Kalkulator ChZT - Obliczanie Chemicznego Zapotrzebowania Tlenu z Danych Miareczkowania

Czym jest chemiczne zapotrzebowanie na tlen (ChZT)?

Chemiczne zapotrzebowanie na tlen (ChZT) to miara ilości tlenu potrzebnej do chemicznego rozkładu substancji organicznych w próbce wody. Podaje się je w miligramach tlenu na litr wody (mg/L). Wyższa wartość ChZT oznacza, że woda zawiera więcej materiału, który może zostać utleniony, co zwykle wskazuje na większe zanieczyszczenie organiczne. Laboratoria mierzą ChZT za pomocą miareczkowania, a ten kalkulator przelicza wyniki miareczkowania na wartość ChZT.

ChZT jest jednym z najczęściej wykonywanych badań jakości wody. Oczyszczalnie ścieków wykonują je, aby kontrolować wodę dopływającą i odpływającą. Naukowcy zajmujący się środowiskiem wykorzystują je do badania rzek i jezior. Zakłady przemysłowe stosują je, aby wykazać, że ich zrzuty spełniają wymagania prawne.

Jak działa miareczkowanie dichromianowe

W standardowym badaniu ChZT stosuje się substancję chemiczną zwaną dichromianem potasu do utleniania substancji organicznych w próbce wody. Technik laboratoryjny ogrzewa próbkę z dichromianem i mocnym kwasem przez dwie godziny w temperaturze 150 °C (302°F). Następnie oznacza się przez miareczkowanie dichromian, który nie przereagował z próbką. Polega to na powolnym dodawaniu drugiej substancji chemicznej, siarczanu żelaza(II) i amonu, aż zmiana barwy zasygnalizuje zakończenie reakcji.

Badanie wykonuje się dwukrotnie: raz na rzeczywistej próbce wody, a raz na „próbie ślepej”, czyli tej samej mieszaninie substancji chemicznych, lecz bez dodanej próbki wody. Próba ślepa wskazuje maksymalną możliwą ilość titranta. Porównanie miareczkowania próby ślepej z miareczkowaniem próbki pokazuje, ile dichromianu faktycznie zużyły substancje organiczne w próbce.

Wzór na ChZT

Wzór na ChZT ma postać:

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

Gdzie:

• C = chemiczne zapotrzebowanie na tlen, w mg/L
• B = objętość titranta zużytego w badaniu próby ślepej, w mL
• S = objętość titranta zużytego do miareczkowania próbki wody, w mL
• N = normalność titranta, w równoważnikach na litr (eq/L)
• V = objętość strawionej próbki wody, w mL
• 8000 = stała liczba przeliczeniowa (wyjaśniona poniżej)

Wynik nie może być ujemny, ponieważ ujemne zapotrzebowanie na tlen jest fizycznie niemożliwe. Kalkulator sprawdza dane wejściowe przed zastosowaniem wzoru. Objętość próby ślepej, normalność i objętość próbki muszą być większe od zera. Objętość titranta próbki musi być równa zeru lub większa od zera i nie może być większa niż objętość próby ślepej.

Dlaczego we wzorze stosuje się 8000

Masa molowa tlenu wynosi 32 gramy na mol. Każdy mol cząsteczek tlenu przyjmuje 4 elektrony podczas redukcji do wody, więc jeden równoważnik tlenu waży 32 ÷ 4 = 8 gramów. Odpowiada to 8 miligramom na milirównoważnik. Objętości titranta podaje się w mililitrach, dlatego wynik trzeba również przeskalować z mililitrów na litry, co daje dodatkowy współczynnik 1000. Iloczyn tych dwóch wartości wynosi 8 × 1000 = 8000.

Przykład obliczeniowy

Załóżmy, że technik laboratoryjny wykonał badanie ChZT i uzyskał następujące wyniki:

• Objętość titranta próby ślepej: 10,0 mL
• Objętość titranta próbki: 7,5 mL
• Normalność titranta: 0,1 N
• Objętość próbki: 20 mL

Po zastosowaniu wzoru:

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

Wynik 100 mg/L mieści się w zakresie umiarkowanym, typowym dla oczyszczonych ścieków.

Jak interpretować wynik ChZT

Kalkulator przyporządkowuje wynik do jednego z trzech zakresów:

• Poniżej 50 mg/L: niskie ChZT. Typowe dla czystej wody, takiej jak woda pitna lub dobrze oczyszczone ścieki.
• Od 50 mg/L do wartości mniejszej niż 200 mg/L: umiarkowane ChZT. Typowe dla oczyszczonych ścieków opuszczających oczyszczalnię.
• 200 mg/L i więcej: wysokie ChZT. Wskazuje na silne zanieczyszczenie organiczne, takie jak surowe ścieki lub nieoczyszczone ścieki przemysłowe.

Nieoczyszczone ścieki bytowe zwykle mieszczą się w przybliżeniu między 250 a 1 000 mg/L. Przed oczyszczeniem ChZT ścieków przemysłowych, na przykład z browarów lub zakładów spożywczych, może osiągać kilka tysięcy mg/L.

Częste problemy podczas badania ChZT

Objętość titranta próbki jest większa niż objętość próby ślepej. Nie powinno się tak zdarzyć, ponieważ próbka zawsze zużywa część dichromianu. Zwykle oznacza to zamianę dwóch odczytów miejscami albo zanieczyszczenie próby ślepej. Kalkulator odrzuca takie dane wejściowe i zamiast wyniku wyświetla błąd.

Zakłócenia powodowane przez chlorki. Woda słona i solanki zawierają jony chlorkowe, które dichromian utlenia w taki sam sposób jak substancje organiczne. Powoduje to zawyżenie wyniku ChZT. Standard Methods 5220 zaleca dodanie siarczanu rtęci(II) do mieszaniny trawiącej, aby związać chlorki. Metoda nadal nie obejmuje próbek zawierających więcej niż około 2 000 mg/L chlorków; dla nich potrzebna jest inna procedura.

Bardzo wysokie wyniki. Jeśli ChZT próbki jest zbyt wysokie, aby można je było dokładnie zmierzyć tą metodą, laboratorium rozcieńcza próbkę czystą wodą, powtarza badanie i mnoży wynik przez współczynnik rozcieńczenia.

Często zadawane pytania

Jaka jest różnica między ChZT a BZT? ChZT mierzy wszystko w próbce, co może zostać rozłożone przez silny utleniacz chemiczny. Biochemiczne zapotrzebowanie na tlen (BZT) obejmuje tylko to, co bakterie mogą strawić w ciągu 5 dni. Badanie ChZT trwa około 2 godzin i daje bardziej powtarzalne wyniki między laboratoriami; BZT lepiej przewiduje wpływ na naturalną rzekę lub jezioro, ponieważ w rzekach odpady rozkładają się biologicznie, a nie chemicznie.

Dlaczego ChZT nie może być ujemne? Zapotrzebowanie na tlen nie może spaść poniżej zera. Ujemny wynik we wzorze oznacza, że do miareczkowania próbki zużyto więcej titranta niż do próby ślepej, co wskazuje na błąd pomiaru lub zanieczyszczenie, a nie na rzeczywiste ujemne zapotrzebowanie. Kalkulator odrzuca takie dane i wymaga wprowadzenia poprawnych odczytów. Gdy oba miareczkowania dają dokładnie taki sam wynik, zapotrzebowanie wynosi 0 mg/L.

Jaką objętość próbki należy zastosować? Zależy to od metody. W metodzie otwartego ogrzewania zwrotnego opisanej w Standard Methods 5220 trawi się 50 mL próbki. W metodzie zamkniętego ogrzewania zwrotnego stosuje się znacznie mniejsze naczynia i poddaje trawieniu tylko kilka mililitrów próbki. Kalkulator akceptuje dowolną objętość większą od zera, dlatego należy wprowadzić objętość rzeczywiście poddaną trawieniu w laboratorium.

Czy ten kalkulator jest dokładny? Kalkulator stosuje wzór dokładnie, więc jego obliczenia arytmetyczne są poprawne. Dokładność końcowej wartości ChZT zależy od dokładności wprowadzonych pomiarów laboratoryjnych, w tym objętości miareczkowania i normalności titranta.

Czy ChZT można stosować do ścieków przemysłowych? Tak. Ten sam wzór stosuje się do każdej próbki wody. Ścieki przemysłowe często mają znacznie wyższe ChZT niż ścieki bytowe i przed miareczkowaniem mogą wymagać rozcieńczenia, aby wynik mieścił się w zakresie pomiarowym metody.

Piśmiennictwo

1. American Public Health Association, American Water Works Association i Water Environment Federation. (2017). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (23. wyd.).
2. U.S. Environmental Protection Agency. (1993). Metoda 410,4: Oznaczanie chemicznego zapotrzebowania na tlen metodą półautomatycznej kolorymetrii.
3. ISO 6060:1989. Jakość wody — Oznaczanie chemicznego zapotrzebowania na tlen. Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna.
4. Tchobanoglous, G., Burton, F. L. i Stensel, H. D. (2014). Inżynieria ścieków: oczyszczanie i odzysk zasobów (5. wyd.). McGraw-Hill Education.