به اکسیژن مورد نیاز شیمیایی، نیاز شیمیایی اکسیژن (اکسیژن نیاز شیمیایی) نیز گفته می شود که به آن COD می گویند. استفاده از اکسیدان های شیمیایی (مانند پرمنگنات پتاسیم) برای اکسید کردن و تجزیه مواد قابل اکسید شدن در آب (مانند مواد آلی، نیتریت، نمک آهن، سولفید و غیره) و سپس محاسبه اکسیژن مصرفی بر اساس مقدار باقیمانده اکسید کننده مانند نیاز بیوشیمیایی اکسیژن (BOD)، شاخص مهم آلودگی آب است. واحد COD ppm یا mg/L است. هرچه این مقدار کمتر باشد، آلودگی آب کمتر است.
مواد احیا کننده در آب عبارتند از مواد آلی مختلف، نیتریت، سولفید، نمک آهن و .... اما اصلی ترین آنها مواد آلی است. بنابراین، اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) اغلب به عنوان یک شاخص برای اندازه گیری مقدار مواد آلی در آب استفاده می شود. هر چه تقاضای اکسیژن شیمیایی بیشتر باشد، آلودگی آب توسط مواد آلی جدی‌تر است. تعیین نیاز شیمیایی اکسیژن (COD) با تعیین مواد احیا کننده در نمونه های آب و روش تعیین متفاوت است. رایج ترین روش های مورد استفاده در حال حاضر، روش اکسیداسیون اسیدی پرمنگنات پتاسیم و روش اکسیداسیون دی کرومات پتاسیم است. روش پرمنگنات پتاسیم (KMnO4) سرعت اکسیداسیون پایینی دارد، اما نسبتا ساده است. می توان از آن برای تعیین ارزش نسبی محتوای آلی در نمونه های آب و نمونه های آب سطحی و زیرزمینی تمیز استفاده کرد. روش دی کرومات پتاسیم (K2Cr2O7) دارای سرعت اکسیداسیون بالا و قابلیت تکرارپذیری خوبی است. برای تعیین مقدار کل مواد آلی در نمونه های آب در پایش فاضلاب مناسب است.
مواد آلی برای سیستم های آب صنعتی بسیار مضر است. آبی که حاوی مقدار زیادی مواد آلی است، رزین های تبادل یونی را هنگام عبور از سیستم نمک زدایی، به ویژه رزین های تبادل آنیونی، آلوده می کند که ظرفیت تبادل رزین را کاهش می دهد. مواد آلی را می توان تا حدود 50 درصد پس از پیش تصفیه (انعقاد، شفاف سازی و فیلتراسیون) کاهش داد، اما در سیستم نمک زدایی نمی توان آن را حذف کرد، بنابراین اغلب از طریق آب تغذیه به دیگ آورده می شود که باعث کاهش مقدار pH دیگ می شود. آب گاهی اوقات ممکن است مواد آلی به سیستم بخار وارد شده و آب را متراکم کند که باعث کاهش PH و خوردگی سیستم می شود. محتوای بالای مواد آلی در سیستم آب در گردش، تولید مثل میکروبی را تقویت می کند. بنابراین، چه برای نمک زدایی، آب دیگ بخار یا سیستم آب در گردش، هرچه COD کمتر باشد، بهتر است، اما هیچ شاخص محدود کننده یکپارچه ای وجود ندارد. وقتی COD (روش KMnO4) > 5 میلی گرم در لیتر در سیستم آب خنک کننده در گردش، کیفیت آب شروع به بدتر شدن کرده است.
اکسیژن مورد نیاز شیمیایی (COD) یک شاخص اندازه گیری میزان غنی بودن آب از نظر مواد آلی است و همچنین یکی از شاخص های مهم برای اندازه گیری میزان آلودگی آب است. با توسعه صنعتی شدن و افزایش جمعیت، بدنه های آبی بیشتر و بیشتر آلوده می شوند و توسعه تشخیص COD به تدریج بهبود یافته است.
منشا تشخیص COD را می توان در دهه 1850 جستجو کرد، زمانی که مشکلات آلودگی آب توجه مردم را به خود جلب کرده بود. در ابتدا از COD به عنوان شاخص نوشیدنی های اسیدی برای اندازه گیری غلظت مواد آلی در نوشیدنی ها استفاده شد. با این حال، از آنجایی که یک روش اندازه گیری کامل در آن زمان ایجاد نشده بود، خطای زیادی در نتایج تعیین COD وجود داشت.
در اوایل قرن بیستم، با پیشرفت روش های مدرن تجزیه و تحلیل شیمیایی، روش تشخیص COD به تدریج بهبود یافت. در سال 1918، شیمیدان آلمانی Hasse COD را به عنوان مقدار کل ماده آلی مصرف شده توسط اکسیداسیون در یک محلول اسیدی تعریف کرد. متعاقباً، او یک روش جدید تعیین COD را پیشنهاد کرد که عبارت است از استفاده از محلول دی اکسید کروم با غلظت بالا به عنوان اکسیدان. این روش می تواند به طور موثر مواد آلی را به دی اکسید کربن و آب اکسید کند و مصرف اکسیدان ها را در محلول قبل و بعد از اکسیداسیون برای تعیین مقدار COD اندازه گیری کند.
اما کاستی های این روش به تدریج نمایان شده است. اول، آماده سازی و بهره برداری از معرف ها نسبتاً پیچیده است، که دشواری و زمان بر بودن آزمایش را افزایش می دهد. دوم، محلول های دی اکسید کروم با غلظت بالا برای محیط زیست مضر هستند و برای کاربردهای عملی مناسب نیستند. بنابراین، مطالعات بعدی به تدریج به دنبال روشی ساده تر و دقیق تر برای تعیین COD بودند.
در دهه 1950، شیمیدان هلندی Friis یک روش جدید تعیین COD را اختراع کرد که از اسید پرسولفوریک با غلظت بالا به عنوان اکسیدان استفاده می کند. این روش کارکرد ساده ای دارد و دقت بالایی دارد که کارایی تشخیص COD را تا حد زیادی بهبود می بخشد. با این حال، استفاده از اسید پرسولفوریک خطرات ایمنی خاصی نیز دارد، بنابراین همچنان باید به ایمنی کار توجه شود.
متعاقباً با توسعه سریع فناوری ابزار دقیق، روش تعیین COD به تدریج به اتوماسیون و هوشمندی دست یافت. در دهه 1970، اولین آنالایزر خودکار COD ظاهر شد که می تواند پردازش و تشخیص تمام اتوماتیک نمونه های آب را محقق کند. این ابزار نه تنها دقت و ثبات تعیین COD را بهبود می بخشد، بلکه راندمان کار را نیز تا حد زیادی بهبود می بخشد.
با افزایش آگاهی زیست محیطی و بهبود الزامات نظارتی، روش تشخیص COD نیز به طور مداوم بهینه می شود. در سال‌های اخیر، توسعه فناوری فوتوالکتریک، روش‌های الکتروشیمیایی و فناوری حسگر زیستی، نوآوری فناوری تشخیص COD را ارتقا داده است. برای مثال، فناوری فوتوالکتریک می‌تواند محتوای COD را در نمونه‌های آب با تغییر سیگنال‌های فوتوالکتریک، با زمان تشخیص کوتاه‌تر و عملکرد ساده‌تر تعیین کند. روش الکتروشیمیایی از سنسورهای الکتروشیمیایی برای اندازه گیری مقادیر COD استفاده می کند که از مزایای آن حساسیت بالا، پاسخ سریع و عدم نیاز به معرف است. فناوری حسگر زیستی از مواد بیولوژیکی برای شناسایی مواد آلی استفاده می کند که دقت و ویژگی تعیین COD را بهبود می بخشد.
روش‌های تشخیص COD در چند دهه گذشته تحت یک فرآیند توسعه از تجزیه و تحلیل شیمیایی سنتی تا ابزار دقیق مدرن، فناوری فوتوالکتریک، روش‌های الکتروشیمیایی و فناوری حسگر زیستی قرار گرفته‌اند. با پیشرفت علم و فناوری و افزایش تقاضا، فناوری تشخیص COD همچنان در حال بهبود و نوآوری است. در آینده، می‌توان پیش‌بینی کرد که با توجه بیشتر مردم به مسائل آلودگی زیست‌محیطی، فناوری تشخیص COD توسعه بیشتری خواهد یافت و به یک روش تشخیص کیفیت آب سریع‌تر، دقیق‌تر و مطمئن‌تر تبدیل خواهد شد.
در حال حاضر آزمایشگاه ها عمدتاً از دو روش زیر برای تشخیص COD استفاده می کنند.
1. روش تعیین COD
روش استاندارد دی کرومات پتاسیم که به روش ریفلاکس نیز معروف است (استاندارد ملی جمهوری خلق چین)
(I) اصل
مقدار معینی دی کرومات پتاسیم و سولفات نقره کاتالیزور را به نمونه آب اضافه کنید، حرارت دهید و برای مدت معینی در محیط اسیدی قوی رفلکس کنید، بخشی از دی کرومات پتاسیم توسط مواد قابل اکسیداسیون در نمونه آب کاهش می یابد و باقیمانده دی کرومات پتاسیم با سولفات آهن آمونیوم تیتر می شود. مقدار COD بر اساس میزان دی کرومات پتاسیم مصرفی محاسبه می شود.
از آنجایی که این استاندارد در سال 1989 تدوین شد، معایب زیادی در اندازه گیری آن با استاندارد فعلی وجود دارد:
1. زمان زیادی طول می کشد و هر نمونه باید 2 ساعت رفلاکس شود.
2. تجهیزات رفلاکس فضای بزرگی را اشغال می کند و تعیین دسته را دشوار می کند.
3. هزینه تجزیه و تحلیل بالا است، به خصوص برای سولفات نقره.
4. در طول فرآیند تعیین، هدر رفتن آب رفلاکس شگفت انگیز است.
5. نمک های سمی جیوه مستعد آلودگی ثانویه هستند.
6. مقدار معرف های مورد استفاده زیاد است و هزینه مواد مصرفی بالا است.
7. فرآیند آزمون پیچیده است و برای ارتقاء مناسب نیست.
(II) تجهیزات
1. دستگاه رفلاکس تمام شیشه ای 250 میلی لیتری
2. دستگاه گرمایش (کوره برقی)
3. بورت اسید 25 میلی لیتر یا 50 میلی لیتر، فلاسک مخروطی، پیپت، فلاسک حجمی و غیره.
(III) معرفها
1. محلول استاندارد دی کرومات پتاسیم (c1/6K2Cr2O7=0.2500mol/L)
2. محلول نشانگر فروسیانات
3. محلول استاندارد سولفات آهن آمونیوم [c(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≈0.1mol/L] (قبل از استفاده کالیبره کنید)
4. محلول اسید سولفوریک-سولفات نقره
روش استاندارد دی کرومات پتاسیم
(IV) مراحل تعیین
کالیبراسیون سولفات آهن آمونیوم: 10.00 میلی لیتر محلول استاندارد دی کرومات پتاسیم را به دقت در یک بالن مخروطی 500 میلی لیتری پیپت کنید، تا حدود 110 میلی لیتر با آب رقیق کنید، به آرامی 30 میلی لیتر اسید سولفوریک غلیظ اضافه کنید و خوب تکان دهید. پس از سرد شدن، 3 قطره محلول نشانگر فروسیانات (حدود 0.15 میلی لیتر) اضافه کنید و با محلول سولفات آهن آمونیوم تیتر کنید. نقطه پایان زمانی است که رنگ محلول از زرد به سبز آبی تا قهوه ای مایل به قرمز تغییر می کند.
(V) تعیین
20 میلی لیتر از آب نمونه بردارید (در صورت لزوم، مقدار کمتری بردارید و آب را به 20 اضافه کنید یا قبل از مصرف رقیق کنید)، 10 میلی لیتر دی کرومات پتاسیم اضافه کنید، دستگاه رفلاکس را به برق بزنید و سپس 30 میلی لیتر اسید سولفوریک و سولفات نقره اضافه کنید، حرارت دهید و به مدت 2 ساعت رفلاکس کنید. . پس از خنک شدن، دیواره لوله کندانسور را با 90.00 میلی لیتر آب بشویید و فلاسک مخروطی را بردارید. پس از خنک شدن مجدد محلول، 3 قطره محلول نشانگر اسید آهن اضافه کنید و با محلول استاندارد سولفات آهن آمونیوم تیتر کنید. رنگ محلول از زرد به سبز آبی تا قهوه ای مایل به قرمز تغییر می کند که نقطه پایانی است. مقدار محلول استاندارد سولفات آهن آمونیوم را یادداشت کنید. در حین اندازه گیری نمونه آب، 00/20 میلی لیتر آب مقطر مجدد برداشته و طبق همان مراحل عملیاتی آزمایشی را انجام دهید. مقدار محلول استاندارد سولفات آهن آمونیوم استفاده شده در تیتراسیون بلانک را یادداشت کنید.
روش استاندارد دی کرومات پتاسیم
(VI) محاسبه
CODCr(O2، mg/L)=[8×1000(V0-V1)·C]/V
(VII) اقدامات احتیاطی
1. حداکثر مقدار یون کلرید کمپلکس شده با 0.4 گرم سولفات جیوه می تواند به 40 میلی گرم برسد. اگر 20.00 میلی لیتر نمونه آب گرفته شود، حداکثر غلظت یون کلرید 2000 میلی گرم در لیتر می تواند کمپلکس شود. اگر غلظت یون های کلرید کم باشد، می توان مقدار کمی سولفات جیوه را برای حفظ سولفات جیوه اضافه کرد: یون های کلرید = 10:1 (W/W). اگر مقدار کمی از کلرید جیوه رسوب کند، تأثیری در تعیین ندارد.
2. محدوده COD تعیین شده توسط این روش 50-500mg/L است. برای نمونه های آب با اکسیژن مورد نیاز شیمیایی کمتر از 50 میلی گرم در لیتر، باید به جای آن از محلول استاندارد دی کرومات پتاسیم 0.0250mol/L استفاده کرد. محلول استاندارد سولفات آهن آمونیوم 0.01mol/L باید برای تیتراسیون برگشتی استفاده شود. برای نمونه های آب با COD بیشتر از 500 میلی گرم در لیتر، آنها را قبل از تعیین رقیق کنید.
3. پس از گرم شدن نمونه آب و رفلاکس، مقدار باقیمانده دی کرومات پتاسیم در محلول باید 1/5-4/5 مقدار اضافه شده باشد.
4. هنگام استفاده از محلول استاندارد هیدروژن فتالات پتاسیم برای بررسی کیفیت و فناوری عملکرد معرف، از آنجایی که CODCr نظری هر گرم هیدروژن فتالات پتاسیم 1.176 گرم است، 0.4251 گرم از هیدروژن فتالات پتاسیم (HOOCC6H4CO) قرمز شده است. به یک فلاسک حجمی 1000 میلی لیتری منتقل شده و با آب مقطر مجدد تا علامت رقیق شده تا به محلول استاندارد 500 میلی گرم در لیتر CODcr تبدیل شود. هنگام استفاده آن را تازه آماده کنید.
5. نتیجه تعیین CODCr باید چهار رقم قابل توجه را حفظ کند.
6. در طول هر آزمایش، محلول تیتراسیون استاندارد سولفات آهن آمونیوم باید کالیبره شود و تغییر غلظت باید به زمانی که دمای اتاق بالا است مورد توجه ویژه قرار گیرد. (همچنین می توانید 10.0 میلی لیتر محلول استاندارد دی کرومات پتاسیم را پس از تیتراسیون به قسمت خالی اضافه کنید و با سولفات آهن آمونیوم تا نقطه پایانی تیتر کنید.)
7. نمونه آب باید در اسرع وقت تازه نگه داشته و اندازه گیری شود.
مزایا:
دقت بالا: تیتراسیون ریفلاکس یک روش کلاسیک تعیین COD است. پس از یک دوره طولانی توسعه و تأیید، دقت آن به طور گسترده ای شناخته شده است. این می تواند محتوای واقعی مواد آلی در آب را با دقت بیشتری منعکس کند.
کاربرد گسترده: این روش برای انواع نمونه های آب از جمله فاضلاب آلی با غلظت بالا و غلظت پایین مناسب است.
مشخصات عملیات: استانداردها و فرآیندهای عملیاتی دقیقی وجود دارد که تسلط و پیاده سازی آن برای اپراتورها راحت است.
معایب:
زمان بر: تیتراسیون ریفلاکس معمولاً چندین ساعت طول می کشد تا تعیین یک نمونه کامل شود، که بدیهی است برای وضعیتی که باید نتایج به سرعت به دست آید، مناسب نیست.
مصرف زیاد معرف: این روش مستلزم استفاده بیشتر از معرف های شیمیایی است که نه تنها هزینه بر است، بلکه تا حدودی محیط زیست را نیز آلوده می کند.
عملیات پیچیده: اپراتور باید دانش شیمیایی و مهارت های آزمایشی خاصی داشته باشد، در غیر این صورت ممکن است بر دقت نتایج تعیین تأثیر بگذارد.
2. اسپکتروفتومتری هضم سریع
(I) اصل
نمونه با مقدار مشخصی محلول دی کرومات پتاسیم، در محیط اسید سولفوریک قوی، با سولفات نقره به عنوان کاتالیزور اضافه می شود و پس از هضم در دمای بالا، مقدار COD توسط تجهیزات فتومتریک تعیین می شود. از آنجایی که این روش دارای زمان تعیین کوتاه، آلودگی ثانویه کم، حجم معرف کم و هزینه کم است، در حال حاضر اکثر آزمایشگاه ها از این روش استفاده می کنند. اما این روش دارای هزینه ابزار بالا و هزینه استفاده کم است که برای استفاده طولانی مدت از واحدهای COD مناسب است.
(II) تجهیزات
تجهیزات خارجی قبلا توسعه یافته بودند، اما قیمت بسیار بالا است و زمان تعیین طولانی است. قیمت معرف عموماً برای کاربران مقرون به صرفه نیست و دقت آن چندان بالا نیست، زیرا استانداردهای نظارت بر ابزارهای خارجی با استانداردهای کشور من متفاوت است، عمدتاً به این دلیل که سطح تصفیه آب و سیستم مدیریت کشورهای خارجی با استانداردهای من متفاوت است. کشور؛ روش اسپکتروفتومتری هضم سریع عمدتاً بر اساس روش‌های رایج ابزارهای خانگی است. تعیین سریع کاتالیزوری روش COD استاندارد فرمولاسیون این روش است. در اوایل دهه 1980 اختراع شد. پس از بیش از 30 سال استفاده، به استاندارد صنعت حفاظت از محیط زیست تبدیل شده است. ابزار داخلی 5B به طور گسترده در تحقیقات علمی و نظارت رسمی استفاده شده است. ابزارهای داخلی به دلیل مزایای قیمتی و خدمات پس از فروش به موقع، بسیار مورد استفاده قرار گرفته اند.
(III) مراحل تعیین
نمونه 2.5 میلی لیتری بردارید—– معرف را اضافه کنید——به مدت 10 دقیقه هضم کنید——به مدت 2 دقیقه خنک کنید——در ظرف رنگ سنجی بریزید——نمایشگر تجهیزات به طور مستقیم غلظت COD نمونه را نشان می دهد.
(IV) اقدامات احتیاطی
1. نمونه های آب با کلر بالا باید از معرف با کلر بالا استفاده کنند.
2. مایع زباله حدود 10 میلی لیتر است، اما بسیار اسیدی است و باید جمع آوری و پردازش شود.
3. از تمیز بودن سطح انتقال نور کووت اطمینان حاصل کنید.
مزایا:
سرعت سریع: روش سریع معمولاً تنها از چند دقیقه تا بیش از ده دقیقه طول می کشد تا تعیین یک نمونه کامل شود، که برای شرایطی که نیاز به نتایج سریع است بسیار مناسب است.
مصرف معرف کمتر: در مقایسه با روش تیتراسیون ریفلاکس، روش سریع از معرف های شیمیایی کمتری استفاده می کند، هزینه کمتری دارد و تاثیر کمتری بر محیط زیست دارد.
عملیات آسان: مراحل عملیات روش سریع نسبتاً ساده است و اپراتور نیازی به دانش شیمیایی و مهارت های تجربی بسیار بالایی ندارد.
معایب:
دقت کمی کمتر: از آنجایی که روش سریع معمولاً از برخی واکنش‌های شیمیایی ساده و روش‌های اندازه‌گیری استفاده می‌کند، ممکن است دقت آن کمی کمتر از روش تیتراسیون ریفلاکس باشد.
دامنه کاربرد محدود: روش سریع عمدتاً برای تعیین فاضلاب آلی با غلظت پایین مناسب است. برای فاضلاب با غلظت بالا، نتایج تعیین آن ممکن است تا حد زیادی تحت تأثیر قرار گیرد.
متاثر از عوامل تداخل: روش سریع ممکن است در برخی موارد خاص، مانند زمانی که مواد تداخلی خاصی در نمونه آب وجود دارد، خطاهای زیادی ایجاد کند.
به طور خلاصه، روش تیتراسیون ریفلاکس و روش سریع هر کدام مزایا و معایب خاص خود را دارند. اینکه کدام روش را انتخاب کنید به سناریو و نیازهای کاربردی خاص بستگی دارد. هنگامی که دقت بالا و کاربرد وسیع مورد نیاز است، تیتراسیون ریفلاکس را می توان انتخاب کرد. هنگامی که نتایج سریع مورد نیاز است یا تعداد زیادی نمونه آب پردازش می شود، روش سریع انتخاب خوبی است.
Lianhua به عنوان سازنده ابزارهای تست کیفیت آب به مدت 42 سال، 20 دقیقه را توسعه داده است.اسپکتروفتومتری هضم سریع CODروش پس از تعداد زیادی مقایسه تجربی، توانسته به خطای کمتر از 5 درصد دست یابد و از مزایای عملکرد ساده، نتایج سریع، هزینه کم و زمان کوتاه برخوردار است.
زمان ارسال: ژوئن-07-2024
