6. Nội dung ch nh của luận văn
2.4.2. Bảo quản mẫu
Dưới sự tác động lý, hóa, sinh, ... các loại nước thường bị biến đổi ở những mức độ khác nhau xảy ra trong thời gian lấy mẫu đến khi phân t ch. Bản chất và tốc độ của những tác động này thường làm cho nồng độ các chất cần xác định sai khác với lúc lấy mẫu. Hạn chế vận chuyển đường xa và thường lưu giữ mẫu ở phòng th nghiệm trước khi phân t ch.
Rửa kỹ các bình để giảm khả năng gây nhiễm bẩn mẫu, cách rửa và chất liệu bình chứa phụ thuộc vào thành phần cần phân t ch.
Các chỉ tiêu phân t ch th nghiệm trong đề tài nghiên cứu được thực hiện theo một số tiêu chuẩn của Việt Nam (bảng sau) [2], [8], [23]. Việc lấy mẫu và bảo quản mẫu tuân theo QCVN hiện hành.
Bảng 2.1. Các phương pháp phân tích [23], [24].
STT Chỉ tiêu Phƣơng pháp Thiết bị
1. pH Điện cực Hana Bút đo pH
2. DO - Máy đo nhanh
3. COD
Đun hoàn lưu k n với chất oxy hóa K2Cr2O7, chuẩn độ bằng dung dịch FAS
Ống COD Máy nung COD
4. SS TCVN 6625:2000
Tủ sấy
Máy hút chân không Cân phân tích
5. N-NO3
- So màu với thuốc thử axit
phenoldisulfonic Máy đo mật độ quang 6. P-PO43- So màu với thuốc thử amoni
2.4.3. Phân tích mẫu
2.4.3.1. Xác định pH
Độ pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H+
có trong dung dịch, thường được dùng để biểu thị t nh axit và t nh kiềm của nước.
Độ pH là một trong những chỉ tiêu xác định đối với nước cấp và nước thải. Chỉ số này cho thấy sự cần thiết phải trung hòa hay không và t nh lượng hóa chất cần thiết trong quá trình xử lý đông keo tụ, khử khuẩn.
Sự thay đổi trị số pH làm thay đổi quá trình hòa tan hoặc keo tụ, tốc độ phản ứng hóa sinh xảy ra trong nước.
pH là một trong những thông số quan trọng và được sử dụng thường xuyên nhất trong hóa nước, dùng để đánh giá mức độ ô nhiễm nguồn nước, chất lượng của nước thải, đánh giá độ cứng của nước, sự keo tụ, khả năng ăn mòn, ... và trong nhiều t nh toán cân bằng axit - bazơ.
* Phương pháp xác định pH: có 2 cách thường sử dụng là đo trực tiếp và sử dụng máy do pH để bàn [2], [23], [24].
Máy đo DO
Các bước tiến hành như sau:
- Hiệu chỉnh máy với dung dịch pH chuẩn. - Đo mẫu nước, đọc kết quả trên máy.
- Sau khi đo pH của nước thải chứa dầu mỡ và các hợp chất hóa học, cần phải ngâm điện cực của máy đo trong dung dịch HCl 12% trong khoảng thời gian hai giờ và sau đó rửa lại điện cực bằng nước cất hai lần để phục hồi độ nhạy của điện cực.
Tuy nhiên, với mẫu nước thải được xác định giá trị pH tại hiện trường và so sánh với kết quả đo bởi máy đo pH để bàn.
2.4.3.2. Xác định Oxy hòa tan
Tất cả các sinh vật sống bị phụ thuộc vào oxy ở dạng này hay dạng khác để duy trì quá trình trao đổi chất nhằm sản sinh ra năng lượng cho sự sinh trưởng hoặc sinh sản. Quá trình hiếu kh là vấn đề được quan tâm nhất khi chúng cần oxy tự do.
Oxy hoà tan trong nước cần thiết cho những sinh vật hiếu kh . Bình thường oxy tự do trong nước nằm trong khoảng 8 - 10 mg/L, chiếm 70 – 85%
khi oxy bão hòa. Các chất gây ô nhiễm có trong nước thường làm giảm khả năng hòa tan của oxy trong nước. DO là một chỉ số quan trọng để đánh giá sự ô nhiễm nước của nước thải.
Giá trị DO được đo bằng thiết bị đo nhanh 6 chỉ tiêu [2], [23], [24].
2.4.3.3. Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD)
BOD là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong điều kiện hiếu kh . Đơn vị t nh là (mg/L).
Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O
Vi sinh vật Tế bào mới (tăng sinh khối).
Lượng oxy sử dụng trong quá trình này là oxy hòa tan trong nước, oxy do quá trình quang hợp.
Chỉ tiêu BOD được xác định bằng cách đo đạc lượng oxy mà vi sinh vật tiêu thụ trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ. Chỉ tiêu BOD càng cao chứng tỏ lượng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học ô nhiễm càng lớn.
Nước thải sinh hoạt có BOD 80-240 mg/L
Nước thải công nghiệp có BOD 200-30000 mg/L
Quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong nước có thể xảy ra theo hai giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Chủ yếu oxy hóa các hợp chất hydrocacbon, quá trình này xảy ra ở 20o
C.
CnHm + (n+m/4)O2 Vi khuẩn nCO2 + m/2 H2O
- Giai đoạn 2: Oxy hóa các hợp chất nitơ. 2NH3 + 3O2 Vi khuẩn 2NO2 - + 2H+ + 2H2O 2NO2 - + O2 Vi khuẩn 2NO3 -
Phương pháp xác định BOD5
Mẫu nước trong lọ đầy, nút k n. Trước khi phân t ch cần trung hòa về pH = 7 bằng H2SO4 1N hoặc NaOH 1N. Có thể pha loãng dựa vào chỉ số BOD. 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 th ch hợp [2], [23], [24].
Nếu BOD5 không vượt quá 7mg/L thì không pha loãng, thực hiện đo giá trị BOD trực tiếp: Mẫu được lấy vào t nhất hai bình BOD 200 - 300 mL. Đo giá trị DO ngay đối với bình thứ nhất và các bình còn lại để ủ sau năm ngày ở 200
C: BOD5 = DOo - DO5
* Kết quả được tính như sau:
BOD5 = (C1 – C2)/P
C1: Nồng độ oxy hòa tan (DO) sau khi pha loãng ở thời điểm ban đầu phân tích, mgO2/L.
C2: Nồng độ oxy hòa tan sau năm ngày, ủ ở 200
C, mgO2/l. P: Hệ số pha loãng.
Thể t ch nước đem phân t ch
Hệ số pha loãng P = --- Thể t ch mẫu nước đem phân t ch + thể t ch dung dịch pha loãng
Trường hợp phải bổ sung vi sinh vật vào mẫu thử (có thể là nguồn nước cống) để đảm bảo cho quá trình phân hủy các chất hữu cơ. BOD5 sẽ t nh theo công thức:
(C1 – C2) – (B1 – B2). F BOD5 (mg/L) = ---
P
B1, B2: Chỉ số DO trước và sau khi ủ (mg/L) của mẫu nước pha loãng có cấy thêm nguồn vi sinh vật.
F: Tỷ số giữa thể t ch dịch bổ sung vi sinh vật trong mẫu và trong đối chứng.
% (hay mL) dung dịch bổ sung vi sinh vật C1
F = --- % (hay mL) dung dịch bổ sung vi sinh vật trong B1
2.4.3.4. Phân tích nhu cầu oxy hóa hóa học (COD)
COD là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ thành CO2 và H2O dưới tác dụng của các chất oxy hóa mạnh. Lượng oxy này tương đương với hàm lượng chất hữu cơ có thể bị oxy hóa được xác định khi sử dụng một tác nhân oxy hóa học mạnh trong môi trường axit.
COD là chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm của nước (nước thải, nước mặt, nước sinh hoạt) kể cả chất hữu cơ dễ phân hủy và khó phân hủy sinh học. Khi phân t ch COD, các chất hữu cơ sẽ chuyển thành CO2 và H2O, ví dụ cả glucozơ và lignin đều bị oxy hóa hoàn toàn. 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, v dụ nước thải giấy có COD >>BOD do hàm lượng lignin cao.
Một trong những hạn chế chủ yếu của phân t ch COD là không thể xác định phần chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học và không có khả năng phân hủy sinh học. Thêm vào đó phân t ch COD không cho biết tốc độ phân hủy sinh học của các chất hữu cơ trong nước thải ở điều kiện tự nhiên.
Phương pháp xác định: xác định COD là phương pháp bicromat [23]. Phần lớn các chất hữu cơ đều bị oxy hóa bởi K2Cr2O7 trong môi trường axit, ở nhiệt độ 1500
C.
Chất hữu cơ + K2Cr2O7 + H+ CO2 + H2O + 2Cr3+ + 2K+ Bạc sunfat để làm chất xúc tác cho phản ứng oxy hoá các hợp chất mạch thẳng, hidrocacbon thơm và pyridin. Trong khi đó clo gây cản trở do quá trình phản ứng với đicromat gây sai số dư:
Cr2O7 2-
+ 6Cl- + 14H+ 3Cl2 + 7H2O + 2Cr3+ Hàm lượng Cl-
trong mẫu phải nhỏ hơn 1000mg/L. Có thể thay Cl- bằng thủy ngân sunfat:
2Cl- + Hg2+ HgCl2 Hằng số bền 13 10 . 7 , 1
Lượng đicromat dư được chuẩn độ bằng dung dịch Mohr Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O và sử dụng dung dịch ferroin làm chất chỉ thị để nhận biết phản ứng kết thúc. Khi đó màu xanh của Cr3+
sinh ra sẽ chuyển thành đỏ nhạt. Phương trình phản ứng được biểu diễn như sau:
Cr2O7 2-
+ 6Fe2+ + 14H+ 6Fe3+
+ 7H2O +2Cr3+
Trị số COD ch nh là lượng oxy t nh từ hàm lượng K2Cr2O7 tham gia phản ứng oxy hóa. * Tính kết quả (a-b) .N.8000 COD (mg/L) = --- Số mL mẫu thử
a: Thể t ch dung dịch muối Mohr dùng để chuẩn độ mẫu trắng; mL. b: Thể t ch dung dịch muối Mohr dùng để chuẩn độ mẫu thử; mL. N: Nồng độ đương lượng của dung dịch muối Mohr
2.4.3.5. Phương pháp đo chất rắn lơ lửng
Chất rắn lơ lửng nói riêng và tổng chất rắn nói chung có ảnh hưởng đến chất lượng nước trên nhiều phương diện. Hàm lượng chất rắn trong nước thấp làm hạn chế sinh trưởng hoặc ngăn cản sự sinh sống của thủy sinh [24].
Các chất rắn có trong nước là:
- Các chất vô cơ là dạng muối hòa tan hoặc không tan.
- Các chất hữu cơ như xác các vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, động thực vật phù du,... các chất hữu cơ tổng hợp như phân bón, các chất thải công nghiệp.
Chất rắn trong nước phân thành hai loại theo k ch thước hạt:
- Chất rắn qua lọc có đường kính hạt nhỏ hơn 1m (10-6m), bao gồm dạng keo và dạng hòa tan.
- Chất rắn không qua lọc có đường kính lớn hơn 1m, bao gồm các hạt là xác rong tảo có k ch thước hạt 10-5-10-6m ở dạng lơ lửng; cát sạn, cát có k ch thước trên 10-5
m có thể lắng cặn.
Một số chỉ tiêu biểu thị hàm lượng chất rắn như sau:
- Tổng chất rắn TS: Là trọng lượng khô còn lại sau khi cho bay hơi 1L mẫu nước (phù sa, mùn bã hữu cơ, tảo) trên nồi cách thủy rồi sấy khô ở 1030
C tới khi trọng lượng không đổi. Đơn vị t nh mg/L hoặc g/L.
- Chất rắn lơ lửng dạng huyền phù SS: Là phần trọng lượng khô của chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh, khi lọc 1L mẫu nước qua phễu lọc Gooch rồi sấy khô ở 103-1050
C cho tới khi trọng lượng không đổi. Đơn vị t nh mg (hoặc g/L).
- Chất rắn hòa tan DS: Hàm lượng chất rắn hòa tan bằng hiệu giữa tổng số chất rắn với huyền phù. Đơn vị t nh mg/L hoặc g/L.
DS = TS - SS
- Chất rắn bay hơi VS: Hàm lượng chất rắn bay hơi là phần mất đi khi nung lượng chất rắn huyền phù SS ở 5500C trong khoảng thời gian nhất định. Thời gian này phụ thuộc vào loại mẫu nước (nước cống, nước thải hoặc bùn). Đơn vị t nh mg/L hoặc phần trăm (%) của SS hay TS. Hàm lượng chất rắn bay hơi trong nước biểu thị cho chất hữu cơ có trong nước.
- Chất rắn có thể lắng: Là số mL phần chất rắn của một l t mẫu nước đã lắng xuống đáy phễu sau một khoảng thời gian (thường là 1 giờ).
Phương pháp xác định
- Cần phải loại bỏ vật thể nổi lớn cũng như tập hợp các vật thể không đồng nhất chìm trong mẫu nước.
- Nếu mẫu nước có độ khoáng cao, cần thiết phải rửa giấy lọc bằng nước cất nhiều lần trước khi sấy giấy lọc.
- Không kéo dài thời gian lọc mẫu nước vì các hạt keo có trong nước sẽ bị giữ lại trên giấy lọc.
- Hàm lượng cặn tối đa trong phần mẫu phân t ch không vượt quá 200mg để chúng không cản trở quá trình bay hơi của nước.
- Tiến hành phân t ch mẫu trắng (nước cất hai lần) để hiệu chỉnh kết quả phân t ch như sau:
(m1 –m2) – (m2t –m1t)
SS (mg/L) = ---. 1000 V
Trong đó:
m1, m2: Khối lượng giấy lọc trước và sau khi lọc mẫu tương ứng (mg). m1t, m2t: Khối lượng giấy lọc trước và sau khi lọc mẫu trắng tương ứng (mg). V: Thể t ch mẫu nước phân t ch (mL).
2.4.3.6. Phân tích hàm lượng nitrat (N-NO3-)
- Thuốc thử axit phenoldisulfonic: Trong môi trường axit sunfuric đậm đặc, nitrat tham gia phản ứng với axit phenoldisulfonic tạo thành phức chất không màu nitrophenoldisulfonic. Ở môi trường bazơ mạnh phức này có màu vàng bền trong vòng 15-20 phút và được đo mật độ quang ở bước sóng λ= 410 nm [2], [24].
Trong môi trường kiềm, phức chất phân ly thành ion gốc axit làm phân tử trở nên phân cực. Vì vậy, các electron hóa trị chuyển động hỗn loạn hơn nên phức chất có cường độ màu tăng và hấp thụ ánh sáng ở bước sóng dài. Dung dịch phức màu bền trong vòng 10 - 15 phút.
Để xác định nitrat trong nước, người ta thường dùng phương pháp so màu với thuốc thử axit disunfophenic. Thuốc thử tạo với nitrat thành hợp chất có màu vàng.
Khi hàm lượng lớn hơn 10 mg Cl- sẽ cản trở việc xác định. Để loại trừ ảnh hưởng này có thể pha loãng dung dịch hoặc thêm Ag2SO4 vào để kết tủa Cl- dưới dạng AgCl.
Phương pháp xác định:
- Cho 100 mL mẫu nước chứa không quá 5mg NO3-, trung hòa đến pH = 7, chuyển vào chén sứ và cô cạn trên bếp cách thủy. Thêm 2 mL dung dịch axit disunfophenic vào phấn khô trong chén và dùng đũa thủy tinh nhỏ, sạch hóa tan hoàn toàn, nếu cần vừa khuấy vừa đun cách thủy. Thêm 20 mL nước cất, 6 – 7 mL NH3 đặc hoặc 5 -6 mL dung dịch KOH 12N. Nếu có xuất hiện kết tủa hidroxit của các kim loại thì lọc qua phễu thủy tinh xốp. Chuyển dung dịch trong suốt vào bình định mức 50 mL, định mức đến vạch mức. Đo mất độ quang ở bước song 410 nm. Xác định nitrat theo đường chuẩn.
- Đường chuẩn: Làm bay hơi đến khô trên bếp cách thủy 50 mL dung dịch chuẩn nitrat. Cho 2 ml dung dịch axit disunfophenic vào phấn khô, khuấy nhẹ bằng đũa thủy tinh đến tan hết, định mức bằng nước cất đến 100 mL.
- Chuẩn bị 1L bình định mức 50 mL. Cho lần lượt vào các bình 0, 0,1 0,3, 0,5, 0,7, 1, 2, 5, 10, 15, 20 mL dung dịch chuẩn. Thêm vào 2 mL dung dịch axit disunfophenic và cùng một lượng KOH như đã làm ở dung dịch