Chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT) jest krytycznym parametrem podczas przetwarzania odpadów we wszystkich obszarach, od systemów komunalnych po odpady z produkcji żywności. Właściwe wykonanie badania ChZT jest ważne w określeniu skuteczności oczyszczania ścieków i może pomóc w zdiagnozowaniu różnych problemów w oczyszczaniu.

Woda płynąca do zakładu oczyszczania ścieków niesie ze sobą bogactwo substancji organicznych, co stawia przed oczyszczalnią wyzwanie zmniejszenia tego "ładunku organicznego" przed wypuszczeniem wód do zbiorników przyjmujących. W tym kontekście, parametr Chemicznego Zapotrzebowania na Tlen (ChZT) staje się nieocenionym narzędziem. Nie tylko umożliwia mierzenie zawartości zanieczyszczeń, lecz także pozwala ocenić skuteczność procesu oczyszczania. Co ważniejsze, spełnia również istotną rolę w zapewnieniu zgodności z regulacjami dotyczącymi zapotrzebowania na tlen w ściekach.

W tym BLOGu omówimy, czym jest Chemiczne zapotrzebowanie na tlen, jak je przetestować i jak zdobyć najlepszy sprzęt do testów.

Czym jest chemiczne zapotrzebowanie na tlen?

Chemiczne zapotrzebowanie tlenu (ChZT) to pośredni pomiar ilości materii organicznej w próbce. Za pomocą tego pomiaru można zmierzyć praktycznie wszystkie związki organiczne, które mogą zostać strawione przez odczynnik trawiący.

ChZT kontrastuje z biochemicznym zapotrzebowaniem tlenu (BZT), które opiera się na wykorzystaniu mikroorganizmów do rozkładu materiału organicznego w próbce w drodze oddychania tlenowego w ciągu ustalonego okresu inkubacji (zazwyczaj pięciu dni).

BZT i ChZT korelują ze sobą praktycznie we wszystkich próbkach, ale BZT jest zawsze niższe niż ChZT, ponieważ rozkład biochemiczny substancji organicznych często nie jest tak kompletny, jak w przypadku metody chemicznej.

Znaczenie Chemicznego Zapotrzebowania na Tlen

Jako wskaźniki zawartości materii organicznej w próbce, BZT i ChZT są kluczowe w oczyszczaniu ścieków do określenia ilości odpadów w wodzie. Odpady bogate w materię organiczną wymagają obróbki w celu zmniejszenia ilości odpadów organicznych przed wypuszczeniem ich do wód odbiorczych.

Jeśli zakłady obróbki wody nie zmniejszą zawartości materii organicznej w ściekach przed dotarciem do naturalnych wód, mikroorganizmy w wodzie odbiorczej zużyją materię organiczną.

W wyniku tych procesów mikroorganizmy te zużyją również tlen w wodzie odbiorczej w procesie rozkładu odpadów organicznych. To wraz z obfitością składników odżywczych nazywa się eutrofizacją naturalnych wód, która może prowadzić do śmierci organizmów wodnych.

Zakłady oczyszczania ścieków redukują ChZT i BZT, wykorzystując te same mikroorganizmy w kontrolowanych warunkach. Zakłady te napowietrzają komory organizmami, które mogą rozkładać materię organiczną w środowisku, które nie szkodzi naturalnym wodom. Zmniejszenie BZT jest używane w tych zakładach jako wskaźnik skuteczności obróbki.

Ponieważ badanie BZT trwa pięć dni, ChZT wykorzystuje się do monitorowania procesu obróbki w codziennej pracy. Test ChZT trwa tylko kilka godzin.

Gdyby BZT było zawsze stosowane, oczyszczone ścieki musiałyby być zatrzymywane, a problem z procesem oczyszczania zostałby wykryty dopiero po pięciu dniach! Oznaczałoby to, że ścieki musiałyby być wstrzymywane do czasu weryfikacji wyników.

Jak wspomniano wcześniej, ChZT mierzy materię organiczną za pomocą utleniacza chemicznego. Ważne jest, aby użyć wystarczająco silnego utleniacza, który zareaguje praktycznie ze wszystkimi substancjami organicznymi w próbce.

Historycznie, w tej roli używano nadmanganianu potasu, ale okazało się, że jest on niewystarczająco skuteczny w utlenianiu całej materii organicznej w różnorodnych próbkach odpadów.

Obecnie większość testów ChZT wykorzystuje dwuchromian potasu jako utleniacz. Dwuchromian potasu to sześciowartościowa sól chromu o jasnopomarańczowym kolorze i bardzo silny utleniacz. Dwuchromianem może utlenić od 95 do 100% materiału organicznego. Gdy dwuchromian utleni substancję, przekształca się w trójwartościową formę chromu, która ma zielony kolor.

Utlenianie (mineralizacja) próbek przeprowadza się przy określonej ilości utleniacza, kwasu siarkowego i ciepła (150-170°C). Zazwyczaj do mineralizacji dodaje się sole metali, aby stłumić ewentualne zakłócenia i przyspieszyć proces, który zazwyczaj trwa około 2 godzin.

W trakcie mineralizacji ważne jest, aby mieć nadmiar utleniacza; zapewnia to kompletne utlenienie próbki. Dlatego istotne jest określenie ilości nadmiaru utleniacza. Dwie najczęstsze metody to metoda miareczkowania i kolorymetryczna.

Metoda miareczkowa ChZT

W metodzie miareczkowej służącej do oznaczania ChZT nadmiar dwuchromianu poddaje się reakcji ze środkiem redukującym, siarczanem żelazawo-amonowym.

W miarę powolnego dodawania siarczanu żelazowo-amoniowego (FAS) nadmiar dwuchromianu przekształca się w jego postać trójwartościową. Gdy tylko cały nadmiar dwuchromianu przereaguje, osiągany jest punkt równoważności. Ten punkt oznacza, że ilość dodanego siarczanu żelazawego odpowiada  ilości nadmiaru dwuchromianu.

Punkt końcowy mogą sygnalizować również wskaźniki kolorowe, ale proces można zautomatyzować za pomocą wskaźnika potencjometrycznego (takiego jak elektroda). Następnie można obliczyć, ile dwuchromianu poszło na utlenianie materiału organicznego, w oparciu o to, ile początkowo dodaliśmy i ile pozostało.

Można także ocenić zużycie dwuchromianu, obserwując zmianę absorbancji próbki. Próbki absorbują światło w określonych długościach fali ze względu na barwę trójwartościowego chromu (Cr3+) i sześciowartościowego chromu (Cr6+). Można zmierzyć ilość chromu trójwartościowego w próbce po trawieniu, mierząc absorbancję próbki przy długości fali 600 nm w fotometrze lub spektrofotometrze. Alternatywnie, absorbancję chromu sześciowartościowego przy długości fali 420 nm można użyć do określenia ilości nadmiaru chromu na końcu trawienia w celu ustalenia wartości ChZT.

Ta metoda jest łatwa i wymaga tylko kilku prostych kroków.

  1. Zmineralizuj swoje próbki oraz próbkę odniesienia (próba ślepa). (Próbka odniesienia to po prostu próbka czysta, która jest traktowana tak samo jak twoje rzeczywiste próbki. Możesz nawet wielokrotnie używać próbki odniesienia, dopóki używasz tej samej partii reagenta.)
  2. Pozwól, aby strawione próbki i próbka odniesienia ostygły.
  3. Zeruj urządzenie za pomocą próbki odniesienia.
  4. Odczytaj wynik.

Która metoda jest dla mnie najlepsza?