اندازهگیری پارامتر COD (Chemical Oxygen Demand) همواره به عنوان شاخصی از میزان آلودگی آبها به ترکیبات آلی از اهمیت بسزایی برخوردار بوده است. روشهای متعددی برای اندازهگیری COD توسط شرکتهای مختلف ارائه گردیده که بسیاری از آنها از حیث تئوری منطبق با استانداردهای مرجع آزمایشگاهی میباشد ولی باتوجه به پیچیدگیهای بهرهبرداری از آنالایزرهای مختلف به صورت آنلاین (برخط) و لزوم قرارگیری مستمر این تجهیزات در محیطهای صنعتی، مدیریت بهرهبرداری بهینه از این تجهیزات مستلزم بررسی برخی مسائل قبل از انتخاب یک روش یا تجهیز میباشد. هر یک از این تجهیزات و روشها در تناسب با کاربریهای مختلف دارای معایب و مزایای متفاوت از قبیل: پیچیدگیهای روش اندازهگیری، میزان مواد مصرفی سالیانه، مدیریت پسماند ناشی از عملکرد دستگاه، هزینه اولیه بالا، هزینه سرویس و نگهداری و قطعات یدکی گران قیمت و نیاز به نیروی انسانی متخصص جهت بهرهبرداری میباشند. این نکات مسائلی هستند که هر یک از مشتریان به تناسب امکانات خود میبایست در انتخاب نوع تجهیز مدنظر قرار دهند. در این مقاله به بررسی کامل اندازهگیری پارامتر COD در تصفیه خانههای صنعتی خواهیم پرداخت.
فهرست مطلب
مهمترین روشهای پایش آنلاین پارامتر COD
روشهای بیوشیمیایی از قبیل روش دیکرومات، اکسایش حرارتی (combustion)، اکسایش با استفاده از هیدروژن پراکساید و ... که هیچگونه محدودیتی در شناسایی و اندازهگیری انواع ترکیبات آلی ندارند.
روش اندازهگیری UV (SAC254 یا سنسورهای Hyper spectral ) که دارای محدودیت در شناسایی و اندازهگیری هیدروکربنهای اشباع بوده و امکان بهرهبرداری از این روش برای طیف وسیعی از پسابهای صنعتی وجود ندارد.
اندازهگیری آنلاین COD با استفاده از هیدروژن پراکساید
هیدروژن پروکسید مادهای است که برای سالیان طولانی برای کاهش میزان COD در آبهای تصفیهخانهها مورد استفاده قرار میگیرد. اما هزینه این ماده شیمیایی برای حذف و کاهش COD به نسبت روشهای بیوشیمیایی و فیزیکی به نسبت بالاست. با این وجود شرایط خاصی وجود دارد که استفاده از پراکسید هیدروژن را توجیه میکند. این موارد عبارتند از: پیش هضم پسابهایی که حاوی سطوح متوسط تا زیاد ترکیباتی هستند که سمی، بازدارنده و مقاوم به تصفیه بیولوژیکی هستند (مانند آفتکشها، نرمکنندهها، رزینها، خنککنندهها و مواد رنگزا). یکی از روشهای بسیار کارآمد منطبق با استاندارد DWA آلمان و مورد تأیید مدیریت بهداشت، ایمنی و محیط زیست شرکت ملی صنایع پتروشیمی (NPC)، اندازهگیری دقیق میزان بار آلی در انواع نمونههای آب و پساب و بدون محدودیت در نوع نمونه (هیدروکربنهای اشباع یا غیراشباع) با استفاده از روش اکسایش باهیدروژن پراکساید و تابش UV به جای به کارگیری مواد اکسنده خطرناک و یا دمای بالا میباشد. مقدار استاندارد COD پساب خروجی تصفیهخانه برای تخلیه در آبهای سطحی و چاه 60 میلیگرم بر لیتر میباشد. برای کشاورزی و آبیاری نیز مقدار استاندارد آن 200 میلیگرم بر لیتر است.
در این روش هیدروژن پراکساید در حضور لامپ UV اکسید شده و رادیکال هیدروکسیل تولید میشود. رادیکال هیدروکسیل یک اکسنده بسیار قوی بوده و میتواند تمامی انواع ترکیبات آلی را اکسید کند. از سوی دیگر محصول اکسایش فوق، آب و اکسیژن است. این روش به دلیل عدم تولید پساب آلوده یا سمی در اثر واکنش اکسایش جزء روشهای شیمی سبز و دوستدار محیط زیست طبقهبندی میگردد. پراکسید هیدروژن (H2O2) برای سالهاست که برای کاهش BOD و COD فاضلابهای صنعتی استفاده میشود. در حالی که هزینه از بین بردن BOD و COD از طریق اکسیداسیون شیمیایی با پراکسید هیدروژن به طور معمول از طریق ابزارهای فیزیکی یا بیولوژیکی بیشتر از آن است، اما با این وجود شرایط خاص وجود دارد که استفاده از پراکسید هیدروژن را توجیه میکند.
مزایای استفاده از روش هیدروژن پراکساید
- دقت و صحت بالا.
- عدم مزاحمت یون کلراید با هر غلظتی در اندازهگیری.
- کاهش چشمگیر مصرف مواد شیمیایی سالیانه و استفاده از مواد شیمیایی بسیار مقرون به صرفه (H2O2, H2SO4) و با هزینه سرویس و نگهداری مناسب.
- کالیبراسیون خودکار (Auto calibration) و عدم نیاز به نیروی متخصص جهت کالیبراسیون تجهیز.
- بدون نیاز به هیچگونه فیلتراسیون ویژه نمونه تحت آنالیز.
- تولید آب و اکسیژن به عنوان محصول اکسایش و عدم تولید پسماند آلوده و یا سمی.
- مناسب برای پسابهای صنعتی انواع پالایشگاهها، پتروشیمیها، صنایع چوب و کاغذ و صنایع غذایی
اکسیداسیون شیمیایی مستقیم با استفاده از پراکسید هیدروژن
پراکسید هیدروژن را میتوان به تنهایی یا همراه با کاتالیزورها - مانند آهن (Fe2+ یا Fe3+)، نور اشعه ماوراء بنفش، ازن (O3) و قلیایی برای اکسیداسیون ترکیبات کمک کننده BOD / COD در فاضلاب استفاده کرد. نوع اکسیداسیون مورد نیاز بستگی به نوع BOD / COD موجود دارد.
تقاضای اکسیژن شیمیایی |
سیستم اکسیدان | نوع A (سولفید، تیوسولفات، سولفیت) |
نوع B (فنل، سیانید، آمین) |
نوع C (BTEX ،TOCl، پارافینها) |
|
نوع A | H2O2 | ایکس | ||
نوع B |
H2O2 / OH- H2O2 / M + H2O2 / H + |
ایکس ایکس ایکس |
ایکس ایکس ایکس |
|
نوع C |
H2O2 / O3 H2O2 / Fe H2O2 / UV |
ایکس ایکس ایکس |
ایکس ایکس ایکس |
توجه: اینکه سیستم اکسیدان باعث آلودگی آلاینده خاص شود (به عنوان مثال بر COD آن اثر بگذارد) بستگی به سیستم اکسیدان و آلاینده دارد. اکسیدانهای نوع A فقط با آلایندههای نوع A واکنش نشان میدهند. در حالی که، اکسیدانهای نوع C، واکنش پذیرتر هستند و با بیشتر آلایندهها واکنش نشان میدهند. با این حال، اکسیدانهای نوع C معمولاً ترجیحاً با آلایندههای نوع A واکنش نشان میدهند. اگر بخش بزرگی از BOD و COD با ترکیبات معدنی گوگرد مانند سولفیدها، سولفیدها یا تیوسولفات کاهش مییابد، بنابراین پراکسید هیدروژن به تنهایی مؤثر است. بسته به pH فاضلاب، اکسیداسیون این ترکیبات توسط H2O2 باعث سولفات یا گوگرد کلوئیدی میشود، که هیچکدام به BOD و COD کمک نمیکنند. اگر مشارکت کنندگان اصلی BOD و COD ارگانیکهای حل شده باشند، به سیستم اکسیداسیون واکنشپذیرتر نیاز است. فعالسازی متوسط پراکسید هیدروژن را میتوان با:
1) قلیایی (تولید یون پرا هیدروکسیل، OOH- - عامل فعال در سیستمهای سفید کننده پراکسید) به دست آورد.
2) برخی از فلزات انتقال (به عنوان مثال ، تنگستات، وانادات، مولیبدات) که مجتمعهای پراکسیمتر واکنشپذیر در محل را تشکیل میدهند.
3) اسیدهای معدنی معینی (به عنوان مثال، سولفوریک) که مشتقات پراکسی اکسید واکنش پذیر مانند پراکسیمونوسولفوریک اسید (اسید کارو) در خارج از کشور تشکیل میدهند.
برای ارگانیسمهای بیشتر حساس مانند حلالهای کلر، سیستمهای رادیکال آزاد بسیار واکنش پذیر (با اصطلاح فرآیندهای اکسیداسیون پیشرفته) مورد نیاز هستند. یک واکنش کلی با استفاده از معرف Fenton برای کاهش BOD و COD میتواند به شرح زیر بیان شود:
با Fe + 2 | |
---|---|
مرحله 1: | BOD / COD + H2O2 ---> گونههای جزئی اکسیده شده است |
با Fe + 2 | |
گام 2: | گونههای جزئی اکسیده شده + H2O2 ---> CO2 + H2O + نمکهای معدنی |
میزان اکسیداسیون (و بنابراین درجه کاهش مستقیم BOD / COD) به طور معمول به میزان پراکسید هیدروژن مورد استفاده بستگی دارد. نیاز نظری پراکسید هیدروژن در حدود 2/1 پوند (100 درصد) در لیتر BOD و COD اکسیده شده است. در بسیاری موارد، هضم کامل ترکیبات آلی به دیاکسید کربن و آب مورد نیاز نیست. اکسیداسیون جزئی به ترکیبات میانی مصرف شیمیایی را به حداقل میرساند و اغلب منجر به کاهش قابل توجهی در BOD و COD و سمیت میشود.
نتیجهگیری
وجود مواد آلاینده و معلق در پسابها باعث میشود تا کیفیت آنها تا حد زیادی کاهش پیدا کند و به همین منظور لازم است با انجام عمل اکسیداسیون این عوامل کاهش پیدا کنند. برای انجام عمل اکسیداسیون به اکسیژن نیاز میباشد و به همین دلیل، هر چه مقدار آلایندههای موجود در پسابها بیشتر باشد، به همین اندازه به اکسیژن بیشتری نیاز میباشد.