Знание химической потребности в кислороде

Знание химической потребности в кислороде

1. Определение ХПК.

ХПК (химическая потребность в кислороде) — это количество окислителя, потребляемого при обработке пробы воды определенным сильным окислителем при определенных условиях. Он является показателем количества редуцирующих веществ в воде. К редуцирующим веществам в воде относятся различные органические вещества, нитриты, сульфиды, соли железа и т.д., но основными из них являются органические вещества. Поэтому химическая потребность в кислороде (ХПК) часто используется в качестве индикатора для измерения количества органических веществ в воде. Чем больше химическая потребность в кислороде, тем серьезнее загрязнение воды органическими веществами. Определение химической потребности в кислороде (ХПК) зависит от определения восстановительных веществ в пробах воды и метода определения. Наиболее часто используемыми методами являются метод окисления кислым перманганатом калия (KMnO4) и метод окисления бихромата калия (K2Cr2O7). Метод окисления перманганата калия имеет низкую скорость окисления, но относительно прост и может быть использован при определении относительного сравнительного значения содержания органических веществ в пробах воды. Метод окисления бихромата калия обладает высокой скоростью окисления и хорошей воспроизводимостью, а также подходит для определения общего количества органических веществ в пробах воды. Органика очень вредна для промышленных систем водоснабжения. Строго говоря, химическая потребность в кислороде также включает в себя неорганические восстановительные вещества в воде. Обычно, поскольку количество органических веществ в сточных водах намного больше, чем количество неорганических веществ, химическая потребность в кислороде обычно используется для представления общего количества органических веществ в сточных водах. В условиях измерения органика без азота в воде легко окисляется перманганатом калия, в то время как органика, содержащая азот, разлагается труднее. Таким образом, потребность в кислороде подходит для определения природной воды или сточных вод, содержащих органические вещества, которые легко окисляются, в то время как органические промышленные сточные воды с более сложными компонентами часто измеряются для химической потребности в кислороде.

Вода, содержащая большое количество органических веществ, будет загрязнять ионообменные смолы при прохождении через систему опреснения, особенно анионообменные смолы, что снизит обменную способность смолы. Содержание органических веществ может быть уменьшено примерно на 50% после предварительной обработки (коагуляции, осветления и фильтрации), но они не могут быть удалены в системе опреснения, поэтому их часто подают в котел через питательную воду для снижения значения pH котловой воды. Иногда органические вещества также могут попадать в паровую систему и конденсат, что приводит к снижению pH и коррозии системы. Высокое содержание органических веществ в системе оборотной воды будет способствовать размножению микроорганизмов. Поэтому, будь то для опреснения, котловой воды или системы оборотной воды, чем ниже ХПК, тем лучше, но единого предельного индекса нет. Когда ХПК (метод KMnO4) превышает 5 мг/л в системе циркуляционной охлаждающей воды, качество воды начинает ухудшаться.

В стандарте питьевой воды химическая потребность в кислороде (ХПК) воды класса I и класса II составляет ≤15 мг/л, химическая потребность в кислороде (ХПК) воды класса III составляет ≤20 мг/л, химическая потребность в кислороде (ХПК) воды класса IV составляет ≤30 мг/л, а химическая потребность в кислороде (ХПК) воды класса V составляет ≤40 мг/л. Чем больше значение ХПК, тем серьезнее загрязнение водоема.

2. Как производится ХПК?

ХПК (химическая потребность в кислороде) в основном получается из веществ в пробе воды, которые могут быть окислены сильными окислителями, особенно органическими веществами. Эти органические вещества широко присутствуют в сточных водах и загрязненной воде, включая, помимо прочего, сахара, масла и жиры, аммонийный азот и т.д. При окислении этих веществ расходуется растворенный в воде кислород, тем самым увеличивается химическая потребность в кислороде. Конкретно:

1. Сахарные вещества, такие как глюкоза, фруктоза и т. д., обычно встречаются в сточных водах пищевой и биофармацевтической промышленности, и они увеличивают содержание ХПК.

2. Масла и жиры: Сточные воды, содержащие масла и жиры, сбрасываемые во время промышленного производства, также приведут к увеличению концентрации ХПК.

3. Аммонийный азот: Хотя он не влияет напрямую на определение ХПК, окисление аммонийного азота также потребляет кислород во время очистки сточных вод, косвенно влияя на значение ХПК.

Кроме того, существует множество типов веществ, которые могут производить ХПК в сточных водах, включая биоразлагаемые органические вещества, промышленные органические загрязнители, восстанавливающие неорганические вещества, некоторые органические вещества, которые трудно биоразлагаются, и микробные метаболиты. При окислении этих веществ расходуется растворенный в воде кислород, что приводит к образованию ХПК. Таким образом, химическая потребность в кислороде является важным показателем для измерения степени загрязнения органическими веществами и уменьшения содержания неорганических веществ в воде. Он отражает общее количество веществ в воде, которые могут окисляться и разлагаться окислителями (обычно бихроматом калия или перманганатом калия) при определенных условиях, то есть степень, в которой эти вещества потребляют кислород.

1. Органические вещества: Органические вещества являются одним из основных источников ХПК в сточных водах, включая биоразлагаемые органические вещества, такие как белки, углеводы и жиры. Эти органические вещества могут разлагаться на углекислый газ и воду под действием микроорганизмов.

2. Фенольные вещества: Фенольные соединения часто используются в качестве загрязнителей в сточных водах в некоторых промышленных процессах. Они могут оказывать серьезное влияние на водную среду и увеличивать содержание ХПК.

3. Алкогольные вещества: Спиртовые соединения, такие как этанол и метанол, также являются распространенными источниками ХПК в некоторых промышленных сточных водах.

4. Сахарные вещества: Соединения сахара, такие как глюкоза, фруктоза и т. д., являются распространенными компонентами в сточных водах некоторых предприятий пищевой промышленности и биофармацевтической промышленности, и они также увеличивают содержание ХПК.

5. Жир и жир: жирные и жиросодержащие сточные воды, сбрасываемые во время промышленного производства, также приведут к увеличению концентрации ХПК.

6. Аммонийный азот: Хотя аммонийный азот не влияет напрямую на определение ХПК, окисление аммонийного азота также приводит к потреблению кислорода в процессе очистки сточных вод, косвенно влияя на значение ХПК.

Кроме того, стоит отметить, что ХПК не только реагирует с органическими веществами в воде, но и представляет собой неорганические вещества с восстановительными свойствами в воде, такие как сульфиды, ионы железа, сульфит натрия и т.д. Поэтому при очистке сточных вод необходимо всесторонне учитывать вклад различных загрязняющих веществ в ХПК и принимать соответствующие меры по очистке для снижения значения ХПК.

Органическое вещество является основным источником ХПК. К ним относятся различные органические вещества, взвешенные вещества, а также трудноразлагающиеся вещества в сточных водах. Высокое содержание ХПК в сточных водах будет представлять большую угрозу для водной среды. Обработка и мониторинг ХПК является одной из важных мер по предотвращению и контролю загрязнения. Таким образом, определение ХПК является одним из широко используемых методов испытаний при очистке сточных вод и мониторинге окружающей среды.

Определение ХПК является простым в использовании процессом с высокой аналитической чувствительностью. Определение ХПК может быть завершено путем непосредственного наблюдения за изменением цвета образца или текущими или другими сигналами после титрования химического реагента с образованием продуктов окисления. Когда значение ХПК превышает норму, необходимо провести соответствующую обработку во избежание загрязнения окружающей среды. Короче говоря, понимание того, что означает ХПК, играет жизненно важную роль в защите водной среды и проведении контроля загрязнения.

 

3. Влияние высокого уровня ХПК.

‌ХПК (химическая потребность в кислороде) является важным показателем для измерения степени органического загрязнения водоемов. Чрезмерное содержание окажет серьезное влияние на качество речной воды.‌

Измерение ХПК основано на количестве расходуемого окислителя при окислении и разложении восстанавливающих веществ (в основном органических веществ) в 1 литре воды при определенных условиях. Эти восстановительные вещества потребляют большое количество растворенного кислорода в процессе разложения, вызывая недостаток кислорода у водных организмов, что, в свою очередь, влияет на их нормальный рост и выживание, а в тяжелых случаях может привести к большому количеству смертей. Кроме того, сокращение концентрации растворенного кислорода ускорит ухудшение качества воды, будет способствовать разложению и разложению органического вещества, а также приведет к образованию более токсичных и вредных веществ, таких как аммонийный азот, что нанесет больший вред водным организмам и качеству воды. Длительное воздействие сточных вод, содержащих высокие концентрации органических веществ, также может нанести серьезный вред здоровью человека, например, вызвать желудочно-кишечные заболевания, кожные заболевания и т.д. Таким образом, чрезмерное количество ХПК не только представляет угрозу для водных организмов, но и представляет потенциальный риск для здоровья человека.

В целях защиты водной среды и здоровья человека необходимо принимать эффективные меры по предотвращению и контролю чрезмерного количества ХПК. Это включает в себя сокращение сброса органических веществ в промышленной и сельскохозяйственной деятельности, а также усиление очистки сточных вод и мониторинга для обеспечения соответствия качества сбрасываемой воды стандартам, тем самым поддерживая хорошую экологическую среду для воды.

ХПК – это показатель содержания органических веществ в воде. Чем выше ХПК, тем серьезнее водоем загрязняется органикой. Когда токсичные органические вещества попадают в водоем, они не только наносят вред организмам в водоеме, таким как рыбы, но и могут обогащаться в пищевой цепочке и попадать в организм человека, вызывая хроническое отравление. .

ХПК оказывает большое влияние на качество воды и экологическую среду. Как только органические загрязнители с повышенным содержанием ХПК попадают в реки, озера и водохранилища, если их вовремя не очистить, многие органические вещества могут адсорбироваться почвой на дне воды и накапливаться в течение многих лет. Эти организмы наносят ущерб различным организмам в воде и могут оставаться токсичными в течение нескольких лет. Этот токсический эффект имеет два эффекта:

С одной стороны, это вызовет гибель большого количества водных организмов, нарушит экологическое равновесие водоема и даже напрямую уничтожит всю экосистему реки.

С другой стороны, токсины будут медленно накапливаться в водных организмах, таких как рыба и креветки. Как только люди потребляют эти токсичные водные организмы, токсины попадают в организм человека и накапливаются в течение многих лет, что приводит к непредсказуемым серьезным последствиям, таким как рак, деформации и генные мутации. Точно так же, если люди будут использовать загрязненную воду для полива, пострадают и посевы, а также люди будут вдыхать большое количество вредных веществ в процессе приема пищи.

Когда ХПК очень высок, это приведет к ухудшению качества естественной воды. Причина в том, что для самоочищения воды требуется деградация этих органических веществ. Разложение ХПК обязательно требует потребления кислорода, а способность к реоксигенации в воде не соответствует требованиям. DO упадет сразу до 0 и станет анаэробным. В анаэробном состоянии она продолжит разлагаться (анаэробная обработка микроорганизмов), а вода станет черной и вонючей (анаэробные микроорганизмы выглядят очень черными и содержат газ сероводород).

 

4. Методы лечения ХПК

Первый пункт

Физический метод: Он использует физическое воздействие для отделения взвешенных веществ или мутности в сточных водах, что может удалить ХПК из сточных вод. К распространенным методам относятся предварительная очистка сточных вод через отстойники, фильтрующие решетки, фильтры, жироуловители, водомасляные сепараторы и т. д., чтобы просто удалить ХПК твердых частиц из сточных вод.

Второй момент

Химический метод: Он использует химические реакции для удаления растворенных веществ или коллоидных веществ из сточных вод, а также может удалять ХПК в сточных водах. К распространенным методам относятся нейтрализация, осаждение, окислительно-восстановительное, каталитическое окисление, фотокаталитическое окисление, микроэлектролиз, электролитическая флокуляция, сжигание и т.д.

Третий пункт

Физико-химический метод: Он использует физические и химические реакции для удаления растворенных или коллоидных веществ из сточных вод. Он может удалять ХПК из сточных вод. К распространенным методам относятся сетка, фильтрация, центрифугирование, осветление, фильтрация, отделение масла и т. д.

Четвертый пункт

Метод биологической очистки: Он использует микробный метаболизм для преобразования органических загрязнителей и неорганических микробных питательных веществ в сточных водах в стабильные и безвредные вещества. К распространенным методам относятся метод активного ила, метод биопленки, метод анаэробного биологического сбраживания, обработка стабилизационного пруда и водно-болотных угодий и т. д.

5. Метод анализа ХПК.

Дихроматный метод

Стандартный метод определения химической потребности в кислороде представлен китайским стандартом GB 11914 «Определение химической потребности в кислороде качества воды дихроматным методом» и международным стандартом ISO6060 «Определение химической потребности в кислороде качества воды». Этот метод обладает высокой скоростью окисления, хорошей воспроизводимостью, точностью и надежностью, и стал классическим стандартным методом, общепризнанным международным сообществом.

Принцип определения следующий: в сернокислотной кислотной среде в качестве окислителя используется бихромат калия, в качестве катализатора – сульфат серебра, а сульфат ртути – в качестве маскирующего агента для ионов хлора. Кислотность серной кислоты жидкости реакции сбраживания составляет 9 моль/л. Жидкость реакции разложения нагревают до кипения, а температура кипения 148°C±2°C является температурой разложения. Реакция охлаждается водой и дефлегмируется в течение 2 часов. После того, как жидкость для разложения охлаждается естественным образом, ее разбавляют примерно до 140 мл водой. В качестве индикатора используется феррохлор, а оставшийся бихромат калия титруется раствором сульфата железа аммония. Значение ХПК пробы воды рассчитывается исходя из расхода раствора сульфата железа аммония. В качестве окислителя используется дихромат калия, а в качестве окислителя – шестивалентный хром, поэтому его называют методом дихромата.

Однако у этого классического стандартного метода все же есть недостатки: дефлегматор занимает большое экспериментальное пространство, потребляет много воды и электроэнергии, использует большое количество реагентов, неудобен в эксплуатации, его сложно быстро измерить в больших количествах.

Марганцовочный метод

ХПК измеряется с использованием перманганата калия в качестве окислителя, а измеряемый результат называется индексом перманганата калия.

Спектрофотометрия

Исходя из классического стандартного метода, бихромат калия окисляет органические вещества, а шестивалентный хром образует трехвалентный хром. Значение ХПК в пробе воды определяется путем установления взаимосвязи между величиной поглощения шестивалентного хрома или трехвалентного хрома и величиной ХПК в пробе воды. Используя вышеуказанный принцип, наиболее представительными методами за рубежом являются ЭПК. Метод 0410.4 «Автоматическая ручная колориметрия», ASTM: D1252-2000 «Метод В для определения химической потребности в кислороде в гидроизолированной спектрофотометрии сбраживания» и ISO15705-2002 «Метод малой герметичной трубки для определения химической потребности в кислороде (ХПК) качества воды». Единым методом моей страны является «Метод быстрого герметичного каталитического сбраживания (включая спектрофотометрию)» Государственного управления по охране окружающей среды.

Метод быстрого переваривания

Классическим стандартным методом является метод рефлюкса 2 часа. Для того, чтобы увеличить скорость анализа, люди предложили различные методы быстрого анализа. Существует два основных метода: один заключается в увеличении концентрации окислителя в реакционной системе разложения, повышении кислотности серной кислоты, повышении температуры реакции и увеличении катализатора для увеличения скорости реакции. Отечественный метод представлен стандартом GB/T14420-1993 «Анализ химического определения потребности в кислороде котловой и охлаждающей воды быстрым методом Быстрый метод дихромата калия» и унифицированными методами, рекомендованными Государственным управлением охраны окружающей среды «Кулонометрический метод» и «Метод быстрого закрытого каталитического сбраживания (включая фотометрический метод)». Зарубежный метод представлен немецким стандартным методом DIN38049 Т.43 «Экспресс-метод определения химической потребности воды в кислороде».

По сравнению с классическим стандартным методом, вышеуказанный метод увеличивает кислотность серной кислоты в системе сбраживания с 9,0 мг/л до 10,2 мг/л, температуру реакции с 150°C до 165°C и время разложения с 2 часов до 10 минут ~ 15 минут. Во-вторых, изменить традиционный метод разложения путем нагревания тепловым излучением и использовать технологию микроволнового разложения для улучшения скорости реакции разложения. Из-за большого разнообразия микроволновых печей и разной мощности сложно протестировать единую мощность и время, чтобы добиться наилучшего эффекта пищеварения. Цена на микроволновые печи также очень высока, и сформулировать единый стандартный метод сложно.

В 1982 году компания Lianhua Technology разработала спектрофотометрический метод быстрого сбраживания для определения химической потребности в кислороде (ХПК), который позволил быстро определить ХПК в сточных водах по методу «10 минут разложения, значение 20 минут». В 1992 году этот результат исследований и разработок был включен в американский журнал "CHEMICAL ABSTRACTS" как новый вклад в мировую химическую область. В 2007 году этот метод стал стандартом испытаний в области охраны окружающей среды в Китайской Народной Республике (HJ/T399-2007). Этот метод успешно достиг точного значения ХПК в течение 20 минут. Он прост в эксплуатации, удобен и быстр, требует небольшого количества реагентов, значительно снижает загрязнение, образующееся в эксперименте, и снижает различные затраты. Принцип этого метода заключается в том, чтобы переварить образец воды, добавленный реагентом COD от Lianhua Technology, при температуре 165 градусов в течение 10 минут с длиной волны 420 или 610 нм, затем охладить его в течение 2 минут, а затем добавить 2,5 мл дистиллированной воды. Результат ХПК может быть получен с помощью прибора быстрого определения ХПК Lianhua Technology.