Đang tải... (xem toàn văn)
Trong phương pháp này, đầu tiên BaCl2 được tự động bơm vào mẫu trong môi trường pH thấp để tạo kết tủa BaSO4 sau đó pH của dung dịch được điều chỉnh đến 10.. Sau đó methylthymol được thê[r]
(1)CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TAÀM 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 là anion thường gặp nước tự nhiên Nó là tiêu quan trọng nước cấp vì 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 là 250 mg/L Ngoài nước cấp cho công nghiệp và sinh hoạt, tiêu SO42- quan trọng khả kết hợp với các ion kim loại nước hình thành cặn các thiết bị đun nước, lò và các thiết bị trao đổi nhiệt Trong xử lý nước thải, tiêu SO42- quan tâm vấn đề mùi và ăn mòn đường ống quá 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: 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 8-1 (2) CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TAÀM NHÌN XANH Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com GREE GREEN EYE ENVIRONMENT H 2S S= SO2 SO3= Chaát thaûi hữu h ù Urin Löu huyønh SO3 SO4= Protein động vật Protein thực vật Hình 8.1 Chu trình sulfur (lưu huỳnh) tự nhiên Vấn đề mùi Khi không có diện oxy, sulfate coi là chất cung cấp oxy (chính xác là chất nhân điện tử) cho quá trình oxy hóa sinh hóa vi khuẩn kỵ khí Trong điều kiện kỵ khí, sulfate bị khử thành S2- Ion S2- kết hợp với ion H+ với số phân ly KA1 = 9,1.10-8 Quan hệgiữa các dạng H2S, HS- và S2- các pH khác dung dịch chứa 10-3 M H2S (hay 32 mg/L H2S) trình bày Hình 8.2 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 8-2 (3) CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TAÀM 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 các dạng H2S, HS- và S2- các pH khác dung dịch chứa 10-3 M H2S (hay 32 mg/L H2S) Tại pH ( dung dịch tồn chủ yếu hai dạng HS- và S2-, H2S tồn lượng nhỏ, vì áp suất riêng phần nó 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 bị 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 là đặc biệt nghiêm trọng mà nước thải sinh hoạt có nhiệt độ cao, thời gian lưu cống dài và nồng độ sulfate cao, điều này đã xảy nhiều vùng Mỹ, đặc biệt vùng phía nam nước này Nguyên nhân ăn mòn cho là H2S và H2SO4 quá trình khử sulfate thành H2S và từ H2S thành H2SO4 Thực H2S, hay H2S acid, là acid yếu, yếu H2CO3 và ít ảnh hưởng đến bêton có chất lượng cao Tuy nhiên, hệ thống cống thoát nước tự chảy , H2S là nguyên nhân gián tiếp gây ăn mòn “đỉnh cống” Đối với cống thoát nước tự chảy thường ít dùng môi trường có diện sulfate và có biến đổi sinh học Hệ thống cống là phần hệ thống xử lý và quá trình vận chuyển nước thải luôn xảy các biến đổi sinh học Những biến đổi này đòi hỏi có mặt oxy, lượng oxy không đủ quá trình thông gió tự nhiên không khí cống, quá trình khử sulfate thành sulfide xảy Ở pH thông thường nước thải, hầu hết S2- dạng H2S và phần nó bay vào lớp không khí trên lớp nước thải cống Nếu hệ thống cống thông gió tốt và thành cống và đỉnh cống khô ráo, việc hình thành H2S không gây ăn mòn cống Tuy nhiên, trường hợp thông gió kém, thành và đỉnh cống ẩm ướt, H2S hòa tan vào lớp nước trên thành và đỉnh cống tương ứng với áp suất riêng phần nó không khí diện cống Điều này không gây nguy hại nào 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 8-3 (4) CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TAÀM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com Vi khuẩn có khả oxy hóa H2S thành H2SO4 có mặt khắp nơi tự nhiên và nước thải Và dĩ nhiên là loại vi khuẩn này có mặt trên thành và đỉnh cống lúc lưu lượng lớn hay theo số cách khác Do điều kiện hiếu khí là luôn tồn hệ thống cống, vi khuẩn hiếu khí oxy hóa H2S thành H2SO4 theo Phương trình 1.10-4 và sau đó trở nên đậm đặc và ăn mòn bêton Vi khuẩn Thiobacillus, có khả oxy hóa H2S thành H2SO4 pH 2, cho là loại vi khuẩn chính gây vấn đề này Quá trình hình thành H2SO4 đặc biệt nghiêm trọng đỉnh cống đó quá trình rút nước là nhỏ nhất.các vấn đề mùi và ăn mòn hệ thống cống minh họa Hình 8.3 H2S+O2 Vi khuaån H2SO4 Môi trường để vi khuaån oxy hoùa H2S Giọt nước O2 H 2S O H 2S H2 S O2 Khoâng khí O2 H 2S H2 S O2 H 2S Nước thải Ñieàu kieän S= kî khí S= + 2H+ → H2S So = Hình 8.3 Sự hình thành H2S và ăn mòn quá trình oxy hóa H2S thành H2SO4 cống Những vấn đề đáng quan tâm khác Trong khai thác khoáng sản (bằng phương pháp sa lắng) và than, nước thải nước rò rỉ thường có pH thấp và nồng độ sulfate cao Lượng sulfide khoáng oxy hóa hoạt động vi sinh vật và các tác nhân hóa học để tạo thành acid sulfuric Không điều này làm gia tăng hàm lượng sulfate nước thải từ các mỏ mà còn làm giảm pH và tăng hàm lượng sắt và điều này làm giảm chất lượng nước Trong trường hợp này, biện pháp dùng là phủ kín mỏ để tránh oxy và nước vào mỏ để tránh phản ứng trên xảy Quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch tạo lượng SOx, khí này thủy phân nước mưa hình thành acid sulfuric và gây vấn đề mưa acid 8.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH Có phương pháp chuẩn dùng để phân tích hàm lượng sulfate nước, đó phương pháp sắc kí ion là phương pháp tốt và có thể xác định sulfate nước nồng độ thấp đến 0,1 mg/L Ba phương pháp còn lại là dựa trên lượng BaSO4 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 8-4 (5) CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TAÀM NHÌN XANH GREEN EYE ENVIRONMENT GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com không tan tạo thành thêm lượng dư BaCl2 vào mẫu Sự khác biệt ba phương pháp còn lại là khác phương pháp xác định 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 định dựa trên ảnh hưởng kết tủa đến quá trình truyền ánh sáng Trong phương pháp Methylthylmol Bule, lượng Ba dư xác định phương pháp đo độ màu từ đó tính lượng Ba kết hợp với Sulfate Việc lựa chọn phương pháp đo phụ thuộc vào mục đích xác định và nồng độ sulfate mẫu Trong bài này, ba phương pháp đo dựa vào lượng BaSO4 trình bày Phương pháp khối lượng Phương pháp khối lượng cho kết khá chính xác và sử dụng để xác định hàm lượng sulfate mẫu có nồng độ trên 10 mg/L Chú ý, khiá cạnh định lượng phương pháp này phụ thuộc vào khả kết hợp Ba2+ với SO42- để hình thành BaSO4 ít tan sau Để kết tủa hoàn toàn, lượng BaCl2 dư thêm vào nước đã acid hóa với HCl và giữ gần điểm sôi Việc mẫu acid hóa là để loại trừ kết tủa BaCO3 có thể xảy nhiệt độ cao nước có độ kiềm cao Do BaSO4 có độ hoà tan nhỏ (Ksp = 1x10-10), có thể xem hầu hết các kết tủa tạo thành dạng keo, keo này khó tách các phương pháp lọc thông thường Để khắc phục điều này, mẫu gia nhiệt để chuyển tất các các tủa từ dạng keo thành dạng tinh thể để có thể tách cách lọc BaSO4 tinh thể thường nhỏ, vì phải lựa chọn loại giấy lọc phù hợp Khi thực quá trình lọc, nên thực cẩn thận để đảm bảo toàn lượng kết tủa giữ lại trên giấy lọc và các muối khác loại bỏ cách rửa Mặc dù phương pháp này có độ chính xác cao tốn nhiều thời gian Kết tủa BaSO4 sau lọc xác định cách là cân khối lượng tro sau đốt để phân hủy giấy lọc, là cân cùng với giấy lọc sau đó trừ khối lượng giấy lọc đã cân ban đầu Phương pháp đo độ đục Phương pháp xác định sulfate cách đo độ đục dựa trên hình thành BaSO4 dạng keo sau thêm BaCl2 vào mẫu Để tăng hiệu hình thành keo BaSO4 dung dịch đệm acid chứa các MgCl2, KNO3, CH3COONa và CH3COOH cho vào Bằng việc chuẩn hóa phương pháp tạo keo BaSO4 lơ lửng, sulfate xác định cách này đáp ứng nhiều mục đích khác Phương pháp này cho kết nhanh và ứng dụng rộng rãi Khi nồng độ sulfate lớn 10 mg/L, trước thực phương pháp này, lượng nhỏ mẫu lấy sau đó pha loãng thành 50 mL sau đó thực theo phương pháp đã đề cập để xác định Để số liệu chính xác, thực phép đo luôn phải sử dụng mẫu chuẩn để loại bỏ các sai số có thể xảy thao tác và các chất thêm vào 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 8-5 (6) CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TAÀM NHÌN XANH GREE GREEN EYE ENVIRONMENT Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com Phương pháp đo tự động dùng Methylthymol Blue Phương pháp này có lợi đo hàng loạt mẫu Ở đó mẫu và hóa chất liên tục bơm tự động vào thiết bị đo và hòa trộn với Sau thời gian cần thiết để phản ứng hóa học, xảy ra, mẫu đưa vào phân đo để xác định độ màu độ đục (trong trường hợp sulfate, độ đục đo) từ đó xác định lượng sulfate Trong phương pháp này, đầu tiên BaCl2 tự động bơm vào mẫu môi trường pH thấp để tạo kết tủa BaSO4 sau đó pH dung dịch điều chỉnh đến 10 Sau đó methylthymol thêm vào để tạo phức xanh với lượng Ba dư Lượng Methylthymol không tạo phức có màu xám và đo tự động Dĩ nhiên, thiết bị hiệu chỉnh (calibrate) với dung dịch sulfate chuẩn và các hoá chất thêm vào phải chính xác và không có chất gây cản trở 8.3 ỨNG DỤNG SỐ LIỆU SULFATE Chỉ tiêu sulfate định nước có thích hợp cung cấp cho sinh hoạt hay công nghiệp hay không Chỉ tiêu sulfate xác định vấn đề liên quan đến mùi và ăn mòn việc khử sulfate thành sulfide Trong quá trình xử lý kỵ khí bùn và nước thải công nghiệp, việc khử sulfate có liên quan với methane và CO2 Nếu khí sinh học (biogas) sử dụng động thì nồng độ H2S không nên vượt quá 750 ppm (tính theo thể tích) Chỉ tiêu sulfate bùn và chất thải có thể dùng để đánh giá hàm lượng H2S biogas Từ thông tin này, kỹ sư thiết kế có thể định có hay không thiết bị lọc khí tách H2S và kích thước công trình Rất nhiều chất hữu có chứa lưu huỳnh sulfate, sulfonate hay sulfide Trong quá trình xử lý sinh học hiếu khí, phân hủy các chất hữu đã phá vỡ các liên kết sulfur này và hình thành SO42- 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 8-6 (7)