Tài liệu Giáo trình hóa môi trường P2 ppt

GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRNG TM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ ngun khi bn phát hành li thông tin t trang này. 2-1 CHNG 2  ACID 2.1 KHÁI NIM CHUNG Hu ht các ngun nc thiên nhiên, nc thi sinh hot và rt nhiu loi nc thi công nghip có kh nng đm do h thng carbonic-bicarbonate. Trên c s ca thông tin này, ngi ta thng xem xét rng tt c các ngun nc có pH nh hn 8,5 đu có đ acid. Thng thng đim kt thúc phenolphthalein ti pH 8,2 đn 8,4 đc s dng nh đim tham kho. Kho sát đng cong ca acid carbonic cho thy rng  pH 7,0 carbonic còn li phi đc trung hòa. Nó cng cho thy rng bn thân carbonic s không làm gim pH xung di 4. T đng cong đnh phân ca các acid mnh và tính cht ca đng cong, ngi ta có th kt lun rng vic trung hòa ca acid kt thúc ti pH 4. Vì vy, t tính cht ca đng cong đnh phân acid carbonic và acid mnh, rõ ràng là đ acid ca nc t nhiên là do acid carbonic hoc acid vô c mnh gây ra, acid carbonic nh hng đi vi nc có pH ln hn 4 và acid mnh có nh hng vi nc có pH nh hn 4, nh trình bày trong Hình 2.1. 2.2 NGUN GC VÀ TÍNH CHT CA  ACID Acid carbonic là thành phn ch yu ca tt c nc t nhiên. Nó hòa tan vào nc mt bng quá trình hp th t khí quyn ph thuc vào đnh lut Henry, nhng ch khi nng đ ca acid carbonic nh hn s cân bng ca carbonic trong không khí. Carbonic cng có th to thành trong nc thông qua vic oxy hóa sinh hc các cht hu c, đc bit trong nc b ô nhim. Trong nhng trng hp nh vy, nu các hot đng quang hp b hn ch, nng đ ca carbonic có th vt qua cân bng và khí carbonic s t nc thoát vào không khí. Vì vy ngi ta đi đn kt lun rng nc mt hp th hoc gii phóng mt cách cân bng khí carbonic đ gi cân bng vi không khí. Khi lng khí carbonic  trng thái cân bng là rt nh vì áp sut riêng phn ca khí carbonic trong không khí là rt thp. GREEN EYE ENVIRONMENT CƠNG TY MƠI TRNG TM 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. 2-2 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 Điểm kết thúc phenolphthalein Dãy của độ acid carbonic Điểm kết thúc methyl cam Dãy thực tế của độ acid vô cơ Hình 2.1 Các loi đ acid quan trng trong nc bình thng và nc thi. Nc ngm và nc t vùng các đi lu ca h cha phân tng thng cha mt lng đáng k khí carbonic. Nng đ này là kt qu ca vic phân hy sinh hc các cht hu c có trong nc di s hot đng ca vi sinh vt, trong điu kin này khí carbonic khơng th t do gii phóng vào khí quyn. Khí carbonic là sn phm cui cùng ca c q trình phân hy sinh hc hiu khí và k khí; vì vy, nng đ ca nó khơng b gii hn bi khi lng oxy hòa tan ban đu. Thng nc ngm có nng đ khí carbonic khong 30 – 50 mg/L. Nc ngm ca thành ph H Chí Minh và các tnh đng bng sơng Cu Long thng có nng đ khí carbonic t 80 – 120 mg/L, nhiu ni  tng nc ngm mch sâu (200 – 300 m) nng đ CO2 có th lên đn 320 mg/L. iu này đc bit đúng đi vi nc thm qua các lp đt khơng cha đ carbonate canxi và magne đ trung hòa carbonic qua vic to thành carbonate. CO 2 + CaCO 3 + H 2 O å Ca 2+ + 2HCO 3 - (2 – 1) Acid vơ c có mt trong nhiu loi cht thi cơng nghip, đc bit trong các loi cht thi cơng nghip luyn kim và mt phn t sn phm các loi vt liu hu c tng hp. Các ngun nc thiên nhiên cng có th cha đ acid vơ c. Nc thi t các khu vc hm m và ni đ qung s cha mt lng đáng k acid sulfuric hoc mui ca acid sulfuric nu có mt lu hunh, sulfide hoc pyrit st. Vic chuyn hóa các vt liu này thành acid sulfuric và sulfate do vi khun oxy hóa lu hunh thc hin trong điu kin hiu khí. Vi khuẩn 2S + 3O 2 + 2H 2 O 4H + + 2SO 4 2- Vi khuẩn FeS 2 + 1 , 5O 2 + H 2 O Fe 2- + 2H + + 2SO 4 2- ( 2 – 2 ) ( 2 – 3 ) GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRNG TM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ ngun khi bn phát hành li thông tin t trang này. 2-3 Mui ca kim loi nng, đc bit là các ion kim loi hóa tr ba, nh Fe (III) và Al (III) thy phân trong nc đ gii phóng đ acid vô c. FeCl 3 + 3H 2 O → Fe(OH) 3 + 3H + + 3Cl - (2 – 4) S có mt ca các kim loi nng đc ch th bng vic to thành kt ta khi pH ca dung dch cha các kim loi trên đc tng lên khi trung hòa. Nhiu cht thi cha acid hu c. S có mt và tính cht ca chúng có th đc xác đnh bng cách s dng đng cong đnh phân đnh tính hoc sc kí khí. 2.3 Ý NGHA CA  ACID CARBONIC VÀ ACID  acid ít đc quan tâm nht trong lnh vc v sinh hc hoc sc khe cng đng. Khí carbonic trong nc ngt và bia  nng đ cao hn rt nhiu cho vi các ngun nc thiên nhiên và không nh hng có hi đn sc khe. Nc cha acid vô c thng không ngon. Nc acid đc quan tâm vì tính n mòn ca chúng và chi phí trong vic x lý các cht n mòn. Carbonic là yu t gây n mòn  hu ht các loi nc t nhiên, nhng trong rt nhiu loi nc thi công nghip acid vô c là nguyên nhân gây ra tính n mòn này. Khí carbonic phi đc tính toán đn trong quá trình làm mm nc khi s dng vi soda. Trong quá trình x lý sinh hc, pH phi đc duy trì trong khong t 6 đn 9,5. Tiêu chun này thng đòi hi vic điu chnh pH ti mc thích hp và trong nhiu trng hp vic tính toán khi lng hóa cht cn thit da trên giá tr đ acid. Quá trình đt nhiên liu hóa thch trong các nhà máy nhit đin và xe ôtô dn đn vic to thành oxit nit và oxit lu hunh. Khi hòa tan trong nc ma chúng thy phân to thành acid sulfuric và acid nitric. Kt qu là ma acid làm gim pH trong các h nc có kh nng đm thp, nh hng xu đn đi sng di nc và có th làm tng khi lng hóa cht nh nhôm, st, silic hòa tan t đt vào nc b mt. Vì nhng lý do này, vic kim soát oxit lu hunh và nit cn đc thc hin khi thi các loi khí đt vào môi trng không khí. 2.4 PHNG PHÁP XÁC NH  acid carbonic và acid vô c có th đc xác đnh bng vic s dng các dung dch kim tiêu chun. Acid vô c đc đo bng đnh phân đn pH khong 3,7 vi đim kt thúc methyl cam. Kt qu đnh phân mu nc đn đim kt thúc phenolphthalein vi pH 8,3 xác đnh c đ acid vô c và đ acid do các acid yu gây nên.  acid tng cng này có tên là đ acid phenolphthalein. GREEN EYE ENVIRONMENT CễNG TY MễI TRNG TM NHèN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huyứnh Ngoùc Phửụng Mai â Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rừ ngun khi bn phỏt hnh li thụng tin t trang ny. 2-4 acid carbonic Nu mun cú kt qu tin cy vi chớnh xỏc cao, cn phi c bit lu ý khi ly mu, bo qun mu v phõn tớch mu xỏc nh nng carbonic, khụng tớnh n phng phỏp phõn tớch. Trong cỏc ngun nc m carbonic úng vai trũ quan trng, ỏp sut riờng phn ca nú thng ln hn nhiu ln ỏp sut ca khớ carbonic trong khớ quyn; vỡ vy khi tip xỳc vi khụng khớ phi trỏnh hoc gi mc tht thoỏt mc nh nht. Vỡ lý do ny, vic phõn tớch cú th c thc hin tt nht ngay ti ni ly mu, trỏnh c vic tip xỳc vi khụng khớ v s thay i ca nhit . Mu nc phi c ly tng t nh khi ly mu xỏc nh oxy hũa tan, chng hn dựng ng hoc pipet ngp trong nc trỏnh cỏc bt khớ v cho phộp bỡnh cha mu chy trn v cho nc thay th ch ca khụng khớ. Nu mu phi vn chuyn v phũng thớ nghim phõn tớch, chai ly mu phi c y kớn khụng khớ khụng lt c vo chai. Nhit phi c gi gn vi nhit ti ni ly mu. Phng phỏp nh phõn. gim n mc thp nht vic tip xỳc vi khụng khớ, tt nht nờn ly mu v nh phõn trong cỏc ng nh mc hoc ng so mu. ng so mu hoc ng nh mc phi c chy trn v vic ly mu vi th tớch thớch hp c thc hin bng cỏch s dng siphon hoc pipet. Sau khi b sung khi lng thớch hp cht ch th phenolphthalein, tin hnh nh phõn ngay gim n mc thp nht s tht thoỏt khớ carbonic vo khụng khớ. Thụng thng, ban u mt khi lng ỏng k ca khớ carbonic s b tht thoỏt do phi khuy trong mu. Kt qu tin cy hn cú th thu c bng vic ly mu ln hai v thờm mt khi lng cht nh phõn ó bit trc khi tin hnh khuy trn. Vic nh phõn cú th hon thin vi vic tht thoỏt khớ carbonic l khụng ỏng k. im kt thỳc cui cựng s xut hin rt chm, do ú vic nh phõn s ch kt thỳc hon ton khi mu hng tn ti 30 giõy. Khi hydroxide natri c s dng lm cht chun, cn phi chc chn rng nú khụng cha carbonate natri. Phn ng cú liờn quan n quỏ trỡnh trung hũa xy ra theo hai bc. 2NaOH + CO 2 ồ Na 2 CO 3 + H 2 O (2 5) Na 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O ồ 2NaHCO 3 (2 6) v t Phng trỡnh (2 6) rừ rng l nu carbonate natri cú mt trong hydroxide natri s gõy nờn sai s trong kt qu phõn tớch. khc phc khú khn ny, dung dch carbonate natri l mt trong nhng cht nh phõn chun c gii thiu o acid carbonic. Carbonate natri cú th c s dng theo kh nng ny vỡ phn ng mt cỏch nh lng vi acid carbonic, nh trỡnh by trong Phng trỡnh (2 6). Nú cú u im nht nh l cú th mua di dng tinh khit phõn tớch (PA). Tớnh toỏn t pH v kim. Cú kh nng tớnh toỏn khi lng carbonic trong mu nc t phng trỡnh phõn ly ca acid carbonic. Khi pH thp hn 8,5, hng s GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRNG TM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ ngun khi bn phát hành li thông tin t trang này. phân ly bc mt ca acid carbonic có th đc s dng cho bit nng đ ion – hydro, nng đ ion – bicarbonate và hng s phân ly K 1 : (2 – 7) [ H + ] [ HCO 3 - ] [H 2 CO 3 * ] = K A1 Thc t, [H 2 CO 3 *] trong phng trình này đc thit lp tng đng vi tng nng đ mol ca acid carbonic và carbonic t do vì rt khó phân bit gia hai dng trên ca acid carbonic. Vì carbonic t do chim khong 99 phn trm tng nng đ, phng trình trên ch là phng trình gn đúng. Vic s dng Phng trình (2 – 7) đc mô t trong ví d sau. Nu K Al = 4,3 x 10-7, [H + ] =10-7 và [HCO 3- ] = 4,3 x 10-7, thì nng đ CO2 phi bng (10 -7 ) x (4,3 x 10-3) / (4,3 x 10 - 7) = 10 -3 mol/L hoc 44 mg/L. Mc dù vy, đ tính toán trên đc chính xác, cn phi k đn nh hng ca các ion khác và nh hng ca nhit đ đn hng s K 1 . T nhng nhn xét trên có th thy rng vic tính toán khí carbonic t do trong nc là mt quá trình phc tp, vì vy trong hng dn “Standard methods” có trình bày đ th đ xác đnh carbonic t do t pH, đ kim, cht rn hòa tan và nhit đ. Vic xác đnh carbonic t s đo đ pH và đ kim có th cho kt qu vi đ chính xác cao, nhng không thc s cn thit. Phng pháp gp phi khó khn là phi bit nng đ cht rn hòa tan. iu này đòi hi phi phân tích riêng bit bng phng pháp trng lng hoc đ dn. Tng t, pH phi đc đo vi đ chính xác cao, vì thay đi nh s dn đn sai s ln. Ví d, pH sai s 0,1 s dn đn sai s 25 phn trm khi xác đnh carbonic. Nó tr thành câu hi xem kt qu tính toán này di điu kin phòng thí nghim bình thng hóa trên hin trng có đ tin cy hn kt qu thu đc bng qui trình đnh phân hay không, khi vic quan tâm thích hp đc thc hin đn các mô t chi tit cho phng pháp đnh phân. Xem xét các khó khn ca mi phng pháp, ngi ta thy rng qui trình đnh phân thng là phng pháp đc la chn khi nng đ carbonic ln hn 2 mg/L, trong khi đó đòi hi các nng đ nh hn sai s s ln hn, vì vy qui trình tính toán đc kin ngh thc hin. Phng pháp hin trng. Phng trình đnh phân có rt nhiu u đim và tính chính xác đ cho tt c các mc đích thc t.  Acid Methyl Cam Tt c nc thiên nhiên và hu ht các loi nc thi công nghip có pH thp hn 4 đu có đ acid vô c hoc đ acid methyl cam. Acid vô c cn đc trung hòa ti thi đim pH tng lên 3,7 và cht ch th pH màu thng đc s dng khi máy đo pH không có sn. Trong khi đó, trc đây methyl cam đc s dng cho mc đích này, 2-5 GREEN EYE ENVIRONMENT CÔNG TY MÔI TRNG TM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ ngun khi bn phát hành li thông tin t trang này. 2-6 nhng hin nay bromphenol đc kin ngh s dng vì s thay đi màu rõ nét hn  pH 3,7. Kt qu đc trình bày trong khái nim đ acid methyl cam nh CaCO 3 . Vì CaCO 3 có đng lng là 50, dung dch N/50 NaOH đc s dng làm cht đnh phân, do đó 1 mL tng đng vi 1 mg đ acid.  acid phenolphthalein ôi khi, cn phi đo đ acid tng cng ca acid vô c và acid yu trong mu nc. Vì hu ht các acid yu đc trung hòa  pH 8,3 nên c cht ch th phenolphthalein và metacresol màu đ tía có th có th s dng trong vic đnh phân. Khi có mt ca các mui kim loi nng, ngi ta thng đun nóng mu và đnh phân. un nóng mu làm tng tc đ thy phân ca mui kim loi, cho phép vic đnh phân kt thúc nhanh chóng hn. Mt ln na, dung dch N/50 NaOH đc s dng làm cht đnh phân và kt qu đc trình bày di dng đ acid phenolphthalein nh CaCO 3 . 2.5 NG DNG S LIU V  ACID Vic xác đnh nng đ carbonic đc bit quan trng trong lnh vc cp nc. Trong vic phát trin các ngun nc cp mi, nó là yu t quan trng cn phi đc cân nhc trong các phng pháp và công trình x lý. Nhiu ngun nc ngm yêu cu phi x lý đ tránh hin tng n mòn do carbonic gây ra. Khi lng ca khí carbonic trong nc là yu t quan trng đ xác đnh xem vic kh khí đc thc hin bng làm thoáng hay bng trung hòa vi vôi hoc hydroxide natri. Kích thc ca các thit b, liu lng hóa cht, kho d tr và giá thành x lý ph thuc vào khi lng ca carbonic có mt trong nc. Nng đ carbonic là thông s quan trng đ c tính nhu cu hóa cht nh vôi hoc sođa. Hu ht các cht thi công nghip cha acid vô c đu phi đc trung hòa trc khi chúng đc x vào sông hoc đng ng thoát nc hoc đn trm x lý. Khi lng hóa cht, kích thc ca các thit b châm hóa cht, kho lu tr và giá thành đc xác đnh đa vào s liu v đ acid ca phòng thí nghim. . nhiu trng hp vic tính toán khi lng hóa cht cn thit da trên giá tr đ acid. Quá trình đt nhiên liu hóa thch trong các nhà máy nhit đin. chim khong 99 phn trm tng nng đ, phng trình trên ch là phng trình gn đúng. Vic s dng Phng trình (2 – 7) đc mô t trong ví d sau. Nu