Vývoj detekce chemické spotřeby kyslíku (CHSK).

Chemická spotřeba kyslíku se také nazývá chemická spotřeba kyslíku (chemická spotřeba kyslíku), označovaná jako CHSK. Jedná se o použití chemických oxidantů (jako je manganistan draselný) k oxidaci a rozkladu oxidovatelných látek ve vodě (jako jsou organické látky, dusitany, železité soli, sulfidy atd.) a následně výpočet spotřeby kyslíku na základě množství zbytkového oxidant. Stejně jako biochemická spotřeba kyslíku (BSK) je důležitým indikátorem znečištění vody. Jednotkou CHSK je ppm nebo mg/l. Čím menší hodnota, tím mírnější znečištění vody.
Mezi redukční látky ve vodě patří různé organické látky, dusitany, sulfidy, železnaté soli atd. Ale hlavní jsou organické látky. Chemická spotřeba kyslíku (CHSK) se proto často používá jako indikátor pro měření množství organické hmoty ve vodě. Čím větší je chemická spotřeba kyslíku, tím závažnější je znečištění vody organickou hmotou. Stanovení chemické spotřeby kyslíku (CHSK) se liší podle stanovení redukujících látek ve vzorcích vody a způsobu stanovení. Nejčastěji používanými metodami jsou v současnosti metoda kyselé oxidace manganistanem draselným a metoda oxidace dvojchromanem draselným. Metoda manganistanu draselného (KMnO4) má nízkou oxidační rychlost, ale je poměrně jednoduchá. Lze jej použít ke stanovení relativní srovnávací hodnoty organického obsahu ve vzorcích vody a ve vzorcích čistých povrchových a podzemních vod. Metoda dichromanu draselného (K2Cr2O7) má vysokou oxidační rychlost a dobrou reprodukovatelnost. Je vhodný pro stanovení celkového množství organických látek ve vzorcích vod při monitoringu odpadních vod.
Organické látky jsou velmi škodlivé pro průmyslové vodní systémy. Voda obsahující velké množství organické hmoty bude při průchodu odsolovacím systémem kontaminovat iontoměničové pryskyřice, zejména aniontoměničové pryskyřice, což sníží výměnnou kapacitu pryskyřice. Organické látky lze po předúpravě (koagulaci, čiření a filtraci snížit asi o 50 %), ale nelze je odstranit v odsolovacím systému, takže jsou často přiváděny do kotle přes napájecí vodu, což snižuje hodnotu pH kotle voda. Někdy se mohou do parního systému dostat také organické látky a kondenzovat voda, což sníží pH a způsobí korozi systému. Vysoký obsah organické hmoty v cirkulačním vodním systému podpoří mikrobiální reprodukci. Ať už tedy pro odsolování, kotelní vodu nebo systém cirkulační vody, čím nižší CHSK, tím lépe, ale neexistuje jednotný limitní index. Když CHSK (metoda KMnO4) > 5 mg/l v systému cirkulující chladicí vody, kvalita vody se začala zhoršovat.

Chemická spotřeba kyslíku (CHSK) je ukazatelem míry bohatosti vody na organické látky a je také jedním z důležitých ukazatelů pro měření míry znečištění vody. S rozvojem industrializace a nárůstem populace dochází ke stále většímu znečištění vodních ploch a postupně se zdokonaluje i rozvoj detekce CHSK.
Původ detekce CHSK lze vysledovat až do 50. let 19. století, kdy problémy se znečištěním vody přitahovaly pozornost lidí. Zpočátku se CHSK používala jako indikátor kyselých nápojů k měření koncentrace organických látek v nápojích. Protože však v té době nebyla zavedena úplná metoda měření, došlo k velké chybě ve výsledcích stanovení CHSK.
Na počátku 20. století, s rozvojem moderních metod chemické analýzy, byla metoda detekce CHSK postupně zdokonalována. V roce 1918 německý chemik Hasse definoval CHSK jako celkové množství organické hmoty spotřebované oxidací v kyselém roztoku. Následně navrhl novou metodu stanovení CHSK, která má jako oxidant využívat vysokokoncentrovaný roztok oxidu chromitého. Tato metoda může účinně oxidovat organickou hmotu na oxid uhličitý a vodu a měřit spotřebu oxidantů v roztoku před a po oxidaci za účelem stanovení hodnoty CHSK.
Postupně se však ukázaly nedostatky této metody. Za prvé, příprava a provoz činidel jsou poměrně komplikované, což zvyšuje obtížnost a časovou náročnost experimentu. Za druhé, roztoky oxidu chromitého o vysoké koncentraci jsou škodlivé pro životní prostředí a nejsou vhodné pro praktické aplikace. Následné studie proto postupně hledaly jednodušší a přesnější metodu stanovení CHSK.
V 50. letech 20. století holandský chemik Friis vynalezl novou metodu stanovení CHSK, která jako oxidant používá kyselinu persírovou o vysoké koncentraci. Tato metoda se snadno ovládá a má vysokou přesnost, což výrazně zlepšuje účinnost detekce CHSK. Použití kyseliny persírové má ale i jistá bezpečnostní rizika, proto je stále nutné dbát na bezpečnost provozu.
Následně, s rychlým rozvojem přístrojové techniky, metoda stanovení CHSK postupně dosáhla automatizace a inteligence. V 70. letech se objevil první automatický analyzátor CHSK, který dokáže realizovat plně automatické zpracování a detekci vzorků vody. Tento přístroj nejen zlepšuje přesnost a stabilitu stanovení CHSK, ale také výrazně zlepšuje efektivitu práce.
Se zvyšováním povědomí o životním prostředí a zlepšováním regulačních požadavků je také průběžně optimalizována metoda detekce CHSK. V posledních letech vývoj fotoelektrické technologie, elektrochemických metod a technologie biosenzorů podpořil inovaci technologie detekce CHSK. Fotoelektrická technologie může například určit obsah CHSK ve vzorcích vody změnou fotoelektrických signálů, s kratší dobou detekce a jednodušším ovládáním. Elektrochemická metoda využívá k měření hodnot CHSK elektrochemické senzory, které mají výhody vysoké citlivosti, rychlé odezvy a bez potřeby reagencií. Technologie biosenzorů využívá biologické materiály ke specifické detekci organické hmoty, což zlepšuje přesnost a specifičnost stanovení CHSK.
Metody detekce CHSK prošly v posledních několika desetiletích vývojovým procesem od tradiční chemické analýzy k moderní instrumentaci, fotoelektrické technologii, elektrochemickým metodám a technologii biosenzorů. S pokrokem vědy a techniky a rostoucí poptávkou se technologie detekce CHSK stále zdokonaluje a inovuje. V budoucnu lze předvídat, že jak lidé věnují větší pozornost otázkám znečištění životního prostředí, technologie detekce CHSK se bude dále rozvíjet a stane se rychlejší, přesnější a spolehlivější metodou detekce kvality vody.
V současné době používají laboratoře k detekci CHSK především následující dvě metody.
1. Metoda stanovení CHSK
Standardní metoda dichromanu draselného, ​​známá také jako metoda refluxu (Národní standard Čínské lidové republiky)
(I) Princip
Do vzorku vody přidejte určité množství dichromanu draselného a katalyzátor síran stříbrný, zahřívejte a refluxujte po určitou dobu v silně kyselém prostředí, část dichromanu draselného je redukována oxidovatelnými látkami ve vzorku vody a zbývající dichroman draselný se titruje síranem amonným železnatým. Hodnota CHSK se vypočítá na základě množství spotřebovaného dichromanu draselného.
Vzhledem k tomu, že tento standard byl formulován v roce 1989, existuje mnoho nevýhod při jeho měření se současným standardem:
1. Trvá to příliš dlouho a každý vzorek musí být refluxován po dobu 2 hodin;
2. Refluxní zařízení zabírá velký prostor, což ztěžuje stanovení šarže;
3. Náklady na analýzu jsou vysoké, zejména pro síran stříbrný;
4. Během procesu stanovení je plýtvání refluxní vodou úžasné;
5. Toxické rtuťové soli jsou náchylné k sekundárnímu znečištění;
6. Množství použitých činidel je velké a náklady na spotřební materiál jsou vysoké;
7. Zkušební proces je komplikovaný a není vhodný pro propagaci.
(II) Vybavení
1. 250ml celoskleněné refluxní zařízení
2. Topné zařízení (elektrická pec)
3. 25ml nebo 50ml kyselá byreta, kuželová baňka, pipeta, odměrná baňka atd.
(III) Činidla
1. Standardní roztok dichromanu draselného (c1/6K2Cr2O7=0,2500mol/L)
2. Ferokyanátový indikátorový roztok
3. Standardní roztok síranu amonného železnatého [c(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≈0,1mol/L] (před použitím kalibrujte)
4. Roztok kyseliny sírové a síranu stříbrného
Standardní metoda dichromanu draselného
(IV) Kroky stanovení
Kalibrace síranu amonného železnatého: Do ​​500 ml kónické baňky přesně napipetujte 10,00 ml standardního roztoku dichromanu draselného, ​​zřeďte na přibližně 110 ml vodou, pomalu přidejte 30 ml koncentrované kyseliny sírové a dobře protřepejte. Po ochlazení přidejte 3 kapky ferokyanátového indikátorového roztoku (asi 0,15 ml) a titrujte roztokem síranu železnatého amonného. Konečným bodem je, když se barva roztoku změní od žluté přes modrozelenou až po červenohnědou.
(V) Odhodlání
Odeberte 20 ml vzorku vody (je-li to nutné, odeberte méně a přidejte vodu na 20 nebo před odběrem zřeďte), přidejte 10 ml dichromanu draselného, ​​zapojte zpětné zařízení a poté přidejte 30 ml kyseliny sírové a síranu stříbrného, ​​zahřívejte a refluxujte 2 hodiny . Po ochlazení opláchněte stěnu zkumavky kondenzátoru 90,00 ml vody a vyjměte kuželovou baňku. Po opětovném ochlazení roztoku přidejte 3 kapky indikátorového roztoku kyseliny železité a titrujte standardním roztokem síranu amonného. Barva roztoku se mění od žluté přes modrozelenou až po červenohnědou, což je konečný bod. Zaznamenejte množství standardního roztoku síranu amonného. Při měření vzorku vody odeberte 20,00 ml redestilované vody a proveďte slepý pokus podle stejných pracovních kroků. Zaznamenejte množství standardního roztoku síranu amonného železnatého použitého při slepé titraci.
Standardní metoda dichromanu draselného
(VI) Výpočet
CHSKCr(O2, mg/L)=[8×1000(V0-V1)·C]/V
(VII) Bezpečnostní opatření
1. Maximální množství chloridového iontu v komplexu s 0,4 g síranu rtuťnatého může dosáhnout 40 mg. Pokud se odebere 20,00 ml vzorku vody, může být komplexována maximální koncentrace chloridových iontů 2000 mg/l. Pokud je koncentrace chloridových iontů nízká, lze přidat malé množství síranu rtuťnatého pro udržení poměru síran rtuťnatý: chloridové ionty = 10:1 (W/W). Pokud se vysráží malé množství chloridu rtuťnatého, nemá to vliv na stanovení.
2. Rozsah CHSK stanovený touto metodou je 50-500 mg/l. Pro vzorky vody s chemickou spotřebou kyslíku nižší než 50 mg/l by se měl místo toho použít standardní roztok dichromanu draselného 0,0250 mol/l. Pro zpětnou titraci by měl být použit standardní roztok 0,01 mol/l síranu amonného železnatého. U vzorků vody s CHSK větší než 500 mg/l je před stanovením nařeďte.
3. Po zahřátí vzorku vody a refluxu by zbývající množství dichromanu draselného v roztoku mělo být 1/5-4/5 přidaného množství.
4. Při použití standardního roztoku hydrogenftalátu draselného pro kontrolu kvality a technologie provozu činidla, protože teoretická hodnota CHSKCr na každý gram hydrogenftalátu draselného je 1,176 g, se 0,4251 g hydrogenftalátu draselného (HOOCC6H4COOK) rozpustí v redestilované vodě, přenese se do 1000 ml odměrné baňky a zředí se po značku redestilovanou vodou, aby se vytvořil standardní roztok 500 mg/l CHSKcr. Při použití jej připravte čerstvý.
5. Výsledek stanovení CHSKCr by si měl ponechat čtyři platné číslice.
6. Během každého experimentu by měl být kalibrován standardní titrační roztok síranu amonného a změně koncentrace by měla být věnována zvláštní pozornost, když je pokojová teplota vysoká. (Můžete také přidat 10,0 ml standardního roztoku dichromanu draselného k slepému pokusu po titraci a titrovat síranem amonnoželeznatým do koncového bodu.)
7. Vzorek vody by měl být udržován čerstvý a změřen co nejdříve.
výhody:
Vysoká přesnost: Refluxní titrace je klasická metoda stanovení CHSK. Po dlouhé době vývoje a ověřování byla jeho přesnost široce uznávána. Dokáže přesněji odrážet skutečný obsah organické hmoty ve vodě.
Široké použití: Tato metoda je vhodná pro různé typy vzorků vody, včetně vysoce koncentrovaných a nízko koncentrovaných organických odpadních vod.
Specifikace provozu: Existují podrobné provozní standardy a procesy, které je pro operátory vhodné zvládnout a implementovat.
Nevýhody:
Časová náročnost: Refluxní titrace obvykle trvá několik hodin, než se dokončí stanovení vzorku, což samozřejmě neprospívá situaci, kdy je třeba získat výsledky rychle.
Vysoká spotřeba činidel: Tato metoda vyžaduje použití více chemických činidel, což je nejen nákladné, ale do určité míry také znečišťuje životní prostředí.
Složitá obsluha: Obsluha musí mít určité chemické znalosti a experimentální dovednosti, jinak to může ovlivnit přesnost výsledků stanovení.
2. Spektrofotometrie rychlého rozkladu
(I) Princip
Ke vzorku se přidá známé množství roztoku dichromanu draselného, ​​v prostředí silné kyseliny sírové, se síranem stříbrným jako katalyzátorem a po vysokoteplotní digesci se pomocí fotometrického zařízení stanoví hodnota CHSK. Vzhledem k tomu, že tato metoda má krátkou dobu stanovení, malé sekundární znečištění, malý objem činidla a nízkou cenu, většina laboratoří v současné době používá tuto metodu. Tato metoda má však vysoké náklady na přístroj a nízké náklady na použití, což je vhodné pro dlouhodobé používání jednotek COD.
(II) Vybavení
Zahraniční zařízení bylo vyvinuto dříve, ale cena je velmi vysoká a doba určení je dlouhá. Cena činidla je pro uživatele obecně nedostupná a přesnost není příliš vysoká, protože standardy monitorování zahraničních přístrojů se liší od standardů v mé zemi, zejména proto, že úroveň úpravy vody a systém řízení v cizích zemích se liší od standardů v mé zemi. země; metoda spektrofotometrie rychlého rozkladu je založena především na běžných metodách domácích přístrojů. Formulačním standardem této metody je katalytické rychlé stanovení CHSK. Byl vynalezen již na začátku 80. let. Po více než 30 letech používání se stal standardem v průmyslu ochrany životního prostředí. Domácí přístroj 5B byl široce používán ve vědeckém výzkumu a oficiálním monitorování. Domácí nástroje byly široce používány kvůli jejich cenovým výhodám a včasnému poprodejnímu servisu.
(III) Kroky stanovení
Odeberte 2,5 ml vzorku – – přidejte činidlo – – 10 minut vařte – – ochlaďte 2 minuty – – nalijte do kolorimetrické misky – – displej zařízení přímo zobrazuje koncentraci CHSK ve vzorku.
(IV) Bezpečnostní opatření
1. Vzorky vody s vysokým obsahem chlóru by měly používat činidlo s vysokým obsahem chloru.
2. Odpadní kapalina je asi 10 ml, ale je vysoce kyselá a měla by být shromažďována a zpracovávána.
3. Ujistěte se, že světlo propouštějící povrch kyvety je čistý.
výhody:
Rychlá rychlost: Rychlá metoda obvykle trvá jen několik minut až více než deset minut k dokončení stanovení vzorku, což je velmi vhodné v situacích, kdy je třeba rychle získat výsledky.
Menší spotřeba činidla: Ve srovnání s metodou refluxní titrace používá rychlá metoda méně chemických činidel, má nižší náklady a má menší dopad na životní prostředí.
Snadná obsluha: Operační kroky rychlé metody jsou relativně jednoduché a operátor nemusí mít příliš vysoké chemické znalosti a experimentální dovednosti.
Nevýhody:
Mírně nižší přesnost: Protože rychlá metoda obvykle používá některé zjednodušené chemické reakce a metody měření, její přesnost může být o něco nižší než u metody refluxní titrace.
Omezený rozsah použití: Rychlá metoda je vhodná především pro stanovení nízkokoncentračních organických odpadních vod. U odpadních vod s vysokou koncentrací mohou být výsledky jejich stanovení značně ovlivněny.
Ovlivněné interferenčními faktory: Rychlá metoda může v některých speciálních případech způsobit velké chyby, například když jsou ve vzorku vody určité interferující látky.
Stručně řečeno, metoda refluxní titrace a rychlá metoda mají každá své výhody a nevýhody. Kterou metodu zvolit, závisí na konkrétním scénáři aplikace a potřebách. Pokud je požadována vysoká přesnost a široká použitelnost, lze zvolit refluxní titraci; pokud jsou požadovány rychlé výsledky nebo je zpracováváno velké množství vzorků vody, je rychlá metoda dobrou volbou.
Společnost Lianhua, jako výrobce přístrojů na testování kvality vody již 42 let, vyvinula 20minutovýSpektrofotometrie rychlého trávení CHSKmetoda. Po velkém počtu experimentálních srovnání byl schopen dosáhnout chyby menší než 5 % a má výhody jednoduchého ovládání, rychlých výsledků, nízkých nákladů a krátkého času.