КОД Калкулатор - Изчисляване на Химичното Потребление от Кислород чрез Данни от Титруване

Какво представлява химичната потребност от кислород (ХПК)?

Химичната потребност от кислород (ХПК) е мярка за количеството кислород, необходимо за химичното разграждане на органичните вещества във водна проба. Тя се изразява в милиграми кислород на литър вода (mg/L). По-високата стойност на ХПК означава, че водата съдържа повече вещества, които могат да бъдат окислени, което обикновено показва по-силно органично замърсяване. В лабораториите ХПК се измерва чрез титруване, а този калкулатор превръща данните от титруването в стойност на ХПК.

ХПК е един от най-разпространените анализи при оценка на качеството на водите. Пречиствателните станции за отпадъчни води го извършват, за да проверят постъпващата и изходящата вода. Еколозите го използват за проверка на реки и езера. Фабриките го използват, за да докажат, че заустваните от тях води отговарят на законовите ограничения.

Как работи титруването с дихромат

Стандартният анализ за ХПК използва химичното съединение калиев дихромат за окисляване на органичните вещества във водна проба. Лабораторен техник нагрява пробата с дихромат и силна киселина в продължение на два часа при 150 °C (302°F). Дихроматът, който не е реагирал с пробата, след това се измерва чрез титруване — процес на бавно добавяне на второ химично вещество (амониев железен(II) сулфат), докато промяната на цвета покаже, че реакцията е завършила.

Анализът се извършва два пъти: веднъж с пробата от реалната вода и веднъж с „празна проба“, представляваща същата смес от химикали, но без добавена водна проба. Празната проба показва максималното възможно количество титрант. Сравняването на титруването на празната проба с това на водната проба показва какво количество дихромат действително е изразходвала органичната материя в пробата.

Формула за ХПК

Формулата за ХПК е:

$C = \frac{(B - S) \times N \times 8000}{V}$

Където:

• C = химичната потребност от кислород, в mg/L
• B = обемът на титранта, използван за празната проба, в mL
• S = обемът на титранта, използван за водната проба, в mL
• N = нормалността на титранта, в еквиваленти на литър (eq/L)
• V = обемът на минерализираната водна проба, в mL
• 8000 = фиксирано число за преобразуване (обяснено по-долу)

Резултатът никога не може да бъде отрицателен, тъй като отрицателна потребност от кислород е физически невъзможна. Калкулаторът проверява въведените данни, преди да приложи формулата. Обемът на титранта за празната проба, нормалността и обемът на пробата трябва да са по-големи от нула. Обемът на титранта за пробата трябва да е нула или повече и не трябва да надвишава обема на празната проба.

Защо във формулата се използва 8000

Молекулната маса на кислорода е 32 грама на мол. При редукция до вода всеки мол кислородни молекули приема 4 електрона, така че един еквивалент кислород тежи 32 ÷ 4 = 8 грама. Това е 8 милиграма на милиеквивалент. Обемите на титранта са в милилитри, затова резултатът трябва да се преизчисли и от милилитри в литри, което добавя още един множител 1000. Умножението на двата множителя дава 8 × 1000 = 8000.

Пример с решение

Да приемем, че лабораторен техник извършва анализ за ХПК със следните резултати:

• Обем на титранта за празната проба: 10,0 ml
• Обем на титранта за пробата: 7,5 ml
• Нормалност на титранта: 0,1 Н
• Обем на пробата: 20 ml

Прилагане на формулата:

COD = ((10,0 − 7,5) × 0,1 × 8000) / 20 COD = (2,5 × 0,1 × 8000) / 20 COD = 2000 / 20 = 100 мг/L

Резултат от 100 мг/L попада в умерения диапазон, характерен за пречистени отпадъчни води.

Как се тълкува резултатът за ХПК

Калкулаторът разделя резултата в три диапазона:

• Под 50 мг/L: ниска ХПК. Характерна за чиста вода, например питейна вода или добре пречистен отпадъчен поток.
• От 50 мг/L до, но без да включва 200 мг/L: умерена ХПК. Характерна за пречистени отпадъчни води, напускащи пречиствателна станция.
• 200 мг/L и повече: висока ХПК. Показва силно органично замърсяване, например непречистени битови или промишлени отпадъчни води.

Непречистените битови отпадъчни води обикновено имат стойности между приблизително 250 и 1 000 мг/L. Промишлените отпадъчни води, например от пивоварни или предприятия за производство на храни, могат да достигнат няколко хиляди mg/L преди пречистване.

Често срещани проблеми при анализа за ХПК

Обемът на титранта за пробата е по-голям от този за празната проба. Това не би трябвало да се случва, тъй като пробата винаги изразходва част от дихромата. Обикновено това означава, че резултатите от двете измервания са разменени или че празната проба е замърсена. Калкулаторът отхвърля тези данни и показва грешка вместо резултат.

Влияние на хлоридите. Солената вода и саламурите съдържат хлоридни йони, които дихроматът окислява по същия начин, по който окислява органичните вещества. Това води до твърде висока отчетена стойност на ХПК. Standard Methods 5220 добавя живачен сулфат към сместа за минерализация, за да свърже хлоридните йони. Методът все пак не обхваща проби с концентрация на хлориди над приблизително 2 000 мг/L; за тях е необходима друга процедура.

Много високи резултати. Ако ХПК на пробата е твърде висока, за да бъде измерена точно с анализа, лабораториите разреждат пробата с чиста вода, извършват анализа отново и умножават резултата по коефициента на разреждане.

Често задавани въпроси

Каква е разликата между ХПК и БПК? ХПК измерва всичко в пробата, което може да бъде разградено от силен химичен окислител. Биохимичната потребност от кислород (БПК) измерва само това, което бактериите могат да разградят за 5 дни. Анализът за ХПК отнема около 2 часа и дава по-съпоставими резултати между лабораториите; БПК по-добре предсказва въздействието върху естествена река или езеро, тъй като реките разграждат отпадъците биологично, а не химично.

Защо ХПК не може да бъде отрицателна? Потребността от кислород не може да бъде под нулата. Отрицателен резултат във формулата означава, че при титруването на пробата е използвано повече титрант, отколкото при празната проба, което показва грешка при измерването или замърсяване, а не действителна отрицателна потребност. Калкулаторът отказва тези данни и изисква коригирани показания. Когато двете титрувания съвпадат напълно, потребността е 0 мг/L.

Какъв обем проба трябва да се използва? Това зависи от метода. Вариантът с открит обратен хладник на Standard Methods 5220 минерализира 50 ml. Вариантът със затворен обратен хладник използва много по-малки съдове и минерализира само няколко милилитра. Калкулаторът приема всеки обем над нулата, затова трябва да се въведе обемът, който лабораторията действително е минерализирала.

Точен ли е този калкулатор? Калкулаторът прилага формулата точно, така че аритметичното изчисление е правилно. Точността на крайната стойност на ХПК зависи от точността на въведените лабораторни измервания, включително обемите при титруването и нормалността на титранта.

Може ли ХПК да се използва за промишлени отпадъчни води? Да. Същата формула се прилага за всяка водна проба. Промишлените проби често имат значително по-висока стойност на ХПК от битовите отпадъчни води и може да се наложи да бъдат разредени преди титруването, така че резултатът да попадне в измеримия диапазон на анализа.

Източници

1. Американска асоциация за обществено здраве, Американска асоциация за водоснабдяване и Федерация за водна среда. (2017). Стандартни методи за изследване на вода и отпадъчни води (23-то изд.).
2. Агенция за опазване на околната среда на САЩ. (1993). Метод 410,4: Определяне на химичната потребност от кислород чрез полуавтоматична колориметрия.
3. ISO 6060:1989. Качество на водата — Определяне на химичната потребност от кислород. Международна организация по стандартизация.
4. Tchobanoglous, G., Burton, F. L. и Stensel, H. D. (2014). Инженеринг на отпадъчните води: пречистване и оползотворяване на ресурси (5-то изд.). McGraw-Hill Education.