báo cáo đo và giám sát môi trường đề tài đo nồng độ khí nhx

Do vậy, vấn đề nâng cao chất lượng đo lường, giám sát các loại khí độchại để đưa ra các giải pháp hạn chế, loại bỏ chúng là nhiệm vụ cấp bách và quantrọng trong việc bảo vệ môi trường và

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐIỆN – ĐIỆN TỬ -*** -

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1

1.1 Amoniac là gì? 1

1.2 Các nguồn phát sinh Amoniac NH3 1

1.3 Tác hại của khí Amoniac 1

1.4 Ảnh hưởng theo nồng độ 2

1.5 Tác hại của NH3 trong nước 3

1.6 Cách nhận biết amoni trong nước sinh hoạt 3

1.7 Một số phương pháp có thể áp dụng để khử amoni trong nước sinh hoạt 4 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP ĐO NỒNG ĐỘ KHÍ NHx 5

2.1 Phương pháp xác định hàm lượng Amoniac trong không khí theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5293:1995 5

2.1.1 Phạm vi áp dụng 5

2.1.2 Nguyên tắc 5

2.1.3 Yếu tố ảnh hưởng 5

2.1.4 Dụng cụ 5

2.1.5 Thuốc thử 5

2.1.6 Tiến hành lấy mẫu 6

2.1.7 Tiến hành phân tích 6

2.1.8 Tính toán kết quả 7

2.1.9 Kiểm soát chất lượng 7

2.2 Đo nồng độ khí NH3 bằng cảm biến bán dẫn 8

2.2.1 Loại màng mỏng 9

2.2.2 Loại màng dày 9

2.3 Phương pháp xác định hàm lượng Amoniac trong môi trường nước 10

2.3.1 Phương pháp thể tích (chuẩn độ axit-bazo) 10

2.3.2 Phương pháp điện cực chọn lọc 11

2.3.3 Phương pháp trắc quang 11

CHƯƠNG 3 THIẾT BỊ MÁY ĐO NỒNG ĐỘ KHÍ NHx 13

3.1 Máy đo dạng cầm tay 13

3.2 Hệ thống đo cố định: 13

3.3 Máy đo trong khí thải 13

3.4 Máy đo d] khí đô ^c Ammonia NH3 XPS-7 Cosmos 13

3.4.1 Thông số kỹ thuật 14

3.4.2 Nguyên lý đo 15

3.4.3 Thành phần và chức năng 15

3.4.4 Quy trình hoạt động 17

Tài liệu tham khảo 19

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1: Đánh giá ảnh hưởng của nồng độ NH3 đến sức khỏe con người 2

Bảng 2: Lập dãy chuẩn 6

Bảng 3: Thông số 14

Bảng 4: Thông số máy chính 15

Bảng 5: Chức năng các nút bấm 16

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1: Sơ đồ phân tích mẫu thử 8

Hình 2: Cảm biến bán dẫn màng dày 9

Hình 3: Máy đo khí độc NH3 XPS-7 Cosmos 14

Hình 4: Nguyên lý của cảm biến điện hóa 15

Hình 5: Máy chính 15

Hình 6: Các nút bấm 16

Hình 7: Màn hình 17

Hình 8: Ống đầu vào 17

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, vấn đề ô nhiễm không khí không chỉ c]n là một vấn đề riêng lẻcủa một đất nước hay một khu vực mà nó đã trở thành vấn đề toàn cầu Thựctrạng phát triển kinh tế xã hội của các quốc gia trên thế giới trong thời gian qua

đã có những tác động lớn lên môi trường, đã làm cho cuộc sống của con ngườithay đổi và ngày càng tồi tệ hơn

Chất lượng không khí trong môi trường dân sinh cũng như môi trườngcông nghiệp ngày càng xuống thấp Đây là một trong những hiểm họa trong cuộcsống hiện đại khi mà lĩnh vực sản xuất ngày càng phát triển Bên cạnh việc nângcao chất lượng sản xuất có tính bền vững và bảo vệ môi trường thì công tác giámsát, cảnh báo chất lượng không khí cũng rất quan trọng Trong môi trường côngnghiệp các loại khí độc hại nếu vượt quá một tỷ lệ giới hạn nhất định sẽ ảnhhưởng trực tiếp đến sức khỏe người lao động cũng như môi trường sống của conngười Do vậy, vấn đề nâng cao chất lượng đo lường, giám sát các loại khí độchại để đưa ra các giải pháp hạn chế, loại bỏ chúng là nhiệm vụ cấp bách và quantrọng trong việc bảo vệ môi trường và an sinh xã hội

Xuất phát từ thực tế đó cùng những kiến thức đã được học ở học phần Đo

và giám sát môi trường của trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, nhóm em đãnhận thực hiện đề tài: Phương pháp đo nồng độ khí NH3 Trong bài tập lớn mônhọc này, chúng em tìm hiểu về NH3 và từ đó trình bày các phương pháp đo nồng

độ khí NH3

Đề tài c]n khá nhiều thiếu xót do lượng kiến thức thực tế của nhóm emc]n hạn chế nên mong cô và các bạn có thể đưa ra những ý kiến, đánh giá, đónggóp để báo cáo của nhóm chúng em được hoàn thiện hơn

Lời cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn cô Nguyễn Thị Lan Hươngbởi sự chỉ bảo và giúp đỡ tận tình để em hoàn thành bản báo cáo đồ án môn họcnày!

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Amoniac là gì?

Amoniac là một hợp chất vô cơ có công thức phân tử NH và máy đo khí3

NH3 là thiết bị đo nồng độ của khí Amoniac Trong tự nhiên, amoniac sinh ratrong quá trình bài tiết và xác sinh vật thối rữa

Amoniac (NH ) nặng gần bằng nửa không khí Sau khi nén và làm lạnh, nó3

biến thành chất lỏng giống như nước nhưng sôi ở nhiệt độ -33 C Khi bị nén°

xong, NH dễ bay hơi Ở điều kiện tiêu chuẩn, nó là một chất khí độc, không3

màu, có mùi khai, tan nhiều trong nước

Trong nước, nó tồn tại dưới 2 dạng là NH3 và NH4+ Trong nước uống,tổng amoni sẽ bao gồm amoni tự do (NH4+), monochloramine (NH2Cl),dichloramine (NHCl2) và trichloramine (NCl3)

1.2 Các nguồn phát sinh Amoniac NH3

- Trong tự nhiên, amoniac được sinh ra do quá trình phân hủy các hợp chấthữu cơ có nguồn gốc từ động, thực vật và tồn tại một lượng khá nhỏ trongkhí quyển

- Một số muối amoni trong nước biển

- Muối amoni clorua và amoni sunfat được tạo thành từ sự phun trào núilửa

- Tinh thể amoni bicacbonat có mặt tại một số vùng khoáng có chứa soda

- Hoạt động bài tiết hàng ngày của động vật và con người qua đường nướctiểu cũng sinh ra amoniac do cơ quan thận sản sinh ra một lượng nhỏ khíamoniac

1.3 Tác hại của khí Amoniac

Trên thực tế trong môi trường sống, lao động và sinh hoạt hằng ngày, hầuhết mọi người đều có thể hít phải khí NH qua đường hô hấp, chúng cũng có thể3

xâm nhập qua đường tiêu hóa hoặc tiếp xúc trực tiếp qua da Nếu nồng độ

NH3 vượt quá ngưỡng cho phép quy định thì có khả năng gây nhiễm độc cho conngười Hiện nay do nhu cầu phát triển sản xuất và kinh tế, NH được buôn bán và3

sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp và nông nghiệp nên con người rất

dễ tiếp xúc, vì sự bất cẩn, rủi ro ngộ độc NH là tai nạn có thể gặp trong lao động3

và sinh hoạt hằng ngày Nhưng nhiều người chưa hiểu biết đầy đủ nên vẫn chủquan, thiếu cẩn thận khi phải làm việc, tiếp xúc với chất khí này Từ đó dẫn đếnnhững tai nạn đáng tiếc, xử trí không kịp thời để lại những di chứng nặng nề vềsức khỏe hoặc tử vong Mức độ tổn thương do NH tùy thuộc vào nồng độ và3

Các biểu hiện:

- Khi tiếp xúc với NH3, thường có những biểu hiện sau: Bệnh rong kinh,đau họng, tức ngực, ho, khó thở, kích ứng mắt Triệu chứng thường giảmdần trong v]ng 24 – 48h

- Khi tiếp xúc trực tiếp với NH đậm đặc: da, mắt, họng, phổi có thể bị bỏng3

rất nặng, những vết bỏng có thể bị mù vĩnh viễn, bệnh phổi hoặc tử vong

- Nuốt phải amoniac đậm đặc có thể bị bỏng miệng, cổ họng và dạ dày, đau

dạ dày nghiêm trọng và thậm chí thủng dạ dày trong v]ng 48h – 72h saukhi nuốt phải

- Ngộ độc xảy ra nếu hít, nuốt hoặc chạm vào các sản phẩm có chứa mộtlượng rất lớn các amoniac: ho, đau ngực (nặng), đau thắt ngực, khó thở,thở nhanh, thở kh] khè Chảy nước mắt và bỏng mắt, mù mắt, đau họngnặng, đau miệng, môi sức Mạch nhanh, yếu, sốc Lẫn lộn, đi lại khó khăn,chóng mặt, thiếu sự phối hợp, bồn chồn, ngẩn ngơ Môi xanh lợt màu,bỏng nặng nếu tiếp xúc lâu Đau dạ dày nghiệm trọng, nôn

20-50 ppm Khó chịu nhẹ.

Bng 1: Đánh giá nh hưởng của nồng độ NH3 đến sức khỏe con người

1.5 Tác hại của NH3 trong nước

- Amoni không quá độc với con người và động vật Tuy nhiên, nếu tồn tạitrong nước với hàm lượng vượt quá tiêu chuẩn cho phép, nó có thể chuyểnhoá thành các chất gây ung thư và các bệnh nguy hiểm khác

- Amoni gây cản trở trong công nghệ xử lý nước cấp: làm giảm tác dụngcủa clo, giảm hiệu quả khử trung nước Amoni cùng với các chất vi lượngtrong nước (hợp chất hữu cơ, phốt pho, sắt, mangan ) sẽ tạo điều kiện để

vi khuẩn phát triển, gây ảnh hưởng tới chất lượng nước sau xử lý Nước cóthể bị đục, đóng cặn trong hệ thống dẫn, chứa nước Nước bị xuống cấp,làm giảm các yếu tố cảm quan (NH4+ là nguồn dinh dưỡng để rêu tảophát triển, vi sinh vật phát triển trong đường ống gây ăn m]n, r] rỉ và mất

mỹ quan)

- Bên cạnh đó, nồng độ amoni trong nước cao, rất dễ tạo thành các nitrat(NO2-), nitrit (NO3-) Trong cơ thể động vật, nitrat và nitrit có thể biếnthành nitroso, là chất tiền ung thư Nước nhiễm amoni c]n nghiêm trọnghơn nhiễm asen rất nhiều vì amoni dễ dàng chuyển hoá thành các chất độchại, lại khó xử lý

- Khi ăn uống nước chứa nitrit, cơ thể sẽ hấp thu nitrit vào máu và chất này

sẽ tranh oxy của hồng cầu làm hemoglobin mất khả năng lấy oxy, dẫn đếntình trạng thiếu máu, xanh da

- Do đó, nitrit đặc biệt nguy hiểm cho trẻ mới sinh dưới sáu tháng, nó có thểlàm chậm sự phát triẻn, gây bệnh ở đường hô hấp, trẻ bị xanh xao, ốmyếu, thiếu máu, khó thửo do thiếu oxy trong máu

- Đối với người lớn, nitrit kết hợp với các axit amin trong thực phẩm làmthành một họ chất nitrosamin Nitrosamin có thể gây tổn thương di truyền

tế bào - nguyên nhân gây bệnh ung thư Những thí nghiệm cho nitrit vàothức ăn, nước uống của chuột, thỏ Với hàm lượng vượt ngưỡng chophép thì sau một thời gian thấy những khối u sinh ra trong gan, phổi, v]mhọng của chúng

- Các hợp chất nito trong nước có thể gây nên một số bệnh nguy hiểm chongười sử dụng nước Nitrat tạo ra chứng thiếu vitamin và có thể kết hợpvới các amin để tạo nên nhưng nitrosamin là nguyên nhân gây ung thử ởngười cao tuổi Trẻ sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với nitrat lọt vào sữa mẹ,hoặc qua nước dùng để pha sữa Sau khi lọt vào cơ thể, nitrat được chuyểnhoá nhanh thành nitrit nhờ vi khuẩn đường ruột Iron nitrit c]n nguy hợphơn nitrat đối với sức khoẻ con người Khi tấc dụng với các amintrong cơthể con người chúng có thể tạo thành các hợp chất chứa nito gây ung thư

1.6 Cách nhận biết amoni trong nước sinh hoạt

- Amoni không tồn tại lâu trong nước mà dễ dàng chuyển thành nitrite.Nitrite trong nước sẽ ức chế men enzim trong thịt cản trở quá trình chuyểnmàu của thịt Vì thế, thịt khi nấu trong nước sinh hoạ có nhiễm amoni chínnhưng vẫn có màu như thịt sống Ngoài ra, với những mẫu nước nhiễmamoni từ 20 mg/l trở lên có thể ngửi thấy mùi khai trong nước.

- Amoni có mặt trong môi trường có nguồn gốc từ các quá trình chuyểnhoá, nông nghiệp, công nghiệp và từ sự khử trùng nước bằng cloramin.Amoni trong nước là một chất ô nhiễm do chất thải động vật, nước cống

và khả năng nhiễm khuẩn Khi hàm lượng amoni trong nước ăn uống caohơn tiêu chuẩn điều đó có nghĩa là nguồn nước bạn đang sử dụng đã bị ônhiễm bởi chất thải động vật, nước cống và có khả năng xuất hiện các loại

vi khuẩn, kể cả vi khuẩn lây bệnh

1.7 Một số phương pháp có thể áp dụng để khử amoni trong nước sinh hoạt

- Phương pháp clo hoá nước đến điểm đột biến

Đối với những địa phương đang sử dụng nước ngầm nên chứa nước vào trong

bể rồi lọc qua cát, sỏi san hô trong bể chứa Đây không phải công nghệ xử lýamoni nhưng nó làm giảm hàm lượng amoni trong nước

Trước khi dùng nước để sử dụng có thể sử dụng phương pháp thổi khí, sụckhí cho nước Múc đích là cấp oxi cho nước, oix hoá amoni thành nitrit,chuyển thành nito bay vào không khí, hàm lượng này trong nước sẽ giảmxuống thấp

4

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP ĐO NỒNG ĐỘ KHÍ NHx 2.1 Phương pháp xác định hàm lượng Amoniac trong không khí theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5293:1995

2.1.1 Phạm vi áp dụng

- Phương pháp này áp dụng để xác định hàm lượng ammoniac trong khôngkhí Kiểm tra mức độ ô nhiễm trong không khí và môi trường làm việctrong các nhà máy, xí nghiệp theo phản ứng indophenol

- Giới hạn phát hiện của phương pháp là 50 µg/m3

mL cho vào bình định mức 100 mL, định mức bằng nước cất lên đến vạch

ta được dung dịch có nồng độ 5mg/L

- Thuốc thử phenol: h]a tan 5g phenol mới chưng cất, 25mg natrinitropruxit Na2[Fe(CN)5](NO) trong 100ml nước Bảo quản thuốc thửtrong 6 tháng ở 4ºC

- Thuốc thử hipoclorit: h]a tan 10g natri hydroxit và 11,7g natriclorua trong100ml nước bão h]a clo (với nồng độ clo 0,6 – 0,8 clo/100ml nước) thuốc

thử được bảo quản không quá 6 tháng Thuốc thử có thể chuẩn bị từ cloruavôi: nghiền nhỏ 5g clorua vôi cùng 100ml nước Dung dịch được lọc chânkhông, rửa cặn Gộp dung dịch lại và đi xác định hàm lượng clo bằngphương pháp chuẩn độ iod: chuyển 20 ml mẫu them 10 ml axit sunfanilic10% và dung dịch KI 10% đậy kín để trong tối 10 phút đem ra chuẩn độbằng natri thiosunfat 0,05 mol/l đến màu vàng nhạt thêm vài giọt hồ tinhbột chuẩn đến dung dịch không màu (1ml natri thiosunfat 0,05 mol/ltương đương với 0,00354g clo)

2.1.6 Tiến hành lấy mẫu

- Để xác định hàm lượng từng lần ammoniac, cho không khí cần nghiên cứu

đi qua ống hấp thụ mắc nối tiếp với nhau, mỗi ống chứa 5ml dung dịchhấp thụ với lưu lượng 0,5 lít/phút liên tục trong thời gian 10 đến 30 phút

- Để xác định hàm lượng ammoniac trung bình ngày đêm có thể lấy theo 2cách:

o Lấy mẫu như quy trình trên với số lần không ít hơn 6, cách đềunhau trong 1 ngày đêm

o Cho không khí cần nghiên cứu đi qua dung dịch hấp thụ có chứa50ml dung dịch hấp thụ với lưu lượng 0,2 lít/phút liên tục trong 24giờ

- Phải theo dõi quá trình lấy mẫu, nếu dung dịch bị cạn thì cần bổ sungnước cất

2.1.7 Tiến hành phân tích

2.1.7.1 Xác định mẫu

- Hút 2ml mẫu chuyển vào ống nghiệm thêm 3ml dung dịch hấp thụ, 1mlthuốc thử phenol Sau đó vừa lắc cẩn thận ống nghiệm vừa cho thêm0,5ml thuốc thử hipoclorit Nồng độ ammoniac lớn ta có thể lấy lượngmẫu ít hơn Nếu nhiều mẫu ta phải làm đồng loạt với cùng thời gian

- Sau 2h tiến hành đo mật độ quang của dung dịch với cuvet có độ dày10mm ở bước sóng 625nm

- Mẫu trắng được chuẩn bị bằng dung dịch hấp thu

6

hHàm lượng NH3 (mg/L) 0 0,1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

2.1.8 Tính toán kết quả

Nồng độ ammoniac trong không khí được tính toán theo công thức sau:

Trong đó:

- C: Nồng độ ammoniac trong không khí (mg/m3)

- a: Hàm lượng ammoniac xác định được từ đường chuẩn (mg/L)

- V: Thể tích không khí lấy mẫu quy về điều kiện tiêu chuẩn (L) ( ở 25ºC và

760 mmHg)

Như vậy khi lấy mẫu ở tºC và P mmHg, thể tích không khí đã lấy mẫu được tính

về điều kiện chuẩn như sau:

Trong đó:

- V: Thể tích không khí đã lấy ở điều kiện tiêu chuẩn (L)

- P1: Áp suất không khí tại nơi lấy mẫu (mmHg)

- t1: Nhiệt độ không khí tại nơi lấy mẫu (ºC)

- V1: Thể tích không khí đã lấy mẫu tại t1, P1 (L)

2.1.9 Kiểm soát chất lượng

- Nhân viên phân tích phải được đào tạo chuyên môn về lĩnh vực phân tích

- Phương pháp phân tích phải áp dụng theo các tiêu chuẩn được cho phépcủa quy định hiện hành

- Hóa chất và dụng cụ phải đáp ứng được yêu cầu của phương pháp

- Kết quả giữa hai lần phân tích của cũng một mẫu được tiến hành ở cùngđiều kiện không được sai quá khác nhau 5% giá trị độ lặp lại của phươngpháp

- Hiệu suất thu hồi của mẫu QC phải được kiểm soát trước khi phân tíchmẫu không được nằm ngoài khoảng 90-110%.

H8nh 1: Sơ đồ phân tích mẫu thử

2.2 Đo nồng độ khí NH3 bằng cảm biến bán dẫn

Dựa trên sự thay đổi độ dẫn điện khi màng dẫn hấp thụ khí độc ở nhiệt độ150-500 độ C Ở điều kiện không khí sạch thì màng bán dẫn dẫn điện kém nhưngtrong điều kiện có khí Nh3 và nhiệt độ làm việc chuẩn thì tính dẫn điện của màngbán dẫn tăng

8

Loại cảm biến bán dẫn này có tính chọn lựa thấp, độ nhạy, khả năng đápứng, độ chính xác bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố môi trường như nhiệt độ, độ ẩm,

áp suất Khi bị sai số cần hiệu chỉnh lại Thiết bị có thể hỏng hoàn toàn nếu làmviệc liên tục ở nhiệt độ cao

Có 2 cảm biến loại này được sử dụng nhiều nhất (làm từ oxit kim loại):

- Loại 1 là cảm biến màng mỏng được làm từ VO3 (trioxit Vonfam), đượcdùng chủ yếu phát hiện khí H2S

- Loại 2 là màng dày làm từ oxit thiếc (SnO2), loại này không có tính chọnlọc và thường được dùng để phát hiện sự thay đổi lớn lượng khí độc vàkhí cháy

2.2.1 Loại màng mỏng

Loại này được cấu tạo bằng một vật liệu nền không dẫn điện gắn với haihoặc nhiều điện cực dẫn điện Vật liệu oxit kim loại được gắn vào giữacác điện cực Các bộ phận này được nung nóng ở nhiệt độ làm việc thíchhợp

Bề mặt lớp oxit kim loại bình thường sẽ hấp thụ oxy và tạo ra trường điện

từ đẩy các electrong ra khỏi bề mặt Khi có khí độc như H2S, nó sẽ đẩyOxy (bằng cách chiếm chỗ hoặc phản ứng), từ đó giải phóng electrong đểdẫn điện, tức nó thay đổi độ dẫn điện của chất bán dẫn Độ dẫn điện củachất bán dẫn oxit kim loại chính là nguồn tín hiệu