2.1.1. Nước tự nhiên
Các nguồn nƣớc thiên nhiên gồm nƣớc mặt, nƣớc ngầm, nƣớc biển. Nƣớc mặt: bao gồm các nguồn nƣớc trong các hồ chứa, sông suối. Do kết hợp
từ các dòng chảy trên bề mặt và thƣờng xuyên tiếp xúc với không khí nên các đặc trƣng của nƣớc mặt là:
- Chứa khí hoà tan, đặc biệt là oxy.
- Chứa nhiều chất rắn lơ lửng ( riêng trƣờng hơp nƣớc trong các ao, đầm, hồ, chứa ít chất rắn lơ lửng và chủ yếu ở dạng keo);
- Có hàm lƣợng chất hữu cơ cao. - Có sự hiện diện của nhiều loại tảo. - Chứa nhiều vi sinh vật.
Nƣớc ngầm: đƣợc khai thác từ các tầng chứa dƣới đất. Chất lƣợng nƣớc ngầm phụ thuộc vào cấu trúc địa tầng mà nƣớc thấm qua. Do vậy nƣớc chảy qua các tầng địa tầng chứa cát hoặc granit thƣờng có tính axit và chứa ít chất khoáng. Khi chảy qua địa tầng chứa đá vôi thì nƣớc thƣờng có độ cứng và độ kiềm hydrocacbonat khá cao. Ngoài ra, các đặc trƣng chung của nƣớc ngầm là:
- Độ đục thấp;
- Nhiệt độ và thành phần hoá học tƣơng đối ổn định; - Không có oxy, nhƣng có thể chứa nhiều khí H2S, CO2,...
- Chứa nhiều chất khoáng hoà tan, chủ yếu là sắt, mangan, canxi, magie,flo - Không có sự hiện diện của vi sinh vật.
Nƣớc biển: thƣờng có độ mặn rất cao. Hàm lƣợng muối trong nƣớc biển thay đổi tuỳ theo vị trí địa lý: khu cửa sông, gần hay xa bờ. Ngoài ra nƣớc biển thƣờng có nhiều chất lơ lửng, chủ yếu là các phiêu sinh động - thực vật.
2.1.2. Nước thải
Nước thải sinh hoạt
Nƣớc thải sinh hoạt là nƣớc đã đƣợc sử dụng cho các mục đích ăn uống, sinh hoạt, tắm rửa, vệ sinh nhà cửa ... của các khu dân cƣ, công trình công cộng, cơ sở dịch vụ. Nhƣ vậy, nƣớc thải sinh hoạt đƣợc hình thành trong quá trình sinh hoạt của con ngƣời. Một số các hoạt động dịch vụ hoặc công cộng nhƣ bệnh viện, trƣờng học, nhà ăn…cũng tạo ra các loại nƣớc thải có thành phần và tính chất tƣơng tự nhƣ nƣớc thải sinh hoạt.
- Ðặc điểm nguồn thải: nguồn thải nhỏ, phân tán - Lƣu lƣợng thải: Phụ thuộc vào tập quán sinh hoạt, thiết bị vệ sinh, tiêu chuẩn
cấp nuớc
- Chế độ thải: không ổn định
- Tính chất: Có màu từ trắng đục đến xám đen, có mùi hôi
Bảng 2.1 Thành phần nước thải trong khu dân cư
Chỉ tiêu Trong khoảng Trung bình
Tổng chất rắn (TS), mg/L 350– 1200 720 Chất rắn hoà tan (TDS) 250 – 850 500 Chất rắn lơ lững (SS) 100 – 350 220 BOD5, mg/L 110 – 400 220 Tổng nitơ, mg/L 20 – 85 40 Nitơ, mg/L 8 – 35 15 Nitơ amoni, mg/L 12 – 50 25
Chỉ tiêu Trong khoảng Trung bình Nitơ nitrit, mg/L 0 – 0,1 0,05 Nitơ nitrat, mg/L 0,1 – 0,4 0,2 Clorua, mg/L 30 – 100 50 Độ kiềm, mgCaCO3/L 50 – 200 100 Tổng chất béo, mg/L 50 – 150 100
Nước thải công nghiệp
Nƣớc thải công nghiệp là nƣớc thải đƣợc sinh ra trong quá trình sản xuất công nghiệp từ các công đoạn sản xuất và các hoạt động phục vụ cho sản xuất nhƣ nƣớc thải khi tiến hành vệ sinh công nghiệp hay hoạt động sinh hoạt của công nhân viên. Nƣớc thải công nghiệp rất đa dạng, khác nhau về thành phần cũng nhƣ lƣợng phát thải và phụ thuộc vào nhiều yếu tố: loại hình công nghiệp, loại hình công nghệ sử dụng, tính hiện đại của công nghệ, tuổi thọ của thiết bị, trình độ quản lý của cơ sở và ý thức cán bộ công nhân viên.
- Ðặc điểm thải: tập trung
- Lƣu lƣợng thải và chế độ thải: phụ thuộc vào qui trình công nghệ
- Tính chất, thành phần: phụ thuộc vào qui trình công nghệ, đặc thù của từng nhà máy, xí nghiệp hay cơ sở sản xuất.
Nƣớc thải công nghiệp chứa rất nhiều các hóa chất vô cơ và hữu cơ. Với những ngành sản xuất khác nhau thì trong nƣớc thải sẽ có những loại hóa chất khác nhau nhƣ:
- Khai khoáng: các kim loại, các axit vô cơ - Gia công đồ gỗ: flo, kẽm
- Đồ gốm , thủy tinh : H3BO3, As... Ba, Cd, Li, Mn, Se - Đồ da : Ca, H2S, Na2S, Cr, Zn, Ni...
- Luyện cốc : NH3, H2S, các kiềm...
- Công nghiệp sơn : Ba, ClO3-, Cd, Co, Pb, Zn, Mn...
- Trong số các hóa chất gây nhiễm bẩn nguồn nƣớc thì Hg, Be, Cd, Pb, As, Se có độc tính rất cao.
Việc phân tích nƣớc thải rất khó khăn và phức tạp. Khi phân tích cần phải
tiến hành các quá trình tách, làm giàu, lựa chọn các phƣơng pháp có độ nhạy, độ chọn lọc cao. Một trong những đặc tính gây khó khăn cho việc phân tích nƣớc
thải là tính chất không bền vững của nó.
Đối với nƣớc ăn việc phân tích hóa học đơn giản hơn vì loại nƣớc này đã đƣợc xử lý về mặt cơ hóa và sinh học.
Các đặc điểm chính của nước thải
a) Đặc điểm vật lý
Theo trạng thái vật lý, các chất bẩn trong nƣớc thải đƣợc chia thành:
- Các chất không hoà tan ở dạng lơ lửng, kích thƣớc lớn hơn 10-4 mm, có thể ở dạng huyền phù, nhò tƣơng hoặc dạng sợi, giấy, vải, cỏ…
- Các tạp chất bẩn dạng keo, kích thƣớc dạng hạt trong khoảng 10-4 - 10-6 mm. - Các chất bẩn dạng tan có kích thƣớc nhỏ hơn 10-6 mm, có thể ở dạng
phân tử hoặc phân ly thành ion. b) Đặc điểm hoá học
Nƣớc thải chứa các hợp chất hoá học dạng vô cơ nhƣ sắt, magie, canxi, silic, nhiều chất hữu cơ sinh hoạt nhƣ phân, nƣớc tiểu và các chất thải khác nhƣ cát, sét, dầu, mỡ. Nƣớc thải vừa xả ra thƣờng có tính kiềm, nhƣng dần trở nên có tính axit vì thối rữa từ các chất hữu cơ có xuất xứ từ động vật và thực vật. Những chất hữu cơ trong nƣớc thải có thể chia thành các chất nitơ và các chất cacbon. Các hợp chất chứa nitơ chủ yếu nhƣ ure, protein, amin, axit amin…Các hợp chất chứa cacbon nhƣ mì, xà phòng, hydro cacbon trong đó có cả xenlulo…từ chất thải công nghiệp lẫn vào làm cho thành phần và tính chất nƣớc thải càng thêm đa dạng.
c) Đặc điểm sinh vật, vi sinh vật
Nƣớc thải sinh hoạt chứa vô số sinh vật, chủ yếu là vi sinh với số lƣợng từ 105- 106 tế bào trong 1 mL. Tế bào vi sinh hình thành từ chất hữu cơ, nên tập hợp vi
sinh có thể coi là một phần của tổng hợp chất hữu cơ trong nƣớc thải. Phần này sống, hoạt động, tăng trƣởng để phân huỷ phần hữu cơ còn lại của nƣớc thải. Vi sinh trong nƣớc thải thƣờng đƣợc phân biệt theo hình dạng. Vi sinh xử lý nƣớc thải có thể phân làm ba nhóm: vi khuẩn, nấm và nguyên sinh động vật.
2.2. Một số chỉ tiêu đánh giá chất lƣợng nƣớc
2.2.1. Chỉ tiêu pH
pH là một thuật ngữ chỉ độ acid hay bazo của một dung dịch, pH ảnh hƣởng đến các quá trình sinh học trong nƣớc và có ảnh hƣởng đến sự ăn mòn, hòa tan các vật liệu. Trong kĩ thuật môi trƣờng, pH đƣợc quan tâm trong các lĩnh vực nhƣ quá trình keo tụ, quá trình làm mềm nƣớc, quá trình khử trùng, ổn định nƣớc…..
Trong xử lí nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học, chỉ tiêu pH đƣợc duy trì trong giới hạn tối ƣu để vi sinh vật phát triển, thƣờng 6,5 – 7,5.
2.2.2. Chất rắn
Chất rắn trong nƣớc bao gồm chất rắn tồn tại ở dạng lơ lững và dạng hòa tan. Trong nƣớc có hàm lƣợng chất rắn cao gây cảm quan không tốt và các bệnh đƣờng ruột cho con ngƣời.
2.2.3. Độ đục
Độ đục của nƣớc cất bắt nguồn từ sự hiện hữu của vô số vật thể li ti ở trạng thái huyền phù nhƣ đất sét, vật chất hữu cơ và vô cơ, vi sinh vật gồm các loại phiêu sinh động vật. Xác định độ đục dựa trên sự hấp thụ ánh sáng của cặn lơ lững có trong dung dịch.
2.2.4. Độ màu
Màu của nƣớc tự nhiên do mùn, phiêu sinh vật, các vật phẩm từ sự phân hủy chất hữu cơ tạo ra. Tuy nhiên một số ion kim loại hay nƣớc thải công nghiệp cũng là nguyên nhân gây cho nƣớc co màu. Theo thói quen chũng ta nghĩ màu của nƣớc là màu quan sát đƣợc ngay sau khi lấy mẫu. Thực ra đây chỉ là màu biểu kiến gồm một phần từ các chất hòa tan và phần còn lại do chất huyền phù gây nên. Vì vậy
màu biểu kiến đƣợc xác định ngay trên mẫu nguyên thủy mà không cần phải loại bỏ chất lơ lững.
2.2.5. Clo
Chloride (Cl-) là ion chính trong nƣớc thiên nhiên và nƣớc thải. Vị mặn của chloride thay đổi tùy theo hàm lƣợng và thành phần hóa học của nƣớc. Với mẫu chứa 250 mgCl/L ngƣời ta đã có thể nhận ra vị mặn nếu trong nƣớc có chứa ion Na+. Tuy nhiên, khi mẫu nƣớc có độ cứng cao, vị mặn lại khó nhận biết dù nƣớc có chứa đến 1000 mgCl/L. Hàm lƣợng chloride cao sẽ gây ăn mòn các kết cấu ống kim loại và gây ảnh hƣởng xấu đến sự tăng trƣởng của cây trồng.
2.2.6. Độ cứng tổng cộng
Độ cứng đƣợc hiểu là khả năng tạo bọt của nƣớc với xà phòng. Ion canxi và magie trong nƣớc sẽ kết tủa với xà phòng, do đó làm giảm sức căn bề mặt và phá hủy tính năng tạo bọt. Những ion dƣơng đa hóa trị khác cũng có thể kết tủa với xà phòng nhƣng thƣờng những ion này ở dƣới dạng phức chất, hoặc là chất hữu cơ, do đó ảnh hƣởng của chúng trong nƣớc không đáng kể và khó xác định. Trên thực tế, độ cứng tổng cộng đƣợc xác định bằng tổng hàm lƣợng caixi, magie.
2.2.7. Chỉ tiêu Photpho tổng 2.2.7.1 nghĩa môi trường
Trong thiên nhiên, photphat đƣợc xem là sản phẩm của quá trình lân hóa, thƣờng gặp ở dạng vết đối với nƣớc thiên nhiên.
Nguồn gốc do ô nhiễm nƣớc thải sinh hoạt, nông nghiệp hoặc nƣớc thải công nghiệp sản xuất bột giặt, chất tẩy rửa, phân bón.
Chỉ tiêu photphat đƣợc ứng dụng để kiểm soát mức độ ô nhiễm của dòng chảy và vận hành các trạm xử lý nƣớc thải.
Octophotphat hòa tan là một chỉ tiêu quan trọng của ô nhiễm nguồn nƣớc vì nó dễ dàng và nhanh chóng tiêu thụ bởi vi sinh vật, do đó hầu nhƣ không bao giờ tìm thấy ở nồng độ cao trong nƣớc không bị ô nhiễm.
2.2.7.2 Các phương pháp phân tích photpho tổng số
Photpho trong nƣớc và nƣớc thải tồn tại ở dạng orthophotphat (PO43-, HPO42-, H2PO4-, H3PO4) hay polyphotphat Na3(PO4)6 và photphat hữu cơ.
Orthophotphat có thể xác định bằng phƣơng pháp so màu với thuốc thử NH4MoO4 và SnCl2.
Lƣợng photpho tồn tại dƣới dạng orthophotphat có thể đo đƣợc bằng phƣơng pháp trọng lƣợng, thể tích, đo quang.
Bảng 2.2 Một số phương pháp phân tích photpho
Phƣơng pháp Phạm vi áp dụng Nguyên tắc Độ chính xác Thời gian phân tích Khối lƣợng Hàm lƣợng lớn (không gặp trong nƣớc và nƣớc thải) Trong pH 7 – 8, ion PO43- tác dụng với NH Cl / MgCl4 2 sinh ra tủa tinh thể MgNH PO4 4sau đó lọc thu kết tủa và nung cho ra khối lƣợng không đổi
Thấp Tốn nhiều thời gian (Cần lọc, nung kết tủa) Thể tích Nồng độ photphat > 50mg/L (Hiếm gặp trong thực tế)
Trong môi trƣờng axit PO43- phản ứng với nitro-molipdic sinh ra phức màu vàng 7 2 7 6 H P Mo O , rửa tủa bằng lƣợng chính xác NaOH. Chuẩn độ lƣợng dƣ NaOH bằng HCl Thấp Tốn nhiều thời gian Đo quang Có thể áp dụng đối với nƣớc thải và nƣớc sinh hoạt
Ion photphat kết hợp với ammonium molypdat trong điều kiện axit tạo phức molypdophotphat
Cao Ít tốn thời gian
2.2.7.3 Các phương pháp phân tích trắc quang photpho
Amoni molypdat và potassium antimonyl tatrat phản ứng với octo photphat trong môi trƣờng axit tạo thành axit dị đa photpho molypdic.
PO43- +12(NH4)2MoO4 + 24H+ (NH4)3PO4.12MoO3 + 21NH4+ + 12H2O Ngƣời ta thường sử dụng chất khử nhƣ SnCl2 hoặc axit ascorbic để khử axit photphomolybdat thành dạng khử có màu xanh molypdenium hay xanh heteropoly. Đo mật độ quang của dung dịch ở 880 nm có thể xác định đƣợc nồng độ Photpho.
Một phƣơng phác khác chính xác hơn nên cũng thƣờng đƣợc xác định 3 4
PO là phƣơng pháp vanadophotphomolybdat. Cơ sở của phƣơng pháp này là khi có mặt đồng thời 3
4
PO , Vanadi (V) và molybdat trong môi trƣờng axit thì hợp chất phức vanadophotphomolybdat đƣợc tạo thành. Sự có mặt của amoni vanadat là cần thiết để tạo thành phức. Khi có mặt Vanadat có thể tiến hành đo cƣờng độ hấp thu màu của phức tại 460 nm và tránh đƣợc ảnh hƣởng bất lợi khi có mặt Fe(III).
Bảng 2.3 Các phương pháp phân tích trắc quang photpho
Phƣơng
pháp Độ nhạy Ƣu điểm Nhƣợc điểm
Tạo phức Photpho Molypdat Rất nhạy (tới cỡ 0,1 ppm)
Phƣơng pháp này rất nhạy. Hấp thu quang tại bƣớc sóng 880 nm nên không bị ảnh hƣởng bởi các phức kim loại khác.
Yếu tố thời gian, nhiệt độ, pH ảnh hƣởng đến độ bề màu của phức. Cần phải khống chế điều kiện về pH, thời gian phản ứng và nhiệt độ . Tạo phức Vanado photpho molybdat Trong khoảng 1 - 15 ppm Cƣờng độ màu bền, các nguyên tố khác cản trở ít và các điều kiện cho phản ứng không cần phải khống chế nghiêm ngặt nhƣ phƣơng pháp molypdat - SnCl2
Phức dễ bị tạo kết tủa khi thuốc thử bị hƣ.
2.2.7.4 Yếu tố ảnh hưởng
- Asen (> 0,1 mg/L) ảnh hƣởng việc xác định phospho bằng phƣơng pháp này, do asen cũng tạo ra sản phẩm có màu xanh tƣơng tự nhƣ phospho.
- Cr(VI) và NO2-
ở nồng độ 1 mg/L gây ra sai số âm khoảng 3%, hoặc 10 ÷ 15% với nồng độ 10 mg/L.
- S2-, SiO32- không ảnh hƣởng ở khoảng nồng độ 1,0 ÷ 10 mg/L.