phân tích, đánh giá hàm lượng (po4)3- trong nước bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử uv-vis. qua đó, đánh giá sự phú dưỡng nguồn nước bàu thạc gián – vĩnh trung, thành phố đà nẵng

Đối với cây trồng, nước là nhu cầu thiết yếu, đồng thời có vai trò điều tiết các chế độ nhiệt, ánh sáng, chất dinh dưỡng, vi sinh vật, độ thoáng khí trong đất…..Tuy nhiên, do hoạt động c

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

KHOA H -   -

Đề tài:

Phân tích, đánh giá hàm lượng PO43- trong nước bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV – VIS Qua đó, đánh giá sự phú dưỡng nguồn nước Bàu Thạc Gián – Vĩnh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨ VIỆT N M TRƯỜNG ĐHSP Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

NHIỆM VỤ KH LUẬN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: Đỗ Thị Như Thảo

2 Nguyên liệu, hóa chất, dụng cụ và thiết bị:

- Nguyên liệu: Mẫu nước tại Bàu Thạc Gián – Vĩnh Trung, thành phố Đà Nẵng

- Dụng cụ: Cốc, phễu, đũa thủy tinh, ống đong, bình định mức, pipet các loại

- Thiết bị: Máy quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS hiệu Jasca V-530, cân phân tích hiệu Precisa XT 220-A, thiết bị lấy mẫu

3 Nội dung nghiên cứu:

 Nghiên cứu quy trình xác định PO4

trong nước bằng phương pháp quang

phổ hấp thụ phân tử UV-VIS

 Tìm điều kiện thích hợp cho quá trình phân tích đánh giá hàm lượng PO4

3-trong nước bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS

- Khảo sát thời gian ổn định phức màu

- Khảo sát lượng thuốc thử amonimolipdat, lượng tác nhân khử SnCl2 thích hợp cho quá trình

- Khảo sát ảnh hưởng của Fe3+ đến quá trình phân tích xác định PO43- bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS, đưa ra phương pháp loại trừ ảnh hưởng của Fe3+

bằng cách tạo phức FeF63-

 Đề xuất quy trình phân tích xác định hàm lượng PO4

trong nước bằng phương pháp quang phố hấp thụ phân tử UV-VIS

 Áp dụng quy trình đã đề xuất để phân tích và đánh giá hàm lượng PO4

3-trong nước, qua đó đánh giá sự phú dưỡng nguồn nước Bàu Thạc Gián – Vĩnh Trung, thành phố Đà Nẵng

4 Giáo viên hướng dẫn: ThS Phạm Thị Hà, Giảng viên bộ môn hóa phân tích

-Khoa Hóa – Trường Đại Học Sư Phạm – Đại Học Đà Nẵng

5 Ngày giao đề tài: Ngày

6 Ngày hoàn thành:

Sinh viên đã hoàn thành và nộp báo cáo cho Khoa ngày 25 tháng 5 năm 2012

Kết quả điểm đánh giá:…

Ngày …tháng 05 năm 2012

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

(Ký và ghi rõ họ tên)

D NH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Hàm lượng các chất dinh dưỡng ở mức cho phép và nguy hiểm……….13 Bảng 2.1 Bảng giá trị xây dựng đường chuẩn……… … 32 Bảng 3.1 Giá trị mật độ quang của dãy dung dịch chuẩn………… ………37 Bảng 3.2 Giá trị mật độ quang của dung dịch PO 4

ở các thời gian khác nhau 38

Bảng 3.3 Giá trị mật độ quang của dung dịch PO 4

Bảng 3.5 Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Fe 3+

đối với việc xác định PO 4 3-… 41

Bảng 3.6 Giá trị mật độ quang của dung dịch PO 4

D NH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ máy đo quang 2 chùm tia 18

Hình 1.2 Sơ đồ chu trình photpho……… ………22

Hình 1.3 Bản đồ hồ Thạc Gián – Vĩnh Trung……… ……… 25

Hình 1.4 Quang cảnh hồ Thạc Gián – Vĩnh Trung……… ……… 26

Hình 2.1 Sơ đồ vị trí lấy mẫu……… ……… 36

Hình 2.2 Sơ đồ mặt cắt vị trí lấy mẫu……… ……… 36

Hình 3.1 Đồ thị đường chuẩn xác định PO 4 3-………… ……… 37

Hình 3.2 Giá trị mật độ quang của dung dịch PO 4 3- ở các thời gian khác nhau 38

Hình 3.3 Giá trị mật độ quang của dung dịch PO 4 3- với lượng thuốc thử amonimolipdat khác nhau……… ……… 39

Hình 3.4 Giá trị mật độ quang của dung dịch PO 4 3- với lượng thuốc thử thiếc (II) clorua khác nhau……… ……….…40

Hình 3.5 Đồ thị mật độ quang của dung dịch PO43- khi có mặt Fe3+ ở các nồng độ khác nhau……….……….………41

Hình 3.6 Đồ thị biểu diễn mật độ quang của dung dịch PO 4 khi có mặt Fe 3+ và được loại trừ bằng F -……… …… 42

MỞ ĐẦU

Cũng như không khí và ánh sáng, nước không thể thiếu được trong đời sống con người Trong quá trình hình thành sự sống trên Trái Đất thì nước và môi trường nước đóng vai trò đặc biệt quan trọng Nước tham gia vào vai trò tái sinh thế giới hữu cơ (tham gia quá trình quang hợp) Trong quá trình trao đổi chất nước đóng vai trò trung tâm Những phản ứng lý hóa học diễn ra với sự tham gia bắt buộc của nước

Nước phục vụ cho mục đích sinh hoạt của con người và đóng vai trò cực kì quan trọng trong sản xuất Đối với cây trồng, nước là nhu cầu thiết yếu, đồng thời

có vai trò điều tiết các chế độ nhiệt, ánh sáng, chất dinh dưỡng, vi sinh vật, độ thoáng khí trong đất… Tuy nhiên, do hoạt động của con người mà làm cho môi trường nước ngày càng bị ô nhiễm Nguyên nhân từ các loại chất thải và nước thải công nghiệp được thải ra lưu vực các con sông mà chưa qua xử lý đúng mức, các loại phân bón hóa học và thuốc trừ sâu ngấm vào nguồn nước ngầm và nước ao hồ, nước thải sinh hoạt được thải ra từ các khu dân cư ven sông Điều đó dẫn đến sự ô nhiễm trầm trọng đến môi trường sống, ảnh hưởng đến sự phát triển toàn diện của đất nước, sức khỏe, đời sống của nhân dân cũng như vẻ mỹ quan của khu vực Cùng với sự phát triển của nền công nghiệp nước ta, tình hình ô nhiễm môi trường cũng gia tăng đến mức báo động

Nằm giữa trung tâm thành phố Đà Nẵng, Bàu Thạc Gián - Vĩnh Trung có diện tích hơn 29220m2, có dung lượng nước chứa từ 40.000 - 52.000m3

gồm hai bàu nhỏ thông nhau và lấy đường Hàm Nghi làm ranh giới Bàu ở phía Đông thuộc phường Vĩnh Trung, phía Tây thuộc phường Thạc Gián, quận Thanh Khê thành phố

Đà Nẵng Đây là nơi tập trung nước thải của cả khu vực dân cư rộng khoảng 50ha, mật độ từ 200 - 300 người/ha Ngoài ra, hồ Thạc Gián - Vĩnh Trung còn làm nhiệm

vụ điều hoà nước vào mùa mưa để giảm ngập lụt cho các tuyến đường Nguyễn Văn Linh, Nguyễn Hoàng, Hàm Nghi, khu dân cư các phường Nam Dương, Vĩnh Trung, Thạc Gián

Để góp phần nhỏ trong quá trình nâng cao hiệu quả sử dụng và bảo vệ lâu dài

nguồn nước Bàu Thạc Gián - Vĩnh Trung, chúng tôi thực hiện đề tài “Phân tích, đánh giá hàm lượng PO 4

trong nước bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân

tử UV-VIS Qua đó, đánh giá sự phú dưỡng nguồn nước Bàu Thạc Gián – Vĩnh Trung, thành phố Đà Nẵng”

Nội dung đề tài:

1 Nghiên cứu quy trình xác định PO43- trong nước bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS

2 Tìm điều kiện thích hợp cho quá trình phân tích đánh giá hàm lượng PO4

trong nước bằng phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS

3 Phân tích và đánh giá hàm lượng PO4

trong nước, qua đó đánh giá sự phú dưỡng nguồn nước Bàu Thạc Gián – Vĩnh Trung, thành phố Đà Nẵng

CHƯƠNG 1: TỔNG QU N 1.1 Khái quát về nguồn nước [2]

1.1.1 Nguồn nước mặt

Thủy quyển là một thành phần cơ bản của môi trường tự nhiên, bao gồm toàn

bộ nước của các đại dương, sông, suối, ao, hồ, đầm, kênh rạch, nước ngầm, băng tuyết và hơi ẩm trong không khí Khoảng 97% lượng nước trên thế giới là nước mặn Nước ngọt chiếm tỉ lệ rất nhỏ khoảng 3%

Nguồn nước tự nhiên dồi dào đảm bảo cho trái đất luôn được cân bằng về khí hậu Nước là dung môi lý tưởng để hòa tan, phân bố các hợp chất vô cơ và hữu cơ, tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của thủy sinh và các động-thực vật trên cạn Nước cũng là môi trường thuận lợi cho giao thông đường thủy, thể thao và giải trí

Nước mặt bao gồm các nguồn nước ở sông, suối, ao, hồ, đầm, kênh rạch…Đặc điểm chung của các nguồn nước này phụ thuộc rất mạnh vào điều kiện khí hậu, địa hình từng khu vực Nguồn nước mặt có tầm quan trọng hàng đầu trong việc cung cấp nước cho các mục đích khác của con người, đồng thời là nơi tiếp nhận một khối lượng khổng lồ các nguồn chất thải do sinh hoạt và các hoạt động sản xuất của con người thải ra

1.1.2 Nguồn nước ngầm

Nước ngầm được dự trữ trong phần xốp của bề mặt trái đất hoặc trong các khe nứt từ đá Nước này có khả năng di chuyển thành mạch ngầm Mức nước ngầm phụ thuộc vào địa hình và lượng mưa của từng khu vực

Nước ngầm cũng là một nguồn nước quan trọng được dùng để cung cấp cho các nhu cầu sinh hoạt của con người cũng như phục vụ sản xuất công nghiệp

1.2 Sự ô nhiễm nguồn nước

1.2.1 Khái niệm sự ô nhiễm nguồn nước [4,5]

Sự ô nhiễm nguồn nước: “Khi nồng độ của một hay nhiều chất có trong nước vượt quá tải trọng của môi trường và trong một khoảng thời gian đủ để gây tác động hay hậu quả rõ rệt gọi là sự ô nhiễm nguồn nước”

Sự có mặt của các chất độc hại trong nước thải xả vào nguồn nước sẽ làm phá vỡ cân bằng sinh học tự nhiên của nguồn nước phụ thuộc vào các điều kiện xáo trộn và pha loãng của nước thải và nước nguồn Sự có mặt của các vi sinh vật, trong

đó có vi khuẩn gây bệnh sẽ đe dọa tính an toàn vệ sinh nguồn nước

1.2.2 Nguồn gốc gây ô nhiễm nước [4]

Có nhiều nguồn gây ô nhiễm nước bề mặt Hầu hết các nguồn gây ô nhiễm là

do hoạt động sản xuất công nghiệp, thủ công nghiệp, nông nghiệp, ngư nghiệp, giao thông vận tải, dịch vụ du lịch và sinh hoạt của con người tạo nên Ô nhiễm nước do yếu tố tự nhiên có thể là nghiêm trọng nhưng không thường xuyên mà nguyên nhân

chính gây suy thoái chất lượng nước toàn cầu là do các nguồn nhân tạo

 Sự ô nhiễm có nguồn gốc tự nhiên: Đó là do mưa, tuyết tan, lũ lụt, gió bão… hoặc do các sản phẩm hoạt động sống của sinh vật, kể cả xác chết của chúng

có thể là nghiêm trọng nhưng đây không phải là nguyên nhân chính gây suy thoái chất lượng nước toàn cầu

 Sự ô nhiễm có nguồn gốc nhân tạo: Chủ yếu do nguồn nước thải từ các vùng dân cư, khu công nghiệp, hoạt động giao thông vận tải, do sử dụng thuốc trừ sâu diệt cỏ và phân bón trong nông nghiệp vào các nguồn nước sẵn có

1.2.3 Các tác nhân gây ô nhiễm nguồn nước

1.2.3.1 Các ion vô cơ hòa tan:

Nhiều ion vô cơ có nồng độ rất cao trong nước tự nhiên, đặc biệt là trong nước biển Trong nước thải đô thị luôn chứa một lượng lớn các ion Cl-

, SO42-, PO43-,

Na+, K+ Trong nước thải công nghiệp, ngoài các ion kể trên còn có thể có các chất

vô cơ có độc tính rất cao như các hợp chất của Hg, Pb, Cd, As, Sb, Cr, F

 Các hợp chất chứa nitơ:

Các hợp chất chứa nitơ trong nước tự nhiên là chất dinh dưỡng cho thực vật

Nó thúc đẩy sự phát triển của vi sinh vật như vi khuẩn, nấm nước, tảo, thực vật nổi Khi nhiều chất dinh dưỡng chúng sẽ phát triển dày đặc , khi chết đi chúng làm BOD cao, gây thiếu oxi trong nguồn nước, tạo mùi vị cho nước và hạn chế sử dụng nguồn nước cho mục đích khác

Nitơ ở trong nước tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như nitrit, nitrat, amoni và các dạng hữu cơ Nitơ có vai trò quan trọng trong hệ sinh thái nước, cần thiết cho đời sống sinh vật vì là một phần của protein Tất cả các quá trình sống đều được các enzim điều chỉnh mà các enzim lại là những protein chứa nitơ Do đó, nitơ ở một lượng thích hợp là cần thiết

Người ta đề cập đến ba dạng tồn tại chủ yếu của nitơ đó là: nitrit, nitrat, amoni Nitrit (NO2-), nitrat (NO3-), amoni (NH4+) là sản phẩm của quá trình trao đổi chất Trong chu trình nitơ, các chất này có thể chuyển hóa qua lại lẫn nhau

Khi phân tích hàm lượng nitơ trong nước:

 Nếu nước chứa hầu hết các hợp chất hữu cơ chứa nitơ ở dạng amoni và các amoni hydroxyt (NH4OH) thì chứng tỏ nước mới bị ô nhiễm Amoniac trong nước

sẽ ảnh hưởng độc hại đối với cá và vi sinh vật

 Nếu nước chứa chủ yếu hợp chất nitơ ở dạng nitrit là nước đã bị ô nhiễm trong một thời gian dài

 Nếu nước chứa chủ yếu hợp chất nitơ ở dạng nitrat chứng tỏ quá trình oxi hóa đã kết thúc

Nitrit là một sản phẩm trung gian trong cả hai quá trình: oxi hóa NH3 thành nitrat và quá trình khử nitrat

Nitrat là thành phần tự nhiên của nước, là sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy các hợp chất chứa nitơ trong nước Tuy nhiên, các nitrat chỉ bền ở điều kiện hiếu khí Trong điều kiện yếm khí, chúng nhanh chóng bị khử thành nitơ tự do tách

ra khỏi nước, loại trừ sự phát triển của tảo và các thực vật khác sống dưới nước

Khi hàm lượng nitrat cao thì nó gây hiện tượng phú dưỡng làm cho thực vật phát triển nhanh, tiếp theo là chúng chết hàng loạt gây giảm DO và tăng BOD rồi bốc mùi các khí thối Mặt khác, khi hàm lượng nitrat cao có thể gây độc hại đối với người vì khi vào cơ thể trong điều kiện thích hợp ở hệ tiêu hóa chúng sẽ chuyển hóa thành nitrit, kết hợp với hồng cầu tạo thành chất không vận chuyển oxi gây bệnh cho người như xanh xao, thiếu máu Trẻ sơ sinh dưới 6 tháng tuổi rất dễ mắc bệnh

vì trong cơ thể lượng enzim ức chế methemoglobin rất thấp Methemoglobin được tạo thành do hemoglobin trong tế bào máu bị oxi hóa, mà methemoglobin không có

khả năng vận chuyển oxi nên gây ra triệu chứng xanh xao Ngoài ra, còn gây bệnh ung thư dạ dày do nitrit tạo ra kết hợp với một amin thứ sinh (xuất hiện khi phân hủy mỡ hoặc protein trong dạ dày) tạo hợp chất nitro amin là hợp chất gây ung thư

, các polyphotphat như Na5P3O10 có nhiều trong các chất tẩy rửa, chất phụ gia trong thực phẩm và photpho hữu cơ có nhiều trong phân súc vật, trong nước thải của một số ngành sản xuất phân lân và thực phẩm Photpho bị kết tủa dưới dạng muối sắt, canxi, nhôm sau đó chúng được giải phóng rất chậm Đây là nguồn dinh dưỡng cho thực vật dưới nước, chúng cũng gây ô nhiễm và góp phần thúc đẩy hiện tượng phú dưỡng ở các ao, hồ

Nguồn dinh dưỡng khác tạo nên sự dư thừa này từ nông nghiệp là các trang trại chăn nuôi, đặc biệt là nuôi tăng sản Lượng photpho do gia súc thải ra gấp bốn lần lượng photpho do con người thải ra

Ngoài ra các ngành công nghiệp chế biến thực phẩm nói chung và những ngành công nghiệp len yêu cầu nhiều công đoạn rửa, nước thải chứa nhiều polyphotphat là thành phần chính của các chất tẩy rửa

 Sunfat (SO4

2-):

Các nguồn nước tự nhiên, đặc biệt nước biển và nước phèn, thường có nồng

độ sulfat cao Sulfat trong nước có thể bị vi sinh vật chuyển hóa tạo ra sulfit và axit sulfuric có thể gây ăn mòn đường ống và bê tông Ở nồng độ cao, sulfat có thể gây hại cho cây trồng

ăn uống và sinh hoạt

 Các kim loại nặng:

 Chì (Pb): chì có trong nước thải của các cơ sở sản xuất pin, acqui, luyện kim, hóa dầu Chì có khả năng tích lũy trong cơ thể, gây độc thần kinh, gây chết nếu bị

nhiễm độc nặng Chì cũng rất độc đối với động vật thủy sinh

 Thủy ngân (Hg): thủy ngân là kim loại được sử dụng trong nông nghiệp (thuốc chống nấm) và trong công nghiệp (làm điện cực) Ở các vùng có mỏ thủy ngân, nồng độ thủy ngân trong nước khá cao Nhiều loại nước thải công nghiệp có chứa thủy ngân ở dạng muối vô cơ của Hg(I), Hg(II) hoặc các hợp chất hữu cơ chứa thủy ngân Thủy ngân cũng rất độc với các động vật khác và các vi sinh vật Nhiều loại hợp chất của thủy ngân được dùng để diệt nấm mốc

 Asen (As): asen trong các nguồn nước có thể do các nguồn gây ô nhiễm tự nhiên (các loại khoáng chứa asen) hoặc nguồn nhân tạo (luyện kim, khai khoáng ) Asen thường có mặt trong nước dưới dạng asenit (AsO3

3-), asenat (AsO4

3-) hoặc asen hữu cơ (các hợp chất loại methyl asen có trong môi trường do các phản ứng chuyển hóa sinh học asen vô cơ) Asen và các hợp chất của nó là các chất độc mạnh (cho người, các động vật khác và vi sinh vật), nó có khả năng tích lũy trong

cơ thể và gây ung thư Độc tính của các dạng hợp chất asen: As(III) > As(V) > Asen hữu cơ

1.2.3.2 Các chất hữu cơ

 Các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học (các chất tiêu thụ oxi): Cacbonhidrat, protein, chất béo… thường có mặt trong nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải công nghiệp chế biến thực phẩm là các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học Chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học thường ảnh hưởng có hại đến nguồn lợi thuỷ sản, vì khi bị phân huỷ các chất này sẽ làm giảm oxy hoà tan trong nước, dẫn đến chết tôm cá

 Các chất hữu cơ bền vững:

Các chất hữu cơ có độc tính cao thường là các chất bền vững, khó bị vi sinh vật phân huỷ trong môi trường Một số chất hữu cơ có khả năng tồn lưu lâu dài trong môi trường và tích luỹ sinh học trong cơ thể sinh vật Do có khả năng tích luỹ sinh học, nên chúng có thể thâm nhập vào chuỗi thức ăn và từ đó đi vào cơ thể con người Các chất này thường có trong nước thải công nghiệp, nước chảy tràn từ đồng ruộng (có chứa nhiều thuốc trừ sâu, diệt cỏ, kích thích sinh trưởng…) Các hợp chất này thường là các tác nhân gây ô nhiễm nguy hiểm, ngay cả khi có mặt với nồng độ rất nhỏ trong môi trường

1.2.3.3 Dầu mỡ

Dầu mỡ là chất khó tan trong nước, nhưng tan được trong các dung môi hữu

cơ Dầu mỡ có thành phần hóa học rất phức tạp Do đó, dầu mỡ thường có độc tính cao và tương đối bền trong môi trường nước Độc tính và tác động của dầu mỡ đến

hệ sinh thái nước không giống nhau mà phụ thuộc vào loại dầu mỡ

Hầu hết các loại động thực vật đều bị tác hại của dầu mỡ Các loại động thực vật thủy sinh dễ bị chết do dầu mỡ ngăn cản quá trình hô hấp, quang hợp và cung cấp năng lượng

1.2.3.4 Các chất có màu

Nước nguyên chất không có màu, nhưng nước trong tự nhiên thường có màu

do các chất có mặt trong nước như:

- Các chất hữu cơ do xác thực vật bị phân hủy, sắt và mangan dạng keo hoặc dạng hòa tan

- Các chất thải công nghiệp (phẩm màu, crom, tanin, lignin…)

1.2.3.5 Các chất gây mùi vị

Nhiều chất có thể gây mùi vị cho nước Trong đó, nhiều chất có tác hại đến sức khỏe con người cũng như gây các tác hại khác đến động thực vật và hệ sinh thái như:

- Các chất hữu cơ từ nước thải đô thị, nước thải công nghiệp

- Các sản phẩm của quá trình phân hủy xác động thực vật

- Dầu mỡ và các sản phẩm dầu mỡ

1.2.3.6 Các vi sinh vật gây bệnh

Nhiều vi sinh vật gây bệnh có mặt trong nước gây tác hại cho mục đích sử dụng nước trong sinh hoạt Các sinh vật này có thể truyền hay gây bệnh cho người Các sinh vật gây bệnh này vốn không bắt nguồn từ nước, chúng cần có vật chủ để sống ký sinh, phát triển và sinh sản Một số các sinh vật gây bệnh có thể sống một thời gian khá dài trong nước và là nguy cơ truyền bệnh tiềm tàng Các sinh vật này

là vi khuẩn, virút, động vật đơn bào, giun sán

1.3 Sự phú dưỡng nguồn nước [1]

1.3.1 Khái niệm

Phú dưỡng hóa (Eutrophication) được định nghĩa như là sự làm giàu quá mức bởi những chất dinh dưỡng vô cơ cùng với dinh dưỡng có nguồn gốc thực vật Thông thường đó là muối nitrat và photphat

1.3.2 Nguồn gốc của sự phú dưỡng nguồn nước

Các nguyên tố dinh dưỡng chính cần cho sự phát triển sự phú dưỡng là:

 Nitơ: Tồn tại dưới dạng phân tử (cố định bởi tảo lam và vi khuẩn) dưới dạng oxi hóa (nitrat và nitrit) và dưới dạng khử (amoniac và các hợp chất hữu cơ)

 Photpho: Tồn tại trong nước dưới dạng hạt cặn (85%) và dưới dạng hòa tan (photphat và polyphotphat)

 Cacbon: Bị đồng hóa bởi tảo khi quang hợp dưới dạng CO2 của khí quyển, bicacbonat và các vật liệu hữu cơ phân hủy sinh học

Tổng lượng các nguyên tố phú dưỡng có thể bao gồm lượng nguyên tố phú dưỡng bên ngoài từ sự ô nhiễm các nguồn nước chảy vào hồ, do xóa mòn và rửa trôi đất nông nghiệp, đồng thời bao gồm lượng nguyên tố phú dưỡng bên trong do các nguyên tố photpho và nitơ được tái tạo từ các lắng đọng đáy hồ

1.3.3 Các nguồn gây nên sự phú dưỡng

Trong tự nhiên các hồ nguyên thủy đều nghèo dinh dưỡng, khi “già” đi nước cạn dần, các loại tảo nước giảm dần nhưng mật độ cao, chủ yếu là tảo lam, hiện tượng tảo nở hoa xảy ra nhiều, hồ trở nên phú dưỡng hóa Sự phú dưỡng đó được xem là tự nhiên Nhưng hiện nay do các hoạt động sống của con người đã làm nguồn nước ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng đặc biệt là ô nhiễm dinh dưỡng do các chất dinh dưỡng gây nên hiện tượng phú dưỡng các nguồn nước, đó được gọi là sự

phú dưỡng nhân tạo Sông hồ bị phú dưỡng nguồn nước do phải tiếp nhận chất dinh dưỡng từ các nguồn sau:

1.3.3.1 Nước thải đô thị (sinh hoạt, dịch vụ)

Các chất dinh dưỡng từ các nguồn đô thị có thể từ nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp và nước thoát đi sau khi mưa Bột giặt chứa photpho trở thành nguồn photpho rất quan trọng trong nước thải sinh hoạt Tùy vào ngành công nghiệp và mức độ xử lý mà lượng nước thải chứa nitơ và photpho khác nhau Ngành chế biến thực phẩm nói chung và ngành công nghiệp len yêu cầu có những công đoạn rửa rất nhiều thường nước thải có chứa nhiều nitơ và photpho

Đặc điểm cơ bản của nước thải sinh hoạt đó là có chứa 40-80% là chất hữu

cơ không bền vững, dễ bị phân hủy sinh học, trong đó chứa 40-60% là protein còn lại là cacbonhydrat, chất béo, các hợp chất nitơ và photpho

Protein là chất hữu cơ đóng vai trò quan trọng trong việc đưa nitơ vào nước ở dạng thức ăn thừa Trong nước nó sẽ phân hủy thành axitamin, axit béo….làm cho nước có mùi hôi thối

Bên cạnh đó, do tập tục lâu đời của nước ta “nhất cận thị, nhị cận giang” nên người dân sống tập trung chủ yếu dọc các sông hồ Điều này làm cho hệ thống kênh rạch, sông ngoài nước ta bị ô nhiễm nặng nề, đặc biệt là hiện tượng phú dưỡng hóa

1.3.3.2 Nước thải công nghiệp

Nước thải công nghiệp là từ các cơ sở sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, giao thông vận tải Tùy thuộc vào ngành công nghiệp, thể tích nước thải và mức độ xử lý mà thải ra lượng chất dinh dưỡng tương ứng Các ngành công nghiệp thải ra lượng chất dinh dưỡng gây nên hiện tượng phú dưỡng hóa là: Công nghệ mỹ phẩm, sản xuất xà phòng và chất tẩy rửa, thực phẩm, nước giải khát…

1.3.3.3 Nguồn thải từ các hoạt động nông nghiệp

Nước thải nông nghiệp là nước từ các khu canh tác, trồng trọt vào nơi tiếp nhận, kể cả nước chảy tràn qua vùng đó vào mùa lũ Các chất dinh dưỡng (N, P)

trong nước thải nông nghiệp chủ yếu là do sử dụng phân bón trong quá trình canh tác và một phần nước thải chăn nuôi từ các khu chăn nuôi, trang trại

1.3.3.4 Nước mưa chảy tràn

Nước mưa chảy tràn được xem là nước thải tự nhiên Trong suốt trận mưa, nước mưa mang theo những chất thải trên mặt đường, vỉa hè, rảnh đường vào cống rảnh, sông hồ Trong thời gian đầu của trận mưa, nước mưa thật sự làm nhiệm vụ rửa bề mặt đô thị vì thế người ta có thể nói rằng sự ô nhiễm nước mặt tương đương với nước thải đô thị

1.3.4 Ảnh hưởng của sự ô nhiễm nitơ, photpho đến sự phú dưỡng

Việc bổ sung lượng lớn và dư thừa N, P so với nhu cầu sẽ dẫn đến sự phát triển bùng nổ không kiểm soát được của tảo và năng suất toàn bộ hệ sinh thái gây nên hiện tượng phú dưỡng

Chất dinh dưỡng của tảo bao gồm: C, Ca, S, Mg, Na, Fe….và chủ yếu là nitơ

và photpho Để sản xuất một lượng tảo cần lượng nitơ gấp 7,2 lần photpho Và tỷ lệ N/P trong nước nói chung là lớn hơn 20 từ đây cho thấy P là chất dinh dưỡng giới hạn Ngược lại, khi tỷ lệ này bằng hoặc nhỏ hơn 5 phản ánh một hệ bị giới hạn bởi nitơ (Thomann và Meuller, 1987)

Sawyer (1947) cho rằng, nồng độ photpho trong nước lớn hơn 0,015mg/l và nồng độ nitơ lớn hơn 0,3mg/l đủ gây sự phát triển của tảo Trên cơ sở đó, Vollenweider (1975) cho rằng nồng độ P = 0,01mg/l là chấp nhận được đối với nước hồ và 0,02mg/l sẽ gây ra dư thừa P Mà tảo lại được sử dụng làm thức ăn của động vật phù du Một số loài cá nhỏ ăn động vật phù du và rong tảo Các loại cá lớn

ăn thịt cá nhỏ Từ đó, ta thấy năng suất của dây chuyền thực phẩm trong nước phụ thuộc vào lượng N, P có mặt trong nước

Do hoạt động của con người, nước thải đô thị, nước thải sản xuất, nước từ đất canh tác dư thừa phân bón đã làm tăng cao chất dinh dưỡng kích thích sự phát triển của thủy sinh vật, đặc biệt là tảo lam và làm giảm chất lượng nước Sự phát triển bùng nổ của tảo làm cho nước đục, tảo chết sẽ kết thành khối nổi trên mặt nước, quá trình phân hủy chúng làm phát sinh mùi và làm giảm lượng oxi hòa tan Mặt khác, tảo bị phân hủy lắng xuống đáy hồ làm cho nước hồ ngày càng giàu dinh

dưỡng, lớp bùn đáy càng ngày càng dày và chứa nhiều N, P gây nên hiện tượng yếm khí và cạn lòng hồ

1.3.5 Ảnh hưởng của sự phú dưỡng nguồn nước đến môi trường

 Hậu quả chung của sự phú dưỡng hóa:

1 Sự đa dạng của các loài sinh vật bị giảm đi, loài thống trị thay đổi

2 Sinh khối thực vật và động vật tăng lên

3 Độ đục tăng lên

4 Tốc độ lắng tăng, tuổi thọ tối đa của hồ giảm

5 Có thể dẫn đến thiếu oxi

 Từ những hậu quả trên có thể dẫn đến những vấn đề phải đối đầu sau:

1 Nước có màu, mùi vị xử lý nước uống khó khăn

2 Nước có thể gây hại cho sức khỏe

3 Giá trị để vui chơi giảm

4 Dòng chảy và đi lại có thể bị cản trở

5 Các loài có giá trị thương mại (nước ngọt) có thể bị mất đi

1.3.5.1 Ảnh hưởng đến thực vật bậc cao

Sự phú dưỡng hóa đã gây ra nhiều biến đổi rõ rệt ở vùng hồ Norfolk đông bắc nước Anh là vùng hồ tương đối nhỏ hình thành từ thời trung cổ do khai thác than bùn Ở đây xảy ra quá trình phú dưỡng hóa do tự nhiên và tình hình ngày càng xấu đi từ cuối thập kỷ 50 theo khảo sát năm 1972-1973 cho thấy 11 trong 28 hồ đã hoàn toàn vắng bóng các loại thực vật ở nước, chỉ còn bông súng Cũng tại đây Boormann và Fuller (1981) đã tính toán cho thấy các đầm lau sậy có diện tích giảm dần Hiện tượng suy giảm này được Boar (1989) cho rằng nồng độ nitrat > 6mg/l làm cho rễ nảy mầm của cây lau sậy giảm đi làm cho chúng không chịu được tác động của sóng nước

1.3.5.2 Ảnh hưởng đến động vật đáy

Ngoài ra, phú dưỡng hóa còn làm giảm tính đa dạng các hệ động vật đáy ở những hồ phú dưỡng theo mùa nhất là những sinh vật đáy có vị trí cao trong dây chuyền thực phẩm của các sinh vật

1.3.5.3 Ảnh hưởng đến cá

Cá cũng bị tác động của phú dưỡng hóa Hartmann (1977) tổng kết từ dữ liệu

51 hồ Châu Âu dựa trên sự thay đổi lượng cá, ông ghi nhận 4 giai đoạn phú dưỡng hóa Cá trắng chiếm ưu thế ở các hồ nghèo dinh dưỡng và số lượng của chúng tăng lên khi bắt đầu phú dưỡng hóa rồi giảm đi Cá Percid tăng lên đôi chút ở giai đoạn giữa các quá trình phú dưỡng hóa rồi sau đó giảm đi

1.3.5.4 Ảnh hưởng đến mỹ quan và hoạt động giải trí

Các giá trị thẫm mỹ và giải trí của nước bị phú dưỡng hóa thường bị giảm mặc dù nhiều người sử dụng không biết hoặc không phản ứng với việc giảm giá trị này

Các loại tảo bị phân hủy dạt vào bờ thường bốc mùi gây sự khó chịu cho du khách và cư dân

1.3.6 Mô hình đánh giá sự phú dưỡng hóa

Các hồ giàu dinh dưỡng (phú dưỡng) được đặc trưng bởi nồng độ cao và không cân đối các chất dinh dưỡng chủ yếu là nitơ, photpho đã tạo điều kiện thúc đẩy rong tảo phát triển gây suy giảm chất lượng nước

Trong các hồ nghèo dinh dưỡng, nồng độ photpho thấp và có xu hướng giảm Hơn nữa khi tỷ lệ nitơ và photpho lớn hơn 16:1, khi đó sự phú dưỡng hóa là do photpho khống chế và việc đưa photpho vào hồ là chỉ số then chốt để đánh giá vấn

đề phú dưỡng có xảy ra hay không Như vậy, đối với hồ chứa nồng độ photpho là thông số giới hạn để đánh giá sự phú dưỡng do tác nhân ô nhiễm không bền vững

Giá trị nhập vào của N, P có thể chấp nhận được cho hồ có độ sâu khác nhau

và giá trị có thể gây nguy hại đến hồ được trình bày ở bảng 1.1

Bảng 1.1 Hàm lượng các chất dinh dưỡng ở mức cho phép và nguy hiểm

STT

Độ sâu trung bình (m)

Giá trị nhập cho phép Giá trị nhập nguy hiểm N(g/m2.năm) P(g/m2.năm) N(g/m2.năm) P(g/m2.năm)

5 150 7,5 0,50 15,0 1,00

Nếu tỷ lệ N/P 16/1 thì photpho là nguyên tố giới hạn Nếu ngược lại thì nitơ là nguyên tố giới hạn Mối tương quan đơn giản giữa lượng nhập và độ sâu được phát triển tiếp bằng cách đưa thêm vào các thông số như lượng nhập từ bên trong và chiều dài bờ hồ)

1.3.7 Các biện pháp khống chế

Rast và Holland đề ra đề cương cơ bản có tính chất thực dụng cho sự phát triển chiến lược sự phú dưỡng hóa:

1 Xác định các vấn đề phú dưỡng hóa xác lập mục đích quản lý

2 Đánh giá quy mô của thông tin sẵn có của hồ và đầm

3 Xác định phương pháp kiểm soát phú dưỡng hóa khả thi sẵn có

4 Phân tích tất cả các chi phí và lợi nhuận dự tính của các sách lược quản lý

5 Phân tích sự đầy đủ của cơ cấu tổ chức và điều chỉnh đang tồn tại để thực hiện chính sách quản lý

6 Lựa chọn sách lược kiểm soát và phổ biến cho những bên quan tâm

7 Sử dụng cơ chế tổ chức để giảm bớt các vấn đề do phú dưỡng hóa trong tương lai

Thực tế cho thấy cần thực hiện cả hai nhóm thao tác sau một cách đồng thời:

1 Giảm nguồn dinh dưỡng từ bên ngoài vào: Việc đổ nước thải phú dưỡng hóa và chất thải động vật vào các dòng nước và hồ là nguồn chủ yếu của các vấn đề, trong khi bột giặt là nguồn photpho quan trọng nhất cho nước thải Việc loại bỏ photpho trong bột giặt có thể giảm đến 50% tổng lượng photpho chảy vào hồ Do

đó, để giảm lượng photpho từ bột giặt cần kiểm soát nước thải sinh hoạt

2 Photphat có thể kết tủa bằng vôi tôi tại các bể lắng đọng Quá trình này có thể kiểm soát tới 90-95% lượng photphat

Xử lý sinh học sử dụng khả năng một vài vi sinh vật hút photpho nhiều hơn nhu cầu dinh dưỡng trực tiếp của chúng do dự trữ trong tế bào dưới dạng polyphotphat Những vi sinh vật này có thể tách khỏi nước cùng với bùn Việc loại

bỏ photpho bằng phương pháp sinh học có thể đạt tới bằng cách thay đổi quá trình loại bỏ nitơ đang có

1.4 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS [3]

1.4.1 Cơ sở lý thuyết của phương pháp

Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS là một trong những phương pháp tiêu chuẩn để phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước Cơ sở của phép định lượng là dựa trên định luật Lambert-Beer như sau:

Khi chiếu một chùm tia đơn sắc với cường độ ánh sáng I0 đi qua dung dịch

có nồng độ xác định thì một phần ánh sáng bị hấp thụ (Ih) và một phần ló ra khỏi dung dịch (Il)

Trong đó: I0: cường độ ánh sáng tới

Il: cường độ ánh sáng sau khi đi qua dung dịch

ε: hệ số tắt phân tử hay hệ số hấp thụ phân tử, ε là đại lượng xác định, phụ thuộc vào bản chất của chất hấp thụ, vào bước sóng λ của bức xạ đơn sắc

và vào nhiệt độ

l: chiều dày của dung dịch mà ánh sáng đi qua (cm)

C: nồng độ dung dịch màu (mol/l)

D: mật độ quang

Vậy: Với một dung dịch xác định, đo trong một cuvet có bề dày nhất định

D = K.C Vậy nguyên tắc chung của phương pháp là: để phân tích xác định một chất người ta đưa chúng về dạng phức màu bằng thuốc thử thích hợp rồi đo mật độ quang của dung dịch, từ đó có thể xác định nồng độ của chất phân tích

1.4.2 Điều kiện tối ưa cho phương pháp

K oảng tuyến tín của đ n luật La be-Bia

Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS là dựa trên định luật Lambert-Beer nêu trên Tuy nhiên, để có được phép đo chính xác phải tuân thủ các điều kiện sau:

1.4.2.1 Tính đơn sắc của ánh sáng

Do tính chất đặc trưng của các chất màu chỉ hấp thụ những bức xạ đơn sắc có bước sóng thích hợp nên định luật Lambert – Beer chỉ đúng khi dùng ánh sáng đơn sắc để nghiên cứu Các máy đo quang cần có thiết bị để cung cấp được dải sóng tập trung quanh một bước sóng nhất định hay ánh sáng phải là ánh sáng đơn sắc

1.4.2.2 Ảnh hưởng của nồng độ

Thực nghiệm đã chứng minh rằng quan hệ giữa mật độ quang D và nồng độ dung dịch C chỉ tuyến tính trong một khoảng giá trị nồng độ xác định gọi là khoảng tuyến tính của định luật Lambert-Beer, người ta quan sát được độ lệch khỏi sự phụ thuộc tuyến tính giữa nồng độ và độ hấp thụ

Khoảng tuyến tính là khác nhau đối với các máy đo khác nhau và với các đối tượng phân tích khác nhau Do đó phải xác định khoảng tuyến tính cho từng phép phân tích cụ thể

1.4.2.3 Bước sóng tối ưu λ max

Các chất hấp thụ bức xạ đơn sắc một cách chọn lọc, giá trị D lớn nhất ta đo dược gọi là mật độ quang cực đại Dmax lúc này kết quả phân tích cho độ nhạy và độ chính xác cao nhất Bước sóng tương ứng với Dmax gọi là bước sóng tối ưu λmax

1.4.2.4 Ảnh hưởng của pH

Nếu thuốc thử là axit mạnh thì giá trị pH của môi trường không ảnh hưởng đến độ bền của phức Chỉ cần một lượng axit vừa đủ để tạo phức và ion kim loại khỏi phân hủy là được

Nếu thuốc thử là những axit yếu thì giá trị pH lúc bắt đầu tạo phức phải khác

so với giá trị pH mà phức bắt đầu đổi màu Biến động pH càng lớn thì càng tốt

Mỗi loại thuốc thử thích hợp với một môi trường pH nhất định

1.4.2.6 Ảnh hưởng của thời gian

Một số phức màu có độ bền màu phụ thuộc vào thời gian, vì vậy thời gian chuẩn bị mẫu và thời gian tiến hành đo mẫu ảnh hưởng rất lớn đến kết quả phân tích Do đó, phải tiến hành khảo sát thời gian thích hợp cho mỗi quy trình phân tích các chất cụ thể Phép đo mật độ quang phải được thực hiện khi dung dịch màu ổn định

1.4.3 Sơ đồ máy quang phổ hấp thụ phân tử

Không phụ thuộc vào vùng phổ, các máy đo độ truyền quang và độ hấp thụ (mật độ quang) của dung dịch bao gồm 5 bộ phận cơ bản :

- Nguồn bức xạ có năng lượng ổn định

- Bộ phận tạo bức xạ đơn sắc cho phép ta chọn bước sóng của bức xạ đơn sắc thích hợp với chất nghiên cứu

- Các cuvet chứa dung dịch đo

- Detectơ để chuyển tín hiệu quang - năng lượng bức xạ - thành tín hiệu đo được, thường là tín hiệu điện

- Bộ phận chỉ thị kết quả đo của tín hiệu

Sơ đồ khối tổng quát của một thiết bị đo quang như sau:

Tuỳ theo cấu tạo của các loại thiết bị mà người ta chia ra làm 2 loại máy đo quang là máy 1 chùm tia và máy 2 chùm tia Dưới đây là sơ đồ của máy đo quang 2 chùm tia :

Hình 1.1 Sơ đồ máy đo quang 2 chùm tia

Nguồn

bức xạ

liên tục

Bộ phận tạo tia đơn sắc

Cuvet đựng dung dịch

6- Gương 7- Tế bào quang điện 8- Điện kế chuẩn hóa 100%T

1.4.4 Ưu điểm của phương pháp

- Phương pháp có độ nhạy cao, thường có thể xác định, định lượng các nồng

độ nhỏ hơn 10-7

M Do đó, được ứng dụng trong hai lĩnh vực

Thứ nhất là trong lĩnh vực phân tích lượng vết, phép đo phổ trắc quang trong vùng phổ tử ngoại và khả kiến cho phép định lượng các cấu tử của mẫu có hàm lương cỡ 1ppm về khối lượng

Thứ hai là trong lĩnh vực vi phân phân tích có thể xác định, định lượng các cấu tử chính trong mẫu có kích thước rất nhỏ

- So với phương pháp chuẩn độ và trọng lượng truyền thống thì phép phổ trắc quang là một phương pháp thực hiện nhanh và thuận lợi

- Nhờ có phần lớn máy quang phổ hiện đại mà có thể tiến hành phép đo từ 5 đến 10 mẫu trong 1 phút Ngoài ra dễ dàng tự động hóa phương pháp đo phổ trắc quang, bắt đầu từ việc đưa mẫu vào cho đến tính nồng độ một số cấu tử trong mẫu

1.4.5 Các phương pháp phân tích định lượng trắc quang UV-VIS

1.4.5.1 Phương pháp đường chuẩn

Khi phân tích hàng loạt nhiều mẫu, người ta thường sử dụng phương pháp đường chuẩn, phương pháp này cho phép phân tích và tính toán kết quả nhanh, có thể triệt tiêu được các sai số hệ thống Quy trình thực hiện như sau :

- Chuẩn bị một dãy dung dịch chuẩn có nồng độ chính xác, tăng dần nhất định C1, C2, C3, C4, C5, C6 của chất chuẩn phân tích, chất chuẩn phân tích X đã được đưa về dạng phức màu bằng thuốc thử thích hợp

- Đo mật độ quang D1, D2, D3,D4,D5,D6 của các dung dịch chuẩn tại bước

sóng λ max đã khảo sát

- Xây dựng đường chuẩn D = f(C)

- Chuẩn bị mẫu trong điều kiện tương tự, đo mật độ quang Dx

- Dựa vào đường chuẩn suy ra nồng độ Cx

2600C 3000C

1.4.5.2 Phương pháp thêm chuẩn

Lấy cùng một lượng dung dịch cần phân tích (CX) vào 2 bình định mức 1 và

2 Thêm vào bình 2 một lượng của chất phân tích Ca Thực hiện phản ứng hiện màu

ở cả hai bình trong điều kiện thích hợp hoàn toàn như nhau Đem đo quang của 2 dung dịch ở max Từ đó ta có:

- Mật độ quang của dung dịch phân tích Dx

- Mật độ quang Dx+a từ các giá trị đo được, xác định nồng độ của mẫu Cx

x a x

x a x

a x x a x

x

D D

D C C

D

D C C

3-PO43- tồn tại trong hợp chất dưới dạng octhophotphat hay các hidrophotphat, dihidrophotphat Anion PO43- có cấu tạo tứ diện đều

Phân tử H3PO4 có P ở trạng thái lai hóa sp3 nên gốc PO4

có cấu tạo tứ diện, trong dung dịch tứ diện đó nó được bảo vệ, giữ nguyên nhờ liên kết hidrô với nước Điều đó ngăn cản P5+

trong H3PO4 không thể tham gia oxi hóa

Khi đun nóng H3PO4 đến 2600C thì hai phân tử H3PO4 mất một phân tử nước

và biến thành axit điphotphoric

Axit điphotphoric được đun nóng đến 3000C thì chuyển hóa thành axit meta photphoric, dạng thủy tinh polyme (HPO3)3

Quá trình chuyển hóa có thể tóm tắt như sau:

+H2O 2nH3PO4 nH4P2O7 2(HPO3)n + H2O

+H2O

Các muối photphat nói chung không màu Tất cả các đihidrophotphat đều dễ tan trong nước còn trong các muối monohidrophotphat và photphat trung tính chỉ muối kim loại kiềm là dễ tan

Trong các muối photphat tan, muối photphat của kim loại kiềm bị thủy phân rất mạnh trong dung dịch cho môi trường kiềm mạnh

Khi có mặt ion Mg2+

và ion NH4+ ở trong dung dịch amoniac, ion PO43- tạo nên kết tủa màu trắng MgNH4PO4 không tan trong dung dịch amoniac nhưng tan trong axit

NH4+ + Mg2+ + PO43-  NH4MgPO4Khi có mặt muối amoni molipdat (NH4)2MoO4 trong dung dịch HNO3, ion

Muối photphat có nhiều công dụng trong nông nghiệp, công nghiệp, kỹ thuật Muối photphat của canxi và amoni được dùng với một lượng rất lớn để làm phân bón vô cơ Riêng muối Ca3(PO4)2 còn được dùng làm thức ăn cho gia súc Muối

Na3PO4 được dùng để làm mềm nước dùng cho các nồi hơi cao áp và làm phụ gia trong các chất tẩy rửa

Photphat là nguồn dinh dưỡng cho thực vật, rong, tảo và sinh vật Nó có nhiều trong phân người, phân gia súc và cả nước thải của các xí nghiệp chế biến thực phẩm cũng như trong các nhà máy sản xuất phân lân Nói chung ion photphat không độc hại với người và gia súc, nhưng có nhiều trong nước là điều không tốt vì dẫn đến sự phú dưỡng hóa nguồn nước Nước không ô nhiễm có nồng độ photphat nhỏ hơn 0.01mg/l Ở các nguồn nước bị ô nhiễm do nước thải đô thị và công nghiệp

có thể có nồng độ photphat đến 0.5mg/l

1.5.2 Sự tồn tại của photpho trong nước [1]

Na3PO4 + H2O NaOH + Na2HPO4

Photpho xâm nhập vào nước có nguồn gốc từ nước thải đô thị, phân hóa học cuốn trôi từ đất, nước mưa hoặc photpho trầm tích tan trở lại

Hình 1.2 Sơ đồ chu trình photpho

Có các loại photpho tồn tại trong nước như sau:

+ Photpho hoạt tính hòa tan (octhophotphat hay photphat hữu cơ hòa tan) Dạng photpho này rất thích hợp với thực vật Chúng thường có dạng H2PO4-, HPO42-, PO43-

+ Photpho hữu cơ liên kết tồn tại như một thành phần sinh khối của thực vật, động vật và vi khuẩn

+ Photpho hữu cơ không liên kết dưới dạng hợp chất hữu cơ không hòa tan hoặc keo

+ Photpho vô cơ liên kết dưới dạng các loại muối photphat hay dihidrophotphat

+ Photpho vô cơ không liên kết chủ yếu là phụ gia của các chất giặt tẩy

1.5.3 Các phương pháp xác định PO 4

3-1.5.3.1 Phương pháp chuẩn độ

Là phương pháp phân tích thể tích dựa trên phản ứng giữa NaOH và HCl với chỉ thị metyl da cam

 Nguyên tắc: Chuyển toàn bộ PO43- trong mẫu về dạng kết tủa MgNH4PO4 Dùng một lượng chính xác và dư dung dịch chuẩn HCl để hòa tan kết tủa này Lượng HCl dư được xác định bằng dung dịch chuẩn NaOH từ đó tính được hàm lượng PO4

+ Thêm một lượng dư MgCl2 5%, 2 đến 3 giọt metyl da cam, dung dịch HCl + Pha loãng dung dịch đến 100 ml nếu dung dịch vẫn còn đục thì thêm tiếp HCl đến khi dung dịch trong suốt

+ Đun nóng dung dịch đến gần sôi, mới thêm từng giọt NH3 5% và khuấy đến khi dung dịch có màu vàng

+ Để yên cốc từ 2 đến 3 giờ rồi lọc kết tủa trắng bằng giấy lọc băng xanh, rửa sạch kết tủa rồi chuyển cả kết tủa và giấy lọc vào cốc sạch

+ Thêm một lượng chính xác và dư dung dịch chuẩn HCl rồi chuẩn lượng dư HCl bằng dung dịch NaOH với chỉ thị metyl da cam

+ Từ đó tính được lượng axit dư rồi suy ra lượng axit đã tham gia phản ứng hòa tan kết tủa

+ Dựa vào đây tính được nồng độ PO4

trong dung dịch cần xác định

Các phản ứng:

Mg2+ + NH4+ + HPO42-  MgNH4PO4  + H+ MgNH4PO4 + 2H+  Mg2+ + NH4

+

+ H2PO4

H+dư + OH  H2O

1.5.3.2 Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS [10]

Đây là một trong những phương pháp nhanh nhạy nhất của phép xác định photphat trong nước Trong phương pháp này, ion octhophotphat kết hợp với amonimolipdat trong môi trường axit tạo ra hợp chất dị đa axit photphoromolipdat (NH4)3P(Mo3O10)4, hợp chất này có thể khử bằng nhiều thuốc thử như hidroquynon, thiếc (II), sắt (II), đồng kim loại với sự tạo ra một chất màu mạnh gọi là Xanh

molipden Có thể đo nồng độ của chất này bằng phương pháp phổ trắc quang, từ đó cho ta khả năng xác định hàm lượng của photphat

Xanh molipden là một polime phức tạp, nó cấu tạo từ hỗn hợp của molipden (V) và molipden (VI) Tuy nhiên, cần phải lưu ý rằng hợp chất này chứa cùng một nguyên tố trong hai mức oxi hóa khác nhau, có màu mạnh đặc trưng và có khả năng hấp thụ ánh sáng cao Hai phản ứng cơ bản trong phương pháp chính là sự tạo ra photphoromolipdatamoni và sự khử tiếp theo đến Xanh molipden có thể cho ta các sản phẩm phụ không mong muốn Do vậy, những phản ứng này cần được tiến hành

ở các điều kiện tối ưu như độ axit dung dịch, lượng amonimolipdat (chất này được dùng làm thuốc thử), lượng tác nhân khử và thời gian tiến hành phản ứng Việc sử dụng các tác nhân khử khác nhau cho ta các phương pháp phân tích khác nhau Dưới đây là một số phương pháp phân tích cụ thể:

Phương pháp axit ascorbic:

Nguyên tắc: Amonimolipdat phản ứng với octhophotphat trong môi trường axit tạo thành dị đa axit photphoromolipdic Axit dị đa này bị khử thành hợp chất Xanh molipden bằng axit ascorbic với sự có mặt của kali antimonyl tactrat Đo mật

độ quang của dung dịch ở 880nm để xác định hàm lượng photphat

Các giai đoạn phản ứng:

- Giai đoạn 1: Phá mẫu bằng cách oxi hóa để chuyển các dạng photpho về dạng octhophotphat

Mẫu có photpho + H2SO4 + HNO3  H3PO4 + ……

- Giai đoạn 2: Xác định photphat trên cơ sở các phản ứng

H3PO4 + 12MoO42- + 3NH4+ + 21H+  (NH4)3H4[P(Mo2O7)6]  + 10H2O (NH4)3H4[P(Mo2O7)6]  + C6H8O6  Xanh molipden + C6H6O6

Màu vàng axit ascorbic axit đehidro ascorbic

Phương pháp axit Vanadomolipdo photphoric:

Nguyên tắc: Trong dung dịch ion octhophotphat phản ứng với amonimolipdat cho ra dị đa axit molipdophotphoric, sau đó axit này phản ứng với

NH4VO3 tạo thành phức màu vàng Đo mật độ quang của dung dịch tại bước sóng

400nm để xác định nồng độ ion octhophotphat trong mẫu theo phương pháp đường chuẩn hoặc thêm chuẩn

Phương pháp thiếc diclorua:

Nguyên tắc: Dị đa axit photphoromolipdic được hình thành như phản ứng trên rồi bị khử bởi thiếc diclorua tạo hợp chất màu mạnh là Xanh molipden Độ đậm màu của dung dịch (độ hấp thụ hay mật độ quang) tỉ lệ với hàm lượng photphat có trong dung dịch phân tích Phương pháp này nhạy hơn và nồng độ tối thiểu có thể phân tích nhỏ hơn phương pháp axit Vanadomolipdo photphoric Độ nhạy của phương pháp là 0.01 mg/l

Trong đề tài chúng tôi sử dụng phương pháp này

1.6 Giới thiệu Bàu Thạc Gián – Vĩnh Trung [9]

1.6.1 Vị trí địa lý

Hồ Thạc Gián – Vĩnh Trung nằm giữa hai phường Thạc Gián và Vĩnh Trung, quận Thanh Khê, thành phố Đà nẵng Nguyên gốc hồ Thạc Gián – Vĩnh Trung là một cái đầm có diện tích khoảng 11 ha, do quá trình đô thị hóa nên diện tích hồ bị thu hẹp còn lại khoảng 3 ha

Hình 1.3 Bản đồ hồ Thạc Gián – Vĩnh Trung

1.6.2 Chức năng của hồ

Chức năng chính của hồ là hồ điều tiết nước mưa cho lưu vực khoảng 50 ha với mật độ dân cư khoảng 400-500 người/ha bao gồm các khu vực dân cư Bàu Thạc Gián – Vĩnh Trung, tuyến đường Nguyễn Văn Linh và một phần khu vực Tân