Thực hành phân tích môi trường

1XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG BOD TRONG MẪU NƯỚC2XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG CODCr TRONG MẪU NƯỚC3XÁC ĐỊNH CHẤT RẮN TRONG MẪU NƯỚC SÔNG4XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG Fe VÀ Mn TRONG MẪU NUỚC........9XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG NITƠ DỄ TIÊU TRONG ĐẤT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ HOÁ

Bộ môn Công nghệ môi trường

………&………

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG THỰC HÀNH PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG

Lời mở đầu

Bài giảng “Thực hành Phân tích môi trường’’ dành cho sinh viên Đạihọc, Cao đẳng chuyên ngành Hoá phân tích và ngành công nghệ kỹ thuậtmôi trường Đề cương bài giảng đưa ra nguyên tắc, cách tiến hành phân tíchmột số chỉ tiêu phân tích trong các môi trường nước, khí và môi trường đấtnhư BOD, tổng hàm lượng chất rắn , hàm lượng một số kim loại Fe, Mn ,anion PO43-, hàm lượng NOx trong mẫu khí, một số chỉ tiêu hàm lượng chấthữu cơ, nitơ trong đất Đề cương bài giảng “Thực hành Phân tích môitrường’’ được viết dựa 2 trên tài liệu chính:

- Giáo trình “ Phân tích môi trường’’ – Tác giả Phạm Luận- Đại học Khoa

học tự nhiên – ĐH Quốc gia Hà Nội- 05/1998

- Giáo trình “Một số phương pháp phân tích môi trường’’- Tác giả PGS.TS

Lê Đức (Chủ biên)- PGS.TS Trần Khắc Hiệp, TS Nguyễn Xuân Cự, Th.SPhạm Văn Khang, CN Nguyễn Ngọc Minh- NXB Đại học Quốc gia Hà Nội-2004

BÀI 1: XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG BOD TRONG MẪU NƯỚC

Khái niệm BOD (Biochemical oxygen Demand): Là nhu cầu oxy sinh hoá là

lượng oxy cần thiết để oxy hoá những thành phần có thể oxy hóa sinh học ở điềukiện tiêu chuẩn

Đơn vị tính của BOD là mgO/l BOD có thể được xác định cho 5 ngày (BOD5);

10 ngày(BOD10); 15 hoặc 20 ngày (BOD15,BOD20)

Hàm lượng oxy hòa tan trong nước có 2 phương pháp:

+ Phương pháp đo trực tiếp bằng máy đo DO

+ Phương pháp chuẩn độ oxy hóa khử (Winkler)

Trong môi trường kiềm (pH= 8,5-10) khi thêm MnSO4 vào mẫu nước lắc đều, thìion Mn2+ sẽ bị oxi hòa tan trong nước (DO) oxy hóa lên Mn4+ theo phản ứng:

Mn2+ + 2OH- = Mn(OH)2

2Mn(OH)2 + O2 = 2MnO(OH)2 hay (MnO2 + 2H2O)

Sau đó nếu có mặt của ion I- và khi chỉnh lại ở môi trường axit (H+) thì ion Mn4+này lại oxy hóa ion I- giải phóng ra I2 theo phản ứng

- Chai ủ mẫu mầu tối, miệng hẹp, nút nhám có dung tích 250 ml hoặc 300 ml.

- Bình định mứcvà pipet để pha loãng mẫu

- Bơm thổi khí nhỏ

- Thiết bị đo độ oxy hoà tan

- Tủ điều nhiệt, giữ nhiệt độ ổn định ở 20oC ( ± 1oC)

* Chuẩn bị dung dịch nước pha loãng:

Dùng nước cất 2 lần Thêm vào mỗi lít nước cất 1ml dung dịch nước (1),(2),(3),(4)Dùng 1 máy thổi khí, sục khí sạch vào nước đã được bổ sung dung dịch muối ởnhiệt độ 20oC đến khi đạt hàm lượng oxy bão hoà

- Nước sông, hồ có nước thải sinh hoạt

- Nước thải sinh hoạt lấy ở cống thải chính hoặc nơi thải không bị ô nhiễm nướcthải công nghiệp

- Nước lấy từ hạ lưu của dòng thải của nước cần phân tích

*Nước pha loãng cấy vi sinh vật:

Thêm từ 5-20 ml nước cấy (Tuỳ thuộc vào nguồn gốc ) vào 1 lít nước pha loãng.Giữ nước vừa điều chế ở 20oC Lượng oxy tiêu thụ sau 5 ngày ở 20oC của nước pha

loãng cấy vsv không được vượt quá 0,5 mg/l (Theo ISO lượng oxy tiêu thụ sau 5ngày ở 200C của nước pha loãng với BOD từ 0,3 đến 1mg/l oxy)

2 Các bước tiến hành thí nghiệm

- Bước 1: Lấy một thể tích mẫu cần phân tích vào bình ủ (mỗi mẫu 2 bình) Lượng

mẫu tuỳ thuộc vào hàm lượng BOD có trong mẫu Hệ số pha loãng được lấytheo hướng dẫn trong bảng :

Nguồn gốc của nước Hàm lượng BOD 5

mg/l

Hệ số pha loãng

- Bước 2: Dùng ống xi phông nạp nước pha loãng đã bão hoà oxy vào bình cho đến

đầy bình, sao cho không tạo bọt khí trong nước hoặc ở thành bình

- Bước 3: Lấy một bình đem đo độ oxy hoà tan ở thời điểm đầu (Sau khi nạp nước

pha loãng), Ghi kết quả đo (Do), một bình đưa đi ủ ở nhiệt độ 20oC trong 5 ngày

- Bước 4: Sau 5 ngày ủ lấy ra đem đi đo độ oxy hoà tan (D5)

- Bước 5: Làm mẫu trắng tương tự như Bước 2, 4, đo độ oxy hoà tan trước (Bo) vàsau khi ủ 5 ngày (B5)

Chú ý:

• Khoảng pha loãng nên là, sau khi ủ 5 ngày nồng độ oxy còn lại là 1/3 – 2/3 nồng độ oxy ban đầu Khi mức pha loãng lớn hơn 100 lần thì tiến hành pha loãng thành 2 – 3 bước

• Kiểm tra độ chính xác của phương pháp đo: Lấy 5 – 10ml hỗn hợp Glucose

và glutamic axit (150mg D(+) glucose và 150mg L-glutamic axit trong 1000ml nước cất) vào bình ủ BOD 300ml (trong trường hợp bình ủ ấm là

100ml thì lấy bằng 1/3 thể tích kể trên), đổ nước pha loãng mẫu vào sau đó đem đi đo BOD Giá trị BOD 5 của dung dịch trong khoảng 220mgO 2 /l ±

10mgO 2 /l Nếu có sự khác nhau lớn giữa giá trị này và kết quả đo, ở đây phải

có một sự nghi ngờ về chất lượng của nước pha loãng hoặc hoạt tính của dịch lỏng nuôi cấy.

3 Cách tính kết quả

Nhu cầu oxy hoá sau 5 ngày được tính bằng biểu thức:

BOD 5 = [(Do - D 5 )- (Bo - B 5 )].Vc/Vm

- Dung dịch 1(Dung dịch kiềm KI và Natri azit -Alkaline potassium iodide -sodium

azide): Hoà tan 350gam KOH (hoặc 250gam NaOH) và 75gam KI trong nước, trộnđều thêm nước đến khoảng 480ml Tách riêng hoà tan 5gam Natri azit (Na3N) trong20ml nước sau đó trộn đều 2 dung dịch và định đến vạch 500ml Bảo quản hoá chấttrong chai polyethylene sẫm màu và để trong bóng tối

- Dung dịch 2 (Dung dịch MnSO4 -manganese II sulfate): Hoà tan 240gamMnSO4.5H2O vào bình định mức và định mức đến vạch 500ml

mức 200ml và thêm nước đến vạch Chuẩn bị dung dịch này khi cần thiết và khôngđược sử dụng quá 12giờ.

Dung cụ:

- Bình đo oxy hoà tan

2 Phương pháp tiến hành

 Bước 1: Lấy mẫu cho vào chai đo DO thêm nhanh chóng 1ml dung dịch 2, 1ml

dung dịch 1 vào chai, đầu của pipet nhúng vào trong mẫu Đậy chặt nắp

 Bước 2: Trộn đều mẫu trong khoảng 1phút

 Bước 3: Để yên cho đến khi kết tủa lắng xuống đáy thì lại trộn đều mẫu lần thứ 2

trong 1phút

 Bước 4: Để yên chai cho đến khi kết tủa lắng đến 1/2 chai, mở chai cho 1ml

dung dịch 3 vào đậy nắp lại Lật ngược chai vài 3 lần để hoà tan hết kết tủa

 Bước 5: Cho toàn bộ chất lượng dung dịch trong chai vào bình tam giác 250 ml,

nhỏ một giọt dung dịch 4 làm chỉ thị Màu trong bình sẽ chuyển sang xanh tím.Chuẩn dung dịch trong bình tam giác bằng dung dịch Na2S2O3 25mmol/l cho đếnkhi màu vàng rơm xuất hiện thì dùng lại

 Bước 6: Tính toán nồng độ oxy hoà tan theo công thức:

DO: Lượng oxy hoà tan (mlO/l)

a: thể tích Na2S2O3 tiêu tốn trong chuẩn độ (ml)

V1: Thể tích chai chứa mẫu (ml)

v: Tổng lượng dung dịch 1 và dung dịch 2 (ml)

f: Hệ số của 25mmol/l Na2S2O3 thường bằng 1

0,2: oxy cân bằng với 1ml dung dịch Na2S2O3 25mmol/l (mg)

I.Mục đích:

- Lấy mẫu nước xác định hàm lượng COD

- Xác định hàm lượng COD trong mẫu nước theo 2 phương pháp: Phương pháptrắc quang và phương pháp chuẩn độ.

- Đánh giá kết quả theo 2 phương pháp và nhận xét mức độ ô nhiễm của nước

II Nguyên tắc xác định :

COD là chỉ số đặc trưng cho hàm lượng chất hữu cơ có trong nước COD làlượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa hóa học các chất hữu cơ có trong nướcthành CO2 và nước

Để xác định hàm lượng CODCr dùng chất oxy hóa mạnh như K2Cr2O7 có nồng

độ chính xác trong môi trường axit H2SO4, xúc tác Ag2SO4 theo phản ứng sau để oxyhóa hết các chất hữu cơ có trong nước:

Chất HC + K2Cr2O7 + H+ → 2Cr3+ + CO2 + H2O+ 2K+

Sau khi phản ứng oxy hóa chất hữu cơ kết thúc, chuẩn độ lượng dư K2Cr2O7bằng dung dịch muối Morh với chỉ thị Feroin Từ lượng K2Cr2O7 đã tiêu tốn chophản ứng trên tính ra được hàm lượng COD có trong mẫu nước

III Cách tiến hành:

1 Xác định COD Cr bằng phương pháp đo quang

1.1 Hóa chất, dụng cụ

1.1.1 Axit sunfuric, c(H 2 SO 4 ) = 4 mol/L

Thêm từ từ và cẩn thận 220 ml axit sunfuric (ρ = 1,84 g/mL) vào khoảng 500 mL nước cất

Để nguội và pha thành 1000 mL

1.1.2 Bạc sunfat - axit sunfuric

Hòa tan 5,5g bạc sunfat (Ag2SO4) vào 500 mL H2SO4 đặc (ρ = 1,84 g/mL) Để 1 hoặc 2ngày cho tan hết

1.1.3 Kali dicromat

- Đối với dải COD 150-1000mg/L: Dung dịch có nồng độ 0,25 N

Hoà tan 12,259 g K2Cr2O7 (đã được sấy khô ở 150oC trong 2 giờ vào nước cất, chothêm 167 ml H2SO4 đặc (ρ = 1,84 g/mL), khuấy đều cho tan hết, cho thêm 33,3 g thuỷngân (II) sunfat (HgSO4) Để nguội và chuyển toàn bộ dung dịch vào bình định mức vàđịnh mức đến 1000 mL Dung dịch bảo quản trong bình kín, tối màu, tránh ánh sángtrực tiếp

- Đối với dải COD 0-150mg/L: Dung dịch có nồng độ 0,025 N

Chuẩn bị tương tự như với dải hóa chất COD cao, tuy nhiên, chỉ sử dụng 1,226 g

K2Cr2O7

Dung dịch bền ít nhất 1 tháng

1.1.4 Kali hidro phtalat, dung dịch chuẩn, c(K1C8H5O4) (yêu cầu TCVF)

Hoà tan 0,425 g kali hidro phtalat đã được sấy khô ở 105 oC, vào trong nước và địnhmức đến 500mL Dung dịch này có giá trị COD lý thuyết là 1000 mg/L

Dung dịch bền ít nhất một tuần nếu bảo quản trong xấp xỉ 4oC

1.1.5 Axit sulfamic, chỉ dùng khi có chấy gây trở ngại là nitrit, 10mg sulfamic cho mỗi mg NO2 -

1.2 THIẾT BỊ, DỤNG CỤ

- Lưu ý: Trước khi tiến hành phân tích phải ngâm ống phân hủy mẫu, nắp đậy trong dung dịch axit H2SO4 20% (4.1) và rửa sạch bằng nước cất trước khi sử dụng nhằm loại bỏ sai số.

- Ống phân hủy mẫu: Sử dụng ống phân hủy thủy tinh dạng borosilicate có nắp bằngTFE có đường kính 19 x 20mm, thể tích chứa 10mL mẫu

- Bếp phân hủy AL 125 có thể điều chỉnh nhiệt độ ở 150o ± 2oC và có lỗ chứa các ốngphân hủy

- Dụng cụ thủy tinh

- Dụng cụ thủy tinh thông thường tại phòng thí nghiệm

- Máy trắc quang

1.3 LẤY MẪU VÀ CHUẨN BỊ MẪU

Mẫu phòng thí nghiệm phải được ưu tiên lấy vào lọ thuỷ tinh, mặc dù lọ polyethylencũng thích hợp

Phân tích mẫu càng sớm càng tốt và không để quá 5 ngày sau khi lấy mẫu Nếu mẫucần phải được bảo quản trước khi phân tích, thêm 10mL axit sunfuric (5.1) cho 1 lítmẫu Giữ mẫu ở 0oC đến 5oC (TCVN 5993:1995 Chất lượng nước Lấy mẫu Hướngdẫn bảo quản và xử lý mẫu)

1.4 CÁCH TIẾN HÀNH

1.4.1 Lập đường chuẩn

Từ dung dịch COD 1000mg/L: pha ra các dung dịch có nồng độ 0; 50; 100; 150, 200,

… 1000 trong thể tích 25ml Lấy vào các ống phá mẫu 2,5ml dung dịch chuẩn vừapha, sau đó cho lần lượt 1,5mL dung dịch K2Cr2O7 (4.3), 3,5mL dung dịch

Ag2SO4/H2SO4 (4.2) Sau đó vặn chặt nắp TFE và lắc nhẹ cho các phần trộn đều vớinhau Tiến hành phá mẫu ở 150oC trong 2 tiếng (tính từ lúc đạt 150oC) Sau đó bỏ cácống nghiệm ra để nguội, so màu với mẫu trắng (mẫu nước cất không có COD) ở bướcsóng 600nm (đối với dải COD cao 150-1000mg/L) và 420nm (đối với dải COD thấp 0-

150 mg/L) Thu được bảo số liệu biểu thị quan hệ giữa nồng độ và độ hấp thụ quangAbs Lập đường chuẩn từ bảng số liệu thu được

1.4.2 Đối với mẫu môi trường

Để nguội mẫu đến nhiệt độ phòng, tiến hành lắng hoặc lọc mẫu Tiến hành hút 2,5mL(pha loãng nếu cần thiết) mẫu cho vào ống phân hủy mẫu

Đặt ống phân hủy vào trong bếp phân hủy COD và đặt nhiệt độ ở 150oC trong 2 giờ

Để nguội đến nhiệt độ phòng và đặt ống vào giá đỡ Một số kết tủa của thủy ngân cóthể hình thành trong ống phân hủy, tuy nhiên điều này không ảnh hưởng đến kết quảphân tích Sau khi phá mẫu, đem so màu với mẫu trắng (mẫu không có COD) ở bướcsóng thích hợp

- Lưu ý:

+ Trong quá trình thử nghiệm đảm bảo an toàn cá nhân bằng các trang thiết bị bảo

hộ như găng tay, kính, khẩu trang.

2 Xác định COD Cr bằng phương pháp chuẩn độ

2.1 Hóa chất, dụng cụ

Hóa chất:

Dung dịch phá mẫu K2 Cr 2 O 7: Hoà tan 12,259 gam K2Cr2O7 được sấy khô ở 1030Ctrong 2 giờ) trong nước cất, cho thêm 167,5ml H2SO4 đặc khuấy rồi cho thêm33,3gam HgSO4, hoà tan rồi rồi cho vào bình định mức dung tích 1000 ml, thêmnước cất đến vạch mức

Dung dịch AgSO 4 /H 2 SO 4: Hoà tan 5,5gam AgSO4 trong 1 chai (500ml) axit H2SO4

Dung dịch Kali bicromat chuẩn 0,25 N: Sấy khô K2Cr2O7 ở 105oC trong 2 giờ.Cân chính xác 12,259 g K2Cr2O7 hoà tan trong nước cất 2 lần rồi cho vào bình địnhmức dung tích 1000 ml, thêm nước cất đến vạch mức

Dung dịch sắt amoni sunfat 0,025 N (muối Mo): Hoà tan 9,8 sắt amoni sunfat Fe

(NH4)2.6H2O đã được làm khô trong bình hút ẩm một ngày trong 20mL axit sunfuric

H2SO4 đặc (d = 1,84) cho vào bình định mức dung tích 1000 ml thêm nước cất đếnvạch mức Điều chỉnh lại dung dịch này dựa theo dung dịch kali bicromat với chỉ thịmàu feroin hay dyphenylamin như sau:

• Dùng pipet lấy chính xác 10ml dung dịch sắt amonisunfat 0,25 N vào bình nóndung tích 250 ml

• Thêm 20 ml axit sunfuric đặc Lắc đều rồi thêm 3 ÷ 5 giọt chỉ thị feroin hoặcdiphenylamin Từ buret nhỏ dung dịch kali bicromat 0,25N xuống đến khichuyển màu từ xanh tím sang xanh lơ

Chỉ thị feroin: Hoà tan 1,458 g 1,10 –octophenan-throlin monohydrat với 0,695 sắt

sunfat FeSO4.7H2O trong nước cất và cho nước cất đến vừa đủ 100ml

Bạc sunfat; Thủy ngân sunfat.

Dụng cụ: Máy phá mẫu COD, bình định mức 25mL, pipet, ống phá mẫu COD, bình

tam giác 250mL, puret

2.2 Tiến hành

Lấy 2,5mL mẫu vào ống phá mẫu COD (Hàm lượng COD thích hợp là từ 100– 500mg/L), thêm 1,5ml dung dịch phá mẫu K2Cr2O7, 3,5ml dung dịchAgSO4/H2SO4 Cho vào máy phá mẫu ở 1500C trong 2 giờ (tính từ lúc nhiệt đạt

1500c) Sau đó để mẫu nguội tới nhiệt độ phòng

Chuyển dung dịch từ ống phá mẫu sang bình nón Tráng ống phá mẫu bằngnước cất, chuyển tất cả nước tráng rửa vào bình nón, pha loãng hỗn hợp đến 200ml,thêm 3 ÷ 4 giọt chỉ thị màu feroin rồi dùng dung dịch chuẩn sắt amoni sunfat 0,025N

để chuẩn độ lượng kali bicromat dư cho đến khi màu của dung dịch từ xanh lamsang màu xanh lá cây nhạt

Làm song song một mẫu trắng với nước cất hai lần như đã làm với mẫu

2.3 Tính toán

Nhu cầu oxy hóa hóa học, tính bằng mg/l theo công thức:

Trong đó:

a- Thể tích sắt amonisunfat tiêu tốn chuẩn mẫu trắng (mL)

b- Thể tích dung dịch sắc amonisunfat dùng để chuẩn mẫu (mL)

N - Nồng độ tương đương của dung dịch sắt amoni sunfat (0,025N);

V - Thể tích mẫu (mL)

S – Đương lượng gam của oxy (DO =8)

3 Xử lý kết quả

- Lập bảng đo đường chuẩn xác định COD theo phương pháp đo quang

- Lập bảng kết quả đo mẫu theo cả hai phương pháp

- So sánh kết quả đo theo cả hai phương pháp

- Nhận xét đánh giá kết quả đo

BÀI 3: XÁC ĐỊNH CHẤT RẮN TRONG MẪU NƯỚC SÔNG

Để xác định các chất rắn trong nước người ta sử dụng phương pháp khốilượng

♦ Sấy khô đĩa bay hơi ở 105 - 1100C trong 1giờ, làm nguội trong bình hút ẩm, cân

và ghi kết quả (b miligam)

♦ Lấy một lượng mẫu phù hợp (lượng mẫu sau khi sấy lớn hơn 5mg), cho vào đĩabay hơi Đun cách thuỷ cho tới khi bay hết hơi nước Sau đó đem sấy ở nhiệt độ

105 - 1100C trong khoảng 2 giờ, lấy ra làm nguội trong bình hút ẩm, cân và ghikhối lượng (a miligam)

V: thể tích mẫu (ml)

S: Tổng chất rắn (mg/l)a: Khối lượng chất rắn và giấy cân sau khi sấy (mg)b: Khối lượng giấy cân (mg)

V: thể tích mẫu (ml)

♦ Phun đều trên bề mặt giấy lọc dung dịch NH4NO3 (250g/l), sau đó đem nung ở

6000C ± 250C trong khoảng 30 phút để chuyển toàn bộ chất rắn thành tro, lấy ra

để nguội trong bình hút ẩm, đặt vào đĩa đựng giấy lọc ban đầu, cân và ghi kếtquả (a miligam)

V: thể tích mẫu (ml)

 Bước 2: Đưa dung dịch (bước 1) vào cốc 100 ml, thêm vào đó 1,25ml H2SO4đ,

để nguội thêm tiếp 1,25ml HNO3đ và 1,25ml H3PO4đ Đun sôi nhẹ bắc ra đểnguội cho 0,075gam KIO4 sau đó tiếp tục đun cho đến khi cạn một nửa

 Bước 3: Để nguội, cho vào bình định mức 25ml, định mức bằng nước cất đến

vạch Đo quang ở bước sóng 520mn

 Bước 4: Làm mẫu trắng thực hiện giống như bước 2-3

Chú ý: Nếu mẫu nước có mầu thì cần phá mẫu: cho vào 5ml axit HNO3 vào 100mlmẫu, đun sôi khoảng 30 phút đến khi mất màu, bắc ra để nguội Mẫu sau khi pháphải không màu, trong trường hợp vẫn còn mầu cần thêm 5ml axit HNO3 và đuntiếp

- Hydroxylamin NH2OH.HCl: Hoà tan 10gam NH2OH.HCl trong 100ml nước cất

- Phenanthrolin C12H8N2.H2O: Hoà tan 100mg C12H8N2.H2O trong 100ml nước cất(nếu không đun nóng, cho thêm 2 giọt HCl đặc và trong nước cất)

2.2 Cách tiến hành

- Lập đường chuẩn: Từ dung dịch 10mg/l pha ra các nồng độ 0,1; 0,2; mg/l

trong bình định mức 25ml Đưa các dung dịch vừa pha vào cốc 100 ml, sau đó thêm1ml HCl đặc và 0,5ml NH2OH.HCl Đun sôi cạn một nửa Để nguội, cho vào bình