Химическата нужда от кислород се нарича още химическа нужда от кислород (химическа нужда от кислород), наричана ХПК. Това е използването на химически окислители (като калиев перманганат) за окисляване и разлагане на окисляеми вещества във вода (като органични вещества, нитрити, железни соли, сулфиди и др.) и след това изчисляване на консумацията на кислород въз основа на количеството остатъчен окислител. Подобно на биохимичната потребност от кислород (БПК), това е важен индикатор за замърсяването на водата. Единицата за COD е ppm или mg/L. Колкото по-малка е стойността, толкова по-малко е замърсяването на водата.
Редуциращите вещества във водата включват различни органични вещества, нитрити, сулфиди, железни соли и др. Но основното е органичното вещество. Поради това химическата потребност от кислород (COD) често се използва като индикатор за измерване на количеството органична материя във водата. Колкото по-голяма е химическата нужда от кислород, толкова по-сериозно е замърсяването на водата с органични вещества. Определянето на химическата потребност от кислород (COD) варира в зависимост от определянето на редуциращи вещества във водни проби и метода на определяне. Най-често използваните методи в момента са методът на киселинно окисление с калиев перманганат и методът на окисление с калиев дихромат. Методът с калиев перманганат (KMnO4) има ниска степен на окисление, но е относително прост. Може да се използва за определяне на относителната сравнителна стойност на органичното съдържание във водни проби и проби от чисти повърхностни и подземни води. Методът с калиев бихромат (K2Cr2O7) има висока степен на окисление и добра възпроизводимост. Подходящ е за определяне на общото количество органични вещества във водни проби при мониторинг на отпадъчни води.
Органичната материя е много вредна за промишлените водни системи. Водата, съдържаща голямо количество органична материя, ще замърси йонообменните смоли при преминаване през системата за обезсоляване, особено анионообменните смоли, което ще намали обменния капацитет на смолата. Органичната материя може да бъде намалена с около 50% след предварителна обработка (коагулация, избистряне и филтриране), но не може да бъде отстранена в системата за обезсоляване, така че често се въвежда в котела чрез захранващата вода, което намалява стойността на pH на котела вода. Понякога в парната система и кондензната вода може да се внесе органична материя, което ще намали pH и ще причини корозия на системата. Високото съдържание на органична материя в циркулиращата водна система ще насърчи възпроизводството на микроби. Следователно, независимо дали за обезсоляване, бойлерна вода или циркулационна водна система, колкото по-ниска е ХПК, толкова по-добре, но няма единен ограничаващ индекс. Когато COD (метод KMnO4) > 5mg/L в системата за циркулираща охлаждаща вода, качеството на водата е започнало да се влошава.
Химическата потребност от кислород (COD) е индикатор за измерване на степента, до която водата е богата на органична материя, и също така е един от важните показатели за измерване на степента на замърсяване на водата. С развитието на индустриализацията и увеличаването на населението водните тела стават все по-замърсени и развитието на откриването на COD постепенно се подобрява.
Произходът на откриването на COD може да бъде проследен назад до 1850 г., когато проблемите със замърсяването на водата са привлекли вниманието на хората. Първоначално COD се използва като индикатор за киселинни напитки за измерване на концентрацията на органични вещества в напитките. Въпреки това, тъй като по това време не е бил установен пълен метод за измерване, имаше голяма грешка в резултатите от определянето на COD.
В началото на 20-ти век, с напредването на съвременните методи за химичен анализ, методът за откриване на COD постепенно се подобрява. През 1918 г. немският химик Хасе дефинира COD като общото количество органична материя, консумирана от окисление в киселинен разтвор. Впоследствие той предложи нов метод за определяне на COD, който е да се използва разтвор на хромен диоксид с висока концентрация като окислител. Този метод може ефективно да окисли органичната материя до въглероден диоксид и вода и да измери консумацията на окислители в разтвора преди и след окисляването, за да определи стойността на COD.
Постепенно обаче се появиха недостатъците на този метод. Първо, подготовката и работата с реагентите са относително сложни, което увеличава трудността и отнема много време на експеримента. Второ, разтворите на хромов диоксид с висока концентрация са вредни за околната среда и не са благоприятни за практически приложения. Следователно последващите проучвания постепенно търсят по-прост и по-точен метод за определяне на COD.
През 50-те години на миналия век холандският химик Фрийс изобретява нов метод за определяне на ХПК, който използва персулфурна киселина с висока концентрация като окислител. Този метод е лесен за работа и има висока точност, което значително подобрява ефективността на откриването на COD. Въпреки това, използването на персулфурна киселина също крие определени опасности за безопасността, така че все още е необходимо да се обърне внимание на безопасността на работа.
Впоследствие, с бързото развитие на инструменталната технология, методът за определяне на COD постепенно постигна автоматизация и интелигентност. През 70-те години се появява първият автоматичен анализатор COD, който може да реализира напълно автоматична обработка и откриване на водни проби. Този инструмент не само подобрява точността и стабилността на определянето на COD, но също така значително подобрява ефективността на работа.
С повишаването на екологичната осведоменост и подобряването на регулаторните изисквания, методът за откриване на COD също непрекъснато се оптимизира. През последните години развитието на фотоелектрическата технология, електрохимичните методи и биосензорната технология насърчи иновациите в технологията за откриване на COD. Например, фотоелектричната технология може да определи съдържанието на COD във водни проби чрез промяна на фотоелектричните сигнали, с по-кратко време за откриване и по-опростена работа. Електрохимичният метод използва електрохимични сензори за измерване на стойностите на COD, което има предимствата на висока чувствителност, бърза реакция и липса на нужда от реагенти. Биосензорната технология използва биологични материали за специфично откриване на органична материя, което подобрява точността и специфичността на определянето на COD.
През последните няколко десетилетия методите за откриване на COD са преминали през процес на развитие от традиционния химичен анализ до модерни инструменти, фотоелектрическа технология, електрохимични методи и биосензорна технология. С напредването на науката и технологиите и увеличаването на търсенето, технологията за откриване на COD все още се подобрява и обновява. В бъдеще може да се предвиди, че тъй като хората обръщат повече внимание на проблемите със замърсяването на околната среда, технологията за откриване на COD ще се развие допълнително и ще се превърне в по-бърз, по-точен и надежден метод за откриване на качеството на водата.
Понастоящем лабораториите използват главно следните два метода за откриване на ХПК.
1. Метод за определяне на ХПК
Стандартен метод на калиев дихромат, известен също като метод на обратен хладник (Национален стандарт на Китайската народна република)
(I) Принцип
Добавете определено количество калиев дихромат и катализатор сребърен сулфат към водната проба, нагрейте и кипете под обратен хладник за определен период от време в силна киселинна среда, част от калиевия дихромат се редуцира от окисляващите се вещества във водната проба, а останалата част калиевият дихромат се титрува с амониев железен сулфат. Стойността на COD се изчислява въз основа на количеството консумиран калиев дихромат.
Тъй като този стандарт е формулиран през 1989 г., има много недостатъци при измерването му с настоящия стандарт:
1. Отнема твърде много време и всяка проба трябва да се нагрява под обратен хладник в продължение на 2 часа;
2. Оборудването за обратен хладник заема голямо пространство, което затруднява определянето на партидата;
3. Цената на анализа е висока, особено за сребърен сулфат;
4. По време на процеса на определяне загубата на обратна вода е невероятна;
5. Токсичните живачни соли са склонни към вторично замърсяване;
6. Количеството на използваните реагенти е голямо, а цената на консумативите е висока;
7. Тестовият процес е сложен и не е подходящ за повишение.
(II) Оборудване
1. 250 ml изцяло стъклено рефлукс устройство
2. Нагревателно устройство (електрическа пещ)
3. 25mL или 50mL киселинна бюрета, конична колба, пипета, мерителна колба и др.
(III) Реактиви
1. Стандартен разтвор на калиев бихромат (c1/6K2Cr2O7=0,2500mol/L)
2. Фероцианатен индикаторен разтвор
3. Стандартен разтвор на амониев железен сулфат [c(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≈0.1mol/L] (калибрирайте преди употреба)
4. Разтвор на сярна киселина-сребърен сулфат
Стандартен метод с калиев дихромат
(IV) Стъпки на определяне
Калибриране на амониев железен сулфат: Пипетирайте точно 10,00 ml стандартен разтвор на калиев бихромат в конична колба от 500 ml, разредете до около 110 ml с вода, бавно добавете 30 ml концентрирана сярна киселина и разклатете добре. След охлаждане добавете 3 капки индикаторен разтвор на фероцианат (около 0,15 ml) и титруйте с разтвор на амониев железен сулфат. Крайната точка е, когато цветът на разтвора се промени от жълт през синьо-зелен до червеникавокафяв.
(V) Решителност
Вземете 20 ml водна проба (ако е необходимо, вземете по-малко и добавете вода до 20 или разредете преди вземане), добавете 10 ml калиев дихромат, включете устройството за обратен хладник и след това добавете 30 ml сярна киселина и сребърен сулфат, загрейте и кипете на обратен хладник за 2 часа . След охлаждане изплакнете стената на тръбата на кондензатора с 90,00 ml вода и отстранете коничната колба. След като разтворът се охлади отново, добавете 3 капки индикаторен разтвор на желязна киселина и се титрува със стандартен разтвор на амониев железен сулфат. Цветът на разтвора се променя от жълто през синьо-зелено до червеникавокафяво, което е крайната точка. Запишете количеството стандартен разтвор на амониев железен сулфат. Докато измервате водната проба, вземете 20,00 ml редестилирана вода и извършете празен експеримент съгласно същите работни стъпки. Запишете количеството стандартен разтвор на амониев железен сулфат, използван при празното титруване.
Стандартен метод с калиев дихромат
(VI) Изчисление
CODCr(O2, mg/L)=[8×1000(V0-V1)·C]/V
(VII) Предпазни мерки
1. Максималното количество хлориден йон в комплекс с 0,4 g живачен сулфат може да достигне 40 mg. Ако се вземе 20,00 ml водна проба, максималната концентрация на хлоридни йони от 2000 mg/L може да бъде комплексирана. Ако концентрацията на хлоридни йони е ниска, може да се добави малко количество живачен сулфат, за да се запази живачен сулфат: хлоридни йони = 10:1 (W/W). Ако се утаи малко количество живачен хлорид, това не влияе на определянето.
2. Диапазонът на ХПК, определен чрез този метод, е 50-500 mg/L. За водни проби с химическо потребление на кислород под 50 mg/L вместо това трябва да се използва 0,0250 mol/L стандартен разтвор на калиев дихромат. 0,01 mol/L стандартен разтвор на амониев железен сулфат трябва да се използва за обратно титруване. За водни проби с ХПК над 500 mg/L, разредете ги преди определяне.
3. След като водната проба се нагрее и кипи, оставащото количество калиев бихромат в разтвора трябва да бъде 1/5-4/5 от добавеното количество.
4. Когато използвате стандартен разтвор на калиев хидроген фталат за проверка на качеството и технологията на работа на реагента, тъй като теоретичният CODCr на всеки грам калиев хидроген фталат е 1,176 g, 0,4251 g калиев хидроген фталат (HOOCC6H4COOK) се разтваря в редестилирана вода, прехвърля се в мерителна колба от 1000 ml и се разрежда до марката с редестилирана вода, за да стане стандартен разтвор с 500 mg/L CODcr. Пригответе го пресен, когато се използва.
5. Резултатът от определянето на CODCr трябва да съдържа четири значещи цифри.
6. По време на всеки експеримент стандартният разтвор за титруване на амониев железен сулфат трябва да бъде калибриран и трябва да се обърне специално внимание на промяната на концентрацията, когато стайната температура е висока. (Можете също да добавите 10,0 ml стандартен разтвор на калиев дихромат към празната проба след титруване и да титрувате с амониев железен сулфат до крайната точка.)
7. Водната проба трябва да се поддържа свежа и да се измерва възможно най-скоро.
Предимства:
Висока точност: Титруването с обратен хладник е класически метод за определяне на COD. След дълъг период на разработване и проверка, неговата точност е широко призната. Той може по-точно да отразява действителното съдържание на органични вещества във водата.
Широко приложение: Този метод е подходящ за различни видове водни проби, включително органични отпадъчни води с висока и ниска концентрация.
Оперативни спецификации: Има подробни работни стандарти и процеси, които са удобни за овладяване и прилагане от операторите.
Недостатъци:
Отнема много време: Титруването с обратен хладник обикновено отнема няколко часа, за да завърши определянето на пробата, което очевидно не е благоприятно за ситуацията, при която резултатите трябва да се получат бързо.
Висока консумация на реагент: Този метод изисква използването на повече химични реагенти, което не само е скъпо, но и замърсява околната среда до известна степен.
Сложна операция: Операторът трябва да притежава определени химически познания и експериментални умения, в противен случай това може да повлияе на точността на резултатите от определянето.
2. Спектрофотометрия за бързо смилане
(I) Принцип
Към пробата се добавя известно количество разтвор на калиев дихромат, в среда със силна сярна киселина, със сребърен сулфат като катализатор и след смилане при висока температура стойността на COD се определя чрез фотометрично оборудване. Тъй като този метод има кратко време за определяне, малко вторично замърсяване, малък обем на реагента и ниска цена, повечето лаборатории в момента използват този метод. Въпреки това, този метод има висока цена на инструмента и ниска цена на използване, което е подходящо за дългосрочна употреба на COD единици.
(II) Оборудване
Чуждестранното оборудване е разработено по-рано, но цената е много висока и времето за определяне е дълго. Цената на реагента обикновено е недостъпна за потребителите и точността не е много висока, тъй като стандартите за мониторинг на чужди инструменти са различни от тези в моята страна, главно защото нивото на пречистване на водата и системата за управление на чуждите държави са различни от тези в моята страна държава; Методът на спектрофотометрията за бързо храносмилане се основава главно на обичайните методи на домашни инструменти. Методът за бързо каталитично определяне на COD е стандартът за формулиране на този метод. Изобретен е още в началото на 80-те години. След повече от 30 години приложение, той се превърна в стандарт на индустрията за опазване на околната среда. Домашният инструмент 5B е широко използван в научни изследвания и официален мониторинг. Домашните инструменти са широко използвани поради техните ценови предимства и навременно следпродажбено обслужване.
(III) Етапи на определяне
Вземете проба от 2,5 ml—–добавете реагент—–смилайте за 10 минути—–охладете за 2 минути—–изсипете в колориметричната чиния—–дисплеят на оборудването директно показва концентрацията на COD на пробата.
(IV) Предпазни мерки
1. Водните проби с високо съдържание на хлор трябва да използват реактив с високо съдържание на хлор.
2. Отпадъчната течност е около 10 мл, но е силно киселинна и трябва да се събере и преработи.
3. Уверете се, че светлопропускливата повърхност на кюветата е чиста.
Предимства:
Бърза скорост: Бързият метод обикновено отнема само няколко минути до повече от десет минути, за да завърши определянето на проба, което е много подходящо за ситуации, при които резултатите трябва да бъдат получени бързо.
По-малко потребление на реагент: В сравнение с метода на титруване с обратен хладник, бързият метод използва по-малко химически реагенти, има по-ниски разходи и има по-малко въздействие върху околната среда.
Лесна работа: Операционните стъпки на бързия метод са сравнително прости и операторът не трябва да има твърде високи химически познания и експериментални умения.
Недостатъци:
Малко по-ниска точност: Тъй като бързият метод обикновено използва някои опростени химични реакции и методи за измерване, неговата точност може да е малко по-ниска от метода на титруване с обратен хладник.
Ограничен обхват на приложение: Бързият метод е подходящ главно за определяне на органични отпадъчни води с ниска концентрация. За отпадъчни води с висока концентрация резултатите от определянето им могат да бъдат силно повлияни.
Повлиян от смущаващи фактори: Бързият метод може да доведе до големи грешки в някои специални случаи, като например когато във водната проба има определени смущаващи вещества.
В обобщение, методът на титруване с обратен хладник и бързият метод имат своите предимства и недостатъци. Кой метод да изберете зависи от конкретния сценарий на приложение и нуждите. Когато се изисква висока прецизност и широка приложимост, може да се избере титруване с обратен хладник; когато се изискват бързи резултати или се обработват голям брой водни проби, бързият метод е добър избор.
Lianhua, като производител на инструменти за тестване на качеството на водата в продължение на 42 години, разработи 20-минутенCOD спектрофотометрия за бързо храносмиланеметод. След голям брой експериментални сравнения, той успя да постигне грешка от по-малко от 5% и има предимствата на проста работа, бързи резултати, ниска цена и кратко време.
Време на публикуване: 07 юни 2024 г
