4. Ý nghĩa của đề tài
2.3.5.1. Phương pháp xác định sắt
Trong nước thiên nhiên, sắt thường nằm dưới dạng hợp chất vô cơ hoặc hữu cơ có hóa trị 2 hoặc 3. Hợp chất sắt trong nước ít bền, nó dễ bị ôxy hóa và lắng xuống dưới dạng hydroxit sắt (III) Fe(OH3) kết tủa
2Fe2++ 6 H2O + 3O2 4 Fe(OH3)nâu
Vì thế Fe2+ cần được xác định được ngay sau khi lấy mẫu, nếu không kịp phân tích thì ta phải ổn định mẫu bằng cách bổ sung dung dịch đệm axetat CH3COO- (100ml mẫu nghiên cứu được thêm vào 3-5 ml dung dịch đệm axetat để giữu cho trị số pH ổn định xung quanh giá trị 4,76)[9]
Có 3 phương pháp để xác định Fe2+:[5][16]. - Phương pháp thể tích
- Phương pháp so màu - Phương pháp đo tổng hợp
Ở đây chúng ta dùng phương pháp trắc quang so màu bằng chất chỉ thị phenanthroline [13].
Chuẩn bị hóa chất
- Dung dịch hydroxylamine: Hòa tan 10g NH2OH.HCl trong 100 ml. - Dung dịch Phenanthroline: Hòa tan 0,42g 1,10-phenanthroline monohydrate (C12H8N2.H2O) trong 100 ml nước, đun nóng nhẹ 80oC, không đun sôi thì thêm 2 giọt HCl đặc.
- Dung dịch chuẩn Fe gốc (500mg/l) : Thêm từ từ 20 ml H2SO4vào 50 ml nước rồi hòa tan 1,7594 g Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O (đã sấy khô 2 tiếng ở 105oC) định mức lên 500 ml.
- Dung dịch chuẩn Fe (10mg/l): Lấy 20ml Fe (500mg/l) vào bình định mức 1000 ml, thêm nước cất tới vạch định mức.
- Dung dịch đệm axetat:
40g amoni axetat + 50 ml axit axetic băng. Định mức 1 l.
Xử lý mẫu
- Sắt tổng: Khi lấy mẫu, axit hóa bằng 1ml H2SO4 ( HNO3 ) đặc cho 100 ml mẫu
- Tổng sắt hòa tan: Khi lấy mẫu, lọc mẫu rồi axit hóa bằng 1ml H2SO4 đặc cho 100 ml mẫu
Đo quang
- Đường chuẩn:
Thêm vào các bình định mức dung tích 50 ml:
STT 1 2 3 4 5 6 7 8 Thể tích Fe (ml) 0 0,5 1 2 4 6 8 10 CFe (mg/ l) 0 0,1 0,2 0,4 0,8 1,2 1,6 2 Hydroxylamine 1 ml Đệm axetat 5 ml Phenonthroline 2 ml V nước cất Định mức 50 ml
Đo mẫu
Sau khoảng thời gian 5-10 phút từ khi hiện màu thì tiến hành đo. Thêm đúng như bảng trên nhưng thay chuẩn Fe bằng mẫu
Đo mẫu và các dung dịch đường chuẩn ở 510 nm.
Tính kết quả
Nồng độ sắt của mẫu tính bằng mg/l được tính theo công thức. CFe(mg/l) = F. (A1-A0)
Trong đó:
F là độ dốc của đường cong chuẩn tương ứng A1là độ hấp thụ của dung dịch đo
A0là độ hấp thụ của dung dịch thử mẫu trắng
Bảng 2.1. Kết quả xác định dung dịch chuẩn sắt tổng:
C(ppm) 0 0.1 0.2 0.4 0.8 1.2 1.6 2
ABS 0 0.022 0.045 0.079 0.158 0.246 0.316 0.398
Phương trình đường chuẩn của Fe :
Hình 2.1 Đường chuẩn của Fe bằng phương pháp trắc quang. 2.3.5.2. Phương pháp xác định mangan
Trong nước, mangan thường nằm ở hai dạng tan và không tan. Ở dạng tan Mn thường tồn tại dạng Mn2+, còn ở dạng không tan là kết tủa hydroxit,
hoặc ôxyt, hàm lượng Mn có trong nước tùy thuộc vào nguồn nước. Các nguồn nước thải của các nhà máy luyện kim và một số nhà máy công nghiệp hóa chất chứa một lượng lớn Mn.
Để xác định tổng hàm lượng Mn trong nước ăn, nước thải và nước tự nhiên người ta thường dùng phương pháp so màu trong đó mangan được oxi hóa thành pemanganat bằng các chất oxi hóa mạnh như bimutat, pesunfat, peiotdat….Sau đó đo mật độ quang dung dịch MnO4
-
tạo thành Phổ hấp thụ của MnO4
-
có hai cực đại ở 525 nm và 545 nm
Xác định mangan bằng trắc quang dùng fomaldoxim
Phương pháp xác định mangan bằng trắc quang dùng fomaldoxim được áp dụng theo TCVN 6002:1995 [12].
- Nguyên tắc xác định của phương pháp :
Phương pháp trắc quang dùng fomaldoxim để xác định tổng lượng mangan (gồm mangan hoà tan, huyền phù và mangan liên kết với các chất hữu cơ) trong nước mặt và nước uống.
Phương pháp này dùng để xác định mangan trong khoảng nồng độ từ 0,01mg/l đến 5mg/l. Những nồng độ mangan lớn hơn cũng có thể xác định được bằng cách pha loãng mẫu thích hợp.
Thêm dung dịch fomaldoxim vào mẫu thử và đo quang phức màu đỏ da cam ở bước sóng khoảng 450nm.
Nếu mangan tồn tại dưới dạng huyền phù hoặc liên kết với các hợp chất hữu cơ, cần phải xử lý trước để chuyển mangan thành dạng phản ứng được với fomaldoxim.
Phức chất mangan fomaldoxim bền ở pH giữa 9,5 và 10,5 và cường độ màu tỷ lệ với lượng mangan có trong dung dịch. Quan hệ tuyến tính giữa nồng độ và độ hấp thụ đạt tới nồng độ mangan 5mg/l. Hấp thụ cực đại ở khoảng 450nm (hệ số hấp thụ mol là 11 x 103 l/mol.cm).
+ Chất oxi hóa:
Dùng kali pesunfat (K2S2O8) hoặc natri pesunfat (Na2S2O8)
+ Natri sunfit khan (Na2SO3).
+ Dung dịch EDTA 0,24 mol/l, dùng muối di natri của EDTA
Hòa tan 90g dinatri EDTA dihidrat (Na2EDTA.2H2O) và 19g natri hidroxit (NaOH) trong nước và pha loãng thành 1000ml.
+ Dung dịch fomaldoxim:
Hòa tan 10g hidroxylamoni clorua (NH3OHCl) trong khoảng 50ml nước. Thêm 5ml dung dịch metanal 35% (khối lượng/ khối lượng) (HCHO) (fomandehyd) (d=1,08g/ml) và pha loãng bằng nước đến 100ml.
+ Dung dịch hidroxylamoni clorua/amoniac
Dung dịch hidroxylamoni clorua (NH3OHCl), 6mol/l: Hòa tan 42g hidroxylamoni clorua trong nước và pha loãng thành 100ml.
Dung dịch amoniac (NH3), 4,7 mol/l: Dùng nước pha loãng 70ml amoniac đặc (d = 0,91g/ml) thành 200ml.
Trộn hai thể tích bằng nhau của dung dịch amoniac và dung dịch hidroxylamoni clorua vào với nhau thu được dung dịch hidroxylamoni clorua/amoniac
+ Dung dịch amoni sắt (II) sunfat hexahidrat [(NH4)2Fe (SO4)2.6H2O], 700mg/l.
Axit sunfuric (H2SO4), 3 mol/l.
Thêm từ từ 170ml axit sulfuric đặc (d = 1,84g/ml) vào 750ml nước. Để nguội rồi pha loãng thành 1000ml. Dung dịch này có bán sẵn (H2SO4, d = 1,19g/ml)
Hòa tan 700 mg amoni sắt (II) sunfat hexahidrat trong nước, thêm 1ml axit sulfuric và pha loãng thành 1000ml.
+ Dung dịch natri hidroxit (NaOH) = 4mol/l
+ Dung dịch chuẩn mangan, tương đương với 100mg Mn/l
Hòa tan 308 mg mangan sunfat monohidrat (MnSO4.H2O) vào nước trong bình định mức dung tích 1000ml. Thêm 10ml axit sunfuric rồi định mức bằng nước và lắc đều. 1ml của dung dịch chuẩn này chứa 0,1mg Mn.
- Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ Mn2+:
Pha loãng 20ml dung dịch mangan tiêu chuẩn thành 1000 ml để thu được dung dịch có nồng độ 2mg Mn/l. Lấy vào bình 5 định mức dung tích 50 ml lần lượt theo bảng sau:
STT 1 2 3 4 5
Thể tích Mn 0 10 20 30 40
Nồng độ Mn (mg/l) 0 0.4 0.8 1.2 1.6
Amoni sắt (II) sunfat hidrat 1ml
EDTA 2ml
Fomaldoxil 1ml
NaOH 2ml
Sau 5-10 phút cho hydroxyl amoniclorua/amoniac
Hydroxyl amoniclorua/amoniac 3ml
Thêm nước vào mỗi bình cho đến vạch 50ml . Lắc đều và để ổn định màu sau khoảng thời gian 1 đến 4 giờ, đo quang ở bước sóng 450nm.
Bảng 2.2. Kết quả xác định dung dịch chuẩn Mn2+
C(ppm) 0 0,4 0,8 1,2 1,6
ABS 0.002 0.063 0.141 0.214 0.278
Hình 2.2. Đường chuẩn của mangan bằng phương pháp trắc quang. 2.3.5.3. Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của chất xúc tác trong quá trình o xy hóa sắt và mangan bằng tác nhân oxy tự do trong không khí
Tiến hành thí nghiệm khảo sát khả năng ôxy hóa sắt và mangan trong nước thải mỏ bằng không khí trong điều kiện không sử dụng chất xúc tác và trong điều kiện có sử dụng chất xúc tác MnO2
Thiết kế thí nghiệm:
Bình phản ứng là bình thủy tinh hình trụ, bên trong đặt một lớp màng có kích thước lỗ nhỏ hơn kích thước của vật liệu để vật liệu luôn được giữ trên màng. Ta khoét một lỗ giữa màng cho ống dẫn khí đi qua xuống dưới đáy của bình. Cho dung dịch nước thải chứa mangan lẫn sắt vào; tiến hành sục khí cho khí đi từ dưới lên trên, tiến hành thí nghiệm trong điều kiện không có xúc tác và trong điều kiện sử dụng vật liệu lọc là cát mangan oxit. Nghiên cứu quá trình oxi hóa xảy ra.
2.3.5.4. Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của pH trong quá trình ô xy hóasắt và mangan trong nước thải mỏ than bằng tác nhân nước ô xy (H2O2) sắt và mangan trong nước thải mỏ than bằng tác nhân nước ô xy (H2O2)
Tiến hành thí nghiệm để khảo sát khả năng xử lý sắt và mangan trong môi trường nước của nước ôxy với các điều kiện pH khác nhau
Hóa chất và dụng cụ
- Máy đo quang : Novaspec II (Anh) – Xác định nồng độ ion Mn2+ - Máy đo pH
- Nước ôxy
- Các dụng cụ thủy tinh trong phòng thí nghiệm - Dung dịch kiềm NaOH đặc
- Giấy lọc
- Dung dịch nước thải có hàm hượng Mn và Fe cao - Axit sunfuric H2SO4
- Nước cất, H2O
Quy trình thí nghiệm
- Pha 500 ml dung dịch nước chứa Mn2+ và tiến hành điều chỉnh pH của dung dịch
- Đổ 500 ml dung dịch Mn2+đã pha ở trên vào bình phản ứng đã có sẵn nước ô xy già và tiến hành sục khí cho phản ứng xảy ra.
- Sau các khoảng thời gian 30, 60, 90 phút, lấy một ít dung dịch ra, lọc bằng giấy lọc băng xanh thu được dung dịch lọc
- Hút 5ml dung dịch lọc trên cho vào bình định mức 25ml và tiến hành xác định lượng Fe2+, Mn2+ còn lại trong dung dịch
- Khảo sát các thí nghiệm tại pH= 5,6,7,8,9
2.3.5.5. Thực nghiệm đánh giá ảnh hưởng của pH trong quá trình ô xy hóa sắt và mangan trong nước thải mỏ than bằng tác nhân nước ô zôn (O3)
Tiến hành thí nghiệm khảo sát khả năng xử lý mangan trong môi trường nước của khí ôzôn với các pH khác nhau
Hóa chất và dụng cụ
- Máy đo quang : Novaspec II (Anh) – Xác định nồng độ ion Mn2+ - Máy đo pH
- Máy tạo khí ozon.
- Các dụng cụ thủy tinh trong phòng thí nghiệm - Dung dịch kiềm NaOH đặc
- Giấy lọc
- Dung dịch nước thải có hàm hượng Mn và Fe cao - Axit sunfuric H2SO4
- Bạc nitrat, AgNO3.
- Amoni pesunfat (NH4)2S2O8. - Nước cất, H2O
Quy trình thí nghiệm
- Pha 500 ml dung dịch nước chứa Mn2+ và tiến hành điều chỉnh pH của dung dịch
- Đổ 500 ml dung dịch Mn2+ đã pha ở trên vào bình phản ứng. Tiến hành sục khí ô zon cho phản ứng xảy ra
- Sau các khoảng thời gian 10, 20 phút, lấy một ít dung dịch ra, lọc bằng giấy lọc băng xanh thu được dung dịch lọc
- Hút 5ml dung dịch lọc trên cho vào bình định mức 25ml và tiến hành xác định lượng Fe2+, Mn2+còn lại trong dung dịch
- Khảo sát các thí nghiệm tại pH= 5,6,7,8.
2.3.6. Phương pháp tổng hợp, xử lý số liệu
Sử dụng phầm mềm Word và Excel để xử lý thông tin số liệu và được thể hiện dưới các dạng bảng, biểu, sơ đồ, biểu đồ…tổng hợp tài liệu, thu thập và kế thừa có chọn lọc dữ liệu có liên quan đến đề tài (Từ các đề tài nghiên cứu, tài liệu hội thảo, báo cáo tổng kết...). Sau đó phân tích, tổng hợp, đánh giá và so sánh từng vấn đề riêng biệt phục vụ cho nội dung đề tài.
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 3.1. Điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội, môi trường có liên quan đến hoạt động sản xuất than của Công ty TNHH MTV 618
3.1.1. Vị trí địa lý
Hình 3.1 – Vị trí địa lý huyện Đông Triều
Đông Triều là huyện cửa ngõ phía tây của tỉnh, nằm ở phía tây tỉnh Quảng Ninh (Toạ độ 21001’ đến 21013’ vĩ độ bắc và từ 106026’ đến 106043’ kinh độ đông). Thị trấn huyện lỵ từ cách thành phố Hạ Long 78km, cách thành phố Uông Bí 25km. cách Hà Nội 90km.
- Phía bắc giáp huyện Sơn Động và Lục Nam tỉnh Bắc Giang bằng vòng cung núi Đông Triều.
- Phía tây giáp huyện Chí Linh tỉnh Hải Dương, ranh giới là sông Vàng Chua,
- Phía nam giáp huyên Kinh Môn cũng thuộc Hải Dương bằng sông Kinh Thầy và sông Đá Bạc.
- Phía đông nam giáp huyện Thuỷ Nguyên thuộc thành phố Hải Phòng, ranh giới cũng là sông Đá Bạc và huyện Kinh Môn tỉnh Hải Dương.
3.1.2. Địa hình
Đặc trưng địa hình của huyện Đông Triều là đồi núi trung du xen lẫn đồng bằng. Phía Bắc và Tây Bắc là vùng đồi núi thuộc cánh cung Đông Triều, phía Nam là vùng đồng bằng ven sông.
- Vùng đồi núi phía Bắc gồm các xã: An Sinh, Bình Khê, Tràng Lương. Địa hình vùng đồi núi phía Bắc thích hợp cho phát triển lâm nghiệp, nông nghiệp (cây ăn quả, cây công nghiệp ..) và dịch vụ.
- Vùng giữa: kéo dài từ dốc Đỏ thuộc xã Hồng Thái Đông qua phía bắc thị trấn Mạo Khê, xã Kim Sơn, xã Tràng An là vùng đồi thấp xen kẽ, thích hợp phát triển nông nghiệp (cây ăn quả, cây công nghiệp, lúa nước), chăn nuôi, công nghiệp, dịch vụ.
- Vùng đồng bằng phía Nam: vùng giáp với sông Kinh Thầy và sông Đá Bạc. Địa hình của vùng thích hợp cho phát triển nông nghiệp, đặc biệt là cây lúa và chăn nuôi, thủy sản, dịch vụ vận tải, bốc xếp hàng hóa.
3.1.3. Đặc điểm khí hậu
Theo tài liệu trạm Cửa Ông, Huyện Đông Triều nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa phía Bắc vì vậy khí hậu nới đây mang những nét đặc trưng của miền Bắc, đó là khí hậu nóng, ẩm, và mưa nhiều vào mùa hè, lạnh và khô vào mùa đông.
Nhiệt độ trung bình hàng năm là 22,20C, nhiệt độ trung bình cao nhất là 30-320C, nhiệt độ tối cao tuyệt đối đạt tới là 380C, nhiệt độ trung bình thấp nhất từ 14,5-15,50C, nhiệt độ tối thấp tuyệt đối là 3,20C.
Độ ẩm không khí trung bình hàng năm là 83% tương đương với mức trung bình so với toàn tỉnh. Độ ẩm không khí thường thay đổi theo mùa và các tháng trong năm. Các tháng có độ ẩm không khí cao nhất là tháng 3, 4 và tháng 8 với độ ẩm trên 87%, các tháng có độ ẩm không khí thấp nhất là tháng 2-11-12 với độ ẩm là 74 - 77%.
Lượng mưa: lượng mưa trung bình hàng năm ở Đông Triều tương đối thấp so với toàn tỉnh, đạt mức 1.442 mm, phân bố không đều trong năm và phân thành 2 mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 4 đến tháng 9, chiếm 75-80% tổng lượng mưa, cao nhất là tháng 7 đạt 294 mm; Mùa khô từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau, lượng mưa chỉ chiếm từ 20-25% lượng mưa cả năm, tháng có lượng mưa ít nhất là tháng 12 và tháng 1 chỉ khoảng 4-30 mm.
Gió - bão: Cũng giống như các tỉnh miền Bắc khác, trên địa bàn huyện Đông Triều thịnh hành hai loại gió chính là gió Đông nam và gió mùa Đông bắc. Gió Đông nam xuất hiện vào mùa mưa, thổi từ biển vào mang theo hơi nước và gây ra mưa lớn. Mỗi năm huyện ảnh hưởng trực tiếp của 3-5 cơn bão với sức gió từ cấp 8 đến cấp 10. Gió mùa Đông bắc xuất hiện vào mùa khô từ tháng 10 năm trước đến tháng 4 năm sau, tốc độ gió từ 3-4m/s, gió Đông bắc tràn về thường lạnh và mang theo giá rét.
3.1.4. Điều kiện thủy văn
Huyện Đông Triều có hệ thống sông suối khá lớn với 10 con sông bao bọc toàn bộ phía Tây Bắc, Tây Nam và phía Nam phân bố dày đều trên toàn huyện. Các sông nhánh này đều ngắn và dốc, trắc diện hẹp, bồi tụ ít, quanh co, uốn khúc, cửa sông hẹp, diện tích lưu vực nhỏ, lũ lên nhanh nhưng rút chậm nên dễ bị úng lụt kéo dài
3.1.5. Tài nguyên thiên nhiên
Địa hình của huyện Đông Triều khá đa dạng bao gồm núi cao, trung du gò đồi xen lẫn đồng bằng và bị chia cắt bởi hệ thống sông suối, hồ. Vùng núi cao tập trung tại phía Bắc, đồi trung du xen lẫn đồng bằng phù sa nằm khu vực giữa huyện. Vùng đồng bằng phù sa nằm khu vực phía Nam. Địa hình dốc dần từ bắc xuống nam. Phía bắc là vòng cung núi Đông Triều trùng điệp có ngọn Bảy Đèo cao trên 1000m, phía cực nam là những cánh đồng trũng.