Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
Ứng dụng của số liệu BOD.

Ứng dụng của số liệu BOD.

Tải bản đầy đủ - 0trang

i



Nhu cầu oxy hoá học (COD): Nồng độ khối lượng của oxy tương đương với lượng

dicromat tiêu tốn bởi các chất lơ lửng và hoà tan trong mẫu nước khi mẫu nước được xử

lý bằng chất oxy hố đó ở điều kiện xác định.

Chỉ tiêu COD được dùng để xác định hàm lượng chất hữu cơ có trong nước thải

sinh hoạt và nước thải công nghiệp. COD là lượng oxi cần thiết để oxi hóa chất hữu cơ

thành CO2 và H2O dưới tác dụng của chất oxy hóa mạnh

CnHaObNc +(n+a/b-b/c-3/4c) O2 nCO2 + (a/2 -3/2c) H2O +cNH3

Trong thực tế hầu như tất cả các chất hữu cơ đều bị oxi hóa dưới tác dụng của các chất

oxi hóa mạnh trong mơi trường axit. Amino (số oxy hóa -3) sẽ chuyển thành NH 3-N. Tuy

nhiên, nitơ hữu cơ có số oxy hóa cao hơn sẽ chuyển thành nitrat.

Khi phân tích COD, các chất hữu cơ sẽ chuyển thành CO 2 và H2O, ví dụ cả

glucozo và lignin đều bị oxy hóa hồn tồn. Do đó, giá trị COD lớn hơn BOD và có thể

COD rất lớn hơn nhiều so với BOD khi mẫu chứa đa phần những chất khó phân hủy sinh

học, ví dụ nước thải giấy có COD >> BOD do hàm lượng lignin cao.

Một trong những hạn chế chủ yếu của phân tích COD là khơng thể xác định phần

chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học và khơng có khả năng phân hủy sinh học.

Thêm vào đó, phân tích COD khơng cho biết tốc đọ phân hủy sinh học của các chất hữu

cơ có trong nước thải dưới điều kiện tự nhiên.

Ưu điểm chính của phân tích chỉ tiêu COD là cho biết kết quả trrong một khoảng

thời gian ngắn hơn nhiều (3giờ) so với BOD (5ngày). Do đó trong nhiều trường hợp,

COD được dùng để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ thay cho BOD. Thường

BOD = f(x) COD, trong đó f là hệ số thực nghiệm.



i



3.2.Phạm vi xác định.

Quy trình này quy định phương pháp xác định nhu cầu oxy hóa học (COD) của

nước.

Quy trình này áp dụng cho các loại nước có giá trị COD từ 5 mg/l đến 700 mg/l.

Hàm lượng clorua không được vượt quá 500 mg/l. Mẫu nước phù hợp với các điều kiện

này được sử dụng trực tiếp cho phân tích.

Nếu giá trị COD vượt quá 700 mg/l mẫu nước cần được pha lỗng trước khi phân

tích. Trong điều kiện phản ứng đó cho cỏc chất hữu cơ bị oxy triệt để, ngoại trừ các chất

có các nguyên tố cấu trúc nhất định ( Ví dụ nhân pyridine, các hợp chất nitơ bậc 4). Một

ít chất kỵ nước có thể bay hơi và thốt khỏi sự oxy hóa. Các chất vơ cơ bị oxy hóa trong

điều kiện phản ứng là:





Các ion brom, ion iốt







Một số hợp chất lưu huỳnh







Các ion nitrit







Một số hợp chất kim loại

Mặt khác một số chất nhất định có thể tham gia phản ứng như là tác nhân oxy hóa.



Tùy thuộc vào mục đích sử dụng kết quả phép thử.

Các chất cản trở, đáng chú ý là clorua.

3.3.Phương pháp xác định.

3.3.1.Xác định COD bằng phương pháp chuẩn độ.

3.3.1.1.Chuẩn độ với KMnO4



i



Phương



pháp



này sử dụng tác



nhân gây oxy hóa là



KMnO4, để oxy



hóa các chất hữu cơ có trong mẫu.

Ngun tắc: cho một lượng dư chính xác KMnO 4 trong mơi trường axit mạnh để

oxy hóa các chất hữu cơ. Sau q trình oxy hóa, lượng dư KMnO 4 sẽ được chuẩn độ bằng

axit H2C2O4 chuẩn.

Phản ứng hóa học như sau:

2 KMnO4 + 5 H2C2O4 + 3H2SO4 K2SO4+ 2MnSO4 + 10CO2 + 8H2O

Công thức xác định:

COD (mg O2/lít) = (A-B).N.8000/ mLmẫu

Trong đó:

A: thể tích dung dịch H2C2O4 dùng để chuẩn độ mẫu trắng (mL)

B: thể tích dung dịch H2C2O4 dùng để chuẩn độ mẫu thật( mL)

N: nồng độ đương lượng của H2C2O4

8000: đương lượng gam của oxy x 1000mL/L

-



- Ưu điểm: đơn giản, ít tốn thời gian

- Nhược điểm: hiệu quả xác định thấp 60-70% ( do khả năng oxy hóa của KMnO 4 kém

hơn so với K2Cr2O7).



i



3.3.1.2.Chuẩn độ với K2Cr2O7



Trong nhiều năm, tác nhân ôxi hóa mạnh là pemanganat kali (KMnO4) đã được sử

dụng để đo nhu cầu ơxy hóa học. Các phép đo đã được gọi là ôxy bị tiêu thụ từ

pemanganat, hơn là nhu cầu ơxy của các chất hữu cơ. Tính hiệu quả của pemanaganat

kali trong việc ơxi hóa các hợp chất hữu cơ bị dao động khá lớn, và trong nhiều trường

hợp thì giá trị các phép đo nhu cầu ơxy hóa sinh học (BOD) lại lớn hơn cả các giá trị thu

được từ các phép đo theo COD. Điều này chỉ ra rằng pemanganat kali khơng thể có hiệu

quả trong việc ơxi hóa tất cả các chất hữu cơ có trong dung dịch nước, làm cho nó trở

thành một tác nhân tương đối kém trong việc xác định chỉ số COD.Kể từ đó, các tác nhân

ơxi hóa khác như sulfat xêri, iodat kali hay dicromat kali đã được sử dụng để xác định

COD. Trong số này, dicromat kali (K2Cr2O7) là chất oxy hóa thích hợp nhất K2Cr2O7 có

khả năng oxy hóa hồn tồn hầu hết các chất hữu cơ thành CO 2 và H2O.Vì tất cả các chất

oxy hóa đầu dùng với lượng dư nên cần phải xác định lượng còn thừa. Sau khi phản ứng

kết thúc để tính tốn lượng chất oxy hóa thật sự đã dùng để oxy hóa chất hữu cơ. K2Cr2O7

là chất rất dễ xác định bất cứ lượng dư còn lại nào ( dù nhỏ) sau phản ứng. Do đó



i



K2Cr2O7 chiếm ưu thế hơn nhiều chất oxy hóa khác. K2Cr2O7 có thể oxy hóa hồn tồn

chất hữu cơ trong mơi trường axit mạnh và ở một nhiệt độ xác định. Các chất hữu cơ dễ

bay hơi có sẵn trong mẫu hoặc tạo thành trong quá trình phân hủy dễ dàng bị thất thốt

nên q trình ngưng tụ hoàn lưu rất cần thiết.

Một số chất hữu cơ đặc biệt là các axit béo phân tử lượng thấp, khơng bị oxy hóa

nếu khơng có chất xúc tác. Ag + là tác nhân xúc tác rất hiệu quả được dùng. Các

hydrocacbon thơm và pyridin khơng bị oxy hóa trong điều kiện thí nghiệm.

K2Cr2O7 là hợp chất tương đối rẻ tiền và có độ tinh khiết cao, sau khi sấy ở nhiệt độ

103oc, có thể dùng để pha dung dịch nồng độ 1N chính xác bằng cách cân và pha lỗng

trong một thể tích thích hợp. Phương trình phản ứng tổng quát có thể biểu diễn như sau:

CnHaObNc + dCr2O72- + (8d+c)H+nCO2+ (a+ 8d-3c)/2 H2O + cNH4+ +2dCr3+

Trong đó: d=2n/3 + a/6 –b/3 –c/2

a. Phương pháp phân tích mẫu có COD cao

Trong bất kì phương pháp xác định COD nào, chất oxi hóa phải còn dư sau phản

ứng để đảm bảo các chất hữu cơ bị oxi hóa hồn tồn. Do đó phải có một lượng thích hợp

oxi hóa còn thừa sau phản ứng đối với tất cả các mẫu, từ đó mới xác định được lượng thật

sự đã tham gia phản ứng.

Hầu như tất cả các dung dịch của các chất khử đều bị oxi hóa dần dần bởi oxi khơng khí

hòa tan vào dung dịch trừ khi mẫu được bảo quản khơng tiếp xúc với khơng khí. Ion Fe 2+

là tác nhân khử hiệu quả K2Cr2O7. Dung dịch chứa Fe2+ được pha từ Ferrous Ammonium

Sulfate (FAS) khá tinh khiết và bền vững. Tuy nhiên trong dung dịch, Fe 2+ bị oxi hóa dần

dần bởi O2 do đó cần phải chuẩn bị lại mỗi khi sử dụng. Phản ứng giữa FAS và K2Cr2O7

được biểu diễn như sau:

6Fe2+ + Cr2O72- + 14H+ 6Fe3+ + 2Cr3++7H2O

-



Mẫu trắng



i



Cả phân tích COD và BOD được dùng để xác định lượng oxy hóa các chất hữu cơ

có trong mẫu. Phép phân tích phải đảm bảo kết quả giá trị COD của mẫu không bị ảnh

hưởng của bất kì nguồn chất hữu cơ nào khác gây ra. Vì vậy mẫu trắng cần được xác định

trong các thí nghiệm COD và BOD.

-



Chỉ thị



Điện thế oxy hóa khử thay đổi rất nhiều tại điểm dừng cuả tất cả các phản ứng oxy

hóa khử. Những biến đổi này có thể nhận biết dễ dàng bằng điện thế kế. Ngồi ra cũng có

thể sử dụng chỉ thị oxy hóa khử để xác định điểm dừng của phản ứng. Ferroin là một chỉ

thị hữu hiệu dùng để nhận biết phản ứng đã kết thúc khi tất cả Fe 2+ đã bị oxy hóa hồn

tồn. Khi đó màu xanh của Cr 3+ sinh ra do qúa trình khử Cr 2O72- chuyển thành màu nâu

đỏ.

Tính tốn



b. Phương pháp xác định COD thấp

Phương pháp trên đúng với mẫu có COD > 50mg/L. Đối với những mẫu có COD

<50mg/L cần phải dùng dung dịch K2Cr2O7 lỗng hơn để có thể xác định chính xác hơn

lượng K2Cr2O7 cho vào và còn thừa sau phản ứng. Điều quan trọng phải chú ý là tỉ lệ thể

tích H2SO4 đậm đặc: tổng thể tích (mẫu + dd+K2Cr2O7) = 1:1. Nếu tỉ lệ này nỏ hơn, năng

lượng oxy hóa của dung dịch sẽ giảm đáng kể, trái lại lượng K2Cr2O7 tiêu tốn cho mẫu

trắng sẽ thừa.



i



-



Phương pháp làm giảm lượng chất thải độc hại



Giảm thể tích mẫu+ tác nhân hóa học sử dụng

-



Trở ngại của các chất vơ cơ



Một số ion vơ cơ có thể bị oxy hóa dưới điều kiện thí nghiệm COD và gây sai số

thừa rất lớn. Cl- là một trong những ion gây sai số lớn nhất cho thí nghiệm COD:



Khắc phục bằng cách dùng HgSO4



Nitrit bị oxy hóa thành nitrat cũng gây ra sai số COD. Khắc phục bằng cách thêm axit

sunfamic (NH3S03) vào dung dịch K2Cr2O7

3.3.3. Xác định COD bằng phương pháp trắc quang

Trong phương pháp này chúng ta có thể xác định ở 2 dạng Cr 3+ và Cr2O72-. Cả 2

dạng này đều là những chất màu và hấp thu trong vùng thấy được. ion Cr 2O72- hấp thu

mạnh ở vùng 400nm trong khi ion Cr 3+ hấp thu yếu trong vùng này. Ion Cr 3+ hấp thu

mạnh ở vùng 600nm, còn ion Cr2O72-gần như khơng hấp thu trong vùng này.

Với những mẫu có giá trị COD trong khoảng 100-900 mg/lít tiến hành đo độ hấp

thu của lượng Cr3+ sinh ra ở vùng 600nm. Với những mẫu có nồng độ lớn hơn cần pha

loãng. Việc đo mẫu trắng là cần thiết vì bản thân mẫu trắng củng có một giá trị COD

thấp.

Với những mẫu có giá trị COD< 90mg/lít, đo độ hấp thu của ion Cr2O72- còn lại tại

420nm.

3.3.3.4. Xác định COD bằng phương pháp hóa phát quang trên hệ FIA

Oxy hóa mẫu bởi lượng dư K2Cr2O7 trong mơi trường axit, dưới những điều kiện

đó vật chất hữu cơ bị oxy hóa tạo ra CO 2 và H2O đồng thời sinh ra Cr3+. Lượng Cr3+ tạo



i



thành tương ứng với hàm lượng COD có trong mẫu. Cr 3+ sẽ tham gia vào phản ứng phát

quang giữa luminol và H2O2 trong môi trường kiềm với tư cách là chất xúc tác.

Cường độ bức xạ phát ra tỉ lệ với nồng độ chất xúc tác khi cố định nông độ các

chất, bức xạ sau khi qua ống nhãn quang sẽ đi vào bộ khuếch đại, tại đó tín hiệu được

khuếch đại lên nhiều lần và được ghi bởi máy vi tính. Cường độ ánh sáng tương ứng với

nồng độ Cr3+được tạo thành, căn cứ vào đó để xác định giá trị COD của mẫu.

Phương pháp này khá nhạy với khoảng tuyến tính từ 2,1 đến 700,0 mg/lít COD và

giới hạn phát hiện là 2,1 mg/lít, độ lệch chuẩn tương đối (n=6) ở hàm lượng COD 247,7

mg/lit là 4,5%.

Ngồi ion Cr3+ còn có một số ion kim loại khác cũng có thể làm xúc tác cho phản

ứng phát quan giữa luminol và H2O2 như Mn2+, Fe3+, Co2+, Cu2+. Trong những ion này thì

ion có khả năng ảnh hưởng mạnh nhất là Co 2+. Chúng đều là xúc tác dương tức là làm

tăng cương độ phát quan của phản ứng.

Các ion ảnh hưởng được loại bỏ bằng chất che là EDTA. Tuy EDTA tạo phức với

rất nhiều ion kim loại, nhưng do phản ứng giữa Cr 3+ và EDTA có tính chất chậm về mặt

động học sẽ chưa kịp tạo phức do vậy vẫn giữ vai trò xúc tác của nó. Điều này cho thấy

rằng phương pháp khá chọn lọc với ion Cr3+ là chất trung gian cần xác định trong phương

pháp xác định chỉ số COD bằng phương pháp FIA với detector hóa phát quang. Vì ngay

cả Cr6+ củng khơng cản trở q trình này.

Phương pháp trên có thể xác định chỉ số COD trong nhiều đối tượng mẫu khác

nhau như: nước sông, nước hồ hay nước thải của các nhà máy công nghiệp.

3.4.



Ý nghĩa của giá trị COD

COD thường được sử dụng như là một thông số đo lường mức độ ô nhiễm trong



nước thải và tự nhiên. Thường đi kèm với chỉ tiêu BOD, COD là chỉ số rất hữu hiệu cho

biết mức độ có mặt của các chất độc và các chất hữu cơ khơng bị oxy hóa sinh học. Trong



i



thực tế, phép xác định BOD kéo dài 5 ngày nên thường tạm thay bằng phép xác định

COD trong quá trình xử lý nước để kịp thời đánh giá.

TCVN 5942-1995 quy định

-



Nước mặt dùng làm nguồn nước cấp sinh hoạt( đã qua quy trình xử lý theo quy

định) phải có giá trị COD< 10 mg O2/lít



-



Nước mặt dùng trong những mục đích khác phải có giá trị COD < 10 mg O2/lít



-



Nước thải công nghiệp được phép đổ vào các nước dùng làm nguồn nước sinh

hoạt phải có giá trị COD < 50mg O2/lít



-



Nước thải cơng nghiệp được phép đổ vào các khu vực nước dùng cho giao thông

thủy, tưới tiêu, nuôi trồng thủy sản, nơng nghiệp…phải có giá trị COD< 10mg

O2/lít



-



Nước thải cơng nghiệp có giá trị COD> 400 mg O 2/lít khơng được phép thải ra

mơi trường



Do những đặc điểm nêu trên mà việc xác định hàm lượng COD trong nước rất quan

trọng. kết quả phân tích này rất có ý nghĩa trong việc đánh giá chất lượng nước.



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Ứng dụng của số liệu BOD.

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×