diferència de 5 vegades en els costos d’operació i manteniment? El control en línia de la DQO ha d’emprar mètodes químics o sensors?

Amb polítiques medioambientals cada cop més estrictes arreu del món i una pressió creixent per complir-les, la DQO, com a indicador principal per al control de la qualitat de l’aigua, afecta directament els riscos de no conformitat i els costos operatius mitjançant la seva selecció i ús.

Aquest article analitzarà els paràmetres, les normatives i els principis relacionats amb la DQO per aclarir les diferències fonamentals i les avantatges/desavantatges entre els analitzadors en línia de DQO basats en mètodes químics i els basats en sensors, i ajudar-vos a triar l’analitzador en línia de DQO adequat.

1. Què és la DQO? Per què és tan important el control en línia de la DQO?

1) Definició de DQO (Demanda Química d’Oxigen)

En determinades condicions, quan una mostra d’aigua es tracta amb un fort agent oxidant (normalment dicromat de potassi o permanganat de potassi), la quantitat d’agent oxidant consumit per totes les substàncies reductores oxidables (principalment contaminants orgànics) presents en el cos d’aigua es expressa com a concentració en massa d’oxigen (en mg/L). En termes senzills, com més contaminants orgànics hi hagi a l’aigua, més oxigen caldrà per «eliminar-los completament». Per tant, com més elevat sigui el valor de DQO, més greu serà la contaminació orgànica del cos d’aigua .

2) Funcions clau de la DQO:

a. En el camp de les emissions de fonts de contaminació: el COD és l’indicador fonamental que els departaments de protecció ambiental de tot el món (com el Ministeri d’Ecologia i Medi Ambient de la Xina, l’EPA dels Estats Units i l’AEA europea) utilitzen per mesurar si les aigües residuals industrials i les aigües residuals urbanes compleixen els estàndards. Es pot dir que el COD és l’estàndard principal per a l’avaluació de la qualitat de l’aigua. Al mateix temps, el COD constitueix la base legal perquè els departaments de protecció ambiental de diversos països calculin el límit total d’emissions contaminants regionals (TMDL) d’empreses i cobrin impostos sobre emissions contaminants/impostos ambientals. Les dades es relacionen directament amb el compliment legal d’una empresa i el risc de sancions econòmiques;

b. En el procés de tractament d’aigües residuals: les fluctuacions de la concentració de COD a l’entrada determinen directament si hi ha prou "menjar" per a la fangosa activada en els banyes de tractament biològic (com els processos A2O i MBR), evitant càrregues d’impacte que puguin provocar la mort bacteriana o la col·lapsada del sistema; control precís de la ventilació i de la dosificació : els sistemes de ventilació (sopladors) són grans consumidors d’electricitat en les plantes depuradores d’aigües residuals. Mitjançant el seguiment dels canvis en la DQO, es pot ajustar en temps real la velocitat de ventilació dels sopladors (control de DO) i la quantitat de font de carboni afegida (per exemple, acetat de sodi), evitant el desperdici d’energia elèctrica causat per una ventilació excessiva i els costos addicionals provocats per una sobredosificació .

3) Per què cal fer un seguiment en línia de la DQO? Quines són les limitacions de les proves de laboratori?

Les proves de DQO de laboratori mitjançant el mètode de digestió amb reflux de dicromat de potassi requereixen una digestió per escalfament durant 2 hores, a més del refredament, la valoració o la colorimetria, i necessiten com a mínim 2–4 hores per obtenir un sol punt de dades . Aquest és el problema més greu de les proves manuals; els resultats de les proves, molt retardats, no tenen cap valor de referència pràctic. Quan els laboratoris detecten emissions excessives o xocs d’alta càrrega a l’afluènt, l’aigua contaminada ja s’ha descarregat als rius, o el sistema de tractament biològic ha col·lapsat per enverinament, anul·lant completament la seva funció d’"avís previ" i de "guia del procés". A la majoria de països en desenvolupament, impedir que les fàbriques descarreguin aigües residuals de manera il·legal i provoquin la contaminació per aigües residuals barrejades de masses d’aigua naturals és una tasca obligatòria per als departaments governamentals de protecció ambiental. El COD és el valor de referència més important, però les dades obsoletes evidentment no poden satisfer les necessitats.

Finalment, mostreig i proves de laboratori requereixen tècnics especialitzats per manipular reactius i titulacions, consumint una quantitat significativa de mà d’obra, i l’error humà es pot introduir fàcilment per part de diferents persones. No només els sous del personal i els costos de formació són alts, sinó que també la precisió manca de valor de referència.

2. Mètodes en línia per a la determinació de DQO

1) Mètode de digestió química (mètode químic humit/mètode del dicromat)

Aquest és un mètode estàndard autoritzat i conforme, una solució universal adequada per a totes les qualitats complexes d’aigua i l’únic mètode que pot servir com a base legalment vàlida.

Principi de prova: primer es realitza una digestió a alta temperatura, seguida d’una prova mitjançant mètodes òptics o electroquímics.

Un sistema automàtic d’amostratge introdueix la mostra d’aigua al vas de reacció, afegint un fort oxidant (dicromat de potassi, K₂Cr₂O₇), un catalitzador (sulfat de plata, Ag₂SO₄) i un agent enmascarador (sulfat de mercuri, HgSO₄, utilitzat per eliminar la interferència dels ions clorur). La digestió es duu a terme a 165 °C sota alta temperatura i pressió (normalment entre 15 i 20 minuts) per oxidar completament la matèria orgànica de l’aigua. A continuació, es fa servir el canvi de color del crom hexavalent (Cr⁶⁺, groc) al crom trivalent (Cr³⁺, verd). El consum de DQO es calcula amb precisió mitjançant colorimetria fotomètrica (normalment a una longitud d’ona de 610 nm o 440 nm) o per electrotitulació.

Avantatges principals:

a. S’adhereix estrictament als estàndards nacionals i internacionals i supera les certificacions d’equipaments ambientals estipulades per diversos països, garantint que les dades tenen plena validesa legal i reguladora ambiental.

b. Capacitat antiinterferència excepcional; independentment de la complexitat de la qualitat de l’aigua in situ, el procés de digestió a alta temperatura elimina la matèria orgànica macromolecular complexa, evitant interferències causades per sòlids en suspensió, turbidesa, color i matèria particulada.

c. Ampli rang de proves, especialment en la monitorització d’aigües residuals industrials d’alta concentració, amb un excel·lent rang de mesura lineal.

Limitacions: A causa del procés de digestió a alta temperatura, el cicle d’assaig triga aproximadament una hora i no proporciona dades en segons. Per tant, normalment s’utilitza conjuntament amb instruments d’amostratge de qualitat de l’aigua o d’amostratge de cabal, requerint mesures horàries de dades i retenció en temps real de mostres d’aigua per a futurs propòsits de fiscalització. A més, els analitzadors químics actuals de DQO requereixen el reabastiment periòdic de reactius químics. Encara que fabricants líder com HACH, HORIBA i JIDE han reduït significativament el consum de reactius i la generació d’aigües residuals, els usuaris finals encara es troben amb reptes relacionats amb el tractament d’aigües residuals i l’adquisició a llarg termini de reactius.

2) Mètode d’absorció ultraviolada a 254 nm (espectroscòpia)

Una eina de tendència molt eficient i pràctica, un instrument físic d’assaig per al control de processos i l’alerta precoç.

Principi de prova: Molts compostos orgànics dissolts (especialment compostos aromàtics que contenen enllaços dobles carboni-carboni (C=C) i estructures d’anell de benzè) tenen un fort efecte d’absorció sobre la llum ultraviolada a una longitud d’ona de 254 nm (UV254). Factor de conversió (SAC254 → COD) : El sensor emet un feix de llum ultraviolada de 254 nm que travessa la mostra d’aigua. El SAC254 (coeficient d’absorció de matèria orgànica) es calcula a partir de l’atenuació de la intensitat de la llum. Aquest valor es multiplica, després, per un «factor de conversió» específic de la qualitat de l’aigua (valor K) per calcular indirectament el valor de COD.

No cal entendre-ho en detall, ja que aquest principi gairebé no pot eliminar cap interferència òptica. Tanmateix, en condicions d’aigua estable, pot reflectir amb precisió la tendència dels canvis de COD. Això el fa àmpliament utilitzat en entorns de proves amb qualitat d’aigua relativament estable, com ara rius i llacs, i en plantes de tractament d’aigües residuals on la monitorització en temps real de la tendència és crucial. No obstant això, no es pot fer servir en situacions complexes amb exigències estrictes de precisió, com ara a les sortides d’emissió de fonts de contaminació.

Avantatges principals:

a. Monitorització veritable de segon nivell i resposta en temps real, eliminant la necessitat d’esperar el procés de digestió, cosa que el fa ideal per a la monitorització de la tendència de COD durant el tractament d’aigües residuals. El sensor detectarà sensiblement qualsevol fluctuació important.

b. Detecció òptica pura, que no requereix reagents. Això és el motiu per què es diu que els costos de manteniment difereixen en un factor de cinc. Actualment, marques internacionals líderes com HACH, ENDRESS i JIDE ofereixen sensors de DQO que no necessiten consumibles, no generen residus líquids i tenen uns costos d’operació extremadament baixos. Com reduir els costos del tractament de residus líquids de DQO? Consulteu més articles al nostre lloc web.

Limitacions: Els resultats de la monitorització són fàcils d’interferir, especialment en condicions complexes. Com que l’UV254 només pot detectar matèria orgànica que absorbeix llum ultraviolada, alguns alcohols i polisacàrids no reaccionen a la llum ultraviolada; o bé l’aigua mateixa pot tenir una concentració molt elevada de sòlids en suspensió, provocant dispersió de la llum ultraviolada, tot el qual afecta la precisió de la mesura. Per tant, els sensors de DQO s’utilitzen normalment per a proves de tendència o en aplicacions amb bona qualitat d’aigua, com ara aigües superficials clares.

3. Resum

En resum, els mètodes químics són el veritable rei de la conformitat, l’únic mètode per a proves rigoroses, però també tenen costos de manteniment més elevats. Recomanem utilitzar productes de fabricants fiables de primera línia. Els sensors d’ultraviolat (UV) són eines molt eficaces per a proves contínues i el seguiment de tendències, adequats per a aplicacions de monitoratge que requereixen alta velocitat de resposta, però no alta precisió.

Explicació addicional: Diferència entre BOD i COD:

BOD (Demanda Bioquímica d’Oxigen): La quantitat d’oxigen dissolt consumit pels microorganismes en descompondre matèria orgànica (part biodegradable) en aigua en condicions aeròbies.

COD (Demanda Química d’Oxigen): La quantitat d’oxidant consumit per oxidants químics forts per oxidar matèria orgànica (i substàncies reductores) en aigua en condicions àcides o d’alta temperatura.

Tots dos reflecteixen el contingut de matèria orgànica en aigua. Tanmateix, la mesura de DBO5 requereix 5 dies d’incubació per obtenir resultats, cosa que la fa inadient per a l’alerta precoç en temps real i el control de processos de les anomalies de la qualitat de l’aigua. A més, la mesura de DBO és extremadament sensible a l’activitat microbiana i a substàncies tòxiques. Si la mostra d’aigua conté metalls pesats, àcids o bases forts, o bactericides, pot provocar la mort de microbis i un valor falsament baix de DBO (fals negatiu). Per tant, el mercat principal utilitza actualment àmpliament la monitorització en línia de DQO com a indicador de control fonamental, o bé estableix corbes de correlació específiques de la relació DQO/DBO per orientar la producció.