Maendeleo ya utambuzi wa mahitaji ya oksijeni ya kemikali (COD).

Mahitaji ya oksijeni ya kemikali pia huitwa mahitaji ya oksijeni ya kemikali (mahitaji ya oksijeni ya kemikali), inayojulikana kama COD. Ni matumizi ya vioksidishaji vya kemikali (kama vile pamanganeti ya potasiamu) ili kuongeza oksidi na kuoza vitu vioksidishaji katika maji (kama vile vitu vya kikaboni, nitriti, chumvi yenye feri, salfidi, n.k.), na kisha kuhesabu matumizi ya oksijeni kulingana na kiasi cha mabaki. kioksidishaji. Kama mahitaji ya oksijeni ya biochemical (BOD), ni kiashiria muhimu cha uchafuzi wa maji. Sehemu ya COD ni ppm au mg/L. Thamani ndogo, uchafuzi wa maji ni nyepesi.
Dutu za kupunguza katika maji ni pamoja na vitu mbalimbali vya kikaboni, nitriti, sulfidi, chumvi ya feri, nk. Lakini moja kuu ni suala la kikaboni. Kwa hivyo, mahitaji ya oksijeni ya kemikali (COD) mara nyingi hutumiwa kama kiashirio cha kupima kiasi cha viumbe hai katika maji. Kadiri mahitaji ya oksijeni ya kemikali yanavyoongezeka, ndivyo uchafuzi wa maji unaosababishwa na viumbe hai unavyozidi kuwa mbaya. Uamuzi wa mahitaji ya oksijeni ya kemikali (COD) hutofautiana kulingana na uamuzi wa kupunguza vitu katika sampuli za maji na njia ya uamuzi. Njia zinazotumiwa sana kwa sasa ni njia ya oxidation ya potasiamu ya potasiamu na oxidation ya dikromati ya potasiamu. Njia ya potasiamu permanganate (KMnO4) ina kiwango cha chini cha oxidation, lakini ni rahisi. Inaweza kutumika kuamua thamani ya kulinganisha ya maudhui ya kikaboni katika sampuli za maji na sampuli za maji safi ya uso na maji ya chini ya ardhi. Mbinu ya dikromati ya potasiamu (K2Cr2O7) ina kiwango cha juu cha oxidation na reproducibility nzuri. Inafaa kwa ajili ya kuamua jumla ya kiasi cha viumbe hai katika sampuli za maji katika ufuatiliaji wa maji machafu.
Vitu vya kikaboni ni hatari sana kwa mifumo ya maji ya viwandani. Maji yenye kiasi kikubwa cha viumbe hai yatachafua resini za kubadilishana ioni wakati wa kupitia mfumo wa kufuta chumvi, hasa resini za kubadilishana anion, ambayo itapunguza uwezo wa kubadilishana wa resin. Vitu vya kikaboni vinaweza kupunguzwa kwa karibu 50% baada ya matibabu (kuganda, ufafanuzi na kuchujwa), lakini haiwezi kuondolewa kwenye mfumo wa kuondoa chumvi, kwa hivyo mara nyingi huletwa ndani ya boiler kupitia maji ya malisho, ambayo hupunguza thamani ya pH ya boiler. maji. Wakati mwingine vitu vya kikaboni vinaweza pia kuletwa kwenye mfumo wa mvuke na maji ya condensate, ambayo yatapunguza pH na kusababisha kutu ya mfumo. Maudhui ya juu ya viumbe hai katika mfumo wa maji unaozunguka yatakuza uzazi wa microbial. Kwa hiyo, iwe kwa ajili ya kuondoa chumvi, maji ya boiler au mfumo wa maji unaozunguka, chini ya COD, ni bora zaidi, lakini hakuna index ya kikomo ya umoja. Wakati COD (mbinu ya KMnO4) > 5mg/L katika mfumo wa maji kupoeza unaozunguka, ubora wa maji umeanza kuzorota.

Mahitaji ya oksijeni ya kemikali (COD) ni kiashirio cha kipimo cha kiwango ambacho maji yana utajiri wa vitu vya kikaboni, na pia ni moja ya viashiria muhimu vya kupima kiwango cha uchafuzi wa maji. Pamoja na maendeleo ya viwanda na ongezeko la idadi ya watu, miili ya maji inazidi kuwa unajisi, na maendeleo ya kutambua COD imeboreshwa hatua kwa hatua.
Asili ya utambuzi wa COD inaweza kufuatiliwa hadi miaka ya 1850, wakati matatizo ya uchafuzi wa maji yalikuwa yamevutia umakini wa watu. Hapo awali, COD ilitumiwa kama kiashirio cha vinywaji vya asidi kupima mkusanyiko wa vitu vya kikaboni katika vinywaji. Hata hivyo, kwa kuwa njia kamili ya kipimo haijaanzishwa wakati huo, kulikuwa na hitilafu kubwa katika matokeo ya uamuzi wa COD.
Mwanzoni mwa karne ya 20, pamoja na maendeleo ya mbinu za kisasa za uchanganuzi wa kemikali, njia ya kugundua COD iliboreshwa hatua kwa hatua. Mnamo mwaka wa 1918, mwanakemia wa Ujerumani Hasse alifafanua COD kama jumla ya kiasi cha viumbe hai vinavyotumiwa na oxidation katika suluhisho la asidi. Baadaye, alipendekeza mbinu mpya ya kubainisha COD, ambayo ni kutumia suluhu ya chromium dioksidi yenye ukolezi mwingi kama kioksidishaji. Njia hii inaweza kuoksidisha vitu vya kikaboni kuwa kaboni dioksidi na maji, na kupima matumizi ya vioksidishaji kwenye mmumunyo kabla na baada ya uoksidishaji ili kubaini thamani ya COD.
Hata hivyo, mapungufu ya njia hii yamejitokeza hatua kwa hatua. Kwanza, maandalizi na uendeshaji wa reagents ni kiasi ngumu, ambayo huongeza ugumu na muda wa majaribio. Pili, miyeyusho ya dioksidi ya kromiamu yenye ukolezi mkubwa ni hatari kwa mazingira na haifai kwa matumizi ya vitendo. Kwa hiyo, tafiti zilizofuata zimetafuta hatua kwa hatua njia rahisi na sahihi zaidi ya kuamua COD.
Katika miaka ya 1950, mwanakemia wa Uholanzi Friis alivumbua mbinu mpya ya kubainisha COD, ambayo hutumia asidi ya salfuriki yenye ukolezi mwingi kama kioksidishaji. Njia hii ni rahisi kufanya kazi na ina usahihi wa juu, ambayo inaboresha sana ufanisi wa kutambua COD. Hata hivyo, matumizi ya asidi ya sulfuriki pia ina hatari fulani za usalama, kwa hiyo bado ni muhimu kulipa kipaumbele kwa usalama wa uendeshaji.
Baadaye, pamoja na maendeleo ya haraka ya teknolojia ya ala, mbinu ya kuamua COD imepata hatua kwa hatua otomatiki na akili. Katika miaka ya 1970, analyzer ya kwanza ya COD moja kwa moja ilionekana, ambayo inaweza kutambua usindikaji wa moja kwa moja na kugundua sampuli za maji. Chombo hiki sio tu inaboresha usahihi na utulivu wa uamuzi wa COD, lakini pia inaboresha sana ufanisi wa kazi.
Kwa kuimarishwa kwa ufahamu wa mazingira na uboreshaji wa mahitaji ya udhibiti, mbinu ya kutambua COD pia inaboreshwa kila wakati. Katika miaka ya hivi karibuni, maendeleo ya teknolojia ya kupiga picha, mbinu za electrochemical na teknolojia ya biosensor imekuza uvumbuzi wa teknolojia ya kutambua COD. Kwa mfano, teknolojia ya fotoelectric inaweza kuamua maudhui ya COD katika sampuli za maji kwa kubadilisha ishara za umeme, kwa muda mfupi wa kutambua na uendeshaji rahisi. Njia ya electrochemical hutumia sensorer za electrochemical kupima maadili ya COD, ambayo ina faida za unyeti wa juu, majibu ya haraka na hakuna haja ya vitendanishi. Teknolojia ya Biosensor hutumia nyenzo za kibayolojia kugundua mabaki ya viumbe hai, ambayo huboresha usahihi na umaalumu wa uamuzi wa COD.
Mbinu za kugundua COD zimepitia mchakato wa maendeleo kutoka kwa uchanganuzi wa jadi wa kemikali hadi ala za kisasa, teknolojia ya picha, mbinu za kielektroniki na teknolojia ya biosensor katika miongo michache iliyopita. Pamoja na maendeleo ya sayansi na teknolojia na ongezeko la mahitaji, teknolojia ya kugundua COD bado inaboreshwa na kuvumbuliwa. Katika siku zijazo, inaweza kuonekana kuwa watu wanapotilia maanani zaidi masuala ya uchafuzi wa mazingira, teknolojia ya kugundua COD itastawi zaidi na kuwa njia ya haraka, sahihi na ya kuaminika ya kugundua ubora wa maji.
Kwa sasa, maabara hutumia mbinu mbili zifuatazo kuchunguza COD.
1. Mbinu ya kuamua COD
Mbinu ya kiwango cha dikromati ya potasiamu, pia inajulikana kama njia ya reflux (Kiwango cha Kitaifa cha Jamhuri ya Watu wa Uchina)
(I) Kanuni
Ongeza kiasi fulani cha dikromati ya potasiamu na sulfate ya fedha ya kichocheo kwenye sampuli ya maji, joto na reflux kwa muda fulani katika kati ya asidi kali, sehemu ya dikromate ya potasiamu hupunguzwa na vitu vinavyoweza oksidi katika sampuli ya maji, na iliyobaki. dichromate ya potasiamu ina titrated na sulfate ya feri ya ammoniamu. Thamani ya COD huhesabiwa kulingana na kiasi cha dikromati ya potasiamu inayotumiwa.
Kwa kuwa kiwango hiki kiliundwa mnamo 1989, kuna shida nyingi katika kukipima kwa kiwango cha sasa:
1. Inachukua muda mwingi, na kila sampuli inahitaji kuingizwa tena kwa saa 2;
2. Vifaa vya reflux huchukua nafasi kubwa, na kufanya uamuzi wa kundi kuwa mgumu;
3. Gharama ya uchambuzi ni ya juu, hasa kwa sulfate ya fedha;
4. Wakati wa mchakato wa uamuzi, taka ya maji ya reflux ni ya kushangaza;
5. Chumvi za zebaki zenye sumu zinakabiliwa na uchafuzi wa sekondari;
6. Kiasi cha reagents kutumika ni kubwa, na gharama ya matumizi ni ya juu;
7. Mchakato wa majaribio ni mgumu na haufai kwa utangazaji.
(II) Vifaa
1. Kifaa cha reflux chenye glasi 250mL
2. Kifaa cha kupokanzwa (tanuru ya umeme)
3. 25mL au 50mL burette ya asidi, chupa ya conical, pipette, chupa ya volumetric, nk.
(III) Vitendanishi
1. Suluhisho la kawaida la dikromati ya potasiamu (c1/6K2Cr2O7=0.2500mol/L)
2. Suluhisho la kiashiria cha Ferrocyanate
3. Suluhisho la kawaida la salfati ya amonia [c(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≈0.1mol/L] (rekebisha kabla ya matumizi)
4. Suluhisho la sulfuri ya sulfuri-fedha
Mbinu ya kiwango cha dikromati ya potasiamu
(IV) Hatua za uamuzi
Urekebishaji wa salfati yenye feri ya amonia: Kwa usahihi pipette 10.00mL ya myeyusho wa kiwango cha dikromati ya potasiamu ndani ya chupa ya koni ya mililita 500, punguza hadi 110mL na maji, polepole ongeza 30mL ya asidi ya sulfuriki iliyokolea, na tikisa vizuri. Baada ya kupoa, ongeza matone 3 ya suluhisho la kiashiria cha ferrocyanate (takriban 0.15mL) na titrati na suluhisho la sulfate ya ammoniamu yenye feri. Hatua ya mwisho ni wakati rangi ya suluhisho inabadilika kutoka njano hadi bluu-kijani hadi nyekundu nyekundu.
(V) Uamuzi
Chukua 20mL ya sampuli ya maji (ikihitajika, chukua kidogo na ongeza maji hadi 20 au punguza kabla ya kuchukua), ongeza 10mL ya dichromate ya potasiamu, chomeka kifaa cha reflux, kisha ongeza 30mL ya asidi ya sulfuriki na sulfate ya fedha, joto na reflux kwa 2h. . Baada ya kupoa, suuza ukuta wa bomba la condenser na 90.00mL ya maji na uondoe chupa ya conical. Baada ya suluhisho kupozwa tena, ongeza matone 3 ya suluhisho la kiashiria cha asidi ya feri na titrati na suluhisho la kawaida la sulfate ya ammoniamu. Rangi ya suluhisho hubadilika kutoka njano hadi bluu-kijani hadi nyekundu nyekundu, ambayo ni hatua ya mwisho. Rekodi kiasi cha suluhisho la kawaida la salfati ya ammoniamu. Unapopima sampuli ya maji, chukua 20.00mL ya maji yaliyotiwa upya na ufanye jaribio tupu kulingana na hatua sawa za uendeshaji. Rekodi kiasi cha suluhisho la kawaida la salfati ya amonia iliyotumiwa katika uwekaji alama tupu.
Mbinu ya kiwango cha dikromati ya potasiamu
(VI) Hesabu
CODCr(O2, mg/L)=[8×1000(V0-V1)·C]/V
(VII) Tahadhari
1. Kiasi cha juu cha ioni ya kloridi iliyochanganywa na 0.4g ya salfati ya zebaki inaweza kufikia 40mg. Sampuli ya maji ya 20.00mL ikichukuliwa, kiwango cha juu cha ukolezi wa ioni ya kloridi cha 2000mg/L kinaweza kuchanganywa. Ikiwa ukolezi wa ioni za kloridi ni mdogo, kiasi kidogo cha salfati ya zebaki kinaweza kuongezwa ili kuweka salfati ya zebaki: ioni za kloridi = 10:1 (W/W). Ikiwa kiasi kidogo cha kloridi ya zebaki hupungua, haiathiri uamuzi.
2. Kiwango cha COD kinachoamuliwa na njia hii ni 50-500mg/L. Kwa sampuli za maji zenye mahitaji ya kemikali ya oksijeni chini ya 50mg/L, suluhu ya kawaida ya dikromati ya potasiamu ya 0.0250mol/L inapaswa kutumika badala yake. 0.01mol/L suluhisho la kawaida la salfati ya ammoniamu na feri litumike kwa kurudisha nyuma nyuma. Kwa sampuli za maji zilizo na COD kubwa kuliko 500mg/L, zinyunyue kabla ya kubainishwa.
3. Baada ya sampuli ya maji ya joto na refluxed, kiasi kilichobaki cha dichromate ya potasiamu katika suluhisho inapaswa kuwa 1/5-4/5 ya kiasi kilichoongezwa.
4. Wakati wa kutumia phthalate hidrojeni kiwango ufumbuzi kuangalia ubora na uendeshaji teknolojia ya reagent, kwa kuwa CODCr ya kinadharia ya kila gramu ya potasiamu phthalate hidrojeni ni 1.176g, 0.4251g ya potasiamu phthalate hidrojeni (HOOCC6H4COOK) ni kufutwa katika maji redistilled, huhamishwa hadi kwenye chupa ya ujazo ya mililita 1000, na kupunguzwa hadi alama kwa maji yaliyotiwa upya ili kuifanya kuwa suluhu ya kawaida ya CODcr ya 500mg/L. Jitayarishe safi wakati unatumiwa.
5. Matokeo ya uamuzi wa CODCr yanapaswa kuhifadhi tarakimu nne muhimu.
6. Wakati wa kila jaribio, suluhisho la kiwango cha titration ya sulfate ya ammoniamu inapaswa kurekebishwa, na mabadiliko ya mkusanyiko yanapaswa kulipwa kipaumbele maalum wakati joto la chumba ni la juu. (Unaweza pia kuongeza 10.0ml ya suluhu ya kiwango cha potasiamu ya dikromati kwenye nafasi tupu baada ya kuteremka na kutiririsha na salfati ya feri ya ammoniamu hadi mwisho.)
7. Sampuli ya maji inapaswa kuwekwa safi na kupimwa haraka iwezekanavyo.
Manufaa:
Usahihi wa hali ya juu: Titration ya Reflux ni njia ya kawaida ya kubainisha COD. Baada ya muda mrefu wa maendeleo na uthibitishaji, usahihi wake umetambuliwa sana. Inaweza kutafakari kwa usahihi zaidi maudhui halisi ya viumbe hai katika maji.
Utumizi mpana: Njia hii inafaa kwa aina mbalimbali za sampuli za maji, ikiwa ni pamoja na maji machafu ya kikaboni yenye mkusanyiko wa juu na chini ya mkusanyiko.
Vipimo vya uendeshaji: Kuna viwango vya kina vya uendeshaji na michakato, ambayo ni rahisi kwa waendeshaji kusimamia na kutekeleza.
Hasara:
Inachukua muda: Reflux titration kawaida huchukua saa kadhaa ili kukamilisha uamuzi wa sampuli, ambayo ni wazi haifai kwa hali ambapo matokeo yanahitajika kupatikana haraka.
Matumizi ya juu ya vitendanishi: Njia hii inahitaji matumizi ya vitendanishi zaidi vya kemikali, ambayo sio tu ya gharama kubwa, lakini pia huchafua mazingira kwa kiwango fulani.
Uendeshaji tata: Opereta anahitaji kuwa na ujuzi fulani wa kemikali na ujuzi wa majaribio, vinginevyo inaweza kuathiri usahihi wa matokeo ya uamuzi.
2. Spectrophotometry ya digestion ya haraka
(I) Kanuni
Sampuli huongezwa kwa kiwango kinachojulikana cha myeyusho wa dikromati ya potasiamu, katika asidi ya sulfuriki yenye nguvu, na salfati ya fedha kama kichocheo, na baada ya usagaji chakula wa hali ya juu, thamani ya COD hubainishwa na vifaa vya photometric. Kwa kuwa njia hii ina muda mfupi wa uamuzi, uchafuzi mdogo wa sekondari, kiasi kidogo cha reagent na gharama ya chini, maabara nyingi kwa sasa hutumia njia hii. Hata hivyo, njia hii ina gharama kubwa ya chombo na gharama ya chini ya matumizi, ambayo yanafaa kwa matumizi ya muda mrefu ya vitengo vya COD.
(II) Vifaa
Vifaa vya kigeni vilitengenezwa mapema, lakini bei ni ya juu sana, na wakati wa uamuzi ni mrefu. Bei ya kitendanishi kwa ujumla haiwezi kumuduka kwa watumiaji, na usahihi wake si wa juu sana, kwa sababu viwango vya ufuatiliaji wa vyombo vya kigeni ni tofauti na vile vya nchi yangu, hasa kwa sababu kiwango cha kutibu maji na mfumo wa usimamizi wa nchi za kigeni ni tofauti na ule wa nchi yangu. nchi; njia ya spectrophotometry ya digestion ya haraka inategemea hasa mbinu za kawaida za vyombo vya ndani. Uamuzi wa haraka wa kichocheo wa njia ya COD ni kiwango cha uundaji wa njia hii. Iligunduliwa mapema miaka ya 1980. Baada ya zaidi ya miaka 30 ya maombi, imekuwa kiwango cha sekta ya ulinzi wa mazingira. Chombo cha 5B cha ndani kimetumika sana katika utafiti wa kisayansi na ufuatiliaji rasmi. Vyombo vya ndani vimetumika sana kwa sababu ya faida zao za bei na huduma ya baada ya mauzo.
(III) Hatua za uamuzi
Chukua sampuli ya 2.5ml—–ongeza kitendanishi—–yeyusha kwa dakika 10—–poa kwa dakika 2—–mimina kwenye sahani ya rangi—–onyesho la kifaa linaonyesha moja kwa moja mkusanyiko wa COD wa sampuli.
(IV) Tahadhari
1. Sampuli za maji zenye klorini nyingi zinapaswa kutumia reagent yenye klorini nyingi.
2. Kioevu cha taka ni takriban 10ml, lakini kina asidi nyingi na kinapaswa kukusanywa na kusindika.
3. Hakikisha kwamba uso wa kupeleka mwanga wa cuvette ni safi.
Manufaa:
Kasi ya haraka: Mbinu ya haraka kwa kawaida huchukua dakika chache hadi zaidi ya dakika kumi ili kukamilisha uamuzi wa sampuli, ambayo inafaa sana kwa hali ambapo matokeo yanahitajika kupatikana haraka.
Utumiaji mdogo wa vitendanishi: Ikilinganishwa na njia ya urekebishaji wa reflux, njia ya haraka hutumia vitendanishi vichache vya kemikali, ina gharama ya chini, na ina athari kidogo kwa mazingira.
Uendeshaji rahisi: Hatua za uendeshaji wa mbinu ya haraka ni rahisi kiasi, na mwendeshaji hahitaji kuwa na ujuzi wa juu sana wa kemikali na ujuzi wa majaribio.
Hasara:
Usahihi wa chini kidogo: Kwa kuwa mbinu ya haraka kwa kawaida hutumia baadhi ya athari za kemikali zilizorahisishwa na mbinu za kipimo, usahihi wake unaweza kuwa chini kidogo kuliko mbinu ya reflux titration.
Upeo mdogo wa matumizi: Mbinu ya haraka inafaa zaidi kwa uamuzi wa maji machafu ya kikaboni yenye mkusanyiko wa chini. Kwa maji machafu ya mkusanyiko wa juu, matokeo yake ya uamuzi yanaweza kuathirika sana.
Imeathiriwa na sababu za mwingiliano: Mbinu ya haraka inaweza kutoa hitilafu kubwa katika baadhi ya matukio maalum, kama vile wakati kuna vitu fulani vinavyoingilia kwenye sampuli ya maji.
Kwa muhtasari, njia ya reflux ya titration na njia ya haraka kila moja ina faida na hasara zao. Njia ipi ya kuchagua inategemea hali maalum ya maombi na mahitaji. Wakati usahihi wa juu na utumiaji mpana unahitajika, titration ya reflux inaweza kuchaguliwa; wakati matokeo ya haraka yanahitajika au idadi kubwa ya sampuli za maji zinasindika, njia ya haraka ni chaguo nzuri.
Lianhua, kama mtengenezaji wa vyombo vya kupima ubora wa maji kwa miaka 42, imeunda dakika 20.Spectrophotometry ya usagaji chakula wa haraka wa CODmbinu. Baada ya idadi kubwa ya kulinganisha kwa majaribio, imeweza kufikia kosa la chini ya 5%, na ina faida za uendeshaji rahisi, matokeo ya haraka, gharama nafuu na muda mfupi.