Calculator COD - Calculează Cererea Chimică de Oxigen din Date de Titrare

Ce este consumul chimic de oxigen (CCO)?

Consumul chimic de oxigen (CCO) este o măsură a cantității de oxigen necesare pentru descompunerea chimică a materiei organice dintr-o probă de apă. Este exprimat în miligrame de oxigen pe litru de apă (mg/L). O valoare mai mare a CCO înseamnă că apa conține mai mult material care poate fi oxidat, ceea ce indică de obicei o poluare organică mai accentuată. Laboratoarele măsoară CCO printr-un test de titrare, iar acest calculator transformă valorile titrării într-un rezultat CCO.

CCO este unul dintre cele mai utilizate teste pentru evaluarea calității apei. Stațiile de epurare a apelor uzate îl efectuează pentru a verifica apa de la intrare și de la ieșire. Oamenii de știință din domeniul mediului îl folosesc pentru verificarea râurilor și lacurilor. Fabricile îl folosesc pentru a demonstra că evacuarea lor respectă limitele legale.

Cum funcționează testul de titrare cu dicromat

Testul standard pentru CCO utilizează o substanță chimică numită dicromat de potasiu pentru oxidarea materiei organice dintr-o probă de apă. Un tehnician de laborator încălzește proba cu dicromat și acid concentrat timp de două ore la 150 °C (302°F). Dicromatul care nu reacționează cu proba este apoi măsurat prin titrare, un proces în care se adaugă lent o a doua substanță chimică (sulfat feros de amoniu), până când o schimbare de culoare indică finalizarea reacției.

Testul se efectuează de două ori: o dată pe proba reală de apă și o dată pe o „probă martor”, care conține același amestec de substanțe chimice, dar fără proba de apă. Proba martor indică cantitatea maximă posibilă de titrant. Compararea titrării probei martor cu titrarea probei arată cât dicromat a fost consumat efectiv de materia organică din probă.

Formula CCO

Formula CCO este:

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

Unde:

• C = consumul chimic de oxigen, în mg/L
• B = volumul de titrant utilizat pentru testul martor, în mL
• S = volumul de titrant utilizat pentru proba de apă, în mL
• N = normalitatea titrantului, în echivalenți pe litru (eq/L)
• V = volumul probei de apă supuse digestiei, în mL
• 8000 = un număr fix de conversie (explicat mai jos)

Rezultatul nu poate fi niciodată negativ, deoarece un consum negativ de oxigen nu este posibil fizic. Calculatorul verifică valorile introduse înainte de a aplica formula. Volumul martorului, normalitatea și volumul probei trebuie să fie toate mai mari decât zero. Volumul de titrant al probei trebuie să fie cel puțin zero și nu poate fi mai mare decât volumul martorului.

De ce folosește formula 8000

Oxigenul are o masă moleculară de 32 grame pe mol. Fiecare mol de molecule de oxigen acceptă 4 electroni când este redus la apă, astfel încât un echivalent de oxigen cântărește 32 ÷ 4 = 8 grame. Aceasta înseamnă 8 miligrame pe miliechivalent. Volumele de titrant sunt exprimate în mililitri, astfel încât rezultatul trebuie, de asemenea, convertit din mililitri în litri, ceea ce introduce un alt factor de 1000. Înmulțirea celor doi factori dă 8 × 1000 = 8000.

Exemplu de calcul

Să presupunem că un tehnician de laborator efectuează un test CCO cu următoarele rezultate:

• Volumul de titrant al martorului: 10,0 mL
• Volumul de titrant al probei: 7,5 mL
• Normalitatea titrantului: 0,1 N
• Volumul probei: 20 mL

Aplicarea formulei:

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

Un rezultat de 100 mg/L se încadrează în intervalul moderat, tipic pentru apele uzate epurate.

Cum se interpretează un rezultat CCO

Calculatorul încadrează rezultatul în trei categorii:

• Sub 50 mg/L: CCO scăzut. Tipic pentru apa curată, cum ar fi apa potabilă sau efluentul bine epurat.
• De la 50 mg/L până la, dar fără a include, 200 mg/L: CCO moderat. Tipic pentru apele uzate epurate care părăsesc o stație de epurare.
• 200 mg/L și peste: CCO ridicat. Indică o poluare organică accentuată, cum ar fi apa uzată menajeră neepurată sau apa uzată industrială netratată.

Apele uzate menajere neepurate se situează de obicei între aproximativ 250 și 1.000 mg/L. Apele uzate industriale, de exemplu cele provenite de la fabrici de bere sau unități de prelucrare a alimentelor, pot ajunge la câteva mii de mg/L înainte de epurare.

Probleme frecvente în testul CCO

Volumul de titrant al probei este mai mare decât cel al martorului. Acest lucru nu ar trebui să se întâmple, deoarece proba consumă întotdeauna o parte din dicromat. De obicei, înseamnă că cele două valori au fost inversate sau că proba martor a fost contaminată. Calculatorul respinge această valoare și afișează o eroare în locul unui rezultat.

Interferența clorurilor. Apa sărată și saramurile conțin ioni de clorură, pe care dicromatul îi oxidează în același mod în care oxidează materia organică. Astfel, rezultatul CCO este prea mare. Standard Methods 5220 adaugă sulfat de mercur(II) în amestecul de digestie pentru a lega ionii de clorură. Metoda nu se aplică probelor cu peste aproximativ 2.000 mg/L de clorură, pentru care este necesară o procedură diferită.

Rezultate foarte mari. Dacă valoarea CCO a unei probe este prea mare pentru a fi măsurată cu precizie prin test, laboratoarele diluează proba cu apă curată, repetă testul și înmulțesc rezultatul cu factorul de diluție.

Întrebări frecvente

Care este diferența dintre CCO și consumul biochimic de oxigen (CBO)? CCO măsoară tot ceea ce poate fi descompus într-o probă de către un oxidant chimic puternic. Consumul biochimic de oxigen (CBO) măsoară doar ceea ce pot digera bacteriile în 5 zile. Testul CCO durează aproximativ 2 ore și oferă rezultate mai consecvente între laboratoare; CBO anticipează mai bine efectul asupra unui râu sau lac natural, deoarece râurile descompun deșeurile biologic, nu chimic.

De ce nu poate fi CCO negativ? Consumul de oxigen nu poate fi mai mic decât zero. Un rezultat negativ în formulă înseamnă că titrarea probei a utilizat mai mult titrant decât martorul, ceea ce indică o eroare de măsurare sau o contaminare, nu un consum negativ real. Calculatorul respinge această valoare și solicită valori corectate. Când cele două titrări sunt exact egale, consumul este de 0 mg/L.

Ce volum al probei trebuie utilizat? Depinde de metodă. Varianta cu reflux deschis din Standard Methods 5220 supune digestiei 50 mL. Varianta cu reflux închis utilizează recipiente mult mai mici și supune digestiei doar câțiva mililitri. Calculatorul acceptă orice volum mai mare decât zero, așadar trebuie introdus volumul supus efectiv digestiei în laborator.

Este acest calculator precis? Calculatorul aplică formula exact, astfel încât aritmetica este corectă. Precizia valorii CCO finale depinde de precizia măsurătorilor de laborator introduse, inclusiv de volumele de titrare și de normalitatea titrantului.

Poate fi utilizat CCO pentru apele uzate industriale? Da. Aceeași formulă se aplică oricărei probe de apă. Probele industriale au adesea valori CCO mult mai mari decât apele uzate menajere și pot necesita diluare înainte de titrare, astfel încât rezultatul să se încadreze în intervalul măsurabil al testului.

Referințe

1. Asociația Americană de Sănătate Publică, Asociația Americană pentru Lucrări de Alimentare cu Apă și Federația pentru Mediul Acvatic. (2017). Metode standard pentru examinarea apei și a apelor uzate (ediția a 23-a).
2. Agenția pentru Protecția Mediului din SUA. (1993). Metoda 410,4: Determinarea consumului chimic de oxigen prin colorimetrie semiautomată.
3. ISO 6060:1989. Calitatea apei — Determinarea consumului chimic de oxigen. Organizația Internațională de Standardizare.
4. Tchobanoglous, G., Burton, F. L. și Stensel, H. D. (2014). Ingineria apelor uzate: epurare și recuperarea resurselor (ediția a 5-a). McGraw-Hill Education.