TOC là tổng carbon hữu cơ liên kết tồn tại trong nước, kể cả dạng tan và không tan, gồm cả xianat, xianua. Còn DOC là carbon hữu cơ hòa tan, tức là sau khi lọc qua màng 0,45um.
Trên lý thuyết, nếu là cùng 1 hợp chất hữu cơ: COD > BOD > TOC.
Kết quả TOC không phản ánh đúng nhu cầu ôxy (BOD, COD) của chất hữu cơ do chỉ đo lượng CO sinh ra. Ví dụ 2 chất có cùng số C là axit oxalic và ethanol tuy có cùng giá trị TOC nhưng nhu cầu ôxy của ethanol cao gấp 6 lần axit oxalic :
C2H2O4 + ½ O2 → 2 CO2 + H2O C2H6O + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O
Điều này cũng cho thấy mối tương quan, tỉ lệ giữa TOC và nhóm BOD, COD là rất phức tạp. Thông số TOC thường sử dụng khi nồng độ chất hữu cơ thấp như trong sản xuất thuốc. So với BOD&COD, quá trình xác định TOC nhanh hơn (vài phút đối với phương pháp đốt cháy), độ lặp lại cao, khơng độc hại, có thể tự động hóa với autosampler.
Nguyên tắc:
Carbon hữu cơ được ôxy hóa đến CO2 bằng 1 trong 2 kiểu sau:
+ Đốt cháy ở nhiệt độ cao 680oC hay 950oC, chất xúc tác ơxy hóa như muối Cobalt oxid, kim loại nhóm Pt.
+ Ơxi hố bằng persunphat kết hợp tia cực tím hoặc nhiệt độ cao 105oC
(thích hợp cho nồng độ TOC vết)
Sau đó, ta có thể xác định CO2 trực tiếp hoặc sau khi khử về metan. Việc xác định CO2 có thể dùng nhiều cách, thí dụ như đo phổ hồng ngoại, chuẩn độ trong môi trường khơng nước, dẫn nhiệt, dẫn điện, điện lượng,…
Ngịai carbon hữu cơ hữu cơ, mẫu nước cịn cịn chứa khí CO2, các ion HCO3, CO3, do đó để xác định TOC, ta có 2 cách:
Cách 1: Xác định carbon tổng số (TC) và carbon vô cơ (IC) rồi lấy TC trừ IC sẽ có TOC. Như vậy sẽ thêm 1 bước phân tích IC, cịn phân tích TOC thực ra là TC.
Cách 2: Trước khi xác định TOC, loại bỏ carbon vơ cơ bằng sục khí mẫu đã được axit hóa pH≤2. Khí này phải khơng chứa CO2 và các hợp chất hữu cơ. Các chất hữu cơ bay có thể mất đi khi sục khí, được gọi là nhóm chất C hữu cơ sục khí (POC), các chất C hữu cơ còn lại trong dung dịch là NPOC.
Phần trăm của một chất hữu cơ bị mất đi theo khí sục phụ thuộc nhiều yếu tố như khả năng hoà tan trong nước, điều kiện sục khí, nhiệt độ, độ mặn. Các hợp chất hồ tan kém trong nước như benzen, toluen, cyclohexan, chlorofom chỉ còn lại dưới 3% trong mẫu nước sau khi sục khí. Ngược lại methanol, ethanol cịn tới 98%
trong mẫu nước. Với mẫu nước tự nhiên, vì POC khơng đáng kể nên có thể xem NPOC bằng với TOC.
Với đa số các mẫu nước mặt, TOC vào khoảng 1 ppm, thành phần chủ yếu trong carbon tổng số là dạng vô cơ IC. Cách 1 dễ mắc sai số gộp lại do 2 lần phân tích, do đó cách 2 có nhiều ưu điểm hơn. Đặc biệt, mẫu nước biển chứa hàm lượng Carbon vơ cơ rất lớn (20ppm), phân tích theo cách 1 kết quả rất khơng ổn định (RSD=150%).
Thực nghiệm:
Mẫu nước lấy trong chai thủy tinh hay polyethylen phải đầy chai, tránh khơng cho CO2 trong khơng khí xâm nhập vào mẫu. Phải tiến hành phân tích ngay sau khi lấy mẫu, nếu khơng có thể trữ lạnh và phân tích trong vịng 1 tuần.
Lưu ý: Chai nhựa mới sản xuất có thể nhiễm bẩn chất hữu cơ a)Dung dịch chuẩn TC
- Sấy Potasium hydrogen phthalat ở 105-1200C trong 1h, để nguội trong bình hút ẩm.
- Hịa tan 1,0625g Potasium hydrogen phthalat trong 500 ml nước có được dd nồng độ TC 1000 ppm. Chuẩn này bền trong 2 tháng, phải trữ lạnh trong tối. Nếu thêm 2 ml H2SO4 đđ thì có thể bảo quản lâu hơn.
Các dung dịch TC dưới 100ppm chỉ nên dùng trong 1 tuần. b)Dung dịch chuẩn IC
- Sấy Na2CO3 ở 2850C trong 1h hay 250oC trong 4h, để nguội trong bình hút ẩm. Làm khơ NaHCO3 trong bình hút ẩm 2 giờ.
Lưu ý: Ở nhiệt độ trên 600C, NaHCO3 bắt đầu phân hủy thành Na2CO3.
- Hòa tan 2,2075g Na2CO3 và 1,7250g NaHCO3 trong 500 ml có được dd nồng độ IC 1000 ppm. Dung dịch này bền ít nhất 1 tháng nếu bảo quản lạnh ở 40C.
COD(quang hố -chemilunescence) COD (KMnO4, alkaline) TOC Nước biển 1,58 ± 0,05 0,65 ± 0,25 0,70 ± 0,9 17. TỔNG SẮT
Trong nước, sắt có thể tồn tại dưới dạng Fe2+ (ferrous), Fe3+ (ferric), các hợp chất hữu cơ hịa tan hay khơng hịa tan. Dạng Fe2+ hoà tan tồn tại trong điều kiện yếm khí và mơi trường khử như nước ngầm, nồng độ có thể lên tới 110 mg/l. Khi được làm thống, Fe2+sẽ chuyển hóa thành Fe3+ ở dạng kết tủa Fe(OH)3 có màu vàng, dễ lắng, làm cho nước có vị tanh, pha trà nấu cơm bị đen, giặt quần áo bị vàng. Ion Fe2+ lan truyền nhanh, độc hại đối với thủy sinh vật, tạo thành các rỉ sắt bám trên mang cá làm cá khơng hơ hấp được. Cịn ion Fe3+ ít di động và ít độc hơn, trầm lắng ở pH>4,5. Các hợp chất Fe(OH)3 và FeS bám vào rễ cây làm hạn chế khả năng trao đổi chất.
Hàm lượng các muối sắt hòa tan trong nước tỉ lệ nghịch với pH: pH càng cao các muối hòa tan của sắt (II) càng thấp, do đó khi q trình quang hợp của thực vật phù du trong ao xảy ra mạnh làm pH của nước tăng, sắt trong nước hầu như khơng có.
Tiêu chuẩn TCVN 5502: 2003 cho nước cấp sinh hoạt quy định hàm lượng sắt nhỏ hơn 0,5 mg/l.
Phương pháp Phenantrolin: Dùng hydroxylamin khử Fe3+ về Fe2+ rồi tạo phức với 1,10-phenanthrolin. Phức có màu cam đỏ, tồn tại ở dạng cation và tạo thành trong khỏang pH rộng từ 2-9, khoảng tuân theo định luật Beer là 0,13-5 mg/L. Để phản (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
ứng xảy ra nhanh nên điều chỉnh pH trong khoảng 2,9 - 3,5 và dùng lượng thừa phenanthroline.
Fe(OH)3 + 3HCl → Fe+3 + 3H2O + 3Cl-
4 Fe+3 + 2 NH2OH → 4 Fe+2 + N2O + H2O + 4H+
- Các cản trở: Cu2+ tạo phức màu vàng, xanh hay tím. Cu gây cản trở ở nồng độ trên 5 mg/l, Ni là 2 mg/l. Bi, Cd, Ag, Hg, Mo tạo tủa với thuốc thử. Có thể loại bỏ các kim loại nặng bằng cách cho dư phenantrolin.
Loại bỏ cản trở do các chất ơxy hố mạnh bằng cách cho dư hydroxylamin. Việc đun nóng với axit giúp loại bỏ xyanua, nitrit và chuyển polyphosphat về dạng orthophosphat.
Hoá chất:
* Chuẩn Fe(II) 200mg/l: 1,404g muối Mohr Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O + 20 ml H2SO4 đậm đặc = > 100mL
* Dung dịch hydroxylamin 10%: hoà tan 10g NH2OH.HCl trong 100ml nước cất. * Dung dịch đệm pH 3,2: hoà tan 250g amoni acetat trong 700ml axit axetic băng và 150ml nước cất.
* Dung dịch 1,10-phenanthrolin: hoà tan 100 mg C12H9N2.H2O trong 100mL nước cất, thêm 2 giọt HCl đậm đặc cho dễ tan.
Thực nghiệm:
Lên màu đường chuẩn: từ chuẩn Fe(II) ở trên pha loãng 50 lần để có nồng độ 4 mg/l. Từ đây, hút 5, 10, 15, 20 ml vào bình định mức 25ml, rồi thêm 1 ml 1,10- phenanthrolin, 2 ml đệm, định mức và đo ở bước sóng 510 nm. Thời gian lên màu rất nhanh (10 phút) và bền màu (6 tháng).
Lên màu mẫu: Đun erlen có 20 ml mẫu + 1 ml hydroxylamin 10% +1ml HCl 1:1 trên bếp điện cho đến khi còn khoảng 5ml, khơng để cạn, đun trong tủ hút vì HCl bay hơi. Nếu đun cạn thì cho vào 5 ml H2O và 2 ml HCl 37%. Lấy ra để nguội, chuyển sang bình định mức 25ml bằng phễu nhỏ, tráng erlen nhiều lần. Lưu ý khi đo không để ống hút của cuvet hút lên phần cặn lắng, khi đó mật độ quang tăng rất lớn và không ổn định.
V (ml) Nồng độ Abs 0 0 0,004 5 0,8 0,159 10 1,6 0,314 15 2,4 0,469 20 3,2 0,625 y = 194x + 3 18. NHƠM
Nhơm là ngun tố kim loại phổ biến nhất trong vỏ trái đất, đặc biệt là trong đất phèn, là cation trao đổi chính của đất phèn. Nhơm có nhiều trong nước phèn pH thấp, nồng độ nằm trong khoảng cịn bình thường hầu như rất thấp (dạng vết). Nồng độ cao nhất trong nước phèn là 50 mg/l.
Al3+ có khả năng hồ tan rất cao khi pH<4,5 gây ngộ độc cho thực vật, rễ lúa có thể bị thối. Vào mùa khô, trong đất phèn hoạt động xuất hiện nhiều muối Al2(SO4)3 trên các mặt ruộng, khi pH trong đất tăng thì xuất hiện dạng Al(OH)3.
Trong nước ngầm pH 3,5 nồng độ Al3+ có thể đạt 20ppm. Trong nước phèn, nồng độ Al3+ dao động trong khoảng 20-200ppm.
Phương pháp: Al phản ứng với pyrocatechol tím ở pH = 6,1 tạo phức màu chàm (màu xanh lam chỉ nhìn thấy khi nồng độ nhơm cao). Sau đó, đem đi đo ở bứơc sóng 580 nm. Sắt (III) cũng tạo phức màu với pyrocatechol tím. Cản trở này được lọai trừ bằng cách khử về sắt (II) rồi tạo phức 1,10-phenanthrolin. Nồng độ 1 mg/l Fe-phen tương ứng 0,05 ug/l Al-PV.
Lưu ý: dung dịch pyrocatechol tím có màu vàng , phức dạng H3L- chiếm ưu
thế có λ max =440nm.
Thực nghiệm:
* Chuẩn Al 100 mg/l: cân 1.758 g KAl(SO4)2.12H2O + 10 ml H2SO4 4M -->1000ml.
* Dung dịch H2SO4 2,5M
* Dung dịch khử: NH2OH.HCl 14% và 1,10-phenantrolin 1.4%
* Dung dịch đệm: Hexametylen tetramin (C6H12N4) tức methenamin 37% và NaOH 2.3%
Hay 210g hexamin/500ml
Lưu ý: cần pha thật chính xác dung dịch đệm này * Dung dịch pyrocatechol tím (C19H14O7S) 0,05%
Hút một thể tích mẫu đã lọc xác định + 0,5ml dung dịch axit + 0,25 ml dung dịch khử + 0,5ml pyrocatechol + 2,5ml đệm. Định mức, đợi ít nhất 15 phút nhưng khơng q 60 phút đem đi đo ở bước sóng 580 nm.
Đường chuẩn : từ chuẩn Al 100 mg/l pha thành chuẩn 0.5 mg/l(A)
Bđm 25ml Blank Standard 1 Standard 2 Standard 3
Dung dịch A(ml) 0 5 10 20 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nồng độ (mg/l) 0 0.125 0.25 0.5
Mẫu dễ nhiễm bẩn Al từ các bình định mức làm cho đường chuẩn có độ tuyến tính rất kém, do đó cần tráng rửa cẩn thận bằng dung dịch axit loãng.
Bảng Thể tích hút mẫu dựa trên độ pH
Độ pH Thể tích mẫu hút Al (ml) < 3,2 1 ml < 3,7 2 ml < 4,5 10 ml > 4,5 20 ml
19. CACBON DIOXIT (CO2)
Khí CO2 làm tăng độ acid của nước. Trong nước, nó tồn tại ở 3 dạng là CO2 tự do, CO32-, HCO3- nồng độ các dạng thay đổi phụ thuộc vào độ pH. Trong đó, CO2 là dạng độc cho tôm cá, thường gặp trong nước axit hay trung tính. Nước bề mặt có rất ít khí CO2 hoà tan (<6mg/l).
Nếu áp suất CO2 trong nước lớn hơn áp suất CO2 trong máu cá sẽ làm cản trở quá trình bài tiết CO2 từ máu cá ra mơi trường ngồi, đưa đến sự tích tụ CO2 trong máu cá dẫn đến những sự thay đổi mạnh mẽ các phản ứng sinh lý của cơ thể cá như: làm tăng độ acid của máu ( pH giảm sẽ ảnh hưởng đến các trạng thái tồn tại của protid trong máu ), làm giảm khả năng vận chuyển oxy của máu.
Nước sạch bão hòa CO2 ở 25oC và áp suất khí quyển (760mmHg) có hàm
lượng tổng CO2 là 0,46 mg/l, pH tính theo cân bằng là 5,68. Ở hàm lượng tổng CO2 cao hơn thì pH sẽ thấp hơn, tuy nhiên không nhỏ hơn 4,5.
Nước ở đáy hồ thường chứa lượng lớn CO2 do kết quả quá trình phân hủy chất hữu cơ bởi vi khuẩn kỵ khí. Nước ngầm, đặc biệt khi pH thấp (pH<5), chứa tới 30-50 mg CO2/l, điều này xảy ra khi nước ngầm thấm qua lớp đất nghèo CaCO3 hoặc MgCO3 làm cho lượng CO2 không bị mất đi theo phản ứng:
Nồng độ CO2 trong hồ thay đổi trong ngày như sau: buổi sáng sớm có CO2 cao do quá trình hơ hấp vào ban đêm, sau đó thực vật quang hợp làm nồng độ CO2 giảm đi. Sự thay đổi này sẽ càng rõ rệt nếu tảo trong nước phát triển dày đặc.
Nồng độ CO2 <15 mg/l phù hợp cho tất cả các lồi tơm cá, ở 15-30 mg/l gây chết 50% cá thể và ở trên 30 mg/l gây chết tồn bộ.
20. HYDROGEN SUNFUA (H2S)
Khí H2S tích tụ dưới nền đáy các thủy vực chủ yếu là do quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh hay q trình phản sulfat hóa với sự tham gia của các vi khuẩn yếm khí. Trường hợp thứ nhất thường hay gặp ở thủy vực nước ngọt: các vi khuẩn sử dụng sulfur trong xác các thực vật thối rửa, trong đá, trong đất để làm nguồn thức ăn hay năng lượng và sản sinh ra H2S, đặc biệt là trong điều kiện nhiệt độ cao. Vi khuẩn sulfur không gây bệnh, tuy nhiên sự hiện diện của nó trong nước có thể tạo nên mùi và vị khơng thích hợp cho việc sử dụng. Trường hợp thứ hai thường gặp ở thủy vực nước lợ, mặn như biển và đại dương, nơi có nhiều ion SO42- trong nước.
Nước chứa H2S thường không gây tác hại cho sức khoẻ nhưng nó làm cho nước có mùi và vị của trứng thối. Nước cấp có chứa hàm lượng H2S thấp khoảng 1,0 ppm đã có đặc tính ăn mịn, làm xỉn màu các đố dùng bằng bạc hay đồng, làm cho quần áo và đồ gốm có vết đen.
H2S là một chất khí cực độc đối với thủy sinh vật, tác dụng độc hại của nó là liên kết với sắt trong thành phần của hemoglobine, khơng có sắt thì hemoglobine khơng có khả năng vận chuyển oxy cung cấp cho các tế bào, thủy sinh vật sẽ chết vì thiếu oxy. Độ độc của H2S đối với cá phụ thuộc vào nhiều yếu tố như pH, nhiệt độ, độ mặn của nước. Theo Bonn và Follis (1957) thì ở nhiệt độ 25-30oC, pH nước bằng 6,8 thì nồng độ H2S làm chết 50% cá sau 3 giờ thí nghiệm (LC50 3 giờ) là 0,8 ppm. Cịn pH = 7 thì LC50 3 giờ của khí H2S đối với cá nheo bột Mỹ là 1ppm và 1,4 ppm đối với cá trưởng thành.
Các pppt xác định hàm lượng tổng, do đó, cần tính riêng dạng H2S. Để giảm tác hại của H2S, sục khí tạo mơi trường giàu Ơxi để oxy hố sunfua về sunfat. H2S là một chất khí dễ bay nên chúng ta dễ dàng loại trừ chúng khỏi ao hồ bằng máy sục khí hoặc dùng KMnO4 để oxy hố thành hợp chất Sulfur khơng độc. Sau mỗi chu kỳ nuôi cá, cần vét đáy ao, để lại lớp bùn đáy không quá 20cm và phơi nắng đáy ao từ 2-3 ngày để các hợp chất hữu cơ trong đáy ao bị phân hủy hoàn toàn.
Bảng Phần trăm H2S theo pH
pH % H2S
5,5 97 6,0 91,1 6,5 76,4 7,0 50,6 7,5 24,4 8,0 9,3 8,5 3,1 9,0 1,0 21. AMMONIUM (NH4)
Amoni có nhiều trong nước kênh rạch (25 mg/l) và nước ngầm (60 mg/l) có mơi trường kị khí. Đới với nước sông không bị ô nhiễm, nồng độ amôni rất thấp, dưới 0,01mg/l. Về bản chất, amơni là sản phẩm của q trình phân hủy động thực vật, amơni có nguồn gốc từ nước thải sinh hoạt, phân bón, chất thải công nghiệp (lọc dầu). Quyết định số 505 của Bộ Y tế ngày 13-04-1992 yêu cầu nồng độ amơni(tính theo NH4+) trong nước cấp cho sinh hoạt < 3mg/l. Từ tháng 4/2002, Quyết định số 1329/2002 của Bộ Y tế quy định NH4+ < 1,5 mg/l, tương đương hướng dẫn của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO). Tiêu chuẩn của các nước Cộng đồng châu Âu (EC) yêu cầu NH4+ < 0,5 mg/l.
Tài liệu hướng dẫn về chất lượng nước uống của Tổ chức Y tế thế giới cũng như Tiêu chuẩn 1329/2002 (Bộ Y tế) không coi amôni là chất gây nguy hại cho sức khoẻ con người mà xếp vào nhóm các chất ảnh hưởng cảm quan (mùi, vị). Tuy nhiên, amôni lại là yếu tố gây cản trở trong công nghệ xử lý nước cấp thể hiện ở hai khía cạnh. Thứ nhất, nó làm giảm tác dụng của clo là tác nhân sát trùng chủ yếu áp dụng ở các nhà máy nước Việt Nam, do phản ứng với clo tạo thành monocloamin là chất sát trùng thứ cấp hiệu quả kém clo hơn 100 lần. Thứ hai, amôni cùng với một số vi lượng trong nước (hữu cơ, phốt pho, sắt, mangan…) là “thức ăn” để vi khuẩn phát triển, gây hiện tượng “không ổn định sinh học” của chất lượng nước sau xử lý. Nước có thể bị đục, đóng cặn trong hệ thống dẫn, chứa nước. Nước bị xuống cấp về các yếu tố cảm quan. Công nghệ xử lý amôni trong nước ngầm bằng phương pháp