7. Tổng nhu cầu oxy là gì?
Tổng nhu cầu oxy (TOD) đề cập đến lượng oxy cần thiết khi giảm các chất (chủ yếu là chất hữu cơ) trong nước được đốt cháy ở nhiệt độ cao để trở thành oxit ổn định và kết quả được đo bằng Mg/L. Giá trị TOD có thể phản ánh lượng oxy cần thiết khi hầu hết tất cả các chất hữu cơ trong nước (bao gồm carbon C, hydro H, oxy O, nitơ N, phốt pho P, lưu huỳnh và các thành phần khác) được đốt cháy để trở thành CO2, H2O, NOX, SO2 và các thành phần khác. Có thể thấy rằng giá trị TOD thường lớn hơn giá trị CODCR. Hiện tại, đất nước của tôi đã không đưa TOD về tiêu chuẩn chất lượng nước, mà chỉ áp dụng nó trong nghiên cứu lý thuyết về xử lý nước thải. Nguyên tắc xác định TOD là tiêm một lượng mẫu nước nhất định vào dòng oxy với hàm lượng oxy đã biết và gửi nó vào ống đốt thạch anh với thép bạch kim làm chất xúc tác. Nó đốt cháy ngay lập tức ở nhiệt độ cao 900oC và chất hữu cơ trong mẫu nước bị oxy hóa, tiêu thụ oxy trong dòng oxy. Lượng oxy ban đầu trong dòng oxy trừ oxy còn lại là tổng nhu cầu oxy. Lượng oxy trong dòng oxy có thể được đo bằng các điện cực, do đó việc đo TOD chỉ mất vài phút.
8. Nhu cầu oxy sinh hóa là gì?
Tên đầy đủ của nhu cầu oxy sinh hóa là nhu cầu oxy sinh hóa, được viết tắt là BOD. Nó chỉ ra lượng oxy hòa tan được tiêu thụ trong quá trình oxy hóa sinh hóa của các vi sinh vật hiếu khí phân hủy chất hữu cơ trong nước ở nhiệt độ 20oC và aerobic, đó là lượng oxy cần thiết cho sự ổn định của chất hữu cơ phân hủy sinh học trong nước, trong mg/L. BOD không chỉ bao gồm lượng oxy tiêu thụ bởi sự tăng trưởng và sinh sản hoặc hô hấp của các vi sinh vật hiếu khí trong nước, mà cả lượng oxy tiêu thụ bằng cách giảm các chất vô cơ như sulfide và sắt sắt, nhưng tỷ lệ của phần này thường rất nhỏ. Do đó, giá trị BOD càng lớn, càng có nhiều chất hữu cơ trong nước.
Trong điều kiện hiếu khí, sự phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật được chia thành hai quá trình: giai đoạn oxy hóa của chất hữu cơ chứa carbon và giai đoạn nitrat hóa của chất hữu cơ chứa nitơ. Trong điều kiện tự nhiên ở 20oC, phải mất hơn 100 ngày để chất hữu cơ bị oxy hóa đến giai đoạn nitrat hóa, nghĩa là để đạt được sự phân hủy và ổn định hoàn toàn. Tuy nhiên, trên thực tế, BOD20 nhu cầu oxy sinh hóa là 20 ngày ở 20OC thường được sử dụng để đại diện cho nhu cầu oxy hóa học hoàn chỉnh. Trong các ứng dụng sản xuất, 20 ngày vẫn còn quá dài và BOD5 nhu cầu oxy sinh hóa là 5 ngày ở 20OC thường được sử dụng như một chỉ số để đo hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải. Kinh nghiệm cho thấy BOD5 của nước thải trong nước và nước thải công nghiệp khác nhau là khoảng 70 ~ 80% số lượng oxy sinh hóa hoàn chỉnh BOD20.
BOD5 là một thông số quan trọng để xác định tải trọng của các nhà máy xử lý nước thải. Giá trị BOD5 có thể được sử dụng để tính toán lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa chất hữu cơ trong nước thải. Lượng oxy cần thiết cho sự ổn định của chất hữu cơ chứa carbon có thể được gọi là carbon BOD5. Nếu bị oxy hóa thêm, phản ứng nitrat hóa có thể xảy ra và lượng oxy cần thiết cho vi khuẩn nitrat hóa để chuyển đổi nitơ amoniac thành nitro nitro và nitro nitro nitro có thể được gọi là nitrat hóa BOD5. Các nhà máy xử lý nước thải thứ cấp nói chung chỉ có thể loại bỏ carbon BOD5, nhưng không phải là BOD5 nitrat hóa. Do phản ứng nitrat hóa là không thể tránh khỏi trong quá trình xử lý sinh học trong việc loại bỏ carbon BOD5, giá trị đo của BOD5 cao hơn mức tiêu thụ oxy thực tế của chất hữu cơ.
Đo lường BOD mất nhiều thời gian và phép đo BOD5 thường được sử dụng mất 5 ngày, do đó, thường chỉ có thể được sử dụng để đánh giá hiệu ứng quá trình và quy định quy trình dài hạn. Đối với một nhà máy xử lý nước thải cụ thể, mối tương quan giữa BOD5 và CODCR có thể được thiết lập và giá trị BOD5 có thể được CODCR ước tính gần như để hướng dẫn việc điều chỉnh quá trình điều trị.
9. Nhu cầu oxy hóa học là gì?
Nhu cầu oxy hóa học là nhu cầu oxy hóa học trong tiếng Anh. Nó đề cập đến lượng oxy được chuyển đổi từ chất oxy hóa được tiêu thụ bởi phản ứng của chất hữu cơ trong nước với các chất oxy hóa mạnh (như kali dichromate, kali permanganate, v.v.) trong một số điều kiện nhất định, được đo bằng mg/L oxy.
Khi kali dichromate được sử dụng như một chất oxy hóa, hầu hết (tất cả (90%~ 95%) chất hữu cơ trong nước có thể bị oxy hóa. Lượng oxy được chuyển đổi từ chất oxy hóa tiêu thụ là những gì thường được gọi là nhu cầu oxy hóa học, thường được viết tắt là CODCR (xem GB 11914--89 cho các phương pháp phân tích cụ thể). Giá trị CODCR của nước thải không chỉ bao gồm mức tiêu thụ oxy cho quá trình oxy hóa hầu hết tất cả các chất hữu cơ trong nước, mà còn bao gồm mức tiêu thụ oxy để oxy hóa các chất vô cơ như nitrite, muối sắt và sunfua trong nước.
10. Chỉ số kali permanganate (tiêu thụ oxy) là gì?
Nhu cầu oxy hóa học được đo bằng kali permanganate làm chất oxy hóa được gọi là chỉ số kali permanganate (xem GB 11892--89 cho các phương pháp phân tích cụ thể) hoặc tiêu thụ oxy, viết tắt là CODMN hoặc OC trong tiếng Anh và đơn vị là Mg/L.
Do kali permanganate có khả năng oxy hóa yếu hơn so với kali dichromate, nên giá trị cụ thể của chỉ số kali permanganate của cùng một mẫu nước thường thấp hơn giá trị CODCR của nó, nghĩa là CODMN chỉ có thể chỉ ra hàm lượng của các chất hữu cơ hoặc vô cơ dễ bị oxy hóa trong nước. Do đó, quốc gia của tôi và nhiều quốc gia như Châu Âu và Hoa Kỳ sử dụng CODCR làm chỉ số toàn diện để kiểm soát ô nhiễm hữu cơ, và chỉ sử dụng CODMN chỉ số kali permanganate làm chỉ số để đánh giá và theo dõi hàm lượng hữu cơ của các vùng nước mặt như nước biển, sông, hồ hoặc nước uống.
Vì kali permanganate hầu như không có tác dụng oxy hóa đối với các chất hữu cơ như benzen, cellulose, axit hữu cơ và axit amin, và kali dichromate có thể oxy hóa hầu hết các chất hữu cơ này, nên sử dụng CODCR như một thông số để chỉ ra mức độ ô nhiễm nước thải và kiểm soát quá trình xử lý thép. Tuy nhiên, vì chỉ số kali permanganate CODMN rất đơn giản và nhanh chóng để xác định, CODMN vẫn được sử dụng để chỉ ra mức độ ô nhiễm, nghĩa là lượng chất hữu cơ trong đó, khi đánh giá chất lượng nước của nước mặt tương đối sạch.
11. Làm thế nào để xác định khả năng phân hủy sinh học của nước thải bằng cách phân tích BOD5 và CODCR của nó?
Khi nước chứa chất hữu cơ độc hại, giá trị BOD5 trong nước thải không thể được xác định chính xác. Giá trị CODCR có thể xác định chính xác hơn hàm lượng chất hữu cơ trong nước, nhưng giá trị CODCR không thể phân biệt giữa các chất phân hủy sinh học và không phân hủy sinh học. Mọi người đã quen với việc sử dụng BOD5/CODCR của nước thải để xác định khả năng phân hủy sinh học của nó. Người ta thường tin rằng nếu BOD5/CODCR của nước thải lớn hơn 0,3, nó có thể được xử lý bằng phân hủy sinh học. Nếu BOD5/CODCR của nước thải thấp hơn 0,2, chỉ có các phương pháp khác có thể được xem xét để điều trị.
12. Mối quan hệ giữa BOD5 và CODCR là gì?
BOD5 nhu cầu oxy sinh hóa cho thấy lượng oxy cần thiết cho sự phân hủy sinh hóa của các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải, có thể giải thích trực tiếp vấn đề theo nghĩa sinh hóa. Do đó, BOD5 không chỉ là một chỉ số chất lượng nước quan trọng, mà còn là một thông số kiểm soát cực kỳ quan trọng trong xử lý sinh học của nước thải. Tuy nhiên, BOD5 cũng phải chịu những hạn chế nhất định trong việc sử dụng. Đầu tiên, thời gian đo tương đối dài (5 ngày), không thể phản ánh và hướng dẫn hoạt động của thiết bị xử lý nước thải một cách kịp thời. Thứ hai, vì một số nước thải công nghiệp không có điều kiện tăng trưởng và sinh sản của vi sinh vật (chẳng hạn như sự hiện diện của chất hữu cơ độc hại), giá trị BOD5 của nó không thể được đo lường.
CODCR nhu cầu oxy hóa học phản ánh nội dung của hầu hết các chất hữu cơ và giảm chất vô cơ trong nước thải, nhưng nó không thể giải thích trực tiếp vấn đề theo nghĩa sinh hóa như BOD5 nhu cầu oxy sinh hóa. Nói cách khác, giá trị CODCR của nước thải có thể xác định chính xác hàm lượng chất hữu cơ trong nước, nhưng giá trị CODCR không thể phân biệt giữa chất hữu cơ phân hủy sinh học và chất hữu cơ không phân hủy sinh học.
Giá trị CODCR của nhu cầu oxy hóa học thường cao hơn giá trị BOD5 của nhu cầu oxy sinh hóa và sự khác biệt giữa chúng có thể phản ánh gần như nội dung của chất hữu cơ trong nước thải không thể bị suy giảm bởi các vi sinh vật. Đối với nước thải với các thành phần gây ô nhiễm tương đối cố định, nhìn chung có một mối quan hệ tỷ lệ nhất định giữa CODCR và BOD5, và chúng có thể được tính toán với nhau. Ngoài ra, việc xác định CODCR mất ít thời gian hơn. Theo phương pháp trào ngược tiêu chuẩn quốc gia trong 2 giờ, chỉ mất 3 ~ 4 giờ từ việc lấy mẫu đến kết quả, trong khi phải mất 5 ngày để xác định giá trị BOD5. Do đó, CODCR thường được sử dụng làm chỉ số kiểm soát trong quản lý vận hành xử lý nước thải thực tế.
Để hướng dẫn hoạt động sản xuất càng sớm càng tốt, một số nhà máy xử lý nước thải cũng đã xây dựng các tiêu chuẩn doanh nghiệp để xác định CODCR bằng hồi lưu trong 5 phút. Mặc dù các kết quả đo có một số lỗi nhất định với phương pháp tiêu chuẩn quốc gia, vì lỗi là lỗi hệ thống, kết quả theo dõi liên tục có thể phản ánh chính xác xu hướng thay đổi chất lượng nước và thời gian xác định có thể giảm xuống dưới 1 giờ thiết bị.
13. Các biện pháp phòng ngừa để xác định CODCR là gì?
Xác định CODCR sử dụng kali dichromate như một chất oxy hóa, bạc sunfat làm chất xúc tác trong điều kiện axit, sôi và trào ngược trong 2 giờ và xác định mức tiêu thụ kali dichromate, sau đó được chuyển thành tiêu thụ oxy (GB11914--89). Kali dichromate, sunfat sunfat và axit sunfuric đậm đặc được sử dụng trong việc xác định CODCR. Chúng rất độc hại hoặc ăn mòn và cần được làm nóng và hồi lưu. Do đó, hoạt động phải được thực hiện trong một chiếc mũ trùm đầu và phải rất cẩn thận. Chất lỏng chất thải phải được thu hồi và xử lý riêng.
Để thúc đẩy quá trình oxy hóa toàn bộ các chất trong nước, bạc sunfat cần được thêm vào làm chất xúc tác. Để làm cho bạc sunfat phân bố đều, sunfat bạc nên được hòa tan trong axit sunfuric đậm đặc. Sau khi nó được hòa tan hoàn toàn (khoảng 2 ngày), nó được thêm vào bình hình nón cùng với axit sunfuric axit hóa. Phương pháp thử nghiệm tiêu chuẩn quốc gia quy định rằng 0,4GAG2SO4/30MLH2SO4 nên được thêm vào cho mỗi xác định CODCR (mẫu nước 20ml), nhưng dữ liệu có liên quan cho thấy rằng đối với các mẫu nước nói chung, thêm 0,3GAG2SO4/30MLH2SO4 là hoàn toàn đủ và không cần phải sử dụng thêm bạc sulfate bạc. Đối với các mẫu nước thải thường được đo, nếu có đủ so sánh dữ liệu, lượng bạc sunfat có thể được giảm một cách thích hợp.
CODCR là một chỉ số về hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải, do đó, mức tiêu thụ oxy của các ion clorua và các chất giảm vô cơ phải được loại bỏ trong quá trình đo. Đối với sự can thiệp của các chất khử vô cơ như Fe 2+ và S2-, giá trị CODCR đo được có thể được điều chỉnh bằng nhu cầu oxy lý thuyết theo nồng độ đo được. Sự can thiệp của các ion clorua Cl-1 thường được loại bỏ bởi sunfat thủy ngân. Khi lượng bổ sung là 0,4Ghgso4 mỗi mẫu nước 20ml, sự can thiệp của các ion clorua 2000mg/L có thể được loại bỏ. Đối với các mẫu nước thải có các thành phần tương đối cố định thường được đo, nếu hàm lượng ion clorua thấp hoặc mẫu nước có hệ số pha loãng cao hơn được sử dụng để đo, lượng sunfat sunfat có thể giảm một cách thích hợp.
14. Cơ chế xúc tác của bạc sunfat là gì?
Cơ chế xúc tác của bạc sunfat là các hợp chất hydroxyl trong chất hữu cơ lần đầu tiên bị oxy hóa thành axit carboxylic bằng kali dichromat trong môi trường axit mạnh và axit béo được tạo ra bởi chất hữu cơ hydroxyl phản ứng với bạc sunfat để tạo ra axit béo. Do tác động của các nguyên tử bạc, nhóm carboxyl dễ dàng tạo ra carbon dioxide và nước, đồng thời tạo ra bạc axit béo mới, nhưng nguyên tử carbon của nó ít hơn một lần trước. Chu kỳ này lặp lại và dần dần oxy hóa tất cả các chất hữu cơ thành carbon dioxide và nước.
15. Các biện pháp phòng ngừa cho xác định BOD5 là gì?
Xác định BOD5 thường áp dụng phương pháp pha loãng và cấy tiêu chuẩn (GB 7488--87). Hoạt động là đặt mẫu nước sau khi trung hòa và loại bỏ các chất độc hại và pha loãng (thêm một lượng dung dịch tiêm chủng thích hợp có chứa các vi sinh vật hiếu khí nếu cần thiết) trong chai nuôi cấy và nuôi cấy trong bóng tối lúc 20oC trong 5 ngày. Bằng cách đo hàm lượng oxy hòa tan trong mẫu nước trước và sau khi nuôi cấy, mức tiêu thụ oxy trong vòng 5 ngày được tính toán, và sau đó BOD5 thu được theo bội số pha loãng.
Việc xác định BOD5 là kết quả của các phản ứng sinh học và hóa học. Nó phải được thực hiện nghiêm ngặt theo các thông số kỹ thuật hoạt động. Thay đổi bất kỳ điều kiện nào sẽ ảnh hưởng đến độ chính xác và khả năng so sánh của kết quả xác định. Các điều kiện ảnh hưởng đến việc xác định BOD5 bao gồm giá trị pH, nhiệt độ, các loài và số lượng vi sinh vật, hàm lượng muối vô cơ, oxy hòa tan và bội số pha loãng.
Mẫu nước để thử nghiệm BOD5 phải được đổ đầy và niêm phong trong chai lấy mẫu và được lưu trữ trong tủ lạnh ở 2-5oC cho đến khi phân tích. Nói chung, thử nghiệm nên được thực hiện trong vòng 6 giờ sau khi lấy mẫu. Trong mọi trường hợp, thời gian lưu trữ của mẫu nước không thể vượt quá 24 giờ.
Khi xác định BOD5 của nước thải công nghiệp, vì nước thải công nghiệp thường có hàm lượng oxy hòa tan thấp và hầu hết các thành phần của nó là chất hữu cơ phân hủy sinh học, để duy trì trạng thái hiếu khí trong chai nuôi cấy, mẫu nước phải được pha loãng (hoặc được tiêm và pha loãng). Hoạt động này là tính năng lớn nhất của phương pháp pha loãng tiêu chuẩn. Để đảm bảo độ tin cậy của các kết quả đo được, mức tiêu thụ oxy của mẫu nước pha loãng trong 5 ngày nuôi cấy phải lớn hơn 2mg/L và oxy hòa tan còn lại phải lớn hơn 1mg/L.
Các chất cấy được thêm vào để đảm bảo rằng một lượng vi sinh vật nhất định làm suy giảm chất hữu cơ trong nước. Lượng chất cấy tốt nhất là mức tiêu thụ oxy trong 5 ngày là dưới 0,1 mg/L. Khi sử dụng nước cất được chuẩn bị bởi một máy chưng cất kim loại làm nước pha loãng, cần phải kiểm tra hàm lượng ion kim loại trong đó để tránh ức chế sinh sản và chuyển hóa các vi sinh vật. Để đảm bảo rằng oxy hòa tan trong nước pha loãng gần với độ bão hòa, không khí tinh khiết hoặc oxy tinh khiết có thể được đưa ra nếu cần thiết, sau đó được đặt trong một máy ấp 20OC trong một thời gian nhất định để cân bằng với áp suất riêng của oxy trong không khí.
Nhiều pha loãng được xác định dựa trên nguyên tắc rằng mức tiêu thụ oxy trong 5 ngày nuôi cấy lớn hơn 2 mg/L và oxy hòa tan còn lại lớn hơn 1 mg/L. Quá lớn hoặc quá nhỏ Một bội số pha loãng sẽ dẫn đến thất bại thử nghiệm. Hơn nữa, do chu kỳ phân tích BOD5 dài, một khi một tình huống tương tự xảy ra, không thể kiểm tra lại mẫu ban đầu. Khi ban đầu đo BOD5 của một loại nước thải công nghiệp nhất định, CODCR của nó có thể được đo trước tiên, và sau đó dữ liệu giám sát có liên quan của nước thải có chất lượng nước tương tự có thể được tư vấn và tham chiếu để xác định sơ bộ giá trị BOD5/CODCR của mẫu nước được kiểm tra, và phạm vi xấp xỉ của BOD5.
Đối với các mẫu nước có chứa các chất ức chế hoặc tiêu diệt các hoạt động trao đổi chất của các vi sinh vật hiếu khí, kết quả đo trực tiếp BOD5 bằng các phương pháp thông thường sẽ lệch khỏi giá trị thực tế và phải thực hiện tiền xử lý tương ứng trước khi đo. Những chất và yếu tố này ảnh hưởng đến phép đo BOD5 bao gồm kim loại nặng và các chất vô cơ hoặc hữu cơ độc hại khác, các chất oxy hóa như clo còn lại và giá trị pH quá cao hoặc quá thấp.