Vedomosti o chemickej spotrebe kyslíka

Vedomosti o chemickej spotrebe kyslíka

1. Definícia CHSK.

CHSK (chemická spotreba kyslíka) je množstvo oxidantu spotrebované, keď je vzorka vody za určitých podmienok ošetrená určitým silným oxidantom. Je indikátorom množstva redukujúcich látok vo vode. Redukčné látky vo vode zahŕňajú rôzne organické látky, dusitany, sulfidy, železné soli atď., Ale hlavné sú organické látky. Preto sa chemická spotreba kyslíka (CHSK) často používa ako indikátor na meranie množstva organických látok vo vode. Čím väčšia je chemická spotreba kyslíka, tým vážnejšie je znečistenie vody organickými látkami. Stanovenie chemickej spotreby kyslíka (CHSK) sa mení v závislosti od stanovenia redukčných látok vo vzorkách vody a metódy stanovenia. Najčastejšie používanými metódami sú oxidačná metóda kyslého manganistanu draselného (KMnO4) a oxidačná metóda dichrómanu draselného (K2Cr2O7). Metóda oxidácie manganistanu draselného má nízku rýchlosť oxidácie, ale je relatívne jednoduchá a možno ju použiť pri určovaní relatívnej porovnávacej hodnoty organického obsahu vo vzorkách vody. Metóda oxidácie dichrómanu draselného má vysokú rýchlosť oxidácie a dobrú reprodukovateľnosť a je vhodná na stanovenie celkového množstva organických látok vo vzorkách vody. Organické látky sú veľmi škodlivé pre priemyselné vodné systémy. Presne povedané, chemická spotreba kyslíka zahŕňa aj anorganické redukčné látky vo vode. Zvyčajne, pretože množstvo organických látok v odpadových vodách je oveľa väčšie ako množstvo anorganických látok, chemická spotreba kyslíka sa vo všeobecnosti používa na vyjadrenie celkového množstva organickej hmoty v odpadových vodách. Za podmienok merania sa organická hmota bez dusíka vo vode ľahko oxiduje manganistanom draselným, zatiaľ čo organická hmota obsahujúca dusík sa ťažkejšie rozkladá. Preto je spotreba kyslíka vhodná na stanovenie prírodnej vody alebo všeobecnej odpadovej vody obsahujúcej organickú hmotu, ktorá sa ľahko oxiduje, zatiaľ čo organická priemyselná odpadová voda so zložitejšími zložkami sa často meria na chemickú spotrebu kyslíka.

Voda obsahujúca veľké množstvo organických látok kontaminuje iónomeničové živice pri prechode odsoľovacím systémom, najmä aniónomeničové živice, čo zníži výmennú kapacitu živice. Organické látky je možné po predbežnej úprave (koagulácia, čírenie a filtrácia) znížiť asi o 50 %, ale nedajú sa odstrániť v odsoľovacom systéme, preto sa často privádzajú do kotla napájacou vodou, aby sa znížila hodnota pH kotlovej vody. Niekedy sa do parného systému môže dostať aj organická hmota a kondenzát, čo spôsobí zníženie pH a koróziu systému. Vysoký obsah organických látok v systéme cirkulujúcej vody podporí mikrobiálnu reprodukciu. Preto, či už ide o odsoľovanie, kotlovú vodu alebo systém cirkulačnej vody, čím nižšia je CHSK, tým lepšie, ale neexistuje jednotný limitný index. Keď je CHSK (metóda KMnO4) v systéme cirkulujúcej chladiacej vody vyššia ako 5 mg/l, kvalita vody sa začala zhoršovať.

V štandarde pitnej vody je chemická spotreba kyslíka (CHSK) vody triedy I a triedy II ≤15 mg/l, chemická spotreba kyslíka (CHSK) vody triedy III je ≤20 mg/l, chemická spotreba kyslíka (CHSK) vody triedy IV je ≤30 mg/l a chemická spotreba kyslíka (CHSK) vody triedy V je ≤40 mg/l. Čím vyššia je hodnota CHSK, tým vážnejšie je znečistenie vodného útvaru.

2. Ako sa vyrába CHSK?

CHSK (chemická spotreba kyslíka) je odvodená hlavne od látok vo vzorke vody, ktoré môžu byť oxidované silnými oxidantmi, najmä organickými látkami. Tieto organické látky sú široko prítomné v odpadových vodách a znečistených vodách, vrátane, ale nie výlučne, cukrov, olejov a tukov, amoniaku, dusíka atď. Oxidácia týchto látok spotrebúva rozpustený kyslík vo vode, čím sa zvyšuje chemická spotreba kyslíka. Špeciálne:

1. Cukornaté látky: ako je glukóza, fruktóza atď., sa bežne vyskytujú v odpadových vodách z potravinárskeho priemyslu a biofarmaceutického priemyslu a zvyšujú obsah CHSK.

2. Oleje a tuky: Odpadové vody obsahujúce oleje a tuky vypúšťané počas priemyselnej výroby tiež povedú k zvýšeniu koncentrácie CHSK.

3. Amoniakálny dusík: Aj keď to priamo neovplyvňuje stanovenie CHSK, oxidácia amoniakálneho dusíka spotrebuje kyslík aj počas čistenia odpadových vôd, čo nepriamo ovplyvňuje hodnotu CHSK.

Okrem toho existuje mnoho druhov látok, ktoré môžu produkovať CHSK v odpadových vodách, vrátane biologicky odbúrateľných organických látok, priemyselných organických znečisťujúcich látok, redukujúcich anorganických látok, niektorých organických látok, ktoré sa ťažko biologicky odbúrajú, a mikrobiálnych metabolitov. Oxidácia týchto látok spotrebúva rozpustený kyslík vo vode, čo vedie k tvorbe CHSK. Preto je chemická spotreba kyslíka dôležitým ukazovateľom na meranie stupňa znečistenia organických látok a znižovanie anorganických látok vo vode. Odráža celkové množstvo látok vo vode, ktoré môžu byť oxidované a rozkladané oxidantmi (zvyčajne dichrómanom draselným alebo manganistanom draselným) za určitých podmienok, to znamená stupeň, do akej tieto látky spotrebúvajú kyslík.

1. Organická hmota: Organická hmota je jedným z hlavných zdrojov CHSK v odpadových vodách, vrátane biologicky odbúrateľných organických látok, ako sú bielkoviny, sacharidy a tuky. Tieto organické látky sa môžu pôsobením mikroorganizmov rozložiť na oxid uhličitý a vodu.

2. Fenolové látky: Fenolové zlúčeniny sa často používajú ako znečisťujúce látky v odpadových vodách v niektorých priemyselných procesoch. Môžu mať vážny vplyv na vodné prostredie a zvyšovať obsah CHSK.

3. Alkoholické látky: Alkoholické zlúčeniny, ako je etanol a metanol, sú tiež bežným zdrojom CHSK v niektorých priemyselných odpadových vodách.

4. Cukornaté látky: Zlúčeniny cukru, ako je glukóza, fruktóza atď., sú bežnými zložkami odpadových vôd z niektorých potravinárskych priemyselných odvetví a biofarmaceutického priemyslu a tiež zvýšia obsah CHSK.

5. Mastnota a tuk: Mastnota a odpadová voda obsahujúca tuk vypúšťaná počas priemyselnej výroby tiež povedie k zvýšeniu koncentrácie CHSK.

6. Amoniakálny dusík: Aj keď amoniakový dusík priamo neovplyvňuje stanovenie CHSK, oxidácia amoniakálneho dusíka spotrebuje kyslík aj počas procesu čistenia odpadových vôd, čo nepriamo ovplyvňuje hodnotu CHSK.

Okrem toho stojí za zmienku, že CHSK reaguje nielen na organické látky vo vode, ale predstavuje aj anorganické látky s redukčnými vlastnosťami vo vode, ako sú sulfid, ióny železa, siričitan sodný atď. Preto je pri čistení odpadových vôd potrebné komplexne zvážiť príspevok rôznych znečisťujúcich látok k CHSK a prijať vhodné čistiace opatrenia na zníženie hodnoty CHSK.

Organická hmota je hlavným zdrojom CHSK. Zahŕňajú rôzne organické látky, suspendované látky a ťažko rozkladateľné látky v odpadových vodách. Vysoký obsah CHSK v odpadových vodách bude predstavovať veľkú hrozbu pre vodné prostredie. Liečba a monitorovanie CHSK je jedným z dôležitých opatrení na prevenciu a kontrolu znečistenia. Preto je stanovenie CHSK jednou z bežne používaných testovacích metód pri čistení odpadových vôd a monitorovaní životného prostredia.

Stanovenie CHSK je ľahko ovládateľný proces s vysokou analytickou citlivosťou. Stanovenie CHSK je možné dokončiť priamym pozorovaním zmeny farby vzorky alebo prúdu alebo iných signálov po titrovaní chemického činidla na vytvorenie oxidačných produktov. Keď hodnota CHSK prekročí normu, je potrebné vykonať zodpovedajúce ošetrenie, aby sa zabránilo znečisteniu životného prostredia. Stručne povedané, pochopenie toho, čo znamená CHSK, hrá zásadnú úlohu pri ochrane vodného prostredia a vykonávaní kontroly znečistenia.

 

3. Vplyv vysokej CHSK.

‌CHSK (chemická spotreba kyslíka) je dôležitým ukazovateľom na meranie stupňa organického znečistenia vo vodných útvaroch. Nadmerný obsah bude mať vážny vplyv na kvalitu riečnej vody.‌

Meranie CHSK je založené na množstve oxidantu spotrebovaného pri oxidácii a rozklade redukčných látok (hlavne organických látok) v 1 litri vody za určitých podmienok. Tieto redukčné látky spotrebujú počas procesu rozkladu veľké množstvo rozpusteného kyslíka, čo spôsobí nedostatok kyslíka vo vodných organizmoch, čo zase ovplyvňuje ich normálny rast a prežitie a v závažných prípadoch môže spôsobiť veľký počet úmrtí. Okrem toho redukcia rozpusteného kyslíka urýchli zhoršenie kvality vody, podporí poškodenie a rozklad organických látok a vyprodukuje viac toxických a škodlivých látok, ako je amoniakálny dusík, ktoré spôsobia väčšie škody na vodných organizmoch a kvalite vody. Dlhodobé vystavenie odpadovým vodám obsahujúcim vysoké koncentrácie organických látok môže tiež spôsobiť vážne poškodenie ľudského zdravia, ako je spôsobenie gastrointestinálnych ochorení, kožných ochorení atď. Nadmerná CHSK preto predstavuje hrozbu nielen pre vodné organizmy, ale predstavuje aj potenciálne riziko pre ľudské zdravie.

V záujme ochrany vodného prostredia a ľudského zdravia je potrebné prijať účinné opatrenia na prevenciu a kontrolu nadmerného výskytu CHSK. To zahŕňa zníženie vypúšťania organických látok v priemyselných a poľnohospodárskych činnostiach, ako aj posilnenie čistenia a monitorovania odpadových vôd, aby sa zabezpečilo, že kvalita vypúšťanej vody spĺňa normy, čím sa zachová dobré ekologické prostredie vody.

CHSK je indikátorom obsahu organických látok vo vode. Čím vyššia je CHSK, tým vážnejšie je vodný útvar znečistený organickými látkami. Keď sa toxická organická hmota dostane do vodného útvaru, poškodzuje nielen organizmy vo vodnom útvare, ako sú ryby, ale môže sa obohatiť aj v potravinovom reťazci a dostať sa do ľudského tela, čo spôsobuje chronickú otravu. .

CHSK má veľký vplyv na kvalitu vody a ekologické prostredie. Akonáhle sa organické znečisťujúce látky so zvýšeným obsahom CHSK dostanú do riek, jazier a nádrží, ak nie sú včas upravené, veľa organických látok môže byť adsorbovaných pôdou na dne vody a hromadiť sa mnoho rokov. Tieto organizmy spôsobia poškodenie rôznych organizmov vo vode a môžu byť toxické niekoľko rokov. Tento toxický účinok má dva účinky:

Na jednej strane spôsobí smrť veľkého množstva vodných organizmov, zničí ekologickú rovnováhu vodného útvaru a dokonca priamo zničí celý riečny ekosystém.

Na druhej strane sa toxíny pomaly hromadia vo vodných organizmoch, ako sú ryby a krevety. Akonáhle ľudia skonzumujú tieto toxické vodné organizmy, toxíny sa dostanú do ľudského tela a hromadia sa mnoho rokov, čo vedie k nepredvídateľným vážnym následkom, ako je rakovina, deformácie a génové mutácie. Rovnakým spôsobom, ak ľudia používajú znečistenú vodu na zavlažovanie, budú ovplyvnené aj plodiny a ľudia budú v procese stravovania vdychovať aj veľké množstvo škodlivých látok.

Keď je CHSK veľmi vysoká, spôsobí to zhoršenie prirodzenej kvality vody. Dôvodom je, že samočistenie vody si vyžaduje degradáciu týchto organických látok. Degradácia CHSK nevyhnutne vyžaduje spotrebu kyslíka a reoxygenačná kapacita vo vode nespĺňa požiadavky. DO klesne priamo na 0 a stane sa anaeróbnym. V anaeróbnom stave sa bude naďalej rozkladať (anaeróbne ošetrenie mikroorganizmov) a voda bude čierna a zapáchajúca (anaeróbne mikroorganizmy vyzerajú veľmi čierne a obsahujú plynný sírovodík).

 

4. Metódy liečby CHSK

O prvom bode

Fyzikálna metóda: Využíva fyzikálne pôsobenie na oddelenie suspendovaných látok alebo zákalu v odpadových vodách, ktoré môžu odstrániť CHSK v odpadových vodách. Bežné metódy zahŕňajú predbežné čistenie odpadových vôd cez sedimentačné nádrže, filtračné mriežky, filtre, lapače tukov, odlučovače oleja a vody atď., aby sa jednoducho odstránila CHSK pevných častíc v odpadových vodách.

Druhý bod

Chemická metóda: Využíva chemické reakcie na odstránenie rozpustených látok alebo koloidných látok v odpadových vodách a môže odstrániť CHSK v odpadových vodách. Bežné metódy zahŕňajú neutralizáciu, zrážanie, oxidačnú redukciu, katalytickú oxidáciu, fotokatalytickú oxidáciu, mikroelektrolýzu, elektrolytickú flokuláciu, spaľovanie atď.

Tretí bod

Fyzikálna a chemická metóda: Využíva fyzikálne a chemické reakcie na odstránenie rozpustených látok alebo koloidných látok v odpadových vodách. Dokáže odstrániť CHSK v odpadových vodách. Bežné metódy zahŕňajú mriežku, filtráciu, odstreďovanie, čírenie, filtráciu, separáciu oleja atď.

Štvrtý bod

Metóda biologického čistenia: Využíva mikrobiálny metabolizmus na premenu organických znečisťujúcich látok a anorganických mikrobiálnych živín v odpadových vodách na stabilné a neškodné látky. Bežné metódy zahŕňajú metódu aktivovaného kalu, metódu biofilmu, metódu anaeróbneho biologického rozkladu, stabilizačné čistenie jazierka a mokradí atď.

5. Metóda analýzy CHSK.

Dichrómanová metóda

Štandardnú metódu na stanovenie chemickej spotreby kyslíka predstavuje čínska norma GB 11914 "Stanovenie chemickej spotreby kyslíka v kvalite vody dichrómanovou metódou" a medzinárodná norma ISO6060 "Stanovenie chemickej spotreby kyslíka v kvalite vody". Táto metóda má vysokú rýchlosť oxidácie, dobrú reprodukovateľnosť, presnosť a spoľahlivosť a stala sa klasickou štandardnou metódou všeobecne uznávanou medzinárodným spoločenstvom.

Princíp stanovenia je: v médiu kyseliny sírovej sa ako oxidant používa dichróman draselný, ako katalyzátor sa používa síran strieborný a síran ortutnatý sa používa ako maskovacie činidlo pre chloridové ióny. Kyslosť kyseliny sírovej v kvapaline tráviacej reakcie je 9 mol/l. Kvapalina tráviacej reakcie sa zahreje do varu a teplota varu 148 °C±2 °C je teplota trávenia. Reakcia sa ochladí vodou a refluxuje sa 2 hodiny. Po prirodzenom ochladení tráviacej kvapaliny sa zriedi vodou na približne 140 ml. Ako indikátor sa používa ferochlór a zvyšný dichróman draselný sa titruje roztokom síranu amónneho. Hodnota CHSK vzorky vody sa vypočíta na základe spotreby roztoku síranu amónneho. Použitým oxidantom je dichróman draselný a oxidačným činidlom je šesťmocný chróm, preto sa nazýva dichrómanová metóda.

Táto klasická štandardná metóda má však stále nedostatky: spätné zariadenie zaberá veľký experimentálny priestor, spotrebúva veľa vody a elektriny, používa veľké množstvo činidiel, je nepohodlné na obsluhu a je ťažké ho rýchlo zmerať vo veľkých množstvách.

Metóda manganistanu draselného

CHSK sa meria pomocou manganistanu draselného ako oxidantu a nameraný výsledok sa nazýva index manganistanu draselného.

Spektrofotometria

Na základe klasickej štandardnej metódy oxiduje dichróman draselný organickú hmotu a šesťmocný chróm vytvára trojmocný chróm. Hodnota CHSK vzorky vody sa stanoví stanovením vzťahu medzi hodnotou absorbancie šesťmocného chrómu alebo trojmocného chrómu a hodnotou CHSK vzorky vody. Na základe vyššie uvedeného princípu sú najreprezentatívnejšími metódami v zahraničí EPA. Metóda 0410.4 "Automatická manuálna kolorimetria", ASTM: D1252-2000 "Metóda B na stanovenie chemickej spotreby kyslíka vo vode uzavretej digesnej spektrofotometrii" a ISO15705-2002 "Metóda s malou uzavretou trubicou na stanovenie chemickej spotreby kyslíka (CHSK) v kvalite vody". Jednotnou metódou mojej krajiny je "Metóda rýchleho uzavretého katalytického rozkladu (vrátane spektrofotometrie)" Štátnej správy ochrany životného prostredia.

Metóda rýchleho trávenia

Klasickou štandardnou metódou je 2h refluxná metóda. S cieľom zvýšiť rýchlosť analýzy ľudia navrhli rôzne metódy rýchlej analýzy. Existujú dve hlavné metódy: jednou z nich je zvýšenie koncentrácie oxidačného činidla v systéme digestívnej reakcie, zvýšenie kyslosti kyseliny sírovej, zvýšenie reakčnej teploty a zvýšenie katalyzátora na zvýšenie reakčnej rýchlosti. Domácu metódu predstavuje GB/T14420-1993 "Analýza chemickej spotreby kyslíka v kotlovej vode a chladiacej vode Rýchla metóda určovania spotreby kyslíka Dichrómanu draselného" a jednotné metódy odporúčané Štátnym úradom na ochranu životného prostredia "Coulometrická metóda" a "Metóda rýchleho uzavretého katalytického rozkladu (vrátane fotometrickej metódy)". Zahraničnú metódu predstavuje nemecká štandardná metóda DIN38049 T.43 "Rýchla metóda na stanovenie chemickej spotreby kyslíka vo vode".

V porovnaní s klasickou štandardnou metódou vyššie uvedená metóda zvyšuje kyslosť kyseliny sírovej v tráviacom systéme z 9.0 mg/l na 10.2 mg/l, reakčnú teplotu od 150 °C do 165 °C a čas trávenia od 2h do 10 min~15min. Druhým je zmena tradičného spôsobu trávenia zahrievaním tepelným žiarením a použitie technológie mikrovlnného rozkladu na zlepšenie rýchlosti reakcie trávenia. Vzhľadom na širokú škálu mikrovlnných rúr a rôzne výkony je ťažké otestovať jednotný výkon a čas, aby sa dosiahol najlepší tráviaci účinok. Cena mikrovlnných rúr je tiež veľmi vysoká a je ťažké sformulovať jednotnú štandardnú metódu.

Spoločnosť Lianhua Technology vyvinula v roku 1982 spektrofotometrickú metódu rýchleho rozkladu pre chemickú spotrebu kyslíka (CHSK), ktorá dosiahla rýchle stanovenie CHSK v odpadových vodách metódou "10 minút trávenia, 20 minútová hodnota". V roku 1992 bol tento výsledok výskumu a vývoja zaradený do amerického "CHEMICAL ABSTRACTS" ako nový príspevok do svetovej chemickej oblasti. Táto metóda sa stala testovacím štandardom priemyslu ochrany životného prostredia Čínskej ľudovej republiky v roku 2007 (HJ/T399-2007). Táto metóda úspešne dosiahla presnú hodnotu CHSK do 20 minút. Je jednoduchý na obsluhu, pohodlný a rýchly, vyžaduje malé množstvo činidiel, výrazne znižuje znečistenie vznikajúce pri experimente a znižuje rôzne náklady. Princípom tejto metódy je stráviť vzorku vody pridanú činidlom CHSK spoločnosti Lianhua Technology pri 165 stupňoch počas 10 minút pri vlnovej dĺžke 420 alebo 610 nm, potom ju ochladiť 2 minúty a potom pridať 2.5 ml destilovanej vody. Výsledok CHSK je možné získať pomocou prístroja na rýchle stanovenie CHSK spoločnosti Lianhua Technology.