CHƯƠNG 1 PH 1.1 Giới thiệu chung 1.2 Lý thuyết pH 1.3 Đo pH 1.4 Phân tích sốliệu Ph CHƯƠNG 2 ĐỘACID 2.1 Khái niệm chung 2.2 Nguồn gốc và tính chất của độacid 2.3 Y nghĩa của độ acid Carbonic & Acid 2.4 Phương pháp xác định 2.5 Ứng dụng sốliệu về độacid CHƯƠNG 3 ĐỘKIỀM 3.1 Khái niệm chung 3.2 Ý nghĩa môi trường 3.3 Phương pháp xác định độkiềm 3.4 Các phương pháp biểu diễn độkiềm 3.5 Mối quan hệgiữa carbonic, độkiềm & pH trong nước tựnhiên 3.6 Ap dụng sốliệu về độkiềm 3.7 Một sốáp dụng khác của độkiềm đối với kỹsưmôi trường CHƯƠNG 4 OXY HÒA TAN 4.1 Khái niệm chung 4.2 Ý nghĩa môi trường của oxy hòa tan 4.3 Lấy mẫu đểxác định oxy hòa tan 4.4 Lựa chọn hóa chất tiêu chuẩn để đo oxy hòa tan 4.5 Phương pháp xác định oxy hòa tan 4.6 Phương pháp điện cực màng đo oxy hòa tan 4.7 Áp dụng sốliệu oxy hòa tan CHƯƠNG 5 NHU CẦU OXY SINH HOÁ 5.1 Giới thiệu chung 5.2 Bản chất của phản ứng BOD 5.3 Phương pháp xác định BOD 5.4 Vận tốc của quá trình oxy hóa sinh hóa 5.5 Sựkhác nhau giữa các giá trịL & những giá trịnhu cầu oxy theo lý thuyết 5.6 Sựkhác nhau giữa tốc độquan sát được & tốc độbậc 1 5.7 Ứng dụng sốliệu BOD CHƯƠNG 6 NHU CẦU OXY HÓA HỌC 6.1 Giới thiệu chung 6.2 Các phương pháp phân tích COD đã dùng 6.3 Phân tích COD bằng K2Cr2O7 CHƯƠNG 7 SẮT & MANGAN 7.1 Giới thiệu chung 7.2 Phương pháp xác định 7.3 Ưùng dụng của sốliệu Fe & Mn CHƯƠNG 8 SULFATE 8.1 Giới thiệu chung 8.2 Các phương pháp phân tích 8.3 Ứng dụng sốliệu sulfate CHƯƠNG 9 PHOSPHORUS & PHOSPHATE 9.1 Giới thiệu chung 9.2 Tầm quan trọng của hợp chất Phosphorus 9.3 Các phương pháp xác định Phosphorus – Phosphate 9.4 Ứng dụng những sốliệu vềphosphorus
GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com CHƯƠNG ĐỘ PH 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Thuật ngữ pH sử dụng rộng rãi để biểu diễn tính acid tính kiềm dung dòch pH số biểu diễn nồng độ ion – hydro, hay nói xác nồng độ hoạt tính ion – hydro pH có vai trò quan trọng hầu hết trình lónh vực kỹ thuật môi trường Trong lónh vực cấp nước, pH yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến trình keo tụ hóa học, khử trùng, làm mềm kiểm soát tính ăn mòn nước Trong xử lý nước thải trình sinh học, pH phải trì giới hạn tối ưu cho phát triển vi sinh vật Các trình hóa học sử dụng để keo tụ nước thải, làm khô bùn oxy hợp chất ion cyanua, thường đòi hỏi pH phải trì giới hạn hẹp Vì lý mối quan hệ pH, độ acid độ kiềm, cần phải hiểu biết lý thuyết thực tế pH 1.2 LÝ THUYẾT pH Khái niệm pH phát triển từ hàng loạt nghiên cứu dẫn đến hiểu biết đầy đủ acid base Với khám phá Cavendish năm 1366 hydro, sau người biết tất acid chứa nguyên tố hydro Các nhà hóa học tìm thấy phản ứng trung hòa acid base luôn tạo thành nước Từ khám phá thông tin liên quan, người ta kết luận base chứa nhóm hydroxyl Năm 1887 Arrhenius thông báo lý thuyết ông phân ly thành ion (ionization) Từ đến acid coi chất phân ly tạo thành ion – hydro base phân ly tạo thành ion hydroxyl Theo khái niệm Arrhenius, dung dòch, acid mạnh base mạnh có khả phân ly cao, acid yếu base yếu có khả phân ly dung dòch nước Sự đời phát triển thiết bò thích hợp đo nồng độ hoạt tính ion – hydro chứng minh lý thuyết ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 1-1 GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com Đo hoạt độ ion hydro Điện cực hydro thiết bò thích hợp để đo độ hoạt tính ion – hydro Cùng với việc sử dụng điện cực hydro, người ta tìm thấy nước tinh khiết phân ly cho nồng độ ion hydro cân khoảng 10-7 mol/l H2O Ỉ H+ + OH- (1 – 1) Vì nước phân ly tạo thành ion – hydroxyl ion – hydro nên rõ ràng có khoảng 10-7 mol/l ion – hydroxyl tạo thành Thay vào phương trình cân ta có: {H }{OH } = K + − {H O} (1 – 2) Nhưng nồng độ nước lớn ([6,02 x 1023 x 1.000/18] mol/l) giảm bò phân ly nên xem số (hoạt tính tương đương với 1,0) phương trình (1 – 2) viết thành: {H+} {OH-} = Kn (1 – 3) nước tinh khiết 200C, {H+} {OH-} = 10-7 x 10-7 = 10-14 Hằng số tích ion số phân ly nước Khi cho vào nước acid, phân ly nước hoạt tính ion – hydro tăng lên; tiếp theo, hoạt tính ion – hydroxyl phải giảm xuống tuân theo số phân ly Ví dụ, acid cho vào nước để tăng nồng độ hoạt tính {H+} đến 10-1 nồng độ hoạt tính {OH-} phải giảm đến 10-13, để có: 10-1 x 10-13 = 10-14 Ngược lại, base cho vào nước để tăng nồng độ {OH-} đến 10-3 nồng độ {H+} giảm đến 10-11 Và ghi nhớ quan trọng {OH-} {H+} không giảm đến zero ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 1-2 GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE Khái niệm pH Việc biểu diễn hoạt tính ion – hydro dạng nồng độ mol không thuận tiện Để khắc phục khó khăn này, năm 1909 Sorenson kiến nghò biểu diển nồng độ hoạt tính ion – hydro dạng logarithm âm kí hiệu pH+ Ký hiệu ông thay ký hiệu đơn giản pH biểu diển pH = - log{H+} pH = log (1 – 5) + {H } pH thường nằm dãy từ đến 14, với pH 250C biểu diễn tính trung hòa tuyệt đối Dãy acid Dãy kiềm 14 Thang pH Vì số Kn thay đổi theo thay đổi nhiệt độ, nên pH tính trung hòa thay đổi với nhiệt độ, 7,5 00C 6,5 600C Tính acid tăng giá trò pH giảm tính kiềm tăng giá trò pH tăng 1.3 ĐO pH Điện cực hydro tiêu chuẩn tuyệt đối để đo pH Nhưng không thuận lợi không thích ứng việc sử dụng rộng rãi, đặc biệt nghiên cứu trường dung dòch có chứa chất hấp phụ lên platin đen Sự thay đổi chất thò chuẩn độ với điện cực để xác đònh tính chất độ màu chúng mức độ thay đổi pH Từ nghiên cứu này, xác đònh cách xác việc chọn chất thò có khả thay đổi độ màu cách đáng kể dãy pH có liên quan Việc sử dụng chất thò thay việc phát triển điện cực thủy tinh Khoảng năm 1925, người ta tìm thấy điện cực chế tạo thủy tinh có khả đo hoạt tính ion – hydro mà không bò ảnh hưởng hầu hết ion khác Việc sử dụng trở thành phương pháp tiêu chuẩn để đo pH ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 1-3 GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE Đo điện cực thủy tinh Các loại máy đo pH sử dụng điện cực thủy tinh nhiều công ty chế tạo Chúng thay đổi từ loại máy pH công trường sử dụng pin với giá vài trăm USD đến loại thiết bò có độ xác cao với giá ngàn USD Các loại máy đo pH sử dụng điện 110V chế tạo từ năm 1940 đáp ứng hầu hết yêu cầu phòng thí nghiệm, chúng có khả đo pH với độ xác 0,1 đơn vò Các máy đo pH di động sử dụng pin thích hợp với việc công trường Việc đo pH thực nhiều loại vật liệu điều kiện khác nhau, điều cho thấy phải lưu ý đến loại điện cực Việc đo giá trò pH cao 10 nhiệt độ cao tốt thực với điện cực thủy tinh đặc biệt Các thiết bò đo pH thường chuẩn độ dung dòch pH chuẩn 1.4 PHÂN TÍCH SỐ LIỆU pH Số liệu pH luôn phân tích dạng hoạt tính ion – hydro, số đo tính acid kiềm dung dòch Một cách gần đúng, giả thiết nồng độ ion – hydro {H+} = {H+} nồng độ hoạt tính ion – hydro Vì vậy, pH = pH = 10 pH = 4,5 {H+} = 10-2 {H+} = 10-10 {H+} = 10-4,5 pH không đo độ acid tổng cộng độ kiềm tổng cộng Điều trình bày việc so sánh pH dung dòch acid sulfuric acid acetic N/10 pH dung dòch acid sulfuric khoảng có phân ly mạnh pH dung dòch acid acetic khoảng phân ly yếu Trong vài thí dụ pOH, hoạt tính ion-hydroxyl, dung dòch mối quan tâm Người ta thường tính pOH cách sử dụng mối quan hệ cho Phương trình (1-3) Phép tính gần thực từ mối quan hệ: pH + pOH = 14 pOH = 14 – pH (1 - 6) (1 - 7) ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 1-4 GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com [OH-] [H+] dung dòch không giảm đến zero Khái niệm pOH, hoạt tính ion – hydroxyl đặc biệt quan trọng phản ứng kết tủa liên quan đến việc tạo thành hydroxide Ví dụ, việc kết tủa Mg2+ trình làm mềm nước vôi trình keo tụ hóa học sử dụng phèn sắt phèn nhôm ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 1-5 GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com CHƯƠNG ĐỘ ACID 2.1 KHÁI NIỆM CHUNG Hầu hết nguồn nước thiên nhiên, nước thải sinh hoạt nhiều loại nước thải công nghiệp có khả đệm hệ thống carbonic-bicarbonate Trên sở thông tin này, người ta thường xem xét tất nguồn nước có pH nhỏ 8,5 có độ acid Thường thường điểm kết thúc phenolphthalein pH 8,2 đến 8,4 sử dụng điểm tham khảo Khảo sát đường cong acid carbonic cho thấy pH 7,0 carbonic lại phải trung hòa Nó cho thấy thân carbonic không làm giảm pH xuống Từ đường cong đònh phân acid mạnh tính chất đường cong, người ta kết luận việc trung hòa acid kết thúc pH Vì vậy, từ tính chất đường cong đònh phân acid carbonic acid mạnh, rõ ràng độ acid nước tự nhiên acid carbonic acid vô mạnh gây ra, acid carbonic ảnh hưởng nước có pH lớn acid mạnh có ảnh hưởng với nước có pH nhỏ 4, trình bày Hình 2.1 2.2 NGUỒN GỐC VÀ TÍNH CHẤT CỦA ĐỘ ACID Acid carbonic thành phần chủ yếu tất nước tự nhiên Nó hòa tan vào nước mặt trình hấp thụ từ khí phụ thuộc vào đònh luật Henry, nồng độ acid carbonic nhỏ cân carbonic không khí Carbonic tạo thành nước thông qua việc oxy hóa sinh học chất hữu cơ, đặc biệt nước bò ô nhiễm Trong trường hợp vậy, hoạt động quang hợp bò hạn chế, nồng độ carbonic vượt qua cân khí carbonic từ nước thoát vào không khí Vì người ta đến kết luận nước mặt hấp thụ giải phóng cách cân khí carbonic để giữ cân với không khí Khối lượng khí carbonic trạng thái cân nhỏ áp suất riêng phần khí carbonic không khí thấp ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 2-1 GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE 10 Điểm kết thúc phenolphthalein Dãy độ acid carbonic Điểm kết thúc methyl cam Dãy thực tế độ acid vô Hình 2.1 Các loại độ acid quan trọng nước bình thường nước thải Nước ngầm nước từ vùng đối lưu hồ chứa phân tầng thường chứa lượng đáng kể khí carbonic Nồng độ kết việc phân hủy sinh học chất hữu có nước hoạt động vi sinh vật, điều kiện khí carbonic tự giải phóng vào khí Khí carbonic sản phẩm cuối trình phân hủy sinh học hiếu khí kò khí; vậy, nồng độ không bò giới hạn khối lượng oxy hòa tan ban đầu Thường nước ngầm có nồng độ khí carbonic khoảng 30 – 50 mg/L Nước ngầm thành phố Hồ Chí Minh tỉnh đồng sông Cửu Long thường có nồng độ khí carbonic từ 80 – 120 mg/L, nhiều nơi tầng nước ngầm mạch sâu (200 – 300 m) nồng độ CO2 lên đến 320 mg/L Điều đặc biệt nước thấm qua lớp đất không chứa đủ carbonate canxi magne để trung hòa carbonic qua việc tạo thành carbonate CO2 + CaCO3 + H2O Ỉ Ca2+ + 2HCO3- (2 – 1) Acid vô có mặt nhiều loại chất thải công nghiệp, đặc biệt loại chất thải công nghiệp luyện kim phần từ sản phẩm loại vật liệu hữu tổng hợp Các nguồn nước thiên nhiên chứa độ acid vô Nước thải từ khu vực hầm mỏ nơi đổ quặng chứa lượng đáng kể acid sulfuric muối acid sulfuric có mặt lưu huỳnh, sulfide pyrit sắt Việc chuyển hóa vật liệu thành acid sulfuric sulfate vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh thực điều kiện hiếu khí ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 2-2 GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH 2S + 3O2 + 2H2O FeS2 + 1,5O2 + H2O GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com Vi khuẩn 4H+ + 2SO42- (2 – 2) Vi khuẩn Fe2- + 2H+ + 2SO42- (2 – 3) Muối kim loại nặng, đặc biệt ion kim loại hóa trò ba, Fe (III) Al (III) thủy phân nước để giải phóng độ acid vô FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3H+ + 3Cl- (2 – 4) Sự có mặt kim loại nặng thò việc tạo thành kết tủa pH dung dòch chứa kim loại tăng lên trung hòa Nhiều chất thải chứa acid hữu Sự có mặt tính chất chúng xác đònh cách sử dụng đường cong đònh phân đònh tính sắc kí khí 2.3 Ý NGHĨA CỦA ĐỘ ACID CARBONIC VÀ ACID Độ acid quan tâm lónh vực sinh học sức khỏe cộng đồng Khí carbonic nước bia nồng độ cao nhiều cho với nguồn nước thiên nhiên không ảnh hưởng có hại đến sức khỏe Nước chứa acid vô thường không ngon Nước acid quan tâm tính ăn mòn chúng chi phí việc xử lý chất ăn mòn Carbonic yếu tố gây ăn mòn hầu hết loại nước tự nhiên, nhiều loại nước thải công nghiệp acid vô nguyên nhân gây tính ăn mòn Khí carbonic phải tính toán đến trình làm mềm nước sử dụng với soda Trong trình xử lý sinh học, pH phải trì khoảng từ đến 9,5 Tiêu chuẩn thường đòi hỏi việc điều chỉnh pH tới mức thích hợp nhiều trường hợp việc tính toán khối lượng hóa chất cần thiết dựa giá trò độ acid Quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch nhà máy nhiệt điện xe ôtô dẫn đến việc tạo thành oxit nitơ oxit lưu huỳnh Khi hòa tan nước mưa chúng thủy phân tạo thành acid sulfuric acid nitric Kết mưa acid làm giảm pH hồ nước có khả đệm thấp, ảnh hưởng xấu đến đời sống nước làm tăng khối lượng hóa chất nhôm, sắt, silic hòa tan từ đất vào nước bề mặt Vì lý này, việc kiểm soát oxit lưu huỳnh nitơ cần thực thải loại khí đốt vào môi trường không khí ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 2-3 GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com 2.4 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH Độ acid carbonic acid vô xác đònh việc sử dụng dung dòch kiềm tiêu chuẩn Acid vô đo đònh phân đến pH khoảng 3,7 với điểm kết thúc methyl cam Kết đònh phân mẫu nước đến điểm kết thúc phenolphthalein với pH 8,3 xác đònh độ acid vô độ acid acid yếu gây nên Độ acid tổng cộng có tên độ acid phenolphthalein Độ acid carbonic Nếu muốn có kết tin cậy với độ xác cao, cần phải đặc biệt lưu ý lấy mẫu, bảo quản mẫu phân tích mẫu để xác đònh nồng độ carbonic, không tính đến phương pháp phân tích Trong nguồn nước mà carbonic đóng vai trò quan trọng, áp suất riêng phần thường lớn nhiều lần áp suất khí carbonic khí quyển; tiếp xúc với không khí phải tránh giữ mức độ thất thoát mức nhỏ Vì lý này, việc phân tích thực tốt nơi lấy mẫu, tránh việc tiếp xúc với không khí thay đổi nhiệt độ Mẫu nước phải lấy tương tự lấy mẫu để xác đònh oxy hòa tan, chẳng hạn dùng ống pipet ngập nước để tránh bọt khí cho phép bình chứa mẫu chảy tràn nước thay chỗ không khí Nếu mẫu phải vận chuyển phòng thí nghiệm để phân tích, chai lấy mẫu phải đậy kín để không khí không lọt vào chai Nhiệt độ phải giữ gần với nhiệt độ nơi lấy mẫu Phương pháp đònh phân Để giảm đến mức thấp việc tiếp xúc với không khí, tốt nên lấy mẫu đònh phân ống đònh mức ống so màu Ống so màu ống đònh mức phải để chảy tràn việc lấy mẫu với thể tích thích hợp thực cách sử dụng siphon pipet Sau bổ sung khối lượng thích hợp chất thò phenolphthalein, tiến hành đònh phân để giảm đến mức thấp thất thoát khí carbonic vào không khí Thông thường, ban đầu khối lượng đáng kể khí carbonic bò thất thoát phải khuấy mẫu Kết tin cậy thu việc lấy mẫu lần hai thêm khối lượng chất đònh phân biết trước tiến hành khuấy trộn Việc đònh phân hoàn thiện với việc thất thoát khí carbonic không đáng kể Điểm kết thúc cuối xuất chậm, việc đònh phân kết thúc hoàn toàn màu hồng tồn 30 giây Khi hydroxide natri sử dụng làm chất chuẩn, cần phải chắn không chứa carbonate natri Phản ứng có liên quan đến trình trung hòa xảy theo hai bước ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 2-4 GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE 2NaOH + CO2 Ỉ Na2CO3 + H2O Na2CO3 + CO2 + H2O Ỉ 2NaHCO3 (2 – 5) (2 – 6) từ Phương trình (2 – 6) rõ ràng carbonate natri có mặt hydroxide natri gây nên sai số kết phân tích Để khắc phục khó khăn này, dung dòch carbonate natri chất đònh phân chuẩn giới thiệu để đo acid carbonic Carbonate natri sử dụng theo khả phản ứng cách đònh lượng với acid carbonic, trình bày Phương trình (2 – 6) Nó có ưu điểm đònh mua dạng tinh khiết phân tích (PA) Tính toán từ độ pH độ kiềm Có khả tính toán khối lượng carbonic mẫu nước từ phương trình phân ly acid carbonic Khi pH thấp 8,5, số phân ly bậc acid carbonic sử dụng cho biết nồng độ ion – hydro, nồng độ ion – bicarbonate số phân ly K1: [H+] [HCO3-] * [H2CO3 ] = KA1 (2 – 7) Thực tế, [H2CO3*] phương trình thiết lập tương đương với tổng nồng độ mol acid carbonic carbonic khó phân biệt hai dạng acid carbonic Vì carbonic tự chiếm khoảng 99 phần trăm tổng nồng độ, phương trình phương trình gần Việc sử dụng Phương trình (2 – 7) mô tả ví dụ sau Nếu KAl = 4,3 x 10-7, [H+] =10-7 [HCO3-] = 4,3 x 10-7, nồng độ CO2 phải (10-7) x (4,3 x 10-3) / (4,3 x 10-7) = 10-3 mol/L 44 mg/L Mặc dù vậy, để tính toán xác, cần phải kể đến ảnh hưởng ion khác ảnh hưởng nhiệt độ đến số K1 Từ nhận xét thấy việc tính toán khí carbonic tự nước trình phức tạp, hướng dẫn “Standard methods” có trình bày đồ thò để xác đònh carbonic tự từ pH, độ kiềm, chất rắn hòa tan nhiệt độ Việc xác đònh carbonic từ số đo độ pH độ kiềm cho kết với độ xác cao, không thực cần thiết Phương pháp gặp phải khó khăn phải biết nồng độ chất rắn hòa tan Điều đòi hỏi phải phân tích riêng biệt phương pháp trọng lượng độ dẫn Tương tự, pH phải đo với độ xác cao, thay đổi nhỏ dẫn đến sai số lớn Ví dụ, pH sai số 0,1 dẫn đến sai số 25 phần trăm xác đònh carbonic Nó trở thành câu hỏi xem kết tính toán điều kiện phòng thí nghiệm bình thường hóa trường có độ tin cậy kết thu qui trình đònh phân hay không, việc quan tâm thích hợp thực đến mô tả chi tiết cho phương pháp đònh phân Xem xét khó khăn phương pháp, người ta thấy qui trình đònh phân thường phương pháp ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 2-5 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com CHƯƠNG SẮT & MANGAN 7.1 GIỚI THIỆU CHUNG Cả sắt mangan gây ảnh hưởng đáng kể đến việc cấp nước, đặc biệt nguồn nước ngầm Một số nguồn nước ngầm không chứa sắt mangan số khác lại chứa lượng đáng kể Điều giải thích sở hóa vô Fe tồn đất khoáng chất chủ yếu dạng oxyt sắt (III) không tan pyrit sắt (FeS2) Ở số nơi, sắt tồn dạng FeCỎ3 tan Vì nước ngầm thường chứa lượng đáng kể CO2, FeCO3 bò hòa tan theo phương trình phản ứng sau: FeCO3 + CO2 + H2O Ỉ Fe2+ + HCO3- (1) Phản ứng không xảy hàm lượng CO2 FeCO3 cao có mặt oxy hòa tan Tuy nhiên, điều kiện kỵ khí, Fe3+ bò khử thành Fe2+ cách dễ dàng Mangan tồn đất chủ yếu dạng MnO2, tan nước có chứa CO2 Dưới điều kiện kỵ khí, MnO2 bò khử thành Mn2+ Sắt Mangan tồn nguồn nước thay đổi điều kiện môi trường tác dụng phản ứng sinh học xảy trường hợp sau: Nước ngầm chứa lượng đáng kể sắt mangan sắt & mangan không chứa oxy hòa tan có hàm lượng CO2 cao Sắt mangan tồn dạng Fe2+ Mn2+ Hàm lượng CO2 cao chứng tỏ trình oxy hóa chất hữu tác dụng vi sinh vật xảy nồng độ oxy hòa tan không chứng tỏ điều kiện kỵ khí hình thành Giếng nước tốt có hàm lượng sắt mangan thấp Nếu sau chất lượng nước không tốt, chứng tỏ chất thải hữu thải mặt đất khu vực gần giếng nước tạo môi trường kỵ khí lớp đất Trên cở sở nhiệt động học, Mn (IV) Fe (III) trạng thái oxy hóa bền Fe Mn nguồn nước chứa oxy Do đó, chúng bò khử thành Mn (II) Fe (II) hòa tan môi trường kỵ khí Những nghiên cứu gần cho thấy số vi sinh vật có khả sử dụng Fe (III) Mn (IV) làm chất nhận điện tử cho trình trao đổi chất điều kiện kỵ khí dẫn ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 7-1 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com đến hình thành dạng khử Fe (II) Mn (II) Như vậy, vi sinh vật không tạo môi trường kỵ khí cần thiết cho trình khử mà có khả khử trực tiếp Fe Mn Quá trình oxy hóa pyrit sắt (FeS2) không tan nguyên nhân tạo môi trường kỵ khí hình thành sulfat sắt hòa tan: FeS2 + 7O2 + 2H2O Ỉ Fe2+ + 4SO42- + 4H+ (2) 7.2 Ý NGHĨA MÔI TRƯỜNG CỦA FE VÀ MN Nước chứa sắt mangan không ảnh hưởng đến sức khỏe người Những nguồn nước tiếp xúc với oxy không khí trở nên đục tạo cảm quan không tốt người sử dụng oxy hóa sắt mangan thành Fe (III) Mn (IV) tồn dạng kết tủa keo Tốc độ oxy hóa chậm dạng khử tồn nước sục khí khoảng thời gian đònh Điều đặc biệt pH < trình oxy hóa sắt pH < trình oxy hóa mangan Thêm vào đó, sắt mangan tạo thành phức bền với hợp chất humic nước Tốc độ oxy hóa gia tăng tác dụng số chất xúc tác vô hoạt động vi sinh vật Sắt magnan có mặt nước làm vàng ố quần áo, ảnh hưởng đến hệ thống cấp nước phát triển vi khuẩn oxy hóa sắt Sắt gây mùi cho nguồn nước dù nồng độ nhỏ Do tiêu chuẩn nước cấp < 0,3 mg Fe/L < 0.05 mg Mn/L (U.S Environmental Protection Agency) 7.3 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH Có nhiều phương pháp xác đònh sắt áp dụng Phương pháp kết tủa sử dụng lượng sắt có mẫu cao, ví dụ trường hợp nước thải công nghiệp Tuy nhiên, nước cấp hàm lượng sắt nhỏ nên phương pháp so màu thích hợp Ưu điểm phương pháp so màu đặc trưng cho ion cần xác đònh phải xử lý sơ màu Ngoài ra, xác đònh sắt phương pháp hấp phụ quang phổ nguyên tử Phương pháp Phenanthroline Phương pháp Phenanthroline phương pháp tiêu chuẩn thích hợp để xác đònh lượng sắt có nước trừ mẫu có chứa phosphat kim loại nặng Phương pháp dựa đặc tính 1, 10-phenanthroline có khả kết hợp với Fe2+ tạo thành phức có màu đỏ cam Màu tạo thành đo quang phổ kế Thường màu phân tích tiếp xúc với không khí nên phần Fe (II) bò oxy hóa thàng Fe (III) kết tủa dạng Fe(OH)3 Trong thí nghiệm thiết toàn sắt có mẫu phải dạng hòa tan Do đó, lượng HCl đậm đặc cho vào mẫu nhằm hòa tan Fe(OH)3: ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 7-2 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Fe(OH)3 + 3H+ Ỉ Fe3+ + 3H2O Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com (3) Vì 1, 10-phenanthroline tạo phức với Fe (II), tất sắt dạng Fe (III) phải khử thành Fe (II) Hydroxylamine dùng làm tác nhân khử, phương trình phản ứng xảy sau: Fe (III) + NH2OH Ỉ Fe (II) + N2O + H2O + 4H+ (4) phân tử 1, 10 - phenanthroline kế hợp với phân tử Fe2+ để tạo phức theo phương trình phản ứng sau: Để loại trừ ảnh hưởng phosphat kim loại nặng, acid hóa mẫu HCl trích Fe vào diisopropyl-ether trước cho thò phenanthroline Phương pháp xác đònh Mangan Trong thực tế kỹ thuật môi trường, mangan chủ yếu liên quan đến nguồn cấp nước Nồng độ mangan vượt vài mg/L, phương pháp so màu phương pháp thích hợp Phương pháp so màu theo “standard Methods” phụ thuộc vào oxy hóa Mangan trạng thái oxy hóa thấp thành Mn7+, hình thành màu rõ ion permanganate Màu tạo tỷ lệ thuận với nồng độ mangan khoảng dao động cho phép thích hợp với đònh luật Beer đo quang phổ kế Clorua ảnh hưởng đến kết thí nghiệm tính khử Cl- môi trường acid Ngoài ra, xác đònh Mn phương pháp quang phổ hấp phụ nguyên tử Phương pháp Persulfate Phương pháp Persulfate phương pháp thích hợp dùng phân tích tiêu Mn không cần phải xử lý mẫu trước để khác phục ảnh hưởng Cl- Ammonium sulfate thường dùng làm tác nhân oxy hóa Vì ammonium persulfate bò giảm chất lượng trình trữ nên cần phải làm lại chuẩn loạt mẫu đo Ảnh hưởng Cl- khắc phục cách thêm Hg2+ để tạo phức HgCl2 Vì số bền HgCl2 β = 1.7 x 1013, nồng độ Cl- giảm đến mức độ thấp nên khử ion permanganate Sự oxy hóa mangan trạng thái oxy hóa thấp thành permanganate tác dụng persulfate đòi hỏi có mặt chất xúc tác Ag+ Phản ứng xảy theo phương trình sau: 2Mn2+ + 5S2O82- + 8H2O Ỉ 2MnO4- + 10SO42- + 16H+ (6) ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 7-3 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREEN EYE ENVIRONMENT GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com Màu ion permanganate tạo bền vài với điều kiện nước cất có chấ lượng tốt mẫu bảo quản không bò nhiễm bụi từ không khí 7.4 ỨNG DỤNG CỦA SỐ LIỆU Fe VÀ Mn Khi khảo sát nguồn nước mới, đặc biệt nước ngầm, việc xác đònh sắt mangan có ý nghóa quan trọng Tỷ lệ sắt mangan thông số xác đònh phương pháp xử lý lượng chất hữu có nước Hiệu đơn vò xử lý đánh giá dựa kết phân tích Fe Mn Chỉ tiêu giúp giải vấn đề hệ thống phân phối vi khuẩn oxy hóa sắt tồn đường ống Quá trình ăn mòn đường ống sắt thép nguyên nhân tạo “nước đỏ” hệ thống phân phối Do đó, phân tích tiêu sắt giúp đánh giá mức độ ăn mòn tìm phương pháp khắc phục ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 7-4 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREEN EYE ENVIRONMENT GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com CHƯƠNG SULFATE 8.1 GIỚI THIỆU CHUNG Ion sulfate anion thường gặp nước tự nhiên Nó tiêu quan trọng nước cấp hàm lượng SO42- nước cao gây ảnh hưởng đến người tính chất tẩy rửa sulfate Từ lý này, nước cấp, nồng độ giới hạn sulfate 250 mg/L Ngoài nước cấp cho công nghiệp sinh hoạt, tiêu SO42- quan trọng khả kết hợp với ion kim loại nước hình thành cặn thiết bò đun nước, lò thiết bò trao đổi nhiệt Trong xử lý nước thải, tiêu SO42- quan tâm vấn đề mùi ăn mòn đường ống trình khử sulfate thành hydrogen sulfide điều kiện kỵ khí Phương trình biểu diễn sau Để hiểu rõ biến đổi sulfate, chu trình lưu huỳnh trình bày Hình 8.1 ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 8-1 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE GREEN EYE ENVIRONMENT H 2S S= SO2 SO3= Chất thải hữu h ù Urin Lưu huỳnh SO3 SO4= Protein động vật Protein thực vật Hình 8.1 Chu trình sulfur (lưu huỳnh) tự nhiên Vấn đề mùi Khi diện oxy, sulfate coi chất cung cấp oxy (chính xác chất nhân điện tử) cho trình oxy hóa sinh hóa vi khuẩn kỵ khí Trong điều kiện kỵ khí, sulfate bò khử thành S2- Ion S2- kết hợp với ion H+ với số phân ly KA1 = 9,1.10-8 Quan hệgiữa dạng H2S, HS- S2- pH khác dung dòch chứa 10-3 M H2S (hay 32 mg/L H2S) trình bày Hình 8.2 ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 8-2 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com 100 80 S= HS- 60 % 40 H 2S 20 pH 10 11 Hình 8.2 Quan hệ dạng H2S, HS- S2- pH khác dung dòch chứa10-3 M H2S (hay 32 mg/L H2S) Tại pH ≥ dung dòch tồn chủ yếu hai dạng HS- S2-, H2S tồn lượng nhỏ, áp suất riêng phần thấp Do đó, vấn đề mùi không xảy Tại pH < cân hướng tới hình thành H2S, pH = 7, 80% S2- dạng H2S Khi lượng lớn sulfate bò khử thành ion sulfide, áp suất riêng phần H2S đủ để gây vấn đề mùi Do độc tính khí H2S, không khí hàm lượng H2S nên nhỏ 20 ppm Ăn mòn đường ống Sự ăn mòn “đỉnh cống “ (crown) ống bêton đặc biệt nghiêm trọng mà nước thải sinh hoạt có nhiệt độ cao, thời gian lưu cống dài nồng độ sulfate cao, điều xảy nhiều vùng Mỹ, đặc biệt vùng phía nam nước Nguyên nhân ăn mòn cho H2S H2SO4 trình khử sulfate thành H2S từ H2S thành H2SO4 Thực H2S, hay H2S acid, acid yếu, yếu H2CO3 ảnh hưởng đến bêton có chất lượng cao Tuy nhiên, hệ thống cống thoát nước tự chảy , H2S nguyên nhân gián tiếp gây ăn mòn “đỉnh cống” Đối với cống thoát nước tự chảy thường dùng môi trường có diện sulfate có biến đổi sinh học Hệ thống cống phần hệ thống xử lý trình vận chuyển nước thải xảy biến đổi sinh học Những biến đổi đòi hỏi có mặt oxy, lượng oxy không đủ trình thông gió tự nhiên không khí cống, trình khử sulfate thành sulfide xảy Ở pH thông thường nước thải, hầu hết S2- dạng H2S phần bay vào lớp không khí lớp nước thải cống Nếu hệ thống cống thông gió tốt thành cống đỉnh cống khô ráo, việc hình thành ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 8-3 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com H2S không gây ăn mòn cống Tuy nhiên, trường hợp thông gió kém, thành đỉnh cống ẩm ướt, H2S hòa tan vào lớp nước thành đỉnh cống tương ứng với áp suất riêng phần không khí diện cống Điều không gây nguy hại Vi khuẩn có khả oxy hóa H2S thành H2SO4 có mặt khắp nơi tự nhiên nước thải Và dó nhiên loại vi khuẩn có mặt thành đỉnh cống lúc lưu lượng lớn hay theo số cách khác Do điều kiện hiếu khí tồn hệ thống cống, vi khuẩn hiếu khí oxy hóa H2S thành H2SO4 theo Phương trình 1.10-4 sau trở nên đậm đặc ăn mòn bêton Vi khuẩn Thiobacillus, có khả oxy hóa H2S thành H2SO4 pH 2, cho loại vi khuẩn gây vấn đề Quá trình hình thành H2SO4 đặc biệt nghiêm trọng đỉnh cống trình rút nước nhỏ nhất.các vấn đề mùi ăn mòn hệ thống cống minh họa Hình 8.3 H2S+O2 Vi khuẩn H2SO4 Môi trường để vi khuẩn oxy hóa H2S Giọt nước O2 O H 2S H 2S H2 S O2 Không khí O2 H 2S H2 S O2 H 2S Nước thải So4= Điều kiện S= kỵ khí S= + 2H+ → H2S Hình 8.3 Sự hình thành H2S ăn mòn trình oxy hóa H2S thành H2SO4 cống Những vấn đề đáng quan tâm khác Trong khai thác khoáng sản (bằng phương pháp sa lắng) than, nước thải nước rò rỉ thường có pH thấp nồng độ sulfate cao Lượng sulfide khoáng oxy hóa hoạt động vi sinh vật tác nhân hóa học để tạo thành acid sulfuric Không điều làm gia tăng hàm lượng sulfate nước thải từ mỏ mà làm giảm pH tăng hàm lượng sắt điều làm giảm chất lượng nước Trong trường hợp này, biện pháp dùng phủ kín mỏ để tránh oxy nước vào mỏ để tránh phản ứng xảy Quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch tạo lượng SOx, khí thủy phân nước mưa hình thành acid sulfuric gây vấn đề mưa acid ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 8-4 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREEN EYE ENVIRONMENT GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com 8.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH Có phương pháp chuẩn dùng để phân tích hàm lượng sulfate nước, phương pháp sắc kí ion phương pháp tốt xác đònh sulfate nước nồng độ thấp đến 0,1 mg/L Ba phương pháp lại dựa lượng BaSO4 không tan tạo thành thêm lượng dư BaCl2 vào mẫu Sự khác biệt ba phương pháp lại khác phương pháp xác đònh lượng BaSO4 hình thành Trong phương pháp khối lượng, lượng kết tủa BaSO4 tạo thành mang cân Trong phương pháp đo độ đục, lượng BaSO4 xác đònh dựa ảnh hưởng kết tủa đến trình truyền ánh sáng Trong phương pháp Methylthylmol Bule, lượng Ba dư xác đònh phương pháp đo độ màu từ tính lượng Ba kết hợp với Sulfate Việc lựa chọn phương pháp đo phụ thuộc vào mục đích xác đònh nồng độ sulfate mẫu Trong này, ba phương pháp đo dựa vào lượng BaSO4 trình bày Phương pháp khối lượng Phương pháp khối lượng cho kết xác sử dụng để xác đònh hàm lượng sulfate mẫu có nồng độ 10 mg/L Chú ý, khiá cạnh đònh lượng phương pháp phụ thuộc vào khả kết hợp Ba2+ với SO42- để hình thành BaSO4 tan sau Để kết tủa hoàn toàn, lượng BaCl2 dư thêm vào nước acid hóa với HCl giữ gần điểm sôi Việc mẫu acid hóa để loại trừ kết tủa BaCO3 xảy nhiệt độ cao nước có độ kiềm cao Do BaSO4 có độ hoà tan nhỏ (Ksp = 1x10-10), xem hầu hết kết tủa tạo thành dạng keo, keo khó tách phương pháp lọc thông thường Để khắc phục điều này, mẫu gia nhiệt để chuyển tất các tủa từ dạng keo thành dạng tinh thể để tách cách lọc BaSO4 tinh thể thường nhỏ, phải lựa chọn loại giấy lọc phù hợp Khi thực trình lọc, nên thực cẩn thận để đảm bảo toàn lượng kết tủa giữ lại giấy lọc muối khác loại bỏ cách rửa Mặc dù phương pháp có độ xác cao tốn nhiều thời gian Kết tủa BaSO4 sau lọc xác đònh cách cân khối lượng tro sau đốt để phân hủy giấy lọc, cân với giấy lọc sau trừ khối lượng giấy lọc cân ban đầu Phương pháp đo độ đục Phương pháp xác đònh sulfate cách đo độ đục dựa hình thành BaSO4 dạng keo sau thêm BaCl2 vào mẫu Để tăng hiệu hình thành keo BaSO4 dung dòch đệm acid chứa MgCl2, KNO3, CH3COONa CH3COOH cho vào Bằng việc chuẩn hóa phương pháp tạo keo BaSO4 lơ lửng, sulfate xác đònh cách đáp ứng nhiều mục đích khác Phương pháp cho kết nhanh ứng dụng rộng rãi Khi nồng độ sulfate lớn 10 mg/L, trước thực phương pháp này, lượng nhỏ ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 8-5 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREEN EYE ENVIRONMENT GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com mẫu lấy sau pha loãng thành 50 mL sau thực theo phương pháp đề cập để xác đònh Để số liệu xác, thực phép đo phải sử dụng mẫu chuẩn để loại bỏ sai số xảy thao tác chất thêm vào Phương pháp đo tự động dùng Methylthymol Blue Phương pháp có lợi đo hàng loạt mẫu Ở mẫu hóa chất liên tục bơm tự động vào thiết bò đo hòa trộn với Sau thời gian cần thiết để phản ứng hóa học, xảy ra, mẫu đưa vào phân đo để xác đònh độ màu độ đục (trong trường hợp sulfate, độ đục đo) từ xác đònh lượng sulfate Trong phương pháp này, BaCl2 tự động bơm vào mẫu môi trường pH thấp để tạo kết tủa BaSO4 sau pH dung dòch điều chỉnh đến 10 Sau methylthymol thêm vào để tạo phức xanh với lượng Ba dư Lượng Methylthymol không tạo phức có màu xám đo tự động Dó nhiên, thiết bò hiệu chỉnh (calibrate) với dung dòch sulfate chuẩn hoá chất thêm vào phải xác chất gây cản trở 8.3 ỨNG DỤNG SỐ LIỆU SULFATE Chỉ tiêu sulfate đònh nước có thích hợp cung cấp cho sinh hoạt hay công nghiệp hay không Chỉ tiêu sulfate xác đònh vấn đề liên quan đến mùi ăn mòn việc khử sulfate thành sulfide Trong trình xử lý kỵ khí bùn nước thải công nghiệp, việc khử sulfate có liên quan với methane CO2 Nếu khí sinh học (biogas) sử dụng động nồng độ H2S không nên vượt 750 ppm (tính theo thể tích) Chỉ tiêu sulfate bùn chất thải dùng để đánh giá hàm lượng H2S biogas Từ thông tin này, kỹ sư thiết kế đònh có hay không thiết bò lọc khí tách H2S kích thước công trình Rất nhiều chất hữu có chứa lưu huỳnh sulfate, sulfonate hay sulfide Trong trình xử lý sinh học hiếu khí, phân hủy chất hữu phá vỡ liên kết sulfur hình thành SO42- ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 8-6 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com CHƯƠNG PHOSPHORUS & PHOSPHATE 9.1 GIỚI THIỆU CHUNG Xác đònh phosphate nhanh chóng trở thành việc làm cần thiết kỹ sư môi trường họ nhận nhiều hợp chất phosphorus ảnh hưởng lên trình xử lý chất thải Thông thường có dạng hợp chất phosphorus vô gây ảnh hưởng dạng phosphate hay dạng phân tử khử nước polyphosphate hay condensed phosphate Những hợp chất phosphorus hữu thường không quan tâm Nước cấp Polyphosphate sử dụng nước cấp nhân tố kiểm soát ăn mòn Chúng sử dụng cho dạng nước mềm để ổn đònh hàm lượng calcium carbonate nhằm loại bỏ tái tạo muối carbonate Bề mặt nước cấp nơi phát triển số vi sinh vật nước Những sinh vật tự hay sinh vật gọi phiêu sinh (plankton) loài sinh vật kỹ sư môi trường quan tâm Những phiêu sinh mang tính động vật gọi phiêu sinh động vật (zooplankton) phiêu sinh mang tính thực vật gọi phytoplankton (phiêu sinh thực vật) Sau tảo mang tính thực vật (trong tế bào sinh vật có chứa chlorophyll), chúng phát triển mạnh phụ thuộc vào nguyên tố dinh dưỡng nước Nhiều nghiên cứu cho thấy nitrogen phosphorus nguyên tố ảnh hưởng lên tăng trưởng tảo vi khuẩn lượng nguyên tố bò giới hạn nhân tố giới hạn tốc độ tăng trưởng phát triển tảo vi khuẩn Ở nơi có hàm lượng nitrogen phosphorus cao làm thúc đẩy tượng nở hoa tảo gây tác động xấu đến môi trường Kinh nghiệm cho thấy tượng nở hoa xảy hàm lượng nitrogen phosphorus hai bò giới hạn Mức tới hạn cho phosphorus vô vào khoảng 0,005 mg/L 5μ/L điều kiện tăng trưởng mùa hè Xử lý nước thải Nước thải sinh hoạt giàu hợp chất phosphorus Chủ yếu nước tẩy rửa tổng hợp, chứa khoảng từ – mg/L hợp chất vô khác chiếm khoảng từ 0,5 – mg/l Hầu hết phosphorus vô có từ chất thải người trình phân hủy protein giải phóng phosphate từ nước tiểu Trung bình người dân Mỹ giải phóng lượng phosphorus 1,5 g/ngày ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 9-1 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREEN EYE ENVIRONMENT GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com Hầu hết bột giặt tổng hợp siêu cấp sản xuất cho thò trường gia dụng chứa lượng lớn polyphosphate Đa số chúng chứa từ 12 – 13% phosphorus 50% polyphosphate Sử dụng nguyên liệu chất thay cho xà phòng làm gia tăng lượng phosphorus nước thải sinh hoạt Từ số liệu polyphosphat bán cho ngành công nghiệp chất tẩy rửa Người ta ước tính rằng, nước thải sinh hoạt chứa lượng phosphorus vô nhiều gấp – lần so với chất tẩy rửa tổng hợp chưa phổ biến rộng rãi Vi sinh vật trình xử lý nước thải sinh học cần lượng phosphorus để tái tạo tổng hợp mô tế bào Nước thải đô thò chứa lượng phosphorus vượt xa so với mức cần thiết để xử lý lượng giới hạn chất hữu Sự việc lý giải dựa lượng phosphorus có nước đầu sau xử lý công trình xử lý nước thải sinh học Tuy nhiên, nhiều loại nước thải công nghiệp không chứa đủ lượng phosphorus cần cho phát triển tối ưu vi sinh vật trình xử lý nước thảiù Trong trường hợp này, lượng thiếu hụt cung cấp cách thêm phosphate vô vào Tính chất bùn Một vấn đề xử lý nước thải tính chất bùn sau trình xử lý hiếu khí kỵ khí Những bùn chứa lượng lớn nitrogen phosphorus đáp ứng cho mục đích dinh dưỡng Tổng hàm lượng phosphorus chứa bùn trung bình khoảng 1% 1,5% bùn hoạt tính khô Ở Mỹ nơi có hàm lượng phosphate phong phú rẻ, hầu hết bùn bán dựa hàm lượng nitrogen mà chứa có loại dựa hàm lượng phosphorus Nồi Phức hợp phosphate sử dụng rộng rãi ngành công nghiệp lượng nước để chống đóng cặn nồi Nếu sử dụng phosphate dạng phức, chúng nhanh chóng thủy phân thành orthophosphate nhiệt độ cao Giám sát lượng phosphate thông qua việc xác đònh hàm lượng orthophosphate 9.2 TẦM QUAN TRỌNG CỦA HP CHẤT PHOSPHORUS Có nhiều loại hợp chất phosphorus có mặt kỹ thuật môi trường Bảng 9.1 trình bày số hợp chất quan trọng ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 9-2 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Bảng 9.1 Một số hợp chất phosphorus quan trọng Tên Công thức Orthophosphates Trisodium phosphate Disodium phosphate Monosodium phosphate Diammonium phosphate Polyphosphates Sodium hexametaphosphate Sodium tripolyphosphate Tetrasodium pyrophosphate Na3PO4 Na2HPO4 NaH2PO4 (NH4)2HPO4 Na3(PO4)6 Na5P3O10 Na4P2O7 Tất polyphosphate (những phân tử thủy phân thành phosphate) thủy phân hoàn toàn dung dòch nước trở lại thành dạng ortho mà chúng bắt nguồn Na4P2O7 + H2O Ỉ Na2HPO4 (9 - 1) Tốc độ trở lại nguyên mẫu chức nhiệt độ gia tăng nhanh nhiệt độ tiến đến gần điểm sôi Tốc độ gia tăng giảm pH ưu điểm giữ nguyên trạng mẫu chuẩn bò để xác đònh hàm lượng phosphate phức Sự thủy phân phosphate phức chòu ảnh hưởng enzyme vi sinh vật Tốc độ trở lại nguyên mẫu chậm nước lọc nhanh nước thải Kinh nghiệm cho thấy số loại nước pyrophosphate thủy phân nhanh tripolyphosphate, số loại nước khác tốc độ thủy phân Có chất đòi hỏi nhiều chí nhiều ngày để chuyển hóa hoàn toàn polyphosphate thành orthophosphate, đặc biệt nhiệt độ thấp pH cao Từ lý trên, để xác đònh phosphorus hay phosphate phải bao gồm việc xác đònh polyphosphate muốn việc đo tổng dạng vô xác 9.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH PHOSPHORUS - PHOSPHATE Các kỹ sư thường quan tâm đến diện hàm lượng ortho, poly phosphorus hữu May mắn đo orthophosphate với trở ngại từ polyphosphate khả ổn đònh chúng điều kiện pH, thời gian, nhiệt độ sử dụng trình đo Cả hai dạng poly phosphorus hữu phải chuyển thành orthophosphate để đo ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 9-3 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Orthophosphate Lượng phosphorus tồn dạng orthophosphate đo phương pháp: trọng lực, thể tích, so màu Phương pháp trọng lực sử dụng hàm lượng phosphorus diện lớn, điều không xảy thực tế Phương pháp thể tích sử dụng nồng độ phosphate lớn 50 mg/L, nồng độ gặp trừ trường hợp nước sôi hay chuyển hóa kỵ khí chất Phương pháp gồm: kết tủa, lọc, làm kết tủa chuẩn độ Phương pháp tốn thời gian Tuy nhiên, phương pháp so màu để đo nước nước thải thỏa mãn với độ xác cao Có ba phương pháp so màu sử dụng để đo orthophosphate Chúng có chất với nguyên tắc khác chỗ thêm vào số nguyên tố tự nhiên để tạo màu Yếu tố hóa học cần thiết như: ion phosphate kết hợp với ammonium molybdate điều kiện acid để tạo thành phức chất molybdophosphate, PO43- + 12(NH4)2MoO4 + 24H+ Ỉ (NH4)3PO4.12MoO3 + 21NH4+ + 12H2O (9 - 2) Khi diện lượng phosphate lớn, trạng thái molydophoste kết tủa màu vàng lọc đo phương pháp thể tích Ở nồng độ phosphate thấp hơn, tạo thành hạt keo màu vàng xác đònh hàm lượng phương pháp so màu Với nồng độ phosphate 30 mg/L (thường nằm khoảng phân tích nước), màu vàng hạt keo nhận biết rõ điều có nghóa cần phải phát triển màu khác Một cách cải thiện thêm vanadium để hình thành dạng phức hợp vanadomolybdophosphoric acid có màu vàng rõ, cho phép phân tích phophorus với hàm lượng mg/L khoảng thấp Lượng molybdenum chứa ammonium phosphomolybdate giảm để tạo sản phẩm sol có màu xanh với tỉ lệ tương ứng với lượng phosphate diện Một lượng thừa ammonium molydate không bò giảm không can thiệp vào trình Ascorbic acid hay stannous chloride sử dụng nhân tố khử Hợp chất màu tạo thành xanh molybdeum hay xanh heteropoly Chlorur thiếc sử dụng nhân tố khử mô tả qua phương trình: (NH4)3PO3.12MoO3 + Sn2+ Ỉ (molybdenum) + Sn4+ (9 - 3) Polyphosphates Polyphosphate chuyển hóa thành orthophosphate cách đun sôi mẫu acid hóa tối thiểu 90 phút Sự thủy phân thúc đẩy nhiệt autoclave 20 psi Lượng acid thừa thêm vào để xúc tác tăng tốc độ thủy phân phải trung hòa trước ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 9-4 CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE GREEN EYE ENVIRONMENT tiếp tục thêm dung dòch ammonium molybdate vào Lượng orthophosphate xuất phát từ polyphoste đo phương pháp kể Lượng polyphosphate tính sau: Tổng hàm lượng phosphate vô – orthophosphate = polyphosphate (9 – 4) Phosphorus hữu Các kỹ sư quan tâm đến việc đo lường hàm lượng phosphorus hữu có chất thải công nghiệp có bùn Để phân tích đòi hỏi chất hữu phải phá hủy cho phosphorus giải phóng dạng ion phosphate Chất hữu bò phá hủy phương pháp oxy hóa ẩm phương pháp chuyển hóa dựa theo “Standard Method” Chất oxi hóa sử dụng khác với chất phương pháp chuyển hóa perchloric acid, nitric acid – sulfuric acid hay persulphate Acid perchloric chất oxi hóa mạnh nhất, chất độc hại Để tránh nguy hiểm từ vụ nổ, loại mủ đặc biệt phải sử dụng trình chuyển hóa phải thêm vào số hóa chất Vì lý này, chuyển hóa nhờ acid perchloric nên thực nhà hóa học có kinh nghiệm cẩn thận Sử dụng chất oxi hóa persulphate thực nghiệm chứng minh kết thu phù hợp Một chuyển hóa hoàn tất, việc đo lường phosphorus giải phóng làm phương pháp đo orthophosphate Tất dạng phosphorus (tổng) đo từ xác đònh phosphorus hữu Do vậy, lượng phosphorus hữu tính sau: Tổng phosphorus – phosphorus vô = phosphorus hữu (9 - 5) 9.4 ỨNG DỤNG NHỮNG SỐ LIỆU VỀ PHOSPHORUS Số liệu phophorus trở nên quan trọng kỹ sư môi trường họ đánh giá có mặt chúng nhân tố quan trọng tất yếu chu kỳ sống Trước đây, thông số sử dụng để giám sát hàm lượng phosphate hệ thống nước để tránh ăn mòn để tránh cặn rỉ nồi Việc xác đònh phosphorus trở nên quan trọng việc đánh giá hiệu suất sinh học tiềm nước mặt số vùng đònh có lượng phophorus ổn đònh mà xả vào nguồn nước nhận, đặc biệt hồ bể chứa Xác đònh hàm lượng phosphorus công việc thường xuyên trình vận hành hệ thống xử lý nước thải trình nghiên cứu ô nhiễm dòng chảy nhiều nơi Do tầm quan trọng phosphorus chất dinh dưỡng phương pháp sinh học xử lý nước thải, việc xác đònh có liên quan đến nhiều chất thải công nghiệp trình hoạt động công trình xử lý chất thải ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thơng tin từ trang 9-5 ... lựa chọn số cân thích hợp Các kỹ sư môi trường nhà hóa học môi trường cần phải hiểu sở qui trình Các qui trình trình bày Tính toán từ số đo độ kiềm Trong qui trình này, độ kiềm phenolphthalein... GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE 3.2 Ý NGHĨA MÔI TRƯỜNG Như biết, độ kiềm nước có ý nghóa mặt sức khỏe cộng đồng Nước... xử lý sinh học nước thải 3.7 MỘT SỐ ÁP DỤNG KHÁC CỦA ĐỘ KIỀM ĐỐI VỚI KỸ SƯ MÔI TRƯỜNG Kỹ sư môi trường thường gặp nhiều trường hợp thực tế liên quan đến mối quan hệ carbonic – độ kiềm – pH thường