KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ NƯỚC VÀ MÔI TRƯỜNG THỦY QUYỂN pptx

1.KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ NƯỚC VÀ MÔI TRƯỜNG THỦY QUYỂN I. TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC 1. Tài nguyên nước và vai trò của nước a. Tài nguyên nước Trái Đất có khoảng 361 triệu km 2 diện tích các đại dương (chiếm 715 diện tích trái đất). Trữ lượng tài nguyên nước có khoảng 1,5 tỉ km 3 , trong đó nước nội địa chỉ chiếm 91 km 3 (6,1%) , còn lại là nước biển và đại dương. Tài nguyên nước ngọt chiếm 28,25 triệu km 3 , nhưng phần lớn lại ở dạng đóng băng ở hai cực trái đất. Lượng nước thực tế con người có thể sử dụng được là 4,2 triệu km 3 (0,28% thủy quyển). Các dạng nước trong tự nhiên không ngừng vận động và chuyển trạng thái (lỏng, rắn, hơi), tạo nên vòng tuần hoàn nước trong sinh quyển: nước bốc hơi, ngưng tụ và mưa. Nước vận động trong các quyển (khí quyển, thủy quyển, thạch quyển và sinh quyển), hòa tan và mang theo nhiều chất dinh dưỡng, chất khoáng và một số chất cần thiết cho đời sống của động vật và thực vật. Nước ao, hồ, sông và đại dương… nhờ năng lượng mặt trời bốc hơi vào khí quyển, hơi nước ngưng tụ lại rồi mưa xuống bề mặt trái đất. Nước chu chuyển trong phạm vi toàn cầu, tạo nên các cân bằng nước và tham gia vào quá trình điều hòa khí hậu trái đất. Hơi nước thoát từ các loài thực vật làm tăng độ ẩm của không khí. Một phần nước mưa thấm qua đất thành nước ngầm, nước ngầm và nước bề mặt đều hướng ra biển để tuần hoàn trở lại, đó là chu trình nước. Tuy nhiên lượng nước ngọt và nước mưa trên hành tinh phân bố không đều. Hiện nay hàng năm trên toàn thế giới mới sử dụng khoảng 4000 km 3 nước ngọt, chiếm khoảng hơn 40% lượng nước ngọt có thể khai thác được. b. Vai trò của nước Nước ngọt là tài nguyên tái tại được, nhưng sử dụng cần phải cân bằng nguồn dự trữ và tái tạo, sử dụng cần phải hợp lý nếu muốn cho sự sống tiếp diễn lâu dài, vì hết nước thì sự sống cũng chấm dứt. Trong vũ trụ bao la chỉ có trái đất là có nước ở dạng lỏng, vì vậy giá trị của nước sau nhiều thập kỷ xem xét đã được đánh giá “Như dòng máu nuôi cơ thể con người dưới một danh từ là máu sinh học của trái đất, do vậy nước quý hơn vàng” (Pierre Fruhling). Điều kiện hình thành đời sống động thực vật phải có nước, nước chính là biểu hiện nơi muôn loài có thể sống được, đó là nguồn giá trị đích thực của nước. 1 Môi trường nước không tồn tại cô lập với môi trường khác, nó luôn tiếp xúc trực tiếp với không khí, đất và sinh quyển. Phản ứng hóa học trong môi trường nước có rất nhiều nét đặc thù khi so sánh với cùng phản ứng đó trong phòng thí nghiệm hay trong sản xuất công nghiệp. Nguyên nhân của sự khác biệt đó là tính không cân bằng nhiệt động của hệ do đó là một “hệ mở” tiếp xúc trực tiếp với khí quyển, thạch quyển, sinh quyển và số tạp chất trong nước cực kỳ đa dạng. Giữa chúng luôn có sự trao đổi chất, năng lượng (nhiệt, quang, cơ năng), xảy ra sôi động giữa bề mặt phân cách pha. Ngay trong lòng nước cũng xảy ra các quá trình xa lạ với quy luật cân bằng hóa học: quá trình giảm entropi, sự hình thành và phát triển của các vi sinh vật. Nước là một hợp chất liên quan trực tiếp và rộng rãi đến sự sống trên trái đất, là cơ sở của sự sống đối với mọi sinh vật. Đối với thế giới vô sinh, nước là thành phần tham gia rộng rãi vào các phản ứng hóa sinh, nước là dung môi và môi trường tàng trữ các điều kiện để thúc đẩy hay kìm hãm các quá trình hóa sinh. Đối với con người, nước là nguyên liệu chiếm tỷ trọng lớn nhất. Nước rất cần thiết cho hoạt động sống của con người cũng như các sinh vật. Con người có thể không ăn trong nhiều ngày mà vẫn sống, nhưng sẽ bị chết chỉ sau ít ngày (khoảng 3 ngày) nhịn khát, vì cơ thể người có khoảng từ 70 – 75 % là nước, nước mất 12% nước cơ thể sẽ bị hôn mê và có thể chết. Con người cần nước ngọt cho ăn uống, sinh hoạt hàng ngày và cho sản xuất. Mỗi người một ngày ăn uống chỉ cần 2,5 lít nước, nhưng tính chung cho cả nước sinh hoạt thì ở các nước phương Tây mỗi người cần khoảng 300 lít nước mỗi ngày. Với các nước đang phát triển, số lượng nước đó thường được dùng cho một gia đình 5 – 6 người. Nhu cầu nước cho sản xuất công nghiệp và nhất là nông nghiệp rất lớn. Để khai thác một tấn dầu mỏ cần có 10 m 3 nước , muốn chế tạo một tấn sợi tổng hợp cần có 5600 m 3 nước, một trung tâm nhiệt điện hiện đại với công suất 1 triệu kW cần đến 1,2 – 1,6 tỉ m 3 nước trong một năm. Tóm lại, nước có một vai trò quan trọng không thể thiếu được cho sự sống tồn tại trên trái đất, là máu sinh học của trái đất nhưng nước cũng là nguồn gây tử vong cho con người. Vì vậy nói đến nước là nói đến việc bảo vệ rừng, trồng rừng, phát triển để tái tạo nguồn nước, hạn chế cường độ dòng lũ lụt, để sử dụng nguồn nước làm thủy điện, để cung cấp nước sạch. Phải sử dụng hợp lý nước sinh hoạt và sản xuất đi đôi với việc chống ô nhiễm nguồn nước đã khai thác sử dụng, phải xử lý nước thải sản xuất và sinh hoạt. 2. Thành phần hóa sinh của nước 2 2.1 Thành phần hóa học của nước thiên nhiên Nước tự nhiên chiếm 1% tổng lượng nước trên trái đất, gồm nước chứa ở sông, hồ, nước bề mặt, nước ngầm. Thành phần của nước tự nhiên có hòa tan các chất rắn, lỏng, khí phụ thuộc vào địa hình mà nó đi. Các nguồn nước tự nhiên không nối liền với nhau nên không có sự hòa trộn để có thành phần khá đồng đều như nước biển và thành phần của chúng lại có thể thay đổi ngay trên dòng. Nước biển trong các đại dương được nối với nhau nên thành phần của nước gần như nhau. Nước biển chứa hàm lượng muối tan lớn gấp khoảng 2000 lần so với các nguồn nước bề mặt. Nước biển có thể gọi là dung dịch chứa muối NaCl 0.5 M, MgSO 4 0.05 M và vi lượng của tất cả các chất trong toàn cầu. Các chất rắn hòa tan trong nước chủ yếu là các muối hòa tan, hàm lượng NaCl trong nước quyết định độ mặn của nước. Các khí hòa tan trong nước: nói chung các chất khí có trong khí quyển đều có mặt trong nước do kết quả của hai quá trình cơ bản là khuếch tán và đối lưu. Trong đó khí CO 2 và O 2 trong nước có ý nghĩa quan trọng đối với quá trình quang hợp và hô hấp của các sinh vật sống dưới nước. - Oxi trong nước: oxi là loại khí ít tan trong nước và không tác dụng với nước về mặt hóa học, nhưng oxi có ý nghĩa lớn đối với quá trình tự làm sạch của nước. Độ hòa tan của oxi trong nước phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ và áp suất môi trường. Mức độ bão hòa oxi hòa tan trong nước ngọt vào khoảng 14 – 15 ppm (0 o C, 1 atm), 8 ppm (25 o C, 1 atm), 7 ppm (35 o C, 1 atm). Nồng độ oxi giảm dần theo chiều sâu của lớp nước. Nếu nước bị ô nhiễm bởi các chất hữu cơ có khả năng oxi hóa bằng phản ứng sinh học với oxi thì hàm lượng oxi trong nước còn giảm do bị tiêu hoa bởi hoạt động của các vi khuẩn. Khi lượng oxi trong nước quá ít < 2 ppm, các vi khuẩn sẽ lấy oxi của các chất chứa oxi để oxi hóa: SO 4 2-  H 2 S  S… nước vùng đó trở thành vùng yếm khí. - Khí cacbonic trong nước: khí cacbonic hòa tan trong nước tan ra các ion HCO 3 - , CO 3 2- và quá trình chuyển hóa CO 3 2- thành CO 2 trong nước đóng vai trò rất quan trọng cho các quá trình cân bằng hóa học trong nước. Quá trình đó, không chỉ làm ổn định pH trong nước mà còn ảnh hưởng tới sự tạo phức với các ion kim loại của nước, tham gia vào hoạt động của thực vật và lắng đọng các trầm tích cacbanat trong nước. Các phản ứng của khí CO 2 vào nước: Khi pH >= 8.3, CO 2 trong nước chủ yếu tồn tại ở dạng CO 3 2- ; khi pH <= 5, trong nước tồn tại chủ yếu ở dạng CO 2 hay HCO 3 - . Với lớp trầm tích, CO 2 trong nước tham gia phản ứng: Quá trình này dẫn tới sự thay đổi pH của môi trường. 3 - Các chất hữu cơ trong nước: Dựa vào khả năng phân hủy của vi sinh vật có thể chia làm hai nhóm: + Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học: các chất đường, protein, chất béo, dầu mỡ động thực vật, vi sinh vật phân hủy tạo ra khí cacbonic và nước. + Các chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học: hợp chất clo hữu cơ, andrin, policlor biphenyl (PCB), hợp chất đa vòng ngưng tụ (pyren, naphtalen, antraxen, đioxin…) là những hợp chất khá bền trong môi trường nước và có độc tính cao cho động thực vật và con người. 2.2 Thành phần sinh học của nước Trong môi trường nước, các sinh vật sống (vùng sinh vật – biota) có thể phân loại thành cả sinh vật đẳng tuyến (autotropic) và sinh vật dị tuyến (heterotropic). Vùng sinh vật đẳng tuyến sử dụng năng lượng mặt trời hoặc năng lượng hóa học để biến các vật chất đơn giản không có sự sống thành các phân tử sống có chứa các sinh vật sống. Các sinh vật sống đẳng tuyến dùng năng lượng mặt trời để tổng hợp các hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ được gọi là các sinh vật sản xuất (producer). Các sinh vật dị tuyến sử dụng các chất hữu cơ do các sinh vật đẳng tuyến tạo ra như nguồn năng lượng và nguyên liệu cho quá trình tổng hợp chất hữu cơ sinh học (biomass) của chúng. Các sinh vật phân hủy là một phân lớp của sinh vật dị tuyến và bao gồm chủ yếu các loại vi khuẩn, nấm; các sinh vật này phân hủy chất sinh học thành các hợp chất đơn giản mà các hợp chất này trước hết sẽ được các sinh vật đẳng tuyến xử lí. Các vi sinh vật trong nước là một nhóm rất đa dạng của sinh vật có khả năng tồn tại như các đơn bào vốn chỉ có thể quan sát thấy qua kính hiển vi. Các vi sinh vật, đơn bào nhỏ bé chỉ có thể nhìn thấy qua kính hiển vi bao gồm vi khuẩn, nấm và tảo đóng vai trò cực kỳ quan trọng trong môi trường nước với những lý do sau: + Thông qua khả năng xử lý cacbon vô cơ, tảo và các vi khuẩn quang hợp là các sinh vật sản xuất chủ yếu sinh khối, cung cấp phần còn lại của chuỗi thức ăn trong môi trường nước. + Là các tác nhân xúc tác cho các phản ứng hóa học dưới nước, vi khuẩn làm trung gian cho hầu hết các chu trình oxi hóa – khử trong nước. + Bằng việc phân hủy sinh khối và các chất khoáng hóa quan trọng, đặc biệt là nitơ và photpho, các vi sinh vật dưới nước đóng vai trò quan trọng trong chu trình dinh dưỡng. + Các vi sinh vật dưới nước cũng rất cần thiết cho các chu trình sinh hóa. 4 + Các vi khuẩn dưới nước đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy và giải độc rất nhiều chất ô nhiễm (xenobiotic) trong môi trường thủy quyển. Theo quan điểm của hóa học môi trường, kích thước nhỏ bé của các vi sinh vật đặc biệt quan trọng, bởi vì kích thước này cho phép các vi khuẩn trao đổi nhanh các chất dinh dưỡng và các sản phẩm metan với môi trường xung quanh, kết quả là tạo ra nhiều phản ứng metan. Việc tăng trưởng theo cấp số nhân của các đơn bào bằng quá trình sinh sản nhân đôi ở pha lỏng, cho phép các vi sinh vật nhân lên nhanh chóng trên các chất nền hóa học môi trường như là các hợp chất hữu cơ có thể phân hủy được. Các vi sinh vật đóng vai trò như các chất xúc tác sống cho phép hàng loạt các chu trình hóa học diễn ra trong môi trường nước và đất. Phần lớn các phản ứng hóa học diễn ra trong đất và nước đều là các phản ứng liên quan đến các chất hữu cơ và các quá trình oxi hóa – khử xuất hiện thông qua khâu trung gian có xúc tác vi khuẩn. Tảo là vi sinh vật sản xuất chủ yếu các chất hữu cơ sinh học trong nước. Tảo là vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành các chất cặn và chất khoáng; chúng cũng có vai trò cực kỳ quan trọng trong hệ thống xử lý nước thải thứ cấp. Các vi sinh vật phải được loại bỏ khỏi nguồn nước dể tạo nguồn nước sạch cho con người. Tảo có thể được coi là các vi sinh vật siêu nhỏ tồn tại trên các vật chất dinh dưỡng vô cơ và sản sinh ra chất hữu cơ từ cacbondioxit thông qua quá trình quang hợp. Ở dạng rất đơn giản, quá trình sản xuất ra các chất hữu cơ thông qua quá trình quang hợp của tảo được mô tả bằng phản ứng sau: CO 2 + H 2 O  {CH 2 O} + O 2 Trong đó, nhóm {CH 2 O} là một đơn vị cacbohydrat. Nấm là các vi sinh vật không quang hợp. Cấu trúc của nấm có nhiều loại và thường được phân loại theo cấu trúc sợi. Nấm là các vi sinh vật ưa khí, thường chịu được môi trường nhiều axit và có nồng độ các ion kim loại nặng cao hơn vi khuẩn. Mặc dù nấm không phát triển mạnh trong môi trường nước nhưng chúng đóng vai trò quan trọng trong việc quyết định thành phần của nước tự nhiên và nước thải do một lượng lớn các chất do nấm phân hủy từ xenlulose trong gỗ và các loại thực vật khác thâm nhập vào nguồn nước. Để làm được điều này các tế bào nấm tiết ra enzim ngoại bào xenlulaza. Một tác dụng phụ quan trọng là đối với môi trường của việc phân hủy các chất từ thực vật của nấm là các chất mùn. 3. Những đặc điểm của nước Nước là một trong số các chất lỏng dị thường nhất. Khối lượng phân tử của nước ở 20 o C nhỏ hơn nhiều so với bất kỳ chất lỏng nào 5 khác ở cùng nhiệt dọ này (trừ HF). Đây là một tính chất dị thường vì ở điểm sôi xu hướng các phan tử chất lỏng muốn thoát ra để chuyển động tự do trong không gian, tức là dạng khí, nước lại bằng xu hướng của phân tử muốn tạo thành chất lỏng. Xu hướng chuyển thành dạng khí có liên quan chủ yếu đến khối lượng phân tử: nếu các phân tử chất lỏng đều nhẹ hơn thì chúng có thể chuyển động trong không gian dễ dàng hơn các phân tử nặng hơn ở một nhiệt độ nào đó. Xu hướng các phân tử ở dạng khí tạo thành pha lỏng có liên quan chủ yếu đến tương tác giữa các phân tử với nhau trong pha lỏng. Khối lượng của phân tử nước bằng 18 nên phân tử nước là một phân tử nhẹ, nhưng điểm sôi của nước là 100 o C. Nếu so sánh nước với metan trên quan điểm này thì khối lượng phân tử của metan bằng 16 nhưng điểm sôi chỉ có – 161,5 o C. Còn nếu so sánh với neon có khối lượng phân tử bằng 20 nhưng điểm sôi là – 245,9 o C. Những số liệu này cho thấy điểm sôi của nước cao hơn rất nhiều so với các chất có khối lượng phân tử tương đương. Khi nước đá nóng chảy thành nước thì thể tích giảm và tiếp tục giảm đến khi có nhiệt độ bằng 3,98 o C. Ta biết rất rõ là nước đá nhẹ hơn nước. Hiện tượng này là rất khác với đa số các chất rắn khác vì thường các chất rắn đều nặng hơn dạng lỏng và bị chìm vào dạng lỏng trong quá trình nóng chảy. Nhiệt dung riêng của nước cũng lớn hơn rất nhiều so với nhiều chất lỏng khác. Nước có nhiệt nóng chảy và nhiệt hóa hơi cũng rất lớn. Ngoài ra nước có hằng số điện môi lớn, có khả năng hòa tan được nhiều chất điện li hơn so với nhiều dung môi khác. Nước có được những tính chất vật lý đặc biệt đó là do giữa các phân tử nước tồn tại một loại liên kết đặc biệt, được gọi là liên kết hydro. Phân tử nước H 2 O là phân tử phân cực cao. Các phân tử không tồn tại riêng rẽ mà tạo thành từng nhóm phân tử bởi liên kết hidro. Mỗi phân tử nước đá được bao quanh bởi 4 phân tử nước đá khác tạo thành cấu trúc hình tứ diện. 4. Sự tạo phức trong nước tự nhiên và nước thải Các ion kim loại trong nước thường liên kết với các phân tử nước dưới dạng các ion hydrat biểu thị bằng công thức chung là M(H 2 O) x n+ , để đơn giản H 2 O thường được bỏ qua. Các phân tử khác nước có thể liên kết với các ion kim loại mạnh hơn phân tử nước. Đặc biệt, một ion kim loại trong nước có thể kết hợp với một ion hoặc một hợp chất có cung cấp các electron cho ion kim loại. Những hợp chất như trên được gọi là chất cho điện tử, hay base lewis. Là một phối tử, nó liên kết với một ion kim loại để tạo nên một phức hợp hay một hợp chất phối trí. 6 Các phức chất với kim loại đều ảnh hưởng tới tính chất của nước. Có thể ở nồng độ thấp (vi lượng) chúng có lợi cho dinh dưỡng, song ở nồng độ cao chúng lại gây đọc trong nước. Các phức với kim loại còn ảnh hưởng tới quá trình oxy hóa – khử, cân bằng hóa học và cân bằng sinh học trong nước. Ở đây người ta thường quan tâm đến các phức chất của axit humic và axit fulvic. Các phức này đã được các nhà hóa học phát hiện từ năm 1800, nhưng cấu trúc và đặc tính hóa học đến nay vẫn chưa được xác định chính xác. Chúng được tạo nên do quá trình phân hủy thực vật, xuất hiện như một chất lắng trong đầm lầy hoặc lớp trầm tích của nước. Sự tạo phức bởi các chất humic (mùn) Nhóm tạo các hợp chất quan trọng nhất có trong tự nhiên là các chất mùn. Các chất mùn là những hợp chất không bị thoái biến trong quá trình phân hủy các thực vật, là các chất lắng đọng trong đất, đáy các đầm lầy, than bùn, than non, hay ở bất cứ nơi nào có chứa lượng lớn thực vật bị thối rửa. Các chất này thường được phân loại theo độ hòa tan. Một hợp chất có chứa mùn được tách ra bằng base mạnh và dụng dịch còn lại được axit hóa, sẽ cho các sản phẩm sao: + Bã thực vật không thể tách rời được gọi là humin + Một chất kết tủa từ phần tách ra bị axit hóa, được gọi là axit humic. + Một hợp chất hữu cơ còn lại trong dung dịch bị axit hóa gọi là axit fulvic. Do tính chất phức hợp, hút ẩm, axit và base mà cả hợp chất tan lẫn không tan đều có ảnh hưởng lớn đến tính chất của nước. Thông thường axit fulvic tan trong nước và phát huy ảnh hưởng của mình như các chất tan. Axit humic và humin không và ảnh hưởng đến chất lượng của nước thông qua việc trao đổi, như trao đổi cation hay các chất hữu cơ với nước. Các hợp chất humic là hợp chất cao phân tử, có trọng lượng phân tử lớn. Trọng lượng phân tử dao động từ một vài trăm đối với axit fulvic đến hàng chục ngàn đối với axit humic và các hợp chất humin. Liên kết của các ion kim loại bằng các chất mùn là một trong những tính chất môi trường quan trọng nhất của chất mùn. Liên kết này có thể tồn tại như một chelat giữa một nhóm cacboxyl và một nhóm hydroxyl của phenol. Các chất phức của axit fulvic với kim loại cũng đóng vai trò quan trọng trong môi trường nước tự nhiên. Chúng có thể lưu giữ một số ion kim loại như sắt, các hợp chất màu vàng trong nước được gọi là Gelbstofe và thường gắn liền với sắt tan. Người ta đã đặt biệt chú ý đến các hợp chất mùn sau khi phát hiện ra trihalogenmetan (THM) như clorofom hay dibromclometan 7 trong các nguồn cung cấp nước. Ngày nay người ta thấy rằng, các chất gây ung thư còn nhiều nghi ngờ này có thể được hình thành với sự xuất hiện của các hợp chất mùn trong quá trình tẩy uế nguồn nước uống của các đô thị bằng clo. Các hợp chất mùn tạo ra THM qua phản ứng với clo. Có thể giảm bớt sự hình thành của THM bằng cách loại bỏ càng nhiều càng tốt chất mùn trước khi khử trùng nước bằng clo. Như vậy, dựa vào độ tan của axit humic và axit fulvic người ta phân loại: + Humin là những sản phẩm gốc thực vật không chiết được. + Axit humic là những sản phẩm kết tủa trong quá trình axit hóa. + Axit fulvic là những chất hữu cơ còn lại trong dung dịch axit. Các axit humic và axit fulvic có ảnh hưởng trực tiếp đến tính chất của nước như: tính tạo phức, tính hấp phụ, tính base. Axit humic và axit fulvic là các đại phân tử, có phân tử lượng từ vài ngàn tới 300 ngàn, có cấu trúc không ổn định, chứa đồng thời nhiều nhóm chứa axit yếu: cacbonyl, cacboxyl, hydroxyl, phenol. Một trong những tính chất khá đặc thù của axit humic và fulvic là khả năng tạo phức với kim loại tạo thành hợp chất có độ tan thấp. II. CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ Ô NHIỄM NƯỚC 1. Độ pH Độ pH là một trong những chỉ tiêu cần xác định đối với chất lượng nước. Giá trị đo pH cho phép chúng ta quyết định xử lý nước theo phương pháp thích hợp hoặc điều chỉnh lượng hóa chấ trong quá trình xử lý nước. Sự thay đổi pH trong nước có thể dẫn tới những thay đổi về thành phần các chất trong nước do quá trình hòa tan hoặc kết tủa, hoặc thúc đẩy hoặc ngăn chặn những phản ứng hóa học, sinh học xảy ra trong nước. Xác định pH bằng các máy đo pH. Các máy đo pH hiện nay đều là các máy hiện số. Độ chính xác của các máy này thường là 1% đơn vị pH. 2. Nhiệt độ Nhiệt độ của nước là một chỉ tiêu cần đo khi lấy mẫu nước. Nhiệt độ của nước ảnh hưởng đến độ pH, đến các quá trình sinh hóa xảy ra trong nước. Nhiệt độ của nước phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thời tiết hay môi trường khu vực. Riêng nhiệt độ của nước ngầm, các lớp nước tầng đáy sâu của hồ… ít phụ thuộc vào môi trường hơn. Nhiệt độ nước thải công nghiệp đặc biệt là nước thải của nhà máy nhiệt điện, nhà máy điện hạt nhân thường cao hơn từ 10 – 25 o C so với nước thường. 8 Nước nóng có thể gây ô nhiễm hoặc có lợi tùy theo mùa và vị trí địa lý. Vùng có khí hậu ôn đới nước nóng có tác dụng xúc tiến sự phát triển của vi sinh vật và các quá trình phân hủy. Nhưng ở những vùng nhiệt đới, nhiệt độ cao của nước ở sông hồ sẽ làm thay đổi quá trình sinh hóa và hóa lý bình thường của hệ sinh thái nước, giảm lượng oxi hòa tan vào nước và tăng nhu cầu oxi của cá lên 2 lần. Một số loài sinh vật không chịu được nhiệt độ cao sẽ chết hoặc phải di chuyển đi nơi khác, nhưng có một số loài khác lại phát triển mạnh ở nhiệt độ thích hợp. Chỉ tiêu nhiệt độ cần đo ngay tại nơi lấy mẫu bằng nhiệt kế hay bằng các máy đo nhiệt độ. 3. Màu sắc Nước sạch trong suốt và không màu. Nếu bề mặt đáy của nước rất lớn ta có cảm giác nước màu xanh nhẹ, đó là do sự hấp thụ chọn lọc các bước sóng nhất định của ánh sáng mặt trời. Nước bẩn của nước là do các chất bẩn trong nước gây nên. Màu sắc của nước ảnh hưởng đến thẩm mỹ khi sử dụng nước, ảnh hưởng đến chất lượng nước khi sử dụng trong sản xuất. Mùa của nước là do những nguyên nhân sau: + Màu của các chất hữu cơ: màu này rất khó xử lý bằng các phương pháp đơn giản. Nước có màu xanh đậm hoặc có váng trắng chứng tỏ trong nước có nhiều chất phú dưỡng hoặc các thực vật nổi phát triển quá mức và sản phẩm phân hủy thực vật đã chết. Sự phân hủy các chất hữu cơ làm xuất hiện axit humic và fulvic hòa tan làm nước có màu vàng. + Các chất vô cơ là những hạt rắn, gây ra màu sắc trong nước. Màu này xử lý đơn giản hơn. Các hợp chất của Fe 3+ không tan làm cho nước có màu nâu đỏ. Nước thải sinh hoạt hay nước thải công nghiệp có nhiều màu sắc khác nhau. Thường là màu xám hay màu tối. Khi nước bị ô nhiễm có màu sẽ cản trở sự truyền ánh sáng mặt trời vào nước, làm ảnh hưởng tới hệ sinh thái nước. Nếu là màu do hóa chất gây nên sẽ rất độc đối với sinh vật sống trong nước. 4. Mùi vị Nước sạch không có mùi, vị. Nước có mùi vị khó chịu là nước bị ô nhiễm. Nguyên nhân của sự ô nhiễm là do sản phẩm phân hủy các chất hữu cơ trong nước hoặc do nguồn nước thải có chứa những chất khác nhau, ví dụ: mùi phân C 8 H 5 NHCH 3 , mùi trứng thối H 2 S, mùi hôi của mercaptan (CH 3 SH, CH 3 (CH 2 ) 3 SH, mùi cá ươn của amin (CH 3 NH 2 , (CH 3 ) 2 NH, (CH 3 ) 3 N), mùi thịt thối của diamin NH 2 – (CH 2 ) 4 – NH 2 … 5. Độ đục 9 Nước tự nhiên sạch thường không chứa các chất rắn lơ lửng nên trong suốt và không màu. Độ đục do các chất lơ lửng gây ra, chúng có kích thước rất khác nhau, từ dạng những hạt keo đến những thể phân tán thô. Những hạt vật chất gây đục thường hấp phụ những kim loại nặng, cùng các vi sinh vật gây bệnh. Nước đục còn ngăn cản quá trình chiếu sáng của mặt trời xuống đáy thủy vực làm giảm quá trình quang hợp và nồng độ oxi hòa tan trong nước. Đơn vị chuẩn của độ đục là sự cản quang bởi 1 mg SiO 2 hòa tan trong 1 lít nước cất gây ra được gọi là 1 đơn vị độ đục. Đo độ đục của nước bằng các máy đo độ đục. Độ đục càng lớn có nghĩa là độ nhiễm bẩn của nước càng cao và phải có biện pháp xử lý thích hợp. 6. Độ mặn Độ mặn của nước là tổng lượng các muối hòa tan trong nước. Mỗi quần thể sinh vật trong nước sẽ thích nghi với một khoảng độ mặn nhất định của nước. Độ mặn thường được ký hiệu là S‰. Độ mặn của nước có thể tính qua hàm lượng Cl - có trong nước biển theo công thức: S‰ = 0.030 + 1.805.[Cl - ] Đo độ mặn của nước bằng các máy đo độ mặn. 7. Chất rắn trong nước Gồm hai loại là chất rắn lơ lửng và chất rắn hòa tan. Tổng hai loại chất rắn trên gọi là tổng chất rắn trong nước. Chất rắn lơ lửng: phần chất rắn không bị hòa tan có kích thước tử 0.01 – 0.1 μm như khoáng sét, bùn, than, mùn… Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục, thay đổi màu sắc và các tính chất khác. Hàm lượng chất rắn lơ lửng được xác định bằng lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi lọc 1 lít nước mẫu qua phễu lọc rồi sấy khô ở 103 – 105 o C tới khi khối lượng không đổi. Đơn vị tính là mg/l. Ngoài ra hàm lượng chất rắn lơ lửng có thể xác định bằng máy quang phổ hấp thụ. Chất rắn hòa tan: mắt thường không thể nhìn thấy được, làm cho nước có mùi, vị khó chịu, đôi khi cũng làm cho nước có màu. Đó là chất khoáng vô cơ, hữu cơ như các muối clorua, cacbonat, nitrat, photphat… Nguồn nước có hàm lượng chất rắn cao không dùng được trong công nghiệp và trong sinh hoạt. 8. Chất rắn bay hơi Hàm lượng chất rắn bay hơi là lượng mất đi khi nung lượng chất rắn huyền phù ở 550 o C trong một khoảng thời gian nhất định. Thời gian này phụ thuộc vào loại nước cần xác định (nước thải, bùn, nước uống…). Đơn vị tính là mg/l. Hàm lượng chất rắn bay hơi trong nước thường biểu thị cho hàm lượng chất hữu cơ trong nước. 9. Chất rắn có thể lắng 10 [...]... đó đặc biệt là dùng trong sinh hoạt và sản xuất Tóm lại, nước thải nếu bị lưu đọng xử lý chưa đạt yêu cầu sẽ gây ô nhiễm môi trường, đặc biệt đối với nguồn nước tiếp nhận, hậu quả kéo theo gây tác động xấu đến vệ sinh môi trường và sức khỏe con người 2 Nguồn gốc và thành phần gây ô nhiễm nước Sự ô nhiễm môi trường nước là sự thay đổi thành phần và tính chất của nước gây ảnh hưởng tới hoạt động sống... trong nước thải dưới dạng thức ăn thành các hợp chất đơn giản hơn và vô hại với môi trường Hỗn hợp vi sinh và nước thải được chảy vào bể lắng, nơi bùn hoạt tính được lắng lại và được nén ở đáy bể Bùn lắng được tuần hoàn (khoảng 25 – 80% tổng lưu lượng) vào bể sinh học hiếu khí để duy trì nồng độ vi sinh ổn định trong bể Nước sau khi lắng đạt tiêu chuẩn môi trường loại C, TCVN 5945:2005 và được đưa vào... nước thải đối với nguồn nước tiếp nhận Nước đã tạo nên văn minh của nhân loại Nhân loại ở thế kỷ 20 đã đứng trước nguy cơ căng thẳng về nguồn năng lượng và vấn đề ô nhiễm môi trường Vậy thế kỷ 21 nhân loại có thể đứng trước nguy cơ gì lớn hơn nữa? Nguy cơ nước sạch Đó là nhận thức chung của các chuyên gia trên toàn thế giới Nguy cơ thiếu nước có tính chất toàn cầu là do nguồn nước thải ngày một tăng... mỡ Chất dầu mỡ trong nước có thể là chất béo, axit hữu cơ, dầu, sáp… Chúng có thể gây khó khăn cho quá trình vận chuyển nước, ngăn cản oxy hòa tan trong nước và tạo lớp phân cách bề mặt với khí quyển 22 Các chỉ tiêu vi sinh Trong nước thiên nhiên có nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, rong, tảo và các đơn bào Chúng xâm nhập vào nước từ các môi trường xung quanh hoặc sống trong nước Có thể chia làm... cần thêm vào khi xử lý nước Nước có tính kiềm cao thường có độ pH cao và chứa lượng chất rắn hòa tan cao Tính chất này của nước có thể có hại đối với các dụng cụ đun nước, việc sản xuất thức ăn và các hệ thống nước ở thành phố Độ kiềm có tác dụng như một dung dịch đệm và là nguồn cung cacbon vô cơ, vì vậy góp phần quyết định khả năng của nước trong việc trợ giúp cho sự phát triển của tảo và các loài... tăng tính axit của nước Để ngắn gọn, ion H 3O+ được viết tắt đơn giản hơn thành H+ Độ axit của nước có nguồn gốc khác nhau do quá trình thủy phân, oxi hóa khoáng vật và chất hữu cơ, hoạt động vi sinh, lắng đọng từ khí quyển, nước thải từ các hoạt động công nghiệp, sự hòa tan của khí CO2 Trong đó, khí CO2 hòa tan vào nước là nguồn chính đóng góp vào độ axit của nước 12 Độ cứng của nước Trong các cation... mồ hôi, chảy nước mắt – nước mũi – nước bọt, co cơ, hôn mê và tử vong Ngoài ra parathion còn được xếp vào các chất có khả năng gây ung thư ở người, có hại cho khả năng sinh sản ở động vật thực nghiệm… + Parathion – metyl (O, O – dimetyl – O – 4 – nitrophenyl thiophotphat): còn gọi là metaphos thể lỏng, màu nâu, tương đối bền trong môi trường axit, thủy phân nhanh trong môi trường 19 kiềm và trung tính,... thêm các chất phụ gia bổ sung vào các chất tẩy rửa, chất phụ gia kết hợp với các cation Ca2+, Mg2+ và phản ứng với nước để tạo môi trường kiềm tối ưu cho chất hoạt động bề mặt Các chất hoạt động bề mặt và các chất phụ gia thêm vào đều làm cho môi trường nước bị ô nhiễm Nước thải bị ô nhiễm bởi chất tẩy rửa sẽ có một lớp bọt lớn trên mặt Để giải quyết lớp bọt tạo thành trong nước cần thay đổi cấu trúc... oxi vào nước phụ thuộc vào nhiệt độ Ngoài ra còn phụ thuộc vào tiêu hao oxi do quá trình phân hủy sinh học chất hữu cơ do vi khuẩn hiếu khí, sự bổ sung oxi do quá trình quang hợp, hao hụt oxi do quá trình hô hấp của động vật trong nước và chiều sâu của nước Chỉ số DO trong nước ở áp suất 1atm Và các nhiệt độ khác nhau Nhiệt độ o C 0 5 10 15 20 25 30 Nước ngọt 14.6 12.8 11.3 10.2 9.2 8.4 7.6 (ppm) Nước. .. cơ trong mẫu nước thành CO2 và H2O bằng các tác nhân oxi hóa mạnh 16 Hàm lượng sắt và mangan trong nước Khi trong nước có chứa các ion sắt và mangan, chúng sẽ gây nên độ đục và màu trong nước: oxy hóa Fe2+ Fe3+ màu nâu đỏ Mn2+ oxy hóa Mn4+ màu đen Các ion này có tính chất duy trì sự phát triển của một số vi khuẩn gây thối rửa trong hệ thống phân phối nước Nước có hàm lượng sắt > 0.3 mg/l và mangan > . 1.KIẾN THỨC CƠ BẢN VỀ NƯỚC VÀ MÔI TRƯỜNG THỦY QUYỂN I. TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC 1. Tài nguyên nước và vai trò của nước a. Tài nguyên nước Trái Đất có khoảng 361 triệu. tạo nên vòng tuần hoàn nước trong sinh quyển: nước bốc hơi, ngưng tụ và mưa. Nước vận động trong các quyển (khí quyển, thủy quyển, thạch quyển và sinh quyển) , hòa tan và mang theo nhiều chất. thực của nước. 1 Môi trường nước không tồn tại cô lập với môi trường khác, nó luôn tiếp xúc trực tiếp với không khí, đất và sinh quyển. Phản ứng hóa học trong môi trường nước có rất nhiều