de oxidante consumida quando substâncias redutoras (principalmente matéria orgânica) são oxidadas e decompostas em 1 litro de água sob certas condições. Essas substâncias redutoras consumirão uma grande quantidade de oxigênio dissolvido durante o processo de decomposição, fazendo com que os organismos aquáticos não tenham oxigênio, o que, por sua vez, afeta seu crescimento e sobrevivência normais, podendo causar um grande número de mortes em casos graves. Além disso, a redução do oxigênio dissolvido acelerará a deterioração da qualidade da água, promoverá a corrupção e decomposição da matéria orgânica e produzirá substâncias mais tóxicas e nocivas, como o nitrogênio amoniacal, que causará maiores danos aos organismos aquáticos e à qualidade da água. A exposição prolongada a esgotos contendo altas concentrações de matéria orgânica também pode causar sérios danos à saúde humana, como doenças gastrointestinais, doenças de pele, etc. Portanto, a DQO excessiva não só representa uma ameaça para os organismos aquáticos, mas também representa um risco potencial para a saúde humana.

A fim de proteger o ambiente aquático e a saúde humana, devem ser tomadas medidas eficazes para prevenir e controlar a DQO excessiva. Isso inclui a redução do descarte de matéria orgânica em atividades industriais e agrícolas, bem como o fortalecimento do tratamento e monitoramento de águas residuais para garantir que a qualidade da água descarregada atenda aos padrões, mantendo assim um bom ambiente ecológico da água.

A DQO é um indicador do teor de matéria orgânica na água. Quanto maior a DQO, mais seriamente o corpo d'água é poluído por matéria orgânica. Quando a matéria orgânica tóxica entra no corpo d'água, ela não apenas prejudica os organismos do corpo d'água, como os peixes, mas também pode ser enriquecida na cadeia alimentar e entrar no corpo humano, causando envenenamento crônico. .

A DQO tem um grande impacto na qualidade da água e no ambiente ecológico. Uma vez que poluentes orgânicos com elevado teor de DQO entram em rios, lagos e reservatórios, se não forem tratados a tempo, muita matéria orgânica pode ser adsorvida pelo solo no fundo da água e se acumular por muitos anos. Esses organismos causarão danos a vários organismos na água e podem continuar a ser tóxicos por vários anos. Este efeito tóxico tem dois efeitos:

Por um lado, causará a morte de um grande número de organismos aquáticos, destruirá o equilíbrio ecológico do corpo d'água e até destruirá diretamente todo o ecossistema fluvial.

Por outro lado, as toxinas se acumulam lentamente em organismos aquáticos, como peixes e camarões. Uma vez que os humanos consomem esses organismos aquáticos tóxicos, as toxinas entram no corpo humano e se acumulam por muitos anos, levando a consequências graves imprevisíveis, como câncer, deformidades e mutações genéticas. Da mesma forma, se as pessoas usarem água poluída para irrigação, as plantações também serão afetadas e as pessoas também inalarão uma grande quantidade de substâncias nocivas no processo de alimentação.

Quando a DQO é muito alta, causa a deterioração da qualidade natural da água. A razão é que a autopurificação da água requer a degradação dessa matéria orgânica. A degradação da DQO requer necessariamente o consumo de oxigênio, e a capacidade de reoxigenação na água não atende aos requisitos. DO cairá diretamente para 0 e se tornará anaeróbico. No estado anaeróbico, ele continuará a se decompor (tratamento anaeróbico de microrganismos) e a água ficará preta e fedorenta (os microrganismos anaeróbicos parecem muito pretos e contêm gás sulfeto de hidrogênio).

 

4. Métodos de tratamento da DQO

O primeiro ponto

Método físico: Usa ação física para separar matéria suspensa ou turbidez em águas residuais, o que pode remover DQO em águas residuais. Os métodos comuns incluem o pré-tratamento de esgoto através de tanques de sedimentação, grades de filtros, filtros, coletores de gordura, separadores de óleo-água, etc., para simplesmente remover a DQO do material particulado no esgoto.

Segundo ponto

Método químico: Utiliza reações químicas para remover substâncias dissolvidas ou substâncias coloidais nas águas residuais e pode remover a DQO nas águas residuais. Os métodos comuns incluem neutralização, precipitação, oxidação-redução, oxidação catalítica, oxidação fotocatalítica, microeletrólise, floculação eletrolítica, incineração, etc.

Terceiro ponto

Método físico e químico: Utiliza reações físicas e químicas para remover substâncias dissolvidas ou substâncias coloidais nas águas residuais. Pode remover a DQO nas águas residuais. Os métodos comuns incluem grade, filtração, centrifugação, clarificação, filtração, separação de óleo, etc.

Quarto ponto

Método de tratamento biológico: Utiliza o metabolismo microbiano para converter poluentes orgânicos e nutrientes microbianos inorgânicos nas águas residuais em substâncias estáveis e inofensivas. Os métodos comuns incluem o método de lodo ativado, método de biofilme, método de digestão biológica anaeróbica, lagoa de estabilização e tratamento de pântanos, etc.

5. Método de análise de CQO.

Método de dicromato

O método padrão para determinar a demanda química de oxigênio é representado pelo padrão chinês GB 11914 "Determinação da Demanda Química de Oxigênio da Qualidade da Água pelo Método de Dicromato" e o padrão internacional ISO6060 "Determinação da Demanda Química de Oxigênio da Qualidade da Água". Este método tem alta taxa de oxidação, boa reprodutibilidade, precisão e confiabilidade, e tornou-se um método padrão clássico geralmente reconhecido pela comunidade internacional.

O princípio de determinação é: em meio de ácido sulfúrico, o dicromato de potássio é usado como oxidante, o sulfato de prata é usado como catalisador e o sulfato de mercúrio é usado como agente de mascaramento para íons cloreto. A acidez do ácido sulfúrico do líquido da reação de digestão é de 9 mol/L. O líquido da reação de digestão é aquecido para ferver e a temperatura do ponto de ebulição de 148 °C ±2 °C é a temperatura de digestão. A reação é resfriada por água e refluída por 2h. Depois que o líquido de digestão é resfriado naturalmente, ele é diluído para cerca de 140ml com água. O ferrocloro é usado como indicador e o dicromato de potássio restante é titulado com solução de sulfato ferroso de amônio. O valor de DQO da amostra de água é calculado com base no consumo de solução de sulfato ferroso de amônio. O oxidante usado é o dicromato de potássio e o agente oxidante é o cromo hexavalente, por isso é chamado de método do dicromato.

No entanto, esse método padrão clássico ainda apresenta deficiências: o dispositivo de refluxo ocupa um grande espaço experimental, consome muita água e eletricidade, usa uma grande quantidade de reagentes, é inconveniente de operar e é difícil de medir rapidamente em grandes quantidades.

Método do permanganato de potássio

A DQO é medida usando permanganato de potássio como oxidante, e o resultado medido é chamado de índice de permanganato de potássio.

Espectrofotometria

Com base no método padrão clássico, o dicromato de potássio oxida a matéria orgânica e o cromo hexavalente gera o cromo trivalente. O valor de DQO da amostra de água é determinado estabelecendo uma relação entre o valor de absorbância do cromo hexavalente ou do cromo trivalente e o valor de DQO da amostra de água. Usando o princípio acima, os métodos mais representativos no exterior são a EPA. Método 0410.4 "Colorimetria Manual Automática", ASTM: D1252-2000 "Método B para a determinação da demanda química de oxigênio da espectrofotometria de digestão selada com água" e ISO15705-2002 "Método de tubo selado pequeno para a determinação da demanda química de oxigênio (DQO) da qualidade da água". O método unificado do meu país é o "Método de Digestão Catalítica Selada Rápida (Incluindo Espectrofotometria)" da Administração Estadual de Proteção Ambiental.

Método de digestão rápida

O método padrão clássico é o método de refluxo de 2h. Para aumentar a velocidade da análise, as pessoas propuseram vários métodos de análise rápida. Existem dois métodos principais: um é aumentar a concentração do oxidante no sistema de reação de digestão, aumentar a acidez do ácido sulfúrico, aumentar a temperatura da reação e aumentar o catalisador para aumentar a velocidade da reação. O método doméstico é representado por GB / T14420-1993 "Análise da Água da Caldeira e Água de Resfriamento Determinação da Demanda Química de Oxigênio Método Rápido de Dicromato de Potássio" e os métodos unificados recomendados pela Administração Estadual de Proteção Ambiental "Método Coulométrico" e "Método de Digestão Catalítica Fechada Rápida (Incluindo Método Fotométrico)". O método estrangeiro é representado pelo método padrão alemão DIN38049 T.43 "Método Rápido para Determinação da Demanda Química de Oxigênio da Água".

Comparado com o método padrão clássico, o método acima aumenta a acidez do ácido sulfúrico do sistema de digestão de 9,0 mg/L para 10,2 mg/L, a temperatura de reação de 150 °C a 165 °C e o tempo de digestão de 2h a 10min ~ 15min. A segunda é mudar o método tradicional de digestão aquecendo com radiação térmica e usar a tecnologia de digestão por microondas para melhorar a velocidade da reação de digestão. Devido à grande variedade de fornos de microondas e diferentes potências, é difícil testar a potência e o tempo unificados para obter o melhor efeito de digestão. O preço dos fornos de microondas também é muito alto e é difícil formular um método padrão unificado.

A Lianhua Technology desenvolveu um método espectrofotométrico de digestão rápida para demanda química de oxigênio (DQO) em 1982, que alcançou a determinação rápida de DQO em esgoto com o método de "digestão de 10 minutos, valor de 20 minutos". Em 1992, este resultado de pesquisa e desenvolvimento foi incluído no "CHEMICAL ABSTRACTS" americano como uma nova contribuição para o campo químico mundial. Este método tornou-se o padrão de teste da indústria de proteção ambiental da República Popular da China em 2007 (HJ / T399-2007). Este método alcançou com sucesso um valor preciso de DQO em 20 minutos. É simples de operar, conveniente e rápido, requer uma pequena quantidade de reagentes, reduz muito a poluição gerada no experimento e reduz vários custos. O princípio deste método é digerir a amostra de água adicionada com o reagente COD da Lianhua Technology a 165 graus por 10 minutos em um comprimento de onda de 420 ou 610 nm, depois resfriá-la por 2 minutos e adicionar 2,5 ml de água destilada. O resultado da DQO pode ser obtido usando o instrumento de determinação rápida de DQO da Lianhua Technology.