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Il COD rappresenta la misura dell’ossigeno necessario ad ossidare chimicamente le sostanzepresenti in un campione, per mezzo di un ossidante forte in ambiente acido a caldo. Il COD viene preferito al BOD, per il minor tempo richiesto dall’analisi, nel controllo di routi-ne di liquami grezzi e depurati, soprattutto industriali, una volta che sia stato quantificato subase statistica il rapporto COD/BOD. Tale rapporto varia in funzione del tipo di sostanze sca-ricate: liquami da fognature prevalentemente civili hanno, ad esempio, un rapportoCOD/BOD=1,9-2,5 e ciò vale anche per molti effluenti industriali provenienti da lavorazionialimentari.L’uso del COD per il controllo delle acque superficiali è molto più limitato, soprattutto per ilfatto che, mentre il BOD simula in qualche modo i processi di degradazione che avvengonoin natura, è estremamente difficile correlare il valore del COD con gli effetti deossigenanti nelrecettore. L’uso del COD può essere consigliato in quei casi in cui si sospettano sversamentitossici per i consorzi microbici e che deprimono, totalmente o in parte, il valore del BOD.

1. Principio del metodo

Viene proposto un metodo generale applicabile a campioni acquosi contenenti concentrazio-ni di cloruri ≤1000 mg/L e procedure modificate per rendere il metodo applicabile a cam-pioni con più di 1000 mg/L di cloruri.Il metodo prevede l’ossidazione delle sostanze organiche ed inorganiche, presenti in un cam-pione d’acqua, mediante una soluzione di dicromato di potassio in presenza di acido solfo-rico concentrato e di solfato di argento, come catalizzatore dell’ossidazione. L’eccesso di di-cromato viene titolato con una soluzione di solfato di ammonio e ferro (II).La concentrazione delle sostanze organiche ed inorganiche ossidabili, nelle condizioni delmetodo, è proporzionale alla quantità di dicromato di potassio consumato. Lo ione cloruro èconsiderato un interferente, poichè la sua ossidazione può avvenire solo nelle condizioni delmetodo utilizzato per il COD e non in quelle presenti nelle acque naturali.

2. Campo di applicazione

Il metodo è applicabile ad acque naturali e di scarico (urbane ed industriali) aventi una con-centrazione di cloruri ≤1000 mg/L. Per concentrazioni di COD>50 mg/L si consiglia l’utiliz-zo di una soluzione di dicromato 0,25 N. In questi casi, qualora la concentrazione di cloru-ri risulti >1000 mg/L nel campione sottoposto ad analisi e ogni qualvolta il rapporto in pesoCOD/cloruri nel campione di analisi sia <0,1, è richiesto il ricorso alle procedure modifica-te nel seguito descritte.Per concentrazioni di COD<50 mg/L si consiglia il ricorso ad una soluzione di dicromato0,025 N.

3. Interferenze e cause di errore

Non tutte le sostanze organiche nelle condizioni del metodo vengono ossidate in manieracompleta dal dicromato di potassio (ad esempio acido acetico e composti alifatici a catena li-neare).

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5130. Richiesta chimica di ossigeno (COD)

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L’impiego del solfato di argento, come catalizzatore, consente di rendere più alta la resa del-la reazione di ossidazione. Anche in queste condizioni alcuni composti (benzene, toluene, xi-leni, naftalene, antracene, ecc.) vengono ossidati solo parzialmente mentre altri (piridina,ecc.) non subiscono ossidazione. Un errore in difetto nella determinazione del COD potreb-be essere causato dalla volatilizzazione di alcune sostanze organiche. Tali perdite possonoessere comunque ridotte.I cloruri interferiscono positivamente in quanto vengono ossidati dal dicromato (1 mg di Cl-corrisponde a 0,226 mg di COD). Tale interferenza, a concentrazioni di cloruri inferiori a1000 mg/L e comunque in presenza di un rapporto in peso COD/cloruro >0,1, viene prati-camente eliminata addizionando solfato di mercurio (II) nel rapporto in peso HgSO4/Cl-=10.Per concentrazioni di cloruri superiori a 1000 mg/L, qualora il rapporto in peso COD/clo-ruro sia minore di 0,1 è necessario fare ricorso alle procedure A (7.3.1) e B (7.3.2) nel se-guito proposte, che consentono di ridurre il valore dell’interferenza residua e di valutare spe-rimentalmente termini correttivi appropriati da sottrarre al valore del COD.

4. Campionamento e conservazione del campione

Il campionamento e la conservazione del campione devono essere fatti in accordo con quan-to previsto dalla Sezione 1030 “Metodi di campionamento”.In particolare se il campione non può essere analizzato subito dopo il prelievo, esso, al finedi evitare eventuali perdite conseguenti ad ossidazione biologica delle sostanze organiche,deve essere preservato per acidificazione fino a pH=1÷2 con acido solforico (6.6). In ognicaso è consigliabile effettuare l’analisi il più presto possibile.

5. Apparecchiature

5.1 Normale attrezzatura di laboratorio

5.2 Apparecchiatura in vetro per l’ebollizione a ricadere

Recipiente in vetro da 500 mL con collo di vetro smerigliato, connesso ad un condensatore abolle (altezza minima 60 cm) per evitare perdite significative di prodotti volatili.In alternativa, è possibile l’utilizzo di altri sistemi, disponibili in commercio, con sistema a ri-cadere munito di campanella, in cui il condensatore a bolle è sostituito da lunghe cannule divetro. Questa differenza comporta un errore, dovuto alla perdita di sostanze volatili, che puòrientrare nell’incertezza del metodo analitico.

5.3 Mantello riscaldante elettrico o analogo dispositivo in grado di portare il campioneall’ebollizione.

5.4 Buretta da 25 mL con divisioni da 0,05 mL.

6. Reattivi

Tutti i reattivi devono essere del tipo “puro per analisi”.

6.1 Acqua

Per la preparazione delle soluzioni dei reattivi e per le diluizioni impiegare acqua distillatae/o deionizzata.

6.2 Solfato di mercurio (II) HgSO4, in cristalli.

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6.3 Solfato d’argento Ag2SO4, in cristalli.

6.4 Soluzione concentrata di dicromato di potassio (0,25 N)

Sciogliere 12,259 g di dicromato di potassio (K2Cr2O7), previamente essiccato per 2 ore a105°C, in acqua e diluire a 1000 mL in matraccio tarato.

6.5 Soluzione diluita di dicromato di potassio (0,025 N)

Diluire a 1000 mL, in matraccio tarato, 100 mL della soluzione di dicromato di potassio 0,25N (6.4).

6.6 Acido solforico concentrato, H2SO4 (d=1,84)

6.7 Soluzione di 1,10-fenantrolina-solfato di ferro (II) (ferroina)

Sciogliere 1,485 g di 1,10-fenantrolina monoidrato, C12H8N2·H2O, in circa 80 mL di acqua.Aggiungere 0,695 g di solfato di ferro (II) eptaidrato, FeSO4·7H2O. Agitare sino a completadissoluzione e diluire a 100 mL con acqua.

6.8 Soluzione concentrata di solfato d’ammonio e ferro (II) (0,25 N)

Sciogliere 98 g di solfato di ammonio e ferro (II) esaidrato, FeSO4(NH4)2SO4·6H2O, in 500 mLdi acqua. Aggiungere 20 mL di acido solforico concentrato (6.6), raffreddare e diluire a1000 mL.Il controllo del titolo di questa soluzione viene effettuato con una soluzione di bicromato di po-tassio 0,25 N (6.4) impiegando come indicatore una soluzione di fenantrolina (6.7).

6.9 Soluzione diluita di solfato d’ammonio e ferro (II) (0,025 N)

Diluire a 1000 mL in matraccio tarato 100 mL della soluzione di solfato di ammonio e ferro(II) 0,25 N (6.8). Il controllo del titolo della soluzione viene effettuato con una soluzione di di-cromato di potassio 0,025 N (6.5).

6.10 Idrogenoftalato di potassio C8H5KO4, in cristalli.

1 g di idrogeno ftalato di potassio corrisponde a 1,176 g di COD.

7. Procedimento

7.1 Procedimento per acque con COD>50 mg/L

Porre in un recipiente di vetro da 500 mL un campione di 50 mL o, nel caso di COD>900mg/L, una aliquota diluita a 50 mL con acqua (6.1). Aggiungere una quantità di solfato dimercurio (II) (6.2) sufficiente a bloccare i cloruri presenti (vedi Capitolo 3), 5 mL di H2SO4 con-centrato (6.6) ed alcune sferette di vetro da ebollizione. L’acido solforico deve essere aggiun-to lentamente ed agitando per avere la completa dissoluzione del solfato di mercurio (II). Il re-cipiente deve essere inoltre raffreddato onde evitare eventuali perdite di sostanze volatili. Ad-dizionare quindi 50 mg di solfato di argento (6.3) e, agitando, 25 mL della soluzione 0,25N di dicromato di potassio (6.4). Inserire il refrigerante ed iniziare la circolazione dell’acqua.Infine, lentamente ed agitando, versare 70 mL di acido solforico concentrato (6.6). Iniziare il riscaldamento e lasciare bollire per 2 ore. Interrotto il riscaldamento, lasciare raf-freddare, lavare bene il refrigerante con acqua in modo da diluire il contenuto del recipien-te fino ad un volume di 350-400 mL. Aggiungere 2-3 gocce di soluzione indicatrice di fe-nantrolina (6.7) e titolare l’eccesso di dicromato con la soluzione di solfato di ammonio e fer-

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ro (II) 0,25 N (6.8) fino a viraggio del colore da blu-verde a bruno-rosso. Eseguire in paral-lelo una prova in bianco sostituendo i 50 mL di campione con 50 mL di acqua (6.1).

7.2 Procedimento per acque con COD compreso fra 20 e 50 mg/L

Il procedimento è lo stesso del Paragrafo (7.1), con la sola variante dell’impiego delle solu-zioni 0,025 N di dicromato di potassio (6.5) e 0,025 N di solfato di ammonio e ferro (II) (6.9)invece che le corrispondenti soluzioni 0,25 N (6.4 e 6.8).Poichè potrebbe rivelarsi difficoltoso cogliere il viraggio di colore dell’indicatore, può essereutile determinare il punto finale per via potenziometrica.

7.3 Modifiche al metodo generale per campioni con cloruri>1000 mg/L e rapporti in pe-so COD/Cl-<0,1

7.3.1 Procedura A

È applicabile nel campo di concentrazione di Cl- 1000-6000 mg/L. Si differenzia rispetto almetodo generale per due modifiche, alternative l’una all’altra, consigliate per ridurre il valo-re dell’interferenza.

A1) L’uso di una soluzione di dicromato 0,15 N al posto della soluzione 0,25 N consigliataper COD>50 mg/L; ovviamente la soluzione 0,15 N copre un campo di applicazione di CODpiù ristretto (fino a 500 mg O2/L) rispetto a quello consentito dalla soluzione 0,25 N (fino a900 mg O2/L).

A2) L’uso di un rapporto in peso HgSO4/Cl- di 20:1, doppio rispetto a quello indicato nel me-todo generale.

Utilizzando le modifiche indicate è stata valutata l’interferenza residua in soluzioni sintetichecontenenti concentrazioni note di idrogenoftalato di potassio, considerato come sostanza or-ganica modello. I valori residui di interferenza ottenuti su campioni con concentrazioni diCOD prossime al limite di legge (160 mg/L) e concentrazioni di Cl- nell’intervallo 1000-6000mg/L si aggirano sulle 10 unità di COD. Prove effettuate su altri composti organici hanno mo-strato un effetto simile a quello dell’idrogenoftalato di potassio. Sebbene sia problematicoestrapolare dalle prove sperimentali termini correttivi appropriati per condizioni estrema-mente eterogenee in termini di concentrazione di COD e Cl- poichè l’interferenza prodotta daicloruri è una funzione del rapporto COD/Cl-, si ritiene che l’applicazione di un termine cor-rettivo di 20 unità da sottrarre al valore ottenuto di COD possa rappresentare un’ampia ga-ranzia nei riguardi dell’interferenza, qualora i valori di COD e Cl- siano rispettivamente nel-l’intervallo 100-200 e 1000-6000 mg/L.

7.3.2 Procedura B

La procedura fa riferimento al lavoro di Baumann su scarichi ad elevata salinità e consiste nelfar ricorso ad un apparato sperimentale del tipo schematizzato in Fig. 1 che consente il re-cupero e la determinazione del cloro gassoso sviluppatosi durante il procedimento di ossida-zione alla base della misura del COD.Tale procedura è stata verificata su campioni contenenti concentrazioni di COD e cloruri ri-spettivamente nei campi 100-200 e 2000-20000 mg/L. È raccomandata nel caso di con-centrazioni di Cl– >6000 mg/L; se ne sconsiglia l’uso per campioni a basso contenuto orga-nico (COD<100 mg/L).Il cloro gassoso, che si sviluppa, viene raccolto nel cilindro (c) contenente 200 mL di H2O incui sono disciolti 2,5 g di ioduro di potassio e 5 mL di acido acetico glaciale. Lo iodio pro-dotto a seguito dell’ossidazione dello ioduro da parte del cloro sviluppatosi viene retrotitola-to con tiosolfato sodico 0,01 N utilizzando salda d’amido come indicatore, come riportatonel metodo per la determinazione del BOD5 (metodo 5120), al quale si rimanda anche per

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la preparazione della soluzione di tiosolfato e dell’indicatore, tenendo presenti le modificheda apportare per la più bassa normalità del tiosolfato.Operare nelle condizioni previste dalla procedura A (7.3.1), che comunque consente una ri-duzione del termine correttivo da sottrarre, facendo gorgogliare azoto dall’inizio e per tuttala durata dell’ebollizione con un flusso di 1-2 bolle per secondo e aumentando tale flusso leg-germente in fase di raffreddamento per evitare pericoli di sifonamento. Quindi disconnetteree risciacquare il tubo (b), prelevare il cilindro (c) e procedere alla titolazione con tiosolfato. Iltermine correttivo da sottrarre sarà calcolato con la formula:

dove:Vt = volume (mL) della soluzione di tiosolfato titolante;Nt = normalità della soluzione di tiosolfato titolante;8000 = peso equivalente dell’ossigeno moltiplicato per 1000, per riferire il dato al volume diun litro;V = volume (mL) di campione sottoposto ad analisi.

Sulla beuta (a) procedere come al solito (vedi Paragrafo 7.1) alla determinazione del COD eal valore sperimentale trovato sottrarre il termine correttivo calcolato in precedenza.Nel caso in cui il campione presenti concentrazioni di Cl- >10000 mg/L si consiglia il ricorsoalle condizioni che prevedono l’utilizzo di dicromato 0,15 N (vedi procedura A1 del Sotto-paragrafo 7.3.1). Tali condizioni, oltre ad offrire caratteristiche di qualità del dato legger-

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Figura 1: Apparato per la determinazione del COD che consente il recupero del cloro gassoso in presenza di cloruri.

Vt·Nt·8000V

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mente superiori rispetto a quelle ottenute con dicromato 0,25 N e rapporto in peso HgSO4/Cl-=20, consentono anche di ridurre significativamente sia i costi analitici che l’utilizzo di un me-tallo, quale il mercurio, molto pericoloso per l’ambiente.

8. Calcoli

La richiesta chimica di ossigeno (COD) viene calcolata applicando la seguente espressione(valida nel caso di assenza di diluizione del campione):

dove:C = richiesta chimica di ossigeno (mg/L);m1 = mL di soluzione di solfato di ammonio e ferro (II) consumati nella prova in bianco; m2 = mL di soluzione di solfato di ammonio e ferro (II) consumati per il campione;N = normalità della soluzione di solfato di ammonio e ferro (II) impiegata;8000 = peso equivalente dell’ossigeno moltiplicato per 1000, per riferire il dato al volume diun litro;V = volume (mL) di campione usato per l’analisi.

Nel caso in cui si utilizzi la procedura A per campioni con Cl- compreso nell’intervallo 1000-6000 mg/L e il COD sperimentale risulti compreso tra 100 e 200 mg/L sottrarre al valoresperimentale trovato un termine correttivo di 20 unità.Invece, nel caso in cui si utilizzi la procedura B sottrarre al valore di COD sperimentale cal-colato con la formula sopra specificata il valore del termine correttivo relativo al cloro gasso-so sviluppato, ottenuto seguendo le modalità descritte al Sottoparagrafo (7.3.2).

9. Qualità del dato

Prove effettuate su 5 repliche di soluzioni contenenti idrogenoftalato di potassio a concentra-zioni note comprese rispettivamente tra 160 e 200 mg/L e cloruri a concentrazioni compre-se tra 100 e 1000 mg/L hanno fornito valori del coefficiente di variazione, CV (%) = (scartotipo/valore medio)·100, inferiori all’11%.Prove eseguite con il metodo Baumann (7.3.2) su soluzioni sintetiche di idrogenoftalato di po-tassio nel campo di concentrazioni 100-200 mg COD/L, in presenza di diverse concentra-zioni di cloruri (2000-20000 mg/L), hanno mostrato valori del coefficiente di variazione in-feriori al 15% e valori di accuratezza entro il 12%, in entrambe le condizioni sperimentali spe-cificate al Sottoparagrafo 7.3.1 (procedure A1 e A2).

Si procede periodicamente al controllo del metodo analizzando, secondo il procedimento(7.1), una soluzione contenente 0,4251 g/L di idrogenoftalato di potassio (C8H5KO4), (6.10),previamente essiccato a 105°C. Parallelamente si effettua una prova in bianco sempre se-condo il procedimento (7.1).La richiesta chimica di ossigeno di questa soluzione è di 500 mg/L e la prova viene conside-rato soddisfacente se il recupero è almeno pari al 96% del valore teorico. Analoghi controllipossono essere eseguiti utilizzando soluzioni più diluite di idrogenoftalato di potassio.

BIBLIOGRAFIA

APHA, AWWA, WEF (1998): “Standard Methods for the Examination of Water and Wa-stewater”, XX Ed., (Washington, APHA).

786

C O S T I T U E N T I O R G A N I C I

ASTM (1981): “Annual Book of ASTM Standard”, Part 31, Water (Philadelphia).

BAUMANN F.J. (1974): “Dichromate reflux chemical oxygen demand. A proposed methodfor chloride correction in highly saline wastes”, Anal. Chem., 45, (9), 1336-1338.

BELKIN S., BRENNER A. & ABELIOVICH A. (1992): “Effect of inorganic constituents on che-mical oxygen demand - I. Bromides are uneutralizable by mercuric sulfate complexation”,Wat. Res., 26, (12), 1577-1581.

BUIRNS E.R. & MARSHALL C. (1965): “Correction for chloride interference in the chemicaloxygen demand test”, J. Water Pollut. Control Fed., 37, 1716-1721.

CRIPPS J.M. & JENKINS D. (1964): “A COD Method Suitable for the Analysis of Highly Sali-ne Waters”, J. Water Pollut. Control Fed., 36, 1240-1246.

EPA (1974): “Methods for Chemical Analysis of Water and Wastes”. EPA-625/6-74-003a(Cincinnati, Environmental Research Center).

IRSA (1986): “Criteri e limiti per il controllo dell’inquinamento delle acque”, Quad. Ist. Ric.Acque, 75, 141-142.

PETTINE M., CAPRI S., GIACONI V., LORETI L. & NOTTOLI R. (1992): “Interferenza dei clo-ruri nella determinazione del COD”, Notiziario IRSA Metodi Analitici per le Acque, 12, (4),35-47.

TALINLI I. & ANDERSON G.K. (1992): “Interference of hydrogen peroxide on the standardCOD test”, Wat. Res., 26, (1), 107-110.

787