Demanda de oxigênio químico - Chemical oxygen demand

Na química ambiental , a demanda química de oxigênio ( DQO ) é uma medida indicativa da quantidade de oxigênio que pode ser consumida por reações em uma solução medida . É comumente expresso em massa de oxigênio consumido sobre o volume de solução, que em unidades do SI é miligramas por litro ( mg / L ). Um teste COD pode ser usado para quantificar facilmente a quantidade de orgânicos na água . A aplicação mais comum de COD é quantificar a quantidade de poluentes oxidáveis encontrados nas águas superficiais (por exemplo, lagos e rios ) ou águas residuais . O COD é útil em termos de qualidade da água , fornecendo uma métrica para determinar o efeito que um efluente terá no corpo receptor, bem como a demanda bioquímica de oxigênio (DBO) .

Visão geral

A base para o teste COD é que quase todos os compostos orgânicos podem ser totalmente oxidados a dióxido de carbono com um forte agente oxidante em condições ácidas . A quantidade de oxigênio necessária para oxidar um composto orgânico a dióxido de carbono, amônia e água é dada por:

${\ displaystyle {\ mbox {C}} _ ​​{n} {\ mbox {H}} _ {a} {\ mbox {O}} _ {b} {\ mbox {N}} _ {c} + \ left (n + {\ frac {a} {4}} - {\ frac {b} {2}} - {\ frac {3} {4}} c \ direita) {\ mbox {O}} _ {2} \ rightarrow n {\ mbox {CO}} _ {2} + \ left ({\ frac {a} {2}} - {\ frac {3} {2}} c \ right) {\ mbox {H}} _ {2} {\ mbox {O}} + c {\ mbox {NH}} _ {3}}$

Esta expressão não inclui a demanda de oxigênio causada pela nitrificação , a oxidação da amônia em nitrato :

${\ displaystyle {\ mbox {N}} {\ mbox {H}} _ {3} +2 {\ mbox {O}} _ {2} \ rightarrow {\ mbox {N}} {\ mbox {O}} _ {3} ^ {-} + {\ mbox {H}} _ {3} {\ mbox {O}} ^ {+}}$

O dicromato , o agente oxidante para a determinação de COD, não oxida a amônia em nitrato, então a nitrificação não está incluída no teste padrão de COD.

A Organização Internacional de Padronização descreve um método padrão para medir a demanda química de oxigênio na ISO 6060 [1] .

Usando dicromato de potássio

O dicromato de potássio é um forte agente oxidante em condições ácidas. A acidez é geralmente obtida pela adição de ácido sulfúrico . A reação do dicromato de potássio com compostos orgânicos é dada por:

${\ displaystyle {\ ce {C}} _ ​​{n} {\ ce {H}} _ {a} {\ ce {O}} _ {b} {\ ce {N}} _ {c} \ + \ d {\ ce {Cr2O7 ^ 2 -}} \ + \ (8d \ + \ c) {\ ce {H + ->}} n {\ ce {CO2}} \ + \ {\ frac {a + 8d-3c } {2}} {\ ce {H2O}} \ + \ c {\ ce {NH4 +}} \ + 2d {\ ce {Cr ^ 3 +}}}$

onde . Mais comumente, uma solução de 0,25 N de dicromato de potássio é usada para determinação de COD, embora para amostras com COD abaixo de 50 mg / L, uma concentração mais baixa de dicromato de potássio seja preferida. ${\ displaystyle d = 2n / 3 + a / 6-b / 3-c / 2}$

No processo de oxidação das substâncias orgânicas presentes na amostra de água, o dicromato de potássio é reduzido (já que em todas as reações redox , um reagente é oxidado e o outro é reduzido), formando Cr ³⁺ . A quantidade de Cr ³⁺ é determinada após a oxidação estar completa e é usada como uma medida indireta do conteúdo orgânico da amostra de água.

Medição de excesso

Para que toda a matéria orgânica seja completamente oxidada, uma quantidade excessiva de dicromato de potássio (ou qualquer agente oxidante) deve estar presente. Assim que a oxidação estiver completa, a quantidade de dicromato de potássio em excesso deve ser medida para garantir que a quantidade de Cr ³⁺ possa ser determinada com precisão. Para isso, o excesso de dicromato de potássio é titulado com sulfato de amônio ferroso (FAS) até que todo o excesso do agente oxidante tenha sido reduzido a Cr ³⁺ . Normalmente, o indicador de redução de oxidação ferroína também é adicionado durante esta etapa de titulação. Uma vez que todo o excesso de dicromato foi reduzido, o indicador de ferroína muda de azul esverdeado para um marrom avermelhado. A quantidade de sulfato de amônio ferroso adicionado é equivalente à quantidade de dicromato de potássio em excesso adicionado à amostra original. Nota: O indicador de ferroína é vermelho brilhante de fontes comercialmente preparadas, mas quando adicionado a uma amostra digerida contendo dicromato de potássio exibe uma tonalidade verde. Durante a titulação, a cor do indicador muda de um matiz verde para um matiz azul brilhante para um marrom avermelhado ao atingir o ponto final. O indicador de ferroina muda de vermelho para azul claro quando oxidado.

Preparação do reagente indicador de ferroína

Uma solução de 1,485 g de mono-hidrato de 1,10- fenantrolina é adicionada a uma solução de 695 mg de FeSO ₄ · 7H ₂ O em água destilada e a solução vermelha resultante é diluída para 100 mL.

Cálculos

A seguinte fórmula é usada para calcular o COD:

${\ displaystyle \ mathrm {COD} = {\ frac {8000 (bs) n} {\ text {volume da amostra}}}}$

onde b é o volume de FAS usado na amostra em branco, s é o volume de FAS na amostra original e n é a normalidade de FAS. Se mililitros forem usados ​​consistentemente para medições de volume, o resultado do cálculo COD é dado em mg / L.

O COD também pode ser estimado a partir da concentração de composto oxidável na amostra, com base em sua reação estequiométrica com oxigênio para produzir CO ₂ (suponha que todo C vá para CO ₂ ), H ₂ O (suponha que todo H vá para H ₂ O) , e NH ₃ (suponha que todo N vá para NH ₃ ), usando a seguinte fórmula:

COD = ( C / FW) · (RMO) · 32

Onde

C = concentração de composto oxidável na amostra,

FW = Peso da fórmula do composto oxidável na amostra,

RMO = Razão do número de moles de oxigênio para o número de moles de composto oxidável em sua reação ao CO ₂ , água e amônia

Por exemplo, se uma amostra tiver 500 Wppm (partes em peso por milhão) de fenol:

C ₆ H ₅ OH + 7O ₂ → 6CO ₂ + 3H ₂ O

COD = (500/94) · 7 · 32 = 1191 Wppm

Interferência inorgânica

Algumas amostras de água contêm altos níveis de materiais inorgânicos oxidáveis ​​que podem interferir na determinação de DQO. Por causa de sua alta concentração na maioria das águas residuais , o cloreto costuma ser a fonte mais séria de interferência. Sua reação com dicromato de potássio segue a equação:

${\ displaystyle \ mathrm {6Cl ^ {-} + Cr_ {2} O_ {7} ^ {2 -} + 14H ^ {+} \ rightarrow 3Cl_ {2} + 2Cr ^ {3 +} + 7H_ {2} O }}$

Antes da adição de outros reagentes, sulfato de mercúrio pode ser adicionado à amostra para eliminar a interferência do cloreto.

A tabela a seguir lista várias outras substâncias inorgânicas que podem causar interferência. A tabela também lista produtos químicos que podem ser usados ​​para eliminar essa interferência e os compostos formados quando a molécula inorgânica é eliminada.

Regulamentação governamental

Muitos governos impõem regulamentos rígidos em relação à demanda máxima de oxigênio químico permitida nas águas residuais antes que possam ser devolvidas ao meio ambiente. Por exemplo, na Suíça , uma demanda máxima de oxigênio entre 200 e 1000 mg / L deve ser alcançada antes que as águas residuais ou industriais possam ser devolvidas ao meio ambiente [2] .

História

Por muitos anos, o forte agente oxidante permanganato de potássio ( K Mn O ₄ ) foi usado para medir a demanda química de oxigênio. As medições foram chamadas de oxigênio consumido de permanganato, em vez de demanda de oxigênio de substâncias orgânicas. A eficácia do permanganato de potássio na oxidação de compostos orgânicos variava amplamente e, em muitos casos, as medições da demanda bioquímica de oxigênio (DBO) eram frequentemente muito maiores do que os resultados das medições de COD. Isso indicou que o permanganato de potássio não foi capaz de oxidar efetivamente todos os compostos orgânicos na água, tornando-o um agente oxidante relativamente pobre para determinar a DQO.

Desde então, outros agentes oxidantes, como sulfato cérico , iodato de potássio e dicromato de potássio, têm sido usados ​​para determinar a DQO. Destes, o dicromato de potássio ( K ₂ Cr ₂ O ₇ ) demonstrou ser o mais eficaz: é relativamente barato, fácil de purificar e é capaz de oxidar quase completamente quase todos os compostos orgânicos.

Nestes métodos, um volume fixo com uma quantidade em excesso conhecida do oxidante é adicionado a uma amostra da solução que está sendo analisada. Após uma etapa de digestão de refluxo, a concentração inicial de substâncias orgânicas na amostra é calculada a partir de uma determinação titulométrica ou espectrofotométrica do oxidante que ainda permanece na amostra. Tal como acontece com todos os métodos colorimétricos, os brancos são usados ​​para controlar a contaminação por material externo.

Veja também

• Demanda bioquímica de oxigênio  - Quantidade de oxigênio dissolvido necessária aos organismos biológicos aeróbios para decompor o material orgânico
• Demanda bioquímica de oxigênio carbonáceo
• Demanda teórica de oxigênio
• Os indicadores de qualidade de águas residuais discutem BOD e COD como medidas de qualidade da água.

Referências

Citações

Origens

links externos

• ISO 6060: Qualidade da água - Determinação da demanda química de oxigênio