COD, Phân tích nhu cầu oxy hóa học

Nhu cầu oxy hóa học (COD) là xét nghiệm đo lượng oxy cần thiết để oxy hóa hóa học các chất hữu cơ và chất dinh dưỡng vô cơ như amoniac hoặc nitrat có trong nước. Phương pháp sớm nhất để định lượng nhu cầu oxy hóa học đã được phát triển cách đây khoảng 150 năm và bao gồm việc ghi lại sự thay đổi màu sắc của dung dịch pemanganat khi trộn với mẫu nước. Tuy nhiên, có sự khác biệt đáng kể giữa các mẫu sử dụng hợp chất này. Quy trình dicromat được tiên phong và hoàn thiện để xử lý nước thải vào năm 1949.

Nhu cầu oxy hóa học (COD) được xác định bằng thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, trong đó mẫu được ủ với chất oxy hóa mạnh trong thời gian xác định và ở nhiệt độ không đổi (thường là 150 giờ ở 2 độ). Chất oxy hóa được sử dụng phổ biến nhất là kali dicromat dùng với axit sunfuric sôi. Chất oxy hóa hóa học không dành riêng cho hợp chất hữu cơ hay vô cơ và do đó cả hai nguồn nhu cầu oxy này đều được đo bằng thử nghiệm nhu cầu oxy hóa học. Ngoài ra, phương pháp này không đo được khả năng tiêu thụ oxy liên quan đến một số hợp chất hữu cơ hòa tan như axetat. Do đó, các phép đo này không thể so sánh trực tiếp với nhu cầu oxy sinh hóa nhưng có thể được sử dụng như một phép bổ sung.

Nhu cầu oxy hóa học (COD) là một thông số quan trọng về chất lượng nước và được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau, bao gồm:

• Để xác minh rằng quy trình xả nước thải và xử lý chất thải đáp ứng các tiêu chí do cơ quan quản lý đặt ra
• Để đo tỷ lệ phân hủy sinh học của nước thải đầu ra (tỷ lệ giữa nhu cầu oxy sinh hóa và nhu cầu oxy hóa học)

Nhu cầu oxy sinh hóa và phép đo nhu cầu oxy hóa học cũng được sử dụng như một chỉ báo về quy mô của một nhà máy xử lý nước thải cần thiết cho một địa điểm cụ thể.

Trên thực tế, việc đo nhu cầu oxy hóa học gặp phải một số khó khăn. Mặc dù phương pháp thử nghiệm này được đưa vào quy định pháp luật nhưng vẫn có những vấn đề và khó khăn liên quan đến việc sử dụng thử nghiệm như sau:

• Có sự chậm trễ trước khi có kết quả (thời gian vận chuyển đến phòng xét nghiệm để xét nghiệm cộng thêm 2 giờ), do đó thiệt hại về môi trường có thể xảy ra trước khi có dữ liệu.
• Việc thử nghiệm tốn kém và mất nhiều thời gian.
• Thử nghiệm này liên quan đến các hóa chất nguy hiểm phải được xử lý cẩn thận và có khả năng gây hại cho người vận hành.
• Không tái tạo được các quá trình tự nhiên (tức là thử nghiệm bao gồm quá trình ủ nhân tạo với chất oxy hóa mạnh).
• Kết quả không mang tính thuyết phục và có giới hạn phát hiện tối thiểu cao nên không áp dụng được cho các mẫu sông sạch hoặc không bị ô nhiễm.

Về vấn đề này, việc chuyển đổi từ thử nghiệm trong phòng thí nghiệm truyền thống sang giám sát tại chỗ (thời gian thực) sẽ giúp giảm bớt một số vấn đề này. Để đạt được mục đích này, các sản phẩm mới đang được phát triển nhằm cung cấp cho người dùng nền tảng cảm biến mạnh mẽ, có khả năng lặp lại và ít bảo trì để đo nhu cầu oxy hóa học theo thời gian thực. Các sản phẩm này là thiết bị đa thông số kết hợp nhiều cảm biến quang học. Phổ huỳnh quang là một kỹ thuật quang học có độ nhạy và chọn lọc cao, cung cấp phép đo tại chỗ, thời gian thực về chất hữu cơ hòa tan. Các phân tử hấp thụ ánh sáng có bước sóng cụ thể và các electron quay quanh sẽ được kích thích lên trạng thái năng lượng cao hơn. Sau đó, các electron phát ra ánh sáng có bước sóng cụ thể để trở về trạng thái cơ bản.

Nói một cách ngắn gọn, nhu cầu oxy hóa học (COD) đo lượng oxy cần thiết để phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước. Nhu cầu oxy hóa học cao hơn trong mẫu cho thấy mẫu đó chứa hàm lượng vật liệu dễ oxy hóa cao hơn. Nếu đúng như vậy thì nước có nồng độ oxy hòa tan thấp hơn. Khi điều này xảy ra, hậu quả có thể gây hại cho môi trường đối với các dạng sống thủy sinh cấp cao hơn. Do đó, mục tiêu của xử lý nước thải là giảm mức nhu cầu oxy hóa học trong nước. Việc theo dõi mức nhu cầu oxy hóa học cho phép các công ty và cơ sở quản lý nước thải quyết định phương pháp xử lý nước tốt nhất. Nếu không có những thông tin và phân tích chi tiết này, việc đưa ra hành động đúng đắn là rất khó khăn, nếu không muốn nói là không thể.

Có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng để đo nhu cầu oxy hóa học. Bao gồm các phương pháp thử nghiệm trực tuyến và phòng thí nghiệm ngoại tuyến sử dụng máy phân tích môi trường. Nguyên lý đằng sau phương pháp thử nhu cầu oxy hóa học là trong điều kiện có tính axit, một chất oxy hóa mạnh sẽ oxy hóa hầu hết mọi hợp chất hữu cơ thành carbon dioxide. Phân tích nhu cầu oxy hóa học đo lượng oxy tương đương cần thiết để oxy hóa hóa học các hợp chất hữu cơ trong nước.

Các phương pháp hiện đại sử dụng các thiết bị khoa học có độ nhạy cao được gọi là máy phân tích môi trường. Các thiết bị này trộn, làm nóng, làm mát và sau đó phân tích mẫu. Thiết bị này cũng có khả năng phát hiện độ mờ để tăng thêm độ chính xác. Trong phân tích, sự hiện diện của độ đục có thể gây ra độ lệch lên đến 30 phần trăm so với giá trị mẫu thực do ảnh hưởng đến độ hấp thụ được đo của mẫu.

Quá trình phân tích nhu cầu oxy hóa học diễn ra nhanh hơn so với các phương pháp truyền thống như nhu cầu oxy sinh hóa (BOD). Chất oxy hóa mạnh được sử dụng khi đo trong điều kiện có tính axit. Các chất oxy hóa điển hình là:

• Kali dicromat
• Kali iodat
• Kali permanganat
• Xeric sulfat

Các yêu cầu cơ bản cho bất kỳ phân tích nào là:

• Giảm nồng độ clorua xuống mức mà sự can thiệp của clorua không đáng kể (sự can thiệp của clorua xảy ra khi nồng độ clo lớn hơn 0,02 M)
• Không làm thay đổi đáng kể hàm lượng hữu cơ của mẫu (đảm bảo không có sự tăng hoặc giảm nhu cầu oxy hóa học)
• Để làm cho phương pháp này phù hợp với mục đích sử dụng thường xuyên.

Phân tích diễn ra theo hai giai đoạn:

• Tiêu hóa (oxy hóa chất hữu cơ trong mẫu)
• Xác định (đo bằng phương pháp chuẩn độ hoặc phương pháp đo màu)

Đầu tiên, quá trình tiêu hóa diễn ra bằng cách tạo ra phản ứng cần có axit, nhiệt và chất xúc tác. Nhu cầu oxy hóa học sau đó được đo bằng một trong các phương pháp sau:

• Phân tích chuẩn độ bao gồm việc xử lý dung dịch mẫu bằng thuốc thử thích hợp để phản ứng định lượng.
• Phân tích màu bao gồm việc sử dụng thuốc thử màu và sau đó quan sát những thay đổi màu sắc có thể đo được trong dung dịch mẫu.

Tổ chức của chúng tôi có đội ngũ nhân viên hùng hậu, luôn theo dõi sát sao những diễn biến trong lĩnh vực khoa học công nghệ trên thế giới và không ngừng cải tiến. Trong số nhiều nghiên cứu thử nghiệm, đo lường, phân tích và đánh giá được cung cấp cho các doanh nghiệp trong nhiều lĩnh vực khác nhau, còn có các dịch vụ phân tích COD và nhu cầu oxy hóa học.