8. Giới thiệu các công trình nghiên cứu liên quan ñến ñề tài
1.3.3.1. Nước cấp cho hoạt ñộ ng sản xuất nông nghiệp
Hiện nay trên địa bàn tỉnh ðồng Nai đã cĩ hơn 100 cơng trình thủy lợi khai thác nguồn nước mặt được xây dựng kiên cố và bán kiên cố bao gồm: Hồ chứa, đập dâng, trạm bơm nước, các cơng trình ngăn lũ, các kênh tạo nguồn… Tất cả các cơng trình thủy lợi này nhằm cấp nước cho các hoạt động sản xuất nơng nghiệp, trồng trọt.
1.3.3.2. Nước cấp phục vụ chăn nuơi
Theo TCVN 4454:1987 thì định mức lượng nước cho các trang trại chăn nuơi gia súc, gia cầm, trong đĩ trâu bị lấy trung bình 65 lít/ ngày/con, lợn thịt 15 lít/ngày/con, dê 10 lít/ ngày/con, gia cầm 1 lít/ngày/con. Tổng lượng nước phải cung cấp là : 17.197,923m3/ngày đêm.
Bảng 1.8: Số lượng gia súc, gia cầm của các địa phương trong vùng nghiên cứu
ðịa phương Trâu, Bị (con) Lợn (con) Dê (con) Gia cẩm (con)
Vĩnh Cửu 20.378 234.139 10.112 1.078.425 Biên Hịa 6.018 102.033 2.032 151.985 Long Thành 13.124 216.464 15.453 816.278 Nhơn Trạch 10.425 176.321 9.072 603.765 Tổng 49.945 728.957 36.669 2.650.453 Tồn tỉnh 94.907 1.024.261 49.466 5.926.000
( Nguồn: Sở nơng nghiệp và phát triển nơng thơn ðN 2010)
Từ bảng 1.8 và tiêu chuẩn Việt Nam về định mức nước cấp cho trang trại (TCVN 4454:1987) tính được nhu cầu sử dụng nước cho gia xúc, gia cầm theo bảng 1.9
Bảng 1.9: Nhu cầu dùng nước của gia súc, gia cầm Năm 2010 (con) TCVN 4454:1987 Lượng nước
dùng(lít/ngày) Bị, trâu 49.945 60-70 lít/ ngày 3.246.425 Lợn 728.957 31 lít/ ngày 11.934.355 Dê 36.669 10 lít/ ngày 366.690 Gia cầm 2.650.453 1 lít/ ngày 2.650.453 Tổng 18.197.923
1.3.4. Vai trị của nguồn nước đối với nuơi trồng thủy sản
ðối với nuơi trồng thủy sản nguồn nước và chất lượng nước cĩ vai trị cực kì quan trọng và là yếu tố quyết định đến kết quả nuơi trồng ví dụ như ở huyện Nhơn
tăng năm sau cao hơn năm trước nhưng từ năm 2004 trở lại đây diện tích nuơi trồng thủy sản bắt đầu giảm và nhất là từ năm 2007 đến nay thì càng giảm mạnh do nguồn nước trên sơng bị ơ nhiễm nặng, nhiều hộ gia đình trước đây sống bằng nghề nuơi trồng thủy sản nay phải chuyển đổi sang nghề khác.
Hình 1.5: Nuơi cá bè trên sơng ðN đoạn chảy qua Tp Biên Hịa 1.3.5. Vai trị đẩy mặn
Mực nước sơng ðồng Nai mấy năm gần đây giảm dần. ðiều này kéo theo tình trạng xâm nhập mặn, đang khiến các nhà máy xử lý nước phục vụ sinh hoạt lo ngại.
Trên thực tế, việc phát triển và xây dựng nhiều nhà máy thủy điện ở đầu nguồn đã và đang làm thay đổi hệ sinh thái lưu vực sơng. Trước đây thảm thực vật cĩ 4 tầng giờ chỉ cịn 1 tầng. Diện tích rừng đang bị suy giảm nghiêm trọng. Hậu quả tất yếu là trữ lượng nước mưa lưu giữ khơng nhiều. Nước từ thượng nguồn dồn về hạ nguồn và thốt vào hệ thống kênh rạch, sơng ngịi dẫn ra biển nhanh hơn… Mùa khơ cũng trở nên khốc liệt hơn do mực nước ngày càng giảm. Vì vậy vai trị đẩy mặn của sơng ðồng Nai là rất quan trọng.
1.3.6. Vai trị của nguồn nước đối với giao thơng đường thủy
Mạng lưới giao thơng đường thủy ở đây trải rộng khắp địa bàn, cĩ thể lưu thơng đến các địa phương trong tỉnh ðồng Nai và cĩ thể lưu thơng đến TP. Hồ Chí Minh, theo sơng Sài Gịn lên Thị Xã Thủ Dầu Một, hoặc sơng Vàm Cỏ lên Tây Ninh….
Nhờ cĩ hệ thống sơng ngịi, kênh rạch phong phú, giao thơng ở đây phát triển khá đa dạng, phục vụ nhiều loại phương tiện vận tải khác nhau: Từ ghe thuyền, sà lan, tàu nhỏ, đến những tàu hàng hải cĩ sức chở hàng chục nghìn tấn, kết nối nội ơ, vùng lân cận, liên tỉnh.
1.4. CƠ SỞ LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIÊU TRONG NƯỚC 1.4.1. Lấy và bảo quản mẫu nước
a/ Nguyên tắc: Các nguyên tắc chủ yếu cần được đảm bảo khi lấy mẫu nước là:
+ Mẫu nước lấy phải đại diện được cho tồn bộ nước ở địa điểm nghiên cứu.
+ Thể tích của mẫu nước cần phải đủ để phân tích các thành phần cần thiết bằng các phương pháp đã được lựa chọn trước.
+ Việc lấy và bảo quản, vận chuyển mẫu cần được thực hiện như thế nào để khơng làm thay đổi hàm lượng của các cấu tử cần xác định hoặc các tính chất của nước.
b/ Chọn chỗ để lấy mẫu
Chỗ lấy mẫu nước cần được lựa chọn phù hợp với mục đích của việc phân tích nước. Ngồi ra cần phải chú ý đến tất cả những yếu tố cĩ thể gây ảnh hưởng đến thành phần của mẫu.
c/ Các loại mẫu
Cĩ hai loại mẫu chính: Mẫu đơn giản, mẫu trộn
Khơng nên dùng mẫu trộn để xác định hàm lượng các chỉ tiêu của nước dễ bị thay đổi như pH, các khí hịa tan.
d/ Dụng cụ và cách lấy mẫu:
Mẫu nước thường được thu bằng dụng cụ chuyên dụng gọi là batomet hoặc cĩ thể lấy mẫu nước thẳng vào các bình đựng.
e/ Bảo quản mẫu
Quy định về bảo quản mẫu nước cho các mục đích phân tích khác nhau được nêu trong Bảng 1.10
Bảng 1.10: Dụng cụ chứa mẫu và điều kiện bảo quản mẫu nước
TT Phân tích Chai đựng ðiều kiện bảo quản Thời gian bảo quản tối đa
1 TTS PE Lạnh 4o C 4 giờ 2 pH PE Khơng 6 giờ 3 DO TT Cố định tại chỗ 6 giờ 4 BOD PE Lạnh 4o C 4 giờ 5 COD PE Lạnh 4o C 24 giờ Ghi chú:
+ PE: Chai polyethylene + TT: Chai thủy tinh
Bảo quản mẫu nước là nhằm để giữ gìn các yếu tố, đồng thời duy trì tính chất và tình trạng mẫu nước trong một khoảng thời gian ngắn trước khi đem phân tích.
1.4.2. Phương pháp định lượng các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước 1.4.2.1. pH
+ ðọc hướng dẫn của nhà sản xuất trước khi sử dụng máy đo pH
+ Trước khi tiến hành xác định pH của mẫu nước, hiệu chỉnh máy đo với dung dịch pH chuẩn = 7
+ Nếu các mẫu cần đo cĩ tính axit, hiệu chỉnh máy với dung dịch pH chuẩn = 5 + Nếu các mẫu cần đo cĩ tính kiềm, hiệu chỉnh máy với dung dịch pH chuẩn = 9 + ðo mẫu nước, đọc kết quả trên máy.
1.4.2.2. TSS (Total suspended Solids)
Là tổng lượng vật chất hữu cơ và vơ cơ lơ lửng (phù sa, mùn bã hữu cơ, tảo…) lơ lửng trong nước. Một phần các chất lơ lửng cĩ kích thước lớn hơn sẽ lắng xuống đáy.
Phương pháp xác định: TSS được xác định theo phương pháp khối lượng - Tiến hành định lượng:
+ Sấy giấy lọc ở nhiệt độ 105 độ C trong 8 giờ. + Cân giấy lọc vừa sấy xong m1 (mg)
+ Lọc 100 ml mẫu nước qua giấy lọc đã xác định khối lượng. + ðể ráo.
+ Dùng kẹp (khơng dùng tay) đưa miếng giấy lọc vào sấy ở nhiệt độ 105 độ C trong 8 giờ.
+ Làm nguội, rồi cân giấy lọc m2 (mg)
TSS Trong đĩ:
m1 : Khối lượng ban đầu của giấy lọc (mg)
m2 : Khối lượng sau của giấy lọc và phần vật chất lọc được (mg) V: Thể tích mẫu nước đem lọc (ml)
1000: Hệ số đổi thành 1 lít
1.4.2.3. ðộ mặn
ðộ mặn của nước là tổng hàm lượng các ion hịa tan trong nước. Biểu diễn bằng đơn vị tính g/l hoặc phần nghìn ‰ hoặc ppt (l g/l = 1 ppt)
Trong nước lợ, mặn, độ mặn cĩ thể được xác định bằng phương pháp hĩa học bằng cách chuẩn độ mẫu nước nghiên cứu với dung dịch AgNO3 chỉ thị K2CrO4.
Tỷ trọng của nước tăng khi độ mặn tăng. Vì thế tỷ trọng kế đã được cải tiến để cĩ thể đo được độ mặn thay vì đo tỷ trọng nước.
ðộ mặn của nước cịn được đo bằng khúc xạ kế.
1.4.2.4. Oxy hịa tan (DO)
Phương pháp Winkler hoặc đo mẫu nước bằng máy kết quả sẽ hiện thị trên máy.
a/ Nguyên tắc phương pháp
Phương pháp này khá đơn giản, dễ thực hiện và cho phép đạt độ chính xác cao khi hồn thành. Cẩn thận tất cả khâu khi tiến hành định lượng.
Phương pháp dựa trên cơ sở phản ứng mà ở đĩ Mn hĩa trị 2 trong mơi trường kiềm (dung dịch được cho vào trong mẫu nước trong cùng hỗn hợp với dung dịch KI) bị O2 trong mẫu nước oxy hĩa đến hợp chất Mn hĩa trị 4, số đương lượng của hợp chất Mn hĩa trị 2 lúc đĩ được kết hợp với tất cả O2 hịa tan.
MnCl2 +2NaOH = 2NaCl +Mn(OH)2↓ trắng Mn(OH)2 + O2 = 2MnO(OH)2 ↓ vàng nâu
Số đương lượng của Mn hĩa trị 4 được tạo thành ở dạng kết tủa màu vàng nâu bằng số đương lượng oxy hịa tan trong nước. Khi thêm axit H2SO4 vào trong mẫu, hợp chất Mn hĩa trị 4 hay nĩi khác đi là số đương lượng của O2 hịa tan, chính bằng số đương lượng I2 cĩ trong mẫu nước.
MnO(OH)2 + H2SO4 + KI = MnSO4 + K2SO4 + 3H2O + I2 I2 tự do được tách ra, dễ dàng định lượng dung dịch chuẩn Na2S2O3
I2 + 2Na2S2O3 = 2NaI + Na2S4O6
Biết thể tích và nồng độ Na2S2O3 khi chuẩn độ ta dễ dàng tính được hàm lượng oxy hịa tan trong mẫu nước. Vì thế, khi xác định O2 hịa tan trong nước được thực hiện trong 3 giai đoạn:
Giai đoạn I: Cố định O2 hịa tan trong mẫu (cố định mẫu) Giai đoạn II: Tách I2 bằng mơi trường axit (axit, xử lý mẫu) Giai đoạn III: Chuẩn độ I2 bằng Na2S2O3 ( phân tích mẫu)
b/ Trình tự tiến hành
+ Cố định mẫu nước: Thu nước mẫu bằng batomet chuyển sang chai 125mL nút
mài, cho vịi cao sát đáy chai để nước tràn ra hết khoảng 1/3 thể tích chứa lúc đầu. Lập tức cho vào 1mL MnCl2, 1mL dung dịch KI/ NaOH. ðậy nút chai lại khơng cho cĩ bọt khí. ðảo đều từ trên xuống dưới. Trong mẫu nước xuất hiện kết tủa màu trắng rồi chuyển sang màu vàng nâu.
+ Xử lý mẫu: ðể yên chai đựng mẫu nước đã cố định ở chỗ mát trong 1 giờ. Sau đĩ
thêm vào 1mL H2SO4 đặc, kết tủa màu vàng nâu tan hết. Trong mẫu nước xuất hiện màu vàng của I2. Trường hợp phải để mẫu lâu, thì ngâm trong chậu nước lạnh để bảo quản mẫu.
+ Phân tích mẫu: Chuyển 25mL nước mẫu đã xử lý vào bình nĩn, chuẩn độ bằng
Na2S2O3 0,01N đến khi cĩ màu vàng nhạt thì thêm vào 3 giọt hồ tinh bột, dung dịch cĩ màu xanh tím, rồi nhỏ từng giọt Na2S2O3 0,01N đến khi hết màu xanh tím. Ghi thể tích Na2S2O3 đã chuẩn độ hết. Làm từ 2 - 3 lần lấy kết quả trung bình.
c/ Cơng thức tính tốn
Hàm lượng O2 hịa tan trong nước được tính theo cơng thức:
mg O2/L
Trong đĩ:
V: Số mL dung dịch Na2S2O3 0,01 đã dùng hết. N: Nồng độ dung dịch chuẩn Na2S2O3
VO: Thể tích mẫu nước đã xử lý để phân tích 8: ðương lượng của O2
1000: Hệ số đổi thành 1 lít
Chú ý: Trong giai đoạn cố định, chúng ta đã thêm 2mL hĩa chất (1mL MnCl2 + 1mL KI/NaOH) vào trong chai mẫu 125mL, nên lượng nước thực tế được định lượng (trừ phần hĩa chất đã cho vào) là:
24,6 ml
Và như vậy hàm lượng O2 hịa tan trong nước chính xác là:
mg O2/L
1.4.2.5. Xác định COD
a/ Nguyên tắc : Phương pháp kali pemanganat
Dựa vào khả năng oxy hĩa mạnh của KMnO4 trong mơi trường axit.
Dựa vào lượng KMnO4 cho vào mẫu nước thử ban đầu và lượng KMnO4 cịn lại sau phản ứng ta cĩ thể xác định được lượng chất hữu cơ cĩ trong mẫu nước thử.
Lượng MnO4- cịn dư sau phản ứng được xác định bằng dung dịch (COOH)2 2 MnO4- + 5(C2O4)2- + 16H+ = 2Mn 2+ +10CO2 +8H2O
b/ Dụng cụ, hĩa chất cần chuẩn bị:
Dụng cụ: Bếp điện, bình tam giác 250ml, nhiệt kế 100 độ C, buret 25ml, pipet các
loại.
Hĩa chất: KMnO4 0,01N
(COOH)2 0,01N H2SO4 1: 2
c/ Các bước tiến hành:
Cho vào bình tam giác dung tích 250 ml (đã rửa sạch và sấy khơ) 50 ml mẫu nước cần thử (nếu mẫu nước thử cĩ nồng độ chất hữu cơ lớn hơn 10 mg/l thì phải pha lỗng); thêm vào 5 ml H2SO4 1:2 thêm đúng 10 ml dung dịch KMnO4 0,01N (mẫu nước cĩ màu hồng). Sau đĩ đun sơi 10 phút trên bếp điện, nhấc xuống chờ cho nhiệt độ hạ xuống 80 - 90 độ C rồi thêm vào 10 ml dung dịch (COOH)2 0,01N lắc đều cho mẫu nước mất màu (khơng màu) rồi dùng dung dịch KMnO4 0,01N để chuẩn độ cho đến khi mẫu nước chuyển từ khơng màu sang màu hồng nhạt thì kết thúc chuẩn độ. Ghi kết quả lượng KMnO4 đã tiêu tốn V1
Thay mẫu nước thử bằng 50 ml nước cất để thí nghiệm một mẫu trắng. Các bước tiến hành thí nghiệm được thực hiện tương tự như trên; lượng KMnO4 0,01N tiêu tốn là V2
d/ Tính tốn kết quả
Hàm lượng COD (lượng oxy cần thiết để oxy hĩa chất hữu cơ) cĩ trong mẫu nước được tính theo cơng thức sau:
[ X ]
Trong đĩ:
V1: Lượng dung dịch KMnO4 0,01N tiêu tốn để chuẩn mẫu nước thử (ml) V2: Lượng dung dịch KMnO4 0,01 N tiêu tốn để chuẩn mẫu nước cất (ml) N: Nồng độ đương lượng của dung dịch KMnO4
V: Thể tích mẫu nước đem thử (ml) 8: ðương lượng gam của oxy (g)
1.4.2.6. Nhu cầu oxy sinh hĩa (Biochemical Oxygen Demand BOD) Phương pháp:
Thu mẫu nước: Chuyển mẫu vào hai chai thủy tinh nút mài 125ml. Chai thứ nhất xác định ngay hàm lượng O2 ban đầu. Chai thứ hai ủ tối, nhiệt độ 20 độ C, thời gian 5 ngày (hoặc 3 ngày ở nhiệt độ 30 độ C). ðịnh lượng hàm lượng O2 trong chai thứ hai.
BOD5 = O2 đầu - O2 cuối (mg/l)
Trường hợp nước cĩ hàm lượng chát hữu cơ cao, cần pha lỗng nước nghiên cứu bằng dung dịch pha lỗng.
Chuẩn bị dung dịch pha lỗng: Nước pha lỗng được chuẩn bị ở chai to, miệng rộng, bằng cách thổi khơng khí sạch ở 20 độ C vào nước cất và lắc nhiều lần cho bão hịa oxy, sau đĩ thêm 1ml dung dịch đệm photphat, 1ml dung dịch MgSO4, 1ml FeCl3, định mức đến 1L bằng nước cất.
Sau khi pha lỗng xong, chuyển mẫu nước vào hai chai thủy tinh nút mài. Xác định BOD5 như đã trình bày
ðộ pha lỗng khuyến nghị để xác định BOD5 BOD5 dự đốn (mg/l) Hệ số pha lỗng
3 - 6 Giữa 1 và 2
4 - 12 2
10 - 30 5
20 - 60 10
40 - 120 20
Lượng BOD5 được tính theo cơng thức: BOD5 = (O2 đầu – O2cuối) × K K: hệ số pha lỗng
1.4.2.7. Xác định Sắt (phương pháp phenalthroline) a/ Phương pháp
ðun sơi mẫu với hydroxide amine, ở pH 3,2 – 3,3 tất cả sắt hịa tan đều bị khử thành sắt 2, sau đĩ ion sắt 2 sẽ phản ứng với 3 phân tử phenalthroline tạo thành phức chất cĩ màu đỏ cam. Cơ chế phản ứng được biểu diễn như sau:
Fe(OH)3 + 3H+ → Fe 3+ + H2O
4Fe3+ + 2NH2OH → 4Fe2+ +N2O + H2O + 4H+
b/ Cơng tác chuẩn bị tiến hành thí nghiệm Dụng cụ và thiết bị:
- Erlen 125 ml: 8 - ống lường 50 ml:1 - Bình định mức 100 ml: 1 - Pipet 5 ml: 2
- Pipet 25 ml : 1 - Pipet 2 ml: 2
- Bếp điện - Máy spectrophotometter
Hĩa chất:
- HCl dd
- Dung dịch hydroxide amine: Hịa tan 10g NH2OH.HCl trong 100 ml nước cất. - Dung dịch đệm ammonium acetate CH3COONH3: Hịa tan 250g CH3COONH3
trong 150 ml nước cất, thêm 700 ml CH3COOH đậm đặc, lắc đều. - Dung dịch phenalthroline:
+ Hịa tan 100 mg phenalthroline trong 100 ml nước cất, khuấy và đun sơi khoảng 80 độ C
+ Hịa tan 100 mg phenalthroline vào 10 ml nước cất, thêm 2 giọt HCl đậm đặc. Khuấy đều đến khi tan hồn tồn sau đĩ định mức thành 100 ml.
- Dung dịch chuẩn sắt
+ Dung dịch lưu trữ sắt: Cho 20 ml H2SO4 đậm đặc vào 50 ml nước cất, thêm 1,404g Fe(NH4)2(SO4).6H2O. Sau khi hịa tan dung dịch thêm từng giọt KMnO4 cho đến khi xuất hiện màu hồng nhạt khơng đổi. Pha thành một lít với nước cất. - Dung dịch chuẩn:
+ Lấy 50 ml dung dịch lưu trữ sắt cho vào bình định mức sau đĩ định mức thành 1000 ml với nước cất (10µg/ml).
+ Lấy 5 ml dung dịch lưu trữ sắt cho vào bình định mức 1lít, thêm nước cất tới vạch định mức thành 1 lít (1µg/ml).
c/ Tiến hành xác định sắt tổng cộng
- Lắc đều mẫu, lấy 50 ml mẫu cho vào erlen. - Thêm 2 ml HCl đậm đặc 1ml NH2OH.HCl
- Cho vào vài viên bi thủy tinh, đun cạn đến khi thể tích cịn khoảng 15 ml – 20ml