Znanje o hemijskoj zahtevnosti za kisikom

Znanje o hemijskoj zahtevnosti za kisikom

1. Definicija COD.

COD (hemski zahtev za kisikom) je količina oksidatora koju se potroši kada uzorak vode bude obradjen određenim jachim oksidatorom u određenim uslovima. To je indikator količine smanjujućih supstanica u vodi. Smanjujuće supstance u vodi uključuju razne organske supstance, nitrite, sulfide, ferous soli itd., ali glavne su organske supstance. Zbog toga se hemski zahtev za kisikom (COD) često koristi kao indikator za merenje količine organskih supstanica u vodi. Čim veći je hemski zahtev za kisikom, ozbiljnije je zagađivanje vode organskim supstancama. Određivanje hemskog zahteva za kisikom (COD) varira u zavisnosti od određivanja smanjujućih supstanica u uzorcima vode i metoda određivanja. Najčešće korišćene metode su metoda oksidacije sa kiselim potasijum permanganatom (KMnO4) i metoda oksidacije sa potasijum hromatom (K2Cr2O7). Metoda oksidacije potasijum permanganatom ima nisku stopu oksidacije, ali je relativno jednostavna i može se koristiti prilikom određivanja relativne uporedne vrednosti sadržaja organskih supstanica u uzorcima vode. Metoda oksidacije potasijum hromatom ima visoku stopu oksidacije i dobru reprodukciju, i odgovara za određivanje ukupne količine organskih materija u uzorcima vode. Organske supstance su vrlo štetne za industrijske vodne sisteme. Strogo govoreći, hemski zahtev za kisikom uključuje i neorganske smanjujuće supstance u vodi. Obično, zato što je količina organskih supstanica u otpadnim vodama mnogo veća od količine neorganskih, hemski zahtev za kisikom se opšte koristi za predstavljanje ukupne količine organskih supstanica u otpadnim vodama. U uslovima merenja, organske supstance bez azota u vodi lako se oksidiraju potasijum permanganatom, dok su organske supstance koje sadrže azot teže za dekompoziciju. Zbog toga je kisikov zahtev prikladan za određivanje prirodne vode ili opšte otpadne vode koje sadrže organske supstance koje su lako oksidabilne, dok se za složenije komponente organskih industrijskih otpadnih voda često meri hemski zahtev za kisikom.

Voda koja sadrži veliki količina organskih materija će zagađivati jonsku izmenu rezevuaru prilikom prolaska kroz sistem dezemineralizacije, posebno anionske rezevare izmene, što će smanjiti kapacitet izmene rezine. Organska tvar se može smanjiti za oko 50% nakon prethodne obrade (zgusnjavaća, čišćenje i filtriranje), ali se ne može ukloniti u sistemu dezemineralizacije, pa je često donosi u kotlovan kroz pitnu vodu, smanjujući pH vode u kotlovu. Ponekad organska tvar može biti i donesena u sistem pare i kondenzata, uzrokujući smanjenje pH-a i koroziju sistema. Visok sadržaj organske tvari u cirkulacionom vodnom sistemu će poticati razmnožavanje mikroorganizama. Zbog toga, bez obzira da li je u pitanju dezemineralizacija, kotlana voda ili cirkulacioni vodni sistem, niži COD je bolji, ali ne postoji jedinstveni granični indeks. Kada je COD (metodom KMnO4) veći od 5mg/L u sistemu cirkulacione hlađenje vode, kvaliteta vode počinje da se deteriورore.

U standardu pitke vode, hemijski zahtev za kisik (COD) za vodu klase I i klase II je ≤15mg/L, hemijski zahtev za kisik (COD) za vodu klase III je ≤20mg/L, hemijski zahtev za kisik (COD) za vodu klase IV je ≤30mg/L, a hemijski zahtev za kisik (COD) za vodu klase V je ≤40mg/L. Čim veći je COD vrednost, to je zaraza vodnog sistema ozbiljnija.

2. Kako se proizvodi COD?

COD (hemijski zahtev za kisik) glavno izvodi iz supstanica u uzorku vode koje mogu biti oksidirane jačim oksidatorima, posebno organski materijal. Ove organske supstance su široko prisutne u otpadnim vodama i zarobljenim vodama, uključujući ali ne ograničeno na šećere, mašice i masti, amonijumski dušik itd. Oksidacija ovih supstanica potroši disperzovanu kisik u vodi, čime se povećava hemijski zahtev za kisik. Specifično:

1. Šećerne tvari: kao što su glukozo, fruktazo itd., često se pronađu u otpadnoj vodi iz prehrambenog i biofarmaceutskog industrijskog proizvodnje, a one će povećati sadržaj COD-a.

2. Masline i mašni: Otpadna voda koja sadrži masline i mašne otplate tijekom industrijske proizvodnje takođe će dovesti do povećanja koncentracije COD-a.

3. Ammonijski dušik: Iako ne utiče direktno na određivanje COD-a, oksidacija ammonijskog dušika takođe će potrošiti kisik tijekom obrade otpadne vode, što indirektno utiče na vrijednost COD-a.

Pored toga, postoji mnogo vrsta tvari koje mogu da proizvode COD u šećeri, uključujući biodegradabilnu organsku tvar, industrijske organske zagađivače, redukcione neorganske tvari, neke organske tvari koje su teško biodegradabilne i metabolite mikroba. Oksidacija ovih tvari potroši disperzovani kisik iz vode, što dovodi do nastanka COD-a. Zbog toga je hemijska potreba za kisikom važan pokazatelj za merenje stepena zagađenosti organskim materijalom i redukcionim neorganskim materijalom u vodi. On odražava ukupnu količinu tvari u vodi koje mogu biti oksidirane i dekomponovane oksidantima (obično hromat potasnjak ili permanganat potasnjak) u određenim uslovima, tj. stepen do koga ove tvari potroše kisik.

1. Organska tvar: Organska tvar je jedan od glavnih izvora COD-a u kanalizaciji, uključujući biodegradabilnu organsku tvar kao što su proteini, ugljikohidrati i masti. Ova organska tvar se može raspasti u ugljični dioksid i vodu pod dejstvom mikroorganizama.

2. Fenolna tvar: Fenolna spoja često se koriste kao zagađivači u otpadnoj vodi u nekim industrijskim procesima. One mogu imati ozbiljan uticaj na vodeni okruženje i povećati sadržaj COD-a.

3. Alkoholne tvari: Alkoholne spoje, kao što su etanol i metanol, takođe su česte izvore COD-a u nekim industrijskim otpadnim vodama.

4. Šećerne tvari: Šećerne spoje, kao što su gleukoz i fruktозa itd., su česte sastojke u otpadnim vodama iz nekih prehrambenih industrija i biofarmaceutske industrije, a one će takođe povećati sadržaj COD-a.

5. Masti i ulja: Otpadne vode sa sadržinom masti i ulja ispuštene tijekom industrijske proizvodnje takođe će dovesti do povećanja koncentracije COD-a.

6. Амонијакни азот: Иако амонијакни азот не утиче директно на одређивање ЧЗО, оксидација амонијакног азота такође потрошава кисеоник током процеса тражења сточних води, што међутем индиректно утиче на вредност ЧЗО.

Поред тога, вреди напоменути да се ЧЗО односи не само на органичне твари у води, већ и на безмашине твари са редукционим osobinama у води, као што су суфиди, ферозиони иони, натријум сулфит итд. Због тога, приликом чишћења сточних води, потребно је комплетно размотрити допринос различитих загаđаача ЧЗО и примети одговарајуће мере за смањивање вредности ЧЗО.

Органична твар је главни извор COD-a. Укључују у себе разне органичне твари, суспендоване честице и тешко разлагољиве супстанце у сточним водама. Висок садржај COD-a у сточним водама представља велику пропаст за водени окружење. Трећење и надзор COD-a је једна од важних мера за спречавање и контролуње загађивања. Због тога, одређивање COD-a је једна од често коришћених метода испита у обради сточних води и еколошком надзору.

Одређивање COD-a је процес лаког извршавања са високом аналитичком осетљивошћу. Одређивање COD-a може бити извршено директном набаљувањем боје uzorka или тока или других сигнала након што хемијски реагент индукује оксидативне производе. Када се вредност COD-a надмеши стандард, неопходно је извршити одговарајуће procedure да се спречи загађивање средине. Кратко речено, разумевање шта значи COD игра кључну улогу у заштити воденог окружења и провођењу мера против загађивања.

3. Uticaj visokog COD-a.

‌ COD (kemijska zahtevnost za kisik) je važan pokazatelj za merenje stepena organske zagađenosti vodnih tela. Previše sadržaja će imati ozbiljan uticaj na kvalitetu rečne vode. ‌

Merenje COD-a se temelji na količini oksidatora koji se potroši prilikom oksidacije i raspada smanjujućih supstanica (glavno organskog materijala) u 1 litru vode pod određenim uslovima. Ove smanjujuće supstance će potrošiti veliku količinu disperzovanog kisika tijekom procesa raspada, što uzrokuje nedostatak kisika kod akvakultura, čime se utiče na njihov normalni rast i preživljavanje, a u ozbiljnim slučajevima može dovesti do masovnih smrtnih slučajeva. Pored toga, smanjenje disperzovanog kisika će ubrzati deteroraciju kvaliteta vode, promicati raspad organskih tvari i proizvoditi više toksičnih i štetnih tvari, poput amonijaka, što će uzrokovati još veću štetu akvakulturama i kvalitetu vode. Dugo trajajući kontakt sa otpadnom vodom koja sadrži visoke koncentracije organskih tvari može takođe uzrokovati ozbiljne štete za ljudsko zdravlje, kao što su bolesti želučnog trakta, kože itd. Stoga, prekomerno visok COD predstavlja opasnost ne samo za akvakulture, već i potencijalnu prijetnju za ljudsko zdravlje.

Da bi se zaštitio vodeni okruženje i ljudsko zdravlje, moraju se uzeti učinkovite mere za sprečavanje i kontrolu prekomernog COD-a. To uključuje smanjenje otpuštanja organskih tvari u industrijskim i poljoprivrednim aktivnostima, kao i pojačanje obrade i nadzora šećerne vode kako bi se osiguralo da kvalitet otpuštene vode odgovara standardima, čime se održava dobar vodeni ekološki sistem.

COD je indikator sadržaja organskih tvari u vodi. Čim viši je COD, tolije je vodeni tok zagađen organskim tvarima. Kada su otomorske organske tvari ulazile u vodeni tok, one ne štete samo organizmima u vodenoj sredini, kao što su ribe, već mogu biti i akumulirane u hraničnoj lanci i da stignu do ljudskog tela, uzrokujući hronično otuđenje. .

COD ima veliki uticaj na kvalitet vode i ekološko okruženje. Kada se organski污染物 sa visokim sadržajem COD upuštaju u reke, jezera i bazene, ako nisu pravovremeno obradjivani, mnogi organski materijali mogu biti adsorbovani od tla na dnu vode i akumulirati tokom mnogih godina. Ovi organismi će uzrokovati štete raznim organizmima u vodi i mogu ostajati toksični nekoliko godina. Ova toksična dejstva ima dva uticaja:

S jedne strane, može da uzrokuje smrt velikog broja ribljih organizama, uništiti ekološku ravnotežu vodnog tela, a čak i direktno uništiti celoviti rečni ekosistem.

С друге стране, токсини ће споровито се накупљати у воденим организмима као што су рибе и чевапчичи. Када луди поједу ове отровне водене организме, токсини ће уći у човечје тело и накупљати се многа godina, што може довести до непредвидивих тешких последица које укључују рак, деформације и генске мутације. На исти начин, ако луди користе загађену воду за озбиљу, брсаће ће такође бити утичане, и луди ће такође удишавати велику кoličinu štetnih субстанци приликом јела.

Kada je COD vrlo visok, to će uzrokovati deterorijaciju kvaliteta prirodne vode. Razlog je u tome što se samopurifikacija vode odvija degradacijom ovih organskih tvari. Degradacija COD neophodno zahteva potrošnju kisika, a sposobnost ponovne nagradnje kisika u vodi nije dovoljna. DO (dissolved oxygen) će izravno pasti na 0 i postati anarebno. U anarebnom stanju, nastavljaće se raspada (anarebna obrada mikroorganizama), a voda će postati crna i smrdljiva (anarebni mikroorganizmi izgledaju vrlo crno i sadrže vodonikov sumpor plin).

4. Metode za obradu COD

Prva tačka

Fizička metoda: Koristi fizičku akciju da razdvaja suspendirane čestice ili klobučastost u otpadnoj vodi, šta može da ukloni COD iz otpadne vode. Obične metode uključuju prethodnu obradu otpadne vode putem sedimentacionih bazena, filter rešetaka, filtra, mašina za skidanje masti, separatora za ulje-vodu itd., kako bi se jednostavno uklonilo COD čestica iz otpadne vode.

Druga tačka

Hemiski metod: Koristi hemiske reakcije za uklanjanje dispergovanih tvari ili kolloidalnih tvari u otpadnoj vodi, i može da ukloni COD u otpadnoj vodi. Česte metode uključuju neutralizaciju, šećerivanje, oksid-redukciju, katalitsku oksidaciju, foto-katalitsku oksidaciju, mikro-elektrolizu, elektrolitičko stvaranje floka, sagorevanje itd.

Treća tačka

Fizičko-hemijski metod: Koristi fizičke i hemiske reakcije za uklanjanje dispergovanih tvari ili kolloidalnih tvari u otpadnoj vodi. Može da ukloni COD u otpadnoj vodi. Česte metode uključuju rešetkasto filtriranje, centrifugiranje, čišćenje, filtriranje, odvajanje ulja itd.

Četvrta tačka

Biološka metoda obrade: Koristi metabolizam mikroorganizama za pretvaranje organskih zagađivača i neorganskih mikrobioloških nutritivnih tvari u otpadnoj vodi u stabilne i neštetne tvari. Česte metode uključuju aktivnu slamu, biofilm, anaerobnu biološku digestiju, stabilizacione bacevine i obradu vlažnih terena itd.

5. Metod analize COD-a.

Dihromatni metod

Standardna metoda za određivanje hemijskog zahteva za kisikom predstavljena je kitnečkim standardom GB 11914 „Određivanje hemijskog zahteva za kisikom kvaliteta vode metodom divhromata“ i međunarodnim standardom ISO6060 „Određivanje hemijskog zahteva za kisikom kvaliteta vode“. Ova metoda ima visok stepen oksidacije, dobru reprodukciju, tačnost i pouzdanost, i postala je klasična standardna metoda opšte priznata u međunarodnoj zajednici.

Принцип одређивања је следећи: у средини суперхлорног киселиног оксихлорната, користи се потасијум хромат као окисни агент, сребрени суфат као катализатор, а меркurij суфат се користи као маскирачки агент за хloridne ионе. Кисела концентрација суперхлорне киселине у реакционој течности је 9 мол/Л. Реакциону течност се греја до кључења, а температура кључења од 148℃±2℃ је температура за дижавање. Реакција се охлажда водом и рециркулише се 2 сата. Након што се дижавање течности природно охлади, разбавља се водом до око 140мл. Ферокlorid се користи као индикатор, а преостали потасијум хромат се титрује раствором фероводика амонијума. Вредност COD узорка воде се израчунава на основу потрошње раствора фероводика амонијума. Коришћени окиснилац је потасијум хромат, а окиснилац је хексавалентни хром, па се ова метода зове метода хромата.

Međutim, ovaj klasični standardni metod još uvek ima nedostatke: uređaj za refluks zauzima veliki eksperimentalni prostor, potroši mnogo vode i električne energije, koristi veliku količinu reaktanata, te je nepraktičan za upotrebu i teško primenljiv za brzo merenje u velikim količinama.

Metod peromangetana

COD se meri koristeći peromangetan kao oksidator, a dobijeni rezultat se naziva indeks peromangetana.

Spektrofotometrija

Na osnovu klasične standardne metode, kalijum difehromat oksiduje organsku materiju, a heksavalentni hrom generiše trivalentni hrom. Vrednost COD uzorka vode određuje se uspostavljanjem veze između vrednosti apsorbancije heksavalentnog hroma ili trivalentnog hroma i vrednosti COD uzorka vode. Koristeći navedeni princip, najzastupljenije metode u inozemstvu su EPA.Metoda 0410.4 "Automatska ručna kolorimetrija", ASTM: D1252-2000 "Metod B za određivanje hemijskog zahteva za kisik vode - spektrofotometrija zatvorenog štednjaka" i ISO15705-2002 "Metod malih zatvorenih cevica za određivanje hemijskog zahteva za kisik (COD) kvaliteta vode". Standardizovana metoda u našoj zemlji je "Brza zaključna katalitička štedionica metoda (uključujući spektrofotometriju)" Državne uprave za zaštitu okoliša.

Brza štedionica metoda

Klasična standardna metoda je 2h refluks metoda. Da bi se povećala brzina analize, ljudi su predložili razne brze metode analize. Postoje dve glavne metode: jedna je da se poveća koncentracija oksidatora u sistemu za reakciju disperzije, poveća kiselogost sumporne kiseline, poveća temperatura reakcije i dodaje katalizator da bi se ubrzala reakcija. Domaća metoda je predstavljena GB/T14420-1993 "Analiza vode za kotlove i hlađenje, Određivanje hemijskog zahteva za oksigen koristeći brzu metodu sa hromatom potasnjakovim" i unifikovane metode preporučene od strane Državne uprave za zaštitu životinjske sredine "Kulometrijska metoda" i "Brza zatvorena katalitička digestivna metoda (uključujući fotometrijsku metodu)". Inostrana metoda je predstavljena nemackom standardnom metodom DIN38049 T.43 "Brza metoda za određivanje hemijskog zahteva za oksigen vode".

U poređenju sa klasičnom standardnom metodom, navedena metoda povećava kiselinost sumporne kiseline u sistemskom razgradnju sa 9,0 mg/L na 10,2 mg/L, temperaturu reakcije sa 150℃ na 165℃, a vreme razgradnje sa 2h na 10min~15min. Drugi način je da se promeni tradicionalna metoda razgradnje grejanjem termalnom radijacijom i koristi se tehnologija mikrotalasne razgradnje kako bi se ubrzala brzina reakcije razgradnje. Zbog širokog asortimana mikrotalasnih pećurica i različitih snaga, teško je testirati unifikovane snagu i vreme kako bi se postigao najbolji efekat razgradnje. Cena mikrotalasnih pećurica je takođe vrlo visoka, a teško je formulirati jedinstvenu standardnu metodu.

Lianhua Tehnologija je 1982. razvila brzu spektrofotometrijsku metodu za određivanje hemijskog zahteva za oksigen (COD), koja je omogućila brzo određivanje COD-a u šećeri na način „10 minuta šašavanje, 20 minuta vrednost”. 1992. godine, ovaj rezultat istraživanja i razvoja je bio uključen u američki „CHEMICAL ABSTRACTS” kao nov doprinos kemijskom polju sveta. Ova metoda je postala standard testiranja okolišne zaštite Kina 2007. godine (HJ/T399-2007). Ova metoda uspešno daje tačnu vrednost COD-a u roku od 20 minuta. Jednostavna je za upotrebu, praktična i brza, zahteva malu količinu reaktanata, znatno smanjuje zagađenje nastalo tijekom eksperimenta i smanjuje razne troškove. Princip ove metode je da se vodeni uzorak, dodat Lianhua reaktantom za COD, šašava na temperaturi od 165 stepeni Celzijusa 10 minuta na talasi od 420 ili 610nm, zatim se hladí 2 minute, a zatim se dodaje 2,5ml destilirane vode. Rezultat COD-a može biti dobijen pomoću Lianhua aparata za brzo određivanje COD-a.