Хімічну потребу в кисні також називають хімічною потребою в кисні (хімічною потребою в кисні), що називається ГПК. Це використання хімічних окислювачів (таких як перманганат калію) для окислення та розкладання окислюваних речовин у воді (таких як органічні речовини, нітрити, сіль заліза, сульфід тощо), а потім обчислення споживання кисню на основі залишкової кількості окислювач. Як і біохімічне споживання кисню (БСК), це важливий показник забруднення води. Одиницею ХПК є проміле або мг/л. Чим менше значення, тим менше забруднення води.
До відновлюючих речовин у воді відносяться різноманітні органічні речовини, нітрити, сульфіди, солі заліза та ін. Але основним з них є органічні речовини. Тому хімічне споживання кисню (ХПК) часто використовується як індикатор для вимірювання кількості органічних речовин у воді. Чим більша хімічна потреба в кисні, тим серйозніше забруднення води органічними речовинами. Визначення хімічного споживання кисню (ХПК) залежить від визначення відновлюючих речовин у пробах води та методу визначення. Найпоширенішими методами в даний час є кислотний метод окислення перманганатом калію та метод окислення біхроматом калію. Метод перманганату калію (KMnO4) має низьку швидкість окислення, але відносно простий. Його можна використовувати для визначення відносної порівняльної цінності вмісту органічних речовин у пробах води та зразках чистих поверхневих і підземних вод. Метод біхромату калію (K2Cr2O7) має високу швидкість окислення та добру відтворюваність. Він підходить для визначення загальної кількості органічних речовин у пробах води під час моніторингу стічних вод.
Органічні речовини дуже шкідливі для промислових водопровідних систем. Вода, що містить велику кількість органічних речовин, забруднює іонообмінні смоли під час проходження через систему опріснення, особливо аніонообмінні смоли, що зменшить обмінну здатність смоли. Органічні речовини можуть бути зменшені приблизно на 50% після попередньої обробки (коагуляція, освітлення та фільтрація), але їх неможливо видалити в системі опріснення, тому вони часто надходять у котел через живильну воду, що знижує значення pH котла. води. Іноді органічні речовини також можуть потрапити в систему пари та конденсату, що призведе до зниження pH і спричинить корозію системи. Високий вміст органічних речовин в системі оборотної води сприятиме розмноженню мікробів. Таким чином, для системи опріснення, котлової води чи циркуляційної води, чим нижчий ХПК, тим краще, але єдиного граничного індексу не існує. Коли COD (метод KMnO4) > 5 мг/л у системі циркуляційної охолоджувальної води, якість води почала погіршуватися.
Хімічна потреба в кисні (ХПК) є вимірювальним показником ступеня багатства води органічними речовинами, а також одним із важливих показників для вимірювання ступеня забруднення води. З розвитком індустріалізації та збільшенням населення водойми стають все більш і більш забрудненими, і розвиток виявлення ГПК поступово вдосконалюється.
Походження виявлення ГПК можна віднести до 1850-х років, коли проблеми забруднення води привернули увагу людей. Спочатку ХПК використовувався як індикатор кислих напоїв для вимірювання концентрації органічних речовин у напоях. Однак, оскільки повний метод вимірювання на той час не був створений, існувала велика похибка в результатах визначення ХПК.
На початку 20-го століття, з розвитком сучасних методів хімічного аналізу, метод виявлення ХПК поступово вдосконалювався. У 1918 році німецький хімік Гассе визначив ГПК як загальну кількість органічної речовини, яка споживається окисленням у кислому розчині. Згодом він запропонував новий метод визначення ХПК, який полягає у використанні розчину діоксиду хрому високої концентрації як окислювача. Цей метод може ефективно окислювати органічні речовини до вуглекислого газу та води, а також вимірювати споживання окислювачів у розчині до та після окислення для визначення значення COD.
Однак поступово виявилися недоліки цього методу. По-перше, приготування та робота з реагентами відносно складні, що збільшує складність і тривалість експерименту. По-друге, висококонцентровані розчини діоксиду хрому шкідливі для навколишнього середовища і не сприяють практичному застосуванню. Тому наступні дослідження поступово шукали більш простий і точніший метод визначення ХПК.
У 1950-х роках голландський хімік Фрііс винайшов новий метод визначення ХПК, у якому використовується надсірчана кислота високої концентрації як окислювач. Цей метод простий у експлуатації та має високу точність, що значно підвищує ефективність виявлення ХПК. Однак використання сірчаної кислоти також має певну загрозу безпеці, тому все ж необхідно звернути увагу на безпеку експлуатації.
Згодом, із швидким розвитком технології вимірювання, метод визначення ХПК поступово досягав автоматизації та інтелекту. У 1970-х роках з'явився перший автоматичний аналізатор COD, який може реалізувати повністю автоматичну обробку та виявлення проб води. Цей прилад не тільки підвищує точність і стабільність визначення ХПК, але також значно підвищує ефективність роботи.
З підвищенням екологічної обізнаності та вдосконаленням нормативних вимог метод виявлення ХПК також постійно оптимізується. В останні роки розвиток фотоелектричної технології, електрохімічних методів і біосенсорної технології сприяв інноваційній технології виявлення ХПК. Наприклад, фотоелектрична технологія може визначати вміст ГПК у пробах води за зміною фотоелектричних сигналів із коротшим часом виявлення та простішим керуванням. Електрохімічний метод використовує електрохімічні датчики для вимірювання значень ХПК, що має переваги високої чутливості, швидкої реакції та відсутності потреби в реагентах. Технологія біосенсора використовує біологічні матеріали для спеціального виявлення органічних речовин, що підвищує точність і специфічність визначення ХПК.
За останні кілька десятиліть методи виявлення ГПК пройшли процес розвитку від традиційного хімічного аналізу до сучасних приладів, фотоелектричних технологій, електрохімічних методів і біосенсорних технологій. З розвитком науки і техніки та зростанням попиту технологія виявлення ГПК все ще вдосконалюється та впроваджується інновації. У майбутньому можна передбачити, що в міру того, як люди приділятимуть більше уваги проблемам забруднення навколишнього середовища, технологія виявлення ХПК розвиватиметься далі і стане швидшим, точнішим і надійнішим методом визначення якості води.
В даний час лабораторії в основному використовують наступні два методи виявлення ХПК.
1. Метод визначення ГПК
Стандартний метод біхромату калію, також відомий як метод зворотного холодильника (Національний стандарт Китайської Народної Республіки)
(I) Принцип
Додайте певну кількість біхромату калію та каталізатора сульфату срібла до зразка води, нагрійте та кип’ятіть із зворотним холодильником протягом певного періоду часу в сильному кислому середовищі, частина біхромату калію відновлюється речовинами, що окислюються, у зразку води, а решта дихромат калію титрують залізним сульфатом амонію. Значення ГПК розраховується на основі спожитої кількості біхромату калію.
Оскільки цей стандарт був розроблений у 1989 році, є багато недоліків у його вимірюванні за поточним стандартом:
1. Це займає занадто багато часу, і кожен зразок потрібно кип’ятити зі зворотним холодильником протягом 2 годин;
2. Рефлюксне обладнання займає великий простір, що ускладнює визначення партії;
3. Вартість аналізу висока, особливо для сульфату срібла;
4. Під час процесу визначення відходи рефлюксної води є вражаючими;
5. Токсичні солі ртуті схильні до вторинного забруднення;
6. Використовується велика кількість реагентів, а вартість витратних матеріалів висока;
7. Процес тестування складний і не підходить для підвищення.
(II) Обладнання
1. Повністю скляний рефлюксний пристрій на 250 мл
2. Нагрівальний пристрій (електропіч)
3. Бюретка для кислоти на 25 або 50 мл, конічна колба, піпетка, мірна колба тощо.
(III) Реагенти
1. Стандартний розчин дихромату калію (c1/6K2Cr2O7=0,2500моль/л)
2. Розчин індикатора фероціанату
3. Стандартний розчин двовалентного сульфату амонію [c(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≈0,1моль/л] (калібрувати перед використанням)
4. Сірчана кислота - розчин сульфату срібла
Стандартний метод дихромату калію
(IV) Етапи визначення
Калібрування двовалентного сульфату амонію: акуратно внесіть піпеткою 10,00 мл стандартного розчину біхромату калію в конічну колбу на 500 мл, розведіть приблизно до 110 мл водою, повільно додайте 30 мл концентрованої сірчаної кислоти та добре струсіть. Після охолодження додайте 3 краплі розчину індикатора фероціанату (приблизно 0,15 мл) і відтитруйте розчином залізного сульфату амонію. Кінцева точка - коли колір розчину змінюється від жовтого до синьо-зеленого до червонувато-коричневого.
(V) Рішучість
Візьміть 20 мл проби води (якщо необхідно, візьміть менше і додайте води до 20 або розбавте перед відбором), додайте 10 мл біхромату калію, увімкніть рефлюкс, а потім додайте 30 мл сірчаної кислоти та сульфату срібла, нагрійте та кип’ятіть із зворотним холодильником протягом 2 год. . Після охолодження промийте стінку трубки конденсатора 90,00 мл води та вийміть конічну колбу. Після того, як розчин знову охолодять, додають 3 краплі розчину індикатора залізної кислоти та титрують стандартним розчином залізного сульфату амонію. Колір розчину змінюється від жовтого до синьо-зеленого до червонувато-коричневого, що є кінцевою точкою. Записують кількість стандартного розчину залізного сульфату амонію. Під час вимірювання зразка води візьміть 20,00 мл повторно дистильованої води та виконайте порожній експеримент відповідно до тих самих кроків. Запишіть кількість стандартного розчину двовалентного сульфату амонію, використаного під час холостого титрування.
Стандартний метод дихромату калію
(VI) Розрахунок
CODCr(O2, мг/л)=[8×1000(V0-V1)·C]/V
(VII) Запобіжні заходи
1. Максимальна кількість іонів хлориду в комплексі з 0,4 г сульфату ртуті може досягати 40 мг. Якщо відібрати пробу води об’ємом 20,00 мл, максимальна концентрація іонів хлориду може бути складена в 2000 мг/л. Якщо концентрація іонів хлориду низька, можна додати невелику кількість сульфату ртуті, щоб зберегти сульфат ртуті: іони хлориду = 10:1 (маса/маса). Якщо невелика кількість хлориду ртуті випадає в осад, це не впливає на визначення.
2. Діапазон ГПК, визначений цим методом, становить 50-500 мг/л. Для зразків води з хімічним споживанням кисню менше 50 мг/л замість цього слід використовувати стандартний розчин біхромату калію 0,0250 моль/л. 0,01 моль/л стандартного розчину сульфату заліза амонію слід використовувати для зворотного титрування. Для зразків води з ХПК понад 500 мг/л розведіть їх перед визначенням.
3. Після того, як зразок води нагрівають і кип'ятять із зворотним холодильником, залишкова кількість біхромату калію в розчині повинна становити 1/5-4/5 доданої кількості.
4. При використанні стандартного розчину гідрофталату калію для перевірки якості та технології роботи реагенту, оскільки теоретичний CODCr кожного грама гідрофталату калію становить 1,176 г, 0,4251 г гідрофталату калію (HOOCC6H4COOK) розчиняють у редистильованій воді, переносять у мірну колбу на 1000 мл і розбавляють до мітки повторно дистильованою водою, щоб отримати стандартний розчин CODcr 500 мг/л. При використанні готуйте його свіжим.
5. Результат визначення CODCr повинен містити чотири значущі цифри.
6. Під час кожного експерименту стандартний розчин для титрування залізного сульфату амонію слід калібрувати, і слід приділяти особливу увагу зміні концентрації, коли кімнатна температура висока. (Ви також можете додати 10,0 мл стандартного розчину біхромату калію до холостої проби після титрування та титрувати сульфатом амонію заліза до кінцевої точки.)
7. Зразок води слід зберігати свіжим і проводити вимірювання якомога швидше.
Переваги:
Висока точність: рефлюксне титрування є класичним методом визначення ХПК. Після тривалого періоду розробки та перевірки його точність була широко визнана. Він може більш точно відображати фактичний вміст органічних речовин у воді.
Широке застосування: цей метод підходить для різних типів проб води, включаючи стічні води з високою та низькою концентрацією органічних речовин.
Операційні специфікації: Існують детальні робочі стандарти та процеси, які операторам зручно освоїти та впровадити.
Недоліки:
Забирає багато часу: титрування із зворотним холодильником зазвичай займає кілька годин, щоб завершити визначення зразка, що, очевидно, не сприяє ситуації, коли результати потрібно отримати швидко.
Високе споживання реагентів: цей метод вимагає використання більшої кількості хімічних реагентів, що не тільки дорого, але й певною мірою забруднює навколишнє середовище.
Складна операція: оператор повинен мати певні хімічні знання та експериментальні навички, інакше це може вплинути на точність результатів визначення.
2. Спектрофотометрія швидкого розщеплення
(I) Принцип
До зразка додають відому кількість розчину біхромату калію в сильному середовищі сірчаної кислоти, сульфат срібла як каталізатор, і після високотемпературного зброджування значення ХПК визначають за допомогою фотометричного обладнання. Оскільки цей метод має короткий час визначення, невелике вторинне забруднення, малий об’єм реагенту та низьку вартість, більшість лабораторій зараз використовують цей метод. Однак цей метод має високу вартість інструменту та низьку вартість використання, що підходить для тривалого використання установок COD.
(II) Обладнання
Іноземне обладнання розроблялося раніше, але ціна дуже висока, а час визначення тривалий. Ціна реагенту, як правило, недоступна для користувачів, а точність не дуже висока, оскільки стандарти моніторингу іноземних приладів відрізняються від стандартів моєї країни, головним чином через те, що рівень очищення води та система управління в інших країнах відрізняються від стандартів моєї країни. країна; метод спектрофотометрії швидкого травлення в основному базується на загальних методах вітчизняних інструментів. Метод швидкого каталітичного визначення ХПК є стандартом формулювання цього методу. Він був винайдений ще на початку 1980-х років. Після більш ніж 30 років застосування він став стандартом галузі охорони навколишнього середовища. Вітчизняний прилад 5Б знайшов широке застосування в наукових дослідженнях та офіційному моніторингу. Вітчизняні інструменти набули широкого застосування завдяки своїй ціновій перевагі та своєчасному післяпродажному обслуговуванню.
(III) Етапи визначення
Візьміть 2,5 мл зразка—–додайте реагент—–переваріть протягом 10 хвилин—–охолодіть протягом 2 хвилин—–вилийте в колориметричну чашку—–на дисплеї обладнання безпосередньо відображається концентрація ГПК зразка.
(IV) Запобіжні заходи
1. У зразках води з високим вмістом хлору слід використовувати реагент з високим вмістом хлору.
2. Відпрацьована рідина становить приблизно 10 мл, але вона має високу кислотність і її слід зібрати та переробити.
3. Переконайтеся, що світлопроникна поверхня кювети чиста.
Переваги:
Швидка швидкість: швидкий метод зазвичай займає від кількох хвилин до більше десяти хвилин, щоб завершити визначення зразка, що дуже підходить для ситуацій, коли результати потрібно отримати швидко.
Менше споживання реагентів: у порівнянні з методом титрування із зворотним холодильником, швидкий метод використовує менше хімічних реагентів, має менші витрати та менший вплив на навколишнє середовище.
Простота експлуатації: Етапи швидкого методу є відносно простими, і оператору не потрібно мати надто високих хімічних знань та експериментальних навичок.
Недоліки:
Дещо нижча точність: оскільки швидкий метод зазвичай використовує деякі спрощені хімічні реакції та методи вимірювання, його точність може бути дещо нижчою, ніж метод титрування із зворотним холодильником.
Обмежена сфера застосування: швидкий метод в основному підходить для визначення органічних стічних вод з низькою концентрацією. Для стічних вод з високою концентрацією результати визначення можуть сильно вплинути.
Вплив факторів завади: швидкий метод може спричинити значні похибки в деяких особливих випадках, наприклад, коли у зразку води є певні заважаючі речовини.
Підсумовуючи, метод зворотного титрування та швидкий метод мають свої переваги та недоліки. Який метод вибрати, залежить від конкретного сценарію застосування та потреб. Якщо потрібна висока точність і широке застосування, можна вибрати титрування із зворотним холодильником; коли потрібні швидкі результати або обробляється велика кількість проб води, швидкий метод є хорошим вибором.
Lianhua, як виробник приладів для тестування якості води протягом 42 років, розробив 20-хвилиннийСпектрофотометрія швидкого розщеплення CODметод. Після великої кількості експериментальних порівнянь, він зміг досягти похибки менше 5%, і має такі переваги, як проста робота, швидкі результати, низька вартість і короткий час.
Час публікації: 07 червня 2024 р
