CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.3. THÔNG TIN CÁC MẪU ĐẤT VÀ NƯỚC NGẦM
3.3.4. Phương pháp lấy mẫu và trữ mẫu
Lõi đất được lấy theo phương pháp khoan nén, tuân theo Tiêu chuẩn TCVN 2683:2012 về Lấy mẫu, Bao gói, Vận chuyển và Bảo quản mẫu. Chiều dài ống lấy mẫu đất là 1,0 m, đường kính 90 mm. Mỗi mét lõi đất được chia thành hai (02) tiểu mẫu có kích thước bằng nhau:
Tiểu mẫu 1: Sau khi lấy mẫu lõi đất từ ống khoan, mẫu lập tức được chuyển vào Glovebox để tiến hành lưu trữ kị khí. Mẫu đất đựng trong túi Mylar được hàn kín bằng Máy ép nhiệt cầm tay (HAWO®). Mẫu được lưu giữ ở nhiệt độ 40C cho đến khi được vận chuyển về Thụy Sỹ và tiến hành phân tích các chỉ tiêu như đã trình bày ở Mục 3.1.3.
Tiểu mẫu 2: Bảo quản ở điều kiện bình thường. Mẫu sẽ được phân tích các chỉ tiêu tại Việt Nam như đã trình bày ở Mục 3.1.3.
Hình 3-3. Máy ép nhiệt cầm tay
61
Hình 3-4. Sơ đồ quy trình lấy mẫu đất
Nước ngầm
Mẫu nước ngầm được thu giữ và tiền xử lý trước khi phân tích trong điều kiện kị khí. Quá trình thu mẫu được thực hiện như sau:
a) Giai đoạn chuẩn bị
Các hóa chất, thiết bị và dụng cụ cần thiết cho việc xử lý mẫu (bên trong Glovebox) được mô tả và liệt kê theo Hình 3-5 và Bảng 3.7 sau đây:
Tiểu mẫu 1
Tiểu mẫu 2
Khoan lõi đất Lấy mẫu
Lữu trữ mẫu
62
Hình 3-5. Sơ đồ kết nối các thiết bị
Bảng 3.7. Thiết bị, dụng cụ phục vụ cho quá trình xử lý mẫu STT Tên dụng cụ/thiết bị Xuất xứ Mục đích/Ghi chú
1
Glovebox – COY Lab Products
USA
- Là thiết bị đóng vai trò tạo môi trường kị khí (anoxic) trong suốt quá trình tiền xử lý và lưu trữ mẫu.
- Glovebox được đặt bên trong xe nhằm hạn chế di chuyển, dễ cố định và có môi trường thuận lợi cho người thực hiện xử lý mẫu.
2
Bình khí Argon 55L – Độ tinh khiết 99,9995%
Cty TNHH Khí Gas Phú Thịnh
VN
- Tạo môi trường kị khí bằng cách thổi khí Argon trực tiếp vào bên trong Glovebox. Ước tính giai đoạn chuẩn bị để đẩy hoàn toàn không khí bên trong Glovebox tiêu tốn khoảng một (01) bình khí Argon lớn, loại 55L.
- Mỗi mẫu nước ngầm được xử lý tiêu tốn thêm từ 20 đến 30 bar (áp suất ban đầu của bình khí đạt 150-170 bar).
(1) GLOVEBOX:
(4) Bình lọc hút chân không (5) Bơm chân không
(6) Máy đo nồng độ Oxy (7) Máy đo đa chỉ tiêu (8) Giấy lọc
(9) Micropipet 1 mL và 5 mL (10) Falcon tube 15 mL và 50 mL / Epitube 2 mL
(11) Silica Gel
(12) Giá đựng Falcon tube (13) Giá đựng Epitube (14) Bút lông dầu (15) Băng keo dán nhãn (16) Khăn giấy
(17) Bao tay
(2) Khí Argon
(3) Ống Silicon
Nguồn điện
63
STT Tên dụng cụ/thiết bị Xuất xứ Mục đích/Ghi chú
3
Đồng hồ đo áp khí – TANAKA
Đài Loan - Theo dõi áp suất và điều chỉnh lưu lượng khí Argon đầu ra.
4
Bình lọc hút chân không – Dung tích 500mL
Đức
- Được kết nối với máy bơm chân không nhằm lọc mẫu nước ngầm sau khi lấy nhằm loại bỏ các kết tủa, cặn và các chất lơ lửng phát sinh trong quá trình lấy mẫu.
- Được thực hiện bên trong Glovebox
5
Bơm chân không – ROCKER 300
Đài Loan
- Được kết nối với bình lọc hút chân không.
- Được đặt bên trong Glovebox.
6
Máy đo nồng độ Oxy - Greisinger GMH3691
Đức
- Theo dõi hàm lượng oxy bên trong Glovebox trong suốt quá trình xử lý mẫu.
- Hàm lượng oxy bên trong Glovebox được kiểm soát ở mức 0,0%.
- Trong quá trình xử lý mẫu, nếu hàm lượng oxy lớn hơn 0,0%, việc xử lý mẫu sẽ được tạm dừng. Khí Argon sẽ tiếp tục được thổi vào Glovebox và kiểm soát hàm lượng oxy trở về mức 0,0%.
64
STT Tên dụng cụ/thiết bị Xuất xứ Mục đích/Ghi chú
7
Máy đo đa chỉ tiêu – HACH Sension 156 Multi Meter
USA
- Đo các chỉ tiêu hóa – lý của nước ngầm, bao gồm: pH, ORP, EC và DO.
- Điện cực pH và EC được chuẩn độ mỗi ngày trước khi tiến hành lấy mẫu:
pH: Dung dịch chuẩn 4.01 và 7.01, HANNA.
EC: Dung dịch chuẩn 1.413 àS/cm, HANNA.
- Điện cực ORP được chuẩn độ một lần duy nhất tại Phòng thí nghiệm trước khi tiến hành các giai đoạn lấy mẫu. Dung dịch chuẩn: 470 mV, HANNA
- Được thực hiện bên trong Glovebox
8
Giấy lọc – Hydrophilic Polypropylene 0,22àm
Đức
- Giấy lọc có đường kính lỗ lọc 0,22 àm cú mục đớch loại bỏ hoàn toàn các chất rắn lơ lửng, cặn, kết tủa và các vi sinh vật có trong mẫu nước nhằm hạn chế sự chuyển hóa đặc tính hóa – lý của nước ngầm trong thời gian trữ mẫu do các vi sinh vật gây nên.
9
Micropipet/ Tips – 1 mL và 5 mL
Phần Lan
- Tách trích mẫu sau khi lọc vào các ống đựng mẫu.
- Được đặt bên trong Glovebox.
10
Falcon tubes – 15 mL và 50 mL / Epitube 2 mL
Đức - Đựng mẫu cho từng chỉ tiêu phân tích.
65
STT Tên dụng cụ/thiết bị Xuất xứ Mục đích/Ghi chú
11
Silica gel
Trung Quốc
- Hạn chế gia tăng độ ẩm bên trong Glovebox trong quá trình xử lý mẫu.
12 Giá đựng Falcon tubes
VN - Được đặt bên trong Glovebox 13 Giá đựng Epitube
14 Bút lông dầu 15 Băng keo dán nhãn 16 Khăn giấy
17 Bao tay
Các thiết bị, dụng cụ cần cho quá trình thu mẫu nước ngầm được mô tả và liệt kê theo Hình 3- 6 và Bảng 3.8 dưới đây:
Hình 3-6. Sơ đồ kết nối bình thu mẫu (1) Bình Schott
Duran 250 mL (2) Khí Argon (3) Khóa nhựa
Ống Silicon
66
Bảng 3.8. Thiết bị, dụng cụ phục vụ cho quá trình lấy mẫu STT Tên dụng cụ/thiết bị Xuất xứ Mục đích/Ghi chú
1
Bộ bình Schott Duran 250 mL
Đức
- Bộ thu mẫu bao gồm:
01 bình Schott Duran 250 mL
01 nút cao su
01 nắp vặn vành khuyên
02 ống Silicon kèm khóa nhựa
01 kim thổi khí Argon (dài)
01 kim thoát khí Argon (ngắn) - Bộ thu mẫu được lắp đặt như Hình
3.6.
- Bộ thu mẫu có tác dụng ngăn cản sự tiếp xúc của nước ngầm với không khí dẫn đến sự thay đổi đặc tính hóa – lý vốn có của nước ngầm, đồng thời giữ môi trường kị khí cho mẫu nước trong suốt quá trình thu mẫu và xử lý mẫu.
2
Bình khí Argon 14L – Độ tinh khiết 99,9995%
Cty TNHH Khí Gas Phú Thịnh
VN
- Tạo môi trường kị khí trong suốt quá trình lấy mẫu bằng cách thổi khí Argon trực tiếp vào bên trong Bộ bình thu mẫu Schott Duran.
- Thời gian thổi khí vào bình Schott Duran trước khi tiến hành lấy mẫu từ 03 – 05 phút nhằm mục đích đẩy toàn bộ lượng không khí trong bình ra ngoài, tạo môi trường kị khí (anoxic).
- Mỗi mẫu nước ngầm tiêu tốn từ 05 - 10 bar (áp suất ban đầu của bình đạt từ 150 - 170 bar)
- Bình khí được mang trực tiếp đến vị trí lấy mẫu nước ngầm.
3
Đồng hồ đo áp khí – TANAKA
Đài Loan - Theo dõi áp suất và điều chỉnh lưu lượng khí Argon đầu ra.
67
STT Tên dụng cụ/thiết bị Xuất xứ Mục đích/Ghi chú
4
GPS – GARMIN eTrex 20
USA
- Ghi nhận tọa độ giếng.
- Tọa độ được bấm tại vị trí lắp đặt bơm (họng giếng khoan).
- Hệ tọa độ: WGS 84, hệ tọa độ thập phân (Decimal).
5
Máy đo nhiệt độ - VWR Traceble
USA
- Ghi nhận nhiệt độ nước ngầm.
- Nhiệt độ nước ngầm ở đầu ra của bơm được đo liên tục. Khi giá trị nhiệt độ ổn định, tiến hành lấy mẫu nước ngầm.
6
Giấy bạc
VN
- Trong quá trình di chuyển mẫu từ giếng về khu vực xử lý, bộ bình thu mẫu được bọc giấy bạc nhằm hạn chế sự xúc tác của ánh sáng và nhiệt độ môi trường bên ngoài.
b) Giai đoạn lấy mẫu
Một nhóm ba (03) người sẽ thực hiện lấy mẫu nước ngầm. Quá trình lấy mẫu được tiến hành qua các bước sau:
Bước 1: Xác định vị trí giếng cần lấy. Ghi nhận các thông tin mẫu, bao gồm: Tọa độ, Mã giếng, Tên chủ giếng, Độ sâu giếng (thông tin được cung cấp bởi chủ giếng), Ngày lấy mẫu.
Bước 2: Di chuyển thiết bị đến vị trí giếng. Ghi nhận tọa độ GPS của giếng (vị trí đặt máy bơm).
Bước 3: Bật bơm trong khoảng 05 – 10 phút nhằm mục đích xả bỏ toàn bộ lượng nước còn đọng lại trong ống, đảm bảo mẫu nước ngầm thu được là tinh khiết.
Bước 4: Ghi nhận các giá trị nhiệt độ của nước đầu ra, xác định giá trị nhiệt độ ổn định.
Thời gian thực hiện Bước 4 trên thực tế dao động trong khoảng từ 03 – 04 phút.
68
Bước 5: Thiết lập hệ thống lấy mẫu như Hình 3-6 và bắt đầu sục khí Argon vào bộ bình thu mẫu Schott Duran. Thời gian sục khí từ 03 – 05 phút.
Bước 6: Tiến hành thu mẫu nước ngầm. Mẫu thu được có thể tích dao động trong khoảng từ 200 – 250 mL. Trong trường hợp thể tích mẫu thu được không đủ như yêu cầu, tiến hành đổ bỏ mẫu và bắt đầu lại từ Bước 5. Ghi nhận hiện trạng mẫu thu được.
Bước 7: Điều chỉnh áp khí vào bộ bình thu mẫu sao cho lưu lượng khí là vừa đủ. Trường hợp lưu lượng khí quá lớn sẽ gây bung các kết nối của ống Silicon. Thời gian sục khí Argon sau quá trình thu mẫu từ 03 – 05 phút.
Bước 8: Bọc giấy bạc bộ bình thu mẫu.
Bước 9: Di chuyển toàn bộ hệ thống thu mẫu về khu vực xử lý mẫu.
Bước 10: Đóng hai (02) khóa nhựa trên ống Silicon cùng lúc. Ngắt kết nối bộ bình thu mẫu với bình khí Argon.
Bước 11: Đưa mẫu vào Glovebox và tiến hành xử lý mẫu.
Hình 3-7. Sơ đồ lấy mẫu và xử lý mẫu bằng phương pháp kị khí
69
Hình 3-8. Quá trình sục khí Argon sau khi lấy mẫu c) Giai đoạn xử lý mẫu
Quá trình xử lý trong Glovebox chủ yếu là quá trình chiết mẫu vào các ống Falcon tube chứa các dung dịch đã chuẩn bị sẵn để axit hoá mẫu dưới điều kiện kị khí. Hàm lượng Oxy bên trong Glovebox luôn được kiểm soát ở mức 0,0% trong suốt quá trình xử lý mẫu..
Tiến trình xử lý trong Glovebox được thực hiện qua các bước sau:
Bước 1: Mở nắp bộ thu mẫu Schott Duran, chiết khoảng 50 mL mẫu vào chai nhựa có dung tích 100 mL để đo các chỉ tiêu pH, ORP, EC và DO.
Bước 2: Cho phần mẫu còn lại vào bình lọc hút chân không, sau đó tiến hành lọc mẫu.
Bước 3: Tiến hành tách chiết mẫu sau lọc vào các Falcon tube để phân tích các chỉ tiêu cần thiết theo Bảng 3.7.
Bước 4: Kiểm tra số lượng các ống Falcon tube cho từng mẫu trước khi kết thúc quá trình xử lý mẫu.
Bước 5: Phần mẫu sau lọc còn lại được phân tích chi tiêu Ammonia bằng bộ Testkit Ammonia HACH AmVerTM Set 26045 và Máy so màu cầm tay HACH Colorimeter DR890. Mẫu được phân tích ở điều kiện thường, bên ngoài Glovebox.
Trong trường hợp mẫu trước khi được đi qua bình lọc hút chân không có màu vàng đục hoặc sau khi lọc, trên giấy lọc xuất hiện kết tủa vàng đậm như Hình 3-9, chứng tỏ quá trình thu mẫu diễn ra chưa tốt. Nguyên nhân có thể do trong quá trình thổi khí Argon vào bộ bình thu mẫu Schott Duran không đẩy hết hoàn toàn không khí có trong bình, hoặc trong quá trình ngắt kết nối và đóng khóa nhựa bình thu mẫu để đem vào Glovebox diễn ra không đồng thời dẫn đến sự
70
tiếp xúc của Oxy với mẫu gây ra quá trình Oxy hóa mẫu, từ đó xuất hiện các kết tủa vàng đục lơ lửng (phèn).
Hình 3-9. Cặn trên giấy lọc sau khi lọc hút chân không
Bảng 3.9. Lượng hóa chất và mẫu cần lấy cho từng chỉ tiêu phân tích Chỉ tiêu phân tích Dụng cụ Hoá chất cho sẵn Lượng mẫu tách chiết
As tổng Falcon tube 50 ml 4 ml HNO3 5M 36 ml mẫu sau lọc
Tổng kim loại Falcon tube 15 mL 1 ml HNO3 5M 9 ml mẫu sau lọc
Sulfide Falcon tube 15 mL 1 ml ZnAC 5% 4 ml mẫu sau lọc
Sắt (II) Epitube 2 mL 1 ml HCl 2M 1 ml mẫu sau lọc
d) Giai đoạn lưu trữ mẫu
Toàn bộ các ống Falcon tube và Epitube của từng giếng được đặt chung vào một (01) túi Ziplock như Hình 3-10. Mẫu được lưu giữ trong thùng đá có dung tích 65L, nhiệt độ trữ mẫu là 40C hoặc tủ lạnh mini.
Hình 3-10. Lưu trữ mẫu sau giai đoạn xử lý
71
Trong quá trình lưu giữ mẫu, nếu các ống Falcon tube hay bình đựng mẫu có xuất hiện kết tủa như Hình 3-11, chứng tỏ quá trình lưu trữ sau xử lý mẫu không tốt, dẫn đến hiện tượng Oxy hóa mẫu.
Hình 3-11. Kết tủa xuất hiện trong quá trình lưu trữ mẫu
72