Nhu cầu oxy hóa học còn được gọi là nhu cầu oxy hóa học (nhu cầu oxy hóa học), gọi tắt là COD. Đó là việc sử dụng các chất oxy hóa hóa học (như thuốc tím) để oxy hóa và phân hủy các chất có thể oxy hóa trong nước (như chất hữu cơ, nitrit, muối sắt, sunfua, v.v.), sau đó tính toán lượng oxy tiêu thụ dựa trên lượng dư chất oxy hóa. Giống như nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), nó là một chỉ số quan trọng về ô nhiễm nước. Đơn vị của COD là ppm hoặc mg/L. Giá trị càng nhỏ thì ô nhiễm nước càng nhẹ.
Các chất khử trong nước bao gồm các chất hữu cơ khác nhau, nitrit, sunfua, muối sắt, v.v. Nhưng chất chính là chất hữu cơ. Vì vậy, nhu cầu oxy hóa học (COD) thường được sử dụng làm chỉ số để đo lượng chất hữu cơ trong nước. Nhu cầu oxy hóa học càng lớn thì tình trạng ô nhiễm nước do chất hữu cơ càng nghiêm trọng. Việc xác định nhu cầu oxy hóa học (COD) thay đổi tùy theo việc xác định các chất khử trong mẫu nước và phương pháp xác định. Các phương pháp được sử dụng phổ biến nhất hiện nay là phương pháp oxy hóa kali permanganat có tính axit và phương pháp oxy hóa kali dicromat. Phương pháp thuốc tím (KMnO4) có tốc độ oxy hóa thấp nhưng tương đối đơn giản. Nó có thể được sử dụng để xác định giá trị so sánh tương đối của hàm lượng hữu cơ trong các mẫu nước và mẫu nước mặt và nước ngầm sạch. Phương pháp kali dicromat (K2Cr2O7) có tốc độ oxy hóa cao và độ tái lập tốt. Nó phù hợp để xác định tổng lượng chất hữu cơ trong mẫu nước trong quan trắc nước thải.
Chất hữu cơ rất có hại cho hệ thống nước công nghiệp. Nước chứa lượng lớn chất hữu cơ sẽ làm nhiễm bẩn nhựa trao đổi ion khi đi qua hệ thống khử muối, đặc biệt là nhựa trao đổi anion sẽ làm giảm khả năng trao đổi của nhựa. Chất hữu cơ có thể giảm khoảng 50% sau khi xử lý sơ bộ (đông tụ, lọc và lọc), nhưng không thể loại bỏ được trong hệ thống khử muối nên thường được đưa vào lò hơi qua nước cấp, làm giảm giá trị pH của lò hơi. Nước. Đôi khi chất hữu cơ cũng có thể được đưa vào hệ thống hơi nước và nước ngưng tụ, điều này sẽ làm giảm độ pH và gây ăn mòn hệ thống. Hàm lượng chất hữu cơ cao trong hệ thống nước tuần hoàn sẽ thúc đẩy quá trình sinh sản của vi sinh vật. Vì vậy, dù dùng cho khử muối, nước nồi hơi hay hệ thống nước tuần hoàn thì COD càng thấp thì càng tốt nhưng không có chỉ số giới hạn thống nhất. Khi COD (phương pháp KMnO4) > 5mg/L trong hệ thống nước làm mát tuần hoàn, chất lượng nước đã bắt đầu xấu đi.
Nhu cầu oxy hóa học (COD) là một chỉ số đo mức độ giàu chất hữu cơ của nước và cũng là một trong những chỉ số quan trọng để đo mức độ ô nhiễm nước. Với sự phát triển của công nghiệp hóa và sự gia tăng dân số, các vùng nước ngày càng bị ô nhiễm và sự phát triển của việc phát hiện COD cũng dần được cải thiện.
Nguồn gốc của việc phát hiện COD có thể bắt nguồn từ những năm 1850, khi vấn đề ô nhiễm nước thu hút sự chú ý của mọi người. Ban đầu, COD được sử dụng làm chỉ số của đồ uống có tính axit để đo nồng độ chất hữu cơ trong đồ uống. Tuy nhiên, do thời điểm đó chưa có phương pháp đo hoàn chỉnh nên kết quả xác định COD có sai số lớn.
Đầu thế kỷ 20, với sự tiến bộ của các phương pháp phân tích hóa học hiện đại, phương pháp phát hiện COD dần được cải tiến. Năm 1918, nhà hóa học người Đức Hasse định nghĩa COD là tổng lượng chất hữu cơ được tiêu thụ bởi quá trình oxy hóa trong dung dịch axit. Sau đó, ông đề xuất một phương pháp xác định COD mới, đó là sử dụng dung dịch crom dioxide nồng độ cao làm chất oxy hóa. Phương pháp này có thể oxy hóa hiệu quả chất hữu cơ thành carbon dioxide và nước, đồng thời đo mức tiêu thụ chất oxy hóa trong dung dịch trước và sau quá trình oxy hóa để xác định giá trị COD.
Tuy nhiên, những nhược điểm của phương pháp này dần lộ rõ. Đầu tiên, việc chuẩn bị và vận hành thuốc thử tương đối phức tạp, điều này làm tăng độ khó và tốn thời gian của thí nghiệm. Thứ hai, dung dịch crom dioxide nồng độ cao có hại cho môi trường và không có lợi cho các ứng dụng thực tế. Vì vậy, các nghiên cứu tiếp theo đã dần tìm kiếm một phương pháp xác định COD đơn giản và chính xác hơn.
Vào những năm 1950, nhà hóa học người Hà Lan Friis đã phát minh ra phương pháp xác định COD mới, sử dụng axit persulfuric nồng độ cao làm chất oxy hóa. Phương pháp này vận hành đơn giản và có độ chính xác cao, giúp cải thiện đáng kể hiệu quả phát hiện COD. Tuy nhiên, việc sử dụng axit Persulfuric cũng có những nguy cơ an toàn nhất định nên vẫn cần chú ý đến sự an toàn khi vận hành.
Sau đó, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thiết bị, phương pháp xác định COD đã dần đạt được mức độ tự động hóa và thông minh. Vào những năm 1970, máy phân tích COD tự động đầu tiên xuất hiện, có thể thực hiện xử lý và phát hiện mẫu nước hoàn toàn tự động. Thiết bị này không chỉ cải thiện độ chính xác và độ ổn định của việc xác định COD mà còn cải thiện đáng kể hiệu quả công việc.
Với việc nâng cao nhận thức về môi trường và cải thiện các yêu cầu quy định, phương pháp phát hiện COD cũng liên tục được tối ưu hóa. Trong những năm gần đây, sự phát triển của công nghệ quang điện, phương pháp điện hóa và công nghệ cảm biến sinh học đã thúc đẩy sự đổi mới công nghệ phát hiện COD. Ví dụ, công nghệ quang điện có thể xác định hàm lượng COD trong mẫu nước bằng sự thay đổi tín hiệu quang điện, với thời gian phát hiện ngắn hơn và thao tác đơn giản hơn. Phương pháp điện hóa sử dụng cảm biến điện hóa để đo giá trị COD, có ưu điểm là độ nhạy cao, phản ứng nhanh và không cần thuốc thử. Công nghệ cảm biến sinh học sử dụng vật liệu sinh học để phát hiện cụ thể chất hữu cơ, giúp cải thiện độ chính xác và độ đặc hiệu của việc xác định COD.
Các phương pháp phát hiện COD đã trải qua quá trình phát triển từ phân tích hóa học truyền thống đến thiết bị hiện đại, công nghệ quang điện, phương pháp điện hóa và công nghệ cảm biến sinh học trong vài thập kỷ qua. Với sự tiến bộ của khoa học công nghệ và nhu cầu ngày càng tăng, công nghệ phát hiện COD vẫn đang được cải tiến và đổi mới. Trong tương lai, có thể dự đoán rằng khi mọi người chú ý hơn đến vấn đề ô nhiễm môi trường, công nghệ phát hiện COD sẽ phát triển hơn nữa và trở thành phương pháp phát hiện chất lượng nước nhanh hơn, chính xác hơn và đáng tin cậy hơn.
Hiện nay, các phòng thí nghiệm chủ yếu sử dụng hai phương pháp sau để phát hiện COD.
1. Phương pháp xác định COD
Phương pháp chuẩn kali dicromat hay còn gọi là phương pháp hồi lưu (Tiêu chuẩn quốc gia Cộng hòa Nhân dân Trung Hoa)
(I) Nguyên tắc
Thêm một lượng kali dicromat và chất xúc tác bạc sunfat vào mẫu nước, đun nóng và hồi lưu trong một khoảng thời gian nhất định trong môi trường axit mạnh, một phần kali dicromat bị khử bởi các chất oxy hóa trong mẫu nước, phần còn lại kali dicromat được chuẩn độ bằng amoni sắt sulfat. Giá trị COD được tính dựa trên lượng kali dicromat tiêu thụ.
Vì tiêu chuẩn này được xây dựng vào năm 1989 nên có nhiều nhược điểm khi đo lường nó bằng tiêu chuẩn hiện hành:
1. Mất quá nhiều thời gian và mỗi mẫu cần được hồi lưu trong 2 giờ;
2. Thiết bị hồi lưu chiếm diện tích lớn, khó xác định lô;
3. Chi phí phân tích cao, đặc biệt đối với bạc sunfat;
4. Trong quá trình xác định, lượng nước hồi lưu lãng phí rất lớn;
5. Muối thủy ngân độc hại dễ bị ô nhiễm thứ cấp;
6. Lượng thuốc thử được sử dụng lớn và chi phí vật tư tiêu hao cao;
7. Quá trình kiểm tra phức tạp và không phù hợp để thăng cấp.
(II) Thiết bị
1. Thiết bị hồi lưu toàn kính 250mL
2. Thiết bị gia nhiệt (lò điện)
3. Buret axit 25mL hoặc 50mL, bình nón, pipet, bình định mức, v.v.
(III) Thuốc thử
1. Dung dịch chuẩn kali dicromat (c1/6K2Cr2O7=0,2500mol/L)
2. Dung dịch chỉ thị Ferrocyanate
3. Dung dịch chuẩn amoni sắt sunfat [c(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≈0,1mol/L] (hiệu chuẩn trước khi sử dụng)
4. Dung dịch axit sunfuric-bạc sunfat
Phương pháp chuẩn kali dicromat
(IV) Các bước xác định
Hiệu chuẩn amoni sắt sunfat: Dùng pipet lấy chính xác 10,00mL dung dịch chuẩn kali dicromat cho vào bình nón 500mL, pha loãng bằng nước đến khoảng 110mL, thêm từ từ 30mL axit sulfuric đậm đặc và lắc đều. Sau khi làm nguội, thêm 3 giọt dung dịch chỉ thị ferrocyanate (khoảng 0,15mL) và chuẩn độ bằng dung dịch amoni sắt sunfat. Điểm cuối là khi màu của dung dịch chuyển từ màu vàng sang màu xanh lam rồi đến màu nâu đỏ.
(V) Xác định
Lấy 20mL mẫu nước (nếu cần thì lấy bớt và thêm nước đến 20 hoặc pha loãng trước khi uống), thêm 10mL kali dicromat, cắm thiết bị hồi lưu rồi thêm 30mL axit sunfuric và bạc sunfat, đun nóng và hồi lưu trong 2h . Sau khi làm nguội, tráng thành ống sinh hàn bằng 90,00mL nước và lấy bình nón ra. Sau khi dung dịch nguội trở lại, thêm 3 giọt dung dịch chỉ thị axit sắt và chuẩn độ bằng dung dịch chuẩn amoni sắt sunfat. Màu của dung dịch chuyển từ màu vàng sang màu xanh lam rồi đến màu nâu đỏ, đó là điểm kết thúc. Ghi lại lượng dung dịch chuẩn amoni sắt sulfat. Trong khi đo mẫu nước, lấy 20,00mL nước cất lại và thực hiện thí nghiệm trắng theo các bước thao tác tương tự. Ghi lại lượng dung dịch chuẩn amoni sắt sulfat đã sử dụng trong phép chuẩn độ mẫu trắng.
Phương pháp chuẩn kali dicromat
(VI) Tính toán
CODCr(O2, mg/L)=[8×1000(V0-V1)·C]/V
(VII) Biện pháp phòng ngừa
1. Lượng ion clorua tối đa được tạo phức với 0,4g thủy ngân sunfat có thể đạt tới 40mg. Nếu lấy 20,00mL mẫu nước, nồng độ ion clorua tối đa 2000mg/L có thể được tạo phức. Nếu nồng độ ion clorua thấp, có thể thêm một lượng nhỏ thủy ngân sunfat để giữ lại thủy ngân sunfat: ion clorua = 10:1 (W/W). Nếu một lượng nhỏ thủy ngân clorua kết tủa thì không ảnh hưởng đến phép xác định.
2. Khoảng COD xác định bằng phương pháp này là 50-500mg/L. Đối với các mẫu nước có nhu cầu oxy hóa học nhỏ hơn 50mg/L, nên sử dụng dung dịch chuẩn kali dicromat 0,0250mol/L. Nên sử dụng dung dịch chuẩn amoni sắt sunfat 0,01mol/L để chuẩn độ ngược. Đối với các mẫu nước có COD lớn hơn 500mg/L thì pha loãng trước khi xác định.
3. Sau khi mẫu nước được đun nóng và hồi lưu, lượng kali dicromat còn lại trong dung dịch phải bằng 1/5-4/5 lượng bổ sung.
4. Khi sử dụng dung dịch chuẩn kali hydro phthalate để kiểm tra chất lượng và công nghệ vận hành của thuốc thử, vì CODCr lý thuyết của mỗi gam kali hydro phthalate là 1,176g, nên hòa tan 0,4251g kali hydro phthalate (HOOCC6H4COOK) trong nước cất lại, chuyển vào bình định mức 1000mL và pha loãng đến vạch bằng nước cất lại để tạo thành dung dịch chuẩn CODcr 500mg/L. Chuẩn bị nó tươi khi sử dụng.
5. Kết quả xác định CODCr phải giữ lại bốn chữ số có nghĩa.
6. Trong mỗi thí nghiệm, cần hiệu chuẩn dung dịch chuẩn độ amoni sắt sunfat và sự thay đổi nồng độ cần đặc biệt chú ý khi nhiệt độ phòng cao. (Bạn cũng có thể thêm 10,0ml dung dịch chuẩn kali dicromat vào mẫu trắng sau khi chuẩn độ và chuẩn độ bằng amoni sắt sunfat đến điểm cuối.)
7. Mẫu nước phải được giữ mới và đo càng sớm càng tốt.
Thuận lợi:
Độ chính xác cao: Chuẩn độ dòng chảy ngược là phương pháp xác định COD cổ điển. Sau một thời gian dài phát triển và kiểm chứng, độ chính xác của nó đã được công nhận rộng rãi. Nó có thể phản ánh chính xác hơn hàm lượng thực tế của chất hữu cơ trong nước.
Ứng dụng rộng rãi: Phương pháp này phù hợp với nhiều loại mẫu nước khác nhau, kể cả nước thải hữu cơ có nồng độ cao và nước thải hữu cơ có nồng độ thấp.
Thông số vận hành: Có các tiêu chuẩn và quy trình vận hành chi tiết, thuận tiện cho người vận hành nắm vững và thực hiện.
Nhược điểm:
Tốn thời gian: Chuẩn độ hồi lưu thường mất vài giờ để hoàn thành việc xác định mẫu, điều này rõ ràng không có lợi cho trường hợp cần thu được kết quả nhanh chóng.
Tiêu thụ thuốc thử cao: Phương pháp này đòi hỏi sử dụng nhiều thuốc thử hóa học hơn, không chỉ tốn kém mà còn gây ô nhiễm môi trường ở một mức độ nhất định.
Thao tác phức tạp: Người vận hành cần có kiến thức hóa học và kỹ năng thực nghiệm nhất định, nếu không có thể ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả xác định.
2. Đo quang phổ phân hủy nhanh
(I) Nguyên tắc
Mẫu được thêm một lượng dung dịch kali dicromat đã biết vào môi trường axit sunfuric mạnh, có bạc sunfat làm chất xúc tác và sau khi phân hủy ở nhiệt độ cao, giá trị COD được xác định bằng thiết bị trắc quang. Vì phương pháp này có thời gian xác định ngắn, ô nhiễm thứ cấp nhỏ, thể tích thuốc thử nhỏ và chi phí thấp nên hầu hết các phòng thí nghiệm hiện nay đều sử dụng phương pháp này. Tuy nhiên, phương pháp này có giá thành dụng cụ cao và chi phí sử dụng thấp nên phù hợp cho việc sử dụng lâu dài các đơn vị COD.
(II) Thiết bị
Thiết bị của nước ngoài được phát triển trước đó nhưng giá thành rất cao và thời gian xác định lâu. Giá thuốc thử nhìn chung không phù hợp với người dùng và độ chính xác không cao lắm, vì tiêu chuẩn giám sát của dụng cụ nước ngoài khác với nước tôi, chủ yếu là do trình độ xử lý nước và hệ thống quản lý của nước ngoài khác với nước tôi. quốc gia; Phương pháp đo quang phổ tiêu hóa nhanh chủ yếu dựa trên các phương pháp phổ biến của dụng cụ gia đình. Việc xác định nhanh xúc tác của phương pháp COD là tiêu chuẩn xây dựng của phương pháp này. Nó được phát minh vào đầu những năm 1980. Sau hơn 30 năm áp dụng, nó đã trở thành tiêu chuẩn của ngành bảo vệ môi trường. Công cụ 5B trong nước đã được sử dụng rộng rãi trong nghiên cứu khoa học và giám sát chính thức. Dụng cụ trong nước đã được sử dụng rộng rãi do lợi thế về giá và dịch vụ hậu mãi kịp thời.
(III) Các bước xác định
Lấy 2,5ml mẫu—–thêm thuốc thử—–phân hủy trong 10 phút—–làm nguội trong 2 phút—–đổ vào đĩa đo màu—–màn hình thiết bị hiển thị trực tiếp nồng độ COD của mẫu.
(IV) Biện pháp phòng ngừa
1. Mẫu nước có hàm lượng clo cao nên sử dụng thuốc thử có hàm lượng clo cao.
2. Chất thải lỏng khoảng 10ml nhưng có tính axit cao cần được thu gom và xử lý.
3. Đảm bảo bề mặt truyền ánh sáng của cuvet sạch sẽ.
Thuận lợi:
Tốc độ nhanh: Phương pháp nhanh thường chỉ mất vài phút đến hơn mười phút để hoàn thành việc xác định mẫu, rất phù hợp với các tình huống cần thu được kết quả nhanh chóng.
Tiêu thụ ít thuốc thử hơn: So với phương pháp chuẩn độ hồi lưu, phương pháp nhanh sử dụng ít thuốc thử hóa học hơn, chi phí thấp hơn và ít tác động đến môi trường hơn.
Vận hành dễ dàng: Các bước vận hành của phương pháp nhanh tương đối đơn giản và người vận hành không cần phải có kiến thức hóa học và kỹ năng thực nghiệm quá cao.
Nhược điểm:
Độ chính xác thấp hơn một chút: Do phương pháp nhanh thường sử dụng một số phản ứng hóa học và phương pháp đo đơn giản nên độ chính xác của nó có thể thấp hơn một chút so với phương pháp chuẩn độ hồi lưu.
Phạm vi áp dụng hạn chế: Phương pháp nhanh chủ yếu phù hợp để xác định nước thải hữu cơ có nồng độ thấp. Đối với nước thải có nồng độ cao, kết quả xác định có thể bị ảnh hưởng rất lớn.
Bị ảnh hưởng bởi các yếu tố gây nhiễu: Phương pháp nhanh có thể tạo ra sai số lớn trong một số trường hợp đặc biệt, chẳng hạn như khi có một số chất gây nhiễu nhất định trong mẫu nước.
Tóm lại, phương pháp chuẩn độ hồi lưu và phương pháp chuẩn độ nhanh đều có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Lựa chọn phương pháp nào tùy thuộc vào tình huống và nhu cầu ứng dụng cụ thể. Khi cần độ chính xác cao và khả năng ứng dụng rộng rãi, có thể chọn phương pháp chuẩn độ hồi lưu; khi cần kết quả nhanh hoặc xử lý một số lượng lớn mẫu nước thì phương pháp nhanh là một lựa chọn tốt.
Lianhua, với tư cách là nhà sản xuất thiết bị kiểm tra chất lượng nước trong 42 năm, đã phát triển một thiết bị đo 20 phútĐo quang phổ tiêu hóa nhanh CODphương pháp. Sau một số lượng lớn các so sánh thử nghiệm, nó có thể đạt được sai số dưới 5% và có ưu điểm là vận hành đơn giản, kết quả nhanh chóng, chi phí thấp và thời gian ngắn.
Thời gian đăng: Jun-07-2024
