Химическая потребность в кислороде - Chemical oxygen demand

В химия окружающей среды, то химическая потребность в кислороде (COD) является ориентировочной мерой суммы кислород что может быть употреблено реакции в размеренном решение. Обычно это выражается в масса кислорода израсходовано более объем раствора, который в единицах СИ составляет миллиграммы на литр (мг /L ). Тест на ХПК можно использовать для простой количественной оценки количества органика в воды. Чаще всего ХПК используется для определения количества окисляемого загрязняющие вещества нашел в Поверхность воды (например. озера и реки ) или же Сточные Воды. COD полезен с точки зрения качество воды предоставив метрику для определения эффекта сточные воды будет иметь на принимающем теле, как и биохимическая потребность в кислороде (БПК).

Обзор

Основанием для теста COD является то, что почти все органические соединения могут полностью окисляться до углекислый газ с сильным окислитель под кислый условия. Количество кислород требуется для окисления органического соединения до диоксида углерода, аммиак, а вода 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 нитрификация, окисление аммиака в нитрат:

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

Дихромат Окислитель для определения ХПК не окисляет аммиак в нитрат, поэтому нитрификация не входит в стандартный тест ХПК.

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

Использование дихромата калия

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

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

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

В процессе окисления органических веществ, обнаруженных в пробе воды, дихромат калия восстанавливается (поскольку во всех редокс реакции, один реагент окисляется, а другой восстанавливается), образуя Cr³⁺. Количество Cr³⁺ определяется после завершения окисления и используется в качестве косвенного показателя содержания органических веществ в пробе воды.

Измерение превышения

Для полного окисления всего органического вещества необходимо наличие избыточного количества дихромата калия (или любого окислителя). После завершения окисления необходимо измерить количество избыточного дихромата калия, чтобы убедиться, что количество Cr³⁺ можно определить с точностью. Для этого избыток дихромата калия титрованный с сульфат двухвалентного аммония (FAS) до тех пор, пока весь избыток окислителя не будет восстановлен до Cr³⁺. Обычно показатель окислительно-восстановительного ферроин также добавляется на этом этапе титрования. После того, как весь избыток дихромата будет восстановлен, индикатор ферроина изменится с сине-зеленого на красновато-коричневый. Количество сульфат двухвалентного аммония добавлено эквивалентно количеству избытка дихромата калия, добавленного к исходному образцу. Примечание. Индикатор ферроина имеет ярко-красный цвет из коммерческих источников, но при добавлении к расщепленному образцу, содержащему 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 при окислении меняет цвет с красного на бледно-голубой.^[1]

Приготовление индикаторного реагента ферроина

Раствор 1,485 г 1,10-фенантролин моногидрат добавляют к раствору 695 мг FeSO₄· 7H₂O в дистиллированной воде, и полученный красный раствор разбавляют до 100 мл.

Расчеты

Для расчета наложенного платежа используется следующая формула:

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

куда б объем FAS, использованный в холостом образце, s - объем ФАС в исходной выборке, а п - нормальность ФАС. 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 все C переходит в CO₂), H₂O (предположим, что все H переходит в H₂O) и NH₃ (предположим, что все N переходит в NH₃) по следующей формуле:

COD = (C/ FW) · (RMO) · 32

Где

C = Концентрация окисляемого соединения в образце,

FW = Формульный вес окисляемого соединения в образце,

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

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

C₆ЧАС₅ОН + 7О₂ → 6CO₂ + 3H₂О

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

Неорганическое вмешательство

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

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

Перед добавлением других реагентов, сульфат ртути может быть добавлен в образец для устранения влияния хлоридов.

В следующей таблице перечислены некоторые 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.

Неорганическая молекула	Устранено	Формы исключения
Хлористый	Сульфат ртути	Хлорид ртути сложный
Нитриты	Сульфаминовая кислота	N2 газ
Железо	-	-
Сульфиды	-	-

Государственное регулирование

Многие правительства устанавливают строгие правила в отношении максимально допустимого химического потребления кислорода в сточных водах, прежде чем они могут быть возвращены в окружающую среду. Например, в Швейцария, максимальная потребность в кислороде от 200 до 1000 мг / л должна быть достигнута до сточных вод или промышленная вода можно вернуть в окружающую среду [2].

История

На протяжении многих лет сильные окислитель перманганат калия (KMnО₄) использовался для измерения химической потребности в кислороде. Измерения назывались кислород потребляется из перманганата, а не потребность в кислороде органических веществ. Эффективность перманганата калия при окислении органических соединений сильно различалась, и во многих случаях биохимическая потребность в кислороде (БПК) измерения часто были намного больше, 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 сульфат церия, йодат калия, и дихромат калия были использованы для определения наложенного платежа. Из них дихромат калия (K₂Cr₂О₇ ) оказался наиболее эффективным: он относительно дешев, его легко очищать, 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 все колориметрические методы пробелы используются для контроля загрязнения посторонними материалами.

Смотрите также

• 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 обсуждает как BOD и ХПК как показатель качества воды.

Рекомендации

Цитаты

1. «Общая химия онлайн: глоссарий». antoine.frostburg.edu.

Источники

• Клер Н. Сойер; Перри Л. Маккарти; Джин Ф. Паркин (2003). Химия для экологической инженерии и науки (5-е изд.). Нью-Йорк: Макгроу-Хилл. ISBN  0-07-248066-1.
• Ленор С. Клескерль; Арнольд Э. Гринберг; Эндрю Д. Итон. Стандартные методы исследования воды и сточных вод (20-е изд.). Вашингтон, округ Колумбия: Американская ассоциация общественного здравоохранения. ISBN  0-87553-235-7.

«Общая химия онлайн».

внешняя ссылка

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