Znanje o kemični porabi kisika

Znanje o kemični porabi kisika

1. Definicija COD.

COD (kemično porabljeno kisikovo zahtevnost) je količina oksidanta, ki jo potrošimo, ko vzorec vode obravnavamo z določenim močnim oksidantom pod določenimi pogoji. Je to kazalec količine reducirujočih snovi v vodi. Reducirujoče snovi v vodi vključujejo različne organske snovi, nitrite, sulfide, železovsadežne soli itd., vendar so glavne organske snovi. Zato se kemična porabljenost kisika (COD) pogosto uporablja kot kazalec za merjenje količine organskih snovi v vodi. Večja kemična porabljenost kisika pomeni resnejše onesnaženje vode s strani organskih snovi. Določanje kemične porabljene kisikove zahtevnosti (COD) se spreminja glede na določanje reducirujočih snovi v vzorcih vode in na določilno metodo. Najpogosteje uporabljena metoda sta oksidacija z kislino kmanganatom (KMnO4) in oksidacija z hromatom (K2Cr2O7). Metoda oksidacije z kmanganatom ima nizko stopnjo oksidacije, je pa relativno preprosta in se lahko uporabi pri določanju relativne primerjalne vrednosti vsebine organičnih snovi v vzorcih vode. Metoda oksidacije z hromatom pa ima visoko stopnjo oksidacije in dobro ponovljivost, zato je primerna za določanje skupne količine organskih snovi v vzorcih vode. Organske snovi so zelo škodljive za industrijske vodne sisteme. Natančno govoreč, vsebuje kemična porabljenost kisika tudi neorganske reducirujoče snovi v vodi. Običajno pa, ker je količina organskih snovi v odpadnih vodah veliko večja od količine neorganskih snovi, se kemična porabljenost kisika splošno uporablja za predstavitev skupne količine organskih snovi v odpadnih vodah. Pri merjenju pod določenimi pogoji se organične snovi brez dušika v vodi lahko enostavno oksidirajo z kmanganatom, medtem ko je oksidacija organskih snovi z dušikom težja. Zato je oksikova zahtevnost primerna za določanje naravnih vod ali splošnih odpadnih vod, ki vsebujejo organske snovi, ki jih je enostavno oksidirati, medtem ko se za organske industrijske odpadne vode z bolj kompleksnimi sestavinami pogosto meri kemična porabljenost kisika.

Voda, ki vsebuje velikostno količino organskih snovi, bo onesnaževala jonoslovne peletne, predvsem anionske peletne, ko teče skozi desalinacijski sistem, kar bo zmanjšalo zmogljivost pretvorbe pelet. Količina organskih snovi se lahko zmanjša za približno 50% po predobdelavi (sodevanju, pojasnjevanju in filtriranju), vendar jih ni mogoče odstraniti v desalinacijskem sistemu, zato so pogosto prisotne v vodi za hraničenje, kar zmanjšuje pH vode v kotli. Organske snovi se lahko tudi pojavijo v sistemu pare in kondenzata, s čimer zmanjšajo pH in povzročijo korozijo sistema. Visoka količina organskih snovi v cirkulacijskem vodnem sistemu bo spodbujala razmnoževanje mikroorganizmov. Zato, bodisi za desalinacijo, kotlovo vodo ali cirkulacijski vodni sistem, je manjši vsebinski delež COD boljši, vendar ne obstaja enoten omejujoč indeks. Ko je vrednost COD (metoda KMnO4) večja od 5 mg/L v cirkulacijskem hladilnem vodnem sistemu, se je kakovost vode začela slabšati.

V standardu pitne vode je hemijska potreba po kisikih (COD) za vodo razreda I in II ≤15mg/L, hemijska potreba po kisikih (COD) za vodo razreda III ≤20mg/L, hemijska potreba po kisikih (COD) za vodo razreda IV ≤30mg/L in hemijska potreba po kisikih (COD) za vodo razreda V ≤40mg/L. Večja vrednost COD pomeni resnejšo onesnaženost vodnega telesa.

2. Kako se izraža COD?

COD (hemijska potreba po kisikih) izvira predvsem iz snovi v vodnem vzorcu, ki jih je mogoče oksidirati z močnimi oksidanti, zlasti organskih snovi. Te organske snovi so široko prisotne v odpadnih vodah in onesnaženi vodi, vsebujejo pa tudi sladkor, maščobe, amonijev dušik itd. Oksidacija teh snovi porabi disolven kisik v vodi, kar poveča hemijsko potrebo po kisikih. Posebej:

1. Sladkorje: kot na primer glukozo, fruktozo itd., so običajno prisotne v odpadnih vodah iz hranoobdelovalne industrije in biotehnične farmacevtske industrije, in povečujejo vsebovanost COD.

2. Olje in maščobe: Odpadne vode, ki vsebujejo olje in maščobe, ki jih izpustijo med industrijsko proizvodnjo, prav tako povečajo koncentracijo COD.

3. Ammoniakalno azoto: Kljub da neposredno ne vpliva na določanje COD, bo oxidacija ammoniakalnega azota tudi porabila kisik med obdelavo odpadnih vod, posredno vplivajoč na vrednost COD.

Poleg tega obstaja veliko vrst snovi, ki lahko v odpadnih vodah povzročijo COD, vključno s biodegradabilno organsko snovjo, industrijskimi organskimi onesnaževalci, reducirajočimi neorganskimi snovmi, nekatero organsko snovjo, ki je težko biodegradabilna, ter mikrobiološkimi metaboliti. Oksidacija teh snovi porabi disolveni kisik v vodi, kar pomeni nastanek COD. Zato je kemski potreben kisik pomemben kazalec za merjenje stopnje onesnaženosti organske snovi in reducirajočih neorganskih snovi v vodi. Odraža skupno količino snovi v vodi, ki jo je mogoče oksidirati in razlagati z oksidanti (običajno kromat potasa ali permanganat potasa) pod določenimi pogoji, torej stopnjo, v kateri te snovi porabljajo kisik.

1. Organska snov: Organska snov je ena od glavnih virov COD v odlivnih vodah, vsebuje biodegradabilne organske snovi, kot so proteini, ogliksani in maščobe. Te organske snovi se lahko pod vplivom mikroorganizmov razpadejo v ogljikovo dioksido in vodo.

2. Fenolske snovi: Fenolske spojine so pogosto uporabljene kot onesnaževalci v odlivnih vodih v nekaterih industrijskih postopkih. Lahko imajo resen vpliv na vodni okolje in povečajo vsebino COD.

3. Alkoholske snovi: Alkoholske spojine, kot so etanol in metanol, sta tudi pogosti viri COD v nekaterih industrijskih odlivnih vodah.

4. Sekerske snovi: Sekerske spojine, kot so glukoza, fruktoza itd., so pogoste sestavine v odlivnih vodah iz nekaterih industrijskih procesov obdelave hrane in biotehničnih farmacevtskih industrijskih procesov, ki povečujejo tudi vsebino COD.

5. Maščobe in masti: Odlivne vode, ki jih izpuščajo industrijski procesi, ki vsebujejo maščobe in maste, lahko privedejo tudi do povečanja koncentracije COD.

6. Ammonijski kisik: Čeprav ammonijski kisik ne vpliva neposredno na določanje COD, bo tudi oksidacija ammonijskega kisika porabila kisik med procesom čiščenja odpadnih vod, kar posredno vpliva na vrednost COD.

Poleg tega je pomembno opaziti, da se COD odziva ne le na organsko snov v vodi, temveč tudi na onesnažujoče snovi z redukcijskimi lastnostmi v vodi, kot so sulfid, železni ionii, natrijev sulfitt itd. Zato je pri obdelavi šepe potrebno kompleksno upoštevati prispevek različnih onesnaževalcев k COD in sprejeti ustreznе ukrepe za zmanjšanje vrednosti COD.

Organska snov je glavni vir COD. Vsebuje različne organske snovi, vesečne snovi in težko razgradljive snovi v odpadnih vodah. Visoko vsebnost COD v odpadnih vodah predstavlja velik poskus za vodni okolje. Obdelava in spremljanje COD je ena od pomembnih ukrepov za preprečevanje in nadzor onesnaževanja. Zato je določitev COD ena od pogosto uporabljenih testnih metod v obdelavi odpadnih vod in okoljskem spremljanju.

Določitev COD je postopek, ki je enostaven za izvajanje in ima visoko analitično občutljivost. Določitev COD se lahko zaključi s neposrednim opazovanjem sprememb barve vzorca ali toka ali drugih signalov po titraciji s kemičnimi sredstvi, ki ustvarijo oksidacijske produkte. Ko je vrednost COD višja od standarda, je potrebno izvesti ustrezen postopek obdelave, da se izognemo onesnaževanju okolja. Kratica, razumevanje pomena COD igra ključno vlogo pri zaščiti vodnega okolja in izvajanju ukrepov za nadzor onesnaževanja.

3. Vpliv visoke COD.

‌ COD (kemična potreba po kisikу) je pomemben kazalec za merjenje stopnje organske onesnaženosti vodnih teles. Presežna vsebina bo imela resen vpliv na kakovost vode v reki. ‌

Meritev COD je temeljita na količini oksidanta, ki jo potrobi, ko se redukcijske snovi (predvsem organska snov) oksidirajo in razpadajo v 1 litru vode pod določenimi pogoji. Te redukcijske snovi bodo med procesom razpada porabile veliko disolvanega kisika, kar lahko pripelje do oksikanskega primankljaja pri vodnih organizmih, kar vpliva na njihovo normalno rast in preživetje, v hujših primerih pa lahko povzroči masovne smrti. Poleg tega bo zmanjšanje disolvanega kisika pospešilo slabšanje kakovosti vode, spodbudilo razgradnjo organskih snovi in sprostilo še več toksičnih in škodljivih snovi, kot je na primer amonijak, kar lahko povzroči še večjo škodo vodnim organizmom in kvaliteti vode. Dolgoročna izpostavljenost odpadnim vodam z visoko konsentracijo organskih snovi lahko povzroči resne škode za človeško zdravje, kot so trbosti želudečnikovega traku, kožne bolezni itd. Zato presežen COD predstavlja ne le grožnjo za vodne organizme, ampak tudi potencialno tveganje za človeško zdravje.

Da bi se zaščitil vodni okolje in človeško zdravje, je treba sprejeti učinkovite ukrepe za preprečevanje in nadzor pretirane COD. To vključuje zmanjšanje odlivov organskih snovi v industrijskih in kmetijskih dejavnostih ter pospešitev obdelave in nadzora odpadnih vod, da se zagotovi, da je kakovost odlivov v skladu s standardi, s čimer se ohranja dober vodni ekološki sistem.

COD je kazalec vsebine organskih snovi v vodi. Višja COD pomeni, da je vodna masa resneje onesnažena organskimi snovmi. Ko vstopijo toksične organske snovi v vodo, škodijo ne le organizmom v vodnih ekosistemih, kot so ribe, ampak se lahko tudi nagromađajo v hranski verigi in vstopijo v človeško telo, povzročajoči hronično zatravljanje. .

COD imajo velik vpliv na kakovost vode in ekološko okolje. Če vstopijo organični onesnaževali s visoko vsebnostjo COD v reke, jezera in hranilišča, jih ni časovno obravnavano, se mnogi organični snovi lahko nadežejo v tla na dnu vode in se akumulirajo skozi več let. Ti organizmi povzročijo škodo različnim organizmom v vodi in lahko ostanejo toksični še več let. Ta toksičen učinek ima dva posledicama:

S ene strani bo povzročil smrt velikega števila vodnih organizmov, uničil ravnotežje ekosistema vode in lahko celo neposredno uniči celoten rečni ekosistem.

S druge strani bodo tok sine počasi kopičale v vodnih organizmih, kot so ribe in čevlji. Ko človek poje te otravljene vodne organizme, se tok sine vsebovane v njih izognijo razgradnji v človeškem telesu in se kopičajo več let, kar lahko pripelje do nepredvidljivih resnih posledic, kot so rak, poročila in mutacije genov. Podobno, če ljudje uporabljajo onesnaženo vodo za zalivanje, bodo rastline prizadete, pri čemer ljudje med jedanjem vdehujejo tudi veliko škodljivih snovi.

Kadar COD je zelo visok, bo povzročil poslabšanje kakovosti naravnih vod. Razlog je, da za samoposodobitev vode potrebuje razgradnjo teh organskih snovi. Razgradnja COD neizogibno zahteva porabo kisika, pri čemer sposobnost ponovne nasledine kisika v vodi ne more izpolniti zahtev. DO (dissolved oxygen) bo neposredno upadla na 0 in postala anaerobna. V anaerobnem stanju bo nadaljevala z razgradnjo (anaerobna obdelava mikroorganizmov), voda pa bo postala črna in smrdljiva (anaerobni mikroorganizmi so zelo črni in vsebijo sulfid vodika).

4. Metode za obdelavo COD

Prva točka

Fizična metoda: Uporablja fizično delovanje za ločevanje plavajočega snovi ali klobučnosti v odpadnih vodah, kar lahko odstrani COD v odpadnih vodah. Pogoste metode vključujejo predobdelavo odpadnih vod prek sedimentacijskih bazenov, filternih mrež, filtratorjev, maščnobojnic, ločiteljev olej-voda itd., da se preprosto odstrani COD častic v odpadnih vodah.

Druga točka

Kemična metoda: Uporablja kemične reakcije za odstranitev disolvićnih snovi ali koloidnih snovi v odpadnih vodah in lahko odstrani COD v odpadnih vodih. Pogoste metode vključujejo neutralizacijo, osačevanje, oksidacijo-redukcijo, katalitično oksidacijo, fotokatalitično oksidacijo, mikroelektrolizu, elektrolitično flockacijo, sžiganje itd.

Tretja točka

Fizikalno-kemična metoda: Uporablja fizikalno-kemične reakcije za odstranitev disolvićnih snovi ali koloidnih snovi v odpadnih vodah. Lahko odstrani COD v odpadnih vodih. Pogoste metode vključujejo rešetke, filtriranje, centrifugiranje, clarifikacijo, filtriranje, ločevanje olajev itd.

Četrta točka

Biološka obdelava: Uporablja mikrobielni metabolizem za pretvorbo organičnih onesnaževal in neorganičnih mikrobielnih prehranskih snovi v stabilne in neškodljive snovi. Pogoste metode vključujejo aktivno bloto, biološko membrano, anaerobno biološko razgradnjo, stabilizacijske baze in močvirski obravnavi itd.

5. Metoda analize COD.

Dihromatna metoda

Standardna metoda za določanje kemičnega porabe kisika je opredeljena v kitajskem standardu GB 11914 „Določanje kemične porabe kisika v vodni kakovosti s hromatom VI“ in mednarodnem standardu ISO6060 „Določanje kemične porabe kisika vode“. Ta metoda ima visoko stopnjo oksidacije, dobro ponovljivost, natančnost in zanesljivost, in je postala klasična standardna metoda, ki jo splošno priznava mednarodna skupnost.

Načelo določitve je: v sredini kisline srebrne kisline se uporablja kalijev hromat kot oksidant, srebrna srebrnina kot katalizator in rtutna srebrnina kot skrivalna snov za kloridneione. Kislota srebrne kisline pri reakciji razgradnje je 9 mol/L. Reakcijska tekočina za razgradnjo se grel do vročenja, pri čemer je temperatura vročenja pri točki varjenja 148°C ± 2°C. Reakcija se ohlajda z vodo in vrača obratno tokom 2 ur. Po naravnem ohlajanju razgradne tekočine jo razredimo na okoli 140 ml z vodo. Kot kazalec se uporablja železov klorid, preostali kalijev hromat titriramo s rešitvijo železove sulfata amonijevke. Vrednost COD vzorca vode izračunamo na podlagi porabe rešitve železove sulfata amonijevke. Oksidant, ki se uporablja, je kalijev hromat, oksidirajoča pa je šestavalentna hromska stopnja, zato se ta metoda imenuje hromatna metoda.

Vendar pa ima ta klasična standardna metoda še mane: naprava za refluks zasede velik poskusiški prostor, porabi veliko vode in elektrike, uporablja velik obseg reagentov, je nepooblačna v uporabi in težko omogoča hitro merjenje v velikih količinah.

Potasni permanganatna metoda

COD se meri z uporabo potasnega permanganata kot oksidanta, in rezultat merjenja se imenuje potasni permanganatni indeks.

Spektrofotometrija

Na klasični standardni metodi oksidira potasijev dihromat organsko snov, pri čemer generira šestivrednosno hrom trivrednosnega hroma. Vrednost COD v vodnem vzorcu določimo tako, da ustanovimo povezavo med vrednostjo absorpcije šestivrednosnega hroma ali trivrednosnega hroma in vrednostjo COD v vodnem vzorcu. Na osnovi zgoraj omenjenega načela so najbolj predstavne metode iz tuje EPA.Method 0410.4 "Avtomatska ročna kolorimetrija", ASTM: D1252-2000 "Metoda B za določanje kemikalne porabe kisika vodi-sekretirana spektrofotometrija" ter ISO15705-2002 "Metoda z majhnimi zaklenjenimi cevici za določanje kemikalne porabe kisika (COD) kakovosti vode". Naša enotna metoda je "Hitra zaklenjena katalitična razgradnja metoda (vključno s spektrofotometrijo)" Državnega urada za varstvo okolja.

Hitra razgradnja metoda

Klasična standardna metoda je 2h refluksna metoda. Za povečanje hitrosti analize so ljudje predlagali različne hitre metode analize. Obstajata dve glavni metodi: ena je povečanje koncentracije oksidanta v sistemu reakcije za razgradnjo, povečanje kislotnosti sumpora, povečanje temperature reakcije in uporaba katalizatorja za povečanje hitrosti reakcije. Domestična metoda je zastopana s standardom GB/T14420-1993 "Analiza vode iz topnih kotlov in hlajenjske vode, določitev porabe kemičnega kisika, hitra metoda z potasnim hromatom" ter unifikirane metode, ki jih priporoča Državna uprava za varstvo okolja, "Kulometrična metoda" in "Hitra zaključena katalitična razgradnja (vključno z fotometrično metodo)". Tujina metoda je zastopana s nemškim standardnim načinom DIN38049 T.43 "Hitra metoda za določitev porabe kemičnega kisika v vodi".

Primerjano s klasično standardno metodo poveča zgornja metoda kislotnost sirovčne kisline v sistemu za razgradnjo s 9,0 mg/L na 10,2 mg/L, temperaturo reakcije pa z 150℃ na 165℃, čas razgradnje pa iz 2 ur na 10~15 minut. Drugi način je sprememba tradične metode razgradnje s segrevanjem z toplinskim sevanjem in uporaba tehnologije mikrovalovne razgradnje za izboljšanje hitrosti reakcije pri razgradnji. Zaradi širokega raznolikosti mikrovalovnih pečnic in različnih moči je težko določiti enotne parametre moči in časa za dosego optimalnega učinka razgradnje. Cena mikrovalovnih pečnic je tudi zelo visoka, kar naredi težko formulirati enoten standardni postopek.

Lianhua Technology je leta 1982 razvila hitro spektrofotometrično metodo za določanje kemikalne porabe oksigena (COD), s katero je bilo mogoče hitro določiti COD v odpadnih vodah z metodo „10 minut kisavo, 20 minut vrednost“. Leta 1992 je ta raziskovalni rezultat bil vključen v ameriško „CHEMICAL ABSTRACTS“ kot nov prispevek k svetovnemu kemijskemu področju. Ta metoda je postala standard testiranja okoljske industrije Ljudske republike Kitajske leta 2007 (HJ/T399-2007). Ta metoda uspešno doseže točno vrednost COD v 20 minutah. Je preprosta v uporabi, praktična in hitra, zahteva malo reagentov, znatno zmanjša onesnaževanje, ki ga povzročajo poskusni postopki, ter zmanjša različne stroške. Načelo te metode je, da se vodni vzorec, kateremu je bilo dodano Lianhua Technologyjevo sredstvo za določanje COD, kisavi pri 165 stopinjah po 10 minutah na valovni dolžini 420 ali 610nm, nato hladimo 2 minute in dodamo 2,5ml destilirane vode. Rezultat COD je mogoče dobiti z uporabo Lianhua Technologyjevega aparata za hitro določanje COD.