KOI Kalkulátor - Kémiai Oxigénigény Számítása Titrálási Adatokból

Mi a kémiai oxigénigény (KOI)?

A kémiai oxigénigény (KOI) azt méri, hogy egy vízmintában lévő szerves anyag kémiai lebontásához mennyi oxigén szükséges. Az értéket a víz literére jutó milligramm oxigénben adják meg (mg/L). A magasabb KOI-érték azt jelenti, hogy a víz több oxidálható anyagot tartalmaz, ami általában nagyobb szerves szennyezésre utal. A laboratóriumok titrálással mérik a KOI-t, ez a számológép pedig a titrálási értékeket KOI-eredménnyé alakítja.

A KOI a vízminőség vizsgálatának egyik leggyakoribb tesztje. A szennyvíztisztító telepek a beérkező és a távozó víz ellenőrzésére használják. A környezettudósok folyók és tavak vizsgálatára alkalmazzák. A gyárak annak igazolására használják, hogy a kibocsátásuk megfelel a jogszabályi határértékeknek.

A dikromátos titrálási teszt működése

A szabványos KOI-tesztben kálium-dikromát nevű vegyszert használnak a vízmintában lévő szerves anyag oxidálására. A laboratóriumi technikus a mintát két órán át dikromáttal és erős savval hevíti 150 °C-on (302°F). Ezután titrálással megmérik a mintával nem reagáló dikromát mennyiségét: lassan egy második vegyszert, vas(II)-ammónium-szulfátot adagolnak, amíg a színváltozás nem jelzi, hogy a reakció befejeződött.

A vizsgálatot két alkalommal végzik el: egyszer a tényleges vízmintával, egyszer pedig egy „vakmintával”, amely ugyanazt a vegyszerkeveréket tartalmazza, de vízmintát nem adnak hozzá. A vakminta titrálása adja a lehetséges titrálóanyag maximális mennyiségét. A vakminta és a vízminta titrálási eredményének összehasonlítása megmutatja, hogy a mintában lévő szerves anyag ténylegesen mennyi dikromátot fogyasztott el.

A KOI képlete

A KOI képlete:

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

Ahol:

• C = a kémiai oxigénigény mg/L-ben
• B = a vakminta vizsgálatához felhasznált titrálóanyag térfogata mL-ben
• S = a vízmintához felhasznált titrálóanyag térfogata mL-ben
• N = a titrálóanyag normalitása ekvivalens/literben (eq/L)
• V = az emésztett vízminta térfogata mL-ben
• 8000 = rögzített átváltási szám (magyarázata alább)

Az eredmény nem lehet negatív, mivel a negatív oxigénigény fizikailag nem lehetséges. A számológép a képlet alkalmazása előtt ellenőrzi a bevitt adatokat. A vakminta térfogatának, a titrálóanyag normalitásának és a mintatérfogatnak egyaránt nullánál nagyobbnak kell lennie. A mintához felhasznált titrálóanyag térfogata legalább nulla lehet, de nem lehet nagyobb a vakminta térfogatánál.

Miért használ a képlet 8000-et?

Az oxigén molekulatömege 32 gramm/mol. Minden oxigénmolekula-mól 4 elektront vesz fel, amikor vízzé redukálódik, ezért egy ekvivalens oxigén tömege 32 ÷ 4 = 8 gramm. Ez 8 milligramm milliekvivalensenként. A titrálóanyag térfogatát milliliterben adják meg, ezért az eredményt milliliterről literre is át kell skálázni, ami további 1000-es tényezőt jelent. A kettőt összeszorozva: 8 × 1000 = 8000.

Megoldott példa

Tegyük fel, hogy egy laboratóriumi technikus a következő eredményeket kapja egy KOI-teszten:

• A vakminta titrálóanyagának térfogata: 10,0 mL
• A minta titrálóanyagának térfogata: 7,5 mL
• A titrálóanyag normalitása: 0,1 N
• A minta térfogata: 20 mL

A képlet alkalmazása:

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

A 100 mg/L-es eredmény a közepes tartományba esik, ami tipikus a kezelt szennyvíznél.

A KOI-eredmény értelmezése

A számológép három kategóriába sorolja az eredményt:

• 50 mg/L alatt: alacsony KOI. Tiszta vízre jellemző, például ivóvízre vagy jól kezelt elfolyó vízre.
• 50 mg/L-től, de 200 mg/L alatt: közepes KOI. A tisztítótelepről távozó kezelt szennyvízre jellemző.
• 200 mg/L és afelett: magas KOI. Erős szerves szennyezést jelez, például nyers szennyvizet vagy kezeletlen ipari szennyvizet.

A kezeletlen háztartási szennyvíz általában körülbelül 250 és 1 000 mg/L közé esik. Az ipari szennyvíz, például sörgyárakból vagy élelmiszeripari üzemekből származó víz, kezelés előtt több ezer mg/L értéket is elérhet.

Gyakori problémák a KOI-vizsgálat során

A minta titrálásához szükséges titrálóanyag térfogata nagyobb a vakmintáénál. Ennek nem szabadna előfordulnia, mivel a minta mindig fogyaszt valamennyi dikromátot. Ez általában azt jelenti, hogy a két leolvasást felcserélték, vagy szennyeződés került a vakmintába. A számológép elutasítja ezt a bemenetet, és eredmény helyett hibaüzenetet jelenít meg.

Kloridinterferencia. A sós víz és a sóoldatok kloridionokat tartalmaznak, amelyeket a dikromát ugyanúgy oxidál, mint a szerves anyagokat. Emiatt a KOI-eredmény túl magas lesz. A Standard Methods 5220 higany(II)-szulfátot ad az emésztési elegyhez a klorid megkötésére. A módszer azonban nem alkalmazható körülbelül 2 000 mg/L-nél nagyobb kloridkoncentrációjú mintákra; ezekhez más eljárás szükséges.

Nagyon magas eredmények. Ha egy minta KOI-ja túl magas ahhoz, hogy a teszt pontosan mérhesse, a laboratóriumok tiszta vízzel hígítják a mintát, megismétlik a vizsgálatot, majd az eredményt megszorozzák a hígítási tényezővel.

Gyakran ismételt kérdések

Mi a különbség a KOI és a BOI között? A KOI a mintában lévő, erős kémiai oxidálószerrel lebont­ható összes anyagot méri. A biokémiai oxigénigény (BOI) csak azt méri, amit a baktériumok 5 nap alatt le tudnak bontani. A KOI-vizsgálat körülbelül 2 órát vesz igénybe, és a laboratóriumok között egyenletesebb eredményeket ad; a BOI jobban előre jelzi a természetes folyóra vagy tóra gyakorolt hatást, mivel a folyók biológiai, nem pedig kémiai úton bontják le a szennyező anyagokat.

Miért nem lehet negatív a KOI? Az oxigénigény nem csökkenhet nulla alá. A képletben szereplő negatív eredmény azt jelenti, hogy a minta titrálásakor több titrálóanyag fogyott, mint a vakminta titrálásakor, ami mérési hibára vagy szennyeződésre utal, nem pedig valódi negatív igényre. A számológép elutasítja ezt a bemenetet, és javított leolvasásokat kér. Ha a két titrálás pontosan megegyezik, az oxigénigény 0 mg/L.

Mekkora mintatérfogatot kell használni? Ez a módszertől függ. A Standard Methods 5220 nyílt refluxos változata 50 mL mintát emészt. A zárt refluxos változat sokkal kisebb edényeket használ, és csak néhány milliliternyi mintát emészt. A számológép bármely nullánál nagyobb térfogatot elfogad, ezért azt a térfogatot kell megadni, amelyet a laboratórium ténylegesen megemésztett.

Pontos ez a számológép? A számológép pontosan alkalmazza a képletet, ezért a számtani művelet helyes. A végső KOI-érték pontossága a megadott laboratóriumi mérések pontosságától függ, beleértve a titrálási térfogatokat és a titrálóanyag normalitását.

Használható a KOI ipari szennyvízre? Igen. Ugyanaz a képlet alkalmazható bármely vízmintára. Az ipari minták KOI-ja gyakran sokkal magasabb a háztartási szennyvízénél, ezért titrálás előtt hígítani kell őket, hogy az eredmény a teszt mérhető tartományába essen.

Hivatkozások

1. American Public Health Association, American Water Works Association és Water Environment Federation. (2017). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (23. kiadás).
2. U.S. Environmental Protection Agency. (1993). Method 410,4: The Determination of Chemical Oxygen Demand by Semi-Automated Colorimetry.
3. ISO 6060:1989. Water quality — Determination of the chemical oxygen demand. International Organization for Standardization.
4. Tchobanoglous, G., Burton, F. L. és Stensel, H. D. (2014). Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery (5. kiadás). McGraw-Hill Education.