Phân tích thành phần hóa học và chỉ tiêu chất lượng nước thiên nhiên

Các quá trình hình thành thành phần hóa học của nước thiên nhiên a. Khái niệm chung về sự hình thành thành phần hóa học của nước thiên nhiên

Sự tác dụng tương hỗ của nước với môi trường xung quanh có thể làm tăng hàm lượng các chất trong nước, có thể làm giảm hàm lượng các chất trong nước và cũng có thể thay đổi thành phần hóa học của nước thiên nhiên. Chất hữu cơ trong nước được hiểu là tàn tích hữu cơ đang phân hủy, tồn tại trong nước ở cả hai dạng hòa tan và lơ lửng, không bao gồm sinh vật sống, trừ sinh vật có kích thước rất nhỏ như vi sinh vật và tảo đơn bào, cũng không bao gồm các tàn tích hữu cơ thô, có kích thước đủ lớn, có thể lấy ra khỏi nước.

Thể khí hòa tan và nồng độ ion hyđro (H + )

- Mức tiêu thụ oxy trong nước bởi các chất ô nhiễm được biểu thị qua chỉ số nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical oxygen Demand - BOD) hay nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand - COD). Trong nước thiên nhiên, nồng độ ion H+ không phải chỉ phụ thuộc vào sự điện ly của nước mà chủ yếu phụ thuộc vào tỷ lệ hàm lượng H2CO3 ; HCO3- và CO32- và một số ion khác có trong nước.

Các ion chủ yếu có trong nước thiên nhiên a. Ion Cl -

Trong nước tự nhiên, hàm lượng ion Na+ thường lớn hơn ion K+ vì ion K+ tham gia vào chu trình thực vật mạnh hơn, mặt khác, trong môi trường nước, ion K+ còn phản ứng với axít silixic hòa tan và các thành phần khác hình thành các khoáng thứ sinh như đất sét,…. Trong nước lục địa, đặc biệt là nước có nguồn gốc khí quyển, nước ngầm trong các thành phần tạo trầm tích cacbonat và nước có nguồn gốc macma, ion HCO3- có hàm lượng lớn nhất trong các ion chính (ví dụ: nước khoáng Vĩnh Hảo, có hàm lượng HCO3- tới 2445mg/l).

Phương pháp phân tích thể tích 1. Khái niệm chung

* Nồng độ đương lượng: Một loại nồng độ khác thường được sử dụng để tính toán trong các phương pháp phân tích thể tích là nồng độ đương lượng được định nghĩa là số đương lượng gam của chất tan trong một lít dung dịch. Trong phương pháp này, để xác định nồng độ của bazơ, người ta dùng chất chuẩn là axít mạnh; để xác định nồng độ của axít, người ta dùng chất chuẩn là bazơ mạnh. * Ảnh hưởng của các ion trong dung dịch: Các chất điện ly trong dung dịch có tác dụng đến màu sắc của chất chỉ thị trên hai khía cạnh: Thay đổi cường độ màu của một trong hai dạng màu của chất chỉ thị; Ảnh hưởng đến cân bằng của chất chỉ thị.

* Ảnh hưởng của nhiệt độ: Khi thay đổi nhiệt độ của dung dịch sẽ làm thay đổi sự đổi màu của chất chỉ thị, vì làm thay đổi khả năng phân ly của dung môi, của axít, bazơ, muối và cả của chất chỉ thị. Trong phạm vi bước nhảy chỉ cần thêm một dung dịch tiêu chuẩn đã làm cho dung dịch chuẩn độ có pH thay đổi đột ngột và lập tức làm chất chỉ thị đổi màu, báo hiệu điểm tương đương và ngừng chuẩn độ lại. Để nhận biết điểm tương đương của phép chuẩn độ, chúng ta phải tính toán hàm lượng K2CrO4 có trong dung dịch sao cho khi đạt tới điểm tương đương, tức là khi NaCl được chuẩn độ hoàn toàn mới xuất hiện kết tủa Ag2CrO4 màu đỏ.

Phương pháp complexon là phương pháp phân tích chuẩn độ dựa trên việc dùng phản ứng của ion kim loại tạo phức với complexon, tạo thành các muối nội phức, bền, ít phân ly, tan trong nước. Như vậy nếu chỉnh dung dịch chuẩn độ có pH = 6,3 ÷ 11,6 khi cho chất chỉ thị Eriocrôm T đen vào dung dịch sẽ có màu đỏ nếu trong dung dịch có các cation kim loại. Ở điều kiện tiêu chuẩn và nồng độ của cation kim loại trong dung dịch là 1 mol/l, thế điện cực được so sánh với điện cực hiđro tiêu chuẩn và gọi là thế điện cực tiêu chuẩn của kim loại, ký hiệu là ϕ0.

Trong quá trình chuẩn độ bằng phương pháp oxy hoá khử, nồng độ các chất oxy hóa và chất khử luôn thay đổi, nên thế oxy hóa khử của các cặp oxy hoá khử luôn thay đổi. - Bản thân dung dịch tiêu chuẩn cũng vừa là chất chỉ thị: Trong ví dụ trên thì KMnO4 vừa là dung dịch tiêu chuẩn vừa là chất chỉ thị (ion MnO4- có màu đỏ tím còn ion Mn2+ không có màu).

Phương pháp phân tích hóa lý 1. Phương pháp đo màu quang điện

Trên cơ sở đó người ta giải thích màu xanh của nền trời là do kết quả chuyển dịch độ sáng của ánh sáng mặt trời về phía bước sóng ngắn khi nó bị khuếch tán bởi bầu khí quyển của Trái Đất. Chiếu vào một chất nào đó một chùm tia sáng đơn sắc tần số ν0có cường độ đủ mạnh thì trong quang phổ của ánh sáng khuếch tán, bên cạnh vạch khuếch tán thường với tần số ν0 không đổi, còn có những vạch khác yếu hơn nhiều ứng với tần sốν lớn hơn hoặc bé hơn ν0 và phân bố đối xứng bên này hoặc bên kia ν0. Để xác định bước sóng ánh sáng hấp thụ cực đại người ta đo giá trị mật độ quang hoặc hệ số hấp thụ phân tử của dung dịch màu với những bước sóng khác nhau, cách nhau 10 ÷ 20 nm.

Để tiến hành định lượng chất x trong dung dịch phân tích, ta tiến hành pha chế như dung dịch tiêu chuẩn trên, rồi đo mật độ quang Dx, dựa vào đồ thị chuẩn sẽ xác định được Cx. Nguyên lý cơ bản của phương pháp như sau: Dưới tác dụng của nhiệt độ ngọn lửa, các nguyên tử, phân tử hoặc ion của chất bị kích thích sẽ chuyển sang trạng thái các dao động của điện tử phát xạ. Nguyên lý cơ bản của phương pháp như sau: Là sự hấp thu năng lượng (bức xạ đơn sắc) của nguyên tử ở trạng thái hơi (khí) khi chiếu chùm tia bức xạ có bước sóng xác định đi qua đám hơi nguyên tử, thì các nguyên tử tự do sẽ hấp thụ bức xạ có bước sóng ứng đúng với những tia bức xạ mà nó có thể phát ra được trong quá trình phát xạ.

- Dựa trên nguyên tắc của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử, nên dụng cụ dùng trong phương pháp này gồm có những bộ phận chính như sau: nguồn sáng, bộ hấp thụ, thiết bị quang học, thiết bị thu và ghi. - Bộ hấp thụ: bộ hấp thụ dùng để chuyển chất phân tích sang trạng thái mà trong đó các chất cần xác định sẽ tồn tại dưới dạng những nguyên tử tự do, có khả năng hấp thụ ánh sáng của nguồn ánh sáng bên ngoài. Phương pháp phân tích dựa trên cơ sở của phản ứng hạt nhân, có độ nhạy và độ chính xác cao; áp dụng được cho cả các nguyên tố đa lượng, vi lượng trong nhiều đối tượng khác nhau, không chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố chất nền.

Các chỉ tiêu vật lý 1. Chỉ số pH

Do đó, nhiệt độ của nước và nhiệt độ môi trường xung quanh là những tác động trực tiếp ảnh hưởng tới thành phần và chất lượng, ảnh hưởng tới các quá trình xử lý bằng phương pháp hóa học. Hạn chế của phương pháp: phương pháp Winkler xác định O2 hòa tan trong nước không áp dụng với những mẫu nước có chất ôxy hoá (vùng nước bị nhiễm bẩn nước thải công nghiệp) có khả năng ôxy hoá anion I-, hoặc các chất khử (đihydrosunfua H2S) khử I2 tự do. BOD5 là thông số được sử dụng phổ biến nhất đó chính là oxy cần thiết để oxy hóa sinh học trong 5 ngày ở nhiệt độ 20oC trong bóng tối (để tránh hiện tượng quang hợp ở trong nước).

Để xác định BOD5 thường dùng phương pháp pha loãng mẫu nước bằng cách bổ sung vào nước một số chất khoáng làm bão hòa oxy hòa tan (vì độ tan oxy giới hạn trong khoảng 9 mg/l ở 200C). Thể tích mẫu nước đem phân tích thể tích dung dịch pha loãng Hệ số pha loãng: dựa vào độ pha loãng được khuyến nghị trong TCVN 6001- 1995 và dựa vào giá trị COD, lựa chọn hệ số pha loãng thích hợp. Chỉ tiêu BOD không phản ánh đầy đủ về lượng tổng các chất hữu cơ trong nước thải, vì chưa tính đến các chất hữu cơ không bị oxy hóa bằng phương pháp sinh hóa và cũng chưa tính đến một phần chất hữu cơ tiêu hao để tạo nên tế bào vi khuẩn mới.

Do đó giá trị COD lớn hơn BOD và có thể COD lớn rất nhiều lần so với BOD khi mẫu nước đa phần những chất khó phân hủy sinh học, ví dụ nước thải giấy có COD >>BOD do hàm lượng lignin cao. - Chất rắn lơ lửng dạng huyền phù SS (Suspended Solid): là phần trọng lượng khô của chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh, khi lọc 1 lít mẫu nước qua phễu lọc Gooch rồi sấy khô ở 103 - 1050C tới khi trọng lượng không đổi. Trong nước bề mặt và hàm lượng oxy hòa tan tương đối nhiều pH của nước này thường trung tính hay kiềm yếu, hầu như chỉ có Fe(OH)3 ở trạng thái keo không hòa tan và nồng độ Fe2+ ở trạng thái dung dịch thật rất nhỏ.