Kemisk iltforbrug kaldes også kemisk iltforbrug (kemisk iltforbrug), kaldet COD. Det er brugen af kemiske oxidanter (såsom kaliumpermanganat) til at oxidere og nedbryde oxiderbare stoffer i vand (såsom organisk materiale, nitrit, jernholdigt salt, sulfid osv.) og derefter beregne iltforbruget baseret på mængden af resterende oxidant. Ligesom biokemisk iltforbrug (BOD) er det en vigtig indikator for vandforurening. Enheden for COD er ppm eller mg/L. Jo mindre værdien er, desto mindre er vandforureningen.
De reducerende stoffer i vand omfatter forskellige organiske stoffer, nitrit, sulfid, jernholdigt salt osv. Men det vigtigste er organisk materiale. Derfor bruges kemisk iltforbrug (COD) ofte som en indikator til at måle mængden af organisk materiale i vand. Jo større det kemiske iltforbrug er, desto mere alvorlig er vandforureningen med organisk materiale. Bestemmelsen af kemisk iltforbrug (COD) varierer med bestemmelsen af reducerende stoffer i vandprøver og bestemmelsesmetoden. De mest almindeligt anvendte metoder i øjeblikket er den sure kaliumpermanganatoxidationsmetode og kaliumdichromatoxidationsmetoden. Kaliumpermanganat (KMnO4)-metoden har en lav oxidationshastighed, men er relativt enkel. Den kan bruges til at bestemme den relative komparative værdi af det organiske indhold i vandprøver og prøver af rent overfladevand og grundvand. Kaliumdichromat (K2Cr2O7)-metoden har en høj oxidationshastighed og god reproducerbarhed. Den er egnet til at bestemme den samlede mængde organisk materiale i vandprøver i spildevandsovervågning.
Organisk materiale er meget skadeligt for industrielle vandsystemer. Vand, der indeholder en stor mængde organisk materiale, vil forurene ionbytterharpikser, når det passerer gennem afsaltningssystemet, især anionbytterharpikser, hvilket vil reducere harpiksens udvekslingskapacitet. Organisk materiale kan reduceres med omkring 50 % efter forbehandling (koagulering, klaring og filtrering), men det kan ikke fjernes i afsaltningssystemet, så det føres ofte ind i kedlen gennem fødevandet, hvilket reducerer kedelvandets pH-værdi. Nogle gange kan organisk materiale også føres ind i dampsystemet og kondensere vand, hvilket vil reducere pH-værdien og forårsage systemkorrosion. Højt indhold af organisk materiale i det cirkulerende vandsystem vil fremme mikrobiel reproduktion. Derfor, uanset om det drejer sig om afsaltning, kedelvand eller cirkulerende vandsystem, jo lavere COD, jo bedre, men der er intet ensartet grænseindeks. Når COD (KMnO4-metoden) > 5 mg/L i det cirkulerende kølevandssystem, er vandkvaliteten begyndt at forringes.
Kemisk iltforbrug (COD) er en måleindikator for, i hvilken grad vand er rigt på organisk materiale, og det er også en af de vigtige indikatorer til måling af graden af vandforurening. Med udviklingen af industrialiseringen og stigningen i befolkningen bliver vandområder mere og mere forurenede, og udviklingen af COD-detektion er gradvist forbedret.
Oprindelsen af COD-detektion kan spores tilbage til 1850'erne, hvor problemer med vandforurening havde tiltrukket folks opmærksomhed. I starten blev COD brugt som en indikator for sure drikkevarer til at måle koncentrationen af organisk materiale i drikkevarer. Da der imidlertid ikke var etableret en komplet målemetode på det tidspunkt, var der en stor fejl i resultaterne af bestemmelsen af COD.
I begyndelsen af det 20. århundrede, med fremskridtet af moderne kemiske analysemetoder, blev metoden til at detektere COD gradvist forbedret. I 1918 definerede den tyske kemiker Hasse COD som den samlede mængde organisk stof, der forbruges ved oxidation i en sur opløsning. Efterfølgende foreslog han en ny COD-bestemmelsesmetode, som går ud på at bruge en højkoncentreret kromdioxidopløsning som oxidationsmiddel. Denne metode kan effektivt oxidere organisk stof til kuldioxid og vand og måle forbruget af oxidanter i opløsningen før og efter oxidation for at bestemme COD-værdien.
Imidlertid er der gradvist kommet mangler ved denne metode. For det første er fremstillingen og betjeningen af reagenserne relativt kompliceret, hvilket øger vanskeligheden og tidskrævendeheden ved eksperimentet. For det andet er højkoncentrerede kromdioxidopløsninger skadelige for miljøet og ikke gunstige for praktiske anvendelser. Derfor har efterfølgende undersøgelser gradvist søgt en enklere og mere præcis COD-bestemmelsesmetode.
I 1950'erne opfandt den hollandske kemiker Friis en ny COD-bestemmelsesmetode, der bruger persvovlsyre med høj koncentration som oxidationsmiddel. Denne metode er enkel at betjene og har høj nøjagtighed, hvilket forbedrer effektiviteten af COD-detektion betydeligt. Brugen af persvovlsyre har dog også visse sikkerhedsrisici, så det er stadig nødvendigt at være opmærksom på driftssikkerheden.
Efterfølgende, med den hurtige udvikling af instrumentteknologi, har COD-bestemmelsesmetoden gradvist opnået automatisering og intelligens. I 1970'erne dukkede den første automatiske COD-analysator op, som kan realisere fuldautomatisk behandling og detektion af vandprøver. Dette instrument forbedrer ikke kun nøjagtigheden og stabiliteten af COD-bestemmelsen, men forbedrer også arbejdseffektiviteten betydeligt.
Med øget miljøbevidsthed og forbedring af lovgivningsmæssige krav optimeres metoden til detektion af COD også løbende. I de senere år har udviklingen af fotoelektrisk teknologi, elektrokemiske metoder og biosensorteknologi fremmet innovationen af COD-detektionsteknologi. For eksempel kan fotoelektrisk teknologi bestemme COD-indholdet i vandprøver ved at ændre fotoelektriske signaler med kortere detektionstid og enklere betjening. Den elektrokemiske metode bruger elektrokemiske sensorer til at måle COD-værdier, hvilket har fordelene ved høj følsomhed, hurtig respons og intet behov for reagenser. Biosensorteknologi bruger biologiske materialer til specifikt at detektere organisk materiale, hvilket forbedrer nøjagtigheden og specificiteten af COD-bestemmelsen.
COD-detektionsmetoder har gennemgået en udviklingsproces fra traditionel kemisk analyse til moderne instrumentering, fotoelektrisk teknologi, elektrokemiske metoder og biosensorteknologi i de seneste årtier. Med fremskridt inden for videnskab og teknologi og den stigende efterspørgsel forbedres og innoveres COD-detektionsteknologien stadig. I fremtiden kan det forudses, at efterhånden som folk lægger større vægt på miljøforureningsproblemer, vil COD-detektionsteknologien udvikle sig yderligere og blive en hurtigere, mere præcis og pålidelig metode til vandkvalitetsdetektion.
I øjeblikket bruger laboratorier primært følgende to metoder til at detektere COD.
1. COD-bestemmelsesmetode
Kaliumdichromatstandardmetode, også kendt som refluksmetoden (National Standard for Folkerepublikken Kina)
(I) Princip
Tilsæt en vis mængde kaliumdichromat og katalysatorsølvsulfat til vandprøven, opvarm og kog under tilbagesvaling i en vis periode i et stærkt surt medium. En del af kaliumdichromatet reduceres af de oxiderbare stoffer i vandprøven, og det resterende kaliumdichromat titreres med ammonium-ferrosulfat. COD-værdien beregnes ud fra den forbrugte mængde kaliumdichromat.
Da denne standard blev formuleret i 1989, er der mange ulemper ved at måle den med den nuværende standard:
1. Det tager for lang tid, og hver prøve skal tilbagesvales i 2 timer;
2. Refluksudstyret optager en stor plads, hvilket gør batchbestemmelse vanskelig;
3. Analyseomkostningerne er høje, især for sølvsulfat;
4. Under bestemmelsesprocessen er spild af refluksvand forbløffende;
5. Giftige kviksølvsalte er tilbøjelige til sekundær forurening;
6. Mængden af anvendte reagenser er stor, og omkostningerne til forbrugsvarer er høje;
7. Testprocessen er kompliceret og ikke egnet til forfremmelse.
(II) Udstyr
1. 250 ml refluksanordning i helglas
2. Varmeapparat (elektrisk ovn)
3. 25 ml eller 50 ml syreburette, konisk kolbe, pipette, målekolbe osv.
(III) Reagenser
1. Kaliumdichromatstandardopløsning (c1/6K2Cr2O7=0,2500 mol/L)
2. Ferrocyanatindikatoropløsning
3. Standardopløsning af ammoniumjernsulfat [c(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≈0,1 mol/L] (kalibrer før brug)
4. Svovlsyre-sølvsulfatopløsning
Kaliumdichromat standardmetode
(IV) Bestemmelsestrin
Kalibrering af ammonium-ferrosulfat: Pipetter nøjagtigt 10,00 ml kaliumdichromatstandardopløsning i en 500 ml konisk kolbe, fortynd til ca. 110 ml med vand, tilsæt langsomt 30 ml koncentreret svovlsyre, og ryst godt. Efter afkøling tilsættes 3 dråber ferrocyanatindikatoropløsning (ca. 0,15 ml), og der titreres med ammonium-ferrosulfatopløsning. Slutpunktet er, når opløsningens farve ændrer sig fra gul til blågrøn til rødbrun.
(V) Bestemmelse
Tag 20 ml vandprøve (tag om nødvendigt mindre og tilsæt vand til 20 eller fortynd før udtagning), tilsæt 10 ml kaliumdichromat, sæt refluxapparatet i stikkontakten, og tilsæt derefter 30 ml svovlsyre og sølvsulfat, opvarm og tilbagesval i 2 timer. Efter afkøling skylles kondensatorrørets vægge med 90,00 ml vand, og den erlenmeyerkolbe tages ud. Når opløsningen er afkølet igen, tilsættes 3 dråber jern-/jernsyreindikatoropløsning, og der titreres med ammonium-jern-/jernsulfat-standardopløsning. Opløsningens farve ændres fra gul til blågrøn til rødbrun, hvilket er slutpunktet. Registrer mængden af ammonium-jern-/jernsulfat-standardopløsning. Mens du måler vandprøven, tag 20,00 ml redestilleret vand, og udfør et blindforsøg i henhold til de samme trin. Registrer mængden af ammonium-jern-/jernsulfat-standardopløsning, der blev brugt i blindtitreringen.
Kaliumdichromat standardmetode
(VI) Beregning
CODCr(O2, mg/L)=[8×1000(V0-V1)·C]/V
(VII) Forholdsregler
1. Den maksimale mængde kloridioner kompleksbundet med 0,4 g kviksølvsulfat kan nå 40 mg. Hvis der tages en vandprøve på 20,00 ml, kan den maksimale kloridionkoncentration på 2000 mg/L kompleksdannes. Hvis koncentrationen af kloridioner er lav, kan en lille mængde kviksølvsulfat tilsættes for at opretholde kviksølvsulfat: kloridioner = 10:1 (W/W). Hvis en lille mængde kviksølvchlorid udfældes, påvirker det ikke bestemmelsen.
2. Intervallet for COD bestemt ved denne metode er 50-500 mg/L. For vandprøver med et kemisk iltforbrug på mindre end 50 mg/L bør der i stedet anvendes en 0,0250 mol/L kaliumdichromatstandardopløsning. 0,01 mol/L ammonium-ferrosulfatstandardopløsning bør anvendes til tilbagetitrering. For vandprøver med en COD på over 500 mg/L skal de fortyndes før bestemmelse.
3. Efter vandprøven er opvarmet og tilbagesvalet, skal den resterende mængde kaliumdichromat i opløsningen være 1/5-4/5 af den tilsatte mængde.
4. Når man bruger en standardopløsning af kaliumhydrogenphthalat til at kontrollere reagentets kvalitet og driftsteknologi, da den teoretiske CODCr for hvert gram kaliumhydrogenphthalat er 1,176 g, opløses 0,4251 g kaliumhydrogenphthalat (HOOCC6H4COOK) i redestilleret vand, overføres til en 1000 ml målekolbe og fortyndes til mærket med redestilleret vand for at opnå en 500 mg/L CODcr-standardopløsning. Forbered den frisk, når den bruges.
5. Resultatet af CODCr-bestemmelsen skal indeholde fire betydende cifre.
6. Under hvert eksperiment skal standardtitreringsopløsningen af ammonium-ferrosulfat kalibreres, og der skal tages særligt hensyn til koncentrationsændringen, når stuetemperaturen er høj. (Du kan også tilsætte 10,0 ml kaliumdichromatstandardopløsning til blindprøven efter titrering og titrere med ammonium-ferrosulfat til slutpunktet.)
7. Vandprøven skal holdes frisk og måles hurtigst muligt.
Fordele:
Høj nøjagtighed: Refluks-titrering er en klassisk COD-bestemmelsesmetode. Efter en lang periode med udvikling og verifikation er dens nøjagtighed blevet bredt anerkendt. Den kan mere præcist afspejle det faktiske indhold af organisk materiale i vand.
Bred anvendelse: Denne metode er egnet til forskellige typer vandprøver, herunder organisk spildevand med høj og lav koncentration.
Driftsspecifikationer: Der er detaljerede driftsstandarder og processer, som er nemme for operatører at mestre og implementere.
Ulemper:
Tidskrævende: Refluks-titrering tager normalt flere timer at fuldføre bestemmelsen af en prøve, hvilket naturligvis ikke er befordrende i situationer, hvor resultaterne skal opnås hurtigt.
Højt reagensforbrug: Denne metode kræver brug af flere kemiske reagenser, hvilket ikke kun er dyrt, men også forurener miljøet i et vist omfang.
Kompleks operation: Operatøren skal have en vis kemisk viden og eksperimentelle færdigheder, ellers kan det påvirke nøjagtigheden af bestemmelsesresultaterne.
2. Spektrofotometri til hurtig fordøjelse
(I) Princip
Prøven tilsættes en kendt mængde kaliumdichromatopløsning i et stærkt svovlsyremedium med sølvsulfat som katalysator, og efter højtemperaturfordøjelse bestemmes COD-værdien med fotometrisk udstyr. Da denne metode har en kort bestemmelsestid, lille sekundær forurening, lille reagensvolumen og lave omkostninger, bruger de fleste laboratorier i øjeblikket denne metode. Denne metode har dog en høj instrumentpris og en lav brugsomkostning, hvilket er egnet til langvarig brug af COD-enheder.
(II) Udstyr
Udenlandsk udstyr blev udviklet tidligere, men prisen er meget høj, og bestemmelsestiden er lang. Reagensprisen er generelt uoverkommelig for brugerne, og nøjagtigheden er ikke særlig høj, fordi overvågningsstandarderne for udenlandske instrumenter er forskellige fra mit lands, primært fordi vandbehandlingsniveauet og styringssystemet i andre lande er forskellige fra mit lands. Den hurtige fordøjelsesspektrofotometrimetode er hovedsageligt baseret på de almindelige metoder fra indenlandske instrumenter. Den katalytiske hurtige bestemmelse af COD-metoden er formuleringsstandarden for denne metode. Den blev opfundet allerede i begyndelsen af 1980'erne. Efter mere end 30 års anvendelse er den blevet standarden i miljøbeskyttelsesindustrien. Det indenlandske 5B-instrument har været meget anvendt i videnskabelig forskning og officiel overvågning. Indenlandske instrumenter har været meget anvendt på grund af deres prisfordele og rettidige eftersalgsservice.
(III) Bestemmelsestrin
Tag 2,5 ml prøve – tilsæt reagens – lad det trække i 10 minutter – afkøl i 2 minutter – hæld det i den kolorimetriske skål – udstyrets display viser direkte COD-koncentrationen i prøven.
(IV) Forholdsregler
1. Vandprøver med højt klorindhold bør bruge et reagens med højt klorindhold.
2. Spildvæsken er omkring 10 ml, men den er meget sur og bør opsamles og behandles.
3. Sørg for, at kuvettens lysgennemsigtige overflade er ren.
Fordele:
Hurtig hastighed: Den hurtige metode tager normalt kun et par minutter til mere end ti minutter at fuldføre bestemmelsen af en prøve, hvilket er meget velegnet til situationer, hvor resultaterne skal opnås hurtigt.
Mindre reagensforbrug: Sammenlignet med reflukstitreringsmetoden bruger den hurtige metode færre kemiske reagenser, har lavere omkostninger og har mindre indvirkning på miljøet.
Nem betjening: Betjeningstrinnene i den hurtige metode er relativt enkle, og operatøren behøver ikke at have for stor kemisk viden og eksperimentelle færdigheder.
Ulemper:
Lidt lavere nøjagtighed: Da den hurtige metode normalt bruger nogle forenklede kemiske reaktioner og målemetoder, kan dens nøjagtighed være lidt lavere end reflukstitreringsmetoden.
Begrænset anvendelsesområde: Den hurtige metode er primært egnet til bestemmelse af organisk spildevand med lav koncentration. For spildevand med høj koncentration kan bestemmelsesresultaterne blive stærkt påvirket.
Påvirket af interferensfaktorer: Den hurtige metode kan give store fejl i visse særlige tilfælde, f.eks. når der er visse interfererende stoffer i vandprøven.
Kort sagt har reflukstitreringsmetoden og den hurtige metode hver især deres fordele og ulemper. Hvilken metode der skal vælges afhænger af det specifikke anvendelsesscenarie og behovene. Når der kræves høj præcision og bred anvendelighed, kan reflukstitrering vælges; når der kræves hurtige resultater, eller et stort antal vandprøver behandles, er den hurtige metode et godt valg.
Lianhua, som producent af vandkvalitetsmålinginstrumenter i 42 år, har udviklet en 20-minuttersCOD hurtig fordøjelsesspekfotometriMetoden. Efter et stort antal eksperimentelle sammenligninger har den været i stand til at opnå en fejl på mindre end 5% og har fordelene ved enkel betjening, hurtige resultater, lave omkostninger og kort tid.
Opslagstidspunkt: 07. juni 2024
