TOD, TOC, COD, BOD: технические определения и различия в инженерном применении четырех комплексных показателей качества воды

TOD, TOC, COD, BOD: технические определения и различия в инженерном применении четырех комплексных показателей качества воды

В проектах по очистке промышленных сточных вод, экологическому мониторингу и интеграции систем очистки воды выбор соответствующих показателей содержания органических веществ в воде является основой проектирования процесса и выбора оборудования. TOD, TOC, COD и BOD используются для характеристики общего количества органических веществ в воде, но существуют явные различия в принципах их измерения, числовых диапазонах и инженерной направленности.

Системным интеграторам, поставщикам решений Интернета вещей и инженерным подрядчикам понимание технических границ этих четырех показателей помогает принимать точные решения при вводе в эксплуатацию проекта, выборе оборудования для онлайн-мониторинга и управлении биохимическими процессами.

1. Определения и принципы измерения четырех показателей

1.1 Общая потребность в кислороде (TOD)

Общая потребность в кислороде относится к количеству кислорода, потребляемого при восстановлении веществ в пробе воды (в основном углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера в органических веществах) полностью окисляются до CO₂, H₂O, NOₓ и SO₂ в условиях высокотемпературного каталитического сжигания, в мг/л.

Условия измерения: высокая температура 900 ℃, платиновый катализатор, время горения около 3 минут. Значение TOD приближается к теоретической потребности в кислороде и может использоваться для быстрой оценки потребности в кислороде при полном окислении почти всех органических веществ в пробах воды.

1.2 Общий органический углерод (ТОС)

Общий органический углерод – это показатель, который напрямую выражает общее количество органических веществ в воде в виде содержания углерода в мг/л (С).

Принцип измерения: Образец воды сжигается при температуре 900 ℃ с использованием платинового катализа, прирост образующегося CO₂ измеряется и преобразуется в общее содержание углерода. ТОС не включает в себя преобразование потребления кислорода, поэтому он является более прямым, чем БПК или ХПК, для характеристики общего органического вещества. Типичные муниципальные сточные воды имеют содержание TOC около 200 мг/л, а после вторичной биохимической очистки оно обычно ниже 50 мг/л.

1.3 Химическая потребность в кислороде (ХПК)

Химическая потребность в кислороде относится к кислородному эквиваленту, соответствующему окислителю, израсходованному, когда сильный окислитель (обычно дихромат калия) окисляет органические вещества и некоторые восстанавливающие неорганические вещества в воде при определенных условиях, в мг/л.

Когда используется дихромат калия, его называют ХПК._Кр, со степенью окисления 90–95%. Когда используется перманганат калия, его называют ХПК._Мин. (перманганатный индекс), который имеет более слабую окислительную способность и чаще всего используется для оценки поверхностной или питьевой воды. ХПК_Кр в основном используется в качестве обычного контрольного индикатора для промышленных сточных вод и очистки сточных вод.

1.4 Биохимическая потребность в кислороде (БПК)

Биохимическая потребность в кислороде представляет собой количество растворенного кислорода, потребляемого аэробными микроорганизмами, разлагающими органические вещества в воде при аэробных условиях при температуре 20 ℃, что отражает концентрацию биоразлагаемых органических веществ. БПК₅ (5-дневная биохимическая потребность в кислороде) обычно используется в качестве технического показателя в мг/л.

Совет директоров₅ Цикл измерения составляет 5 дней и не может использоваться для управления процессом в реальном времени, но остается основным параметром для оценки биоразлагаемости сточных вод.

2. Числовые соотношения и инженерное значение четырех показателей

Для одной и той же пробы воды измеренные значения четырех показателей обычно не равны. Порядок по числовому значению:

TOD > ХПК_Кр > БПК₅ > ТОС

Основные причины:

• ТОД включает в себя потребление кислорода на полное окисление всех восстановителей (включая серу, фосфор, азот и т. д.), что приводит к наибольшему значению.

• ХПК_Кр может окислять 90–95% органических веществ, но некоторые длинноцепочечные или ароматические соединения не окисляются полностью.

• БПК₅ отражает только ту часть, которая биоразлагается микроорганизмами в течение 5 дней, обычно составляет 30–80% ХПК._Кр.

• TOC представляет собой только содержание углерода и не включает дозируемую массу кислородных элементов, что приводит к самому низкому значению.

Технические нормативы (зависят от характеристик сточных вод):

• БПК₅ / СОД: 0,1–0,6

• ХПК_Кр / СОД: 0,5–0,9

• БПК₅ / наложенным платежом_Кр: >0,3 указывает на хорошую биоразлагаемость;<0.2 means biological treatment is not recommended directly.

3. Сравнение технических параметров

4. Логика выбора в инженерных приложениях

Сценарии онлайн-мониторинга
   TOD и TOC имеют короткое время отклика при измерении (3–5 минут) и подходят для мониторинга в реальном времени. TOD ближе к теоретической потребности в кислороде, тогда как TOC не зависит от конверсии кислородного эквивалента. При настройке онлайн-анализаторов качества воды системным интеграторам следует отдавать приоритет датчикам TOD или TOC, если процесс требует быстрого отражения изменений органической нагрузки.

Сценарии управления процессами
   На очистных сооружениях обычно используется ХПК._Кр в качестве индикатора ежедневного контроля. Циклом измерения можно управлять в течение 4 часов, что позволяет осуществлять корректировку процесса в тот же день. Для стабильно работающих городских очистных сооружений используется модель статистической корреляции между ХПК_Кр и БПК₅ можно установить для оценки БПК сточных вод₅.

Сценарии оценки биоразлагаемости
   При предварительной оценке проектов промышленных сточных вод БПК₅ необходимо измерить и БПК₅/COD_Кр рассчитанное соотношение. Если это соотношение ниже 0,2, следует рассмотреть возможность ускоренного окисления, предварительной обработки гидролизом, подкислением или физико-химических способов.

Сценарии надзора за поверхностными водами и сбросами
   В экологических стандартах качества поверхностных вод в основном используется ХПК._Мин., БПК₅и ТОС. В стандартах сброса (например, GB 8978-1996) используется наложенный платеж._Кр и БПК₅ в качестве обязательных показателей.

Часто задаваемые вопросы

Вопрос 1. Что ближе к теоретической потребности в кислороде: TOD или COD?

ТОД. Поскольку ТОД полностью окисляет восстановители, включая серу, фосфор и азот, при 900 ℃, а ХПК_Кр ограничен окислительной способностью, степень окисления составляет около 90–95%.

В2. Почему одна и та же проба воды имеет самое низкое значение TOC?

TOC представляет собой только массовую концентрацию углеродных элементов, тогда как TOD и COD представляют собой массу кислорода, необходимую в процессе окисления. Такие элементы, как водород и сера в органических веществах, также потребляют кислород, но не влияют на значение TOC.

Вопрос 3. БПК₅ измерение занимает слишком много времени — можно ли его заменить наложенным платежом?

В конкретных сточных водах с установленными устойчивыми корреляциями ХПК можно использовать для оценки БПК.₅, но полностью заменить его не может. Оценка биоразлагаемости и оценка воздействия биологических процессов по-прежнему требуют прямого БПК.₅ измерение.

Вопрос 4. Почему станции очистки сточных вод используют COD вместо TOD для повседневной работы?

Оборудование для измерения ХПК широко доступно, затраты на реагенты низкие, а рабочие процедуры отработаны. TOD требует специальных высокотемпературных анализаторов горения, которые требуют более высоких затрат на приобретение и обслуживание, что делает его более подходящим для сценариев быстрого онлайн-мониторинга.

Вопрос 5. Каков порог оценки биоразлагаемости промышленных сточных вод?

БПК₅/COD_Кр > 0,3: подходит для биологической очистки; 0,2–0,3: требуется предварительная обработка для улучшения биоразлагаемости; < 0.2: conventional biochemical processes are not recommended.

Вопрос 6. В чем основные различия между онлайн-анализаторами TOD и TOC?

TOD измеряет потребление кислорода, а TOC измеряет содержание углерода, преобразованного из углекислого газа. Приборы TOD более полно реагируют на органические вещества, содержащие серу, фосфор и азот, тогда как приборы TOC более непосредственно отражают общее количество органических веществ, не подвергаясь влиянию эффективности окислителя.

Вопрос 7. В каких случаях перманганатный индекс ХПК_Мин. еще используется?

Его используют при мониторинге питьевой воды, поверхностных и морских вод, поскольку в этих водоемах низкие концентрации органических веществ, метод бихромата калия имеет недостаточные пределы обнаружения, а перманганат калия имеет хорошую устойчивость к гумусу и другим органическим веществам в природных водоемах.

Вопрос 8. На какой показатель системным интеграторам следует обратить внимание при закупке оборудования для мониторинга качества воды?

Это зависит от стадии проекта: для оперативного контроля биохимических процессов с обратной связью выберите онлайн-анализаторы TOD или TOC; для контроля соблюдения требований по сбросам, ХПК и БПК₅ должны быть включены возможности обнаружения; для оценки биоразлагаемости промышленных сточных вод лаборатории необходим БПК₅ условия измерения.

Краткое содержание:

TOD, TOC, COD и BOD характеризуют концентрацию органических веществ в воде по четырем различным параметрам: потребность в кислороде при полном окислении, общее содержание углерода, потребление кислорода при химическом окислении и потребление кислорода при биологическом окислении. TOD и TOC имеют высокую скорость отклика и подходят для онлайн-мониторинга и управления процессами; ХПК является основным параметром ежедневной очистки сточных вод; БПК₅ является незаменимой основой для суждения о биоразлагаемости.

В инженерной практике один показатель не может полностью описать характеристики органического загрязнения воды. Системным интеграторам и инженерным подрядчикам следует разумно комбинировать четыре показателя в соответствии со стадией процесса, нормативными требованиями и стоимостью оборудования, а также установить модели соотношений для конкретного качества воды, чтобы повысить эффективность мониторинга и точность управления процессом.

Технический паспорт датчика качества воды

NBL-WQ-CL Water Quality Sensor Online Residual Chlorine Sensor.pdf    

NBL-WQ-DO Online Fluorescence Dissolved Oxygen Sensor.pdf    

NBL-WQ-NHN Ammonia Nitrogen Water Quality Sensor.pdf    

NBL-WQ-COD Online Water Quality COD Sensor.pdf    

NBL-WQ-PH Online pH Water Quality Sensor.pdf    

NBL-WQ-EC water quality conductivity sensor.pdf    

NBL-WQ-BOD-4A Online BOD Sensor.pdf    

NBL-WQ-TH-4S online total hardness sensor.pdf