Nó trở thành câu hỏi xem kết quả tính toán này dưới điều kiện phòng thí nghiệm bình thường hóa trên hiện trường có độ tin cậy hơn kết quả thu được bằng qui trình định phân hay không, khi[r]
(1)CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREEN EYE ENVIRONMENT GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com CHƯƠNG ĐỘ ACID 2.1 KHÁI NIỆM CHUNG Hầu hết các nguồn nước thiên nhiên, nước thải sinh hoạt và nhiều loại nước thải công nghiệp có khả đệm hệ thống carbonic-bicarbonate Trên sở thông tin này, người ta thường xem xét tất các 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 còn lại phải trung hòa Nó cho thấy thân carbonic không làm giảm pH xuống Từ đường cong định phân các acid mạnh và tính chất đường cong, người ta có thể kết luận việc trung hòa acid kết thúc pH Vì vậy, từ tính chất đường cong định phân acid carbonic và acid mạnh, rõ ràng là độ acid nước tự nhiên là acid carbonic acid vô mạnh gây ra, acid carbonic ảnh hưởng nước có pH lớn và 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 là thành phần chủ yếu tất nước tự nhiên Nó hòa tan vào nước mặt quá trình hấp thụ từ khí phụ thuộc vào định luật Henry, nồng độ acid carbonic nhỏ cân carbonic không khí Carbonic có thể tạo thành nước thông qua việc oxy hóa sinh học các chất hữu cơ, đặc biệt nước bị ô nhiễm Trong trường hợp vậy, các hoạt động quang hợp bị hạn chế, nồng độ carbonic có thể vượt qua cân và 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 là nhỏ vì áp suất riêng phần khí carbonic không khí là thấp ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thông tin từ trang này 2-1 (2) CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE GREEN EYE ENVIRONMENT 10 Ñieåm keát thuùc phenolphthalein Dãy độ acid carbonic Ñieåm keát thuùc methyl cam Dãy thực tế độ acid vô Hình 2.1 Các loại độ acid quan trọng nước bình thường và nước thải Nước ngầm và nước từ vùng các đối lưu hồ chứa phân tầng thường chứa lượng đáng kể khí carbonic Nồng độ này là kết việc phân hủy sinh học các chất hữu có nước hoạt động vi sinh vật, điều kiện này khí carbonic không thể tự giải phóng vào khí Khí carbonic là sản phẩm cuối cùng quá trình phân hủy sinh học hiếu khí và kị khí; vì vậy, nồng độ nó không bị 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 và các 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 có thể lên đến 320 mg/L Điều này đặc biệt đúng nước thấm qua các lớp đất không chứa đủ carbonate canxi và magne để trung hòa carbonic qua việc tạo thành carbonate CO2 + CaCO3 + H2O Æ Ca2+ + 2HCO3- (2 – 1) Acid vô có mặt nhiều loại chất thải công nghiệp, đặc biệt các loại chất thải công nghiệp luyện kim và phần từ sản phẩm các loại vật liệu hữu tổng hợp Các nguồn nước thiên nhiên có thể chứa độ acid vô Nước thải từ các khu vực hầm mỏ và nơi đổ quặng chứa lượng đáng kể acid sulfuric muối acid sulfuric có mặt lưu huỳnh, sulfide pyrit sắt Việc chuyển hóa các vật liệu này thành acid sulfuric và sulfate vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh thực điều kiện hiếu khí 2S + 3O2 + 2H2O FeS2 + 1,5O2 + H2O Vi khuaån 4H+ + 2SO42- (2 – 2) Vi khuaån Fe2- + 2H+ + 2SO42- (2 – 3) ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thông tin từ trang này 2-2 (3) CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREEN EYE ENVIRONMENT GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com Muối kim loại nặng, đặc biệt là các ion kim loại hóa trị ba, Fe (III) và Al (III) thủy phân nước để giải phóng độ acid vô FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3H+ + 3Cl- (2 – 4) Sự có mặt các kim loại nặng thị việc tạo thành kết tủa pH dung dịch chứa các kim loại trên tăng lên trung hòa Nhiều chất thải chứa acid hữu Sự có mặt và tính chất chúng có thể xác định cách sử dụng đường cong định phân định tính sắc kí khí 2.3 Ý NGHĨA CỦA ĐỘ ACID CARBONIC VÀ ACID Độ acid ít quan tâm lĩnh vực sinh học sức khỏe cộng đồng Khí carbonic nước và bia nồng độ cao nhiều cho với các nguồn nước thiên nhiên và không ảnh hưởng có hại đến sức khỏe Nước chứa acid vô thường không ngon Nước acid quan tâm vì tính ăn mòn chúng và chi phí việc xử lý các chất ăn mòn Carbonic là yếu tố gây ăn mòn hầu hết các loại nước tự nhiên, nhiều loại nước thải công nghiệp acid vô là nguyên nhân gây tính ăn mòn này Khí carbonic phải tính toán đến quá trình làm mềm nước sử dụng với soda Trong quá trình xử lý sinh học, pH phải trì khoảng từ đến 9,5 Tiêu chuẩn này thường đòi hỏi việc điều chỉnh pH tới mức thích hợp và nhiều trường hợp việc tính toán khối lượng hóa chất cần thiết dựa trên giá trị độ acid Quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch các nhà máy nhiệt điện và xe ôtô dẫn đến việc tạo thành oxit nitơ và oxit lưu huỳnh Khi hòa tan nước mưa chúng thủy phân tạo thành acid sulfuric và acid nitric Kết là mưa acid làm giảm pH các hồ nước có khả đệm thấp, ảnh hưởng xấu đến đời sống nước và có thể 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 và nitơ cần thực thải các loại khí đốt vào môi trường không khí 2.4 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH Độ acid carbonic và acid vô có thể xác định việc sử dụng các dung dịch kiềm tiêu chuẩn Acid vô đo định phân đến pH khoảng 3,7 với điểm kết thúc methyl cam Kết định phân mẫu nước đến điểm kết thúc phenolphthalein với pH 8,3 xác định độ acid vô và độ acid các acid yếu gây nên Độ acid tổng cộng này có tên là độ acid phenolphthalein ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thông tin từ trang này 2-3 (4) CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Độ acid carbonic Nếu muốn có kết tin cậy với độ chính xác cao, cần phải đặc biệt lưu ý lấy mẫu, bảo quản mẫu và phân tích mẫu để xác định nồng độ carbonic, không tính đến phương pháp phân tích Trong các nguồn nước mà carbonic đóng vai trò quan trọng, áp suất riêng phần nó thường lớn nhiều lần áp suất khí carbonic khí quyển; vì tiếp xúc với không khí phải tránh giữ mức độ thất thoát mức nhỏ Vì lý này, việc phân tích có thể thực tốt nơi lấy mẫu, tránh việc tiếp xúc với không khí và thay đổi nhiệt độ Mẫu nước phải lấy tương tự lấy mẫu để xác định oxy hòa tan, chẳng hạn dùng ống pipet ngập nước để tránh các bọt khí và cho phép bình chứa mẫu chảy tràn và 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 định phân Để giảm đến mức thấp việc tiếp xúc với không khí, tốt nên lấy mẫu và định phân các ống định mức ống so màu Ống so màu ống định mức phải để chảy tràn và việc lấy mẫu với thể tích thích hợp thực cách sử dụng siphon pipet Sau bổ sung khối lượng thích hợp chất thị phenolphthalein, tiến hành định phân để giảm đến mức thấp thất thoát khí carbonic vào không khí Thông thường, ban đầu khối lượng đáng kể khí carbonic bị thất thoát phải khuấy mẫu Kết tin cậy có thể thu việc lấy mẫu lần hai và thêm khối lượng chất định phân đã biết trước tiến hành khuấy trộn Việc định phân có thể hoàn thiện với việc thất thoát khí carbonic là không đáng kể Điểm kết thúc cuối cùng xuất chậm, đó việc định phân kết thúc hoàn toàn màu hồng tồn 30 giây Khi hydroxide natri sử dụng làm chất chuẩn, cần phải chắn nó không chứa carbonate natri Phản ứng có liên quan đến quá trình trung hòa xảy theo hai bước 2NaOH + CO2 Æ Na2CO3 + H2O Na2CO3 + CO2 + H2O Æ 2NaHCO3 (2 – 5) (2 – 6) và từ Phương trình (2 – 6) rõ ràng là carbonate natri có mặt hydroxide natri gây nên sai số kết phân tích Để khắc phục khó khăn này, dung dịch carbonate natri là chất định phân chuẩn giới thiệu để đo acid carbonic Carbonate natri có thể sử dụng theo khả này vì phản ứng cách định lượng với acid carbonic, trình bày Phương trình (2 – 6) Nó có ưu điểm định là có thể mua dạng tinh khiết phân tích (PA) Tính toán từ độ pH và độ kiềm Có khả tính toán khối lượng carbonic mẫu nước từ phương trình phân ly acid carbonic Khi pH thấp 8,5, số ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thông tin từ trang này 2-4 (5) CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com phân ly bậc acid carbonic có thể sử dụng cho biết nồng độ ion – hydro, nồng độ ion – bicarbonate và số phân ly K1: [H+] [HCO3-] * [H2CO3 ] = KA1 (2 – 7) Thực tế, [H2CO3*] phương trình này thiết lập tương đương với tổng nồng độ mol acid carbonic và carbonic tự vì khó phân biệt hai dạng trên acid carbonic Vì carbonic tự chiếm khoảng 99 phần trăm tổng nồng độ, phương trình trên là phương trình gần đúng Việc sử dụng Phương trình (2 – 7) mô tả ví dụ sau Nếu KAl = 4,3 x 10-7, [H+] =10-7 và [HCO3-] = 4,3 x 10-7, thì 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 trên chính xác, cần phải kể đến ảnh hưởng các ion khác và ảnh hưởng nhiệt độ đến số K1 Từ nhận xét trên có thể thấy việc tính toán khí carbonic tự nước là quá trình phức tạp, vì hướng dẫn “Standard methods” có trình bày đồ thị để xác định carbonic tự từ pH, độ kiềm, chất rắn hòa tan và nhiệt độ Việc xác định carbonic từ số đo độ pH và độ kiềm có thể cho kết với độ chính xác cao, không thực cần thiết Phương pháp gặp phải khó khăn là phải biết nồng độ chất rắn hòa tan Điều này đòi hỏi phải phân tích riêng biệt phương pháp trọng lượng độ dẫn Tương tự, pH phải đo với độ chính xác cao, vì thay đổi nhỏ dẫn đến sai số lớn Ví dụ, pH sai số 0,1 dẫn đến sai số 25 phần trăm xác định carbonic Nó trở thành câu hỏi xem kết tính toán này điều kiện phòng thí nghiệm bình thường hóa trên trường có độ tin cậy kết thu qui trình định phân hay không, việc quan tâm thích hợp thực đến các mô tả chi tiết cho phương pháp định phân Xem xét các khó khăn phương pháp, người ta thấy qui trình định phân thường là phương pháp lựa chọn nồng độ carbonic lớn mg/L, đó đòi hỏi các nồng độ nhỏ sai số lớn hơn, vì qui trình tính toán kiến nghị thực Phương pháp trường Phương trình định phân có nhiều ưu điểm và tính chính xác đủ cho tất các mục đích thực tế Độ Acid Methyl Cam Tất nước thiên nhiên và hầu hết các loại nước thải công nghiệp có pH thấp có độ acid vô độ acid methyl cam Acid vô cần trung hòa thời điểm pH tăng lên 3,7 và chất thị pH màu thường sử dụng máy đo pH không có sẵn Trong đó, trước đây methyl cam sử dụng cho mục đích này, ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thông tin từ trang này 2-5 (6) CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREEN EYE ENVIRONMENT GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com bromphenol kiến nghị sử dụng vì thay đổi màu rõ nét pH 3,7 Kết trình bày khái niệm độ acid methyl cam CaCO3 Vì CaCO3 có đương lượng là 50, dung dịch N/50 NaOH sử dụng làm chất định phân, đó mL tương đương với mg độ acid Độ acid phenolphthalein Đôi khi, cần phải đo độ acid tổng cộng acid vô và acid yếu mẫu nước Vì hầu hết các acid yếu trung hòa pH 8,3 nên chất thị phenolphthalein và metacresol màu đỏ tía có thể có thể sử dụng việc định phân Khi có mặt các muối kim loại nặng, người ta thường đun nóng mẫu và định phân Đun nóng mẫu làm tăng tốc độ thủy phân muối kim loại, cho phép việc định phân kết thúc nhanh chóng Một lần nữa, dung dịch N/50 NaOH sử dụng làm chất định phân và kết trình bày dạng độ acid phenolphthalein CaCO3 2.5 ỨNG DỤNG SỐ LIỆU VỀ ĐỘ ACID Việc xác định nồng độ carbonic đặc biệt quan trọng lĩnh vực cấp nước Trong việc phát triển các nguồn nước cấp mới, nó là yếu tố quan trọng cần phải cân nhắc các phương pháp và công trình xử lý Nhiều nguồn nước ngầm yêu cầu phải xử lý để tránh tượng ăn mòn carbonic gây Khối lượng khí carbonic nước là yếu tố quan trọng để xác định xem việc khử khí thực làm thoáng hay trung hòa với vôi hydroxide natri Kích thước các thiết bị, liệu lượng hóa chất, kho dự trữ và giá thành xử lý phụ thuộc vào khối lượng carbonic có mặt nước Nồng độ carbonic là thông số quan trọng để ước tính nhu cầu hóa chất vôi sođa Hầu hết các chất thải công nghiệp chứa acid vô phải trung hòa trước chúng xả vào sông đường ống thoát nước đến trạm xử lý Khối lượng hóa chất, kích thước các thiết bị châm hóa chất, kho lưu trữ và giá thành xác định đưa vào số liệu độ acid phòng thí nghiệm ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved Xin ghi rõ nguồn bạn phát hành lại thông tin từ trang này 2-6 (7)