ويسمى الطلب على الأكسجين الكيميائي أيضًا الطلب على الأكسجين الكيميائي (الطلب على الأكسجين الكيميائي)، ويشار إليه باسم COD. هو استخدام المؤكسدات الكيميائية (مثل برمنجنات البوتاسيوم) لأكسدة وتحلل المواد القابلة للأكسدة في الماء (مثل المواد العضوية والنتريت وأملاح الحديد والكبريتيد وغيرها)، ومن ثم حساب استهلاك الأكسجين على أساس كمية المتبقية مؤكسد. مثل الطلب على الأكسجين الكيميائي الحيوي (BOD)، فهو مؤشر مهم لتلوث المياه. وحدة COD هي جزء في المليون أو ملغم / لتر. كلما كانت القيمة أصغر، كان تلوث المياه أخف.
تشتمل المواد المختزلة في الماء على مواد عضوية مختلفة، مثل النتريت والكبريتيد وملح الحديد، وما إلى ذلك. ولكن المادة الرئيسية هي المادة العضوية. ولذلك، غالبا ما يستخدم الطلب على الأكسجين الكيميائي (COD) كمؤشر لقياس كمية المادة العضوية في الماء. كلما زاد الطلب على الأكسجين الكيميائي، كلما زاد تلوث المياه بالمواد العضوية. يختلف تحديد الطلب على الأكسجين الكيميائي (COD) باختلاف تحديد المواد المختزلة في عينات المياه وطريقة التحديد. الطرق الأكثر استخدامًا في الوقت الحاضر هي طريقة أكسدة برمنجنات البوتاسيوم الحمضية وطريقة أكسدة ثنائي كرومات البوتاسيوم. تتميز طريقة برمنجنات البوتاسيوم (KMnO4) بمعدل أكسدة منخفض، ولكنها بسيطة نسبيًا. ويمكن استخدامه لتحديد القيمة المقارنة النسبية للمحتوى العضوي في عينات المياه وعينات المياه السطحية والمياه الجوفية النظيفة. تتميز طريقة ثنائي كرومات البوتاسيوم (K2Cr2O7) بمعدل أكسدة مرتفع وإمكانية تكرار نتائج جيدة. إنها مناسبة لتحديد الكمية الإجمالية للمواد العضوية في عينات المياه أثناء مراقبة مياه الصرف الصحي.
المواد العضوية ضارة جدًا بأنظمة المياه الصناعية. المياه التي تحتوي على كمية كبيرة من المواد العضوية سوف تلوث راتنجات التبادل الأيوني عند مرورها عبر نظام تحلية المياه، وخاصة راتنجات التبادل الأنيوني، مما يقلل من قدرة التبادل للراتنج. يمكن تقليل المادة العضوية بحوالي 50% بعد المعالجة المسبقة (التخثير والتصفية والترشيح)، ولكن لا يمكن إزالتها في نظام التحلية، لذلك غالبًا ما يتم إدخالها إلى الغلاية عن طريق مياه التغذية، مما يقلل من قيمة الرقم الهيدروجيني للغلاية ماء. في بعض الأحيان قد تدخل أيضًا مواد عضوية إلى نظام البخار والمياه المتكثفة، مما يؤدي إلى تقليل الرقم الهيدروجيني والتسبب في تآكل النظام. إن المحتوى العالي من المواد العضوية في نظام المياه المتداول سيعزز التكاثر الميكروبي. لذلك، سواء بالنسبة لتحلية المياه أو مياه الغلايات أو نظام المياه المتداولة، كلما انخفض COD، كان ذلك أفضل، ولكن لا يوجد مؤشر محدد موحد. عندما يكون COD (طريقة KMnO4) أكبر من 5 ملجم/لتر في نظام مياه التبريد المتداول، تبدأ جودة المياه في التدهور.
يعد الطلب على الأكسجين الكيميائي (COD) مؤشر قياس لدرجة غنى المياه بالمواد العضوية، كما أنه أحد المؤشرات المهمة لقياس درجة تلوث المياه. مع تطور التصنيع وزيادة عدد السكان، أصبحت المسطحات المائية ملوثة بشكل متزايد، وتحسن تطوير الكشف عن COD بشكل تدريجي.
يمكن إرجاع أصل اكتشاف COD إلى خمسينيات القرن التاسع عشر، عندما جذبت مشاكل تلوث المياه انتباه الناس. في البداية، تم استخدام COD كمؤشر للمشروبات الحمضية لقياس تركيز المواد العضوية في المشروبات. ومع ذلك، نظرًا لعدم إنشاء طريقة قياس كاملة في ذلك الوقت، فقد حدث خطأ كبير في تحديد نتائج COD.
في أوائل القرن العشرين، ومع تقدم طرق التحليل الكيميائي الحديثة، تم تحسين طريقة اكتشاف COD تدريجيًا. في عام 1918، عرّف الكيميائي الألماني هاس COD بأنه الكمية الإجمالية للمادة العضوية التي تستهلكها الأكسدة في محلول حمضي. بعد ذلك، اقترح طريقة جديدة لتحديد COD، وهي استخدام محلول ثاني أكسيد الكروم عالي التركيز كعامل مؤكسد. يمكن لهذه الطريقة أكسدة المواد العضوية بشكل فعال إلى ثاني أكسيد الكربون والماء، وقياس استهلاك المواد المؤكسدة في المحلول قبل وبعد الأكسدة لتحديد قيمة COD.
إلا أن عيوب هذه الطريقة بدأت تظهر تدريجياً. أولا، إعداد وتشغيل الكواشف معقد نسبيا، مما يزيد من صعوبة التجربة واستهلاكها للوقت. ثانيًا، تعتبر محاليل ثاني أكسيد الكروم عالية التركيز ضارة بالبيئة ولا تساعد على التطبيقات العملية. لذلك، سعت الدراسات اللاحقة تدريجيًا إلى إيجاد طريقة أبسط وأكثر دقة لتحديد COD.
في الخمسينيات من القرن العشرين، اخترع الكيميائي الهولندي فريس طريقة جديدة لتحديد COD، والتي تستخدم حمض البيركبريتك عالي التركيز كعامل مؤكسد. هذه الطريقة سهلة التشغيل وتتمتع بدقة عالية، مما يحسن بشكل كبير من كفاءة اكتشاف COD. ومع ذلك، فإن استخدام حمض البيركبرفوريك له أيضًا مخاطر معينة على السلامة، لذلك لا يزال من الضروري الانتباه إلى سلامة التشغيل.
بعد ذلك، مع التطور السريع لتكنولوجيا الأجهزة، حققت طريقة تحديد COD تدريجيًا الأتمتة والذكاء. في السبعينيات، ظهر أول محلل أوتوماتيكي COD، والذي يمكنه تحقيق المعالجة والكشف التلقائي الكامل لعينات المياه. لا تعمل هذه الأداة على تحسين دقة واستقرار تحديد COD فحسب، بل تعمل أيضًا على تحسين كفاءة العمل بشكل كبير.
ومع تعزيز الوعي البيئي وتحسين المتطلبات التنظيمية، يتم أيضًا تحسين طريقة الكشف عن COD. في السنوات الأخيرة، أدى تطوير التكنولوجيا الكهروضوئية والأساليب الكهروكيميائية وتكنولوجيا أجهزة الاستشعار البيولوجي إلى تعزيز ابتكار تكنولوجيا الكشف عن COD. على سبيل المثال، يمكن للتكنولوجيا الكهروضوئية تحديد محتوى COD في عينات المياه عن طريق تغيير الإشارات الكهروضوئية، مع وقت كشف أقصر وتشغيل أبسط. تستخدم الطريقة الكهروكيميائية أجهزة استشعار كهروكيميائية لقياس قيم COD، والتي تتميز بمزايا الحساسية العالية والاستجابة السريعة وعدم الحاجة إلى الكواشف. تستخدم تقنية المستشعر الحيوي مواد بيولوجية للكشف عن المواد العضوية على وجه التحديد، مما يحسن دقة وخصوصية تحديد COD.
خضعت طرق الكشف عن COD لعملية تطوير من التحليل الكيميائي التقليدي إلى الأجهزة الحديثة والتكنولوجيا الكهروضوئية والأساليب الكهروكيميائية وتكنولوجيا أجهزة الاستشعار الحيوية في العقود القليلة الماضية. مع تقدم العلوم والتكنولوجيا وزيادة الطلب، لا تزال تكنولوجيا اكتشاف COD قيد التحسين والابتكار. في المستقبل، يمكن توقع أنه مع إيلاء المزيد من الاهتمام لقضايا التلوث البيئي، ستتطور تقنية الكشف عن COD بشكل أكبر وتصبح طريقة أسرع وأكثر دقة وموثوقية للكشف عن جودة المياه.
في الوقت الحاضر، تستخدم المختبرات بشكل رئيسي الطريقتين التاليتين للكشف عن COD.
1. طريقة تحديد COD
الطريقة القياسية لثاني كرومات البوتاسيوم، والمعروفة أيضًا بطريقة الارتجاع (المعيار الوطني لجمهورية الصين الشعبية)
(ط) المبدأ
إضافة كمية معينة من ثاني كرومات البوتاسيوم وكبريتات الفضة المحفزة إلى عينة الماء، وتسخينها وارتجاعها لمدة معينة في وسط حمضي قوي، ويتم اختزال جزء من ثاني كرومات البوتاسيوم بواسطة المواد القابلة للأكسدة في عينة الماء، والباقي تتم معايرة ثاني كرومات البوتاسيوم مع كبريتات الحديدوز الأمونيوم. يتم حساب قيمة COD على أساس كمية ثاني كرومات البوتاسيوم المستهلكة.
وبما أن هذا المعيار قد تم صياغته في عام 1989، فإن هناك العديد من العيوب في قياسه بالمعيار الحالي:
1. يستغرق الأمر الكثير من الوقت، وتحتاج كل عينة إلى إعادة التدفق لمدة ساعتين؛
2. إن معدات الإرجاع تشغل مساحة كبيرة، مما يجعل تحديد الدفعة أمرًا صعبًا.
3. تكلفة التحليل مرتفعة، خاصة بالنسبة لكبريتات الفضة؛
4. أثناء عملية التحديد، يكون هدر المياه الارتجاعية أمرًا مدهشًا؛
5. أملاح الزئبق السامة عرضة للتلوث الثانوي؛
6. كمية الكواشف المستخدمة كبيرة، وتكلفة المواد الاستهلاكية مرتفعة؛
7. عملية الاختبار معقدة وغير مناسبة للترقية.
(ثانيا) المعدات
1. جهاز الارتجاع الزجاجي سعة 250 مل
2. جهاز التسخين (الفرن الكهربائي)
3. سحاحة حمض 25 مل أو 50 مل، دورق مخروطي، ماصة، دورق حجمي، إلخ.
(ثالثا) الكواشف
1. محلول ثاني كرومات البوتاسيوم القياسي (c1/6K2Cr2O7=0.2500mol/L)
2. محلول مؤشر الفيروسيانات
3. المحلول القياسي لكبريتات حديد الأمونيوم [c(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≈0.1mol/L] (قم بالمعايرة قبل الاستخدام)
4. محلول حامض الكبريتيك – كبريتات الفضة
الطريقة القياسية لثنائي كرومات البوتاسيوم
(رابعا) خطوات التحديد
معايرة كبريتات حديد الأمونيوم: ماصة بدقة 10.00 مل من محلول ثنائي كرومات البوتاسيوم القياسي في دورق مخروطي سعة 500 مل، ثم خففه إلى حوالي 110 مل بالماء، وأضف ببطء 30 مل من حمض الكبريتيك المركز، ورجه جيدًا. بعد التبريد، أضف 3 قطرات من محلول مؤشر الفيروسيانات (حوالي 0.15 مل) وعاير بمحلول كبريتات الحديدوز الأمونيوم. نقطة النهاية هي عندما يتغير لون المحلول من الأصفر إلى الأزرق والأخضر إلى البني المحمر.
(الخامس) التحديد
خذ 20 مل من عينة الماء (إذا لزم الأمر، خذ كمية أقل وأضف الماء إلى 20 أو خففه قبل أخذه)، وأضف 10 مل من ثاني كرومات البوتاسيوم، وقم بتوصيل جهاز الارتجاع، ثم أضف 30 مل من حمض الكبريتيك وكبريتات الفضة، وقم بتسخينه وارتجاعه لمدة ساعتين. . بعد التبريد، اشطف جدار أنبوب المكثف بـ 90.00 مل من الماء وأزل الدورق المخروطي. بعد أن يبرد المحلول مرة أخرى، أضف 3 قطرات من محلول مؤشر حمض الحديدوز وعايره بمحلول قياسي من كبريتات الحديدوز الأمونيوم. يتغير لون المحلول من الأصفر إلى الأزرق والأخضر إلى البني المحمر، وهي نقطة النهاية. سجل كمية محلول كبريتات الحديدوز الأمونيوم القياسي. أثناء قياس عينة الماء، خذ 20.00 مل من الماء المقطر وقم بإجراء تجربة فارغة وفقًا لنفس خطوات التشغيل. سجل كمية محلول كبريتات الحديدوز الأمونيوم القياسي المستخدم في المعايرة الفارغة.
الطريقة القياسية لثنائي كرومات البوتاسيوم
(السادس) الحساب
CODCr(O2, mg/L)=[8×1000(V0-V1)·C]/V
(السابع) الاحتياطات
1. الحد الأقصى لكمية أيون الكلوريد المعقد مع 0.4 جم من كبريتات الزئبق يمكن أن يصل إلى 40 مجم. إذا تم أخذ عينة ماء بحجم 20.00 مل، فيمكن تعقيد الحد الأقصى لتركيز أيون الكلوريد البالغ 2000 ملجم / لتر. إذا كان تركيز أيونات الكلوريد منخفضًا، يمكن إضافة كمية صغيرة من كبريتات الزئبق للحفاظ على كبريتات الزئبق: أيونات الكلوريد = 10:1 (W/W). إذا رواسب كمية صغيرة من كلوريد الزئبق، فإنه لا يؤثر على التحديد.
2. نطاق COD المحدد بهذه الطريقة هو 50-500mg/L. بالنسبة لعينات المياه التي تتطلب الأكسجين الكيميائي أقل من 50 ملجم/لتر، يجب استخدام محلول ثنائي كرومات البوتاسيوم القياسي 0.0250 مول/لتر بدلاً من ذلك. ينبغي استخدام محلول قياسي من كبريتات الحديدوز الأمونيوم بنسبة 0.01 مول/لتر للمعايرة الخلفية. بالنسبة لعينات المياه التي تحتوي على COD أكبر من 500 ملجم/لتر، قم بتخفيفها قبل التحديد.
3. بعد تسخين عينة الماء وإعادة إرجاعها، يجب أن تكون الكمية المتبقية من ثنائي كرومات البوتاسيوم في المحلول 1/5-4/5 من الكمية المضافة.
4. عند استخدام محلول قياسي من فثالات هيدروجين البوتاسيوم للتحقق من جودة وتكنولوجيا تشغيل الكاشف، نظرًا لأن CODCr النظري لكل جرام من فثالات هيدروجين البوتاسيوم هو 1.176 جم، يتم إذابة 0.4251 جم من فثالات هيدروجين البوتاسيوم (HOOCC6H4COOK) في الماء المقطر، يُنقل إلى دورق حجمي سعة 1000 مل، ويُخفف حتى العلامة باستخدام الماء المقطر لجعله محلولًا قياسيًا 500 ملجم/لتر CODcr. تحضيرها طازجة عند استخدامها.
5. يجب أن تحتفظ نتيجة تحديد CODCr بأربعة أرقام مهمة.
6. خلال كل تجربة، يجب معايرة محلول المعايرة القياسي لكبريتات الحديدوز الأمونيوم، وينبغي إيلاء اهتمام خاص لتغيير التركيز عندما تكون درجة حرارة الغرفة مرتفعة. (يمكنك أيضًا إضافة 10.0 مل من محلول ثاني كرومات البوتاسيوم القياسي إلى المادة الفارغة بعد المعايرة ومعايرتها باستخدام كبريتات حديدوز الأمونيوم حتى نقطة النهاية.)
7. يجب أن تظل عينة الماء طازجة وأن يتم قياسها في أسرع وقت ممكن.
المزايا:
دقة عالية: المعايرة الارتجاعية هي طريقة كلاسيكية لتحديد COD. وبعد فترة طويلة من التطوير والتحقق، تم الاعتراف بدقتها على نطاق واسع. يمكن أن يعكس بدقة أكبر المحتوى الفعلي للمواد العضوية في الماء.
تطبيق واسع: هذه الطريقة مناسبة لأنواع مختلفة من عينات المياه، بما في ذلك مياه الصرف الصحي العضوية عالية التركيز ومنخفضة التركيز.
مواصفات التشغيل: هناك معايير وعمليات تشغيل مفصلة، والتي يسهل على المشغلين إتقانها وتنفيذها.
العيوب:
تستغرق وقتًا طويلاً: عادةً ما تستغرق معايرة الارتجاع عدة ساعات لاستكمال تحديد العينة، وهو أمر من الواضح أنه لا يفضي إلى الحالة التي تتطلب الحصول على النتائج بسرعة.
الاستهلاك العالي للكاشف: تتطلب هذه الطريقة استخدام المزيد من الكواشف الكيميائية، وهو أمر ليس مكلفًا فحسب، بل يلوث البيئة أيضًا إلى حد ما.
عملية معقدة: يحتاج المشغل إلى معرفة كيميائية معينة ومهارات تجريبية، وإلا فقد يؤثر ذلك على دقة نتائج التحديد.
2. القياس الطيفي للهضم السريع
(ط) المبدأ
تتم إضافة العينة مع كمية معروفة من محلول ثاني كرومات البوتاسيوم، في وسط حمض الكبريتيك القوي، مع كبريتات الفضة كعامل محفز، وبعد الهضم في درجة حرارة عالية، يتم تحديد قيمة COD بواسطة المعدات الضوئية. نظرًا لأن هذه الطريقة لها وقت تحديد قصير، وتلوث ثانوي صغير، وحجم كاشف صغير، وتكلفة منخفضة، فإن معظم المختبرات تستخدم هذه الطريقة حاليًا. ومع ذلك، فإن هذه الطريقة لها تكلفة أداة عالية وتكلفة استخدام منخفضة، وهي مناسبة للاستخدام طويل المدى لوحدات COD.
(ثانيا) المعدات
تم تطوير المعدات الأجنبية في وقت سابق، ولكن السعر مرتفع للغاية، ووقت التصميم طويل. سعر الكاشف بشكل عام لا يمكن تحمله بالنسبة للمستخدمين، والدقة ليست عالية جدًا، لأن معايير مراقبة الأدوات الأجنبية تختلف عن تلك الموجودة في بلدي، ويرجع ذلك أساسًا إلى اختلاف مستوى معالجة المياه ونظام الإدارة في البلدان الأجنبية عن تلك الموجودة في بلدي. دولة؛ تعتمد طريقة القياس الطيفي للهضم السريع بشكل أساسي على الطرق الشائعة للأدوات المحلية. التحديد السريع التحفيزي لطريقة COD هو معيار صياغة هذه الطريقة. تم اختراعه في وقت مبكر من أوائل الثمانينات. وبعد أكثر من 30 عامًا من التطبيق، أصبح المعيار في صناعة حماية البيئة. تم استخدام أداة 5B المحلية على نطاق واسع في البحث العلمي والمراقبة الرسمية. تم استخدام الأدوات المحلية على نطاق واسع نظرًا لمزاياها السعرية وخدمة ما بعد البيع في الوقت المناسب.
(ثالثا) خطوات التحديد
خذ عينة بحجم 2.5 مل — – أضف الكاشف — — اهضمها لمدة 10 دقائق — — بردها لمدة دقيقتين — — اسكبها في الطبق اللوني — — تعرض شاشة الجهاز مباشرة تركيز COD للعينة.
(رابعا) الاحتياطات
1. يجب أن تستخدم عينات المياه عالية الكلور كاشف عالي الكلور.
2. يبلغ حجم سائل النفايات حوالي 10 مل، ولكنه شديد الحموضة ويجب جمعه ومعالجته.
3. تأكد من أن سطح الكوفيت الذي يبث الضوء نظيف.
المزايا:
السرعة السريعة: تستغرق الطريقة السريعة عادةً بضع دقائق فقط إلى أكثر من عشر دقائق لإكمال تحديد العينة، وهي مناسبة جدًا للحالات التي تحتاج إلى الحصول على النتائج بسرعة.
استهلاك أقل للكاشف: بالمقارنة مع طريقة المعايرة الارتجاعية، تستخدم الطريقة السريعة كواشف كيميائية أقل، ولها تكاليف أقل، ولها تأثير أقل على البيئة.
عملية سهلة: خطوات تشغيل الطريقة السريعة بسيطة نسبيًا، ولا يحتاج المشغل إلى معرفة كيميائية عالية جدًا ومهارات تجريبية.
العيوب:
دقة أقل قليلاً: نظرًا لأن الطريقة السريعة تستخدم عادةً بعض التفاعلات الكيميائية وطرق القياس المبسطة، فقد تكون دقتها أقل قليلاً من طريقة المعايرة الارتجاعية.
نطاق التطبيق المحدود: الطريقة السريعة مناسبة بشكل أساسي لتحديد مياه الصرف الصحي العضوية منخفضة التركيز. بالنسبة لمياه الصرف الصحي عالية التركيز، قد تتأثر نتائج تحديدها بشكل كبير.
التأثر بعوامل التداخل: قد تنتج الطريقة السريعة أخطاء كبيرة في بعض الحالات الخاصة، مثلاً عند وجود مواد متداخلة معينة في عينة الماء.
باختصار، كل من طريقة المعايرة الارتجاعية والطريقة السريعة لها مزاياها وعيوبها. تعتمد الطريقة التي تختارها على سيناريو التطبيق واحتياجاته المحددة. عندما تكون هناك حاجة إلى دقة عالية وقابلية تطبيق واسعة، يمكن اختيار المعايرة الارتجاعية؛ عندما تكون هناك حاجة إلى نتائج سريعة أو معالجة عدد كبير من عينات المياه، فإن الطريقة السريعة تعد خيارًا جيدًا.
قامت Lianhua، كشركة مصنعة لأدوات اختبار جودة المياه لمدة 42 عامًا، بتطوير اختبار مدته 20 دقيقةCOD القياس الطيفي للهضم السريعطريقة. وبعد عدد كبير من المقارنات التجريبية، تمكن من تحقيق خطأ أقل من 5%، ويتمتع بمزايا التشغيل البسيط والنتائج السريعة والتكلفة المنخفضة والوقت القصير.
وقت النشر: 07 يونيو 2024
