Développement de la détection de la demande chimique en oxygène (DCO)

La demande chimique en oxygène est également appelée demande chimique en oxygène (demande chimique en oxygène), appelée DCO. Il s'agit de l'utilisation d'oxydants chimiques (tels que le permanganate de potassium) pour oxyder et décomposer les substances oxydables dans l'eau (telles que la matière organique, le nitrite, le sel ferreux, le sulfure, etc.), puis de calculer la consommation d'oxygène en fonction de la quantité de résidus. oxydant. Comme la demande biochimique en oxygène (DBO), c’est un indicateur important de la pollution de l’eau. L’unité de DCO est ppm ou mg/L. Plus la valeur est petite, plus la pollution de l’eau est légère.
Les substances réductrices présentes dans l'eau comprennent diverses matières organiques, nitrites, sulfures, sels ferreux, etc. Mais la principale est la matière organique. Par conséquent, la demande chimique en oxygène (DCO) est souvent utilisée comme indicateur pour mesurer la quantité de matière organique dans l’eau. Plus la demande chimique en oxygène est importante, plus la pollution de l’eau par les matières organiques est grave. La détermination de la demande chimique en oxygène (DCO) varie en fonction de la détermination des substances réductrices dans les échantillons d'eau et de la méthode de détermination. Les méthodes les plus couramment utilisées à l’heure actuelle sont la méthode d’oxydation acide au permanganate de potassium et la méthode d’oxydation au bichromate de potassium. La méthode au permanganate de potassium (KMnO4) a un faible taux d’oxydation, mais est relativement simple. Il peut être utilisé pour déterminer la valeur comparative relative de la teneur en matières organiques des échantillons d’eau et des échantillons d’eau de surface et d’eau souterraine propres. La méthode au dichromate de potassium (K2Cr2O7) présente un taux d’oxydation élevé et une bonne reproductibilité. Il convient pour déterminer la quantité totale de matière organique dans les échantillons d'eau lors de la surveillance des eaux usées.
La matière organique est très nocive pour les systèmes d’eau industriels. L'eau contenant une grande quantité de matière organique contaminera les résines échangeuses d'ions lors de son passage dans le système de dessalement, notamment les résines échangeuses d'anions, ce qui réduira la capacité d'échange de la résine. La matière organique peut être réduite d'environ 50 % après le prétraitement (coagulation, clarification et filtration), mais elle ne peut pas être éliminée dans le système de dessalement, elle est donc souvent introduite dans la chaudière par l'eau d'alimentation, ce qui réduit la valeur du pH de la chaudière. eau. Parfois, des matières organiques peuvent également être introduites dans le système de vapeur et dans l'eau de condensation, ce qui réduira le pH et provoquera la corrosion du système. Une teneur élevée en matière organique dans le système d’eau en circulation favorisera la reproduction microbienne. Par conséquent, que ce soit pour le dessalement, l’eau de chaudière ou le système d’eau en circulation, plus la DCO est basse, mieux c’est, mais il n’existe pas d’indice limite unifié. Lorsque la DCO (méthode KMnO4) > 5 mg/L dans le système d'eau de refroidissement en circulation, la qualité de l'eau a commencé à se détériorer.

La demande chimique en oxygène (DCO) est un indicateur de mesure du degré de richesse de l'eau en matière organique, et c'est également l'un des indicateurs importants pour mesurer le degré de pollution de l'eau. Avec le développement de l’industrialisation et l’augmentation de la population, les plans d’eau sont de plus en plus pollués et le développement de la détection de la DCO s’est progressivement amélioré.
L'origine de la détection de la DCO remonte aux années 1850, lorsque les problèmes de pollution de l'eau avaient attiré l'attention de la population. Initialement, la DCO était utilisée comme indicateur des boissons acides pour mesurer la concentration de matière organique dans les boissons. Cependant, comme une méthode de mesure complète n’avait pas encore été établie, les résultats de détermination de la DCO comportaient une erreur importante.
Au début du 20e siècle, avec les progrès des méthodes modernes d’analyse chimique, la méthode de détection de la DCO a été progressivement améliorée. En 1918, le chimiste allemand Hasse définissait la DCO comme la quantité totale de matière organique consommée par oxydation dans une solution acide. Par la suite, il a proposé une nouvelle méthode de détermination de la DCO, qui consiste à utiliser une solution de dioxyde de chrome à haute concentration comme oxydant. Cette méthode peut oxyder efficacement la matière organique en dioxyde de carbone et en eau, et mesurer la consommation d'oxydants dans la solution avant et après l'oxydation pour déterminer la valeur DCO.
Cependant, les inconvénients de cette méthode sont progressivement apparus. Premièrement, la préparation et le fonctionnement des réactifs sont relativement compliqués, ce qui augmente la difficulté et la durée de l’expérience. Deuxièmement, les solutions de dioxyde de chrome à haute concentration sont nocives pour l’environnement et ne sont pas propices à des applications pratiques. Par conséquent, des études ultérieures ont progressivement recherché une méthode de détermination de la DCO plus simple et plus précise.
Dans les années 1950, le chimiste néerlandais Friis a inventé une nouvelle méthode de détermination de la DCO, qui utilise de l'acide persulfurique à haute concentration comme oxydant. Cette méthode est simple à utiliser et présente une grande précision, ce qui améliore considérablement l’efficacité de la détection de la DCO. Cependant, l'utilisation d'acide persulfurique présente également certains risques pour la sécurité, il est donc toujours nécessaire de prêter attention à la sécurité de fonctionnement.
Par la suite, avec le développement rapide de la technologie de l’instrumentation, la méthode de détermination de la DCO est progressivement devenue automatisée et intelligente. Dans les années 1970, le premier analyseur automatique de DCO est apparu, capable de réaliser le traitement et la détection entièrement automatiques des échantillons d'eau. Cet instrument améliore non seulement la précision et la stabilité de la détermination de la DCO, mais améliore également considérablement l'efficacité du travail.
Avec le renforcement de la sensibilisation à l'environnement et l'amélioration des exigences réglementaires, la méthode de détection de la DCO est également optimisée en permanence. Ces dernières années, le développement de la technologie photoélectrique, des méthodes électrochimiques et de la technologie des biocapteurs a favorisé l’innovation dans la technologie de détection de la DCO. Par exemple, la technologie photoélectrique peut déterminer la teneur en DCO dans les échantillons d'eau par la modification des signaux photoélectriques, avec un temps de détection plus court et un fonctionnement plus simple. La méthode électrochimique utilise des capteurs électrochimiques pour mesurer les valeurs de DCO, ce qui présente les avantages d'une sensibilité élevée, d'une réponse rapide et de l'absence de réactifs. La technologie des biocapteurs utilise des matériaux biologiques pour détecter spécifiquement la matière organique, ce qui améliore la précision et la spécificité de la détermination de la DCO.
Les méthodes de détection de la DCO ont subi un processus de développement depuis l'analyse chimique traditionnelle jusqu'à l'instrumentation moderne, la technologie photoélectrique, les méthodes électrochimiques et la technologie des biocapteurs au cours des dernières décennies. Avec les progrès de la science et de la technologie et l’augmentation de la demande, la technologie de détection de la DCO continue d’être améliorée et innovée. À l’avenir, on peut prévoir qu’à mesure que les gens prêteront davantage attention aux problèmes de pollution de l’environnement, la technologie de détection de la DCO se développera davantage et deviendra une méthode de détection de la qualité de l’eau plus rapide, plus précise et plus fiable.
Actuellement, les laboratoires utilisent principalement les deux méthodes suivantes pour détecter la DCO.
1. Méthode de détermination de la DCO
Méthode standard au bichromate de potassium, également connue sous le nom de méthode de reflux (Norme nationale de la République populaire de Chine)
(I) Principe
Ajoutez une certaine quantité de dichromate de potassium et de sulfate d'argent catalyseur à l'échantillon d'eau, chauffez et refluez pendant un certain temps dans un milieu acide fort, une partie du dichromate de potassium est réduite par les substances oxydables dans l'échantillon d'eau, et le reste le bichromate de potassium est titré avec du sulfate ferreux d'ammonium. La valeur DCO est calculée en fonction de la quantité de bichromate de potassium consommée.
Depuis que cette norme a été formulée en 1989, la mesurer avec la norme actuelle présente de nombreux inconvénients :
1. Cela prend trop de temps et chaque échantillon doit être reflué pendant 2 heures ;
2. L'équipement de reflux occupe un grand espace, ce qui rend la détermination des lots difficile ;
3. Le coût de l'analyse est élevé, en particulier pour le sulfate d'argent ;
4. Pendant le processus de détermination, le gaspillage d’eau de reflux est étonnant ;
5. Les sels de mercure toxiques sont sujets à une pollution secondaire ;
6. La quantité de réactifs utilisée est importante et le coût des consommables est élevé ;
7. Le processus de test est compliqué et ne convient pas à la promotion.
(II) Équipement
1. Appareil de reflux tout en verre de 250 ml
2. Appareil de chauffage (four électrique)
3. Burette acide de 25 ml ou 50 ml, fiole conique, pipette, fiole jaugée, etc.
(III) Réactifs
1. Solution étalon de dichromate de potassium (c1/6K2Cr2O7=0,2500mol/L)
2. Solution indicatrice de ferrocyanate
3. Solution étalon de sulfate ferreux d'ammonium [c(NH4)2Fe(SO4)2·6H2O≈0,1mol/L] (calibrer avant utilisation)
4. Solution d'acide sulfurique et de sulfate d'argent
Méthode standard au dichromate de potassium
(IV) Étapes de détermination
Étalonnage du sulfate ferreux d'ammonium : pipeter avec précision 10,00 mL de solution étalon de bichromate de potassium dans une fiole conique de 500 mL, diluer à environ 110 mL avec de l'eau, ajouter lentement 30 mL d'acide sulfurique concentré et bien agiter. Après refroidissement, ajouter 3 gouttes de solution indicatrice de ferrocyanate (environ 0,15 ml) et titrer avec une solution de sulfate ferreux d'ammonium. Le point final est lorsque la couleur de la solution passe du jaune au bleu-vert puis au brun rougeâtre.
(V) Détermination
Prélever 20mL d'échantillon d'eau (si nécessaire, en prendre moins et ajouter de l'eau à 20 ou diluer avant de prendre), ajouter 10mL de dichromate de potassium, brancher le dispositif de reflux, puis ajouter 30mL d'acide sulfurique et de sulfate d'argent, chauffer et refluer pendant 2h. . Après refroidissement, rincez la paroi du tube du condenseur avec 90,00 ml d'eau et retirez la fiole conique. Une fois la solution refroidie à nouveau, ajoutez 3 gouttes de solution indicatrice d’acide ferreux et titrez avec une solution standard de sulfate ferreux d’ammonium. La couleur de la solution passe du jaune au bleu-vert en passant par le brun rougeâtre, ce qui constitue le point final. Enregistrez la quantité de solution étalon de sulfate ferreux d’ammonium. Tout en mesurant l'échantillon d'eau, prélevez 20,00 ml d'eau redistillée et effectuez une expérience à blanc selon les mêmes étapes opératoires. Enregistrez la quantité de solution étalon de sulfate ferreux d’ammonium utilisée dans le titrage à blanc.
Méthode standard au dichromate de potassium
(VI) Calcul
CODCr(O2, mg/L)=[8×1000(V0-V1)·C]/V
(VII) Précautions
1. La quantité maximale d'ions chlorure complexés avec 0,4 g de sulfate mercurique peut atteindre 40 mg. Si un échantillon d’eau de 20,00 ml est prélevé, la concentration maximale en ions chlorure de 2 000 mg/L peut être complexée. Si la concentration en ions chlorure est faible, une petite quantité de sulfate mercurique peut être ajoutée pour conserver le sulfate mercurique : ions chlorure = 10:1 (W/W). Si une petite quantité de chlorure mercurique précipite, cela n’affecte pas la détermination.
2. La plage de DCO déterminée par cette méthode est de 50 à 500 mg/L. Pour les échantillons d’eau dont la demande chimique en oxygène est inférieure à 50 mg/L, une solution étalon de dichromate de potassium à 0,0250 mol/L doit être utilisée à la place. Une solution étalon de sulfate ferreux d’ammonium à 0,01 mol/L doit être utilisée pour le titrage en retour. Pour les échantillons d'eau avec une DCO supérieure à 500 mg/L, diluez-les avant la détermination.
3. Une fois l'échantillon d'eau chauffé et reflué, la quantité restante de dichromate de potassium dans la solution doit être comprise entre 1/5 et 4/5 de la quantité ajoutée.
4. Lors de l'utilisation d'une solution standard d'hydrogénophtalate de potassium pour vérifier la qualité et la technologie de fonctionnement du réactif, puisque le CODCr théorique de chaque gramme d'hydrogénophtalate de potassium est de 1,176 g, 0,4251 g d'hydrogénophtalate de potassium (HOOCC6H4COOK) est dissous dans de l'eau redistillée, transféré dans une fiole jaugée de 1 000 ml et dilué jusqu'au trait avec de l'eau redistillée pour en faire une solution étalon de 500 mg/L CODcr. Préparez-le frais une fois utilisé.
5. Le résultat de la détermination CODCr doit contenir quatre chiffres significatifs.
6. Au cours de chaque expérience, la solution de titrage standard de sulfate ferreux d'ammonium doit être calibrée et le changement de concentration doit faire l'objet d'une attention particulière lorsque la température ambiante est élevée. (Vous pouvez également ajouter 10,0 ml de solution étalon de bichromate de potassium au blanc après titrage et titrer avec du sulfate ferreux d'ammonium jusqu'au point final.)
7. L'échantillon d'eau doit être conservé frais et mesuré dès que possible.
Avantages :
Haute précision : le titrage par reflux est une méthode classique de détermination de la DCO. Après une longue période de développement et de vérification, sa précision a été largement reconnue. Il peut refléter plus précisément la teneur réelle en matière organique de l’eau.
Large application : cette méthode convient à différents types d’échantillons d’eau, y compris les eaux usées organiques à haute et à faible concentration.
Spécifications de fonctionnement : Il existe des normes et des processus de fonctionnement détaillés, que les opérateurs peuvent facilement maîtriser et mettre en œuvre.
Inconvénients :
Longue : le titrage par reflux prend généralement plusieurs heures pour terminer la détermination d'un échantillon, ce qui n'est évidemment pas propice à la situation où les résultats doivent être obtenus rapidement.
Consommation élevée de réactifs : Cette méthode nécessite l’utilisation de davantage de réactifs chimiques, ce qui est non seulement coûteux, mais pollue également l’environnement dans une certaine mesure.
Opération complexe : l'opérateur doit posséder certaines connaissances chimiques et compétences expérimentales, sinon cela peut affecter la précision des résultats de la détermination.
2. Spectrophotométrie de digestion rapide
(I) Principe
L'échantillon est ajouté à une quantité connue de solution de dichromate de potassium, dans un milieu d'acide sulfurique fort, avec du sulfate d'argent comme catalyseur, et après digestion à haute température, la valeur DCO est déterminée par un équipement photométrique. Étant donné que cette méthode présente un temps de détermination court, une faible pollution secondaire, un faible volume de réactif et un faible coût, la plupart des laboratoires utilisent actuellement cette méthode. Cependant, cette méthode présente un coût d’instrument élevé et un faible coût d’utilisation, ce qui convient à une utilisation à long terme des unités DCO.
(II) Équipement
Les équipements étrangers ont été développés plus tôt, mais leur prix est très élevé et le temps de détermination est long. Le prix du réactif est généralement inabordable pour les utilisateurs et la précision n'est pas très élevée, car les normes de surveillance des instruments étrangers sont différentes de celles de mon pays, principalement parce que le niveau de traitement de l'eau et le système de gestion des pays étrangers sont différents de ceux de mon pays. pays; la méthode de spectrophotométrie de digestion rapide est principalement basée sur les méthodes courantes des instruments domestiques. La méthode de détermination catalytique rapide de la DCO est la norme de formulation de cette méthode. Son invention remonte au début des années 1980. Après plus de 30 ans d’application, il est devenu la norme de l’industrie de la protection de l’environnement. L'instrument national 5B a été largement utilisé dans la recherche scientifique et la surveillance officielle. Les instruments nationaux ont été largement utilisés en raison de leurs avantages en termes de prix et de leur service après-vente rapide.
(III) Étapes de détermination
Prélever 2,5 ml d'échantillon—–ajouter du réactif—–digérer pendant 10 minutes—–refroidir pendant 2 minutes—–verser dans la coupelle colorimétrique—–l'écran de l'équipement affiche directement la concentration en DCO de l'échantillon.
(IV) Précautions
1. Les échantillons d’eau à haute teneur en chlore doivent utiliser un réactif à haute teneur en chlore.
2. Le liquide résiduaire pèse environ 10 ml, mais il est très acide et doit être collecté et traité.
3. Assurez-vous que la surface transmettant la lumière de la cuvette est propre.
Avantages :
Vitesse rapide : la méthode rapide ne prend généralement que quelques minutes à plus de dix minutes pour terminer la détermination d'un échantillon, ce qui est très approprié pour les situations où les résultats doivent être obtenus rapidement.
Moins de consommation de réactifs : par rapport à la méthode de titrage par reflux, la méthode rapide utilise moins de réactifs chimiques, a des coûts inférieurs et a moins d’impact sur l’environnement.
Opération facile : Les étapes de fonctionnement de la méthode rapide sont relativement simples et l’opérateur n’a pas besoin d’avoir des connaissances chimiques ni des compétences expérimentales trop élevées.
Inconvénients :
Précision légèrement inférieure : étant donné que la méthode rapide utilise généralement des réactions chimiques et des méthodes de mesure simplifiées, sa précision peut être légèrement inférieure à celle de la méthode de titrage par reflux.
Champ d'application limité : La méthode rapide convient principalement à la détermination des eaux usées organiques à faible concentration. Pour les eaux usées à haute concentration, les résultats de leur détermination peuvent être considérablement affectés.
Affectée par des facteurs d'interférence : la méthode rapide peut produire des erreurs importantes dans certains cas particuliers, par exemple lorsqu'il y a certaines substances interférentes dans l'échantillon d'eau.
En résumé, la méthode de titrage par reflux et la méthode rapide ont chacune leurs propres avantages et inconvénients. La méthode à choisir dépend du scénario d'application et des besoins spécifiques. Lorsqu'une haute précision et une large applicabilité sont requises, le titrage par reflux peut être sélectionné ; lorsque des résultats rapides sont requis ou lorsqu’un grand nombre d’échantillons d’eau sont traités, la méthode rapide est un bon choix.
Lianhua, en tant que fabricant d'instruments de test de la qualité de l'eau depuis 42 ans, a développé un test de 20 minutesSpectrophotométrie de digestion rapide de la DCOméthode. Après un grand nombre de comparaisons expérimentales, il a pu atteindre une erreur inférieure à 5 % et présente les avantages d'un fonctionnement simple, de résultats rapides, d'un faible coût et d'un délai court.