KOİ Hesaplayıcı - Titrasyon Verilerinden Kimyasal Oksijen İhtiyacını Hesaplama

Kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ) nedir?

Kimyasal oksijen ihtiyacı (KOİ), bir su numunesindeki organik maddeleri kimyasal olarak parçalamak için gereken oksijen miktarının ölçüsüdür. Suyun litresi başına miligram oksijen (mg/L) olarak ifade edilir. KOİ değerinin yüksek olması, suda oksitlenebilecek daha fazla madde bulunduğu ve genellikle organik kirliliğin daha fazla olduğu anlamına gelir. Laboratuvarlar KOİ'yi titrasyon testiyle ölçer; bu hesaplayıcı da titrasyon değerlerini KOİ sonucuna dönüştürür.

KOİ, su kalitesi çalışmalarında en yaygın testlerden biridir. Atık su arıtma tesisleri, tesise giren ve tesisten çıkan suyu kontrol etmek için bu testi yapar. Çevre bilimciler nehirleri ve gölleri kontrol etmek için kullanır. Fabrikalar ise deşarjlarının yasal sınırları karşıladığını göstermek için kullanır.

Dikromat titrasyon testi nasıl çalışır?

Standart KOİ testi, su numunesindeki organik maddeleri oksitlemek için potasyum dikromat adlı bir kimyasal kullanır. Laboratuvar teknisyeni numuneyi dikromat ve kuvvetli asitle birlikte 150 °C (302°F) sıcaklıkta iki saat ısıtır. Numuneyle tepkimeye girmeyen dikromat daha sonra titrasyonla ölçülür. Titrasyon, tepkimenin tamamlandığını gösteren renk değişimi oluşana kadar ikinci bir kimyasalın (demir(II) amonyum sülfat) yavaşça eklenmesi işlemidir.

Test iki kez yapılır: bir kez gerçek su numunesiyle, bir kez de su numunesi eklenmemiş, aynı kimyasal karışımdan oluşan bir kör numuneyle (blank). Kör numune, kullanılabilecek en yüksek titrant miktarını gösterir. Kör numune titrasyonu ile numune titrasyonunun karşılaştırılması, numunedeki organik maddelerin gerçekte ne kadar dikromat tükettiğini gösterir.

KOİ formülü

KOİ formülü şöyledir:

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

Burada:

• C = mg/L cinsinden kimyasal oksijen ihtiyacı
• B = kör deneyde kullanılan titrant hacmi, mL cinsinden
• S = su numunesi için kullanılan titrant hacmi, mL cinsinden
• N = titrantın normalitesi, litre başına eşdeğer (eq/L) cinsinden
• V = sindirime tabi tutulan su numunesinin hacmi, mL cinsinden
• 8000 = sabit dönüşüm sayısı (aşağıda açıklanmıştır)

Sonuç hiçbir zaman negatif olamaz; çünkü negatif oksijen ihtiyacı fiziksel olarak mümkün değildir. Hesaplayıcı, formülü uygulamadan önce girdileri kontrol eder. Kör numune hacmi, normalite ve numune hacminin tümü sıfırdan büyük olmalıdır. Numune titrant hacmi sıfır veya daha büyük olmalı ve kör numune hacminden büyük olmamalıdır.

Formülde neden 8000 kullanılır?

Oksijenin molekül ağırlığı mol başına 32 gramdır. Oksijen moleküllerinin her molü suya indirgenirken 4 elektron kabul eder; bu nedenle oksijenin bir eşdeğeri 32 ÷ 4 = 8 gramdır. Bu, milieşdeğer başına 8 miligrama eşittir. Titrant hacimleri mililitre cinsinden olduğundan, sonucun mililitreden litreye ölçeklendirilmesi de gerekir; bu da 1000 çarpanı anlamına gelir. İki çarpanın çarpımı 8 × 1000 = 8000 olur.

Çözümlü örnek

Bir laboratuvar teknisyeninin aşağıdaki sonuçlarla KOİ testi yaptığını varsayalım:

• Kör numune titrant hacmi: 10,0 mL
• Numune titrant hacmi: 7,5 mL
• Titrant normalitesi: 0,1 N
• Numune hacmi: 20 mL

Formül uygulandığında:

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

100 mg/L sonucu, arıtılmış atık su için tipik olan orta aralığa girer.

KOİ sonucu nasıl okunur?

Hesaplayıcı sonucu üç aralığa ayırır:

• 50 mg/L'nin altında: düşük KOİ. İçme suyu veya iyi arıtılmış deşarj suyu gibi temiz sular için tipiktir.
• 50 mg/L ile 200 mg/L arasındaki değerler (üst sınır dahil değil): orta KOİ. Bir arıtma tesisinden çıkan arıtılmış atık su için tipiktir.
• 200 mg/L ve üzeri: yüksek KOİ. Ham kanalizasyon veya arıtılmamış endüstriyel atık su gibi yoğun organik kirliliğe işaret eder.

Arıtılmamış evsel atık su genellikle yaklaşık 250 ile 1.000 mg/L arasında olur. Bira fabrikaları veya gıda tesislerinden kaynaklanan endüstriyel atık su, arıtma öncesinde birkaç bin mg/L değerine ulaşabilir.

KOİ testinde sık karşılaşılan sorunlar

Numune titrant hacmi kör numuneninkinden yüksek. Bu durum gerçekleşmemelidir; çünkü numune her zaman bir miktar dikromat tüketir. Genellikle iki ölçümün yer değiştirdiği veya kör numunenin kirlendiği anlamına gelir. Hesaplayıcı bu girdiyi reddeder ve sonuç yerine hata gösterir.

Klorür girişimi. Tuzlu su ve salamuralar, dikromatın organik maddeleri oksitlediği gibi oksitlediği klorür iyonları içerir. Bu durum KOİ sonucunun olduğundan yüksek çıkmasına neden olur. Standard Methods 5220, klorürü bağlamak için parçalama karışımına cıva(II) sülfat ekler. Yöntem yine de yaklaşık 2.000 mg/L üzerinde klorür içeren numuneleri kapsamaz; bu numuneler farklı bir işlem gerektirir.

Çok yüksek sonuçlar. Bir numunenin KOİ'si testin doğru şekilde ölçebileceği değerden yüksekse laboratuvarlar numuneyi temiz suyla seyreltir, testi yeniden yapar ve sonucu seyreltme katsayısıyla çarpar.

Sık sorulan sorular

KOİ ile BOİ arasındaki fark nedir? KOİ, bir numunede güçlü bir kimyasal oksitleyici tarafından parçalanabilen her şeyi ölçer. Biyokimyasal oksijen ihtiyacı (BOİ) ise yalnızca bakterilerin 5 gün içinde parçalayabildiği maddeleri ölçer. KOİ yaklaşık 2 saat sürer ve laboratuvarlar arasında daha tutarlı sonuçlar verir; BOİ ise doğal bir nehir veya göl üzerindeki etkiyi daha iyi öngörür, çünkü nehirler atıkları kimyasal olarak değil, biyolojik olarak parçalar.

KOİ neden negatif olamaz? Oksijen ihtiyacı sıfırın altına inemez. Formüldeki negatif sonuç, numune titrasyonunda kör numuneye göre daha fazla titrant kullanıldığını gösterir; bu gerçek bir negatif ihtiyaca değil, ölçüm hatasına veya kontaminasyona işaret eder. Hesaplayıcı bu girdiyi reddeder ve düzeltilmiş ölçümlerin girilmesini ister. İki titrasyon tam olarak eşleştiğinde ihtiyacın değeri 0 mg/L olur.

Hangi numune hacmi kullanılmalıdır? Bu, yönteme bağlıdır. Standard Methods 5220 standardının açık reflüks yönteminde 50 mL numune parçalanır. Kapalı reflüks yönteminde çok daha küçük kaplar kullanılır ve yalnızca birkaç mililitre numune parçalanır. Hesaplayıcı sıfırdan büyük her hacmi kabul eder; bu nedenle laboratuvarda gerçekten parçalanan hacmi girin.

Bu hesaplayıcı doğru sonuç verir mi? Hesaplayıcı formülü tam olarak uygular; dolayısıyla aritmetik işlemleri doğrudur. Nihai KOİ değerinin doğruluğu, girilen laboratuvar ölçümlerinin (titrasyon hacimleri ve titrantın normalitesi dahil) doğruluğuna bağlıdır.

KOİ endüstriyel atık su için kullanılabilir mi? Evet. Aynı formül her türlü su numunesine uygulanır. Endüstriyel numunelerin KOİ'si genellikle evsel atık sudakinden çok daha yüksektir ve sonucun testin ölçebileceği aralıkta kalması için titrasyondan önce seyreltilmeleri gerekebilir.

Kaynaklar

1. American Public Health Association, American Water Works Association ve Water Environment Federation. (2017). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (23. baskı).
2. U.S. Environmental Protection Agency. (1993). Method 410,4: The Determination of Chemical Oxygen Demand by Semi-Automated Colorimetry.
3. ISO 6060:1989. Su kalitesi — Kimyasal oksijen ihtiyacının tayini. Uluslararası Standardizasyon Örgütü.
4. Tchobanoglous, G., Burton, F. L. ve Stensel, H. D. (2014). Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery (5. baskı). McGraw-Hill Education.