Kemiallista hapenkulutusta kutsutaan myös kemialliseksi hapenkulutukseksi (kemiallinen hapenkulutus), jota kutsutaan COD:ksi. Se on kemiallisten hapettimien (kuten kaliumpermanganaatin) käyttöä vedessä olevien hapettuvien aineiden (kuten orgaaninen aines, nitriitti, rautasuola, sulfidi jne.) hapettamiseen ja hajottamiseen ja sitten hapenkulutuksen laskemiseen jäännösmäärän perusteella. hapetin. Kuten biokemiallinen hapenkulutus (BOD), se on tärkeä veden saastumisen indikaattori. COD:n yksikkö on ppm tai mg/l. Mitä pienempi arvo, sitä kevyempää on veden saastuminen.
Veden pelkistäviä aineita ovat erilaiset orgaaniset aineet, nitriitti, sulfidi, rautasuola jne. Mutta tärkein niistä on orgaaninen aine. Siksi kemiallista hapenkulutusta (COD) käytetään usein indikaattorina mittaamaan orgaanisen aineen määrää vedessä. Mitä suurempi kemiallinen hapentarve on, sitä vakavampi on orgaanisen aineksen aiheuttama veden saastuminen. Kemiallisen hapenkulutuksen (COD) määritys vaihtelee vesinäytteissä olevien pelkistysaineiden määrityksen ja määritysmenetelmän mukaan. Tällä hetkellä yleisimmin käytetyt menetelmät ovat hapan kaliumpermanganaattihapetusmenetelmä ja kaliumdikromaattihapetusmenetelmä. Kaliumpermanganaattimenetelmällä (KMnO4) on alhainen hapetusnopeus, mutta se on suhteellisen yksinkertainen. Sen avulla voidaan määrittää vesinäytteiden sekä puhtaiden pintavesi- ja pohjavesinäytteiden orgaanisen pitoisuuden suhteellinen vertailuarvo. Kaliumdikromaattimenetelmällä (K2Cr2O7) on korkea hapetusnopeus ja hyvä toistettavuus. Se soveltuu jätevesien seurannassa vesinäytteiden orgaanisen aineksen kokonaismäärän määrittämiseen.
Orgaaniset aineet ovat erittäin haitallisia teollisuuden vesijärjestelmille. Vesi, joka sisältää suuren määrän orgaanista ainetta, saastuttaa ioninvaihtohartsit kulkiessaan suolanpoistojärjestelmän läpi, erityisesti anioninvaihtohartsit, mikä heikentää hartsin vaihtokykyä. Orgaanista ainetta voidaan vähentää noin 50 % esikäsittelyn (koagulaatio, selkeytys ja suodatus) jälkeen, mutta sitä ei voida poistaa suolanpoistojärjestelmässä, joten sitä tuodaan usein syöttöveden kautta kattilaan, mikä alentaa kattilan pH-arvoa. vettä. Joskus höyryjärjestelmään ja lauhdeveteen voi joutua myös orgaanista ainetta, mikä alentaa pH:ta ja aiheuttaa järjestelmän korroosiota. Kiertovesijärjestelmän korkea orgaanisen aineksen pitoisuus edistää mikrobien lisääntymistä. Siksi, olipa kyseessä suolanpoisto, kattilavesi tai kiertovesijärjestelmä, mitä pienempi COD, sitä parempi, mutta yhtenäistä rajoittavaa indeksiä ei ole. Kun COD (KMnO4-menetelmä) > 5mg/L kiertojäähdytysvesijärjestelmässä, on veden laatu alkanut huonontua.
Kemiallinen hapenkulutus (COD) on veden orgaanisen aineksen rikkauden mittausindikaattori, ja se on myös yksi tärkeimmistä veden pilaantumisasteen mittareista. Teollistumisen ja väestön lisääntymisen myötä vesistöt saastuttavat yhä enemmän ja COD-ilmaisun kehitys on vähitellen parantunut.
COD-havaitsemisen alkuperä voidaan jäljittää 1850-luvulle, jolloin vesien saastumisongelmat olivat herättäneet ihmisten huomion. Alun perin COD:tä käytettiin happamien juomien indikaattorina mittaamaan juomien orgaanisen aineksen pitoisuutta. Koska täydellistä mittausmenetelmää ei kuitenkaan ollut tuolloin laadittu, oli COD:n määritystuloksissa suuri virhe.
1900-luvun alussa nykyaikaisten kemiallisten analyysimenetelmien kehittyessä COD:n havaitsemismenetelmää parannettiin vähitellen. Vuonna 1918 saksalainen kemisti Hasse määritteli COD:n happamassa liuoksessa hapettumisen yhteydessä kulutetun orgaanisen aineen kokonaismääräksi. Myöhemmin hän ehdotti uutta COD-määritysmenetelmää, jossa hapettimena käytetään korkeapitoista kromidioksidiliuosta. Tällä menetelmällä voidaan tehokkaasti hapettaa orgaaniset aineet hiilidioksidiksi ja vedeksi sekä mitata hapettimien kulutus liuoksessa ennen ja jälkeen hapetuksen COD-arvon määrittämiseksi.
Tämän menetelmän puutteet ovat kuitenkin vähitellen ilmaantuneet. Ensinnäkin reagenssien valmistus ja käyttö ovat suhteellisen monimutkaisia, mikä lisää kokeen vaikeutta ja aikaa vievää. Toiseksi korkeapitoisuudet kromidioksidiliuokset ovat haitallisia ympäristölle eivätkä sovellu käytännön sovelluksiin. Siksi myöhemmissä tutkimuksissa on vähitellen etsitty yksinkertaisempaa ja tarkempaa COD-määritysmenetelmää.
Hollantilainen kemisti Friis keksi 1950-luvulla uuden COD-määritysmenetelmän, jossa hapettimena käytetään korkeapitoista perrikkihappoa. Tämä menetelmä on yksinkertainen käyttää ja sillä on korkea tarkkuus, mikä parantaa huomattavasti COD-tunnistuksen tehokkuutta. Perrikkihapon käyttöön liittyy kuitenkin myös tiettyjä turvallisuusriskejä, joten käytön turvallisuuteen on silti syytä kiinnittää huomiota.
Myöhemmin instrumentointitekniikan nopean kehityksen myötä COD-määritysmenetelmä on vähitellen saavuttanut automaation ja älykkyyden. 1970-luvulla ilmestyi ensimmäinen automaattinen COD-analysaattori, joka pystyy toteuttamaan vesinäytteiden täysin automaattisen käsittelyn ja havaitsemisen. Tämä laite ei ainoastaan paranna COD-määrityksen tarkkuutta ja vakautta, vaan myös parantaa huomattavasti työn tehokkuutta.
Ympäristötietoisuuden lisäämisen ja viranomaisvaatimusten parantamisen myötä myös COD:n havaitsemismenetelmää optimoidaan jatkuvasti. Valosähköisen teknologian, sähkökemiallisten menetelmien ja biosensoriteknologian kehitys on viime vuosina edistänyt COD-ilmaisutekniikan innovaatioita. Esimerkiksi valosähköisellä tekniikalla voidaan määrittää vesinäytteiden COD-pitoisuus valosähköisten signaalien muutoksella, lyhyemmällä havaitsemisajalla ja yksinkertaisemmalla toiminnalla. Sähkökemiallisessa menetelmässä käytetään sähkökemiallisia antureita COD-arvojen mittaamiseen, minkä etuna on korkea herkkyys, nopea vaste ja reagenssien tarve. Biosensoriteknologia käyttää biologisia materiaaleja orgaanisen aineksen spesifiseen havaitsemiseen, mikä parantaa COD-määrityksen tarkkuutta ja spesifisyyttä.
COD-ilmaisumenetelmiä on viime vuosikymmeninä kehitetty perinteisestä kemiallisesta analyysistä nykyaikaiseen instrumentointiin, valosähköiseen teknologiaan, sähkökemiallisiin menetelmiin ja biosensoriteknologiaan. Tieteen ja tekniikan kehittyessä ja kysynnän kasvaessa COD-ilmaisutekniikkaa parannetaan ja innovoidaan edelleen. Tulevaisuudessa voidaan ennakoida, että kun ihmiset kiinnittävät enemmän huomiota ympäristön saastumiseen, COD-ilmaisuteknologia kehittyy edelleen ja siitä tulee nopeampi, tarkempi ja luotettavampi vedenlaadun havaitsemismenetelmä.
Tällä hetkellä laboratoriot käyttävät pääasiassa seuraavia kahta menetelmää COD:n havaitsemiseen.
1. COD-määritysmenetelmä
Kaliumdikromaattistandardimenetelmä, joka tunnetaan myös refluksimenetelmänä (Kiinan kansantasavallan kansallinen standardi)
(I) Periaate
Lisää vesinäytteeseen tietty määrä kaliumdikromaattia ja katalyyttihopeasulfaattia, kuumenna ja refluksoi tietyn ajan vahvassa happamassa väliaineessa, osa kaliumdikromaatista pelkistyy vesinäytteen hapettuvilla aineilla ja loput. kaliumdikromaatti titrataan ammoniumferrosulfaatilla. COD-arvo lasketaan kulutetun kaliumdikromaatin määrän perusteella.
Koska tämä standardi laadittiin vuonna 1989, sen mittaamisessa nykyisellä standardilla on monia haittoja:
1. Se vie liian paljon aikaa, ja jokaista näytettä on refluksoitava 2 tuntia;
2. Refluksointilaitteisto vie suuren tilan, mikä tekee erän määrittämisestä vaikeaa;
3. Analyysikustannukset ovat korkeat, erityisesti hopeasulfaatin osalta;
4. Määritysprosessin aikana palautusjäähdytysveden hukka on hämmästyttävää;
5. Myrkylliset elohopeasuolat ovat alttiita toissijaiselle saastumiselle;
6. Käytettyjen reagenssien määrä on suuri ja kulutustarvikkeiden kustannukset korkeat;
7. Testiprosessi on monimutkainen eikä sovellu edistämiseen.
(II) Laitteet
1. 250 ml täyslasinen palautusjäähdytin
2. Lämmityslaite (sähköuuni)
3. 25 ml tai 50 ml happobyretti, erlenmeyerpullo, pipetti, mittapullo jne.
(III) Reagenssit
1. Kaliumdikromaatin standardiliuos (c1/6K2Cr2O7=0,2500 mol/L)
2. Ferrosyanaatti-indikaattoriliuos
3. Ammoniumferrosulfaatin standardiliuos [c(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≈0,1 mol/L] (kalibroi ennen käyttöä)
4. Rikkihappo-hopeasulfaattiliuos
Kaliumdikromaattistandardimenetelmä
(IV) Määritysvaiheet
Ammoniumferrosulfaatin kalibrointi: Pipetoi tarkasti 10,00 ml kaliumdikromaattistandardiliuosta 500 ml:n erlenmeyerpulloon, laimenna noin 110 ml:ksi vedellä, lisää hitaasti 30 ml väkevää rikkihappoa ja ravista hyvin. Jäähdytyksen jälkeen lisää 3 tippaa ferrosyanaattiindikaattoriliuosta (noin 0,15 ml) ja titraa ammoniumferrosulfaattiliuoksella. Loppupiste on, kun liuoksen väri muuttuu keltaisesta sinivihreäksi punaruskeaksi.
(V) Päättäväisyys
Ota 20 ml vesinäytettä (tarvittaessa ota vähemmän ja lisää vettä 20:een tai laimenna ennen ottamista), lisää 10 ml kaliumdikromaattia, kytke palautusjäähdytin ja lisää sitten 30 ml rikkihappoa ja hopeasulfaattia, kuumenna ja refluksoi 2 tuntia. . Jäähdytyksen jälkeen huuhtele jäähdytinputken seinämä 90,00 ml:lla vettä ja poista erlenmeyerpullo. Kun liuos on jäähdytetty uudelleen, lisää 3 tippaa rautahappoindikaattoriliuosta ja titraa ammoniumrautasulfaatin standardiliuoksella. Liuoksen väri muuttuu keltaisesta sinivihreäksi punaruskeaksi, mikä on loppupiste. Merkitään muistiin ammoniumrautasulfaatin standardiliuoksen määrä. Kun mittaat vesinäytettä, ota 20,00 ml uudelleentislattua vettä ja suorita nollakoe samojen toimintavaiheiden mukaisesti. Nollatitrauksessa käytetyn ammoniumferrosulfaatin standardiliuoksen määrä kirjataan ylös.
Kaliumdikromaattistandardimenetelmä
(VI) Laskenta
CODCr(O2, mg/L)=[8×1000(V0-V1)·C]/V
(VII) Varotoimet
1. 0,4 g elohopeasulfaatin kanssa kompleksoituneen kloridi-ionin enimmäismäärä voi olla 40 mg. Jos vesinäyte otetaan 20,00 ml, maksimikloridi-ionipitoisuus 2000 mg/l voidaan kompleksoida. Jos kloridi-ionien pitoisuus on alhainen, voidaan lisätä pieni määrä elohopeasulfaattia elohopeasulfaatin pitämiseksi: kloridi-ionit = 10:1 (W/W). Jos pieni määrä elohopeakloridia saostuu, se ei vaikuta määritykseen.
2. Tällä menetelmällä määritetty COD-alue on 50-500 mg/l. Vesinäytteissä, joiden kemiallinen hapenkulutus on alle 50 mg/L, sen sijaan tulisi käyttää 0,0250 mol/l kaliumdikromaattistandardiliuosta. Takaisintitraukseen tulee käyttää 0,01 mol/l ammoniumferrosulfaatin standardiliuosta. Vesinäytteitä, joiden COD on yli 500 mg/l, laimenna ennen määritystä.
3. Kun vesinäyte on kuumennettu ja palautusjäähdytetty, liuoksessa olevan kaliumdikromaatin jäljellä olevan määrän tulee olla 1/5-4/5 lisätystä määrästä.
4. Käytettäessä kaliumvetyftalaatin standardiliuosta reagenssin laadun ja toimintatekniikan tarkistamiseen, koska teoreettinen CODCr jokaisessa grammassa kaliumvetyftalaattia on 1,176 g, 0,4251 g kaliumvetyftalaattia (HOOCC6H4COOK) liuotetaan uudelleen tislattuun veteen. siirrettiin 1000 ml:n mittapulloon ja laimennettiin merkkiin asti uudelleen tislatulla vedellä, jotta siitä tulee 500 mg/l CODcr-standardiliuos. Valmistele se tuoreena käytettynä.
5. CODCr-määritystuloksen tulee säilyttää neljä merkitsevää numeroa.
6. Jokaisen kokeen aikana ammoniumferrosulfaatin standardititrausliuos tulee kalibroida ja pitoisuuden muutokseen tulee kiinnittää erityistä huomiota, kun huoneen lämpötila on korkea. (Voit myös lisätä 10,0 ml kaliumdikromaattistandardiliuosta nollanäytteeseen titrauksen jälkeen ja titrata ammoniumferrosulfaatilla loppupisteeseen asti.)
7. Vesinäyte on pidettävä tuoreena ja mitattava mahdollisimman pian.
Edut:
Suuri tarkkuus: Refluksititraus on klassinen COD-määritysmenetelmä. Pitkän kehitys- ja todentamisjakson jälkeen sen tarkkuus on tunnustettu laajalti. Se voi heijastaa tarkemmin orgaanisen aineksen todellista pitoisuutta vedessä.
Laaja sovellus: Tämä menetelmä soveltuu erityyppisille vesinäytteille, mukaan lukien korkea- ja matalapitoisuudet orgaaniset jätevedet.
Toimintaspesifikaatiot: On olemassa yksityiskohtaisia toimintastandardeja ja prosesseja, jotka on helppo hallita ja toteuttaa.
Haitat:
Aikaa vievää: Refluksititraus kestää yleensä useita tunteja näytteen määrittämiseen, mikä ei tietenkään ole suotuisa tilanteeseen, jossa tulokset on saatava nopeasti.
Suuri reagenssin kulutus: Tämä menetelmä vaatii enemmän kemiallisia reagensseja, mikä ei ole vain kallista, vaan myös saastuttaa ympäristöä jossain määrin.
Monimutkainen toiminta: Käyttäjällä on oltava tiettyjä kemiallisia tietoja ja kokeellisia taitoja, muuten se voi vaikuttaa määritystulosten tarkkuuteen.
2. Pikahajotusspektrofotometria
(I) Periaate
Näytteeseen lisätään tunnettu määrä kaliumdikromaattiliuosta, vahvassa rikkihappoväliaineessa, hopeasulfaattia katalyyttinä ja korkean lämpötilan digestion jälkeen COD-arvo määritetään fotometrisillä laitteilla. Koska tällä menetelmällä on lyhyt määritysaika, pieni toissijainen saastuminen, pieni reagenssitilavuus ja alhaiset kustannukset, useimmat laboratoriot käyttävät tällä hetkellä tätä menetelmää. Tällä menetelmällä on kuitenkin korkea instrumenttikustannus ja alhaiset käyttökustannukset, mikä soveltuu COD-yksiköiden pitkäaikaiseen käyttöön.
(II) Laitteet
Ulkomaisia laitteita kehitettiin aiemmin, mutta hinta on erittäin korkea ja määrittelyaika pitkä. Reagenssin hinta ei yleensä ole käyttäjille kohtuuhintainen, eikä tarkkuus ole kovin korkea, koska ulkomaisten laitteiden valvontastandardit poikkeavat kotimaani vastaavista, lähinnä siksi, että ulkomaisten maiden vedenkäsittelyn taso ja hallintajärjestelmä ovat erilaiset kuin omassani. maa; nopea digestiospektrofotometria -menetelmä perustuu pääosin kotimaisten instrumenttien yleisiin menetelmiin. Katalyyttinen nopea COD-määritysmenetelmä on tämän menetelmän formulaatiostandardi. Se keksittiin jo 1980-luvun alussa. Yli 30 vuoden käytön jälkeen siitä on tullut ympäristönsuojeluteollisuuden standardi. Kotimaista 5B-instrumenttia on käytetty laajasti tieteellisessä tutkimuksessa ja virallisessa seurannassa. Kotimaisia instrumentteja on käytetty laajasti hintaetujen ja oikea-aikaisen huoltopalvelun ansiosta.
(III) Määritysvaiheet
Ota 2,5 ml näytettä—–lisää reagenssia–– sulata 10 minuuttia––jäähdytä 2 minuuttia––kaada kolorimetriseen astiaan––laitteen näyttö näyttää suoraan näytteen COD-pitoisuuden.
(IV) Varotoimet
1. Runsaasti klooria sisältävien vesinäytteiden tulee käyttää runsaasti klooria sisältävää reagenssia.
2. Jäteneste on noin 10 ml, mutta se on erittäin hapanta ja se tulee kerätä ja käsitellä.
3. Varmista, että kyvetin valoa läpäisevä pinta on puhdas.
Edut:
Nopea nopeus: Nopealla menetelmällä näytteen määritys kestää yleensä vain muutamasta minuutista yli kymmeneen minuuttiin, mikä sopii erittäin hyvin tilanteisiin, joissa tuloksia on saatava nopeasti.
Vähemmän reagenssin kulutusta: Refluksititrausmenetelmään verrattuna nopea menetelmä käyttää vähemmän kemiallisia reagensseja, sen kustannukset ovat alhaisemmat ja sillä on vähemmän ympäristövaikutuksia.
Helppokäyttöinen: Pikamenetelmän toimintavaiheet ovat suhteellisen yksinkertaisia, eikä käyttäjällä tarvitse olla liian korkeaa kemian osaamista ja kokeellista taitoa.
Haitat:
Hieman pienempi tarkkuus: Koska nopeassa menetelmässä käytetään yleensä joitain yksinkertaistettuja kemiallisia reaktioita ja mittausmenetelmiä, sen tarkkuus voi olla hieman pienempi kuin refluksititrausmenetelmän.
Rajoitettu käyttöalue: Pikamenetelmä soveltuu pääasiassa matalapitoisuuksien orgaanisen jäteveden määritykseen. Korkean pitoisuuden jäteveden osalta sen määritystulokset voivat vaikuttaa suuresti.
Häiriötekijöiden vaikutus: Nopea menetelmä voi tuottaa suuria virheitä joissain erikoistapauksissa, kuten esimerkiksi silloin, kun vesinäytteessä on tiettyjä häiritseviä aineita.
Yhteenvetona voidaan todeta, että refluksititrausmenetelmällä ja nopealla menetelmällä on kummallakin omat etunsa ja haittansa. Valittava menetelmä riippuu sovelluskohtaisesta skenaariosta ja tarpeista. Kun vaaditaan suurta tarkkuutta ja laajaa käytettävyyttä, voidaan valita palautusjäähdytystitraus; Kun vaaditaan nopeita tuloksia tai käsitellään suuri määrä vesinäytteitä, nopea menetelmä on hyvä valinta.
Lianhua, joka on valmistanut veden laadun testauslaitteita 42 vuoden ajan, on kehittänyt 20 minuutinCOD nopean digestion spektrofotometriamenetelmä. Useiden kokeellisten vertailujen jälkeen se on pystynyt saavuttamaan alle 5 %:n virheen, ja sen etuna on yksinkertainen käyttö, nopeat tulokset, alhaiset kustannukset ja lyhyt aika.
Postitusaika: 07.06.2024
