Poznavanje kemične porabe kisika

Poznavanje kemične porabe kisika

1. Opredelitev KPK.

KPK (kemična potreba po kisiku) je količina oksidanta, ki se porabi, ko se vzorec vode pod določenimi pogoji obdela z določenim močnim oksidantom. Je indikator količine reducirajočih snovi v vodi. Redukcijske snovi v vodi vključujejo različne organske snovi, nitrite, sulfide, železove soli itd., Glavne pa so organske snovi. Zato se kemična potreba po kisiku (KPK) pogosto uporablja kot kazalnik za merjenje količine organskih snovi v vodi. Večja kot je kemična potreba po kisiku, resnejše je onesnaževanje vode z organskimi snovmi. Določanje kemijske potrebe kisika (KPK) se spreminja glede na določanje reducirajočih snovi v vzorcih vode in metodo določanja. Najpogosteje uporabljeni metodi sta oksidacijska metoda kislega kalijevega permanganata (KMnO4) in oksidacijska metoda kalijevega dikromata (K2Cr2O7). Metoda oksidacije kalijevega permanganata ima nizko stopnjo oksidacije, vendar je razmeroma preprosta in se lahko uporablja pri določanju relativne primerjalne vrednosti organske vsebnosti v vzorcih vode. Metoda oksidacije kalijevega dikromata ima visoko hitrost oksidacije in dobro ponovljivost ter je primerna za določanje skupne količine organske snovi v vzorcih vode. Organske snovi so zelo škodljive za industrijske vodne sisteme. Strogo gledano, kemična potreba po kisiku vključuje tudi anorganske redukcijske snovi v vodi. Ker je količina organske snovi v odpadni vodi veliko večja od količine anorganske snovi, se kemična potreba po kisiku običajno uporablja za predstavitev skupne količine organske snovi v odpadni vodi. V merilnih pogojih se organska snov brez dušika v vodi zlahka oksidira s kalijevim permanganatom, medtem ko se organske snovi, ki vsebujejo dušik, težje razgradijo. Zato je potreba po kisiku primerna za določanje naravne vode ali splošne odpadne vode, ki vsebuje organske snovi, ki se zlahka oksidirajo, medtem ko se organska industrijska odpadna voda z bolj zapletenimi sestavinami pogosto meri za kemično potrebo po kisiku.

Voda, ki vsebuje veliko količino organske snovi, bo onesnažila ionske izmenjevalne smole pri prehodu skozi sistem razsoljevanja, zlasti anionske izmenjevalne smole, kar bo zmanjšalo izmenjevalno zmogljivost smole. Organske snovi se lahko po predobdelavi (koagulacija, bistrenje in filtracija) zmanjšajo za približno 50%, vendar je ni mogoče odstraniti v sistemu za razsoljevanje, zato se pogosto prinaša v kotel skozi napajalno vodo, da se zmanjša pH vrednost kotlovske vode. Včasih se lahko organske snovi vnesejo tudi v parni sistem in kondenzate, kar povzroči znižanje pH in korozijo sistema. Visoka vsebnost organskih snovi v sistemu krožeče vode bo spodbujala razmnoževanje mikrobov. Torej, ne glede na to, ali gre za razsoljevanje, kotlovsko vodo ali sistem cirkulacijske vode, nižja kot je KPK, tem bolje, vendar ni enotnega mejnega indeksa. Ko je KPK (metoda KMnO4) večja od 5 mg / L v sistemu krožeče hladilne vode, se je kakovost vode začela slabšati.

V standardu za pitno vodo je kemična potreba kisika (KPK) vode razreda I in razreda II ≤15 mg / L, kemična potreba kisika (KPK) vode razreda III je ≤20 mg / L, kemična potreba kisika (KPK) vode razreda IV je ≤30 mg / L, in kemična potreba kisika (KPK) vode razreda V je ≤40 mg / L. Večja kot je vrednost KPK, resnejše je onesnaževanje vodnega telesa.

2. Kako se proizvaja KPK?

KPK (kemična potreba po kisiku) je v glavnem pridobljena iz snovi v vzorcu vode, ki jih lahko oksidirajo močni oksidanti, zlasti organske snovi. Te organske snovi so široko prisotne v odpadnih vodah in onesnaženi vodi, vključno s sladkorji, olji in maščobami, amoniakovim dušikom itd. Oksidacija teh snovi porabi raztopljeni kisik v vodi, s čimer se poveča kemična potreba po kisiku. Posebej:

1. Sladkorne snovi: kot so glukoza, fruktoza itd., Se pogosto pojavljajo v odpadnih vodah iz živilskopredelovalne industrije in biofarmacevtske industrije in bodo povečale vsebnost KPK.

2. Olja in maščobe: Odpadna voda, ki vsebuje olja in maščobe, ki se odvajajo med industrijsko proizvodnjo, bo prav tako povzročila povečanje koncentracije KPK.

3. Amonikov dušik: Čeprav ne vpliva neposredno na določanje KPK, bo oksidacija amonijevega dušika porabila tudi kisik med čiščenjem odpadne vode, kar posredno vpliva na vrednost KPK.

Poleg tega obstaja veliko vrst snovi, ki lahko proizvajajo KPK v odplakah, vključno z biološko razgradljivimi organskimi snovmi, industrijskimi organskimi onesnaževali, reducirajočimi anorganskimi snovmi, nekaterimi organskimi snovmi, ki jih je težko biološko razgraditi, in mikrobnimi metaboliti. Oksidacija teh snovi porabi raztopljeni kisik v vodi, kar povzroči nastanek KPK. Zato je kemična potreba po kisiku pomemben kazalnik za merjenje stopnje onesnaženosti organske snovi in zmanjšanje anorganske snovi v vodi. Odraža skupno količino snovi v vodi, ki jih lahko oksidanti oksidirajo in razgradijo oksidanti (običajno kalijev dikromat ali kalijev permanganat) pod določenimi pogoji, to je stopnjo, do katere te snovi porabijo kisik.

1. Organske snovi: Organska snov je eden glavnih virov KPK v odplakah, vključno z biološko razgradljivimi organskimi snovmi, kot so beljakovine, ogljikovi hidrati in maščobe. Te organske snovi se lahko razgradijo v ogljikov dioksid in vodo pod vplivom mikroorganizmov.

2. Fenolne snovi: Fenolne spojine se pogosto uporabljajo kot onesnaževala v odpadnih vodah v nekaterih industrijskih procesih. Lahko resno vplivajo na vodno okolje in povečajo vsebnost KPK.

3. Alkoholne snovi: Alkoholne spojine, kot sta etanol in metanol, so tudi pogosti viri KPK v nekaterih industrijskih odpadnih vodah.

4. Sladkorne snovi: Sladkorne spojine, kot so glukoza, fruktoza itd., So pogoste sestavine v odpadnih vodah iz nekaterih živilskopredelovalnih industrij in biofarmacevtske industrije, prav tako pa bodo povečale vsebnost KPK.

5. Maščobe in maščobe: Odpadna voda, ki vsebuje maščobe in maščobe, ki se izpusti med industrijsko proizvodnjo, bo prav tako povzročila povečanje koncentracije KPK.

6. Amonikov dušik: Čeprav amonijaki dušik ne vpliva neposredno na določanje KPK, bo oksidacija amonijevega dušika porabila kisik tudi med postopkom čiščenja odpadne vode, kar posredno vpliva na vrednost KPK.

Poleg tega je treba omeniti, da KPK ne reagira le na organske snovi v vodi, temveč predstavlja tudi anorganske snovi z redukcijskimi lastnostmi v vodi, kot so sulfid, železovi ioni, natrijev sulfit itd. Zato je treba pri čiščenju odplak celovito preučiti prispevek različnih onesnaževal k KPK in sprejeti ustrezne ukrepe čiščenja za zmanjšanje vrednosti KPK.

Organska snov je glavni vir KPK. Vključujejo različne organske snovi, suspendirane snovi in težko razgradljive snovi v odplakah. Visoka vsebnost KPK v odplakah bo predstavljala veliko nevarnost za vodno okolje. Obdelava in spremljanje KPK je eden od pomembnih ukrepov za preprečevanje in nadzor onesnaževanja. Zato je določanje KPK ena od pogosto uporabljenih preskusnih metod pri čiščenju odplak in spremljanju okolja.

Določanje KPK je enostaven za uporabo postopek z visoko analitično občutljivostjo. Določanje KPK se lahko zaključi z neposrednim opazovanjem spremembe barve vzorca ali toka ali drugih signalov po titriranju kemičnega reagenta, da se ustvarijo oksidacijski produkti. Ko vrednost KPK presega standard, je treba izvesti ustrezno obdelavo, da se prepreči onesnaževanje okolja. Skratka, razumevanje, kaj pomeni KPK, igra ključno vlogo pri varovanju vodnega okolja in izvajanju nadzora onesnaževanja.

 

3. Vpliv visoke KPK.

‌KPK (kemična potreba po kisiku) je pomemben kazalnik za merjenje stopnje organskega onesnaževanja v vodnih telesih. Prekomerna vsebnost bo resno vplivala na kakovost rečne vode.‌

Merjenje KPK temelji na količini oksidanta, ki se porabi, ko se reducirajoče snovi (predvsem organske snovi) oksidirajo in razgradijo v 1 litru vode pod določenimi pogoji. Te reducirajoče snovi bodo med procesom razgradnje porabile veliko količino raztopljenega kisika, zaradi česar vodnim organizmom primanjkuje kisika, kar vpliva na njihovo normalno rast in preživetje ter lahko v hudih primerih povzroči veliko število smrti. Poleg tega bo zmanjšanje raztopljenega kisika pospešilo poslabšanje kakovosti vode, spodbujalo kvarjenje in razgradnjo organskih snovi ter povzročilo več strupenih in škodljivih snovi, kot je amonijak dušik, ki bo povzročil večjo škodo vodnim organizmom in kakovosti vode. Dolgotrajna izpostavljenost odplakam, ki vsebujejo visoke koncentracije organskih snovi, lahko povzroči tudi resno škodo za zdravje ljudi, kot so bolezni prebavil, kožne bolezni itd. Zato prekomerna KPK ne ogroža le vodnih organizmov, temveč predstavlja tudi potencialno tveganje za zdravje ljudi.

Za zaščito vodnega okolja in zdravja ljudi je treba sprejeti učinkovite ukrepe za preprečevanje in nadzor prekomerne KPK. To vključuje zmanjšanje odvajanja organskih snovi v industrijskih in kmetijskih dejavnostih ter krepitev čiščenja in spremljanja odpadnih voda, da se zagotovi, da kakovost izpuščene vode ustreza standardom, s čimer se ohranja dobro ekološko okolje vode.

KPK je indikator vsebnosti organske snovi v vodi. Višja kot je KPK, bolj je vodno telo onesnaženo z organskimi snovmi. Ko strupene organske snovi vstopijo v vodno telo, ne škodujejo le organizmom v vodnem telesu, kot so ribe, temveč se lahko tudi obogatijo v prehranjevalni verigi in vstopijo v človeško telo, kar povzroča kronično zastrupitev. .

KPK ima velik vpliv na kakovost vode in ekološko okolje. Ko organska onesnaževala s povišano vsebnostjo KPK vstopijo v reke, jezera in rezervoarje, če niso pravočasno obdelana, lahko tla na dnu vode adsorbirajo veliko organskih snovi in se kopičijo več let. Ti organizmi bodo povzročili škodo različnim organizmom v vodi in so lahko še več let strupeni. Ta toksični učinek ima dva učinka:

Po eni strani bo povzročil smrt velikega števila vodnih organizmov, uničil ekološko ravnovesje vodnega telesa in celo neposredno uničil celoten rečni ekosistem.

Po drugi strani pa se bodo toksini počasi kopičili v vodnih organizmih, kot so ribe in kozice. Ko ljudje zaužijejo te strupene vodne organizme, bodo toksini vstopili v človeško telo in se kopičili več let, kar bo povzročilo nepredvidljive resne posledice, kot so rak, deformacije in genske mutacije. Na enak način, če ljudje uporabljajo onesnaženo vodo za namakanje, bodo prizadeti tudi pridelki, ljudje pa bodo v procesu prehranjevanja vdihnili tudi veliko količino škodljivih snovi.

Ko je KPK zelo visoka, bo to povzročilo poslabšanje naravne kakovosti vode. Razlog za to je, da samočiščenje vode zahteva razgradnjo teh organskih snovi. Razgradnja KPK nujno zahteva porabo kisika, zmogljivost reoksigenacije v vodi pa ne izpolnjuje zahtev. DO bo padel neposredno na 0 in postal anaerobni. V anaerobnem stanju se bo še naprej razgradila (anaerobna obdelava mikroorganizmov), voda pa bo postala črna in smrdljiva (anaerobni mikroorganizmi so videti zelo črni in vsebujejo plin vodikovega sulfida).

 

4. Metode zdravljenja KPK

Prva točka

Fizikalna metoda: Uporablja fizikalno delovanje za ločevanje suspendiranih snovi ali motnosti v odpadni vodi, kar lahko odstrani KPK v odpadni vodi. Običajne metode vključujejo predhodno čiščenje odplak skozi sedimentacijske rezervoarje, filtrirne rešetke, filtre, lovilce maščob, separatorje olja in vode itd., Da se preprosto odstrani KPK delcev v odplakah.

Druga točka

Kemijska metoda: Uporablja kemične reakcije za odstranjevanje raztopljenih snovi ali koloidnih snovi v odpadni vodi in lahko odstrani KPK v odpadni vodi. Običajne metode vključujejo nevtralizacijo, obarjanje, oksidacijsko redukcijo, katalitsko oksidacijo, fotokatalitsko oksidacijo, mikroelektrolizo, elektrolitsko flokulacijo, sežiganje itd.

Tretja točka

Fizikalna in kemijska metoda: Uporablja fizikalne in kemijske reakcije za odstranjevanje raztopljenih snovi ali koloidnih snovi v odpadni vodi. Lahko odstrani KPK v odpadni vodi. Običajne metode vključujejo mrežo, filtracijo, centrifugiranje, čiščenje, filtracijo, ločevanje olja itd.

Četrta točka

Metoda biološkega čiščenja: Uporablja mikrobni metabolizem za pretvorbo organskih onesnaževal in anorganskih mikrobnih hranil v odpadni vodi v stabilne in neškodljive snovi. Običajne metode vključujejo metodo aktivnega blata, metodo biofilma, metodo anaerobne biološke razgradnje, stabilizacijsko obdelavo ribnika in mokrišč itd.

5. Metoda analize KPK.

Dikromatna metoda

Standardno metodo za določanje kemične potrebe po kisiku predstavlja kitajski standard GB 11914 "Določanje kemijske potrebe po kisiku v kakovosti vode z dikromatno metodo" in mednarodni standard ISO6060 "Določanje kemične potrebe po kisiku pri kakovosti vode". Ta metoda ima visoko stopnjo oksidacije, dobro ponovljivost, natančnost in zanesljivost ter je postala klasična standardna metoda, ki jo mednarodna skupnost splošno priznava.

Načelo določanja je: v mediju žveplove kisline se kalijev dikromat uporablja kot oksidant, srebrov sulfat se uporablja kot katalizator, živosrebrov sulfat pa se uporablja kot maskirno sredstvo za kloridne ione. Kislost žveplove kisline v digestivni reakcijski tekočini je 9 mol / L. Razgradna reakcijska tekočina se segreje, da zavre, temperatura vrelišča pa je 148 ° C ±2 ° C je temperatura prebave. Reakcija se ohladi z vodo in refluksira 2 uri. Ko se digestivna tekočina naravno ohladi, jo razredčimo z vodo na približno 140 ml. Kot indikator se uporablja feroklor, preostali kalijev dikromat pa titriramo z raztopino amonijevega železovega sulfata. Vrednost KPK vzorca vode se izračuna na podlagi porabe raztopine amonijevega železovega sulfata. Uporabljeni oksidant je kalijev dikromat, oksidacijsko sredstvo pa je šestvalentni krom, zato se imenuje dikromatna metoda.

Vendar pa ima ta klasična standardna metoda še vedno pomanjkljivosti: refluksna naprava zavzema velik eksperimentalni prostor, porabi veliko vode in električne energije, uporablja veliko količino reagentov, je neprimerna za delovanje in jo je težko hitro izmeriti v velikih količinah.

Metoda kalijevega permanganata

KPK se meri z uporabo kalijevega permanganata kot oksidanta, izmerjeni rezultat pa se imenuje indeks kalijevega permanganata.

Spektrofotometrijo

Na podlagi klasične standardne metode kalijev dikromat oksidira organsko snov, šestvalentni krom pa proizvaja trivalentni krom. Vrednost KPK vzorca vode se določi z določitvijo razmerja med vrednostjo absorbance šestvalentnega kroma ali trivalentnega kroma in vrednostjo KPK vzorca vode. Z uporabo zgornjega načela so najbolj reprezentativne metode v tujini EPA. Metoda 0410.4 "Avtomatska ročna kolorimetrija", ASTM: D1252-2000 "Metoda B za določanje kemijske porabe kisika pri spektrofotometriji z vodo zaprto razgradnjo" in ISO15705-2002 "Metoda majhne zaprte cevi za določanje kemijske potrošnje kisika (KPK) pri kakovosti vode". Enotna metoda moje države je "Metoda hitre zaprte katalitske razgradnje (vključno s spektrofotometrijo)" Državne uprave za varstvo okolja.

Metoda hitre prebave

Klasična standardna metoda je 2-urna metoda refluksa. Da bi povečali hitrost analize, so ljudje predlagali različne metode hitre analize. Obstajata dve glavni metodi: ena je povečanje koncentracije oksidanta v prebavnem reakcijskem sistemu, povečanje kislosti žveplove kisline, povečanje reakcijske temperature in povečanje katalizatorja za povečanje hitrosti reakcije. Domačo metodo predstavljajo GB / T14420-1993 "Analiza kotlovske vode in hladilne vode, določanje kemijske potrebe po kisiku, hitra metoda kalijevega dikromata" in poenotene metode, ki jih priporoča Državna uprava za varstvo okolja "Coulometric Method" in "Metoda hitre zaprte katalitske razgradnje (vključno s fotometrično metodo)". Tujo metodo predstavlja nemška standardna metoda DIN38049 T.43 "Hitra metoda za določanje kemične potrebe vode po kisiku".

V primerjavi s klasično standardno metodo zgornja metoda poveča kislost žveplove kisline v digestivnem sistemu z 9,0 mg / L na 10,2 mg / L, reakcijsko temperaturo s 150 ° C na 165 ° C in čas prebave od 2 h do 10 min ~ 15 min. Drugi je sprememba tradicionalne metode prebave s segrevanjem s toplotnim sevanjem in uporaba tehnologije mikrovalovne razgradnje za izboljšanje hitrosti razgradnje. Zaradi široke palete mikrovalovnih pečic in različnih moči je težko preizkusiti enotno moč in čas, da bi dosegli najboljši učinek prebave. Cena mikrovalovnih pečic je prav tako zelo visoka in težko je oblikovati enotno standardno metodo.

Lianhua Technology je leta 1982 razvila spektrofotometrično metodo hitre razgradnje za kemično potrebo po kisiku (KPK), ki je dosegla hitro določanje KPK v odplakah z metodo "10 minut prebave, 20-minutna vrednost". Leta 1992 je bil ta rezultat raziskav in razvoja vključen v ameriški "CHEMICAL ABSTRACTS" kot nov prispevek k svetovnemu kemijskemu področju. Ta metoda je leta 2007 postala preskusni standard industrije varstva okolja Ljudske republike Kitajske (HJ / T399-2007). Ta metoda je uspešno dosegla natančno vrednost KPK v 20 minutah. Je enostaven za uporabo, priročen in hiter, zahteva majhno količino reagentov, močno zmanjša onesnaževanje, ki nastane v poskusu, in zmanjša različne stroške. Načelo te metode je prebaviti vzorec vode, dodan z reagentom KPK Lianhua Technology pri 165 stopinjah za 10 minut pri valovni dolžini 420 ali 610 nm, nato ga ohladiti 2 minuti in nato dodati 2,5 ml destilirane vode. Rezultat KPK lahko dobite z instrumentom za hitro določanje KPK Lianhua Technology.