5 reižu lielāka atšķirība ekspluatācijas un apkopēs izmaksās? Vai tiešsaistes COD monitoringam vajadzētu izmantot ķīmiskās vai sensoru metodes?

Visā pasaulē vairošies vides politikas stingrība un pieaugošs atbilstības spiediens nozīmē, ka COD kā galvenais ūdens kvalitātes monitoringa rādītājs tieši ietekmē atbilstības riskus un ekspluatācijas izmaksas, atkarībā no tā izvēles un izmantošanas.

Šajā rakstā tiks apskatīti COD parametri, normatīvie akti un principi, lai skaidri izprastu galvenās atšķirības un priekšrocības/neviegavības starp ķīmiskajām un sensoru metodēm balstītajiem tiešsaistes COD analizatoriem, palīdzot jums izvēlēties piemērotāko tiešsaistes COD analizatoru.

1. Kas ir COD? Kāpēc tiešsaistes COD monitorings ir tik svarīgs?

1) COD definīcija (Chemical Oxygen Demand)

Zem noteiktiem apstākļiem, kad ūdens paraugu apstrādā ar spēcīgu oksidētāju (parasti kālija dikromātu vai kālija permanganātu), visas oksidējamās reducējošās vielas ūdenī (galvenokārt organiskie piesārņotāji) patērētā oksidētāja daudzumu izsaka kā skābekļa masas koncentrāciju (mg/L). Vienkārši sakot, jo vairāk organisku piesārņotāju ir ūdenī, jo vairāk skābekļa nepieciešams, lai tos „pilnībā noņemtu“. Tāpēc jo augstāka ir COD vērtība, jo smagāka ir organisko piesārņotāju ietekme uz ūdens objektu .

2) COD galvenās funkcijas:

a. Iezāles avotu emisiju jomā COD ir galvenais rādītājs, ko vides aizsardzības departamenti visā pasaulē (piemēram, Ķīnas Ekoloģijas un vides aizsardzības ministrija, ASV Vides aizsardzības aģentūra (EPA) un Eiropas Vides aģentūra (EEA)) izmanto, lai novērtētu rūpnieciskā notekūdens un pilsētu notekūdens izvadīšanas atbilstību standartiem. Var teikt, ka COD ir galvenais ūdens kvalitātes novērtēšanas standarts. Tajā pašā laikā COD ir tiesiskais pamats vides aizsardzības departamentiem dažādās valstīs, lai aprēķinātu uzņēmumu reģionālo kopējo piesārņojuma izvadīšanas ierobežojumu (TMDL) un iekasētu piesārņojuma izvadīšanas nodokli/vides nodokli. Datu precizitāte tieši ietekmē uzņēmuma atbilstību likumam un sodu risku;

b. Notekūdens apstrādes procesā ieejas COD koncentrācijas svārstības tieši nosaka, vai bioloģiskajos apstrādes baseinos (piemēram, A2O vai MBR procesos) aktīvajai dūņai ir pietiekami daudz „pārtikas“, novēršot trieciena slodzes izraisītu baktēriju nāvi vai sistēmas sabrukumu; precīza aerācijas un devēšanas regulēšana : aerācijas sistēmas (gaisa pūtēji) ir lielākie elektroenerģijas patērētāji notekūdeņu apstrādes stacijās. Monitorējot COD izmaiņas, var reāllaikā pielāgot gaisa pūtēju aerācijas ātrumu (DO regulēšana) un pievienotā oglekļa avota daudzumu (piemēram, nātrija acetāta), izvairoties no pārmērīgas aerācijas izraisītās elektroenerģijas izšķiešanas un pārmērīgas devēšanas izraisītās izmaksu paaugstināšanās .

3) Kāpēc COD nepieciešama tiešsaistes uzraudzība? Kādas ir laboratorijas testēšanas ierobežojumi?

Laboratorijas COD testēšana, izmantojot kālija dikromāta atpakaļskalošanas sadalīšanas metodi, prasa 2 stundas ilgu sildīšanu sadalīšanai, kā arī dzesēšanu, titrēšanu vai krāsas noteikšanu, lai iegūtu vienu datu punktu, nepieciešamas vismaz 2–4 stundas . Tas ir lielākais manuālās testēšanas problēmu punkts; ļoti kavētie testa rezultāti nav praktiski izmantojami. Kad laboratorijas konstatē pārmērīgas emisijas vai augsta slodzes triecienus pievadūdenim, piesārņotais ūdens jau ir izlaists upēs vai bioloģiskās apstrādes sistēma ir sabrukusi toksiskuma dēļ, pilnībā padarot neefektīvu tās funkciju kā „agrīnā brīdinājuma” un „procesa vadlīniju” sistēmai. Vairumā attīstības valstu rūpnīcu nelegālo notekūdeņu izlaišanas novēršana un dabas ūdeņu piesārņojuma novēršana ar jauktiem notekūdeņiem ir obligāta uzdevums valdības vides aizsardzības departamentiem. COD ir svarīgākais atsauces rādītājs, taču novecojuši dati skaidri neatbilst prasībām.

Beidzot, laboratorijas paraugu ņemšana un testēšana prasa specializētus tehniskos speciālistus, kuriem jāapstrādā reaģenti un jāveic titrēšana, tādējādi patērējot ievērojamu darbaspēka daudzumu; cilvēka kļūdas viegli rodas, ja darbu veic dažādi darbinieki. Ne tikai personāla algas un apmācības izmaksas ir augstas, bet arī precizitāte nepiedāvā uzticamu atsauces vērtību.

2. Tiešsaistes COD testēšanas metodes

1) Ķīmiskās sadalīšanas metode (mitrā ķīmiskā metode/dihromāta metode)

Tas ir autoritatīvs un atbilstošs standarta paņēmiens — universāls risinājums, kas piemērots visiem sarežģītajiem ūdens kvalitātes veidiem, un vienīgā metode, kas var kalpot kā likumīgi atbilstošs pamats.

Testēšanas princips: Vispirms tiek veikta augstas temperatūras sadalīšana, pēc tam testēšana tiek veikta, izmantojot optiskās/elektroķīmiskās metodes.

Automātiska paraugu ņemšanas sistēma ievada ūdens paraugu reakcijas traukā, pievienojot stipru oksidētāju (kālija dikromātu, K₂Cr₂O₇), katalizatoru (svinera sulfātu, Ag₂SO₄) un maskējošo vielu (dzīvsudraba sulfātu, HgSO₄, kas izmantojams, lai novērstu hlorīdu jonu ietekmi). Sadalīšana notiek 165 °C temperatūrā augstā temperatūrā un spiedienā (parasti 15–20 minūtes), lai pilnībā oksidētu ūdenī esošo organisko vielu. Tad izmanto krāsas maiņu no sešvērtīgā hroma (Cr⁶⁺, dzeltens) uz trīsvērtīgo hromu (Cr³⁺, zaļš). COD patēriņu precīzi aprēķina, izmantojot fotometrisku kolorimetriju (parasti 610 nm vai 440 nm viļņa garumā) vai elektrotitrēšanu.

Galvenās priekšrocības:

a. Pilnībā atbilst nacionālajām un starptautiskajām standartiem, iegūstot vides aprīkojuma sertifikātus, ko dažādās valstīs noteikušas attiecīgās iestādes, nodrošinot datu pilnīgu juridisko un vides regulējuma derīgumu.

b. Izcilas prettraucējumu izturības spēja; neatkarīgi no vietējā ūdens kvalitātes sarežģītības augstās temperatūras sadalīšanas process noārda sarežģītās makromolekulārās organiskās vielas, novēršot traucējumus no suspendētajām daļiņām, duļķainības, krāsas un daļiņu.

c. Plašāks testēšanas diapazons, īpaši augstkoncentrācijas rūpnieciskā notekūdens uzraudzībā, kurā demonstrē lielisku lineāro mērīšanas diapazonu.

Ierobežojumi: Augstās temperatūras sadalīšanas procesa dēļ testēšanas cikls ilgst aptuveni vienu stundu un nepiedāvā datu iegūšanu sekundēs. Tāpēc to parasti izmanto kopā ar ūdens kvalitātes vai plūsmas paraugu ņemšanas ierīcēm, kas prasa datu mērījumus ik pēc stundas un reāllaika ūdens paraugu saglabāšanu nākotnes tiesiskās īstenošanas nolūkos. Turklāt pašlaik pieejamajām COD ķīmiskajām analizatorēm regulāri jāpapildina ķīmiskie reaģenti. Pat tad, kad līderi ražotāji, piemēram, HACH, HORIBA un JIDE, ir ievērojami samazinājuši reaģentu patēriņu un notekūdeņu ražošanu, beigu lietotāji joprojām saskaras ar izaicinājumiem notekūdeņu apstrādē un ilgtermiņa reaģentu iegādāšanā.

2) UV254 ultravioletās absorbcijas metode (spektroskopija)

Ārkārtīgi efektīvs un ērts „tendences rīks” — fizisks testēšanas instruments procesa kontrolei un agrīnai brīdināšanai.

Testēšanas princips: Dažādi šķīduši organiskie savienojumi (īpaši aromātiskie savienojumi, kas satur oglekļa–oglekļa dubultsaites (C=C) un benzola gredzena struktūras) spēcīgi absorbē ultravioletās gaismas staru ar viļņa garumu 254 nm (UV254). Pārveidošanas koeficients (SAC254 → COD) : Sensors izstaro 254 nm ultravioletās gaismas staru, kas iet caur ūdens paraugu. SAC254 (organisko vielu absorbcijas koeficients) tiek aprēķināts, balstoties uz gaismas intensitātes samazināšanos. Pēc tam tas tiek reizināts ar konkrētu ūdens kvalitātes „pārveidošanas koeficientu (K vērtību)“, lai netieši aprēķinātu COD vērtību.

Jums nav nepieciešams to izprast detalizēti, jo šis princips gandrīz nevar novērst nekādu optisko traucējumu. Tomēr stabiliem ūdens kvalitātes apstākļiem tas precīzi var atspoguļot COD izmaiņu tendences. Tādēļ to plaši izmanto testēšanas vidēs ar salīdzinoši stabila ūdens kvalitāti, piemēram, upēs un ezeros, kā arī notekūdeņu attīrīšanas stacijās, kur ļoti svarīga ir reāllaika tendenču uzraudzība. Tomēr to nevar izmantot sarežģītās situācijās, kur tiek izvirzīti stingri precizitātes prasības, piemēram, piesārņojuma avota notekvietās.

Galvenās priekšrocības:

a. Patiesa otrā līmeņa uzraudzība un reāllaika reakcija, izvairoties no vajadzības gaidīt sadalīšanas procesu, tādējādi padarot to ideālu COD tendenču uzraudzībai notekūdeņu apstrādē. Sensors jutīgi reaģēs uz jebkuru būtisku svārstību.

b. Tīra optiskā detekcija, kurai nav nepieciešami reaģenti. Šis ir iemesls, kāpēc apgalvojums par uzturēšanas izmaksu atšķirību piecreiz. Pašlaik vadošās starptautiskās zīmolas, piemēram, HACH, ENDRESS un JIDE, piedāvā COD sensorus, kam nav nepieciešami patēriņa materiāli, kas neizraisa notekūdeņu veidošanos un kuru ekspluatācijas izmaksas ir ļoti zemas. Kā samazināt COD notekūdeņu apstrādes izmaksas? Skatiet papildu rakstus mūsu vietnē.

Ierobežojumi: Uzraudzības rezultāti viegli traucējami, īpaši sarežģītos apstākļos. Tā kā UV254 var noteikt tikai organiskās vielas, kas absorbē ultravioletā gaismā, daži spirti un polisaharīdi nereaģē uz ultravioletā starojuma; vai arī ūdens pats var būt ar ļoti augstu suspendēto vielu saturu, kas izraisa ultravioletā starojuma izkliedi, un tas visu ietekmē mērījumu precizitāti. Tāpēc COD sensorus parasti izmanto tendenču novērošanai vai lietojumos ar labu ūdens kvalitāti, piemēram, skaidrā virszemes ūdenī.

3. Kopsavilkums

Īsumā, ķīmiskās metodes ir patiesie atbilstības karali, vienīgā metode stingrai pārbaudei, taču tām ir arī augstākas apkopas izmaksas. Mēs ieteicam izmantot produktus no uzticamu, pirmās kārtas ražotāju. Ultravioletā (UV) starojuma detektori ir spēcīgi rīki nepārtrauktai pārbaudei un tendenču uzraudzībai, piemēroti uzraudzības pielietojumiem, kuros nepieciešama augsta reakcijas ātruma, bet ne augsta precizitāte.

Papildu skaidrojums: Atšķirība starp BOD un COD:

BOD (bioķīmiskā skābekļa patēriņa vērtība): Šķīstošā skābekļa daudzums, ko patērē mikroorganismi organiskās vielas (bioloģiski noārdāmā daļa) ūdenī aerobos apstākļos sadalot.

COD (ķīmiskā skābekļa patēriņa vērtība): Oksidētāja daudzums, ko patērē spēcīgi ķīmiski oksidētāji, lai oksidētu organiskās vielas (un reducējošās vielas) ūdenī skābos/augstas temperatūras apstākļos.

Abi divi rādītāji atspoguļo organiskās vielas saturu ūdenī. Tomēr BOD5 noteikšanai nepieciešamas 5 dienas ilga inkubācija, tāpēc tas nav piemērots reāllaika agrīnai brīdināšanai un ūdens kvalitātes anomāliju procesa vadībai. Turklāt BOD mērījumi ir ārkārtīgi jutīgi pret mikroorganismu aktivitāti un toksiskām vielām. Ja ūdens paraugā ir smagie metāli, stiprie skābes vai bāzes vai baktericīdi, tas var izraisīt mikroorganismu nāvi un nepareizi zemu BOD vērtību (kļūdaini negatīvu rezultātu). Tāpēc pašlaik galvenais tirgus plaši izmanto tiešsaistes COD monitoringu kā galveno vadības rādītāju vai izveido specifiskas B/C attiecības korelācijas līknes, lai vadītu ražošanu.