Kunskap om kemisk syreförbrukning

Kunskap om kemisk syreförbrukning

1. Definition av COD.

COD (Chemical Oxygen Demand) är den mängd oxidant som förbrukas när ett vattenprov behandlas med en viss stark oxidant under vissa förhållanden. Det är en indikator på mängden reducerande ämnen i vatten. De reducerande ämnena i vatten inkluderar olika organiska ämnen, nitriter, sulfider, järnsalter etc., men de viktigaste är organiska ämnen. Därför används ofta kemisk syreförbrukning (COD) som en indikator för att mäta mängden organiska ämnen i vatten. Ju större den kemiska syreförbrukningen är, desto allvarligare är vattenföroreningen av organiska ämnen. Bestämningen av kemisk syreförbrukning (COD) varierar med bestämningen av reduktionsämnen i vattenprover och bestämningsmetoden. De vanligaste metoderna är oxidationsmetod för surt kaliumpermanganat (KMnO4) och oxidationsmetod för kaliumdikromat (K2Cr2O7). Oxidationsmetoden för kaliumpermanganat har en låg oxidationshastighet, men är relativt enkel och kan användas vid bestämning av det relativa jämförelsevärdet för det organiska innehållet i vattenprover. Kaliumdikromatoxidationsmetoden har hög oxidationshastighet och god reproducerbarhet och är lämplig för att bestämma den totala mängden organiskt material i vattenprover. Organiskt material är mycket skadligt för industriella vattensystem. Strängt taget omfattar den kemiska syreförbrukningen även oorganiskt, reducerande ämnen i vatten. Vanligtvis, eftersom mängden organiskt material i avloppsvatten är mycket större än mängden oorganiskt material, används kemisk syreförbrukning i allmänhet för att representera den totala mängden organiskt material i avloppsvatten. Under mätförhållandena oxideras organiskt material utan kväve i vatten lätt av kaliumpermanganat, medan organiskt material som innehåller kväve är svårare att sönderdela. Därför är syreförbrukningen lämplig för att bestämma naturligt vatten eller allmänt avloppsvatten som innehåller organiskt material som lätt oxideras, medan organiskt industriellt avloppsvatten med mer komplexa komponenter ofta mäts för kemisk syreförbrukning.

Vatten som innehåller en stor mängd organiskt material kommer att förorena jonbytarhartser när det passerar genom avsaltningssystemet, särskilt anjonbytarhartser, vilket kommer att minska hartsets utbyteskapacitet. Organiskt material kan reduceras med cirka 50 % efter förbehandling (koagulering, klarning och filtrering), men det kan inte avlägsnas i avsaltningssystemet, så det förs ofta in i pannan genom matarvattnet för att minska pH-värdet i pannvattnet. Ibland kan organiskt material också föras in i ångsystemet och kondensera, vilket gör att pH-värdet sjunker och orsakar systemkorrosion. Högt innehåll av organiskt material i det cirkulerande vattensystemet kommer att främja mikrobiell reproduktion. Därför, oavsett om det gäller avsaltning, pannvatten eller cirkulerande vattensystem, ju lägre COD, desto bättre, men det finns inget enhetligt gränsindex. När COD (KMnO4-metoden) är större än 5 mg/L i det cirkulerande kylvattensystemet har vattenkvaliteten börjat försämras.

I dricksvattenstandarden är den kemiska syreförbrukningen (COD) för klass I och klass II-vatten ≤15 mg/L, den kemiska syreförbrukningen (COD) för klass III-vatten är ≤20 mg/L, den kemiska syreförbrukningen (COD) för klass IV-vatten är ≤30 mg/L och den kemiska syreförbrukningen (COD) för klass V-vatten är ≤40 mg/L. Ju högre COD-värdet är, desto allvarligare är föroreningen av vattenförekomsten.

2. Hur produceras COD?

COD (kemisk syreförbrukning) härrör huvudsakligen från ämnen i vattenprovet som kan oxideras av starka oxidanter, särskilt organiskt material. Dessa organiska ämnen finns i stor utsträckning i avloppsvatten och förorenat vatten, inklusive men inte begränsat till sockerarter, oljor och fetter, ammoniakkväve, etc. Oxidationen av dessa ämnen förbrukar det lösta syret i vattnet, vilket ökar den kemiska syreförbrukningen. Specifikt:

1. Sockerämnen: såsom glukos, fruktos, etc., finns vanligtvis i avloppsvatten från livsmedelsindustrin och den biofarmaceutiska industrin, och de kommer att öka COD-halten.

2. Oljor och fetter: Avloppsvatten som innehåller oljor och fetter som släpps ut under industriell produktion kommer också att leda till en ökning av COD-koncentrationen.

3. Ammoniakkväve: Även om det inte direkt påverkar bestämningen av COD, kommer oxidationen av ammoniakkväve också att förbruka syre under avloppsreningen, vilket indirekt påverkar COD-värdet.

Dessutom finns det många typer av ämnen som kan producera COD i avloppsvatten, inklusive biologiskt nedbrytbart organiskt material, industriella organiska föroreningar, reducerande oorganiska ämnen, vissa organiska ämnen som är svåra att bryta ned biologiskt och mikrobiella metaboliter. Oxidationen av dessa ämnen förbrukar det upplösta syret i vattnet, vilket resulterar i generering av COD. Därför är kemisk syreförbrukning en viktig indikator för att mäta graden av förorening av organiskt material och minska oorganiskt material i vatten. Det återspeglar den totala mängden ämnen i vatten som kan oxideras och sönderdelas av oxidanter (vanligtvis kaliumdikromat eller kaliumpermanganat) under vissa förhållanden, det vill säga i vilken grad dessa ämnen förbrukar syre.

1. Organiskt material: Organiskt material är en av de viktigaste källorna till COD i avloppsvatten, inklusive biologiskt nedbrytbart organiskt material som proteiner, kolhydrater och fetter. Dessa organiska material kan sönderdelas till koldioxid och vatten under inverkan av mikroorganismer.

2. Fenoliska ämnen: Fenolföreningar används ofta som föroreningar i avloppsvatten i vissa industriella processer. De kan ha en allvarlig inverkan på vattenmiljön och öka COD-halten.

3. Alkoholhaltiga ämnen: Alkoholföreningar, såsom etanol och metanol, är också vanliga källor till COD i vissa industriella avloppsvatten.

4. Sockerämnen: Sockerföreningar, såsom glukos, fruktos, etc., är vanliga komponenter i avloppsvatten från vissa livsmedelsindustrier och biofarmaceutiska industrier, och de kommer också att öka COD-halten.

5. Fett och fett: Fett och fetthaltigt avloppsvatten som släpps ut under industriell produktion kommer också att leda till en ökning av COD-koncentrationen.

6. Ammoniakkväve: Även om ammoniakkväve inte direkt påverkar bestämningen av COD, kommer oxidationen av ammoniakkväve också att förbruka syre under avloppsreningsprocessen, vilket indirekt påverkar COD-värdet.

Dessutom är det värt att notera att COD inte bara reagerar på organiskt material i vatten, utan också representerar oorganiska ämnen med reducerande egenskaper i vatten, såsom sulfid, järnjoner, natriumsulfit, etc. Vid behandling av avloppsvatten är det därför nödvändigt att på ett heltäckande sätt överväga olika föroreningars bidrag till COD och vidta lämpliga reningsåtgärder för att minska COD-värdet.

Organiskt material är den främsta källan till COD. De inkluderar olika organiska ämnen, suspenderat material och svårnedbrytbara ämnen i avloppsvatten. Den höga COD-halten i avloppsvattnet kommer att utgöra ett stort hot mot vattenmiljön. Behandling och övervakning av COD är en av de viktiga åtgärderna för att förebygga och kontrollera föroreningar. Därför är COD-bestämning en av de vanligaste testmetoderna inom avloppsrening och miljöövervakning.

Bestämningen av COD är en lättanvänd process med hög analytisk känslighet. Bestämningen av COD kan slutföras genom att direkt observera färgförändringen hos provet eller de aktuella eller andra signalerna efter att det kemiska reagenset har titrerats för att generera oxidationsprodukter. När COD-värdet överstiger standarden är det nödvändigt att utföra motsvarande behandling för att undvika miljöföroreningar. Kort sagt, att förstå vad COD betyder spelar en avgörande roll för att skydda vattenmiljön och bedriva föroreningskontroll.

 

3. Effekten av hög COD.

‌COD (kemisk syreförbrukning) är en viktig indikator för att mäta graden av organisk förorening i vattendrag. För höga halter kommer att få allvarliga konsekvenser för flodvattnets kvalitet.‌

Mätningen av COD baseras på mängden oxidant som förbrukas när reducerande ämnen (främst organiskt material) oxideras och sönderdelas i 1 liter vatten under vissa förhållanden. Dessa reducerande ämnen kommer att förbruka en stor mängd löst syre under nedbrytningsprocessen, vilket gör att vattenlevande organismer saknar syre, vilket i sin tur påverkar deras normala tillväxt och överlevnad, och kan orsaka ett stort antal dödsfall i allvarliga fall. Dessutom kommer minskningen av löst syre att påskynda försämringen av vattenkvaliteten, främja korruption och nedbrytning av organiskt material och producera mer giftiga och skadliga ämnen, såsom ammoniakkväve, vilket kommer att orsaka större skada på vattenlevande organismer och vattenkvalitet. Långvarig exponering för avloppsvatten som innehåller höga koncentrationer av organiskt material kan också orsaka allvarliga skador på människors hälsa, t.ex. orsaka mag- och tarmsjukdomar, hudsjukdomar osv. Därför utgör överdriven COD inte bara ett hot mot vattenlevande organismer, utan utgör också en potentiell risk för människors hälsa.

För att skydda vattenmiljön och människors hälsa måste effektiva åtgärder vidtas för att förebygga och kontrollera alltför stor torsk. Det handlar bland annat om att minska utsläppen av organiskt material i industri- och jordbruksverksamhet, samt att stärka reningen och övervakningen av avloppsvatten för att säkerställa att kvaliteten på det utsläppta vattnet uppfyller normerna och därigenom upprätthålla en god ekologisk vattenmiljö.

COD är en indikator på innehållet av organiskt material i vatten. Ju högre COD, desto allvarligare är vattenförekomsten förorenad av organiskt material. När giftigt organiskt material kommer in i vattenkroppen skadar det inte bara organismer i vattenkroppen som fisk, utan kan också berikas i näringskedjan och komma in i människokroppen, vilket orsakar kronisk förgiftning. .

COD har stor inverkan på vattenkvaliteten och den ekologiska miljön. När organiska föroreningar med förhöjd COD-halt kommer in i floder, sjöar och reservoarer, om de inte behandlas i tid, kan mycket organiskt material adsorberas av marken på vattenbotten och ackumuleras under många år. Dessa organismer kommer att orsaka skador på olika organismer i vattnet och kan fortsätta att vara giftiga i flera år. Denna toxiska effekt har två effekter:

Å ena sidan kommer det att orsaka döden för ett stort antal vattenlevande organismer, förstöra den ekologiska balansen i vattenkroppen och till och med direkt förstöra hela flodens ekosystem.

Å andra sidan kommer gifter långsamt att ackumuleras i vattenlevande organismer som fisk och räkor. När människor konsumerar dessa giftiga vattenlevande organismer kommer gifterna att komma in i människokroppen och ackumuleras under många år, vilket leder till oförutsägbara allvarliga konsekvenser som cancer, missbildningar och genmutationer. På samma sätt, om människor använder förorenat vatten för bevattning, kommer grödor också att påverkas, och människor kommer också att andas in en stor mängd skadliga ämnen i processen att äta.

När COD är mycket hög kommer det att orsaka försämring av den naturliga vattenkvaliteten. Anledningen är att självrening av vatten kräver nedbrytning av dessa organiska material. Nedbrytningen av COD kräver med nödvändighet syreförbrukning, och syresättningskapaciteten i vattnet uppfyller inte kraven. DO kommer att sjunka direkt till 0 och bli anaerobt. I anaerob kondition kommer det att fortsätta att sönderdelas (anaerob behandling av mikroorganismer), och vattnet kommer att bli svart och illaluktande (anaeroba mikroorganismer ser väldigt svarta ut och innehåller vätesulfidgas).

 

4. Metoder för behandling av COD

Den första punkten

Fysikalisk metod: Den använder fysisk verkan för att separera suspenderat material eller grumlighet i avloppsvatten, vilket kan avlägsna COD i avloppsvatten. Vanliga metoder är förbehandling av avloppsvatten genom sedimenteringstankar, filtergaller, filter, fettavskiljare, olje-/vattenavskiljare etc. för att helt enkelt avlägsna COD av partiklar i avloppsvattnet.

Den andra punkten

Kemisk metod: Den använder kemiska reaktioner för att avlägsna upplösta ämnen eller kolloidala ämnen i avloppsvatten och kan avlägsna COD i avloppsvatten. Vanliga metoder inkluderar neutralisering, utfällning, oxidation-reduktion, katalytisk oxidation, fotokatalytisk oxidation, mikroelektrolys, elektrolytisk flockning, förbränning, etc.

Den tredje punkten

Fysikalisk och kemisk metod: Den använder fysikaliska och kemiska reaktioner för att avlägsna upplösta ämnen eller kolloidala ämnen i avloppsvatten. Det kan ta bort COD i avloppsvatten. Vanliga metoder inkluderar galler, filtrering, centrifugering, klarning, filtrering, oljeseparation etc.

Den fjärde punkten

Biologisk behandlingsmetod: Den använder mikrobiell metabolism för att omvandla organiska föroreningar och oorganiska mikrobiella näringsämnen i avloppsvatten till stabila och ofarliga ämnen. Vanliga metoder inkluderar aktivslammetoden, biofilmsmetoden, anaerob biologisk rötningsmetod, stabiliseringsdamm och våtmarksbehandling etc.

5. Metod för analys av torskut.

Dikromatmetoden

Standardmetoden för att bestämma kemisk syreförbrukning representeras av den kinesiska standarden GB 11914 "Bestämning av kemisk syreförbrukning av vattenkvalitet med dikromatmetod" och den internationella standarden ISO6060 "Bestämning av kemisk syreförbrukning av vattenkvalitet". Denna metod har hög oxidationshastighet, god reproducerbarhet, noggrannhet och tillförlitlighet och har blivit en klassisk standardmetod som är allmänt erkänd av det internationella samfundet.

Bestämningsprincipen är: i svavelsyramedium används kaliumdikromat som oxidationsmedel, silversulfat används som katalysator och kvicksilversulfat används som maskeringsmedel för kloridjoner. Svavelsyrans surhetsgrad i digestionsreaktionsvätskan är 9 mol/L. Digestionsreaktionsvätskan värms upp till kokning, och kokpunktstemperaturen på 148°C±2°C är digestionstemperaturen. Reaktionen kyls med vatten och återflux i 2 timmar. Efter att digestionsvätskan har svalnat naturligt späds den ut till cirka 140 ml med vatten. Ferroklor används som indikator, och det återstående kaliumdikromatet titreras med ammoniumjärnsulfatlösning. COD-värdet för vattenprovet beräknas baserat på förbrukningen av ammoniumjärnsulfatlösning. Oxidanten som används är kaliumdikromat, och oxidationsmedlet är sexvärt krom, så det kallas dikromatmetoden.

Denna klassiska standardmetod har dock fortfarande brister: återflödesanordningen upptar ett stort experimentutrymme, förbrukar mycket vatten och el, använder en stor mängd reagenser, är obekväm att använda och är svår att mäta snabbt i stora mängder.

Metod med kaliumpermanganat

COD mäts med kaliumpermanganat som oxidationsmedel, och det uppmätta resultatet kallas kaliumpermanganatindex.

Spektrofotometri

Baserat på den klassiska standardmetoden oxiderar kaliumdikromat organiskt material, och sexvärt krom genererar trevärt krom. COD-värdet för vattenprovet bestäms genom att fastställa ett förhållande mellan absorbansvärdet för sexvärt krom eller trevärt krom och COD-värdet för vattenprovet. Enligt ovanstående princip är EPA de mest representativa metoderna utomlands. Metod 0410.4 "Automatisk manuell kolorimetri", ASTM: D1252-2000 "Metod B för bestämning av kemisk syreförbrukning för vattenförseglad rötspektrofotometri" och ISO15705-2002 "Liten förseglad rörmetod för bestämning av kemisk syreförbrukning (COD) för vattenkvalitet". mitt lands enhetliga metod är "Rapid Sealed Catalytic Digestion Method (Including Spectrophotometry)" från den statliga miljöskyddsadministrationen.

Snabb nedbrytningsmetod

Den klassiska standardmetoden är 2h refluxmetoden. För att öka analyshastigheten har man föreslagit olika snabbanalysmetoder. Det finns två huvudmetoder: den ena är att öka koncentrationen av oxidanten i matsmältningsreaktionsystemet, öka surheten hos svavelsyra, öka reaktionstemperaturen och öka katalysatorn för att öka reaktionshastigheten. Den inhemska metoden representeras av GB/T14420-1993 "Analys av pannvatten och kylvatten, kemisk syrebehovsbestämning, kaliumdikromat, snabb metod" och de enhetliga metoder som rekommenderas av State Environmental Protection Administration "Coulometric Method" och "Rapid Closed Catalytic Digestion Method (Including Photometric Method)". Den främmande metoden representeras av den tyska standardmetoden DIN38049 T.43 "Snabb metod för bestämning av kemisk syreförbrukning i vatten".

Jämfört med den klassiska standardmetoden ökar ovanstående metod svavelsyrans surhet i rötningssystemet från 9,0 mg/L till 10,2 mg/L, reaktionstemperaturen från 150 °C till 165 °C och smälttiden från 2 timmar till 10 minuter ~ 15 minuter. Det andra är att ändra den traditionella metoden för nedbrytning genom att värma upp med värmestrålning, och använda mikrovågsnedbrytningsteknik för att förbättra nedbrytningsreaktionshastigheten. På grund av det stora utbudet av mikrovågsugnar och olika effekter är det svårt att testa den enhetliga effekten och tiden för att uppnå bästa smälteffekt. Priset på mikrovågsugnar är också mycket högt, och det är svårt att formulera en enhetlig standardmetod.

Lianhua Technology utvecklade en spektrofotometrisk metod för snabb nedbrytning för kemisk syreförbrukning (COD) 1982, som uppnådde snabb bestämning av COD i avloppsvatten med metoden "10 minuters uppslutning, 20 minuters värde". År 1992 inkluderades detta forsknings- och utvecklingsresultat i den amerikanska "CHEMICAL ABSTRACTS" som ett nytt bidrag till världens kemiska område. Denna metod blev teststandarden för miljöskyddsindustrin i Folkrepubliken Kina 2007 (HJ/T399-2007). Denna metod uppnådde framgångsrikt ett korrekt COD-värde inom 20 minuter. Det är enkelt att använda, bekvämt och snabbt, kräver en liten mängd reagenser, minskar kraftigt föroreningarna som genereras i experimentet och minskar olika kostnader. Principen för denna metod är att smälta vattenprovet som tillsatts med Lianhua Technologys COD-reagens vid 165 grader i 10 minuter vid en våglängd på 420 eller 610 nm, sedan kyla det i 2 minuter och sedan tillsätta 2,5 ml destillerat vatten. COD-resultatet kan erhållas med hjälp av Lianhua Technologys COD-instrument för snabb bestämning.