화학적 산소요구량(COD) 검출 기술 개발

화학적 산소요구량은 화학적 산소요구량(Chemical Oxygen Demand)이라고도 하며, COD라고도 한다. 화학적 산화제(예: 과망간산칼륨)를 사용하여 물 속의 산화성 물질(예: 유기물, 아질산염, 철염, 황화물 등)을 산화 및 분해한 다음 잔류량을 기준으로 산소 소비량을 계산합니다. 산화제. 생화학적 산소 요구량(BOD)과 마찬가지로 이는 수질 오염의 중요한 지표입니다. COD의 단위는 ppm 또는 mg/L입니다. 값이 작을수록 수질 오염이 가벼워집니다.
물속의 환원물질로는 각종 유기물, 아질산염, 황화물, 철염 등이 있습니다. 그러나 주된 것은 유기물입니다. 따라서 화학적 산소 요구량(COD)은 물 ​​속 유기물의 양을 측정하는 지표로 자주 사용됩니다. 화학적 산소 요구량이 클수록 유기물로 인한 수질 오염은 더욱 심각해집니다. 화학적 산소 요구량(COD)의 측정은 물 샘플의 환원 물질 측정 및 측정 방법에 따라 다릅니다. 현재 가장 일반적으로 사용되는 방법은 산성 과망간산칼륨 산화법과 중크롬산칼륨 산화법이다. 과망간산칼륨(KMnO4)법은 산화속도가 낮지만 비교적 간단하다. 이는 물 시료와 깨끗한 지표수 및 지하수 시료의 유기 함량의 상대적인 비교 값을 결정하는 데 사용할 수 있습니다. 중크롬산칼륨(K2Cr2O7) 방법은 산화 속도가 빠르고 재현성이 좋습니다. 폐수 모니터링에서 물 샘플의 유기물의 총량을 결정하는 데 적합합니다.
유기물은 산업 용수 시스템에 매우 해롭습니다. 다량의 유기물을 함유한 물은 담수화 시스템을 통과할 때 이온 교환 수지, 특히 음이온 교환 수지를 오염시켜 수지의 교환 용량을 감소시킵니다. 유기물은 전처리(응집, 정화, 여과) 후 약 50% 정도 감소할 수 있으나, 담수화 시스템에서는 제거할 수 없어 급수를 통해 보일러로 유입되는 경우가 많아 보일러의 pH 값이 낮아지는 경우가 많습니다. 물. 때로는 유기물이 증기 시스템과 응축수로 유입되어 pH를 낮추고 시스템 부식을 일으킬 수도 있습니다. 순환수 시스템의 유기물 함량이 높으면 미생물 번식이 촉진됩니다. 따라서 담수화, 보일러 용수 또는 순환수 시스템의 경우 COD가 낮을수록 좋지만 통일된 제한 지수는 없습니다. 순환 냉각수 시스템의 COD(KMnO4 방식) > 5mg/L일 때 수질이 악화되기 시작합니다.

화학적 산소요구량(COD)은 물에 유기물이 풍부한 정도를 측정하는 지표이자, 수질 오염 정도를 측정하는 중요한 지표 중 하나이다. 산업화가 발전하고 인구가 증가함에 따라 수역은 점점 더 오염되고 있으며 COD 감지 기술의 발전은 점차 향상되었습니다.
COD 검출의 기원은 수질 오염 문제가 사람들의 관심을 끌었던 1850년대로 거슬러 올라갑니다. 처음에는 COD가 음료의 유기물 농도를 측정하기 위해 산성 음료의 지표로 사용되었습니다. 그러나 당시에는 완전한 측정방법이 확립되지 않았기 때문에 COD 판정 결과에 큰 오차가 있었다.
20세기 초에는 현대 화학분석법의 발달과 함께 COD의 검출방법도 점차 개선되었다. 1918년 독일 화학자 하세(Hasse)는 COD를 산성 용액에서 산화되어 소비되는 유기물의 총량으로 정의했습니다. 이어서 그는 고농도의 이산화 크롬 용액을 산화제로 사용하는 새로운 COD 측정 방법을 제안했습니다. 이 방법은 유기물을 이산화탄소와 물로 효과적으로 산화시킬 수 있으며, 산화 전후 용액 내 산화제 소비량을 측정하여 COD 값을 결정할 수 있습니다.
그러나 이 방법의 단점도 점차 드러났다. 첫째, 시약의 준비와 작동이 상대적으로 복잡하여 실험의 난이도와 시간이 증가합니다. 둘째, 고농도 이산화크롬 용액은 환경에 해롭고 실제 적용에 도움이 되지 않습니다. 따라서 후속 연구에서는 보다 간단하고 정확한 COD 측정 방법을 점차적으로 모색해 왔습니다.
1950년대 네덜란드 화학자 Friis는 고농도 과황산을 산화제로 사용하는 새로운 COD 측정 방법을 발명했습니다. 이 방법은 작동이 간단하고 정확도가 높아 COD 감지 효율성을 크게 향상시킵니다. 그러나 과황산을 사용하는 경우에도 특정 안전 위험이 있으므로 작업 안전에 여전히 주의를 기울일 필요가 있습니다.
그 후, 계측 기술의 급속한 발전으로 COD 결정 방법은 점차 자동화 및 지능화를 달성했습니다. 1970년대에는 물 샘플의 완전 자동 처리 및 감지를 실현할 수 있는 최초의 COD 자동 분석기가 등장했습니다. 이 장비는 COD 측정의 정확성과 안정성을 향상시킬 뿐만 아니라 작업 효율성도 크게 향상시킵니다.
환경에 대한 인식이 제고되고 규제 요건이 개선됨에 따라 COD 검출 방법도 지속적으로 최적화되고 있습니다. 최근에는 광전기술, 전기화학적 방법, 바이오센서 기술의 발전으로 COD 검출기술의 혁신이 촉진되고 있다. 예를 들어, 광전 기술은 광전 신호의 변화를 통해 감지 시간을 단축하고 작동을 단순화하여 물 샘플의 COD 함량을 확인할 수 있습니다. 전기화학적 방법은 전기화학적 센서를 사용하여 COD 값을 측정하는 방식으로 감도가 높고 반응이 빠르며 시약이 필요하지 않다는 장점이 있습니다. 바이오센서 기술은 생물학적 물질을 사용하여 유기물을 구체적으로 감지함으로써 COD 측정의 정확성과 특이성을 향상시킵니다.
COD 검출 방법은 지난 수십 년 동안 전통적인 화학 분석에서 현대 계측, 광전 기술, 전기화학 방법 및 바이오센서 기술에 이르기까지 개발 과정을 거쳤습니다. 과학기술의 발전과 수요의 증가에 따라 COD 검출 기술은 계속 개선되고 혁신되고 있습니다. 앞으로 사람들이 환경 오염 문제에 더 많은 관심을 기울일수록 COD 감지 기술은 더욱 발전하여 더 빠르고 정확하며 신뢰할 수 있는 수질 감지 방법이 될 것으로 예상됩니다.
현재 실험실에서는 COD를 감지하기 위해 주로 다음 두 가지 방법을 사용합니다.
1. COD 판정방법
환류법으로도 알려진 중크롬산칼륨 표준법(중화인민공화국 국가표준)
(나) 원칙
물 시료에 일정량의 중크롬산칼륨과 촉매인 황산은을 첨가하고 강산성 매질에서 일정 시간 동안 가열 및 환류시키면 중크롬산칼륨의 일부가 물 시료의 산화성 물질에 의해 환원되고 나머지는 중크롬산칼륨은 황산제1철암모늄으로 적정됩니다. COD 값은 소비된 중크롬산칼륨의 양을 기준으로 계산됩니다.
이 표준은 1989년에 제정되었기 때문에 현재의 표준으로 측정하는 데에는 많은 단점이 있습니다.
1. 시간이 너무 많이 걸리고 각 샘플을 2시간 동안 환류해야 합니다.
2. 환류 장비는 큰 공간을 차지하므로 배치 결정이 어렵습니다.
3. 특히 황산은의 경우 분석 비용이 높습니다.
4. 판정과정에서 환류수의 낭비가 엄청납니다.
5. 독성 수은염은 2차 오염이 발생하기 쉽습니다.
6. 사용되는 시약의 양이 많고 소모품 비용이 높습니다.
7. 테스트 과정이 복잡하고 승격에 적합하지 않습니다.
(II) 장비
1. 250mL 전면유리 환류장치
2. 가열장치(전기로)
3. 25mL 또는 50mL 산뷰렛, 삼각플라스크, 피펫, 메스플라스크 등
(III) 시약
1. 중크롬산칼륨표준용액(c1/6K2Cr2O7=0.2500mol/L)
2. 페로시아네이트 지시약
3. 황산암모늄표준용액 [c(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≒0.1mol/L](교정하여 사용한다)
4. 황산-황산은 용액
중크롬산칼륨 표준법
(IV) 결정 단계
황산제1철암모늄검량법 : 중크롬산칼륨표준용액 10.00mL를 500mL 삼각플라스크에 정확하게 취하여 물을 넣어 약 110mL로 묽힌 후 진한황산 30mL를 천천히 넣어 잘 흔들어 섞는다. 식힌 후 시안산철지시액 3방울(약 0.15mL)을 가하고 황산제1철암모늄용액으로 적정한다. 종말점은 용액의 색깔이 노란색에서 청록색, 적갈색으로 변하는 시점이다.
(V) 결정
물시료 20mL를 취하여(필요하다면 적게 취하여 물을 20까지 첨가하거나 희석하여 채취한다), 중크롬산칼륨 10mL를 첨가하고 환류장치를 꽂은 후 황산 및 황산은 30mL를 첨가하고 2시간 동안 가열환류시킨다. . 식힌 후 응축기 관 벽을 90.00mL의 물로 헹구고 삼각플라스크를 꺼낸다. 다시 식힌 후 철산지시액 3방울을 가하고 황산제1철암모늄표준용액으로 적정한다. 용액의 색깔은 노란색에서 청록색, 적갈색으로 변하는데, 이것이 종말점이다. 황산제1철암모늄표준용액의 양을 기록한다. 물시료를 측정하면서 재증류수 20.00mL를 취하여 동일한 조작단계에 따라 공시험을 실시한다. 공시험에 사용된 황산제1철암모늄표준용액의 양을 기록한다.
중크롬산칼륨 표준법
(VI) 계산
CODCr(O2, mg/L)=[8×1000(V0-V1)·C]/V
(VII) 주의사항
1. 황산수은 0.4g과 복합된 염화물 이온의 최대량은 40mg에 달할 수 있습니다. 물 시료 20.00mL를 채취하면 최대 염화물 이온 농도 2000mg/L까지 착화될 수 있다. 염화물 이온의 농도가 낮은 경우 황산수은을 유지하기 위해 소량의 황산수은을 첨가할 수 있습니다. 염화물 이온 = 10:1(W/W)입니다. 소량의 염화수은이 침전되어도 측정에는 영향을 미치지 않습니다.
2. 이 방법으로 결정된 COD의 범위는 50-500mg/L입니다. 화학적 산소 요구량이 50mg/L 미만인 물 시료의 경우 0.0250mol/L 중크롬산칼륨 표준용액을 대신 사용해야 합니다. 역적정에는 0.01mol/L 황산제1철암모늄 표준용액을 사용해야 합니다. COD가 500mg/L보다 큰 물 샘플의 경우 측정하기 전에 희석하십시오.
3. 물 시료를 가열하고 환류한 후 용액에 남아있는 중크롬산칼륨의 양은 첨가된 양의 1/5-4/5이어야 합니다.
4. 시약의 품질 및 운전기술 확인을 위해 프탈산수소칼륨 표준액을 사용할 경우 프탈산수소칼륨 1g의 이론 CODCr은 1.176g이므로 재증류수에 프탈산수소칼륨(HOOCC6H4COOK) 0.4251g을 녹이고, 1000mL 메스플라스크에 옮기고 재증류수로 표시선까지 희석하여 500mg/L CODcr 표준액으로 하였다. 사용시 신선하게 준비하세요.
5. CODCr 결정 결과는 유효 숫자 4자리를 유지해야 합니다.
6. 각 실험마다 황산제1철암모늄 표준 적정용액을 보정해야 하며, 실온이 높을 때 농도 변화에 특히 주의해야 합니다. (적정 후 공시험액에 중크롬산칼륨표준용액 10.0ml를 가하고 종말점까지 황산제1철암모늄으로 적정할 수도 있다.)
7. 물 시료는 신선하게 보관하고 가능한 한 빨리 측정해야 합니다.
장점:
높은 정확도: 환류 적정은 전형적인 COD 측정 방법입니다. 오랜 기간의 개발과 검증을 거쳐 그 정확성을 널리 인정받았습니다. 이는 물 속 유기물의 실제 함량을 보다 정확하게 반영할 수 있습니다.
광범위한 적용: 이 방법은 고농도 및 저농도 유기 폐수를 포함한 다양한 유형의 물 샘플에 적합합니다.
운영 사양: 운영자가 숙지하고 구현하기 편리한 상세한 운영 표준 및 프로세스가 있습니다.
단점:
시간 소모적: 환류 적정은 일반적으로 샘플 측정을 완료하는 데 몇 시간이 걸리며, 이는 결과를 신속하게 얻어야 하는 상황에 분명히 도움이 되지 않습니다.
높은 시약 소비: 이 방법은 더 많은 화학 시약을 사용해야 하며 이는 비용이 많이 들 뿐만 아니라 어느 정도 환경을 오염시킵니다.
복잡한 작업: 작업자는 특정 화학적 지식과 실험 기술이 필요합니다. 그렇지 않으면 측정 결과의 정확성에 영향을 미칠 수 있습니다.
2. 급속 소화 분광광도법
(나) 원칙
샘플에 황산은을 촉매로 하여 강황산 매질에 알려진 양의 중크롬산칼륨 용액을 첨가하고, 고온 분해 후 광도계 장비로 COD 값을 측정합니다. 이 방법은 측정 시간이 짧고, 2차 오염이 적고, 시약량이 적고, 비용이 저렴하기 때문에 현재 대부분의 실험실에서 이 방법을 사용하고 있습니다. 그러나 이 방법은 기기 비용이 높고 사용 비용이 낮아 COD 장치를 장기간 사용하는 데 적합합니다.
(II) 장비
외국산 장비는 일찍 개발됐지만 가격이 너무 비싸고 판단 시간도 길다. 시약 가격은 일반적으로 사용자가 감당할 수 없으며 정확도도 그리 높지 않습니다. 외국 장비의 모니터링 표준이 우리나라와 다르기 때문입니다. 주로 외국의 수처리 수준 및 관리 시스템이 우리나라와 다르기 때문입니다. 국가; 급속소화 분광광도법은 주로 가정용 기기의 일반적인 방법을 기반으로 합니다. COD 방법의 촉매적 신속 측정은 이 방법의 공식화 표준입니다. 이는 1980년대 초반에 발명되었습니다. 30년 이상의 적용을 거쳐 환경 보호 산업의 표준이 되었습니다. 국내 5B 장비는 과학 연구 및 공식 모니터링에 널리 사용되었습니다. 국내 악기는 가격상의 이점과 시기적절한 애프터 서비스로 인해 널리 사용되었습니다.
(III) 결정 단계
2.5ml 샘플 채취 - 시약 추가 - 10분간 분해 - 2분간 냉각 - 비색 접시에 붓기 - 장비 디스플레이에 샘플의 COD 농도가 직접 표시됩니다.
(IV) 주의사항
1. 고염소 물 샘플은 고염소 시약을 사용해야 합니다.
2. 폐액은 10ml 정도이나 산성이 강하므로 꼭 모아서 처리해야 합니다.
3. 큐벳의 빛 투과 표면이 깨끗한지 확인합니다.
장점:
빠른 속도: 빠른 방법은 일반적으로 샘플 측정을 완료하는 데 몇 분에서 10분 이상이 소요되므로 결과를 빠르게 얻어야 하는 상황에 매우 적합합니다.
더 적은 시약 소비: 환류 적정 방법과 비교하여 빠른 방법은 더 적은 수의 화학 시약을 사용하고 비용이 저렴하며 환경에 미치는 영향이 적습니다.
쉬운 작동: 신속한 방법의 작동 단계는 상대적으로 간단하며 작업자는 너무 높은 화학적 지식과 실험 기술을 가질 필요가 없습니다.
단점:
약간 낮은 정확도: 신속법은 일반적으로 일부 단순화된 화학 반응 및 측정 방법을 사용하므로 정확도가 환류 적정법보다 약간 낮을 수 있습니다.
제한된 적용 범위: 신속한 방법은 주로 저농도 유기 폐수 측정에 적합합니다. 고농도 폐수의 경우 판정 결과에 큰 영향을 미칠 수 있습니다.
간섭 요인의 영향을 받음: 빠른 방법은 물 샘플에 특정 간섭 물질이 있는 경우와 같은 일부 특수한 경우에 큰 오류를 생성할 수 있습니다.
요약하면, 환류 적정법과 급속 적정법은 각각 장점과 단점이 있습니다. 어떤 방법을 선택할지는 특정 애플리케이션 시나리오와 요구 사항에 따라 다릅니다. 높은 정밀도와 폭넓은 적용성이 필요한 경우 환류 적정을 선택할 수 있습니다. 빠른 결과가 필요하거나 많은 수의 물 샘플을 처리하는 경우 신속한 방법이 좋은 선택입니다.
Lianhua는 42년 동안 수질 테스트 장비 제조업체로서 20분 테스트 장비를 개발했습니다.COD 급속 소화 분광광도법방법. 수많은 실험 비교를 거쳐 5% 미만의 오류를 달성할 수 있었으며 간단한 조작, 빠른 결과, 저렴한 비용 및 짧은 시간이라는 장점이 있습니다.