ChDS Skaičiuotuvas - Apskaičiuokite Cheminį Deguonies Suvartojimą iš Titravimo Duomenų

Kas yra cheminis deguonies suvartojimas (COD)?

Cheminis deguonies suvartojimas (COD) – tai rodiklis, parodantis, kiek deguonies reikia vandens mėginyje esančioms organinėms medžiagoms chemiškai suskaidyti. Jis išreiškiamas deguonies miligramais viename litre vandens (mg/L). Didesnė COD reikšmė reiškia, kad vandenyje yra daugiau medžiagų, kurias galima oksiduoti, o tai paprastai rodo didesnę organinę taršą. Laboratorijose COD matuojamas titravimo tyrimu, o ši skaičiuoklė titravimo duomenis paverčia COD rezultatu.

COD yra vienas dažniausiai vandens kokybei vertinti naudojamų tyrimų. Nuotekų valymo įrenginiuose jis atliekamas siekiant patikrinti į įrenginius patenkantį ir iš jų išleidžiamą vandenį. Aplinkos mokslininkai jį naudoja upėms ir ežerams tikrinti. Gamyklos jį naudoja siekdamos įrodyti, kad jų išleidžiamos nuotekos atitinka teisės aktuose nustatytas ribas.

Kaip atliekamas dichromato titravimo tyrimas

Atliekant standartinį COD tyrimą, vandens mėginyje esančioms organinėms medžiagoms oksiduoti naudojama cheminė medžiaga, vadinama kalio dichromatu. Laboratorijos technikas dvi valandas kaitina mėginį su dichromatu ir stipria rūgštimi 150 °C temperatūroje (302°F). Tada titruojant nustatomas su mėginiu nesureagavęs dichromato kiekis: lėtai pilama antroji cheminė medžiaga (geležies amonio sulfatas), kol spalvos pokytis parodo, kad reakcija baigta.

Tyrimas atliekamas du kartus: vieną kartą su tikru vandens mėginiu ir kitą kartą su „tuščiuoju mėginiu“ – tokiu pačiu cheminių medžiagų mišiniu, tik be vandens mėginio. Tuščiasis mėginys parodo didžiausią galimą titranto kiekį. Palyginus tuščiojo mėginio ir vandens mėginio titravimo rezultatus, nustatoma, kiek dichromato iš tikrųjų sunaudojo mėginyje esančios organinės medžiagos.

COD formulė

COD formulė yra tokia:

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

Kur:

• C = cheminis deguonies suvartojimas, mg/l
• B = tuščiojo bandinio tyrimui sunaudoto titranto tūris, ml
• S = vandens mėginiui sunaudoto titranto tūris, ml
• N = titranto normalumas, ekvivalentais litre (ekv./L)
• V = mineralizuoto vandens mėginio tūris, mL
• 8000 = fiksuotas perskaičiavimo skaičius (paaiškintas toliau)

Rezultatas niekada negali būti neigiamas, nes neigiamas deguonies suvartojimas fiziškai neįmanomas. Prieš taikydama formulę skaičiuoklė patikrina įvestus duomenis. Tuščiojo mėginio tūris, normalumas ir mėginio tūris turi būti didesni už nulį. Mėginio titranto tūris turi būti lygus nuliui arba didesnis ir negali būti didesnis už tuščiojo mėginio tūrį.

Kodėl formulėje naudojamas 8000

Deguonies molekulinė masė yra 32 gramai moliui. Kiekvienas deguonies molekulių molis, redukuojamas iki vandens, priima 4 elektronus, todėl vienas deguonies ekvivalentas sveria 32 ÷ 4 = 8 gramus. Tai yra 8 miligramai miliekvivalentui. Titranto tūriai išreiškiami mililitrais, todėl rezultatą taip pat reikia perskaičiuoti iš mililitrų į litrus, taikant dar vieną daugiklį 1000. Padauginus šiuos du daugiklius gaunama 8 × 1000 = 8000.

Skaičiavimo pavyzdys

Tarkime, laboratorijos technikas atlieka COD tyrimą ir gauna tokius rezultatus:

• Tuščiojo mėginio titranto tūris: 10,0 mL
• Mėginio titranto tūris: 7,5 mL
• Titranto normalumas: 0,1 N
• Mėginio tūris: 20 mL

Taikome formulę:

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

100 mg/L rezultatas patenka į vidutinį intervalą, būdingą išvalytoms nuotekoms.

Kaip interpretuoti COD rezultatą

Skaičiuoklė suskirsto rezultatą į tris intervalus:

• Mažiau nei 50 mg/L: mažas COD. Būdinga švariam vandeniui, pavyzdžiui, geriamajam vandeniui arba gerai išvalytoms nuotekoms.
• Nuo 50 mg/L iki, bet neįskaitant 200 mg/L: vidutinis COD. Būdinga iš valymo įrenginių išleidžiamoms išvalytoms nuotekoms.
• 200 mg/L ir daugiau: didelis COD. Tai rodo didelę organinę taršą, pavyzdžiui, nevalytas buitines arba pramonines nuotekas.

Nevalytų buitinių nuotekų COD paprastai būna maždaug nuo 250 iki 1 000 mg/L. Prieš valymą pramoninių nuotekų, pavyzdžiui, iš alaus daryklų ar maisto pramonės įmonių, COD gali siekti kelis tūkstančius mg/L.

Dažnos COD tyrimo problemos

Mėginio titranto tūris didesnis už tuščiojo mėginio tūrį. Taip neturėtų būti, nes mėginys visada sunaudoja dalį dichromato. Paprastai tai reiškia, kad du rodmenys buvo sukeisti vietomis arba tuščiasis mėginys buvo užterštas. Skaičiuoklė atmeta šiuos duomenis ir vietoj rezultato parodo klaidą.

Chloridų trukdžiai. Sūriame vandenyje ir sūrymuose yra chlorido jonų, kuriuos dichromatas oksiduoja taip pat, kaip organines medžiagas. Dėl to COD rezultatas būna per didelis. Standarte „Standard Methods“ 5220 į virškinimo mišinį pridedama gyvsidabrio(II) sulfato, kad jis surištų chloridus. Tačiau šis metodas netaikomas mėginiams, kuriuose chloridų koncentracija viršija maždaug 2 000 mg/L; jiems reikia kitos procedūros.

Labai didelės reikšmės. Jei mėginio COD yra per didelis, kad tyrimu būtų galima tiksliai jį išmatuoti, laboratorijoje mėginys praskiedžiamas švariu vandeniu, tyrimas atliekamas dar kartą, o rezultatas padauginamas iš skiedimo koeficiento.

Dažnai užduodami klausimai

Kuo skiriasi COD ir BOD? COD matuoja visas mėginyje esančias medžiagas, kurias gali suskaidyti stiprus cheminis oksidatorius. Biocheminis deguonies suvartojimas (BOD) matuoja tik tai, ką bakterijos gali suskaidyti per 5 dienas. COD tyrimas trunka apie 2 valandas, o skirtingose laboratorijose gaunami nuoseklesni rezultatai; BOD geriau prognozuoja poveikį natūraliai upei ar ežerui, nes upėse atliekos skaidomos biologiškai, o ne chemiškai.

Kodėl COD negali būti neigiamas? Deguonies suvartojimas negali būti mažesnis už nulį. Neigiamas formulės rezultatas reiškia, kad mėginio titravimui sunaudota daugiau titranto nei tuščiajam mėginiui, o tai rodo matavimo klaidą arba užterštumą, ne tikrą neigiamą suvartojimą. Skaičiuoklė atmeta tokius duomenis ir prašo įvesti pataisytus rodmenis. Kai abu titravimo rezultatai sutampa, suvartojimas yra 0 mg/L.

Kokį mėginio tūrį reikėtų naudoti? Tai priklauso nuo metodo. Atvirojo grįžtamojo kondensavimo metodas pagal „Standard Methods“ 5220 suvirškina 50 mL mėginio. Taikant uždarojo grįžtamojo kondensavimo metodą naudojami daug mažesni indai, o suvirškinamas tik kelių mililitrų mėginys. Skaičiuoklė priima bet kokį didesnį už nulį tūrį, todėl reikia įvesti tūrį, kurį laboratorija iš tikrųjų suvirškino.

Ar ši skaičiuoklė yra tiksli? Skaičiuoklė formulę taiko tiksliai, todėl jos aritmetiniai skaičiavimai yra teisingi. Galutinės COD reikšmės tikslumas priklauso nuo įvestų laboratorinių matavimų tikslumo, įskaitant titranto tūrius ir titranto normalumą.

Ar COD galima naudoti pramoninėms nuotekoms? Taip. Ta pati formulė taikoma bet kokiam vandens mėginiui. Pramoninių nuotekų COD dažnai būna daug didesnis nei buitinių nuotekų, todėl prieš titravimą mėginį gali tekti praskiesti, kad rezultatas patektų į tyrimu išmatuojamą intervalą.

Šaltiniai

1. Amerikos visuomenės sveikatos asociacija, Amerikos vandens darbų asociacija ir Vandens aplinkos federacija. (2017). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (23-iasis leidimas).
2. JAV aplinkos apsaugos agentūra. (1993). Metodas 410,4: Cheminio deguonies suvartojimo nustatymas pusiau automatiniu kolorimetriniu metodu.
3. ISO 6060:1989. Vandens kokybė. Cheminio deguonies suvartojimo nustatymas. Tarptautinė standartizacijos organizacija.
4. Tchobanoglous, G., Burton, F. L. ir Stensel, H. D. (2014). Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery (5-asis leidimas). McGraw-Hill Education.