Máy Tính COD - Tính Nhu Cầu Oxy Hóa Học từ Dữ Liệu Chuẩn Độ

Nhu cầu oxy hóa học (COD) là gì?

Nhu cầu oxy hóa học (COD) là chỉ số cho biết cần bao nhiêu oxy để phân hủy hóa học các chất hữu cơ trong một mẫu nước. Chỉ số này được biểu thị bằng miligam oxy trên mỗi lít nước (mg/L). COD càng cao nghĩa là nước chứa càng nhiều vật chất có thể bị oxy hóa, thường cho thấy mức độ ô nhiễm hữu cơ cao hơn. Phòng thí nghiệm đo COD bằng phép chuẩn độ, và máy tính này chuyển các số liệu chuẩn độ thành kết quả COD.

COD là một trong những phép thử phổ biến nhất trong công tác đánh giá chất lượng nước. Các nhà máy xử lý nước thải thực hiện phép thử này để kiểm tra nước đầu vào và đầu ra. Các nhà khoa học môi trường sử dụng nó để kiểm tra sông và hồ. Các nhà máy sản xuất sử dụng nó để chứng minh nước thải của mình đáp ứng các giới hạn pháp lý.

Phép chuẩn độ dicromat hoạt động như thế nào

Phép thử COD tiêu chuẩn sử dụng một hóa chất gọi là kali dicromat để oxy hóa các chất hữu cơ trong mẫu nước. Kỹ thuật viên phòng thí nghiệm đun nóng mẫu với dicromat và axit mạnh trong hai giờ ở 150 °C (302°F). Lượng dicromat không phản ứng với mẫu sau đó được đo bằng phép chuẩn độ, tức là từ từ thêm một hóa chất thứ hai (amoni sắt(II) sulfat) cho đến khi sự đổi màu báo hiệu phản ứng đã hoàn tất.

Phép thử được thực hiện hai lần: một lần với mẫu nước thực tế và một lần với mẫu trắng, là hỗn hợp hóa chất giống hệt nhưng không thêm mẫu nước. Mẫu trắng cho biết lượng chất chuẩn độ tối đa có thể có. So sánh kết quả chuẩn độ của mẫu trắng với mẫu giúp xác định lượng dicromat thực sự đã bị các chất hữu cơ trong mẫu tiêu thụ.

Công thức COD

Công thức COD là:

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

Trong đó:

• C = nhu cầu oxy hóa học, tính bằng mg/L
• B = thể tích dung dịch chuẩn độ dùng cho mẫu trắng, tính bằng mL
• S = thể tích dung dịch chuẩn độ dùng cho mẫu nước, tính bằng mL
• N = nồng độ đương lượng của chất chuẩn độ, tính bằng đương lượng trên lít (eq/L)
• V = thể tích mẫu nước đã được phân hủy, tính bằng mL
• 8000 = số chuyển đổi cố định (giải thích bên dưới)

Kết quả không bao giờ có thể là số âm, vì nhu cầu oxy âm là điều không thể xảy ra về mặt vật lý. Máy tính kiểm tra các giá trị nhập vào trước khi áp dụng công thức. Thể tích mẫu trắng, nồng độ đương lượng và thể tích mẫu đều phải lớn hơn không. Thể tích chất chuẩn độ của mẫu phải bằng không hoặc lớn hơn, đồng thời không được lớn hơn thể tích mẫu trắng.

Vì sao công thức sử dụng 8000

Oxy có khối lượng phân tử là 32 gam trên mol. Mỗi mol phân tử oxy nhận 4 electron khi bị khử thành nước, vì vậy một đương lượng oxy có khối lượng 32 ÷ 4 = 8 gam. Giá trị đó tương đương 8 miligam trên miliđương lượng. Thể tích chất chuẩn độ được tính bằng mililit, nên kết quả cũng phải được quy đổi từ mililit sang lít, tạo thêm một hệ số 1000. Nhân hai giá trị này được 8 × 1000 = 8000.

Ví dụ minh họa

Giả sử kỹ thuật viên phòng thí nghiệm thực hiện phép thử COD với các kết quả sau:

• Thể tích chất chuẩn độ của mẫu trắng: 10,0 mL
• Thể tích chất chuẩn độ của mẫu: 7,5 mL
• Nồng độ đương lượng của chất chuẩn độ: 0,1 N
• Thể tích mẫu: 20 mL

Áp dụng công thức:

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

Kết quả 100 mg/L thuộc mức trung bình, thường gặp ở nước thải đã qua xử lý.

Cách đọc kết quả COD

Máy tính phân loại kết quả thành ba mức:

• Dưới 50 mg/L: COD thấp. Đặc trưng cho nước sạch, như nước uống hoặc nước thải đã được xử lý kỹ.
• Từ 50 mg/L đến dưới 200 mg/L: COD trung bình. Điển hình là nước thải đã xử lý rời khỏi nhà máy xử lý.
• 200 mg/L trở lên: COD cao. Cho thấy ô nhiễm hữu cơ nghiêm trọng, chẳng hạn nước thải sinh hoạt chưa xử lý hoặc nước thải công nghiệp chưa xử lý.

Nước thải sinh hoạt chưa xử lý thường nằm trong khoảng từ khoảng 250 đến 1.000 mg/L. Nước thải công nghiệp, chẳng hạn từ các nhà máy bia hoặc nhà máy chế biến thực phẩm, có thể đạt vài nghìn mg/L trước khi xử lý.

Các vấn đề thường gặp trong phép thử COD

Thể tích chất chuẩn độ của mẫu lớn hơn mẫu trắng. Điều này không được xảy ra, vì mẫu luôn tiêu thụ một phần dicromat. Nguyên nhân thường là hai số đo bị hoán đổi hoặc mẫu trắng bị nhiễm bẩn. Máy tính từ chối giá trị nhập này và hiển thị lỗi thay vì đưa ra kết quả.

Nhiễu do clorua. Nước mặn và nước muối chứa các ion clorua, và dicromat oxy hóa chúng giống như oxy hóa chất hữu cơ. Điều này khiến kết quả COD cao hơn thực tế. Theo Standard Methods 5220, người ta bổ sung thủy ngân(II) sulfat vào hỗn hợp phân hủy để tạo phức với clorua. Tuy nhiên, phương pháp này vẫn không áp dụng cho các mẫu có hàm lượng clorua cao hơn khoảng 2.000 mg/L; những mẫu đó cần một quy trình khác.

Kết quả rất cao. Nếu COD của mẫu quá cao khiến phép thử không thể đo chính xác, phòng thí nghiệm pha loãng mẫu bằng nước sạch, thực hiện lại phép thử và nhân kết quả với hệ số pha loãng.

Các câu hỏi thường gặp

COD khác BOD như thế nào? COD đo tất cả các chất trong mẫu có thể bị phân hủy bởi chất oxy hóa hóa học mạnh. Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) chỉ đo phần mà vi khuẩn có thể phân hủy trong 5 ngày. Phép thử COD mất khoảng 2 giờ và cho kết quả nhất quán hơn giữa các phòng thí nghiệm; BOD dự đoán tốt hơn tác động lên sông hoặc hồ tự nhiên, vì sông phân hủy chất thải bằng phương pháp sinh học chứ không phải hóa học.

Vì sao COD không thể có giá trị âm? Nhu cầu oxy không thể thấp hơn không. Kết quả âm trong công thức có nghĩa là phép chuẩn độ mẫu đã sử dụng nhiều chất chuẩn độ hơn mẫu trắng, cho thấy có sai số đo hoặc nhiễm bẩn chứ không phải nhu cầu âm thực sự. Máy tính từ chối giá trị nhập đó và yêu cầu nhập các số đo đã chỉnh sửa. Khi hai phép chuẩn độ hoàn toàn bằng nhau, nhu cầu là 0 mg/L.

Nên sử dụng thể tích mẫu bao nhiêu? Điều này phụ thuộc vào phương pháp. Phương pháp hồi lưu hở trong Standard Methods 5220 phân hủy 50 mL mẫu. Phương pháp hồi lưu kín sử dụng các bình nhỏ hơn nhiều và chỉ phân hủy vài mililit mẫu. Máy tính chấp nhận mọi thể tích lớn hơn không, vì vậy hãy nhập thể tích mà phòng thí nghiệm thực tế đã phân hủy.

Máy tính này có chính xác không? Máy tính áp dụng công thức chính xác, nên phép tính số học là đúng. Độ chính xác của giá trị COD cuối cùng phụ thuộc vào độ chính xác của các phép đo trong phòng thí nghiệm được nhập vào, bao gồm thể tích chuẩn độ và nồng độ đương lượng của chất chuẩn độ.

COD có thể được sử dụng cho nước thải công nghiệp không? Có. Công thức tương tự áp dụng cho mọi mẫu nước. Mẫu công nghiệp thường có COD cao hơn nhiều so với nước thải sinh hoạt và có thể cần được pha loãng trước khi chuẩn độ để kết quả nằm trong phạm vi đo được của phép thử.

Tài liệu tham khảo

1. Hiệp hội Y tế Công cộng Hoa Kỳ, Hiệp hội Công trình Nước Hoa Kỳ và Liên đoàn Môi trường Nước. (2017). Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (lần xuất bản thứ 23).
2. Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ. (1993). Phương pháp 410,4: Xác định nhu cầu oxy hóa học bằng phép đo màu bán tự động.
3. ISO 6060:1989. Chất lượng nước — Xác định nhu cầu oxy hóa học. Tổ chức Tiêu chuẩn hóa Quốc tế.
4. Tchobanoglous, G., Burton, F. L. và Stensel, H. D. (2014). Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery (lần xuất bản thứ 5). McGraw-Hill Education.