Химическая потребность в кислороде также называется химической потребностью в кислороде (химическая потребность в кислороде), называемой ХПК. Это использование химических окислителей (таких как перманганат калия) для окисления и разложения окисляемых веществ в воде (таких как органические вещества, нитрит, соли железа, сульфид и т. д.), а затем расчет потребления кислорода исходя из количества остаточного окислитель. Как и биохимическая потребность в кислороде (БПК), это важный индикатор загрязнения воды. Единицей ХПК является ppm или мг/л. Чем меньше значение, тем меньше загрязнение воды.
К восстанавливающим веществам в воде относятся различные органические вещества, нитрит, сульфид, соли железа и т. д. Но главным из них является органическое вещество. Поэтому химическая потребность в кислороде (ХПК) часто используется в качестве индикатора для измерения количества органических веществ в воде. Чем больше химическая потребность в кислороде, тем серьезнее загрязнение воды органическими веществами. Определение химической потребности в кислороде (ХПК) зависит от определения восстанавливающих веществ в пробах воды и метода определения. Наиболее распространенными в настоящее время методами являются метод окисления кислым перманганатом калия и метод окисления дихромата калия. Метод с перманганатом калия (KMnO4) имеет низкую скорость окисления, но относительно прост. Его можно использовать для определения относительного сравнительного значения содержания органических веществ в пробах воды и пробах чистых поверхностных и подземных вод. Метод с бихроматом калия (K2Cr2O7) имеет высокую скорость окисления и хорошую воспроизводимость. Он подходит для определения общего количества органических веществ в пробах воды при мониторинге сточных вод.
Органические вещества очень вредны для промышленных водных систем. Вода, содержащая большое количество органических веществ, будет загрязнять ионообменные смолы при прохождении через систему обессоливания, особенно анионообменные смолы, что снизит обменную емкость смолы. Органические вещества можно уменьшить примерно на 50% после предварительной обработки (коагуляции, осветления и фильтрации), но их невозможно удалить в системе обессоливания, поэтому они часто попадают в котел с питательной водой, что снижает значение pH котла. вода. Иногда органические вещества также могут попадать в паровую систему и конденсатную воду, что снижает уровень pH и вызывает коррозию системы. Высокое содержание органических веществ в системе оборотного водоснабжения будет способствовать размножению микробов. Поэтому, будь то опреснение, котловая вода или система оборотного водоснабжения, чем ниже ХПК, тем лучше, но единого предельного индекса не существует. При ХПК (метод KMnO4) > 5 мг/л в системе оборотной охлаждающей воды качество воды начало ухудшаться.
Химическая потребность в кислороде (ХПК) является показателем степени обогащения воды органическими веществами, а также одним из важных показателей для измерения степени загрязнения воды. С развитием индустриализации и ростом населения водные объекты становятся все более загрязненными, а развитие обнаружения ХПК постепенно улучшается.
Истоки обнаружения ХПК можно отнести к 1850-м годам, когда проблемы загрязнения воды привлекли внимание людей. Первоначально ХПК использовался в качестве индикатора кислых напитков для измерения концентрации органических веществ в напитках. Однако, поскольку в то время не был разработан полноценный метод измерения, в результатах определения ХПК была большая ошибка.
В начале 20 века, с развитием современных методов химического анализа, метод обнаружения ХПК постепенно совершенствовался. В 1918 году немецкий химик Хассе определил ХПК как общее количество органических веществ, потребляемых при окислении в кислом растворе. Впоследствии он предложил новый метод определения ХПК, заключающийся в использовании в качестве окислителя раствора диоксида хрома высокой концентрации. Этот метод позволяет эффективно окислять органические вещества до углекислого газа и воды, а также измерять потребление окислителей в растворе до и после окисления для определения значения ХПК.
Однако постепенно выявились недостатки этого метода. Во-первых, приготовление и эксплуатация реагентов относительно сложны, что увеличивает сложность и длительность эксперимента. Во-вторых, растворы диоксида хрома высокой концентрации вредны для окружающей среды и не пригодны для практического применения. Поэтому последующие исследования постепенно привели к поиску более простого и точного метода определения ХПК.
В 1950-х годах голландский химик Фриис изобрел новый метод определения ХПК, в котором в качестве окислителя используется надсерная кислота высокой концентрации. Этот метод прост в эксплуатации и обладает высокой точностью, что значительно повышает эффективность обнаружения ХПК. Однако использование надсерной кислоты также имеет определенные риски для безопасности, поэтому все же необходимо уделять внимание безопасности эксплуатации.
Впоследствии, с быстрым развитием приборостроительной техники, метод определения ХПК постепенно стал автоматизированным и интеллектуальным. В 1970-х годах появился первый автоматический анализатор ХПК, который может осуществлять полностью автоматическую обработку и обнаружение проб воды. Этот прибор не только повышает точность и стабильность определения ХПК, но и значительно повышает эффективность работы.
С повышением экологической осведомленности и совершенствованием нормативных требований метод обнаружения ХПК также постоянно оптимизируется. В последние годы развитие фотоэлектрических технологий, электрохимических методов и биосенсорных технологий способствовало внедрению инноваций в технологии обнаружения ХПК. Например, фотоэлектрическая технология позволяет определять содержание ХПК в пробах воды по изменению фотоэлектрических сигналов, что обеспечивает более короткое время обнаружения и более простую эксплуатацию. Электрохимический метод использует электрохимические датчики для измерения значений ХПК, преимущества которых заключаются в высокой чувствительности, быстром реагировании и отсутствии необходимости в реагентах. Биосенсорная технология использует биологические материалы для специфического обнаружения органических веществ, что повышает точность и специфичность определения ХПК.
За последние несколько десятилетий методы обнаружения ХПК претерпели процесс развития от традиционного химического анализа до современных приборов, фотоэлектрических технологий, электрохимических методов и биосенсорных технологий. С развитием науки и техники и увеличением спроса технология обнаружения ХПК все еще совершенствуется и внедряется. Можно предвидеть, что в будущем, поскольку люди будут уделять больше внимания проблемам загрязнения окружающей среды, технология обнаружения ХПК будет развиваться дальше и станет более быстрым, точным и надежным методом определения качества воды.
В настоящее время в лабораториях в основном используются следующие два метода обнаружения ХПК.
1. Метод определения ХПК
Стандартный метод дихромата калия, также известный как метод рефлюкса (Национальный стандарт Китайской Народной Республики)
(I) Принцип
К пробе воды добавляют определенное количество дихромата калия и катализатора сернокислого серебра, нагревают и кипятят с обратным холодильником в течение определенного периода времени в сильнокислой среде, часть дихромата калия восстанавливается за счет окисляющихся веществ в пробе воды, а оставшаяся часть Бихромат калия титруют сернокислым железом аммония. Значение ХПК рассчитывается на основе количества потребленного дихромата калия.
Поскольку этот стандарт был сформулирован в 1989 году, его измерение с помощью действующего стандарта имеет множество недостатков:
1. Это занимает слишком много времени, и каждую пробу нужно кипятить с обратным холодильником в течение 2 часов;
2. Оборудование для орошения занимает большое пространство, что затрудняет определение партии;
3. Стоимость анализа высока, особенно для сульфата серебра;
4. В процессе определения потери рефлюксной воды огромны;
5. Токсичные соли ртути склонны к вторичному загрязнению;
6. Количество используемых реагентов велико, а стоимость расходных материалов высока;
7. Процесс тестирования сложен и не подходит для продвижения.
(II) Оборудование
1. Цельностеклянный рефлюксный аппарат емкостью 250 мл.
2. Нагревательное устройство (электрическая печь)
3. Кислотная бюретка на 25 или 50 мл, коническая колба, пипетка, мерная колба и т. д.
(III) Реагенты
1. Стандартный раствор дихромата калия (c1/6K2Cr2O7=0,2500моль/л).
2. Индикаторный раствор ферроцианата.
3. Стандартный раствор сульфата железа и аммония [c(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≈0,1моль/л] (откалибровать перед использованием)
4. Серная кислота-сульфат серебра.
Стандартный метод с дихроматом калия
(IV) Этапы определения
Калибровка сульфатом железа и аммония: Аккуратно внесите 10,00 мл стандартного раствора дихромата калия в коническую колбу емкостью 500 мл, разбавьте примерно до 110 мл водой, медленно добавьте 30 мл концентрированной серной кислоты и хорошо встряхните. После охлаждения добавить 3 капли индикаторного раствора ферроцианата (около 0,15 мл) и титровать раствором сульфата железа аммония. Конечная точка – это изменение цвета раствора от желтого до сине-зеленого и красновато-коричневого.
(V) Решимость
Возьмите 20 мл пробы воды (при необходимости возьмите меньше и добавьте воды до 20 или разбавьте ее перед взятием), добавьте 10 мл дихромата калия, подключите обратное устройство, а затем добавьте 30 мл серной кислоты и сульфата серебра, нагрейте и кипятите с обратным холодильником в течение 2 часов. . После охлаждения промойте стенки трубки конденсатора 90,00 мл воды и снимите коническую колбу. После повторного охлаждения раствора добавляют 3 капли индикаторного раствора двухвалентной кислоты и титруют стандартным раствором сульфата железа и аммония. Цвет раствора меняется от желтого до сине-зеленого и до красновато-коричневого, что является конечной точкой. Запишите количество стандартного раствора сульфата железа и аммония. При измерении пробы воды возьмите 20,00 мл бидистиллированной воды и проведите холостой эксперимент в соответствии с теми же этапами. Запишите количество стандартного раствора сульфата железа и аммония, использованного при холостом титровании.
Стандартный метод с дихроматом калия
(VI) Расчет
CODCr(O2, мг/л)=[8×1000(V0-V1)·C]/В
(VII) Меры предосторожности
1. Максимальное количество хлорид-иона в комплексе с 0,4 г сульфата ртути может достигать 40 мг. Если взять пробу воды объемом 20,00 мл, максимальная концентрация хлорид-ионов может составить 2000 мг/л. Если концентрация ионов хлорида низкая, можно добавить небольшое количество сульфата ртути, чтобы сохранить сульфат ртути: ионы хлорида = 10:1 (В/В). Если выпадет небольшое количество хлорида сулемы, это не повлияет на определение.
2. Диапазон ХПК, определяемый этим методом, составляет 50-500мг/л. Для проб воды с химической потребностью в кислороде менее 50 мг/л вместо этого следует использовать стандартный раствор дихромата калия с концентрацией 0,0250 моль/л. Для обратного титрования следует использовать стандартный раствор сульфата железа и железа 0,01 моль/л. Пробы воды с ХПК более 500 мг/л следует разбавить перед определением.
3. После нагревания и кипячения пробы воды оставшееся количество дихромата калия в растворе должно составлять 1/5-4/5 от добавленного количества.
4. При использовании стандартного раствора гидрофталата калия для проверки качества и технологии работы реагента, поскольку теоретический CODCr каждого грамма гидрофталата калия составляет 1,176 г, в бидистиллированной воде растворяют 0,4251 г гидрофталата калия (HOOCC6H4COOK), переносят в мерную колбу емкостью 1000 мл и разбавляют до метки бидистиллированной водой, чтобы получить стандартный раствор CODcr с концентрацией 500 мг/л. Приготовьте его свежим перед использованием.
5. Результат определения CODCr должен содержать четыре значащие цифры.
6. Во время каждого эксперимента стандартный титровальный раствор сульфата железа и аммония следует калибровать, а на изменение концентрации следует обращать особое внимание при высокой комнатной температуре. (Вы также можете добавить 10,0 мл стандартного раствора дихромата калия в бланк после титрования и титровать сульфатом железа аммония до конечной точки.)
7. Пробу воды следует хранить свежей и измерять ее как можно скорее.
Преимущества:
Высокая точность: титрование рефлюкса является классическим методом определения ХПК. После длительного периода разработки и проверки его точность получила широкое признание. Он может более точно отражать фактическое содержание органических веществ в воде.
Широкое применение: этот метод подходит для различных типов проб воды, включая сточные воды с высокой и низкой концентрацией органических веществ.
Технические характеристики эксплуатации: существуют подробные стандарты и процессы эксплуатации, которые операторам удобно освоить и внедрить.
Недостатки:
Требует много времени: титрование с обратным холодильником обычно занимает несколько часов для завершения определения образца, что, очевидно, не способствует ситуации, когда результаты необходимо получить быстро.
Высокий расход реагентов: этот метод требует использования большего количества химических реагентов, что не только дорого, но и в определенной степени загрязняет окружающую среду.
Сложная операция: оператор должен обладать определенными химическими знаниями и экспериментальными навыками, в противном случае это может повлиять на точность результатов определения.
2. Спектрофотометрия быстрого расщепления.
(I) Принцип
К пробе добавляют известное количество раствора дихромата калия в среде сильной серной кислоты с использованием сульфата серебра в качестве катализатора и после высокотемпературного разложения определяют значение ХПК с помощью фотометрического оборудования. Поскольку этот метод имеет короткое время определения, малое вторичное загрязнение, небольшой объем реагента и низкую стоимость, в настоящее время большинство лабораторий используют этот метод. Однако этот метод имеет высокую стоимость инструмента и низкую стоимость использования, что подходит для длительного использования устройств ХПК.
(II) Оборудование
Зарубежное оборудование разрабатывалось раньше, но цена очень высокая, а сроки определения большие. Цена реагента, как правило, недоступна для пользователей, а точность не очень высока, поскольку стандарты мониторинга зарубежных приборов отличаются от стандартов в моей стране, главным образом потому, что уровень очистки воды и система управления в зарубежных странах отличаются от тех, которые используются в моей стране. страна; Метод спектрофотометрии быстрого расщепления в основном основан на обычных методах отечественных приборов. Каталитическое быстрое определение ХПК является стандартом рецептуры этого метода. Его изобрели еще в начале 1980-х годов. После более чем 30-летнего применения он стал стандартом в области защиты окружающей среды. Отечественный прибор 5Б широко используется в научных исследованиях и официальном мониторинге. Отечественные инструменты получили широкое распространение благодаря ценовым преимуществам и своевременному послепродажному обслуживанию.
(III) Этапы определения
Возьмите образец объемом 2,5 мл — добавьте реагент — переварите в течение 10 минут — — охладите в течение 2 минут — — вылейте в колориметрическую чашку — — на дисплее оборудования напрямую отображается концентрация ХПК в образце.
(IV) Меры предосторожности
1. Для проб воды с высоким содержанием хлора следует использовать реагент с высоким содержанием хлора.
2. Объем отработанной жидкости составляет около 10 мл, но она очень кислая, поэтому ее необходимо собирать и перерабатывать.
3. Убедитесь, что светопропускающая поверхность кюветы чистая.
Преимущества:
Высокая скорость: быстрый метод обычно занимает от нескольких минут до более десяти минут для завершения определения образца, что очень подходит для ситуаций, когда результаты необходимо получить быстро.
Меньший расход реагентов: по сравнению с методом обратного титрования при быстром методе используется меньше химических реагентов, он имеет более низкие затраты и оказывает меньшее воздействие на окружающую среду.
Простота эксплуатации: этапы работы быстрого метода относительно просты, и оператору не требуется слишком высоких химических знаний и экспериментальных навыков.
Недостатки:
Немного более низкая точность: поскольку быстрый метод обычно использует некоторые упрощенные химические реакции и методы измерения, его точность может быть немного ниже, чем метод титрования с обратным холодильником.
Ограниченная область применения: Экспресс-метод в основном подходит для определения органических сточных вод с низкой концентрацией. В случае сточных вод с высокой концентрацией результаты их определения могут существенно ухудшиться.
Влияние мешающих факторов: Экспресс-метод может давать большие ошибки в некоторых особых случаях, например, когда в пробе воды присутствуют определенные мешающие вещества.
Таким образом, метод титрования с обратным холодильником и быстрый метод имеют свои преимущества и недостатки. Какой метод выбрать, зависит от конкретного сценария применения и потребностей. Когда требуется высокая точность и широкая применимость, можно выбрать титрование с обратным холодильником; когда требуются быстрые результаты или обрабатывается большое количество проб воды, быстрый метод является хорошим выбором.
Компания Lianhua, производитель приборов для проверки качества воды на протяжении 42 лет, разработала 20-минутный тест.Спектрофотометрия быстрого расщепления ХПКметод. После большого количества экспериментальных сравнений удалось достичь погрешности менее 5%, а преимущества заключаются в простоте эксплуатации, быстрых результатах, низкой стоимости и коротком времени.
Время публикации: 7 июня 2024 г.
