Kemijska potreba za kisikom također se naziva kemijska potreba za kisikom (kemijska potražnja za kisikom), a naziva se KPK. To je upotreba kemijskih oksidansa (kao što je kalijev permanganat) za oksidaciju i razgradnju oksidirajućih tvari u vodi (kao što su organska tvar, nitrit, željezna sol, sulfid itd.), a zatim izračunavanje potrošnje kisika na temelju količine zaostalog oksidans. Kao i biokemijska potrošnja kisika (BPK), važan je pokazatelj onečišćenja vode. Jedinica KPK je ppm ili mg/L. Što je manja vrijednost, manje je zagađenje vode.
Reducirajuće tvari u vodi uključuju razne organske tvari, nitrite, sulfide, željezne soli itd. Ali glavna je organska tvar. Stoga se kemijska potrošnja kisika (KPK) često koristi kao pokazatelj za mjerenje količine organske tvari u vodi. Što je veća kemijska potreba za kisikom, to je ozbiljnije onečišćenje vode organskim tvarima. Određivanje kemijske potrošnje kisika (KPK) ovisi o određivanju redukcijskih tvari u uzorcima vode i metodi određivanja. Trenutno najčešće korištene metode su metoda kisele oksidacije kalijevim permanganatom i metoda oksidacije kalijevim dikromatom. Metoda kalijevog permanganata (KMnO4) ima nisku stopu oksidacije, ali je relativno jednostavna. Može se koristiti za određivanje relativne usporedne vrijednosti organskog sadržaja u uzorcima vode i uzorcima čiste površinske i podzemne vode. Metoda s kalijevim dikromatom (K2Cr2O7) ima visoku stopu oksidacije i dobru ponovljivost. Pogodan je za određivanje ukupne količine organske tvari u uzorcima vode u monitoringu otpadnih voda.
Organska tvar je vrlo štetna za industrijske sustave vode. Voda koja sadrži veliku količinu organske tvari zagadit će smole ionske izmjene prilikom prolaska kroz sustav za desalinizaciju, posebno smole anionske izmjene, što će smanjiti kapacitet izmjene smole. Organska tvar može se smanjiti za oko 50% nakon predtretmana (koagulacija, bistrenje i filtracija), ali se ne može ukloniti u sustavu desalinizacije, pa se često dovodi u kotao preko napojne vode, što smanjuje pH vrijednost kotla. voda. Ponekad se organska tvar može unijeti u parni sustav i kondenziranu vodu, što će smanjiti pH i uzrokovati koroziju sustava. Visok sadržaj organske tvari u sustavu cirkulirajuće vode pospješit će reprodukciju mikroba. Stoga, bilo da se radi o desalinizaciji, kotlovskoj vodi ili sustavu cirkulacije vode, što je KPK niži, to bolje, ali ne postoji jedinstveni ograničavajući indeks. Kada je COD (metoda KMnO4) > 5mg/L u sustavu cirkulacijske vode za hlađenje, kvaliteta vode se počela pogoršavati.
Kemijska potrošnja kisika (KPK) mjerni je pokazatelj stupnja bogatosti vode organskim tvarima, a također je i jedan od važnih pokazatelja za mjerenje stupnja onečišćenja vode. S razvojem industrijalizacije i porastom stanovništva, vodna tijela postaju sve više i više zagađena, a razvoj detekcije KPK postupno se poboljšava.
Podrijetlo otkrivanja KPK može se pratiti unazad do 1850-ih, kada su problemi onečišćenja vode privukli pozornost ljudi. U početku se KPK koristio kao pokazatelj kiselih pića za mjerenje koncentracije organske tvari u pićima. Međutim, budući da u to vrijeme nije bila uspostavljena potpuna metoda mjerenja, došlo je do velike pogreške u rezultatima određivanja KPK.
Početkom 20. stoljeća, s napretkom suvremenih metoda kemijske analize, metoda detekcije KPK postupno se poboljšava. Godine 1918. njemački kemičar Hasse definirao je COD kao ukupnu količinu organske tvari potrošene oksidacijom u kiseloj otopini. Naknadno je predložio novu metodu određivanja KPK, a to je korištenje otopine krom dioksida visoke koncentracije kao oksidansa. Ova metoda može učinkovito oksidirati organsku tvar u ugljični dioksid i vodu i izmjeriti potrošnju oksidansa u otopini prije i nakon oksidacije kako bi se odredila vrijednost KPK.
Međutim, postupno su se pojavili nedostaci ove metode. Prvo, priprema i rad s reagensima su relativno komplicirani, što povećava težinu i dugotrajnost eksperimenta. Drugo, otopine krom dioksida visoke koncentracije štetne su za okoliš i nisu pogodne za praktičnu primjenu. Stoga su kasnije studije postupno tražile jednostavniju i točniju metodu određivanja KPK.
U 1950-ima, nizozemski kemičar Friis izumio je novu metodu određivanja KPK, koja koristi persumpornu kiselinu visoke koncentracije kao oksidans. Ova je metoda jednostavna za rukovanje i ima visoku točnost, što uvelike poboljšava učinkovitost detekcije KPK. Međutim, uporaba persumporne kiseline nosi i određene sigurnosne opasnosti, pa je ipak potrebno obratiti pozornost na sigurnost rada.
Nakon toga, s brzim razvojem instrumentacijske tehnologije, metoda određivanja KPK postupno je postigla automatizaciju i inteligenciju. Sedamdesetih godina prošlog stoljeća pojavio se prvi COD automatski analizator koji može ostvariti potpuno automatsku obradu i detekciju uzoraka vode. Ovaj instrument ne samo da poboljšava točnost i stabilnost određivanja KPK, već također uvelike poboljšava radnu učinkovitost.
S povećanjem ekološke svijesti i poboljšanjem regulatornih zahtjeva, metoda detekcije KPK također se kontinuirano optimizira. Posljednjih godina razvoj fotoelektrične tehnologije, elektrokemijskih metoda i tehnologije biosenzora promovirao je inovaciju tehnologije detekcije KPK. Na primjer, fotoelektrična tehnologija može odrediti sadržaj KPK u uzorcima vode promjenom fotoelektričnih signala, uz kraće vrijeme detekcije i jednostavniji rad. Elektrokemijska metoda koristi elektrokemijske senzore za mjerenje vrijednosti KPK, što ima prednosti visoke osjetljivosti, brzog odgovora i bez potrebe za reagensima. Tehnologija biosenzora koristi biološke materijale za specifično otkrivanje organske tvari, što poboljšava točnost i specifičnost određivanja KPK.
Metode detekcije KPK prošle su kroz proces razvoja od tradicionalne kemijske analize do modernih instrumenata, fotoelektrične tehnologije, elektrokemijskih metoda i biosenzorske tehnologije u posljednjih nekoliko desetljeća. S napretkom znanosti i tehnologije i povećanjem potražnje, tehnologija detekcije KPK još uvijek se poboljšava i inovira. U budućnosti se može predvidjeti da će se tehnologija detekcije KPK dalje razvijati i postati brža, točnija i pouzdanija metoda detekcije kvalitete vode, kako ljudi budu obraćali više pozornosti na pitanja onečišćenja okoliša.
Trenutačno laboratoriji uglavnom koriste sljedeće dvije metode za otkrivanje KPK.
1. Metoda određivanja KPK
Standardna metoda kalijevog dikromata, također poznata kao metoda refluksa (nacionalni standard Narodne Republike Kine)
(I) Načelo
Dodajte određenu količinu kalijevog dikromata i katalizatora srebrnog sulfata u uzorak vode, zagrijavajte i refluksirajte određeno vrijeme u jakom kiselom mediju, dio kalijevog dikromata reducira se oksidirajućim tvarima u uzorku vode, a preostali kalijev dikromat titrira se amonijevim željeznim sulfatom. Vrijednost COD-a izračunava se na temelju količine potrošenog kalijevog dikromata.
Budući da je ovaj standard formuliran 1989., postoje mnogi nedostaci u njegovom mjerenju trenutnim standardom:
1. Potrebno je previše vremena, a svaki uzorak treba refluksirati 2 sata;
2. Oprema za refluks zauzima veliki prostor, što otežava određivanje serije;
3. Trošak analize je visok, posebno za srebrni sulfat;
4. Tijekom procesa određivanja, gubitak refluksne vode je nevjerojatan;
5. Otrovne soli žive sklone su sekundarnom onečišćenju;
6. Količina korištenih reagensa je velika, a trošak potrošnog materijala je visok;
7. Postupak testiranja je kompliciran i nije prikladan za napredovanje.
(II) Oprema
1. Refluksni uređaj od 250 mL od potpunog 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. Standardna otopina kalijevog dikromata (c1/6K2Cr2O7=0,2500mol/L)
2. Otopina indikatora ferocijanata
3. Standardna otopina amonijevog željeznog sulfata [c(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≈0,1mol/L] (kalibrirati prije upotrebe)
4. Otopina sumporne kiseline i srebrnog sulfata
Standardna metoda s kalijevim dikromatom
(IV) Koraci utvrđivanja
Kalibracija amonijevog željeznog sulfata: točno pipetom otpipetirajte 10,00 mL standardne otopine kalijevog dikromata u stožastu tikvicu od 500 mL, razrijedite vodom do oko 110 mL, polako dodajte 30 mL koncentrirane sumporne kiseline i dobro protresite. Nakon hlađenja dodajte 3 kapi indikatorske otopine ferocijanata (oko 0,15 mL) i titrirajte otopinom amonijevog željeznog sulfata. Krajnja točka je kada se boja otopine promijeni iz žute u plavo-zelenu do crvenkasto smeđe.
(V) Odlučnost
Uzeti 20 mL uzorka vode (ako je potrebno, uzeti manje i dodati vode na 20 ili razrijediti prije uzimanja), dodati 10 mL kalijevog dikromata, uključiti uređaj za refluks, a zatim dodati 30 mL sumporne kiseline i srebrnog sulfata, zagrijavati i refluksirati 2 sata. . Nakon hlađenja, isperite stijenku cijevi kondenzatora s 90,00 mL vode i uklonite konusnu tikvicu. Nakon što se otopina ponovno ohladi, dodajte 3 kapi otopine indikatora željezne kiseline i titrirajte standardnom otopinom amonijevog željeznog sulfata. Boja otopine mijenja se od žute preko plavozelene do crvenkastosmeđe, što je krajnja točka. Zabilježite količinu standardne otopine amonijevog željeznog sulfata. Dok mjerite uzorak vode, uzmite 20,00 mL redestilirane vode i izvedite slijepi pokus prema istim radnim koracima. Zabilježite količinu standardne otopine amonijevog željeznog sulfata korištenu u slijepoj titraciji.
Standardna metoda s kalijevim dikromatom
(VI) Izračun
CODCr(O2, mg/L)=[8×1000(V0-V1)·C]/V
(VII) Mjere opreza
1. Maksimalna količina kloridnog iona u kompleksu s 0,4 g živinog sulfata može doseći 40 mg. Ako se uzme uzorak vode od 20,00 ml, maksimalna koncentracija kloridnih iona od 2000 mg/L može se kompleksirati. Ako je koncentracija kloridnih iona niska, može se dodati mala količina živinog sulfata kako bi se zadržao živin sulfat: kloridni ioni = 10:1 (W/W). Ako se istaloži mala količina živinog klorida, to ne utječe na određivanje.
2. Raspon KPK određen ovom metodom je 50-500 mg/L. Za uzorke vode s kemijskom potrebom za kisikom manjom od 50 mg/L, umjesto toga treba koristiti 0,0250 mol/L standardne otopine kalijevog dikromata. Standardna otopina amonijevog željeznog sulfata od 0,01 mol/L trebala bi se koristiti za povratnu titraciju. Za uzorke vode s KPK većim od 500 mg/L, razrijedite ih prije određivanja.
3. Nakon što se uzorak vode zagrije i refluksira, preostala količina kalijevog dikromata u otopini trebala bi biti 1/5-4/5 dodane količine.
4. Kada koristite standardnu otopinu kalijevog hidrogen ftalata za provjeru kvalitete i tehnologije rada reagensa, budući da je teoretski CODCr svakog grama kalijevog hidrogen ftalata 1,176 g, 0,4251 g kalijevog hidrogen ftalata (HOOCC6H4COOK) otopi se u redestiliranoj vodi, prenese se u odmjernu tikvicu od 1000 mL i razrijedi do oznake s redestiliranom vodom kako bi se dobila standardna otopina od 500 mg/L CODcr. Pripremite ga svježeg kad ga koristite.
5. Rezultat određivanja CODCr treba zadržati četiri značajne znamenke.
6. Tijekom svakog eksperimenta treba kalibrirati standardnu titracijsku otopinu amonijevog željeznog sulfata, a na promjenu koncentracije treba obratiti posebnu pozornost kada je sobna temperatura visoka. (Također možete dodati 10,0 ml standardne otopine kalijevog dikromata u slijepu probu nakon titracije i titrirati amonijevim željeznim sulfatom do krajnje točke.)
7. Uzorak vode treba održavati svježim i izmjeriti ga što je prije moguće.
Prednosti:
Visoka točnost: Refluksna titracija je klasična metoda određivanja KPK. Nakon dugog razdoblja razvoja i provjere, njegova je točnost naširoko priznata. Može točnije odražavati stvarni sadržaj organske tvari u vodi.
Široka primjena: Ova je metoda prikladna za razne vrste uzoraka vode, uključujući organske otpadne vode visoke i niske koncentracije.
Operativne specifikacije: Postoje detaljni radni standardi i procesi, koje operateri mogu svladati i implementirati.
Nedostaci:
Dugotrajan: refluksna titracija obično traje nekoliko sati da se dovrši određivanje uzorka, što očito nije pogodno za situaciju u kojoj se rezultati moraju dobiti brzo.
Velika potrošnja reagensa: Ova metoda zahtijeva upotrebu više kemijskih reagensa, što ne samo da je skupo, već i zagađuje okoliš u određenoj mjeri.
Složeni rad: Operater mora imati određeno kemijsko znanje i eksperimentalne vještine, inače to može utjecati na točnost rezultata određivanja.
2. Spektrofotometrija brze probave
(I) Načelo
Uzorku se dodaje poznata količina otopine kalijevog dikromata, u mediju jake sumporne kiseline, sa srebrnim sulfatom kao katalizatorom, te se nakon visokotemperaturne digestije fotometrijskom opremom određuje KPK vrijednost. Budući da ova metoda ima kratko vrijeme određivanja, malo sekundarno onečišćenje, mali volumen reagensa i nisku cijenu, većina laboratorija trenutno koristi ovu metodu. Međutim, ova metoda ima visoku cijenu instrumenta i nisku cijenu upotrebe, što je pogodno za dugotrajnu upotrebu COD jedinica.
(II) Oprema
Strana oprema razvijena je ranije, ali cijena je vrlo visoka, a vrijeme određivanja dugo. Cijena reagensa općenito je nedostižna za korisnike, a točnost nije jako visoka, jer se standardi praćenja inozemnih instrumenata razlikuju od onih u mojoj zemlji, uglavnom zato što se razina pročišćavanja vode i sustav upravljanja stranih zemalja razlikuju od onih u mojoj zemlji zemlja; metoda spektrofotometrije brze probave uglavnom se temelji na uobičajenim metodama domaćih instrumenata. Metoda brzog katalitičkog određivanja KPK standard je formulacije ove metode. Izumljen je još početkom 1980-ih. Nakon više od 30 godina primjene, postao je standard u industriji zaštite okoliša. Domaći instrument 5B naširoko je korišten u znanstvenim istraživanjima i službenom nadzoru. Domaći instrumenti naširoko su korišteni zbog svoje povoljne cijene i pravovremene usluge nakon prodaje.
(III) Koraci utvrđivanja
Uzmite uzorak od 2,5 ml—–dodajte reagens—–probavite 10 minuta—–ohladite 2 minute——sipajte u kolorimetrijsku posudu——zaslon opreme izravno prikazuje koncentraciju KPK uzorka.
(IV) Mjere opreza
1. Uzorci vode s visokim udjelom klora trebaju koristiti reagens s visokim udjelom klora.
2. Otpadna tekućina je oko 10 ml, ali je vrlo kisela i treba je prikupiti i preraditi.
3. Provjerite je li površina kivete koja propušta svjetlost čista.
Prednosti:
Velika brzina: brzoj metodi obično je potrebno samo nekoliko minuta do više od deset minuta da se dovrši određivanje uzorka, što je vrlo prikladno za situacije u kojima se rezultati moraju dobiti brzo.
Manja potrošnja reagensa: U usporedbi s metodom refluksne titracije, brza metoda koristi manje kemijskih reagensa, ima niže troškove i ima manji utjecaj na okoliš.
Jednostavan rad: radni koraci brze metode relativno su jednostavni, a operater ne mora imati previsoko kemijsko znanje i eksperimentalne vještine.
Nedostaci:
Nešto niža točnost: Budući da brza metoda obično koristi neke pojednostavljene kemijske reakcije i metode mjerenja, njena točnost može biti nešto niža od metode refluksne titracije.
Ograničeno područje primjene: Brza metoda uglavnom je prikladna za određivanje organskih otpadnih voda niske koncentracije. Za otpadnu vodu visoke koncentracije, rezultati određivanja mogu biti znatno promijenjeni.
Utječu čimbenici smetnji: Brza metoda može proizvesti velike pogreške u nekim posebnim slučajevima, kao što je kada u uzorku vode postoje određene interferirajuće tvari.
Ukratko, metoda refluksne titracije i brza metoda imaju svoje prednosti i nedostatke. Koju metodu odabrati ovisi o specifičnom scenariju primjene i potrebama. 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 kvalitete vode već 42 godine, razvio je 20-minutniCOD brza probavna spektrofotometrijametoda. Nakon velikog broja eksperimentalnih usporedbi, uspio je postići pogrešku manju od 5%, a ima prednosti jednostavnog rada, brzih rezultata, niske cijene i kratkog vremena.
Vrijeme objave: 7. lipnja 2024
