Cunoașterea cererii chimice de oxigen

Cunoașterea cererii chimice de oxigen

1. Definiția COD.

COD (cerere chimică de oxigen) este cantitatea de oxidant consumată atunci când o probă de apă este tratată cu un anumit oxidant puternic în anumite condiții. Este un indicator al cantității de substanțe reducătoare din apă. Substanțele reducătoare din apă includ diverse substanțe organice, nitriți, sulfuri, săruri feroase etc., dar principalele sunt substanțe organice. Prin urmare, cererea chimică de oxigen (COD) este adesea utilizată ca indicator pentru a măsura cantitatea de substanțe organice din apă. Cu cât cererea chimică de oxigen este mai mare, cu atât poluarea apei cu substanțe organice este mai gravă. Determinarea cererii chimice de oxigen (COD) variază în funcție de determinarea substanțelor reducătoare din probele de apă și metoda de determinare. Cele mai frecvent utilizate metode sunt metoda de oxidare a permanganatului acid de potasiu (KMnO4) și metoda de oxidare a dicromatului de potasiu (K2Cr2O7). Metoda de oxidare a permanganatului de potasiu are o rată de oxidare scăzută, dar este relativ simplă și poate fi utilizată la determinarea valorii de comparație relativă a conținutului organic din probele de apă. Metoda de oxidare a dicromatului de potasiu are o rată de oxidare ridicată și o reproductibilitate bună și este potrivită pentru determinarea cantității totale de materie organică din probele de apă. Materia organică este foarte dăunătoare sistemelor industriale de apă. Strict vorbind, cererea chimică de oxigen include și substanțele anorganice reducătoare din apă. De obicei, deoarece cantitatea de materie organică din apele uzate este mult mai mare decât cantitatea de materie anorganică, cererea chimică de oxigen este în general utilizată pentru a reprezenta cantitatea totală de materie organică din apele uzate. În condițiile de măsurare, materia organică fără azot în apă este ușor oxidată de permanganat de potasiu, în timp ce materia organică care conține azot este mai dificil de descompus. Prin urmare, cererea de oxigen este potrivită pentru determinarea apei naturale sau a apelor uzate generale care conțin materie organică care este ușor oxidată, în timp ce apele uzate industriale organice cu componente mai complexe sunt adesea măsurate pentru cererea chimică de oxigen.

Apa care conține o cantitate mare de materie organică va contamina rășinile schimbătoare de ioni atunci când trec prin sistemul de desalinizare, în special rășinile schimbătoare de anioni, ceea ce va reduce capacitatea de schimb a rășinii. Materia organică poate fi redusă cu aproximativ 50% după pretratare (coagulare, clarificare și filtrare), dar nu poate fi îndepărtată în sistemul de desalinizare, astfel încât este adesea adusă în cazan prin apa de alimentare pentru a reduce valoarea pH-ului apei cazanului. Uneori, materia organică poate fi, de asemenea, adusă în sistemul de abur și condens, provocând scăderea pH-ului și coroziune a sistemului. Conținutul ridicat de materie organică din sistemul de apă circulantă va promova reproducerea microbiană. Prin urmare, fie că este vorba de desalinizare, apă de cazan sau sistem de apă circulantă, cu cât COD este mai mic, cu atât mai bine, dar nu există un indice limită unificat. Când COD (metoda KMnO4) este mai mare de 5 mg/L în sistemul de răcire cu apă circulantă, calitatea apei a început să se deterioreze.

În standardul de apă potabilă, cererea chimică de oxigen (COD) a apei din clasa I și clasa II este de ≤15 mg/L, cererea chimică de oxigen (COD) a apei din clasa III este de ≤20 mg/L, cererea chimică de oxigen (COD) a apei din clasa IV este de ≤30 mg/L, iar cererea chimică de oxigen (COD) a apei din clasa V este de ≤40 mg/L. Cu cât valoarea COD este mai mare, cu atât poluarea corpului de apă este mai gravă.

2. Cum se produce CCO?

COD (cererea chimică de oxigen) este derivată în principal din substanțele din proba de apă care pot fi oxidate de oxidanți puternici, în special de materie organică. Aceste substanțe organice sunt prezente pe scară largă în apele uzate și în apa poluată, inclusiv, dar fără a se limita la zaharuri, uleiuri și grăsimi, azot amoniacal etc. Oxidarea acestor substanțe consumă oxigenul dizolvat din apă, crescând astfel cererea chimică de oxigen. Special:

1. Substanțe zaharoase: cum ar fi glucoza, fructoza etc., se găsesc în mod obișnuit în apele uzate din industria alimentară și industria biofarmaceutică și vor crește conținutul de COD.

2. Uleiuri și grăsimi: Apele uzate care conțin uleiuri și grăsimi deversate în timpul producției industriale vor duce, de asemenea, la o creștere a concentrației de CCO.

3. Azotul amoniacal: Deși nu afectează direct determinarea COD, oxidarea azotului amoniacal va consuma oxigen și în timpul tratării apelor uzate, afectând indirect valoarea COD.

În plus, există multe tipuri de substanțe care pot produce COD în canalizare, inclusiv materie organică biodegradabilă, poluanți organici industriali, substanțe anorganice reducătoare, unele materii organice dificil de biodegradat și metaboliți microbieni. Oxidarea acestor substanțe consumă oxigenul dizolvat din apă, rezultând generarea de COD. Prin urmare, cererea chimică de oxigen este un indicator important pentru măsurarea gradului de poluare a materiei organice și reducerea materiei anorganice din apă. Reflectă cantitatea totală de substanțe din apă care pot fi oxidate și descompuse de oxidanți (de obicei dicromat de potasiu sau permanganat de potasiu) în anumite condiții, adică gradul în care aceste substanțe consumă oxigen.

1. Materie organică: Materia organică este una dintre principalele surse de COD din canalizare, inclusiv materia organică biodegradabilă, cum ar fi proteinele, carbohidrații și grăsimile. Aceste materii organice pot fi descompuse în dioxid de carbon și apă sub acțiunea microorganismelor.

2. Substanțe fenolice: Compușii fenolici sunt adesea utilizați ca poluanți în apele uzate în unele procese industriale. Acestea pot avea un impact grav asupra mediului acvatic și pot crește conținutul de COD.

3. Substanțe alcoolice: Compușii alcoolici, cum ar fi etanolul și metanolul, sunt, de asemenea, surse comune de COD în unele ape uzate industriale.

4. Substanțe zaharoase: Compușii zahărului, cum ar fi glucoza, fructoza etc., sunt componente comune în apele uzate din unele industrii de prelucrare a alimentelor și industrii biofarmaceutice și vor crește, de asemenea, conținutul de COD.

5. Grăsime și grăsime: Grăsimea și apele uzate care conțin grăsimi evacuate în timpul producției industriale vor duce, de asemenea, la o creștere a concentrației de COD.

6. Azot amoniacal: Deși azotul amoniacal nu afectează direct determinarea COD, oxidarea azotului amoniacal va consuma, de asemenea, oxigen în timpul procesului de tratare a apelor uzate, afectând indirect valoarea COD.

În plus, este demn de remarcat faptul că COD nu numai că reacționează la materia organică din apă, ci reprezintă și substanțe anorganice cu proprietăți reducătoare în apă, cum ar fi sulfura, ionii feroși, sulfitul de sodiu etc. Prin urmare, atunci când se tratează apele uzate, este necesar să se ia în considerare în mod cuprinzător contribuția diferiților poluanți la CCO și să se ia măsuri de tratare adecvate pentru a reduce valoarea CCO.

Materia organică este principala sursă de COD. Acestea includ diverse materii organice, materii in suspensie si substante greu de descompus in canalizare. Conținutul ridicat de COD din canalizare va reprezenta o mare amenințare pentru mediul acvatic. Tratarea și monitorizarea COD este una dintre măsurile importante de prevenire și control al poluării. Prin urmare, determinarea COD este una dintre metodele de testare utilizate în mod obișnuit în tratarea apelor uzate și monitorizarea mediului.

Determinarea COD este un proces ușor de utilizat, cu sensibilitate analitică ridicată. Determinarea COD poate fi finalizată prin observarea directă a schimbării de culoare a probei sau a curentului sau a altor semnale după ce reactivul chimic este titrat pentru a genera produse de oxidare. Când valoarea COD depășește standardul, este necesar să se efectueze un tratament corespunzător pentru a evita poluarea mediului. Pe scurt, înțelegerea a ceea ce înseamnă COD joacă un rol vital în protejarea mediului acvatic și în controlul poluării.

 

3. Impactul COD ridicat.

‌COD (cererea chimică de oxigen) este un indicator important pentru măsurarea gradului de poluare organică a corpurilor de apă. Conținutul excesiv va avea un impact grav asupra calității apei râului.‌

Măsurarea COD se bazează pe cantitatea de oxidant consumată atunci când substanțele reducătoare (în principal materie organică) sunt oxidate și descompuse în 1 litru de apă în anumite condiții. Aceste substanțe reducătoare vor consuma o cantitate mare de oxigen dizolvat în timpul procesului de descompunere, provocând lipsa oxigenului organismelor acvatice, ceea ce la rândul său le afectează creșterea și supraviețuirea normală și poate provoca un număr mare de decese în cazuri severe. În plus, reducerea oxigenului dizolvat va accelera deteriorarea calității apei, va favoriza coruperea și descompunerea materiei organice și va produce substanțe mai toxice și dăunătoare, cum ar fi azotul amoniacal, care vor provoca daune mai mari organismelor acvatice și calității apei. Expunerea pe termen lung la apele uzate care conțin concentrații mari de materie organică poate provoca, de asemenea, daune grave sănătății umane, cum ar fi boli gastro-intestinale, boli de piele etc. Prin urmare, excesul de COD nu reprezintă doar o amenințare pentru organismele acvatice, ci și un risc potențial pentru sănătatea umană.

Pentru a proteja mediul acvatic și sănătatea umană, trebuie luate măsuri eficiente pentru a preveni și a controla excesul de COD. Aceasta include reducerea deversării de materie organică în activitățile industriale și agricole, precum și consolidarea tratării și monitorizării apelor uzate pentru a se asigura că calitatea apei evacuate respectă standardele, menținând astfel un mediu ecologic al apei bune.

COD este un indicator al conținutului de materie organică din apă. Cu cât COD este mai mare, cu atât corpul de apă este mai grav poluat de materie organică. Când materia organică toxică intră în corpul de apă, nu numai că dăunează organismelor din corpul de apă, cum ar fi peștii, dar poate fi îmbogățită și în lanțul trofic și poate intra în corpul uman, provocând otrăvire cronică. .

COD are un impact mare asupra calității apei și a mediului ecologic. Odată ce poluanții organici cu conținut ridicat de COD intră în râuri, lacuri și rezervoare, dacă nu sunt tratați la timp, multe materii organice pot fi adsorbite de solul de pe fundul apei și se pot acumula timp de mulți ani. Aceste organisme vor provoca daune diferitelor organisme din apă și pot continua să fie toxice timp de câțiva ani. Acest efect toxic are două efecte:

Pe de o parte, va provoca moartea unui număr mare de organisme acvatice, va distruge echilibrul ecologic al corpului de apă și chiar va distruge direct întregul ecosistem fluvial.

Pe de altă parte, toxinele se vor acumula încet în organismele acvatice, cum ar fi peștii și creveții. Odată ce oamenii consumă aceste organisme acvatice toxice, toxinele vor intra în corpul uman și se vor acumula timp de mulți ani, ducând la consecințe grave imprevizibile, cum ar fi cancerul, deformările și mutațiile genetice. În același mod, dacă oamenii folosesc apă poluată pentru irigații, culturile vor fi, de asemenea, afectate, iar oamenii vor inhala, de asemenea, o cantitate mare de substanțe nocive în procesul de alimentație.

Când COD este foarte mare, va provoca deteriorarea calității naturale a apei. Motivul este că autopurificarea apei necesită degradarea acestor materii organice. Degradarea COD necesită în mod necesar consumul de oxigen, iar capacitatea de reoxigenare în apă nu corespunde cerințelor. DO va scădea direct la 0 și va deveni anaerob. În stare anaerobă, va continua să se descompună (tratamentul anaerob al microorganismelor), iar apa va deveni neagră și mirositoare (microorganismele anaerobe arată foarte negre și conțin hidrogen sulfurat gazos).

 

4. Metode de tratare a COD

Cu privire la primul punct

Metoda fizică: Folosește acțiunea fizică pentru a separa materiile în suspensie sau turbiditatea din apele uzate, care pot elimina COD din apele uzate. Metodele obișnuite includ pretratarea apelor uzate prin rezervoare de sedimentare, grilaje de filtrare, filtre, capcane de grăsime, separatoare ulei-apă etc., pentru a elimina pur și simplu COD de particule din canalizare.

Al doilea punct

Metoda chimică: Folosește reacții chimice pentru a elimina substanțele dizolvate sau substanțele coloidale din apele uzate și poate elimina COD din apele uzate. Metodele comune includ neutralizarea, precipitarea, oxidarea-reducere, oxidarea catalitică, oxidarea fotocatalitică, microelectroliza, flocularea electrolitică, incinerarea etc.

Al treilea punct

Metoda fizică și chimică: Folosește reacții fizice și chimice pentru a elimina substanțele dizolvate sau substanțele coloidale din apele uzate. Poate elimina COD din apele uzate. Metodele comune includ grilă, filtrare, centrifugare, clarificare, filtrare, separare ulei etc.

Al patrulea punct

Metoda de tratare biologică: Folosește metabolismul microbian pentru a transforma poluanții organici și nutrienții microbieni anorganici din apele uzate în substanțe stabile și inofensive. Metodele comune includ metoda nămolului activat, metoda biofilmului, metoda de digestie biologică anaerobă, stabilizarea iazului și tratarea zonelor umede etc.

5. Metoda de analiză a COD.

Metoda dicromat

Metoda standard pentru determinarea cererii chimice de oxigen este reprezentată de standardul chinezesc GB 11914 "Determinarea cererii chimice de oxigen a calității apei prin metoda dicromatului" și standardul internațional ISO6060 "Determinarea cererii chimice de oxigen a calității apei". Această metodă are o rată de oxidare ridicată, reproductibilitate bună, acuratețe și fiabilitate și a devenit o metodă standard clasică recunoscută în general de comunitatea internațională.

Principiul de determinare este: în mediul acid sulfuric, dicromatul de potasiu este utilizat ca oxidant, sulfatul de argint este utilizat ca catalizator, iar sulfatul de mercur este utilizat ca agent de mascare pentru ionii de clorură. Aciditatea acidului sulfuric a lichidului de reacție de digestie este de 9 mol/L. Lichidul de reacție de digestie este încălzit la fierbere, iar temperatura punctului de fierbere de 148 ° C ± 2 ° C este temperatura de digestie. Reacția este răcită de apă și refluxată timp de 2 ore. După ce lichidul de digestie este răcit în mod natural, acesta este diluat la aproximativ 140 ml cu apă. Ferroclorul este utilizat ca indicator, iar dicromatul de potasiu rămas este titrat cu soluție de sulfat feros de amoniu. Valoarea COD a probei de apă se calculează pe baza consumului de soluție de sulfat feros de amoniu. Oxidantul utilizat este dicromatul de potasiu, iar agentul oxidant este cromul hexavalent, deci se numește metoda dicromatului.

Cu toate acestea, această metodă standard clasică are încă neajunsuri: dispozitivul de reflux ocupă un spațiu experimental mare, consumă multă apă și energie electrică, folosește o cantitate mare de reactivi, este incomod de operat și este dificil de măsurat rapid în cantități mari.

Metoda permanganatului de potasiu

COD este măsurat folosind permanganat de potasiu ca oxidant, iar rezultatul măsurat se numește indice de permanganat de potasiu.

Spectrofotometrie

Pe baza metodei standard clasice, dicromatul de potasiu oxidează materia organică, iar cromul hexavalent generează crom trivalent. Valoarea CCO a probei de apă se determină prin stabilirea unei relații între valoarea absorbanței cromului hexavalent sau a cromului trivalent și valoarea CCO a probei de apă. Folosind principiul de mai sus, cele mai reprezentative metode în străinătate sunt EPA. Metoda 0410.4 "Colorimetrie manuală automată", ASTM: D1252-2000 "Metoda B pentru determinarea cererii chimice de oxigen a spectrofotometriei de digestie sigilată cu apă" și ISO15705-2002 "Metoda tubului mic sigilat pentru determinarea cererii chimice de oxigen (COD) a calității apei". metoda unificată a țării mele este "Metoda de digestie catalitică sigilată rapidă (inclusiv spectrofotometria)" a Administrației de Stat pentru Protecția Mediului.

Metoda de digestie rapidă

Metoda standard clasică este metoda de reflux 2h. Pentru a crește viteza de analiză, oamenii au propus diverse metode de analiză rapidă. Există două metode principale: una este de a crește concentrația oxidantului în sistemul de reacție de digestie, de a crește aciditatea acidului sulfuric, de a crește temperatura de reacție și de a crește catalizatorul pentru a crește viteza de reacție. Metoda casnică este reprezentată de GB/T14420-1993 "Analiza apei cazanului și a apei de răcire Determinarea chimică a cererii de oxigen Metoda rapidă a dicromatului de potasiu" și metodele unificate recomandate de Administrația de Stat pentru Protecția Mediului "Metoda coulometrică" și "Metoda de digestie catalitică rapidă închisă (inclusiv metoda fotometrică)". Metoda străină este reprezentată de metoda standard germană DIN38049 T.43 "Metoda rapidă pentru determinarea cererii chimice de oxigen a apei".

În comparație cu metoda standard clasică, metoda de mai sus crește aciditatea acidului sulfuric a sistemului de digestie de la 9,0 mg/L la 10,2 mg/L, temperatura de reacție de la 150°C la 165°C și timpul de digestie de la 2h la 10min~15min. Al doilea este schimbarea metodei tradiționale de digestie prin încălzire cu radiații termice și utilizarea tehnologiei de digestie cu microunde pentru a îmbunătăți viteza de reacție a digestiei. Datorită varietății mari de cuptoare cu microunde și a diferitelor puteri, este dificil să testați puterea și timpul unificate pentru a obține cel mai bun efect de digestie. Prețul cuptoarelor cu microunde este, de asemenea, foarte mare și este dificil să se formuleze o metodă standard unificată.

Lianhua Technology a dezvoltat o metodă spectrofotometrică de digestie rapidă pentru cererea chimică de oxigen (COD) în 1982, care a obținut determinarea rapidă a COD în canalizare cu metoda "10 minute digestie, 20 minute valoare". În 1992, acest rezultat de cercetare și dezvoltare a fost inclus în revista americană "CHEMICAL ABSTRACTS" ca o nouă contribuție la domeniul chimic mondial. Această metodă a devenit standardul de testare al industriei de protecție a mediului din Republica Populară Chineză în 2007 (HJ/T399-2007). Această metodă a obținut cu succes o valoare COD precisă în 20 de minute. Este simplu de utilizat, convenabil și rapid, necesită o cantitate mică de reactivi, reduce foarte mult poluarea generată în experiment și reduce diverse costuri. Principiul acestei metode este de a digera proba de apă adăugată cu reactivul COD de la Lianhua Technology la 165 de grade timp de 10 minute la o lungime de undă de 420 sau 610 nm, apoi de a o răci timp de 2 minute și apoi de a adăuga 2,5 ml de apă distilată. Rezultatul COD poate fi obținut folosind instrumentul de determinare rapidă COD de la Lianhua Technology.