COD Kalkulačka - Výpočet chemickej spotreby kyslíka z titračných údajov

Čo je chemická spotreba kyslíka (COD)?

Chemická spotreba kyslíka (COD) je miera množstva kyslíka potrebného na chemický rozklad organických látok vo vzorke vody. Uvádza sa v miligramoch kyslíka na liter vody (mg/L). Vyššia hodnota COD znamená, že voda obsahuje viac látok, ktoré možno oxidovať, čo zvyčajne poukazuje na väčšie organické znečistenie. Laboratóriá merajú COD titračnou skúškou a táto kalkulačka prepočítava výsledky titrácie na hodnotu COD.

COD patrí medzi najbežnejšie skúšky používané pri hodnotení kvality vody. Čistiarne odpadových vôd ju vykonávajú na kontrolu privádzanej a odvádzanej vody. Environmentálni vedci ju používajú pri kontrole riek a jazier. Továrne ju používajú na preukázanie, že ich vypúšťané vody spĺňajú zákonné limity.

Ako funguje dichromanová titračná skúška

Štandardná skúška COD používa chemickú látku nazývanú dichroman draselný na oxidáciu organických látok vo vzorke vody. Laboratórny technik zahrieva vzorku s dichromanom a silnou kyselinou dve hodiny pri teplote 150 °C (302°F). Dichroman, ktorý so vzorkou nezreagoval, sa potom stanoví titráciou, teda pomalým pridávaním druhej chemickej látky (síran železnato-amónny), až kým zmena farby signalizuje ukončenie reakcie.

Skúška sa vykonáva dvakrát: raz so skutočnou vzorkou vody a raz so „slepou vzorkou“, čo je rovnaká zmes chemických látok, ale bez pridanej vzorky vody. Slepá vzorka ukazuje maximálne možné množstvo titračného činidla. Porovnanie titrácie slepej vzorky s titráciou vzorky ukazuje, koľko dichromanu organické látky vo vzorke skutočne spotrebovali.

Vzorec COD

Vzorec COD je:

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

Kde:

• C = chemická spotreba kyslíka v mg/L
• B = objem titračného činidla použitého pri skúške slepej vzorky v mL
• S = objem titračného činidla použitého pri skúške vzorky vody v mL
• N = normalita titračného činidla v ekvivalentoch na liter (eq/L)
• V = objem vzorky vody podrobenej rozkladu v mL
• 8000 = pevne stanovené prepočtové číslo (vysvetlené nižšie)

Výsledok nikdy nemôže byť záporný, pretože záporná spotreba kyslíka nie je fyzikálne možná. Kalkulačka pred použitím vzorca kontroluje vstupné údaje. Objem slepej vzorky, normalita aj objem vzorky musia byť väčšie než nula. Objem titračného činidla pre vzorku musí byť nulový alebo väčší a nesmie byť väčší ako objem pre slepú vzorku.

Prečo vzorec používa 8000

Molekulová hmotnosť kyslíka je 32 gramov na mol. Každý mól molekúl kyslíka prijíma pri redukcii na vodu 4 elektróny, takže jeden ekvivalent kyslíka váži 32 ÷ 4 = 8 gramov. To je 8 miligramov na miliekvivalent. Keďže objemy titračného činidla sú uvedené v mililitroch, výsledok treba tiež prepočítať z mililitrov na litre, čo predstavuje ďalší faktor 1000. Vynásobením oboch faktorov dostaneme 8 × 1000 = 8000.

Vyriešený príklad

Predpokladajme, že laboratórny technik vykoná skúšku COD s týmito výsledkami:

• Objem titračného činidla pre slepú vzorku: 10,0 mL
• Objem titračného činidla pre vzorku: 7,5 mL
• Normalita titračného činidla: 0,1 N
• Objem vzorky: 20 mL

Po dosadení do vzorca:

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

Výsledok 100 mg/L patrí do stredného rozsahu, ktorý je typický pre čistené odpadové vody.

Ako interpretovať výsledok COD

Kalkulačka zaraďuje výsledok do troch pásiem:

• Menej ako 50 mg/L: nízka hodnota COD. Typická pre čistú vodu, napríklad pitnú vodu alebo dobre vyčistenú odpadovú vodu.
• Od 50 mg/L do menej ako 200 mg/L: stredná hodnota COD. Typická pre čistenú odpadovú vodu opúšťajúcu čistiareň odpadových vôd.
• 200 mg/L a viac: vysoká hodnota COD. Signalizuje silné organické znečistenie, napríklad surovú splaškovú vodu alebo nečistenú priemyselnú odpadovú vodu.

Neupravená komunálna odpadová voda zvyčajne dosahuje hodnoty približne od 250 do 1 000 mg/L. Priemyselná odpadová voda, napríklad z pivovarov alebo potravinárskych závodov, môže pred čistením dosiahnuť niekoľko tisíc mg/L.

Bežné problémy pri skúške COD

Objem titračného činidla pre vzorku je väčší ako objem pre slepú vzorku. Nemalo by k tomu dôjsť, pretože vzorka vždy spotrebuje časť dichromanu. Zvyčajne to znamená, že boli zamenené dve namerané hodnoty alebo bola slepá vzorka kontaminovaná. Kalkulačka tento údaj odmietne a namiesto výsledku zobrazí chybu.

Interferencia chloridov. Slaná voda a soľné roztoky obsahujú chloridové ióny, ktoré dichroman oxiduje rovnakým spôsobom ako organické látky. Výsledná hodnota COD je preto príliš vysoká. Publikácia Standard Methods 5220 pridáva do tráviacej zmesi síran ortutnatý, ktorý viaže chloridy. Táto metóda sa stále nevzťahuje na vzorky s obsahom chloridov nad približne 2 000 mg/L; pri nich je potrebný iný postup.

Veľmi vysoké výsledky. Ak je COD vzorky príliš vysoká na presné meranie touto skúškou, laboratóriá vzorku zriedia čistou vodou, skúšku zopakujú a výsledok vynásobia faktorom zriedenia.

Najčastejšie otázky

Aký je rozdiel medzi COD a BOD? COD meria všetky látky vo vzorke, ktoré môže rozložiť silné chemické oxidačné činidlo. Biochemická spotreba kyslíka (BOD) meria iba to, čo dokážu baktérie rozložiť počas 5 dní. Stanovenie COD trvá približne 2 hodiny a medzi laboratóriami poskytuje konzistentnejšie výsledky; BOD lepšie predpovedá vplyv na prirodzenú rieku alebo jazero, pretože rieky rozkladajú odpad biologicky, nie chemicky.

Prečo COD nemôže byť záporná? Spotreba kyslíka nemôže klesnúť pod nulu. Záporný výsledok vo vzorci znamená, že titrácia vzorky spotrebovala viac titračného činidla ako slepá vzorka, čo poukazuje na chybu merania alebo kontamináciu, nie na skutočnú zápornú spotrebu. Kalkulačka takýto údaj odmietne a vyžiada si opravené merania. Keď sa obe titrácie presne zhodujú, spotreba je 0 mg/L.

Aký objem vzorky treba použiť? Závisí to od metódy. Verzia normy Standard Methods s otvoreným spätným chladičom 5220 spracúva 50 mL vzorky. Verzia s uzavretým spätným chladičom používa oveľa menšie nádoby a na rozklad používa iba niekoľko mililitrov vzorky. Kalkulačka akceptuje ľubovoľný objem väčší ako nula, preto zadajte objem, ktorý laboratórium skutočne spracovalo.

Je táto kalkulačka presná? Kalkulačka uplatňuje vzorec presne, takže jej aritmetický výpočet je správny. Presnosť konečnej hodnoty COD závisí od presnosti zadaných laboratórnych meraní vrátane objemov titrácie a normality titračného činidla.

Možno COD použiť pri priemyselnej odpadovej vode? Áno. Rovnaký vzorec platí pre každú vzorku vody. Priemyselné vzorky majú často oveľa vyššiu hodnotu COD než komunálne odpadové vody a pred titráciou ich môže byť potrebné zriediť, aby výsledok spadal do merateľného rozsahu skúšky.

Referencie

1. American Public Health Association, American Water Works Association a Water Environment Federation. (2017). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (23. vydanie).
2. U.S. Environmental Protection Agency. (1993). Metóda 410,4: Stanovenie chemickej spotreby kyslíka poloautomatickou kolorimetriou.
3. ISO 6060:1989. Kvalita vody — Stanovenie chemickej spotreby kyslíka. Medzinárodná organizácia pre normalizáciu.
4. Tchobanoglous, G., Burton, F. L. a Stensel, H. D. (2014). Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery (5. vydanie). McGraw-Hill Education.