Zhvillimi i zbulimit të kërkesës kimike për oksigjen (COD).

Kërkesa kimike për oksigjen quhet gjithashtu kërkesa kimike për oksigjen (kërkesa kimike për oksigjen), e referuar si COD. Është përdorimi i oksidantëve kimikë (të tillë si permanganati i kaliumit) për të oksiduar dhe dekompozuar substanca të oksidueshme në ujë (të tilla si lëndë organike, nitrit, kripë hekuri, sulfide, etj.), dhe më pas llogaritjen e konsumit të oksigjenit bazuar në sasinë e mbetjes oksidues. Ashtu si kërkesa biokimike për oksigjen (BOD), është një tregues i rëndësishëm i ndotjes së ujit. Njësia e COD është ppm ose mg/L. Sa më e vogël të jetë vlera, aq më e lehtë është ndotja e ujit.
Substancat reduktuese në ujë përfshijnë lëndë të ndryshme organike, nitrite, sulfide, kripëra hekuri etj. Por kryesorja është lënda organike. Prandaj, kërkesa kimike për oksigjen (COD) përdoret shpesh si një tregues për të matur sasinë e lëndës organike në ujë. Sa më e madhe të jetë kërkesa kimike për oksigjen, aq më serioze është ndotja e ujit nga lëndët organike. Përcaktimi i kërkesës kimike për oksigjen (COD) ndryshon me përcaktimin e substancave reduktuese në mostrat e ujit dhe metodën e përcaktimit. Metodat më të përdorura aktualisht janë metoda e oksidimit acidik të permanganatit të kaliumit dhe metoda e oksidimit të dikromatit të kaliumit. Metoda e permanganatit të kaliumit (KMnO4) ka një shkallë të ulët oksidimi, por është relativisht e thjeshtë. Mund të përdoret për të përcaktuar vlerën krahasuese relative të përmbajtjes organike në mostrat e ujit dhe mostrat e ujërave të pastra sipërfaqësore dhe nëntokësore. Metoda e dikromatit të kaliumit (K2Cr2O7) ka një shkallë të lartë oksidimi dhe riprodhueshmëri të mirë. Është i përshtatshëm për përcaktimin e sasisë totale të lëndës organike në mostrat e ujit në monitorimin e ujërave të zeza.
Lënda organike është shumë e dëmshme për sistemet industriale të ujit. Uji që përmban një sasi të madhe të lëndës organike do të kontaminojë rrëshirat e shkëmbimit të joneve kur kalon nëpër sistemin e shkripëzimit, veçanërisht rrëshirat e shkëmbimit të anionit, të cilat do të zvogëlojnë kapacitetin e shkëmbimit të rrëshirës. Lënda organike mund të reduktohet me rreth 50% pas përpunimit paraprak (koagulimi, pastrimi dhe filtrimi), por nuk mund të hiqet në sistemin e shkripëzimit, kështu që shpesh futet në kazan përmes ujit të furnizimit, gjë që ul vlerën e pH-së së bojlerit. ujë. Ndonjëherë lënda organike mund të sillet gjithashtu në sistemin e avullit dhe të kondensojë ujin, gjë që do të ulë pH dhe do të shkaktojë korrozion të sistemit. Përmbajtja e lartë e lëndës organike në sistemin e ujit qarkullues do të nxisë riprodhimin e mikrobeve. Prandaj, qoftë për shkripëzimin, ujin e bojlerit apo sistemin e ujit qarkullues, sa më i ulët të jetë COD, aq më mirë, por nuk ka një indeks të unifikuar kufizues. Kur COD (metoda KMnO4) > 5mg/L në sistemin e ujit ftohës qarkullues, cilësia e ujit ka filluar të përkeqësohet.

Kërkesa kimike për oksigjen (COD) është një tregues matës i shkallës në të cilën uji është i pasur me lëndë organike, si dhe është një nga treguesit e rëndësishëm për matjen e shkallës së ndotjes së ujit. Me zhvillimin e industrializimit dhe rritjen e popullsisë, trupat ujorë po ndoten gjithnjë e më shumë, dhe zhvillimi i zbulimit të COD është përmirësuar gradualisht.
Origjina e zbulimit të COD mund të gjurmohet në vitet 1850, kur problemet e ndotjes së ujit kishin tërhequr vëmendjen e njerëzve. Fillimisht, COD u përdor si një tregues i pijeve acidike për të matur përqendrimin e lëndës organike në pije. Megjithatë, meqenëse një metodë e plotë e matjes nuk ishte krijuar në atë kohë, kishte një gabim të madh në rezultatet e përcaktimit të COD.
Në fillim të shekullit të 20-të, me avancimin e metodave moderne të analizës kimike, metoda e zbulimit të COD u përmirësua gradualisht. Në vitin 1918, kimisti gjerman Hasse përcaktoi COD si sasinë totale të lëndës organike të konsumuar nga oksidimi në një zgjidhje acidike. Më pas, ai propozoi një metodë të re të përcaktimit të COD, e cila është përdorimi i një solucioni të dioksidit të kromit me përqendrim të lartë si oksidues. Kjo metodë mund të oksidojë në mënyrë efektive lëndën organike në dioksid karboni dhe ujë, dhe të masë konsumin e oksidantëve në tretësirë ​​para dhe pas oksidimit për të përcaktuar vlerën COD.
Megjithatë, mangësitë e kësaj metode janë shfaqur gradualisht. Së pari, përgatitja dhe funksionimi i reagentëve është relativisht i ndërlikuar, gjë që rrit vështirësinë dhe kohëzgjatjen e eksperimentit. Së dyti, solucionet e dioksidit të kromit me përqendrim të lartë janë të dëmshme për mjedisin dhe nuk janë të favorshme për aplikime praktike. Prandaj, studimet e mëvonshme kanë kërkuar gradualisht një metodë më të thjeshtë dhe më të saktë të përcaktimit të COD.
Në vitet 1950, kimisti holandez Friis shpiku një metodë të re të përcaktimit të COD, e cila përdor acid persulfurik me përqendrim të lartë si një oksidant. Kjo metodë është e thjeshtë për t'u përdorur dhe ka saktësi të lartë, gjë që përmirëson shumë efikasitetin e zbulimit të COD. Sidoqoftë, përdorimi i acidit persulfurik gjithashtu ka disa rreziqe sigurie, kështu që është ende e nevojshme t'i kushtohet vëmendje sigurisë së funksionimit.
Më pas, me zhvillimin e shpejtë të teknologjisë së instrumenteve, metoda e përcaktimit të COD ka arritur gradualisht automatizimin dhe inteligjencën. Në vitet 1970 u shfaq analizuesi i parë automatik COD, i cili mund të realizojë përpunimin dhe zbulimin plotësisht automatik të mostrave të ujit. Ky instrument jo vetëm që përmirëson saktësinë dhe qëndrueshmërinë e përcaktimit të COD, por gjithashtu përmirëson shumë efikasitetin e punës.
Me rritjen e ndërgjegjësimit mjedisor dhe përmirësimin e kërkesave rregullatore, metoda e zbulimit të COD po optimizohet gjithashtu vazhdimisht. Vitet e fundit, zhvillimi i teknologjisë fotoelektrike, metodave elektrokimike dhe teknologjisë së biosensorëve ka promovuar inovacionin e teknologjisë së zbulimit të COD. Për shembull, teknologjia fotoelektrike mund të përcaktojë përmbajtjen e COD në mostrat e ujit nga ndryshimi i sinjaleve fotoelektrike, me kohë më të shkurtër zbulimi dhe funksionim më të thjeshtë. Metoda elektrokimike përdor sensorë elektrokimikë për të matur vlerat COD, e cila ka përparësitë e ndjeshmërisë së lartë, reagimit të shpejtë dhe mungesës së nevojës për reagentë. Teknologjia biosensor përdor materiale biologjike për të zbuluar në mënyrë specifike lëndën organike, e cila përmirëson saktësinë dhe specifikën e përcaktimit të COD.
Metodat e zbulimit të COD i janë nënshtruar një procesi zhvillimi nga analiza tradicionale kimike deri te instrumentet moderne, teknologjia fotoelektrike, metodat elektrokimike dhe teknologjia biosensore në dekadat e fundit. Me përparimin e shkencës dhe teknologjisë dhe rritjen e kërkesës, teknologjia e zbulimit të COD është ende duke u përmirësuar dhe inovuar. Në të ardhmen, mund të parashikohet që ndërsa njerëzit i kushtojnë më shumë vëmendje çështjeve të ndotjes së mjedisit, teknologjia e zbulimit të COD do të zhvillohet më tej dhe do të bëhet një metodë më e shpejtë, më e saktë dhe e besueshme e zbulimit të cilësisë së ujit.
Aktualisht, laboratorët përdorin kryesisht dy metodat e mëposhtme për të zbuluar COD.
1. Metoda e përcaktimit të COD
Metoda standarde e dikromatit të kaliumit, e njohur edhe si metoda e refluksit (Standardi Kombëtar i Republikës Popullore të Kinës)
(I) Parimi
Shtoni një sasi të caktuar të dikromatit të kaliumit dhe sulfatit të argjendit katalizator në kampionin e ujit, ngrohni dhe refluksoni për një periudhë të caktuar kohore në një mjedis të fortë acidik, një pjesë e dikromatit të kaliumit reduktohet nga substancat e oksidueshme në mostrën e ujit, dhe pjesa e mbetur dikromati i kaliumit titrohet me sulfat hekuri të amonit. Vlera COD llogaritet në bazë të sasisë së dikromatit të kaliumit të konsumuar.
Meqenëse ky standard u formulua në vitin 1989, ka shumë disavantazhe në matjen e tij me standardin aktual:
1. Duhet shumë kohë, dhe çdo mostër duhet të refluksohet për 2 orë;
2. Pajisja e refluksit zë një hapësirë ​​të madhe, duke e bërë të vështirë përcaktimin e grupit;
3. Kostoja e analizës është e lartë, veçanërisht për sulfat argjendi;
4. Gjatë procesit të përcaktimit, shpërdorimi i ujit të refluksit është i mahnitshëm;
5. Kripërat toksike të merkurit janë të prirura ndaj ndotjes dytësore;
6. Sasia e reagentëve të përdorur është e madhe, dhe kostoja e materialeve harxhuese është e lartë;
7. Procesi i testimit është i ndërlikuar dhe jo i përshtatshëm për promovim.
(II) Pajisjet
1. Aparat refluksi 250 ml me të gjitha xhamit
2. Pajisja ngrohëse (furra elektrike)
3. Buretë acidike 25mL ose 50mL, balonë konike, pipetë, balonë vëllimore etj.
(III) Reagentët
1. Tretësirë ​​standarde e dikromatit të kaliumit (c1/6K2Cr2O7=0.2500mol/L)
2. Tretësira treguese e ferrocianatit
3. Tretësirë ​​standarde e sulfatit të hekurit të amonit [c(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≈0.1mol/L] (kalibroni para përdorimit)
4. Tretësirë ​​acid sulfurik-sulfat argjendi
Metoda standarde e dikromatit të kaliumit
(IV) Hapat e përcaktimit
Kalibrimi i sulfatit të hekurit të amonit: Pipetoni me saktësi 10,00 ml tretësirë ​​standarde të dikromatit të kaliumit në një balonë konike 500 ml, holloni në rreth 110 ml me ujë, shtoni ngadalë 30 ml acid sulfurik të koncentruar dhe tundeni mirë. Pas ftohjes, shtoni 3 pika tretësirë ​​treguese të ferrocianatit (rreth 0,15 mL) dhe titroni me tretësirë ​​të sulfatit të hekurit të amonit. Pika përfundimtare është kur ngjyra e tretësirës ndryshon nga e verdha në blu-jeshile në kafe të kuqërremtë.
(V) Përcaktimi
Merrni 20 ml mostër uji (nëse është e nevojshme, merrni më pak dhe shtoni ujë në 20 ose holloni para se të merrni), shtoni 10 ml dikromat kaliumi, futni pajisjen refluks dhe më pas shtoni 30 ml acid sulfurik dhe sulfat argjendi, ngrohni dhe bëni refluks për 2 orë. . Pas ftohjes, shpëlajeni murin e tubit të kondensatorit me 90,00 mL ujë dhe hiqni balonën konike. Pasi tretësira të ftohet sërish, shtoni 3 pika tretësirë ​​treguese të acidit hekuri dhe titroni me tretësirë ​​standarde të sulfatit të hekurit të amonit. Ngjyra e tretësirës ndryshon nga e verdha në blu-jeshile në kafe të kuqërremtë, që është pika përfundimtare. Regjistroni sasinë e tretësirës standarde të sulfatit të hekurit të amonit. Gjatë matjes së mostrës së ujit, merrni 20,00 mL ujë të ridistiluar dhe kryeni një eksperiment bosh sipas të njëjtave hapa operimi. Regjistroni sasinë e tretësirës standarde të sulfatit të hekurit të amonit të përdorur në titrimin e zbrazët.
Metoda standarde e dikromatit të kaliumit
(VI) Llogaritja
CODCr(O2, mg/L)=[8×1000(V0-V1)·C]/V
(VII) Masat paraprake
1. Sasia maksimale e jonit të klorurit të kompleksuar me 0,4 g sulfat merkur mund të arrijë 40 mg. Nëse merret mostra uji prej 20,00 ml, përqendrimi maksimal i joneve të klorurit prej 2000 mg/L mund të kompleksohet. Nëse përqendrimi i joneve të klorurit është i ulët, mund të shtohet një sasi e vogël e sulfatit të merkurit për të mbajtur sulfatin e merkurit: jonet e klorurit = 10:1 (W/W). Nëse një sasi e vogël e klorurit të merkurit precipiton, kjo nuk ndikon në përcaktimin.
2. Gama e COD e përcaktuar me këtë metodë është 50-500mg/L. Për mostrat e ujit me kërkesë kimike për oksigjen më pak se 50 mg/L, në vend të kësaj duhet të përdoret tretësira standarde e dikromatit të kaliumit 0,0250mol/L. Për titrim të kundërt duhet të përdoret 0,01 mol/L tretësirë ​​standarde e sulfatit të hekurit të amonit. Për mostrat e ujit me COD më të madhe se 500 mg/L, holloni ato përpara përcaktimit.
3. Pasi kampioni i ujit të nxehet dhe të kthehet në refluks, sasia e mbetur e dikromatit të kaliumit në tretësirë ​​duhet të jetë 1/5-4/5 e sasisë së shtuar.
4. Kur përdorni solucionin standard të hidrogjenftalatit të kaliumit për të kontrolluar cilësinë dhe teknologjinë e funksionimit të reagentit, pasi që CODCr teorik i çdo gram hidrogjenftalati të kaliumit është 1,176 g, 0,4251 g hidrogjen ftalat kaliumi (HOOCC6H4) i shpërbërë në ujë të kuq. transferohet në një balonë vëllimore 1000 mL dhe hollohet deri në pikën me ujë të distiluar për ta bërë atë një zgjidhje standarde 500 mg/L CODcr. Përgatiteni të freskët kur përdoret.
5. Rezultati i përcaktimit të CODCr duhet të mbajë katër shifra të rëndësishme.
6. Gjatë çdo eksperimenti, tretësira standarde e titrimit të sulfatit të hekurit të amonit duhet të kalibrohet dhe ndryshimit të përqendrimit duhet t'i kushtohet vëmendje e veçantë kur temperatura e dhomës është e lartë. (Mund të shtoni gjithashtu 10.0 ml tretësirë ​​standarde të dikromatit të kaliumit në boshllëk pas titrimit dhe titroni me sulfat hekuri të amonit deri në pikën përfundimtare.)
7. Mostra e ujit duhet të mbahet e freskët dhe të matet sa më shpejt që të jetë e mundur.
Përparësitë:
Saktësia e lartë: Titrimi i refluksit është një metodë klasike e përcaktimit të COD. Pas një periudhe të gjatë zhvillimi dhe verifikimi, saktësia e tij është njohur gjerësisht. Mund të pasqyrojë më saktë përmbajtjen aktuale të lëndës organike në ujë.
Aplikim i gjerë: Kjo metodë është e përshtatshme për lloje të ndryshme të mostrave të ujit, duke përfshirë ujërat e zeza organike me përqendrim të lartë dhe me përqendrim të ulët.
Specifikimet e funksionimit: Ekzistojnë standarde dhe procese të detajuara të funksionimit, të cilat janë të përshtatshme për operatorët për të zotëruar dhe zbatuar.
Disavantazhet:
Konsumon kohë: Titrimi i refluksit zakonisht kërkon disa orë për të përfunduar përcaktimin e një kampioni, gjë që padyshim nuk është e favorshme për situatën ku rezultatet duhet të merren shpejt.
Konsumi i lartë i reagentëve: Kjo metodë kërkon përdorimin e më shumë reagentëve kimikë, gjë që jo vetëm kushton, por edhe ndot mjedisin në një masë të caktuar.
Funksionimi kompleks: Operatori duhet të ketë njohuri të caktuara kimike dhe aftësi eksperimentale, përndryshe mund të ndikojë në saktësinë e rezultateve të përcaktimit.
2. Spektrofotometria e tretjes së shpejtë
(I) Parimi
Mostra shtohet me një sasi të njohur të tretësirës së dikromatit të kaliumit, në një mjedis të fortë acid sulfurik, me katalizator sulfat argjendi dhe pas tretjes në temperaturë të lartë, vlera e COD përcaktohet me pajisje fotometrike. Meqenëse kjo metodë ka një kohë të shkurtër përcaktimi, ndotje dytësore të vogël, vëllim të vogël reagent dhe kosto të ulët, shumica e laboratorëve aktualisht përdorin këtë metodë. Megjithatë, kjo metodë ka një kosto të lartë instrumenti dhe një kosto të ulët përdorimi, e cila është e përshtatshme për përdorim afatgjatë të njësive COD.
(II) Pajisjet
Pajisjet e huaja janë zhvilluar më herët, por çmimi është shumë i lartë, dhe koha e përcaktimit është e gjatë. Çmimi i reagentit është përgjithësisht i papërballueshëm për përdoruesit dhe saktësia nuk është shumë e lartë, sepse standardet e monitorimit të instrumenteve të huaja janë të ndryshme nga ato të vendit tim, kryesisht sepse niveli i trajtimit të ujit dhe sistemi i menaxhimit të vendeve të huaja janë të ndryshme nga ato të mia. vendi; Metoda e spektrofotometrisë së tretjes së shpejtë bazohet kryesisht në metodat e zakonshme të instrumenteve shtëpiake. Përcaktimi i shpejtë katalitik i metodës COD është standardi i formulimit të kësaj metode. Ajo u shpik qysh në fillim të viteve 1980. Pas më shumë se 30 vitesh aplikimi, ai është bërë standardi i industrisë së mbrojtjes së mjedisit. Instrumenti vendas 5B është përdorur gjerësisht në kërkimin shkencor dhe monitorimin zyrtar. Instrumentet vendase janë përdorur gjerësisht për shkak të avantazheve të tyre në çmim dhe shërbimit në kohë pas shitjes.
(III) Hapat e përcaktimit
Merrni mostrën 2,5 ml——shtoni reagent——tretoni për 10 minuta——ftoheni për 2 minuta——hidheni në enën kolorimetrike——ekrani i pajisjes tregon drejtpërdrejt përqendrimin e COD të kampionit.
(IV) Masat paraprake
1. Mostrat e ujit me klor të lartë duhet të përdorin reagent me klor të lartë.
2. Lëngu i mbeturinave është rreth 10 ml, por është shumë acid dhe duhet mbledhur dhe përpunuar.
3. Sigurohuni që sipërfaqja e kuvetës që transmeton dritë të jetë e pastër.
Përparësitë:
Shpejtësia e shpejtë: Metoda e shpejtë zakonisht merr vetëm disa minuta deri në më shumë se dhjetë minuta për të përfunduar përcaktimin e një kampioni, i cili është shumë i përshtatshëm për situatat ku rezultatet duhet të merren shpejt.
Konsumi më i vogël i reagentëve: Krahasuar me metodën e titrimit të refluksit, metoda e shpejtë përdor më pak reagentë kimikë, ka kosto më të ulët dhe ka më pak ndikim në mjedis.
Funksionim i lehtë: Hapat e funksionimit të metodës së shpejtë janë relativisht të thjeshta dhe operatori nuk ka nevojë të ketë njohuri shumë të larta kimike dhe aftësi eksperimentale.
Disavantazhet:
Saktësia pak më e ulët: Meqenëse metoda e shpejtë zakonisht përdor disa reaksione kimike të thjeshtuara dhe metoda matëse, saktësia e saj mund të jetë pak më e ulët se metoda e titrimit të refluksit.
Shtrirja e kufizuar e aplikimit: Metoda e shpejtë është kryesisht e përshtatshme për përcaktimin e ujërave të zeza organike me përqendrim të ulët. Për ujërat e zeza me përqendrim të lartë, rezultatet e përcaktimit të tyre mund të ndikohen shumë.
Ndikohet nga faktorët e ndërhyrjes: Metoda e shpejtë mund të prodhojë gabime të mëdha në disa raste të veçanta, si për shembull kur ka substanca të caktuara ndërhyrëse në mostrën e ujit.
Si përmbledhje, metoda e titrimit të refluksit dhe metoda e shpejtë kanë secila avantazhet dhe disavantazhet e veta. Cila metodë për të zgjedhur varet nga skenari dhe nevojat specifike të aplikimit. Kur kërkohet saktësi e lartë dhe zbatueshmëri e gjerë, mund të zgjidhet titrimi i refluksit; kur kërkohen rezultate të shpejta ose përpunohen një numër i madh mostrash uji, metoda e shpejtë është një zgjedhje e mirë.
Lianhua, si një prodhues i instrumenteve të testimit të cilësisë së ujit për 42 vjet, ka zhvilluar një 20-minutëshCOD spektrofotometri e tretjes së shpejtëmetodë. Pas një numri të madh krahasimesh eksperimentale, ai ka arritur të arrijë një gabim prej më pak se 5%, dhe ka avantazhet e funksionimit të thjeshtë, rezultateve të shpejta, kostos së ulët dhe kohës së shkurtër.