знання потреб хімічного кисню

знання потреб хімічного кисню

1. Визначення ГПК.

COD (Chemical Oxygen Demand) — це кількість окислювача, що споживається, коли зразок води обробляється певним сильним окислювачем за певних умов. Він є показником кількості відновлюючих речовин у воді. До відновників у воді належать різноманітні органічні речовини, нітрити, сульфіди, солі двовалентного заліза та ін., але основними з них є органічні речовини. Тому хімічне споживання кисню (ХПК) часто використовується як індикатор для вимірювання кількості органічних речовин у воді. Чим більше хімічна потреба в кисні, тим серйозніше забруднення води органічними речовинами. Визначення хімічного споживання кисню (ХПК) залежить від визначення відновлюючих речовин у пробах води та методу визначення. Найбільш часто використовуваними методами є метод окислення кислим перманганатом калію (KMnO4) і метод окислення біхроматом калію (K2Cr2O7). Метод окислення перманганатом калію має низьку швидкість окислення, але відносно простий і може використовуватися при визначенні відносного порівняльного значення вмісту органіки в пробах води. Метод окислення дихроматом калію має високу швидкість окислення та хорошу відтворюваність і підходить для визначення загальної кількості органічної речовини у пробах води. Органічні речовини дуже шкідливі для промислових водопровідних систем. Строго кажучи, хімічна потреба в кисні також включає неорганічні відновлюючі речовини у воді. Зазвичай, оскільки кількість органічних речовин у стічних водах значно перевищує кількість неорганічних речовин, хімічна потреба в кисні зазвичай використовується для представлення загальної кількості органічної речовини у стічних водах. В умовах вимірювання органічні речовини без азоту у воді легко окислюються перманганатом калію, тоді як органічні речовини, що містять азот, важче розкладаються. Таким чином, потреба в кисні підходить для визначення природної води або загальних стічних вод, що містять органічні речовини, які легко окислюються, тоді як органічні промислові стічні води з більш складними компонентами часто вимірюються на хімічну потребу в кисні.

Вода, що містить велику кількість органічних речовин, забруднює іонообмінні смоли під час проходження через систему опріснення, особливо аніонообмінні смоли, що зменшить обмінну здатність смоли. Органічні речовини можуть бути зменшені приблизно на 50% після попередньої обробки (коагуляція, освітлення та фільтрація), але їх неможливо видалити в системі опріснення, тому їх часто вводять у котел через живильну воду, щоб зменшити значення pH котлової води. Іноді до парової системи та конденсату можуть потрапляти органічні речовини, що спричиняє зниження рН і корозію системи. Високий вміст органічних речовин в системі оборотної води сприятиме розмноженню мікробів. Таким чином, для опріснення води, котлової води чи системи циркуляційної води, чим нижчий ХПК, тим краще, але єдиного граничного індексу не існує. Коли ХПК (метод KMnO4) перевищує 5 мг/л у системі циркуляційної охолоджувальної води, якість води починає погіршуватися.

У стандарті питної води хімічне споживання кисню (COD) для води класу I та класу II становить ≤15 мг/л, хімічне споживання кисню (COD) для води класу III становить ≤20 мг/л, хімічне споживання кисню (COD) для води класу IV становить ≤30 мг/л, а хімічне споживання кисню (COD) для води класу V становить ≤40 мг/л. Чим більше значення ГПК, тим серйозніше забруднення водойми.

2. Як виробляється COD?

ХПК (хімічна потреба в кисні) в основному походить від речовин у зразку води, які можуть окислюватися сильними окислювачами, особливо органічними речовинами. Ці органічні речовини широко присутні в стічних і забруднених водах, включаючи, але не обмежуючись цим, цукор, олії та жири, аміачний азот тощо. Окиснення цих речовин споживає розчинений у воді кисень, тим самим збільшуючи хімічну потребу в кисні. зокрема:

1. Речовини цукру: такі як глюкоза, фруктоза тощо, зазвичай зустрічаються у стічних водах харчової промисловості та біофармацевтичної промисловості, і вони збільшують вміст ГПК.

2. Олії та жири: Стічні води, що містять олії та жири, що скидаються під час промислового виробництва, також призведуть до збільшення концентрації ГПК.

3. Амоніачний азот: хоча це безпосередньо не впливає на визначення COD, окислення аміачного азоту також споживатиме кисень під час очищення стічних вод, що опосередковано впливає на значення COD.

Крім того, існує багато типів речовин, які можуть утворювати ГПК у стічних водах, включаючи органічні речовини, що біологічно розкладаються, промислові органічні забруднювачі, відновлюючі неорганічні речовини, деякі органічні речовини, які важко піддаються біологічному розкладу, і мікробні метаболіти. Окислення цих речовин споживає розчинений у воді кисень, що призводить до утворення ГПК. Тому хімічна потреба в кисні є важливим показником для вимірювання ступеня забруднення органічних речовин і зменшення неорганічних речовин у воді. Він відображає загальну кількість речовин у воді, які за певних умов можуть окислюватися і розкладатися окислювачами (зазвичай біхроматом калію або перманганатом калію), тобто ступінь споживання цими речовинами кисню.

1. Органічна речовина: органічна речовина є одним із основних джерел ХПК у стічних водах, включаючи органічні речовини, що біологічно розкладаються, такі як білки, вуглеводи та жири. Ці органічні речовини можуть розкладатися на вуглекислий газ і воду під дією мікроорганізмів.

2. Фенольні речовини: фенольні сполуки часто використовуються як забруднювачі стічних вод у деяких промислових процесах. Вони можуть мати серйозний вплив на водне середовище та підвищити вміст ГПК.

3. Спиртові речовини: Спиртові сполуки, такі як етанол і метанол, також є поширеними джерелами ГПК у деяких промислових стічних водах.

4. Речовини цукру: сполуки цукру, такі як глюкоза, фруктоза тощо, є звичайними компонентами стічних вод деяких підприємств харчової та біофармацевтичної промисловості, і вони також збільшують вміст ГПК.

5. Жир і жир: Стічні води, що містять жир і жир, що скидаються під час промислового виробництва, також призведуть до збільшення концентрації ГПК.

6. Амоніачний азот: хоча аміачний азот не впливає безпосередньо на визначення COD, окислення аміачного азоту також споживатиме кисень під час процесу очищення стічних вод, що опосередковано впливає на значення COD.

Крім того, варто зазначити, що ХПК не тільки реагує на органічні речовини у воді, але також являє собою неорганічні речовини з відновними властивостями у воді, такі як сульфід, іони двовалентного заліза, сульфіт натрію тощо. Тому при очищенні стічних вод необхідно всебічно враховувати внесок різних забруднюючих речовин у ГПК та вживати відповідних заходів очищення для зниження значення ГПК.

Основним джерелом ХПК є органічні речовини. До них відносяться різноманітні органічні речовини, зважені речовини та важкорозкладні речовини стічних вод. Високий вміст ГПК у стічних водах становитиме велику загрозу водному середовищу. Очищення та моніторинг ХПК є одним із важливих заходів запобігання та контролю забруднення. Таким чином, визначення ГПК є одним із широко використовуваних методів тестування в очищенні стічних вод і моніторингу навколишнього середовища.

Визначення ХПК є простим в експлуатації процесом з високою аналітичною чутливістю. Визначення COD можна завершити безпосереднім спостереженням зміни кольору зразка або струму чи інших сигналів після титрування хімічного реагенту для утворення продуктів окислення. Коли значення COD перевищує стандарт, необхідно провести відповідну обробку, щоб уникнути забруднення навколишнього середовища. Коротше кажучи, розуміння того, що означає COD, відіграє життєво важливу роль у захисті водного середовища та контролі забруднення.

3. Вплив високого ХПК.

‌ХПК (хімічне споживання кисню) є важливим показником для вимірювання ступеня органічного забруднення водойм. Надмірний вміст матиме серйозний вплив на якість річкової води.‌

Вимірювання ГПК базується на кількості окислювача, який споживається, коли відновники (в основному органічні речовини) окислюються та розкладаються в 1 літрі води за певних умов. Ці відновлюючі речовини будуть споживати велику кількість розчиненого кисню під час процесу розкладання, спричиняючи водним організмам нестачу кисню, що, у свою чергу, впливає на їхній нормальний ріст і виживання, а також може спричинити велику кількість смертей у важких випадках. Крім того, зменшення вмісту розчиненого кисню прискорить погіршення якості води, сприятиме руйнуванню та розкладанню органічних речовин і вироблятиме більше токсичних і шкідливих речовин, таких як аміачний азот, що завдасть більшої шкоди водним організмам і якості води. Тривалий вплив стічних вод, що містять високі концентрації органічних речовин, також може завдати серйозної шкоди здоров’ю людини, наприклад, спричинити захворювання шлунково-кишкового тракту, шкірні захворювання тощо. Таким чином, надмірний ХПК становить загрозу не лише для водних організмів, але й потенційний ризик для здоров’я людини.

Щоб захистити водне середовище та здоров’я людини, необхідно вжити ефективних заходів для запобігання та контролю надлишкового ХПК. Це включає в себе зменшення скидання органічних речовин під час промислової та сільськогосподарської діяльності, а також посилення очищення стічних вод і моніторингу для забезпечення того, щоб якість скиданої води відповідала стандартам, таким чином підтримуючи хороше екологічне середовище води.

ГПК – показник вмісту органічних речовин у воді. Чим вище ХПК, тим серйозніше водойма забруднюється органічними речовинами. Коли токсична органічна речовина потрапляє у водойму, вона не тільки шкодить організмам у водоймі, наприклад рибі, але також може збагачуватися в харчовому ланцюзі та потрапляти в організм людини, викликаючи хронічне отруєння. .

ХПК має великий вплив на якість води та екологічне середовище. Коли органічні забруднювачі з підвищеним вмістом ГПК потрапляють у річки, озера та водосховища, якщо їх не обробити вчасно, багато органічних речовин можуть адсорбуватися ґрунтом на дні води та накопичуватися протягом багатьох років. Ці організми завдадуть шкоди різним організмам у воді та можуть залишатися токсичними протягом кількох років. Цей токсичний ефект має два наслідки:

З одного боку, це спричинить загибель великої кількості гідробіонтів, порушить екологічну рівновагу водойми та навіть безпосередньо знищить всю річкову екосистему.

З іншого боку, токсини повільно накопичуються у водних організмах, таких як риба та креветки. Після того, як люди споживають ці токсичні водні організми, токсини потрапляють в людський організм і накопичуються протягом багатьох років, що призводить до непередбачуваних серйозних наслідків, таких як рак, деформації та генні мутації. Так само, якщо люди використовують для поливу забруднену воду, постраждають і посіви, а також люди вдихають велику кількість шкідливих речовин у процесі їжі.

Коли ХПК дуже високий, це призведе до погіршення якості природної води. Причина полягає в тому, що самоочищення води вимагає деградації цих органічних речовин. Деградація ГПК обов’язково вимагає споживання кисню, а здатність до реоксигенації у воді не відповідає вимогам. DO впаде безпосередньо до 0 і стане анаеробним. В анаеробному стані він продовжуватиме розкладатися (анаеробна обробка мікроорганізмів), а вода стане чорною та смердючою (анаеробні мікроорганізми виглядають дуже чорними та містять сірководень).

4. Методи лікування ГКС

Пункт перший

Фізичний метод: він використовує фізичну дію для відділення зважених речовин або каламутності в стічних водах, що може видалити ГПК у стічних водах. Звичайні методи включають попередню обробку стічних вод через відстійники, фільтрувальні решітки, фільтри, жироуловлювачі, масляно-водяні сепаратори тощо, щоб просто видалити ГПК твердих часток у стічних водах.

Пункт другий

Хімічний метод: він використовує хімічні реакції для видалення розчинених речовин або колоїдних речовин у стічних водах і може видалити ГПК у стічних водах. Загальні методи включають нейтралізацію, осадження, окиснення-відновлення, каталітичне окислення, фотокаталітичне окислення, мікроелектроліз, електролітичну флокуляцію, спалювання тощо.

Пункт третій

Фізико-хімічний метод: він використовує фізичні та хімічні реакції для видалення розчинених або колоїдних речовин у стічній воді. Він може видалити COD у стічних водах. Загальні методи включають сітку, фільтрацію, центрифугування, освітлення, фільтрацію, відділення олії тощо.

Четвертий пункт

Метод біологічного очищення: він використовує мікробний метаболізм для перетворення органічних забруднювачів і неорганічних мікробних поживних речовин у стічних водах на стабільні та нешкідливі речовини. Загальні методи включають метод активного мулу, метод біоплівки, метод анаеробного біологічного зброджування, стабілізаційний ставок і очищення заболочених угідь тощо.

5. Метод аналізу ГПК.

Дихроматний метод

Стандартний метод визначення хімічного споживання кисню представлений китайським стандартом GB 11914 «Визначення хімічного споживання кисню якості води дихроматним методом» і міжнародним стандартом ISO6060 «Визначення хімічного споживання кисню якості води». Цей метод має високу швидкість окислення, хорошу відтворюваність, точність і надійність і став класичним стандартним методом, загальновизнаним міжнародним співтовариством.

Принцип визначення такий: у сірчанокислому середовищі дихромат калію використовується як окислювач, сульфат срібла використовується як каталізатор, а сульфат ртуті використовується як маскувальний агент для іонів хлориду. Сірчанокислотна кислотність реакційної рідини зброджування становить 9 моль/л. Рідину реакції травлення нагрівають до кипіння, і температура кипіння 148℃±2℃ є температурою травлення. Реакційну суміш охолоджують водою і кип'ятять із зворотним холодильником протягом 2 годин. Після того, як травна рідина охолоджується природним шляхом, її розбавляють приблизно до 140 мл водою. Як індикатор використовують ферохлор, а решту дихромату калію титрують розчином залізного купоросу амонію. Значення ГПК проби води розраховується за витратою розчину залізного купоросу амонію. В якості окислювача використовується біхромат калію, а в якості окислювача — шестивалентний хром, тому його називають дихроматним методом.

Однак цей класичний стандартний метод все ще має недоліки: рефлюксний пристрій займає великий експериментальний простір, споживає багато води та електроенергії, використовує велику кількість реагентів, незручний в експлуатації та важко швидко виміряти у великих кількостях.

Метод перманганату калію

ГПК вимірюється з використанням перманганату калію як окислювача, а виміряний результат називається індексом перманганату калію.

Спектрофотометрія

Базуючись на класичному стандартному методі, дихромат калію окислює органічні речовини, а шестивалентний хром генерує тривалентний хром. Значення COD зразка води визначається шляхом встановлення співвідношення між значенням поглинання шестивалентного або тривалентного хрому та значенням COD зразка води. Використовуючи вищевказаний принцип, найбільш репрезентативними методами за кордоном є EPA.Method 0410.4 «Автоматична ручна колориметрія», ASTM: D1252-2000 «Метод B для визначення хімічної потреби в кисні спектрофотометрії з водним розщепленням» та ISO15705-2002 «Метод малої герметичної трубки для визначення хімічної потреби в кисні». (COD) якості води». Уніфікованим методом моєї країни є «Метод швидкого герметичного каталітичного зброджування (включаючи спектрофотометрію)» Державного управління охорони навколишнього середовища.

Метод швидкого травлення

Класичним стандартним методом є 2-годинний метод рефлюксу. Щоб збільшити швидкість аналізу, люди запропонували різні методи швидкого аналізу. Існує два основні методи: один полягає у збільшенні концентрації окислювача в системі реакції травлення, підвищенні кислотності сірчаної кислоти, підвищенні температури реакції та збільшенні каталізатора для збільшення швидкості реакції. Вітчизняний метод представлений GB/T14420-1993 "Analysis of Boiler Water and Cooling Water Chemical Oxygen Determination Rapid Method Potassium Dichromate Rapid Method" та уніфікованими методами, рекомендованими Державним управлінням охорони навколишнього середовища "Coulometric Method" і "Rapid Closed Catalytic Digestion Method (Includes Photometric Method)". Закордонний метод представлений німецьким стандартним методом DIN38049 T.43 «Швидкий метод визначення хімічної потреби води у кисні».

У порівнянні з класичним стандартним методом вищевказаний метод підвищує кислотність сірчаної кислоти травної системи з 9,0 мг/л до 10,2 мг/л, температуру реакції від 150 ℃ до 165 ℃ і час травлення з 2 годин до 10 хвилин ~ 15 хвилин. По-друге, змінити традиційний метод травлення шляхом нагрівання тепловим випромінюванням і використовувати технологію мікрохвильового травлення для покращення швидкості реакції травлення. Через велику різноманітність мікрохвильових печей і різної потужності важко перевірити єдину потужність і час, щоб досягти найкращого ефекту травлення. Ціна мікрохвильових печей також дуже висока, і важко сформулювати єдиний стандартний метод.

У 1982 році компанія Lianhua Technology розробила спектрофотометричний метод швидкого розщеплення для хімічного споживання кисню (ХПК), який дозволив швидко визначити ХПК у стічних водах за допомогою методу «10 хвилин розщеплення, 20 хвилин значення». У 1992 році цей результат досліджень і розробок був включений в американський «CHEMICAL ABSTRACTS» як новий внесок у світову хімічну галузь. У 2007 році цей метод став стандартом тестування промисловості охорони навколишнього середовища Китайської Народної Республіки (HJ/T399-2007). Цей метод успішно досягнув точного значення COD протягом 20 хвилин. Він простий в експлуатації, зручний і швидкий, вимагає невеликої кількості реагентів, значно зменшує забруднення, що утворюється в експерименті, і зменшує різні витрати. Принцип цього методу полягає в перетравленні зразка води, доданого реагентом COD від Lianhua Technology, при 165 градусах протягом 10 хвилин на довжині хвилі 420 або 610 нм, потім охолодженні протягом 2 хвилин і додаванні 2,5 мл дистильованої води. Результат COD можна отримати за допомогою інструменту швидкого визначення COD компанії Lianhua Technology.