Nhu cầu oxy hóa học (COD)

NHU CẦU OXY HÓA HỌC (COD) COD – Ghi nhớ • COD đo gián tiếp khối lượng chất hữu cơ. • COD đo chất hữu cơ bị oxy hóa với tác nhân oxy hóa mạnh và đo lượng oxy bị tiêu thụ trong phản ứng. • Mối tương quan giữa COD và BOD thì rõ ràng và không phải lúc nào cũng xác định được. Mục lục • Giới thiệu về COD • Hóa học của COD • Phân hủy mẫu bằng Dichromate-COD • COD với BOD COD là gì? • COD là phép đo lượng oxy tương đương với lượng chất hữu cơ có trong mẫu mà có thể bị oxy hóa bằng tác nhân oxy hóa mạnh Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater COD là gì? • Nói cách khác. – COD là phép đo gián tiếp khối lượng chất hữu cơ trong một mẫu nước. COD là gì? • Phương pháp test COD sử dụng tác nhân oxy hóa mạnh (potassium dichromate), axit, và nhiệt để oxy hóa chất hữu cơ thành CO2 và nước. 2 KC8H3O4 + 10 K2Cr2O7 + 41 H2SO4  16 CO2 + 46 H2O + 10 Cr2(SO4)3 + 11 K2SO4 COD là gì? Phản ứng COD KHP Dichromate oxidant Acid Carbon Dioxide Water Chromic Ion COD là gì? • COD test xác định lượng dichromate (chất oxy hóa) bị tiêu thụ cho phản ứng phá hủy chất hữu cơ. – Nhiều oxy bị tiêu thụ=lượng chất hữu cơ cao – Ít oxy bị tiêu thụ=lượng chất hữu cơ thấp COD là gì? • Tại sao phải đo COD? – Nhanh hơn BOD (2 giờ so với 5 ngày) – Ít chất gây cản trở (clo) – Cho kết quả ổn định, hiệu suất cao – Dễ thực hiện! Ở đâu cần đo COD? Nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt Nước thải đầu vào Bùn hồi lưu Song chấn Bể lọc thô Bơm Lắng sơ cấp Lắng thứ cấp Bể tẩy trùng Bể sục khí Bơm Nén bùn Hóa học COD Hóa học COD • COD là quá trình phân tích 2 bước -Phá mẫu : Model DRB200 của HACH với các loại ống Đường kính 13mm và 16mm có thể phá mẫu 15 ống hoặc 30 ống , 21 ống . Thuốc thử đo COD nhiều thang : 0,7-40 mg/l ; 3-150 mg/l ; 20-1500mg/l ; 200-15000mg/l Đóng trong các hộp chứa 25 ống hoặc 150 ống Hoặc các ống TNT plus , có mã vạch , không cần mẫu trắng – Xác định : Sử dụng máy so màu , quang phổ của HACH với Chương trình đo lập sẳn , gồm các Model : DR890 , DR2800 , DR2700 DR3900,DR5000 Hóa học COD • Các thuốc thử cần có cho phân tích COD: – Ống thuốc thử của Hach- Test ‘N Tube plus COD Hóa học COD • Ống thuốc thử chứa: – Potassium dichromate – 50% axit sunfuric – Muối bạc (xúc tác) – Muối thủy ngân (hạn chế chất cản trở clo) Hóa học COD • Các hợp chất hữu cơ bị oxy hóa mạnh bởi potassium dichromate và sulfuric axit COOH COOK H2SO4 H2SO4 H2SO4 H2SO4 Cr6+ Cr6+ Cr6+ Cr6+ Hóa học COD • Sự oxy hóa chất hữu cơ dẫn đến Cr6+ giảm thành Cr3+. Cr6+ Cr6+ Cr6+ Cr6+ Cr3+ Cr3+ Cr3+ Cr3+ Hóa học COD • Crom bị khử là sản phẩm tạo ra sau phản ứng • Các sản phẩm khác sau phản ứng gồm có: – Cacbon dioxit – Nước – Potassium sulfate Hóa học COD • Tại sao cần quan tâm sản phẩm khữ crom ? – Cr6+ có màu vàng. Cr3+ có màu xanh – Sự khử từ Cr6+ xuống Cr3+ (và do đó đã tiêu thụ chất oxy hóa) có thể được quan sát bằng nhận diện màu sắc . Hóa học COD • Khi các chất hữu cơ bị oxy hóa và Cr6+ bị khử xuống Cr3+, màu của dung dịch sẽ chuyển từ vàng sang xanh. Hóa học COD • Lượng màu xanh tạo thành tỉ lệ với COD trong mẫu. Hóa học COD • Lượng Crom tỉ lệ như thế nào với COD? – Mỗi phân tử potassium dichromate có khả năng oxy hóa như nhau bằng 1.5 phân tử oxy. – Nhu cầu oxy tỉ lệ với phần trăm Cr6+ bị khử thành Cr3+. Hóa học COD • Phương pháp so màu – Sẽ không có chất rắn trong mẫu gây cản trở ? • Không! Các chất rắn trong mẫu hoàn toàn bị phân hủy hoặc lắng xuống không lơ lửng trên đường truyền của ánh sáng đi qua. • Không được đảo ống đo khi chúng đã được làm nguội. Hóa học COD • Phương pháp so màu – Mức cao – đo độ màu xanh gia tăng tại ở bước sóng 620nm – Mức thấp – đo độ giảm màu vàng tại bước sóng 420nm Hóa học COD • Các chất cản trở – Cl- là chất cản chính • Dichromate sẽ oxy hóa Cl- thành Cl, gây kết quả cao hơn thực tế • Có thể kiểm soát được đến 2000mg/L Cl- với lượng sulfate thủy ngân trong ống thuốc thử COD của Hach Hóa học COD • Các chất cản trở – Bromide cũng là một chất cản – Bromide không thể kiểm soát bằng sulfate thủy ngân • Mẫu phải được pha loãng để giảm thiểu lượng chất cản trong trường hợp này Quá trình phân hủy mẫu bằng Dichromate • Water Analysis Handbook – trang 942 Quá trình phân tích Các thiết bị , dụng cụ , hóa chất • Beaker, 250-mL : lấy mẫu và chứa mẫu • Blender : Làm mẫu đồng đều không bị lắng cặn , nếu mẫu không có các hạt rắn lớn không cần dụng cụ này • COD Digestion Reagent vials : Tùy theo thang đo , Ví dụ với nước sạch sử dụng thang 03- 150mg/l , Nước thải hoặc nước chưa xử lý : thang đo 20-1500mg/l • DRB200 Reactor : Loại đường kính 16mm hoặc 13mm , 15 ống hoặc 30 ống • Light Shield or adapter : Có thể không cần thiết khi có kính bảo vệ mắt. • Magnetic stirrer and stir bar : Làm đồng đều mẫu • Pipet, TenSette®, 0.1 to 1.0 mL, with tips (for 200–15,000 mg/L range) : Quan trọng để lấy mẫu chính xác • Pipet, volumetric, 2.00 mL : Quan trọng để lấy mẫu chính xác • Pipet Filler, safety bulb • Test Tube Rack : Dùng để các ống COD sau khi nung. • Máy so màu DR890 , Máy quang phổ DR2700, DR2800, DR3900,DR5000. :Đọc kết quả • Dung dịch chuẩn COD : KiỂm tra độ chính xác Đồng nhất mẫu bằng Khuấy đều mẫu bằng Mở máy phá mẫu Cho 2ml nước mẫu Cho 2ml nước cất Máy khuấy máy khuấy từ DRB200 , 150oC vào ống COD hoặc vào ống COD khác 0,2 ml , nếu thang hoặc 0,2 ml nếu đo 15000mg/l thang đo 15000mg/l Cho ống vào máy Tắt máy làm nguội Lắc vài lần Đợi ống nguội Chọn chương trình Phá mẫu 2h tới 120oC đến nhiệt độ phòng Quá trình phân tích Lau bên ngoài ống Cho ống trắng vào máy Nhấn Zero Cho ống đo vào máy Nhấn READ Sứ dụng các dung dịch chuẩn COD với quy trình như trên để kiểm tra độ chính xác Thành phần Hóa chất COD : - Potassium Chromate là chất Oxy hóa mạnh -Acide Sulfuric , hỗ trợ quá trình Oxy hóa -Muối Bạc dùng làm xúc tác -Muối thủy ngân dùng kết tủa các ION Clorua ảnh hưởng đến quá trình Oxy hóa Bước sóng phân tích : Quá trình phân tích Phương pháp Hach COD • EPA chứng nhận phương pháp này – Phương pháp Dichromate Reactor Digestion • Mức cao – 20-1500mg/L COD • Mức thấp – 3-150mg/L COD Phương pháp Hach COD • Các phương pháp dùng cho kiểm soát quy trình (không phải đã được EPA chứng nhận) – Phương pháp Dichromate Reactor Digestion • Mức cực thấp– 1-40mg/L COD • Mức cực cao – 250-15,000mg/L COD Phương pháp Hach COD • Các phương pháp dùng cho kiểm soát quy trình (không phải đã được EPA chứng nhận) – COD2 – không có thủy ngân trong thuốc thử – Mangan III COD – sử dụng muối mangan như tác nhân oxy hóa COD vs BOD COD vs BOD • Tại sao so sánh COD với BOD? – Kiểm soát quá trình nhanh hơn • Biết được lượng chất ô nhiễm hữu cơ đang đổ vào trong hạ nguồn trong vòng 2 giờ so với mất 5 ngày – COD là phương pháp đo ổn định hơn COD vs BOD • BOD phải được phân tích chính xác theo đúng yêu cầu trong quy định của NPDES! COD vs BOD • Tại sao COD lại ổn định hơn BOD? – Mỗi test sử dụng phương pháp oxy hóa khác nhau • BOD – vi sinh vật • COD – hóa chất (potassium dichromate) COD vs BOD • Vi sinh vật thì phụ thuộc vào pH, nhiệt độ và các yếu tố khác trong nước. – Hiệu suất oxy hóa phụ thuộc vào điều kiện của vi sinh vật COD vs BOD • Potassium dichromate oxy hóa mà không cần phải quan tâm đến điều kiện nước. COD vs BOD • Kén chọn vs Ăn tạp – Phương pháp đo COD luôn cho kết quả cao hơn phương pháp đo BOD BOD COD COD vs BOD • COD có thể liên quan với BOD? – Phụ thuộc! – Sự tương quan giữa COD và BOD có thể tồn tại hoặc không tồn tại tùy thuộc vào thành phần mẫu, sự thay đổi theo mùa và các yếu tố khác. COD vs BOD • Làm sao xác định mối tương quan đó? – Thu thập số liệu kinh nghiệm • Số liệu COD và BOD của cùng loại mẫu theo cùng một thời gian nào đó – Số liệu từ đồ thị • Vẽ đồ thị số liệu COD và BOD để xác định hệ số tương quan tồn tại hay ko tồn tại COD vs BOD Influent COD and BOD 0 100 200 300 400 500 3/ 1/ 01 3/ 3/ 01 3/ 5/ 01 3/ 7/ 01 3/ 9/ 01 3/ 11 /0 1 3/ 13 /0 1 3/ 15 /0 1 Date m g /L V a lu e Influent BOD Influent COD Trong ví dụ n ày, hệ số tương quan tính được là COD = 1.75 BOD COD – Ghi nhớ • COD đo gián tiếp khối lượng chất hữu cơ. • COD đo chất hữu cơ bị oxy hóa với tác nhân oxy hóa mạnh và đo lượng oxy bị tiêu thụ trong phản ứng. • Mối tương quan giữa COD và BOD thì tùy thuộc nhiều yêu tố và không phải lúc nào cũng tồn tại được. CHEMICAL OXYGEN DEMAND (COD)