Kalkulator KPK - Izračun kemijske porabe kisika iz titrirnih podatkov

Kaj je kemijska potreba po kisiku (KPK)?

Kemijska potreba po kisiku (KPK) je merilo količine kisika, potrebne za kemično razgradnjo organskih snovi v vzorcu vode. Navaja se v miligramih kisika na liter vode (mg/L). Višja vrednost KPK pomeni, da voda vsebuje več snovi, ki jih je mogoče oksidirati, kar običajno kaže na večje organsko onesnaženje. V laboratorijih KPK merijo s titracijo, ta kalkulator pa titracijske vrednosti pretvori v rezultat KPK.

KPK je eden najpogostejših preskusov pri ugotavljanju kakovosti vode. Čistilne naprave za odpadno vodo ga izvajajo za preverjanje dotekajoče in iztekajoče vode. Okoljski znanstveniki ga uporabljajo za preverjanje rek in jezer. Tovarne ga uporabljajo za dokazovanje, da njihov izpust izpolnjuje zakonsko določene mejne vrednosti.

Kako deluje titracijski preskus z dikromatom

Pri standardnem preskusu KPK se za oksidacijo organskih snovi v vzorcu vode uporablja kemikalija, imenovana kalijev dikromat. Laboratorijski tehnik vzorec dve uri segreva z dikromatom in močno kislino pri 150 °C (302°F). Nato se količina dikromata, ki ni reagiral z vzorcem, določi s titracijo, pri kateri se počasi dodaja druga kemikalija (železov amonijev sulfat), dokler sprememba barve ne pokaže, da je reakcija končana.

Preskus se izvede dvakrat: enkrat na pravem vzorcu vode in enkrat na »slepem vzorcu«, ki vsebuje enako mešanico kemikalij, vendar mu ni dodan vzorec vode. Slepi vzorec pokaže največjo možno količino titranta. Primerjava titracije slepega vzorca s titracijo pravega vzorca pokaže, koliko dikromata so organske snovi v vzorcu dejansko porabile.

Formula KPK

Formula KPK je:

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

Pri tem:

• C = kemijska potreba po kisiku, v mg/L
• B = prostornina titranta, uporabljena pri slepem preskusu, v mL
• S = prostornina titranta, uporabljena pri vzorcu vode, v mL
• N = normalnost titranta, v ekvivalentih na liter (eq/L)
• V = prostornina digestiranega vzorca vode, v mL
• 8000 = stalno pretvorbeno število (razloženo spodaj)

Rezultat ne more biti negativen, saj negativna potreba po kisiku fizično ni mogoča. Kalkulator pred uporabo formule preveri vnose. Prostornina slepega preskusa, normalnost in prostornina vzorca morajo biti večje od nič. Prostornina titranta za vzorec mora biti enaka nič ali večja od nič in ne sme biti večja od prostornine titranta pri slepem preskusu.

Zakaj formula uporablja 8000

Molekulska masa kisika je 32 gramov na mol. Vsak mol molekul kisika pri redukciji v vodo sprejme 4 elektrone, zato en ekvivalent kisika tehta 32 ÷ 4 = 8 gramov. To je 8 miligramov na miliekvivalent. Prostornine titranta so izražene v mililitrih, zato je treba rezultat dodatno pretvoriti iz mililitrov v litre, kar pomeni še faktor 1000. Z množenjem obeh faktorjev dobimo 8 × 1000 = 8000.

Primer z rešitvijo

Denimo, da laboratorijski tehnik izvede preskus KPK z naslednjimi rezultati:

• Prostornina titranta pri slepem preskusu: 10,0 mL
• Prostornina titranta za vzorec: 7,5 mL
• Normalnost titranta: 0,1 N
• Prostornina vzorca: 20 mL

Z uporabo formule:

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

Rezultat 100 mg/L spada v zmerno območje, značilno za prečiščeno odpadno vodo.

Kako razlagati rezultat KPK

Kalkulator rezultat razvrsti v tri razrede:

• Manj kot 50 mg/L: nizka KPK. Značilna za čisto vodo, na primer pitno vodo ali dobro prečiščen iztok.
• Od 50 mg/L do, vendar ne vključno z 200 mg/L: zmerna KPK. Značilna za prečiščeno odpadno vodo, ki izteka iz čistilne naprave.
• 200 mg/L ali več: visoka KPK. Kaže na močno organsko onesnaženje, na primer s surovo komunalno odpadno vodo ali neprečiščeno industrijsko odpadno vodo.

Neobdelana komunalna odpadna voda ima običajno vrednost med približno 250 in 1.000 mg/L. Industrijska odpadna voda, na primer iz pivovarn ali živilskih obratov, lahko pred čiščenjem doseže več tisoč mg/L.

Pogoste težave pri preskusu KPK

Prostornina titranta za vzorec je večja kot pri slepem preskusu. To se ne bi smelo zgoditi, saj vzorec vedno porabi del dikromata. Običajno to pomeni, da sta bili meritvi zamenjani ali da je bil slepi vzorec onesnažen. Kalkulator ta vnos zavrne in namesto rezultata prikaže napako.

Vpliv kloridov. Slana voda in slanice vsebujejo kloridne ione, ki jih dikromat oksidira enako kot organske snovi. Zato je izmerjena vrednost KPK previsoka. Standard Methods 5220 določa dodajanje živosrebrovega sulfata zmesi za razklop, da veže kloride. Metoda še vedno ne zajema vzorcev z več kot približno 2.000 mg/L kloridov; zanje je potreben drug postopek.

Zelo visoki rezultati. Če je KPK vzorca previsoka, da bi jo bilo mogoče natančno izmeriti s preskusom, laboratoriji vzorec razredčijo s čisto vodo, preskus ponovijo in rezultat pomnožijo s faktorjem redčenja.

Pogosta vprašanja

Kakšna je razlika med KPK in BPK? KPK meri vse snovi v vzorcu, ki jih lahko razgradi močan kemični oksidant. Biokemijska potreba po kisiku (BPK) meri le snovi, ki jih lahko bakterije razgradijo v 5 dneh. Preskus KPK traja približno 2 uri in daje bolj primerljive rezultate med laboratoriji; BPK bolje napoveduje vpliv na naravno reko ali jezero, saj se odpadne snovi v rekah razgrajujejo biološko, ne kemično.

Zakaj KPK ne more biti negativna? Potreba po kisiku ne more biti manjša od nič. Negativen rezultat v formuli pomeni, da je bilo pri titraciji vzorca porabljenega več titranta kot pri slepem preskusu, kar kaže na merilno napako ali onesnaženje, ne pa na dejansko negativno potrebo. Kalkulator tak vnos zavrne in zahteva popravljene meritve. Ko sta titraciji popolnoma enaki, je potreba 0 mg/L.

Katero prostornino vzorca je treba uporabiti? To je odvisno od metode. Različica Standard Methods 5220 z odprtim refluksom razkroji 50 mL vzorca. Različica z zaprtim refluksom uporablja veliko manjše posode in razkroji le nekaj mililitrov. Kalkulator sprejme katero koli prostornino, večjo od nič, zato vnesite prostornino, ki jo je laboratorij dejansko razkrojil.

Ali je ta kalkulator natančen? Kalkulator formulo uporabi natančno, zato je njegov aritmetični izračun pravilen. Natančnost končne vrednosti KPK je odvisna od natančnosti vnesenih laboratorijskih meritev, vključno s prostorninami pri titraciji in normalnostjo titranta.

Ali se KPK lahko uporablja za industrijsko odpadno vodo? Da. Ista formula velja za vsak vzorec vode. Industrijski vzorci imajo pogosto precej višjo KPK kot komunalna odpadna voda in jih je pred titracijo morda treba razredčiti, da rezultat pade v merilno območje preskusa.

Viri

1. American Public Health Association, American Water Works Association in Water Environment Federation. (2017). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (23. izd.).
2. U.S. Environmental Protection Agency. (1993). Method 410,4: The Determination of Chemical Oxygen Demand by Semi-Automated Colorimetry.
3. ISO 6060:1989. Water quality — Determination of the chemical oxygen demand. Mednarodna organizacija za standardizacijo.
4. Tchobanoglous, G., Burton, F. L. in Stensel, H. D. (2014). Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery (5. izd.). McGraw-Hill Education.