Химическая потребность в кислороде

В области химии окружающей среды , то химическое потребление кислорода ( ХПК ) является показателем мера количества кислорода , который может потребляться реакций в измеренным растворе . Обычно это выражается в массе кислорода, потребляемого над объемом раствора, который в единицах СИ составляет миллиграммы на литр ( мг / л ). Тест на ХПК можно использовать для простого количественного определения количества органических веществ в воде . Чаще всего ХПК используется для количественного определения количества окисляемых загрязнителей, обнаруженных в поверхностных водах.(например, озера и реки ) или сточные воды . ХПК полезен с точки зрения качества воды, поскольку он предоставляет метрику для определения эффекта, который сточные воды будут оказывать на принимающий организм, подобно биохимической потребности в кислороде (БПК) .

Обзор [ править ]

Основанием для теста COD является то, что почти все органические соединения могут быть полностью окислены до диоксида углерода с помощью сильного окислителя в кислых условиях. Количество кислорода, необходимое для окисления органического соединения до диоксида углерода, аммиака и воды, определяется по формуле:

${\displaystyle {\mbox{C}}_{n}{\mbox{H}}_{a}{\mbox{O}}_{b}{\mbox{N}}_{c}+\left(n+{\frac {a}{4}}-{\frac {b}{2}}-{\frac {3}{4}}c\right){\mbox{O}}_{2}\rightarrow n{\mbox{CO}}_{2}+\left({\frac {a}{2}}-{\frac {3}{2}}c\right){\mbox{H}}_{2}{\mbox{O}}+c{\mbox{NH}}_{3}}$

Это выражение не включает потребность в кислороде, вызванную нитрификацией , окислением аммиака до нитрата :

${\displaystyle {\mbox{N}}{\mbox{H}}_{3}+2{\mbox{O}}_{2}\rightarrow {\mbox{N}}{\mbox{O}}_{3}^{-}+{\mbox{H}}_{3}{\mbox{O}}^{+}}$

Дихромат , окислитель для определения ХПК, не окисляет аммиак до нитрата, поэтому нитрификация не включена в стандартный тест ХПК.

Международная организация по стандартизации описывает стандартный метод измерения химической потребности в кислороде в ISO 6060 [1] .

Использование дихромата калия [ править ]

Дихромат калия является сильным окислителем в кислой среде. Кислотность обычно достигается добавлением серной кислоты . Реакция дихромата калия с органическими соединениями определяется по формуле:

${\displaystyle {\ce {C}}_{n}{\ce {H}}_{a}{\ce {O}}_{b}{\ce {N}}_{c}\ +\ d{\ce {Cr2O7^2-}}\ +\ (8d\ +\ c){\ce {H+ ->}}n{\ce {CO2}}\ +\ {\frac {a+8d-3c}{2}}{\ce {H2O}}\ +\ c{\ce {NH4+}}\ +2d{\ce {Cr^3+}}}$

где . Чаще всего для определения ХПК используется 0,25 н. Раствор дихромата калия, хотя для образцов с ХПК ниже 50 мг / л предпочтительна более низкая концентрация дихромата калия.${\displaystyle d=2n/3+a/6-b/3-c/2}$

В процессе окисления органических веществ, обнаруженных в пробе воды, дихромат калия восстанавливается (поскольку во всех окислительно-восстановительных реакциях один реагент окисляется, а другой восстанавливается), образуя Cr ³⁺ . Количество Cr ³⁺ определяется после завершения окисления и используется как косвенная мера содержания органических веществ в пробе воды.

Измерение превышения [ править ]

Для полного окисления всего органического вещества должно присутствовать избыточное количество дихромата калия (или любого окислителя). После завершения окисления необходимо измерить количество избыточного дихромата калия, чтобы гарантировать ^точное определение количества Cr ³⁺ . Чтобы сделать это, избыток дихромата калия титруют с аммоний сульфат железа (ФАС) , пока все избытка окислителя , было уменьшено до Cr ³⁺ . Обычно ферроин, индикатор окисления-восстановления, также добавляют на этой стадии титрования. После того, как весь избыток дихромата будет уменьшен, индикатор ферроина изменится с сине-зеленого на красновато-коричневый. Количество сульфата двухвалентного аммониядобавлено эквивалентно количеству избыточного дихромата калия, добавленного к исходному образцу. Примечание: индикатор ферроина имеет ярко-красный цвет из коммерческих источников, но при добавлении к переваренной пробе, содержащей дихромат калия, он приобретает зеленый оттенок. Во время титрования цвет индикатора изменяется от зеленого до ярко-синего до красновато-коричневого по достижении конечной точки. Индикатор ферроина меняет цвет с красного на бледно-голубой при окислении. ^[1]

Приготовление индикаторного реагента ферроина [ править ]

Раствор 1,485 г моногидрата 1,10- фенантролина добавляют к раствору 695 мг FeSO ₄ · 7H ₂ O в дистиллированной воде, и полученный раствор красного цвета разбавляют до 100 мл.

Расчеты [ править ]

Для расчета наложенного платежа используется следующая формула:

${\displaystyle \mathrm {COD} ={\frac {8000(b-s)n}{\text{sample volume}}}}$

где b - объем FAS, использованный в холостом образце, s - объем FAS в исходном образце, а n - нормальность FAS. Если для измерения объема последовательно используются миллилитры, результат расчета ХПК будет выражен в мг / л.

ХПК также можно оценить по концентрации окисляемого соединения в образце на основе его стехиометрической реакции с кислородом с образованием CO ₂ (предположим, что весь C переходит в CO ₂ ), H ₂ O (предположим, что весь H переходит в H ₂ O) , и NH ₃ (предположим, что весь N переходит в NH ₃ ) по следующей формуле:

COD = ( C / FW) · (RMO) · 32

Где

C = Концентрация окисляемого соединения в образце,

FW = Формульная масса окисляемого соединения в образце,

RMO = отношение количества молей кислорода к количеству молей окисляемого соединения в их реакции на CO ₂ , воду и аммиак.

Например, если образец содержит 500 Wppm (весовых частей на миллион) фенола:

С ₆ Н ₅ ОН + 7O ₂ → 6CO ₂ + 3H ₂ O

ХПК = (500/94) · 7 · 32 = 1191 Вт / млн

Неорганическое вмешательство [ править ]

Некоторые пробы воды содержат высокие уровни окисляемых неорганических материалов, которые могут помешать определению ХПК. Из - за его высокой концентрации в большинстве сточных вод , хлорид часто является наиболее серьезным источником помех. Его реакция с дихроматом калия протекает по уравнению:

${\displaystyle \mathrm {6Cl^{-}+Cr_{2}O_{7}^{2-}+14H^{+}\rightarrow 3Cl_{2}+2Cr^{3+}+7H_{2}O} }$

Перед добавлением других реагентов к образцу можно добавить сульфат ртути, чтобы устранить влияние хлоридов.

В следующей таблице перечислены другие неорганические вещества, которые могут вызывать помехи. В таблице также перечислены химические вещества, которые можно использовать для устранения такого вмешательства, и соединения, образующиеся при удалении неорганической молекулы.

Правительственное постановление [ править ]

Многие правительства вводят строгие правила в отношении максимально допустимого химического потребления кислорода в сточных водах, прежде чем они могут быть возвращены в окружающую среду. Например, в Швейцарии необходимо достичь максимальной потребности в кислороде от 200 до 1000 мг / л, прежде чем сточные воды или промышленная вода могут быть возвращены в окружающую среду [2] .

История [ править ]

В течение многих лет для измерения химической потребности в кислороде использовался сильный окислитель перманганат калия ( K Mn O ₄ ). Измерения были вызваны потреблением кислорода из перманганата, а не потребностью в кислороде органических веществ. Эффективность перманганата калия в окислении органических соединений широко варьировалась, и во многих случаях измерения биохимической потребности в кислороде (БПК) часто были намного выше, чем результаты измерений ХПК. Это указывает на то, что перманганат калия не способен эффективно окислять все органические соединения в воде, что делает его относительно плохим окислителем для определения ХПК.

С тех пор другие окислители , такие как цери сульфат , йодат калия и дихромата калия , были использованы для определения ХПК. Из них дихромат калия ( K 2 Cr 2 O 7 ) оказался наиболее эффективным: он относительно дешев, легко очищается и способен почти полностью окислять почти все органические соединения.

В этих методах к пробе анализируемого раствора добавляется фиксированный объем с известным избыточным количеством окислителя. После стадии разложения при кипячении с обратным холодильником начальная концентрация органических веществ в образце рассчитывается на основе титриметрического или спектрофотометрического определения окислителя, все еще оставшегося в образце. Как и во всех колориметрических методах , для контроля загрязнения посторонними материалами используются бланки .

См. Также [ править ]

• Биохимическая потребность в кислороде  - количество растворенного кислорода, необходимое аэробным биологическим организмам для разложения органического материала.
• Углеродистая биохимическая потребность в кислороде
• Теоретическая потребность в кислороде
• Показатели качества сточных вод рассматривают как БПК, так и ХПК как меры качества воды.

Ссылки [ править ]

Цитаты [ править ]

Источники [ править ]

Внешние ссылки [ править ]

• ISO 6060: Качество воды - Определение химической потребности в кислороде