Kimyasal oksijen ihtiyacı hakkında bilgi sahibi

Kimyasal oksijen ihtiyacı hakkında bilgi sahibi

1. COD'nin tanımı.

KOİ (Kimyasal Oksijen İhtiyacı), bir su numunesi belirli koşullar altında belirli bir güçlü oksidan ile muamele edildiğinde tüketilen oksidan miktarıdır. Sudaki indirgeyici maddelerin miktarının bir göstergesidir. Sudaki indirgeyici maddeler arasında çeşitli organik maddeler, nitritler, sülfürler, demir tuzları vb. bulunur, ancak başlıcaları organik maddelerdir. Bu nedenle, kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) genellikle sudaki organik maddelerin miktarını ölçmek için bir gösterge olarak kullanılır. Kimyasal oksijen ihtiyacı ne kadar fazla olursa, organik maddelerden kaynaklanan su kirliliği o kadar ciddi olur. Kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) tayini, su numunelerinde indirgeyici madde tayini ve tayin yöntemi ile değişmektedir. En sık kullanılan yöntemler asit potasyum permanganat (KMnO4) oksidasyon yöntemi ve potasyum dikromat (K2Cr2O7) oksidasyon yöntemidir. Potasyum permanganat oksidasyon yöntemi düşük bir oksidasyon oranına sahiptir, ancak nispeten basittir ve su numunelerindeki organik içeriğin nispi karşılaştırma değerini belirlerken kullanılabilir. Potasyum dikromat oksidasyon yöntemi, yüksek oksidasyon hızına ve iyi tekrarlanabilirliğe sahiptir ve su numunelerindeki toplam organik madde miktarını belirlemek için uygundur. Organik madde endüstriyel su sistemleri için çok zararlıdır. Açıkça söylemek gerekirse, kimyasal oksijen ihtiyacı ayrıca sudaki inorganik indirgeyici maddeleri de içerir. Genellikle atık sudaki organik madde miktarı inorganik madde miktarından çok daha fazla olduğu için, kimyasal oksijen ihtiyacı genellikle atık sudaki toplam organik madde miktarını temsil etmek için kullanılır. Ölçüm koşulları altında, suda nitrojen içermeyen organik madde, potasyum permanganat ile kolayca oksitlenirken, nitrojen içeren organik maddenin ayrışması daha zordur. Bu nedenle, oksijen ihtiyacı, doğal su veya kolayca oksitlenen organik madde içeren genel atık suların belirlenmesi için uygundur, daha karmaşık bileşenlere sahip organik endüstriyel atık sular ise genellikle kimyasal oksijen ihtiyacı için ölçülür.

Çok miktarda organik madde içeren su, tuzdan arındırma sisteminden geçerken iyon değişim reçinelerini, özellikle anyon değişim reçinelerini kirletecek ve bu da reçinenin değişim kapasitesini azaltacaktır. Organik madde, ön arıtmadan (pıhtılaşma, arıtma ve filtrasyon) sonra yaklaşık %50 oranında azaltılabilir, ancak tuzdan arındırma sisteminde uzaklaştırılamaz, bu nedenle kazan suyunun pH değerini düşürmek için genellikle besleme suyu yoluyla kazana getirilir. Bazen organik maddeler de buhar sistemine getirilebilir ve yoğuşma suyu ile pH'ın düşmesine ve sistem korozyonuna neden olabilir. Dolaşımdaki su sistemindeki yüksek organik madde içeriği, mikrobiyal üremeyi teşvik edecektir. Bu nedenle, tuzdan arındırma, kazan suyu veya sirkülasyon suyu sistemi için olsun, KOİ ne kadar düşükse o kadar iyidir, ancak birleşik bir sınır endeksi yoktur. Sirkülasyonlu soğutma suyu sisteminde KOİ (KMnO4 yöntemi) 5mg/L'den büyük olduğunda, su kalitesi bozulmaya başlamıştır.

İçme suyu standardında, Sınıf I ve Sınıf II suyun kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) ≤15mg/L, Sınıf III suyun kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) ≤20mg/L, Sınıf IV suyun kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) ≤30mg/L ve Sınıf V suyun kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) ≤40mg/L'dir. KOİ değeri ne kadar büyük olursa, su kütlesinin kirlenmesi o kadar ciddi olur.

2. KOİ nasıl üretilir?

KOİ (kimyasal oksijen ihtiyacı) esas olarak su numunesindeki güçlü oksidanlar, özellikle organik maddeler tarafından oksitlenebilen maddelerden elde edilir. Bu organik maddeler, şekerler, sıvı ve katı yağlar, amonyak azotu vb. dahil ancak bunlarla sınırlı olmamak üzere atık sularda ve kirli sularda yaygın olarak bulunur. Bu maddelerin oksidasyonu, sudaki çözünmüş oksijeni tüketir ve böylece kimyasal oksijen ihtiyacını arttırır. Özellikle:

1. Şeker maddeleri: glikoz, fruktoz vb. gibi, gıda işleme endüstrisinden ve biyofarmasötik endüstrisinden gelen atık sularda yaygın olarak bulunur ve KOİ içeriğini artıracaktır.

2. Sıvı ve katı yağlar: Endüstriyel üretim sırasında boşaltılan sıvı ve katı yağları içeren atık sular da KOİ konsantrasyonunda artışa yol açacaktır.

3. Amonyak azotu: KOİ tayinini doğrudan etkilemese de, amonyak azotunun oksidasyonu da atık su arıtımı sırasında oksijen tüketerek dolaylı olarak KOİ değerini etkileyecektir.

Ek olarak, biyolojik olarak parçalanabilen organik maddeler, endüstriyel organik kirleticiler, indirgeyici inorganik maddeler, biyolojik olarak parçalanması zor olan bazı organik maddeler ve mikrobiyal metabolitler dahil olmak üzere kanalizasyonda KOİ üretebilen birçok madde türü vardır. Bu maddelerin oksidasyonu, sudaki çözünmüş oksijeni tüketerek KOİ oluşumuna neden olur. Bu nedenle kimyasal oksijen ihtiyacı, organik maddenin kirlilik derecesini ölçmek ve sudaki inorganik maddeleri azaltmak için önemli bir göstergedir. Sudaki belirli koşullar altında oksidanlar (genellikle potasyum dikromat veya potasyum permanganat) tarafından oksitlenebilen ve ayrışabilen toplam madde miktarını, yani bu maddelerin oksijen tüketme derecesini yansıtır.

1. Organik madde: Organik madde, proteinler, karbonhidratlar ve yağlar gibi biyolojik olarak parçalanabilen organik maddeler de dahil olmak üzere kanalizasyondaki ana KOİ kaynaklarından biridir. Bu organik maddeler, mikroorganizmaların etkisi altında karbondioksit ve suya ayrışabilir.

2. Fenolik maddeler: Fenolik bileşikler genellikle bazı endüstriyel proseslerde atık sularda kirletici olarak kullanılmaktadır. Su ortamı üzerinde ciddi bir etkiye sahip olabilirler ve KOİ içeriğini artırabilirler.

3. Alkollü maddeler: Etanol ve metanol gibi alkollü bileşikler de bazı endüstriyel atık sularda yaygın KOİ kaynaklarıdır.

4. Şeker maddeleri: Glikoz, fruktoz vb. gibi şeker bileşikleri, bazı gıda işleme endüstrilerinden ve biyofarmasötik endüstrilerinden gelen atık sularda yaygın olarak kullanılan bileşenlerdir ve ayrıca KOİ içeriğini de artıracaktır.

5. Gres ve katı yağ: Endüstriyel üretim sırasında deşarj edilen gres ve yağ içeren atık su da KOİ konsantrasyonunda artışa yol açacaktır.

6. Amonyak azotu: Amonyak azotu, KOİ tayinini doğrudan etkilemese de, amonyak azotunun oksidasyonu, atık su arıtma işlemi sırasında oksijen tüketecek ve dolaylı olarak KOİ değerini etkileyecektir.

Ek olarak, KOİ'nin sadece sudaki organik maddelere tepki vermekle kalmayıp, aynı zamanda sülfür, demir iyonları, sodyum sülfit vb. gibi sudaki indirgeyici özelliklere sahip inorganik maddeleri de temsil ettiğini belirtmek gerekir. Bu nedenle, kanalizasyonu arıtırken, çeşitli kirleticilerin KOİ'ye katkısını kapsamlı bir şekilde değerlendirmek ve KOİ değerini azaltmak için uygun arıtma önlemlerini almak gerekir.

Organik madde, KOİ'nin ana kaynağıdır. Kanalizasyonda çeşitli organik maddeleri, askıda kalmış maddeleri ve ayrışması zor maddeleri içerirler. Kanalizasyondaki yüksek KOİ içeriği, su ortamı için büyük bir tehdit oluşturacaktır. KOİ'nin arıtılması ve izlenmesi, kirliliği önlemek ve kontrol etmek için önemli önlemlerden biridir. Bu nedenle KOİ tayini, kanalizasyon arıtımı ve çevresel izlemede yaygın olarak kullanılan test yöntemlerinden biridir.

KOİ tayini, yüksek analitik hassasiyete sahip, kullanımı kolay bir prosestir. KOİ tayini, kimyasal reaktif oksidasyon ürünleri oluşturmak için titre edildikten sonra numunenin renk değişiminin veya akım veya diğer sinyallerin doğrudan gözlemlenmesiyle tamamlanabilir. KOİ değeri standardı aştığında, çevre kirliliğini önlemek için ilgili arıtmanın yapılması gerekir. Kısacası, KOİ'nin ne anlama geldiğini anlamak, su ortamının korunmasında ve kirlilik kontrolünün yürütülmesinde hayati bir rol oynamaktadır.

 

3. Yüksek KOİ'nin etkisi.

‌KOİ (kimyasal oksijen ihtiyacı), su kütlelerindeki organik kirlilik derecesini ölçmek için önemli bir göstergedir. Aşırı içeriğin nehir suyu kalitesi üzerinde ciddi bir etkisi olacaktır.‌

KOİ ölçümü, indirgeyici maddeler (esas olarak organik madde) belirli koşullar altında 1 litre suda oksitlenip ayrıştığında tüketilen oksidan miktarına dayanmaktadır. Bu indirgeyici maddeler, ayrışma işlemi sırasında büyük miktarda çözünmüş oksijen tüketerek suda yaşayan organizmaların oksijensiz kalmasına neden olur, bu da normal büyümelerini ve hayatta kalmalarını etkiler ve ciddi vakalarda çok sayıda ölüme neden olabilir. Ek olarak, çözünmüş oksijenin azalması, su kalitesinin bozulmasını hızlandıracak, organik maddenin bozulmasını ve ayrışmasını teşvik edecek ve suda yaşayan organizmalara ve su kalitesine daha fazla zarar verecek olan amonyak azotu gibi daha toksik ve zararlı maddeler üretecektir. Yüksek konsantrasyonlarda organik madde içeren kanalizasyona uzun süre maruz kalmak da mide-bağırsak hastalıklarına, cilt hastalıklarına vb. nedenlerle insan sağlığına ciddi zararlar verebilir. Bu nedenle, aşırı KOİ sadece suda yaşayan organizmalar için bir tehdit oluşturmakla kalmaz, aynı zamanda insan sağlığı için de potansiyel bir risk oluşturur.

Su, çevre ve insan sağlığını korumak için, aşırı KOİ'yi önlemek ve kontrol etmek için etkili önlemler alınmalıdır. Bu, endüstriyel ve tarımsal faaliyetlerde organik madde deşarjının azaltılmasının yanı sıra, deşarj edilen su kalitesinin standartları karşıladığından emin olmak için atık su arıtımının güçlendirilmesini ve izlenmesini ve böylece iyi bir su ekolojik ortamının sürdürülmesini içerir.

KOİ, sudaki organik madde içeriğinin bir göstergesidir. KOİ ne kadar yüksek olursa, su kütlesi organik madde tarafından o kadar ciddi şekilde kirlenir. Toksik organik madde su kütlesine girdiğinde, sadece balık gibi su kütlesindeki organizmalara zarar vermekle kalmaz, aynı zamanda besin zincirinde zenginleşebilir ve insan vücuduna girerek kronik zehirlenmeye neden olabilir. .

KOİ'nin su kalitesi ve ekolojik çevre üzerinde büyük etkisi vardır. Yüksek KOİ içeriğine sahip organik kirleticiler nehirlere, göllere ve rezervuarlara girdiğinde, zamanında arıtılmazlarsa, birçok organik madde suyun dibindeki toprak tarafından adsorbe edilebilir ve uzun yıllar boyunca birikebilir. Bu organizmalar sudaki çeşitli organizmalara zarar verir ve birkaç yıl boyunca toksik olmaya devam edebilir. Bu toksik etkinin iki etkisi vardır:

Bir yandan, çok sayıda su organizmasının ölümüne neden olacak, su kütlesinin ekolojik dengesini tahrip edecek ve hatta tüm nehir ekosistemini doğrudan yok edecektir.

Öte yandan, balık ve karides gibi suda yaşayan organizmalarda toksinler yavaş yavaş birikecektir. İnsanlar bu toksik su organizmalarını tükettiğinde, toksinler insan vücuduna girecek ve uzun yıllar boyunca birikecek ve kanser, deformiteler ve gen mutasyonları gibi öngörülemeyen ciddi sonuçlara yol açacaktır. Aynı şekilde, insanlar sulama için kirli su kullanırlarsa, mahsuller de etkilenecek ve insanlar yemek yeme sürecinde büyük miktarda zararlı madde soluyacaklardır.

KOİ çok yüksek olduğunda, doğal su kalitesinin bozulmasına neden olacaktır. Bunun nedeni, suyun kendi kendini arıtmasının bu organik maddelerin bozulmasını gerektirmesidir. KOİ'nin bozulması mutlaka oksijen tüketimi gerektirir ve sudaki yeniden oksijenlendirme kapasitesi gereksinimleri karşılamaz. DO doğrudan 0'a düşecek ve anaerobik hale gelecektir. Anaerobik durumda, ayrışmaya devam edecek (mikroorganizmaların anaerobik arıtılması) ve su siyah ve kokulu hale gelecektir (anaerobik mikroorganizmalar çok siyah görünür ve hidrojen sülfür gazı içerir).

 

4. KOİ tedavisi için yöntemler

İlk nokta

Fiziksel yöntem: Atık sudaki askıda kalmış maddeyi veya bulanıklığı ayırmak için fiziksel eylem kullanır, bu da atık sudaki KOİ'yi giderebilir. Yaygın yöntemler arasında, kanalizasyondaki partikül maddenin KOİ'sini basitçe gidermek için çökeltme tankları, filtre ızgaraları, filtreler, gres tutucular, yağ-su ayırıcıları vb. aracılığıyla kanalizasyonun ön arıtımı yer alır.

İkinci nokta

Kimyasal yöntem: Atık sudaki çözünmüş maddeleri veya kolloidal maddeleri uzaklaştırmak için kimyasal reaksiyonlar kullanır ve atık sudaki KOİ'yi giderebilir. Yaygın yöntemler arasında nötralizasyon, çökeltme, oksidasyon-indirgeme, katalitik oksidasyon, fotokatalitik oksidasyon, mikro elektroliz, elektrolitik flokülasyon, yakma vb. bulunur.

Üçüncü nokta

Fiziksel ve kimyasal yöntem: Atık sudaki çözünmüş maddeleri veya kolloidal maddeleri uzaklaştırmak için fiziksel ve kimyasal reaksiyonları kullanır. Atık sudaki KOİ'yi giderebilir. Yaygın yöntemler arasında ızgara, filtrasyon, santrifüjleme, arıtma, filtrasyon, yağ ayırma vb. bulunur.

Dördüncü nokta

Biyolojik arıtma yöntemi: Atık sulardaki organik kirleticileri ve inorganik mikrobiyal besin maddelerini kararlı ve zararsız maddelere dönüştürmek için mikrobiyal metabolizmayı kullanır. Yaygın yöntemler arasında aktif çamur yöntemi, biyofilm yöntemi, anaerobik biyolojik çürütme yöntemi, stabilizasyon havuzu ve sulak alan arıtımı vb. bulunur.

5. KOİ analiz yöntemi.

Dikromat yöntemi

Kimyasal oksijen ihtiyacının belirlenmesi için standart yöntem, Çin standardı GB 11914 "Dikromat Yöntemi ile Su Kalitesinin Kimyasal Oksijen İhtiyacının Belirlenmesi" ve uluslararası standart ISO6060 "Su Kalitesinin Kimyasal Oksijen İhtiyacının Belirlenmesi" ile temsil edilmektedir. Bu yöntem yüksek oksidasyon oranına, iyi tekrarlanabilirliğe, doğruluğa ve güvenilirliğe sahiptir ve uluslararası toplum tarafından genel olarak tanınan klasik bir standart yöntem haline gelmiştir.

Belirleme prensibi şudur: sülfürik asit asit ortamında, oksidan olarak potasyum dikromat kullanılır, katalizör olarak gümüş sülfat kullanılır ve klorür iyonları için bir maskeleme maddesi olarak cıva sülfat kullanılır. Sindirim reaksiyonu sıvısının sülfürik asit asitliği 9 mol/L'dir. Sindirim reaksiyonu sıvısı kaynamaya kadar ısıtılır ve 148°C±2°C kaynama noktası sıcaklığı sindirim sıcaklığıdır. Reaksiyon su ile soğutulur ve 2 saat geri akıtılır. Sindirim sıvısı doğal olarak soğutulduktan sonra, su ile yaklaşık 140 ml'ye seyreltilir. İndikatör olarak ferroklor kullanılır ve kalan potasyum dikromat, amonyum demir sülfat çözeltisi ile titre edilir. Su numunesinin KOİ değeri, amonyum demir sülfat çözeltisinin tüketimine göre hesaplanır. Kullanılan oksidan potasyum dikromattır ve oksitleyici ajan altı değerlikli kromdur, bu nedenle dikromat yöntemi olarak adlandırılır.

Bununla birlikte, bu klasik standart yöntemin hala eksiklikleri vardır: reflü cihazı geniş bir deney alanı kaplar, çok fazla su ve elektrik tüketir, çok miktarda reaktif kullanır, çalıştırılması elverişsizdir ve büyük miktarlarda hızlı bir şekilde ölçülmesi zordur.

Potasyum permanganat yöntemi

KOİ, oksidan olarak potasyum permanganat kullanılarak ölçülür ve ölçülen sonuca potasyum permanganat indeksi denir.

Spektrofotometri

Klasik standart yönteme dayanarak, potasyum dikromat organik maddeyi oksitler ve altı değerlikli krom, üç değerlikli krom üretir. Su numunesinin KOİ değeri, altı değerlikli krom veya üç değerlikli kromun absorbans değeri ile su numunesinin KOİ değeri arasında bir ilişki kurularak belirlenir. Yukarıdaki prensibi kullanarak, yurtdışındaki en temsili yöntemler EPA'dır. Yöntem 0410.4 "Otomatik Manuel Kolorimetri", ASTM: D1252-2000 "Su sızdırmaz sindirim spektrofotometrisinin kimyasal oksijen ihtiyacının belirlenmesi için Yöntem B" ve ISO15705-2002 "Su Kalitesinin Kimyasal Oksijen İhtiyacının (KOİ) Belirlenmesi için Küçük Sızdırmaz Tüp Yöntemi". Ülkemin birleşik yöntemi, Devlet Çevre Koruma İdaresi'nin "Hızlı Mühürlü Katalitik Sindirim Yöntemi (Spektrofotometri Dahil)" dir.

Hızlı Sindirim Yöntemi

Klasik standart yöntem 2h reflü yöntemidir. Analiz hızını artırmak için insanlar çeşitli hızlı analiz yöntemleri önermişlerdir. İki ana yöntem vardır: birincisi, sindirim reaksiyon sistemindeki oksidan konsantrasyonunu arttırmak, sülfürik asidin asitliğini arttırmak, reaksiyon sıcaklığını arttırmak ve reaksiyon hızını arttırmak için katalizörü arttırmaktır. Yerli yöntem, GB / T14420-1993 "Kazan Suyu ve Soğutma Suyu Kimyasal Oksijen İhtiyacı Tayini Potasyum Dikromat Hızlı Yönteminin Analizi" ve Devlet Çevre Koruma İdaresi tarafından önerilen birleşik yöntemler "Kulometrik Yöntem" ve "Hızlı Kapalı Katalitik Sindirim Yöntemi (Fotometrik Yöntem Dahil)" ile temsil edilmektedir. Yabancı yöntem, Alman standart yöntemi DIN38049 T.43 "Suyun Kimyasal Oksijen İhtiyacının Belirlenmesi için Hızlı Yöntem" ile temsil edilmektedir.

Klasik standart yöntemle karşılaştırıldığında, yukarıdaki yöntem, sindirim sisteminin sülfürik asit asitliğini 9.0 mg/L'den 10.2 mg/L'ye, reaksiyon sıcaklığını 150°C'den 165°C'ye ve sindirim süresini 2 saatten 10dk~15dk'ya çıkarır. İkincisi, termal radyasyonla ısıtarak geleneksel sindirim yöntemini değiştirmek ve sindirim reaksiyon hızını artırmak için mikrodalga sindirim teknolojisini kullanmaktır. Çok çeşitli mikrodalga fırınlar ve farklı güçler nedeniyle, en iyi sindirim etkisini elde etmek için birleşik gücü ve zamanı test etmek zordur. Mikrodalga fırınların fiyatı da çok yüksektir ve birleşik bir standart yöntem formüle etmek zordur.

Lianhua Technology, 1982 yılında kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) için hızlı bir sindirim spektrofotometrik yöntemi geliştirdi ve bu da "10 dakika sindirim, 20 dakika değeri" yöntemiyle kanalizasyonda KOİ'nin hızlı bir şekilde belirlenmesini sağladı. 1992 yılında bu araştırma ve geliştirme sonucu, dünya kimya alanına yeni bir katkı olarak Amerikan "CHEMICAL ABSTRACTS" dergisine dahil edildi. Bu yöntem, 2007 yılında Çin Halk Cumhuriyeti'nin çevre koruma endüstrisinin test standardı haline geldi (HJ/T399-2007). Bu yöntem, 20 dakika içinde başarılı bir şekilde doğru bir KOİ değeri elde etti. Kullanımı basit, kullanışlı ve hızlıdır, az miktarda reaktif gerektirir, deneyde üretilen kirliliği büyük ölçüde azaltır ve çeşitli maliyetleri azaltır. Bu yöntemin prensibi, Lianhua Technology'nin KOİ reaktifi ile eklenen su örneğinin 165 derecede 420 veya 610nm dalga boyunda 10 dakika boyunca sindirilmesi, ardından 2 dakika soğutulması ve ardından 2.5 ml damıtılmış su eklenmesidir. KOİ sonucu, Lianhua Technology'nin KOİ hızlı belirleme aracı kullanılarak elde edilebilir.