Kalkulator COD - Kira Permintaan Oksigen Kimia dari Data Titrasi

Apakah keperluan oksigen kimia (COD)?

Keperluan oksigen kimia (COD) ialah ukuran jumlah oksigen yang diperlukan untuk menguraikan bahan organik dalam sampel air secara kimia. Nilainya dilaporkan dalam miligram oksigen per liter air (mg/L). Nombor COD yang lebih tinggi bermakna air mengandungi lebih banyak bahan yang boleh dioksidakan, yang biasanya menunjukkan pencemaran organik yang lebih tinggi. Makmal mengukur COD dengan ujian pentitratan, dan kalkulator ini menukarkan nombor pentitratan kepada nilai COD.

COD ialah salah satu ujian yang paling lazim digunakan dalam kerja penilaian kualiti air. Loji rawatan air sisa menjalankannya untuk memeriksa air yang masuk dan keluar. Ahli sains alam sekitar menggunakannya untuk memeriksa sungai dan tasik. Kilang menggunakannya untuk membuktikan bahawa pelepasan mereka mematuhi had undang-undang.

Cara ujian pentitratan dikromat berfungsi

Ujian COD piawai menggunakan bahan kimia yang dipanggil kalium dikromat untuk mengoksidakan bahan organik dalam sampel air. Juruteknik makmal memanaskan sampel dengan dikromat dan asid kuat selama dua jam pada 150 °C (302°F). Dikromat yang tidak bertindak balas dengan sampel kemudiannya diukur melalui pentitratan, iaitu proses menambahkan bahan kimia kedua, iaitu ferus ammonium sulfat, secara perlahan-lahan sehingga perubahan warna menandakan tindak balas telah lengkap.

Ujian dijalankan dua kali: sekali pada sampel air sebenar dan sekali pada “blanko”, iaitu campuran bahan kimia yang sama tetapi tanpa sampel air. Blanko menunjukkan jumlah maksimum pentiter yang mungkin digunakan. Perbandingan antara pentitratan blanko dengan pentitratan sampel menunjukkan jumlah dikromat yang sebenarnya digunakan oleh bahan organik dalam sampel.

Formula COD

Formula COD ialah:

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

Dengan:

• C = permintaan oksigen kimia, dalam mg/L
• B = isi padu pentiter yang digunakan untuk ujian blank, dalam mL
• S = isi padu pentiter yang digunakan untuk sampel air, dalam mL
• N = normaliti pentiter, dalam ekuivalen seliter (eq/L)
• V = isi padu sampel air yang dicerna, dalam mL
• 8000 = nombor penukaran tetap (diterangkan di bawah)

Nilainya tidak boleh negatif kerana permintaan oksigen negatif tidak mungkin berlaku secara fizikal. Kalkulator menyemak input sebelum menggunakan formula. Isi padu blank, kenormalan dan isi padu sampel semuanya mesti lebih besar daripada sifar. Isi padu pentiter sampel mestilah sifar atau lebih, dan tidak boleh lebih besar daripada isi padu blank.

Mengapa formula menggunakan 8000

Berat molekul oksigen ialah 32 gram per mol. Setiap mol molekul oksigen menerima 4 elektron apabila diturunkan menjadi air, maka satu ekuivalen oksigen mempunyai jisim 32 ÷ 4 = 8 gram. Itu bersamaan dengan 8 miligram per miliekuivalen. Isi padu pentiter adalah dalam mililiter, jadi hasilnya juga perlu diskalakan daripada mililiter kepada liter, iaitu faktor tambahan sebanyak 1000. Pendaraban kedua-duanya memberikan 8 × 1000 = 8000.

Contoh pengiraan

Katakan seorang juruteknik makmal menjalankan ujian COD dengan keputusan berikut:

• Isi padu pentiter blank: 10.0 mL
• Isi padu pentiter sampel: 7.5 mL
• Kenormalan pentiter: 0.1 N
• Isi padu sampel: 20 mL

Menggunakan formula:

COD = ((10.0 − 7.5) × 0.1 × 8000) / 20 COD = (2.5 × 0.1 × 8000) / 20 COD = 2000 / 20 = 100 mg/L

Keputusan sebanyak 100 mg/L berada dalam julat sederhana, yang lazim bagi air sisa terawat.

Cara membaca keputusan COD

Kalkulator mengelaskan keputusan kepada tiga julat:

• Kurang daripada 50 mg/L: COD rendah. Lazim bagi air bersih, seperti air minuman atau efluen yang dirawat dengan baik.
• 50 mg/L hingga tetapi tidak termasuk 200 mg/L: COD sederhana. Lazim bagi air sisa terawat yang keluar dari loji rawatan.
• 200 mg/L dan ke atas: COD tinggi. Menandakan pencemaran organik yang teruk, seperti kumbahan mentah atau air sisa industri yang tidak dirawat.

Air sisa domestik yang tidak dirawat biasanya berada antara kira-kira 250 dan 1,000 mg/L. Air sisa industri, seperti daripada kilang bir atau kilang makanan, boleh mencapai beberapa ribu mg/L sebelum dirawat.

Masalah lazim dalam ujian COD

Isi padu pentiter sampel lebih tinggi daripada blank. Hal ini tidak sepatutnya berlaku kerana sampel sentiasa menggunakan sebahagian dikromat. Biasanya, ini bermakna kedua-dua bacaan tertukar atau blank tercemar. Kalkulator menolak input ini dan memaparkan ralat, bukannya keputusan.

Gangguan klorida. Air masin dan air garam mengandungi ion klorida, yang dioksidakan oleh dikromat dengan cara yang sama seperti bahan organik. Hal ini menyebabkan keputusan COD terlalu tinggi. Standard Methods 5220 menambahkan merkuri sulfat ke dalam campuran pencernaan untuk mengikat klorida. Kaedah ini masih tidak meliputi sampel yang mengandungi lebih daripada kira-kira 2,000 mg/L klorida, yang memerlukan prosedur lain.

Keputusan yang sangat tinggi. Jika COD sampel terlalu tinggi untuk diukur dengan tepat melalui ujian tersebut, makmal mencairkan sampel dengan air bersih, menjalankan semula ujian dan mendarabkan keputusan dengan faktor pencairan.

Soalan lazim

Apakah perbezaan antara COD dengan BOD? COD mengukur segala-galanya dalam sampel yang boleh diuraikan oleh pengoksida kimia kuat. Keperluan oksigen biokimia (BOD) hanya mengukur bahan yang boleh diuraikan oleh bakteria dalam tempoh 5 hari. Ujian COD mengambil masa kira-kira 2 jam dan memberikan keputusan yang lebih konsisten antara makmal; BOD lebih baik dalam meramalkan kesan terhadap sungai atau tasik semula jadi kerana sungai menguraikan sisa secara biologi, bukan secara kimia.

Mengapa COD tidak boleh negatif? Permintaan oksigen tidak boleh kurang daripada sifar. Keputusan negatif dalam formula bermakna pentitratan sampel menggunakan lebih banyak pentiter daripada blank, yang menunjukkan ralat pengukuran atau pencemaran, bukannya permintaan negatif sebenar. Kalkulator menolak input tersebut dan meminta bacaan yang dibetulkan. Apabila kedua-dua pentitratan sepadan tepat, permintaannya ialah 0 mg/L.

Apakah isi padu sampel yang patut digunakan? Hal ini bergantung pada kaedah. Versi refluks terbuka Standard Methods 5220 mencernakan 50 mL. Versi refluks tertutup menggunakan bekas yang jauh lebih kecil dan hanya mencernakan beberapa mililiter. Kalkulator menerima sebarang isi padu yang lebih besar daripada sifar, jadi masukkan isi padu yang sebenarnya dicernakan oleh makmal.

Adakah kalkulator ini tepat? Kalkulator menggunakan formula dengan tepat, jadi pengiraannya betul. Ketepatan nilai COD akhir bergantung pada ketepatan ukuran makmal yang dimasukkan, termasuk isi padu titratan dan normaliti pentiter.

Bolehkah COD digunakan untuk air sisa industri? Ya. Formula yang sama digunakan untuk sebarang sampel air. Sampel industri selalunya mempunyai COD yang jauh lebih tinggi berbanding air sisa domestik dan mungkin perlu dicairkan sebelum pentitratan supaya keputusan berada dalam julat yang boleh diukur oleh ujian.

Rujukan

1. Persatuan Kesihatan Awam Amerika, Persatuan Kerja Air Amerika, & Persekutuan Alam Sekitar Air. (2017). Kaedah Piawai untuk Pemeriksaan Air dan Air Sisa (edisi ke-23).
2. Agensi Perlindungan Alam Sekitar A.S. (1993). Kaedah 410.4: Penentuan Permintaan Oksigen Kimia melalui Kolorimetri Separa Automatik.
3. ISO 6060:1989. Kualiti air — Penentuan keperluan oksigen kimia. Pertubuhan Antarabangsa bagi Standardisasi.
4. Tchobanoglous, G., Burton, F. L., & Stensel, H. D. (2014). Kejuruteraan Air Sisa: Rawatan dan Pemulihan Sumber (edisi ke-5). Pendidikan McGraw-Hill.