ĶSP Kalkulators - Aprēķiniet Ķīmisko Skābekļa Patēriņu no Titrēšanas Datiem

Kas ir ķīmiskais skābekļa patēriņš (ĶSP)?

Ķīmiskais skābekļa patēriņš (ĶSP) ir rādītājs, kas nosaka, cik daudz skābekļa nepieciešams, lai ūdens paraugā ķīmiski sadalītu organiskās vielas. To norāda miligramos skābekļa uz litru ūdens (mg/L). Lielāks ĶSP skaitlis nozīmē, ka ūdenī ir vairāk oksidējamu vielu, kas parasti liecina par lielāku organisko piesārņojumu. Laboratorijās ĶSP nosaka ar titrēšanas testu, un šis kalkulators pārvērš titrēšanas datus ĶSP rezultātā.

ĶSP ir viens no visbiežāk izmantotajiem testiem ūdens kvalitātes kontrolē. Notekūdeņu attīrīšanas iekārtās to veic, lai pārbaudītu ienākošo un izejošo ūdeni. Vides zinātnieki to izmanto upju un ezeru pārbaudei. Rūpnīcas to izmanto, lai pierādītu, ka to novadītie notekūdeņi atbilst normatīvajām robežvērtībām.

Kā darbojas dihromāta titrēšanas tests

Standarta ĶSP testā organisko vielu oksidēšanai ūdens paraugā izmanto ķīmisku vielu — kālija dihromātu. Laboratorijas tehniķis divas stundas karsē paraugu ar dihromātu un stipru skābi temperatūrā 150 °C (302°F). Pēc tam ar titrēšanu nosaka tā dihromāta daudzumu, kas ar paraugu nav reaģējis. Titrēšana ir process, kurā lēnām pievieno otru ķīmisko vielu — dzelzs(II) amonija sulfātu — līdz krāsas maiņa signalizē, ka reakcija ir pabeigta.

Testu veic divas reizes: vienu reizi ar ūdens paraugu, bet otru reizi ar “tukšo paraugu”, kas ir tāds pats ķīmisko vielu maisījums, tikai bez pievienota ūdens parauga. Tukšais paraugs parāda maksimālo iespējamo titranta daudzumu. Salīdzinot tukšā parauga un ūdens parauga titrēšanas rezultātus, var noteikt, cik daudz dihromāta organiskās vielas paraugā faktiski patērēja.

ĶSP formula

ĶSP formula ir:

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

Kur:

• C = ķīmiskais skābekļa patēriņš, mg/L
• B = tukšā parauga testā izmantotais titranta tilpums, mL
• S = ūdens paraugam izmantotais titranta tilpums, mL
• N = titranta normalitāte ekvivalentos uz litru (eq/L)
• V = sadalītā ūdens parauga tilpums, mL
• 8000 = fiksēts pārrēķina skaitlis (paskaidrots tālāk)

Rezultāts nekad nevar būt negatīvs, jo negatīvs skābekļa patēriņš fiziski nav iespējams. Pirms formulas izmantošanas kalkulators pārbauda ievaddatus. Tukšā parauga tilpumam, normalitātei un parauga tilpumam jābūt lielākiem par nulli. Paraugam izmantotā titranta tilpumam jābūt nullei vai lielākam, un tas nedrīkst pārsniegt tukšā parauga tilpumu.

Kāpēc formulā izmanto 8000

Skābekļa molekulmasa ir 32 grami uz molu. Katrs skābekļa molekulu mols, reducējoties līdz ūdenim, pieņem 4 elektronus, tāpēc viens skābekļa ekvivalents sver 32 ÷ 4 = 8 gramus. Tas atbilst 8 miligramiem uz miliekvivalentu. Titranta tilpumi ir izteikti mililitros, tāpēc rezultāts papildus jāpārrēķina no mililitriem uz litriem, reizinot ar 1000. Sareizinot abus koeficientus, iegūst 8 × 1000 = 8000.

Atrisināts piemērs

Pieņemsim, ka laboratorijas tehniķis veic ĶSP testu ar šādiem rezultātiem:

• Titranta tilpums tukšajam paraugam: 10,0 mL
• Titranta tilpums ūdens paraugam: 7,5 mL
• Titranta normalitāte: 0,1 N
• Parauga tilpums: 20 mL

Izmantojot formulu:

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

Rezultāts 100 mg/L ietilpst mērenā diapazonā, kas ir raksturīgs attīrītiem notekūdeņiem.

Kā interpretēt ĶSP rezultātu

Kalkulators iedala rezultātu trīs diapazonos:

• Mazāk par 50 mg/L: zems ĶSP. Raksturīgs tīram ūdenim, piemēram, dzeramajam ūdenim vai labi attīrītiem notekūdeņiem.
• No 50 mg/L līdz mazāk nekā 200 mg/L: mērens ĶSP. Raksturīgs attīrītiem notekūdeņiem, kas izplūst no attīrīšanas iekārtas.
• 200 mg/L un vairāk: augsts ĶSP. Tas liecina par lielu organisko piesārņojumu, piemēram, neattīrītiem sadzīves notekūdeņiem vai neattīrītiem rūpnieciskajiem notekūdeņiem.

Neattīrītu sadzīves notekūdeņu ĶSP parasti ir aptuveni no 250 līdz 1 000 mg/L. Rūpniecisko notekūdeņu, piemēram, alus darītavu vai pārtikas ražotņu notekūdeņu, ĶSP pirms attīrīšanas var sasniegt vairākus tūkstošus mg/L.

Biežākās problēmas ĶSP testā

Paraugam izmantotā titranta tilpums ir lielāks nekā tukšajam paraugam. Tā nevajadzētu būt, jo paraugs vienmēr patērē daļu dihromāta. Parasti tas nozīmē, ka abi rādījumi ir samainīti vietām vai tukšais paraugs ir piesārņots. Kalkulators noraida šādus ievaddatus un rezultāta vietā parāda kļūdu.

Hlorīdu radīti traucējumi. Sālsūdens un sālījumi satur hlorīda jonus, kurus dihromāts oksidē tāpat kā organiskās vielas. Tādēļ ĶSP rezultāts ir pārāk augsts. Standarta metodes 5220 paredz sagremošanas maisījumam pievienot dzīvsudraba sulfātu, lai saistītu hlorīdus. Šī metode tomēr neattiecas uz paraugiem, kuros hlorīdu koncentrācija pārsniedz aptuveni 2 000 mg/L; šādiem paraugiem vajadzīga cita procedūra.

Ļoti augsti rezultāti. Ja parauga ĶSP ir pārāk augsts, lai to ar testu precīzi izmērītu, laboratorijas atšķaida paraugu ar tīru ūdeni, atkārto testu un rezultātu reizina ar atšķaidīšanas koeficientu.

Biežāk uzdotie jautājumi

Kāda ir atšķirība starp ĶSP un bioķīmisko skābekļa patēriņu (BSP)? ĶSP mēra visu paraugā esošo, ko var sadalīt spēcīgs ķīmiskais oksidētājs. Bioķīmiskais skābekļa patēriņš (BSP) mēra tikai to, ko baktērijas spēj sadalīt 5 dienās. ĶSP noteikšana aizņem aptuveni 2 stundas, un dažādās laboratorijās dod salīdzināmākus rezultātus; BSP labāk prognozē ietekmi uz dabisku upi vai ezeru, jo upēs atkritumi sadalās bioloģiski, nevis ķīmiski.

Kāpēc ĶSP nevar būt negatīvs? Skābekļa patēriņš nevar būt mazāks par nulli. Negatīvs formulas rezultāts nozīmē, ka parauga titrēšanā izlietots vairāk titranta nekā tukšā parauga titrēšanā, kas liecina par mērījuma kļūdu vai piesārņojumu, nevis par reālu negatīvu patēriņu. Kalkulators noraida šādus ievaddatus un pieprasa izlabotus rādījumus. Ja abu paraugu titrēšanas rezultāti ir pilnīgi vienādi, patēriņš ir 0 mg/L.

Kāds parauga tilpums jāizmanto? Tas ir atkarīgs no metodes. Standard Methods 5220 atklātā refluksa variantā tiek sadalīti 50 mL. Slēgtā refluksa variantā izmanto daudz mazākus traukus un sadala tikai dažus mililitrus. Kalkulators pieņem jebkuru tilpumu, kas ir lielāks par nulli, tāpēc jāievada laboratorijā faktiski sadalītais tilpums.

Vai šis kalkulators ir precīzs? Kalkulators formulu lieto precīzi, tāpēc tā aritmētiskie aprēķini ir pareizi. Galīgās ĶSP vērtības precizitāte ir atkarīga no ievadīto laboratorijas mērījumu precizitātes, tostarp no titrēšanas tilpumiem un titranta normalitātes.

Vai ĶSP var izmantot rūpnieciskajiem notekūdeņiem? Jā. Tā pati formula attiecas uz jebkuru ūdens paraugu. Rūpniecisko paraugu ĶSP bieži ir daudz augstāks nekā sadzīves notekūdeņiem, un pirms titrēšanas paraugs var būt jāatšķaida, lai rezultāts iekļautos testā izmērāmajā diapazonā.

Atsauces

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