Chemiczne zapotrzebowanie tlenu nazywane jest także chemicznym zapotrzebowaniem tlenu (chemiczne zapotrzebowanie tlenu), określanym jako ChZT. Polega na zastosowaniu chemicznych utleniaczy (takich jak nadmanganian potasu) do utlenienia i rozkładu substancji ulegających utlenieniu w wodzie (takich jak materia organiczna, azotyn, sól żelazawa, siarczek itp.), a następnie obliczeniu zużycia tlenu na podstawie ilości pozostałości utleniacz. Podobnie jak biochemiczne zapotrzebowanie tlenu (BZT) jest ważnym wskaźnikiem zanieczyszczenia wody. Jednostką ChZT jest ppm lub mg/l. Im mniejsza wartość, tym mniejsze zanieczyszczenie wody.
Do substancji redukujących w wodzie zaliczają się różne substancje organiczne, azotyny, siarczki, sól żelazawa itp. Ale główną z nich jest materia organiczna. Dlatego chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT) jest często stosowane jako wskaźnik do pomiaru ilości materii organicznej w wodzie. Im większe chemiczne zapotrzebowanie tlenu, tym poważniejsze zanieczyszczenie wody materią organiczną. Oznaczanie chemicznego zapotrzebowania tlenu (ChZT) różni się w zależności od oznaczania substancji redukujących w próbkach wody i metody oznaczania. Obecnie najczęściej stosowanymi metodami są metoda utleniania kwaśnym nadmanganianem potasu i metoda utleniania dichromianem potasu. Metoda nadmanganianu potasu (KMnO4) charakteryzuje się niskim stopniem utleniania, ale jest stosunkowo prosta. Można go wykorzystać do określenia względnej wartości porównawczej zawartości substancji organicznych w próbkach wody oraz czystych wodach powierzchniowych i podziemnych. Metoda dwuchromianu potasu (K2Cr2O7) charakteryzuje się wysokim stopniem utleniania i dobrą powtarzalnością. Nadaje się do oznaczania całkowitej ilości materii organicznej w próbkach wody w monitoringu ścieków.
Materia organiczna jest bardzo szkodliwa dla przemysłowych systemów wodnych. Woda zawierająca dużą ilość materii organicznej będzie zanieczyszczać żywice jonowymienne podczas przechodzenia przez system odsalania, zwłaszcza żywice anionowymienne, co zmniejszy zdolność wymienną żywicy. Substancję organiczną po wstępnej obróbce (koagulacja, klarowanie i filtracja) można zredukować o około 50%, ale nie można jej usunąć w systemie odsalania, dlatego często przedostaje się ona do kotła wraz z wodą zasilającą, co powoduje obniżenie wartości pH kotła woda. Czasami do układu parowego może przedostać się materia organiczna i skroplić się woda, co obniży pH i spowoduje korozję układu. Wysoka zawartość materii organicznej w obiegu wody będzie sprzyjać rozmnażaniu się drobnoustrojów. Dlatego też, czy to w przypadku odsalania, wody kotłowej czy wody obiegowej, im niższy ChZT, tym lepiej, ale nie ma jednolitego wskaźnika granicznego. Gdy ChZT (metoda KMnO4) > 5mg/L w układzie obiegowej wody chłodzącej, jakość wody zaczyna się pogarszać.
Chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT) jest wskaźnikiem pomiarowym stopnia zasobności wody w materię organiczną, a także jednym z ważnych wskaźników pomiaru stopnia zanieczyszczenia wody. Wraz z rozwojem industrializacji i wzrostem populacji zbiorniki wodne stają się coraz bardziej zanieczyszczone, a rozwój wykrywania ChZT stopniowo się poprawia.
Początki wykrywania ChZT sięgają lat pięćdziesiątych XIX wieku, kiedy ludzie zwrócili uwagę na problemy zanieczyszczenia wody. Początkowo ChZT stosowano jako wskaźnik napojów kwaśnych do pomiaru stężenia materii organicznej w napojach. Ponieważ jednak nie opracowano wówczas kompletnej metody pomiaru, w wynikach oznaczania ChZT występował duży błąd.
Na początku XX wieku, wraz z rozwojem nowoczesnych metod analizy chemicznej, stopniowo udoskonalano metodę wykrywania ChZT. W 1918 roku niemiecki chemik Hasse zdefiniował ChZT jako całkowitą ilość materii organicznej zużytej w wyniku utleniania w kwaśnym roztworze. Następnie zaproponował nową metodę oznaczania ChZT, polegającą na wykorzystaniu jako utleniacza roztworu dwutlenku chromu o wysokim stężeniu. Metoda ta pozwala skutecznie utlenić materię organiczną do dwutlenku węgla i wody oraz zmierzyć zużycie utleniaczy w roztworze przed i po utlenianiu w celu określenia wartości ChZT.
Stopniowo jednak ujawniały się wady tej metody. Po pierwsze, przygotowanie i działanie odczynników jest stosunkowo skomplikowane, co zwiększa trudność i czasochłonność eksperymentu. Po drugie, roztwory dwutlenku chromu o wysokim stężeniu są szkodliwe dla środowiska i nie sprzyjają praktycznym zastosowaniom. Dlatego w kolejnych badaniach stopniowo poszukiwano prostszej i dokładniejszej metody oznaczania ChZT.
W latach pięćdziesiątych holenderski chemik Friis wynalazł nową metodę oznaczania ChZT, w której jako utleniacz wykorzystuje się kwas nadsiarkowy o wysokim stężeniu. Metoda ta jest prosta w obsłudze i charakteryzuje się dużą dokładnością, co znacznie poprawia skuteczność detekcji ChZT. Stosowanie kwasu nadsiarkowego wiąże się jednak również z pewnymi zagrożeniami bezpieczeństwa, dlatego w dalszym ciągu należy zwracać uwagę na bezpieczeństwo eksploatacji.
Następnie, wraz z szybkim rozwojem technologii oprzyrządowania, metoda oznaczania ChZT stopniowo osiągnęła automatyzację i inteligencję. W latach 70. XX wieku pojawił się pierwszy automatyczny analizator ChZT, który może realizować w pełni automatyczne przetwarzanie i wykrywanie próbek wody. Przyrząd ten nie tylko poprawia dokładność i stabilność oznaczania ChZT, ale także znacznie poprawia wydajność pracy.
Wraz ze wzrostem świadomości ekologicznej i poprawą wymagań prawnych, metoda wykrywania ChZT jest również stale optymalizowana. W ostatnich latach rozwój technologii fotoelektrycznej, metod elektrochemicznych i technologii biosensorów przyczynił się do wprowadzenia innowacji w technologii wykrywania ChZT. Na przykład technologia fotoelektryczna może określić zawartość ChZT w próbkach wody poprzez zmianę sygnałów fotoelektrycznych, przy krótszym czasie wykrywania i prostszej obsłudze. Metoda elektrochemiczna wykorzystuje czujniki elektrochemiczne do pomiaru wartości ChZT, co ma zalety w postaci wysokiej czułości, szybkiej reakcji i braku konieczności stosowania odczynników. Technologia biosensorów wykorzystuje materiały biologiczne do specyficznego wykrywania materii organicznej, co poprawia dokładność i swoistość oznaczania ChZT.
W ciągu ostatnich kilku dziesięcioleci metody wykrywania ChZT przeszły proces rozwoju, od tradycyjnej analizy chemicznej po nowoczesne instrumentarium, technologię fotoelektryczną, metody elektrochemiczne i technologię biosensorów. Wraz z postępem nauki i technologii oraz wzrostem popytu, technologia wykrywania ChZT jest wciąż udoskonalana i unowocześniana. Można przewidzieć, że w przyszłości w miarę zwracania przez ludzi większej uwagi na kwestie zanieczyszczenia środowiska technologia wykrywania ChZT będzie się dalej rozwijać i stanie się szybszą, dokładniejszą i niezawodniejszą metodą wykrywania jakości wody.
Obecnie laboratoria wykorzystują głównie dwie następujące metody wykrywania ChZT.
1. Metoda oznaczania ChZT
Metoda standardowa z użyciem dwuchromianu potasu, znana również jako metoda refluksowa (National Standard Chińskiej Republiki Ludowej)
(I) Zasada
Do próbki wody dodać pewną ilość dwuchromianu potasu i katalizatora siarczanu srebra, ogrzewać i ogrzewać pod chłodnicą zwrotną przez pewien czas w silnie kwaśnym środowisku, część dwuchromianu potasu jest redukowane przez substancje ulegające utlenieniu w próbce wody, a pozostała część dwuchromian potasu miareczkuje się siarczanem żelazawo-amonowym. Wartość ChZT oblicza się na podstawie ilości zużytego dwuchromianu potasu.
Ponieważ norma ta została sformułowana w 1989 r., mierzenie jej za pomocą obecnej normy ma wiele wad:
1. Zajmuje to zbyt dużo czasu i każdą próbkę należy refluksować przez 2 godziny;
2. Sprzęt refluksowy zajmuje dużą przestrzeń, co utrudnia określenie partii;
3. Koszt analizy jest wysoki, szczególnie w przypadku siarczanu srebra;
4. Podczas procesu oznaczania marnotrawstwo wody refluksowej jest zdumiewające;
5. Toksyczne sole rtęci są podatne na wtórne zanieczyszczenia;
6. Ilość stosowanych odczynników jest duża, a koszt materiałów eksploatacyjnych wysoki;
7. Proces testowy jest skomplikowany i nie nadaje się do promocji.
(II) Sprzęt
1. Całkowicie szklany refluks o pojemności 250 ml
2. Urządzenie grzewcze (piec elektryczny)
3. Biureta kwasowa 25 ml lub 50 ml, kolba stożkowa, pipeta, kolba miarowa itp.
(III) Odczynniki
1. Roztwór wzorcowy dichromianu potasu (c1/6K2Cr2O7=0,2500mol/L)
2. Roztwór wskaźnika żelazocyjanianu
3. Roztwór wzorcowy siarczanu żelazawego amonu [c(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≈0,1mol/L] (skalibrować przed użyciem)
4. Roztwór kwasu siarkowego i siarczanu srebra
Metoda standardowa z dwuchromianem potasu
(IV) Etapy oznaczania
Kalibracja siarczanu żelazawego amonu: Dokładnie odpipetuj 10,00 ml mianowanego roztworu dwuchromianu potasu do kolby stożkowej o pojemności 500 ml, rozcieńcz wodą do około 110 ml, powoli dodaj 30 ml stężonego kwasu siarkowego i dobrze wstrząśnij. Po ochłodzeniu dodać 3 krople roztworu wskaźnika żelazocyjanianu (około 0,15 ml) i miareczkować roztworem siarczanu żelazawo-amonowego. Punkt końcowy następuje, gdy kolor roztworu zmienia się z żółtego na niebiesko-zielony do czerwonawo-brązowego.
(V) Determinacja
Pobrać 20mL próbki wody (w razie potrzeby pobrać mniej i dodać wody do 20 lub rozcieńczyć przed pobraniem), dodać 10mL dwuchromianu potasu, podłączyć refluks, a następnie dodać 30mL kwasu siarkowego i siarczanu srebra, ogrzewać i refluksować przez 2h . Po ochłodzeniu przepłucz ściankę rurki skraplacza 90,00 mL wody i wyjmij kolbę stożkową. Po ponownym ochłodzeniu roztworu dodać 3 krople roztworu wskaźnika kwasu żelazawego i miareczkować mianowanym roztworem siarczanu żelazawego amonu. Kolor roztworu zmienia się z żółtego na niebiesko-zielony do czerwonawo-brązowego, co stanowi punkt końcowy. Zanotuj ilość roztworu mianowanego siarczanu żelazawego amonu. Dokonując pomiaru próbki wody, pobierz 20,00 ml wody redestylowanej i wykonaj próbę ślepą zgodnie z tymi samymi krokami operacyjnymi. Zanotować ilość mianowanego roztworu siarczanu żelazawego amonu użytego do miareczkowania ślepego.
Metoda standardowa z dwuchromianem potasu
(VI) Obliczenia
ChZTr(O2, mg/L)=[8×1000(V0-V1)·C]/V
(VII) Środki ostrożności
1. Maksymalna ilość jonu chlorkowego skompleksowanego z 0,4 g siarczanu rtęci może osiągnąć 40 mg. Jeśli zostanie pobrana próbka wody o objętości 20,00 ml, możliwe będzie skompleksowanie maksymalnego stężenia jonów chlorkowych wynoszącego 2000 mg/l. Jeśli stężenie jonów chlorkowych jest niskie, można dodać niewielką ilość siarczanu rtęci, aby utrzymać siarczan rtęci: jony chlorkowe = 10:1 (wag./wag.). Jeśli wytrąci się niewielka ilość chlorku rtęci, nie ma to wpływu na oznaczenie.
2. Zakres ChZT wyznaczany tą metodą wynosi 50-500mg/L. W przypadku próbek wody o chemicznym zapotrzebowaniu na tlen mniejszym niż 50 mg/l należy zamiast tego zastosować standardowy roztwór dwuchromianu potasu o stężeniu 0,0250 mol/l. Do miareczkowania wstecznego należy zastosować mianowany roztwór siarczanu żelazawego amonu o stężeniu 0,01 mol/l. W przypadku próbek wody o ChZT większym niż 500 mg/l należy je rozcieńczyć przed oznaczeniem.
3. Po ogrzaniu i refluksie próbki wody pozostała w roztworze ilość dwuchromianu potasu powinna stanowić 1/5-4/5 dodanej ilości.
4. W przypadku stosowania mianowanego roztworu wodoroftalanu potasu do sprawdzenia jakości i technologii działania odczynnika, ponieważ teoretyczne ChZT na każdy gram wodoroftalanu potasu wynosi 1,176 g, w wodzie redestylowanej rozpuszcza się 0,4251 g wodoroftalanu potasu (HOOCC6H4COOK), przeniesiono do kolby miarowej o pojemności 1000 ml i rozcieńczono do kreski wodą redestylowaną, aby uzyskać standardowy roztwór ChZT o stężeniu 500 mg/l. Przygotuj go na świeżo, jeśli zostanie użyty.
5. Wynik oznaczenia CODCr powinien zawierać cztery cyfry znaczące.
6. Podczas każdego doświadczenia należy kalibrować mianowany roztwór miareczkowy siarczanu żelazawego amonu i zwracać szczególną uwagę na zmianę stężenia, gdy temperatura pokojowa jest wysoka. (Możesz także dodać 10,0 ml mianowanego roztworu dwuchromianu potasu do ślepej próby po miareczkowaniu i miareczkować siarczanem amonu i żelaza do punktu końcowego.)
7. Próbkę wody należy utrzymywać w stanie świeżym i zmierzyć jak najszybciej.
Zalety:
Wysoka dokładność: Miareczkowanie refluksu to klasyczna metoda oznaczania ChZT. Po długim okresie rozwoju i weryfikacji jego dokładność została powszechnie uznana. Może dokładniej odzwierciedlać rzeczywistą zawartość materii organicznej w wodzie.
Szerokie zastosowanie: Ta metoda jest odpowiednia dla różnych typów próbek wody, w tym ścieków organicznych o wysokim i niskim stężeniu.
Specyfikacje operacyjne: Istnieją szczegółowe standardy operacyjne i procesy, które operatorzy mogą łatwo opanować i wdrożyć.
Wady:
Czasochłonne: Miareczkowanie refluksowe trwa zwykle kilka godzin, aby zakończyć oznaczenie próbki, co oczywiście nie sprzyja sytuacji, w której wyniki muszą być uzyskane szybko.
Duże zużycie odczynników: Metoda ta wymaga użycia większej ilości odczynników chemicznych, co jest nie tylko kosztowne, ale także w pewnym stopniu zanieczyszcza środowisko.
Złożona operacja: Operator musi posiadać pewną wiedzę chemiczną i umiejętności eksperymentalne, w przeciwnym razie może to mieć wpływ na dokładność wyników oznaczeń.
2. Spektrofotometria szybkiego trawienia
(I) Zasada
Do próbki dodaje się znaną ilość roztworu dwuchromianu potasu w środowisku mocnego kwasu siarkowego z siarczanem srebra jako katalizatorem i po trawieniu w wysokiej temperaturze określa się wartość ChZT za pomocą sprzętu fotometrycznego. Ponieważ metoda ta charakteryzuje się krótkim czasem oznaczania, niewielkimi zanieczyszczeniami wtórnymi, małą objętością odczynnika i niskim kosztem, większość laboratoriów obecnie stosuje tę metodę. Jednakże metoda ta charakteryzuje się wysokim kosztem instrumentu i niskim kosztem użytkowania, co jest odpowiednie w przypadku długotrwałego stosowania jednostek ChZT.
(II) Sprzęt
Sprzęt zagraniczny został opracowany wcześniej, ale cena jest bardzo wysoka, a czas ustalania jest długi. Cena odczynnika jest na ogół nieosiągalna dla użytkowników, a dokładność nie jest zbyt wysoka, ponieważ standardy monitorowania instrumentów zagranicznych różnią się od standardów w moim kraju, głównie dlatego, że poziom uzdatniania wody i system zarządzania w innych krajach różnią się od tych w moim kraju kraj; metoda spektrofotometrii szybkiego trawienia opiera się głównie na powszechnych metodach instrumentów domowych. Standardem tej metody jest katalityczne szybkie oznaczanie ChZT. Został wynaleziony już na początku lat 80-tych. Po ponad 30 latach stosowania stał się standardem w branży ochrony środowiska. Krajowy instrument 5B był szeroko stosowany w badaniach naukowych i oficjalnym monitorowaniu. Instrumenty krajowe są szeroko stosowane ze względu na ich przewagę cenową i terminową obsługę posprzedażną.
(III) Etapy oznaczania
Pobrać 2,5 ml próbki – – dodać odczynnik – – trawić przez 10 minut – – schładzać przez 2 minuty – wlać do szalki kolorymetrycznej – wyświetlacz urządzenia bezpośrednio wyświetla stężenie ChZT próbki.
(IV) Środki ostrożności
1. Do próbek wody o wysokiej zawartości chloru należy używać odczynnika o wysokiej zawartości chloru.
2. Płyn odpadowy ma około 10 ml, ale jest bardzo kwaśny i należy go zebrać i przetworzyć.
3. Upewnij się, że powierzchnia przepuszczająca światło kuwety jest czysta.
Zalety:
Duża szybkość: szybka metoda zwykle zajmuje tylko kilka minut do kilkunastu minut, aby zakończyć oznaczenie próbki, co jest bardzo przydatne w sytuacjach, gdy wyniki muszą zostać szybko uzyskane.
Mniejsze zużycie odczynników: W porównaniu z metodą miareczkowania pod chłodnicą zwrotną, metoda szybka wykorzystuje mniej odczynników chemicznych, jest tańsza i ma mniejszy wpływ na środowisko.
Łatwa obsługa: Etapy działania metody szybkiej są stosunkowo proste, a operator nie musi posiadać zbyt dużej wiedzy chemicznej ani umiejętności eksperymentalnych.
Wady:
Nieco niższa dokładność: Ponieważ metoda szybka zwykle wykorzystuje uproszczone reakcje chemiczne i metody pomiarowe, jej dokładność może być nieco niższa niż metoda miareczkowania pod chłodnicą zwrotną.
Ograniczony zakres zastosowania: Metoda szybka nadaje się głównie do oznaczania ścieków organicznych o niskim stężeniu. W przypadku ścieków o wysokim stężeniu wyniki oznaczania mogą być w dużym stopniu zaburzone.
Wpływ czynników zakłócających: Szybka metoda może powodować duże błędy w niektórych szczególnych przypadkach, na przykład gdy w próbce wody znajdują się pewne substancje zakłócające.
Podsumowując, zarówno metoda miareczkowania refluksowego, jak i metoda szybka mają swoje zalety i wady. Wybór metody zależy od konkretnego scenariusza zastosowania i potrzeb. Gdy wymagana jest wysoka precyzja i szerokie zastosowanie, można wybrać miareczkowanie refluksowe; gdy wymagane są szybkie wyniki lub przetwarzana jest duża liczba próbek wody, dobrym wyborem jest metoda szybka.
Lianhua, jako producent przyrządów do badania jakości wody od 42 lat, opracowała urządzenie 20-minutoweSpektrofotometria szybkiego trawienia ChZTmetoda. Po dużej liczbie porównań eksperymentalnych udało się osiągnąć błąd mniejszy niż 5%, a jego zalety to prosta obsługa, szybkie wyniki, niski koszt i krótki czas.
Czas publikacji: 7 czerwca 2024 r
