KHT kalkulaator - Keemilise hapnikutarbe arvutamine tiitrimisandmete põhjal

Mis on keemiline hapnikutarve (KHT)?

Keemiline hapnikutarve (KHT) näitab, kui palju hapnikku on vaja veeproovis oleva orgaanilise aine keemiliseks lagundamiseks. Seda väljendatakse hapniku milligrammides ühe liitri vee kohta (mg/L). Suurem KHT väärtus tähendab, et vesi sisaldab rohkem oksüdeeruvat ainet, mis viitab tavaliselt suuremale orgaanilisele reostusele. Laborid mõõdavad KHT-d tiitrimisega ning see kalkulaator teisendab tiitrimistulemused KHT väärtuseks.

KHT on üks vee kvaliteediuuringutes kõige sagedamini kasutatavaid analüüse. Reoveepuhastid määravad selle abil sisse- ja väljuva vee näitajaid. Keskkonnateadlased kasutavad seda jõgede ja järvede uurimisel. Tehased kasutavad seda tõendamaks, et nende heitvesi vastab seadusega kehtestatud piirnormidele.

Kuidas dikromaadi tiitrimisanalüüs toimib

Tavapärases KHT-analüüsis kasutatakse veeproovis oleva orgaanilise aine oksüdeerimiseks kemikaali kaaliumdikromaati. Laborant kuumutab proovi koos dikromaadi ja tugeva happega kaks tundi temperatuuril 150 °C (302°F). Seejärel määratakse tiitrimisega selle dikromaadi kogus, mis prooviga ei reageerinud. Selleks lisatakse aeglaselt teist kemikaali, raud(II)-ammooniumsulfaati, kuni värvuse muutus annab märku reaktsiooni lõppemisest.

Analüüs tehakse kaks korda: üks kord tegeliku veeprooviga ja teine kord nn tühikatsega, milles on sama kemikaalisegu, kuid millele veeproovi ei lisata. Tühikatse näitab võimalikku tiitrimisreagendi maksimaalset kogust. Tühikatse ja veeproovi tiitrimistulemuste võrdlus näitab, kui palju dikromaati proovis olev orgaaniline aine tegelikult ära tarbis.

KHT valem

KHT valem on järgmine:

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

Kus:

• C = keemiline hapnikutarve ühikutes mg/L
• B = tühikatseks kasutatud tiitrimisreagendi ruumala milliliitrites
• S = veeproovi jaoks kasutatud tiitrimisreagendi ruumala milliliitrites
• N = tiitrimisreagendi normaalsus ekvivalentides liitri kohta (eq/L)
• V = seeditud veeproovi ruumala milliliitrites
• 8000 = püsiv teisendustegur (selgitatud allpool)

Tulemus ei saa kunagi olla negatiivne, sest negatiivne hapnikutarve ei ole füüsikaliselt võimalik. Kalkulaator kontrollib sisendeid enne valemi rakendamist. Tühikatse ruumala, normaalsus ja proovi ruumala peavad kõik olema suuremad kui null. Proovi tiitrimisreagendi ruumala peab olema null või sellest suurem ning see ei tohi olla suurem kui tühikatse ruumala.

Miks kasutatakse valemis tegurit 8000

Hapniku molekulmass on 32 grammi mooli kohta. Iga hapnikumolekulide mool võtab vee tekkimisel redutseerudes vastu 4 elektroni, seega kaalub üks hapnikuekvivalent 32 ÷ 4 = 8 grammi. See on 8 milligrammi milliekvivalendi kohta. Tiitrimisreagendi ruumalad on milliliitrites, seega tuleb tulemus teisendada ka milliliitritest liitriteks, mis annab teguri 1000. Nende kahe teguri korrutis on 8 × 1000 = 8000.

Näidisarvutus

Oletame, et laborant teeb KHT-analüüsi järgmiste tulemustega:

• Tühikatse tiitrimisreagendi ruumala: 10,0 mL
• Proovi tiitrimisreagendi ruumala: 7,5 mL
• Tiitrimisreagendi normaalsus: 0,1 N
• Proovi ruumala: 20 mL

Valemi rakendamine:

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

Tulemus 100 mg/L jääb mõõdukasse vahemikku, mis on töödeldud reoveele tüüpiline.

Kuidas KHT tulemust tõlgendada

Kalkulaator jaotab tulemuse kolme vahemikku:

• Alla 50 mg/L: väike KHT. Tüüpiline puhtale veele, näiteks joogiveele või hästi puhastatud heitveele.
• 50 mg/L kuni, kuid mitte kaasa arvatud 200 mg/L: mõõdukas KHT. Tüüpiline puhastist väljuvale töödeldud reoveele.
• 200 mg/L ja rohkem: suur KHT. Viitab tugevale orgaanilisele reostusele, näiteks puhastamata olmereoveele või tööstusreoveele.

Puhastamata olmereovee KHT jääb tavaliselt ligikaudu 250 ja 1 000 mg/L vahele. Tööstusreovee, näiteks õlletehaste või toiduainetööstuse reovee KHT võib enne puhastamist ulatuda mitme tuhande mg/L-ni.

Levinud probleemid KHT-analüüsis

Proovi tiitrimisreagendi ruumala on suurem kui tühikatse ruumala. Seda ei tohiks juhtuda, sest proov tarbib alati osa dikromaadist. Tavaliselt tähendab see, et kaks näitu on omavahel vahetusse läinud või tühikatse on saastunud. Kalkulaator lükkab sellise sisendi tagasi ja kuvab tulemuse asemel veateate.

Kloriidi interferents. Soolane vesi ja soolvesi sisaldavad kloriidioone, mida dikromaat oksüdeerib samamoodi nagu orgaanilist ainet. Seetõttu saadakse liiga suur KHT väärtus. Standard Methods 5220 soovitab kloriidi sidumiseks lisada seeditavale segule elavhõbesulfaati. Meetod ei kehti siiski proovidele, mille kloriidisisaldus on suurem kui ligikaudu 2 000 mg/L; selliste proovide jaoks on vaja teistsugust menetlust.

Väga suured tulemused. Kui proovi KHT on täpseks mõõtmiseks liiga suur, lahjendavad laborid proovi puhta veega, teevad analüüsi uuesti ja korrutavad tulemuse lahjendusteguriga.

Korduma kippuvad küsimused

Mis vahe on KHT-l ja biokeemilisel hapnikutarbel ehk BHT-l? KHT mõõdab kõike proovis leiduvat, mida tugev keemiline oksüdeerija suudab lagundada. Biokeemiline hapnikutarve (BHT) mõõdab ainult seda, mida bakterid suudavad 5 päeva jooksul lagundada. KHT määramine võtab umbes 2 tundi ja annab laborite vahel ühtlasemad tulemused; BHT ennustab paremini mõju looduslikule jõele või järvele, sest jõgedes lagundatakse reostus bioloogiliselt, mitte keemiliselt.

Miks ei saa KHT olla negatiivne? Hapnikutarve ei saa olla väiksem kui null. Negatiivne tulemus valemis tähendab, et proovi tiitrimisel kasutati rohkem tiitrimisreagenti kui tühikatses, mis viitab mõõtmisveale või saastumisele, mitte tegelikule negatiivsele hapnikutarbele. Kalkulaator lükkab sellise sisendi tagasi ja palub näidud parandada. Kui kahe tiitrimise tulemused langevad täpselt kokku, on hapnikutarve 0 mg/L.

Millist proovi ruumala tuleks kasutada? See sõltub meetodist. Standard Methodsi 5220 avatud tagasivooluga variandis seeditakse 50 mL proovi. Suletud tagasivooluga variandis kasutatakse palju väiksemaid anumaid ja seeditakse ainult mõni milliliiter. Kalkulaator lubab kasutada mis tahes nullist suuremat ruumala, seega sisestage tegelikult laboris seeditud ruumala.

Kas see kalkulaator on täpne? Kalkulaator rakendab valemit täpselt, seega on selle aritmeetika korrektne. Lõpliku KHT väärtuse täpsus sõltub sisestatud laborimõõtmiste täpsusest, sealhulgas tiitrimisreagendi ruumaladest ja normaalsusest.

Kas KHT-d saab kasutada tööstusreovee puhul? Jah. Sama valem kehtib mis tahes veeproovi kohta. Tööstusproovide KHT on sageli palju suurem kui olmereoveel ning proovi võib olla vaja enne tiitrimist lahjendada, et tulemus jääks analüüsi mõõtevahemikku.

Viited

1. American Public Health Association, American Water Works Association ja Water Environment Federation. (2017). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (23. väljaanne).
2. U.S. Environmental Protection Agency. (1993). Meetod 410,4: keemilise hapnikutarbe määramine poolautomaatse kolorimeetria abil.
3. ISO 6060:1989. Vee kvaliteet — keemilise hapnikutarbe määramine. Rahvusvaheline Standardiorganisatsioon.
4. Tchobanoglous, G., Burton, F. L. ja Stensel, H. D. (2014). Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery (5. väljaanne). McGraw-Hill Education.