COD-laskuri - Laske kemiallinen hapenkulutus titraustiedoista

Mitä kemiallinen hapenkulutus (COD) tarkoittaa?

Kemiallinen hapenkulutus (COD) mittaa, kuinka paljon happea tarvitaan vesinäytteen orgaanisen aineksen hajottamiseen kemiallisesti. Se ilmoitetaan milligrammoina happea vesilitraa kohti (mg/L). Suurempi COD-arvo tarkoittaa, että vedessä on enemmän hapetettavaa ainetta, mikä viittaa yleensä runsaampaan orgaaniseen kuormitukseen. Laboratorioissa COD mitataan titrauskokeella, ja tämä laskin muuntaa titraustulokset COD-arvoksi.

COD on yksi vesien laadun tutkimuksessa yleisimmin käytetyistä kokeista. Jätevedenpuhdistamot tekevät sen tulevan ja lähtevän veden tarkistamiseksi. Ympäristötieteilijät käyttävät sitä jokien ja järvien tutkimiseen. Tehtaat käyttävät sitä osoittaakseen, että niiden päästöt alittavat lainsäädännön raja-arvot.

Dikromaattititrauskokeen toiminta

Tavallisessa COD-kokeessa käytetään kaliumdikromaatti-nimistä kemikaalia vesinäytteen orgaanisen aineksen hapettamiseen. Laboratoriotyöntekijä kuumentaa näytettä dikromaatin ja vahvan hapon kanssa kaksi tuntia lämpötilassa 150 °C (302°F). Näytteen kanssa reagoimatta jäänyt dikromaatti mitataan titraamalla. Titrauksessa toista kemikaalia, rauta(II)ammoniumsulfaattia, lisätään hitaasti, kunnes värinmuutos osoittaa reaktion päättyneen.

Koe tehdään kahdesti: kerran varsinaiselle vesinäytteelle ja kerran nollanäytteelle, joka sisältää saman kemikaaliseoksen mutta johon ei ole lisätty vesinäytettä. Nollanäyte osoittaa titrantin mahdollisen enimmäismäärän. Nollanäytteen ja näytteen titraustulosten vertailu osoittaa, kuinka paljon näytteen orgaaninen aines tosiasiassa kulutti dikromaattia.

COD-kaava

COD-kaava on:

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

Missä:

• C = kemiallinen hapenkulutus, yksikkönä mg/l
• B = nollakokeessa käytetyn titrantin tilavuus, yksikkönä ml
• S = vesinäytteeseen käytetyn titrantin tilavuus, yksikkönä ml
• N = titrantin normaalisuus ekvivalentteina litraa kohti (eq/L)
• V = hajotetun vesinäytteen tilavuus, yksikkönä ml
• 8000 = kiinteä muuntoluku (selitetään jäljempänä)

Tulos ei voi koskaan olla negatiivinen, koska negatiivinen hapenkulutus ei ole fysikaalisesti mahdollinen. Laskin tarkistaa syötetyt arvot ennen kaavan soveltamista. Nollanäytteen tilavuuden, normaalisuuden ja näytetilavuuden on kaikkien oltava suurempia kuin nolla. Näytteen titranttitilavuuden on oltava vähintään nolla, eikä se saa olla suurempi kuin nollanäytteen tilavuus.

Miksi kaavassa käytetään lukua 8000

Hapen moolimassa on 32 grammaa moolia kohti. Jokainen happimolekyylien mooli vastaanottaa 4 elektronia pelkistyessään vedeksi, joten yksi happiekvivalentti painaa 32 ÷ 4 = 8 grammaa. Tämä on 8 milligrammaa milliekvivalenttia kohti. Titrantin tilavuudet ilmoitetaan millilitroina, joten tulos on muunnettava myös millilitroista litroiksi, mikä tuo mukaan tekijän 1000. Kun nämä kaksi tekijää kerrotaan, saadaan 8 × 1000 = 8000.

Laskuesimerkki

Oletetaan, että laboratoriotyöntekijä tekee COD-kokeen seuraavin tuloksin:

• Nollanäytteen titranttitilavuus: 10,0 mL
• Näytteen titranttitilavuus: 7,5 mL
• Titrantin normaalisuus: 0,1 N
• Näytetilavuus: 20 mL

Kaavan soveltaminen:

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

Tulos 100 mg/L kuuluu keskitasolle, joka on käsitellylle jätevedelle tyypillinen.

COD-tuloksen tulkitseminen

Laskin jakaa tuloksen kolmeen luokkaan:

• Alle 50 mg/L: pieni COD. Tyypillinen puhtaalle vedelle, kuten juomavedelle tai hyvin käsitellylle jätevedelle.
• 50 mg/L – alle 200 mg/L: keskisuuri COD. Tyypillinen jätevedenpuhdistamolta lähtevälle käsitellylle jätevedelle.
• 200 mg/L tai enemmän: suuri COD. Osoittaa voimakasta orgaanista kuormitusta, kuten raakajätevedessä tai käsittelemättömässä teollisuusjätevedessä.

Käsittelemättömän yhdyskuntajäteveden COD on yleensä noin 250–1 000 mg/L. Teollisuusjäteveden, kuten panimoiden tai elintarviketehtaiden jäteveden, COD voi olla ennen käsittelyä useita tuhansia mg/L.

COD-kokeen yleiset ongelmat

Näytteen titranttitilavuus on nollanäytettä suurempi. Näin ei pitäisi tapahtua, koska näyte kuluttaa aina jonkin verran dikromaattia. Yleensä tämä tarkoittaa, että kaksi lukemaa on vaihtunut keskenään tai nollanäyte on saastunut. Laskin hylkää syötteen ja näyttää tuloksen sijaan virheilmoituksen.

Kloridihäiriö. Merivesi ja suolaliuokset sisältävät kloridi-ioneja, joita dikromaatti hapettaa samalla tavalla kuin orgaanista ainetta. Tämä saa COD-tuloksen näyttämään liian suurelta. Standard Methods -standardin kohdassa 5220 hajotusseokseen lisätään elohopeasulfaattia sitomaan kloridi. Menetelmä ei kuitenkaan sovellu näytteille, joiden kloridipitoisuus on yli noin 2 000 mg/L, vaan ne edellyttävät toisenlaista menettelyä.

Erittäin suuret tulokset. Jos näytteen COD on liian suuri mitattavaksi tarkasti kyseisellä kokeella, laboratorio laimentaa näytteen puhtaalla vedellä, tekee kokeen uudelleen ja kertoo tuloksen laimennuskertoimella.

Usein kysyttyä

Miten COD eroaa BOD:stä? COD mittaa kaiken näytteessä olevan aineksen, jonka voimakas kemiallinen hapetin voi hajottaa. Biokemiallinen hapenkulutus (BOD) mittaa vain sen, minkä bakteerit pystyvät hajottamaan 5 päivän aikana. COD-mittaus kestää noin 2 tuntia ja antaa laboratorioiden välillä yhdenmukaisempia tuloksia; BOD ennustaa paremmin vaikutuksen luonnonjokeen tai -järveen, koska joet hajottavat jätteitä biologisesti eivätkä kemiallisesti.

Miksi COD ei voi olla negatiivinen? Hapenkulutus ei voi olla pienempi kuin nolla. Kaavan negatiivinen tulos tarkoittaa, että näytteen titrauksessa kului enemmän titranttia kuin nollanäytteessä, mikä viittaa mittausvirheeseen tai saastumiseen eikä todelliseen negatiiviseen kulutukseen. Laskin hylkää tällaisen syötteen ja pyytää korjattuja lukemia. Kun titraustulokset ovat täsmälleen samat, hapenkulutus on 0 mg/L.

Mitä näytetilavuutta pitäisi käyttää? Se riippuu menetelmästä. Standard Methods -käsikirjan menetelmän 5220 avoimen palautusjäähdytyksen versiossa hajotetaan 50 mL näytettä. Suljetun palautusjäähdytyksen versiossa käytetään paljon pienempiä astioita ja hajotetaan vain muutama millilitra. Laskin hyväksyy minkä tahansa nollaa suuremman tilavuuden, joten syötä laboratorion tosiasiassa hajottama tilavuus.

Onko tämä laskin tarkka? Laskin soveltaa kaavaa täsmällisesti, joten sen laskutoimitus on oikein. Lopullisen COD-arvon tarkkuus riippuu syötettyjen laboratoriomittausten tarkkuudesta, mukaan lukien titraustilavuudet ja titrantin normaalisuus.

Voiko COD-arvoa käyttää teollisuusjätevedelle? Kyllä. Sama kaava soveltuu mihin tahansa vesinäytteeseen. Teollisuusnäytteiden COD on usein paljon suurempi kuin yhdyskuntajäteveden, ja niitä on ehkä laimennettava ennen titrausta, jotta tulos osuu kokeen mitattavissa olevalle alueelle.

Lähteet

1. American Public Health Association, American Water Works Association ja Water Environment Federation. (2017). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (23. painos).
2. Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto. (1993). Menetelmä 410,4: Kemiallisen hapenkulutuksen määritys puoliautomaattisella kolorimetrialla.
3. ISO 6060:1989. Veden laatu — kemiallisen hapenkulutuksen määritys. Kansainvälinen standardisoimisjärjestö.
4. Tchobanoglous, G., Burton, F. L. ja Stensel, H. D. (2014). Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery (5. painos). McGraw-Hill Education.