GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này. 8-5 khơng tan tạo thành khi thêm một lượng dư BaCl 2 vào trong mẫu. Sự khác biệt giữa ba phương pháp còn lại là sự khác nhau trong phương pháp xác định lượng BaSO 4 hình thành. Trong phương pháp khối lượng, lượng kết tủa BaSO 4 tạo thành được mang cân. Trong phương pháp đo độ đục, lượng BaSO 4 được xác định dựa trên ảnh hưởng của kết tủa đến q trình truyền ánh sáng. Trong phương pháp Methylthylmol Bule, lượng Ba dư được xác định bằng phương pháp đo độ màu từ đó tính ra lượng Ba kết hợp với Sulfate. Việc lựa chọn phương pháp đo phụ thuộc vào mục đích xác định và nồng độ sulfate trong mẫu. Trong bài này, ba phương pháp đo dựa vào lượng BaSO 4 sẽ được trình bày. Phương pháp khối lượng Phương pháp khối lượng cho kết quả khá chính xác và được sử dụng để xác định hàm lượng sulfate trong mẫu có nồng độ trên 10 mg/L. Chú ý, khiá cạnh định lượng của phương pháp này phụ thuộc vào khả năng kết hợp của Ba 2+ với SO 4 2- để hình thành BaSO 4 ít tan như sau. Để kết tủa hồn tồn, một lượng BaCl 2 dư được thêm vào nước đã được acid hóa với HCl và được giữ ở gần điểm sơi. Việc mẫu được acid hóa là để loại trừ kết tủa BaCO 3 có thể xảy ra ở nhiệt độ cao đối với nước có độ kiềm cao. Do BaSO 4 có độ hồ tan nhỏ (K sp = 1x10 -10 ), có thể xem như hầu hết các kết tủa tạo thành ở dạng keo, keo này rất khó tách ra bằng các phương pháp lọc thơng thường. Để khắc phục điều này, mẫu được gia nhiệt để chuyển tất các các tủa từ dạng keo thành dạng tinh thể để có thể tách ra bằng cách lọc. BaSO 4 tinh thể thường rất nhỏ, vì vậy phải lựa chọn loại giấy lọc phù hợp. Khi thực hiện q trình lọc, nên thực hiện hết sức cẩn thận để đảm bảo tồn bộ lượng kết tủa được giữ lại trên giấy lọc và các muối khác được loại bỏ bằng cách rửa. Mặc dù phương pháp này có độ chính xác cao nhưng tốn rất nhiều thời gian. Kết tủa BaSO 4 sau lọc được xác định bằng cách hoặc là cân khối lượng tro sau khi đốt để phân hủy giấy lọc, hoặc là cân cùng với giấy lọc sau đó trừ đi khối lượng giấy lọc đã được cân ban đầu. Phương pháp đo độ đục Phương pháp xác định sulfate bằng cách đo độ đục dựa trên sự hình thành BaSO 4 dạng keo sau khi thêm BaCl 2 vào mẫu. Để tăng hiệu quả hình thành keo BaSO4 dung dịch đệm acid chứa các MgCl 2 , KNO 3 , CH 3 COONa và CH 3 COOH được cho vào. Bằng việc chuẩn hóa phương pháp tạo keo BaSO 4 lơ lửng, sulfate được xác định bằng cách này đáp ứng được nhiều mục đích khác nhau. Phương pháp này cho kết quả rất nhanh và được ứng dụng rộng rãi. Khi nồng độ của sulfate lớn hơn 10 mg/L, trước khi thực hiện phương pháp này, một lượng nhỏ mẫu được lấy sau đó pha lỗng thành 50 mL sau đó thực hiện theo phương pháp đã đề cập để xác định. Để số liệu chính xác, trong khi thực hiện phép đo ln phải sử dụng mẫu chuẩn để loại bỏ các sai số có thể xảy ra do thao tác và các chất thêm vào. GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này. 8-6 Phương pháp đo tự động dùng Methylthymol Blue Phương pháp này rất có lợi khi đo hàng loạt mẫu. Ở đó mẫu và hóa chất được liên tục bơm tự động vào thiết bị đo và được hòa trộn với nhau. Sau thời gian cần thiết để phản ứng hóa học, xảy ra, mẫu được đưa vào bộ phân đo để xác định độ màu hoặc độ đục (trong trường hợp sulfate, độ đục được đo) từ đó xác định được lượng sulfate. Trong phương pháp này, đầu tiên BaCl 2 được tự động bơm vào mẫu trong mơi trường pH thấp để tạo kết tủa BaSO 4 sau đó pH của dung dịch được điều chỉnh đến 10. Sau đó methylthymol được thêm vào để tạo phức xanh với lượng Ba dư. Lượng Methylthymol khơng tạo phức sẽ có màu xám và được đo tự động. Dĩ nhiên, thiết bị cũng được hiệu chỉnh (calibrate) với dung dịch sulfate chuẩn và các hố chất thêm vào phải chính xác và khơng có chất gây cản trở. 8.3 ỨNG DỤNG SỐ LIỆU SULFATE Chỉ tiêu sulfate quyết định nước có thích hợp cung cấp cho sinh hoạt hay cơng nghiệp hay khơng. Chỉ tiêu sulfate cũng xác định những vấn đề liên quan đến mùi và ăn mòn do việc khử sulfate thành sulfide. Trong q trình xử lý kỵ khí bùn và nước thải cơng nghiệp, việc khử sulfate có liên quan với methane và CO 2 . Nếu khí sinh học (biogas) được sử dụng trong động cơ thì nồng độ của H 2 S khơng nên vượt q 750 ppm (tính theo thể tích). Chỉ tiêu của sulfate trong bùn và trong chất thải có thể được dùng để đánh giá hàm lượng H 2 S trong biogas. Từ những thơng tin này, kỹ sư thiết kế có thể quyết định có hay khơng thiết bị lọc khí tách H 2 S và kích thước của cơng trình. Rất nhiều chất hữu cơ có chứa lưu huỳnh như sulfate, sulfonate hay sulfide. Trong q trình xử lý sinh học hiếu khí, sự phân hủy các chất hữu cơ đã phá vỡ các liên kết sulfur này và hình thành SO 4 2- . GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này. 9-1 CHƯƠNG 9 PHOSPHORUS & PHOSPHATE 9.1 GIỚI THIỆU CHUNG Xác định phosphate đã nhanh chóng trở thành một việc làm cần thiết của kỹ sư mơi trường do họ nhận ra rằng nhiều hợp chất phosphorus ảnh hưởng lên những q trình xử lý chất thải. Thơng thường chỉ có những dạng hợp chất phosphorus vơ cơ gây ảnh hưởng như các dạng phosphate hay các dạng phân tử khử nước như polyphosphate hay condensed phosphate. Những hợp chất phosphorus hữu cơ thường khơng được quan tâm. Nước cấp Polyphosphate được sử dụng trong nước cấp như là một nhân tố kiểm sốt sự ăn mòn. Chúng cũng được sử dụng cho các dạng nước mềm để ổn định hàm lượng calcium carbonate nhằm loại bỏ sự tái tạo muối carbonate. Bề mặt của nước cấp là nơi phát triển của một số vi sinh vật nước. Những sinh vật tự do hay những sinh vật nổi được gọi là phiêu sinh (plankton) và đây là lồi sinh vật rất được các kỹ sư mơi trường quan tâm. Những phiêu sinh mang tính động vật gọi là phiêu sinh động vật (zooplankton) và những phiêu sinh mang tính thực vật được gọi là phytoplankton (phiêu sinh thực vật). Sau cùng là tảo mang tính thực vật (trong tế bào của những sinh vật này có chứa chlorophyll), chúng phát triển mạnh và phụ thuộc vào những ngun tố dinh dưỡng trong nước. Nhiều nghiên cứu đã cho thấy rằng nitrogen và phosphorus là 2 ngun tố ảnh hưởng lên sự tăng trưởng của tảo và vi khuẩn và khi lượng ngun tố này bị giới hạn thì nó cũng là nhân tố giới hạn tốc độ tăng trưởng và phát triển của tảo và vi khuẩn. Ở những nơi có hàm lượng nitrogen và phosphorus cao làm thúc đẩy hiện tượng nở hoa của tảo gây tác động xấu đến mơi trường. Kinh nghiệm cho thấy rằng hiện tượng nở hoa khơng thể xảy ra khi hàm lượng nitrogen hoặc phosphorus hoặc cả hai bị giới hạn. Mức tới hạn cho phosphorus vơ cơ vào khoảng 0,005 mg/L hoặc 5μg/L trong điều kiện tăng trưởng mùa hè. Xử lý nước thải Nước thải sinh hoạt rất giàu các hợp chất phosphorus. Chủ yếu là ở trong nước tẩy rửa tổng hợp, chứa khoảng từ 2 – 3 mg/L và những hợp chất vơ cơ khác chiếm khoảng từ 0,5 – 1 mg/l. Hầu hết những phosphorus vơ cơ có được là từ chất thải của con người do q trình phân hủy protein và sự giải phóng phosphate từ nước tiểu. Trung bình một người dân Mỹ giải phóng một lượng phosphorus là 1,5 g/ngày. GREEN EYE ENVIRONMENT CONG TY MOI TRệễỉNG TAM NHèN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huyứnh Ngoùc Phửụng Mai â Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rừ ngun khi bn phỏt hnh li thụng tin t trang ny. 9-2 Hu ht bt git tng hp siờu cp c sn xut cho th trng gia dng cha mt lng ln polyphosphate. a s trong chỳng cha t 12 13% phosphorus hoc hn 50% polyphosphate. S dng nhng nguyờn liu ny nh l mt cht thay th cho x phũng ó lm gia tng lng phosphorus trong nc thi sinh hot. T cỏc s liu v polyphosphat c bỏn cho ngnh cụng nghip cht ty ra. Ngi ta c tớnh c rng, nc thi sinh hot s cha mt lng phosphorus vụ c nhiu hn gp 2 3 ln so vi khi cht ty ra tng hp cha c ph bin rng rói. Vi sinh vt trong cỏc quỏ trỡnh x lý nc thi sinh hc cn mt lng phosphorus tỏi to v tng hp mụ t bo mi. Nc thi ụ th cha mt lng phosphorus vt quỏ xa so vi mc cn thit x lý mt lng gii hn cht hu c. S vic ny c lý gii da trờn lng phosphorus cú trong nc u ra sau khi x lý ca cỏc cụng trỡnh x lý nc thi sinh hc. Tuy nhiờn, nhiu loi nc thi cụng nghip khụng cha lng phosphorus cn cho s phỏt trin ti u ca vi sinh vt trong quỏ trỡnh x lý nc thi. Trong nhng trng hp ny, lng thiu ht c cung cp bng cỏch thờm phosphate vụ c vo. Tớnh cht ca bựn Mt vn chớnh trong x lý nc thi l tớnh cht ca bựn sau cỏc quỏ trỡnh x lý hiu khớ v k khớ. Nhng bựn ny cha mt lng ln nitrogen v phosphorus ỏp ng cho mc ớch dinh dng. Tng hm lng phosphorus cha trong bựn trung bỡnh khong 1% v 1,5% trong bựn hot tớnh khụ. M ni cú hm lng phosphate phong phỳ v r, hu ht bựn c bỏn da trờn hm lng nitrogen m nú cha v ch cú mt ớt loi da trờn hm lng phosphorus. Ni hi Phc hp phosphate c s dng rng rói trong ngnh cụng nghip nng lng hi nc chng úng cn trong cỏc ni hi. Nu s dng phosphate dng phc, chỳng nhanh chúng c thy phõn thnh nhng orthophosphate nhit cao. Giỏm sỏt lng phosphate thụng qua vic xỏc nh hm lng orthophosphate. 9.2 TM QUAN TRNG CA HP CHT PHOSPHORUS Cú nhiu loi hp cht phosphorus cú mt trong k thut mụi trng. Bng 9.1 trỡnh by mt s hp cht quan trng. GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này. 9-3 Bảng 9.1 Một số hợp chất phosphorus quan trọng Tên Cơng thức Orthophosphates Trisodium phosphate Na 3 PO 4 Disodium phosphate Na 2 HPO 4 Monosodium phosphate NaH 2 PO 4 Diammonium phosphate (NH 4 ) 2 HPO 4 Polyphosphates Sodium hexametaphosphate Na 3 (PO 4 ) 6 Sodium tripolyphosphate Na 5 P 3 O 10 Tetrasodium pyrophosphate Na 4 P 2 O 7 Tất cả những polyphosphate (những phân tử thủy phân thành phosphate) thủy phân hồn tồn trong dung dịch nước và trở lại thành những dạng ortho mà chúng bắt nguồn. Na 4 P 2 O 7 + H 2 O Ỉ 2 Na 2 HPO 4 (9 - 1) Tốc độ trở lại ngun mẫu là một chức năng của nhiệt độ và do nó sẽ gia tăng nhanh khi nhiệt độ tiến đến gần điểm sơi. Tốc độ này cũng gia tăng khi giảm pH và ưu điểm là nó giữ đúng ngun trạng ở những mẫu chuẩn bị để xác định hàm lượng phosphate phức. Sự thủy phân những phosphate phức cũng chịu ảnh hưởng bởi enzyme của vi sinh vật. Tốc độ trở lại ngun mẫu rất chậm trong nước lọc và nhanh hơn trong nước thải. Kinh nghiệm cho thấy rằng trong một số loại nước pyrophosphate thủy phân nhanh hơn tripolyphosphate, trong một số loại nước khác thì tốc độ thủy phân là như nhau. Có những chất đòi hỏi nhiều giờ thậm chí nhiều ngày để chuyển hóa hồn tồn polyphosphate thành orthophosphate, đặc biệt ở nhiệt độ thấp hoặc ở pH cao. Từ những lý do trên, để xác định phosphorus hay phosphate phải bao gồm cả việc xác định polyphosphate nếu muốn việc đo tổng các dạng vơ cơ được chính xác. 9.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHOSPHORUS - PHOSPHATE Các kỹ sư thường quan tâm đến sự hiện diện của hàm lượng ortho, poly và phosphorus hữu cơ. May mắn là có thể đo orthophosphate với rất ít trở ngại từ polyphosphate do khả năng ổn định của chúng trong điều kiện pH, thời gian, nhiệt độ được sử dụng trong q trình đo. Cả hai dạng poly và phosphorus hữu cơ phải được chuyển thành orthophosphate để đo. Orthophosphate GREEN EYE ENVIRONMENT CONG TY MOI TRệễỉNG TAM NHèN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huyứnh Ngoùc Phửụng Mai â Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rừ ngun khi bn phỏt hnh li thụng tin t trang ny. 9-4 Lng phosphorus tn ti di dng orthophosphate cú th c o bng nhng phng phỏp: trng lc, th tớch, so mu. Phng phỏp trng lc c s dng khi hm lng phosphorus hin din ln, nhng iu ny khụng xy ra trong thc t. Phng phỏp th tớch c s dng khi nng phosphate ln hn 50 mg/L, nhng nng ny him gp tr trng hp nc sụi hay chuyn húa k khớ nhng cht ni. Phng phỏp ny gm: kt ta, lc, lm sch kt ta v chun . Phng phỏp ny tn thi gian. Tuy nhiờn, phng phỏp so mu o nc v nc thi cú th c tha món vi mt chớnh xỏc cao. Cú ba phng phỏp so mu c s dng o orthophosphate. Chỳng cú cựng bn cht vi nhng nguyờn tc trờn nhng khỏc ch l nú thờm vo mt s nguyờn t t nhiờn to mu. Yu t húa hc cn thit nh: ion phosphate kt hp vi ammonium molybdate trong iu kin acid to thnh phc cht molybdophosphate, PO 4 3- + 12(NH 4 ) 2 MoO 4 + 24H + ặ (NH 4 ) 3 PO 4 .12MoO 3 + 21NH 4 + + 12H 2 O (9 - 2) Khi hin din mt lng phosphate ln, trng thỏi ca molydophoste l nhng kt ta mu vng cú th c lc v o bng phng phỏp th tớch. nng phosphate thp hn, to thnh nhng ht keo mu vng s c xỏc nh hm lng bng phng phỏp so mu. Vi nng phosphate di 30 mg/L (thng nm trong khong phõn tớch nc), mu vng ca ht keo khụng th nhn bit rừ v iu ny cú ngha l cn phi phỏt trin mt mu khỏc. Mt cỏch ci thin l thờm vanadium hỡnh thnh dng phc hp vanadomolybdophosphoric acid cú mu vng rừ, cho phộp phõn tớch phophorus vi hm lng di 1 mg/L hoc nhng khong thp hn. Lng molybdenum cha trong ammonium phosphomolybdate cng c gim to nhng sn phm sol cú mu xanh vi t l tng ng vi lng phosphate hin din. Mt lng tha ammonium molydate khụng b gim i v do ú khụng can thip vo quỏ trỡnh. Ascorbic acid hay stannous chloride cú th c s dng nh mt nhõn t kh. Hp cht mu c to thnh l xanh molybdeum hay xanh heteropoly. Chlorur thic c s dng nh mt nhõn t kh cú th c mụ t qua phng trỡnh: (NH 4 ) 3 PO 3 .12MoO 3 + Sn 2+ ặ (molybdenum) + Sn 4+ (9 - 3) Polyphosphates Polyphosphate cú th chuyn húa thnh orthophosphate bng cỏch un sụi mu ó c acid húa ti thiu 90 phỳt. S thy phõn ny cú th c thỳc y bi nhit trong autoclave 20 psi. Lng acid tha thờm vo xỳc tỏc tng tc thy phõn phi c trung hũa trc khi tip tc thờm dung dch ammonium molybdate vo. Lng orthophosphate xut phỏt t polyphoste c o bng mt trong nhng phng phỏp k trờn. Lng polyphosphate c tớnh nh sau: Tng hm lng phosphate vụ c orthophosphate = polyphosphate (9 4) GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thơng tin từ trang này. 9-5 Phosphorus hữu cơ Các kỹ sư rất quan tâm đến việc đo lường hàm lượng phosphorus hữu cơ có trong chất thải cơng nghiệp và có trong bùn. Để phân tích được đòi hỏi chất hữu cơ phải được phá hủy sao cho phosphorus được giải phóng dưới dạng ion phosphate. Chất hữu cơ có thể bị phá hủy bởi một trong 3 phương pháp oxy hóa ẩm hoặc phương pháp chuyển hóa dựa theo “Standard Method”. Chất oxi hóa được sử dụng khác với những chất trong phương pháp chuyển hóa và có thể là perchloric acid, nitric acid – sulfuric acid hay persulphate. Acid perchloric là chất oxi hóa mạnh nhất, nhưng nó cũng là chất độc hại nhất. Để tránh nguy hiểm từ những vụ nổ, loại mủ đặc biệt phải được sử dụng trong q trình chuyển hóa và phải thêm vào một số hóa chất. Vì những lý do này, sự chuyển hóa nhờ acid perchloric nên được thực hiện bởi những nhà hóa học có kinh nghiệm và cẩn thận. Sử dụng chất oxi hóa là persulphate khi thực nghiệm chứng minh rằng kết quả thu được là phù hợp. Một khi sự chuyển hóa đã hồn tất, việc đo lường phosphorus giải phóng có thể được làm bằng bất kỳ một phương pháp đo orthophosphate nào. Tất cả những dạng phosphorus (tổng) được đo từ sự xác định phosphorus hữu cơ. Do vậy, lượng phosphorus hữu cơ được tính như sau: Tổng phosphorus – phosphorus vơ cơ = phosphorus hữu cơ (9 - 5) 9.4 ỨNG DỤNG NHỮNG SỐ LIỆU VỀ PHOSPHORUS Số liệu về phophorus trở nên rất quan trọng đối với kỹ sư mơi trường khi họ đánh giá sự có mặt của chúng như nhân tố quan trọng tất yếu của chu kỳ sống. Trước đây, thơng số này được sử dụng để giám sát hàm lượng phosphate trong hệ thống nước để tránh sự ăn mòn và để tránh cặn rỉ trong nồi hơi. Việc xác định phosphorus trở nên rất quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất sinh học tiềm năng của nước mặt và trong một số vùng nhất định đã có một lượng phophorus ổn định mà có thể được xả vào nguồn nước nhận, đặc biệt là những hồ và những bể chứa. Xác định hàm lượng phosphorus là cơng việc thường xun trong q trình vận hành hệ thống xử lý nước thải và trong q trình nghiên cứu ơ nhiễm dòng chảy ở nhiều nơi. Do tầm quan trọng của phosphorus là chất dinh dưỡng trong các phương pháp sinh học xử lý nước thải, việc xác định nó có liên quan đến nhiều chất thải cơng nghiệp và trong q trình hoạt động của các cơng trình xử lý chất thải. . một trong 3 phương pháp oxy hóa ẩm hoặc phương pháp chuyển hóa dựa theo “Standard Method”. Chất oxi hóa được sử dụng khác với những chất trong phương pháp chuyển hóa và có thể là perchloric. chất oxi hóa mạnh nhất, nhưng nó cũng là chất độc hại nhất. Để tránh nguy hiểm từ những vụ nổ, loại mủ đặc biệt phải được sử dụng trong q trình chuyển hóa và phải thêm vào một số hóa chất GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 20 06 gree-vn.com, All rights reserved.