4. Phân tích hàm lượng một số chỉ tiêu trong nước thải
4.4. Chỉ tiêu BOD (biochemical oxygen demand)
4.4.1. Ý nghĩa môi trường
Nhu cầu ỗi sinh học là khối lượng ôxi do vi sinh vật sử dụng trong quá trình phân huỷ các chất hữu cơ. BOD là chỉ tiêu để xác định mức độ ô nhiễm của nước thải sinh hoạt hoặc/và công nghiệp và đánh giá khả năng tự làm sạch của nguồn nước. BOD còn liên quan đến việc đo lượng ôxi tiêu thụ do vi sinh vật phân huỷ
các chất hữu cơ trong nước thải. Do đó BOD còn được ứng dụng để ước lượng công suất cũng như hiệu quả sử lý của các công trình xử lý sinh học.
4.4.2. Nguyên tắc
Trung hoà mẫu nước phân tích về pH = 6 – 8, pha loãng mẫu theo những tỉ lệ khác nhau bằng nước giàu ôxi hoà tan có chứa các vi sinh vật hiếu khí và chất dinh dưỡng. Mẫu được chứa đầy hoàn toàn trong bình (không có túi hoặc bọt khí), nút kín và giữ trong tủ ủ ở nhiệt độ 20oC trong thời gian 5 ngày không tiếp xúc với ánh sáng. BOD được tính bằng hiều số của hàm lượng ôxi hoà tan của mẫu pha loãng trước và sau 5 ngày ở cùng điều kiện trên .
4.4.3. Dụng cụ và hoá chất 4.6.1. Dụng cụ
− Tủ BOD (incubator)
− Chai BOD, thể tích 110mL − Bơm sục khí, pipet, buret − ống đong, bình định mức
4.6.2. Hoá chất
− Dung dịch Mn 2+: hoà tan 300g MnCl.4H2O trong 300mL nước cất (đun nóng nếu không tan hoàn toàn) pha loãng bằng nước cất đến 500mL. Tiến hành lọc nếu dung dịch bị vẩn đục.
− Dung dịch OH – I – N3: hoà tan 160g NaOH trong 150mL nước cất làm lạnh, hoà tan 300g NaI trong 200mL nước cất, hoà tan 5g NaN3 trong 50mL nước cất. Trộn 3 dung dịch trên rồi định mức đến 500mL bằng nước cất. Nếu có kết tủa màu nâu thì gạn lấy phần dung dịch.
− Acid H3PO4 loại tinh khiết.
− Chỉ thị hồ tinh bột: hoà tan 1g hồ tinh bột trong 100mL nước cất, đun nóng, khuấy nhẹ cho đến khi tan hết. Bảo quản dung dịch này trong tủ lạnh.
− Dung dịch Na2S2O3 0.02 mol/L: hoà tan 4.96g Na2S2O3.5H2O trong 900mL nước cất, thêm vào 0.1g Na2CO3, thêm 10mL butanol sau đó pha loãng bằng nước cất đến vạch định mức của bình định mức 100mL.
− Kiểm tra dung dịch chuẩn:
Cho vào erlen lần lượt 2ml dung dịch KIO3 0.005 mol/L, 100 – 200 mg KI, thêm 1mL HCl 1mol/L. Chuẩn độ băng dung dịch Na2S2O3 ở trên. Tiến hành 3 lần lấy kết quả trung bình. Nồng độ của dung dịch Na2S2O3 được tính theo công thức:
C=6.C1.V1 V
Với:
+ C1: nồng độ dung dịch KIO3
+ V: thể tích dung dịch Na2S2O3 tiêu tốn + V1: thể tích dung dịch KIO3
− Dung dịch acid glucose-glutamic: sấy thuốc thử glucose và glutamic ở 1030C trong 1 giờ. Hoà tan 150mg glucose và 150mg glutamic trong nước cất và định mức thành 1000mL.
− Dung dịch đệm phosphatel: hoà tan 8.5g, 33.4g, 1.7g trong nước, thêm nước đến 1000mL.
− Dung dịch CaCl2 27.5g/L: hoà tan 27.5g đã sấy khô trong 1L nước cất. − Dung dịch MgSO4 22.5g/L: hoà tan 27.5g đã sấy khô trong 1L nước cất. − Dung dịch FeCl3.6H2O 0.25g/L: hoàn tan 0.25g FeCl3.6H2O trong 1L nước
cất.
− Dung dịch HCl 0.5M: pha loãng 42mL acid đậm đặc với nước cất, định mức 1L.
− Dung dịch NaOH 0.5M: hoà tan 20g NaOH trong nước cất, định mức 1L. − Chuẩn bị nước pha loãng: chuẩn bị khoảng 10L nước cất rồi sục khí trong
vài giờ sao cho nồng độ ôxi hoà tan đạt ít nhất là 8mg/L. Thêm vào mỗi lit nước cất bão hoà ôxi các dung dịch sau: dung dịch đệm phosphate, dung dịch MgSO4, dung dịch CaCl2, dung dịch FeCl3 lắc đều. ổn định dung dịch vừa điều chế ở 200C. Dung dịch này chỉ sử dụng trong 24H.
− Chuẩn bị nước pha loãng chứa vi sinh vật: cho vi sinh vật vào nước bão hoà ôxi đã chuẩn bị ở trên, chỉ chuẩn bị dung dịch này trước khi dùng. Lượng ôxi hoà tan hao hút sau 5 ngày của nước pha loãng chứa vi sinh vật ở 200C là giá trị trắng và không được quá 0.5mg/L.
4.4.4. Cách tiến hành
Điều chỉnh pH về khoảng 6-8 bằng dung dịch HCl 0.5M hoặc dung dịch NaOH 0.5M. nếu mẫu không nằm trong khoảng Ph trên thì khi trung hoà không cần quan tâm đến kết quả tạo thành.
Lấy chính xác các thể tích mẫu tương ứng với tỉ lệ pha loãng khác nhau. Nếu tỉ lệ pha loãng lớn hơn100, pha loãng mẫu bằng nước pha loãng chứa vi sinh vật
trong các bình định mức thích hợp trước khi cho vào chai BOD. Chuẩn bị 2 chai cho mỗi tỉ lệ pha loãng.
Cẩn thận cho nước pha loãng chứa vi sinh vật vào các chai sao cho không tạo bọt khí. Khi đậy nắp chỉ để tràn nhẹ. Đậy nắp chai, chú ý loại bỏ hết không khí.
Chuẩn bị 2 chai chứa mẫu trắng. Chia các chai thành 2 dãy có thỉ lệ pha loãng khác nhau mỗi dãy có một mẫu trắng.
Đặt các chai vào tủ ở nhiệt độ 200C và giữ trong 3 ngày. Xác định ngay nồng độ ôxi trong mối chai ở dãy còn (BOD0). Sau 3 ngày xác định nồng độ ôxi hoà tan trong mỗi chai ở dãy thứ nhất (BOD3).
4.4.5. Cách tính kết quả
Nhu cầu ôxi hoá sinh học 3 ngày tính băng mg O2/L theo công thức: Trường hợp pha loãng mẫu trực tiếp trong chai:
BOD = (C1-C2)*V1/V2-(C3-C4)*V1-V2/V2
Trường hợp pha loãng mẫu bên ngoài:
BOD = F*(C1-C2)-(F-1)*(C3-C4)
Với:
+ C1: DO của mẫu thử ở thời điểm ban đầu + C2: DO của mẫu thử sau 3 ngày
+ C3:DO của mẫu trắng ở thời điểm ban đầu + C4: DO của mẫu trắng sau 3 ngày
+ V1: tổng thể tích của mẫu và nước pha loãng trong chai + V2: thể tích của mẫu trong chai
+ F: hệ số pha loãng.
4.5. Chỉ tiêu DO (Dissolved Oxygen) 4.6.1. Ý nghĩa môi trường
Đây là chỉ tiêu quan trọng nhất liên quan đến việc kiểm soát ô nhiễm dòng chảy, duy trì điều kiện hiếu khí và là cơ sở để xác định nhu cầu oxy sinh học (BOD). DO cũng là yếu tố quan trọng trong sự ăn mòn sắt thép đặc biệt là trong hệ thống cấp nước lò hơi.
− Khi chỉ số DO thấp, nước có nhiều chất hữu cơ vì nhu cầu oxy hóa tăng nên tiêu thụ nhiều oxy trong nước, chứng tỏ nguồn nước càng bị ô nhiễm.
− Khi chỉ số DO cao chứng tỏ nước có nhiều rong tảo tham gia quá trình quang hợp giải phóng oxy. DO thấp không chỉ gây tác hại đến đời sống thủy sinh mà còn làm giảm khả năng tự làm sạch của nguồn nước. Nước uống có DO nhỏ hơn 80% mức bão hòa sẽ gây khó chịu.
4.6.2. Phạm vi áp dụng
Phương pháp này phù hợp cho nước thiên nhiên có hàm lượng oxy hòa tan lớn hơn 0.3 mg/L.
4.6.3. Nguyên tắc
Dùng phương pháp chuẩn độ oxy hóa khử, bằng kỹ thuật chuẩn độ iod để xác định chỉ tiêu này.
Thêm vào mẫu dung dịch muối Mn2+ (DO I) và hỗn hợp kiềm-azid-iodua (DO II), thu được kết tủa màu trắng. Kết tủa này bị oxy trong mẫu oxy hóa thành dạng tủa nâu MnO2 . Trong môi trường acid, tủa này có khả năng oxy hóa iodua để tạo thành Mn2+ và I2.
Dùng dung dịch tiêu chuẩn natri thiosunfat (Na2S2O3) chuẩn độ lượng I2 sinh ra. Từ thể tích dung dịch Natri thiosulfat (Na2S2O3) tiêu tốn tính được hàm lượng DO trong mẫu phân tích.
Phương trình phản ứng:
− Khi thêm acid vào:
− Phương trình chuẩn độ:
4.6.4. Yếu tố ảnh hưởng
Nồng độ Fe3+ lớn hơn 1 mg/L có ảnh hưởng đến phép xác định.
− Khắc phục ảnh hưởng của Fe3+ bằng dung dịch acid photphoric đậm đặc (H3PO4).
Ion nitrate ( ) và ion nitrite ( ) khi có nồng độ lớn hơn 0.05 mg/L ảnh
huởng quá trình xác định. 2 2 Mn + +2OH − → Mn(OH) ↓ → 2 2 2 2 Mn(OH) +O MnO +2H O − + + + → + 2 + 2 2 2 MnO 2I +4H I Mn 2H O 2 - 2 2 2 3 4 6 I +2S O − → 2I S O+ − 3 2 2 2Fe + +2I − → + I 2Fe + 3 3 4 3 4 2 Fe ++2H PO → H [Fe(PO ) ] 3H+ + − 3 NO NO2−
− Khắc phục ảnh hưởng của nitrite bằng cách thêm vào chai mẫu đã cố định oxy trước khi acid hoá vài giọt dung dịch natri azid NaN3 5%.
Mẫu phải được xác định càng sớm càng tốt nếu không mẫu sẽ bị lượng oxy không khí hoà tan vào gây sai số.
Thao tác rót mẫu, thêm dung dịch, đậy nắp phải cẩn thận để không tạo bọt khí lẫn oxy vào mẫu.
4.6.5. Dụng cụ và hóa chất 4.6.5.1. Dụng cụ
− Các dụng cụ cơ bản trong phòng thí nghiệm. − Chai BOD có dung tích 113 mL.
− Microburet piston dung tích 5 mL chia vạch đến 0.005 mL. − Pipet các loại
4.6.5.2. Hóa chất
− Dung dịch Mn2+ (DO I): Hòa tan 300 g MnCl2.4H2O trong 300 mL nước cất (đun nóng nếu không tan hoàn toàn), định mức đến 500 mL.
− Dung dịch kiềm-azid-iodua (DO II): Hòa tan 250 g NaOH trong 150 mL nước cất, hòa tan 75 g KI trong 200mL nước cất, hòa tan 5 g NaN3 trong 50 mL nước cất, trộn lẫn 3 dung dịch trên và định mức 1000 mL.
− Dung dịch H3PO4: loại tinh khiết (d = 1.88).
− Chỉ thị hồ tinh bột 1%: Hòa tan 1 g hồ tinh bột trong 100 mL nước cất đã được đun nóng sẵn, khuấy nhẹ cho tan hết. Bảo quản dung dịch này trong tủ lạnh để sử dụng được lâu, tránh để vi sinh vật phân hủy hồ tinh bột.
− − + → ↑ 3 2 2 2NO + 6I + 8H 3I + 2NO + 4H O − − + → ↑ 2 2 2 1 2NO + I + 4H 2NO + I + 2H O 2 + 1 2 → 2 ↑ NO O NO 2 2 2 2 NO +2I− +2H + → NO + I↑ ↑ + H O 2 3 2 2 2 NO− +N− +2H + → N O↑ + N ↑ + H O − + − + + → ↑ + 3 3 2 2 NO 5N 6H 8N 3H O
− Dung dịch Na2S2O3 0.02 N: Hòa tan 4.96 g Na2S2O3.5H2O trong 500 mL nước cất, thêm vào 0.1 g Na2CO3. Chuyển vào bình định mức 1000 mL, định mức đến vạch. Tiến hành chuẩn lại dung dịch Na2S2O3 bằng dung dịch KIO3 tiêu chuẩn. − Dung dịch KIO3: Hòa tan 1.070 g KIO3 (đã sấy ở 180oC) trong 100 mL
nước cất, định mức 1000 mL.
− Chuẩn hóa dung dịch: Lấy chính xác 2 mL dung dịch KIO3 cho vào erlen, thêm khoảng 0.2 g KI rồi đổ thêm vào khoảng 25 mL nước cất. Thực hiện chuẩn độ với Na2S2O3như bước xác định DO. Làm 3 lần và lấy kết quả trung bình.
− Công thức tính: 1 2 2 1 6 V V C C = × × Trong đó: − C: nồng độ dung dịch Na2S2O3, N − V: thể tích dung dịch Na2S2O3, mL − C1: nồng độ dung dịch KIO3, N − V1: thể tích dung dịch KIO3, mL
− 6: Hệ số TĐ của 1 phân tử KIO3 trên 1 phân tử Na2S2O3
4.6.6. Cách tiến hành 4.5.6.1.Chuẩn bị mẫu
Mẫu lấy để xác định oxy hòa tan phải đại diện cho môi trường nước cần nghiên cứu. Thiết bị lấy mẫu cần đảm bảo không bị sục bọt khí. Khi lấy lên khỏi môi trường nước phải đậy nút chặt.
Cần phân tích mẫu ngay sau khi lấy mẫu. Nếu không có điều kiện phân tích ngay phải thực hiện tại chỗ bước cố định oxy.
Nếu mẫu nước chứa nhiều chất lơ lửng, cần phải loại bỏ bằng nhôm hidroxyt trước khi cố định oxy. Cách làm như sau:
− Lấy mẫu vào đầy chai nút mài nhám dung tích 1 lít. Dùng pipet thêm vào chai 10 mL dung dịch muối kép nhôm kali sunfat [KAl(SO4)2].12H2O 10% và 2 mL dung dịch NH3 đậm đặc. Đậy chai sao cho không có bọt khí.
− Lắc trộn chai khoảng 1 phút rồi để lắng trong ở nơi xa nguồn nhiệt và không có ánh sáng mặt trời rọi trực tiếp. Sau khoảng 10 phút chuyển phần nước trong bên trên kết tủa vào đầy chai cố định oxy.
− Đổ đầy dung dịch mẫu vào chai BOD. Cố định oxy trong mẫu bằng cách thêm vào chai 0.5 mL dung dịch DO I + 0.5 mL dung dịch DO II. Đậy nút sao cho không có bọt khí. Lắc trộn chai nhiều lần rồi để yên cho kết tủa lắng xuống. Bảo quản chai trong chỗ mát và tối cho đến khi phân tích tiếp.
− Thêm vào 1 mL dung dịch H3PO4 đậm đặc. Đậy nút chai và lắc trộn chai nhiều lần cho đến khi hòa tan kết tủa.
− Hút 50 mL dung dịch trong chai vào erlen 250 mL, chuẩn độ bằng dung dịch natri thiosulphate tới màu vàng rơm. Thêm 3 giọt dung dịch hồ tinh bột và tiếp tục chuẩn độ đến vừa mất màu xanh. Ghi thể tích dung dịch Na2S2O3 tiêu tốn.
4.6.7. Cách tính kết quả
Hàm lượng DO được tính theo công thức sau:
02 . 0 ) 1 113 ( 1000 113 8 1 − − × × × × = m c V V C C Trong đó: − C: hàm lượng DO, mg/L − Vm: thể tích mẫu, mL − C1: nồng độ dung dịch , N − Vc: thể tích dung dịch chuẩn độ, mL
− 0.02: lượng O2 trong thuốc thử (số liệu thực nghiệm) 4.6. Chỉ tiêu phosphate và tổng phosphous
4.6.1. Ý nghĩa môi trường
Trong môi trường tự nhiên, phosphate hữu cơ hầu hết là những chất mang độc tính mạnh dưới dạng thuốc diệt côn trùng, các vũ khí hóa học… Khi hàm lượng phosphate cao sẽ thúc đẩy quá trình phì dưỡng giúp rong rêu phát triển mạnh làm cho nguồn nước bị ô nhiễm.
Do đó chỉ tiêu phosphate được ứng dụng để kiểm soát mức độ ô nhiễm của nguồn nước. Cần thiết cho các trạm vận hành xử lý nước thải và trong nghiên cứu ô nhiễm dòng chảy. 4.6.2. Phạm vi áp dụng − 2 2 3 S O − 2 2 3 S O
Phương pháp này áp dụng để xác định hàm lượng phosphate và phosphorus tổng dựa trên việc xác định phosphate.
Phương pháp áp dụng với tất cả các loại nước, kể cả nước biển và nước thải. Các mẫu có hàm lượng phosphorus trong khoảng 0.005 – 0.8 mg/L.
4.6.3. Nguyên tắc
Áp dụng phương pháp đo quang để xác định hàm lượng phosphate trong nước.
Để xác định hàm lượng phosphate trong nước ta dùng phương pháp đo quang. Trong môi trường acid, phosphate tạo phức vàng với thuốc thử Amonium molybdate. Phức vàng này bị acid ascorbic khử tạo phức molybden màu xanh dương. Đem đo quang với bước sóng 880 nm.
Để xác định hàm lượng phosphous tổng. Ta dùng tác nhân oxi hoá K2S2O8 cho vào mẫu rồi ninh ở nhiệt độ 120 oC ± 2 trong 20 phút để chuyển tất cả phosphous về dạng phosphate rồi sau đó tiến hành phân tích như xác định phosphate.
Phương trình phản ứng
(NH4)3MoO .12MoO +C H O4 3 6 8 6 →(NH4)2MoO +C H O4 6 6 6 Màu vàng ( ) →( ) 3- + + 4 2 4 4 3 4 3 2 PO +12 NH MoO +24H NH PO .12MoO +21H +12H O Màu xanh 4.6.4. Yếu tố ảnh hưởng
− Silic và asen là 2 nguyên tố trở ngại vì tạo phức màu như phosphorus, mật độ quang sẽ tăng lên.
− Si gây ảnh hưởng khi hàm lượng > 5 mg/L, ta có thể loại trừ ảnh hưởng bằng acid
− As được loại trừ bằng cách khử asenat về dạng asenic với Na2S2O3
− H2S khi có nồng độ > 2 mg/L gây ảnh hưởng trong phân tích. Để loại bỏ ta cho khí nitơ đi qua mẫu đã acid hoá.
− Flo khi có nồng độ cao khoảng 200 mg/L kìm hãm sự phát triển màu − Crom (III) và Crom (VI) khi nồng độ 50 mg/L làm tăng độ hấp thu lên 5% − Đồng có hàm lượng > 10 mg/L sẽ ảnh hưởng tới độ hấp thu.
− Độ đục ảnh hưởng lớn đến quá trình đo quang, vì vậy nếu mẫu đục, ta cần lọc trước khi tiến hành. Tuy nhiên, khi lọc ta sẽ mất đi một lượng mẫu.
4.6.5. Dụng cụ và hóa chất 4.6.5.1. Dụng cụ − Máy so màu − Các loại pipet − Cuvet 5 cm − Bình định mức 25 mL 4.6.5.2. Hóa chất
− H2SO4 2.5mol/L: Định mức 70 mL H2SO4 đậm đặc thành 500 mL bằng nước cất.
− Dung dịch Amonium molybdate: Hòa tan 2 g (NH4)6Mo7O24.4H2O trong 50 mL nước cất.
− Dung dịch potassium antimonyl tartrate: Hòa tan 0.137 g K(SbO)C4H4O6.1/2H2O trong 40 mL nước cất, định mức 50 mL.
− Acid ascorbic 0.1M: Hòa tan 1.76 g acid ascorbic, C6H8O6, trong 100 mL nước cất. Bảo quản dung dịch 1 tuần ở 4oC.
− Hỗn hợp thuốc thử: Pha từ những chất trên, thể tích pha như sau:
Bảng 4. Hướng dẫn pha thuốc thử theo số lượng mẫu