differenza di cinque volte nei costi di esercizio e manutenzione? Il monitoraggio remoto del COD dovrebbe utilizzare metodi chimici o sensoristici?

Con politiche ambientali sempre più severe a livello globale e con crescenti pressioni in termini di conformità, il COD, quale indicatore principale per il monitoraggio della qualità dell'acqua, influisce direttamente sui rischi di non conformità e sui costi operativi attraverso la sua selezione e il suo utilizzo.

Questo articolo esaminerà i parametri, le normative e i principi relativi al COD per chiarire le differenze fondamentali e i vantaggi/svantaggi tra gli analizzatori online di COD basati su metodi chimici e quelli basati su sensori, aiutandovi a scegliere l'analizzatore online di COD più adatto.

1. Che cos'è il COD? Perché il monitoraggio online del COD è così importante?

1) Definizione di COD (Chemical Oxygen Demand)

In determinate condizioni, quando un campione d'acqua viene trattato con un forte ossidante (di solito bicromato di potassio o permanganato di potassio), la quantità di ossidante consumata da tutte le sostanze riducenti ossidabili (principalmente inquinanti organici) presenti nel corpo idrico viene espressa come concentrazione massica di ossigeno (espressa in mg/L). In parole semplici, maggiore è la quantità di inquinanti organici nell'acqua, maggiore è l'ossigeno necessario per "rimuoverli completamente". Pertanto, più alto è il valore di COD, più grave è l'inquinamento organico del corpo idrico .

2) Ruoli chiave del COD:

a. Nel campo delle emissioni da fonti inquinanti: il COD è l’indicatore principale utilizzato a livello mondiale dagli enti per la protezione ambientale (ad esempio il Ministero della Ecologia e dell’Ambiente della Cina, l’US EPA e l’AEA europea) per verificare se gli scarichi di acque reflue industriali e urbane rispettano i limiti normativi. Si può affermare che il COD costituisce lo standard primario per la valutazione della qualità dell’acqua. Allo stesso tempo, il COD rappresenta la base legale su cui gli enti per la protezione ambientale di vari paesi calcolano il limite totale di emissione regionale di inquinanti (TMDL) per le imprese e determinano l’importo delle tasse sugli scarichi inquinanti / tasse ambientali. I dati sono direttamente correlati alla conformità legale di un’azienda e al rischio di sanzioni pecuniarie;

b. Nel processo di trattamento delle acque reflue: le fluttuazioni della concentrazione di COD nell’acqua in ingresso determinano direttamente la disponibilità di "cibo" sufficiente per il fango attivo nei serbatoi di trattamento biologico (ad esempio processi A2O, MBR), prevenendo carichi di shock che potrebbero causare la morte dei batteri o il collasso del sistema; controllo preciso dell’areazione e della dosatura : i sistemi di areazione (soffianti) sono tra i maggiori consumatori di energia elettrica negli impianti di trattamento delle acque reflue. Monitorando le variazioni di COD, è possibile regolare in tempo reale la portata di areazione dei soffianti (controllo dell’ossigeno disciolto, DO) e la quantità di fonte di carbonio aggiunta (ad esempio acetato di sodio), evitando così gli sprechi di energia elettrica dovuti a un’areazione eccessiva e i costi aggiuntivi causati da un’eccessiva dosatura .

3) Perché è necessario il monitoraggio online del COD? Quali sono i limiti dei test di laboratorio?

I test di laboratorio per il COD, effettuati con il metodo di digestione in riflusso al dicromato di potassio, richiedono un riscaldamento per 2 ore, seguito da raffreddamento, titolazione o colorimetria, necessitando quindi almeno 2–4 ore per ottenere un singolo dato . Questo è il problema più grave dei test manuali: i risultati dei test, fortemente ritardati, non hanno alcun valore pratico di riferimento. Quando i laboratori rilevano emissioni eccessive o shock ad alta portata nel carico idraulico in ingresso, l’acqua inquinata è già stata scaricata nei fiumi oppure il sistema di trattamento biologico è collassato a causa di avvelenamento, annullandone completamente la funzione di "allerta precoce" e di "guida del processo". Nella maggior parte dei paesi in via di sviluppo, impedire alle fabbriche di scaricare illegalmente acque reflue e causare contaminazione da acque miste di corpi idrici naturali è un compito obbligatorio per i dipartimenti governativi per la protezione ambientale. Il COD è il parametro di riferimento più importante, ma dati obsoleti non soddisfano chiaramente tali esigenze.

Infine, il campionamento e i test di laboratorio richiedono tecnici specializzati per gestire reagenti e titolazioni, consumando una notevole quantità di manodopera; inoltre, errori umani possono facilmente insorgere a causa di personale diverso. Non solo i salari del personale e i costi di formazione sono elevati, ma anche l’accuratezza risulta priva di valore di riferimento.

2. Metodi di misurazione online del COD

1) Metodo di digestione chimica (metodo chimico umido/metodo al dicromato)

Questo è un metodo standard autorevole e conforme, una soluzione universale adatta a tutte le qualità complesse dell’acqua ed è l’unico metodo che può costituire una base legalmente valida.

Principio di misurazione: innanzitutto si esegue una digestione ad alta temperatura, quindi si procede con la misurazione mediante metodi ottici/elettrochimici.

Un sistema automatico di campionamento introduce il campione d'acqua nel recipiente di reazione, aggiungendo un forte ossidante (dicromato di potassio, K₂Cr₂O₇), un catalizzatore (solfato di argento, Ag₂SO₄) e un agente mascherante (solfato di mercurio, HgSO₄, utilizzato per eliminare l'interferenza degli ioni cloruro). La digestione avviene a 165 °C ad alta temperatura e pressione (di solito 15–20 minuti) per ossidare completamente la materia organica presente nell'acqua. Successivamente si sfrutta il cambiamento di colore del cromo esavalente (Cr⁶⁺, giallo) in cromo trivalente (Cr³⁺, verde). Il consumo di COD viene calcolato con precisione mediante colorimetria fotometrica (solitamente a una lunghezza d'onda di 610 nm o 440 nm) oppure mediante elettrotitolo.

Vantaggi principali:

a. Rispetta rigorosamente gli standard nazionali e internazionali, ottenendo le certificazioni per apparecchiature ambientali previste dai diversi paesi, garantendo così la piena validità legale e regolamentare dei dati.

b. Eccezionale capacità anti-interferenza; indipendentemente dalla complessità della qualità dell’acqua in loco, il processo di digestione ad alta temperatura elimina le sostanze organiche macromolecolari complesse, prevenendo interferenze da solidi sospesi, torbidità, colore e materia particellare.

c. Intervallo di misura più ampio, in particolare nel monitoraggio di acque reflue industriali ad alta concentrazione, con eccellente linearità nell’intervallo di misura.

Limitazioni: A causa del processo di digestione ad alta temperatura, il ciclo di analisi richiede circa un'ora e non fornisce dati in tempo reale (in secondi). Pertanto, viene solitamente utilizzato in combinazione con strumenti per il campionamento della qualità dell'acqua o del flusso idrico, richiedendo misurazioni orarie dei dati e la conservazione in tempo reale dei campioni d'acqua per finalità successive di controllo e applicazione delle normative. Inoltre, gli attuali analizzatori chimici per il COD richiedono un regolare rifornimento di reagenti chimici. Anche se i principali produttori come HACH, HORIBA e JIDE hanno notevolmente ridotto il consumo di reagenti e la produzione di acque reflue, gli utenti finali devono comunque affrontare le sfide legate al trattamento delle acque reflue e all’approvvigionamento a lungo termine dei reagenti.

2) Metodo di assorbimento ultravioletto a 254 nm (spettroscopia)

Uno strumento fisico altamente efficiente e pratico per il monitoraggio delle tendenze, utilizzato per il controllo di processo e per l’allerta precoce.

Principio di misurazione: molti composti organici disciolti (in particolare composti aromatici contenenti doppi legami carbonio-carbonio (C=C) e strutture ad anello benzenico) assorbono fortemente la luce ultravioletta a una lunghezza d’onda di 254 nm (UV254). fattore di conversione (SAC254 → COD) : Il sensore emette un fascio di luce ultravioletta a 254 nm che attraversa il campione d’acqua. Il SAC254 (coefficiente di assorbimento della materia organica) viene calcolato in base all’attenuazione dell’intensità luminosa. Questo valore viene quindi moltiplicato per un particolare "fattore di conversione (valore K)" relativo alla qualità dell’acqua, per calcolare indirettamente il valore di COD.

Non è necessario comprenderlo in dettaglio, poiché questo principio non riesce quasi mai a eliminare alcuna interferenza ottica. Tuttavia, in condizioni di qualità dell’acqua stabili, può riflettere con precisione l’andamento delle variazioni del COD. Ciò lo rende ampiamente utilizzato negli ambienti di analisi caratterizzati da una qualità dell’acqua relativamente stabile, come fiumi e laghi, e negli impianti di trattamento delle acque reflue, dove il monitoraggio in tempo reale dell’andamento è cruciale. Non può invece essere impiegato in situazioni complesse che richiedono un’elevata accuratezza, ad esempio nei punti di scarico delle fonti inquinanti.

Vantaggi principali:

a. Monitoraggio vero di secondo livello e risposta in tempo reale, che elimina la necessità di attendere il processo di digestione, rendendolo ideale per il monitoraggio dell’andamento del COD durante il trattamento delle acque reflue. Il sensore rileverà con sensibilità qualsiasi fluttuazione significativa.

b. Rilevamento ottico puro, che non richiede reagenti. Questo è alla base dell’affermazione secondo cui i costi di manutenzione differiscono di un fattore cinque. Attualmente, i principali marchi internazionali come HACH, ENDRESS e JIDE offrono sensori per il COD che non necessitano di consumabili, non producono liquidi di scarto e presentano costi operativi estremamente bassi. Come ridurre i costi del trattamento dei liquidi di scarto del COD? Consultare altri articoli sul nostro sito web.

Limitazioni: i risultati del monitoraggio sono facilmente soggetti a interferenze, in particolare in condizioni complesse. Poiché l’UV254 rileva soltanto la materia organica che assorbe la luce ultravioletta, alcuni alcoli e polisaccaridi non reagiscono alla radiazione ultravioletta; oppure l’acqua stessa può contenere una concentrazione molto elevata di solidi sospesi, causando dispersione della luce ultravioletta, tutti fattori che compromettono l’accuratezza della misurazione. Pertanto, i sensori per il COD vengono generalmente utilizzati per analisi di tendenza o in applicazioni con acqua di buona qualità, ad esempio acque superficiali limpide.

3. sintesi

In sintesi, i metodi chimici sono il vero re della conformità, l'unico metodo per test rigorosi, ma comportano anche costi di manutenzione più elevati. Raccomandiamo l'utilizzo di prodotti provenienti da produttori affidabili di prima fascia. I sensori ultravioletti (UV) sono strumenti potenti per il monitoraggio continuo e l'analisi delle tendenze, adatti ad applicazioni di monitoraggio che richiedono elevata velocità di risposta, ma non elevata precisione.

Spiegazione aggiuntiva: differenza tra BOD e COD:

BOD (Biochemical Oxygen Demand, domanda biochimica di ossigeno): la quantità di ossigeno disciolto consumata da microrganismi microorganismi nella decomposizione di materia organica (porzione biodegradabile) in acqua in condizioni aerobiche.

COD (Chemical Oxygen Demand, domanda chimica di ossigeno): la quantità di ossidante consumata da forti ossidanti chimici per ossidare materia organica (e sostanze riducenti) in acqua in condizioni acide/ad alta temperatura.

Entrambi riflettono il contenuto di materia organica nell’acqua. Tuttavia, la misura del BOD5 richiede 5 giorni di incubazione per produrre risultati, rendendola inadatta per l’allerta precoce in tempo reale e il controllo di processo delle anomalie della qualità dell’acqua. Inoltre, la misurazione del BOD è estremamente sensibile all’attività microbica e alle sostanze tossiche. Se il campione d’acqua contiene metalli pesanti, acidi forti o basi forti, o battericidi, ciò può causare la morte dei microrganismi e un valore di BOD falsamente basso (falso negativo). Pertanto, il mercato principale utilizza attualmente in modo diffuso il monitoraggio online del COD come indicatore di controllo principale, oppure stabilisce curve di correlazione specifiche tra rapporto B/C per guidare la produzione.