Tài liệu Đề tài: Phân tích nước doc

Phân tích nước Mục lục Mục lục 1 ĐỘ pH Một số kiến thức máy đo pH 2.1 ĐỘ KIỀM (Alkalinity) 2.2 ĐỘ AXIT (Acidity) ĐỘ ĐỤC (Turbidity) Đơn vị : NTU, FTU ĐỘ MÀU .9 THẾ ƠXY HĨA KHỬ (ORP/ Eh ) 10 ĐỘ DẪN ĐIỆN (EC) 12 ĐỘ MẶN (Salinity) 14 TỔng chẤt rẮn hịa tan (TDS) (Cặn hồ tan) 15 TỔNG CHẤT RẮN LƠ LỬNG (TSS) (Cặn không tan) 16 10 ĐỘ CỨNG (Hardness) 17 11 CANXI 21 12 OXY HÒA TAN (DO) 22 12.1 Phương pháp chuẩn độ Winkler cải tiến (azide modification) 24 12.2 Phương pháp đầu đo điện hóa 26 12.3 Phương pháp so màu 28 13 NHU CẦU OXY SINH HỌC (BOD5) 28 13.1 Nguyên tắc phương pháp chuẩn độ iod .30 13.2 Nguyên tắc phương pháp đo độ giảm áp suất đầu dò .31 14 NHU CẦU ƠXY HĨA HỌC (COD) 33 14.1 Phương pháp KMnO4 (Chỉ số Permanganat) 34 14.2 Phương pháp K2Cr2O7 .36 15 CACBON HỮU CƠ TỔNG SỐ (TOC) 38 17 TỔNG SẮT .40 18 NHÔM .42 19 CACBON DIOXIT (CO2) 43 20 HYDROGEN SUNFUA (H2S) .44 21 AMMONIUM (NH4) 45 22 NITRIT (NO2) 48 23 NITRAT (NO3) .49 a Tổng quan 49 b Nguyên tắc phương pháp cột khử Cd 50 c Thực nghiệm 51 24 TỔNG NITƠ (Total Nitrogen ) .52 24a Phương pháp phân hủy Kjehdahl: .52 24b Phương pháp phân hủy mẫu persunphat: 54 25 PHOSPHAT (PO4) 56 26 TỔNG PHOSPHO 58 Phân tích nước 27 PHÚ DƯỠNG HĨA 58 28 SILICA (SiO2) 60 29 SUNPHAT (SO4) 61 30 CLORUA 63 30.1 Phương pháp chuẩn độ AgNO3 thị K2CrO4 (Phương pháp MOHR) 63 30.2 Phương pháp chuẩn độ Hg(NO3)2 65 31 DẦU MỠ (OIL AND GREASE) 65 30.1 Phương pháp khối lượng 65 30.2 Phương pháp hồng ngoại xác định dầu khoáng/ dầu tổng 66 30.3 Phương pháp sắc ký khí xác định dầu khoáng 66 30.4 Phương pháp hùynh quang xác định dầu khoáng (petroleum oil) .66 32 VI SINH 67 Phân tích nước ĐỘ pH Độ pH nhân tố mơi trường có ảnh hưởng lớn trực tiếp gián tiếp đời sống thủy sinh vật như: sinh trưởng, tỉ lệ sống, sinh sản dinh dưỡng pH thích hợp cho tất động vật gần Độ pH an toàn cho lúa 4,1 Do đó, pH mơi trường q cao hay thấp không thuận lợi cho trình phát triển thủy sinh vật Tác động chủ yếu pH cao hay thấp làm thay đổi độ thẩm thấu màng tế bào làm rối loạn trình trao đổi muối - nước thể mơi trường ngồi Do đó, pH nhân tố định giới hạn phân bố lồi thủy sinh vật Độ pH cịn ảnh hưởng đến cân chuyển dịch khí độc NH 3, H2S (dạng phân tử ) ion chúng (NH4+, HS-, S2-) Môi trường kiềm gây bất lợi dạng NH3 chiếm đa số so với dạng NH4+ Ngược lại, môi trường axit cũng gây bất lợi dạng H2S chiếm đa số so với dạng HS-, S2- Độ pH có ảnh hưởng lớn đến phát triển phơi, q trình dinh dưỡng, sinh trưởng sinh sản cá Cá sống mơi trường có pH thấp chậm phát dục, pH thấp khơng đẻ hay đẻ Theo Swingle (1969) ảnh hưởng pH nước đến cá ni sau: - pH = 4: điểm chết acid - pH = 5: cá không sinh sản - pH = 5-6,5: cá phát triển chậm - pH = 6,5-9,0: môi trường thích hợp cho lồi tơm cá - pH = 9,0-11,0: cá phát triển chậm - pH = 11,0: điểm chết bazơ Độ pH nước tự nhiên nằm khoảng 6,0-8,5, phụ thuộc cân cacbonat, bicacbonat, cacbonic cũng axit humic, fulvic Cũng nhờ hệ Phân tích nước đệm cacbonat mà pH máu người ổn định từ 7,35 -7,45 Ở vùng đất phèn, nước có độ pH thấp q trình thuỷ phân muối sắt nhơm, pH trung bình khoảng Độ pH đặc biệt thấp sau trận mưa đầu mùa (pH=2,1) nước đọng ruộng hoang, nước kênh tiêu nước mạch phèn Độ pH nước phụ thuộc vào:  Q trình hơ hấp thủy sinh vật, trình phân hủy hợp chất hữu phóng thích CO2 làm giảm pH không làm thay đổi độ kiềm CO2 + H2O → HCO3− + H+ Trong ao giàu dinh dưỡng, thực vật phù du phát triển mạnh, pH nước thấp vào lúc sáng sớm (bình minh 6h) khoảng 6,5 Sau q trình quang hợp xảy mạnh pH nước tăng dần, đạt cực đại lúc 14-16h, pH lên đến - 10 Biên độ dao động pH lớn rong tảo phát triển mạnh nước có hệ đệm yếu  CO2 từ khí làm giảm pH dung dịch có pH > Do đó, dung dịch đệm pH 10 bền tiếp xúc khơng khí Muốn nước cất khơng có CO2, đun nóng sục khí nitơ Nước cất khơng chứa CO2 có pH>6 EC< µS/cm Nước mưa pH thấp 5,6 hay hấp thu CO2 rơi xuống  Mưa axit hoạt động người thải vào khí NH 3, SO2, NOx Ngồi ra, pH cịn phụ thuộc nhiệt độ, hoạt động vi sinh vật tác động người Một số kiến thức máy đo pH - Giá trị pH thay đổi nhanh chóng q trình hố học, vật lý, sinh học mẫu nước Do đó, cần đo pH sớm tốt, không để sau lấy mẫu - Điện cực thuỷ tinh không bị ảnh hưởng sai số độ màu, độ mặn, chất lơ lửng, chất oxy hoá, chất khử Tuy nhiên, pH>12, điện cực mắc sai số Na cho kết pH thấp giá trị thật Còn pH 4, để đạt pH xác cần đuổi khí CO khỏi dung dịch nhiều cách: đun nóng, đánh sóng siêu âm, tạo áp suất kém, chất hoạt động bề mặt - Làm điện cực thường xuyên cách lau cẩn thận vải mềm, mẫu chứa tạp chất hữu tráng điện cực êtanol (70%), axêtơn dung dịch chất tẩy rửa nhẹ nhiệt độ 50 oC Sử dụng dung môi hữu thời gian ngắn dung mơi hữu làm giảm độ nhạy điện cực thuỷ tinh làm lớp nước ngồi Nếu dùng dung mơi hữu lại phải ngâm điện cực vào nước nhiều - Khi không dùng, đảm bảo bề mặt điện cực có ẩm cách bảo quản dung dịch KCl bão hoà 3-4 M (đối với loại điện cực thuỷ tinh kép) hay dung dịch đệm pH= (đối với loại điện cực thuỷ tinh đơn) hay dung dịch muối có EC>4000 µS/cm Khơng ngâm nước cất ion thuỷ tinh khuếch tán làm hoạt tính điện cực - Nếu điện cực bảo quản khơ, phải hoạt hố dung dịch HCl 0,1N NaOH 0,1N Phân tích nước 2.1 ĐỘ KIỀM (Alkalinity) Do nước tự nhiên có tính chất hệ đệm kép nên người ta đặc trưng tính chất acid baz nước tự nhiên khơng giá trị pH mà có thêm thơng số độ kiềm Độ kiềm đóng vai trị quan trọng thông qua khả làm giảm biến động pH Độ kiềm tổng baz chuẩn độ, chủ yếu dạng bicarbonat Ở pH - 7, nồng độ bicarcbonat lớn gấp 10 lần nồng độ carbonat Ngoài ra, muối acid yếu cũng đóng góp vào độ kiềm như: borat, phosphat, silicat, sulfua, amoniac, anion axit humic axit hữu khác Q trình phong hố feldspar (một dạng silicat), đá vôi: 2NaAlSi3O8 + 2CO2 + 11H2O → Al2Si2O5(OH)4 + 2Na+ + 2HCO3- + 4H4SiO4 CaCO3 + H2O + CO2 → Ca2+ + 2HCO3Nước có độ kiềm cao có khả trung hịa axit, bazơ có nguồn gốc từ mưa axit, nước thải, pH trì ổn định, cũng không ảnh hưởng nồng độ CO2 dao động ngày Độ kiềm cao thường nước chảy qua vùng địa chất đá vôi hay tảo phát triển mạnh Độ kiềm thấp thường nước chảy qua vùng địa chất đá granit hay mưa axit Trong nồi hơi, khí CO2 bị đuổi khỏi nước, pH lên tới 11 2HCO3- ↔ CO32- + H2O + CO2 CO32- + H2O → 2OH- + CO2 Trong keo tụ hoá học, độ kiềm nước đủ lớn trung hịa lượng axit giải phóng từ chất keo tụ, đóng vai trị hệ đệm với khoảng pH thích hợp cho q trình keo tụ Độ kiềm thơng số dùng để tính tốn nhu cầu hố chất (vôi, soda) để làm mềm nước phương pháp kết tủa Độ kiềm thích hợp cho ni trồng thủy sản 20-150 mg/l CaCO3 mgCaCO3/L = meq/L * 50,043 mg/meq Phương pháp: Chuẩn độ với chất thị pH, mẫu đục có màu phân tích chuẩn độ điện (đo pH) Với mẫu có pH>8,3, ta có hai độ kiềm: - Độ kiềm phenoltalein độ kiềm hydroxid carbonat ; xác định với thị phenolphtalein 0,5% etanol:nước tỷ lệ 1:1 có pT = 8,3: chuyển từ màu hồng sang màu - Độ kiềm tổng số độ kiềm bicacbonat, cacbonat hydoxyt nước Có thể dùng thị sau: + Metyl cam 0,1% nước, màu trung gian dừng chuẩn độ ứng với pH cuối = pT = 4,0: chuyển từ màu vàng sang da cam (nhận ánh sáng hồng) pH4,4 màu vàng Phân tích nước + Metyl đỏ 0,2% etanol, màu trung gian dừng chuẩn độ ứng với pH cuối = pT = 5,5: chuyển từ màu vàng sang cam pH6,2 màu vàng + Chỉ thị hỗn hợp: Hòa tan 0,020g metyl đỏ 0,100g bromocresol lục 100ml etanol hay nước cất Trung hòa dung dịch khoảng 2ml natri hydroxit 0,1 mol/l đến màu nâu xuất Kiểm tra độ trung hòa dung dịch thị cách chuẩn độ mẫu đến điểm cuối Nếu màu nâu không tồn sau thêm 10 giọt thị điều chỉnh pH dung dịch thị Giữ bình thủy tinh màu nâu, dung dịch bền tháng Chỉ thị (pT=5,4) chuyển từ màu xanh sang xám với vệt màu đỏ Ở pH≥5,4, bromocresol lục giữ nguyên màu chàm(trơ màu) Xanh ngọc Đỏ hồng Do dùng giá trị pH điểm cuối cao hơn, ảnh hưởng chất nhận H + anion axit humic phương pháp giảm Ngoài ra, thị hỗn hợp cho kết xác có khoảng pH đổi màu hẹp, màu sắc dạng acid dạng baz tương phản, chuẩn độ không cần để ý đến màu trung gian Tại điểm tương đương, pH phụ thuộc vào nồng độ CO 2, nồng độ CO2 lại phụ thuộc vào độ kiềm Như pH điểm tương đương khác tùy thuộc độ kiềm: 30mg/l pH=4,9; 150mg/l pH=4,6 500mg/l pH=4,3 Khi sục khí khơng chứa CO2 vào bình chuẩn độ để đuổi H2CO3 dạng CO2 khỏi dung dịch Phân tích nước khoảng bước nhảy pH nới rộng, sử dụng thị có pT>4,5, tránh sai số mẫu có độ kiềm lớn Thực nghiệm: Xác định độ kiềm tổng số (độ kiềm cacbonat) có giá trị gần với độ kiềm metyl cam * Na2CO3 0,02N: sấy 250oC 4h (hay 285oC 1h), cân 0,5300 g pha 500ml nước cất Dung dịch bền tháng giữ 40-80C * Axit HCl N: hòa tan khỏang 85 ml HCl 37% (d=1,18g/l) 1000ml nước cất * Axit HCl 0,02 N pha loãng 50 lần từ dung dịch HCl 1N, xác định lại nồng độ Na2CO3 Lưu ý: Clo dư làm màu thị Có nhiều cách loại bỏ clo dư tia UV, sục khí hay dung dịch Na2S2O3 2,5% , NaAsO2 2%, H2O2 3% Thử lại clo dư KI-hồ tinh bột hay DPD 2.2 ĐỘ AXIT (Acidity) Độ acid nước tự nhiên gây carbonic, tanic, humic, fulvic từ trình thủy phân muối kim lọai (Fe, Al) - Chuẩn gốc xác định lại nồng độ NaOH: + Potassium hydrogen phthalate (M=204,10) 0,05N: sấy 120oC giờ, cân 5,1025g hoà tan 500 ml nước cất + Hydrazin sulfat (M=130,12): hòa tan 0,4346g 500 ml nước cất ĐỘ ĐỤC (Turbidity) Đơn vị : NTU, FTU Độ đục đặc trưng cho khả nước tán xạ hấp thu ánh sáng (khả ánh sáng chiếu xuyên qua nước) gây hạt lơ lửng phù sa, mảnh hữu nhỏ, sinh vật phù du Nguồn gốc độ đục phân huỷ thực vật, xói mịn, nước thải Ở thủy vực khác nhau, nguyên nhân gây độ đục khác nhau: • Ở sơng: độ đục nước có mặt chất lơ lửng, chất keo có nguồn gốc vơ hữu Do độ đục thay đổi theo mùa rõ rệt: mùa mưa - nước mưa chảy vào sông theo tạp chất mặt đất nên độ đục nước sông cao (thường thấy sau trận mưa lớn) độ đục giảm dần theo mùa khơ • Ở ao: ngồi ngun gây độ đục sơng cịn phát triển vi tảo Phân tích nước Độ đục cao lượng ánh sáng xâm nhập vào thủy vực gây ảnh hưởng: giảm cường độ quang hợp thực vật phù du, gây hạn chế phát triển tảo & thực vật, giảm khả tìm thức ăn cá Ngược lại, độ cao, nước nghèo dinh dưỡng, sinh vật phù du phát triển kém, hạn chế thành phần thức ăn tự nhiên cá - suất cá nuôi giảm Cùng với màu sắc mùi vị, tiêu ảnh hưởng cảm quan thường quan tâm nước máy, nước đóng chai, bia rượu Ngồi ra, độ đục cịn làm cho q trình khử trùng nước hiệu Bộ Y tế quy định tiêu chuẩn nhỏ NTU Máy đo độ đục kiểu nephelometer đo xạ khuếch tán (scatter) gây hạt lơ lửng Trong cấu tạo máy, detector đặt vuông góc 90 o hay 90o ± 30o so với tia sáng tới Về nguồn sáng, có tiêu chuẩn khác nhau: + Tiêu chuẩn quốc tế ISO, Châu Âu EN sử dụng đèn hồng ngoại IR-LED bước sóng phát xạ 860nm có ưu điểm loại trừ sai số âm độ màu, nhiên nhạy với hạt lơ lửng kích thước nhỏ + Tiêu chuẩn Mỹ USEPA sử dụng đèn tungsten; có ưu điểm nhạy với khoảng nồng độ thấp, nhiên dễ mắc sai số âm mẫu có màu nên đo vùng giá trị – 40 NTU để tránh sai số Các mẫu có độ đục cao cần pha loãng nước cất Cường độ xạ khuếch tán phụ thuộc vào bước sóng xạ tới, góc đo hình dạng, kích cỡ hạt phân bố hạt lơ lửng nước Do đó, khơng có cơng thức liên hệ tổng hàm lượng chất lơ lửng (TSS) độ đục cho trường hợp Các yếu tố ảnh hưởng kết quả: độ màu, hạt vụn lơ lửng không lắng xuống gây kết thấp, bọt khí gây kết cao - Hóa chất : Dung dịch chuẩn độ đục formazin C2H4N2 khơng bền nên khơng có bán sẵn, chuẩn bị sau: + Dung dịch A: 10,00g hexametylentetramin C6H12N4 100ml + Dung dịch B: 1,000g hydrazinsulfat (NH2)2.H2SO4 100 ml Cảnh báo - Hydrazin sunfat chất gây ung thư Sau hút ml dung dịch A ml dung dịch B giữ 25 ± 30C 24 Sau pha lỗng nước đến 100 ml có dung dịch chuẩn 400 NTU (nephelometer turbidity units) Chuẩn bền tháng bảo quản tối Các chuẩn nồng độ thấp bền khoảng tuần Phân tích nước TCVN 5942:1995 Nước mặt Dầu mỡ (oil & grease) TCVN 5945:1995 Nước thải cơng nghiệp Dầu mỡ khống (Mineral oil and fat) Dầu mỡ động thực vật (Animal-vegetable fat and oil) TCVN 5943:1995 Nước biển ven bờ Váng dầu mỡ (Oil and fat film/scum) Nhũ dầu mỡ (Oil and fat suspension/galactoze) TCVN 6774:2000 Nước bảo vệ đời sống thuỷ sinh Dầu mỡ khoáng A A B 0,3 B C KPHĐ 5 10 30 Bãi tắm Nuôi thuỷ sản Các nơi khác 0 0,3 không quan sát thấy váng, nhũ 32 VI SINH Bên cạnh sinh vật có ích có nhiều nhóm sinh vật gây bệnh truyền bệnh cho người sinh vật Trong số này, đáng ý loại vi khuẩn, siêu vi khuẩn ký sinh trùng gây bệnh loại ký sinh trùng bệnh tả, lỵ, thương hàn, sốt rét, siêu vi khuẩn viêm gan B, siêu vi khuẩn viêm não Nhật bản, giun đỏ, trứng giun v.v Nguồn gây ô nhiễm sinh học cho môi trường nước chủ yếu phân rác, nước thải sinh hoạt, xác chết sinh vật, nước thải bệnh viện v.v Thực tế xác định cụ thể tất loại vi trùng phức tạp tốn nhiều thời gian Do thông thường quan trắc ô nhiễm, cần xác định vài vi sinh thị cho ô nhiễm phân Có nhóm vi sinh vật thị nhiễm phân: - Nhóm coliform, đặc trưng Escherichia coli (E.coli) Nhóm coliform có khả lên men lactose nuôi cấy 35 oC tạo acid, aldehyd khí vịng 48 giờ, thường cư trú ruột già (đại tràng) người động vật Bản thân coliform không gây bệnh dùng thị vi sinh vật gây bệnh có nguồn gốc từ phân động vật máu nóng Sự có mặt chúng tín hiệu cho thấy rau hay nước bị phơi nhiểm phân người hay phân động vật “Có thể” khoảng 11% vi khuẩn coliform tìm thấy phân người vi khuẩn E coli, thế, xét nghiệm thấy có vi khuẩn E coli vi khuẩn coliform có chứng để phát biểu nước hay rau bị phơi nhiễm phân người 67 Phân tích nước Faecal coliform (nhóm coliform chịu nhiệt) loại có khả lên men lactose 44,5oC 24 Trong nhóm có Escherichia (chiếm ưu thế) Klebsiella Escherichia coli (E.coli): Sinh vật dạng coli chịu nhiệt hiếu khí có khả yếm khí, chúng làm lên men lactozơ (hoặc mannitol) nhiệt độ 44 oC để tạo axit, khí cũng tạo indole từ tryptophan Chúng thường cư trú ruột già người động vật máu nóng E.coli thường khơng có khả sinh sản nước thải nước mặt bị ô nhiễm Có nhiều loại E.coli, may mắn thay phần lớn chúng nói vơ hại Tuy nhiên, số E.coli gây tiêu chảy, loại phổ biến nhóm E.coli có hại E.coli O157:H7 Tiêu chảy máu triệu chứng nhiễm E.coli - Nhóm Streptococci, đặc trưng Streptococcus faecalis Khi Streptococcus faecalis có thức ăn nước uống, điều chứng tỏ nguồn nước thực phẩm có dấu hiệu nhiễm bẩn liên quan đến nguồn phân người động vật, gây viêm họng, viêm khớp viêm màng tim, rối loạn tiêu hóa Vi khuẩn sống ký sinh cổ họng người động vật Khi nuốt vào thải theo phân Sự tồn chúng nước, khơng có E.coli, chứng tỏ có nhiễm phân - Nhóm Clostridia khử sulphite, đặc trưng Clostridium perfringents Vi khuẩn clostridium dạng vi khuẩn gây bệnh tiêu chảy phổ biến khó chữa trị Trong nhóm vi sinh thị nhóm coliform thường phân tích vì: a) Chúng nhóm vi sinh quan trọng việc đánh gía vệ sinh nguồn nước có đầy đủ tiêu chuẩn loại vi sinh thị lý tưởng; b) Chúng xác định điều kiện thực địa; c) Việc xác định coliforms dễ dàng xác định vi sinh khác Chẳng hạn qui trình xác định streptococci cần thời gian ổn nhiệt lâu việc xác định Clostridia cần phải tiến hành 80oC lên men hai lần nên điều kiện thực địa khó xác định hai loại vi sinh thị Phụ lục Xác suất thống kê - Giá trị trung bình(average, mean,x ) - Trung vị (median) 68 Phân tích nước - Kỳ vọng (estimate, expected, µ) - Phương sai (variance, s) - Độ chụm (precision): Mức độ gần kết quả, hiểu độ lặp lại (repeatability, r) mẫu lặp replicate phịng thí nghiệm giữ đồng điều kiện, người thao tác, thiết bị khoảng thời gian xác định Hay rộng độ tái lập (reproducibility, R) so sánh kết điều kiện đo thay đổi phịng thí nghiệm Độ chụm cịn gọi độ xác thể qua đại lượng: + Độ lệch chuẩn (standard deviation, s): ta thấy sr>sR + Hệ số biến thiên tương đối CV(coefficient of variation) RSD(relative standard deviation), tính theo %, dùng so sánh độ lệch chuẩn %CV = SD *100 x Yêu cầu CV