46. Wat is opgeloste zuurstof?
Opgeloste zuurstof (DO, afkorting voor Dissolved Oxygen) vertegenwoordigt de hoeveelheid moleculaire zuurstof die in water is opgelost, en de eenheid is mg/L. Het verzadigingsgehalte aan opgeloste zuurstof in water is gerelateerd aan de watertemperatuur, de atmosferische druk en de chemische samenstelling van het water. Bij een atmosferische druk van 1 is het zuurstofgehalte wanneer de opgeloste zuurstof in gedestilleerd water bij 0 °C verzadigd is 14,62 mg/L, en bij 20 °C is dit 9,17 mg/L. Een stijging van de watertemperatuur, een toename van het zoutgehalte of een daling van de atmosferische druk zal het gehalte aan opgeloste zuurstof in het water doen afnemen.
Opgeloste zuurstof is een essentiële stof voor het overleven en de voortplanting van vissen en aerobe bacteriën. Als het gehalte aan opgeloste zuurstof lager is dan 4 mg/L, zullen vissen het moeilijk hebben om te overleven. Wanneer water verontreinigd raakt met organisch materiaal, verbruikt de oxidatie van dit materiaal door aerobe micro-organismen de opgeloste zuurstof in het water. Als deze niet tijdig vanuit de lucht kan worden aangevuld, zal het gehalte aan opgeloste zuurstof in het water geleidelijk afnemen tot bijna nul, waardoor een groot aantal anaerobe micro-organismen zich vermenigvuldigt. Dit maakt het water zwart en stinkend.
47. Wat zijn de meest gebruikte methoden voor het meten van opgeloste zuurstof?
Er zijn twee veelgebruikte methoden voor het meten van opgeloste zuurstof: de jodometrische methode en de bijbehorende correctiemethode (GB 7489–87), en de elektrochemische sondemethode (GB 11913–89). De jodometrische methode is geschikt voor het meten van watermonsters met een opgeloste zuurstofconcentratie van meer dan 0,2 mg/L. Over het algemeen is de jodometrische methode alleen geschikt voor het meten van opgeloste zuurstof in schoon water. Bij het meten van opgeloste zuurstof in industrieel afvalwater of tijdens verschillende processtappen in rioolwaterzuiveringsinstallaties moet gecorrigeerd jodium worden gebruikt. De detectielimiet van de elektrochemische sondemethode is afhankelijk van het gebruikte instrument. Er zijn hoofdzakelijk twee typen: de membraanelektrodemethode en de membraanloze elektrodemethode. Deze zijn over het algemeen geschikt voor het meten van watermonsters met een opgeloste zuurstofconcentratie van meer dan 0,1 mg/L. De online DO-meter die in beluchtingstanks en andere locaties in rioolwaterzuiveringsinstallaties wordt geïnstalleerd en gebruikt, maakt gebruik van de membraanelektrodemethode of de membraanloze elektrodemethode.
Het basisprincipe van de jodometrische methode is het toevoegen van mangaansulfaat en alkalisch kaliumjodide aan het watermonster. De opgeloste zuurstof in het water oxideert laagwaardig mangaan tot hoogwaardig mangaan, waardoor een bruin neerslag van vierwaardig mangaanhydroxide ontstaat. Na toevoeging van zuur lost het bruine neerslag op en reageert het met jodide-ionen tot vrij jodium. Vervolgens wordt zetmeel als indicator gebruikt en wordt het vrije jodium getitreerd met natriumthiosulfaat om het gehalte aan opgeloste zuurstof te berekenen.
Wanneer het watermonster gekleurd is of organisch materiaal bevat dat met jodium kan reageren, is de jodometrische methode en de bijbehorende correctiemethode niet geschikt om de opgeloste zuurstof in het water te meten. In plaats daarvan kan een zuurstofgevoelige filmelektrode of een membraanloze elektrode worden gebruikt voor de meting. De zuurstofgevoelige elektrode bestaat uit twee metalen elektroden die in contact staan met de ondersteunende elektrolyt en een selectief permeabel membraan. Het membraan laat alleen zuurstof en andere gassen door, maar water en oplosbare stoffen niet. De zuurstof die door het membraan gaat, wordt gereduceerd op de elektrode. Er ontstaat een zwakke diffusiestroom, waarvan de grootte evenredig is met het gehalte aan opgeloste zuurstof bij een bepaalde temperatuur. De membraanloze elektrode bestaat uit een kathode van een speciale zilverlegering en een anode van ijzer (of zink). Deze elektrode maakt geen gebruik van een film of elektrolyt en er wordt geen polarisatiespanning tussen de twee polen aangelegd. Het communiceert alleen met de twee polen via de gemeten waterige oplossing om een primaire batterij te vormen, waarbij de zuurstofmoleculen in het water worden gereduceerd. De reductie vindt direct plaats op de kathode en de gegenereerde reductiestroom is evenredig met het zuurstofgehalte in de gemeten oplossing.
48. Waarom is de zuurstofconcentratie een van de belangrijkste indicatoren voor de normale werking van het biologische afvalwaterzuiveringssysteem?
Het handhaven van een bepaalde hoeveelheid opgeloste zuurstof in het water is een basisvoorwaarde voor het overleven en de voortplanting van aerobe waterorganismen. Daarom is de indicator voor opgeloste zuurstof ook een van de belangrijkste indicatoren voor de normale werking van het biologische rioolwaterzuiveringssysteem.
Voor een aerobe biologische zuiveringsinstallatie is een opgelost zuurstofgehalte in het water van meer dan 2 mg/L vereist, terwijl voor een anaerobe biologische zuiveringsinstallatie een opgelost zuurstofgehalte van minder dan 0,5 mg/L vereist is. Om de ideale methanogenese-fase te bereiken, is het het beste als er geen detecteerbaar opgelost zuurstofgehalte is (voor 0). Wanneer sectie A van het A/O-proces zich in een anoxische toestand bevindt, is het opgeloste zuurstofgehalte bij voorkeur 0,5 tot 1 mg/L. Wanneer het effluent uit de secundaire bezinktank van de aerobe biologische methode voldoet aan de eisen, is het opgeloste zuurstofgehalte over het algemeen niet lager dan 1 mg/L. Als het te laag is (<0,5 mg/L) of te hoog (luchtbeluchtingsmethode >Als het gehalte aan opgeloste zuurstof hoger is dan 2 mg/L, zal dit leiden tot verontreiniging van het water. De waterkwaliteit verslechtert of overschrijdt zelfs de normen. Daarom is het van groot belang om het gehalte aan opgeloste zuurstof in de biologische zuiveringsinstallatie en in het effluent van de bezinktank nauwlettend in de gaten te houden.
Jodometrische titratie is niet geschikt voor testen op locatie, noch kan het worden gebruikt voor continue monitoring of bepaling van opgeloste zuurstof ter plaatse. Bij de continue monitoring van opgeloste zuurstof in rioolwaterzuiveringsinstallaties wordt de membraanelektrodemethode in de elektrochemische methode gebruikt. Om de veranderingen in opgeloste zuurstof van het mengsel in de beluchtingstank tijdens het rioolwaterzuiveringsproces in realtime te volgen, wordt doorgaans een online elektrochemische DO-meter gebruikt. Tegelijkertijd is de DO-meter een belangrijk onderdeel van het automatische regel- en afstelsysteem voor opgeloste zuurstof in de beluchtingstank. Dit regel- en afstelsysteem speelt een belangrijke rol in de normale werking ervan. Bovendien vormt het een belangrijke basis voor procesoperators om de normale werking van de biologische rioolwaterzuivering te regelen en te bewaken.
49. Welke voorzorgsmaatregelen moet men nemen bij het meten van opgeloste zuurstof door middel van jodometrische titratie?
Bij het nemen van watermonsters voor het meten van opgeloste zuurstof moet speciale aandacht worden besteed aan de veiligheid. De watermonsters mogen niet langdurig in contact komen met de lucht en mogen niet worden geroerd. Gebruik bij het nemen van monsters in de watertank een glazen zuurstoffles van 300 ml met een smalle opening en meet en noteer tegelijkertijd de watertemperatuur. Bij jodometrische titratie moet, naast het kiezen van een specifieke methode om interferentie na het nemen van monsters te elimineren, de bewaartijd zo kort mogelijk worden gehouden en is het raadzaam om de analyse direct uit te voeren.
Door technologische en apparatuurverbeteringen en met behulp van instrumentatie blijft jodometrische titratie de meest precieze en betrouwbare titratiemethode voor de analyse van opgeloste zuurstof. Om de invloed van diverse storende stoffen in watermonsters te elimineren, bestaan er verschillende specifieke correctiemethoden voor jodometrische titratie.
Oxiden, reductiemiddelen, organisch materiaal, enz. die in watermonsters aanwezig zijn, kunnen de jodometrische titratie verstoren. Sommige oxidanten kunnen jodide dissociëren tot jodium (positieve interferentie), en sommige reductiemiddelen kunnen jodium reduceren tot jodide (negatieve interferentie). Wanneer het geoxideerde mangaanprecipitaat wordt aangezuurd, kan het meeste organische materiaal gedeeltelijk worden geoxideerd, wat negatieve fouten veroorzaakt. De azidecorrectiemethode kan de interferentie van nitriet effectief elimineren, en wanneer het watermonster laagwaardig ijzer bevat, kan de kaliumpermanganaatcorrectiemethode worden gebruikt om de interferentie te elimineren. Wanneer het watermonster kleur, algen en zwevende deeltjes bevat, moet de aluinflocculatiecorrectiemethode worden gebruikt, en de kopersulfaat-sulfaminezuurflocculatiecorrectiemethode wordt gebruikt om de opgeloste zuurstof in het actiefslibmengsel te bepalen.
50. Welke voorzorgsmaatregelen moet men nemen bij het meten van opgeloste zuurstof met behulp van de dunnefilmelektrodemethode?
De membraanelektrode bestaat uit een kathode, anode, elektrolyt en membraan. De elektrodeholte is gevuld met een KCl-oplossing. Het membraan scheidt de elektrolyt van het te meten watermonster, en de opgeloste zuurstof dringt door het membraan heen en diffundeert erdoor. Nadat een vaste gelijkspanning van 0,5 tot 1,0 V tussen de twee polen is aangelegd, passeert de opgeloste zuurstof in het gemeten water door de film en wordt gereduceerd op de kathode, waardoor een diffusiestroom ontstaat die evenredig is met de zuurstofconcentratie.
Veelgebruikte films zijn polyethyleen- en fluorkoolstoffilms die zuurstofmoleculen doorlaten en relatief stabiele eigenschappen hebben. Omdat de film verschillende gassen kan doorlaten, hechten sommige gassen (zoals H₂S, SO₂, CO₂, NH₃, enz.) zich aan de indicatorelektrode. Deze is moeilijk te depolariseren, waardoor de gevoeligheid van de elektrode afneemt en de meetresultaten afwijken. Olie en vet in het te meten water en micro-organismen in de beluchtingstank hechten zich vaak aan het membraan, wat de meetnauwkeurigheid ernstig beïnvloedt. Daarom zijn regelmatige reiniging en kalibratie noodzakelijk.
Daarom moeten membraanelektrode-analyzers voor opgeloste zuurstof die in rioolwaterzuiveringsinstallaties worden gebruikt, strikt volgens de kalibratiemethoden van de fabrikant worden bediend. Regelmatige reiniging, kalibratie, aanvulling van de elektrolyt en vervanging van het elektrodemembraan zijn vereist. Bij het vervangen van de film moet dit zorgvuldig gebeuren. Ten eerste moet besmetting van gevoelige componenten worden voorkomen. Ten tweede moet worden voorkomen dat er kleine luchtbelletjes onder de film achterblijven. Anders zal de reststroom toenemen en de meetresultaten beïnvloeden. Om nauwkeurige gegevens te garanderen, moet de waterstroom bij het meetpunt van de membraanelektrode een zekere mate van turbulentie vertonen, dat wil zeggen dat de testvloeistof die door het membraanoppervlak stroomt een voldoende debiet moet hebben.
Over het algemeen kunnen luchtmonsters of monsters met een bekende zuurstofconcentratie (DO) en monsters zonder zuurstofconcentratie worden gebruikt voor controlekalibratie. Het is uiteraard het beste om het te inspecteren watermonster voor kalibratie te gebruiken. Daarnaast moeten één of twee punten regelmatig worden gecontroleerd om de temperatuurcorrectiegegevens te verifiëren.
Geplaatst op: 14 november 2023
