Tài liệu Giáo trình hóa môi trường P8 docx

GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ ngun khi bn phát hành li thơng tin t trang này. 8-1 CHNG 8 SULFATE 8.1 GII THIU CHUNG Ion sulfate là mt trong nhng anion thng gp trong nc t nhiên. Nó là ch tiêu quan trng trong nc cp vì khi hàm lng SO 4 2- trong nc cao s gây nh hng đn con ngi do tính cht ty ra ca sulfate. T lý do này, đi vi nc cp, nng đ gii hn ca sulfate là 250 mg/L. Ngồi ra trong nc cp cho cơng nghip và sinh hot, ch tiêu SO 4 2- cng rt quan trng do kh nng kt hp vi các ion kim loi trong nc hình thành cn trong các thit b đun nc, lò hi và các thit b trao đi nhit. Trong x lý nc thi, ch tiêu SO 4 2- cng đc quan tâm do vn đ v mùi và n mòn đng ng do q trình kh sulfate thành hydrogen sulfide trong điu kin k khí. Phng trình đc biu din nh sau  hiu rõ nhng bin đi ca sulfate, chu trình lu hunh đc trình bày trong Hình 8.1 GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ ngun khi bn phát hành li thơng tin t trang này. 8-2 Lưu huỳnh H 2 S S = SO 2 SO 3 = SO 3 SO 4 = Chất thải hữu cơ hù Protein động vật Protein thực vật Urin Hình 8.1 Chu trình sulfur (lu hunh) trong t nhiên. Vn đ v mùi Khi khơng có s hin din ca oxy, sulfate đc coi nh là cht cung cp oxy (chính xác hn là cht nhân đin t) cho q trình oxy hóa sinh hóa ca vi khun k khí. Trong điu kin k khí, sulfate b kh thành S 2- . Ion S 2- s kt hp vi ion H+ vi hng s phân ly K A1 = 9,1.10-8. Quan hgia các dng H 2 S, HS - và S 2- ti các pH khác nhau ca dung dch cha 10 -3 M H 2 S (hay 32 mg/L H 2 S) đc trình bày trong Hình 8.2. GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ ngun khi bn phát hành li thơng tin t trang này. 8-3 5 6 7 8 9 10 11 p H 100 80 60 % 40 20 0 HS - S = H 2 S Hình 8.2 Quan h gia các dng H 2 S, HS - và S 2- ti các pH khác nhau ca dung dch cha 10 -3 M H 2 S (hay 32 mg/L H 2 S). Ti pH ( 8 trong dung dch tn ti ch yu hai dng HS - và S 2- , H 2 S ch tn ti mt lng rt nh, vì vy áp sut riêng phn ca nó rt thp. Do đó, vn đ mùi khơng xy ra. Ti pH < 8 cân bng hng ti s hình thành H 2 S, ti pH = 7, 80% S 2-  dng H 2 S. Khi mt lng ln sulfate b kh thành ion sulfide, áp sut riêng phn ca H 2 S đ đ gây ra vn đ v mùi. Do đc tính ca khí H 2 S, trong khơng khí hàm lng ca H 2 S nên nh hn 20 ppm. n mòn đng ng S n mòn “đnh cng“ (crown) ca ng bêton là đc bit nghiêm trng khi mà nc thi sinh hot có nhit đ cao, thi gian lu trong cng dài và nng đ sulfate cao, điu này đã xy ra  nhiu vùng ca M, đc bit  nhng vùng phía nam nc này. Ngun nhân ca s n mòn đc cho là do H 2 S và H 2 SO 4 bi q trình kh sulfate thành H 2 S và t H 2 S thành H 2 SO 4 . Thc ra H 2 S, hay H 2 S acid, là mt acid yu, yu hn c H 2 CO 3 và ít nh hng đn bêton có cht lng cao. Tuy nhiên, trong h thng cng thốt nc t chy , H 2 S là ngun nhân gián tip gây ra s n mòn “đnh cng”. i vi cng thốt nc t chy thng ít dùng trong nhng mơi trng có s hin din ca sulfate và có nhng bin đi sinh hc. H thng cng là mt phn ca h thng x lý và trong q trình vn chuyn nc thi ln xy ra các bin đi sinh hc. Nhng bin đi này đòi hi có mt ca oxy, nu lng oxy khơng đ do q trình thơng gió t nhiên ca khơng khí trong cng, q trình kh sulfate thành sulfide s xy ra.  pH thơng thng ca nc thi, hu ht S 2-  dng H 2 S và mt phn ca nó bay vào lp khơng khí  trên lp nc thi trong cng. Nu h thng cng đc thơng gió tt và thành cng và đnh cng khơ ráo, vic hình thành ca H 2 S khơng gây ra s n mòn cng. Tuy nhiên, trong trng hp thơng gió kém, thành và đnh cng m t, H 2 S s hòa tan vào lp nc trên thành và đnh cng tng ng vi áp sut riêng phn ca nó trong khơng khí hin din trong cng. iu này hu nh khơng gây nguy hi nào. GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ ngun khi bn phát hành li thơng tin t trang này. 8-4 Vi khun có kh nng oxy hóa H 2 S thành H 2 SO 4 có mt khp ni trong t nhiên và trong nc thi. Và d nhiên là loi vi khun này cng có mt trên thành và đnh cng ti nhng lúc lu lng ln hay theo mt s cách khác. Do điu kin hiu khí là ln tn ti trong h thng cng, nhng vi khun hiu khí oxy hóa H 2 S thành H 2 SO 4 theo Phng trình 1.10-4 và sau đó tr nên đm đc và n mòn bêton. Vi khun Thiobacillus, có kh nng oxy hóa H 2 S thành H 2 SO 4  pH 2, đc cho là loi vi khun chính gây ra vn đ này. Q trình hình thành H 2 SO 4 đc bit nghiêm trng  đnh cng do ti đó q trình rút nc là nh nht.các vn đ v mùi và n mòn trong h thng cng đc minh ha trong Hình 8.3 Gio ï t nước Nước thải So 4 = S = S = + 2H + → H 2 S Điều kiện kỵ khí H 2 S H 2 SH 2 S O 2 O 2 O 2 Không khí O 2 H 2 S H 2 S O 2 H 2 S Môi trường để vi khuẩn oxy hóa H 2 S H 2 S+O 2 H 2 SO 4 Vi khuẩn Hình 8.3 S hình thành H 2 S và s n mòn do q trình oxy hóa H 2 S thành H 2 SO 4 trong cng. Nhng vn đ đáng quan tâm khác Trong khai thác khống sn (bng phng pháp sa lng) và than, nc thi hoc nc rò r thng có pH thp và nng đ sulfate cao. Lng sulfide trong khống s đc oxy hóa do hot đng ca vi sinh vt và các tác nhân hóa hc đ to thành acid sulfuric. Khơng nhng điu này làm gia tng hàm lng sulfate trong nc thi ra t các m mà còn làm gim pH và tng hàm lng st và điu này làm gim cht lng nc. Trong trng hp này, bin pháp đc dùng là ph kín m đ tránh oxy và nc đi vào m đ tránh phn ng trên xy ra. Q trình đt nhiên liu hóa thch cng to ra mt lng SOx, nhng khí này khi thy phân trong nc ma hình thành acid sulfuric và s gây ra vn đ ma acid. 8.2 CÁC PHNG PHÁP PHÂN TÍCH Có 4 phng pháp chun đc dùng đ phân tích hàm lng sulfate trong nc, trong đó phng pháp sc kí ion là phng pháp tt nht và có th xác đnh sulfate trong nc  nng đ thp đn 0,1 mg/L. Ba phng pháp còn li là da trên lng BaSO 4 GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ ngun khi bn phát hành li thơng tin t trang này. 8-5 khơng tan to thành khi thêm mt lng d BaCl 2 vào trong mu. S khác bit gia ba phng pháp còn li là s khác nhau trong phng pháp xác đnh lng BaSO 4 hình thành. Trong phng pháp khi lng, lng kt ta BaSO 4 to thành đc mang cân. Trong phng pháp đo đ đc, lng BaSO 4 đc xác đnh da trên nh hng ca kt ta đn q trình truyn ánh sáng. Trong phng pháp Methylthylmol Bule, lng Ba d đc xác đnh bng phng pháp đo đ màu t đó tính ra lng Ba kt hp vi Sulfate. Vic la chn phng pháp đo ph thuc vào mc đích xác đnh và nng đ sulfate trong mu. Trong bài này, ba phng pháp đo da vào lng BaSO 4 s đc trình bày. Phng pháp khi lng Phng pháp khi lng cho kt qu khá chính xác và đc s dng đ xác đnh hàm lng sulfate trong mu có nng đ trên 10 mg/L. Chú ý, khiá cnh đnh lng ca phng pháp này ph thuc vào kh nng kt hp ca Ba 2+ vi SO 4 2- đ hình thành BaSO 4 ít tan nh sau.  kt ta hồn tồn, mt lng BaCl 2 d đc thêm vào nc đã đc acid hóa vi HCl và đc gi  gn đim sơi. Vic mu đc acid hóa là đ loi tr kt ta BaCO 3 có th xy ra  nhit đ cao đi vi nc có đ kim cao. Do BaSO 4 có đ hồ tan nh (K sp = 1x10 -10 ), có th xem nh hu ht các kt ta to thành  dng keo, keo này rt khó tách ra bng các phng pháp lc thơng thng.  khc phc điu này, mu đc gia nhit đ chuyn tt các các ta t dng keo thành dng tinh th đ có th tách ra bng cách lc. BaSO 4 tinh th thng rt nh, vì vy phi la chn loi giy lc phù hp. Khi thc hin q trình lc, nên thc hin ht sc cn thn đ đm bo tồn b lng kt ta đc gi li trên giy lc và các mui khác đc loi b bng cách ra. Mc dù phng pháp này có đ chính xác cao nhng tn rt nhiu thi gian. Kt ta BaSO 4 sau lc đc xác đnh bng cách hoc là cân khi lng tro sau khi đt đ phân hy giy lc, hoc là cân cùng vi giy lc sau đó tr đi khi lng giy lc đã đc cân ban đu. Phng pháp đo đ đc Phng pháp xác đnh sulfate bng cách đo đ đc da trên s hình thành BaSO 4 dng keo sau khi thêm BaCl 2 vào mu.  tng hiu qu hình thành keo BaSO4 dung dch đm acid cha các MgCl 2 , KNO 3 , CH 3 COONa và CH 3 COOH đc cho vào. Bng vic chun hóa phng pháp to keo BaSO 4 l lng, sulfate đc xác đnh bng cách này đáp ng đc nhiu mc đích khác nhau. Phng pháp này cho kt qu rt nhanh và đc ng dng rng rãi. Khi nng đ ca sulfate ln hn 10 mg/L, trc khi thc hin phng pháp này, mt lng nh mu đc ly sau đó pha lỗng thành 50 mL sau đó thc hin theo phng pháp đã đ cp đ xác đnh.  s liu chính xác, trong khi thc hin phép đo ln phi s dng mu chun đ loi b các sai s có th xy ra do thao tác và các cht thêm vào. GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huỳnh Ngọc Phương Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ ngun khi bn phát hành li thơng tin t trang này. 8-6 Phng pháp đo t đng dùng Methylthymol Blue Phng pháp này rt có li khi đo hàng lot mu.  đó mu và hóa cht đc liên tc bm t đng vào thit b đo và đc hòa trn vi nhau. Sau thi gian cn thit đ phn ng hóa hc, xy ra, mu đc đa vào b phân đo đ xác đnh đ màu hoc đ đc (trong trng hp sulfate, đ đc đc đo) t đó xác đnh đc lng sulfate. Trong phng pháp này, đu tiên BaCl 2 đc t đng bm vào mu trong mơi trng pH thp đ to kt ta BaSO 4 sau đó pH ca dung dch đc điu chnh đn 10. Sau đó methylthymol đc thêm vào đ to phc xanh vi lng Ba d. Lng Methylthymol khơng to phc s có màu xám và đc đo t đng. D nhiên, thit b cng đc hiu chnh (calibrate) vi dung dch sulfate chun và các hố cht thêm vào phi chính xác và khơng có cht gây cn tr. 8.3 NG DNG S LIU SULFATE Ch tiêu sulfate quyt đnh nc có thích hp cung cp cho sinh hot hay cơng nghip hay khơng. Ch tiêu sulfate cng xác đnh nhng vn đ liên quan đn mùi và n mòn do vic kh sulfate thành sulfide. Trong q trình x lý k khí bùn và nc thi cơng nghip, vic kh sulfate có liên quan vi methane và CO 2 . Nu khí sinh hc (biogas) đc s dng trong đng c thì nng đ ca H 2 S khơng nên vt q 750 ppm (tính theo th tích). Ch tiêu ca sulfate trong bùn và trong cht thi có th đc dùng đ đánh giá hàm lng H 2 S trong biogas. T nhng thơng tin này, k s thit k có th quyt đnh có hay khơng thit b lc khí tách H 2 S và kích thc ca cơng trình. Rt nhiu cht hu c có cha lu hunh nh sulfate, sulfonate hay sulfide. Trong q trình x lý sinh hc hiu khí, s phân hy các cht hu c đã phá v các liên kt sulfur này và hình thành SO 4 2- . . H 2 S Môi trường để vi khuẩn oxy hóa H 2 S H 2 S+O 2 H 2 SO 4 Vi khuẩn Hình 8.3 S hình thành H 2 S và s n mòn do q trình. trình lu hunh đc trình bày trong Hình 8.1 GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRƯỜNG TẦM NHÌN XANH