3.5.1. Nhiệt độ
Nhiệt độ của n−ớc là một đại l−ợng phụ thuộc vào điều kiện mơi tr−ờng và khí hậu.
Sự thay đổi nhiệt độ của n−ớc phụ thuộc vào từng loại nguồn n−ớc. N−ớc mặt (sơng, hồ…) n−ớc mạch nơng cĩ nhiệt độ dao động rất lớn, từ 4 đến 40oC, phụ thuộc vào thời tiết và độ sâu nguồn n−ớc. N−ớc ngầm cĩ nhiệt độ t−ơng đối ổn định từ 17 đến 31oC, khơng thay đổi theo mùa. N−ơc thải thải th−ờng cĩ nhiệt độ cao hơn n−ớc cấp.
Nhiệt độ cĩ ảnh h−ởng lớn đến quá trình xử lý sinh học do tác động đến đời sống thủy sinh và nồng độ oxy hồ tan. Ngồi ra, nhiệt độ ảnh h−ởng đến độ nhớt và lực cản trong quá trình lắng ù. Đơn vị đo: oC.
Ph−ơng pháp phân tích: Đo bằng nhiệt kế.
3.5.2. Độ màu
Độ màu của n−ớc gây bởi các hợp chất hữu cơ trong mọi giai đoạn phân hủy của các loại thực vật nh− tanin, axit humic, humat; các hợp chất keo sắt; n−ớc thải cơng nghiệp hoặc do sự phát triển của rong, rêu, tảo. N−ớc cĩ các hợp chất sắt III khơng tan cĩ màu nâu đỏ. Các chất mùn humic gây ra màu vàng cho n−ớc. Các lồi thủy sinh, rong tảo làm cho n−ớc cĩ màu xanh lục. N−ớc bị nhiễm bẩn bởi n−ớc thải sinh hoạt hay cơng nghiệp nh− n−ớc thải dệt nhuộm cĩ thể làm n−ớc nguồn cĩ màu đỏ, xanh, đen…
-ảnh h−ởng, tác động
Độ màu ảnh h−ởng đến giá trị cảm quan đối với ng−ời dùng n−ớc. Khi n−ớc cĩ màu, giá trị thẩm mỹ của n−ớc giảm. Mặt khác, các chất hữu cơ cĩ màu trong n−ớc cĩ thể tác dụng với clo trong quá trình khử trùng n−ớc bằng clorin tạo ra những hợp chất cĩ tính độc nh− clorofooc…
Độ màu là một trong hai yếu tố quyết định cơng nghệ xử lý và liều l−ợng phèn sử dụng. Đơn vị đo: độ màu là Pt-Co.
- Ph−ơng pháp phân tích
Nguyên tắc phép đo độ màu là dựa vào sự hấp thu ánh sáng của hợp chất màu cĩ trong dung dịch trên máy quang phổ kế. Từ dung dịch màu chuẩn 500 Pt-Co, xây dựng đ−ờng chuẩn độ màu và
độ hấp thu ánh sáng. Đo độ hấp thu của mẫu trên máy quang phổ ở b−ớc sĩng thích hợp. Dựa vào đ−ờng chuẩn xác định độ màu của mẫu.
Các yếu tố ảnh h−ởng đến phép đo màu xác định độ màu gồm độ đục, giấy lọc, pH mẫu n−ớc. Do đĩ, trong khi thao tác phân tích khơng dùng giấy lọc để tách phần chất lơ lửng khi đo độ màu thực. Kết quả phân tích cũng cần ghi nhận pH của mẫu.
Ph−ơng pháp xử lý: keo tụ, lắng lọc
3.5.3. Độ đục
Độ đục của n−ớc là mức độ ngăn cản ánh sáng xuyên qua n−ớc.
Độ đục của n−ớc cĩ thể do nhiều loại chất lơ lửng bao gồm những loại cĩ kích th−ớc hạt keo đến những hệ phân tán thơ gây nên nh− các chất huyền phù, các hạt cặn đất cát, các vi sinh vật. Về thành phần hĩa học, các chất gây đục cĩ thể là vơ cơ hoặc hữu cơ, hoặc cả hai, do nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo.
N−ớc mặt th−ờng cĩ độ đục 20 – 100 NTU, mùa lũ cĩ khi cao đến 500 – 600 NTU.
- ảnh h−ởng, tác động
Độ đục cao biểu thị độ nhiễm bẩn trong n−ớc cao. Độ đục cao cịn ảnh h−ởng đến quá trình lọc vì lỗ thốt n−ớc sẽ nhanh chĩng bị bít kín do vậy ng−ời ta cĩ thể keo tụ tr−ớc khi lọc. Khử trùng bị ảnh h−ởng bởi độ đục. Khi n−ớc cĩ độ đục cao, do chất rắn trong n−ớc thải sinh hoạt, các vi sinh gây bệnh cĩ thể bị bọc bởi các chất rắn và bảo vệ nĩ khơng tiếp xúc đ−ợc với chất khử trùng.
Đơn vị độ đục là 1JTU = 1 NTU = 1 mg SiO2/L = 1 đơn vị độ đục.
Trong cơng nghệ xử lý n−ớc, độ đục ảnh h−ởng đến quá trình. Do vậy cần kiểm sốt thơng số này. Đối với n−ớc cấp, độ đục là một trong những thơng số quan trọng để xác định sự cần thiết cĩ cơng đoạn xử lý keo tụ hố học và lọc trong quy trình xử lý.
+ Ph−ơng pháp phân tích
Đơn vị đo phụ thuộc vào ph−ơng pháp đo:
- Đo bằng máy quang phổ (spectrophotometer): đơn vị NTU, FTU - Đo bằng trực quan: đơn vị JTU.
Nguyên tắc cơ bản của ph−ơng pháp đo độ đục trên máy quang phổ là dựa trên sự hấp thu ánh sáng của các cặn lơ lửng cĩ trong dung dịch. Thang độ đục chuẩn đ−ợc xây dựng trên chất chuẩn là hydrazine sulfate và hexamethylene tetramine.
Mẫu đ−ợc lắc kỹ, lấy một thể tích xác định đo màu trên máy quang phổ ở b−ớc sĩng thích hợp và giống với đo màu của dãy chuẩn.
Phân tích xác định độ đục gặp một số khĩ khăn. Cặn lơ lửng lớn cĩ khả năng lắng nhanh, làm sai lệch kết quả đo. Mẫu cĩ nhiều bọt khí và độ màu thực của mẫu là những nguyên nhân ảnh h−ởng tới kết quả độ đục bằng ph−ơng pháp so màu.
- Ph−ơng pháp xử lý : Lắng, lọc, keo tụ…
3.5.5. pH
pH là đại l−ợng tốn học biểu thị nồng độ hoạt tính ion H+ trong n−ớc, pH đ−ợc sử dụng để đánh giá tính axit hay tính kiềm của dung dịch (n−ớc). pH = - lg{H+}.
Tính chất của n−ớc đ−ợc xác định theo các giá trị khác nhau của pH pH 5,5 6,5 7,0 7,5 10,5 Axit mạnh axit yếu trung tính kiềm yếu kiềm mạnh
- ảnh h−ởng, tác động
pH ảnh h−ởng đến các hoạt động sinh học trong n−ớc, cĩ liên quan đến tính ăn mịn, độ hịa tan. pH của n−ớc ngầm th−ờng thấp (4-5) ảnh h−ởng đến quá trình khử sắt.
pH cĩ ý nghĩa rất quan trọng trong xử lý n−ớc cấp. Thơng số này cần đ−ợc giám sát trong các quá trình xử lý nh−: keo tụ, làm mềm n−ớc, khử trùng, khử sắt và các kim loại khác. Trong xử lý n−ớc thải pH đ−ợc giám sát và điều chỉnh ở mơi tr−ờng tối −u cĩ lợi cho sự tham gia của vi sinh vật trong xử lý sinh học.
+ Ph−ơng pháp phân tích
Hai ph−ơng pháp thơng th−ờng để xác định pH là ph−ơng pháp so màu và ph−ơng pháp điện thế kế.
- Ph−ơng pháp so màu: xây dựng dãy màu t−ơng ứng với khoảng pH rộng, sau đĩ dùng chỉ thị màu chuyên biệt (để đổi màu pH trong một khoảng giới hạn pH thay đổi hẹp).
calomel và điện cực H+, ph−ơng pháp này cĩ độ chính xác cao. Chuẩn máy bằng dung dịch chuẩn pH 4 và pH 10 tr−ớc khi đo mẫu.
N−ớc cĩ độ màu, độ đục cao ảnh h−ởng đến kết quả phân tích pH trên ph−ơng pháp so màu. Nhiệt độ cĩ ảnh h−ởng đến pH của mẫu.
- Ph−ơng pháp xử lý : Trung hồ bằng hố chất.
3.5.6. Độ axit
Độ axit là khả năng nh−ờng proton. Độ axit của n−ớc đ−ợc tạo ra bởi các axit yếu nh− H2CO3, H2S, CH3COOH; các muối do axit mạnh baz yếu hợp thành nh− muối hợp thành của các ion NH4+
, Fe3+, Al3+ và axit mạnh. Khi n−ớc cĩ pH nhỏ hơn 4,5 thì độ axit cịn do các axit mạnh gây nên nh− HCl, H2SO4, HNO3.
Trong n−ớc thiên nhiên, độ axit là do sự cĩ mặt của CO2. Chúng xâm nhập vào n−ớc do: (1) khuyếch tán từ khơng khí vào n−ớc theo định luật Henry, hoặc (2) quá trình oxy hĩa sinh hĩa chất hữu cơ trong n−ớc thải ơ nhiễm.
Axit vơ cơ này th−ờng cĩ trong n−ớc ngầm khi chảy qua các vùng mỏ hoặc lớp khống cĩ chứa các hợp chất của l−u huỳnh nh− FeS2.
N−ớc ngầm và n−ớc trong vùng yếm khí của các hồ phân tầng nhiệt th−ờng chứa l−ợng CO2 đáng kể do quá trình oxy hĩa sinh học đối với chất hữu cơ. ở điều kiện đĩ, cacbonic sinh ra khơng thể thốt vào khơng khí. Cacbonic là sản phẩm cuối cùng của quá trình oxy hĩa yếm khí và hiếu khí, nên khơng phụ thuộc vào l−ợng oxy hồ tan ban đầu. N−ớc ngầm th−ờng cĩ nồng độ CO2 30-50 mg/l. Đây là những loại n−ớc đã thấm qua lớp đất chứa l−ợng CaCO3 hay MgCO3 khơng đủ để trung hịa CO2 hình thành bicacbonat:
CO2 + CaCO3 + H2O = Ca(HCO3)2.
Axit vơ cơ cĩ trong nhiều loại chất thải cơng nghiệp, đặc biệt là cơng nghiệp luyện kim và một số loại thải ra từ dây chuyển sản suất chất hữu cơ. N−ớc thải từ hầm mỏ và nơi đổ quặng cĩ chứa l−ợng đáng kể là axit sunhuaric và muối sunphat, sunphua hay pyrit sắt. Muối của các kim loại nặng hĩa trị III nh− Fe và Al bị thuỷ phân tạo thành axit
FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3H+ + 3Cl-.
Axit hữu cơ xác định bằng ph−ơng pháp chuẩn độ tĩnh điện hay sắc ký khí.
Quá trình đốt nhiên liệu hố thạch trong các nhà máy nhiệt điện, động cơ tạo thành oxit nitơ và oxit l−u huỳnh phát tán vào khơng khí. Khi hồ tan trong n−ớc m−a, chúng chuyển thành axit vơ cơ và gây axit hố cho các nguồn n−ớc mặt.
- ảnh h−ởng, tác động
Độ axit khơng gây ảnh h−ởng lớn đến sức khỏe con ng−ời nh−ng n−ớc cĩ độ axit cao th−ờng cĩ vị chua. Độ axit cao gây ăn mịn thiết bị và đ−ờng ống. Trong quá trình xử lý sinh học, pH cần duy trì ở mức giới hạn 6,0 – 9,5, nên cần xác định độ axit để tính l−ợng hố chất chiều chỉh pH. Độ axit cĩ ảnh h−ởng đến hầu hết các quá trình xử lý n−ớc cấp và n−ớc thải.
Độ axit trong n−ớc thấp làm tan các kim loại nhơm, sắt, silic từ trong đất.
- Ph−ơng pháp phân tích:
Phân tích xác định độ axit bằng ph−ơng pháp định phân bằng thuốc thử NaOH 0,02N.
- Độ axit metyl da cam: chuẩn độ tới pH = 4,5 bằng chỉ thị metyl da cam.
- Độ axit phenolphtalein: chuẩn độ tới pH = 8,3 với chỉ thị phenolphtalein.
Các chất khí hịa tan nh− CO2, H2S, NH3 cĩ thể bị mất đi hoặc hịa tan vào mẫu trong quá trình l−u trữ hoặc định phân mẫu làm ảnh h−ởng đến kết quả phân tích. Cĩ thể khắc phục bằng cách định phân nhanh, tránh lắc mạnh và giữ nhiệt độ mẫu ổn định.
Đối với mẫu n−ớc cấp, hàm l−ợng clorin d− cao, cĩ tính tẩy màu làm ảnh h−ởng đến kết quả định phân. Trong tr−ờng hợp mẫu cĩ độ màu và độ đục cao, phải xác định độ axit bằng ph−ơng pháp chuẩn độ điện thế.
- Ph−ơng pháp xử lý : Trung hồ.
3.5.7. Độ kiềm
Độ kiềm của n−ớc là khả năng tiếp nhận proton của n−ớc đĩ. - Độ kiềm hydroxit.
- Độ kiềm cacbonat - Độ kiềm bicacbonat
Độ kiềm của n−ớc tự nhiên chủ yếu do các ion sau (1) hydroxit (OH-), (2) cacbonat (CO32-), (3) bicacbonat (HCO3-). Ngồi ra cĩ thể kể đến nguyên nhân do các muối của axit yếu khác nh− SiO32-, PO43-; các bazơ yếu nh− NH3 và các baz mạnh.
Muối bicacbonat là thành phần gây độ kiềm chủ yếu trong n−ớc tự nhiên do tác dụng của CO2 lên các thành phần cĩ tính kiềm trong đất:
CO2 + CaCO3 + H2O → Ca(HCO3)2
Trong nhiều kiện xác định, n−ớc tự nhiên cĩ thể cĩ độ kiềm cao. Ví dụ tr−ờng hợp nguồn n−ớc mặt cĩ tảo phát triển, sử dụng hết cacbonic tự do và kết hợp trong n−ớc làm tăng pH đến 9-10.
- ảnh h−ởng, tác động
Độ kiềm ảnh h−ởng ít nhiều đến sức khỏe. Độ kiềm cao gây khĩ chịu cho ng−ời sử dụng nên phải thay nguồn n−ớc khác. Độ kiềm cao ảnh h−ởng đến sự sống của vi sinh vật trong n−ớc, là nguyên nhân gây nên độ cứng của n−ớc. Trong kiểm sốt ơ nhiễm n−ớc, độ kiềm là thơng số để xác định l−ợng hố chất trung hồ, làm mềm n−ớc, hoặc làm dung dịch đệm trung hồ axit trong quá trình đơng tụ.
- Ph−ơng pháp phân tích
Độ kiềm đ−ợc xác định bằng cách chuẩn độ với dung dịch H2SO4
- Độ kiềm phenolphthalein: chuẩn độ đến pH bằng 8,3 với chỉ thị phenolphtalein.
- Độ kiềm tổng cộng: chuẩn độ đến pH bằng 4,5 với chỉ thị bromocresol lục. Phản ứng chuẩn độ:
OH- + H+ → H2O. pH = 12,5
CO32- + H+→ HCO3-. Kết thúc chuẩn độ ở pH = 8,3. HCO3- + H+→ H2CO3. Kết thúc chuẩn độ ở pH = 4,5.
-Tính tốn các loại độ kiềm
Độ kiềm tổng cộng và độ kiềm phenol xác định dựa trên số liệu phân tích chuẩn độ bằng axit. Tính tốn các độ kiềm hydroxit, cacbonat, bicacbonat dựa vào các ph−ơng pháp (1) tính tốn từ chỉ số đo độ kiềm, (2) tính tốn từ số đo độ kiềm và pH, (3) tính từ ph−ơng trình cân bằng.
- Độ kiềm phenol : chuẩn độ bằng axit đến pH = 8,3 với chỉ thị pp.
- Độ kiềm tổng cộng: chuẩn độ bằng axit đến pH 4- 5 với chỉ thị bromocresol lục hay chỉ thị metyl da cam, hay chỉ thị hỗn hợp.
- Độ kiềm hydroxit (OH-) - Độ kiềm cacbonat (CO32-) - Độ kiềm bicacbonat (HCO3-)
- Ph−ơng pháp xử lý: Trung hồ.
Bảng 2. Tĩm tắt các nguyên tắc chuẩn độ xác định độ axit và độ kiềm
3.5.8. Độ cứng
Độ cứng là đại l−ợng biểu thị hàm l−ợng các ion kim loại hố trị II, chủ yếu là Ca2+ và Mg2+. - Phân loại theo mức độ cứng
Mềm Cứng trung bình Cứng Rất cứng
- Phân loại theo ion kim loại tạo nên độ cứng→ tính tốn l−ợng hố chất làm mềm n−ớc + Độ cứng canxi
+ Độ cứng magiê
- Phân loại theo anion tạo nên độ cứng → lựa chọn ph−ơng pháp làm mềm n−ớc
+ Độ cứng cacbonat (độ cứng tạm thời): là tổng nồng độ các muối bicacbonat, cacbonat của Ca2+, Mg2+ trong n−ớc. Nh−ng vì hàm l−ợng cacbonat trong n−ớc thiên nhiên rất nhỏ, cho nên nĩi chung coi độ cứng cacbonat là muối bicacbonat của Ca2+, Mg2+.
+ Độ cứng phicacbonat (vĩnh cửu): là tổng nồng độ các muối clorua, sunfat, nitrat của Ca2+, Mg2+ trong n−ớc.
Độ cứng khi đun sơi n−ớc khơng thể khử đi gọi là độ cứng vĩnh viễn, nĩ gần bằng độ cứng phicacbonat.
+ Độ cứng tổng cộng = độ cứng cacbonat + độ cứng phicacbonat.
- Nguồn gốc, nguyên nhân: Các ion gây độ cứng cho n−ớc chủ yếu là Ca2+, Mg2+, Sr2+, Fe2+, Mn2+, và các anion kết hợp với chúng là HCO3-, SO42-, Cl-, NO3-, SiO32-.
Các ion Fe3+, Al3+ đơi khi cũng gĩp phần làm tăng độ cứng của n−ớc. Tuy nhiên, độ hịa tan của các hydroxit của chúng ở những giá trị pH của n−ớc thiên nhiên rất thấp nên nồng độ của các ion này cĩ thể bỏ qua.
- ảnh h−ởng, tác động: N−ớc cĩ độ cứng cao (n−ớc cứng) làm n−ớc cĩ vị chát và ảnh h−ởng đến chất l−ợng n−ớc.
- Ph−ơng pháp phân tích: Đơn vị đo độ cứng là: mg/l CaCO3. 1 mđlg CaCO3 /l = 50 mg/l CaCO3.
Độ Đức: 1oG = 10 mg CaO (hay 7,14 mg MgO) trong 1 lít n−ớc Độ Pháp: 1oF = 10 mgCaCO3/ l n−ớc
Độ Anh: 1oE = 10 mgCaCO3/0,7 l n−ớc Độ Mỹ: 1oA = 1 mg CaCO3/ l n−ớc
Xác định độ cứng bằng ph−ơng pháp chuẩn độ bằng thuốc thử EDTA ở pH = 10 với chỉ thị cromogen đen T (eriogen đen T) (EBT).
Phản ứng chuẩn độ: Ca2+ + Y4-→ CaY2-, pH = 12, Mg2+ + Y4-→ MgY2-, pH = 10,
Phản ứng chỉ thị: Mg2+ + EBT → Mg2+. EBT, pH = 10,
(đỏ r−ợu vang) → (xanh lam)
Một vài ion kim loại nặng làm cho chỉ thị màu nhạt dần hay khơng rõ ràng tại điểm kết thúc. Cĩ thể khắc phục trở ngại này bằng cách thêm chất che tr−ớc khi định phân. Một cách khác cĩ thể xác định đ−ợc độ cứng là tính tốn từ nồng độ các ion hố trị 2.
- Ph−ơng pháp xử lý: Độ cứng tạm thời chỉ cần đun sơi n−ớc một thời gian, một phần độ cứng cĩ thể kết tủa tách ra khỏi n−ớc. Độ cứng cacbonat đ−ợc loại bỏ khi đun sơi hay khi làm mềm bằng vơi Ca(OH)2