Cheminio deguonies poreikio (CDS) nustatymo plėtra

Cheminis deguonies poreikis taip pat vadinamas cheminiu deguonies poreikiu (cheminiu deguonies poreikiu), vadinamas COD. Tai yra cheminių oksidantų (pvz., kalio permanganato) naudojimas oksiduojant ir skaidant vandenyje esančias oksiduojančias medžiagas (pvz., organines medžiagas, nitritus, geležies druską, sulfidą ir kt.), o tada apskaičiuojamas deguonies suvartojimas pagal likučio kiekį. oksidatorius. Kaip ir biocheminis deguonies poreikis (BOD), jis yra svarbus vandens taršos rodiklis. ChDS vienetas yra ppm arba mg/l. Kuo mažesnė vertė, tuo mažesnė vandens tarša.
Redukuojančios medžiagos vandenyje yra įvairios organinės medžiagos, nitritai, sulfidai, geležies druska ir kt. Tačiau pagrindinė jų yra organinė medžiaga. Todėl cheminis deguonies poreikis (CDS) dažnai naudojamas kaip indikatorius organinių medžiagų kiekiui vandenyje matuoti. Kuo didesnis cheminis deguonies poreikis, tuo rimtesnė vandens tarša organinėmis medžiagomis. Cheminio deguonies poreikio (CDS) nustatymas skiriasi priklausomai nuo redukuojančių medžiagų nustatymo vandens mėginiuose ir nustatymo metodo. Šiuo metu dažniausiai naudojami rūgštinio kalio permanganato oksidacijos metodai ir kalio dichromato oksidacijos metodai. Kalio permanganato (KMnO4) metodas turi mažą oksidacijos greitį, tačiau yra gana paprastas. Juo galima nustatyti santykinę organinių medžiagų kiekio vandens mėginiuose ir švaraus paviršinio bei požeminio vandens mėginiuose vertę. Kalio dichromato (K2Cr2O7) metodas pasižymi dideliu oksidacijos greičiu ir geru atkuriamumu. Jis tinka bendram organinių medžiagų kiekiui vandens mėginiuose nustatyti atliekant nuotekų monitoringą.
Organinės medžiagos labai kenkia pramoninėms vandens sistemoms. Vanduo, kuriame yra daug organinių medžiagų, einant per gėlinimo sistemą užterš jonų mainų dervas, ypač anijonines dervas, todėl sumažės dervos mainų pajėgumas. Organinės medžiagos po išankstinio apdorojimo (koaguliacijos, nuskaidrinimo ir filtravimo) gali sumažėti apie 50%, tačiau jų negalima pašalinti gėlinimo sistemoje, todėl jos dažnai patenka į katilą per tiekiamą vandenį, o tai sumažina katilo pH vertę. vandens. Kartais į garų sistemą ir kondensato vandenį gali patekti organinių medžiagų, kurios sumažins pH ir sukels sistemos koroziją. Didelis organinių medžiagų kiekis cirkuliuojančioje vandens sistemoje skatins mikrobų dauginimąsi. Todėl, nesvarbu, ar tai būtų gėlinimas, katilo vanduo ar cirkuliacinė vandens sistema, kuo mažesnis COD, tuo geriau, tačiau nėra vieningo ribinio indekso. Kai cirkuliuojančioje aušinimo sistemoje COD (KMnO4 metodas) > 5mg/L, vandens kokybė pradėjo prastėti.

Cheminis deguonies poreikis (CDS) yra matavimo rodiklis, nurodantis, kiek vandenyje yra daug organinių medžiagų, ir tai yra vienas iš svarbių rodiklių matuojant vandens užterštumo laipsnį. Vystantis industrializacijai ir didėjant gyventojų skaičiui, vandens telkiniai vis labiau teršiami, pamažu tobulėjo ChDS aptikimo plėtra.
ChDS aptikimo kilmę galima atsekti 1850 m., kai vandens taršos problemos patraukė žmonių dėmesį. Iš pradžių COD buvo naudojamas kaip rūgščių gėrimų indikatorius organinių medžiagų koncentracijai gėrimuose matuoti. Tačiau kadangi tuo metu nebuvo sukurtas išsamus matavimo metodas, ChDS nustatymo rezultatuose buvo didelė paklaida.
XX amžiaus pradžioje, tobulėjant šiuolaikiniams cheminės analizės metodams, ChDS aptikimo metodas buvo palaipsniui tobulinamas. 1918 metais vokiečių chemikas Hasse apibrėžė COD kaip bendrą organinių medžiagų kiekį, sunaudojamą oksiduojantis rūgštiniame tirpale. Vėliau jis pasiūlė naują ChDS nustatymo metodą – kaip oksidatorių naudoti didelės koncentracijos chromo dioksido tirpalą. Šis metodas gali efektyviai oksiduoti organines medžiagas į anglies dioksidą ir vandenį bei išmatuoti oksidantų suvartojimą tirpale prieš ir po oksidacijos, kad būtų galima nustatyti ChDS vertę.
Tačiau pamažu išryškėjo šio metodo trūkumai. Pirma, reagentų paruošimas ir veikimas yra gana sudėtingi, o tai padidina eksperimento sudėtingumą ir užima daug laiko. Antra, didelės koncentracijos chromo dioksido tirpalai yra kenksmingi aplinkai ir nėra palankūs praktiniam pritaikymui. Todėl vėlesniuose tyrimuose palaipsniui buvo ieškoma paprastesnio ir tikslesnio COD nustatymo metodo.
1950-aisiais olandų chemikas Friisas išrado naują COD nustatymo metodą, kuriame kaip oksidatorius naudojama didelės koncentracijos persieros rūgštis. Šis metodas yra paprastas naudoti ir pasižymi dideliu tikslumu, o tai labai pagerina COD aptikimo efektyvumą. Tačiau persieros rūgšties naudojimas taip pat turi tam tikrų pavojų saugai, todėl vis tiek reikia atkreipti dėmesį į eksploatacijos saugumą.
Vėliau, sparčiai tobulėjant prietaisų technologijoms, COD nustatymo metodas palaipsniui pasiekė automatizavimą ir intelektą. Aštuntajame dešimtmetyje pasirodė pirmasis automatinis COD analizatorius, galintis visiškai automatiškai apdoroti ir aptikti vandens mėginius. Šis instrumentas ne tik pagerina COD nustatymo tikslumą ir stabilumą, bet ir labai pagerina darbo efektyvumą.
Didėjant aplinkosauginiam sąmoningumui ir tobulinant norminius reikalavimus, COD aptikimo metodas taip pat nuolat optimizuojamas. Pastaraisiais metais fotoelektrinių technologijų, elektrocheminių metodų ir biosensorinių technologijų plėtra paskatino COD aptikimo technologijos naujoves. Pavyzdžiui, fotoelektrinė technologija gali nustatyti ChDS kiekį vandens mėginiuose pagal fotoelektrinių signalų pasikeitimą, sutrumpėjus aptikimo laikui ir paprastesniam veikimui. Taikant elektrocheminį metodą, naudojami elektrocheminiai jutikliai matuoti COD reikšmes, kurių privalumai yra didelis jautrumas, greitas atsakas ir nereikia naudoti reagentų. Biosensorinė technologija naudoja biologines medžiagas, kad aptiktų organines medžiagas, o tai pagerina COD nustatymo tikslumą ir specifiškumą.
COD aptikimo metodai per pastaruosius kelis dešimtmečius buvo tobulinami nuo tradicinės cheminės analizės iki modernių prietaisų, fotoelektrinių technologijų, elektrocheminių metodų ir biosensorinių technologijų. Tobulėjant mokslui ir technologijoms bei didėjant paklausai, COD aptikimo technologija vis dar tobulinama ir diegiamos naujovės. Ateityje galima numatyti, kad žmonėms skiriant daugiau dėmesio aplinkos taršos problemoms, ChDS nustatymo technologija toliau vystysis ir taps greitesniu, tikslesniu ir patikimesniu vandens kokybės nustatymo metodu.
Šiuo metu laboratorijos daugiausia naudoja šiuos du metodus COD aptikti.
1. ChDS nustatymo metodas
Kalio dichromato standartinis metodas, taip pat žinomas kaip refliukso metodas (Nacionalinis Kinijos Liaudies Respublikos standartas)
(I) Principas
Į vandens mėginį įpilkite tam tikrą kiekį kalio dichromato ir katalizatoriaus sidabro sulfato, kaitinkite ir tam tikrą laiką virkite su grįžtamuoju šaldytuvu stiprioje rūgštinėje terpėje, dalis kalio dichromato redukuojama vandens mėginyje esančiomis oksiduojančiomis medžiagomis, o likusi dalis. kalio dichromatas titruojamas amonio geležies sulfatu. ChDS vertė apskaičiuojama pagal sunaudotą kalio dichromato kiekį.
Kadangi šis standartas buvo suformuluotas 1989 m., jį matuojant pagal dabartinį standartą yra daug trūkumų:
1. Tai užtrunka per daug laiko ir kiekvieną mėginį reikia kaitinti su grįžtamu šaldytuvu 2 valandas;
2. Reflukso įranga užima daug vietos, todėl partiją sunku nustatyti;
3. Analizės kaina yra didelė, ypač sidabro sulfato;
4. Per nustatymo procesą, grįžtamojo vandens švaistymas yra nuostabus;
5. Toksiškos gyvsidabrio druskos yra linkusios į antrinę taršą;
6. Naudojamas didelis reagentų kiekis, o eksploatacinių medžiagų kaina didelė;
7. Bandymo procesas yra sudėtingas ir netinkamas paaukštinimui.
(II) Įranga
1. 250 ml viso stiklo refliukso prietaisas
2. Šildymo įrenginys (elektrinė krosnis)
3. 25mL arba 50mL rūgšties biuretė, kūginė kolba, pipetė, matavimo kolba ir kt.
(III) Reagentai
1. Kalio dichromato etaloninis tirpalas (c1/6K2Cr2O7=0,2500mol/L)
2. Ferocianato indikatoriaus tirpalas
3. Amonio geležies sulfato etaloninis tirpalas [c(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≈0,1 mol/L] (kalibruoti prieš naudojimą)
4. Sieros rūgšties-sidabro sulfato tirpalas
Kalio dichromato standartinis metodas
(IV) Nustatymo etapai
Amonio geležies sulfato kalibravimas: tiksliai pipete įpilkite 10,00 ml standartinio kalio dichromato tirpalo į 500 ml kūginę kolbą, praskieskite vandeniu iki maždaug 110 ml, lėtai įpilkite 30 ml koncentruotos sieros rūgšties ir gerai suplakite. Atvėsus įlašinkite 3 lašus ferocianato indikatoriaus tirpalo (apie 0,15 ml) ir titruokite amonio geležies sulfato tirpalu. Galutinis taškas yra tada, kai tirpalo spalva pasikeičia nuo geltonos iki mėlynai žalios iki rausvai rudos.
(V) ryžtas
Paimkite 20 ml vandens mėginio (jei reikia, paimkite mažiau ir įpilkite vandens iki 20 arba praskieskite prieš imdami), įpilkite 10 ml kalio dichromato, įjunkite grįžtamąjį šaldytuvą, tada įpilkite 30 ml sieros rūgšties ir sidabro sulfato, kaitinkite ir virkite 2 valandas. . Atvėsus, praplaukite kondensatoriaus vamzdelio sienelę 90,00 ml vandens ir išimkite kūginę kolbą. Tirpalui vėl atvėsus, įlašinami 3 lašai geležies rūgšties indikatoriaus tirpalo ir titruojami etaloniniu amonio geležies sulfato tirpalu. Tirpalo spalva keičiasi nuo geltonos iki mėlynai žalios iki rausvai rudos, o tai yra galutinis taškas. Užrašykite amonio geležies sulfato etaloninio tirpalo kiekį. Matuodami vandens mėginį, paimkite 20,00 ml perdistiliuoto vandens ir atlikite tuščiąjį eksperimentą pagal tuos pačius veikimo etapus. Užrašykite amonio geležies sulfato etaloninio tirpalo kiekį, sunaudotą tuščiajam titravimui.
Kalio dichromato standartinis metodas
(VI) Skaičiavimas
CODCr (O2, mg/l) = [8 × 1000 (V0-V1) · C]/V
(VII) Atsargumo priemonės
1. Maksimalus chlorido jonų, kompleksuotų su 0,4 g gyvsidabrio sulfato, kiekis gali siekti 40 mg. Jei paimama 20,00 ml vandens mėginio, maksimali chlorido jonų koncentracija 2000 mg/l gali būti kompleksuojama. Jei chlorido jonų koncentracija maža, gyvsidabrio sulfatui palaikyti galima pridėti nedidelį kiekį gyvsidabrio sulfato: chlorido jonai = 10:1 (W/W). Jei nusėda nedidelis gyvsidabrio chlorido kiekis, tai neturi įtakos nustatymui.
2. Šiuo metodu nustatytas ChDS diapazonas yra 50-500mg/L. Vandens mėginiams, kurių cheminis deguonies poreikis yra mažesnis nei 50 mg/L, vietoj to reikia naudoti 0,0250 mol/l kalio dichromato etaloninį tirpalą. Atbuliniam titravimui reikia naudoti 0,01 mol/l amonio geležies sulfato etaloninį tirpalą. Jei vandens mėginiai yra didesni nei 500 mg/l, prieš nustatydami juos praskieskite.
3. Vandens mėginį pakaitinus ir pakaitinus su grįžtamu šaldytuvu, likęs kalio dichromato kiekis tirpale turi būti 1/5-4/5 pridėto kiekio.
4. Naudojant kalio vandenilio ftalato etaloninį tirpalą reagento kokybei ir veikimo technologijai patikrinti, kadangi kiekvieno gramo kalio vandenilio ftalato teorinis CODCr yra 1,176 g, 0,4251 g kalio vandenilio ftalato (HOOCC6H4COOK) ištirpinama redistiliuotame vandenyje. perkeliama į 1000 ml matavimo kolbą ir iki žymos praskiedžiama perdistiliuotu vandeniu, kad gautųsi 500 mg/L CODcr etaloninis tirpalas. Naudodami paruoškite jį šviežią.
5. CODCr nustatymo rezultate turi būti keturi reikšminiai skaitmenys.
6. Kiekvieno eksperimento metu reikia kalibruoti standartinį amonio geležies sulfato titravimo tirpalą ir atkreipti ypatingą dėmesį į koncentracijos pokytį, kai kambario temperatūra yra aukšta. (Taip pat galite įpilti 10,0 ml standartinio kalio dichromato tirpalo į tuščiąjį mėginį po titravimo ir titruoti amonio geležies sulfatu iki galutinio taško.)
7. Vandens mėginys turi būti šviežias ir kuo greičiau išmatuotas.
Privalumai:
Didelis tikslumas: refliukso titravimas yra klasikinis COD nustatymo metodas. Po ilgo kūrimo ir tikrinimo laikotarpio jo tikslumas buvo plačiai pripažintas. Jis gali tiksliau atspindėti tikrąjį organinių medžiagų kiekį vandenyje.
Platus pritaikymas: Šis metodas tinka įvairių tipų vandens mėginiams, įskaitant didelės ir mažos koncentracijos organines nuotekas.
Eksploatavimo specifikacijos: yra išsamūs veikimo standartai ir procesai, kuriuos operatoriams patogu įsisavinti ir įgyvendinti.
Trūkumai:
Atima daug laiko: titravimas su grįžtamuoju srautu paprastai trunka kelias valandas, kol baigiamas mėginio nustatymas, o tai akivaizdžiai nėra palanki situacijai, kai reikia greitai gauti rezultatus.
Didelis reagentų suvartojimas: Šis metodas reikalauja naudoti daugiau cheminių reagentų, o tai ne tik brangu, bet ir tam tikru mastu teršia aplinką.
Sudėtingas darbas: operatorius turi turėti tam tikrų chemijos žinių ir eksperimentavimo įgūdžių, kitaip tai gali turėti įtakos nustatymo rezultatų tikslumui.
2. Greitojo virškinimo spektrofotometrija
(I) Principas
Mėginys įpilamas žinomu kiekiu kalio dichromato tirpalo, stiprioje sieros rūgšties terpėje, katalizatoriumi naudojant sidabro sulfatą, o po aukštoje temperatūroje skaidymo fotometrine įranga nustatoma ChDS reikšmė. Kadangi šis metodas turi trumpą nustatymo laiką, mažą antrinę taršą, mažą reagento kiekį ir mažą kainą, dauguma laboratorijų šiuo metu naudoja šį metodą. Tačiau šis metodas turi didelę prietaiso kainą ir mažą naudojimo kainą, todėl tinka ilgalaikiam COD vienetų naudojimui.
(II) Įranga
Užsienio įranga buvo sukurta anksčiau, tačiau kaina labai didelė, o nustatymo laikas ilgas. Reagento kaina vartotojams paprastai yra neįperkama, o tikslumas nėra labai didelis, nes užsienio prietaisų stebėjimo standartai skiriasi nuo mano šalies, daugiausia dėl to, kad užsienio šalių vandens valymo lygis ir valdymo sistemos skiriasi nuo mano. šalis; greitojo virškinimo spektrofotometrijos metodas daugiausia pagrįstas įprastais buitinių instrumentų metodais. Katalizinis greitas ChDS nustatymo metodas yra šio metodo formulavimo standartas. Jis buvo išrastas dar devintojo dešimtmečio pradžioje. Po daugiau nei 30 taikymo metų jis tapo aplinkos apsaugos pramonės standartu. Buitinė 5B priemonė buvo plačiai naudojama atliekant mokslinius tyrimus ir oficialią stebėseną. Buitiniai instrumentai buvo plačiai naudojami dėl kainų pranašumų ir savalaikio aptarnavimo po pardavimo.
(III) Nustatymo etapai
Paimkite 2,5 ml mėginio – – įpilkite reagento – viršykite 10 minučių – vėsinkite 2 minutes – supilkite į kolorimetrinį indą – – įrangos ekrane tiesiogiai rodoma mėginio COD koncentracija.
(IV) Atsargumo priemonės
1. Didelio chloro vandens mėginiams reikia naudoti daug chloro turintį reagentą.
2. Atliekų skystis yra apie 10 ml, tačiau jis yra labai rūgštus, todėl jį reikia surinkti ir apdoroti.
3. Įsitikinkite, kad šviesą praleidžiantis kiuvetės paviršius yra švarus.
Privalumai:
Greitas greitis: greitasis metodas paprastai užtrunka tik nuo kelių minučių iki daugiau nei dešimties minučių mėginio nustatymui, o tai labai tinka situacijose, kai reikia greitai gauti rezultatus.
Mažiau sunaudojama reagento: Palyginti su grįžtamojo srauto titravimo metodu, greitasis metodas naudoja mažiau cheminių reagentų, turi mažesnes sąnaudas ir turi mažesnį poveikį aplinkai.
Lengvas valdymas: greitojo metodo veikimo žingsniai yra gana paprasti, o operatoriui nereikia turėti per daug chemijos žinių ir eksperimentinių įgūdžių.
Trūkumai:
Šiek tiek mažesnis tikslumas: kadangi greitasis metodas paprastai naudoja kai kurias supaprastintas chemines reakcijas ir matavimo metodus, jo tikslumas gali būti šiek tiek mažesnis nei titravimo su grįžtamu srautu metodu.
Ribota taikymo sritis: greitasis metodas daugiausia tinka mažos koncentracijos organinėms nuotekoms nustatyti. Didelės koncentracijos nuotekų nustatymo rezultatams gali būti labai įtakos.
Veikia trukdžių faktoriai: greitasis metodas gali sukelti didelių klaidų kai kuriais ypatingais atvejais, pavyzdžiui, kai vandens mėginyje yra tam tikrų trukdančių medžiagų.
Apibendrinant galima pasakyti, kad refliukso titravimo metodas ir greitasis metodas turi savų privalumų ir trūkumų. Kurį metodą pasirinkti, priklauso nuo konkretaus taikymo scenarijaus ir poreikių. Kai reikalingas didelis tikslumas ir platus pritaikymas, galima pasirinkti grįžtamąjį titravimą; kai reikia greitų rezultatų arba apdorojamas didelis vandens mėginių skaičius, greitasis metodas yra geras pasirinkimas.
„Lianhua“, kaip vandens kokybės tikrinimo prietaisų gamintoja 42 metus, sukūrė 20 min.COD greito virškinimo spektrofotometrijametodas. Atlikus daugybę eksperimentinių palyginimų, jis sugebėjo pasiekti mažesnę nei 5% paklaidą, o privalumus yra paprastas veikimas, greiti rezultatai, maža kaina ir trumpas laikas.