TOD, TOC, COD, BOD: Definições técnicas e diferenças de aplicação de engenharia de quatro indicadores abrangentes de qualidade da água

TOD, TOC, COD, BOD: Definições técnicas e diferenças de aplicação de engenharia de quatro indicadores abrangentes de qualidade da água

Em projetos de tratamento de águas residuais industriais, monitoramento ambiental e integração de sistemas de tratamento de água, a seleção de indicadores apropriados de conteúdo orgânico de qualidade da água é a base do projeto de processo e seleção de equipamentos. TOD, TOC, COD e BOD são todos usados ​​para caracterizar a quantidade total de matéria orgânica na água, mas existem diferenças claras em seus princípios de medição, faixas numéricas e orientação de engenharia.

Para integradores de sistemas, fornecedores de soluções IoT e empreiteiros de engenharia, compreender os limites técnicos desses quatro indicadores ajuda a fazer julgamentos precisos no comissionamento de projetos, seleção de equipamentos de monitoramento on-line e controle de processos bioquímicos.

1. Definições e princípios de medição dos quatro indicadores

1.1 Demanda total de oxigênio (TOD)

Total A demanda de oxigênio refere-se à quantidade de oxigênio consumido quando substâncias redutoras em uma amostra de água (principalmente carbono, hidrogênio, oxigênio, nitrogênio, fósforo e enxofre na matéria orgânica) são completamente oxidadas em CO2, H₂O, NOₓ e SO₂ sob condições de combustão catalítica de alta temperatura, em mg/L.

Condições de medição: 900 ℃ de alta temperatura, catalisador de platina, tempo de combustão de cerca de 3 minutos. O valor TOD se aproxima da demanda teórica de oxigênio e pode ser usado para avaliação rápida da demanda completa de oxidação de oxigênio de quase toda a matéria orgânica em amostras de água.

1.2 Carbono Orgânico Total (COT)

O Carbono Orgânico Total é um indicador que expressa diretamente a quantidade total de matéria orgânica na água como teor de carbono, em mg/L (C).

Princípio de medição: A amostra de água é queimada a 900°C com catálise de platina, e o incremento de CO2 gerado é medido e convertido em conteúdo total de carbono. O TOC não envolve conversão do consumo de oxigênio, portanto é mais direto que BOD ou COD na caracterização da matéria orgânica total. O COT típico de águas residuais municipais é de cerca de 200 mg/L e, após tratamento bioquímico secundário, geralmente fica abaixo de 50 mg/L.

1.3 Demanda Química de Oxigênio ( COD )

A Demanda Química de Oxigênio refere-se ao equivalente de oxigênio correspondente ao oxidante consumido quando um oxidante forte (geralmente dicromato de potássio) oxida a matéria orgânica e algumas substâncias inorgânicas redutoras na água sob condições específicas, em mg/L.

Quando o dicromato de potássio é usado, ele é denominado COD_Cr, com uma taxa de oxidação de 90% –95%. Quando o permanganato de potássio é usado, ele é denominado COD_Mn(índice de permanganato), que tem capacidade de oxidação mais fraca e é usado principalmente para avaliação de águas superficiais ou de água potável. COD_Cré usado principalmente como indicador de controle convencional para águas residuais industriais e tratamento de águas residuais.

1.4 Demanda Bioquímica de Oxigênio (BOD)

A Demanda Bioquímica de Oxigênio representa a quantidade de oxigênio dissolvido consumido por microrganismos aeróbicos que decompõem matéria orgânica na água sob condições aeróbicas de 20°C, refletindo a concentração de matéria orgânica biodegradável. BOD₅(demanda bioquímica de oxigênio em 5 dias) é comumente usado como um indicador de engenharia, em mg/L.

O ciclo de medição BOD₅é de 5 dias e não pode ser usado para controle de processo em tempo real, mas continua sendo o parâmetro central para avaliar a biodegradabilidade de águas residuais.

Para a mesma amostra de água, os valores medidos de os quatro indicadores geralmente não são iguais. A ordem por valor numérico é:

TOD > COD_Cr> BOD₅> TOC

Principais motivos:

• TOD inclui o consumo completo de oxigênio de oxidação de todas as substâncias redutoras (incluindo enxofre, fósforo, nitrogênio, etc.), resultando no valor mais alto.

• COD_Crpode oxidar 90% a 95% da matéria orgânica, mas alguns compostos de cadeia longa ou aromáticos não são completamente oxidados.

• BOD₅reflete apenas a porção biodegradável por microorganismos dentro de 5 dias, geralmente representando 30% –80% de COD_Cr.

• TOC representa apenas o conteúdo de carbono e não inclui o peso medido dos elementos de oxigênio, resultando no valor mais baixo.

Razões de referência de engenharia (variam de acordo com as características das águas residuais):

• BOD₅/ TOD: 0,1–0,6

• COD_Cr/ TOD: 0,5–0,9

• BOD₅/ COD_Cr: >0,3 indica boa biodegradabilidade;<0.2 means biological treatment is not recommended directly.

3. Comparação de parâmetros técnicos

Ciclo de medição

Indicador	Princípio	Condições	Grau de oxidação		A engenharia principal usa
TOD	Combustão catalítica de alta temperatura	900 ℃, catálise de platina	Oxidação completa (incluindo S, P, N)	Cerca de 3 minutos	Avaliação rápida da demanda total de oxigênio, monitoramento on-line
TOC	Combustão em alta temperatura + medição de CO2	900 ℃, catálise de platina	Carbonização totalmente orgânica	Cerca de 3–5 minutos	Caracterização direta do carbono orgânico total, frequentemente usado para comparação de instrumentos
CODCr	Oxidação de dicromato de potássio	Digestão de 165 ℃, 2h	90%–95% de matéria orgânica	3–4 horas	Indicador convencional de controle de águas residuais, base de regulação de processo
CODMn	Oxidação de permanganato de potássio	Banho de água fervente ou aquecimento	Facilmente oxidável matéria orgânica	1–2 horas	Água superficial, avaliação de água potável
BOD5	Consumo de oxigênio microbiano	20 ℃, 5 dias de cultivo escuro	Matéria orgânica biodegradável	5 dias	Julgamento de biodegradabilidade, avaliação do efeito do processo biológico

4. Lógica de seleção em aplicações de engenharia

Cenários de monitoramento on-line
TOD e TOC têm tempos de resposta de medição curtos (3–5 minutos) e são adequados para monitoramento em tempo real. O TOD está mais próximo da demanda teórica de oxigênio, enquanto o TOC não é afetado pela conversão equivalente de oxigênio. Ao configurar analisadores de qualidade da água on-line, os integradores de sistemas devem priorizar sensores TOD ou TOC se o processo exigir reflexão rápida de alterações de carga orgânica.

Cenários de controle de processo
As estações de tratamento de águas residuais geralmente usam COD_Crcomo indicador de controle diário. O ciclo de medição pode ser controlado em até 4 horas, atendendo às necessidades de ajustes de processo no mesmo dia. Para estações de esgoto municipais com operação estável, um modelo de correlação estatística entre COD_Cre BOD₅pode ser estabelecido para estimar o efluente BOD₅.

Cenários de julgamento de biodegradabilidade
Na avaliação preliminar de projetos de águas residuais industriais, BOD₅deve ser medido e a relação BOD₅/ COD_Crcalculada. Quando esta proporção for inferior a 0,2, devem ser consideradas oxidação avançada, pré-tratamento de acidificação por hidrólise ou rotas físico-químicas.

Cenários de supervisão de águas superficiais e descarga
Os padrões de qualidade ambiental de águas superficiais usam principalmente COD_Mn, BOD₅e TOC. Os padrões de descarga (como GB 8978-1996) usam COD_Cre BOD₅como indicadores obrigatórios.

Q1.O que está mais próximo da demanda teórica de oxigênio, TOD ou COD?

TOD. Como o TOD oxida completamente as substâncias redutoras, incluindo enxofre, fósforo e nitrogênio a 900 ℃, enquanto o COD_Cré limitado pela capacidade oxidante, com uma taxa de oxidação de cerca de 90% –95%.

Q2.Por que a mesma amostra de água tem o menor valor de TOC?

TOC representa apenas a concentração em massa dos elementos de carbono, enquanto TOD e COD representam a massa de oxigênio necessária durante o processo de oxidação. Elementos como o hidrogênio e o enxofre na matéria orgânica também consomem oxigênio, mas não contribuem para o valor do TOC.

Q3.BOD_{5 A medição de}demora muito — pode ser substituída por COD ?

Em águas residuais específicas com correlações estáveis ​​estabelecidas, COD pode ser usado para estimar BOD₅, mas não pode substituí-lo completamente. O julgamento da biodegradabilidade e a avaliação do efeito do processo biológico ainda requerem medição direta BOD₅.

Q4.Por que as estações de tratamento de águas residuais usam COD em vez de TOD para operações diárias? O equipamento de medição

COD está amplamente disponível, os custos dos reagentes são baixos e os procedimentos operacionais são maduros. O TOD requer analisadores de combustão dedicados de alta temperatura, com custos de aquisição e manutenção mais elevados, tornando-o mais adequado para cenários de monitoramento rápido online.

Q5.Qual é o limite para avaliar a biodegradabilidade de águas residuais industriais?

BOD₅/ COD_Cr> 0,3: adequado para tratamento biológico; 0,2–0,3: requer pré-tratamento para melhorar a biodegradabilidade;< 0.2: conventional biochemical processes are not recommended.

Q6.Quais são as principais diferenças entre os analisadores online TOD e TOC?

TOD mede o consumo de oxigênio, enquanto o TOC mede o conteúdo de carbono convertido a partir de dióxido de carbono. Os instrumentos TOD respondem mais completamente à matéria orgânica contendo enxofre, fósforo e nitrogênio, enquanto os instrumentos TOC refletem mais diretamente a matéria orgânica total sem serem afetados pela eficiência oxidante.

Q7.Em quais cenários o índice de permanganato COD_Mnainda é usado?

É usado no monitoramento de água potável, águas superficiais e água do mar porque esses corpos d'água têm baixas concentrações orgânicas, o método do dicromato de potássio tem limites de detecção insuficientes e o permanganato de potássio tem boa consistência de resposta ao húmus e outras matérias orgânicas em corpos d'água naturais.

Q8.Ao adquirir equipamentos de monitoramento da qualidade da água, qual indicador os integradores de sistemas devem priorizar?

Depende do estágio do projeto: para controle de feedback em tempo real de processos bioquímicos, escolha analisadores online TOD ou TOC; para monitoramento de conformidade de descarga, os recursos de detecção COD e BOD₅devem ser incluídos; para avaliação da biodegradabilidade de águas residuais industriais, o laboratório necessita de condições de medição BOD₅.

Resumo:

TOD, TOC, COD e BOD caracterizam a concentração de matéria orgânica na água em quatro dimensões diferentes: demanda de oxigênio por oxidação completa, conteúdo total de carbono, consumo de oxigênio por oxidação química e consumo de oxigênio por oxidação biológica. TOD e TOC têm velocidades de resposta rápidas e são adequados para monitoramento on-line e controle de processos; COD é o parâmetro central para a operação diária do tratamento de águas residuais; BOD₅é uma base insubstituível para julgamento de biodegradabilidade.

Na prática da engenharia, um único indicador não consegue descrever completamente as características da poluição orgânica da água. Os integradores de sistemas e os empreiteiros de engenharia devem combinar razoavelmente os quatro indicadores de acordo com a fase do processo, os requisitos regulamentares e os custos dos equipamentos, e estabelecer modelos de relação de proporção para qualidades específicas da água para melhorar a eficiência da monitorização e a precisão do controlo do processo.

Sensor de qualidade da água Folha de dados

NBL-WQ-CL Sensor de qualidade da água Sensor de cloro residual on-line.pdf

NBL-WQ-DO Sensor de oxigênio dissolvido por fluorescência on-line.pdf

NBL-WQ-NHN Sensor de qualidade da água de nitrogênio amoniacal.pdf

NBL-WQ-COD Sensor on-line de qualidade da água COD.pdf

NBL-WQ-pH Online pH Sensor de qualidade da água.pdf

NBL-WQ-EC sensor de condutividade de qualidade da água.pdf

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

NBL-WQ-TH-4S sensor de dureza total on-line.pdf

NBL-BOD-406-ONLINE-WATER-QUALITY-MONITORING-BOD-SENSOR, NBL-COD-208, NBL-COD-208-ONLINE-COD-WATER-SENSOR, NBL-ZS-106-ONLINE-TURBIDITY-WATER-QUALITY-SENSOR.