KPK u industrijskoj proizvodnji i gospodarenju otpadnim vodama

“W. H. Auden je jednom primijetio: “Tisuće su živjele bez ljubavi, niti jedan bez vode.” Ipak, iako svi znamo da je voda ključna za život, svejedno je bacamo u smeće. Otprilike 80 posto svjetske otpadne vode baca se – uglavnom nepročišćene – natrag u okoliš, zagađujući rijeke, jezera i oceane.”

Više od 80 posto svjetskih otpadnih voda teče natrag u okoliš bez obrade ili ponovnog korištenja, prema Ujedinjenim narodima; u nekim najnerazvijenijim zemljama ta brojka prelazi 95 posto.

EPA procjenjuje da se oko 850 milijardi galona nepročišćene otpadne i oborinske vode svake godine ispusti kao CSO samo u Sjedinjenim Državama.

Razvoj industrije, eksponencijalni rast stanovništva kao i povećanje proizvodnje značajno utječu na povećanje količine otpada koji se izravno ili neizravno ispušta u prirodne vodne sustave. Ovisno o veličini receptorskog kapaciteta pojedinih prijemnika, potrebno je određeno vrijeme da se uoče mogući poremećaji prirodne biološke ravnoteže dijelova vodenih sustava. Jako poremećeni dijelovi prirodnog okoliša, posebice voda, ubrzo postaju neupotrebljivi za mnoge namjene. Kako bi se zaštitila kvaliteta prirodnih vodnih sustava, komunalne otpadne vode prije ispuštanja u okoliš moraju ispunjavati određene uvjete kvalitete.

Kako bi se otpadne vode mogle na zadovoljavajući način pročistiti i ispustiti u prijemnike, potrebno je analizirati učinkovitost pročišćavanja i djelovati na odgovarajući način. Analiza učinkovitosti pročišćavanja podrazumijeva ispitivanje fizikalnih, kemijskih i bioloških pokazatelja, kakvoće vode na ulazu i izlazu iz pročistača. Za potrebe praćenja analiziraju se fizikalno-kemijski pokazatelji kakvoće otpadnih voda (kemijska potrošnja kisika (KPK), biokemijska potrošnja kisika (BPK), koncentracija suspendiranih krutina, ukupni fosfor i ukupni dušik).

Kemijska potrošnja kisika (KPK) kritično je mjerenje obrade otpada u svemu, od komunalnih sustava do tokova otpada u proizvodnji hrane.

Izvođenje KPK testova na pravi način važno je u određivanju učinkovitosti pročišćavanja otpadnih voda i može pomoći u dijagnosticiranju bilo kakvih problema u tretmanu. KPK metoda također se koristi u primjenama u elektranama, kemijskoj industriji, industriji papira, praonicama rublja, studijama zaštite okoliša i općem obrazovanju. Učinkovitost procesa obrade obično se izražava kao postotak oksidirajuće tvari pročišćene tijekom ciklusa.

U postrojenjima za pročišćavanje vode vrijednosti KPK moraju biti manje od 10 mg/l O₂ na kraju ciklusa pročišćavanja.

Što je kemijska potrošnja kisika? Kemijska potrošnja kisika (KPK) definira se kao bilo koja tvar, i organska i anorganska, koja se može oksidirati jakim oksidansom. Količina utrošenog oksidansa izražava se u smislu njegove ekvivalentnosti kisika. KPK se izražava u mg/l O2. Zbog svojih jedinstvenih kemijskih svojstava, dikromatni ion (Cr₂O₇^2-) je u većini slučajeva specificirani oksidans. U tim se ispitivanjima Cr₂O₇^2-reducira u kromni ion (Cr³⁺).

Kao što je spomenuto, i organski i anorganski sastojci uzorka podložni su oksidaciji. Međutim, organska komponenta prevladava i predstavlja veći interes. KPK je definiran test, i vrijeme probave i jačina reagensa i koncentracija KPK u uzorku utječu na stupanj oksidacije uzorka.

KPK test se obično kombinira s drugim važnim testovima kako bi se potvrdila učinkovitost uređaja za pročišćavanje.

Postoji općeprihvaćena klasifikacija otpadnih voda prema potrebi za kisikom, koja se mjeri biološkom metodom (BOD) ili metodom KPK.

Značaj: sprječavanje eutrofikacije

Kao mjerači organske tvari u uzorku, BPK i COD su kritični u otpadnoj vodi za određivanje količine otpada u vodi. Otpad s visokim sadržajem organske tvari zahtijeva obradu kako bi se smanjila količina organskog otpada prije ispuštanja u prihvatne vode.

Ako postrojenja za pročišćavanje vode ne smanje organski sadržaj otpadne vode prije nego što dospije u prirodne vode, mikrobi u vodi koja prima organsku tvar će potrošiti.

Kao rezultat toga, ovi mikrobi će također konzumirati kisik u vodi koja prima kao dio razgradnje organskog otpada. Ovo smanjenje kisika zajedno s uvjetima bogatim hranjivim tvarima naziva se eutrofikacija, stanje prirodne vode koje može dovesti do smrti životinjskog svijeta.

Postrojenja za otpadne vode smanjuju KPK i BPK korištenjem istih mikroba u kontroliranim uvjetima. Ovi objekti prozračuju komore u koje se ubrizgavaju specijalizirane bakterije koje mogu razgraditi organsku tvar u okruženju koje ne šteti prirodnim vodama.

KPK se može mjeriti titrimetičkim i fotometrijskim metodama.

U prošlosti je kalijev permanganat bio naširoko korišten kao oksidans, ali je utvrđeno da nije dosljedan u svojoj sposobnosti da oksidira svu organsku tvar s raznim uzorcima otpada.

Danas većina dostupnih KPK testova koristi kalijev dikromat kao oksidans. Kalijev dikromat je vrlo jak oksidans i ima moć oksidacije između 95-100% organskog materijala.

Digestija se provodi na uzorcima sa zadanom količinom oksidansa, sumporne kiseline i topline (150°C). Metalne soli se obično uključuju kako bi se suzbile bilo kakve smetnje i katalizirala digestija. Digestija obično traje dva sata.

Tijekom digestije potrebno je imati višak oksidansa; to osigurava potpunu oksidaciju uzorka. Kao rezultat toga, važno je odrediti količinu viška oksidansa. Dvije najčešće metode za to su titracija i kolorimetrija.

KPK – mjereno titracijom

Uzorak se zadržava u jako kiseloj otopini s poznatim viškom kalij-dikromata (K₂Cr₂O₇). Nakon digestije, preostali nereducirani K₂Cr₂O₇ titrira se željeznim amonijevim sulfatom kako bi se odredila količina utrošenog K₂Cr₂O₇ i oksidirajuća tvar se izračunava u smislu kisikovog ekvivalenta. Ovaj postupak se primjenjuje na vrijednosti KPK između 40 i 400 mg/l.

Više vrijednosti KPK-a mogu se dobiti pažljivim razrjeđivanjem ili upotrebom viših koncentracija otopine za digestiju dikromata

Možete kvantificirati količinu trovalentnog kroma u uzorku nakon digestije mjerenjem apsorbancije uzorka na valnoj duljini od 600 nm u fotometru ili spektrofotometru. Alternativno, apsorbancija heksavalentnog kroma na 420 nm može se koristiti za određivanje količine viška kroma na kraju digestije kako bi se odredile vrijednosti KPK. Kada se uzorak probavi, KPK materijal u tom uzorku oksidira se dikromat ionom. Kao rezultat toga, krom prelazi iz heksavalentnog (VI) u trovalentni (III). Obje vrste kroma pokazuju boju i apsorbiraju svjetlost u vidljivom području spektra. U području od 400 nm dikromatni ion (Cr2O72-) apsorbira mnogo svjetla dok kromni ion (Cr3 +) apsorbira mnogo manje. U području od 600 nm, kromni ion je taj koji apsorbira puno, a dikromatni ion ima praktički nultu apsorpciju.

Ova metoda je jednostavna i zahtijeva samo nekoliko jednostavnih koraka.

Digestirajte svoje uzorke i slijepu probu reagensa. (Slijep reagens samo je uzorak deionizirane vode koji se tretira na isti način kao i vaši stvarni uzorci. Možete čak i ponovno koristiti slijepu probu sve dok vaša serija reagensa traje.)
Pustite digestirane uzorke i slijepu probu da se ohlade.
Nulirajte instrument pomoću prazne bočice.
Pročitajte uzorke.

HANNA unaprijed programirane metode pokrivaju raspon od 0 do 15000 mg/l O₂:

LR: 0-150 mg / l cca. 420 nm
MR: 0-1000 (1500) mg / l cca. 600 nm
HR: 0-15000 mg / l cca. 600 nm

Koju ćete metodu odabrati? I titrimetrijska i fotometrijska metoda imaju svoje prednosti i nedostatke. Titracija je manje intenzivna za opremu jer je jedina oprema koja vam treba titrator, grijaći blok i bočice za digestiju. Međutim, postupak je malo radno intenzivniji. Automatski titrator može smanjiti količinu potrebnog korisničkog unosa i može se koristiti za druge primjene u otpadnim vodama (npr. alkalnost, hlapljiva kiselost) Iako kolorimetrija zahtijeva spektrofotometar ili fotometar, nudi pogodnost budući da većina proizvođača nudi već pomiješane reagense, tako da sve što trebate učiniti je ispitati svoje uzorke s kemikalijama za digestiju i minimalnim kontaktom. Kolorimetrija također olakšava mjerenje jer sve što analitičar treba učiniti je digestirati uzorke i pustiti instrument da obavi posao. Iz tih razloga kolorimetrija je najčešća metoda za mjerenje KPK. HANNA je to potpuno pokrila! Opcija A: Fotometar/Spektrofotometar + COD Reaktor + Reagensi Opcija B: AP Titrator + KPK reaktor + reagensi

Digestivni grijaći blok / KPK reaktor

Obje metode za ispitivanje KPK zahtijevaju korak digestije, tako da je blok grijanja za vaše uzorke ključan za osiguravanje točnih i ponovljivih rezultata. Za najbolje rezultate potražite grijaći blok koji ima više temperatura kako biste ga koristili za druge testove, kao što je ukupni fosfor. Većina grijaćih blokova također ima mjerače vremena, koji su ključni za održavanje konzistentnog vremena digestije tijekom više ciklusa. Za dodatnu sigurnost potražite modele koji imaju opcijski štit koji pokriva grijaći blok u slučaju nesreće.

Grijač epruveta HI839800 KPK je termoreaktor koji je jednostavan za korištenje izrađen od izdržljivih materijala. Aluminijski blok uključuje kapacitet od 25 bočica i udubljenje za referentnu temperaturnu sondu. Njegovo dobro označeno korisničko sučelje pruža intuitivan rad, opremljeno s dvije strelice za postavljanje ugrađenog mjerača vremena i tipkom za temperaturu s dvije unaprijed definirane postavke temperature: 150ºC i 105ºC. Dodatne značajke uključuju indikatorska svjetla statusa, toplinski osigurač za sprječavanje pregrijavanja i kontinuirani LCD zaslon.

Titrator, fotometar ILI spektrofotometar

Fotometar ili spektrofotometar je uređaj koji će očitati apsorbanciju uzoraka nakon digestije kako bi je povezao s koncentracijom KPK.

Bez obzira na to koji instrument odaberete, potražite modele koji imaju unaprijed programirane metode za KPK radi lakšeg korištenja.

HANNA najbolji odabiri su:

HI932 Napredni automatski titrator HI932 je odgovor na vaše potrebe napredne titracije. Potpuno prilagodljiv kako bi zadovoljio vaše potrebe testiranja, HI932 pruža točne rezultate i intuitivno korisničko iskustvo, sve u kompaktnom pakiranju. Titrirajte za različite objavljene metode pritiskom na gumb, kao i izvedite izravna mjerenja i povratne titracije za složene uzorke. Za one koji zahtijevaju veću automatizaciju, uparite svoj HI932 s HI922 automatskim uzorkom za najtočnije rezultate uz najmanje napora.

HI801 iris je elegantan i intuitivan spektrofotometar koji omogućuje mjerenje svih valnih duljina vidljive svjetlosti.

Prilagodite svoje metode, poduzmite širok raspon mjerenja i budite sigurni u svoju točnost testiranja sa irisom.

Pogodnost unaprijed programiranih metoda s mogućnošću proširenja.

iris dolazi unaprijed programirans više od 80 najčešće korištenih metoda kemijske analize koje će vam pomoći da počnete. Jednostavno ažurirajte ove metode spajanjem na računalo ili flash pogon.

Mjerač KPK-a HI83224 i višeparametarski fotometar za kemijsku potrošnju kisika (KPK) i mjerenje specifičnih iona kombiniraju točnost i jednostavnost korištenja u ergonomskom dizajnu stolne ploče. Ovaj mjerač je jedan od najsvestranijih fotometara na tržištu, koji nudi 15 mjernih metoda za različite parametre uključujući KPK pomoću gotovih tekućih ili praškastih reagensa. HI83224 ima mnoge napredne značajke uključujući prepoznavanje crtičnog koda bočica s uzorcima, grafički LCD za prikaz različitih kemijskih oblika i korak-po-korak način učenja za neiskusne korisnike.

HI83314 je kompaktni, višeparametarski fotometar za mjerenje ključnih parametara kvalitete vode i otpadnih voda. Mjerač je jedan od najnaprednijih fotometara dostupnih s inovativnim optičkim dizajnom koji koristi referentni detektor i fokusnu leću kako bi se eliminirale pogreške zbog promjena u izvoru svjetlosti i nesavršenosti u staklenoj kiveti. U mjerač je programirano 10 ključnih parametara kvalitete vode i otpadnih voda s 20 različitih metoda koje pokrivaju više raspona. Parametri digestije pročišćavanja otpadnih voda uključuju KPK, ukupni dušik i ukupni fosfor, koji su važni za praćenje uklanjanja hranjivih tvari. HI83314 također nudi način mjerenja apsorbancije za provjeru performansi i za korisnike koji žele razviti vlastite krivulje koncentracije u odnosu na apsorbanciju. Kako bi uštedio vrijedan prostor u laboratoriju, HI83314 se udvostručuje kao profesionalni pH mjerač sa svojim digitalnim ulazom za pH/temperaturnu elektrodu. Sada se jedan mjerač može koristiti za fotometrijska i pH mjerenja.

KPK Unaprijed pripremljeni reagensi

Reagensi su jedna od najvažnijih komponenti sustava za ispitivanje KPK-a. Ove kemikalije su odgovorne za oksidaciju organskog materijala. Ove bočice za KPK su prethodno izmiješane i spremne za upotrebu.

U prodaji postoji nekoliko vrsta reagensa:

Reagensi usklađeni s EPA: Ove bočice su u skladu s EPA metodom 410.4 i Standardnim metodama 5220D. Ovi reagensi koriste formulaciju ove metode koja sadrži živin sulfat, kalijev dikromat i sumpornu kiselinu. Odaberite ove bočice ako vaš rad zahtijeva da prijavite rezultate KPK regulatornoj agenciji koja zahtijeva EPA metodologije.
Reagensi usklađeni s ISO: u skladu s metodama ISO 15705:2002 s obzirom na njihov sastav. Sastavi ovih bočica s KPK-om slični su onima u EPA standardima, tako da također sadrže živu.
Reagensi bez žive: većina bočica za KPK sadrži živin sulfat za uklanjanje kloridnih smetnji, koje bi inače stvorile lažno visoku vrijednost KPK. Bočice bez KPK-a ne sadrže živu, što ih čini osjetljivijima na smetnje klorida, ali uvelike smanjuju rizike za sigurnost i okoliš rukovanja živom. Kao rezultat toga, ovi su reagensi idealni za rutinske analize gdje se ne očekuju koncentracije klorida ili su vrlo niske.

Autor: Nives Vinceković Budor, mag.ing.chem.ing.

Izvori: