Tài liệu Bài giảng thực hành hóa kỹ thuật môi trường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & MÔI TRƯỜNG BÀI GIẢNG THỰC HÀNH HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Người biên soạn: Phạm Thị Lan Bộ môn: CNKTMT Nha Trang, tháng 2 năm 2012 BÀI 1. LẤY MẪU VÀ BẢO QUẢN MẪU I. ĐẠI CƯƠNG : Lấy mẫu là thu thập một thể tích mẫu thích hợp, sau đó xử lý, vận chuyển đến nơi phân tích, đảm bảo chất lượng mẫu chưa thay đổi. Việc lấy mẫu và bảo quản phải thận trọng, tuân thủ theo đúng quy định kỹ thuật sao cho mẫu nước vẫn giữ nguyên những đặc tính cơ bản. Nếu có thay đổi cũng không đáng kể . II. MỤC ĐÍCH LẤY MẪU :  Điều tra chất lượng nước .  Phát hiện, đánh giá ô nhiễm .  Xác định tính thích hợp cho việc sử dụng nguồn nước với nhiều mục đích khác nhau .  Tham gia vào quá trình quản lý nguồn tài nguyên nước . III. PHƯƠNG THỨC LẤY MẪU : a. Chuẩn bị dụng cụ  Thiết bị thu mẫu: Bình chứa mẫu (bằng nhựa, thép không rỉ hoặc thủy tinh), thiết bị phân tầng đáy, thủy sinh. Thiết bị lấy mẫu ở các độ sâu khác nhau (thiết bị lấy mẫu đóng kín theo chiều sâu), gầu lấy mẫu, bơm thu mẫu, thiết bị thu mẫu tự động  Bình chứa mẫu có dung tích 2 lít (phân tích các chỉ tiêu hóa lý) phải sạch, khô và tráng ít nhất 3 lần bằng chính nguồn nước trước khi lấy mẫu. Mẫu nước cần lấy đầy bình và đậy kín nắp. Riêng mẫu phân tích vi sinh cần lấy trong bình riêng đã được thanh trùng ở nhiệt độ 175oC trong 1 giờ và mẫu không được lấy quá đầy.  Ghi nhận vào hồ sơ lấy mẫu: Chai lấy mẫu cần được dán nhãn, ghi chép đầy đủ những chi tiết liên quan đến việc lấy mẫu như: thời điểm lấy mẫu (ngày, giờ), tên người lấy mẫu, vị trí lấy mẫu, loại mẫu, các dữ liệu về thời tiết, mực nước, dòng chảy, khoảng cách bờ, độ sâu, phương pháp lấy mẫu, các công trình liên hệ đến mẫu nước, chi tiết về phương pháp lưu giữ mẫu đã dùng . Chai lấy mẫu nước ở độ sâu 1 -20 m b. Phương pháp lấy mẫu  Mẫu lấy từ hệ thống phân phối nước của thành phố hoặc từ giếng ngầm đều cần xả hoặc bơm bỏ lượng nước ban đầu trước khi lấy mẫu để đảm bảo đúng chất lượng nguồn. Chú ý xả lượng nước ứ đọng tại vòi khoảng 2 giờ trước khi lấy mẫu hoặc bơm xả rửa nước ban đầu với tốc độ cao trước khi lấy mẫu. Đối với các nguồn nước cần giám sát ô nhiễm nên chọn lấy mẫu ở nhiều độ sâu khác nhau và theo diện rộng. Không nên lấy mẫu trong các ống vách của giếng khoan vì chất lượng nước đã bị biến đổi do hoạt động hoá học và sinh học .  Mẫu nước lấy ở sông, suối hay kênh rạch có tính chất thay đổi theo độ sâu , dòng chảy, khoảng cách bờ, các yếu tố về thời tiết … do vậy cần chọn lấy mẫu hỗn hợp hay lấy mẫu riêng biệt. Nếu lấy mẫu bất kỳ, cần chọn mẫu ở độ sâu trung bình tại vị trí giữa dòng. Đối với các vị trí tiếp nhận nguồn nước thải cần cẩn thận chọn nơi và địa điểm lấy mẫu (phụ thuộc vào tốc độ, hướng dòng chảy) do vậy nên xem xét lấy mẫu ở nhiều độ sâu (do phân tầng) và theo chiều dọc, ngang .  Mẫu nước lấy từ ao hồ chịu ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố: Lưu lượng mưa, lượng nước chảy tràn trên bề mặt, gió, yếu tố phân tầng theo mùa … Do vậy, việc chọn lấy mẫu phải tùy thuộc vào mục đích khảo sát và điều kiện địa phương . Riêng về lấy mẫu hỗn hợp, nên chọn lấy mẫu ở nhiều vị trí (giữa dòng, bờ trái, bờ phải) theo nhiều độ sâu khác nhau (từ mặt thoáng xuống tận đáy). Đối với nước ao, hồ chất lượng nước thường thay đổi theo mùa, tần số lấy mẫu phụ thuộc vào yêu cầu kiểm tra. Tuy nhiên khoảng cách một tháng giữa các lần lấy mẫu là chấp nhận đặc trưng cho chất lượng trong thời gian dài .  Nước thải của các nhà máy công nghiệp nên lấy ở các phân xưởng sản xuất theo từng giờ, từng ca sản xuất và lấy ở vị trí cống chung. Nếu cần lấy mẫu hỗn hợp, khi trộn lẫn các mẫu, cần xử lý thích hợp tránh sự thất thoát các chất dễ bay hơi, ảnh hưởng đến kết quả phân tích mẫu. III. BIỆN PHÁP AN TOÀN :  Trong quá trình lấy mẫu phải chú ý đến các thành phần độc chất trong mẫu do vậy cần áp dụng những biện pháp đề phòng hữu hiệu và xử lý mẫu thích hợp. Độc chất có thể thấm qua da, bay hơi thâm nhập vào phổi, cũng không loại trừ tình trạng ngộ độc qua đường tiêu hóa. Hiện tượng nhiễm bệnh do vi khuẩn, virut .  Các phương tiện phòng hộ phổ biến là: găng tay, ủng, kính bảo hộ mắt, khẩu trang … Trong phòng thí nghiệm, khi tiếp xúc với chất độc dễ bay hơi, nhân viên phải trang bị thêm mặt nạ chống hơi độc cá nhân và chỉ mở các bình mẫu nghi ngờ có hơi độc nơi vắng người, thông thoáng tốt hay trong tủ hút mà thôi.  Đối với chất hữu cơ dễ cháy, không được phép hút thuốc gần mẫu, nơi chứa mẫu cũng như trong phòng thí nghiệm. Cảnh giác với các tia lửa, ngọn lửa hay nguồn nhiệt quá nóng. Trong phòng kín như phòng lạnh, phòng trữ mẫu, phải lưu ý đến tiếp điểm của công tắc neon, máy điều nhiệt, bộ phức hợp sử dụng điện … là những nơi có thể gây ra tia lửa điện, nguyên nhân gây ra những vụ cháy nổ. Tùy nguồn nhiễm bẩn mà có biện pháp phòng hộ y tế nghề nghiệp khác nhau. IV. THỜI GIAN LƯU TRỮ MẪU VÀ BẢO QUẢN MẪU :  Thời gian lưu trử mẫu càng ngắn thì kết quả phân tích càng chính xác. Sau khi lấy mẫu đòi hỏi phải phân tích ngay một số các chỉ tiêu sau: pH, nhiệt độ, DO, H 2S , CO2, Clo dư .  Thời gian lưu trữ tối đa đối với các mẫu được giới hạn như sau : - Nước thiên nhiên không bị ô nhiễm : - Nước gần nguồn gây ô nhiễm : - Nước bị ô nhiễm nặng : 72 giờ 48 giờ 12 giờ  Nếu mẫu có thêm hóa chất để bảo quản, thời gian lưu mẫu có thể kéo dài hơn .  Phương thức bảo quản mẫu nước theo chỉ tiêu phân tích được trình bày trong bảng sau : Bảng 1 : Phương thức bảo quản và thời gian tồn trữ Chỉ tiêu phân tích Độ cứng (hardness) Calci ( Ca2+) Cloride (Cl-) Floride (F-) Độ dẫn điện Độ acid, độ kiềm Mùi Màu Sulphate H2S DO COD Dầu và mỡ Carbon hữu cơ Cyanide Phenol N-NH3 N-NO2 , N-NO3 Phosphate Fe, Mn Phương thức bảo quản Không cần thiết Không cần thiết Không cần thiết Không cần thiết 4oC 4oC 40C 4oC 4oC , pH< 8 Thêm 2 mg/l zine acetate ( 0,7 ml H2SO4 + 1 ml NaN3 ) / 300 ml ; 10 - 20oC 2 ml/l H2SO4 4oC , 2 ml/l H2SO4 2 ml/l HCL , pH<2 4oC , NaOH , pH>12 , trong tối 4oC , H2SO4 , pH<2 4oC , H2SO4 , pH<2 4oC , H2SO4 , pH<2 4oC 4oC , HNO3 , pH<2, Thời gian tồn trữ tối đa 28 giờ 24 giờ 6 giờ 48 giờ 28 ngày 7 ngày 8 giờ 7 ngày 28 ngày 7 ngày 24 giờ 24 giờ 7 ngày Phân tích ngay 48 giờ 6 tháng BÀI 2. ĐỘ ACID I. ĐẠI CƯƠNG: Độ acid biểu thị khả năng phóng thích ion H + do sự có mặt của một số acid yếu trong nước như acid carbonic, acid tanic, acid humic (hình thành từ sự phân hủy chất hữu cơ và sự thủy phân các muối acid mạnh như sulfate nhôm, sắt …). Đặc biệt khi có sự hiện diện của các acid vô cơ, mẫu nước sẽ có pH rất thấp. Nguồn nước thiên nhiên luôn duy trì một thế cân bằng giữa các ion bicarbonate, carbonate và khí carbon dioxide hòa tan. Trong thực nghiệm, hai khoảng pH chuẩn được sử dụng để phân biệt độ acid bao gồm: Khoảng pH thứ nhất ứng với điểm đổi màu của chất chỉ thị methyl cam (từ 4,2 – 4,5) đánh dấu sự chuyển biến ảnh hưởng của các acid vô cơ mạnh sang vùng ảnh hưởng của carbonic acid. Khoảng pH thứ hai ứng với điểm đổi màu của chất chỉ thị phenolphtalein (từ 8,2 – 8,4) chuyển sang vùng ảnh hưởng của nhóm carbonate trong dung dịch. 1. Ý Nghĩa Môi Trường Nước mang tính acid rất được chú ý do tính chất an mòn của chúng. Đặc biệt trong các quá trình xử lý sinh học, pH phải duy trỳ ở khoảng 6 – 9 . Do vậy, dựa vào độ acid của nước để tính chính xác lượng hóa chất sử dụng. 2. Phương pháp thí nghiệm (Phương pháp chuẩn độ) Dùng dung dịch kiềm mạnh để định phân xác định độ acid.  Độ acid do ảnh hưởng của acid vô cơ được xác định bằng cách định phân đến điểm đổi màu của chỉ thị methyl cam nên được gọi là ĐỘ ACID METHYL (dung dịch từ màu đỏ chuyển sang da cam).  Kế tiếp, định phân xác định độ acid toàn phần đến điểm đổi màu của chỉ thị phenolphthalein, gọi là ĐỘ ACID TỔNG CỘNG (dung dịch không màu chuyển sang tím nhạt). 3. Các yếu tố ảnh hưởng  Các chất khí hòa tan như CO 2, H2S, NH3 có thể bị mất đi hoặc hòa tan vào mẫu trong quá trình lưu trữ hoặc định phân mẫu làm ảnh hưởng đến kết quả phân tích. Có thể khắc phục bằng cách định phân nhanh, tránh lắc mạnh và giữ nhiệt độ mẫu ổn định.  Đối với mẫu nước cấp, hàm lượng chlorine dư cao, có tính tẩy màu làm ảnh hưởng đến kết quả định phân.  Trong trường hợp mẫu có độ màu và độ đục cao, phải xác định độ acíd bằng phương pháp chuẩn độ điện thế. II. THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT : 2.1. Thiết Bị - Erlen 125ml: 2 - Buret 25 hoặc 50ml: 1 - Máy khuấy từ: 1 Buret tự động - Ống đong100ml: 1 - Pipet 25 ml: 1 - PH kế: 1 Buret Buret digital 2.2 Hóa Chất  Dung dịch NaOH 0,02 N • Dung dịch NaOH 1N: cân 40 g NaOH hoà với nước cất sau đó định mức thành 1 lít • Dung dịch NaOH 0,02N: Lấy 20 ml dung dịch NaOH 1N định mức thành 1 lít  Chỉ thị Methyl dacam: Hoà tan 50 mg methyl cam trong nước cất thành 1 lít  Chỉ thị Phenolphthalein: Hoà tan 500 mg phenolphthalein trong 50 ml methanol, định mức thành 100 ml  Dung dịch thiosulfate 0,1 N:Hoà tan 15,8 g Na 2S2O3 vào nước cất sau đó định mức thành 1 lít. III. THỰC HÀNH :  Nếu mẫu là nước cấp, trước khi định phân thêm 1 giọt Na 2S2O3 0,1N để loại ảnh hưởng của chlorine. Mẫu có giá trị pH < 4,5:  Lấy 100ml mẫu vào erlen, thêm 3 giọt chỉ thị methyl cam. Sau đó định phân bằng dung dịch NaOH 0,02N đến khi dung dịch chuyển sang màu da cam. Ghi nhận thể tích V1 ml dung dịch NaOH đã dùng để tính độ acid methyl cam. Mẫu có giá trị pH > 4,5:  Lấy 100ml mẫu vào erlen, thêm 3 giọt chỉ thị phenolphthalein. Dùng dung dịch NaOH 0,02N định phân đến khi dung dịch vừa có màu tím nhạt. Ghi nhận thể tích V2 ml dung dịch NaOH đã dùng, tính độ acid tổng cộng. IV. TÍNH TOÁN : V x 0.02 x 50 x1000 V * 1000 Độ acid ( mg CaCO3/l ) = ------------------------ = ------------V mẫu V mẫu Với V : thể tích dung dịch NaOH dùng định phân ( ml ) : V = V1 + V2 V . TRẢ LỜI CÂU HỎI : 1. Tại vị trí lấy mẫu pH của mẫu nước đo được là 6,5; khi vận chuyển đến phòng thí nghiệm, pH tăng lên 7,4. Giải thích tại sao ? Tại vị trí lấy mẫu ta đo được pH = 6,5 lúc này nồng độ CO 2 trong mẫu cân bằng với nồng độ CO2 trong khí quyển. Khi vận chuyển đến phòng thí nghiệm, do môi trường xung quanh mẫu thay đổi nên có sự chênh lệch nồng độ CO2 trong mẫu và trong khí quyển. pH của mẫu tăng lên 7,4 chứng tỏ đã có một lượng CO 2 trong mẫu thoát ra môi trường khí quyển để đảm bảo sự cân bằng CO2 2. pH của nước có thể tính từ độ acid của nước hay không. Tại sao? pH của nước không thể tính từ độ acid của nước vì giá trị pH được tính dựa vào nồng độ ion H+ có trong nước (pH= -log [H+]) mà ion H+ chủ yếu là do các axit mạnh phân ly ra. Độ axit dùng biểu thị sự giải phóng ion H + trong nước ở dạng là axit yếu như axit cacbonic… 3. Nêu các nguyên nhân hình thành độ acid của mẫu nước? Nguyên nhân hình thành độ acid của mẫu nước là do trong mẫu có các axit cacbonic, axit tamic, axit humic (được hình thành trong quá trình phân hủy chất hữu cơ); sự thuỷ phân các muối sunfat của sắt, nhôm:Al2(SO4)3, FeSO4… Các axit vô cơ có nhiều trong chất thải công nghiệp, đặc biệt trong công nghiệp luyện kim, sản xuất hoá chất tổng hợp cũng là nguyên nhân gây nên độ axit trong nước.. Các axit vô cơ có nhiều trong nước ngầm khi chảy qua vùng mỏ hoặc lớp khoáng có chứa các hợp chất lưu huỳnh như FeS2: 2S VK + 3O 2 + H 2O → 2H 2SO 4 VK FeS2 +3.5O 2 + H 2O → FeSO 4 + H 2SO 4 CO2 là nguyên nhân chủ yếu gây độ axit trong nước. CO 2 có thể có trong nước do hấp thụ từ không khí. CO 2 + H 2 O → H 2CO3 → H + + HCO3- → H + + CO 32- hoặc do quá trình oxy hoá sinh học các chất hữu cơ trong nước tạo thành CO2 và nước. BÀI 3. ĐỘ KIỀM I. ĐẠI CƯƠNG: Độ kiềm biểu thị khả năng thu nhận proton H + của nước. Độ kiềm trong nước do 3 ion chính tạo ra: hydroxide, carbonate và bicarbonate. Trong thực tế các muối acid yếu như borate, silicate cũng gây ảnh hưởng lớn đến độ kiềm. Một vài acid hữu cơ bền với sự oxy hóa sinh học như acid humic, dạng muối của chúng có khả năng làm tăng độ kiềm. Những nguồn nước ô nhiễm, muối của acid yếu như acid acetic, propionic cũng làm thay đổi độ kiềm. Ngoài ra, sự có mặt của ammoniac cũng ảnh hưởng đến độ kiềm tổng cộng của mẫu nước. 1. Ý nghĩa môi trường Nguồn nước mặt, ở điều kiện thích hợp, có sự xuất hiện của tảo. Chính quá trình phát triển và tăng trưởng của tảo giải phóng một lượng đáng kể carbonate và bicarbonate làm cho pH nước tăng dần có thể lên đến 9 – 10. Ngoài ra một số nguồn nước được xử lý với hóa chất (làm mềm bằng vôi hay soda) có chứa nhóm carbonate và OH - làm tăng độ kiềm. 2. Phương pháp xác định (phương pháp chuẩn độ) Xác định độ kiềm bằng phương pháp định phân thề tích với chỉ thị phenolphtalein và methyl cam (hoặc chỉ thị hỗn hợp bromoresol lục + methyl đỏ) trong từng giai đoạn và tùy trường hợp:  Chỉ thị phenolphtalein sẽ có màu tím nhạt trong môi trường có ion hydroxide và ion carbonate, màu tím sẽ trở nên không màu khi pH < 8,3.  Chỉ thị methyl cam cho màu vàng với bất kỳ ion kiềm nào và trở thành màu đỏ khi dung dịch trở thành acid. Việc định phân được xem là hoàn tất khi dung dịch có màu da cam (pH = 4,5). Vì sự đổi màu của methyl cam khó nhận thấy, nên chọn định phân với chỉ thị hỗn hợp bromocresol lục + methyl đỏ có khoảng đổi màu rõ ràng. 3. Các yếu tố ảnh hưởng  Lượng chlorine dư trong nước uống ảnh hưởng đến kết quả định phân làm nhạt màu chất chỉ thị.  Mẫu nước có độ màu và độ đục cao phải dùng phương pháp chuẩn độ điện thế.  Những chất kết tủa, xà bông, chất dầu, chất rắn lơ lửng có thể phủ điện cực thủy tinh làm cho điểm cuối đến chậm. Để khắc phục hiện tượng này, có thể chùi electrode mỗi khi tiến hành thí nghiệm. Không lọc, pha loãng hay cô đặc mẫu. II. THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT: 2.1. Thiết Bị : - Pipet 25 ml: 1 - Ong đong 100ml: 1 - Máy khuấy từ:1 - Erlen 125ml: 2 - Buret 25 hoặc 50ml:1 Máy khuấy từ 2.2. Hóa chất:  Dung dịch HCl hay H2SO4 0,02N: Hoà tan 28 ml H2SO4 đậm đặc thành 1 lít dung dịch (H2SO4 1N). Lấy 20 ml dung dịch H2SO4 1N hoà tan thành 1 lít. Định phân lại nồng độ acid bằng Na2CO3 0,02N (hoà tan 1,06 g Na 2CO3 đã sấy ở 105oC thành 1 lít)  Chỉ thị phenolphthalein 0,5%: Hoà tan 500 mg phenolthalein trong 50 ml methanol, thêm nước cất định mức thành 100 ml.  Chỉ thị metyl da cam: Hoà tan 50 mg Methylccam trong nước cất thành 100 ml.  Chỉ thị hỗn hợp bromocresol lục và methyl đỏ: Hoà tan 20 mg methyl đỏ và 200 mg bromocresol lục vào ethanol, định mức thành 100 ml bằng dung dịch ethanol 95o. III. THỰC HÀNH : a. Mẫu có pH > 8,3 Lấy 100ml mẫu vào erlen, thêm 3 giọt chỉ thị màu phenolphthalein. Định phân bằng dung dịch H2SO4 cho đến khi dung dịch vừa mất màu. Ghi nhận thể tích V 1 ml H2SO4 0,02N đã dùng để tính ĐỘ KIỀM PHENOL (P) b. Mẫu có pH < 8,3 Lấy 100ml mẫu vào bình tam giác, thêm 3 giọt chỉ thị màu metyl cam (hay 3 giọt chỉ thị màu hỗn hợp). Làm 2 ống đối chứng, cho vào 2 ống nghiệm mỗi ống 25ml mẫu, ống thứ nhất thêm 1ml H2SO4 1N + 1 giọt metyl cam, ống thứ 2 thêm 1ml NaOH 1N +1 giọt methyl cam (màu giữa 2 ống đối chứng). Nếu dùng chỉ thị hỗn hợp, tại điểm kết thúc dung dịch có màu đỏ xám. Ghi thể tích V 2 ml H2SO4 0,02N đã dùng để tính Độ kiềm Methyl cam hay độ kiềm tổng cộng. IV. TÍNH TOÁN: V1 x 0,02 x 50 x 1000 Độ kiềm Phenol ( mg CaCO3 /l ) = -----------------------------V mẫu 5,5 x 0,02 x 50 x 1000 Độ kiềm Phenol ( mg CaCO3 /l ) = ------------------------------ = 220 ( mg CaCO3 /l ) 25 V 2 x 1000 Độ kiềm tổng cộng ( mg CaCO3 /l ) = -----------------V mẫu 0,7 x 1000 Độ kiềm tổng cộng ( mg CaCO3 /l ) = ------------------ = 28 ( mg CaCO3 /l ) 25 Dựa trên kết quả có thể tính độ kiềm do các ion khác nhau gây ra theo bảng sau: Kết quả phân P=0 P < T/2 P = T/2 P > T/2 P=T định Độ kiềm do các ion (mg CaCO3 /l) OH– 0 0 0 2P – T T CO32– 0 2P 2P 2(T – P) 0 HCO3– T 1 – 2P 0 0 0 P : độ kiềm phenol T : độ kiềm tổng cộng OH- (mg/l) = độ kiềm OH- ( mg/lCaCO3 ) x 0,34 CO32- (mg/l) = độ kiềm CO32- ( mg/lCaCO3 ) x 0,6 HCO3- (mg/l) = độ kiềm HCO3- (mg/lCaCO3) x 1,22 V. TRẢ LỜI CÂU HỎI : 1. Nước có sự xuất hiện của tảo, độ kiềm thay đổi như thế nào? Nêu cơ chế phản ứng? Nhiều nguồn nước mặt có điều kiện tốt cho sự phát triển của tảo, đặc biệt là ở những nơi có cặn nhiều, pH có thể đạt tới 10. Tảo sử dụng cacbonic cho các hoạt động quang hợp dẫn đến pH cao. Vì CO 2 là khí axit nên khi khử CO2 dẫn đến làm giảm nồng độ H+ vì thế pH tăng. CO 2 + H 2 O → H 2CO3 → H + + HCO3- Vì vậy tảo sử dụng cacbonic làm các dạng độ kiềm thay đổi từ bicacbonat thành cacbonat và từ cacbonat thành hidroxit (trong quá trình thay đổi này thì độ kiềm tổng cộng không thay đổi) Tảo có thể tiếp tục sử dụng CO2 của nước cho đến khi pH tăng đến giá trị ảnh hưởng, thường pH có giá trị từ 10 – 11. Vào ban đêm, tảo sản xuất khí CO2 làm ảnh hưởng ngược lại của quá trình trên. 2. Nêu ứng dụng từ các số liệu độ kiềm trong phân tích và xử lý nước? Dựa vào số liệu độ kiềm, độ pH của nước, người ta xác định được độ ổn định của nước. Từ đó xác định những tác động mà nước có thể chịu: xâm thực, lắng đọng canxi cacbonat,…ứng dụng những tính chất này để bảo vệ đường ống bằng kim loại khỏi quá trình xâm thực bằng cách cho vào nước những hoá chất phù hợp tạo sự lắng đọng canxi cacbonat len thành ống hình thành lớp bảo vệ vững chắc. Lựa chọn biện pháp xử lý nước cho thích hợp đảm bảo môi trường cân bằng và sức khoẻ con người. Độ kiềm làm tác dụng đệm cho dãy pH tối ưu cho quá trình keo tụ. Độ kiềm là thông số phải được xem xét đến việc tính toán nhu cầu về vôi và soda trong quá trình làm mềm nước bằng phương pháp kết tủa. Là thông số trong quá trình kiểm soát ăn mòn, đánh giá khả năng đệm của nước thải và bùn, là điều kiện thải của nước thải. 3. Nêu mối quan hệ giữa Cacbonic, độ kiềm và pH trong nước tự nhiên ? Bằng phương pháp thực nghiệm, để xác định độ ổn định của nước, ban đầu xác định pH0 và độ kiềm Kto, sau đó đem bão hoà bằng CaCO3 rồi xác định lại pH và độ kiềm Kt . Nếu trong nước có hàm lượng CO 2 tự do, nó sẽ di chuyển một phần canxi cacbonat thành canxi hidrocacbonat làm cho pH và độ kiềm trong nước tăng lên. Ngược lại nếu trong nước quá bão hoà canxi cacbonat thì nó sẽ tách ra khỏi nước ở dạng kết tủa bám trên bề mặt các hạt canxi cacbonat mới đưa vào làm cho pH và độ kiềm của nước giảm. Chỉ tiêu ổn định của nước được biểu thị như sau:C0 = Kto/Kt = pH0/pH C0 =1: nước ổn định , C0 <1: nước có tính xâm thực.C0 >1: nước có khả năng lắng đọng CaCO3 Bài 4. CHLORIDE I. ĐẠI CƯƠNG: Clo có trong tất cả các loại nước tự nhiên. Nguồn nước ở vùng cao và đồi núi thường chứa hàm lương clo thấp, trong khi nước sông và nước ngầm lại chứa một lượng clo đáng kể. Nước biển chứa hàm lượng clorua rất cao . Clorua tồn tại trong nước theo nhiều cách : + Nước hòa tan clorua từ tầng đất mặt, hay các tầng đất sâu hơn . + Bụi mù từ biển di chuyển vào đất liền dưới dạng những giọt nhỏ bổ sung liên tục clorua vào đất liền . + Nước biển xâm nhập vào các con sông gần biển và tầng nước ngầm lân cận. + Chất thải của con người trong sinh hoạt và sản xuất. 1. Ý nghĩa môi trường Clo ảnh hưởng đáng kể đến độ mặn của nước , ở nồng độ trên 250 mg/l , clo gây nên vị mặn rõ nét . Đối với những nguồn nước có độ cứng cao , khó thể nhận biết được vị mặn trong nước . Nồng độ clorua cao sẽ ảnh hưởng không tốt đến kết cấu của ống dẫn bằng kim loại Trong nông nghịêp, clorua tác động trên cây trồng làm giảm sản lượng và chất lượng nông phẩm. 2. Phương pháp xác định ( phương pháp chuẩn độ ) Hàm lượng clorua được xác định bằng phương pháp định phân thể tích, sử dụng dung dịch chuẩn là nitrat bạc. Kết tủa trắng AgCl được tạo thành theo phản ứng : Ag+ + Cl- -> AgCl ( Ksp = 3 x 10-10 ) Phản ứng xảy ra trong môi trường trung hòa hay kiềm nhẹ , với K 2CrO4 là chất chỉ thị , Dựa vào sự khác biệt của tích số tan, khi thêm dung dịch AgNO 3 vào mẫu, Ag+ phản ứng trước với ion Cl- tạo thành kết tủa AgCl màu trắng . Sau khi hoàn tất phản ứng tạo thành clorua bạc, lượng Ag+ dư phản ứng tiếp với CrO 42- (chỉ thị) tạo thành kết tủa đỏ gạch theo phương trình sau : 2Ag+ + CrO42 -> Ag2CrO4 (Ksp = 5 x 10-12) 3. Các yếu tố ảnh hưởng Sunfua, thiosulfat, sulfide có thể phản ứng với Ag+ làm sai lệch kết quả. Sulfide dễ dàng bị oxy hóa bởi H2O2 trong môi trường trung hòa. Trong môi trường kiềm, sulfua và thiosulfate không gây ảnh hưởng đáng kể . Hàm lượng sắt > 10 mg/l có thể che màu tại điểm kết thúc Orthophophat , với hàm lượng > 25 mg/l tác dụng với AgNO3 làm ảnh hưởng đến kết quả. II. THIẾT BỊ, HÓA CHẤT: 1. Thiết Bị - Beaker 250 ml: 2 - Phểu lọc và giấy lọc - Buret 25 ml - Erlen 100 ml - Ống nhỏ giọt 2. Hóa chất - Dung dịch AgNO3 0,0141 N: Hoà tan 2,395 g AgNO 3 vào nước cất và định mức thành 1 lít. - Chỉ thị màu K2CrO4 : Hoà tan 2,5 g K2CrO4 vào 30 ml nước cất , thêm từng giọt AgNO3 đến khi xuất hiện màu đỏ rõ. Để yên 12 giờ, lọc sau đó pha loãng thành 50 ml với nước cất. - Dung dịch huyền treo Al(OH)3 : Hoà tan 125 g K - Chỉ thị màu phenolphthalein : Hòa tan 500 mg phenolthalein vào 500 ml methanol , thêm nước cất cho đủ 100 ml - Dung dịch NaOH 0,1N : Hòa tan 4 g NaOH vào nước cất và định mức thành 1 lít dung dịch - Nước oxy già ( H2O2 30% ) III. THỰC HÀNH: Lấy 50 ml mẫu hay một lượng mẫu thích hợp và pha loãng thành 100 ml Tiến hành các bước xử lý mẫu trước khi phân tích : • Mẫu có độ màu : thêm 3 ml huyền treo, khuấy kỹ, lắng, lọc, rửa giấy lọc. Nước rửa nhập chung vào nước qua lọc. • Nếu có sulfide hoặc thiosulfate , thêm từng giọt NaOH 0,1 N cho đến khi đổi màu phenolphthalein. Sau đó thêm H2O2, khuấy đều, sau cùng trung hòa với H 2SO4 0,1N. • pH thích hợp cho phản ứng dao động trong khoảng pH 7 – 8. Nếu ngoài khoảng này, cần trung hoà trước khi thêm chỉ thị . Định phân bằng dung dịch AgNO 3. Tại điểm kết thúc, dung dịch chuyển từ màu vàng sang màu đỏ gạch. Ghi nhận thể tích V1 ml AgNO3 đã sử dụng . Tiến hành song song một mẫu trắng (nước cất) theo các bước tương tự như trên . Ghi nhận thể tích Vo ml AgNO3 sử dụng . IV. TÍNH TOÁN: ( V1 - Vo ) x 500 Chloride ( mg/l ) = -------------------------V mẫu NaCl ( mg/l ) = Chloride ( mg/l ) x 1,65 Với : V1 : Thể tích dd AgNO3 dùng định phân mẫu Vo : Thể tích dd AgNO3 dùng định phân mẫu trắng Vmẫu : Thể tích mẫu ban đầu V. CÂU HỎI: 1. Tại sao phải thực hiện phân tích mẫu trắng trong phương pháp định phân chloride ? Do sự khác biệt của tích số tan, khi thêm dung dịch AgNO 3 vào mẫu Ag+ phản ứng trước vớiCl- tạo kết tủa AgCl trắng . Sau khi hoàn tất phản ứng, lượng Ag + dư phản ứng tiếp với CrO42- , tạo thành kết tủa đỏ gạch theo phương trình : 2Ag+ + CrO42- -> Ag2CrO4 Khi nhỏ AgNO3 vào 25 ml nước cất đã chứa chất chỉ thị K 2Cr2O4 , phải cần đến 0.2 ml AgNO3 thì mắt ta mới nhận thấy sự đổi màu : từ màu vàng sang màu đỏ gạch . Dùng mắt phân biệt sự đổi màu để kết thúc chuẩn độ gây sai số, và 0.2 ml AgNO 3 là lượng dư mà ta đã nhỏ vào dung dịch mẫu . 2. Thảo luận ý nghĩa của nồng độ chloride cao trong nguồn nước ? Khi ta thêm một lượng thừa dicromat vào thì thể tích AgNO 3 dùng để định phân sẽ thấp , Ag2CrO4 sẽ chuyển đổi sớm, phản ứng tạo kết tủa đỏ gạch xảy ra nhanh hơn và làm sai lệch đến kết quả chuẩn độ AgNO3 . 3. Tại sao phương pháp định phân cần thực hiện trong môi trường trung hòa ? Nếu thực hiện trong môi trường kiềm mạnh (pH cao ), Ag + tạo thành cromat chuyển thành . BÀI 5. NHU CẦU OXY HÓA SINH HÓA (BOD) 1. ĐẠI CƯƠNG: 1. Ý nghĩa môi trường BOD được ứng dụng để xác định mức độ ô nhiễm của nước thải và là một trong những kiểm nghiệm quan trọng nhất trong hoạt động kiểm soát ô nhiễm dòng chảy, qua đó cho phép đánh giá khả năng tự làm sạch của nguồn nước. Số liệu BOD được ứng dụng cho thiết kế các công trình xử lý dồng thời xác định sơ bộ hiệu quả của công trình xử lý. Theo lý thuyết, thời gian để oxy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ là vô hạn. Tuy nhiên để chuẩn hóa kỹ thuật xét nghiệm, thời gian ủ được chọn là 5 ngày. Đối với nước thải gia đình và một số nước thải công nghiệp, BOD 5 chiếm khoãng 70 % BOD tổng. Trong thực tế, để đảm bảo tính chính xác trong nghiên cứu, ta xác định đường cong BOD theo thời gian. 2. Phương pháp xác định Phương pháp xác định BOD là phương pháp oxy hóa ướt, trong đó vi sinh vật sống giữ vai trò oxy hóa các chất hữu cơ thành CO 2 và H2O theo phương trình tổng quát sau: CnHaObNc + (n + a/4 – b/2 – 3c/4) O2 --- nCO2 + (a/2 – 3c/2) H2 O + c NH3 Từ mức độ chênh lệch của hàm lượng oxy hòa tan trong mẩu trước và sau khi ủ 5 ngày, ta xác định được BOD 5 của mẫu nước. Nhìn chung, phản ứng oxy hóa trong kiểm nghiệm BOD là kết quả của các hoạt động sinh học. Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ chất hữu cơ trong mẫu. II. HOÁ CHẤT VÀ THIẾT BỊ: 2.1. Thiết bị và dụng cụ - Bộ phân tích BOD (chai ủ và tủ ủ) - Ống lường 500 ml: 1 - Pipet 25 ml: 1 - Pipet 1 ml: 5 - Muổng múc hóa chất: 1 2.2. Hóa chất  Dung dịch NaOH 1N: Hoà tan 40 g NaOH vào nước cất và định mức thành 1 lít  Dung dịch MgSO4:Hoà tan 22,5 g MgSO4.7H2O vào nước cất và định mức thành 1 lít  Dung dịch FeCl3:Hoà tan 0,25 g FeCl3.6H2O vào nước cất và định mức thành 1 lít  Dung dịch đệm phốphát: Hoà tan 8,5 g KH 2PO4; 21,75 g K2HPO4; 33,4 g Na2HPO4và 1,7 g NH4Cl và định mức thành 1 lít  Dung dịch CaCl2: Hoà tan 1,15 g NH4Cl vào 500 ml nước cất, dùng naOH chỉnh pH lên 7,2 bằng NaOH, định mức thành 1 lít dung dịch bằng nước cất.  KOH (dạng vẩy) 3. THỰC HÀNH: 3.1 Chuẩn bị dung dịch - Dùng NaOH hoặc H2SO4 để trung hòa dung dịch mẫu đến pH = 7 – 7,5 - Dựa vào COD đã biết, định sơ bộ BOD của dung dịch mẫu từ đó chọn thể tích mẫu thích hợp. BOD : 0 – 90 mg/l , chọn thể tích mẫu là 400 ml 90 – 250 mg/l, thể tích mẫu là 250 ml 250 – 600 mg/l, thể tích mẫu là 150 ml 600 – 900 mg/l, thể tích mẫu là 100 ml Nếu mẫu có hàm lượng BOD quá cao, ta cần pha loãng mẫu trước khi ủ, sau cho BOD < 900 mg/l. 3.2. Các bước tiến hành  Lấy thể tích mẫu thích hợp cho vào các chai BOD  Thêm vào các chai chất dinh dưỡng theo liều lượng 1ml/l  Chuyển chai BOD vào tủ điều nhiệt ( giữ ở nhiệt độ 20 oC)  Để ổn định sau 20 phút sau đó cho KOH vào các nút cao su (không để dính vào thành lổ)  Để nút cao su đúng vị trí và vặn đầu dò kín miệng chai  Chọn thang đo và bật máy bắt đầu đo Sau 5 ngày, đọc kết quả đo trực tiếp trên máy. V. TRẢ LỜI CÂU HỎI: 1. Nêu rõ ứng dụng của kiểm nghiệm BOD trong xử lý nước thải? Số liệu BOD được dùng rộng rãi trong thực tế kỹ thuật môi trường. BOD là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá tính chất nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp. BOD là chỉ tiêu duy nhất để xác định lượng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học. BOD còn là chỉ tiêu đánh giá tự làm sạch các nguồn nhận và là tiêu chuẩn để kiểm tra chất lượng của các dòng thải vào nguồn nước này. BOD là cơ sở để chọn lựa phương pháp xử lý và xác định kích thước của những thiết bị và đánh giá hiệu quả của từng đơn vị trong hệ thống xử lý. 2. Tạo sao chọn BOD 5 cho phép phân tích BOD? Trên cơ sở phân tích những mẫu BOD theo thời gian khác nhau thì cho các kết quả khác nhau. Căn cứ theo kết quả phân tích được cho thấy sau khi ủ BOD trong 5 ngày cho được kết quả tốt nhất nên các nhà phân tích đã chọn BOD5 cho phép phân tích BOD. 3. Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ oxy hóa sinh hoá trong kiểm nghiệm BOD? Các mẫu phải được bảo quản tránh tiếp xúc với không khí để ngăn cản oxy trong không khí vào nước khi hàm lượng oxy hoà tan trong mẫu giảm. Những loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao cần phải được pha loãng thích hợp để đảm bảo lượng oxy hòa tan phải tồn tại trong suốt quá trình thí nghệm. Phân tích BOD áp dụng quá trình sinh học nên phải khống chế điều kiện môi trường thích hợp cho sự phát triển của vi sinh vật. Các chất độc hại đối với các vi sinh vật phải được loại bỏ khỏi dung dịch. Tất cả các thành phần dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật như N, P và những nguyên tố vi lượng phải được bổ sung. BÀI 6. NHU CẦU OXY HÓA HỌC (COD) 1. ĐẠI CƯƠNG: Nhu cầu oxy hóa học là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ trong thành phần nước thải bằng phương pháp hóa học ( sử dụng tác nhân oxy hóa mạnh). Theo phương pháp này, chỉ trong một khoảng thời gian ngắn, hầu như toàn bộ các chất hữu cơ đã bị oxy hoá chỉ trừ một số rất ít trường hợp ngoại lệ, nhờ vậy cho phép xác định nhanh hàm lượng chất hữu cơ. Tuy nhiên phương pháp trên vẫn có nhược điểm là không thể phân biệt được giữa các chất hữu cơ có thể bị oxy hóa hay trơ với oxy hóa sinh học. Nhiều chất oxy hóa mạnh đã được nghiên cứu cho kiểm nghiệm COD như KMnO4, KI, K2Cr2O7. Trong đó, KMnO4 và KI cho hiệu quả oxy hóa kém (COD < BOD), chỉ có K2Cr2O7 tỏ ra hữu hiệu nhất. 1. Ý nghĩa môi trường COD là thông số quan trọng để khảo sát, đánh giá hiện trạng ô nhiễm và xác định hiệu quả của các công trình xử lý nước. 2. Phương pháp xác định Phần lớn các chất hữu cơ đều bị oxy hóa bởi K 2Cr2O7 trong môi trường acid, ở nhiệt độ 150 oC . Phản ứng diễn ra theo phương trình sau: CnHaOb + cCr2O7 + 8cH+  nCO2 + (a/2 + 4 c)H2O + 2cCr3+ Với: c = 2/3 n + a/6 – b/3 Dựa vào hàm lượng chất hữu cơ trong mẫu, chọn hàm lượng chất oxy hóa đặc hay loãng ( 0,1 N hay 0,025 N) cho thích hợp. Sau khi hản ứng oxy hóa xảy ra hoàn toàn, ta định phân lượng diromatkali dư bằng Fe(NH4)2SO4 theo phương trình: 6Fe2+ + Cr2O7 2- + 14 H+ -> 6Fe3+ + 3Cr3+ + 7 H2O Trị số COD chính là lượng oxy tính từ hàm lượng K 2Cr2O7 tham gia phản ứng oxy hóa. 1. Các yếu tố ảnh hưởng Bằng phương pháp đun hoàn lưu dicromat, các hợp chất béo mạch thẳng, hợp chất nhân thơm và piridin không bị oxy hóa. Để gia tăng vận tốc phản ứng, sử dụng thêm Ag2SO4 làm chất xúc tác. Tuy nhiên, bạc dễ kết tủa với các ion thuộc họ halogen và chính các halogen cũng bị oxy hóa một phần bởi dicromat nên phải cho thêm HgSO 4 vào dung dịch K2Cr2O7 để tạo phức bền HgCl42-. Lượng HgSO4 cho vào dung dịch theo tỉ lệ HgSO4/Cl = 10:1 . Phương pháp oxy hóa có xúc tác cho phép oxy hóa được rựơu và acid mạch thẳng mà không oxy hóa được các hydrocacbon mạch vòng. II. THIẾT BỊ, HÓA CHẤT: 2.1. Thiết bị - Pipet 5 ml: 2 - Pipet 10 ml: 1 - Buret 50 ml: 1 - Erlen 100 ml: 5 - Ống COD : 5 - Tủ sấy 150oC 2.2. Hóa chất  Dung dịch chuẩn K2Cr2O7 0,1 N: Hòa tan 4,913 g K 2Cr2O7 (sấy ở 105oC trong 2 giờ) trong 500 ml nước cất, thêm vào 167 ml H 2SO4 đậm đặc và 33,3 g HgSO 4, khuấy tan, để nguội đến nhiệt độ phòng, định mức thành 1 lít.  H2SO4: Hoà tan 5,5 gam Ag2SO4 trong 1 kg H2SO4 đậm đặc, để 1-2 ngày cho hoà tan hoàn toàn.  Dung dịch ferrous amonium sulfate (FAS 0,1N): Hoà tan 39,2g Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O vào nước cất thêm vào 20 ml H2SO4 đậm đặc và định mức thành 1 lít  Dung dịch ferrous amonium sulfate (FAS 0,025N): Hoà tan 9,8g Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O vào nước cất thêm vào 20 ml H2SO4 đậm đặc và định mức thành 1 lít  Dung dịch potasium hydrogen phthalate chuẩn (500 gO 2/l): Hoà tan 425 mg potasium hydrogen phthalate đã sấy khô ở nhiệt độ 120 oC trong 2 giờ vào nước cất và định mức thành 1 lít. III. THỰC HÀNH: 3.1 Phương pháp đun hoàn lưu kín  Rửa ống COD và nút bằng dung dịch H2SO4 20% trước khi sử dụng  Chọn thể tích mẫu và hóa chất theo bảng hướng dẫn sau: Kích thước DD V mẫu, ml H2SO4, ml Vtc, ml ống K2Cr2O7 , ml 16 * 100 (mm) 2,5 1,5 3,5 7,5 20 * 150 (mm) 5,0 3,0 7,0 17,0 25 * 150 (mm) 10,0 6,0 14,0 30,0 Ong 10 ml 2,5 1,5 3,5 7,5  Cho vào ống COD V (ml)mẫu, dung dịch K 2Cr2O7 0,1 N và H2SO4 theo bảng hướng dẫn trên. lưu ý phản ứng xảy ra mạnh nên cần cho acid cẩn thận, chảy dọc theo thành ống nghiệm. Sau đó, lắc mẫu thật đều  Làm tương tự 2 mẫu trắng (thay mẫu bằng nước cất)  Cho ống nghiệm vào tủ sấy, nung ở nhiệt độ 150oC trong vòng 2 giờ (Nung kèm theo 1 ống mẫu trắng ở nhiệt độ 150oC)  Để nguội đến nhiệt độ phòng, đổ ra erlen, thêm 2 giọt chỉ thị ferroin và định phân bằng FAS 0,1 N. Kết thúc phản ứng khi dung dịch chuyển từ màu xanh lục sang nâu đỏ. Tương tự, định phân mẫu trắng đun và không đun. 3.2 Phương pháp đun hoàn kưu hở  Lấy 50 – 100 ml mẫu cho vào bình cầu COD  Lần lượt thêm vài viên bi thủy tinh,1 g HgSO4, 5 ml H2SO4, lắc đều cho tan HgSO4.  Thêm 25 nl dung dịch K2Cr2O70,025N  Nối với hê thống đun hoàn lưu, cần thận thêm 70 ml H 2SO4 qua phểu đặt trên miệng ống làm lạnh sau đó lắc nhẹ để trộn đều hỗn hợp. Bật bếp, đun hoàn lưu trong vòng 2 giờ.  Để nguội đến nhiệt độ phòng, đổ mẫu ra erlen, định phân bằng dung dịch FAS 0,025N. Kết thúc phản ứng khi dung dịch chuyển sang màu nâu đỏ, ghi nhận thể tích FAS đã dùng. IV. TÍNH TOÁN: (Vođ – Vm) *8 * 1000 * CN COD = --------------------------------V mẫu - Vo: Thể tích FAS chuẩn độ mẫu nước cất, không đun; ml - Vođ : Thể tích FAS chuẩn độ mẫu nước cất,có đun; ml - Vm: Thể tích FAS chuẩm độ mẫu nước cần phân tích ; ml - CN: Nồng độ đương lượng của FAS; CN = 3*0.1/Vo - V mẫu: Thể tích dung dịch mẫu, ml V. TRẢ LỜI CÂU HỎI: 1. Nêu sự khác nhau giữa phương pháp đun kín và phương pháp đun hoàn lưu hở? Thể tích mẫu của phương pháp đun hoàn lưu kín không vượt quá 10ml còn phương pháp đun hoàn lưu hở thể tích của mẫu có thể dao động từ 50 – 100ml. Các bước tiến hành không giống nhau và hoá chất cho vào để chuẩn độ cũng không giống nhau ( trình bày ở trên) 2. Ý nghĩa của việc kiểm tra COD? Chỉ tiêu COD được dùng để xác định hàm lượng chất hữu cơ có trong nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp. COD là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ thành CO2 và H2O dưới tác dụng của chất oxy hóa mạnh, từ đó lên phương án nên xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hay hoá học. 3. Vai trò của AgSO4 và HgSO4 trong kiểm nghiệm COD? AgSO4 là chất xúc tác nhằm làm tăng tốc độ phản ứng trong quá trình oxy hoá các chất hữu cơ mạch thẳng hoặc các nhân thơm và piridin. HgSO4 cho vào dung dịch K2Cr2O7 để tạo phức bền HgCl 42- vì khi cho chất xúc tác AgSO4 thì Ag sẽ kết tủa với các ion halogen nên sẽ gây ảnh hưởng đến quá trình nhận màu bằng mắt. Mặt khác chính các halogen này cũng bị oxy hoá một phần bởi dcromat do đó nó sẽ ảnh hưởng đến quá trình phân tích.