帶你深入了解COD和BOD!
實際上,關于COD和BOD,很多人也就知道COD是化學需氧量,BOD生化需氧量,還有水處理師們不下數(shù)萬次強調過的用B/C判定水的可生化性,然后就魔性的在大腦里循環(huán) 0.3 0.3 0.3 0.3....
不過隨著自己經(jīng)驗的逐漸積累,才發(fā)覺自己之前了解的都是些啥呀。深深體會到“紙上得來終覺淺,絕知此事要躬行”的那么一點點真諦。
一、為什么需要BOD與COD
無疑,污水中多數(shù)污染物是有機物。人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的有機物有幾千萬種,未發(fā)現(xiàn)的不知有多少種。
一一表達不現(xiàn)實,有必要用一個簡單易行的統(tǒng)一指標。
目前污水最重要的處理方法是生化法特別是好氧法。用微生物在好氧條件下降解有機物的氧氣消耗來表達有機物濃度,可行且有很強的實戰(zhàn)意義。因此需要BOD。無疑BOD應用無窮長時間來測定,即BODu。這也不現(xiàn)實。由于有實際意義的HRT不會太久,因此可以用幾十天的BOD來近似代替BODu。為避免硝化影響,時間還要再短一些,因此一般使用20日BOD。
20日BOD測定周期也很長。目前流行的是5日BOD。據(jù)說5日標準是因為英國最長的河流從源頭到入海不超過5日。英國是島國,如果美國也這么定,密蘇里河入??峙乱粋€月吧。因此5日沒有什么特殊的物理意義。下文沒有特殊說明之處,BOD均為5日。為和社會工作周期吻合,好些歐洲國家習慣用7日BOD。5日BOD時間也不短,因此需要更快捷的方法。COD用激烈的化學氧化法,可以相對迅速獲得結果,彌補時間缺陷。
高錳酸鉀氧化性強,且自身顏色鮮明,可用作COD方法。高錳酸鉀顏色鮮明,特別適合在低濃度下準確測定,因此在給水領域盛行。日本在污水領域也很流行。(所以日本廢水BOD經(jīng)常表達得比COD還高,包括生活污水)。
重鉻酸鉀在強酸條件下,加熱回流時氧化能力更粗暴,多數(shù)場合氧化充分。世界范圍內流行。下文沒有特殊說明之處,COD均為重鉻酸鉀法。
在更暴力的反應氛圍下,一把火燒掉有機物,測定氧消耗量或二氧化碳產(chǎn)量,測定更可靠。此即TOD與TOC。明確知道污水中各主要污染物構成與比例,可以根據(jù)分子式直接計算,即理論COD。不過實際過程中往往不易實現(xiàn)或沒有必要實現(xiàn)。
二、BOD與COD方法、儀器的內在缺陷
1、BOD方法、儀器內在缺陷
BOD測定方法決定了,實際使用水樣只能消耗一部分DO,對應有機物濃度范圍大約是幾個mg/L。有些污染物在這一濃度范圍內生化性不壞,但是實際廢水中因污染物濃度高,產(chǎn)生新的物理、化學、生化性質,導致BOD假陽性。上述性質變化可能是滲透壓、pH、表面性質(有表面活性劑效應的物質超過臨界濃度后影響傳質)等。這類廢水啟動難,但只要反應器內不積累,很容易對付。
例1:滲透壓—糖。糖生化性極好,但高濃度糖水的滲透壓高,直接生化性極差。(南方的蜜餞就是用高濃度糖水來保鮮的)。因BOD測定方法缺陷,必須稀釋到幾個ppm水平才能測定,因此滲透壓問題被繞過去了。當然不會有人直接排放這么高濃度的糖水,且即使蜜餞濃度高,進入生化系統(tǒng)后只要糖可以在低濃度下降解,體系中始終不會出現(xiàn)積累滲透壓問題。
例2:pH—檸檬酸可直接進入三羧酸循環(huán),生化性遠超過葡萄糖。但到了一定濃度,廢水明顯為酸性,可以放幾個月都不臭。做過油脂工廠廢水的朋友們對酸性緩沖溶液型廢水一定有有印象。當然用上一段所提解決方法也好用。
例3:蛋白質變性—甲醛。甲醛測定BOD奇高。但高濃度甲醛別名是福爾馬林,可泡標本!
例4:極少數(shù)有機物因‘鎖鑰效應’,濃度越高,越不利于降解。大家有興趣不妨查閱專業(yè)生物化學。
例5:界面性質—洗滌劑。這與BOD測定方法的另外一項內在缺陷有關。BOD測定水樣的DO變化不可以太小,否則測定缺乏重現(xiàn)性。如果真能準確測定ppb級別的DO消耗值,其實直鏈型洗滌劑—LAS的生化性至少不是很差。問題是LAS濃度稍微高一點兒,就達到臨界濃度,改變界面性質,嚴重影響實際生化。
例6:咸菜可長期保存,當然也難直接生化。向糖水中加入大量鹽分,測定BOD很高,但持續(xù)進入生化系統(tǒng)后,雖然糖可降解,鹽卻幾乎沒有變化,后果是高BOD廢水把微生物腌制成了咸菜。此類廢水特點是:廢水中有一些生化惰性物質,低濃度下不影響生化甚至是微生物必不可少的物質(例如氯離子、硫酸根離子等),一定濃度下影響廢水整體物理、化學性質。與前面的5個例子不同,這類廢水不可能直接用生化法處理,但測定B/C也可能很高。此類廢水算是一種特殊變例。
例7:油脂。各位水友可注意過油脂的BOD?生物油脂的生化性至少是不很差,做過屠宰廢水的都知道??墒怯椭瑢嶋H平均降解周期并不短,5日BOD并不高。然而屠宰廢水的處理一般有幾個小時就可以獲得滿意效果,且反應器內不嚴重積累。因為有些有機物可以被微生物先吸附,相當于含在嘴里,雖然消化時間可能像吞吃了羚羊的蟒蛇一樣長,但是—出水沒有羚羊。這一例子對于BOD電極來說是個壞事:SS態(tài)有機物如何能被電極迅速測定?
2、COD方法、儀器內在缺陷
(1)物理缺陷:常規(guī)生化處理,水溫頂多三十度出頭。重鉻酸鉀法COD測定,加熱回流時,沸點70度以下的有機物會損失很多?,F(xiàn)在開始流行的160度高溫降解,影響更大。
(2)化學缺陷:銀鹽催化對直鏈脂肪烴效果還可以,對芳香烴效果不是一般的差。
例8:吡啶實際生化性很差,可是測定B/C>>1。
例9:常見有機物:苯(注意取樣前充分震蕩、乳化)、甲醛、鹽酸二甲胺、DMF、汽油(震蕩、乳化)、氯仿、醋酸、甲醇、醋酸銨,COD與理論值都差很遠,且缺少重現(xiàn)性,數(shù)據(jù)可以令人崩潰。
(3)選擇重鉻酸鉀法的氧化性在一些場合不夠強,不能代表全部有機物;然而對無機物,有時也一鍋端氧化。
例10:亞鐵。當然可以被氧化,否則如何用亞鐵鹽滴定?可是這是一種常見無機物。
例11:雙氧水。也是無機物,且理論上雙氧水的COD是負值。實際上會被重鉻酸鉀一鍋煮掉,而且是缺少重現(xiàn)性的正值。搞Fenton的水友有體會吧。
三、BOD與COD的運用性缺陷
1、政府
為所有污染物分別制訂標準不現(xiàn)實,為有共同特性的污染物制訂半經(jīng)驗標準成本更低。因此,政府將BOD、COD列入國標,并成為最重要標準;各國標準均是。
2、科研與設計
如何判斷不同廢水處理使用的反應器或微生物性能?也需要一個統(tǒng)一指標,一般也用BOD、COD。實際上對不同生化性廢水來說,該指標沒有直接可對比性。同樣,科研設計用哪一個指標也完全是習慣。對于已知生化性質污水,當然可以放心選用其中一個指標。最典型的是生活污水,各地污水廠一般都是按照BOD負荷設計,沒什么,好比用公斤還是用磅,無所謂。當然,如果喜歡用7日或其它時間的BOD也可以,相應調整一些常數(shù)就行。但是對工業(yè)廢水來說,應慎重。與生活廢水生化性質接近的廢水,例如食品工業(yè)廢水,一般可以放心選用BOD負荷。其它工業(yè)廢水,如果無法獲得現(xiàn)成參數(shù),一般應作小試。小試一般可以作出有效負荷,但很少能直接獲得風量與剩余污泥量指標。如果廢水B/C不高,那么氣量、剩余污泥產(chǎn)量等指標可能有重大偏差。一般污泥處理設施余量比較充分,但風量不足的話,修正難度可不小。此類場合還是用COD為原始參數(shù)更好。注意,我在3.2中默認了COD測定不存在重大缺陷。如果存在重大缺陷,用COD也未必可靠。這類場合還是用TOC或TOD吧,再麻煩也勝過開工后再修改。
3、高級別運用
(1)根據(jù)B/C,預估生化性能。對未知特性廢水,一般可以根據(jù)測定B/C來粗略估計生化性能,前提還是假定BOD、COD測定方法沒有缺陷。如果愿意用其它時間BOD與COD的比值來粗估生化性能,也可以,相應調整數(shù)值即可。既然目前5日BOD的相關資料最全,那么還是優(yōu)先用5日B/C吧。此外,還有一些預估生活性能的旁門左道功夫,算是偏方,供各位水友參考。注意,不是一切場合都適用,否則就不是偏方了。一般分子量大不易降解。分子為環(huán)狀構造的不易降解。分子上活性基團少的不易降解。分子支鏈發(fā)達的不易降解。人不吃的不易降解。不易發(fā)臭、不易長毛的不易降解。注意有些廢水適當稀釋后容易發(fā)臭或長毛,原始狀態(tài)不容易,例如糖蜜廢水。
(2)根據(jù)BOD、COD變化趨勢,判斷相關問題。這里要詳細論述的話,可以寫一本書。例如對生化池入水、出水、沉淀上清液、混合液、污泥脫出水分等水樣分別測定后分析、推理,可以獲得很多信息。具體怎么分析、判斷,在下水平有限,時間有限,就不啰嗦了。不僅僅是生化池,其它處理節(jié)點、手段都可以運用,而且也不僅僅是BOD、COD,其它指標也要聯(lián)合考慮。這一節(jié)內容,差不多全看個人修為,要有良好的內功基礎,初級水友運用要小心。本節(jié)具體問題太多太大。
(3)估算其它參數(shù)。COD、BOD與其它參數(shù)沒有必然聯(lián)系,但如果知道污染物構成特性,可以根據(jù)COD估算一些參數(shù),有些場合很方便。
例12:MLVSS。污水廠一般有馬弗爐,可測定MLVSS,但常規(guī)中小污水工程一般只能測定MLSS。好些工業(yè)廢水含有細小SS,其生化池內MLVSS/MLSS并不是常數(shù),且未必穩(wěn)定。既然活性污泥干重主要構成為多糖與蛋白質,理論COD當量都在1—1.1間,完全可以用COD方法測定,結果近似等于MLVSS。(原則上應扣除濾液COD,但實際上一般可以忽略)。
例13:SS。不是所有SS都能被濾紙測定;不是所有公司都配備0.45um微孔濾膜抽濾裝置;對缺少驗證的廢水,光度法或濁度法不可靠。但如果知道SS大致化學構成,且有足夠把握確定溶解態(tài)COD物質不很高,就可以用COD法來測定。那么如何知道SS構成?一般是向上游車間調查。例如天然纖維類粉末一般COD當量為1.1,化纖類粉末一般為2—3,油類為3—3.5、肉末、毛發(fā)碎屑為1.1。如果SS是多種物質構成,只要比例大致不變,也可以用這一招。如果比例也多變,那就沒有辦法了。
例14:TKN。TKN測定很麻煩,且往往第二天才能有數(shù)據(jù)。如果水中污染物化學構成基本不變,完全可以用COD來換算TKN。實際上有些分析人員就是這么做的,即使不知道原理,沒有練過內功,照樣可用九陰白骨爪。
(4)根據(jù)上游特點,估算COD、BOD 根據(jù)分子式,可以推算理論COD。對規(guī)劃中又缺乏參照的工廠,這一條很有用。上游生產(chǎn)使用的工藝、原料、輔料、中間產(chǎn)物,可以通過物質守恒定律,計算下游水中污染物指標。實際上多數(shù)工廠污染物尤其是惡性污染物最大來源一般是跑冒滴漏,因此實際廢水指標可能要高得多。但至少可以判斷BOD、COD測定中是否會出現(xiàn)假陽性結果。
四、初步結論
1、 BOD是一個有先天缺陷的測定指標。
2、BOD是一個半經(jīng)驗指標。
3、BOD不代表可降解有機物(當然更不代表不可降解有機物)。
4、COD也是一個有先天性缺陷的指標,但比BOD可靠性好一些。
5、COD經(jīng)驗性色彩比BOD弱一些。
6、COD一般可以代表有機物總量。
7、BOD/COD判據(jù)在多數(shù)場合可用。(如果詢問具體哪些場合,我只能回答:先去練內功)
8、COD-BOD作為經(jīng)驗判據(jù)很勉強,甚至不夠作判據(jù),不可用場合比例太大。初級水友要小心。當然理論COD-無窮大或充分大時間段BOD可以作充分判據(jù),但實際中很難獲得這一數(shù)據(jù)。
9、生活污水、食品工業(yè)污水使用BOD作工程計算,也可以?;U水用BOD來計算各池、各機械風險很大,特別是風量。初級水友小心。
各位水友當然還要用BOD、COD。但用的時候最好能思考一下,尤其是難降解場合,不要踩地雷。
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