ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU VÀ VỊ TRÍ LẤY MẪU

2.5.1. Đối tƣợng nghiên cứu

1. Nước ở Suối Cốc phường Cam Giá – Thành phố Thái Nguyên

Tình trạng ô nhiễm nƣớc ở Suối Cốc phƣờng Cam Giá – Thành phố Thái Nguyên Trong chƣơng trình thời sƣ̣ ngày 14 tháng 7 năm 2011 trên kênh VTV1 đài truyền hình Việt Nam đã đƣa tin về tình trạng ô nhiễm nƣớc ở Suối Cốc p. Cam Giá – Tp. Thái Nguyên. [2]

Hình 2.1. Một số hình ảnh ô nhiễm nước ở Suối Cốc trong chương thời sự VTV1

Dòng chảy dài khoảng 3km xuất phát từ nhà mày Cốc Hóa – Công Ty Gang Thép Thái Nguyên chảy qua khu vực dân cƣ tổ 7,15,16, …phƣờng Cam Giá – Tp Thái Nguyên. Hình ảnh nhìn thấy đầu tiên khi dòng chảy ra khỏi nhà máy là những váng dầu nổi trên mặt nƣớc chảy theo dòng chảy một phần đổ ra Sông Cầu, một phần bám vào cây cỏ, đất và sinh vật quanh dòng chảy; Mùi hôi từ dòng nƣớc bốc lên khiến ngƣời dân quanh dòng chảy không thể chịu nổi mỗi khi nhà máy xả thải nhất là mùa khô và nắng nóng; Nhiều ao, mảnh ruộng, bãi đất ngập nƣớc phải bỏ hoang vì ảnh hƣởng nƣớc thải của nhà máy. Nƣớc thải đã làm nƣớc ở nhiều ao đen, ô nhiễm đến mức không thể thả cá đƣợc... Điều đáng nói là nƣớc thải phát sinh trong quá trình sản xuất gang thép, quá trình cốc hóa có chứa nhiều chất ô nhiễm độc hại có trong nƣớc mặt và một phần ngấm vào trong nguồn nƣớc ngầm ảnh hƣởng đến hoạt động hàng ngày và sức khỏe của ngƣời dân xung quanh,…

Hình 2.2. Bản đồ Suối Cốc p. Cam Giá – Tp. Thái Nguyên

2.5.2. Vị trí lấy mẫu

Hình 2.3. Sơ đồ vị trí lấy mẫu nước ở Suối Cốc

Chú dẫn vị trí lấy mẫu

Bảng 2.1 Vị trí lấy mẫu và kí hiệu mẫu

STT Vị trí trên

bản đồ Đặc điêm vị trí lây mẫu

Kí hiệu mẫu

1 1 Tại cống xả thải của nhà máy ra suối cốc N1 2 2 Suối cốc cách cống xả thải 200m N2 3 3 Suối cốc cách cống xả thải 500m N3 4 4 Suối cốc cách cống xả thải 1000m N4 5 5 Suối cốc cách cống xả thải 1500m N5 6 6 Suối cốc cách cống xả thải 2000m N6 7 7 Suối cốc cách cống xả thải 2500m N7 8 8 Suối cốc cách cống xả thải 3000m N8 9 9 Điểm cuối suối cốc đổ trƣớc khi đổ ra sông cầu N9

STT Vị trí trên

bản đồ Đặc điêm vị trí lây mẫu

Kí hiệu mẫu

10 10 Sông cầu cách điểm cuối suối cốc 500m N10

2.5.3. Lấy mẫu và bảo quản mẫu

1. Lấy và xử lý mẫu

Lấy mẫu các loại nƣớc khác nhau đƣợc tiến hành theo ISO 5667-1, TCVN 5992:1995 (ISO5667-2), TCVN 5993:1995 (ISO 5667-3) và kèm theo những lƣu ý nêu dƣới đây. Mẫu đƣợc lấy vào bình thủy tinh hoặc lọ polime .

Các hợp chất phenol trong nƣớc dễ bị oxi hóa hóa học cũng nhƣ sinh hóa. Do đó, trƣ̀ khi mẫu đƣợc phân tích trong vòng 4h kể tƣ̀ khi lấy, cần phải bảo quản mẫu theo cách sau:

a) Axit hóa mẫu bằng axit photphoric (2.1.2.1.8) đến khoảng 4 dùng giấy pH , hoặc máy đo pH (2.1.1) làm chỉ thị để kiểm tra pH.

b) Ức chế sự oxi hóa các hợp chất phenol trong mẫu bằng cách thêm 1,0g đồng (II) sunfat (2.1.2.1.9) vào 1 lít mẫu.

c) Giƣ̃ mẫu ở nơi lạnh (50C đến 100C), và phân tích trong vòng 24h kể tƣ̀ khi lấy mẫu. Mỗi đợt thí nghiệm lấy 10 mẫu. Các mẫu nƣớc thải đƣợc lấy trực tiếp từ các vị trí đã chọn, cho vào bình nhựa polietylen dung tích 1000ml đã đƣợc xử lí sạch bằng axit H3PO4 và CuSO4.5H2O khan, rửa sạch và tráng lại bằng chính nƣớc thải tại vị trí lấy mẫu.

2. Bảo quản mẫu

Các mẫu lấy về phòng thí nghiệm cần đƣợc phân tích ngay trong ngày, đối với các mẫu chƣa thể phân tích ngay đƣợc bảo quản lạnh ở ~50C, nhằm hạn chế sự hoạt động của vi sinh vật.

2.6. XỬ LÝ NƢỚC Ô NHIỄM PHENOL BẰNG BÙN HOẠT TÍNH – HIẾU KHÍ 2.6.1. Chuẩn bị 2.6.1. Chuẩn bị

Chuẩn bị thùng xốp có kích cơ thùng 0,4x0,4x0,6 (m). Máy sục khí oxi; xô chậu và một số vận dụng cần thiết khác. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Bùn hoạt tính đƣợc lấy từ những nơi đã sử dụng để xử lý nƣớc ô nhiễm phenol hoặc đã sƣ̉ dụng để xử lý các hợp chất hữu cơ khác nhƣ: Bùn hoạt tính của nhà máy cốc hóa, Bùn hoạt tính của nhà máy Bia, Bùn hoạt tính của nhà máy giấy , Bùn của nhà máy sản xuất Sumitomo Bakelite ….Ở đây chúng tôi lấy bùn hoạt tính của nhà máy sản xuất Sumitomo Bakelite khu công nghiệp Thăng Long – Hà Nội để thực hiện thí

nghiệm. Bùn đƣợc lấy về xử lý sơ bộ và cho vào trong nƣớc sạch 3 ngày sau đó gạn nƣớc và lấy bùn làm thí nghiệm.

Mẫu nƣớc đƣợc lấy tại vị trí N1 (Tại cống xả thải của nhà máy ra suối cốc ).

Hình 2.4. Hình ảnh bùn hoạt tính

2.6.2. Cách tiến hành

Sử dụng 2 thùng xốp kích cỡ thùng là 0,4 x 0,4 x 0,6 (m) làm thùng thí nghiệm. Thể tích chứa của mỗi thùng là 30 lít nƣớc. Ta ký hiệu các thùng thí nghiệm lần lƣợt là 1 và 2. Cho khoảng 1/2 xô (5,0 6,0 kg) bùn hoạt tính đã đƣợc chuẩn bị ở trên cho vào 2 thùng thí nghiệm . Sau đó l ấy khoảng 60 lít nƣớc đã chuẩn bị ở trên , đƣợc xác định hàm lƣợng phenol và một số thành phần khác trƣớc khi cho vào 2 thùng thí nghiệm trên. Dùng 2 máy sục khí oxi cho vào 2 thùng xốp ở trên và thực hiện sục khí liên tục tƣ̀ khi bắt đầu thí nghiệm đến khi kết t húc thí nghiệm. Thùng đƣợc để ngoài trời và có che mƣa cẩn thận . Hàng ngày thƣờng xuyên kiểm tra nhiệt độ và pH của nƣớc ô nhiễm. Sau 3; 5; 10 ngày lấy mẫu đi phân tích hàm lƣợng phenol trong thùng và xác định hiệu suất xử lý phenol của bùn hoạt tính.

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. XÂY DỰNG ĐƢỜNG CHUẨN XÁC ĐỊNH HÀM LƢỢNG PHENOL PHƢƠNG PHÁP 5530D

Trong toàn bộ thí nghiệm của luận văn này tôi kí hiệu và mã h óa một số dung dịch nhƣ sau:

Dung dịch phenol 10mg/l kí hiệu là X1

Dung dịch 4-Aminoantipyrin 0,1M kí hiệu là X2 Dung dịch K3Fe(CN)6 0,25M kí hiệu là X3 Dung dịch NH3 0,5M kí hiệu là X4

Dung dịch đệm KH2PO4 & K2HPO4 kí hiệu là X5 Dung dịch H3PO4 0,01M kí hiệu là X6

Dung dịch phenol 1mg/l kí hiệu là X10

3.1.1. Khảo sát các điều kiện tối ƣu cho phản ứng tạo phƣ́c màu antipyrin

a. Ảnh hƣởng của pH đến phản ứng tạo phƣ́c màu antipyrin

Kết quả chuẩn bị các dung dịch tạo phƣ́c màu antipyrin ở các giá trị pH khác nhau và ảnh hƣởng của pH đến phản ứng tạo phƣ́c màu đƣợc trình bày trên bảng 3.1 và hình 3.1:

Bảng 3.1. Ảnh hưởng của pH đến phản ứng tạo phức màu antipyrin

Stt CX1(mg/l) CX2 (M) CX3 (M) CX4 (M) pH A 1 0,35 0,001 0,0025 0,0125 5,0 0,0304 2 6,0 0,0457 3 7,0 0,0673 4 7,5 0,0895 5 8,0 0,0989 6 8,5 0,0991 7 9,0 0,0988 8 10,0 0,0987 9 11,0 0,0678 Ảnh hƣởng của pH đến phản ứng tạo phức 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 4 5 6 7 8 9 10 11 12 pH A b s

đường biểu diễn sự phụ thuộc của phức màu vào pH

Hình 3.1. Ảnh hưởng của pH đến phản ứng tạo phức màu antipyrin

Kết quả trên hình 3.1 cho thấy:

Trong khoảng pH = 8,0 ÷ 10,0 mật độ quang A ổn định và đạt cực đại.

Trong khoảng pH < 7,5 các giá trị mật độ quang A tăng dần , không ổn định, có thể giả thiết rằng : ở pH < 7,5, có phản ứng giữa các phân tử phenol với phân tử 4- aminoantipyrin nhƣng phƣ́c màu đƣợc hình thành chƣa hoàn toàn và chƣa bền , làm thay đổi các trung tâm hấp phụ, mật độ quang tăng lên và không ổn định.

Trong khoảng pH >10,0 các giá trị mật độ quang giảm dần, có thể giả thiết rằng: Ở khoảng pH này phức atipyrin bị phân hủy dần , làm thay đổi các trung tâm hấp phụ , mật độ quang giảm dần.

Vì vậy, chúng tôi chọn khoảng pH = 7,5  10,0 là khoảng pH tối ƣu . Trong các phép xác định tiếp theo chúng tôi chọn khoảng giá trị pH = 8,0 làm giá trị pH để làm thƣ̣c nghiệm.

b. Ảnh hƣởng của nồng độ 4-Aminoantipynrine đến tạo phƣ́c antipyrin

Kết quả chuẩn bị các dung dịch màu nâu đỏ antipyrin ở các nồng độ 4- aminoantipyrine khác nhau làm chất chỉ t hị và ảnh hƣởng của nồng độ 4- aminoantipyrine đƣợc trình bày trên bảng 3.2; 3.3 và hình 3.2:

Kết quả thí nghiệm 1:

Bảng 3.2. Nồng độ 4-Aminoantipyrine khác nhau với phenol và A khảo sát

Stt CX 1 (mg/l) CX2 (M) CX 3(M) CX4 (M) pH A 1 0,35 0,00 0,0025 0,0125 8,0 0,2 0,00 2 0,0005 0,0620 3 0,0010 0,0633 4 0,0015 0,0653 5 0,0020 0,0701 6 0,0025 0,0732 7 0,0030 0,0790 8 0,0040 0,0819 9 0,0050 0,0620 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Kết quả thí nghiệm 2:

Bảng 3.3. Nồng độ 4-Aminoantipyrine khác nhau, không có phenol và abs khảo sát

Stt CX2 (M) CX3 (M) CX 4 (M) pH A 1 0,00 0,0025 0,0125 8,0 0,2 0,00 2 0,0005 0,0015 3 0,0010 0,0063 4 0,0015 0,0091 5 0,0020 0,0352 6 0,0025 0,0245 7 0,0030 0,0607 8 0,0040 0,0374 9 0,0050 0,0015

ảnh hưởng nồng độ của 4-aminoantipyrin đến phản ứng tạo phức 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,1 0 0,0005 0,001 0,0015 0,002 0,0025 0,003 0,0035 0,004 0,0045 0,005 0,0055

Nồng độ 4-Aminoantipyrin (M)

Ab

s

đường biểu diễn sự hấp thụ quang của phức màu antipyrin đường biểu diễn sự hấp thụ quang phức màu của phản ứng K3Fe(CN)6 và 4-aminoantipyrin

Hình 3.2. Ảnh hưởng nồng độ của 4-Aminoantipynrine đến tạo phức antipyrin

Kết quả trên hình 3.2 cho thấy:

Với nồng độ 4-Aminoantipyrine  0,0015M giá trị mật độ quang A của phƣ́c màu phenol với 4-aminoantipyrine ít biến đổi và hầu nhƣ khôn g bị ảnh hƣởng bởi phƣ́c màu K3Fe(CN)6 với 4-aminoantipyrine, ở các nồng độ 4-aminoantipyrine > 0,0015M mật độ quang A của màu phƣ́c phenol với 4-aminoantipyrine tăng dần, bên cạnh đó giá trị mật độ quang của phức K 3Fe(CN)6 với 4-aminoantipyrine cũng tăng và biến đổi không đêu đặn làm ảnh hƣởng một phần đến giá trị mật độ quang của phƣ́c màu phenol với 4-aminoantipyrine điều đó cho thấy khi nồng độ 4 – Aminoantipyrine lớn có ảnh hƣởng đáng kể đến phép đo quang của dung dịch nghiên cứu.

Vì vậy , chúng tôi chọn khoảng giá trị nồng độ 4-aminoantipyrine = 0,0005 

0,0015 (M) là khoảng giá trị nồng độ 4-aminoantipyrine tối ƣu . Trong các phép xác định tiếp theo chúng tôi chọn khoảng giá trị nồng độ 4-aminoantipyrine = 0,001 (M) làm giá trị nồng độ 4-aminoantipyrine để làm thƣ̣c nghiệm.

c. ảnh hƣởng của nồng độ K3Fe(CN)6 để tạo phức

Kết quả chuẩn bị các dung dịch màu nâu đỏ antipyrin ở các nồng độ K 3Fe(CN)6 khác nhau đƣợc trình bày trên bảng 3.4 và hình 3.3:

Bảng 3.4. Nồng độ của K3Fe(CN)6 khác nhau và abs khảo sát

Stt CX1 (mg/l) CX2 (M) CX3 (M) CX4 (M) pH A 1 0,35 0,0010 0,00 0,0125 8,0 0,2 0,00 2 0,00125 0,0191 3 0,0025 0,0655 4 0,0050 0,0624 5 0,0075 0,0585 6 0,0100 0,0566 7 0,0125 0,055

Ảnh hưởng của nồng độ K3Fe(CN)6 đến phản ứng tạo phức 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014

Nồng độ K3Fe(CN)6 (M)

A

bs

Đường biểu diễn ảnh hưởng của nồng độ K3Fe(CN)6 đến phản ứng tạo phức

Hình 3.3. Ảnh hưởng của K3Fe(CN)6 đến phản ứng tạo phức màu nâu đỏ antipyrine

Kết quả trên hình 3.3 cho thấy:

Với nồng độ K3Fe(CN)6 < 0,0025M mật độ quang tăng mạnh.

Với nồng độ K3Fe(CN)6 = 0,0025M mật độ quang đạt giá trị cƣ̣c đại.

Với nồng độ K 3Fe(CN)6 > 0,0025M mật độ quang giảm dần nhƣng độ giảm không đột ngột.

Vì vậy , chúng tôi chọn giá trị nồng độ K 3Fe(CN)6= 0,0025 (M) là nồng độ K3Fe(CN)6 tối ƣu. Trong các phép xác định tiếp theo chúng tôi chọn giá trị nồng độ K3Fe(CN)6 = 0,0025 (M) để làm thực nghiệm.

d. Ảnh hƣởng của thời gian đến độ ổn định của phƣ́c màu nâu đỏ antipyrin

Kết quả chuẩn bị các dung dịch màu nâu đỏ antipyrin ở khoảng thời gian k hác nhau đƣợc trình bày trên bảng 3.5 và hình 3.4: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Bảng 3.5. Khoảng thời gian khác nhau và abs khảo sát

Stt CX1(mg/l) CX2 (M) CX3 (M) CX4 (M) pH T (phút) A 1 0,35 0,0010 0,0025 0,0125 8,0 0,2 0,00 0,00 2 2 0,0357 3 5 0,0474 4 7 0,0510 5 10 0,0572 6 13 0,0606 7 15 0,0650 8 20 0,0651 9 25 0,0650 10 30 0,0649 11 45 0,0650 12 60 0,0650

Khảo sát độ bền của phức màu theo thời gian 0,03 0,035 0,04 0,045 0,05 0,055 0,06 0,065 0,07 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

Thời gian (phút)

A

bs

Đường biểu diễn độ bền của phức màu theo thời gian

Hình 3 . 4 . Độ ổn định của phức màu nâu đỏ antipyrine v ào thời gian

Kết quả trên hình 3.5 cho thấy: Hợp chất màu bền trong khoảng thời gian từ 15 ÷ 60 phút, trong khoảng thời gian này mật độ quang A rất ổn định . Trong các thực nghiệm tiếp theo chúng tôi chọn thời gian đo màu là ngoài 15 phút kể từ khi tạo phản ứng màu, và chọn tTối ƣu = 20 phút.

Tóm lại, từ các kết quả trên hình 3.1; 3.2; 3.3 và 3.4 chúng tôi chọn đƣợc các điều kiện tối ƣu cho phản ứng tạo phƣ́c màu nâu đỏ antipyrin là :

Khoảng giá trị pHtối ƣu = 8,0  10,0.

Khoảng giá trị nồng độ 4-Aminoantipyrine tối ƣu = 0,0005  0,0015(M). Giá trị nồng độ K3Fe(CN)6 tối ƣu = 0,0025 (M).

Thời gian tối ƣu ngoài 15 phút.

3.1.2. Đo phổ hấp thụ electron của phƣ́c màu nâu đỏ antipyrin

Phổ hấp thụ electron của phƣ́c màu nâu đỏ antipyri n ở ba giá trị nồng độ khác nhau.

H ì n h 3 . 5 . P h ổ h ấ p t h ụ e l e c t r o n c ủ a p h ứ c m à u a n t i p y r i n đ ư ợ c q u é t t ừ

Từ phổ đồ trên hình 3.5 cho thấy: Phức màu hấp thụ cực đại ở bƣớc sóng 500nm. Từ đó chúng tôi chọn giá trị max = 500nm làm  tối ƣu.

3.1.3 . Xác định khoảng tuyến tính

Kết quả xác định khoảng tuyến tính đƣợc tổng hợp ở bảng 3.6 và 3.7 dƣới đây:

Bảng 3.6. Độ hấp thụ quang và nồng độ ở các thời điểm khác nhau

C 0 (mg/l) 0,05 (mg/l) 0,1 (mg/l) 0,35 (mg/l) 0,5 (mg/l) 0,85 (mg/l) 1,0 (mg/l) 1,2 (mg/l) 1,3 (mg/l) 1,5 (mg/l) A 0,00 0,0156 0,0225 0,0583 0,0773 0,131 0,1534 0,1836 0,1979 0,2273 0,00 0,008 0,0153 0,0521 0,0741 0,1256 0,1476 0,1757 0,1887 0,2111 0,00 0,0075 0,0145 0,0498 0,0709 0,1203 0,1414 0,1696 0,1817 0,2089 0,00 0,0074 0,0145 0,05 0,0713 0,121 0,1423 0,1707 0,1849 0,2103 0,00 0,0077 0,0115 0,0483 0,0703 0,1218 0,1438 0,1732 0,1869 0,2133 0,00 0,0077 0,0149 0,0505 0,072 0,1219 0,1433 0,1718 0,1831 0,2147 0,00 0,008 0,0154 0,0524 0,0746 0,1264 0,1486 0,1782 0,1891 0,2216

Bảng 3.7. Tóm tắt các hệ số từ phương trình Abs = a* C + b thể hiện sự tương quan giữa độ hấp thụ quang và nồng độ phenol

Thời điểm b a R2 29/10/2011 0,0070 0,1466 0,9997 09/11/2011 0,0022 0,1428 0,9990 17/11/2011 0,0009 0,1396 0,9999 19/11/2011 0,0007 0,1410 0,9999 20/11/2011 0,0009 0,1455 0,9998 24/11/2011 0,0008 0,1420 0,9998 26/11/2011 0,0010 0,1468 0,9998

Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn ở 7 thời điểm khác nhau cho thấy các đƣờng chuẩn ở các thời điểm khác nhau không biến động nhiều. Đƣờng chuẩn xác định Phenol tuyến tính trong khoảng từ 0,05 đến 1,5 mg/l, giá trị R2 trung bình của 7 thí nghiệm là 0.9997.

3.1.4. Xây dựng đƣờng chuẩn xác định phenol

Kết quả xây dựng đƣờng chuẩn đƣợc tổng hợp ở bảng 3.8 dƣới đây:

Bảng 3.8. Nồng độ phenol khác nhau và abs để xây dựng đường chuẩn

Stt CX1 (mg/l) CX2 (M) CX3 (M) CX4 (M) pH A

2 0,05 0,0076 3 0,10 0,0150 4 0,35 0,0518 5 0,50 0,0756 6 0,65 0,0959 7 0,85 0,1253 8 1,00 0,1474 9 1,20 0,1768 Đƣờng chuẩn xác định phenol y = 0.147x + 0.0006 R2 = 0.9999 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3 Nồng độ phenol (mg/L) A b s Điểm

Đường chuẩn xác định phenol (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Hình 3.6. Đường chuẩn xác định hàm lượng phenol

Đƣờng chuẩn trên hình 3.7 đƣợc thiết lập ở các điều kiện tối ƣu:

pH tối ƣu = 8,0;

Nồng độ 4-Aminoantipyrine tối ƣu = 0,001(M);

Giá trị nồng độ K3Fe(CN)6 tối ƣu = 0,0025 (M);

Thời gian tối ƣu ngoài 15 phút;

max = 500nm =  tối ƣu.

Có phƣơng trình đƣờng chuẩn: A = 0,147CPhenol + 0,0006, với hệ số tƣơng quan R2 = 0,9999.

3.1.5. Đánh giá độ tin cậy của đƣờng chuẩn xác định phenol

Kết quả đánh giá độ tin cậy của đƣờng chuẩn đƣợc tổng hợp ở bảng 3.9 dƣới đây: