Hemijska potrošnja kisika naziva se i hemijska potrošnja kisika (hemijska potražnja za kisikom), što se naziva COD. To je upotreba hemijskih oksidanata (kao što je kalijum permanganat) za oksidaciju i razgradnju oksidirajućih supstanci u vodi (kao što su organske materije, nitriti, željezne soli, sulfidi itd.), a zatim izračunavanje potrošnje kisika na osnovu količine preostalog oksidansa. Poput biohemijske potrošnje kisika (BOD), važan je pokazatelj zagađenja vode. Jedinica za COD je ppm ili mg/L. Što je vrijednost manja, to je zagađenje vode manje.
Reducirajuće supstance u vodi uključuju različite organske materije, nitrite, sulfide, željezne soli itd. Ali glavna je organska materija. Stoga se hemijska potrošnja kisika (KPK) često koristi kao indikator za mjerenje količine organske materije u vodi. Što je veća hemijska potrošnja kisika, to je ozbiljnije zagađenje vode organskom materijom. Određivanje hemijske potrošnje kisika (KPK) varira ovisno o određivanju redukcijskih supstanci u uzorcima vode i metodi određivanja. Najčešće korištene metode trenutno su metoda oksidacije kiselim kalijum permanganatom i metoda oksidacije kalijum dihromatom. Metoda kalijum permanganata (KMnO4) ima nisku stopu oksidacije, ali je relativno jednostavna. Može se koristiti za određivanje relativne komparativne vrijednosti organskog sadržaja u uzorcima vode i uzorcima čiste površinske i podzemne vode. Metoda kalijum dihromata (K2Cr2O7) ima visoku stopu oksidacije i dobru ponovljivost. Pogodna je za određivanje ukupne količine organske materije u uzorcima vode u monitoringu otpadnih voda.
Organska materija je vrlo štetna za industrijske vodovodne sisteme. Voda koja sadrži veliku količinu organske materije kontaminirat će jonoizmjenjivačke smole prilikom prolaska kroz sistem za desalinizaciju, posebno anionske izmjenjivačke smole, što će smanjiti kapacitet izmjene smole. Organska materija se može smanjiti za oko 50% nakon prethodne obrade (koagulacija, bistrenje i filtracija), ali se ne može ukloniti u sistemu za desalinizaciju, pa se često unosi u kotao kroz napojnu vodu, što smanjuje pH vrijednost kotlovske vode. Ponekad se organska materija može unijeti i u sistem pare i kondenzovanu vodu, što će smanjiti pH i uzrokovati koroziju sistema. Visok sadržaj organske materije u sistemu cirkulirajuće vode pospješit će razmnožavanje mikroba. Stoga, bilo da se radi o desalinizaciji, kotlovskoj vodi ili sistemu cirkulirajuće vode, što je niži HPK, to bolje, ali ne postoji jedinstveni granični indeks. Kada je HPK (KMnO4 metoda) > 5 mg/L u sistemu cirkulirajuće rashladne vode, kvalitet vode je počeo da se pogoršava.
Hemijska potrošnja kisika (KPK) je pokazatelj mjerenja stepena bogatstva vode organskom materijom, a ujedno je i jedan od važnih pokazatelja za mjerenje stepena zagađenosti vode. Razvojem industrijalizacije i porastom broja stanovnika, vodna tijela postaju sve zagađenija, a razvoj detekcije KPK-a se postepeno poboljšavao.
Porijeklo detekcije HPK-a može se pratiti do 1850-ih, kada su problemi zagađenja vode privukli pažnju ljudi. U početku se HPK koristio kao indikator kiselih pića za mjerenje koncentracije organske materije u pićima. Međutim, budući da u to vrijeme nije bila uspostavljena potpuna metoda mjerenja, postojala je velika greška u rezultatima određivanja HPK-a.
Početkom 20. stoljeća, s napretkom modernih metoda hemijske analize, metoda detekcije HPK (hemijski pušionik, hemijski unos) postepeno se poboljšavala. Godine 1918. njemački hemičar Hasse definirao je HPK kao ukupnu količinu organske materije potrošene oksidacijom u kiselom rastvoru. Nakon toga, predložio je novu metodu određivanja HPK-a, koja se sastoji u korištenju visokokoncentriranog rastvora hrom dioksida kao oksidansa. Ova metoda može efikasno oksidirati organsku materiju u ugljikov dioksid i vodu, te mjeriti potrošnju oksidansa u rastvoru prije i poslije oksidacije kako bi se odredila vrijednost HPK-a.
Međutim, nedostaci ove metode su se postepeno pojavljivali. Prvo, priprema i rad s reagensima su relativno komplicirani, što povećava težinu i vrijeme trajanja eksperimenta. Drugo, otopine hrom dioksida visoke koncentracije su štetne za okoliš i nisu pogodne za praktičnu primjenu. Stoga su naknadne studije postepeno tražile jednostavniju i precizniju metodu određivanja HPK-a.
Pedesetih godina prošlog stoljeća, holandski hemičar Friis izumio je novu metodu određivanja HPK-a, koja koristi persumpornu kiselinu visoke koncentracije kao oksidans. Ova metoda je jednostavna za korištenje i ima visoku tačnost, što značajno poboljšava efikasnost detekcije HPK-a. Međutim, upotreba persumporne kiseline također nosi određene sigurnosne rizike, tako da je i dalje potrebno obratiti pažnju na sigurnost rada.
Nakon toga, s brzim razvojem instrumentalne tehnologije, metoda određivanja HPK-a postepeno je postigla automatizaciju i inteligenciju. Sedamdesetih godina prošlog stoljeća pojavio se prvi automatski analizator HPK-a, koji je mogao ostvariti potpuno automatsku obradu i detekciju uzoraka vode. Ovaj instrument ne samo da poboljšava tačnost i stabilnost određivanja HPK-a, već i značajno poboljšava efikasnost rada.
S povećanjem ekološke svijesti i poboljšanjem regulatornih zahtjeva, metoda detekcije HPK se također kontinuirano optimizira. Posljednjih godina, razvoj fotoelektrične tehnologije, elektrohemijskih metoda i biosenzorske tehnologije promovirao je inovacije tehnologije detekcije HPK. Na primjer, fotoelektrična tehnologija može odrediti sadržaj HPK u uzorcima vode promjenom fotoelektričnih signala, uz kraće vrijeme detekcije i jednostavniji rad. Elektrohemijska metoda koristi elektrohemijske senzore za mjerenje vrijednosti HPK, što ima prednosti visoke osjetljivosti, brzog odziva i bez potrebe za reagensima. Biosenzorska tehnologija koristi biološke materijale za specifično otkrivanje organske materije, što poboljšava tačnost i specifičnost određivanja HPK.
Metode detekcije COD-a su u posljednjih nekoliko decenija prošle kroz proces razvoja od tradicionalne hemijske analize do moderne instrumentacije, fotoelektrične tehnologije, elektrohemijskih metoda i biosenzorske tehnologije. S napretkom nauke i tehnologije i povećanjem potražnje, tehnologija detekcije COD-a se i dalje poboljšava i inovira. U budućnosti se može predvidjeti da će se, kako ljudi budu obraćali više pažnje na probleme zagađenja okoliša, tehnologija detekcije COD-a dalje razvijati i postati brža, preciznija i pouzdanija metoda detekcije kvaliteta vode.
Trenutno, laboratorije uglavnom koriste sljedeće dvije metode za detekciju HPK-a.
1. Metoda određivanja HPK-a
Standardna metoda s kalijum dihromatom, poznata i kao metoda refluksa (Nacionalni standard Narodne Republike Kine)
(I) Princip
U uzorak vode dodati određenu količinu kalijum dihromata i katalizatora srebro sulfata, zagrijavati i refluksirati određeno vrijeme u jako kiseloj sredini, dio kalijum dihromata se reducira oksidirajućim supstancama u uzorku vode, a preostali kalijum dihromat se titrira amonijum-željeznim sulfatom. Vrijednost COD se izračunava na osnovu količine utrošenog kalijum dihromata.
Budući da je ovaj standard formuliran 1989. godine, postoje mnogi nedostaci u mjerenju prema trenutnom standardu:
1. Potrebno je previše vremena, a svaki uzorak treba refluksirati 2 sata;
2. Oprema za refluks zauzima veliki prostor, što otežava određivanje serije;
3. Troškovi analize su visoki, posebno za srebro sulfat;
4. Tokom procesa određivanja, rasipanje refluksne vode je nevjerovatno;
5. Toksične soli žive sklone su sekundarnom zagađenju;
6. Količina korištenih reagensa je velika, a cijena potrošnog materijala visoka;
7. Proces testiranja je komplikovan i nije pogodan za promociju.
(II) Oprema
1. Uređaj za refluks od 250 ml, potpuno od stakla
2. Uređaj za grijanje (električna peć)
3. Bireta za kiselinu od 25 mL ili 50 mL, konusna tikvica, pipeta, volumetrijska tikvica itd.
(III) Reagensi
1. Standardni rastvor kalijum dihromata (c1/6K2Cr2O7=0,2500 mol/L)
2. Indikatorski rastvor ferocijanata
3. Standardni rastvor amonijum-fero-sulfata [c(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≈0,1mol/L] (kalibrisati prije upotrebe)
4. Rastvor sumporne kiseline i srebro sulfata
Standardna metoda s kalijum dihromatom
(IV) Koraci određivanja
Kalibracija amonijum-željezni sulfata: Precizno pipetirajte 10,00 mL standardnog rastvora kalijum-dihromata u konusnu tikvicu od 500 mL, razrijedite vodom na oko 110 mL, polako dodajte 30 mL koncentrovane sumporne kiseline i dobro protresite. Nakon hlađenja, dodajte 3 kapi rastvora indikatora ferocijanata (oko 0,15 mL) i titrirajte rastvorom amonijum-željezni sulfata. Krajnja tačka je kada se boja rastvora promijeni iz žute u plavo-zelenu do crvenkasto-smeđe.
(V) Određivanje
Uzmite 20 mL uzorka vode (ako je potrebno, uzmite manje i dodajte vode do 20 ili razrijedite prije uzimanja), dodajte 10 mL kalijum dihromata, priključite uređaj za refluks, a zatim dodajte 30 mL sumporne kiseline i srebro sulfata, zagrijavajte i refluksirajte 2 sata. Nakon hlađenja, isperite stijenku kondenzacijske cijevi sa 90,00 mL vode i uklonite konusnu tikvicu. Nakon što se otopina ponovo ohladi, dodajte 3 kapi otopine indikatora željezne kiseline i titrirajte standardnom otopinom amonij-željezni sulfata. Boja otopine se mijenja iz žute u plavo-zelenu do crvenkastosmeđe, što je krajnja tačka. Zabilježite količinu standardne otopine amonij-željezni sulfata. Dok mjerite uzorak vode, uzmite 20,00 mL redestilirane vode i provedite slijepi eksperiment prema istim koracima rada. Zabilježite količinu standardne otopine amonij-željezni sulfata korištene u slijepoj titraciji.
Standardna metoda s kalijum dihromatom
(VI) Izračun
CODCr(O2, mg/L)=[8×1000(V0-V1)·C]/V
(VII) Mjere opreza
1. Maksimalna količina hloridnih iona kompleksiranih sa 0,4 g živinog sulfata može doseći 40 mg. Ako se uzme uzorak vode od 20,00 ml, maksimalna koncentracija hloridnih iona može se kompleksirati od 2000 mg/L. Ako je koncentracija hloridnih iona niska, može se dodati mala količina živinog sulfata kako bi se omjer živinog sulfata i hlorida održao u omjeru 10:1 (W/W). Ako se istaloži mala količina živinog klorida, to ne utječe na određivanje.
2. Raspon HPK-a (KPK) određen ovom metodom je 50-500 mg/L. Za uzorke vode s hemijskom potrošnjom kisika manjom od 50 mg/L, treba koristiti standardni rastvor kalijum dihromata od 0,0250 mol/L. Za povratnu titraciju treba koristiti standardni rastvor amonijum-fero-sulfata od 0,01 mol/L. Za uzorke vode s HPK većim od 500 mg/L, razrijedite ih prije određivanja.
3. Nakon što se uzorak vode zagrije i refluksira, preostala količina kalijum dihromata u rastvoru treba da bude 1/5-4/5 dodane količine.
4. Prilikom korištenja standardnog rastvora kalijum-hidrogenftalata za provjeru kvaliteta i tehnologije rada reagensa, budući da je teorijski CODCr po gramu kalijum-hidrogenftalata 1,176 g, 0,4251 g kalijum-hidrogenftalata (HOOCC6H4COOK) se rastvara u redestiliranoj vodi, prenosi u odmjernu tikvicu od 1000 mL i razrjeđuje do oznake redestiliranom vodom kako bi se dobio standardni rastvor od 500 mg/L CODCr. Priprema se svjež prije upotrebe.
5. Rezultat određivanja CODCr treba da zadrži četiri značajne cifre.
6. Tokom svakog eksperimenta, standardni titracijski rastvor amonijum-željeznog sulfata treba kalibrirati, a posebnu pažnju treba posvetiti promjeni koncentracije kada je sobna temperatura visoka. (Također možete dodati 10,0 ml standardnog rastvora kalijum-dihromata u slijepu probu nakon titracije i titrirati amonijum-željeznim sulfatom do krajnje tačke.)
7. Uzorak vode treba održavati svježim i izmjeriti ga što je prije moguće.
Prednosti:
Visoka tačnost: Refluksna titracija je klasična metoda određivanja HPK-a. Nakon dugog perioda razvoja i verifikacije, njena tačnost je široko priznata. Može preciznije odražavati stvarni sadržaj organske materije u vodi.
Široka primjena: Ova metoda je pogodna za različite vrste uzoraka vode, uključujući organske otpadne vode visoke i niske koncentracije.
Specifikacije rada: Postoje detaljni standardi i procesi rada koje operateri mogu lako savladati i implementirati.
Nedostaci:
Vrijeme trajanja: Refluksna titracija obično traje nekoliko sati za dovršetak određivanja uzorka, što očito nije pogodno za situaciju kada se rezultati moraju brzo dobiti.
Velika potrošnja reagensa: Ova metoda zahtijeva upotrebu više hemijskih reagensa, što je ne samo skupo, već i do određene mjere zagađuje okolinu.
Složen rad: Operater mora imati određeno hemijsko znanje i eksperimentalne vještine, u suprotnom to može uticati na tačnost rezultata određivanja.
2. Spektrofotometrija brze probave
(I) Princip
Uzorku se dodaje poznata količina rastvora kalijum dihromata, u mediju jake sumporne kiseline, sa srebro sulfatom kao katalizatorom, i nakon visokotemperaturne digestije, vrijednost COD se određuje fotometrijskom opremom. Budući da ova metoda ima kratko vrijeme određivanja, malo sekundarno zagađenje, malu zapreminu reagensa i nisku cijenu, većina laboratorija trenutno koristi ovu metodu. Međutim, ova metoda ima visoku cijenu instrumenta i niske troškove korištenja, što je pogodno za dugoročnu upotrebu COD jedinica.
(II) Oprema
Strana oprema je razvijena ranije, ali je cijena vrlo visoka, a vrijeme određivanja dugo. Cijena reagensa je uglavnom nedostupna korisnicima, a tačnost nije visoka, jer se standardi praćenja stranih instrumenata razlikuju od onih u mojoj zemlji, uglavnom zato što se nivo prečišćavanja vode i sistem upravljanja stranim zemljama razlikuju od onih u mojoj zemlji; metoda brze digestijske spektrofotometrije uglavnom se zasniva na uobičajenim metodama domaćih instrumenata. Katalitička metoda brzog određivanja COD je standard formulacije ove metode. Izumljena je još početkom 1980-ih. Nakon više od 30 godina primjene, postala je standard u industriji zaštite okoliša. Domaći 5B instrument se široko koristi u naučnim istraživanjima i službenom praćenju. Domaći instrumenti se široko koriste zbog svojih cjenovnih prednosti i pravovremene postprodajne usluge.
(III) Koraci određivanja
Uzmite 2,5 ml uzorka — dodajte reagens — probavite 10 minuta — ohladite 2 minute — sipajte u kolorimetrijsku posudu — ekran opreme direktno prikazuje koncentraciju HPK uzorka.
(IV) Mjere opreza
1. Uzorci vode s visokim udjelom hlora trebaju koristiti reagens s visokim udjelom hlora.
2. Otpadna tekućina ima oko 10 ml, ali je vrlo kisela i treba je sakupiti i obraditi.
3. Provjerite da li je površina kivete koja propušta svjetlost čista.
Prednosti:
Velika brzina: Brza metoda obično traje samo nekoliko minuta do više od deset minuta za dovršetak određivanja uzorka, što je vrlo pogodno za situacije u kojima je potrebno brzo dobiti rezultate.
Manja potrošnja reagensa: U poređenju sa metodom refluksne titracije, brza metoda koristi manje hemijskih reagensa, ima niže troškove i manji uticaj na okolinu.
Jednostavno rukovanje: Koraci rada brze metode su relativno jednostavni, a operater ne mora imati preveliko hemijsko znanje i eksperimentalne vještine.
Nedostaci:
Nešto niža tačnost: Budući da brza metoda obično koristi neke pojednostavljene hemijske reakcije i metode mjerenja, njena tačnost može biti nešto niža od metode refluksne titracije.
Ograničeno područje primjene: Brza metoda je uglavnom pogodna za određivanje organskih otpadnih voda niske koncentracije. Kod otpadnih voda visoke koncentracije, rezultati određivanja mogu biti znatno pogođeni.
Pod utjecajem faktora interferencije: Brza metoda može uzrokovati velike greške u nekim posebnim slučajevima, kao što je prisustvo određenih interferirajućih supstanci u uzorku vode.
Ukratko, metoda refluksne titracije i brza metoda imaju svoje prednosti i nedostatke. Koju metodu odabrati zavisi od specifičnog scenarija primjene i potreba. Kada je potrebna visoka preciznost i široka primjenjivost, može se odabrati refluksna titracija; kada su potrebni brzi rezultati ili se obrađuje veliki broj uzoraka vode, brza metoda je dobar izbor.
Lianhua, kao proizvođač instrumenata za ispitivanje kvaliteta vode već 42 godine, razvila je 20-minutniSpektrofotometrija brze digestije COD-aMetoda. Nakon velikog broja eksperimentalnih poređenja, uspjela je postići grešku manju od 5%, a ima prednosti jednostavnog rada, brzih rezultata, niske cijene i kratkog vremena.
Vrijeme objave: 07.06.2024.
