COD-calculator - Bereken Chemisch Zuurstofverbruik uit Titratie Gegevens

Wat is het chemisch zuurstofverbruik (CZV)?

Het chemisch zuurstofverbruik (CZV) is een maat voor de hoeveelheid zuurstof die nodig is om de organische stof in een watermonster chemisch af te breken. Het wordt uitgedrukt in milligram zuurstof per liter water (mg/L). Een hoger CZV-getal betekent dat het water meer materiaal bevat dat kan worden geoxideerd, wat meestal wijst op meer organische verontreiniging. Laboratoria meten het CZV met een titratietest; deze calculator zet de titratiewaarden om in een CZV-resultaat.

CZV is een van de meest gebruikte tests voor de beoordeling van waterkwaliteit. Afvalwaterzuiveringsinstallaties voeren de test uit om het binnenkomende en uitgaande water te controleren. Milieuwetenschappers gebruiken de test om rivieren en meren te controleren. Fabrieken gebruiken de test om aan te tonen dat hun lozing aan de wettelijke grenswaarden voldoet.

Hoe werkt de dichromaattitratietest?

Bij de standaard-CZV-test wordt een chemische stof genaamd kaliumdichromaat gebruikt om de organische stof in een watermonster te oxideren. Een laboratoriumtechnicus verhit het monster gedurende twee uur met dichromaat en sterk zuur bij 150 °C (302°F). Het dichromaat dat niet met het monster reageert, wordt vervolgens gemeten door titratie: daarbij wordt langzaam een tweede chemische stof, ijzer(II)ammoniumsulfaat, toegevoegd totdat een kleurverandering aangeeft dat de reactie voltooid is.

De test wordt tweemaal uitgevoerd: één keer met het oorspronkelijke watermonster en één keer met een ‘blanco’, hetzelfde mengsel van chemicaliën maar zonder toegevoegd watermonster. De blanco laat zien hoeveel titrant maximaal nodig is. Door de titratie van de blanco te vergelijken met die van het monster, blijkt hoeveel dichromaat de organische stof in het monster daadwerkelijk heeft verbruikt.

CZV-formule

De CZV-formule is:

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

Waarbij:

• C = het chemisch zuurstofverbruik, in mg/L
• B = het titrantvolume dat voor de blanco-proef is gebruikt, in mL
• S = het titrantvolume dat voor het watermonster is gebruikt, in mL
• N = de normaliteit van de titrant, in equivalenten per liter (eq/L)
• V = het volume van het ontsloten watermonster, in mL
• 8000 = een vast conversiegetal (hieronder uitgelegd)

Het resultaat kan nooit negatief zijn, omdat een negatieve zuurstofbehoefte fysiek niet mogelijk is. De calculator controleert de invoer voordat de formule wordt toegepast. Het blancovolume, de normaliteit en het monstervolume moeten allemaal groter zijn dan nul. Het titrantvolume van het monster moet nul of groter zijn en mag niet groter zijn dan het blancovolume.

Waarom gebruikt de formule 8000?

Zuurstof heeft een molecuulmassa van 32 gram per mol. Elke mol zuurstofmoleculen neemt 4 elektronen op wanneer deze tot water wordt gereduceerd, dus één equivalent zuurstof weegt 32 ÷ 4 = 8 gram. Dat is 8 milligram per milliequivalent. De titrantvolumes zijn uitgedrukt in milliliters, dus moet het resultaat ook worden omgerekend van milliliters naar liters, wat een extra factor 1000 oplevert. De twee factoren vermenigvuldigen geeft 8 × 1000 = 8000.

Voorbeeldberekening

Stel dat een laboratoriumtechnicus een CZV-test uitvoert met de volgende resultaten:

• Blancotitrantvolume: 10,0 mL
• Titrantvolume van het monster: 7,5 mL
• Normaliteit van de titrant: 0,1 N
• Monstervolume: 20 mL

De formule toepassen:

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

Een resultaat van 100 mg/L valt in de middelmatige categorie, typisch voor behandeld afvalwater.

Hoe een CZV-resultaat moet worden geïnterpreteerd

De calculator deelt het resultaat in drie categorieën in:

• Minder dan 50 mg/L: laag CZV. Typisch voor schoon water, zoals drinkwater of goed behandeld effluent.
• 50 mg/L tot maar niet met inbegrip van 200 mg/L: middelmatig CZV. Typisch voor behandeld afvalwater dat een zuiveringsinstallatie verlaat.
• 200 mg/L en hoger: hoog CZV. Dit wijst op sterke organische verontreiniging, zoals onbehandeld rioolwater of onbehandeld industrieel afvalwater.

Onbehandeld huishoudelijk afvalwater ligt meestal tussen ongeveer 250 en 1.000 mg/L. Industrieel afvalwater, bijvoorbeeld van brouwerijen of voedingsmiddelenfabrieken, kan vóór behandeling enkele duizenden mg/L bereiken.

Veelvoorkomende problemen bij een CZV-test

Het titrantvolume van het monster is hoger dan dat van de blanco. Dit hoort niet voor te komen, omdat het monster altijd een deel van het dichromaat verbruikt. Meestal zijn de twee metingen verwisseld of is de blanco verontreinigd. De calculator weigert deze invoer en toont een foutmelding in plaats van een resultaat.

Chloride-interferentie. Zout water en pekel bevatten chloride-ionen, die door dichromaat op dezelfde manier worden geoxideerd als organische stof. Hierdoor valt het CZV-resultaat te hoog uit. Standard Methods 5220 voegt kwik(II)sulfaat toe aan het ontsluitingsmengsel om chloride te binden. De methode is echter niet geschikt voor monsters met meer dan ongeveer 2.000 mg/L chloride; daarvoor is een andere procedure nodig.

Zeer hoge resultaten. Als het CZV van een monster te hoog is om met de test nauwkeurig te worden gemeten, verdunnen laboratoria het monster met schoon water, voeren de test opnieuw uit en vermenigvuldigen het resultaat met de verdunningsfactor.

Veelgestelde vragen

Wat is het verschil tussen CZV en BZV? CZV meet alles in een monster dat door een sterk chemisch oxidatiemiddel kan worden afgebroken. Biochemisch zuurstofverbruik (BZV) meet alleen wat bacteriën gedurende 5 dagen kunnen afbreken. Een CZV-test duurt ongeveer 2 uur en geeft consistentere resultaten tussen laboratoria; BZV voorspelt beter het effect op een natuurlijke rivier of een natuurlijk meer, omdat rivieren afval biologisch en niet chemisch afbreken.

Waarom kan CZV niet negatief zijn? De zuurstofbehoefte kan niet lager zijn dan nul. Een negatief resultaat in de formule betekent dat bij de titratie van het monster meer titrant is gebruikt dan bij de blanco, wat wijst op een meetfout of verontreiniging en niet op een werkelijk negatieve zuurstofbehoefte. De calculator weigert deze invoer en vraagt om gecorrigeerde metingen. Wanneer de twee titraties exact gelijk zijn, bedraagt de zuurstofbehoefte 0 mg/L.

Welk volume van het monster moet worden gebruikt? Dat hangt af van de methode. Bij de open-refluxversie van Standard Methods 5220 wordt 50 mL ontsloten. Bij de gesloten-refluxversie worden veel kleinere reactievaten gebruikt en worden slechts enkele milliliters ontsloten. De calculator accepteert elk volume boven nul; voer dus het volume in dat het laboratorium daadwerkelijk heeft ontsloten.

Is deze calculator nauwkeurig? De calculator past de formule exact toe, dus de berekening is correct. De nauwkeurigheid van de uiteindelijke CZV-waarde hangt af van de nauwkeurigheid van de ingevoerde laboratoriummetingen, waaronder de titrantvolumes en de normaliteit van de titrant.

Kan CZV worden gebruikt voor industrieel afvalwater? Ja. Dezelfde formule geldt voor elk watermonster. Industriële monsters hebben vaak een veel hoger CZV dan huishoudelijk afvalwater en moeten mogelijk vóór de titratie worden verdund, zodat het resultaat binnen het meetbereik van de test valt.

Referenties

1. American Public Health Association, American Water Works Association, & Water Environment Federation. (2017). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (23e druk).
2. U.S. Environmental Protection Agency. (1993). Method 410,4: The Determination of Chemical Oxygen Demand by Semi-Automated Colorimetry.
3. ISO 6060:1989. Waterkwaliteit — Bepaling van het chemisch zuurstofverbruik. Internationale Organisatie voor Normalisatie.
4. Tchobanoglous, G., Burton, F. L., & Stensel, H. D. (2014). Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery (5e druk). McGraw-Hill Education.