Desenvolvemento da detección da demanda química de osíxeno (DQO).

A demanda química de osíxeno tamén se denomina demanda química de osíxeno (demanda química de osíxeno), denominada DQO. É o uso de oxidantes químicos (como o permanganato de potasio) para oxidar e descompoñer substancias oxidables na auga (como materia orgánica, nitrito, sal ferrosa, sulfuro, etc.), e despois calcular o consumo de osíxeno en función da cantidade de residuo. oxidante. Do mesmo xeito que a demanda bioquímica de osíxeno (DBO), é un indicador importante da contaminación da auga. A unidade de DQO é ppm ou mg/L. Canto menor sexa o valor, menor será a contaminación da auga.
As substancias redutores da auga inclúen diversas materias orgánicas, nitritos, sulfuros, sal ferrosa, etc. Pero a principal é a materia orgánica. Polo tanto, a demanda química de osíxeno (DQO) úsase a miúdo como indicador para medir a cantidade de materia orgánica na auga. Canto maior sexa a demanda química de osíxeno, máis grave será a contaminación da auga pola materia orgánica. A determinación da demanda química de osíxeno (DQO) varía coa determinación de substancias redutores en mostras de auga e o método de determinación. Os métodos máis utilizados na actualidade son o método de oxidación de permanganato de potasio ácido e o método de oxidación de dicromato de potasio. O método de permanganato de potasio (KMnO4) ten unha baixa taxa de oxidación, pero é relativamente sinxelo. Pódese usar para determinar o valor comparativo relativo do contido orgánico en mostras de auga e en mostras de augas superficiais e subterráneas limpas. O método de dicromato de potasio (K2Cr2O7) ten unha alta taxa de oxidación e boa reproducibilidade. É adecuado para determinar a cantidade total de materia orgánica en mostras de auga na vixilancia de augas residuais.
A materia orgánica é moi prexudicial para os sistemas de auga industriais. A auga que contén unha gran cantidade de materia orgánica contaminará as resinas de intercambio iónico ao pasar polo sistema de desalinización, especialmente as resinas de intercambio aniónico, o que reducirá a capacidade de intercambio da resina. A materia orgánica pódese reducir nun 50% despois do pretratamento (coagulación, clarificación e filtración), pero non se pode eliminar no sistema de desalinización, polo que adoita entrar na caldeira a través da auga de alimentación, o que reduce o valor do pH da caldeira. auga. Ás veces tamén se pode introducir materia orgánica no sistema de vapor e auga condensada, o que reducirá o pH e provocará corrosión do sistema. O alto contido de materia orgánica no sistema de auga circulante favorecerá a reprodución microbiana. Polo tanto, xa sexa para desalinización, auga de caldeira ou sistema de circulación de auga, canto menor sexa o DQO, mellor, pero non hai un índice limitante unificado. Cando o DQO (método KMnO4) > 5 mg/L no sistema de auga de refrixeración circulante, a calidade da auga comezou a deteriorarse.

A demanda química de osíxeno (DQO) é un indicador de medición do grao en que a auga é rica en materia orgánica, e tamén é un dos indicadores importantes para medir o grao de contaminación da auga. Co desenvolvemento da industrialización e o aumento da poboación, as masas de auga están cada vez máis contaminadas e o desenvolvemento da detección de DQO mellorou gradualmente.
A orixe da detección de DQO remóntase á década de 1850, cando os problemas de contaminación da auga chamaran a atención da xente. Inicialmente, o DQO utilizouse como indicador de bebidas ácidas para medir a concentración de materia orgánica nas bebidas. Non obstante, dado que non se establecera un método de medición completo nese momento, houbo un gran erro nos resultados da determinación de DQO.
A principios do século XX, co avance dos modernos métodos de análise química, o método de detección de DQO mellorouse gradualmente. En 1918, o químico alemán Hasse definiu o DQO como a cantidade total de materia orgánica consumida pola oxidación nunha solución ácida. Posteriormente, propuxo un novo método de determinación de DQO, que consiste en utilizar unha solución de dióxido de cromo de alta concentración como oxidante. Este método pode oxidar eficazmente a materia orgánica en dióxido de carbono e auga, e medir o consumo de oxidantes na solución antes e despois da oxidación para determinar o valor de DQO.
Non obstante, as deficiencias deste método foron xurdindo gradualmente. En primeiro lugar, a preparación e funcionamento dos reactivos son relativamente complicados, o que aumenta a dificultade e o tempo do experimento. En segundo lugar, as solucións de dióxido de cromo de alta concentración son prexudiciais para o medio ambiente e non son propicias para aplicacións prácticas. Polo tanto, estudos posteriores buscaron gradualmente un método de determinación de DQO máis sinxelo e preciso.
Na década de 1950, o químico holandés Friis inventou un novo método de determinación de DQO, que utiliza ácido persulfúrico de alta concentración como oxidante. Este método é sinxelo de operar e ten unha alta precisión, o que mellora moito a eficiencia da detección de DQO. Non obstante, o uso de ácido persulfúrico tamén ten certos perigos de seguridade, polo que aínda é necesario prestar atención á seguridade da operación.
Posteriormente, co rápido desenvolvemento da tecnoloxía de instrumentación, o método de determinación de DQO conseguiu gradualmente a automatización e a intelixencia. Na década de 1970, apareceu o primeiro analizador automático de DQO, que pode realizar o procesamento e detección totalmente automáticos de mostras de auga. Este instrumento non só mellora a precisión e estabilidade da determinación do DQO, senón que tamén mellora moito a eficiencia do traballo.
Coa mellora da concienciación ambiental e a mellora dos requisitos regulamentarios, o método de detección de DQO tamén se está optimizando continuamente. Nos últimos anos, o desenvolvemento da tecnoloxía fotoeléctrica, métodos electroquímicos e tecnoloxía de biosensores promoveu a innovación da tecnoloxía de detección de DQO. Por exemplo, a tecnoloxía fotoeléctrica pode determinar o contido de DQO nas mostras de auga mediante o cambio de sinais fotoeléctricos, cun tempo de detección máis curto e un funcionamento máis sinxelo. O método electroquímico usa sensores electroquímicos para medir os valores de DQO, o que ten as vantaxes de alta sensibilidade, resposta rápida e sen necesidade de reactivos. A tecnoloxía dos biosensores utiliza materiais biolóxicos para detectar específicamente a materia orgánica, o que mellora a precisión e a especificidade da determinación da DQO.
Os métodos de detección de DQO sufriron un proceso de desenvolvemento desde a análise química tradicional ata a instrumentación moderna, a tecnoloxía fotoeléctrica, os métodos electroquímicos e a tecnoloxía de biosensores nas últimas décadas. Co avance da ciencia e da tecnoloxía e o aumento da demanda, a tecnoloxía de detección de DQO aínda se está mellorando e innovando. No futuro, pódese prever que a medida que a xente preste máis atención aos problemas de contaminación ambiental, a tecnoloxía de detección de DQO desenvolverase aínda máis e converterase nun método de detección da calidade da auga máis rápido, preciso e fiable.
Na actualidade, os laboratorios utilizan principalmente os dous métodos seguintes para detectar DQO.
1. Método de determinación do DQO
Método estándar de dicromato de potasio, tamén coñecido como método de refluxo (Norma Nacional da República Popular China)
(I) Principio
Engade unha certa cantidade de dicromato de potasio e sulfato de prata catalizador á mostra de auga, quenta e refluxo durante un certo período de tempo nun medio ácido forte, parte do dicromato de potasio redúcese polas substancias oxidables da mostra de auga e o resto o dicromato de potasio titúlase con sulfato ferroso amónico. O valor de DQO calcúlase en función da cantidade de dicromato de potasio consumido.
Desde que este estándar foi formulado en 1989, hai moitas desvantaxes ao medilo co estándar actual:
1. Leva demasiado tempo e cada mostra debe ser refluída durante 2 horas;
2. O equipo de refluxo ocupa un gran espazo, dificultando a determinación do lote;
3. O custo da análise é alto, especialmente para o sulfato de prata;
4. Durante o proceso de determinación, o desperdicio da auga de refluxo é sorprendente;
5. As sales de mercurio tóxicas son propensas á contaminación secundaria;
6. A cantidade de reactivos utilizados é grande e o custo dos consumibles é alto;
7. O proceso de proba é complicado e non é apto para a promoción.
(II) Equipamento
1. Dispositivo de refluxo de vidro de 250 ml
2. Dispositivo de calefacción (forno eléctrico)
3. Bureta de ácido de 25 ou 50 ml, matraz cónico, pipeta, matraz aforado, etc.
(III) Reactivos
1. Solución estándar de dicromato de potasio (c1/6K2Cr2O7=0,2500mol/L)
2. Disolución indicadora de ferrocianato
3. Solución estándar de sulfato ferroso de amonio [c(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≈0,1mol/L] (calibrar antes de usar)
4. Solución de ácido sulfúrico-sulfato de prata
Método estándar de dicromato de potasio
(IV) Pasos de determinación
Calibración de sulfato ferroso de amonio: pipetee con precisión 10,00 ml de solución estándar de dicromato de potasio nun matraz cónico de 500 ml, dilúa ata uns 110 ml con auga, engade lentamente 30 ml de ácido sulfúrico concentrado e axite ben. Despois do arrefriamento, engade 3 gotas de solución indicadora de ferrocianato (uns 0,15 ml) e titúlase con solución de sulfato ferroso amónico. O punto final é cando a cor da solución cambia de amarelo a azul verdoso a marrón avermellado.
(V) Determinación
Tome 20 ml de mostra de auga (se é necesario, tome menos e engada auga a 20 ou dilúa antes de tomar), engade 10 ml de dicromato de potasio, conecte o dispositivo de refluxo e, a continuación, engada 30 ml de ácido sulfúrico e sulfato de prata, quente e refluxo durante 2 h. . Despois do arrefriamento, enxágüe a parede do tubo do condensador con 90,00 ml de auga e retire o matraz cónico. Despois de que a solución se arrefríe de novo, engade 3 gotas de solución indicadora de ácido ferroso e titúlase cunha solución estándar de sulfato ferroso de amonio. A cor da solución cambia de amarelo a azul verdoso a marrón avermellado, que é o punto final. Anota a cantidade de solución estándar de sulfato ferroso amónico. Mentres se mide a mostra de auga, tome 20,00 ml de auga redestilada e realice un experimento en branco segundo os mesmos pasos operativos. Rexistrar a cantidade de solución estándar de sulfato ferroso amónico empregada na valoración en branco.
Método estándar de dicromato de potasio
(VI) Cálculo
CODCr(O2, mg/L)=[8×1000(V0-V1)·C]/V
(VII) Precaucións
1. A cantidade máxima de ión cloruro complexado con 0,4 g de sulfato de mercurio pode alcanzar os 40 mg. Se se toma unha mostra de auga de 20,00 ml, pódese complexar a concentración máxima de ión cloruro de 2000 mg/L. Se a concentración de ións cloruro é baixa, pódese engadir unha pequena cantidade de sulfato mercúrico para manter o sulfato mercúrico: ións cloruro = 10:1 (W/W). Se precipita unha pequena cantidade de cloruro mercúrico, non afecta a determinación.
2. O rango de DQO determinado por este método é de 50-500 mg/L. Para mostras de auga con demanda química de osíxeno inferior a 50 mg/L, débese empregar unha solución estándar de dicromato de potasio de 0,0250 mol/L. Debe utilizarse unha solución estándar de sulfato ferroso de amonio 0,01 mol/L para a valoración posterior. Para mostras de auga con DQO superior a 500 mg/L, dilúaas antes da determinación.
3. Despois de que a mostra de auga se quenta e refluxa, a cantidade restante de dicromato de potasio na solución debe ser 1/5-4/5 da cantidade engadida.
4. Cando se usa a solución estándar de hidróxeno de potasio para comprobar a calidade e a tecnoloxía de funcionamento do reactivo, xa que o CODCr teórico de cada gramo de hidróxeno de potasio é 1,176 g, 0,4251 g de hidróxeno de potasio (HOOCC6H4COOK) disolto en auga redestilada, transferido a un matraz aforado de 1000 ml, e diluído ata a marca con auga redestilada para convertelo nunha solución estándar de 500 mg/L de CODcr. Prepárao fresco cando se use.
5. O resultado da determinación de CODCr debería reter catro díxitos significativos.
6. Durante cada experimento, a solución de titulación estándar de sulfato ferroso de amonio debe ser calibrada e o cambio de concentración debe prestarse especial atención cando a temperatura ambiente é alta. (Tamén pode engadir 10,0 ml de solución estándar de dicromato de potasio ao branco despois da titulación e valorar con sulfato ferroso de amonio ata o punto final).
7. A mostra de auga debe manterse fresca e medirse canto antes.
Vantaxes:
Alta precisión: a titulación por refluxo é un método clásico de determinación de DQO. Despois dun longo período de desenvolvemento e verificación, a súa precisión foi amplamente recoñecida. Pode reflectir con maior precisión o contido real de materia orgánica na auga.
Ampla aplicación: este método é axeitado para varios tipos de mostras de auga, incluíndo augas residuais orgánicas de alta e baixa concentración.
Especificacións de operación: hai estándares e procesos de operación detallados, que son convenientes para que os operadores dominen e implementen.
Desvantaxes:
Leva moito tempo: a titulación por refluxo adoita tardar varias horas en completar a determinación dunha mostra, o que obviamente non é propicio para a situación na que hai que obter resultados rapidamente.
Alto consumo de reactivos: este método require o uso de máis reactivos químicos, o que non só é custoso, senón que tamén contamina o medio ambiente ata certo punto.
Operación complexa: o operador debe ter certos coñecementos químicos e habilidades experimentais, se non, pode afectar a precisión dos resultados da determinación.
2. Espectrofotometría de dixestión rápida
(I) Principio
A mostra engádese cunha cantidade coñecida de solución de dicromato de potasio, nun medio de ácido sulfúrico forte, con sulfato de prata como catalizador, e despois da dixestión a alta temperatura, o valor de DQO determínase mediante un equipo fotométrico. Dado que este método ten un tempo de determinación curto, pequena contaminación secundaria, pequeno volume de reactivos e baixo custo, a maioría dos laboratorios utilizan actualmente este método. Non obstante, este método ten un alto custo de instrumento e un baixo custo de uso, o que é axeitado para o uso a longo prazo das unidades DQO.
(II) Equipamento
Os equipos estranxeiros foron desenvolvidos anteriormente, pero o prezo é moi alto e o tempo de determinación é longo. O prezo do reactivo é xeralmente inasumible para os usuarios e a precisión non é moi alta, porque os estándares de vixilancia dos instrumentos estranxeiros son diferentes aos do meu país, principalmente porque o nivel de tratamento de auga e o sistema de xestión de países estranxeiros son diferentes aos do meu país. país; o método de espectrofotometría de dixestión rápida baséase principalmente nos métodos comúns dos instrumentos domésticos. O método de determinación rápida catalítica do DQO é o estándar de formulación deste método. Foi inventado xa a principios dos anos 80. Despois de máis de 30 anos de aplicación, converteuse no estándar da industria de protección ambiental. O instrumento doméstico 5B foi amplamente utilizado na investigación científica e no seguimento oficial. Os instrumentos domésticos foron moi utilizados polas súas vantaxes de prezo e o servizo posvenda oportuno.
(III) Pasos de determinación
Tome 2,5 ml de mostra—engadir reactivo—dixerir durante 10 minutos—enfriar durante 2 minutos—verter no prato colorimétrico—–a pantalla do equipo mostra directamente a concentración de DQO da mostra.
(IV) Precaucións
1. As mostras de auga con alto contido de cloro deben usar reactivos de alto contido en cloro.
2. O líquido residual é duns 10 ml, pero é moi ácido e debe ser recollido e procesado.
3. Asegúrese de que a superficie de transmisión da luz da cubeta estea limpa.
Vantaxes:
Velocidade rápida: o método rápido adoita só tardar entre uns minutos e máis de dez minutos para completar a determinación dunha mostra, o que é moi axeitado para situacións nas que hai que obter resultados rapidamente.
Menos consumo de reactivos: en comparación co método de titulación por refluxo, o método rápido usa menos reactivos químicos, ten custos máis baixos e ten menos impacto no medio ambiente.
Operación sinxela: os pasos de operación do método rápido son relativamente sinxelos e o operador non precisa ter coñecementos químicos e habilidades experimentais demasiado altos.
Desvantaxes:
Precisión lixeiramente inferior: dado que o método rápido adoita empregar algunhas reaccións químicas simplificadas e métodos de medición, a súa precisión pode ser lixeiramente inferior á do método de titulación por refluxo.
Ámbito de aplicación limitado: o método rápido é adecuado principalmente para a determinación de augas residuais orgánicas de baixa concentración. Para augas residuais de alta concentración, os resultados da súa determinación poden verse moi afectados.
Afectado por factores de interferencia: o método rápido pode producir grandes erros nalgúns casos especiais, como cando hai determinadas substancias interferentes na mostra de auga.
En resumo, o método de titulación por refluxo e o método rápido teñen cada un as súas propias vantaxes e desvantaxes. O método a escoller depende do escenario de aplicación específico e das necesidades. Cando se require alta precisión e ampla aplicabilidade, pódese seleccionar a titulación por refluxo; cando se requiren resultados rápidos ou se procesan un gran número de mostras de auga, o método rápido é unha boa opción.
Lianhua, como fabricante de instrumentos de proba de calidade da auga durante 42 anos, desenvolveu un programa de 20 minutosEspectrofotometría de dixestión rápida DQOmétodo. Despois dunha gran cantidade de comparacións experimentais, logrou un erro inferior ao 5% e ten as vantaxes dunha operación sinxela, resultados rápidos, baixo custo e pouco tempo.