Tài liệu Xác định hàm lượng sắt hoà tan trong nước bằng phương pháp trắc quang sử dụng thuốc thử 1,10–phenantrolin

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HCM KHOA HÓA  KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP Đề tài: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG SẮT HOÀ TAN TRONG NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG SỬ DỤNG THUỐC THỬ 1,10–PHENANTROLIN GVHD: ThS. Trần Thị Lộc SVTT: Chu Thị Kim Hương Lớp: Hóa 4A MSSV: 35201030 THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - Tháng 5 Năm2013 LỜI CẢM ƠN Khóa luận được hoàn thành tại phòng thí nghiệm Hóa Công Nông – Môi Trường - khoa Hoá học - Trường Đại học Sư phạm Thành Phố Hồ Chí Minh. Bằng tấm lòng trân trọng, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới Thầy Nguyễn Văn Bỉnh, Cô Trần Thị Lộc - người đã hướng dẫn khoa học, tận tình chỉ bảo em trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Em xin cảm ơn Ban giám hiệu nhà trường, tất cả các thầy cô trong khoa Hoá đã quan tâm, tạo điều kiện cho em trong suốt thời gian qua, đặc biệt là các thầy cô trong tổ Công Nông – Môi Trường, tổ Hữu cơ. Em xin chân thành cảm ơn cô Diệu đã giúp đỡ chúng em nhiệt tình về dụng cụ, trang thiết bị, hóa chất trong suốt thời gian làm khóa luận. Cuối cùng xin gửi lời cảm ơn đến tất cả bạn bè, những người đã đồng hành và luôn bên cạnh em trong suốt thời gian qua. Do thời gian, điều kiện, cũng như kinh nghiệm của bản thân còn hạn chế nên khóa luận chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy, em xin chân thành ghi nhận những ý kiến đóng góp quý báu của quý thầy cô và bạn bè để khóa luận được hoàn thiện hơn. Thành Phố Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2013 Sinh viên thực hiện Chu Thị Kim Hương MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .................................................................................. 0 MỤC LỤC ........................................................................................ 0 MỞ ĐẦU ........................................................................................... 0 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC ....................................... 3 1.1. PHÂN BỐ NƯỚC TRÊN TRÁI ĐẤT [15] ................................... 3 1.2. VAI TRÒ CỦA NƯỚC TRONG SINH QUYỂN [25] ................. 3 1.3. CHU TRÌNH NƯỚC TOÀN CẦU [16] ......................................... 5 1.4. PHÂN LOẠI NƯỚC [13, 14, 16].................................................... 6 1.5. TÀI NGUYÊN NƯỚC SÔNG Ở VIỆT NAM [15] ..................... 10 1.6. TÀI NGUYÊN NƯỚC Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH [23] . 10 1.7. THÀNH PHẦN SINH HÓA CỦA NƯỚC [16] .......................... 12 1.8. Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC [16] ...................................... 15 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ SẮT ......................................... 18 2.1. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN TỐ SẮT [11, 19] ................................ 18 2.1.1 Vị trí, cấu tạo và tính chất của sắt. ....................................................................... 18 2.1.2 Trạng thái tự nhiên. ............................................................................................... 18 2.2. CÁC PHẢN ỨNG TẠO PHỨC CỦA SẮT VỚI MỘT SỐ THUỐC THỬ ............................................................................................................ 18 2.3. MỘT SỐ ỨNG DỤNG CỦA SẮT [8]............................................... 20 2.4. SẮT VÀ SỰ CHUYỂN HÓA CỦA SẮT TRONG MÔI TRƯỜNG [3] ................................................................................................................ 21 2.5. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SẮT ........................................ 23 CHƯƠNG 3: GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH TRẮC QUANG ...................................................... 25 3.1. ĐỊNH NGHĨA [4] ............................................................................... 25 3.2. SỰ HẤP THỤ ÁNH SÁNG CỦA CÁC CHẤT VÀ CÁC ĐỊNH LUẬT HẤP THỤ CƠ BẢN [4, 7] ............................................................ 25 3.3. NGUYÊN TẮC CHUNG CỦA PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ĐO ĐỘ HẤP THỤ QUANG ĐỂ XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ ............................ 27 CHƯƠNG 4: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG SẮT TRONG NƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP TRẮC QUANG SỬ DỤNG THUỐC THỬ 1,10-PHENANTROLIN [17, 18, 21] .................. 28 4.1. LẤY MẪU VÀ BẢO QUẢN MẪU ................................................... 28 4.1 NGUYÊN TẮC CỦA PHƯƠNG PHÁP ......................................... 28 4.2. HÓA CHẤT ........................................................................................ 29 4.3. DỤNG CỤ ........................................................................................... 30 4.4. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ................................................. 31 4.5. KẾT QUẢ TÍNH TOÁN.................................................................... 32 CHƯƠNG 5: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ....................................... 33 5.1. CHỌN ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU ............................................................ 33 5.2. PHÂN TÍCH HÀM LƯỢNG SẮT HÒA TAN TRONG NƯỚC SÔNG.......................................................................................................... 34 KẾT LUẬN .................................................................................... 51 PHỤ LỤC ....................................................................................... 53 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ về các lĩnh vực kinh tế, văn hóa, xã hội, cuộc sống con người ngày càng ổn định hơn, nhưng hậu quả không thể tránh khỏi, chính là môi trường sống càng trở nên ô nhiễm hơn. Bằng chứng là trong những năm gần đây, thảm họa thiên nhiên liên tục xảy ra trên toàn thế giới như động đất, sóng thần, lũ lụt gây thiệt hại lớn về con người và của cải. Chính vì thế việc nghiên cứu về ô nhiễm môi trường và biện pháp bảo vệ môi trường ngày càng cấp thiết. Ô nhiễm môi trường ảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe con người, trong đó có thể kể tới ô nhiễm kim loại nặng trong nước. Vì vậy, xác định hàm lượng kim loại nặng trong nước là công việc vô cùng quan trọng. Một trong những kim loại được chú ý là sắt, do nếu hàm lượng sắt hòa tan quá cao thì không chỉ ảnh hưởng tới sức khỏe của con người mà còn ảnh hưởng xấu tới các hoạt động sản xuất, du lịch, cấp nước… Cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, có nhiều cách xác định hàm lượng sắt hòa tan trong nước khác nhau như: phương pháp trắc quang, phổ hấp thụ nguyên tử, cực phổ Von-Ampe hoà tan... Một trong những phương pháp phân tích phổ biến để xác định hàm lượng sắt hòa tan trong nước là phương pháp trắc quang. Đây là phương pháp được sử dụng nhiều, tuy chưa phải hoàn toàn ưu việt nhưng xét về nhiều mặt có những ưu điểm nổi bật như: có độ lặp lại cao, độ chính xác và độ nhạy đạt yêu cầu của phép phân tích. Mặt khác, phương pháp này thao tác trên các phương tiện máy móc không quá đắt, dễ bảo quản và sử dụng, cho giá thành phân tích rẻ, phù hợp yêu cầu cũng như điều kiện của các phòng thí nghiệm trong nước hiện nay. Với lý do kể trên, em chọn đề tài: “Xác định hàm lượng sắt hoà tan trong nước bằng phương pháp trắc quang sử dụng thuốc thử 1,10- phenantrolin” 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU - Tìm hiểu điều kiện tối ưu việc tạo phức của ion sắt (II) với thuốc thử 1,10-phenantrolin - Nghiên cứu ảnh hưởng của một số ion hòa tan trong nước ảnh hưởng đến việc xác định hàm lượng sắt hòa tan trong nước bằng phương pháp trắc quang sử dụng thuốc thử 1,10-phenantrolin. - Phân tích hàm lượng sắt hòa tan trong nước sông kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè và kênh Tàu Hủ - Bến Nghé ở thành phố Hồ Chí Minh. 3. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU - Tìm hiểu tổng quan về nước. - Cơ sở lý luận các phương pháp phân tích sắt. - Tìm hiểu điều kiện tối ưu việc tạo phức của ion sắt (II) với thuốc thử 1,10-phenantrolin. - Nghiên cứu sự cản nhiễu các ion hòa tan trong nước. - Phân tích hàm lượng sắt hòa tan trong nước. - Đánh giá kết quả phân tích. 4. ĐỐI TƯỢNG VÀ KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU Sử dụng phương pháp trắc quang với thuốc thử 1,10-phenantrolin để xác định hàm lượng sắt trong nước ở một số vị trí dọc theo kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè và kênh Tàu Hủ - Bến Nghé ở thành phố Hồ Chí Minh. 5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu tài liệu - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm - Phương pháp phân tích, tổng hợp. 6. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC Qua việc xác định hàm lượng sắt hòa tan trong nước sông, đánh giá chất lượng nước của kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè và kênh Tàu Hủ - Bến Nghé để đánh giá mức độ cải tạo của hai dòng kênh này. 7. GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI - Dùng phương pháp trắc quang với thuốc thử 1,10-phenantrolin, thực hiện trong phòng thí nghiệm Công Nông – Môi Trường trường Đại Học Sư Phạm thành phố Hồ Chí Minh. - Mẫu nước lấy ở kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè và kênh Tàu Hủ - Bến Nghé thành phố Hồ Chí Minh. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC 1.1. PHÂN BỐ NƯỚC TRÊN TRÁI ĐẤT [15] Trên hành tinh chúng ta, nước tồn tại khắp nơi: trên mặt đất, trong biển và đại dương, dưới đất và trong không khí dưới các dạng: lỏng (nước sông, suối, ao hồ, biển, khí (hơi nước) và rắn (băng tuyết). Theo tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa của Liên hiệp quốc (UNESCO), lượng nước trong thủy quyển được phân bố như sau: Lượng nước trong thủy quyển: 1386.106 km3 100% Nước ngọt: 35.106 km3 2,5% Nước mặn: 1351.106 km3 97,5% Trong thành phần nước ngọt, dạng rắn chiếm 24,3.106 km3 (69,4%), dạng lỏng là 10,7.106 km3 (30,6%). Trong 10,7.106 km3 (100%) nước dạng lỏng, nước ngầm chiếm đại bộ phận với 10,5.106 km3 (98,3%); hồ và hồ chứa là 0,102.106 km3 (0,95%); thỗ nhưỡng 0,047.106 km3 (0,44%); sông ngòi 0,020.106 km3 (0,19%); khí quyển 0,020.106 km3 (0,19%) và sinh quyển 0,011.106 km3 (0,10%). Sự phân bố lượng nước trên Trái Đất không đều theo các đại dương, biển và lục địa 1.2. VAI TRÒ CỦA NƯỚC TRONG SINH QUYỂN [25] Vai trò của nước đối với sự sống con người và sinh vật Nước chứa trong cơ thể sinh vật một hàm lượng rất cao, từ 50 - 90% khối lượng cơ thể sinh vật là nước, có trường hợp nước chiếm tỷ lệ cao hơn. Trong cơ thể người, nước chiếm 60-65% trọng lượng cơ thể trưởng thành, đến 90% ở phôi, 70% ở trẻ sơ sinh. Trong các mô cứng như xương, răng, móng, nước chiếm 10-20%. Đối với các mô, cơ quan, khi lượng nước thay đổi tới hơn 10% sẽ dẫn tới tình trạng bênh lý. Nước là môi trường khuyếch tán cho các chất của tế bào, tạo nên các chất lỏng sinh học như máu, dịch gian bào, dịch não tủy. Nước là nguyên liệu cho cây trong quá trình quang hợp tạo ra các chất hữu cơ. Nước là môi trường hoà tan chất vô cơ và phương tiện vận chuyển chất vô cơ và hữu cơ trong cây, vận chuyển máu và các chất dinh dưỡng ở động vật. Nước tham gia vào quá trình trao đổi năng lượng và điều hòa nhiệt độ cơ thể. Cuối cùng nước giữ vai trò tích cực trong việc phát tán nòi giống của các sinh vật, nước còn là môi trường sống của nhiều loài sinh vật. Vì vậy các cơ thể sinh vật thường xuyên cần nước. Một người nặng 60 kg cần cung cấp 2-3 lít nước để đổi mới lượng nước của cơ thể, và duy trì các hoạt động sống bình thường. Vai trò của nước đến khí hậu Nước quyết định vai trò của đại dương về khí hậu bởi nước có nhiệt dung riêng lớn. Các đại dương và biển tích lũy nhiệt lượng của bức xạ mặt trời vào mùa hè và dùng lượng nhiệt đó để sưởi ấm khí quyển vào mùa đông. Các dòng hải lưu mang nhiệt năng từ các vùng nhiệt đới lên các biển phía bắc, làm dịu và cân bằng khí hậu của nhiều vùng trên Trái Đất. Ví dụ như khí hậu vùng Tây Âu dịu mát nhờ vai trò của dòng hải lưu nóng khổng lồ Gulf - stream chảy từ vịnh Mexico qua Đại Tây Dương vòng qua bờ biển Anh và Nauy. Đại dương cùng với gió đóng vai trò điều hòa thành phần không khí hòa tan các chất của khí quyển, còn các dòng hải lưu thì chuyển chúng đi rất xa. Vai trò của nước đối với sự phát triển kinh tế Nước đáp ứng nhu cầu đa dạng của con người như sử dụng trong sinh hoạt: tắm rửa, giặt, nấu ăn… Tùy theo trình độ phát triển xã hội và khả năng cung cấp mà lượng nước cần cho mỗi người một ngày trong các vùng đô thị có thể đạt từ 100 300 lít hay hơn nữa. Trong nông nghiệp, nước là yếu tố vô cùng quan trọng để tạo ra năng suất và sản lượng cây trồng. Nước có vai trò hòa tan các loại muối khoáng trong đất và giúp cho rễ cây có thể hút được các chất dinh dưỡng cần thiết để nuôi cây. Nước, không khí, các chất khoáng là những nguyên liệu cần thiết để cây trồng tổng hợp nên các chất hữu cơ trong cây, nhưng nước là yếu tố mà cây trồng phải sử dụng với khối lượng lớn nhất. Lượng nước này 99,8% được sử dụng vào quá trình bay hơi mặt lá và chỉ có từ 0,1 – 0,3% là để xây dựng các bộ phận của cây. Lượng nước chứa trong các bộ phận của cây luôn luôn thay đổi, chính vì vậy mà mỗi ngày trên một diện tích 1 ha cây trồng như lúa, ngô, rau phải cần 30-60 m3 nước và mỗi vụ cây trồng cần 3000-6000 m3 nước tùy theo loại cây trồng và thời vụ canh tác, điều kiện bức xạ, nhiệt độ, độ ẩm, mưa của từng nơi. Trong công nghiệp, bất kì ngành sản xuất công nghiệp nào cũng cần sử dụng nước đặc biệt như công nghiệp chế biến thực phẩm, dệt, nhuộm… Ví dụ: để sản xuất một tấm vải cần 4000-6000 m3 nước. Ngoài ra, nước còn dùng để tạo năng lượng. Thí dụ chạy bằng sức nước, các nhà máy thủy điện hiện nay sản xuất hàng tỷ kW giờ điện cho mỗi con người hằng ngày. Vậy nước là đầu vào của bất kì hoạt động sản xuất nào của con người, tạo ra sản phẩm cho xã hội. Tính thiết yếu còn thể hiện ở chỗ không thể dùng loại tài nguyên nào khác thay thế nước trong quá trình chế biến, sản xuất ra sản phẩm cho con người. 1.3. CHU TRÌNH NƯỚC TOÀN CẦU [16] Nguồn nước trong tự nhiên luôn được luân hồi theo chu trình thủy văn. Do vậy lượng nước được bảo toàn, chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác (lỏng, khí, rắn) hoặc từ nơi này tới nơi khác. Tùy theo phân loại nguồn nước (đại dương, hồ, sông, hơi ẩm đất…) thời gian luân hồi có thể rất ngắn (8 ngày đối với hơi ẩm không khí) hoặc có thể kéo dài hàng năm, hàng ngàn năm. Trong chu trình thủy văn nguồn nước ngọt được luân hồi qua quá trình bốc hơi và mưa (thời gian luân hồi thường ngắn theo hàng năm). Hiện nay hàng năm toàn thế giới mới sử dụng 4000km3 nước ngọt, chiếm khoảng hơn 40% tổng số nguồn nước ngọt có thể khai thác. Tuy nhiên nguồn nước mưa và nước ngọt phân bố rất không đồng đều, trong khi có nhiều vùng bị ngập lụt thì các vùng khác lại thiếu nước ngọt. 1.4. PHÂN LOẠI NƯỚC [13, 14, 16] Nước mặt Đây là khái niệm chung chỉ các nguồn nước trên mặt đất, bao gồm các dạng động (chảy) như sông, suối, kênh, rạch và dạng tĩnh hay dạng chảy chậm như ao, hồ, đầm… Nước mặt có nguồn gốc chính là nước chảy tràn do mưa hay cũng có thể từ nước ngầm chảy ra do áp suất cao hay dư thừa độ ẩm trong đất cũng như dư thừa số lượng trong các tầng nước. Nước chảy tràn vào các sông luôn ở trạng thái động, phụ thuộc vào lưu lượng và mùa trong năm. Chất lượng nước phụ thuộc nhiều vào các lưu vực. Nước qua vùng núi đá vôi, đá phấn thì sẽ trong và cứng. Nước chảy qua vùng đất có tính thấm kém thì sẽ đục và mềm. Các hạt mịn hữu cơ và vô cơ bị cuốn theo khó sa lắng. Nước chảy qua rừng rậm thì sẽ trong và chứa nhiều chất hữu cơ hòa tan. Nạn phá rừng làm cho nước cuốn trôi hầu hết các thành phần trong đất. Bảng 1.1. Chất lượng nước mặt-QCVN 08:2008/BTNMT Thông số TT Giá trị giới hạn Đơn vị A B A1 A2 B1 B2 6-8,5 6-8,5 5,5-9 5,5-9 1 pH 2 Ôxy hoà tan (DO) mg/l ≥6 ≥5 ≥4 ≥2 3 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 20 30 50 100 4 COD mg/l 10 15 30 50 5 BOD 5 (20oC) mg/l 4 6 15 25 6 Amoni (NH+ 4 ) (tính theo N) mg/l 0,1 0,2 0,5 1 7 Clorua (Cl-) mg/l 250 400 600 - 8 Florua (F-) mg/l 1 1,5 1,5 2 9 Nitrit (NO- 2 ) (tính theo N) mg/l 0,01 0,02 0,04 0,05 10 Nitrat (NO- 3 ) (tính theo N) mg/l 2 5 10 15 11 Phosphat (PO 4 3-)(tính theo P) mg/l 0,1 0,2 0,3 0,5 12 Xianua (CN-) mg/l 0,005 0,01 0,02 0,02 13 Asen (As) mg/l 0,01 0,02 0,05 0,1 14 Cadimi (Cd) mg/l 0,005 0,005 0,01 0,01 15 Chì (Pb) mg/l 0,02 0,02 0,05 0,05 16 Crom III (Cr3+) mg/l 0,05 0,1 0,5 1 17 Crom VI (Cr6+) mg/l 0,01 0,02 0,04 0,05 18 Đồng (Cu) mg/l 0,1 0,2 0,5 1 19 Kẽm (Zn) mg/l 0,5 1,0 1,5 2 20 Niken (Ni) mg/l 0,1 0,1 0,1 0,1 21 Sắt (Fe) mg/l 0,5 1 1,5 2 22 Thuỷ ngân (Hg) mg/l 0,001 0,001 0,001 0,002 23 Chất hoạt động bề mặt mg/l 0,1 0,2 0,4 0,5 24 Tổng dầu, mỡ (oils & grease) mg/l 0,01 0,02 0,1 0,3 25 Phenol (tổng số) mg/l 0,005 0,005 0,01 0,02 26 Hoá chất bảo vệ thực vật Clo Aldrin+Dieldrin mg/l 0,002 0,004 0,008 0,01 Endrin mg/l 0,01 0,012 0,014 0,02 BHC mg/l 0,05 0,1 0,13 0,015 DDT mg/l 0,001 0,002 0,004 0,005 Endosunfan (Thiodan) mg/l 0,005 0,01 0,01 0,02 Lindan mg/l 0,3 0,35 0,38 0,4 Chlordane mg/l 0,01 0,02 0,02 0,03 Heptachlor mg/l 0,01 0,02 0,02 0,05 Paration mg/l 0,1 0,2 0,4 0,5 Malation mg/l 0,1 0,32 0,32 0,4 hữu cơ 27 Hoá chất bảo vệ thực vật phospho hữu cơ 28 Hóa chất trừ cỏ 2,4D mg/l 100 200 450 500 2,4,5T mg/l 80 100 160 200 Paraquat mg/l 900 1200 1800 2000 29 Tổng hoạt độ phóng xạ a Bq/l 0,1 0,1 0,1 0,1 30 Tổng hoạt độ phóng xạ b Bq/l 1,0 1,0 1,0 1,0 31 E. Coli MPN/ 20 50 100 200 2500 5000 7500 10000 100ml 32 Coliform MPN/ 100ml Ghi chú: Việc phân hạng nguồn nước mặt nhằm đánh giá và kiểm soát chất lượng nước, phục vụ cho các mục đích sử dụng nước khác nhau: A1 – Sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt và các mục đích khác như loại A2, B1 và B2. A2 - Dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng phải áp dụng công nghệ xử lý phù hợp; bảo tồn động thực vật thủy sinh, hoặc các mục đích sử dụng như loại B1 và B2. B1 – Dùng cho mục đích tưới tiêu thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác có yêu cầu chất lượng nước tương tự hoặc các mục đích sử dụng như loại B2. B2 - Giao thông thủy và các mục đích khác với yêu cầu nước chất lượng thấp. Nước ngầm Nước ngầm tồn tại ở các tầng hay túi trong lòng đất. Chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào một loạt các yếu tố: chất lượng nước mưa, thời gian tồn tại, bản chất lớp đất đá nước thấm qua hoặc tầng chứa nước. Thông thường nước ngầm chứa ít tạp chất hữu cơ và vi sinh vật, giàu các ion vô cơ. Nước ngầm ở các vùng khác nhau có thành phần khác nhau, như ở vùng núi đá, vùng ven đô thị, vùng công nghiệp… Nước ngầm là nguồn tài nguyên quý giá cung cấp cho các vùng đô thị, công nghiệp, tưới tiêu thủy lợi, đặc biệt là các vùng trồng cây công nghiệp tập trung như cây cà phê ở Tây Nguyên. Nước ngầm và nước bề mặt có các tính chất khác nhau, bảng 1.2. trình bày các tính chất và sự khác nhau cơ bản giữa nước ngầm và nước bề mặt Bảng 1.2. Một số đặc điểm khác nhau giữa nước ngầm và nước mặt Thông số Nước ngầm Nước bề mặt Nhiệt độ Tương đối ổn định Thay đổi theo mùa Chất rắn lơ lửng Rất thấp, hầu như không có Thường cao và thay đổi theo mùa Chất khoáng Ít thay đổi, cao hơn so với Thay đổi tùy thuộc vào lượng hòa tan nước mặt đất lượng mưa Hàm lượng Fe2+, Mn2+ Khí CO 2 hòa Thường xuyên có trong nước Rất thấp, chỉ có khi nước ở sát đáy hồ Có nồng độ cao Rất thấp hay bằng 0 Khí O 2 hòa tan Thường không tồn tại Gần như bão hòa Khí NH 3 Thường có Khí H 2 S Thường có Không có SiO 2 Thường có ở nồng độ cao Có ở nồng độ trung bình tan Có ở nồng độ cao , do bị NO 3 - nhiễm bởi phân bón hóa học Vi sinh vật Có khi nguồn nước bị nhiễm bẫn Thường rất thấp Chủ yếu do các vi trùng sắt Nhiều loại vi trùng, virut gây gây ra bệnh và tảo Nước biển Nước biển tương đối đồng đều về thành phần, đặc biệt là giàu NaCl, vì vậy nước biển được gọi là nước mặn. Khoảng ¾ bề mặt Trái Đất được bao phủ bởi nước biển. Có thể phân theo tỉ lệ muối hòa tan từ mức độ lớn tới nhỏ là nước mặn ở các vùng biển và đại dương, nước lợ ở vùng cửa sông và ven biển, nước ngọt ở sông hồ. Thành phần chủ yếu của nước biển là các ion Cl-, SO 4 2-, CO 3 2-, SiO 3 2-, Na+, Ca2+, Mg2+. Nước biển thích hợp với các loài thủy hải sản nước mặn, là môi trường sống của nhiều giới sinh vật. Biển đóng vai trò quan trọng trong chu trình tuần hoàn nước toàn cầu. 1.5. TÀI NGUYÊN NƯỚC SÔNG Ở VIỆT NAM [15] Nước ta có một mạng lưới sông ngòi dày đặc (tổng số sông từ cấp I - VI có 2360 con sông) thể hiện sự chia cắt địa hình phức tạp. Đó là kết quả của sự tương tác lâu dài giữa khí hậu nhiệt đới gió mùa nóng ẩm - yếu tố ngoại lực và hoạt động tạo sơn đứt gãy uốn nếp - yếu tố nội lực. Khí hậu nước ta nóng ẩm, mưa nhiều với lượng mưa trung bình năm là 1960mm, là nguyên nhân chính hình thành mạng lưới sông ngòi dày đặc. Mật độ sông suối trung bình trên lãnh thổ là 0,6 km/km2. Trên phần lớn lãnh thổ đạt 1,0 -1,5 km/km2. Mạng lưới sông đó đã vận chuyển một lượng nước tới 839km3/năm. Hầu hết sông ngòi nước ta đều đổ nước ra biển Đông, dọc bờ biển cứ khoảng 20km là có một cửa sông. Sông ngòi nước ta chủ yếu là sông nhỏ, chúng chiếm tới 90% tổng số cả nước. Chỉ có 9 hệ thống sông lớn có diện tích khoảng 371,770 km2. Đó là các hệ thống sông Kỳ Cùng – Bằng Giang, Hồng, Thái Bình, Mã, Cả, Thu Bồn, Đồng Nai và Mê Kông. Khoảng 76% diện tích đất liền nước ta thuộc hệ thống sông này. Ngoài 9 hệ thống sông kể trên còn có một số con sông độc lập như sông Gianh, sông Kiên Giang ở Quảng Bình, sông Thạch Hãn ở Quãng Trị, sông Hương ở Huế thuộc Bắc Trung Bộ, sông Trà Khúc ở Quãng Ngãi, sông Côn ở Bình Định thuộc Nam Trung Bộ. 1.6. TÀI NGUYÊN NƯỚC Ở THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH [23] Nước mặt Về nguồn nước, nằm ở vùng hạ lưu hệ thống sông Ðồng Nai - Sài Gòn, thành phố Hồ Chí minh có mạng lưới sông ngòi kênh rạch rất phát triển. Sông Ðồng Nai bắt nguồn từ cao nguyên Langbiang (Ðà Lạt) và hợp lưu bởi nhiều sông khác, như sông La Ngà, sông Bé, nên có lưu vực lớn, khoảng 45000 km2. Nó có lưu lượng bình quân 20-500 m3/s và lưu lượng cao nhất trong mùa lũ lên tới 10000 m3/s, hàng năm cung cấp 15 tỷ m3 nước và là nguồn nước ngọt chính của thành phố Hồ Chí Minh. Sông Sài Gòn bắt nguồn từ vùng Hớn Quản, chảy qua Thủ Dầu Một đến thành phố với chiều dài 200 km và chảy dọc trên địa phận thành phố dài 80 km. Hệ thống các chi lưu của sông Sài Gòn rất nhiều và có lưu lượng trung bình vào khoảng 54 m3/s Bề rộng của sông Sài Gòn tại thành phố thay đổi từ 225m đến 370m và độ sâu tới 20m. Sông Ðồng Nai nối thông qua sông Sài Gòn ở phần nội thành mở rộng, bởi hệ thống kênh Rạch Chiếc. Sông Nhà Bè hình thành từ chỗ hợp lưu của sông Ðồng Nai và sông Sài Gòn, cách trung tâm thành phố khoảng 5km về phía Ðông Nam. Nó chảy ra biển Ðông bằng hai ngả chính - ngả Soài Rạp dài 59km, bề rộng trung bình 2km, lòng sông cạn, tốc độ dòng chảy chậm; ngả Lòng Tàu đổ ra vịnh Gành Rái, dài 56km, bề rộng trung bình 0,5km, lòng sông sâu, là đường thủy chính cho tàu bè ra vào bến cảng Sài Gòn. Ngoài trục các sông chính kể trên ra, thành phố còn có mạng lưới kênh rạch chằng chịt, như ở hệ thống sông Sài Gòn có các rạch Láng The, Bàu Nông, rạch Tra, Bến Cát, An Hạ, Tham Lương, Cầu Bông, Nhiêu Lộc-Thị Nghè, Bến Nghé, Lò Gốm, Kênh Tẻ, Tàu Hủ, Kênh Ðôi và ở phần phía Nam thành phố thuộc địa bàn các huyện Nhà Bè, Cần Giờ mật độ kênh rạch dày đặc; cùng với hệ thống kênh cấp 3-4 của kênh Ðông-Củ Chi và các kênh đào An Hạ, kênh Xáng, kênh Bình Chánh đã giúp cho việc tưới tiêu hiệu quả, giao lưu thuận lợi và đang dần dần từng bước thực hiện các dự án giải tỏa, nạo vét kênh rạch, chỉnh trang ven bờ, tô điểm vẻ đẹp cảnh quan sông nước, phát huy lợi thế hiếm có đối với một đô thị lớn. Nước dưới đất Nước ngầm ở thành phố Hồ Chí Minh, nhìn chung khá phong phú tập trung ở vùng nửa phần phía Bắc-trên trầm tích Pleixtoxen; càng xuống phía Nam (Nam Bình Chánh, quận 7, Nhà Bè, Cần Giờ) - trên trầm tích Holoxen, nước ngầm thường bị nhiễm phèn, nhiễm mặn. Ðại bộ phận khu vực nội thành cũ có nguồn nước ngầm rất đáng kể, nhưng chất lượng nước không tốt lắm. Tuy nhiên, trong khu vực này, nước ngầm vẫn thường được khai thác ở ba tầng chủ yếu: 0-20m, 60-90m và 170-200m. Khu vực các quận huyện 12, Hóc môn và Củ Chi có trữ lượng nước ngầm rất dồi dào, chất lượng nước rất tốt, thường được khai thác ở tầng 60-90m. Ðây là nguồn nước bổ sung quan trọng của thành phố. THÀNH PHẦN SINH HÓA CỦA NƯỚC [16] 1.7. Thành phần hóa học Các hợp chất vô cơ, hữu cơ trong nước tự nhiên, có thể tồn tại ở các dạng ion hòa tan, dạng rắn, lỏng, khí… Sự phân bổ các hợp chất này quyết định bản chất của nước tự nhiên như: nước ngọt, nước lợ hoặc nước mặn; nước sạch và nước ô nhiễm; nước giàu dinh dưỡng và nước nghèo dinh dưỡng; nước cứng và nước mềm... Các ion hòa tan Nước là dung môi lưỡng tính nên hòa tan rất tốt các chất như axit, bazơ và muối vô cơ tạo ra nhiều loại ion tồn tại tự nhiên trong môi trường nước. Hàm lượng các ion hòa tan trong nước được đặc trưng bởi độ dẫn điện, nồng độ các ion hòa tan càng lớn thì độ dẫn điện EC (microsimen/cm hay S/cm) của nước càng lớn. Thành phần ion hòa tan của nước biển tương đối đồng nhất, nhưng của nước bề mặt hoặc nước ngầm thì không đồng nhất vì còn phụ thuộc vào đặc điểm khí hậu, địa chất và vị trí thủy vực. Sau đây là số liệu tham khảo về thành phần ion hòa tan của nước. Bảng 1.3. Thành phần một số ion hòa tan trong nước tự nhiên Thành phần Nước biển Nước sông, hồ, đầm Nồng độ (mg/l) Thứ tự Nồng độ (mg/l) Thứ tự Clo Cl- 19340 1 8 4 Natri Na+ 10770 2 6 5 Sunfat SO 4 2- 2712 3 11 3 Magie Mg2+ 1290 4 4 6 Canxi Ca2+ 412 5 15 2 Các ion chính Kali K+ 399 6 2 7 Bicacbonat HCO 3 - 140 7 58 1 Bromua Br- 65 8 - - Stronti Sr2+ 9 9 - - Các nguyên tố vi lượng Microgam/l Microgam/l Bo (B) 4.500 2 10 15 Silic Si 5.000 1 13.100 3 Flo F 1400 3 100 12 Nito N 250 4 230 11 Photpho P 35 5 20 13 Molipden Mo 11 6 1 18 Kẽm Zn 5 7 20 14 Sắt Fe 3 8 670 9 Mangan Mn 2 9 7 16 Các khí hòa tan Các khí hòa tan trong nước là do sự hấp thụ của không khí vào nước, hoặc do quá trình hóa học, sinh hóa trong nước tạo ra, các khí chủ yếu là oxy và cacbonic, ngoài ra còn một số khí khác. Các chất rắn Các chất rắn bao gồm các thành phần vô cơ, hữu cơ và được phân thành 2 loại dựa vào kích thước: Chất rắn không thể lọc được: là loại có kích thước hạt nhỏ hơn 10-6m, ví dụ như chất rắn dạng hạt keo, chất rắn hòa tan (các ion và phân tử hòa tan). Chất rắn có thể lọc được: loại này có kích thước hạt lớn hơn 10-6m, ví dụ: hạt bùn, sạn... Các chất hữu cơ Dựa vào khả năng bị phân hủy do vi sinh vật trong nước, ta có thể phân làm 2 nhóm: Các chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học (hoặc còn được gọi là các chất tiêu thụ oxi) như các chất đường, chất béo, protein, dầu mỡ động thực vật. Trong môi trường nước các chất này dễ bị vi sinh vật phân hủy tạo ra khí cacbonic và nước. Hàm lượng các chất dễ phân huỷ sinh học được đặc trưng bởi chỉ số BOD, gọi là nhu cầu oxy sinh học (viết tắt của Biochemical Oxygen Demand). Các hợp chất hữu cơ còn lại thường rất bền, lại không bị phân hủy bởi vi sinh vật như các hợp chất hữu cơ: clo, cơ photpho, cơ kim như DDT, linđan, anđrin, policlorobipheny (PCB), các hợp chất hữu cơ đa vòng ngưng tụ như pyren, naphtalen, antraxen, đioxin... Đây là những chất có tính độc cao, lại bền trong môi trường nước, có khả năng gây tác hại lâu dài cho đời sống sinh vật và sức khỏe con người. Hàm lượng các chất khó phân huỷ sinh học, kể cả dễ phân huỷ sinh học được đặc trưng bởi chỉ số COD, gọi là nhu cầu oxy hóa học (viết tắt của Chemical Oxygen Demand). Thành phần sinh học của nước Thành phần và mật độ các loài cơ thể sống trong nước phụ thuộc chặt chẽ vào đặc điểm, thành phần hóa học của nguồn nước, chế độ thủy văn và vị trí địa hình. Sau đây là một số loại sinh vật có ý nghĩa trong các quá trình hóa học và sinh học trong nước: - Vi khuẩn (bacteria): là các loại thực vật đơn bào, không màu có kích thước từ 0,5 ÷ 5,0 m, chỉ có thể quan sát được bằng kính hiển vi. Vi khuẩn đóng vai trò rất quan trọng trong việc phân hủy chất hữu cơ trong nước, là cơ sở của quá trình tự làm sạch của nước tự nhiên, do vậy nó có ý nghĩa rất quan trọng với môi trường nước. Phụ thuộc vào nguồn dinh dưỡng, vi khuẩn được chia làm hai nhóm chính: vi khuẩn dị dưỡng (heterotrophic) và vi khuẩn tự dưỡng (autotrophic). - Siêu vi trùng (virus): Loại này có kích thứơc nhỏ (khoảng 20 ÷ 100nm), là loại kí sinh nội bào. Khi xâm nhập vào tế bào vật chủ nó thực hiện việc chuyển hóa tế bào để tổng hợp protein và axit nucleic của siêu vi trùng mới, chính vì cơ chế sinh sản này nên siêu vi trùng là tác nhân gây bệnh hiểm nghèo cho con người và các loài động vật. - Tảo: là loại thực vật đơn giản nhất có khả năng quang hợp, không có rễ, thân, lá; có loại tảo có cấu trúc đơn bào, có loại có dạng nhánh dài, tảo thuộc loại thực vật phù du. Tảo là loại sinh vật tự dưỡng, chúng sử dụng cacbonic hoặc bicacbonat làm nguồn cacbon, sử dụng các chất dinh dưỡng vô cơ như photphat và nitơ để phát triển. Người ta có thể dùng tảo làm chỉ thị sinh học để đánh giá chất lượng nước tự nhiên. 1.8. Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC [16] Nguồn gốc gây ô nhiễm nước Ô nhiễm nước là sự làm thay đổi bất lợi cho môi trường nước, hoàn toàn hay đại bộ phận do các hoạt động khác nhau của con người tạo nên. Những hành động gây tác động trực tiếp hay gián tiếp đến những thay đổi về mặt năng lượng, mức độ bức xạ Mặt Trời, thành phần vật lý hóa học của nước, và sự phong phú của các loại sinh vật sống trong nước. Về nguồn gốc gây ô nhiễm nước có thể là tự nhiên hay nhân tạo. Sự ô nhiễm có nguồn gốc tự nhiên là do mưa, tuyết tan. Nước mưa rơi xuống mặt đất, mái nhà, khu công nghiệp… kéo theo các vết bẩn xuống sông, hồ, hoặc các sản phẩm của các hoạt động phát triển của sinh vật, vi sinh vật và các xác chết của chúng. Còn sự ô nhiễm nhân tạo chủ yếu do xả nước thải sinh hoạt, công nghiệp, giao thông vận tải, thuốc trừ sâu diệt cỏ, và phân bón trong nông nghiệp. Thành phần gây ô nhiễm nước Nước ô nhiễm thường có chứa những thành phần sau: - Các chất thải hữu cơ có nguồn gốc động vật, thực vật làm cho nồng độ oxi hòa tan trong nước bị giảm do quá trình phân hủy sinh học. Các chất này có trong chất thải sinh hoạt và công nghiệp. - Các vi sinh vật gây bệnh. - Các chất dinh dưỡng thực vật (các hợp chất tan của nitơ, photpho, kali…) làm cho tảo cỏ nước phát triển quá mức.