8. Giới thiệu các công trình nghiên cứu liên quan ñến ñề tài
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 - Làm nguội mẫu đến nhiệt độ phịng, thêm nước cất và định mức đến 5 ml
- Thêm 10 ml dung dịch đệm ammonium acetate, 4 ml NH2OH.HCl, đợi 10 phút để phản ứng hiện màu hồn tồn sau đĩ đo độ hấp thu ở bước sĩng 510 nm. - Chuẩn bị đường cong chuẩn như sau:
STT 0 1 2 3 4 5 Vdd chuẩn ml 0 2 4 6 8 10 V nước cất ml 50 48 46 44 42 40 V HClđđ ml 2 2 2 2 2 2 Vdd NHOH.HCl ml 1 1 1 1 1 1 Vdd đệm NHCHO 10 10 10 10 10 10 Vdd phenalthroline 4 4 4 4 4 4 C, mg/l 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 d/ Tính tốn.
Từ loạt chuẩn đo độ hấp thu vẽ giản đồ C = fA sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu để lập phương trình C = a*A + b. Từ trị số độ hấp thu A của mẫu. Tính nồng độ C.
Trong đĩ:
- C: Nồng độ của sắt cĩ trong mẫu. - A: ðộ hấp thu của mẫu.
1.4.2.8 Xác định độ cứng trong nước (phương pháp EDTA)
với hai ion calci và magnes nếu cĩ một lượng nhỏ chỉ thị màu hữu cơ như eriochrome black T, dung dịch sẽ trở nên màu đỏ rượu vang. Khi định phân bằng EDTA, phản ứng tạo phức giữa EDTA với ion calci, magnes sẽ làm chuyển màu dung dich từ đỏ rượu vang sang xanh dương tại điểm kết thúc.
a/ Các yếu tố ảnh hưởng.
Sự cĩ mặt của một vài ion kim loại nặng làm cho chỉ thị màu nhạt dần hay khơng rõ ràng tại điểm kết thúc. Cĩ thể khắc phục trở ngại này bằng cách thêm chất che trước lúc định phân. Muối Mg-EDTA cĩ tác dụng như một chất phản ứng kép vừa tạo phức chất với các kim loại nặng, vừa giải phĩng Mg vào trong mẫu, cĩ thể dùng thay thế cho các chất che cĩ mùi khĩ chịu và độc tính.
Liều lượng định phân thích hợp khi định phân 50 ml mẫu. Những lưu ý khi định phân:
- Kỹ thuật định phân, nhiệt độ định phân ảnh hưởng đến kết quả phân tích.
- ðịnh phân ở nhiệt độ đơng đặc, kết quả kém chính xác do sự đổi màu diễn ra chậm.
- ðịnh phân ở nhiệt độ cao: Chỉ thị màu bị phân hủy.
- pH cĩ thể tạo ra mơi trường dẫn đến kết tủa CaCO3. Nhưng định phân quá lâu cũng cĩ thể hịa tan lại kết tủa cho kết quả thấp hơn. Nhằm giảm thiểu kết tủa CaCO3 tạo thành, việc định phân cần hồn tất trong vịng 5 phút. Ba phương pháp sau đây làm giảm kết tủa CaCO3.
- Pha lỗng mẫu bằng nước cất để tối giảm lượng CaCO3.
- Nếu độ cứng đã được biết hay đã được xác định bằng phương pháp định phân sơ bộ, thêm nhanh EDTA với khoảng 90% lượng cần dùng hay một tỷ lệ thích hợp tùy vào thể tích mẫu cần định phân trước khi chỉnh pH bằng dung dịch đệm. - Axit hĩa mẫu và khuấy trong vịng 2 phút để đuổi CO2 trước khi chỉnh pH. Xác
định độ kiềm sau mỗi lần thêm axit.
b/ Dụng cụ và hĩa chất.
- Thiết bị
+ Erlen 125ml: 2 + Buret 50ml : 1 - Hĩa chất
+ Dung dịch đệm: Hịa tan 1,79g EDTA (Na-EDTA) và 644mg MgCl2 cĩ thể thay bằng 780 mg MgSO4 .7H2O trong nước 50ml nước cất.
+ Những tác nhân che:
→Chất che 1: Dùng NaOH trung hịa mẫu đến pH = 6 (nếu mẫu cĩ tính acid) thêm 250 mg NaCl dạng tinh thể, thêm đủ dung dịch đệm đảm bảo pH =10± 0,1 → Chất che 2: Hịa tan 5g Na2S.9H2O trong 100 ml nước cất và bảo quản trong chai kín cĩ nút.
+ Chất chỉ thị màu EBT: Sử dụng ở dạng bột khơ.
+ Dung dịch chuẩn EDTA 0,01M: Hịa tan 3,723 g EDTA trong nước cất và định mức thành 1 lít. Dung dịch này cần được chứa trong chai thủy tinh trung tính hay bình nhựa polythyene.
+ Dung dịch chuẩn Calcium (1mg CaCO3 /1ml): Cho 1 g CaCO3 (hàng tinh khiết) vào erlen 500 ml, thêm từ từ dung dịch HCl 1-1 vào erlen cho đến khi tan hồn tồn CaCO3. Thêm 200ml nước cất và đun sối để đuổi CO2, làm lạnh thêm vài giọt chỉ thị methyl đo. Dùng NH4OH 3N hoặc HCl (1 – 1 ) chỉnh lại pH đến khi cĩ màu cam. ðịnh mức dung dịch thành 1 lít với nước cất.
+ Dung dịch sodium hydroxide: NaOH 0,1N
c/ Tiến hành xác định độ cứng
- Lấy một thể tích mẫu sao cho lượng EDTA chuẩn độ khơng quá 15ml, hồn thành việc định phân trong vịng 5 phút tính từ thời điểm cho dung dịch đệm. - Pha lỗng 25 ml mẫu thành 50 ml với nước cất. Thêm vào dung dịch mẫu từ 1
ml tới 2 ml dung dịch đệm (thường dùng 1ml) đủ để đạt pH = 10 ± 0,1. Thêm chất che nếu sự thay đổi màu tại điểm kết thúc chuẩn độ khơng rõ ràng.
- Thêm chất chỉ thị màu. Chuẩn độ từ từ bằng dung dịch EDTA cho đến lúc cĩ màu xanh da trời tại điểm kết thúc.
Trường hợp mẫu nước cĩ độ cứng thấp: (nước sau khi qua trao đổi ion, các loại nước mềm khác và các loại nước thiên nhiên cĩ độ cứng thấp (ít hơn 5mg/l),
chọn sử dụng thể tích mẫu lớn (100 ml – 1000 ml) để định phân và thêm vào một lượng dung dịch đệm, chất che, chất chỉ thị màu theo tỷ lệ tương đương. Tiến hành định phân bằng EDTA tương tự như phần trên. Ngồi ra cần tiến hành chuẩn độ tương tự đối với mẫu thử khơng (nước cất). Thể tích EDTA tham gia phản ứng sẽ là thể tích EDTA dùng định phân cho mẫu nước trừ đi thể tích EDTA dùng định phân cho mẫu thử khơng.
d/ Tính tốn
Trong đĩ:
V1: thể tích EDTA chuẩn độ (ml)
CEDTA: nồng độ mol của dung dịch EDTA V mẫu: Thể tích dung dịch mẫu (ml)
CHƯƠNG 2
ðÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC MẶT SƠNG ðỒNG NAI ðOẠN NGHIÊN CỨU
2.1. KẾT QUẢ THU THẬP SỐ LIỆU QUAN TRẮC TỪ NĂM 2006 ðẾN 2010 VÀ THỰC NGHIỆM LẤY MẪU PHÂN TÍCH NĂM 2011 - 2012
2.1.1. Huyện Vĩnh Cửu, tỉnh ðồng Nai
Bản đồ 2.1: Vị trí lấy mẫu nước Sơng ðồng Nai chảy qua huyện Vĩnh Cửu
ðiểm 1 và 2: Là tọa độ điểm lấy mẫu