Giáo trình thực tập hóa môi trường phần 1

UNU© ĐỖ QUANG TRUNG (Chủ biên) THựCTẬP HÁA MÃ TRIÍẩĨNG |c \v \ i\ \ m TỦ SÁCH KHOA HỌC MS:257-KHTN-2018 H NỘI NHÀ*XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI GlAO TRlNH THỰCTẬP HĨA MƠI TRƯỜNG Đỗ QUANG TRUNG (Chủ biên) GIÁO TRÌNH THỰC TẬP HĨA MƠI TRƯỜNG NHÀ XUẤT BẢN ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Tập th ể biên soạn: PGS.TS Đỗ Quang Trung PGS.TS Nguyễn Đình Bảng PGS.TS Trần Hồng Cơn TS Nguyễn Minh Phương TS Phương Thảo TS.Trẩn Đình Trinh TS Hà M inh Ngọc TS Nguyền M inh Việt TS Phạm ThanhĐồng M Ụ C LỤ C Trang Lời đẩu .13 Nội qty an tồn Phịng thí nghiệm Hóa mơi trường 15 Bài Đánh giá chi tiêu chất lượng mơi trường khơng khí xung quanh - Độ b ụ i 19 Bài Đánh giá chi tiêu chất lượng mơi trường khơng khí xung quanh - Khí NƠ2 33 Bài Đánh giá tiêu chất lượng mơi trường khơng khí xung quanh - Khí SO2 41 Bài Đánh giá tiêu chất lượng môi trường khơng khí xung quanh - Khí c o 49 Bài Lây mẫu bảo auàn mẫu nước .61 Bài Xác định nhu cầu oxi hóa hóa học (COD) nước 73 Bài Xác định nhu cẩu oxi hóa sinh học (BOD) nư c 79 Bài Lấy mẫu bảo quản mẫu đ ấ t 85 Bài Xác định pH, hàm lượng Al'^ H* trao đổi mẫu đâ't : 107 Bài 10 Xác định hàm lượng Photpho dễ tiêu đâ't 113 Bài 11 Tách, phân loại đánh giá thành phần châ't thải rắn sinh h o t 119 Bài 12 Đánh giá khả phân bố vận chuyên châ't ô nhiễm pha môi trường 127 Bài 13 Xử lý nước ô nhiễm phương pháp keo tụ 135 G IÁ O T R lN H T H Ự C T Ậ P H Ó A M Ỏ I T R Ư Ờ N G Bài 14 Khảo sát q trình hấp phụ tình chất nhiễm môi trường nước 141 Bài 15 Khảo sát trình hấp phụ động châ't ô nhiễm môi trường nước .147 Bài 16 Xử lý nước nhiễm q trình Fenton 153 Bài 17 Xử lý châ't ô nhiễm hữu nước phương pháp quang xúc tác 159 Bài 18 Xử lý nước thải phương pháp sinh học hiê'u khí 165 Bài 19 Xử lý nước thải phương pháp sinh học yêm k h í 171 Bài 20 Tách kim loại nặng đâ't phương pháp chiết 181 70 G IẤO TRlNH TH Ự C TẬP H Ĩ A M Ơ I TRƯỜ NG Lấy mẫu phân tích Coli/ortn tổng: Mầu lấy vào bình 500 mL tiệt trùng, khơng có vết axit, kiềm chất độc, khơng lấy đầy tràn bình Đậy nắp, dán nhãn, bảo quản lạnh thùng xốp Mầu giữ tối đa trước phân tích Tính tốn đánh giá kết thực nghiệm - Yêu cầu sinh viên lập báo cáo lấy mẫu gồm thông tin sau: Tên mâu ký hiệu mâu Vị trí láy máu Toạ độ điểm láy mâu Ngày, lấy mâu Tén người lấy mâu Đặc điểm thời tiét lúc lấy mẫu Thiét bị lấy mẫu Phương pháp bảo quản Các thông số quan trác trường Ghi (nếu có) Bài ỉ LÁY MẪU VA BẢO QUẢN MẪU Nước 71 Câu hỏi ôn tập Mục đích việc lấy mẫu bảo quản mẫu nước gì? Các yếu tố gây ảnh hưởng đến q trình lấy mẫu bảo quản mẫu nước? Trinh bày lưu ý lấy mẫu bảo quản mẫu nước ngầm, nước mặt nuớc thải Tài liệu tham khảo SMWWT 1060: 1999, Collection and preservation of samples TCVN 6663-1 2011, Chất lượng nước, lấy mẫu - Phần 3: Hướng dẫn bảo quản lưu giữ mẫu nước TCVN 6663-11:2011, Chất lượng nước, lấy mẫu - Phần 4: Hướng dẫn lấy mẫu nước hồ tự nhiên hồ nhân tạo TCVN 6663-1:2011, Chất lượng nước, lấy mẫu - Phần 10: Hướng dẫn lấy mẫu nước thải TCVN 6663-11.2011, Chất lượng nước, lấy mẫu - Phần 11 Hướng dẫn lấy mẫu nuớc ngầm Bài XÁC ĐỊNH NHU CẦU 0X1 HÓA HÓA HỌC (C O D ) TRONG Nước 1.Mụcỉích Giúp sinh viên hiểu đuợc ý nghĩa nhu cầu oxi hóa hóa học (COD) Xác định số COD môi trường nước 2.C0 sỏ lý thuyết COD lượng chất oxi hóa cần thiết cho q trình oxi hóa chất mẫu nước Lượng chất oxi hố biểu diễn thơng qua nồng độ oxi (mg O2 /L) Cả chất vơ hữu nước bị oxi hoá, nhiên hầu hết trường hợp, thành phần chất hữu quan tâm nhiều Trong mơi truờng chất oxi hố mạnh, chất hữu co có ừong mẫu nước oxi hoá thành CO H O Cùng với BOD , số COD thông số để đánh giá hàm lượng chất hữu có nước COD tương đương với hàm lượng chất hữu bị oxi hóa xác định việc sử dụng chất oxi hóa mạnh (như KMnC>4 , K Cr2 ) Trước đây, KM n0 thuờng sử dụng làm chất oxi hóa chất hữu quy trình phân tích COD Tuy nhiên, nước thải ô nhiễm hàm luợng lớn chất hữu cơ, người ta sử dụng K Cr2 làm chất oxi hóa vi khả oxi hóa mạnh, bền bị ảnh hường môi trường phân tích Nguyên tắc phương pháp chất hữu mẫu oxi hóa K2 Cr2 mơi trường axit sunfuric đặc, có xúc tác Ag2 SŨ4 Phản ứng diễn sau: 74 G iA o TR lN H Chấthữucơ + Cr2 72' + H+ thự c Tậ p h ó a m õ i trư ng xlA^ ° - ‘> 2Cr3+ + C + H20 đun hoi lưu Sau lượng Cr3* sinh lượng Cr2 Ơ7 dư xác định Trong trường hợp mẫu nước cần xác định bị ô nhiễm với nồng độ cao (trong khoảng từ 100 - 900 mg O2 /L), lượng Cr3 tạo lớn lượng Cr2 72' dư nhỏ, vi ta xác định hàm lượng Cr3+ sinh phương pháp đo quang buớc sóng 600 nm Ngược lại, mẫu nước cần xác định có giá trị COD thấp (< 90 mg O2 /L), lượng Cr2 2' dư lớn, lượng Cr2 dư xác định phương pháp chuẩn độ đo quang bước sóng 420 nm Trong thực tập này, sử dụng phương pháp đo quang để xác định lượng Cr3+ sinh Chúng ta tính toán giá trị COD theo lý thuyết dựa phương trình phản ứng sau: C xH yO z+ 1/4 (4 x + y - z ) — X C + y / H 20 Trong phản ứng oxi hóa chất hữu K O O7 , Ag2 SƠ4 dùng để thúc đẩy q trình q trình oxi hóa chất hữu phân từ lượng thấp Ngoài ra, HgSƠ sử dụng để loại trừ ảnh hưởng ion c r Ngoài ảnh hưởng ion c r phải kể đến ảnh hưởng số chất khử suníĩt, Fe(n), nitrit Tuy nhiên, lượng nhỏ thỉ ảnh hường chúng xem không đáng kể Thông thường, mẫu nước thải sinh hoạt nước thải công nghiệp, phân tích, mẫu nước chưa qua lọc (bao gồm chất rắn lơ lửng) trộn để đạt đuợc đồng nhất, tránh sai số Tuy nhiên, số trường hợp, người ta xác định dạng COD khác tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu, ví dụ dạng COD hịa tan (mẫu nước lọc qua giấy lọc 0,45 (im), dạng COD khơng hịa tan, dạng COD dễ bị phân hủy sinh học, dạng COD khơng có khả phân hủy sinh học Bài XAC ĐINH NHU CÂU 0X1HỐA HỐA HOC (C O D ) TRONG Nước 75 Thực nghiệm 3.1 Hoá chất, dụng cụ thiết bị Hỏa chất: K2Cr2Ơ7; H2SO4; Ag2 S0 ; kalihiđrophtalat (HOOCCí,H)COOK) loại PA Hỗn hợp phản ứng: Hịa tan 10,216 g K2 O O loại PA sấy nhiệt độ 10 5°c sau thêm 167 mL dung dịch H2 SO4 33,3 g HgSC>4 Đe nguội định mức đến 1000 mL nước cất Hỗn hợp xúc tác: Pha 5,5g Ag2 S kg dung dịch H S O đặc (d = 1,84 g/mL) khuấy Ag2 S0 tan hết mói sử dụng Pha dung dịch chuẩn kalihiđrophtalat (HOOCC H4 COOK): sấy sơ lượng kalihiđrophtalat 105°c Sau cân 212,5 mg kalihiđrophtalat pha định mức vào bình 250 mL (dung dịch có nồng độ mg /mL) Dụng cụ: ống thủy tinh, cốc thủy tinh, bình định mức, pipet Thiết bị: Cân phân tích Lị phá mẫu Spectroquant TR320, Merck Máy quang phổ UV-Vis Hình 14 Lị phá mẫu COD 76 G IÁO TRlNH THỰ C TẬP HĨ A M Ơ I TRƯ Ờ NG 3.2 Quy trình thực nghiệm - Lấy mẫu bảo quản mẫu: Mầu lấy vào chai thủy tinh (có thể lấy mẫu vào chai nhựa trường hợp chai không bị ô nhiễm chất hữu cơ) Sau axit hóa mẫu H2 SO4 đến pH < giữ mẫu 4°c đến phân tích Mẩu lưu giữ điều kiện cần phân tích vịng 28 ngày - Xây dựng đường chuẩn: Từ dung dịch chuẩn kalihiđrophtalat có COD tương đương 1000 mg O2 /L, pha loãng với tỉ lệ khác để thu dung dịch có giá trị COD 0, 50, 100, 200, 400, 600, 800 1000 mg/L Lấy 2,5 mL dung dịch chuẩn vào ống phá mẫu, sau thêm vào 3,5 mL hỗn hợp xúc tác 1,5 mL hỗn hợp phản ứng Đặt ống phá mẫu vào lò phá mẫu nhiệt độ 148°c Sau đó, lấy ống phá mẫu để nguội tới nhiệt độ phòng đo phụ thuộc giá trị COD vào mật độ quang bước sóng 600 nm - Mau thực: Lấy vào ống phá mẫu 2,5 mL mẫu sau thêm 3,5 mL hỗn hợp xúc tác 1,5 mL hỗn hợp phản ứng, tiến hành phá mẫu thực dung dịch chuẩn - Cách sử dụng máy đo quang: Sau bật máy, điều chinh bước sóng tới giá trị 600 nm Tiếp đó, chuẩn lại điểm zero máy băng nước cất Chọn chế độ đo độ hấp thụ quang, sau tiến hành đo độ hấp thụ quang dung dịch chuẩn mẫu thực - Áp giá trị đo mật độ quang mẫu nước thải vào phương trình đường chuẩn lập xác định giá trị COD mẫu nước thực Tính tốn đánh giá kết thực nghiệm Sinh viên tự tính tốn kết Sau đó, đánh giá binh luận kết thu dựa tiêu chuẩn môi trường hành Bài XAC ĐINH NHU CÁU 0X1 HÓA HÓA HOC (C O D ) TRONG Nưỡc 77 Câu hỏi ôn tập Ý nghĩa việc đánh giá thông số COD nước? Phạm vi xác định phương pháp? Nguyên tắc phương pháp xác định? Các yếu tố ảnh hưởng tới phép đo biện ảnh hường pháp hạn chế Tài liệu tham khảo American Society for Testing and Materials 1995 Standard test methods for chemical oxygen demand (dichromate oxygen demand) of water Stanley E Manathan, Fundamentals of Environment Chemistry, Lewis-London-Tokyo, 1993 Bài XÁC ĐỊNH NHU CẨU 0X1 HÓA SINH HỌC (B O D ) TRONG Nước 1.Mục đích BOD lượng oxi cần thiết cho q trình oxi hóa chất hữu môi trường nước vi sinh vật Như vậy, với COD, chi số BOD5 (nhu cầu oxi hóa sinh học sau ngày) tiêu chuẩn để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu môi trường nước Cơ sửlý thuyết 2.1 Nguyên lý phép đo Hình 15 Cấu tạo bình chứa máu th iết bị đo BOD BOD tiến hành đo thiết bị đo BOD AL606 Thiết bị hệ kín gồm bình chứa mẫu cảm biến áp suất Trong bình chứa mẫu phía ừên bề mặt dung dịch chứa thể tích khơng khí xác định Trong thời gian ủ mẫu vi sinh vật sử dụng oxi hòa tan mẫu Lượng oxi tiêu thụ thay lượng oxi không 80 G lAO TRlNH THỰC TẬP HĨ A M Ơ I TRƯỜNG khí có bình mà áp suất bỉnh giảm Cảm biến áp suất đo thay đổi áp suất từ quy giá trị BOD Tính ưu việt cùa thiết bị đo cảm biến áp suất mẫu khơng phải pha lỗng trước đo không sừ dụng cột thủy ngân để đo áp suất khí nên tránh rủi ro khơng mong muốn đổ vỡ 2.2 Cácyếu tố ảnh hưởng Có yếu tố ảnh hưởng đến độ xác phương pháp này: - Nước nhiễm clo Để loại trừ ảnh hường clo tự clo liên kết có mẫu dung dịch Na SƠ3 thêm vào - Giá trị pH cao thấp Để xác định BOD mẫu nước thải pH phải nằm khoảng 6,5 đến 7,5 Nếu nằm ngồi khoảng cần trung hịa dung dịch axit H SO4 kiềm NaOH cho thể tích dung dịch dùng để trung hịa khơng làm pha lỗng mẫu q 0,5% thể tích - Nhiệt độ bảo quản Mầu phải bảo quản nhiệt độ 20 ± l°c đế không làm ảnh hưởng đến giá trị đo DO - Sự nitrit hóa Giảm ảnh hưởng yếu tố cách thêm chất ức chế allyl thioure - Kỹ thuật pha loãng mẫu - Mẩu chứa chất độc (thường có mẫu nước thải công nghiệp kim loại nặng ) Để loại trừ ảnh huởng yếu tố cần có nghiên cứu giải pháp cụ thể Thực nghiệm 3.1.Hóa chất, dụng cụ thiết bị H óa chất: - Dung dịch chuẩn KOH 45% (chai 50 mL) - Chất úc chế q trình nitrat hóa (allyl thioure) (chai 50mL) Bài XÁC ĐỊNH NHU CẤU X HỔA SINH HỌC (B O D ) TRONG Nước 81 Thiết bị: - Hệ thống đo BOD máy đo BOD AL606 bao gồm 06 bình đựng mẫu, cảm biến đo, cảm ứng hệ thống khuấy - Tủ ủ mẫu Aqualytic 20°c - Binh định mức chảy tràn 157 mL 428 mL - Con khuấy từ Hình 17 Tủ ủ máu BOD Aqualytic 3.2 Quỵ ừinh thực nghiệm Mầu nước mặt mẫu nước thải sinh hoạt lấy từ thục tập số “Lấy mẫu bảo quản mẫu nước” tiến hành buớc sau để xác định giá trị BOD5: 82 G lA O TRlNH THỰ C TẬP H Ó A M Ô I TRƯỜ NG - Điều chình pH dung dịch khoảng 6,5-ỉ-7,5 dung dịch axit kiềm - c lượng giá trị BOD để lấy thể tích xác mẫu vào bình đo (tham khảo Bảng 7) - Cho khuấy từ vào chai chứa mẫu - Thêm vào mẫu chất ức chế q trình nitrat hóa (allyl thioure) theo tỉ lệ Bảng 7; - Cho - giọt KOH 45% vào nắp cao su miệng chai - Đặt cảm biến áp suất lên miệng nút, vặn chặt Bảng Thế tích máu lượng chất ức chế q trình nitrat hóa theo khống xác định BOD Khoảng đo BOD (mg/L) Thể tích mâu (mL) Số giọt Allyl Thioure -4 428 10 -8 360 10 -2 0 244 -4 0 157 -8 0 94 -1 0 56 - 4000 21,7 Bắt đầu trình đo sau: + Ấn nút Esc để bật hệ thống đo + Chọn chai cần đo BOD phím +/+ Đặt điều kiện đo: ấn nút Start để chọn điều kiện đo Khi hỉnh hiển thị khoảng giá trị BOD thể tích mẫu tương ứng, để thay đổi ta dùng phím +/- Chọn giá trị thích hợp sau nhấn Enter Tiếp theo máy tự động chuyển sang chế độ chọn ngày dùng phím +/- nhấn Enter Bài XÁC ĐỊNH NHU CẮU 0X1 HÓA SINH HOC ( B O D ) TRONG Nước 83 + Tắt máy phím Esc + Trong thời gian ủ mẫu, máy tự động giữ nhiệt độ ổn định 20° c Sau ngày bật máy nút Esc, chọn chai cần đo ấn Enter kết BOD hiển thị hình Tính tốn đánh giá kết thực nghiệm Sinh viên ghi chép lại kết B O D hiển thị sau ngày Sau đó, đánh giá bình luận kết thu dựa tiêu chuẩn mơi trường hành Tìm hiểu so sánh với cách xác định BOD khác Câu hỏi ôn tập Nêu định nghĩa ý nghĩa việc xác định BOD nước Trình bày nguyên lý việc xác định BOD thiết bị đo BOD AL606 so sánh với phương pháp SMEWW 5210 B - Phuơng pháp chuẩn phân tích nuớc nước thải - Xác định BOD So sánh hai thông số đánh giá chất lượng nước COD vàBOD Tài liệu tham khảo Tài liệu hướng dẫn hệ thống thiết bị đo BOD AL606, Aqualytic Stanley E Manahan, Fundamentals of Environment Chemistry, Lewis-London-Tokyo, 1993 ... chính: Phần 1, gồm 11 thực tập từ đến 1 , tập trung giới thiệu phương pháp đo, phân tích thông số chủ yếu môi trương đất, nước khơng khí, đánh giá mức độ nhiễm mơi trường Phần 2, từ 12 đến thực tập. .. ngành Hóa mơi trường có thêm kiến thức thực tiễn kỹ nghiên cứu quan trắc, đánh giá, kiểm sốt bảo vệ mơi trường, đáp ứng u cầu cho cơng việc trường, sách Giáo trình thực tập Hóa mơi trường tập thể... 350 - 12 5 50 CO 30000 10 000 - - NO, 200 - 10 0 40 03 18 0 12 0 80 - 300 - 200 10 0 Tồng bụi lơ lửng (TSP) P M 10 (bụi cỏ cỡ hạt < 10 |jm) - - 15 0 50 PM2,5 (bụi có cỡ hạt