Kalkulačka CHSKCr - Výpočet chemické spotřeby kyslíku z titračních dat

Co je chemická spotřeba kyslíku (CHSK)?

Chemická spotřeba kyslíku (CHSK) je mírou množství kyslíku potřebného k chemickému rozkladu organických látek ve vzorku vody. Udává se v miligramech kyslíku na litr vody (mg/l). Vyšší hodnota CHSK znamená, že voda obsahuje více látek, které lze oxidovat, což obvykle ukazuje na větší organické znečištění. Laboratoře měří CHSK titrační zkouškou a tato kalkulačka převádí výsledky titrace na hodnotu CHSK.

CHSK patří mezi nejčastější zkoušky používané při hodnocení kvality vody. Čistírny odpadních vod ji provádějí ke kontrole přitékající a odtékající vody. Ekologové ji používají ke kontrole řek a jezer. Továrny ji používají k prokázání, že jejich vypouštěné odpadní vody splňují zákonné limity.

Jak funguje titrační zkouška s dichromanem

Standardní zkouška CHSK používá chemickou látku zvanou dichroman draselný k oxidaci organických látek ve vzorku vody. Laborant zahřívá vzorek s dichromanem a silnou kyselinou po dobu dvou hodin při teplotě 150 °C (302°F). Dichroman, který se vzorkem nezreagoval, se poté stanoví titrací, tedy postupným přidáváním druhé chemické látky (síran železnato-amonný), dokud změna barvy neoznámí dokončení reakce.

Zkouška se provádí dvakrát: jednou se zpracuje skutečný vzorek vody a podruhé blank, což je stejná směs chemických látek, ale bez přidaného vzorku vody. Blank ukazuje maximální možné množství titračního činidla. Porovnání titrace blanku s titrací vzorku ukazuje, kolik dichromanu organické látky ve vzorku skutečně spotřebovaly.

Vzorec pro CHSK

Vzorec pro CHSK je:

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

Kde:

• C = chemická spotřeba kyslíku v mg/l
• B = objem titračního činidla použitého při zkoušce blanku v ml
• S = objem titračního činidla použitého pro vzorek vody v ml
• N = normalita titračního činidla v ekvivalentech na litr (ekv/l)
• V = objem natráveného vzorku vody v ml
• 8000 = pevně stanovené převodní číslo (vysvětlené níže)

Výsledek nikdy nemůže být záporný, protože záporná spotřeba kyslíku není fyzikálně možná. Kalkulačka před použitím vzorce kontroluje zadané hodnoty. Objem blanku, normalita i objem vzorku musí být větší než nula. Objem titračního činidla použitého pro vzorek musí být nulový nebo větší a nesmí být větší než objem blanku.

Proč vzorec používá 8000

Relativní molekulová hmotnost kyslíku je 32 gramů na mol. Každý mol molekul kyslíku přijímá při redukci na vodu 4 elektrony, takže jeden ekvivalent kyslíku váží 32 ÷ 4 = 8 gramů. To je 8 miligramů na miliekvivalent. Objemy titračního činidla jsou uvedeny v mililitrech, takže výsledek je také třeba převést z mililitrů na litry, což představuje další faktor 1000. Vynásobením obou faktorů získáme 8 × 1000 = 8000.

Příklad výpočtu

Předpokládejme, že laborant provedl zkoušku CHSK s těmito výsledky:

• Objem titračního činidla pro blank: 10,0 mL
• Objem titračního činidla pro vzorek: 7,5 mL
• Normalita titračního činidla: 0,1 N
• Objem vzorku: 20 mL

Po dosazení do vzorce:

CHSK = ((10,0 − 7,5) × 0,1 × 8000) / 20 CHSK = (2,5 × 0,1 × 8000) / 20 CHSK = 2000 / 20 = 100 mg/l

Výsledek 100 mg/l spadá do středního rozmezí, typického pro čištěné odpadní vody.

Jak číst výsledek CHSK

Kalkulačka rozděluje výsledek do tří pásem:

• Méně než 50 mg/l: nízká CHSK. Typická pro čistou vodu, například pitnou vodu nebo dobře vyčištěnou odpadní vodu.
• Od 50 mg/l do méně než 200 mg/l: střední CHSK. Typická pro čištěné odpadní vody odtékající z čistírny.
• 200 mg/l a více: vysoká CHSK. Signalizuje silné organické znečištění, například surové splašky nebo nečištěné průmyslové odpadní vody.

Nečištěné komunální odpadní vody se obvykle pohybují přibližně mezi 250 a 1 000 mg/l. Průmyslové odpadní vody, například z pivovarů nebo potravinářských závodů, mohou před čištěním dosahovat několika tisíc mg/l.

Časté problémy při zkoušce CHSK

Objem titračního činidla pro vzorek je větší než objem blanku. K tomu by nemělo dojít, protože vzorek vždy spotřebuje část dichromanu. Obvykle to znamená, že byly prohozeny oba odečty nebo že byl blank kontaminován. Kalkulačka takový vstup odmítne a místo výsledku zobrazí chybu.

Interference chloridů. Slaná voda a solanky obsahují chloridové ionty, které dichroman oxiduje stejně jako organické látky. Výsledek CHSK je proto příliš vysoký. Standard Methods 5220 přidává do trávicí směsi síran rtuťnatý, který chloridy váže. Metoda se však stále nevztahuje na vzorky s obsahem chloridů vyšším než přibližně 2 000 mg/l; pro ně je nutný jiný postup.

Velmi vysoké výsledky. Pokud je CHSK vzorku příliš vysoká na to, aby ji zkouška přesně změřila, laboratoř vzorek zředí čistou vodou, zkoušku zopakuje a výsledek vynásobí faktorem ředění.

Často kladené otázky

Jaký je rozdíl mezi CHSK a biochemickou spotřebou kyslíku (BSK)? CHSK měří všechny látky ve vzorku, které lze rozložit silným chemickým oxidantem. Biochemická spotřeba kyslíku (BSK) měří pouze to, co mohou bakterie strávit během 5 dnů. Stanovení CHSK trvá přibližně 2 hodiny a poskytuje mezi laboratořemi konzistentnější výsledky; BSK lépe předpovídá dopad na přirozenou řeku nebo jezero, protože řeky rozkládají odpad biologicky, nikoli chemicky.

Proč nemůže být CHSK záporná? Spotřeba kyslíku nemůže klesnout pod nulu. Záporný výsledek ve vzorci znamená, že titrace vzorku spotřebovala více titračního činidla než blank, což ukazuje na chybu měření nebo kontaminaci, nikoli na skutečnou zápornou spotřebu. Kalkulačka takový vstup odmítne a vyžádá si opravené odečty. Pokud se obě titrace přesně shodují, je spotřeba 0 mg/l.

Jaký objem vzorku se má použít? Záleží na použité metodě. Varianta s otevřeným refluxem podle Standard Methods 5220 zpracovává 50 mL vzorku. Varianta s uzavřeným refluxem používá mnohem menší nádoby a zpracovává jen několik mililitrů. Kalkulačka přijímá jakýkoli objem větší než nula, proto zadejte objem, který laboratoř skutečně zpracovala.

Je tato kalkulačka přesná? Kalkulačka používá vzorec přesně, takže její aritmetický výpočet je správný. Přesnost konečné hodnoty CHSK závisí na přesnosti zadaných laboratorních měření, včetně objemů titračního činidla a jeho normality.

Lze CHSK použít pro průmyslové odpadní vody? Ano. Stejný vzorec platí pro jakýkoli vzorek vody. Průmyslové vzorky mají často mnohem vyšší CHSK než komunální odpadní vody a před titrací může být nutné je zředit, aby výsledek spadal do měřitelného rozsahu zkoušky.

Reference

1. American Public Health Association, American Water Works Association a Water Environment Federation. (2017). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (23. vydání).
2. U.S. Environmental Protection Agency. (1993). Metoda 410,4: Stanovení chemické spotřeby kyslíku pomocí poloautomatické kolorimetrie.
3. ISO 6060:1989. Kvalita vody — Stanovení chemické spotřeby kyslíku. Mezinárodní organizace pro normalizaci.
4. Tchobanoglous, G., Burton, F. L. a Stensel, H. D. (2014). Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery (5. vydání). McGraw-Hill Education.