KOİ (KİMYASAL OKSİJEN İHTİYACI) TAYİNİ

YTÜ ÇEVRE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ ÇEVRE KİMYASI 2 LABORATUVARI

KOİ (KİMYASAL OKSİJEN İHTİYACI) TAYİNİ 1. GENEL BİLGİLER Kimyasal oksijen ihtiyacı (KOI), evsel ve endüstriyel atık suların organik kirlilik derecesini

belirlemede kullanılan en önemli parametrelerden biridir. Tabiatta organik maddeler

aşağıdaki denklemdeki gibi karbonlu maddeler oksitlenerek kararlı maddeler olan

karbondioksit ve suya dönüşmektedirler.

Bu test, sulardaki karbonlu maddelerin karbondiokside dönüşene kadar ilave edilecek

oksijeni ifade etmektedir. Testte oksijen yerine yüksek oksitleyici özellikte oksidant kimyasal

kullanılır. Oksidasyonun hızlandırılması ve tamamlanması için kuvvetli asidik ve

yükseltilmiş sıcaklık şartlarında, katalizörlerin de mevcudiyetinde reaksiyon gerçekleştirilir.

Testte elde edilen bilgi ise, sudaki kirletici maddedeki karbonu gidermek için harcanan

oksidant miktarıdır. Harcanan oksidant miktarı, oksijen ihtiyacı yani oksijen olarak ifade

edilir. Sonuçta testle elde edilen oksijen ihtiyacı atıksuyun içindeki karbon miktarının

(konsantrasyon) dolaylı bir ölçüsü olur. Ancak bu testte organik bileşikler, yukarda ifade

edilen yüksek oksitleyici şartlara direnç gösterirler. Dolayısıyla, bu test, suyun içindeki tüm

karbonunu bir ölçüsü olmaz. Ancak kimyasal oksidantla oksitlenebilen karbonları kapsar.

Sularda bulunan karbonu doğrudan ölçmenin yolu, TOK ölçümleridir.

Bu föyde verilen standart yöntem, 50 ppm’den daha çok kimyasal oksijen gereksinimi olan

atık suların KOI miktarının tayininde uygulanan bir analiz metodunu kapsar. Bu standart

yöntem, kontrol edilemez girişim yapıcı etkisi nedeniyle 2000 ppm’den daha yüksek

oranlarda klorür iyonu içeren atık sularda kimyasal oksijen ihtiyacı tayini metotlarını

kapsamamaktadır.

Bir suya ait KOI tayini sonucu, BOİ’den farklı olarak biyolojik yollarla ayrışmayan bazı

maddeleri de içerdiğinden, KOİ her zaman BOİ’den büyük elde edilir. KOI, nehir ve

endüstriyel atıkların incelenmesi çalışmalarında önemli ve çabuk sonuç veren bir

parametredir. Atıkların toksik madde içermemesi ve sadece kolaylıkla ayrışabilecek organik

maddeleri içermesi halinde bulunan KOI değeri, yaklaşık olarak nihai BOI (karbonlu)

değerine eşit çıkar.

1


2. LABORATUARDA KOİ (KİMYASAL OKSİJEN İHTİYACI) TAYİNİ

2.1 Deney Metotları Açık Reflux Metodu atıkların fazla bulunduğu büyük hacimdeki sularda daha rahat

uygulanır. Kapalı Reflux Titrimetrik ve Kapalı Reflux Kolorimetrik Metodlar ise çok

ekonomik olan metal tuzları ile uygulanır. Ancak numune içerisindeki askıdaki katıların

değerlerinin homojen olması gerekir. Laboratuar uygulamasında Açık reflux metodu

uygulanacaktır.

2.2 Deneyde Kullanılan Malzemeler

2.2.1 Kullanılan Araç ve Gereçler

KOI deneyine (Açık Reflux-Titrimetrik Yöntemi) başlamadan önce aşağıda belirtilen cihaz ve

reaktiflerin hazır bulundurulması gerekir.

a. Geri soğutma ve organik madde çözünürleştirme düzeneği: 24/40 boyunlu 250 veya 500

ml’lik şilifli erlen, 24/40 boyunlu 300 ml’lik şilifli soğutucudan oluşur. Şilifli soğutucu boru,

erlen üzerine dikey olarak yerleştirilir ve şilifli erlen, elektrikli ısıtıcının üzerine yerleştirilir.

b. Büret

c. Pipet

d. En az 1.4 W/cm2 gücünde tablalı elektrikli ısıtıcı 2.2.2 Kullanılan Reaktifler

1. Standart potasyum dikromat çözeltisi (0.0417 M)

Önceden 103 0C’de iki saat süreyle kurutulmuş olan 12.259 gr. K2Cr2O7 kimyasalı, distile

suda çözülür ve 1000 ml’ye seyreltilir.

2. Sülfürik asit reaktifi

1 kg. derişik sülfürik asit çözeltisine, kristal veya toz halinde 5.5 gr. Ag2SO4 ilave edilerek

çözülür. Gümüş sülfatın asit içerisinde tamamen çözünmesi için 1-2 gün bekletilmesi gerekir.

3. Ferroin indikatör çözeltisi

1.485 gr. fenantrolin monohidrat ve 695 mg. FeSO4.7H2O distile suda çözülür ve 100 ml’ye

tamamlanır.

2


4. Standart demir amonyum sülfat çözeltisi –DAS- (0.25 M):

98 gr. Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O kimyasalı, distile suda çözülür. Üzerine çalkalayarak azar azar

20 ml derişik sülfürik asit eklenir, soğutulur ve 1000 ml’ye tamamlanır. Bu çözelti,

kullanıldığı her gün, standart dikromat çözeltisine karşı aşağıdaki şekilde ayarlanmalıdır(*):

* Standardizasyon: 10 ml standart K2Cr2O7 çözeltisi 100 ml’ye tamamlanır. Üzerine 30 ml derişik H2SO4 ilave edilip soğumaya bırakılır. Demir amonyum sülfat (DAS) ile 0.10-0.15 ml (2-3 damla) ferroin indikatörü kullanılarak titre edilir ve aşağıdaki formülde harcanan K2Cr2O7 değeri yerleştirilerek DAS’ın molaritesi hesaplanır. Böylece standart DAS çözeltisi, her kullanıldığı gün için, standart dikromat çözeltisi (K2Cr2O7) ile ayarlanmış olur.

)(SO)Fe(NH ml kullan.için titrasyon 0.25* )OCrK0.0417(sarfiyat ml

'2424

722⋅⋅=⋅molaritesiınDAS

3. DENEYİN YAPILIŞI

Numune iyice karıştırılır daha sonra numunenin 50 ml’si bir pipet yardımı ile 250 ml’lik şilifli

bir erlene aktarılır. Numunedeki KOI’nin yüksek olduğu tahmin ediliyorsa, daha az bir hacim

alınarak distile su ile 50 ml’ye tamamlanır. Ayrıca seyreltme gerektiğinde bir balon jojede

seyreltme yapılarak uygun hacim alınarak deneye başlanır. Erlene birkaç kaynama taşı atılır

ve 1.0 gr civa sülfat (HgSO4) konulur. Erlen, musluk altında çalkalanarak soğutulurken 5 ml

gümüşlü sülfürik asit (Ag2SO4-H2SO4) ilave edilir. Burada civa sülfatın tamamı çözülmelidir.

Erlene, bir pipetle 25 ml standart dikromat çözeltisi konur ve karıştırılır daha sonra erlen,

soğutucuya takılır, soğutma suyu açılır. Soğutucunun üst ağzından 70 ml. gümüşlü sülfürik

asit reaktifi yavaşça boşaltılır, bu arada erlen, sürekli olarak çalkalanır. Soğutucunun tepesine

ters çevrilmiş bir beher kapatılır. Isıtıcı açılır, kademeli olarak 5 dakikada en yüksek dereceye

getirilir. Erlenin içerisindekiler, geri soğutma altında 2 saat süreyle kaynatılır. Reaksiyonlar

sırasında soğutma suyu çıkışı fazla ısınmışsa, ısıtıcı kapatılarak kaynamanın tamamen

durması sağlanır. 25 ml distile su ile 3-4 kez soğutucunun içi, şilifli erlenin içine yıkanır.

Böylece çözelti 300 ml’ye seyreltilir ve ağzına bir beher kapatılarak oda sıcaklığında

soğuması beklenir. Daha sonra 2-3 damla ferroin indikatörü konur. Standart DAS çözeltisi ile

mavi-yeşilden, kırmızımsı kahverengi renge kadar titre edilir.

** Dikkat: Daha evvel belirtildiği gibi, kullanıldığı her gün standart DAS çözeltisinin,

standart dikromat çözeltisi ile mutlaka faktör tayini yapılmalıdır.

*** Şahit: Şahit olarak numuneler dışında bir erlene 20 ml. distile su alınır ve içerisine aynı

reaktifler konularak hazırlanır ve yukarıdaki tüm işlemlerden geçirilir.

3


4. HESAPLAMA

Kimyasal oksijen ihtiyacı miktarı, mg/lt. (suyun yoğunluğu 1 g/ml. olarak kabul edilirse

aşağıdaki formül ile bulunan KOI miktarı, ağırlıkça ppm cinsinden ifade edilmiş olur) olarak

aşağıdaki formül ile hesaplanır:

VNBAltmgKOI 8000)()/( ⋅⋅−

=⋅

Burada;

A: Şahidin demir amonyum sülfat sarfiyatı, ml

B: Numunenin demir amonyum sülfat sarfiyatı, ml

N: Demir amonyum sülfat çözeltisinin normalitesi

Ek bilgiler: 1. Ölçüm esasları: Geri soğutucu altında %50 sülfürik asitli ve gümüş katalizli bir ortamda

kaynatılarak organik maddelerin ayrışması sağlanır. Bu işlemler esnasında indirgenen

dikromatın geriye kalan miktarı ölçülür. Yükseltgenme sonucu karbonlu organik maddeler

CO2 ve H2O’ya , azotlu organik maddedeler ise NH3’e dönüşür. Organik maddenin

dikromatla (Cr2O7-2) yükseltgenmesi reaksiyonu;

++++−+

+→+++−+ 32dCr4cNHO2H2

3c8da2nCOc)H(8d2

7O2dCrcNbOaHnC

Burada 2c

3b

6a

32n

d −−+=

Örnek:

++++→++−+ 38CrO222H26CO32H27O24Cr6O12H6C

reaksiyon denklemine uygun

olarak %95 - %98 verimle meydana gelir.

Reaksiyonda belli fakat fazla bir miktar dikromat kullanılır ve reaksiyondan geriye kalan

dikromat, DAS ile titre edilerek tayin edilir. organik maddenin yükseltgenmesinde harcanan

dikromat, kantitatif olarak tayin edilir. Dikromat fazlasının, DAS ile titrasyonu ferroin

indikatörüne karşı yapılır. Ortamda Cr+6 kalmadığında ilk damla, DAS’daki Fe+2 iyonları,

ferroinle koyu kırmızı bir renk verir.

Cr+6 + Fe+2 → Fe+3 + Cr+3

4


2. Girişim: Düz zincirli alifatik bileşikler, aromatik hidrokarbonlar ve piridin, belli bir

seviyeye kadar okside edilemez. Ancak düz zincirli bileşikler, ortama gümüş sülfat katalizör

olarak ilave edildiğinde kuvvetli bir şekilde oksitlenebilirler. Bununla beraber gümüş sülfat

klorür, bromür veya iyodur ile reaksiyona girerek çökelek verir ve deney süresince

oksitlenerek doğabilecek hataları ortadan kaldırır. Ortamda bulunan klorür, hem gümüş

iyonunu çöktürmesi hem de dikromat ile redoks reaksiyonuna girmesinden dolayı girişim

yapar. Bunu önlemek için ortama HgSO4 bileşiği ilave edilip klorür iyonu ile kompleks

oluşturulur. Kirli sularda nitrit konsantrasyonu yaklaşık 1-2 mg/lt seviyesinde olduğundan

KOI deneyinde girişime sebep olabilir, ancak bu çok önemli değildir. Oluşabilecek girişimi

engellemek için mg. nitrit başına, 10 mg. sülfamik asit (NH2SO3H) ilave edilmelidir. Sularda

Fe+2 ve sülfür bileşiklerinin bulunması da karbon dışı maddelerin oksidant harcamasına neden

olur.

3. KOİ’ye bağlı olarak karasal su kaynaklarının sınıflandırılması

1. Sınıf Su = 25 mg/lt KOİ



4. Sınıf Su ≥ 70 mg/lt KOİ

Doğal koruma alanı ve rekreasyon alanlarında, 3 mg/lt

Çeşitli kullanım alanları için, 8mg/lt

4. Bazı Endüstrilerin KOİ bakımından alıcı ortama deşarj standartları Tablo 1 : Bazı Endüstrilerin KOİ bakımından alıcı ortama deşarj standartları

Endüstri Kolu 2 Saatlik Kompozit Numune

24 Saatlik Kompozit Numune

Açıklama

Gıda Sanayi 170 160 Süt ve süt ürünleri Gıda Sanayi 200 170 Yağ rafinasyonu (Z.yağı hariç) Gıda Sanayi 250 160 Mezbahalar ve et entegre tesisleri Gıda Sanayi 200 150 Bitki işleme tesisleri vb. Gıda Sanayi 500 450 Şeker üretimi–seyrelme yoksa Gıda Sanayi 60 - Şeker üretimi–seyrelme varsa İçki Sanayi 160 110 Alkolsüz içeçekler,meşrubat vb. İçki Sanayi 300 200 Alkollü içki üretimi

5


Endüstri Kolu 2 Saatlik Kompozit Numune

24 Saatlik Kompozit Numune

Açıklama

İçki Sanayi 120 100 Bira Ve Malt Sanayi Tekstil Sanayi 250 200 Pamuklu Tekstil vb. Tekstil Sanayi 400 300 Yün yıkama, terbiye, dokuma Tekstil Sanayi 300 200 Örgü, kumaş terbiyesi vb. Kimya Sanayi 80 50 Klor, alkali üretimi Kimya Sanayi 200 150 Boya üretimi Kimya Sanayi 250 100 Plastik malzeme üretimi Kimya Sanayi 200 100 Deterjan ve malzeme üretimi Metal Sanayi 200 100 Metal hazırlama ve işleme Karışık End. 400 300 Küçük ve büyük org. Sanayi Bölgeleri Evsel Atıksular 140 100 BOİ5 600-6000 kg/gün, Nüfus 10000-100000 Evsel Atıksular 120 90 BOİ5 > 6000 kg/gün, Nüfus > 100000 Deniz Deşarjına 400 mg/lt den düşük KOİ'li sular kabul edilebiliyor.

Atıksuların atıksu altyapı tesisine deşarjında öngörülen atıksu standartları

Kanalizasyon sistemleri tam arıtma ile sonuçlanan atıksu altyapı tesislerinde sınır değer=4000

Kanalizasyon sistemleri derin deşarj ile sonuçlanan atıksu altyapı tesislerinde sınır değer =

600

İSKİ’nin kanala deşarj limitleri kapsamında KOİ için sınır değer 800 mg/lt'dir.

5. Temel işlem ve proseslerle sağlanan tasfiye verimleri Tablo 2 : Temel İşlem ve Proseslerle Sağlanan Tasfiye Verimleri (Eroğlu, V. , 2002 )

Temel İşlem Veya Proses KOİ

Giderme Verimi ( % )

Ön Tasfiye Az Ön Çöktürme 30 – 40 Klasik Aktif Çamur 80 – 85 Yüksek Hızlı Damlatmalı Filtre 60 – 80 Dezenfeksiyon Az Ön Tasfiye Veya İkinci Kademe Tasfiyeden Sonra Yumaklaştırma Ve Çöktürme 40 – 70

Tek Kademeli Biyolojik Sistemde Nitrifikasyon 80 – 90 Ayrı Kademede Nitrifikasyon 50 – 60 Ayrı Kademede Denitrifikasyon Az Kırılma Noktası Klorlaması - Amonyak Sıyırma - İyon Değiştirme 0

6


Temel İşlem Veya Proses KOİ

Giderme Verimi ( % )

Filtrasyon 20 – 50 Karbon Adsorbsiyonu 50 – 85 Ters Osmoz 90 – 100 Elektrodiyaliz 20 – 60

5. DENEYLE İLGİLİ RESİMLER

Resim 1: Isıtıcı Tablada KOİ Numunelerinin Durumu

Resim 2: Titrasyon için kullanılacak indikatör (Ferroin İndikatörü) ve titrasyon çözeltisi

(Demir Amonyum Sülfat Çözeltisi)

7


Resim 3: Kaynatılan KOİ numunesi, ısıtıcıdan alındıktan sonra ferroin indikatörü damlatılır.

Ferroin indikatörü damlatıldıktan sonraki hal.

Resim 4 : Titrasyon sonucunda numunenin kırmızı renge dönüşmüş hali

8


Resim 5 : KOİ analizi için kullanılan ısıtıcı tabla ve numuneler

Resim 6 : Titrasyon sırasında oluşan renk dönüşümleri

6. SORULAR

1. 50 mg glukoz (C6H12O6), 100 mg etil alkol (C2H5OH) ve 200 mg asetik asit (CH3COOH)

içeren 800 ml’lik bir çözeltinin teorik oksijen ihtiyacını belirleyiniz?

2. Aynı atık için KOİ ve BOİ sonuçlarının genellikle farklı olmasının nedenini açıklayınız.

3. BOİ5 ile KOİ arasında çok fark var ve KOİ/BOİ5 oranı 9 bulunmuştur. Bu suyun özelliğini

ve muhtemel kaynağını yorumlayınız.

4. BOİ5 değeri KOİ den yüksek bulunmuştur. Bunun nedenlerini yorumlayınız.

5. Deneyde HgSO4 ve Ag2SO4 kullanılmayınca ne olur?

6. Demir amonyum sülfat çözeltisinin konsantrasyonu bekledikçe neden ve hangi yönde

değişir ? (artar mı? /azalır mı?) Neden?

9

Documents

KOİ (KİMYASAL OKSİJEN İHTİYACI) TAYİNİ