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1、本本科科畢畢業(yè)業(yè)設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)(論論文文) 題目 酚醛樹脂廢水 cod 測(cè)定方法研究 院 ( 系 ) 資源環(huán)境學(xué)院 專業(yè)名稱 環(huán)境工程 年級(jí)班級(jí) 環(huán)境 07-2 班 學(xué)生姓名 指導(dǎo)教師 2011 年 6 月 10 日 摘摘 要要 化學(xué)需氧量(cod)是綜合評(píng)價(jià)水體污染程度的重要指標(biāo),也是水質(zhì)監(jiān)測(cè) 的一個(gè)重要項(xiàng)目。本文主要是運(yùn)用三種不同的實(shí)驗(yàn)方法(標(biāo)準(zhǔn)法、密封法、微 波法)準(zhǔn)確測(cè)定酚醛樹脂廢水 cod 值,通過(guò)測(cè)定的數(shù)據(jù)對(duì)比和分析找出各自的 優(yōu)缺點(diǎn),并根據(jù)實(shí)際水質(zhì)情況及實(shí)驗(yàn)條件改進(jìn)優(yōu)化 cod 的測(cè)定方法步驟,以 達(dá)到準(zhǔn)確、安全、環(huán)保的要求,同時(shí)減少藥品消耗、能源消耗、環(huán)境污染。實(shí) 驗(yàn)過(guò)程采用并設(shè)計(jì)正
2、交實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行取樣試驗(yàn),確定密封法的最佳實(shí)驗(yàn)方案, 并對(duì)微波法的最佳測(cè)定條件進(jìn)行了探索研究,實(shí)驗(yàn)的目的主要是盡量降低 cod 測(cè)定成本。通過(guò)不同實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定和分析發(fā)現(xiàn),標(biāo)準(zhǔn)法測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確可靠,但 測(cè)定周期長(zhǎng), 一次回流需要 2h,在藥劑、水、電等方面消耗大,且易造成二次污染;密封法與 標(biāo)準(zhǔn)法對(duì)比,測(cè)定結(jié)果相對(duì)準(zhǔn)確,測(cè)定時(shí)間縮短 66.7%,一次測(cè)定分析藥劑使 用量降低約 4 倍,大批水樣測(cè)定成本更低,是一種很好的測(cè)定方法;微波法測(cè) 定結(jié)果準(zhǔn)確度及藥劑消耗方面都介于標(biāo)準(zhǔn)法和密封法之間,測(cè)定時(shí)間最短,大 概需要 10 分鐘,并適用多個(gè)水樣的測(cè)定,是一種不錯(cuò)的測(cè)定方法。 關(guān)鍵詞:關(guān)鍵詞:化學(xué)需氧量
3、;酚醛樹脂廢水;標(biāo)準(zhǔn)法; 恒溫箱密封法; 微波密封 法 abstract chemical oxygen demand (cod) is a comprehensive evaluation of the degree of water pollution an important indicator of water quality monitoring is an important project. this paper is the use of three different experimental methods (standard method, sealed, microwa
4、ve) accurate determination of phenolic resin wastewater cod value, comparing the measured data and analysis to identify the advantages and disadvantages, and according to the actual water quality and experimental conditions improved optimization method for determination of cod steps to achieve accur
5、ate, safe and environmental requirements, while reducing drugs consumption, energy consumption, environmental pollution. orthogonal experiment design of experimental methods used and sampling tests to determine the optimal experimental scheme sealing method, and microwave measurement conditions were
6、 the best exploration and research, the main purpose of the experiment is to minimize the cost of cod determination. measured by different experimental methods and analysis, the standard method is accurate and reliable, but the determination of a long cycle, need for a return 2h, in the pharmaceutic
7、al, water, electricity and so on consumption, but also lead to secondary pollution; sealing method compared with the standard method to determine the relative accuracy of the results, measured time by 66.7%, a determination of pharmaceutical consumption decreased by about 4 times, a large number of
8、water samples and lower cost, is a good determination; microwave measurement accuracy and the results are between pharmaceutical consumption and sealing method between the standard method to determine the shortest time, about 10 minutes, and for the determination of multiple water samples, is a good
9、 method. key words:chemical oxygen demand; phenolic resin wastewater; standards act; thermostat seal method; microwave sealing method 目目 錄錄 1 引言引言 1.1 課題來(lái)源 1.2 研究?jī)?nèi)容 1.3 研究目的和意義 2 實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分 2.1 工作原理 2.2 儀器 2.3 試劑 2.4 實(shí)驗(yàn)步驟 2.5 計(jì)算公式 3 方案結(jié)果分析方案結(jié)果分析 3.1 標(biāo)準(zhǔn)法 3.2 密封法 3.3 微波法 4 幾種測(cè)定方法的比較幾種測(cè)定方法的比較 4.1 精密度與準(zhǔn)確度
10、的比較 4.2 試劑用量的比較 4.3 反應(yīng)條件及消解時(shí)間的比較 4.4 方法的局限性與應(yīng)用范圍的比較 4.5 對(duì)這幾種測(cè)定方法的綜述 5 總結(jié)總結(jié).30 5.1 結(jié)論30 5.2 建議31 致謝致謝.32 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).33 1 引言引言 1.1 課題來(lái)源課題來(lái)源 焦作市某廠生產(chǎn)改性酚醛樹脂,生產(chǎn)中排放 2 t/d 左右的生產(chǎn)廢水,包括工 藝廢水和真空泵廢水。由于企業(yè)對(duì)原料苯酚用保溫槽貯運(yùn),所以沒(méi)有融酚廢水, 酚醛樹脂生產(chǎn)廢水含有大量的酚類、醛類,原料中帶入的醇類和低分子量縮合 中間產(chǎn)物及類酚類物質(zhì),如羥基甲基苯酚、羥基二苯甲烷等。生產(chǎn)中用氫氧化 鋰作催化劑,故廢水呈堿性。酚醛樹脂生產(chǎn)廢
11、水 cod 高達(dá)幾萬(wàn) mg/l,屬高濃 度難降解有機(jī)化工廢水,如未經(jīng)處理直接排放會(huì)對(duì)水環(huán)境造成嚴(yán)重污染,因此 必須經(jīng)過(guò)治理后才可排放。 該公司領(lǐng)導(dǎo)在發(fā)展自身企業(yè)的同時(shí),對(duì)環(huán)保工作非常重視。為了保障企業(yè) 的持續(xù)發(fā)展,樹立良好的企業(yè)形象,創(chuàng)造良好的社會(huì)效益和環(huán)境效益,決定對(duì) 污水進(jìn)行治理,使其達(dá)標(biāo)排放。同時(shí)決定對(duì)處理后的水進(jìn)行回用,以提高水的 重復(fù)利用率,使企業(yè)的廢水達(dá)到零排放。 為此,本畢業(yè)設(shè)計(jì)以此為題材,通過(guò)實(shí)樣小試選定適用于該企業(yè)的最佳工 藝參數(shù),以期用最經(jīng)濟(jì)的費(fèi)用取得最好的效果。 1.2 研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容 化學(xué)需氧量(cod)是綜合評(píng)價(jià)水體污染程度的重要指標(biāo),也是水質(zhì)監(jiān)測(cè) 的一個(gè)重要項(xiàng)目。
12、本文主要是運(yùn)用三種不同的方法測(cè)定 cod,通過(guò)數(shù)據(jù)對(duì)比分 析找出各自的優(yōu)缺點(diǎn),并根據(jù)實(shí)際水質(zhì)情況及實(shí)驗(yàn)條件改進(jìn)優(yōu)化 cod 的測(cè)定 方法步驟,以達(dá)到準(zhǔn)確、安全、環(huán)保的要求,同時(shí)減少藥品消耗、能源消耗、 環(huán)境污染。 所謂化學(xué)需氧量(cod) ,是在一定的條件下,采用一定的強(qiáng)氧化劑處理水 樣時(shí),所消耗的氧化劑量。它是表示水中還原性物質(zhì)多少的一個(gè)指標(biāo)。水中的 還原性物質(zhì)有各種有機(jī)物、亞硝酸鹽、硫化物、亞鐵鹽等,但主要的是有機(jī)物。 因此,化學(xué)需氧量(cod)又往往作為衡量水中有機(jī)物質(zhì)含量多少的指標(biāo)?;瘜W(xué) 需氧量越大,說(shuō)明水體受有機(jī)物的污染越嚴(yán)重。本文是通過(guò)實(shí)驗(yàn)室小試進(jìn)行 cod 測(cè)定方法研究的,主要包
13、括內(nèi)容如下: (1) 完成實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)備工作,各種實(shí)驗(yàn)藥品和儀器的配置。 (2) 參考標(biāo)準(zhǔn)法測(cè)定 cod 準(zhǔn)確值,分析數(shù)據(jù)并作為參考。 (3) 參考文獻(xiàn),根據(jù)實(shí)驗(yàn)室條件,探究并確定密封消解法的最佳工藝條件。 (4) 短時(shí)間內(nèi)完成多個(gè)水樣的測(cè)定任務(wù),整理并分析數(shù)據(jù)。 (5) 根據(jù)密封消解法繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線并求線性回歸方程。 (6) 探究微波消解法并確定較佳的實(shí)驗(yàn)方案。 (7) 幾種 cod 測(cè)定方法的對(duì)比分析 1.3 研究目的和意義研究目的和意義 本次研究根據(jù)具體的實(shí)驗(yàn)條件,先后共采用了三種不同的 cod 測(cè)定方案: 標(biāo)準(zhǔn)法,恒溫箱密封消解法(密封法) ,微波密封消解法(微波法) 。 研究目的:運(yùn)用實(shí)驗(yàn)
14、室方法測(cè)定酚醛樹脂生廢水的 cod 值,根據(jù)實(shí)驗(yàn)影響因 素,采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行取樣試驗(yàn),尋求并確定最佳實(shí)驗(yàn)方案,以致降低 cod 測(cè)定試劑、水、電的消耗,同時(shí)達(dá)到快速準(zhǔn)確測(cè)定 cod 的目的。 研究意義:為焦作市某廠提供一定的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和最佳工藝條件,盡可能降低其 cod 監(jiān)測(cè)成本,改善其廢水對(duì)環(huán)境的影響。 2 實(shí)驗(yàn)部分實(shí)驗(yàn)部分 2.12.1 工作原理工作原理 標(biāo)準(zhǔn)法是在水樣中加入已知量的重鉻酸鉀 溶液,并在強(qiáng)酸介質(zhì)下以硫酸 銀作催化劑,經(jīng)沸騰回流后,以試亞鐵 靈為指示劑 ,用硫酸亞鐵銨滴定水樣 中未被還原的重鉻酸鉀由消耗的硫酸亞鐵銨的量換算成消耗氧的質(zhì)量濃度。 密封法是在加壓下進(jìn)行的,因此大
15、大縮短了消解時(shí)間。消解后測(cè)定化學(xué)需 氧量的方法,即可以采用滴定法,亦可采用比色法。本法是在標(biāo)準(zhǔn)法基礎(chǔ)上強(qiáng) 化與改進(jìn)消解過(guò)程而建立起來(lái)的方法,對(duì)于化工廢水本法與標(biāo)準(zhǔn)法相比約有3 的正偏差。 微波法是在高頻微波能作用下,反應(yīng)液分子產(chǎn)生高速摩擦運(yùn)動(dòng),迅速升溫, 密封消解使罐內(nèi)壓力迅速提高,而縮短消解時(shí)間。消解原理與滴定流程同標(biāo)準(zhǔn) 法。 測(cè)定范圍:參考廢水原水水質(zhì) cod89 萬(wàn) mg/l,本實(shí)驗(yàn)配置的重鉻酸 鉀溶液濃度為 0.25mol/l,標(biāo)準(zhǔn)法可測(cè)定大于 50mg/l 的 cod 值,未經(jīng)稀釋水樣 的測(cè)定上限為 700mg/l。密封法和微波法測(cè)定范圍都能保證 50-700mg/l 的準(zhǔn)確 度。消
16、解及滴定原理如下: oh7co3cr4h16c3ocr2 22 32 72 (過(guò)量) (有機(jī)物) oh7cr2feh14ocrfe 2 332 72 2 (剩余) 2 32812 3 32812 nhcfenhcfe (藍(lán)綠色) (紅褐色) 2.22.2 儀器儀器 標(biāo)準(zhǔn)法:帶 250ml 錐形瓶的全玻璃回流裝置加熱裝置,變阻電爐, 50ml 酸式滴定管等。 密封法:101型電熱鼓風(fēng)(恒溫)干燥箱,50 ml具磨塞比色管和優(yōu)質(zhì)聚四 氟乙烯生料帶,比色管架,分光光度計(jì),50 ml 酸式滴定管,電子天平,錐形瓶 ,燒 杯 ,移液管 ,容量瓶等。 微波法:微波消解儀,聚四氟乙烯消解罐,50 ml 酸式
17、滴定管,移液管,錐 形瓶 ,容量瓶等。 2.32.3 試劑試劑 標(biāo)準(zhǔn)法、密封法和微波法所用試劑都按照標(biāo)準(zhǔn)法統(tǒng)一配置如下: 重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液(1/6k2cro7=0.2500mol/l):稱取預(yù)先在 120烘干 2h 的 基準(zhǔn)或優(yōu)級(jí)純重重鉻酸鉀 12.258g 溶于水中,移入 1000ml 容量瓶,稀釋至標(biāo)線, 搖勻。 硫酸-硫酸銀溶液:于 500ml 濃硫酸中加入 5g 硫酸銀;放置 1-2d,不時(shí)搖 動(dòng)使其溶解。 試亞鐵靈指示液;稱取 1.45g 琳菲啰啉,0.695g 硫酸亞鐵(feso47h2o)溶 于水中,稀釋至 100ml,貯于棕色瓶?jī)?nèi)。 硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液(nh4)2fe(so4)
18、26h2o0.1mol/l:稱取 39.5g 硫酸亞鐵銨溶于水中,邊攪拌邊加入 20ml 濃硫酸,冷卻后移入 1000ml 容量瓶 中,加水稀釋至標(biāo)線,搖勻。臨用前,用重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液標(biāo)定。 掩蔽劑:稱取 10.0 g 分析純 hgso4,溶解于 100 ml 10 硫酸中。 以上所用試劑均采用基準(zhǔn)或分析純。 2.42.4 實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)步驟 2.4.12.4.1 標(biāo)準(zhǔn)法標(biāo)準(zhǔn)法 取 2 個(gè)錐形瓶(標(biāo)號(hào)) ,將預(yù)處理水樣 20.0 ml 于一個(gè)錐形瓶中,并取 20.0 ml 蒸餾水置于另一個(gè)錐形瓶中作空白對(duì)照。 于 2 個(gè)錐形瓶中分別加入 10.0ml 重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液和幾顆防爆沸玻璃珠,搖 均。
19、 于 2 個(gè)錐形瓶中分別加入 30ml 硫酸銀-硫酸試劑,不斷晃動(dòng)錐形瓶使之混合 均勻。 將錐形瓶接到回流裝置冷凝管下端, 接通冷凝水, 自溶液開(kāi)始沸騰起回流兩個(gè) 小時(shí),并人工計(jì)時(shí)。 冷卻后,用 2030 ml 水自冷凝管上端沖洗冷凝管后,取下錐形瓶,再用水 稀釋至 140ml 左右。 溶液冷卻至室溫后, 加入3滴1, 1 0一菲繞啉指示劑溶液, 用硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)滴 定液滴定,溶液的顏色由黃色經(jīng)藍(lán)綠色變?yōu)榧t褐色即為終點(diǎn)。記下硫酸亞鐵銨 標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的消耗毫升數(shù)v2。 2.4.22.4.2 密封法密封法 取 n 個(gè)比色管(根據(jù)實(shí)驗(yàn)量而定)置于比色管架上,并貼上相應(yīng)標(biāo)簽。 準(zhǔn)確吸取 3.00 ml
20、 水樣(原水樣稀釋 1000 倍后的水樣),置于 50 ml 具密封 塞的比色管中。(因原水樣不含氯離子,故不加掩蔽劑) 分別加入 3.00 ml 消化液和 3.00 ml 催化劑,旋緊密封塞,混勻。 蓋口分別用生料帶捲緊密封,防止加熱時(shí)把瓶塞頂出。 打開(kāi)恒溫箱,調(diào)節(jié)溫度 140 0c。(根據(jù)具體實(shí)驗(yàn)情況,請(qǐng)事先控制好溫度,以 免等待。) 先把密封后的比色管放入適當(dāng)數(shù)量燒杯中,再把燒杯放入恒溫箱中,并人工計(jì) 時(shí)。 待恒溫箱工作 40min 之后,取出燒杯,冷卻后拿出比色管并置于比色管架上, 同時(shí)去除生料帶。 滴定前,將比色管中水樣移至干凈的錐形瓶中,用蒸餾水洗幾次比色管,清 洗液一并移入錐形瓶
21、中,總水樣量控制在60ml左右,最好不超過(guò)80ml,然后參 考標(biāo)準(zhǔn)法進(jìn)行滴定。 2.4.32.4.3 微波法微波法 準(zhǔn)確移取 5.00ml 水樣置于消解罐中,再加入 5.00ml 消解液和 5.00ml 催化劑, 搖勻,(注意,加入各種溶液時(shí),移液管不能接觸消解罐內(nèi)壁,避免破壞其光 潔度 ,造成分析誤差)。 旋緊密封蓋,注意使消解罐密封良好,將消解罐均勻置放入微波爐裝置腔內(nèi), 離轉(zhuǎn)盤邊沿約 2cm 圓周上單圈皮排好。 樣品的消解時(shí)間取決于腔內(nèi)放置的消解罐數(shù)目,可按表 2-1 設(shè)置樣品消解時(shí)間 進(jìn)行樣品消解. 表表 2-1 消解時(shí)間設(shè)定表消解時(shí)間設(shè)定表 消解罐數(shù)目3 4 5 6 7 8 9 10
22、 11 12 消解時(shí)間(分鐘)5 6 7 8 10 11 12 13 14 15 樣品消解結(jié)束后,過(guò) 2 分鐘將消解罐取出冷卻。 滴定,將消解罐內(nèi)溶液轉(zhuǎn)移到 150ml 錐形瓶中,用蒸餾水沖洗罐帽 23 次, 沖洗液并入錐形瓶中,控制體積約 30ml,加入 2 滴試亞鐵靈指示劑,用硫酸亞 鐵銨標(biāo)準(zhǔn)溶液回滴,溶液的顏色由黃色經(jīng)藍(lán)綠色變?yōu)榧t褐色為終點(diǎn),記錄 (nh4)2fe(so4)2的用量,計(jì)算 cod。 2.52.5 計(jì)算公式計(jì)算公式 以mg/l計(jì)的水樣化學(xué)需氧量,計(jì)算公式如下 cod(mg/l) c( v1 v2) 8000/vo 式中: c硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液(4 6)的濃度, moll
23、; v1空白試驗(yàn)所消耗的硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積,ml; v2試料測(cè)定所消耗的硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積,ml; vo試料的體積,ml; 80001/4 o2的摩爾質(zhì)量以mgl為單位的換算值。 3.方案結(jié)果分析方案結(jié)果分析 3.1 標(biāo)準(zhǔn)法標(biāo)準(zhǔn)法 3.1.1 標(biāo)準(zhǔn)法精密度、準(zhǔn)確度測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)法精密度、準(zhǔn)確度測(cè)試 (1)對(duì)同一水樣 cod 的連續(xù)測(cè)定,結(jié)果見(jiàn)表 3-1。 表表 3-1 不同日期的不同日期的 cod 測(cè)定值測(cè)定值 測(cè)定日期 4.214.224.244.254.254.264.284.29 cod(mg/l) 6200068000580006600064000680006400068
24、000 v1(ml)23.9522.723.3522.922.722.7522.922.7 v2(ml)22.42121.921.2521.121.0521.321 其中 v1空白試驗(yàn)所消耗的硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積,ml; v2試料測(cè)定所消耗的硫酸亞鐵銨標(biāo)準(zhǔn)滴定溶液的體積,ml; 表 3-1 數(shù)據(jù)分析如下: 連續(xù) 8 次的測(cè)定數(shù)據(jù)顯示,cod 值的波動(dòng)范圍為 58000-68000mg/l,誤差 較大,準(zhǔn)確度不夠高,但能夠反應(yīng)一定的 cod 值變化情況,如水樣放置一 段時(shí)間后 cod 值趨向穩(wěn)定;滴定液使用量也相對(duì)穩(wěn)定。 從測(cè)定體積數(shù)據(jù)看,最小滴定讀數(shù)為 0.05ml,代入公式得,相應(yīng)的
25、 cod 值 變化為 2000mg/l,對(duì)結(jié)果影響偏差較小。 從 v1、v2 具體測(cè)定數(shù)據(jù)顯示,4.21、4.24 號(hào)滴定數(shù)據(jù)異常,滴定過(guò)程中硫 酸亞鐵銨消耗量過(guò)多,主要是人為原因,如,稀釋倍數(shù)偏高,稀釋過(guò)程有誤 差,使用不同稀釋方式或不同人稀釋;加入的重鉻酸鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液量偏高;滴 定過(guò)程不精確,顏色變化不明顯或?qū)︻伾兓磻?yīng)不及時(shí),滴定液使用過(guò)量。 去掉兩組異常數(shù)據(jù),其余 6 組數(shù)據(jù) cod 值的波動(dòng)范圍為 64000- 68000mg/l,誤差較小,能反應(yīng)該水樣的準(zhǔn)確 cod 值,值得參考。 (2)不同水樣的 cod 測(cè)定結(jié)果 分別對(duì)四種不同水樣進(jìn)行 cod 測(cè)定,第一組,水樣 cod 值變
26、化范圍為 82000-88000mg/l;第二組,水樣 cod 值變化范圍為 64000-68000mg/l;第三 組,水樣 cod 值為 74000mg/l;第四組 cod 值為 76000mg/l。該水樣為某廠 提供的不同階段的工藝廢水或真空泵廢水,測(cè)定結(jié)果能準(zhǔn)確反應(yīng)其水樣的 cod 值。 從以上測(cè)定結(jié)果及統(tǒng)計(jì)結(jié)數(shù)據(jù)分析可看到,各項(xiàng)指標(biāo)均符合分析標(biāo)準(zhǔn),說(shuō)明 標(biāo)準(zhǔn)法具有很高的精密度和準(zhǔn)確度。 3.1.2 影響因素分析影響因素分析 標(biāo)準(zhǔn)法測(cè)定 cod 的主要影響因素有:原水樣的 cod 值,儀器的準(zhǔn)確度, 試劑的標(biāo)準(zhǔn)配置,實(shí)驗(yàn)過(guò)程水樣及試劑的準(zhǔn)確量取,滴定過(guò)程中的讀數(shù)誤差及 對(duì)顏色變化的反應(yīng),
27、計(jì)算能力等。 原水樣的 cod 值:首先保證實(shí)驗(yàn)時(shí)所用的試樣的 cod 值在標(biāo)準(zhǔn)法所測(cè)定范 圍之內(nèi),由該廠提供的廢水水質(zhì) cod89 萬(wàn) mg/l,可將原水樣先稀釋 1000 倍后 cod8090mg/l,滿足實(shí)驗(yàn)要求,從而減小實(shí)驗(yàn)誤差。在稀釋過(guò)程中, 會(huì)出現(xiàn)兩種情況容易產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)誤差:一是不同人完成原水樣的稀釋過(guò)程;二是 同一個(gè)人使用不同的稀釋方式完成原水樣的稀釋過(guò)程,如,二級(jí)稀釋,三級(jí)稀 釋。 儀器的準(zhǔn)確度:本實(shí)驗(yàn)所用 50 ml 酸式滴定管(每次滴定需要硫酸亞鐵銨標(biāo) 準(zhǔn)液 21-24ml) 、10 ml 移液管。 試劑的標(biāo)準(zhǔn)配置:本實(shí)驗(yàn)配置的試劑中比較重要的是硫酸亞鐵銨的濃度,標(biāo) 準(zhǔn)法要求
28、 c(nh4)2fe(so4)26h2o0.1mol/l0.1mol/l,實(shí)驗(yàn)所配置的 濃度分別為 0.109mol/l、0.106mol/l、0.108mol/l,基本滿足實(shí)驗(yàn)要求, 有 待提高準(zhǔn)確度。硫酸亞鐵銨久置會(huì)變質(zhì),影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。 實(shí)驗(yàn)過(guò)程水樣及試劑的準(zhǔn)確量?。簻?zhǔn)確吸取水樣和硫酸銀-硫酸試劑的量,尤 其注意精確吸取重鉻酸鉀的用量,因?yàn)樗挠昧慷嗌賹?duì) cod 的測(cè)定結(jié)果有直 接影響。 滴定過(guò)程中的讀數(shù)及對(duì)顏色變化的反應(yīng):本實(shí)驗(yàn)所用為 50 ml 酸式滴定管, 讀數(shù)最小值為 0.05 ml,相應(yīng)結(jié)果影響值為 2mg/l。滴定過(guò)程中顏色變化依次為 黃色藍(lán)綠色紅褐色,注意觀察顏色變化,出現(xiàn)紅
29、褐色,終止滴定。 3.1.3 減小實(shí)驗(yàn)誤差分析減小實(shí)驗(yàn)誤差分析 對(duì)原水樣進(jìn)行稀釋時(shí),盡量由同一個(gè)人來(lái)完成,并一直使用同一種方法完成 稀釋過(guò)程。 在滿足實(shí)驗(yàn)要求時(shí),盡量使用較高精確度的儀器,如:移液管,酸式滴定管 等。 配置試劑時(shí),要求全神貫注,精確測(cè)定,從而配置精確度更高的試劑。 對(duì)于容易變質(zhì)的試劑(如硫酸亞鐵銨) ,每天滴定前進(jìn)行潤(rùn)洗,從而提高準(zhǔn)確 度。 對(duì)顏色的變化反應(yīng)保持一致。 3.2 密封法密封法 3.2.1 正交實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì) (1)設(shè)計(jì)目的: 以最少的試驗(yàn)次數(shù),找得密封法 cod 測(cè)定的最佳工藝條件。 (2)影響因素分析 根據(jù)參考資料所得,實(shí)驗(yàn)所用水樣(3ml)、
30、消化液(3ml)、催化劑 (5ml)、 消解溫度(165)、消解時(shí)間(10-60min)。 各因素分析: 所取水樣的多少,反應(yīng)了一定的 cod 含量,需要適量的消化液來(lái)完成這 一消解反應(yīng)過(guò)程,消解后,反應(yīng)液中消化液剩余量應(yīng)為加入量的 1/54/5 為宜; 而催化劑、消解溫度和消解時(shí)間對(duì) cod 測(cè)定結(jié)果影響較大,且所取水樣和消 化液量都較少,因此,在水樣和消化液用量不變的情況下,確定三個(gè)變量,分 別為催化劑、消解溫度、消解時(shí)間。 為了確定三個(gè)因素對(duì)測(cè)定 cod 的影響,根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原則,設(shè)計(jì)了 三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn)。設(shè)定如下: 三因素:催化劑量、反應(yīng)溫度、反應(yīng)時(shí)間 三水平:催化劑量(3、
31、5、7ml) 、反應(yīng)溫度(120、140、160 ) 反應(yīng)時(shí)間(20、40、60min) 3.2.2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果分析正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果分析 (1)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案 根據(jù)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)了 9 組試驗(yàn),其中水樣和消化液各 3ml,其余因 素為變量,如表 3-2。 表表 3-2 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表格正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)表格 因素 1因素 2因素 3考核指標(biāo) 實(shí)驗(yàn)號(hào) i 催化劑 (ml) 溫度 () 時(shí) 間 (min) cod (mg/l) 131202013.3 231404066.7 331606048 451204013.3 551406088 651602066.7 771206073.3 87
32、1402098.7 971604080 計(jì)算式備 注 k1=i12899.9178.7 k2=i168253.4160 k3=i252194.7209.3 ki=i 平均 42.733.359.6 平均=k1/3 平均 5684.553.3 平均=k2/3 平均 8464.969.8 平均=k3/3 極差 r 41.351.216.5 重要性排序溫度催化劑時(shí)間 31404066.7 各因素組合最 優(yōu)水平 51602066.7 注:考核指標(biāo) cod 值為原水樣稀釋 1000 倍后的 cod 值。每組 cod 值為三個(gè)相 同實(shí)驗(yàn)條件測(cè)定 cod 的平均值。 (2)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),
33、三個(gè)因素的重要性排序是:溫度催化劑時(shí)間,且三個(gè) 因素的極差分別為 51.2、41.3、16.5;可以看出,溫度和催化劑兩個(gè)因素對(duì)本實(shí) 驗(yàn)的影響較大,時(shí)間因素影響較小。 由 1、4、7 組發(fā)現(xiàn),消解溫度 120,催化劑(5ml)和時(shí)間(40min)時(shí), 達(dá)不到消解目的;第 7 組說(shuō)明,催化劑(7ml)和時(shí)間(60min)時(shí),能夠消解充 分。 分析:消解溫度過(guò)低,達(dá)不到消解目的或消解不充分,為了達(dá)到消解目的, 就必須同時(shí)增加催化劑量和消解時(shí)間,從藥劑消耗和時(shí)間兩方面考慮,都不可取。 由 2、5、8 組發(fā)現(xiàn),消解溫度 140時(shí),在實(shí)驗(yàn)條件下都能達(dá)到消解目的;由 2、5 組對(duì)比發(fā)現(xiàn),同時(shí)增加催化劑和消
34、解時(shí)間,測(cè)定的 cod 值會(huì)增大;由 2、8 組對(duì)比發(fā)現(xiàn),增加催化劑,減少消解時(shí)間,cod 值增大,從而驗(yàn)證了三種因素的 重要性排序。 分析:消解溫度為 140時(shí),能夠完成消解目的,且 cod 值隨催化劑用量增 加而增大。 由 3、6、9 組發(fā)現(xiàn),消解溫度為 160時(shí),隨著催化劑量的增加,測(cè)定的 cod 值也會(huì)隨之增加。 由 2 和 3、5 和 6、8 和 9,通過(guò)觀察測(cè)定的 cod 值發(fā)現(xiàn),當(dāng)催化劑量相同時(shí), 消解溫度高的測(cè)定的 cod 值會(huì)變小。 分析:消解溫度過(guò)高,消解過(guò)程過(guò)于充分,把稀釋所用蒸餾水中的有機(jī)物部 分消解,導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏低。 3.2.33.2.3 確定最佳實(shí)驗(yàn)方案確定最佳實(shí)
35、驗(yàn)方案 該水樣經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)法測(cè)定,稀釋 1000 倍后的 cod 值的波動(dòng)范圍為 6468mg/l,正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的九組試驗(yàn)中有兩組試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果符合這個(gè)條件, 如第二組和第六組試驗(yàn)的測(cè)定結(jié)果都是 66.7mg/l。因此,本實(shí)驗(yàn)得出兩組最佳 因素組合,見(jiàn)表 3-3。 表表 3-33-3 兩組最佳實(shí)驗(yàn)因素組合兩組最佳實(shí)驗(yàn)因素組合 編號(hào)消解溫度()消解時(shí)間(min)催化劑(ml)消化液(ml)水樣(ml) 214040333 616020533 (1)兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析: 從藥劑消耗方面考慮,第二組催化劑用量少,故第二組較好; 從消解溫度方面考慮,在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn),消解溫度為 120時(shí),比色管完好 無(wú)缺;消
36、解溫度為 140時(shí),25%比色管出現(xiàn)裂紋;消解溫度為 160時(shí),75%比 色管出現(xiàn)裂紋甚至直接爆掉,因此,需要在適宜溫度下才能安全完成消解過(guò)程。 考慮安全實(shí)驗(yàn)及比色管使用條件,第二組比較好; 從消解時(shí)間方面考慮;與標(biāo)準(zhǔn)法比較,第二組消解時(shí)間縮短 66.7%,第六組消 解時(shí)間縮短 83.3%。 在考慮溫度和催化劑兩個(gè)重要因素前提下,經(jīng)綜合考慮,第二組試驗(yàn)條件為 本次最佳實(shí)驗(yàn)條件,即選擇催化劑(3ml) 、消解溫度(140 oc)、消解時(shí)間(40min) 為最佳實(shí)驗(yàn)條件。 (2)單因素實(shí)驗(yàn) 在(1)的分析基礎(chǔ)上做減少催化劑用量的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),水樣(3ml)、消化液 (3ml)、催化劑(1、2、3ml)
37、,如表 3-4。 表表 3-4 單因素實(shí)驗(yàn)單因素實(shí)驗(yàn) 編號(hào)催化劑(ml)溫度()時(shí)間(min)cod(mg/l) 1114040235.6 2214040120 331404066.7 結(jié)果分析: 減少催化劑量會(huì)導(dǎo)致水樣 cod 測(cè)定結(jié)果偏高,且與標(biāo)準(zhǔn)值偏差較大,不能滿 足實(shí)驗(yàn)要求,故取催化劑量(3ml)為最佳實(shí)驗(yàn)條件。故最佳實(shí)驗(yàn)條件為:水樣 (3ml) 、消化液(3ml)、催化劑(3ml)、消解溫度(140)、消解時(shí)間(40min)。 3.2.4 影響因素分析及誤差分析影響因素分析及誤差分析 (1)影響因素分析 密封法測(cè)定 cod 的主要影響因素有:消解溫度、酸式滴定管的精確度、 滴定過(guò)程中
38、的讀數(shù)誤差等。 消解溫度:由恒溫箱控制,本實(shí)驗(yàn)室有兩個(gè)恒溫箱(環(huán)境和生物實(shí)驗(yàn)室各一 個(gè)) ,且兩者穩(wěn)定性不一,對(duì)消解過(guò)程有一定影響,可能出現(xiàn)消解不充分。 酸式滴定管的精確度:本實(shí)驗(yàn)使用 50 ml 酸式滴定管(每次滴定需要硫酸亞鐵 銨標(biāo)準(zhǔn)液 6.5-7.5ml),讀數(shù)誤差較大。 滴定過(guò)程中的讀數(shù)誤差:本實(shí)驗(yàn)所用為 50 ml 酸式滴定管,讀數(shù)最小值為 0.05 ml,相應(yīng)結(jié)果影響值為 13.3mg/l,對(duì) cod 測(cè)定結(jié)果影響很大。 其余因素影響同標(biāo)準(zhǔn)法。 (2)誤差分析 使用穩(wěn)定性能較高的恒溫箱,以保證整個(gè)實(shí)驗(yàn)水樣消解過(guò)程的穩(wěn)定性。同時(shí), 因?yàn)橘Y源有限,合理安排使用時(shí)間,以防止人為干擾。 在
39、滿足實(shí)驗(yàn)要求時(shí),盡量使用較高精確度的儀器,如:改用 25 ml 酸式滴定 管等,且讀數(shù)時(shí)要認(rèn)真,準(zhǔn)確。 為了減小測(cè)定誤差,可同時(shí)多組測(cè)定求平均值。 3.2.5 比色法測(cè)定比色法測(cè)定 cod 參考有關(guān)資料,對(duì)于cod在50mg/l以上的樣品,也可以用比色法進(jìn)行測(cè)定, 手續(xù)更為簡(jiǎn)單,本實(shí)驗(yàn)測(cè)定水樣稀釋1000倍后cod值(cod8090mg/l)滿 足該要求,且經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)法測(cè)定,稀釋1000倍后水樣cod50mg/l。故可使用比色 法。 比色法操作方法如下: (1)最佳波長(zhǎng)的確定 稱取0.8502 g 鄰苯二甲酸氫鉀(基準(zhǔn)試劑)用重蒸水溶解后,轉(zhuǎn)移至 1 000 ml容量瓶中,用重蒸水稀釋至標(biāo)線。此儲(chǔ)
40、備液cod值為 1000 mg/l:分別取上 述儲(chǔ)備液 20ml,40ml,60ml,80ml于100ml容量瓶中,加水稀釋至標(biāo)線即可得 到cod值分別為 200 mg/l,400mg/l,600 mg/l,800 mg/l及原液即1000 mg/l 標(biāo)準(zhǔn)使用液系列。然后按密封法操作步驟,取樣并進(jìn)行消解。消解完畢后,打 開(kāi)比色管的密封蓋,用移液管加入3.0 ml蒸餾水,蓋好蓋,搖勻冷卻后,將溶液 倒入3 cm比色皿中(空白按全過(guò)程操作),在 540-700 nm 處以試劑空白為參比, 讀取吸光度。并繪制不同濃度cod的吸收曲線,從吸收曲線上可以得知cr3+離 子的最大吸收光度,從而確定最佳波長(zhǎng)
41、。不同濃度cod的吸光度值見(jiàn)表3-5。 表表3-5 不同濃度不同濃度cod的吸光度的吸光度 cod(mg/l) 波長(zhǎng) 2004006008001000 5400.0240.0380.0650.0750.089 5500.0350.0610.0970.1150.143 5600.0440.0740.1140.1470.181 5700.0480.0840.1280.1620.204 5800.050.0880.1350.1690.21 5900.0510.0890.1380.170.211 6000.0480.0840.1320.1620.202 6100.0450.0770.1210.1480
42、.183 6200.0410.0670.1090.1310.164 6300.0370.0590.0940.1160.141 6400.0330.0510.0820.0970.121 6500.0280.0430.0650.0820.097 6600.0240.0360.0540.0660.079 6800.0190.0270.0420.0480.057 7000.0130.0170.0280.030.033 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 52 0 53 0 54 0 55 0 56 0 57 0 58 0 59 0 60 0 61 0 62 0 63 0 64 0 65
43、0 66 0 67 0 68 0 69 0 70 0 71 0 72 0 200mg/l 400mg/l 600mg/l 800mg/l 1000mg/l 圖圖 3-13-1 不同濃度不同濃度 codcod 的吸收曲線的吸收曲線 參考有關(guān)文獻(xiàn)得,cr3+離子的最大吸收光度的波長(zhǎng)在600nm左右,故對(duì)消解后 水樣在 540-700 nm 處以試劑空白為參比,讀取吸光度。由圖3-1可知,本實(shí)驗(yàn) 條件下cr3+離子的最大吸收光度的波長(zhǎng)為590nm。 (2)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制:)標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制: 分別取上述儲(chǔ)備液 5ml,10ml,20ml,40ml,60ml,80ml于100ml容量瓶中, 加水稀釋至標(biāo)
44、線即可得到cod值分別為 50 mg/l,100 mg/l,200 mg/l,40o mg/l,600 mg/l,800 mg/l及原液即1000 mg/l標(biāo)準(zhǔn)使用液系列。然后按密封法 操作步驟,取樣并進(jìn)行消解。消解完畢后,打開(kāi)比色管的密封蓋,用移液管加 入5.0 ml蒸餾水,蓋好蓋,搖勻冷卻后,將溶液倒入3 cm比色皿中(空白按全過(guò) 程操作),在 590 nm 處以試劑空白為參比,讀取吸光度。繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,并求 出回歸方程式。表3-6為590nm處不同濃度cod的吸光度值。 表表3-6 不同濃度不同濃度cod的吸光度值的吸光度值 590nm0.0080.0170.0370.0720.1120
45、.1490.193 cod(mg/l) 501002004006008001000 圖表標(biāo)題 y = 5188.4x + 14.172 r2 = 0.9992 0 200 400 600 800 1000 1200 00.050.10.150.20.25 cod 線性 (cod) 圖圖3-2 標(biāo)準(zhǔn)曲線和線性回歸方程式標(biāo)準(zhǔn)曲線和線性回歸方程式 本實(shí)驗(yàn)在cr3+離子的最大吸收光度590nm處讀取吸光度值,并繪制相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn) 曲線,由圖3-2可知,線性回歸方程式為:y=5188.4x+14.172,r的平方值為 0.9992,滿足實(shí)驗(yàn)要求。 (3)標(biāo)準(zhǔn)曲線的驗(yàn)證 取原水樣,分別稀釋100、200、25
46、0、400、500、800、1000倍,且定容為100 ml。取樣消解后讀取吸光度如表3-7。 表表3-7 稀釋后水樣稀釋后水樣cod測(cè)定測(cè)定 稀釋倍數(shù)1000800500400250200100 590nm0.0250.0290.0430.0480.0770.0910.151 (mg/l) 143.882164.6356237.2732263.2152413.6788486.3164797.6204 (mg/l) 7695152190304380760 注:(mg/l)表示根據(jù)吸光度,由線性回歸方程求的cod值。 (mg/l)表示根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)法測(cè)定的cod值,取相應(yīng)稀釋倍數(shù)的cod值。 圖圖3-
47、3 不同測(cè)定方式的不同測(cè)定方式的cod值值 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 00.020.040.060.080.10.120.140.16 (mg/l) (mg/l) 由圖3-3可以看出,比色法測(cè)定的cod值相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)法值較大,且當(dāng)測(cè)定的 cod304mg/l時(shí),兩條曲線相對(duì)接近。 分析: 由表3-7和圖3-3可得,該標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)cod測(cè)定結(jié)果及分析誤差較大,因此, 不宜采用。 3.33.3微波密封消解法(微波法)微波密封消解法(微波法) 樣品的消解時(shí)間取決于腔內(nèi)放置的消解罐數(shù)目。如表 3-8 為功率 1000w 時(shí) 的消解時(shí)間,因此可以根據(jù)下表設(shè)定相
48、應(yīng)的時(shí)間進(jìn)行消解。 表表 3-83-8 消解時(shí)間設(shè)定表消解時(shí)間設(shè)定表 消解罐數(shù)目3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 消解時(shí)間(分鐘)5 6 7 8 10 11 12 13 14 15 具體實(shí)驗(yàn)條件分:本實(shí)驗(yàn)一共有 6 個(gè)消解罐,兩臺(tái)微波爐;微波爐的功率分 別為 200w、400w、600w、1000w。 3.3.13.3.1前期探索前期探索 (1)目的:探索該條件下能否完成消解過(guò)程,驗(yàn)證功率與消解時(shí)間的對(duì)比關(guān)系, 以及消化液和催化劑用量的最佳比例。 (2)影響因素分析 功率選擇:考慮安全因素,首先選用在600w功率下進(jìn)行消解反應(yīng), 。 試劑比例:由標(biāo)準(zhǔn)法得,消化液和催化劑用量比例為
49、1:3,同時(shí)參考實(shí)驗(yàn)室微 波消解“三五”法,消化液和催化劑比例為 1:1,在此基礎(chǔ)上,設(shè)計(jì)了兩者比例 為 1:1、1:2、1:3 的實(shí)驗(yàn)方案。 消解時(shí)間:設(shè)定微波爐功率為600w,根據(jù)公式,p1t1=p2t2,得,功率600w 對(duì)應(yīng)的消解時(shí)間為13.3min,本次實(shí)驗(yàn)取15 min。主要考慮因素,功率較低,可 能出現(xiàn)達(dá)不到消解目的或消解不充分,因此延長(zhǎng)消解時(shí)間。 水樣、消解液和催化劑三者用量參考實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)用量。 (3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 微波爐功率600w時(shí),實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)如表3-9。 表表3-9 低功率實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)低功率實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 時(shí)間(min)水樣(ml)消解液(ml)催化劑(ml)cod(mg/l) 1
50、555596 15551072 15551548 注:cod 值為原水樣稀釋 1000 倍后的值。該稀釋水樣經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)法測(cè)定為 76mg/l。 結(jié)果分析: 探索發(fā)現(xiàn),功率為 600w 時(shí),微波爐能完成消解過(guò)程; 參照標(biāo)準(zhǔn)法測(cè)定值,可以得到該實(shí)驗(yàn)條件下,消化液和催化劑的最佳比例為 1:2. 由測(cè)定的 cod 值發(fā)現(xiàn),cod 值隨催化劑用量的增加而減少:在“三五法”基 礎(chǔ)上,當(dāng)催化劑用量增加一倍時(shí),cod 值降低 25%;當(dāng)催化劑用量增加 2 倍時(shí), cod 值降低 50%。由此得出,該實(shí)驗(yàn)條件下,cod 值的線性關(guān)系:y=72x+24,式 中,y-水樣稀釋 1000 倍后 cod 的值,x-消化液和
51、催化劑的比例。 3.3.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì) (1)目的:探索該實(shí)驗(yàn)各影響因素的重要性 (2)正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 在 3.3.1 的基礎(chǔ)上,根據(jù)實(shí)驗(yàn)的影響因素水樣、消化液、催化劑、消解時(shí)間 等,并參考“三五“法設(shè)計(jì)了功率為 600w 時(shí)的正交試驗(yàn):四因素三水平 水樣選擇 3、5、7ml ,消化液選擇 3、5、7ml,催化劑選擇 3、5、7ml , 消解時(shí)間選擇 10、15、20min 。 (3)實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析見(jiàn)表 3-10。 表表 3-10 正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)結(jié)果 因素 1因素 2因素 3因素 4考核指標(biāo) 實(shí)驗(yàn)號(hào) i 時(shí)間(min) 水樣 (ml) 消化液 (ml) 催化劑(ml)
52、cod 11033366.7 210555 24 31077745.7 415357120 51557388 61573534.3 72037540 82053772 92075380 正 交 水 平 計(jì) 算計(jì)算式 k1=i136.4226.7173234.7 k2=i242.318422498.3 k3=i192160173.7237.7 ki=i 平均 45.575.657.778.2 平均=k1/3 平均 80.861.374.732.8 平均=k2/3 平均 6453.357.979.2 平均=k3/3 極差 r 35.322.31746.4 重要性排序催化劑時(shí)間水樣消化液 20537
53、72 各因素組合最優(yōu)水平 2075380 注:考核指標(biāo) cod 值為原水樣稀釋 1000 倍后的 cod 值。 結(jié)果分析: 通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),各要素的重要性排序:催化劑時(shí)間水樣消化 液,且四個(gè)因素的極差分別為 46.4、35.3、22.3、17;可以看出,催化劑 和催化時(shí)間兩個(gè)因素對(duì)本實(shí)驗(yàn)的影響較大,水樣和消化液體積對(duì)本實(shí)驗(yàn) 影響較小。 該水樣經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)法測(cè)定,稀釋 1000 倍后的 cod 值為 76mg/l,正交實(shí)驗(yàn) 設(shè)計(jì)的九組試驗(yàn)中有兩組試驗(yàn)測(cè)定結(jié)果接近這個(gè)數(shù)值,如第八組測(cè)定結(jié) 果為 72mg/l,第九組測(cè)定結(jié)果為 80mg/l. 3.3.3 高功率(高功率(1000w)實(shí)驗(yàn)探索)實(shí)驗(yàn)探索
54、微波爐功率為 1000w 時(shí),由表得,6 個(gè)消解罐對(duì)應(yīng)的消解時(shí)間為 8min,為 了達(dá)到消解充分目的,本實(shí)驗(yàn)先探索設(shè)計(jì)了 10min 的消解時(shí)間。 (1) 當(dāng)消解時(shí)間為 10min 時(shí),見(jiàn)表 3-11。 表表 3-11 不同催化劑的不同催化劑的 cod 值測(cè)定值測(cè)定 時(shí)間(min)水樣(ml)消化液(ml)催化劑(ml) cod(mg/l) 1055580 10551080 10551580 結(jié)果分析: 從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出,隨著催化劑用量的增加,測(cè)定的 cod 值不變,說(shuō)明 在實(shí)驗(yàn)條件(微波爐功率 1000w,消解時(shí)間 10min.,水樣 5ml,消化液 5ml,催化 劑 5ml)下,已達(dá)到完
55、全消解的目的,增加催化劑用量對(duì) cod 值無(wú)影響,故取 催化劑 5ml,從而消化液和催化劑比例為 1:1。 (2) 在(1)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,減少消解時(shí)間,并減少催化劑的用量,實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 如下:消解時(shí)間為 8min ,催化劑用量分別為 3、5、7ml 。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表 3-12。 表表 3-12 不同催化劑用量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同催化劑用量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果 時(shí)間(min)水樣(ml)消化液(ml)催化劑(ml) cod(mg/l) 855332 855572 855788 結(jié)果分析: 從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),隨著催化劑用量的增加,測(cè)定的 cod 值隨之增大,且當(dāng) 催化劑為 3ml,測(cè)定結(jié)果偏低,說(shuō)明催化劑用量對(duì)測(cè)定 co
56、d 值影響較大,這與正 交設(shè)計(jì)探索發(fā)現(xiàn)的因素重要性排序符合。因此,催化劑不能減少。 (3) 通過(guò)(1)和(2)的消解時(shí)間對(duì)比發(fā)現(xiàn),在高功率條件下,不同消解時(shí) 間對(duì) cod 測(cè)定結(jié)果的影響,如表 3-13。 表表 3-133-13 不同條件不同條件 codcod 測(cè)定值對(duì)比測(cè)定值對(duì)比 時(shí)間(min)水樣(ml)消化液(ml)催化劑(ml) cod(mg/l) 1055580 855572 參考標(biāo)準(zhǔn)法測(cè)定 cod 值為 76mg/l,可得出,在高功率條件下,最佳消解時(shí) 間在 8-10min 之間,可適當(dāng)取值 9min。 3.3.43.3.4 探索結(jié)果及影響因素分析探索結(jié)果及影響因素分析 (1)綜上
57、所述,探究發(fā)現(xiàn) 當(dāng)使用微波功率為 600w 時(shí),最佳條件是: 消解時(shí)間(15min)、 水樣(5ml)、 消化液(5ml)、催化劑 (10ml) 當(dāng)使用微波功率為 1000w 時(shí),最佳條件是: 消解時(shí)間(9min)、水樣(5ml)、 消化液(5ml) 、催化劑 (5ml) (2)影響因素分析: 微波法測(cè)定 cod 的主要影響因素有:微波消解儀的穩(wěn)定性,微波爐的使用功率, 滴定過(guò)程中的讀數(shù)誤差等: 微波消解儀的穩(wěn)定性:實(shí)驗(yàn)室有兩個(gè)消解儀,實(shí)驗(yàn)前應(yīng)做穩(wěn)定性分析。 微波爐的使用功率:200w 、400w、600w 、1000w 滴定過(guò)程中的讀數(shù)誤差:本實(shí)驗(yàn)所用為 50 ml 酸式滴定管,讀數(shù)最小值為
58、 0.05 ml,相應(yīng)結(jié)果影響值為 8mg/l,對(duì) cod 測(cè)定結(jié)果影響較大。 其余因素影響同標(biāo)準(zhǔn)法。 (3)減小誤差分析 使用穩(wěn)定性能較高的微波爐,以保證整個(gè)實(shí)驗(yàn)的水樣消解過(guò)程穩(wěn)定性。 在滿足實(shí)驗(yàn)要求時(shí),盡量使用較高精確度的儀器,如:改用 25 ml 酸式滴定 管等;且讀數(shù)時(shí)要認(rèn)真,準(zhǔn)確。 為了減小測(cè)定誤差,準(zhǔn)確讀數(shù),并用蒸餾水沖洗罐帽 23 次,沖洗液并入錐 形瓶中,控制體積約 30ml。 4.幾種測(cè)定方法的比較幾種測(cè)定方法的比較 4 4. .1 1精精密密度度與與準(zhǔn)準(zhǔn)確確度度的的比比較較 表表4 4- -1 1 三三種種測(cè)測(cè)定定方方法法的的準(zhǔn)準(zhǔn)確確度度對(duì)對(duì)比比 方法標(biāo)準(zhǔn)法密封法微波法 c
59、od(mg/l)213.38 注:cod(mg/l)滴定最小讀數(shù) 0.05ml 對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響大小。 分析: 本實(shí)驗(yàn)采用 50 ml 酸式滴定管,滴定過(guò)程主要存在人為誤差,由上表得,三 種測(cè)定方法的準(zhǔn)確度為:標(biāo)準(zhǔn)法微波法密封法。 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析可得,標(biāo)準(zhǔn)法測(cè)定的精密度很高,密封法和微波法的測(cè)定精 密度都不及標(biāo)準(zhǔn)法,但在要求不太嚴(yán)格的情況下,也可作為日常的分析方法。 4 4. .2 2試試劑劑用用量量的的比比較較 表表4 4- -2 2 同同一一水水樣樣不不同同測(cè)測(cè)定定方方法法的的試試劑劑消消耗耗量量 水樣(ml)消化液(ml)催化劑(ml)硫酸亞鐵銨(ml) 標(biāo)準(zhǔn)法 20103021-23
60、密封法 3336.5-7.5 微波法 55511-12 分析: 從上表可以看出,三種測(cè)定方法試劑用量總量大小關(guān)系:標(biāo)準(zhǔn)法微波法 密封法。與標(biāo)準(zhǔn)法比較,其中,密封法所用水樣減少85%,微波法減少水樣 75%;密封法所用消化液減少70%,微波法減少50%;密封閥所用催化劑減少90%, 微波法減少83.3%;密封法所需硫酸亞鐵銨減少約3倍,微波法減少約2倍。可以 看出,密封法和微波法都大大減少了試劑的消耗。 4.3反應(yīng)條件與消解時(shí)間的比較反應(yīng)條件與消解時(shí)間的比較 表表4-3 不同方法的反應(yīng)條件和消解時(shí)間的對(duì)比不同方法的反應(yīng)條件和消解時(shí)間的對(duì)比 反應(yīng)條件消解時(shí)間(min) 標(biāo)準(zhǔn)法常壓、適當(dāng)溫度 120
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