Trong nước ngầm có loại nước chứa rất ít các ion và không ổn định. Đặc biệt trong loại nước này có chứa hàm lượng ion H+ cao nên được gọi là nước axít và giá trị pH thường nhỏ hơn 4.
Nguồn gốc của các loại nước này là do các hợp chất của S trong nham thạch bị oxy hoá dần dần tạo thành H2SO4 tan trong nước. Quá trình này thường xảy ra ở tầng
http://www.ebook.edu.vn 26
nước ngầm ở sâu dưới đất, cũng có thể xảy ra trong nham thạch trầm tích ở lớp trên cùng do hoạt động của núi lửa cung cấp.
1.5. Hóa học nước biển 1.5.1. Đặc điểm chung 1.5.1. Đặc điểm chung
Nước biển chiếm 99% toàn bộ lượng nước trên trái đất, nó bao phủ 71% bề mặt trái đất. Thể tích nước biển khoảng 1304.106 km3.
Vì biển và các đại dương thông nhau nên thành phần hóa học của nước biển tương đối đồng nhất theo thời gian và không gian.
Nước biển có độ khoáng hoá rất cao, thường vào khoảng 35 g/l. Nồng độ muối trong nước biển lớn hơn trong nước ngọt 2000 lần.
Vì biển và các đại dương thông nhau nên thành phần các chất trong chúng tương đối đồng nhất. Hàm lượng muối có thể khác biệt nhiều trong các đại dương nhưng tỷ lệ về những thành phần chính thì hầu như không đổi.
Diễn đạt theo ngôn ngữ hóa học thì “nước biển là dung dịch của 0,5 mol NaCl, 0,05 mol MgSO4 và vi lượng của tất cả các nguyên tố có mặt trong toàn cầu”.
1.5.2. Các ion chủ yếu có trong nước biển
Độ khoáng hoá của nước biển hoàn toàn phụ thuộc vào lượng các ion chủ yếu có trong nước biển.
Trong nước biển Na+, Cl-, Mg2+ chiếm 90%; K+, Ca2+, SO42- chiếm 3%; các chất còn lại chiếm 7% tổng lượng các chất. Bảng 14. Các thành phần chủ yếu của nước biển STT Chất Hàm lượng trung bình (mg/l) STT Chất Hàm lượng trung bình (mg/l) 1 Na 10500 16 S 2460 2 K 380 17 Cl 18980 3 Be 0,00005 18 Br 65 4 Mg 1270 19 I 0,06 5 Ca 400 20 Fe 0,01 6 Ba 0,03 21 Zn 0,01 7 B 20 22 C 28 8 Al 0,01 23 Cu 0,003 9 Si 3 24 Mn 0,002 10 Sn 0,003 25 Co 0,005 11 Pb 0,003 26 Ni 0,005 12 N 0,6 27 Ag 0,0003 13 P 0,07 28 Cd 0,0001 14 As 0,003 29 Cr 0,00005 15 Bi 0,0002 30 Hg 0,00003
http://www.ebook.edu.vn 27
Hàm lượng các ion chủ yếu có trong nước biển có một thứ tự xác định. Có khoảng 11 thành phần ion chính - chiếm khoảng 99,99% tổng hàm lượng các chất khoáng hòa tan.
- Về anion: Cl- (55,04%)> SO42-(7,68%) > HCO3- + CO32-. - Về cation: Na+ (30,61%) > K+ > Mg2+ (3,69%) > Ca2+.
Bảng 15. Hàm lượng các nguyên tố vi lượng hòa tan trong nước biển tồn tại dưới dạng các hợp chất khác nhau:
Nguyên tố Dạng tồn tại chính Nguyên tố Dạng tồn tại chính
Fe Fe2+, FeCl+, Fe(OH)3 N NO3-
Cu CuCO3, Cu(CO3)22-, Cu(OH)+ F F-
Zn Zn2+, ZnCl+, ZnSO4 P HPO4 2- , NaHPO4, MgHPO4, PO43- As As(OH)3, As(OH)4- Br Br- Pd PdCl42- I IO3- Cd CdCl+, CdCl2 Si H4SiO4, H3SiO4- Pb PbCl-, PbCl2, PbCO3 Te TeO32-, HTeO3- Hg HgCl42-, HgCl3-, HgCl2
Nhìn chung hàm lượng ion trong nước biển rất ổn định về mặt tỷ lệ giữa chúng. Nguyên nhân của tính ổn định là do nước biển có tính giao lưu rất mạnh nên khả năng trộn lẫn là rất cao. Vả lại, thể tích nước biển rất lớn, một sự thay đổi nhỏ, cục bộ sẽ không ảnh hưởng đến thành phần hóa học của nước biển.
Độ kiềm: Là tổng nồng độ anion của các axít yếu có mặt trong nước biển. Trong các loại ion chủ yếu của nước biển thì HCO3- và CO32- của axít cacbonic (H2CO3) và H2BO3- của axít boric (H3BO3) bởi chúng có hàm lượng lớn nhất. Các anion khác có hàm lượng không đáng kể nên thường bị bỏ qua, chỉ được tính đến trong một số trường hợp cần thiết.
Ở những vùng cửa sông hệ số kiềm (=độ kiềm/độ muối) thường rất cao (khoảng 760), ở đại dương (khoảng 660 - 680), ở khu vực các nguồn nước lục địa đổ ra biển càng nhiều thì hệ số kiềm càng tăng (có thể lên đến 1000).
1.5.3. Độ mặn (độ muối) của nước biển
Độ mặn của nước biển là đại lượng đặc trưng định lượng cho lượng các chất khoáng rắn hòa tan (các muối) trong nước biển.
Độ muối của nước biển có thể biến đổi trong những giới hạn khá rộng, nhưng tỷ lệ khối lượng giữa các thành phần chính của nó hầu như không đổi ở mọi vùng biển trên thế giới, trừ các vùng cửa sông, đầm phá, vũng vịnh kín và các biển kém trao đổi với đại dương. Điều này đã được Marxet (phát hiện năm 1819) và Ditmar (khẳng định năm 1876) trên cơ sở nghiên cứu thành phần muối nước biển ở nhiều vùng trên thế giới và đã tổng kết thành quy luật cơ bản:
Trong nước đại dương xa bờ, tỷ số giữa nồng độ của các ion chính luôn không đổi, không phụ thuộc vào trị số tuyệt đối của độ muối.
http://www.ebook.edu.vn 28
Từ quy luật này có thể xác định chính xác hàm lượng của một loại ion nào đó, rồi bằng tính toán đơn giản mối liên hệ đã biết thì dễ dàng suy ra hàm lượng của các ion khác và do vậy có thể xác định được độ mặn của nước biển. Ion Cl- được chọn cho mục đích này vì sự có mặt của nó trong nước biển với nồng độ lớn nhất.
Nồng độ trung bình của Cl- trong nước bề mặt đại dương là 19,3534 g/kg.
Trên cơ sở các nghị quyết của hội nghị quốc tế về hải dương học năm 1889 và 1901 tại Stốckhôm (ThuỵĐiển), M. Knudsen và cộng sựđã khẳng định:
Độ muối của nước biển là trọng lượng cặn khô tính bằng gam (cân trong chân không) của một kilogam nước biển, với điều kiện tất cả các halogen trong đó được thay thế bằng clo tương đương, những muối cacbonat được thay thế bằng oxýt và các chất hữu cơ bị phân hủy hết ở 4800C.
Độ clo nước biển là tổng lượng (tính bằng gam sau khi đã quy đổi tương đương sang clo) của các halogen có trong 1 kg nước biển.
Đối với nước đại dương và các biển trao đổi tốt với đại dương, mối quan hệ giữa độ muối (tính bằng g/kg, ký hiệu S‰) và độ clo (tính bằng g/kg, ký hiệu Cl‰) như sau:
S‰ = 0,034 + 1,8050.Cl‰ (1-24) Những năm sau này, một số tác giả còn xây dựng những công thức mới về mối liên hệ giữa tổng nồng độ các ion (tính bằng g/kg, ký hiệu ΣI‰) chẳng hạn:
Lymen và Fleming (1940): ΣI‰ = 0,069 + 1,8112.Cl‰ Kocx (1963): S‰ = 1,80655.Cl‰
Kocx (1966): ΣI‰ = 1,81578.Cl‰ ;...
Thực nghiệm chứng tỏ ΣI%o gần với độ muối thực của nước biển hơn giá trị S‰; song sự sai khác của chúng không đáng kể, chỉ vào khoảng ± 0,004 ‰ khi độ muối nước biển nằm trong khoảng 30 - 40‰.
Tuy nhiên độ mặn của các đại dương cũng có dao động. Sự dao động này phụ thuộc vào quá trình cân bằng của quá trình bốc hơi và ngưng tụ của nước biển. Quá trình này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như vị trí địa lý, khí hậu, mùa,… Chẳng hạn ở vùng nhiệt đới có độ mặn S‰ = 35,7 ; ở cực bắc và cực nam S‰ = 34,5.
Độ mặn của nước biển còn thay đổi theo độ sâu. Người ta nhận thấy rằng từ mặt của đại dương tới độ sâu khoảng 5000m độ mặn dao động trong khoảng từ 34,9 - 36,5.
1.6. Phương pháp nghiên cứu hoá nước và yêu cầu sử dụng nước 1.6.1. Bố trí hệ thống trạm đo đạc chất lượng nước 1.6.1. Bố trí hệ thống trạm đo đạc chất lượng nước
Tùy theo nhu cầu sử dụng nước mà người ta bố trí các trạm đo đạc chất lượng nước. Việc bố trí vị trí và số lượng các trạm đo phải làm sao đo đạc được những đặc trưng nhất của chất lượng nguồn nước phục vụ cho các nhu cầu trên và phải theo dõi sự biến đổi chất lượng các nguồn nước đó để có biện pháp xử lý cần thiết, kịp thời.
1.6.2. Phương pháp lấy mẫu nướca. Các loại mẫu nước a. Các loại mẫu nước
Tùy vào mục đích phân tích khác nhau (hoá học, sinh vật, vi sinh vật,…) mà các phương pháp, thiết bị lấy mẫu và cách xử lý mẫu khác nhau.
http://www.ebook.edu.vn 29
- Mẫu đơn: là loại mẫu gián đoạn, thường được lấy thủ công hay tự động từ nước trên bề mặt, hoặc ở một độ sâu nhất định hoặc ở dưới đáy. Mỗi mẫu thường chỉ đại diện cho chất lượng nước ở thời điểm và địa điểm lấy mẫu.
- Mẫu gián đoạn (theo thời gian và theo vị trí).
- Mẫu liên tục (lấy ở lưu lượng định trước và lưu lượng thay đổi): Chứa mọi thành phần của nước trong suốt giai đoạn lấy mẫu, loại mẫu này có thể phát hiện được sự thay đổi chất lượng nước.
- Mẫu loạt (theo chiều sâu hoặc theo diện tích): Tức là lấy theo độ sâu khác nhau ở cùng một vị trí hoặc ở một vị trí nhất định của một vùng nước ở nhiều vị trí khác nhau. - Mẫu tổ hợp: Tuân thủ với một số mức giới hạn được dựa trên giá trị trung bình của chất lượng nước.
Không nên dùng mẫu trộn để xác định hàm lượng của những chỉ tiêu của nước dễ bị thay đổi như pH, các khí hòa tan.