КПК Калкулатор - Израчунавање Хемијске Потрошње Кисеоника из Података Титрације

Шта је хемијска потрошња кисеоника (COD)?

Хемијска потрошња кисеоника (COD) је мера количине кисеоника потребног за хемијску разградњу органске материје у узорку воде. Исказује се у милиграмима кисеоника по литру воде (mg/L). Виша вредност COD значи да вода садржи више материјала који може да се оксидира, што обично указује на веће органско загађење. Лабораторије мере COD титрационим испитивањем, а овај калкулатор претвара резултате титрације у вредност COD.

COD је једно од најчешћих испитивања у анализи квалитета воде. Постројења за пречишћавање отпадних вода користе га за проверу воде која улази у постројење и воде која из њега излази. Научници из области заштите животне средине користе га за проверу река и језера. Фабрике га користе да докажу да њихово испуштање испуњава законске границе.

Како функционише титрационо испитивање са дихроматом

Стандардно испитивање COD користи хемикалију која се назива калијум-дихромат за оксидацију органске материје у узорку воде. Лабораторијски техничар загрева узорак са дихроматом и јаком киселином током два сата на 150 °C (302°F). Дихромат који није реаговао са узорком затим се мери титрацијом, поступком у којем се полако додаје друга хемикалија (амонијум-гвожђе(II)-сулфат) све док промена боје не покаже да је реакција завршена.

Испитивање се спроводи два пута: једном са стварним узорком воде, а једном са „слепом пробом“, односно истом смешом хемикалија, али без додатог узорка воде. Слепа проба показује највећу могућу количину титранта. Поређење титрације слепе пробе са титрацијом узорка показује колико је дихромата органска материја у узорку стварно потрошила.

Формула за COD

Формула за COD је:

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

Где:

• C = хемијска потрошња кисеоника, у mg/L
• B = запремина титранта употребљена за испитивање слепе пробе, у mL
• S = запремина титранта употребљена за узорак воде, у mL
• N = нормалност титранта, у еквивалентима по литру (eq/L)
• V = запремина узорка воде који је разложен, у mL
• 8000 = фиксни конверзиони број (објашњен у наставку)

Резултат никада не може бити негативан, јер негативна потрошња кисеоника физички није могућа. Калкулатор проверава уносе пре примене формуле. Запремина слепе пробе, нормалност и запремина узорка морају бити веће од нуле. Запремина титранта за узорак мора бити једнака нули или већа од нуле и не сме бити већа од запремине слепе пробе.

Зашто формула користи 8000

Молекулска маса кисеоника износи 32 грама по молу. Сваки мол молекула кисеоника прихвата 4 електрона када се редукује до воде, па један еквивалент кисеоника има масу од 32 ÷ 4 = 8 грама. То је 8 милиграма по милиеквиваленту. Запремине титранта су изражене у милилитрима, па резултат такође мора да се прерачуна из милилитара у литре, што представља још један фактор 1000. Множењем та два фактора добија се 8 × 1000 = 8000.

Решени пример

Претпоставимо да лабораторијски техничар спроведе испитивање COD са следећим резултатима:

• Запремина титранта слепе пробе: 10,0 mL
• Запремина титранта за узорак: 7,5 mL
• Нормалност титранта: 0,1 N
• Запремина узорка: 20 mL

Применом формуле:

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

Резултат од 100 mg/L спада у умерени опсег, типичан за пречишћене отпадне воде.

Како тумачити резултат COD

Калкулатор разврстава резултат у три опсега:

• Мање од 50 mg/L: низак COD. Типично за чисту воду, као што су вода за пиће или добро пречишћени ефлуент.
• Од 50 mg/L до, али не укључујући 200 mg/L: умерен COD. Типично за пречишћену отпадну воду која напушта постројење за пречишћавање.
• 200 mg/L и више: висок COD. Указује на велико органско загађење, као што су сирова канализациона вода или непречишћена индустријска отпадна вода.

Непречишћена отпадна вода из домаћинстава обично има вредност између приближно 250 и 1.000 mg/L. Индустријска отпадна вода, на пример из пивара или прехрамбених постројења, може пре пречишћавања достићи неколико хиљада mg/L.

Најчешћи проблеми при испитивању COD

Запремина титранта за узорак већа је од запремине слепе пробе. То не би требало да се догоди, јер узорак увек троши део дихромата. Обично значи да су два очитавања замењена или да је слепа проба контаминирана. Калкулатор одбија овај унос и приказује грешку уместо резултата.

Утицај хлорида. Слана вода и слани раствори садрже хлоридне јоне, које дихромат оксидира на исти начин као органску материју. Због тога резултат COD изгледа превисок. Стандардне методе 5220 додају живин(II)-сулфат у смешу за разлагање како би се хлорид везао. Метода ипак не обухвата узорке са више од приближно 2.000 mg/L хлорида, за које је потребан други поступак.

Веома високе вредности. Ако је COD узорка превисок да би се прецизно измерио овим испитивањем, лабораторије разблажују узорак чистом водом, поново спроводе испитивање и множе резултат фактором разблажења.

Најчешће постављана питања

Која је разлика између COD-а и BOD-а? COD мери све у узорку што може да разгради јак хемијски оксиданс. Биохемијска потрошња кисеоника (BOD) мери само оно што бактерије могу да разграде током 5 дана. COD траје око 2 сата и даје уједначеније резултате између лабораторија; BOD боље предвиђа утицај на природну реку или језеро, јер реке разграђују отпад биолошки, а не хемијски.

Зашто COD не може бити негативан? Потрошња кисеоника не може бити мања од нуле. Негативан резултат у формули значи да је титрација узорка потрошила више титранта него слепа проба, што указује на грешку мерења или контаминацију, а не на стварну негативну потрошњу. Калкулатор одбија тај унос и тражи исправљена очитавања. Када се две титрације потпуно поклапају, потрошња износи 0 mg/L.

Коју запремину узорка треба користити? То зависи од методе. Верзија Стандардних метода са отвореним повратним хлађењем 5220 разлаже 50 mL. Верзија са затвореним повратним хлађењем користи много мање посуде и разлаже само неколико милилитара. Калкулатор прихвата сваку запремину већу од нуле, па унесите запремину коју је лабораторија стварно разложила.

Да ли је овај калкулатор тачан? Калкулатор примењује формулу тачно, па је његово рачунање исправно. Тачност коначне вредности COD зависи од тачности унетих лабораторијских мерења, укључујући запремине титрације и нормалност титранта.

Може ли се COD користити за индустријску отпадну воду? Да. Иста формула важи за сваки узорак воде. Индустријски узорци често имају знатно већи COD од отпадне воде из домаћинстава и можда их треба разблажити пре титрације како би резултат био у мерљивом опсегу испитивања.

Литература

1. Америчко удружење за јавно здравље, Америчко удружење за водоводе и Федерација за водну средину. (2017). Стандардне методе за испитивање воде и отпадних вода (23. издање).
2. Агенција за заштиту животне средине САД. (1993). Метода 410,4: Одређивање хемијске потрошње кисеоника полуаутоматском колориметријом.
3. ISO 6060:1989. Квалитет воде — Одређивање хемијске потрошње кисеоника. Међународна организација за стандардизацију.
4. Tchobanoglous, G., Burton, F. L., и Stensel, H. D. (2014). Инжењерство отпадних вода: пречишћавање и поврат ресурса (5. издање). McGraw-Hill Education.