Dissolved Oxygen.docx

Dissolved Oxygen PERTIMBANGAN UMUM Semua organisme hidup bergantung pada oksigen dalam satu bentuk atau yang lain untuk mempertahankan proses metabolisme yang menghasilkan energi untuk pertumbuhan dan reproduksi. Proses aerobik adalah subjek yang paling diminati karena kebutuhan mereka akan oksigen gratis. Manusia sangat memperhatikan kandungan oksigen dari udara yang mereka hirup, karena mereka tahu dari pengalaman bahwa pengurangan yang cukup besar dalam kandungan oksigen akan menyebabkan ketidaknyamanan dan kemungkinan kematian. Karena alasan ini, jumlah penghuni dalam selungkup harus dibatasi dengan hati-hati hingga kapasitas ventilasi. Para insinyur dan ilmuwan lingkungan tentu saja tertarik pada kondisi atmosfer dalam kaitannya dengan manusia, tetapi, di samping itu, mereka sangat peduli dengan "kondisi atmosfer" yang ada dalam cairan, air menjadi cairan dalam kelimpahan dan kepentingan terbesar. Semua gas atmosfer larut dalam air sampai tingkat tertentu. Nitrogen dan oksigen diklasifikasikan sebagai larut dalam air, dan karena mereka tidak bereaksi dengan air secara kimia, kelarutannya berbanding lurus dengan tekanan parsialnya. Oleh karena itu, hukum Henry dapat digunakan untuk menghitung jumlah yang ada pada saturasi pada suhu tertentu. Kelarutan nitrogen dan oksigen sangat bervariasi dengan suhu pada kisaran minat untuk perairan alami. Gambar 22.1 menunjukkan kurva kelarutan untuk dua gas dalam air suling atau kadar padatan rendah dalam kesetimbangan dengan udara pada tekanan 760mm Hg (1 atm), Kelarutannya lebih sedikit di perairan salin. Perlu dicatat bahwa di bawah kondisi tekanan parsial yang ada di atmosfer, lebih banyak nitrogen daripada oksigen yang larut dalam air. Pada saturasi, gas terlarut mengandung sekitar 38 persen oksigen berdasarkan molar, atau oksigen hampir dua kali lipat di atmosfer normal. Kelarutan oksigen atmosfer di perairan segar berkisar dari 14,6 mg / L pada 0 ° C hingga sekitar 7 mg / L pada 35 ° C di bawah 1 atm tekanan. Karena ini adalah gas yang tidak larut dengan baik, kelarutannya bervariasi secara langsung dengan tekanan atmosfer pada suhu tertentu. Ini merupakan pertimbangan penting di ketinggian. Karena laju oksidasi biologis meningkat seiring suhu, dan permintaan oksigen meningkat, kondisi suhu tinggi, di mana oksigen terlarut paling tidak larut, dapat menjadi perhatian. Sebagian besar kondisi kritis terkait dengan kekurangan oksigen terlarut di perairan alami terjadi selama bulan-bulan musim panas ketika suhu tinggi dan kelarutan oksigen minimal. Untuk alasan ini, sudah lazim untuk menganggap kadar oksigen terlarut sekitar 8 mg / L sebagai maksimum yang tersedia dalam kondisi kritis. Kelarutan oksigen yang rendah adalah faktor utama yang membatasi kapasitas pemurnian air alami dan mengharuskan pengolahan

limbah untuk menghilangkan polusi sebelum dibuang ke sungai penerima. Dalam proses pengolahan biologis aerobik, kelarutan oksigen yang terbatas sangat penting karena mengatur tingkat di mana oksigen akan diserap oleh medium dan oleh karena itu biaya aerasi. Kelarutan oksigen lebih sedikit di air yang mengandung garam daripada di air bersih. Untuk alasan ini, kelarutan untuk suhu tertentu berkurang ketika seseorang berkembang dari air tawar ke air muara ke laut. Luasnya efek ini ditunjukkan, yang berisi daftar kelarutan oksigen sebagai fungsi dari suhu dan kandungan klorida. Konsentrasi klorida digunakan sebagai ukuran campuran air laut-ffesh dalam sampel. Kandungan klorida air laut adalah sekitar 19.000 mg / L. Di perairan tercemar nilai saturasi juga kurang dari air bersih. Rasio nilai dalam air yang tercemar dengan air bersih disebut sebagai nilai ß. Laju penyerapan oksigen di perairan yang tercemar biasanya lebih rendah daripada di air bersih dan rasionya disebut sebagai nilai. Mereka dapat berkisar serendah 0,8 untuk ß dan 0,4 untuk di beberapa wastewaters. Nilai a dan ß merupakan faktor desain penting dalam pemilihan peralatan aerasi.

PENTINGNYA LINGKUNGAN DARI OKSIGEN TERLARANG Dalam limbah cair, oksigen terlarut adalah faktor yang menentukan apakah perubahan biologis disebabkan oleh aerob atau oleh organisme anaerob. Yang pertama menggunakan oksigen bebas untuk oksidasi bahan organik dan anorganik dan menghasilkan produk akhir yang tidak berbahaya, sedangkan yang terakhir menghasilkan oksidasi seperti melalui pengurangan garam anorganik tertentu seperti sulfat, dan produk akhirnya sering sangat buruk. Karena kedua jenis organisme ini ada di mana-mana, sangat penting untuk mempertahankan kondisi yang menguntungkan bagi organisme aerob (kondisi aerob), jika tidak organisme anaerob akan mengambil alih, dan perkembangan kondisi gangguan akan terjadi. Dengan demikian, pengukuran oksigen terlarut sangat penting untuk menjaga kondisi aerobik di perairan alami yang menerima masalah polusi dan dalam proses perawatan aerobik yang dimaksudkan untuk memurnikan air limbah domestik dan industri. Penentuan oksigen terlarut digunakan untuk berbagai keperluan lainnya. Ini adalah salah satu tes tunggal paling penting yang digunakan insinyur dan ilmuwan lingkungan. Dalam kebanyakan kasus yang melibatkan pengendalian pencemaran aliran, diinginkan untuk mempertahankan kondisi yang menguntungkan bagi pertumbuhan dan reproduksi populasi ikan yang normal dan organisme akuatik lainnya. Kondisi ini membutuhkan pemeliharaan kadar oksigen terlarut yang akan mendukung kehidupan akuatik yang diinginkan dalam kondisi sehat setiap saat. Penentuan oksigen terlarut berfungsi sebagai dasar dari tes BOD; dengan demikian, mereka adalah dasar dari tekad paling penting yang digunakan untuk

mengevaluasi kekuatan polusi limbah domestik dan industri. Laju oksidasi biokimiawi dapat diukur dengan menentukan sisa oksigen terlarut dalam suatu sistem pada berbagai interval waktu. Semua proses perawatan aerobik tergantung pada keberadaan oksigen terlarut, dan tes untuk itu sangat diperlukan sebagai alat untuk mengendalikan laju aerasi untuk memastikan bahwa jumlah udara yang cukup disuplai untuk menjaga kondisi aerob dan juga untuk mencegah penggunaan udara yang berlebihan dan energi. Oksigen merupakan faktor penting dalam korosi besi dan baja, khususnya dalam sistem distribusi air dan ketel uap. Penghapusan oksigen dari perairan boilerfeed dengan cara fisik dan kimia adalah praktik umum dalam industri listrik. Tes oksigen terlarut berfungsi sebagai alat kontrol. KOLEKSI SAMPEL UNTUK PENENTUAN OKSIGEN TERLARUT Sejumlah perawatan harus dilakukan dalam pengumpulan sampel yang akan digunakan untuk penentuan oksigen terlarut. Dalam sebagian besar kasus yang menarik, tingkat disolusi oksigen akan berada di bawah saturasi, dan paparan udara akan menyebabkan hasil yang salah. Untuk alasan ini, perangkat pengambilan sampel khusus yang mirip dengan yang dijelaskan dalam "Metode Standar" diperlukan. Semua sampler tersebut dirancang dengan prinsip bahwa kontak dengan udara tidak dapat dihindari selama botol sampel sedang diisi. Namun, jika ruang tersedia untuk memungkinkan botol meluap, sampel air yang mewakili campuran sampel dapat diperoleh. Kebanyakan sampler dirancang untuk memberikan luapan dua atau tiga kali volume botol untuk memastikan pengumpulan sampel yang representatif. Juga, karena oksigen siap menembus sebagian besar tabung karet dan plastik, kehati-hatian yang besar diperlukan dalam penggunaannya untuk pengambilan sampel. Sebagian besar sampel untuk oksigen terlarut dikumpulkan di lapangan, di sini tidak nyaman sesuai dengan waktu karena aktivitas biologis, biasanya "memperbaiki" sampel segera setelah pengumpulan. Prosedur yang biasa dilakukan adalah memperlakukan sampel dengan pereaksi konvensional yang digunakan dalam uji oksigen terlarut dan kemudian melakukan titrasi ketika sampel dibawa ke laboratorium. Prosedur ini akan memberikan hasil yang rendah untuk sampel dengan permintaan yodium tinggi, dan dalam hal ini lebih baik untuk mempertahankan sampel dengan penambahan 0,7 mL asam sulfat pekat dan 0,02 g natrium azida. Ketika ini dilakukan, perlu untuk menambahkan 3 mL pereaksi alkali-iodida daripada 2 mL biasa karena asam tambahan yang terkandung dalam sampel. Hasil yang lebih baik juga diperoleh jika sampel "tetap" disimpan dalam kegelapan dan di atas es sampai analisisnya dapat diselesaikan. ' Perlakuan kimia yang digunakan dalam "memperbaiki" cukup radikal untuk menangkap semua aksi biologis, dan iterasi final mungkin tertunda hingga 6 jam. Ada dua prosedur standar untuk mengukur oksigen terlarut. Prosedur yang lebih tua dan masih primer adalah

melalui titrasi reduksi oksidasi menggunakan prosedur iodometrik. Yang kedua adalah adaptasi khusus dari polarografi di mana probe yang dilapisi membran digunakan setelah kalibrasi menggunakan prosedur iodometrik. REAGEN STANDAR UNTUK MENGUKUR OKSIGEN TERLARANG Sebagian besar metode volumetrik untuk menentukan oksigen terlarut tergantung pada reaksi yang melepaskan jumlah setara yodium dengan jumlah oksigen yang ada, dengan pengukuran jumlah yodium yang dilepaskan dengan menggunakan solusi standar zat pereduksi. Sodium tiosulfat adalah zat pereduksi yang biasa digunakan, dan larutan kanji digunakan untuk menentukan titik akhir. Semua reaksi dalam penentuan oksigen melibatkan oksidasi dan reduksi. Namun, pati digunakan sebagai indikator titik akhir. Ini membentuk kompleks pati-yodium dengan yodium dari larutan encer untuk menghasilkan warna biru yang cemerlang dan kembali ke bentuk tidak berwarna ketika yodium direduksi menjadi ion iodida. Pilihan Solusi Thiosulfate 0,025 N Berat setara oksigen adalah 8 g. Karena normalitas sebagian besar zat titrasi yang digunakan dalam analisis air dan air limbah disesuaikan sehingga setiap mililiter setara dengan 1,0 mg dari bahan yang diukur, akan mengikuti bahwa larutan tiosulfat N / 8 atau 0,125 N harus digunakan. Namun, solusi seperti itu terlalu terkonsentrasi untuk memungkinkan penentuan oksigen terlarut yang akurat kecuali jika sampel besar yang tidak masuk akal dititrasi. Sudah menjadi praktik standar untuk menggunakan 200 mL sampel untuk titrasi. Ini adalah seperlima dari satu liter. Dengan menggunakan zat penitrasi yang seperlima dari yang digunakan secara konvensional, hasil yang diperoleh pada sampel 200 mL, dalam hal mililiter titer yang digunakan, sama seperti jika sampel 1 liter telah diperlakukan dengan pereaksi 0,125 N. Dengan demikian, ketika N / 40 atau 0,025 N solusi tiosulfat digunakan untuk menditrasi sampel 200 mL, nilai oksigen terlarut dalam miligram per liter sama dengan volume titrasi dalam mililiter. Ini menghilangkan kebutuhan untuk perhitungan. Persiapan dan Standarisasi Thiosulfate 0,025 N Sodium tiosulfat dapat diperoleh dalam bentuk yang relatif murni. Namun, karena air hidrasi, itu tidak dapat dikeringkan ke senyawa dengan komposisi tertentu, dan bahkan kehilangan air pada suhu kamar dalam kondisi kelembaban rendah. Oleh karena itu, perlu untuk menyiapkan solusi yang sedikit lebih kuat dari yang diinginkan dan untuk membakukannya terhadap standar primer. Berat ekivalen natrium tiosulfat tidak dapat dihitung dari formula dan antisipasi perubahan valensi, seperti halnya dengan sebagian besar agen pereduksi. Sebaliknya, harus dihitung dari reaksinya dengan zat pengoksidasi, dalam hal ini yodium.

METODE PENENTUAN OKSIGEN TERLARANG Awalnya, pengukuran oksigen terlarut dilakukan dengan memanaskan sampel untuk mengusir gas terlarut dan menganalisis gas yang dikumpulkan untuk oksigen dengan metode yang diterapkan dalam analisis gas. Metode seperti ini membutuhkan sampel besar dan sangat rumit dan memakan waktu. Metode Winkler atau iodometrik dan modifikasinya adalah prosedur volumetrik standar untuk menentukan oksigen terlarut pada saat ini. Tes ini tergantung pada kenyataan bahwa oksigen mengoksidasi Mn2 * ke keadaan valensi yang lebih tinggi di bawah kondisi basa dan bahwa mangan dalam keadaan valensi yang lebih tinggi mampu mengoksidasi I "menjadi I2 dalam kondisi asam. Dengan demikian, jumlah I2 yang dilepaskan setara dengan oksigen terlarut awalnya ada.Yodium diukur dengan larutan natrium tiosulfat standar dan ditafsirkan dalam istilah oksigen terlarut. Metode Winkler yang tidak dimodifikasi dapat terganggu oleh banyak zat. Zat pengoksidasi tertentu seperti nitrit dan Fe3 + mampu mengoksidasi I "menjadi I2 dan menghasilkan hasil yang terlalu tinggi. Zat pereduksi seperti Fe2 +, SO2-, S2 ~, dan polythionate, mengurangi I2 menjadi F dan menghasilkan hasil yang terlalu rendah Metode Winkler yang tidak dimodifikasi hanya berlaku untuk perairan yang relatif murni. Oksidasi Mn (EE) menjadi Mn02 (i), kadang-kadang disebut fiksasi oksigen, terjadi secara lambat, terutama pada suhu rendah. Selain itu, perlu memindahkan bahan flokulasi ke seluruh larutan untuk memungkinkan semua oksigen bereaksi. Diperlukan pengocokan kuat sampel selama setidaknya 20 detik. Dalam hal payau atau pelaut, diperlukan waktu kontak yang lebih lama. Setelah mengocok sampel untuk waktu yang cukup untuk memungkinkan semua oksigen bereaksi, floe dibiarkan mengendap sehingga meninggalkan setidaknya 5 cm cairan bening di bawah sumbat Sampel harus dihentikan dan dikocok selama setidaknya 10 detik untuk memungkinkan reaksi sampai selesai dan untuk mendistribusikan yodium secara seragam di seluruh sampel. Sampel sekarang siap untuk titrasi dengan tiosulfat 0,025 N. Penggunaan tiosulfat 0,025 N didasarkan pada premis bahwa sampel 200 mL akan digunakan untuk titrasi. Dalam menambahkan pereaksi yang digunakan untuk uji Winkler, sejumlah pengenceran sampel terjadi; oleh karena itu, perlu untuk mengambil sampel yang agak lebih besar dari 200 mL untuk titrasi. Ketika 300 mL botol digunakan dalam pengujian, 1 mL MnS04 dan 1 mL larutan alkali-KI digunakan. Ini ditambahkan sedemikian rupa untuk memindahkan sekitar 2 mL sampel dari botol, dan koreksi harus dilakukan. Ketika 2 mL asam ditambahkan, tidak ada

gumpalan teroksidasi yang dipindahkan; dengan demikian, tidak perlu dilakukan koreksi untuk penambahannya. Untuk mengoreksi penambahan pereaksi pertama, 201 mL sampel yang diperlakukan diambil untuk titrasi. Titrasi sampel dengan ukuran yang setara dengan 200 mL sampel asli dengan larutan tiosulfat 0,025 N menghasilkan hasil dalam mililiter, yang dapat diinterpretasikan secara langsung dalam miligram per liter oksigen terlarut. Modifikasi Azide dari Metode Winkler Ion nitrit adalah salah satu gangguan yang paling sering ditemui dalam penentuan oksigen terlarut. Ini terjadi terutama pada limbah dari instalasi pengolahan air limbah yang menggunakan proses biologis, di perairan sungai, dan dalam sampel BOD yang diinkubasi. Itu tidak mengoksidasi Mn2 + tetapi mengoksidasi F menjadi I2 dalam kondisi asam. Ini terutama menyusahkan karena bentuk tereduksi, N202, dioksidasi oleh oksigen, yang masuk ke sampel selama titrasi p rocedure dan dikonversi ke N02 ~ lagi, membentuk reaksi siklik yang dapat menyebabkan hasil yang keliru tinggi, jauh melebihi jumlah yang akan diharapkan. Begitu warna biru dari indikator pati telah habis, nitrit terbentuk oleh reaksi dalam Persamaan. akan bereaksi dengan lebih banyak F untuk menghasilkan I2 dan warna biru dari indikator pati akan kembali. Gangguan nitrit dapat dengan mudah diatasi dengan penggunaan natrium azida (NaN3). Lebih mudah untuk menggabungkan azida dalam pereaksi alkali-KI. Modifikasi Metode Winkler Rideal-Stewart Rideal-Stewart atau modifikasi permanganat dirancang untuk mengatasi efek dari berbagai gangguan yang disebabkan oleh pengurangan zat, termasuk nitrit. Ini melibatkan pretreatment sampel dengan kalium permanganat dalam kondisi asam. Permanganat ditambahkan secara berlebihan dan mengoksidasi zat pereduksi yang ada. Kelebihan dihancurkan dengan menambahkan zat pereduksi, kalium oksalat, yang sedikit berlebihan tidak bereaksi dengan yodium. Fe3 +, dalam konsentrasi di bawah 10 mg / L, tidak mengganggu. Pada tingkat di atas 10 mg / L itu harus diperlakukan untuk menurunkan konsentrasi ion untuk menghindari gangguan. Kalium fluorida biasanya ditambahkan untuk tujuan ini, karena ini memasok F ", yang bergabung dengan Fe3 + untuk membentuk FeF3 yang terionisasi dengan buruk. Setelah kelebihan permanganat dihancurkan, prosedur Winkler reguler diikuti, kecuali bahwa jumlah tambahan alkali-KI diperlukan untuk mengatasi efek asam yang ditambahkan awalnya untuk memfasilitasi aksi permanganat. Koreksi yang tepat harus dilakukan untuk volume reagen yang ditambahkan, untuk menghitung volume sampel yang diperlukan untuk titrasi dengan tiosulfat. MASALAH MEMBRAN YANG DILARANG OXYGEN Penggunaan probe membran, yang memungkinkan pengukuran in situ oksigen terlarut dilakukan, telah meningkat secara signifikan sejak perkembangannya. Penyelidikan ini, dijelaskan di bawah analisis Polarographie di Sec. 12.3, sangat

berguna untuk mengambil profil oksigen terlarut dari reservoir dan aliran air. Mereka dapat diturunkan ke berbagai kedalaman, dan konsentrasi oksigen terlarut dapat dibaca dari microammeter penghubung yang terletak di permukaan. Mereka juga dapat ditangguhkan di tangki pengolahan limbah biologis untuk memantau tingkat oksigen terlarut di setiap titik. Tingkat pemanfaatan oksigen biologis dalam tangki tersebut dapat ditentukan dengan menempatkan sampel cairan campuran dalam botol BOD dan kemudian memasukkan probe oksigen terlarut untuk mengamati tingkat di mana oksigen habis. Mereka juga dapat digunakan untuk memperoleh pengukuran oksigen terlarut cepat sebagai bagian dari tes BOD, keuntungan khusus ketika sejumlah besar sampel harus dianalisis. Portabilitas membuat prosedur probe membran sangat baik untuk penggunaan lapangan. Probe membran biasanya dikalibrasi dengan melakukan pengukuran dalam sampel air yang telah dianalisis untuk oksigen terlarut dengan prosedur Winkler. Dengan demikian, setiap kesalahan dalam analisis Winkler akan dibawa ke kalibrasi probe. Selama pengukuran oksigen terlarut, penting bahwa pergerakan sampel yang cukup oleh probe dipertahankan untuk mencegah pembacaan rendah yang menghasilkan jika oksigen habis pada membran karena berkurang di katoda. Elektroda membran mengukur kadar oksigen, yang berkorelasi dengan tekanan parsial. Untuk menerjemahkan ini menjadi konsentrasi dalam larutan, pengukuran suhu dan konsentrasi garam atau konduktivitas sangat penting seperti yang disarankan dalam Tabel 22.1. Dengan demikian jelas bahwa pengukuran suhu dan konduktivitas yang akurat harus dilakukan bersamaan dengan pengukuran oksigen terlarut sehingga koreksi dapat diterapkan, atau instrumen yang dilengkapi dengan termistor dan meter konduktansi atau perangkat lain untuk mengkompensasi secara otomatis untuk perubahan suhu harus dilakukan dan digunakan.