- Cân chính xác 0,01 gam bột phenolphtalein hòa tan trong 10 ml dung dịch rượu etylic 95%, khuấy đều dung dịch.
- Bảo quản trong chai nhựa hoặc thủy tinh màu tối, đậy kín nắp. 2.1.1.2. Chỉ thị Metyl da cam
- Cân 0,1g metyl da cam trong cốc 100 ml, thêm nước cất đến vạch để được 100ml chỉ thị. Khuấy đều dung dịch.
- Bảo quản trong chai nhựa hoặc thủy tinh có nắp đậy kín. 2.1.1.3. Chỉ thị Eriocrom đen T (ETOO)
- Pha chỉ thị ETOO có thể bằng etanol 96% ( 0,05% ÷ 0,5%) , KCl hoặc bằng saccharose. Chọn KCl để pha chỉ thị ETOO vì nó bảo quản được lâu hơn.
- Cân 0.025g ETOO ở dạng rắn, đem nghiền mịn trong cối sạch. Cân 10g KCl rắn trong chén nung sạch. Đem sấy ở nhiệt độ 105oC trong 30 phút. Để nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng.
- Trộn hỗn hợp trong cối sứ thành bột mịn, bảo quản trong chai nâu. 2.1.1.4. Dung dịch chuẩn EDTA 0,01 M
- Hòa tan 3,723g EDTA trong nước cất rồi định mức thành 1 lít. - Bảo quản trong chai thủy tinh trung tính hay bình nhựa polyethylene. 2.1.1.5. Dung dịch chuẩn NaOH 0, 1M
- Dung dịch NaOH 1M: cân 40g NaOH hòa tan với nước cất sau đó định mức thành 1 lít.
- Dung dịch NaOH 0,01M: Lấy 10ml dung dịch NaOH 1M định mức thành 1 lít. 2.1.1.6.Dung dịch đệm pH 10
- Hòa tan 25g NH4Cl trong 100ml nước cất. Thêm vào 200ml NH4OH 20%, sau đó thêm nước cất đến 1 lít.
- Bảo quản tromg chai nhựa.
2.1.1.7. Dung dịch 1,10-phenanthroline
- Cân chính xác 0,025g (1,10-phenantrolin) sau đó hòa tan trong 25 ml nước cất. Dung dịch thuốc thửđược đựng trong chai nhựa.
2.1.1.8. Dung dịch Natri axetat
- Cân 10 gam natri axetat, hòa tan trong 100 ml nước cất. - Bảo quản trong chai nhựa hoặc thủy tinh
2.1.1.9. Dung dịch hydroxyl amoni clorua
- Hòa tan 10 gam hydroxyl amoni clorua trong 100 ml nước cất. - Bảo quản trong chai nhựa hoặc thủy tinh
2.1.2. Các dụng cụ và thiết bị dùng trong thí nghiệm
- Pipet thẳng 0.5 ml - Cân phân tích - Pipet thẳng 2 ml - Cối, chày sứ - Pipet thẳng 5 ml - Lò nung - Pipet thẳng 10 ml - Đũa thủy tinh - Pipet bầu 10 ml - Thìa cân - Ống đong 500 ml - Giấy lọc - Bình tam giác 250 ml - Phễu thủy tinh
- Buret - Cuves thạch anh
- Lưới sàng hạt 0.8 và 1.2 mm - Cuves thủy tinh
- Bình định mức 25 ml - Máy đo quang phổ UV - Vis - Bình định mức 50 ml - Máy đo độđục cầm tay - Bình định mức 100 ml - Máy đo pH
2.2. Tiến hành thí nghiệm
2.2.1. Chuẩn bị bột hạt chùm ngây
Thu hái hạt chùm ngây: chọn hạt có chất lượng tốt, không bị thối, giập nát. Tách bỏ lớp vỏ bao quanh hạt, giữ lại hạt nhân màu trắng bên trong. Hạt nhân được sấy trong 48 giờở nhiệt độ 60oC.
Sau khi sấy, đem nghiền nhỏ hạt thành bột bằng cối sứ hoặc máy xay gia dụng. Bột hạt được sàng qua lưới lọc 2 lần với kích thước lỗ là 1,2 mm và 0,8 mm để so sánh ảnh hưởng của kích thước hạt đến hiệu quả keo tụ.
2.2.2. Chuẩn bị dung dịch gốc (chiết từ hạt chùm ngây)
Cân 0.25 g bột chùm ngây trên cân phân tích, chuyển toàn bộ lượng bột vào cốc thủy tinh 250 ml, thêm 250ml nước cất vào cốc. Khuấy trộn dung dịch trong 10 phút, sau đó để lắng trong 30 phút để cho tất cả phần rắn được lắng xuống. Phần dung dịch nổi phía trên sau đó được tách riêng (lọc qua giấy lọc) đểđịnh lượng.
Thời gian lưu trữ dung dịch gốc tối đa là 3 ngày để dùng cho thí nghiệm. Sau 3 ngày, hiệu quả keo tụ sẽ giảm mạnh.
2.2.3. Thí nghiệm keo tụ
2.2.3.1. Nguyên tắc
Làm mất đi sựổn định của dung dịch keo có trong nước bằng các biện pháp: - Nén lớp điện tích kép dược hình thành giữa pha rắn và lỏng: giảm điện thế bề
mặt bằng hấp phụ và trung hòa điện tích. - Hình thành các cầu nối giữa các hạt keo. - Bắt giữ các hạt keo vào bông cặn.
Cơ chế keo tụ của chiết xuất hạt chùm ngây là do sự có mặt của các cation protein khi hòa tan bột hạt trong nước. Các protein nhị trùng này có trọng lượng phân tử khoảng 13 kDa, xuất hiện với mật độ dày đặc. Các cơ chế có nhiều khả năng tham gia vào hoạt động keo tụ là hấp thụ và trung hòa điện tích, hoặc hấp thụ và chuyển tiếp các hạt mất ổn định (Weber, 1972, AWWA, 1991; Bratby, 1980; Attia, 1987). Rất khó để xác định được trong hai cơ chế này cơ chế nào được áp dụng, vì trên thực tế có thể chúng được diễn ra đồng thời (Bratby, 1980). [9]
2.2.3.2. Định lượng dung dịch keo tụ
Tiến hành thêm dung dịch gốc từ hạt chùm ngây vào mẫu nước với các hàm lượng 100 mg/l, 200mg/l, 300mg/l, 400mg/l vào bình định mức 200ml
Dung dịch 1: (hàm lượng hạt chùm ngây 100mg/l) Dùng pipet hút 25 ml dung dịch gốc cho vào cốc thủy tinh, thêm chính xác nước cất cho đủ 250 ml dung dịch.
Dung dịch 2: (hàm lượng hạt chùm ngây 200mg/l) Dùng pipet hút 50 ml dung dịch gốc cho vào cốc thủy tinh, thêm chính xác nước cất cho đủ 250 ml dung dịch.
Dung dịch 3: (hàm lượng hạt chùm ngây 300mg/l) Dùng pipet hút 75 ml dung dịch gốc cho vào cốc thủy tinh, thêm chính xác nước cất cho đủ 250 ml dung dịch.
Dung dịch 4: (hàm lượng hạt chùm ngây 400mg/l) Dùng pipet hút 100 ml dung dịch gốc cho vào cốc thủy tinh, thêm chính xác nước cất cho đủ 250 ml dung dịch. 2.2.3.3. Tiến hành thí nghiệm
Khuấy trộn đồng thời cả 4 cốc thủy tinh: Ban đầu khuấy nhanh với vận tốc khoảng 120 vòng/phút trong 30 giây. Sau 30s, tiến hành khuấy chậm dung dịch với vận tốc 20 vòng/ phút trong 10 phút để xảy qua quá trình keo tụ.
Sau khi khuấy, dung dịch được để lắng tối thiểu 1 giờ. Lọc phần cặn rắn ra khỏi dung dịch, mẫu nước được tách riêng đểđo lại các tiêu chuẩn.
2.2.4. Thí nghiệm đo độ axit của mẫu nước
2.2.4.1. Nguyên tắc
Dùng dung dịch kiềm mạnh để định phân axit của các axit vô cơ mạnh, axit hữu cơ và axit yếu. Quá trình định phân để xác định độ axit toàn phần được thực hiện đến điểm cuối của chỉ thị phenolphtalein (pH < 8), gọi là độ axit tổng cộng.
H+ + OH-→ H2O 2.2.4.2. Tiến hành thí nghiệm
Lấy 50ml mẫu cho vào bình tam giác. Cho thêm 3 giọt chỉ thị phenolphtalein, chuẩn độ với NaOH 0,01N đến khi dung dịch chuyển sang màu hồng bền trong 5 phút thì dừng. Đọc thể tích NaOH đã dùng để chuẩn độ. Chuẩn độ lại thêm 2 lần, ghi thể tích NaOH đo được.
Độ axit của mẫu nước được tính theo công thức: mgCaCO3/l = . .1000.50 NaOH NaOH ml V N V
2.2.5. Đo độ cứng tổng số của mẫu nước 2.2.5.1. Cơ sở của phương pháp
Trước khi chuẩn độ, một lượng nhỏ chất chỉ thị ET 00 được thêm vào mẫu nước phân tích Ca2+ và Mg2+để tạo ra một lượng nhỏ phức màu đỏ (CaInd- và MgInd-). Khi complexon III được thêm vào, đầu tiên nó phản ứng với Ca2+ và Mg2+ tự do. Khi hết Ca2+ và Mg2+ tự do, complexon III thêm vào để thay thế chất chỉ thị HInd2- trong phức màu đỏ CaInd- và MgInd-. Sự thay đổi từ màu đỏ của phức CaInd- và MgInd- sang màu xanh của HInd2-ở trạng thái tự do l à dấu hiệu để kết thúc chuẩn độ. Phương trình phản ứ ng chuẩn độ: Na2H2Y = 2Na+ + H2Y2- Ca2+ + H2Y2- = CaY2- + 2H+ Mg2+ + H2Y2- = MgY2- + 2H+ Phản ứng chỉ thịở pH = 8-10 Ban đầu: Ca2+ + HInd2- = CaInd- + H+ (xanh trong) (hồng tím) Mg2+ + HInd2- = MgInd- + H+ (xanh trong) (h ồng tím) Tại điểm tương đương
H2Y2- + CaInd- = CaY2- + HInd2- + H+ (hồng tím) (không màu) (xanh trong) H2 Y2- + MgInd- = MgY2- + HInd2- + H+
(hồng tím) (không màu) (xanh trong)
Điều kiện chuẩn độ: duy trì pH của dung dịch trong khoảng từ 8 -10 bằng dung dịch đệm NH4Cl + NH4OH để:
- Đảm bảo hằng số bền có điều kiện của phức tạo bởi ion kim loại và complexon III là đủ lớn để phản ứng xảy ra ho àn toàn.
- Đảm bảo sựđổi màu của chất chỉ thị rõ rệt giúp dễ dàng quan sát ĐTĐ. Với chỉ thị ET00, miền pH 8- 10 đảm bảo sựđổi màu rõ rệt từ hồng tím sang xanh trong.
Lưu ý: Do hàm lượng của ion Ca2+ và Mg2+ trong mẫu nước phân tích nhỏ, do đó ở khoảng pH này sự thủy phân của các ion trên không đáng kể. ( tức là về mặt lý thuyết cho phép sử dụng 1 dung dịch đệm khác ngoài NH4Cl + NH4OH thỏa mãn duy trì pH khoảng 10 mà vẫn đạt được độ chính xác yêu cầu).
2.2.5.2. Tiến hành thí nghiệm a. Chuẩn bị mẫu nước a. Chuẩn bị mẫu nước
Mẫu nhân tạo: Cân 2g bột CaCl2, hòa tan trong 1 lít nước cất. Dung dịch thu được có hàm lượng 2000 mg/l. Từ dung dịch gốc này tiến hành pha loãng ra các hàm lượng khác nhau.
b. Đo độ cứng của mẫu nước
Lấy 50 ml dung dịch mẫu đã kiểm tra sơ bộ, thêm vào 5ml dung dịch đệm pH = 10 và 0,1 g chỉ thị ETOO. Chuẩn độ dung dịch với EDTA 0,01N tới khi dung dịch chuyển từ màu đỏ nho sang xanh chàm. Chuẩn độ lại dung dịch 2 lần để kiểm tra độ lặp của phép đo.
2.2.5.3. Tính toán kết quả
Độ cứng tổng cộng được tính theo công thức:
3 . .1000.50 / EDTA EDTA ml V N mgCaCO l V =
2.2.6. Xác địnhđộ đục và hiệu quả giảm độ màu của mẫu
2.2.6.1. Đo độđục
a. Thiết bị
Tiến hành đo độ đục trên máy đo độ đục cầm tay Hach – model 2100Q . Thiết bị có thểđo lường độđục từ 0.01 đến 1000 NTU trong chếđộ thang đo tựđộng, có chế độ xác định vị trí thập phân tự động. Ở chế độ tùy chọn thang đo đo lường độ đục theo 3 mức độ: 0.01 đến 9.99, 10 đến 99.9 và 100 đến 1000 NTU.
b. Nguyên tắc đo
Dựa trên sự hấp thụ ánh sáng của các chất cặn có trong dung dịch, máy hoạt động trên nguyên lý đo cường độ của ánh sáng bị phân tán do các hạt tạo độđục.
Hệ thống quang học (Hình 2.2) bao gồm 1 đèn dây tóc volfram, một máy dò 90° để phát hiện ánh sáng tán xạ và một máy dò ánh sáng được truyền qua. Bộ vi xử lý của thiết bị tính toán tỉ lệ của tín hiệu từ máy dò 90° và máy dò ánh sáng được truyền qua. Tỉ lệ này chỉnh sửa cho các giao thoa từ màu sắc và/hoặc vật liệu hấp thụ ánh sáng (ví dụ như carbon hoạt tính) và bù đắp cho sự biến động của cường độ đèn, mang lại tính ổn định hiệu chuẩn lâu dài. Thiết kế quang học cũng giảm thiểu ánh sáng tán xạ, tăng độ chuẩn xác trong phép đo. Đèn Thấu kính Cốc đựng mẫu Hình 2.2. Hệ thống tỉ lệ quang học của máy đo độ đục c. Tiến hành thí nghiệm
Bước 1: Làm sạch ống đựng mẫu, tráng nhiều lần bằng nước cất. Thu mẫu đại diện
vào trong một cốc chứa sạch. Đổđầy mẫu vào ống (khoảng 15 ml), chú ý cầm ống đựng mẫu từ phía trên để giảm thiểu bụi và dấu vân tay trên đường dẫn ánh sáng. Đậy nắp ống.
Bước 2: Lau cốc đựng bằng một miếng vải mềm, không xơđể loại bỏ các vết nước và dấu vân tay.
Bước 3: Tra một lớp mỏng dầu silicon. Lau sạch bằng vải mềm để có một lớp màng trảđều lên toàn bộ bề mặt.
Máy dò ánh sáng truyền qua Máy dò 90o
Bước 4: Nhấn I/O để khởi động máy. Máy được đặt trên bề mặt phẳng, vững chắc. Không cầm máy khi tiến hành đo.
Bước 5: Đặt cốc đựng mẫu vào buồng đo của máy sao cho dấu chỉ hình kim cương hoặc dấu mũi tên thẳng hàng với dấu định hướng lên ở phía trước buồng đo. Đóng nắp lại.
Bước 6: Lựa chọn thang đo bằng tay hoặc tự động, tùy chỉnh thang đo bằng cách nhấn nút RANGE.
Bước 7: Nhấn: READ. Màn hình sẽ hiển thị - - - - NTU, sau đó là độđục trong NTU.
Ghi lại kết quảđộ đục sau khi biểu tượng đèn tắt.
2.2.6.2. Xác định hiệu quả loại bỏ độ màu thông qua độ giảm độ hấp thụ
quang của mẫu
a. Thiết bị
Mật độ quang A được đo bằng phổ tử ngoại khả kiến ở bước sóng 475 nm trên máy quang phổ UV-1650PC.
Hình 2.3. Máy đo quang phổ UV-1650PC
b. Nguyên tắc
Để phát ra bức xạ tử ngoại và khả kiến, người ta dùng đèn phát ra ánh sáng đến bộ tạo đơn sắc, thường dùng là lăng kính thạc anh hoặc cách tử, có nhiệm vụ tách riêng
từng dải sóng hẹp (đơn sắc). Bộ phận chia chùm sáng sẽ hướng chùm tia liên tục đi tới cuvet đựng dung dịch mẫu và cuvet đựng dung môi.
Bộ phận phân tích (detector) sẽ so sánh cường độ chùm sáng đi qua dung dịch (I) và đi qua dung môi (Io). Tín hiệu quang được chuyển thành tín hiệu điện. Sau khi được phóng đại, tín hiệu sẽ chuyển sang bộ phận tự ghi để vẽ đường cong sự phụ thuộc của log (I/Io) vào bước sóng.
Nhờ sử dụng máy vi tính, bộ tự ghi sẽ ghi ra cho ta giá trịđộ hấp thụ quang A. Cường độ của tia đơn sắc trước và sau khi đi qua môi trường hấp thụđược liên hệ với nhau bởi định luật Lambert – Beer.
A = - logT = - log (I/Io) = ε.l.C Với A: độ hấp thụ
C: nồng độ mol/lít
l: chiều dài lớp dung dịch (chiều dài cuvet đựng mẫu)
ε: hệ số hấp thu mol đặc trưng cho cường độ hấp thu của chất nghiên cứu ở bước sóng đã cho (l/mol.cm)
c. Tiến hành đo
Sử dụng phần mềm UV-Win để điều chỉnh bước sóng ánh sáng, và hiển thị độ hấp thụ quang A của mẫu. Độ hấp thụ quang A đo ở bước sóng 475 nm, sử dụng cuves thạc anh.
Ghi lại kết quả. Với mỗi mẫu thí nghiệm, đo lại 3 lần để kiểm tra độ lặp của phép đo.
Chương 3
Kết quả và thảo luận
3.1. Đánh giá khả năng xử lí độ đục của nước
Quá trình keo tụ không phải là một phản ứng hoá học đơn thuần, nên liều lượng chùm ngây cho vào dung dịch không thể căn cứ vào công thức tính toán để xác định. Tuỳ điều kiện cụ thể khác nhau, phải làm thực nghiệm chuyên môn để tìm ra hàm lượng tối ưu cho hiệu quả keo tụ tốt nhất.
Thí nghiệm đo độ đục và xác định hàm lượng chùm ngây trong các mẫu nước tiến hành theo các bước:
- Đo độ đục của mẫu nước chưa qua xử lí (có thể là mẫu nước mặt tự nhiên hoặc mẫu nước nhân tạo)
- Pha liều lượngcủa hạt chùm ngây trong dung dịch keo tụ: từ dung dịch gốc có hàm lượng 1000 mg/lít, pha loãng ra các liều lượng 100 mg/l, 200 mg/l, 300mg/l, 400 mg/l. (Cách pha loãng như trong mục 2.2.3.2.)
- Tiến hành thí nghiệm keo tụ: Khuấy trộn đồng thời cả 4 dung dịch. Ban đầu khuấy nhanh với vận tốc cao (khoảng 120 vòng/phút) trong 30 giây. Quá trình này nhằm hình thành hoạt chất keo tụ và làm cho nó nhanh chóng khuếch tán đến các nơi trong nước kịp thời để tác dụng cùng với các tạp chất trong nước. Sau 30 giây khi bông phèn được hình thành và lớn lên, đổi sang khuấy chậm (20 vòng/phút) trong 10 phút. Nếu khuấy quá nhanh lúc này, không những bông phèn khó lớn lên được mà còn làm phá vỡ những bông phèn đã hình thành.
- Dung dịch sau khi keo tụđược để lắng tối thiểu 1 giờ trước khi tiến hành đo lại độđục.
Thí nghiệm đo độđục được tiến hành như trong mục 2.2.6.1. Hiệu quả loại bỏđộđục (%) được tính theo công thức:
H =Độ đụ đầđộ đụ ụ Độ đụ đầ .100
Các mẫu nước Mẫu nước tự nhiên được lấy trên sông Hồng, tại các địa điểm cầu Vĩnh Tuy và cầu Thăng Long. Mẫu nước nhân tạo được pha bằng huyền phù với