Bài giảng phân tích môi trường chương 1 TS nguyen ngoc vinh

BÀI GIẢNG PHÂN TÍCH MƠI TRƯỜNG Khoa Cơng Nghệ Hóa Học– Bộ mơn Hóa Phân Tích ĐH Cơng Nghiệp – TP.HCM TS Nguyen Ngoc Vinh ngocvinhnguyen308@gmail.com Mục đích mơn học Cung cấp cho học viên kiến thức về:  Thành phần tiêu phân tích mơi trường đất, nước, khí  Cơ sở số phương pháp phân tích tiêu mơi trường đất, nước, khí phương pháp lấy mẫu, bảo quản mẫu  Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng môi trường  Phương pháp xử lý phân tích thơng số chất lượng môi trường  Đảm bảo chất lượng kiểm sốt chất lượng phân tích mơi trường Tài liệu tham khảo Huỳnh Trung Hải - Bài giảng “Phân tích mơi trường” - Viện Khoa học cơng nghệ Mơi trường Bách khoa Viện thở nhưỡng nơng hố Sở tay phân tích đất, nước, phân bón trồng Nhà xuất nông nghiệp, 1998 Trần Tử Hiếu - Giáo trình Hóa phân tích - Trường đại học khoa học tổng hợp Hà Nội - 1992 Các TCVN môi trường APHA Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater 19th Edition, 1995 Hoàng Minh Châu, Từ Văn Mặc, Từ Vọng Nghi Cơ sở Hóa học Phân tích Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2002 Trang web Tổng Cục Môi Trường – http://vea.gov.vn Chương 1: Phân tích tiêu hóa học mơi trường nước 1.1 Phân loại thành phần môi trường nước 1.1.1 Nước bề mặt (sông hồ ao suối) 1.1.2 Nước mặn, lợ (biển ven biển) 1.1.3 Nước ngầm 1.1.4 Nước cấp cho sinh hoạt công nghiệp 1.1.5 Nước thải sinh hoạt công nghiệp 1.2 Phân loại ý nghĩa tiêu đánh giá môi trường nước 1.2.1 Chỉ tiêu vật lý 1.2.2 Chỉ tiêu hóa học 1.2.3 Chỉ tiêu sinh học 1.1 Phân loại thành phần môi trường nước  Tài nguyên nước thành phần chủ yếu môi trường sống, định thành công chiến lược, quy hoạch, kế hoạch phát triển kinh tế xã hội, bảo đảm quốc phòng, an ninh quốc gia  Hiện nay, nguồn nước phải đối mặt với ô nhiễm cạn kiệt, nguy thiếu nước ngọt, sạch hiểm họa lớn tồn vong người sống trái đất  Con người phải nhanh chóng có biện pháp bảo vệ sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước  Nước tồn tại tự nhiên ba trạng thái: rắn, lỏng khí, ba thể khơng ngừng chuyển hóa lẫn Khối lượng khoảng 1,4.1012  Lượng nước tự nhiên trái đất có 97% nước mặn phân bố biển, 3% lại phân bố sông, suối, ao, hồ, đầm lầy, băng tuyết, nước ngầm, nước mưa, nước thở nhưỡng khí quyển… Phân bố dạng nước trái đất Địa điểm Diện tích (km2) Tởng thể tích nước (km3) Tỷ lệ (%) Các đại dương biển (nước mặn) 361.000.000 1.230.000.000 97.2 Khí (hơi nước) 510.000.000 12.700 0,0010 - 1.200 0,0001 130.000.000 4.000.000 0,31 855.000 123.000 0,0090 28.200.000 28.600.000 2.15 Sông, rạch Nước ngầm (đến độ sâu 0,8 km) Hồ nước Tảng băng băng hà  Vịng tuần hồn nước tồn tại vận động nước mặt đất, lịng đất bầu khí  Nước trái đất vận động chuyển từ thể lỏng sang thể rời thể rắn ngược lại Nó khơng có điểm bắt đầu kết thúc Chu trình tuần hoàn nước trái đất Nước bề mặt  Nước hay nước nhạt loại nước chứa tối thiểu lượng muối hòa tan khoảng 0,01 – 0,5 ppt Nó phân biệt rõ ràng với nước lợ, nước mặn hay nước muối  Nước ngọt: Hàm lượng chất tan < 0,1%  Nước khoáng: Hàm lượng chất tan từ 0,1 – 2,5%  Nước biển: Hàm lượng chất tan từ 2,5 – 5%  Nước muối: Hàm lượng chất tan > 5% Nước bề mặt  Các ng̀n nước có xuất phát điểm từ mưa rơi xuống ao hồ, sông suối nguồn nước ngầm tan chảy băng hay tuyết  Nước bề mặt nước sông, hồ, vùng đất ngập nước Chúng bổ sung từ nước mưa (được thu hồi lưu vực) chảy vào đại dương, bốc thấm xuống đất  Tỷ lệ nước bị ảnh hưởng khả chứa nước hồ, vùng đất ngập nước hồ chứa nhân tạo, độ thấm đất, đặc điểm dòng chảy mặt lưu vực, lưu lượng mưa tốc độ bốc lưu vực, hoạt động người 10 4.4 Xác định hàm lượng nitrogen – hữu N-organic không bao gồm azide, azo, hydrazone, nitrate, nitrite, nitro, nitroso, oxime semicarbazone Nếu N-NH3 không khử trước kết nitrogen tởng cộng Phải xác định N-NH3 trước sau chưng cất tiếp tục để xác định N-hữu • Nguyên tắc: Với tác dụng H2SO4, Na2SO4 HgSO4 (catalyst), aminonitrogen chất hữu biến đổi thành ammonium sulfate Ammonia tự ammonium nitrogen  ammonium sulfate Trong thời gian phân hủy mẫu, hh mercury ammonium hình thành bị phân tích Na2S2O3 Trung hịa mẫu dd kiềm chưng cất Hàm lượng ammonia hữu hấp thu acid boric xác định pp so màu hay chuẩn độ với acid chuẩn thể tích chưng cất phẩm thu • • • • PP so màu xác định hàm lượng N-organic  5mg/L PP chuẩn độ xác định hàm lượng N-organic > 5mg/L Thí nghiệm: − Chuẩn bị chọn thể tích mẫu thích hợp theo bảng hướng dẫn sau: • Lượng nitrogen mẫu Thể tích mẫu (ml) 0–1 500 – 10 250 10 – 20 100 20 – 50 50 50 - 100 25 Nếu cần, pha lỗng mẫu thành 300ml rời trung hịa đến pH = Thêm 25ml borate buffer NaOH 6N đến pH 9,5: Chưng cất xác định lượng ammonia-nitrogen thể tích chưng cất phẩm thu (hấp thụ với 25ml acid boric + thị màu hh) Dùng cặn lại bình kjeldahl để xác định lượng N-organic • Phân hủy: Cẩn thận thêm 50ml dd phân hủy vào bình kjeldahl chứa cặn cịn lại + bi thủy tinh đun tủ hút đến thấy khói trắng bay ra, dd có màu vàng rơm Để nguội, pha lỗng thành 300ml với nước cất rời trung hòa dd sodium hydroxide – thiosulfate (30 – 40ml, dùng phenolphtalein làm thị màu) lắc đều, thấy xuất  đen HgS, pH mẫu lúc 11,0 • Chưng cất: nối bình kjeldahl vào hệ thống chưng cất, đầu nhúng chìm 25ml acid boric, chưng cất đến thu khoảng 200ml chưng cất phẩm Sau định phân HCl 0,1N hay H2SO4 0,1N Làm mẫu trắng với nước cất • • • • Tính tốn: Vt: thể tích HCl 0,1N dùng cho thử thật Vo: thể tích HCl 0,1N dùng cho mẫu trắng Xác định hàm lượng DO, COD, BOD5 5.1 Xác định hàm lượng oxy hòa tan (DO) Nguyên tắc: Phương pháp Winkler cải tiến dựa oxy hóa Mn2+ thành Mn4+ lượng oxy hịa tan nước Khi cho MnSO4 dd iod kiềm (NaOH + NaI) vào mẫu có trường hợp xảy ra: • − Nếu khơng có oxy diện, Mn (OH)2  có màu trắng Mn2+ + 2OH-  Mn(OH)2  (tủa trắng) (1) − Nếu mẫu có oxy, phần Mn2+ bị oxy hóa thành Mn4+, tủa có màu nâu Hoặc Mn2+ + 2OH- + 1/2O2  MnO2 + H2O (2) Mn(OH)2 + 1/2O2  MnO2 + H2O (3) − Mn4+ có khả khử I- thành I2 tự môi trường acid Như lượng I2 giải phóng tương đương với lượng oxy hịa tan có nước Lượng iod xác định thiosulfate với thị hồ tinh bột MnO2 + 2I- + 4H+  Mn2+ + I2 + 2H2O (4) 2Na2S2O3 + I2  Na2S4O6 + 2NaI (không màu) (5) − Phương pháp Winkler bị giới hạn tác nhân oxy hóa khác như: nitrite, sắt Chúng oxy hóa 2I-  I2 đưa đến việc nâng cao trị số kết Ngược lại, tác nhân khử Fe2+, sulfite, sulfide lại oxy hóa I2  I- làm thấp giá trị kết − Đặc biệt nitrite chất ngăn trở thường gặp, khơng oxy hóa Mn2+ có mặt iodide acid, NO2 oxy hóa 2I-  I2, N2O2 tạo thành từ phản ứng lại bị oxy hóa oxy khơng khí qua mặt thống dd  NO2 2NO2 + 2I- + 4H+  I2 + N2O2 + 2H2O Và N2O2 + 1/2O2 + H2O  2NO2 + 2H+ − Do có NO2 mẫu, điểm kết thúc khơng thể xảy bình thường có biến đổi liên tục từ 2I-  I2 ngược lại Để khắc phục nhược điểm pp winkler, lượng nhỏ NaN3 thêm vào dd iodide kiềm NaN3 + H+  HN3 + Na+ HN3 + NO2 + H+  N2 + N2O + H2O − Theo tiến trình NO2 bị loại hẳn Thí nghiệm: − Lấy mẫu đầy chai DO 300ml, đậy nút, đổ bỏ phần trên, khơng để bọt khí bám quanh thành chai − Mở nút, thêm 2ml MnSO4, 2ml Iodur azur kiềm, đậy nút, đảo chai 20s cho kết tủa lắng yên khoảng 2/3 chai − Đợi kết tủa lắng yên, mở nút cẩn thận, cho 2ml H2SO4 đđ Đóng nắp, đảo mạnh chai Khi tủa tan hồn tồn, dùng ống đong 100ml rót bỏ 97ml dd Định phân lượng cịn lại Na2S3O3 đến có màu vàng nhạt rồi thêm giọt thị hồ tinh bột Tiếp tục định phân dd màu xanh Tính tốn: 1ml Na2S2O3 0,025 M = 1mg O2/L 5.2 Xác định hàm lượng nhu cầu oxy hóa học (COD) Nguyên tắc: Hầu hết chất hữu bị phân hủy đun sôi hỗn hợp cromic acid sulfuric: • CnHaOb + cCr2O7 + 8cH+  nCO2 + (a/2 + 4c)H2O + 2cCr3+ −Với c = 2/3n + a/6 – b/3 −Lượng K2Cr2O7 H2SO4 biết trước giảm tương ứng với lượng chất hữu có mẫu Lượng Cr2O72- dư định phân dd Fe(NH4)2(SO4)2 lượng chất hữu bị oxy hóa tính lượng oxy tương đương qua CrO72- bị khử, lượng oxy tương đương COD Thí nghiệm: Phương pháp đun kín (với mẫu COD > 50mg/L): −Rửa sạch ống nghiệm có nút vặn kín với H2SO4 20% trước sử dụng Chọn thể tích mẫu hóa chất dùng tương ứng theo bảng đây: −Cho mẫu vào ống nghiệm, thêm K2Cr2O7, cẩn thận thêm H2SO4 reagent vào Đặt ống nghiệm vào rở inox cho vào lị sấy máy COD 1500C 2h Để nguội đến nhiệt độ phịng, đở vào erlen thêm 0,05 -0,1ml thị feroin định phân FAS 0,1M Ống nghiệm Thể tích mẫu (ml) K2Cr2O7 H2SO4 reagent Tởng thể tích (ml) 20 x 150mm 5,0 3,0 7,0 15,0 25 x 150mm 10,0 6,0 14,0 30,0 Ống chuẩn 10ml 2,5 1,5 3,5 7,5 − Dứt điểm mẫu chuyển từ xanh lục sang nâu đỏ Làm mẫu trắng với nước cất Phương pháp đun hoàn lưu (với mẫu COD < 50mg/L): − Lấy 50 hay 100ml mẫu cho vào bình cầu nút mài, thêm 1g HgSO4 vài viên bi thủy tinh, cẩn thận thêm 5ml H2SO4 reagent, lắc cho HgSO4 tan (giữ bình cầu mơi trường lạnh để tránh bay chất hữu cơ) − Thêm 25ml K2Cr2O7 vào lắc đều, sau nối với hệ thống hoàn lưu, thêm 70ml H2SO4 qua phễu hệ thống hoàn lưu, lắc Đun 2h, để nguội tráng ống hồn lưu nước cất Sau định phân lượng K2Cr2O7 thừa FAS với 0,1 - 0,15ml feroin làm thị, kết thúc dd chuyển từ xanh sang nâu đỏ − Phương pháp đun kín dùng K2Cr2O7 0,0167M FAS 0,1M − Phương pháp đun hồn lưu dùng K2Cr2O7 0,00417M FAS 0,025M Tính tốn: − Phương pháp đun kín hay đun hồn lưu dùng chung cơng thức tính tốn sau: − Trong đó: − A: Thể tích FAS dùng cho ống thử khơng − B: thể tích FAS dùng cho ống thử thật − M: Nguyên chuẩn độ FAS (hệ số xác định chênh lệch nồng độ thực FAS (0,1M) lúc pha nồng độ FAS bị biến đởi để lâu ngồi khơng khí) 5.3 Xác định hàm lượng nhu cầu oxy sinh học (BOD) Nguyên tắc: Sử dụng chai DO có V = 300ml Đo hàm lượng DO ban đầu sau ngày ủ 200C Lượng oxy chênh lệch vi sinh vật sử dụng BOD • Thí nghiệm: − Chuẩn bị nước pha lỗng (nước cất sục khí bão hòa oxy) Sử dụng dd phosphate, MgSO4, CaCl2, FeCl3 1ml cho 1L nước cất bão hòa oxy giữ 20oC1 (nước pha loãng sục khí từ 1,5 – 2h) − Nếu có độ acid hay kiềm mẫu phải trung hịa đến pH 6,5 – 7,5 H2SO4 hay NaOH loãng Nếu mẫu có chlor dư đáng kể, thêm 1ml acid acetic 1:1 hay H2SO4 1:50 1L mẫu, sau định phân Na2S2O3 đến dứt điểm − Kỹ thuật pha loãng mẫu xử lý theo tỷ lệ đề nghị sau: − 0,4 – 1%: cho nước thải CN nhiễm bẩn nặng − – 55%: cho nước uống chưa xử lý lắng − – 25%: cho dòng chảy qua q trình oxy hóa − 25 – 100%: cho dịng sơng nhiễm − Chiết nước pha lỗng vào chai Cho mẫu vào chai cách nhúng pipet xuống đáy chai thả từ từ mẫu vào chai đạt thể tích cần sử dụng Lấy pipet khỏi chai đậy nhanh nút lại (khơng có bọt khí) Một chai đậy kín để ủ ngày (BOD5) Chai ủ tủ 20oC, niêm nước mỏng chỗ loe miệng chai, lưu ý không để nước cạn hết − Định phân lượng DO: chai xác định DO mẫu pha loãng: DOo − Một chai lại ủ 200C 1 định phân sau ngày: DO5 − Độ pha loãng cho để khác biệt lần định phân > 1mgO2/L − Tính tốn: BOD (mg/L) = (DOo – DO5) x f − DOo: oxy hòa tan đo ngày − DO5: oxy hòa tan đo sau ngày − f: hệ số pha loãng Thank you For your attention 5.3 Xác định hàm lượng nhu cầu oxy sinh học (BOD) Nguyên tắc: Sử dụng chai DO có V = 300ml Đo hàm lượng DO ban đầu sau ngày ủ 200C Lượng oxy chênh lệch vi sinh vật sử dụng BOD • ... Trang web Tổng Cục Môi Trường – http://vea.gov.vn Chương 1: Phân tích tiêu hóa học môi trường nước 1. 1 Phân loại thành phần môi trường nước 1. 1 .1 Nước bề mặt (sông hồ ao suối) 1. 1.2 Nước mặn, lợ... ven biển) 1. 1.3 Nước ngầm 1. 1.4 Nước cấp cho sinh hoạt công nghiệp 1. 1.5 Nước thải sinh hoạt công nghiệp 1. 2 Phân loại ý nghĩa tiêu đánh giá môi trường nước 1. 2 .1 Chỉ tiêu vật lý 1. 2.2 Chỉ... Phương pháp xử lý phân tích thơng số chất lượng mơi trường  Đảm bảo chất lượng kiểm soát chất lượng phân tích mơi trường Tài liệu tham khảo Huỳnh Trung Hải - Bài giảng ? ?Phân tích mơi trường? ?? - Viện