COD-kalkylator - Beräkna kemisk syreförbrukning från titrationsdata

Vad är kemisk syreförbrukning (COD)?

Kemisk syreförbrukning (COD) är ett mått på hur mycket syre som behövs för att kemiskt bryta ned det organiska materialet i ett vattenprov. Den anges i milligram syre per liter vatten (mg/L). Ett högre COD-värde betyder att vattnet innehåller mer material som kan oxideras, vilket vanligtvis tyder på större organisk förorening. Laboratorier mäter COD med ett titreringstest, och denna kalkylator omvandlar titreringsvärdena till ett COD-resultat.

COD är ett av de vanligaste testerna inom vattenkvalitetsarbete. Avloppsreningsverk utför det för att kontrollera inkommande och utgående vatten. Miljöforskare använder det för att kontrollera floder och sjöar. Fabriker använder det för att visa att deras utsläpp uppfyller lagstadgade gränsvärden.

Så fungerar dikromattitreringstestet

Det standardiserade COD-testet använder en kemikalie som kallas kaliumdikromat för att oxidera det organiska materialet i ett vattenprov. En laboratorietekniker upphettar provet med dikromat och stark syra i två timmar vid 150 °C (302°F). Det dikromat som inte reagerar med provet mäts sedan genom titrering, en process där en andra kemikalie (järn(II)ammoniumsulfat) långsamt tillsätts tills en färgförändring visar att reaktionen är fullständig.

Testet utförs två gånger: en gång på det riktiga vattenprovet och en gång på ett ”blankprov”, som består av samma kemikalieblandning men utan tillsatt vattenprov. Blankprovet visar den största möjliga mängden titrermedel. Genom att jämföra blankprovets titrering med provets titrering ser man hur mycket dikromat det organiska materialet i provet faktiskt förbrukade.

COD-formeln

COD-formeln är:

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

Där:

• C = den kemiska syreförbrukningen, i mg/L
• B = volymen av titrerlösning som användes vid blankprovet, i mL
• S = volymen titrerlösning som användes för vattenprovet, i mL
• N = titrermedlets normalitet, i ekvivalenter per liter (ekv/L)
• V = volymen av vattenprovet som genomgick uppslutning, i mL
• 8000 = ett fast omvandlingstal (förklaras nedan)

Resultatet kan aldrig vara negativt, eftersom negativ syreförbrukning inte är fysikaliskt möjlig. Kalkylatorn kontrollerar indata innan den tillämpar formeln. Blindprovets volym, normaliteten och provvolymen måste alla vara större än noll. Provets volym titrermedel måste vara noll eller större och får inte vara större än blindprovets volym.

Varför formeln använder 8000

Syre har en molmassa på 32 gram per mol. Varje mol syrgasmolekyler tar upp 4 elektroner när syrgasmolekylerna reduceras till vatten, så en syreekvivalent väger 32 ÷ 4 = 8 gram. Det motsvarar 8 milligram per milliekvivalent. Titrermedelsvolymerna anges i milliliter, så resultatet måste också skalas från milliliter till liter, vilket ger ytterligare en faktor på 1000. Multiplicerar man de två får man 8 × 1000 = 8000.

Räkneexempel

Anta att en laboratorietekniker utför ett COD-test med följande resultat:

• Volym titrermedel för blindprov: 10,0 mL
• Volym titrermedel för prov: 7,5 mL
• Titrermedlets normalitet: 0,1 N
• Provvolym: 20 mL

Tillämpning av formeln:

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

Ett resultat på 100 mg/L ligger inom det måttliga intervallet, vilket är typiskt för behandlat avloppsvatten.

Så tolkas ett COD-resultat

Kalkylatorn delar in resultatet i tre nivåer:

• Under 50 mg/L: låg COD. Typiskt för rent vatten, såsom dricksvatten eller välbehandlat utgående avloppsvatten.
• 50 mg/L till men inte inklusive 200 mg/L: måttlig COD. Typiskt för behandlat avloppsvatten som lämnar ett reningsverk.
• 200 mg/L och högre: hög COD. Tyder på kraftig organisk förorening, såsom obehandlat avloppsvatten eller obehandlat industriellt avloppsvatten.

Obehandlat hushållsavloppsvatten ligger vanligtvis mellan ungefär 250 och 1 000 mg/L. Industriellt avloppsvatten, till exempel från bryggerier eller livsmedelsindustrier, kan före behandling nå flera tusen mg/L.

Vanliga problem vid ett COD-test

Provets volym titrermedel är större än blindprovets. Detta ska inte hända, eftersom provet alltid förbrukar en del av dikromatet. Det betyder vanligtvis att de två avläsningarna har förväxlats eller att blindprovet har kontaminerats. Kalkylatorn avvisar denna inmatning och visar ett fel i stället för ett resultat.

Kloridinterferens. Saltvatten och saltlösningar innehåller kloridjoner, som dikromat oxiderar på samma sätt som organiskt material. Detta gör att COD-resultatet blir för högt. Standard Methods 5220 tillsätter kvicksilversulfat till uppslutningsblandningen för att binda kloriden. Metoden omfattar fortfarande inte prover med mer än ungefär 2 000 mg/L klorid; sådana prover kräver en annan metod.

Mycket höga resultat. Om ett provs COD är för högt för att testet ska kunna mäta det noggrant späder laboratoriet provet med rent vatten, utför testet igen och multiplicerar resultatet med spädningsfaktorn.

Vanliga frågor

Vad är skillnaden mellan COD och BOD? COD mäter allt i ett prov som kan brytas ned av ett starkt kemiskt oxidationsmedel. Biokemisk syreförbrukning (BOD) mäter endast det som bakterier kan bryta ned under 5 dagar. COD tar ungefär 2 timmar och ger mer jämförbara resultat mellan laboratorier. BOD förutsäger bättre effekten på en naturlig flod eller sjö, eftersom floder bryter ned avfall biologiskt, inte kemiskt.

Varför kan COD inte vara negativt? Syreförbrukningen kan inte vara mindre än noll. Ett negativt resultat i formeln betyder att provets titrering använde mer titrermedel än blindprovet, vilket tyder på ett mätfel eller en kontaminering, inte på en verklig negativ förbrukning. Kalkylatorn avvisar denna inmatning och begär korrigerade avläsningar. När de två titreringarna är exakt lika är förbrukningen 0 mg/L.

Vilken provvolym ska användas? Det beror på metoden. Den öppna återflödesmetoden enligt Standard Methods 5220 uppsluter 50 mL. Den slutna återflödesmetoden använder mycket mindre reaktionskärl och uppsluter endast några milliliter. Kalkylatorn accepterar alla volymer över noll, så ange den volym som laboratoriet faktiskt uppslöt.

Är denna kalkylator korrekt? Kalkylatorn tillämpar formeln exakt, så den aritmetiska beräkningen är korrekt. Noggrannheten hos det slutliga COD-värdet beror på noggrannheten i de laboratoriemätningar som matats in, inklusive titreringsvolymerna och titrermedlets normalitet.

Kan COD användas för industriellt avloppsvatten? Ja. Samma formel gäller för alla vattenprov. Industriella prover har ofta mycket högre COD än hushållsavloppsvatten och kan behöva spädas före titreringen så att resultatet hamnar inom testets mätområde.

Referenser

1. American Public Health Association, American Water Works Association och Water Environment Federation. (2017). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (23:e uppl.).
2. U.S. Environmental Protection Agency. (1993). Metod 410,4: Bestämning av kemiskt syrebehov genom halvautomatisk kolorimetri.
3. ISO 6060:1989. Vattenkvalitet — Bestämning av den kemiska syreförbrukningen. Internationella standardiseringsorganisationen.
4. Tchobanoglous, G., Burton, F. L. och Stensel, H. D. (2014). Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery (5:e uppl.). McGraw-Hill Education.