Desarrollo de la detección de la demanda química de oxígeno (DQO)

La demanda química de oxígeno también se denomina demanda química de oxígeno (demanda química de oxígeno), conocida como DQO. Es el uso de oxidantes químicos (como el permanganato de potasio) para oxidar y descomponer sustancias oxidables en el agua (como materia orgánica, nitrito, sal ferrosa, sulfuro, etc.), y luego calcular el consumo de oxígeno en función de la cantidad de residuo. oxidante. Al igual que la demanda bioquímica de oxígeno (DBO), es un indicador importante de la contaminación del agua. La unidad de DQO es ppm o mg/L. Cuanto menor sea el valor, menor será la contaminación del agua.
Las sustancias reductoras del agua incluyen diversas materias orgánicas, nitritos, sulfuros, sales ferrosas, etc. Pero la principal es la materia orgánica. Por lo tanto, la demanda química de oxígeno (DQO) se utiliza a menudo como indicador para medir la cantidad de materia orgánica en el agua. Cuanto mayor es la demanda química de oxígeno, más grave es la contaminación del agua por materia orgánica. La determinación de la demanda química de oxígeno (DQO) varía según la determinación de sustancias reductoras en muestras de agua y el método de determinación. Los métodos más utilizados en la actualidad son el método de oxidación de permanganato de potasio ácido y el método de oxidación de dicromato de potasio. El método del permanganato de potasio (KMnO4) tiene una tasa de oxidación baja, pero es relativamente simple. Se puede utilizar para determinar el valor comparativo relativo del contenido orgánico en muestras de agua y muestras de agua superficial limpia y agua subterránea. El método del dicromato de potasio (K2Cr2O7) tiene una alta tasa de oxidación y buena reproducibilidad. Es adecuado para determinar la cantidad total de materia orgánica en muestras de agua en el monitoreo de aguas residuales.
La materia orgánica es muy dañina para los sistemas de agua industriales. El agua que contenga una gran cantidad de materia orgánica contaminará las resinas de intercambio iónico al pasar por el sistema de desalinización, especialmente las resinas de intercambio aniónico, lo que reducirá la capacidad de intercambio de la resina. La materia orgánica se puede reducir en aproximadamente un 50% después del pretratamiento (coagulación, clarificación y filtración), pero no se puede eliminar en el sistema de desalinización, por lo que a menudo ingresa a la caldera a través del agua de alimentación, lo que reduce el valor del pH de la caldera. agua. A veces, también se puede introducir materia orgánica en el sistema de vapor y agua condensada, lo que reducirá el pH y provocará corrosión en el sistema. Un alto contenido de materia orgánica en el sistema de agua en circulación promoverá la reproducción microbiana. Por lo tanto, ya sea para desalinización, agua de caldera o sistema de agua circulante, cuanto menor sea la DQO, mejor, pero no existe un índice limitante unificado. Cuando DQO (método KMnO4) > 5 mg/L en el sistema de agua de refrigeración en circulación, la calidad del agua ha comenzado a deteriorarse.

La demanda química de oxígeno (DQO) es un indicador de medición del grado de riqueza del agua en materia orgánica y también es uno de los indicadores importantes para medir el grado de contaminación del agua. Con el desarrollo de la industrialización y el aumento de la población, los cuerpos de agua están cada vez más contaminados y el desarrollo de la detección de DQO ha ido mejorando gradualmente.
El origen de la detección de DQO se remonta a la década de 1850, cuando los problemas de contaminación del agua atrajeron la atención de la gente. Inicialmente, la DQO se utilizó como indicador de bebidas ácidas para medir la concentración de materia orgánica en las bebidas. Sin embargo, dado que en ese momento no se había establecido un método de medición completo, hubo un gran error en los resultados de la determinación de DQO.
A principios del siglo XX, con el avance de los métodos modernos de análisis químico, el método de detección de DQO fue mejorando gradualmente. En 1918, el químico alemán Hasse definió la DQO como la cantidad total de materia orgánica consumida por oxidación en una solución ácida. Posteriormente, propuso un nuevo método de determinación de DQO, que consiste en utilizar una solución de dióxido de cromo de alta concentración como oxidante. Este método puede oxidar eficazmente la materia orgánica en dióxido de carbono y agua, y medir el consumo de oxidantes en la solución antes y después de la oxidación para determinar el valor de DQO.
Sin embargo, las deficiencias de este método han ido surgiendo gradualmente. En primer lugar, la preparación y el funcionamiento de los reactivos son relativamente complicados, lo que aumenta la dificultad y el consumo de tiempo del experimento. En segundo lugar, las soluciones de dióxido de cromo en alta concentración son perjudiciales para el medio ambiente y no son propicias para aplicaciones prácticas. Por ello, estudios posteriores han ido buscando poco a poco un método de determinación de DQO más sencillo y preciso.
En la década de 1950, el químico holandés Friis inventó un nuevo método de determinación de DQO que utiliza ácido persulfúrico en alta concentración como oxidante. Este método es sencillo de operar y tiene una alta precisión, lo que mejora enormemente la eficiencia de la detección de DQO. Sin embargo, el uso de ácido persulfúrico también presenta ciertos riesgos para la seguridad, por lo que aún es necesario prestar atención a la seguridad de la operación.
Posteriormente, con el rápido desarrollo de la tecnología de instrumentación, el método de determinación de DQO ha ido alcanzando gradualmente la automatización y la inteligencia. En la década de 1970 apareció el primer analizador automático de DQO, que podía realizar el procesamiento y la detección de muestras de agua de forma totalmente automática. Este instrumento no solo mejora la precisión y estabilidad de la determinación de DQO, sino que también mejora en gran medida la eficiencia del trabajo.
Con el aumento de la conciencia medioambiental y la mejora de los requisitos reglamentarios, el método de detección de DQO también se optimiza continuamente. En los últimos años, el desarrollo de la tecnología fotoeléctrica, los métodos electroquímicos y la tecnología de biosensores ha promovido la innovación de la tecnología de detección de DQO. Por ejemplo, la tecnología fotoeléctrica puede determinar el contenido de DQO en muestras de agua mediante el cambio de señales fotoeléctricas, con un tiempo de detección más corto y un funcionamiento más sencillo. El método electroquímico utiliza sensores electroquímicos para medir los valores de DQO, lo que tiene las ventajas de una alta sensibilidad, una respuesta rápida y sin necesidad de reactivos. La tecnología de biosensores utiliza materiales biológicos para detectar específicamente materia orgánica, lo que mejora la precisión y especificidad de la determinación de DQO.
Los métodos de detección de DQO han experimentado un proceso de desarrollo desde el análisis químico tradicional hasta la instrumentación moderna, la tecnología fotoeléctrica, los métodos electroquímicos y la tecnología de biosensores en las últimas décadas. Con el avance de la ciencia y la tecnología y el aumento de la demanda, la tecnología de detección de DQO todavía se está mejorando e innovando. En el futuro, se puede prever que a medida que la gente preste más atención a los problemas de contaminación ambiental, la tecnología de detección de DQO se desarrollará aún más y se convertirá en un método de detección de la calidad del agua más rápido, más preciso y más confiable.
En la actualidad, los laboratorios utilizan principalmente los dos métodos siguientes para detectar DQO.
1. Método de determinación de DQO
Método estándar del dicromato de potasio, también conocido como método de reflujo (Estándar Nacional de la República Popular China)
(I) Principio
Agregue una cierta cantidad de dicromato de potasio y sulfato de plata catalizador a la muestra de agua, caliente y refluya durante un cierto período de tiempo en un medio ácido fuerte, parte del dicromato de potasio se reduce por las sustancias oxidables en la muestra de agua y el resto. El dicromato de potasio se titula con sulfato ferroso de amonio. El valor de DQO se calcula en función de la cantidad de dicromato de potasio consumida.
Dado que este estándar fue formulado en 1989, existen muchas desventajas al medirlo con el estándar actual:
1. Lleva demasiado tiempo y cada muestra debe calentarse a reflujo durante 2 horas;
2. El equipo de reflujo ocupa un gran espacio, lo que dificulta la determinación del lote;
3. El costo del análisis es alto, especialmente para el sulfato de plata;
4. Durante el proceso de determinación, el desperdicio de agua de reflujo es sorprendente;
5. Las sales tóxicas de mercurio son propensas a la contaminación secundaria;
6. La cantidad de reactivos utilizados es grande y el costo de los consumibles es alto;
7. El proceso de prueba es complicado y no apto para ascensos.
(II) Equipo
1. Dispositivo de reflujo de vidrio de 250 ml
2. Dispositivo de calentamiento (horno eléctrico)
3. Bureta de ácido de 25 ml o 50 ml, matraz cónico, pipeta, matraz aforado, etc.
(III) Reactivos
1. Solución estándar de dicromato de potasio (c1/6K2Cr2O7=0,2500mol/L)
2. Solución 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 y sulfato de plata.
Método estándar de dicromato de potasio
(IV) Pasos de determinación
Calibración de sulfato ferroso de amonio: Pipetear con precisión 10,00 ml de solución estándar de dicromato de potasio en un matraz cónico de 500 ml, diluir hasta aproximadamente 110 ml con agua, agregar lentamente 30 ml de ácido sulfúrico concentrado y agitar bien. Después de enfriar, agregue 3 gotas de solución indicadora de ferrocianato (aproximadamente 0,15 ml) y valore con solución de sulfato ferroso de amonio. El punto final es cuando el color de la solución cambia de amarillo a azul verdoso y marrón rojizo.
(V) Determinación
Tome 20 ml de muestra de agua (si es necesario, tome menos y agregue agua a 20 o diluya antes de tomar), agregue 10 ml de dicromato de potasio, conecte el dispositivo de reflujo y luego agregue 30 ml de ácido sulfúrico y sulfato de plata, caliente y refluya durante 2 h. . Después de enfriar, enjuague la pared del tubo del condensador con 90,00 ml de agua y retire el matraz cónico. Después de que la solución se enfríe nuevamente, agregue 3 gotas de solución indicadora de ácido ferroso y valore con solución estándar de sulfato ferroso de amonio. El color de la solución cambia de amarillo a azul verdoso y marrón rojizo, que es el punto final. Registre la cantidad de solución estándar de sulfato ferroso de amonio. Mientras mide la muestra de agua, tome 20,00 ml de agua redestilada y realice un experimento en blanco siguiendo los mismos pasos operativos. Registre la cantidad de solución estándar de sulfato ferroso de amonio utilizada en la titulación en blanco.
Método estándar de dicromato de potasio
(VI) Cálculo
CODCr(O2, mg/L)=[8×1000(V0-V1)·C]/V
(VII) Precauciones
1. La cantidad máxima de ion cloruro complejado con 0,4 g de sulfato mercúrico puede alcanzar los 40 mg. Si se toma una muestra de agua de 20,00 ml, se puede complejar la concentración máxima de iones cloruro de 2000 mg/L. Si la concentración de iones cloruro es baja, se puede agregar una pequeña cantidad de sulfato mercúrico para mantener el sulfato mercúrico: iones cloruro = 10:1 (p/p). Si precipita una pequeña cantidad de cloruro de mercurio, esto no afecta la determinación.
2. El rango de DQO determinado por este método es 50-500 mg/L. Para muestras de agua con una demanda química de oxígeno inferior a 50 mg/l, se debe utilizar una solución estándar de dicromato de potasio de 0,0250 mol/l. Para la valoración inversa se debe utilizar una solución estándar de sulfato ferroso de amonio de 0,01 mol/l. Para muestras de agua con DQO superior a 500 mg/L, diluirlas antes de la determinación.
3. Después de calentar y poner a reflujo la muestra de agua, la cantidad restante de dicromato de potasio en la solución debe ser de 1/5 a 4/5 de la cantidad añadida.
4. Cuando se utiliza una solución estándar de ftalato ácido de potasio para comprobar la calidad y la tecnología de funcionamiento del reactivo, dado que el CODCr teórico de cada gramo de ftalato ácido de potasio es 1,176 g, se disuelven 0,4251 g de ftalato ácido de potasio (HOOCC6H4COOK) en agua redestilada. Se transfirió a un matraz volumétrico de 1000 ml y se diluyó hasta la marca con agua redestilada para convertirla en una solución estándar de 500 mg/L de DQOcr. Prepárelo fresco cuando lo use.
5. El resultado de la determinación de CODCr debe conservar cuatro dígitos significativos.
6. Durante cada experimento, se debe calibrar la solución de titulación estándar de sulfato ferroso de amonio y se debe prestar especial atención al cambio de concentración cuando la temperatura ambiente es alta. (También puede agregar 10,0 ml de solución estándar de dicromato de potasio al blanco después de la titulación y valorar con sulfato ferroso de amonio hasta el punto final).
7. La muestra de agua debe mantenerse fresca y medirse lo antes posible.
Ventajas:
Alta precisión: la valoración por reflujo es un método clásico de determinación de DQO. Después de un largo período de desarrollo y verificación, su precisión ha sido ampliamente reconocida. Puede reflejar con mayor precisión el contenido real de materia orgánica en el agua.
Amplia aplicación: este método es adecuado para varios tipos de muestras de agua, incluidas aguas residuales orgánicas de alta y baja concentración.
Especificaciones de operación: existen estándares y procesos de operación detallados que son convenientes para que los operadores dominen e implementen.
Desventajas:
Consume mucho tiempo: la titulación por reflujo suele tardar varias horas en completar la determinación de una muestra, lo que obviamente no favorece la situación en la que es necesario obtener resultados rápidamente.
Alto consumo de reactivos: este método requiere el uso de más reactivos químicos, lo que no solo es costoso, sino que también contamina el medio ambiente hasta cierto punto.
Operación compleja: el operador debe tener ciertos conocimientos químicos y habilidades experimentales; de lo contrario, puede afectar la precisión de los resultados de la determinación.
2. Espectrofotometría de digestión rápida
(I) Principio
A la muestra se le añade una cantidad conocida de solución de dicromato de potasio, en un medio de ácido sulfúrico fuerte, con sulfato de plata como catalizador, y luego de digestión a alta temperatura, se determina el valor de DQO mediante equipo fotométrico. Dado que este método tiene un tiempo de determinación corto, pequeña contaminación secundaria, pequeño volumen de reactivo y bajo costo, la mayoría de los laboratorios utilizan actualmente este método. Sin embargo, este método tiene un alto costo de instrumento y un bajo costo de uso, lo que es adecuado para el uso a largo plazo de unidades DQO.
(II) Equipo
Los equipos extranjeros se desarrollaron antes, pero el precio es muy alto y el tiempo de determinación es largo. El precio del reactivo es generalmente inasequible para los usuarios y la precisión no es muy alta, porque los estándares de monitoreo de los instrumentos extranjeros son diferentes a los de mi país, principalmente porque el nivel de tratamiento de agua y el sistema de gestión de los países extranjeros son diferentes a los de mi país. país; El método de espectrofotometría de digestión rápida se basa principalmente en los métodos comunes de los instrumentos domésticos. El método catalítico de determinación rápida de DQO es el estándar de formulación de este método. Fue inventado ya a principios de los años 1980. Después de más de 30 años de aplicación, se ha convertido en el estándar de la industria de protección ambiental. El instrumento nacional 5B ha sido ampliamente utilizado en investigación científica y monitoreo oficial. Los instrumentos nacionales se han utilizado ampliamente debido a sus ventajas de precio y a su oportuno servicio posventa.
(III) Pasos de determinación
Tome 2,5 ml de muestra—–agregue reactivo—–digiera durante 10 minutos—–enfríe durante 2 minutos—–vierta en el plato colorimétrico—–la pantalla del equipo muestra directamente la concentración de DQO de la muestra.
(IV) Precauciones
1. Las muestras de agua con alto contenido de cloro deben utilizar reactivo con alto contenido de cloro.
2. El líquido residual es de aproximadamente 10 ml, pero es muy ácido y debe recolectarse y procesarse.
3. Asegúrese de que la superficie de transmisión de luz de la cubeta esté limpia.
Ventajas:
Velocidad rápida: el método rápido suele tardar entre unos pocos minutos y más de diez minutos en completar la determinación de una muestra, lo que es muy adecuado para situaciones en las que es necesario obtener resultados rápidamente.
Menos consumo de reactivos: en comparación con el método de titulación por reflujo, el método rápido utiliza menos reactivos químicos, tiene menores costos y tiene menos impacto en el medio ambiente.
Operación sencilla: los pasos de operación del método rápido son relativamente simples y el operador no necesita tener conocimientos químicos ni habilidades experimentales demasiado elevados.
Desventajas:
Precisión ligeramente menor: dado que el método rápido generalmente utiliza algunas reacciones químicas y métodos de medición simplificados, su precisión puede ser ligeramente menor que la del método de titulación por reflujo.
Ámbito de aplicación limitado: el método rápido es adecuado principalmente para la determinación de aguas residuales orgánicas de baja concentración. Para aguas residuales de alta concentración, los resultados de su determinación pueden verse muy afectados.
Afectado por factores de interferencia: el método rápido puede producir grandes errores en algunos casos especiales, como cuando hay ciertas sustancias que interfieren en la muestra de agua.
En resumen, el método de titulación por reflujo y el método rápido tienen cada uno sus propias ventajas y desventajas. El método a elegir depende del escenario y las necesidades de la aplicación específica. Cuando se requiere alta precisión y amplia aplicabilidad, se puede seleccionar la valoración por reflujo; Cuando se requieren resultados rápidos o se procesa una gran cantidad de muestras de agua, el método rápido es una buena opción.
Lianhua, como fabricante de instrumentos de prueba de calidad del agua durante 42 años, ha desarrollado un programa de 20 minutos.Espectrofotometría de digestión rápida de DQOmétodo. Después de una gran cantidad de comparaciones experimentales, se pudo lograr un error de menos del 5% y tiene las ventajas de operación simple, resultados rápidos, bajo costo y corto tiempo.