Ossigeno disciolto (DO)

L'ossigeno molecolare disciolto in acqua è chiamato ossigeno disciolto. La dissoluzione dell'ossigeno nell'atmosfera e il processo di fotosintesi di organismi acquatici come le alghe sono entrambe fonti di ossigeno disciolto nell'acqua. Il contenuto di ossigeno disciolto nell'acqua è correlato a fattori come pressione atmosferica, temperatura dell'acqua e contenuto di sale. Una diminuzione della pressione atmosferica, un aumento della temperatura dell'acqua e un aumento del contenuto di sale possono portare a una diminuzione del contenuto di ossigeno disciolto.

Ci sono diversi cambiamenti principali nell'ossigeno disciolto: (1) variazione diurna. Il contenuto di ossigeno è elevato durante il giorno e l'ossigeno disciolto nell'acqua è spesso sovrasaturato dalle 14 alle 16. Di notte, l'ossigeno disciolto è basso e raggiunge il suo valore più basso prima dell'alba. (2) Variazione verticale. Generalmente, l'ossigeno disciolto nello strato superiore di acqua è molto più alto di quello nello strato inferiore durante il giorno. Di notte, a causa della convezione dell'acqua della piscina, la differenza di ossigeno disciolto tra lo strato superiore e inferiore diminuisce gradualmente, e la differenza di ossigeno è la più grande nel mezzo e nel pomeriggio del giorno. (3) Modifiche orizzontali. Generalmente, a causa dell'influenza del vento, l'ossigeno disciolto nell'area del vento inferiore è più alto di quello nell'area del vento superiore durante il giorno, ma il cambiamento nel livello di ossigeno disciolto al mattino presto è opposto, con l'area del vento superiore che l'area del vento inferiore ha più ossigeno disciolto rispetto all'area del vento inferiore. (4) Variazioni stagionali. Bassi livelli di ossigeno disciolto generalmente si verificano nelle stagioni estive e autunnali, specialmente durante le piogge e le nuvole, con livelli di ossigeno disciolto più bassi.

L'ossigeno disciolto nell'acqua superficiale pulita è vicino alla saturazione. Quando c'è una grande proliferazione di alghe, l'ossigeno disciolto può essere sovrasaturato; Quando l'acqua è inquinata da sostanze riducenti organiche e inorganiche, il contenuto di ossigeno disciolto diminuirà o addirittura si avvicinerà a zero. In questo momento, i batteri anaerobici prolifereranno attivamente e la qualità dell'acqua si deteriorerà. Quando l'ossigeno disciolto in acqua è inferiore a 3-4mg/L, molti pesci hanno difficoltà a respirare; Se continua a diminuire, soffoca e muore. È generalmente stabilito che l'ossigeno disciolto in acqua dovrebbe essere almeno 4mg/L. Il contenuto di ossigeno disciolto nell'acqua può essere utilizzato come indicatore indiretto dell'inquinamento organico e del suo grado di auto purificazione. Il contenuto di ossigeno disciolto in fiumi, laghi e bacini in Cina è per lo più superiore a 4mg/L, e alcuni fiumi a sud del fiume Yangtze sono generalmente più alti, raggiungendo 6-8 mg/L. Nel processo di trattamento biochimico delle acque reflue, l'ossigeno disciolto è anche un importante indicatore di controllo.

A causa della relazione significativa tra il contenuto di ossigeno disciolto e fattori quali atmosfera e temperatura, per la raccolta di campioni di ossigeno disciolto sono necessari flaconi specializzati come bottiglie di perossido di idrogeno e bottiglie di dissoluzione. Durante il campionamento, fare attenzione a non lasciare che il campione d'acqua entri in contatto con l'aria e l'azione di campionamento dovrebbe essere delicata per ridurre al minimo il disturbo. Durante il campionamento, il flacone di campionamento deve essere riempito e quindi il tappo del flacone deve essere chiuso saldamente, facendo attenzione a non lasciare bolle d'aria. Raccogliere campioni d'acqua dalle condotte e dai rubinetti dell'acqua e utilizzare tubi flessibili di gomma o altri tubi flessibili per guidare l'acqua lungo la parete della bottiglia fino a quando non trabocca. Continuare a raccogliere per alcuni minuti, quindi collegare e sigillare saldamente senza lasciare bolle. Per evitare cambiamenti nell'ossigeno disciolto nel campione d'acqua, il campione d'acqua raccolto deve essere fissato in loco (aggiungendo solfato di manganese e ioduro alcalino di potassio) o misurato direttamente in loco utilizzando un elettrodo di ossigeno.

I metodi per determinare l'ossigeno disciolto in acqua includono il metodo iodometrico e il suo metodo modificato (GB7489-87) e il metodo dell'elettrodo dell'ossigeno (GB11913-89). L'acqua pulita può essere misurata utilizzando il metodo dello iodio; Inoltre, al fine di ottenere il monitoraggio automatico dell'ossigeno disciolto, l'Amministrazione Nazionale per la Protezione Ambientale ha formulato requisiti tecnici per gli analizzatori automatici di qualità dell'acqua dell'ossigeno disciolto (DO) (HJ/T99-2003).

(1) Metodo iodometrico

Il metodo iodometrico è un metodo di riferimento per determinare l'ossigeno disciolto in acqua. Senza interferenze, questo metodo è applicabile ai campioni d'acqua con concentrazioni di ossigeno disciolto superiori a 0.2mg/L e meno del doppio della concentrazione di saturazione di ossigeno (circa 20mg/L). Composti organici che sono inclini all'ossidazione, come acido tannico, acido umico e lignina, possono interferire con la misurazione; I solfuri ossidabili come la tiourea possono anche causare interferenze e quando il campione d'acqua contiene queste sostanze, dovrebbe essere utilizzato il metodo dell'elettrodo dell'ossigeno.

Il principio del metodo iodometrico è quello di aggiungere solfato di manganese e ioduro di potassio alcalino al campione d'acqua. L'ossigeno disciolto nell'acqua ossida manganese divalente al manganese tetravalente e genera precipitazione di idrossido. Dopo aver aggiunto acido, il precipitato si dissolve e il manganese tetravalente può ossidare gli ioni ioduri per rilasciare iodio libero equivalente all'ossigeno disciolto. Utilizzando l'amido come indicatore, il contenuto di ossigeno disciolto può essere calcolato titolando lo iodio rilasciato con una soluzione standard di tiosolfato di sodio. L'equazione di reazione è la seguente:

MnSO4＋2NaOH＝Na2SO4＋Mn(OH)2↓

(precipitato bianco)

2Mn(OH)2+O2＝2MnO(OH)2↓

(precipitato marrone)

MnO(OH)2＋2H2SO4＝Mn(SO4)2＋3H2O

Mn(SO4)2＋2KI＝MnSO4＋K2SO4＋I2

2Na2S2O3＋I2＝Na2S4O6＋2Nal

(2) Metodo iodometrico rivisto

Quando si utilizza il metodo iodometrico per determinare l'ossigeno disciolto nei campioni d'acqua, possono verificarsi interferenze se ci sono alcune sostanze riducenti presenti nel campione d'acqua. A questo punto, alcuni reagenti possono essere aggiunti per la correzione e i metodi comunemente usati includono la correzione dell'azide di sodio e la correzione del permanganato di potassio.

1. Metodo di correzione dell'azide di sodio

La presenza di nitriti nei campioni d'acqua può interferire con la determinazione dell'ossigeno disciolto con metodo iodometrico. L'azide di sodio può essere utilizzato per decomporre il nitrito e quindi determinarlo con metodo iodometrico. La reazione per la decomposizione del nitrito è la seguente:

2NaN3＋H2SO4＝2HN3+Na2SO4

HNO2＋NH3＝N2O＋N2＋H2O

Il nitrito esiste principalmente nelle acque reflue trattate biochimicamente e nelle acque fluviali. Può reagire con ioduro di potassio per rilasciare iodio libero e produrre interferenze positive

2HNO2＋2KI＋H2SO4＝K2SO4＋2H2O＋N2O2＋I2

Se la reazione si ferma qui, l'errore introdotto non è significativo; Ma quando il campione d'acqua entra in contatto con l'aria, l'ossigeno appena disciolto reagirà con N2O2 per formare nitrito:

2N2O2＋2H2O＋O2＝4HNO2

Questo ciclo, rilasciando costantemente iodio, introdurrà errori significativi.

Quando il contenuto di ioni di ferro trivalenti nel campione d'acqua è elevato, l'interferenza con la misurazione può essere eliminata aggiungendo fluoruro di potassio o utilizzando acido fosforico al posto dell'acido solforico per l'acidificazione. I risultati delle misurazioni sono calcolati secondo la seguente formula:

Nella formula: M - concentrazione della soluzione standard di tiosolfato di sodio, mol/L；

V - la titolazione consuma il volume della soluzione standard di tiosolfato di sodio, mL；

V acqua - volume del campione d'acqua, mL；

8- Valore di conversione dell'ossigeno, g。

Va notato che l'azide di sodio è un reagente altamente tossico ed esplosivo e la soluzione alcalina di azide di sodio di ioduro di potassio non deve essere direttamente acidificata per evitare la produzione di nebbia acida azidica tossica.

2. Metodo di correzione del permanganato di potassio

Questo metodo è adatto per campioni d'acqua contenenti una grande quantità di ioni ferrosi, senza altri agenti riducenti o sostanze organiche. Utilizzare il permanganato di potassio per ossidare gli ioni ferrosi, eliminare le interferenze, rimuovere il permanganato di potassio in eccesso con la soluzione di ossalato di sodio e mascherare gli ioni di ferro altamente valenti generati con fluoruro di potassio. Altri metodi di misurazione dello iodio.

(3) Metodo dell'elettrodo di ossigeno

L'elettrodo di ossigeno disciolto ampiamente usato è un elettrodo di film di politetrafluoroetilene, che è un elettrodo di ossigeno tipico. Secondo il suo principio di funzionamento, può essere diviso in due tipi: tipo polarografico e tipo di batteria primaria. La struttura dell'elettrodo polarografico dell'ossigeno è mostrata nella Figura 3-27. Consiste di un catodo d'oro, un anodo del cloruro d'argento, un film di politetrafluoroetilene, un guscio e altri componenti. La soluzione di cloruro di potassio viene riempita nella camera dell'elettrodo e un film di politetrafluoroetilene separa l'elettrolita dal campione di acqua misurato. Quando una tensione di polarizzazione fissa di 0,5-0,8V viene applicata tra i due poli, l'ossigeno disciolto nel campione d'acqua si diffonde attraverso la membrana e si riduce sul catodo, producendo una corrente di diffusione proporzionale alla concentrazione di ossigeno. La reazione dell'elettrodo è la seguente:

Figura 3-27 Struttura dell'elettrodo di ossigeno disciolto

１. catodo dorato; 2. anodo del filo d'argento; 3. Film sottile; 4. Soluzione Kcl; 5. Shell

Cathode: O2＋2H2O＋4e＝4OH-

Anodo: 4Ag+4Cl -=4AgCl+4e

La corrente di riduzione generata i può anche essere espressa come:

Nella formula: K - costante di proporzionalità;

N - numero di elettroni guadagnati o persi nella reazione degli elettrodi;

F - costante di Faraday;

A - area catodica;

PM - coefficiente di permeabilità del film;

L - spessore del film;

C0- Pressione parziale o concentrazione di ossigeno disciolto.

Si può vedere che quando le condizioni sperimentali sono fissate, tutti gli altri termini nell'equazione di cui sopra tranne c0 sono valori costanti. Pertanto, finché la corrente di riduzione è misurata, la concentrazione di ossigeno disciolto nel campione d'acqua può essere determinata. Vari misuratori di ossigeno disciolto funzionano sulla base di questo principio (vedi Figura 3-28). Durante la misurazione, prima calibrare il punto zero con un campione di acqua anaerobica, quindi calibrare il valore della scala dello strumento utilizzando metodi chimici e infine misurare il campione d'acqua per visualizzare direttamente la sua concentrazione di ossigeno disciolto. Lo strumento è dotato di dispositivi automatici o manuali di compensazione della temperatura per compensare gli errori di misura causati da variazioni di temperatura.

1. sorgente di tensione polarizzata; 2. elettrodo di ossigeno disciolto e cella di misura; 3. amplificatore operativo; 4. Tabella degli indicatori

Il metodo dell'elettrodo dell'ossigeno disciolto per misurare l'ossigeno disciolto non è influenzato dalla cromaticità, dalla torbidità e dalle sostanze interferenti nella titolazione chimica dei campioni d'acqua; Veloce e conveniente, adatto per la misurazione in loco; Facile da ottenere misurazione continua automatica. Tuttavia, quando il campione d'acqua contiene sostanze come alghe, solfuri, carbonati, olio, ecc., può causare l'ostruzione del film o essere danneggiato e il film dovrebbe essere sostituito in modo tempestivo.