Calcolatore COD - Calcola la Domanda Chimica di Ossigeno dai Dati di Titolazione

Che cos'è la domanda chimica di ossigeno (COD)?

La domanda chimica di ossigeno (COD) misura la quantità di ossigeno necessaria per decomporre chimicamente la materia organica presente in un campione d'acqua. Si esprime in milligrammi di ossigeno per litro d'acqua (mg/L). Un valore di COD più elevato indica che l'acqua contiene una maggiore quantità di materiale ossidabile, il che generalmente segnala un maggiore inquinamento organico. I laboratori misurano la COD mediante una prova di titolazione e questo calcolatore converte i valori della titolazione in un risultato di COD.

La COD è una delle prove più comuni nelle analisi della qualità dell'acqua. Gli impianti di trattamento delle acque reflue la eseguono per controllare l'acqua in ingresso e in uscita. Gli scienziati ambientali la usano per controllare fiumi e laghi. Le fabbriche la usano per dimostrare che i propri scarichi rispettano i limiti di legge.

Come funziona la prova di titolazione con dicromato

La prova standard della COD usa una sostanza chimica chiamata dicromato di potassio per ossidare le sostanze organiche presenti in un campione d'acqua. Un tecnico di laboratorio riscalda il campione con dicromato e un acido forte per due ore a 150 °C (302°F). Il dicromato che non ha reagito con il campione viene quindi misurato mediante titolazione, un procedimento che consiste nell'aggiungere lentamente una seconda sostanza chimica (solfato ferroso ammonico) finché un cambiamento di colore segnala il completamento della reazione.

La prova viene eseguita due volte: una volta sul campione d'acqua reale e una volta su un «bianco», cioè la stessa miscela di sostanze chimiche ma senza aggiungere il campione d'acqua. Il bianco mostra la quantità massima possibile di titolante. Il confronto tra la titolazione del bianco e quella del campione indica quanto dicromato è stato effettivamente consumato dalla materia organica presente nel campione.

Formula della COD

La formula della COD è:

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

Dove:

• C = la domanda chimica di ossigeno, in mg/L
• B = il volume di titolante utilizzato per la prova in bianco, in mL
• S = il volume di titolante utilizzato per il campione d'acqua, in mL
• N = normalità del titolante, in equivalenti per litro (eq/L)
• V = il volume del campione d'acqua digerito, in mL
• 8000 = un numero di conversione fisso (spiegato di seguito)

Il risultato non può mai essere negativo, perché una domanda di ossigeno negativa non è fisicamente possibile. Il calcolatore controlla i valori inseriti prima di applicare la formula. Il volume del bianco, la normalità e il volume del campione devono essere tutti maggiori di zero. Il volume di titolante del campione deve essere pari o superiore a zero e non deve essere maggiore del volume del bianco.

Perché la formula usa 8000

L'ossigeno ha una massa molecolare di 32 grammi per mole. Ogni mole di molecole di ossigeno accetta 4 elettroni quando viene ridotta ad acqua, quindi un equivalente di ossigeno pesa 32 ÷ 4 = 8 grammi. Si tratta di 8 milligrammi per milliequivalente. I volumi di titolante sono espressi in millilitri, quindi anche il risultato deve essere convertito da millilitri a litri, con un ulteriore fattore pari a 1000. Moltiplicando i due fattori si ottiene 8 × 1000 = 8000.

Esempio di calcolo

Supponiamo che un tecnico di laboratorio esegua una prova della COD con i seguenti risultati:

• Volume di titolante del bianco: 10,0 mL
• Volume di titolante del campione: 7,5 mL
• Normalità del titolante: 0,1 N
• Volume del campione: 20 mL

Applicando la formula:

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

Un risultato di 100 mg/L rientra nell'intervallo moderato, tipico delle acque reflue trattate.

Come interpretare un risultato di COD

Il calcolatore suddivide il risultato in tre intervalli:

• Meno di 50 mg/L: COD bassa. Tipica dell'acqua pulita, come l'acqua potabile o un effluente ben trattato.
• Da 50 mg/L fino a meno di 200 mg/L: COD moderata. Tipica delle acque reflue trattate in uscita da un impianto di trattamento.
• 200 mg/L e oltre: COD elevata. Indica un forte inquinamento organico, come quello delle acque reflue grezze o delle acque reflue industriali non trattate.

Le acque reflue domestiche non trattate presentano generalmente valori compresi tra circa 250 e 1.000 mg/L. Le acque reflue industriali, ad esempio quelle dei birrifici o degli stabilimenti alimentari, possono raggiungere diverse migliaia di mg/L prima del trattamento.

Problemi comuni in una prova della COD

Il volume di titolante del campione è maggiore di quello del bianco. Questo non dovrebbe accadere, perché il campione consuma sempre una parte del dicromato. Di solito significa che le due letture sono state scambiate oppure che il bianco è stato contaminato. Il calcolatore rifiuta questo valore e mostra un errore invece di un risultato.

Interferenza da cloruri. L'acqua salata e le salamoie contengono ioni cloruro, che il dicromato ossida nello stesso modo in cui ossida la materia organica. Questo fa risultare la COD troppo elevata. Il metodo Standard Methods 5220 aggiunge solfato mercurico alla miscela di digestione per legare i cloruri. Il metodo non si applica comunque a campioni con oltre circa 2.000 mg/L di cloruri, per i quali è necessaria una procedura diversa.

Risultati molto elevati. Se la COD di un campione è troppo elevata perché la prova possa misurarla con accuratezza, i laboratori diluiscono il campione con acqua pulita, ripetono la prova e moltiplicano il risultato per il fattore di diluizione.

Domande frequenti

Qual è la differenza tra COD e BOD? La COD misura tutto ciò che in un campione può essere degradato da un forte ossidante chimico. Il fabbisogno biochimico di ossigeno (BOD) misura solo ciò che i batteri possono degradare nell'arco di 5 giorni. La COD richiede circa 2 ore e produce risultati più uniformi tra i laboratori; la BOD prevede meglio l'effetto su un fiume o un lago naturale, perché nei fiumi i rifiuti vengono degradati biologicamente, non chimicamente.

Perché la COD non può essere negativa? La domanda di ossigeno non può scendere sotto zero. Un risultato negativo nella formula significa che la titolazione del campione ha richiesto più titolante di quella del bianco, il che indica un errore di misurazione o una contaminazione, non una domanda negativa reale. Il calcolatore rifiuta questo valore e richiede letture corrette. Quando le due titolazioni coincidono esattamente, la domanda è pari a 0 mg/L.

Quale volume di campione si deve usare? Dipende dal metodo. La versione a riflusso aperto degli Standard Methods 5220 sottopone a digestione 50 mL. La versione a riflusso chiuso usa recipienti molto più piccoli e sottopone a digestione solo pochi millilitri. Il calcolatore accetta qualsiasi volume maggiore di zero, quindi va inserito il volume effettivamente sottoposto a digestione dal laboratorio.

Questo calcolatore è accurato? Il calcolatore applica esattamente la formula, quindi i suoi calcoli aritmetici sono corretti. L'accuratezza del valore finale di COD dipende dall'accuratezza delle misurazioni di laboratorio inserite, compresi i volumi di titolazione e la normalità del titolante.

La COD può essere usata per le acque reflue industriali? Sì. La stessa formula si applica a qualsiasi campione d'acqua. I campioni industriali hanno spesso una COD molto più elevata rispetto alle acque reflue domestiche e possono dover essere diluiti prima della titolazione, affinché il risultato rientri nell'intervallo misurabile della prova.

Riferimenti

1. American Public Health Association, American Water Works Association e Water Environment Federation. (2017). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (23ª ed.).
2. U.S. Environmental Protection Agency. (1993). Method 410,4: The Determination of Chemical Oxygen Demand by Semi-Automated Colorimetry.
3. ISO 6060:1989. Qualità dell'acqua — Determinazione della domanda chimica di ossigeno. Organizzazione internazionale per la normazione.
4. Tchobanoglous, G., Burton, F. L. e Stensel, H. D. (2014). Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery (5ª ed.). McGraw-Hill Education.