Bài phúc trình thực tập Hóa môi trường

Phương pháp phân tích thể tích (phương pháp Kjeldahl) Đẩy muối amoni (NH4+) và NH3 ra thể tự do bằng một chất kiềm mạnh hơn amoniac, thí dụ như MgO. Dùng hơi nước kéo amoniac đã được giải phóng ra sang bình chuẩn độ và định lượng bằng H2SO4¬ 0,1N với Methy đỏ làm chỉ thị màu.

Bài 1: OXY HÒA TAN (DO)

I ĐẠI CƯƠNG

Giới hạn lượng oxy bão hòa (dissolved oxygen) trong nước thiên nhiên và nước thải tùy

thuộc vào điều kiện hóa lý và hoạt động sinh học của các vi sinh vật Việc xác định hàm lượng oxy hòa tan là phương tiện kiểm soát sự ô nhiễm do mọi hoạt động của con người và kiểm tra hiệu quả việc xử lý nước thải

II NGUYÊN TẮC

Phương phápWinkler dựa trên sự oxi hóa Mn (IV) bởi lượng oxy hòa tan trong nước

Mn2+ + 2OH‾ Mn(OH)2

Nếu không có oxy hiện diện kết tủa Mn(OH)2 có màu trắng sau khi thêm MnSO4 và dung dịch iodur kiềm (NaOH + KI) vào mẫu Nếu mẫu có oxy một phần Mn2+ bị oxi hóa thành Mn4+ màu nâu:

Mn2+ + 2OH‾ +

2

1

O2 MnO2 + H2O hoặc: Mn(OH)2 + 21 O2 MnO2 + H2O

Lượng oxy tác dụng trong phản ứng được xác định gián tiếp qua việc định phân lượng iod sinh ra trong phản ứng sau bằng thiosulfate với chỉ thị tinh bột

MnO2 + 2I‾ + 4H+ Mn2+ + I2 + 2H2O

2S2O32‾ + I2 S4O62‾ + 2I‾

III TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

- Lấy đầy mẫu vào 2 chai BOD, đậy nút gạt bỏ phần trên ra, V = 300ml mẫu Không được để bọt khí bám quanh thành chai

- Mở nút 2 chai, lần lượt thêm vào bên dưới mặt thoáng mẫu: 2ml MnSO4 + 2ml Iodur – Azur - kiềm

- Đậy nút, đảo ngược chai

- Để yên đến khi kết tủa lắng hoàn toàn, lắc đều chai thêm 1 lần nữa

- Đợi kết tủa lắng yên, thêm từ từ 2ml H2SO4 đđ sát thành chai

- Đậy nút, rửa chai dưới vòi nước, lắc và đảo chai để hòa tan hoàn toàn kết tủa

- Lấy 50ml dung dịch trong chai, định phân bằng dung dịch Na2S2O3 0,01N Khi màu vàng dung dịch còn thật nhạt thêm vào 4 giọt hồ tinh bột Định phân cho tới khi mất màu hoàn toàn Ghi nhận thể tích dung dịch Na2S2O3 0,01N đã dùng

IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Thể tích dung dịch Na2S2O3 0,01N đã dùng là:

V1 = 1,1ml

V2 = 1,1ml

V3 = 1ml

 V = 1 , 07ml

3

1 1 , 1 1 , 1







Vậy giới hạn lượng oxy bão hòa trong mẫu nước là:

) / ( 712 , 1 50

8000 01

, 0 07 , 1 8000

l mg V

C V DO

mau





Từ kết quả trên, ta thấy hàm lượng DO có trong mẫu nước là rất thấp, nhỏ hơn thông số

DO theo quy chuẩn chất lượng nước mặt Việt Nam ban hành năm 2008 loại B2 là DO  2 mg/l

Vì vậy, chất lượng nước trong mẫu phân tích trên đã bị ô nhiễm ở thông số DO

Do không có dụng cụ đo DO trực tiếp tại nơi thu lấy mẫu nên không thể so sánh kết quả định phân DO trong phòng thí nghiệm với kết quả đo DO trực tiếp tại nơi thu mẫu

V TRẢ LỜI CÂU HỎI

Câu 1: Các phương trình phản ứng cơ bản xảy ra trong phương pháp Winkler:

Mn2+ + 2OH‾ Mn(OH)2 Mn(OH)2 + 21 O2 MnO2 + H2O

MnO2 + 2I‾ + 4H+ Mn2+ + I2 + 2H2O 2S2O32‾ + I2 S4O62‾ + 2I‾

Câu 2: Giải thích việc cố định mẫu DO tại hiện trường trước khi vận chuyển về phòng thí nghiệm phân tích

Cần phải cố định mẫu DO tại hiện trường trước khi đưa về phòng thí nghiệm phân tích nhằm ngăn chặn sự tăng trưởng của vi sinh vật Đồng thời không phá hủy mô động vật và ngăn chặn sự phân hủy của vi sinh Các hoạt động của vi sinh vật sẽ làm thay đổi nồng độ oxy trong mẫu Ngoài ra, nếu không cố định mẫu thì oxy có thể đi vào trong bình định mẫu hoặc ra ngoài Vì vậy việc cố định mẫu là việc cần thiết nhằm đem đến kết quả phân tích được chính xác hơn

Câu 3: Cần phải bổ sung phương pháp Azide vào phương pháp Winkler là vì:

Phương pháp Winkler bị giới hạn bởi các tác nhân oxy hóa khác như nitrite, sắt ba,

…các tác nhân này cũng có thể oxy hóa 2I‾  I2, đưa đến việc nâng cao trị số của kết quả Ngược lại các tác nhân khử như sất hai, sulfit, sulfur và polythiocyanate lại khử I2  2I‾ và sẽ làm hạ thấp kết quả

Câu 4: Năm loại hóa chất gây cản trở trong phương pháp Winkler:

- Các tác nhân khử: Sắt hai, sulfite, sulfua, polythiocyanate là tác nhân khử I2 thành 2I‾ đưa đến việc hạ thấp trị số kết quả

- Các tác nhân oxy hóa: Sắt ba, nitrite,…các tác nhân này có thể oxy hóa 2I‾ thành

I2 đưa đến việc nâng cao trị số của kết quả

* Biện pháp bổ sung thích hợp để khắc phục ảnh hưởng của những chất cản trở này:

Đặc biệt ion Nitrite (NO2‾) là một trong những chất ngăn trở thường gặp, nó không oxy hóa Mn2+ mà khi môi trường có iodur và acid nó sẽ oxy hóa 2I‾  I2, N2O2 tạo thành từ phản ứng lại bị oxy hóa bởi oxy khi trôi qua mặt thoáng dung dịch để cho lại NO2‾

2NO2‾ + 2I‾ + 4H+ I2 + N2O2 + H2O

N2O2 + 21 O2 + H2O 2NO2‾ + 2H+

Do đó khi NO2‾ trong mẫu, dứt điểm không thể xảy ra bình thường khi có sự biến đổi liên tục từ 2I‾  I2 và ngược lại

Để khắc phục nhược điểm trên, phương pháp Winkler cải tiến bằng cách trong dung dịch iodur kiềm được thêm một lượng nhỏ Azurnatri

NaN3 + H+ HN3 + Na+

HN3 + NO2‾ + H+ N2 + N2O + H2O

Theo tiến trình này NO2‾ bị loại hẳn.

`

Câu 5: Vai trò của NaOH khi pha chế dung dịch Na 2 S 2 O 3

Do trong nước, muối thiosulphate bị phân hủy dễ dàng bởi acid tạo thành S và SO2 nên NaOH được dùng để trung hòa H+ có trong dung dịch và tạo môi trường ổn định cho S2O3‾

Câu 6:

Mẫu dược bảo quản ngay sau khi thu tại hiện trường sẽ có DO cao hơn mẫu được

xử lý sau khi về phòng thí nghiệm BOD của mẫu bảo quản tại hiện trường sẽ thấp hơn mẫu được xử lý khi về tới phòng thí nghiệm Nếu mẫu nước không được cố định tại hiện trường thì

DO trong thời gian vận chuyển sẽ bị giảm vì lượng oxy bị hao hụt do lượng chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học

Vì vậy, cần phải cố định mẫu tại hiện trường trước khi vận chuyển về phòng thí nghiệm phân tích nhằm tránh sai số khi đo, giúp cho việc xác định chỉ số DO và BOD được chính xác

Bài 2: NHU CẦU OXY HÓA HỌC (COD)

I ĐẠI CƯƠNG

Nhu cầu oxy hóa học COD là phương pháp đo lượng oxy tương đương của các cấu tử hữu cơ trong mẫu nước bị oxy hóa bởi tác nhân hóa học có tính oxy hóa mạnh Đây là phương pháp xác định vừa nhanh chóng vừa quan trọng để khảo sát các thông số của dòng nước và nước thải công nghiệp, đặc biệt trong các công trình xử lý nước thải

II TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

1 Chuẩn độ lại FAS

Pha loãng 10ml K2Cr2O7 0,0167M với 90ml nước cất cho vào erlen 250ml

Thêm 3ml acid H2SO4 đậm đặc

Nhẹ nhàng trộn đều, làm nguội Chuẩn độ với FAS 0,1M, sử dụng 2 – 3 giọt chỉ thị ferroin

Màu chuyển từ xanh sang đỏ nâu

2 Giai đoạn phá mẫu

Chuẩn bị 3 ống phá mẫu COD:

- Dùng 2 ống, mỗi ống lấy 25ml mẫu nước thải + 2,5ml dd K2Cr2O7 + 3,5ml dd

H2SO4 tác chất

- Ống thứ 3 cũng lấy tương tự nhưng thay 25ml nước thải bằng 25ml nước cất

- Gắn vào hệ thống phá mẫu COD, điều chỉnh nhiệt độ 150oC trong 1,5 giờ Sau

đó tắt máy, để nguội

3 Chuẩn độ mẫu

Lấy 3 ống ra, chuyển dung dịch sang erlen 250ml (tráng sạch ống phá mẫu bằng nước cất ít nhất 2 lần) Thêm 3 giọt Ferroin, sau đó chuẩn độ bằng dung dịch FAS tới khi dung dịch chuyển sang màu đỏ nâu Ghi nhận thể tích dung dịch FAS đã dùng

III KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Chuẩn độ lại dung dịch FAS ta thấy:

Dung dịch FAS đã dùng để chuẩn độ là 14,8ml

Nồng độ FAS = (ml K 2 Cr 2 O 7  0,1)/ml FAS

= (100,1)/14,8 = 0,0676N Thể tích dung dịch FAS dùng để chuẩn độ mẫu trắng là: V0= 3,6ml Thể tích dung dịch FAS dùng để chuẩn độ mẫu là:

V1 = 3,2ml

V2= 3,2ml  V = 3,2ml Hàm lượng COD (mg/l) có trong mẫu phân tích là:

COD(mg/l) = (V chuẩn độ blank - V chuẩn độ mẫu)[FAS] 8000/ml mẫu

= (V0 – V )[FAS]8000/ml mẫu = (3,6-3,2)0,06768000/25

= 8,6528(mg/l)

Vậy hàm lượng COD có trong nước mặt tại khu vực ao sen khoa Khoa Học là 2,4608 mg/l Với hàm lượng này, thông số COD phù hợp với Quy chuẩn Viêt Nam về chát lượng nước mặt loại A1 ban hành năm 2008 (COD 10 mg/l)

IV TRẢ LỜI CÂU HỎI

Câu 1:Trong phép do COD của mẫu nước biển có chứa [Cl - ] = 15 g/l, người ta cần bổ sung một nồng độ HgSO 4 tương ứng

 Nhằm để loai Cl- tác dụng với K2Cr2O7 sẽ làm cho kết quả chuẩn độ không chính xác

PTPƯ: 6Cl- + Cr2O72- + 14H+  3Cl2 + Cr3+ + 4H2O

 Gây sai số chuẩn độ.

 Nồng độ HgSO4 cần bổ sung:

PTPƯ: Hg2+ + 2Cl-  HgCl2

Ta có: nCl- = 3515,5 = 0,42(mol)

 n HgSO4 = 12 nCl- = 0,242 = 0,21(mol)

Vậy nồng độ HgSO4 trong một lít dung dịch(g/l) là:

[HgSO4] = 0.211296= 62.16(g/l)

Câu 2: Tính toán giá trị COD lý thuyết của mẫu chứa 300 mg/l của:

a.Alcol ethyl (C 2 H 5 OH).

Ta có PTPƯ:

C2H5OH + 3O2  2CO2 + 3H2O

46 96

300 x?

Vậy lượng Oxy vần thiết để oxy hóa mẫu là:

COD(300mg/l) =

46

300

96 

= 626,09(mg/l)

b Glucose(C 6 H 12 O 6 )

Ta có PTPƯ:

C6H12O6 + 6O2  6CO2 + 6H2O

180 192

300 y?

Vậy lượng Oxy cần thiết để Oxy hóa là:

COD(300mg/l) = 192 180300 = 320(mg/l).

Bài 3: NITROGEN – AMMONIA

I ĐẠI CƯƠNG

Sự hiện diện của ammonia trong nước mặt hoặc nước ngầm bắt nguồn từ hoạt động phân hủy chất hữu cơ do các loại vi sinh vật trong điều kiện yếm khí Đối với nguồn nước cấp cho sinh hoạt, ammonia được tìm thấy khi bị nhiễm bẩn bởi các dòng nước thải Trong mạng lưới cấp nước, ammonia còn được sử dụng dưới các dạng hóa chất diệt khuẩn cloramine Nhằm tạo

lượng clor dư có tác dụng kéo dài thời gian diệt khuẩn khi lưu chuyển trong đường ống, tùy theo

tỷ lệ phối hợp ammonia có thể kết hợp với clor cho monocloramine, dicloramine, tricloramine

II NGUYÊN TẮC

Phương pháp phân tích thể tích (phương pháp Kjeldahl)

Đẩy muối amoni (NH4 ) và NH3 ra thể tự do bằng một chất kiềm mạnh hơn amoniac, thí dụ như MgO Dùng hơi nước kéo amoniac đã được giải phóng ra sang bình chuẩn độ và định lượng bằng H2SO4 0,1N với Methy đỏ làm chỉ thị màu

Phản ứng:

2NH4Cl + MgO 2NH3 + H2O + MgCl2

2NH3 + H2SO4 (NH4)2SO4 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O

III TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

- Hút 10ml mẫu nước thải cho vào bình Kjeldahl + 90ml nước cất + 1g MgO bột vào tới khi có phản ứng kiềm rõ rệt (giấy quỳ tím chuyển sang xanh) Để tránh bọt sủi phồng lên, cho thêm vài giọt dầu parafin Lắp vào hệ thống cất NH3, đun sôi Hơi sẽ kéo NH3 theo, khi qua ống sinh hàn sẽ đọng lại, rơi xuống bình tam giác 100ml đã đựng sẵn nước trung tính, chỉ thị màu và 20ml H2SO4 0,1N

- Cất cho đến khi hơi nước bay ra không còn NH3 nữa (thử với giấy quỳ không cho phản ứng kiềm) Hơi NH3 bay ra kết hợp với H2SO4 thành (NH4)2SO4.Lấy bình chuẩn độ ra H2SO4 thừa sẽ được chuẩn độ bằng dung dịch NaOH 0,1N đến khi dung dịch chuyển sang màu vàng cam

IV KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM

Thể tích NaOH 0,1N để chuẩn độ H 2 SO 4 thừa là:

V NaOH = 17,5 ml

Số mol NaOH = V NaOH x C NaOH /1000

1000

1 , 0 5 ,







(mol)

Số mol H 2 SO 4 thừa :

n H2SO4 thừa = 3 0 , 875 10 3

2

10 75 , 1 2













NaOH n

(mol)

Số mol H 2 SO 4 đã phản ứng với NH 3 = Số mol H 2 SO 4 đã dùng - Số mol H 2 SO 4 thừa

nH2SO4 = 0 , 875 10 3 0 , 125 10 3

1000

1 , 0 2













(mol)

Số mol NH3 = Số mol H2SO4 x 2

= 2 0,125 10-3 = 0,25.10-3 (mol)

Nồng độ NH 3 trong mẫu nước thải:

1000 10

25 , 0

3







mâu

NH V

n

(M) = 0,025x 14x1000 (mg/l)

V TRẢ LỜI CÂU HỎI

Câu 1: Nguồn gốc sinh ra N - NH 3 trong mẫu nước thải

- Do quá trình phân hủy các chất hữu cơ, phân, rác trong tự nhiên

- Hoặc sự phân hủy protein trong nước thải sinh hoạt và một số nghành công nghiệp như: các nhà máy đạm, các nhà máy nitric, các hệ thống thiết bị làm lạnh cũng như sinh hoạt của con người

Câu 2: Nguyên nhân ảnh hưởng đến kết quả thực nghiệm và biện pháp khắc phục

 Nguyên nhân

- Do sai số (thiết bị đo lường, hóa chất, thao tác, thời gian, )

- Do các muối amoni, sunfuahydro, các amin béo gây cản trở

 Biện pháp khắc phục:

Bảo quản mẫu: để tránh thay đổi tính chất bởi các hoạt động của vi sinh vật, tốt nhất là nên định phân amoni càng sớm càng tốt để tránh tạo các hợp chất cloramine, cần thiết phải khử clo dư ngay sau lấy mẫu Tốt nhất nên thêm 0.8ml H2SO4 đậm đặc/ 1ml mẫu

ở 4oC trong bóng tối hoặc cố định mẫu trong bình có mau tối

 Chú ý: nếu sử dụng acid để bảo quản mẫu thì phải trung hòa trước khi định phân.

- Kiểm nghiệm việc ứng dụng phương pháp

- Kiểm tra thiết bị

- Sử dụng hóa chất tinh khiết, còn hạn sử dụng

- Kỹ năng định phân (đúng kĩ thuật đồng thời kết hợp với mẫu trắng để so sánh)

Câu 3: Điều kiện thích hợp để áp dụng 1 trong 3 phương pháp xác định N-NH 3

- Dụng cụ trữ mẫu bằng PE

- Điều kiện bảo quản 4o C

- Thời gian bảo quản tối đa 24 giờ

Bài 4: PHOSPHATE

I ĐẠI CƯƠNG

Trong thiên nhiên phosphate được xem là sản phẩm của chu trình lân hoá, và thường gặp dưới dạng vết đối với nước thiên nhiên Khi hàm lượng phosphate cao sẽ là một yếu tố giúp rong rêu phát triển mạnh Đây có thể là nguồn gốc do ô nhiễm bởi nước sinh hoạt, nông nghiệp hoặc từ nước thải công nghiệp sản xuất bột giặt, chất tẩy rửa hay phân bón Hai dạng phổ biến nhất trong thiên nhiên là orthophosphate và polyphosphate đôi khi cũng có các dạng hợp chất hữu cơ Phosphate còn được tìm thấy tồn tại dưới trạng thái huyền trọc hay bùn trong mẫu nghiệm Tuy nhiên, trừ những trường hợp đặc biệt, thông thường phosphat chỉ được xác định ở dạng hoà tan Người ta ứng dụng việc phân tích phosphate để kiểm soát mức độ ô nhiễm của dòng nước

II NGUYÊN TẮC

Các mẫu chứa phosphor dưới dạng phosphate hữu cơ và polyphosphate sẽ được phá mẫu

để chuyển về dạng orthophosphate

Khi mẫu có orthophosphate trong môi trường acid trung tính sẽ phản ứng với amonium molybdate để phóng thích acid molybdophosphoric, sau đó acid sẽ bị khử bởi SnCl2 cho molybdenum màu xanh dương

PO43- + 12(NH4)MoO4- (NH4)3PO4.12MoO3 + 21NH4 +12H2O

(NH4)3PO4.12MoO3 +Sn2+ Molybdemum(xanh dương)

Sắc tố màu khi so sánh với dung dịch màu tham chiếu cho phép xác định được hàm lượng phosphate trong mẫu

III TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

Giai đoạn phá mẫu

Cho 25ml mẫu nước thải vào erlen 250ml

1 giọt phenophtalein

Nếu xuất hiện màu đỏ, thêm vài giọt acid mạnh đủ làm mất màu đỏ

1ml dd acid mạnh (phá mẫu P) + 0,5g K2S2O8 Đun sôi nhẹ trên bếp điện cho đến khi thể tích còn 10ml

Làm lạnh pha loãng đến 30ml bằng nước cất

1 giọt phenolphtalein

Trung hòa với dd NaOH 0,1N đến màu hồng nhạt

Pha loãng đến 50ml bằng nước cất

IV KẾT QUẢ THÍ NGIỆM

Kết quả đo mật độ quang thu được trên máy quang phổ với bước song  = 690nm:

ml dd PO4 chuẫn 0 2 4 6 8 10 0 0

ml SnCl2 (giọt) 5 giọt 5 giọt 5 giọt 5 giọt 5 giọt 5 giọt 5 giọt 5 giọt Mật độ quang A 0 0.335 0.614 0.899 1.192 1.447 0.465 0.535

Nồng độ P-PO4

Biểu Đồ Phương Trình Đường Chuẩn

y = 0.7208x + 0.027

R 2 = 0.9987

0.000 0.200 0.400 0.600 0.800 1.000 1.200 1.400 1.600

0.000 0.400 0.800 1.200 1.600 2.000 2.400

C (mg/l)

Linear (Giá trị đường chuẫn)

Với kết quả mật độ quang đo được từ mẫu dãy chuẩn cho ta thấy các giá trị mật độ quang tăng theo nồng độ khá đều dặn và tạo thành một đường chuẩn đi qua gốc tọa độ O

Với mật độ quang đo dược ở mẫu phân tích, thay vào phương trình đường chuẫn ta được: Với y là mật độ quang A, x là hàm lượng P – PO4 (mg/l), ta có:

y = 0,7208x + 0,027

với y1 = 0,465  x1 = 0,608(mg/l)

y2 = 0,535  x2 = 0,705(mg/l)

Vậy với giá trị P – PO4 của mẫu phân tích được ta thấy: với giá trị này chất lượng nước tại khu vực thu mẫu đã vượt ngưỡng Quy chuẩn chất lượng nước mặt Việt Nam loại A1 ban hành năm 2008 về thông số Phosphate (PO43-) tính theo P là ≤ 0,1 mg/l Nồng độ phosphate cao gấp 6 – 7 lần so với tiêu chuẩn cho phép Chất lượng nước ở đây đã bị ô nhiễm theo thông số Phosphate (PO43-) tính theo P

V TRẢ LỜI CÂU HỎI