Vývoj detekcie chemickej spotreby kyslíka (CHSK).

Chemická spotreba kyslíka sa tiež nazýva chemická spotreba kyslíka (chemická spotreba kyslíka), označovaná ako CHSK. Ide o použitie chemických oxidantov (napríklad manganistanu draselného) na oxidáciu a rozklad oxidovateľných látok vo vode (ako sú organické látky, dusitany, železnaté soli, sulfidy atď.) a následný výpočet spotreby kyslíka na základe množstva zvyškov oxidant. Podobne ako biochemická spotreba kyslíka (BSK) je dôležitým indikátorom znečistenia vody. Jednotkou CHSK je ppm alebo mg/l. Čím je hodnota menšia, tým je znečistenie vody ľahšie.
Medzi redukujúce látky vo vode patria rôzne organické látky, dusitany, sulfidy, železnaté soli atď. Ale hlavnou sú organické látky. Preto sa chemická spotreba kyslíka (CHSK) často používa ako indikátor na meranie množstva organických látok vo vode. Čím väčšia je chemická spotreba kyslíka, tým vážnejšie je znečistenie vody organickými látkami. Stanovenie chemickej spotreby kyslíka (CHSK) sa líši v závislosti od stanovenia redukujúcich látok vo vzorkách vody a metódy stanovenia. V súčasnosti sa najčastejšie používa metóda kyslej oxidácie manganistanu draselného a metóda oxidácie dvojchrómanu draselného. Metóda manganistanu draselného (KMnO4) má nízku rýchlosť oxidácie, ale je pomerne jednoduchá. Môže sa použiť na stanovenie relatívnej porovnávacej hodnoty organického obsahu vo vzorkách vody a vo vzorkách čistej povrchovej a podzemnej vody. Metóda dvojchrómanu draselného (K2Cr2O7) má vysokú rýchlosť oxidácie a dobrú reprodukovateľnosť. Je vhodný na stanovenie celkového množstva organických látok vo vzorkách vôd pri monitorovaní odpadových vôd.
Organické látky sú veľmi škodlivé pre priemyselné vodné systémy. Voda obsahujúca veľké množstvo organickej hmoty bude kontaminovať ionomeničové živice pri prechode cez odsoľovací systém, najmä aniónomeničové živice, čo zníži výmennú kapacitu živice. Organické látky sa po predúprave (koagulácia, čírenie a filtrácia) môžu zredukovať asi o 50 %, ale v odsoľovacom systéme sa nedajú odstrániť, preto sa často privádzajú do kotla cez napájaciu vodu, čo znižuje hodnotu pH kotla. voda. Niekedy sa môžu do parného systému dostať aj organické látky a kondenzovať voda, čo zníži pH a spôsobí koróziu systému. Vysoký obsah organických látok v cirkulačnom vodnom systéme podporí mikrobiálnu reprodukciu. Či už ide o odsoľovanie, kotolnú vodu alebo systém cirkulačnej vody, čím nižšia CHSK, tým lepšie, ale neexistuje jednotný hraničný index. Keď CHSK (metóda KMnO4) > 5 mg/l v systéme cirkulujúcej chladiacej vody, kvalita vody sa začala zhoršovať.

Chemická spotreba kyslíka (CHSK) je ukazovateľom miery bohatosti vody na organické látky a je tiež jedným z dôležitých ukazovateľov na meranie miery znečistenia vody. S rozvojom industrializácie a nárastom populácie sú vodné útvary čoraz viac znečistené a rozvoj detekcie CHSK sa postupne zlepšuje.
Pôvod detekcie CHSK možno vystopovať až do 50. rokov 19. storočia, keď problémy so znečistením vody pritiahli pozornosť ľudí. Spočiatku sa CHSK používala ako indikátor kyslých nápojov na meranie koncentrácie organických látok v nápojoch. Keďže však v tom čase nebola zavedená úplná metóda merania, došlo k veľkej chybe vo výsledkoch stanovenia CHSK.
Začiatkom 20. storočia, s pokrokom v moderných metódach chemickej analýzy, sa metóda detekcie CHSK postupne zlepšovala. V roku 1918 nemecký chemik Hasse definoval CHSK ako celkové množstvo organických látok spotrebovaných oxidáciou v kyslom roztoku. Následne navrhol novú metódu stanovenia CHSK, ktorá má využívať vysoko koncentrovaný roztok oxidu chromitého ako oxidant. Táto metóda môže účinne oxidovať organickú hmotu na oxid uhličitý a vodu a merať spotrebu oxidantov v roztoku pred a po oxidácii, aby sa určila hodnota CHSK.
Postupne sa však ukázali nedostatky tejto metódy. Po prvé, príprava a prevádzka činidiel sú pomerne komplikované, čo zvyšuje náročnosť a časovú náročnosť experimentu. Po druhé, roztoky oxidu chromitého s vysokou koncentráciou sú škodlivé pre životné prostredie a neprispievajú k praktickým aplikáciám. Nasledujúce štúdie preto postupne hľadali jednoduchšiu a presnejšiu metódu stanovenia CHSK.
V 50. rokoch 20. storočia holandský chemik Friis vynašiel novú metódu stanovenia CHSK, ktorá využíva ako oxidant vysoko koncentrovanú kyselinu persírovú. Táto metóda je jednoduchá na obsluhu a má vysokú presnosť, čo výrazne zlepšuje účinnosť detekcie CHSK. Používanie kyseliny persírovej má však aj určité bezpečnostné riziká, preto je stále potrebné dbať na bezpečnosť prevádzky.
Následne, s rýchlym rozvojom prístrojovej techniky, metóda určovania CHSK postupne dosiahla automatizáciu a inteligenciu. V sedemdesiatych rokoch sa objavil prvý automatický analyzátor CHSK, ktorý dokáže realizovať plne automatické spracovanie a detekciu vzoriek vody. Tento prístroj nielenže zlepšuje presnosť a stabilitu stanovenia CHSK, ale tiež výrazne zlepšuje efektivitu práce.
So zvyšovaním environmentálneho povedomia a zlepšovaním regulačných požiadaviek sa neustále optimalizuje aj metóda detekcie CHSK. V posledných rokoch vývoj fotoelektrickej technológie, elektrochemických metód a technológie biosenzorov podporil inováciu technológie detekcie CHSK. Napríklad fotoelektrická technológia dokáže určiť obsah CHSK vo vzorkách vody zmenou fotoelektrických signálov, s kratším časom detekcie a jednoduchšou obsluhou. Elektrochemická metóda využíva elektrochemické senzory na meranie hodnôt CHSK, čo má výhody vo vysokej citlivosti, rýchlej odozve a bez potreby reagencií. Technológia biosenzorov využíva biologické materiály na špecifickú detekciu organických látok, čo zlepšuje presnosť a špecifickosť stanovenia CHSK.
Metódy detekcie CHSK prešli v posledných desaťročiach procesom vývoja od tradičnej chemickej analýzy po moderné prístrojové vybavenie, fotoelektrickú technológiu, elektrochemické metódy a technológiu biosenzorov. S pokrokom vedy a techniky a nárastom dopytu sa technológia detekcie CHSK stále zdokonaľuje a inovuje. V budúcnosti možno predpokladať, že keďže ľudia budú venovať väčšiu pozornosť problémom znečistenia životného prostredia, technológia detekcie CHSK sa bude ďalej rozvíjať a stane sa rýchlejšou, presnejšou a spoľahlivejšou metódou zisťovania kvality vody.
V súčasnosti sa v laboratóriách na zistenie CHSK používajú najmä tieto dve metódy.
1. Metóda stanovenia CHSK
Štandardná metóda dvojchrómanu draselného, ​​známa aj ako refluxná metóda (Národná norma Čínskej ľudovej republiky)
(I) Princíp
Do vzorky vody pridajte určité množstvo dichrómanu draselného a katalyzátora síran strieborný, zahrievajte a refluxujte po určitú dobu v silne kyslom prostredí, časť dichrómanu draselného sa redukuje oxidovateľnými látkami vo vzorke vody a zvyšok dvojchróman draselný sa titruje síranom amónno-železnatým. Hodnota CHSK sa vypočíta na základe množstva spotrebovaného dvojchrómanu draselného.
Keďže táto norma bola formulovaná v roku 1989, pri jej meraní so súčasnou normou existuje veľa nevýhod:
1. Trvá to príliš veľa času a každá vzorka musí byť refluxovaná 2 hodiny;
2. Refluxné zariadenie zaberá veľký priestor, čo sťažuje stanovenie šarže;
3. Náklady na analýzu sú vysoké, najmä pre síran strieborný;
4. Počas procesu stanovenia je plytvanie refluxnou vodou úžasné;
5. Toxické ortuťové soli sú náchylné na sekundárne znečistenie;
6. Množstvo použitých činidiel je veľké a náklady na spotrebný materiál sú vysoké;
7. Skúšobný proces je komplikovaný a nie je vhodný na propagáciu.
(II) Vybavenie
1. 250 ml celosklenené refluxné zariadenie
2. Vykurovacie zariadenie (elektrická pec)
3. 25 ml alebo 50 ml kyslá byreta, kužeľová banka, pipeta, odmerná banka atď.
(III) Činidlá
1. Štandardný roztok dvojchrómanu draselného (c1/6K2Cr2O7=0,2500 mol/l)
2. Ferokyanátový indikátorový roztok
3. Štandardný roztok síranu amónneho železnatého [c(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≈0,1mol/L] (kalibrujte pred použitím)
4. Roztok kyseliny sírovej a síranu strieborného
Štandardná metóda dvojchrómanu draselného
(IV) Kroky stanovenia
Kalibrácia síranu amónneho železnatého: Presne napipetujte 10,00 ml štandardného roztoku dvojchrómanu draselného do 500 ml kužeľovej banky, zrieďte na približne 110 ml vodou, pomaly pridajte 30 ml koncentrovanej kyseliny sírovej a dobre pretrepte. Po ochladení pridajte 3 kvapky ferokyanátového indikátorového roztoku (asi 0,15 ml) a titrujte roztokom síranu železnatého amónneho. Konečným bodom je, keď sa farba roztoku zmení zo žltej na modrozelenú až červenohnedú.
(V) Stanovenie
Odoberte 20 ml vzorky vody (v prípade potreby odoberte menej a pridajte vodu na 20 alebo pred odberom zrieďte), pridajte 10 ml dvojchrómanu draselného, ​​zapojte refluxné zariadenie a potom pridajte 30 ml kyseliny sírovej a síranu strieborného, ​​zahrievajte a refluxujte 2 hodiny . Po ochladení opláchnite stenu trubice chladiča 90,00 ml vody a vyberte kužeľovú banku. Po opätovnom ochladení roztoku sa pridajú 3 kvapky indikátorového roztoku kyseliny železitej a titrujú sa štandardným roztokom síranu amónneho. Farba roztoku sa mení od žltej cez modrozelenú až po červenohnedú, čo je konečný bod. Zaznamenajte množstvo štandardného roztoku síranu amónneho. Počas merania vzorky vody odoberte 20,00 ml redestilovanej vody a vykonajte slepý pokus podľa rovnakých pracovných krokov. Zaznamenajte množstvo štandardného roztoku síranu amónno-železnatého použitého pri slepej titrácii.
Štandardná metóda dvojchrómanu draselného
(VI) Výpočet
CHSKCr(O2, mg/l)=[8×1000(V0-V1)·C]/V
(VII) Bezpečnostné opatrenia
1. Maximálne množstvo chloridového iónu v komplexe s 0,4 g síranu ortutnatého môže dosiahnuť 40 mg. Ak sa odoberie 20,00 ml vzorky vody, maximálna koncentrácia chloridových iónov 2000 mg/l môže byť komplexovaná. Ak je koncentrácia chloridových iónov nízka, možno pridať malé množstvo síranu ortutnatého, aby sa udržal pomer síran ortuťnatý: chloridové ióny = 10:1 (W/W). Ak sa vyzráža malé množstvo chloridu ortutnatého, neovplyvní to stanovenie.
2. Rozsah CHSK stanovený touto metódou je 50-500 mg/l. Pre vzorky vody s chemickou spotrebou kyslíka menšou ako 50 mg/l by sa mal namiesto toho použiť štandardný roztok dvojchrómanu draselného 0,0250 mol/l. Na spätnú titráciu by sa mal použiť štandardný roztok 0,01 mol/l síranu amónneho železnatého. Vzorky vody s CHSK vyššou ako 500 mg/l ich pred stanovením zrieďte.
3. Potom, čo sa vzorka vody zahreje a refluxuje, zvyšné množstvo dvojchrómanu draselného v roztoku by malo byť 1/5-4/5 pridaného množstva.
4. Pri použití štandardného roztoku hydrogénftalátu draselného na kontrolu kvality a technológie prevádzky činidla, keďže teoretická hodnota CHSKCr na každý gram hydrogénftalátu draselného je 1,176 g, sa 0,4251 g hydrogénftalátu draselného (HOOCC6H4COOK) rozpustí v redestilovanej vode, prenesie sa do 1000 ml odmernej banky a zriedi sa po značku redestilovanou vodou, čím sa získa štandardný roztok 500 mg/l CHSKcr. Pri použití ho pripravte čerstvý.
5. Výsledok stanovenia CHSKCr by si mal zachovať štyri platné číslice.
6. Počas každého experimentu by sa mal kalibrovať štandardný titračný roztok síranu amónneho a zmene koncentrácie by sa mala venovať zvláštna pozornosť, keď je teplota v miestnosti vysoká. (Môžete tiež pridať 10,0 ml štandardného roztoku dvojchrómanu draselného k slepému pokusu po titrácii a titrovať síranom amónno-železnatým do koncového bodu.)
7. Vzorka vody by sa mala udržiavať čerstvá a čo najskôr zmerať.
Výhody:
Vysoká presnosť: Refluxná titrácia je klasická metóda stanovenia CHSK. Po dlhom období vývoja a overovania bola jeho presnosť všeobecne uznávaná. Dokáže presnejšie odrážať skutočný obsah organických látok vo vode.
Široké uplatnenie: Táto metóda je vhodná pre rôzne typy vzoriek vody, vrátane vysoko koncentrovaných a nízko koncentrovaných organických odpadových vôd.
Špecifikácie prevádzky: Existujú podrobné prevádzkové štandardy a procesy, ktoré operátori pohodlne ovládajú a implementujú.
Nevýhody:
Časová náročnosť: Refluxná titrácia zvyčajne trvá niekoľko hodín, kým sa dokončí stanovenie vzorky, čo zjavne neprospieva situácii, keď je potrebné rýchlo získať výsledky.
Vysoká spotreba činidiel: Táto metóda vyžaduje použitie väčšieho množstva chemických činidiel, čo je nielen nákladné, ale do určitej miery aj znečisťuje životné prostredie.
Zložitá prevádzka: Operátor musí mať určité chemické znalosti a experimentálne zručnosti, inak to môže ovplyvniť presnosť výsledkov stanovenia.
2. Spektrofotometria rýchleho štiepenia
(I) Princíp
Do vzorky sa pridá známe množstvo roztoku dvojchrómanu draselného, ​​v prostredí silnej kyseliny sírovej, so síranom strieborným ako katalyzátorom a po vysokoteplotnej digescii sa pomocou fotometrického zariadenia stanoví hodnota CHSK. Keďže táto metóda má krátky čas stanovenia, malé sekundárne znečistenie, malý objem činidla a nízku cenu, väčšina laboratórií v súčasnosti používa túto metódu. Táto metóda má však vysoké náklady na prístroj a nízke náklady na používanie, čo je vhodné na dlhodobé používanie jednotiek COD.
(II) Vybavenie
Zahraničné vybavenie bolo vyvinuté skôr, ale cena je veľmi vysoká a čas určenia je dlhý. Cena činidla je vo všeobecnosti pre používateľov nedostupná a presnosť nie je príliš vysoká, pretože štandardy monitorovania zahraničných prístrojov sa líšia od štandardov mojej krajiny, najmä preto, že úroveň úpravy vody a systém riadenia v cudzích krajinách sú odlišné od tých v mojej krajine. krajina; metóda spektrofotometrie rýchleho rozkladu je založená hlavne na bežných metódach domácich prístrojov. Metóda katalytického rýchleho stanovenia CHSK je formulačným štandardom tejto metódy. Bol vynájdený už začiatkom 80. rokov minulého storočia. Po viac ako 30 rokoch používania sa stal štandardom v priemysle ochrany životného prostredia. Domáci prístroj 5B bol široko používaný vo vedeckom výskume a oficiálnom monitorovaní. Domáce nástroje boli široko používané kvôli ich cenovým výhodám a včasnému popredajnému servisu.
(III) Kroky stanovenia
Vezmite 2,5 ml vzorky – – pridajte činidlo – – 10 minút lúhujte – – ochlaďte 2 minúty – – nalejte do kolorimetrickej misky – – displej zariadenia priamo zobrazuje koncentráciu CHSK vo vzorke.
(IV) Bezpečnostné opatrenia
1. Vzorky vody s vysokým obsahom chlóru by mali používať činidlo s vysokým obsahom chlóru.
2. Odpadová kvapalina má asi 10 ml, ale je vysoko kyslá a mala by sa zbierať a spracovávať.
3. Uistite sa, že povrch kyvety prenášajúci svetlo je čistý.
Výhody:
Vysoká rýchlosť: Rýchla metóda zvyčajne trvá len niekoľko minút až viac ako desať minút na dokončenie stanovenia vzorky, čo je veľmi vhodné v situáciách, keď je potrebné rýchlo získať výsledky.
Menšia spotreba činidla: V porovnaní s metódou refluxnej titrácie používa rýchla metóda menej chemických činidiel, má nižšie náklady a má menší vplyv na životné prostredie.
Jednoduchá obsluha: Prevádzkové kroky rýchlej metódy sú relatívne jednoduché a operátor nemusí mať príliš vysoké chemické znalosti a experimentálne zručnosti.
Nevýhody:
Mierne nižšia presnosť: Keďže rýchla metóda zvyčajne používa niektoré zjednodušené chemické reakcie a meracie metódy, jej presnosť môže byť o niečo nižšia ako metóda refluxnej titrácie.
Obmedzený rozsah použitia: Rýchla metóda je vhodná najmä na stanovenie organických odpadových vôd s nízkou koncentráciou. V prípade odpadových vôd s vysokou koncentráciou môžu byť výsledky ich stanovenia značne ovplyvnené.
Ovplyvnené interferenčnými faktormi: Rýchla metóda môže spôsobiť veľké chyby v niektorých špeciálnych prípadoch, napríklad keď sú vo vzorke vody určité interferujúce látky.
Stručne povedané, metóda refluxnej titrácie a rýchla metóda majú každá svoje výhody a nevýhody. Ktorý spôsob zvoliť závisí od konkrétneho scenára aplikácie a potrieb. Ak sa vyžaduje vysoká presnosť a široká použiteľnosť, možno zvoliť refluxnú titráciu; keď sa vyžadujú rýchle výsledky alebo sa spracováva veľké množstvo vzoriek vody, rýchla metóda je dobrou voľbou.
Spoločnosť Lianhua, ako výrobca nástrojov na testovanie kvality vody už 42 rokov, vyvinula 20-minútovýspektrofotometria rýchleho štiepenia CHSKmetóda. Po veľkom počte experimentálnych porovnaní bol schopný dosiahnuť chybu menšiu ako 5% a má výhody jednoduchej obsluhy, rýchlych výsledkov, nízkych nákladov a krátkeho času.