Kemisk syreförbrukning kallas även kemisk syreförbrukning (kemisk syreförbrukning), kallad COD. Det är användningen av kemiska oxidanter (såsom kaliumpermanganat) för att oxidera och sönderdela oxiderbara ämnen i vatten (såsom organiskt material, nitrit, järnhaltigt salt, sulfid, etc.), och sedan beräkna syreförbrukningen baserat på mängden kvarvarande oxidant. Liksom biokemisk syreförbrukning (BOD) är det en viktig indikator på vattenföroreningar. Enheten för COD är ppm eller mg/L. Ju mindre värde, desto mindre vattenförorening.
De reducerande ämnena i vatten inkluderar olika organiska ämnen, nitrit, sulfid, järnhaltigt salt, etc. Men det viktigaste är organiskt material. Därför används ofta kemisk syreförbrukning (COD) som en indikator för att mäta mängden organiskt material i vatten. Ju större den kemiska syreförbrukningen är, desto allvarligare blir vattenföroreningen av organiskt material. Bestämningen av kemisk syreförbrukning (COD) varierar beroende på bestämning av reducerande ämnen i vattenprover och bestämningsmetod. De vanligaste metoderna för närvarande är den sura kaliumpermanganatoxidationsmetoden och kaliumdikromatoxidationsmetoden. Kaliumpermanganatmetoden (KMnO4) har en låg oxidationshastighet, men är relativt enkel. Den kan användas för att bestämma det relativa jämförelsevärdet av det organiska innehållet i vattenprover och rena ytvatten- och grundvattenprover. Kaliumdikromatmetoden (K2Cr2O7) har en hög oxidationshastighet och god reproducerbarhet. Den är lämplig för att bestämma den totala mängden organiskt material i vattenprover vid avloppsvattenövervakning.
Organiskt material är mycket skadligt för industriella vattensystem. Vatten som innehåller en stor mängd organiskt material förorenar jonbytarhartser när det passerar genom avsaltningssystemet, särskilt anjonbytarhartser, vilket minskar hartsets utbyteskapacitet. Organiskt material kan minskas med cirka 50 % efter förbehandling (koagulering, klarning och filtrering), men det kan inte avlägsnas i avsaltningssystemet, så det förs ofta in i pannan via matarvattnet, vilket minskar pannvattnets pH-värde. Ibland kan organiskt material också föras in i ångsystemet och kondensera vattnet, vilket minskar pH-värdet och orsakar systemkorrosion. Hög halt organiskt material i det cirkulerande vattensystemet främjar mikrobiell reproduktion. Oavsett om det gäller avsaltning, pannvatten eller cirkulerande vattensystem, ju lägre COD, desto bättre, men det finns inget enhetligt gränsvärde. När COD (KMnO4-metoden) > 5 mg/L i det cirkulerande kylvattensystemet har vattenkvaliteten börjat försämras.
Kemisk syreförbrukning (COD) är en mätindikator på i vilken grad vatten är rikt på organiskt material, och det är också en av de viktiga indikatorerna för att mäta graden av vattenförorening. Med utvecklingen av industrialiseringen och befolkningsökningen blir vattendrag mer och mer förorenade, och utvecklingen av COD-detektering har gradvis förbättrats.
Ursprunget till COD-detektion kan spåras tillbaka till 1850-talet, då problem med vattenföroreningar hade väckt människors uppmärksamhet. Ursprungligen användes COD som en indikator på sura drycker för att mäta koncentrationen av organiskt material i drycker. Eftersom en komplett mätmetod inte hade etablerats vid den tidpunkten, fanns det dock ett stort fel i bestämningsresultaten av COD.
I början av 1900-talet, med utvecklingen av moderna kemiska analysmetoder, förbättrades gradvis detekteringsmetoden för COD. År 1918 definierade den tyske kemisten Hasse COD som den totala mängden organiskt material som förbrukas genom oxidation i en sur lösning. Därefter föreslog han en ny COD-bestämningsmetod, som går ut på att använda en högkoncentrerad kromdioxidlösning som oxidationsmedel. Denna metod kan effektivt oxidera organiskt material till koldioxid och vatten, och mäta förbrukningen av oxidanter i lösningen före och efter oxidation för att bestämma COD-värdet.
Emellertid har bristerna med denna metod gradvis framkommit. För det första är beredningen och driften av reagensen relativt komplicerade, vilket ökar experimentets svårighetsgrad och tidskrävande effekt. För det andra är högkoncentrerade kromdioxidlösningar skadliga för miljön och inte gynnsamma för praktiska tillämpningar. Därför har efterföljande studier gradvis sökt en enklare och mer exakt COD-bestämningsmetod.
På 1950-talet uppfann den holländska kemisten Friis en ny COD-bestämningsmetod, som använder persvavelsyra med hög koncentration som oxidationsmedel. Denna metod är enkel att använda och har hög noggrannhet, vilket avsevärt förbättrar effektiviteten vid COD-detektering. Användningen av persvavelsyra har dock också vissa säkerhetsrisker, så det är fortfarande nödvändigt att vara uppmärksam på driftssäkerheten.
Därefter, med den snabba utvecklingen av instrumentteknik, har COD-bestämningsmetoden gradvis uppnått automatisering och intelligens. På 1970-talet dök den första automatiska COD-analysatorn upp, som kan realisera helautomatisk bearbetning och detektion av vattenprover. Detta instrument förbättrar inte bara noggrannheten och stabiliteten i COD-bestämningen, utan förbättrar också arbetseffektiviteten avsevärt.
I takt med ökad miljömedvetenhet och förbättring av myndighetskrav optimeras även metoden för detektion av COD kontinuerligt. Under senare år har utvecklingen av fotoelektrisk teknik, elektrokemiska metoder och biosensorteknik främjat innovationen inom COD-detektionsteknik. Till exempel kan fotoelektrisk teknik bestämma COD-innehållet i vattenprover genom att ändra fotoelektriska signaler, med kortare detektionstid och enklare drift. Den elektrokemiska metoden använder elektrokemiska sensorer för att mäta COD-värden, vilket har fördelarna med hög känslighet, snabb respons och inget behov av reagenser. Biosensorteknik använder biologiska material för att specifikt detektera organiskt material, vilket förbättrar noggrannheten och specificiteten för COD-bestämningen.
COD-detektionsmetoder har genomgått en utvecklingsprocess från traditionell kemisk analys till modern instrumentering, fotoelektrisk teknik, elektrokemiska metoder och biosensorteknik under de senaste decennierna. Med framstegen inom vetenskap och teknik och den ökande efterfrågan förbättras och förnyas COD-detektionstekniken fortfarande. I framtiden kan man förutse att i takt med att människor ägnar mer uppmärksamhet åt miljöföroreningsfrågor kommer COD-detektionstekniken att utvecklas ytterligare och bli en snabbare, mer exakt och tillförlitlig metod för vattenkvalitetsdetektering.
För närvarande använder laboratorier huvudsakligen följande två metoder för att detektera COD.
1. COD-bestämningsmetod
Kaliumdikromatstandardmetod, även känd som återflödesmetod (Folkrepubliken Kinas nationella standard)
(I) Princip
Tillsätt en viss mängd kaliumdikromat och katalysatorsilversulfat till vattenprovet, värm och återloppskoka under en viss tid i ett starkt surt medium, en del av kaliumdikromatet reduceras av de oxiderbara ämnena i vattenprovet, och resterande kaliumdikromat titreras med ammoniumjärnsulfat. COD-värdet beräknas baserat på mängden förbrukad kaliumdikromat.
Eftersom denna standard formulerades 1989 finns det många nackdelar med att mäta den med den nuvarande standarden:
1. Det tar för lång tid, och varje prov behöver kokas under återflöde i 2 timmar;
2. Refluxutrustningen upptar ett stort utrymme, vilket gör batchbestämning svår;
3. Analyskostnaden är hög, särskilt för silversulfat;
4. Under bestämningsprocessen är slöseriet med återflödesvatten otroligt;
5. Giftiga kvicksilversalter är benägna att orsaka sekundär förorening;
6. Mängden reagens som används är stor och kostnaden för förbrukningsvaror är hög;
7. Testprocessen är komplicerad och inte lämplig för marknadsföring.
(II) Utrustning
1. 250 ml refluxanordning i helglas
2. Värmeanordning (elektrisk ugn)
3. 25 ml eller 50 ml syrabyrett, konisk kolv, pipett, mätkolv etc.
(III) Reagenser
1. Kaliumdikromatstandardlösning (c1/6K2Cr2O7=0,2500 mol/L)
2. Ferrocyanatindikatorlösning
3. Standardlösning av ammoniumjärnsulfat [c(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≈0,1 mol/L] (kalibrera före användning)
4. Svavelsyra-silversulfatlösning
Kaliumdikromat standardmetod
(IV) Bestämningssteg
Kalibrering av ammoniumjärnsulfat: Pipettera noggrant 10,00 ml kaliumdikromatstandardlösning i en 500 ml konisk kolv, späd till cirka 110 ml med vatten, tillsätt långsamt 30 ml koncentrerad svavelsyra och skaka väl. Efter kylning, tillsätt 3 droppar ferrocyanatindikatorlösning (cirka 0,15 ml) och titrera med ammoniumjärnsulfatlösning. Slutpunkten är när lösningens färg ändras från gul till blågrön till rödbrun.
(V) Bestämning
Ta 20 ml vattenprov (ta vid behov mindre och tillsätt vatten till 20 eller späd ut före provtagning), tillsätt 10 ml kaliumdikromat, anslut återflödesanordningen och tillsätt sedan 30 ml svavelsyra och silversulfat, värm och återflödeskoka i 2 timmar. Efter kylning, skölj kondensorrörets väggar med 90,00 ml vatten och ta bort den koniska kolven. Efter att lösningen har svalnat igen, tillsätt 3 droppar järnsyraindikatorlösning och titrera med ammoniumjärnsulfatstandardlösning. Lösningens färg ändras från gul till blågrön till rödbrun, vilket är slutpunkten. Registrera mängden ammoniumjärnsulfatstandardlösning. Medan du mäter vattenprovet, ta 20,00 ml omdestillerat vatten och utför ett blindförsök enligt samma steg. Registrera mängden ammoniumjärnsulfatstandardlösning som användes i blindtitreringen.
Kaliumdikromat standardmetod
(VI) Beräkning
CODCr(O2, mg/L)=[8×1000(V0-V1)·C]/V
(VII) Försiktighetsåtgärder
1. Den maximala mängden kloridjon som komplexbinds med 0,4 g kvicksilversulfat kan nå 40 mg. Om ett vattenprov på 20,00 ml tas kan den maximala kloridjonkoncentrationen på 2000 mg/L komplexbindas. Om koncentrationen av kloridjoner är låg kan en liten mängd kvicksilversulfat tillsättas för att bibehålla kvicksilversulfat: kloridjoner = 10:1 (W/W). Om en liten mängd kvicksilverklorid fälls ut påverkar det inte bestämningen.
2. Intervallet för COD som bestäms med denna metod är 50–500 mg/L. För vattenprover med en kemisk syreförbrukning på mindre än 50 mg/L bör istället 0,0250 mol/L kaliumdikromatstandardlösning användas. 0,01 mol/L ammoniumjärnsulfatstandardlösning bör användas för återtitrering. För vattenprover med COD större än 500 mg/L, späd dem före bestämning.
3. Efter att vattenprovet har värmts upp och återloppskokats bör den återstående mängden kaliumdikromat i lösningen vara 1/5–4/5 av den tillsatta mängden.
4. När man använder en standardlösning av kaliumväteftalat för att kontrollera reagentets kvalitet och driftteknik, eftersom den teoretiska CODCr för varje gram kaliumväteftalat är 1,176 g, löses 0,4251 g kaliumväteftalat (HOOCC6H4COOK) i omdestillerat vatten, överförs till en 1000 ml mätkolv och späds ut till märket med omdestillerat vatten för att få en standardlösning på 500 mg/L CODcr. Bered den färsk när den används.
5. Resultatet av CODCr-bestämningen ska behålla fyra signifikanta siffror.
6. Under varje experiment bör standardtitreringslösningen med ammoniumjärnsulfat kalibreras, och koncentrationsförändringen bör vara särskilt uppmärksam när rumstemperaturen är hög. (Du kan också tillsätta 10,0 ml kaliumdikromatstandardlösning till blankprovet efter titrering och titrera med ammoniumjärnsulfat till slutpunkten.)
7. Vattenprovet bör hållas färskt och mätas så snart som möjligt.
Fördelar:
Hög noggrannhet: Refluxtitrering är en klassisk COD-bestämningsmetod. Efter en lång period av utveckling och verifiering har dess noggrannhet blivit allmänt erkänd. Den kan mer exakt återspegla det faktiska innehållet av organiskt material i vatten.
Bred tillämpning: Denna metod är lämplig för olika typer av vattenprover, inklusive organiskt avloppsvatten med hög och låg koncentration.
Driftspecifikationer: Det finns detaljerade driftsstandarder och processer som är praktiska för operatörer att behärska och implementera.
Nackdelar:
Tidskrävande: Refluxtitrering tar vanligtvis flera timmar för att slutföra bestämningen av ett prov, vilket uppenbarligen inte är gynnsamt i situationer där resultat behöver erhållas snabbt.
Hög reagensförbrukning: Denna metod kräver användning av fler kemiska reagenser, vilket inte bara är kostsamt utan också förorenar miljön i viss mån.
Komplex operation: Operatören behöver ha viss kemisk kunskap och experimentella färdigheter, annars kan det påverka noggrannheten i bestämningsresultaten.
2. Snabb matsmältningsspektrofotometri
(I) Princip
Provet tillsätts en känd mängd kaliumdikromatlösning i ett starkt svavelsyramedium med silversulfat som katalysator, och efter högtemperaturuppslutning bestäms COD-värdet med fotometrisk utrustning. Eftersom denna metod har kort bestämningstid, liten sekundärförorening, liten reagensvolym och låg kostnad, använder de flesta laboratorier för närvarande denna metod. Denna metod har dock en hög instrumentkostnad och en låg användningskostnad, vilket är lämpligt för långvarig användning av COD-enheter.
(II) Utrustning
Utländsk utrustning utvecklades tidigare, men priset är mycket högt och bestämningstiden är lång. Reagenspriset är generellt sett oöverkomligt för användare och noggrannheten är inte särskilt hög, eftersom övervakningsstandarderna för utländska instrument skiljer sig från de i mitt land, främst på grund av att vattenreningsnivån och hanteringssystemet i utlandet skiljer sig från de i mitt land. Snabbspektrofotometrimetoden för nedbrytning är huvudsakligen baserad på de vanliga metoderna för inhemska instrument. Den katalytiska snabbbestämningen av COD är formuleringsstandarden för denna metod. Den uppfanns redan i början av 1980-talet. Efter mer än 30 års tillämpning har den blivit standarden inom miljöskyddsindustrin. Det inhemska 5B-instrumentet har använts i stor utsträckning inom vetenskaplig forskning och officiell övervakning. Inhemska instrument har använts i stor utsträckning på grund av sina prisfördelar och snabba eftermarknadsservice.
(III) Bestämningssteg
Ta 2,5 ml prov – tillsätt reagens – låt verka i 10 minuter – låt svalna i 2 minuter – häll i den kolorimetriska skålen – displayen visar direkt provets COD-koncentration.
(IV) Försiktighetsåtgärder
1. Vattenprover med hög klorhalt bör använda reagens med hög klorhalt.
2. Avloppsvätskan är cirka 10 ml, men den är mycket sur och bör samlas upp och bearbetas.
3. Se till att kyvettens ljusgenomsläppliga yta är ren.
Fördelar:
Snabb hastighet: Den snabba metoden tar vanligtvis bara några minuter till mer än tio minuter för att slutföra bestämningen av ett prov, vilket är mycket lämpligt för situationer där resultat behöver erhållas snabbt.
Mindre reagensförbrukning: Jämfört med refluxtitreringsmetoden använder snabbmetoden färre kemiska reagenser, har lägre kostnader och mindre miljöpåverkan.
Enkel användning: Driftstegen för den snabba metoden är relativt enkla, och operatören behöver inte ha alltför höga kemiska kunskaper och experimentella färdigheter.
Nackdelar:
Något lägre noggrannhet: Eftersom den snabba metoden vanligtvis använder några förenklade kemiska reaktioner och mätmetoder, kan dess noggrannhet vara något lägre än refluxtitreringsmetoden.
Begränsat användningsområde: Snabbmetoden är huvudsakligen lämplig för bestämning av organiskt avloppsvatten med låg koncentration. För avloppsvatten med hög koncentration kan bestämningsresultaten påverkas kraftigt.
Påverkad av interferensfaktorer: Den snabba metoden kan ge stora fel i vissa specialfall, till exempel när det finns vissa interfererande ämnen i vattenprovet.
Sammanfattningsvis har både återflödestitreringsmetoden och snabbmetoden sina egna fördelar och nackdelar. Vilken metod man ska välja beror på det specifika tillämpningsscenariot och behoven. När hög precision och bred tillämpbarhet krävs kan återflödestitrering väljas; när snabba resultat krävs eller ett stort antal vattenprover bearbetas är snabbmetoden ett bra val.
Lianhua, som tillverkare av instrument för vattenkvalitetstestning i 42 år, har utvecklat en 20-minutersCOD snabb nedbrytningsspekfotometriMetoden. Efter ett stort antal experimentella jämförelser har den kunnat uppnå ett fel på mindre än 5 % och har fördelarna med enkel drift, snabba resultat, låg kostnad och kort tid.
Publiceringstid: 7 juni 2024
