ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate

ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate ĐỀ CƯƠNG HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1 Sulfate

Giáo

Giáo trình hóa kĩ thuật môi trường trình hóa kĩ thuật môi trường

Giáo

Giáo trình hóa kĩ thuật môi trường trình hóa kĩ thuật môi trường

Sulfate

1

Đại cương về Sulfua và Sulfat

Sulfat giữ một vị trí quan trọng trong chu trình sinh chất.

2

Trong điều kiện yếm khí, sulfat bị khử thành sulfit rồi đến sunfua (H 2 S, HS

-, S 2- ), có mùi trứng thối đặc trưng thường gặp trong cống rãnh Phương

trình diễn ra như sau:

Đại

Đại cương về Sulfua và cương về Sulfua và Sulfat (tt) Sulfat (tt)

SO Hơp chấ thữu cơ S H O CO

Trong điều kiện hiếu khí sunfua tịếp tục bị oxy hóa thành sulfat, trong

môi trường ẩm ướt sẽ chuyển hóa thành H 2 SO 4 , hiện tượng này xảy ra

khi đường ống thông khi và Ỵ gây ra hiện tượng xâm thực đường ống.

2

2

2 vi khuẩn kỵ khí

ïp

3

Sulfat

Sulfat là một chỉ tiêu đặc trưng cho nước bị nhiễm phèn, nhiễm

mặn Sulfat cũng là ion tạo nên độ cứng của nước (độ cứng phi

cacbonat).

Đại

Đại cương về Sulfua và cương về Sulfua và Sulfat (tt) Sulfat (tt)

Các nguồn nước tự nhiên, đặc biệt là nước biển và nước phèn có

nồng độ sulfat cao Nước ở vùng có mỏ thạch cao, quặng chứa lưu

huỳnh, nước mưa axit và nước thải công nghiệp có nhiều sulfat.

Ion sulfate là một trong những anion thường gặp trong nước tự

nhiên Nó là chỉ tiêu quan trọng trong nước cấp vì khi hàm lượng

cao sẽ gây ảnh hưởng đến suc khoe con người do tính chất tẩy rửa

của ion sulfat.

Đối với nước cấp, nồng độ giới han của sulfate là 250 mg/L Ngoài

Đoi vơi nươc cap, nong độ giơi hạn cua sulfate la 250 mg/L Ngoai

ra trong nước cấp cho công nghiệp và sinh hoạt, chỉ tiêu

SO42-cũng rất quan trọng do khả năng kết hợp với các ion kim loại trong

nước hình thành cặn trong các thiết bị đun nước, lò hơi và các thiết

bị trao đổi nhiệt.

Trong nước thải, hàm lượng sulfat có thể từ vài mg/L đến vài ngàn

mg/L những vùng sình lầy, bãi bồi lâu năm, sulfua hữu cơ bị

khoáng hóa sẽ tạo thành sulfat.

Sulfua thường gặp trong nước ngầm, đặc biệt là tại những suối

nước nóng.

Trong nước thải sulfua là sản phẩm của quá trình phân hủy hữu cơ

Đại

Đại cương về Sulfua và cương về Sulfua và Sulfat (tt) Sulfat (tt)

Trong nươc thai, sulfua la san pham cua qua trình phan huy hưu cơ,

hoac từ các chất thải công nghiệp nhưng tất cả hầu như bắt nguồn

từ hoạt động của vi khuẩn sulfat.

Trong môi trường không khí, H 2 S thoát ra từ nước thải nhiễm sulfua,

rất dễ nhận biết vì mùi trứng thối đặc trưng.

5

ÝÝ nghĩa môi trường

Ion sulfat là hợp chất ít độc hại trong nước Tuy vậy, khi nước có

nồng độ ion sulfat cao có thể gây ra bệnh đi tháo, mất nước, gây

ra vị khó chịu cho đồ ăn thức uống Nước có nồng độ sulfat cao sẽ

gây sét rỉ đường ống và công trình bê tông, nếu dùng tưới tiêu sẽ

gây tác hai cho cây trồng đặc biệt là sẽ ảnh hưởng tới việc hình

thành H 2 S trong nước.

Trong nước sạch, ngưỡng nhận được mùi dao động từ 0,025 – 0,25

μg/L H 2 S là một khí rất độc với công nhân làm việc trong các

mạng lưới cống rãnh, gián tiếp hoặc trực tiếp ăn mòn kim loại, bê

tông của hệ thống thoát nước.

Vấn đề Về Mùi

Khi không có sự hiện diện của oxy, sulfate được coi như là chất

á ( hí h ù hơ l ø h át h â đi ä tử) h ù

6

cung cấp oxy (chính xác hơn là chất nhân điện tử) cho quá

trình oxy hóa sinh hóa của vi khuẩn kỵ khí.

Trong điều kiện kỵ khí, sulfate bị khử thành S 2- Ion S 2- sẽ kết hợp

với ion H + với hằng số phân ly K A1 = 9,1.10 -8 Quan hệgiữa các

dạng H 2 S, HS - và S 2- tại các pH khác nhau của dung dịch chứa

10 -3 M H 2 S (hay 32 mg/L H 2 S) được trình bày trong hình sau:

ÝÝ nghĩa môi trường (tt)

Vấn đề Về Mùi (tt)

Tại pH ≥ 8 trong dung dịch tồn tại chủ yếu hai dạng HS - và S 2- ,

H 2 S chỉ tồn tại một lượng rất nhỏ, vì vậy áp suất riêng phần của

nó rất thấp.

7

Do đó, vấn đề mùi không xảy ra Tại pH < 8 cân bằng hướng

tới sự hình thành H 2 S, tại pH = 7, 80% S 2- ở dạng H 2 S.

Khi một lượng lớn sulfate bị khử thành ion sulfide, áp suất riêng

phần của H 2 S đủ để gây ra vấn đề về mùi.

Do độc tính của khí H 2 S nên trong không khí hàm lượng của H 2 S

nên nhỏ hơn 20 ppm.

ÝÝ nghĩa môi trường (tt)

Ăn mòn đường ống

Sự ăn mòn “đỉnh ống” của ống bê tông là đặc biệt nghiêm

trọng khi nước thải sinh hoạt có nhiệt độ cao, thời gian lưu trong

cống dài và nồng độ sulfate cao g g

Nguyên nhân của sự ăn mòn được cho là do H 2 S và H 2 SO 4

bởi quá trình khử sulfate thành H 2 S và từ H 2 S thành H 2 SO 4

Thực ra H 2 S, hay H 2 S acid, là một acid yếu, yếu hơn cả

H 2 CO 3 và ít ảnh hưởng đến bê tông có chất lượng cao.

Tuy nhiên, trong hệ thống cống thoát nước tự chảy , H 2 S là

nguyên nhân gián tiếp gây ra sự ăn mòn “đỉnh cống”.

Đối với cống thoát nước tự chảy thường ít dùng trong những

môi trường có sự hiện diện của sulfate và có những biến đổi

sinh học.

ÝÝ nghĩa môi trường (tt)

Ăn mòn đường ống (tt)

Hệ thống cống là một phần của hệ thống xử lý và trong quá

trình vận chuyển nước thải luôn xảy ra các biến đổi sinh học.

Những biến đổi này đòi hỏi có mặt của oxy nếu lương oxy

không đủ do quá trình thông gió tự nhiên của không khí

trong cống, quá trình khử sulfate thành sulfide sẽ xảy ra.

Ở pH thông thường của nước thải, hầu hết S 2- ở dạng H 2 S và

một phần của nó bay vào lớp không khí ở trên lớp nước

thải trong cống.

Nếu hệ thống cống được thông gió tốt và thành cống và

đỉnh cống khô ráo việc hình thành của H 2 S không gây ra sư

9

đỉnh cong kho rao, việc hình thanh cua H 2 S khong gay ra sự

ăn mòn cống.

Tuy nhiên, trong trường hợp thông gió kém, thành và đỉnh

cống ẩm ướt, H 2 S sẽ hòa tan vào lớp nước trên thành và

đỉnh cống tương ứng với áp suất riêng phần của nó trong

không khí hiện diện trong cống Điều này hầu như không

gây nguy hại nào.

ÝÝ nghĩa môi trường (tt)

Ăn mòn đường ống (tt)

Vi khuẩn có khả năng oxy hóa H 2 S thành H 2 SO 4 có mặt khắp

nơi trong tự nhiên và trong nước thải.

Loai vi khuẩn này có mặt trên thành và đỉnh cống tai những

lúc lưu lượng lớn hay theo một số cách khác.

Do điều kiện hiếu khí là luôn tồn tại trong hệ thống cống,

những vi khuẩn hiếu khí oxy hóa H 2 S thành H 2 SO 4 và sau đó

trở nên đậm đặc và ăn mòn bê tông.

Vi khuẩn Thiobacillus, có khả năng oxy hóa H 2 S thành H 2 SO 4

ở pH = 2, được cho là loại vi khuẩn chính gây ra vấn đề

này

10

nay.

Quá trình hình thành H 2 SO 4 đặc biệt nghiêm trọng ở đỉnh

cống do tại đó quá trình rút nước là nhỏ nhất.các vấn đề về

mùi và ăn mòn trong hệ thống cống được minh họa trong

hình sau:

ÝÝ nghĩa môi trường (tt)

Ăn mòn đường ống (tt)

11

ÝÝ nghĩa môi trường (tt)

Những vấn đề đáng quan tâm khác

Trong khai thác khoáng sản (bằng phương pháp sa lắng) và

than, nước thải hoặc nước rò rỉ thường có pH thấp và nồng độ

sulfate cao.

Lượng sulfide trong khoáng sẽ được oxy hóa do hoạt động

của vi sinh vật và các tác nhân hóa học để tạo thành acid

sulfuric.

Không những điều này làm gia tăng hàm lượng sulfate trong

nước thải ra từ các mỏ mà còn làm giảm pH và tăng hàm

lượng sắt và điều này làm giảm chất lượng nước.

Trong trường hơp này biện pháp đươc dùng là phủ kín mỏ

Trong trương hợp nay, biện phap được dung la phu kín mo

để tránh oxy và nước đi vào mỏ để tránh phản ứng trên xảy

ra.

Quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch cũng tạo ra một lượng SO x ,

những khí này khi thủy phân trong nước mưa hình thành acid

sulfuric và sẽ gây ra vấn đề mưa acid.

Ưùng dụng trong việc xác định Sulfua và Sulfat

Chỉ tiêu sulfat quyết định nước có thích hợp cung cấp cho sinh hoạt

hay công nghiệp hay không

Chỉ tiêu sulfat cũng xác định những vấn đề liên quan đến mùi và

ăn mòn do việc khử sulfate thành sulfide

an mon do việc khư sulfate thanh sulfide

Trong quá trình xử lý kỵ khí bùn và nước thải công nghiệp, việc khử

sulfat có liên quan với methane và CO 2

Nếu khí sinh học (biogas) được sử dụng trong động cơ thì nồng độ

của H 2 S không nên vượt quá 750 ppm (tính theo thể tích)

Chỉ tiêu của sulfat trong bùn và trong chất thải có thể được dùng

để đánh giá hàm lượng H 2 S trong biogas Qua đó, người kỹ sư môi

13

trường có thể quyết định có hay không thiết bị lọc khí tách H 2 S và

kích thước của công trình.

Rất nhiều chất hữu cơ có chứa lưu huỳnh như sulfat, sulfonat hay

sulfit Trong quá trình xử lý sinh học hiếu khí, sự phân hủy các chất

hữu cơ đã phá vỡ các liên kết sulfua này và hình thành SO 4 2-

Phương pháp xác định Sulfat

Có 4 phương pháp chuẩn được dùng để phân tích hàm lượng

sulfate trong nước:

Phương pháp sắc ký

Phương pháp khối lượng

Phương pháp đo độ đục

Phương pháp đo tự động dùng methylthymol blue

Trong đó phương pháp sắc kí ion là phương pháp tốt nhất và có thể

xác định sulfate trong nước ở nồng độ thấp đến 0,1 mg/L.

Ba phương pháp còn lại là dựa trên lượng BaSO 4 không tan tạo

ã

14

thành khi thêm một lượng dư BaCl 2 vào trong mẫu.

Phương pháp xác định Sulfat (tt)

Trong đó phương pháp sắc kí ion là phương pháp tốt nhất và có thể

xác định sulfate trong nước ở nồng độ thấp đến 0,1 mg/L.

Ba phương pháp còn lại là dựa trên lượng BaSO 4 không tan tạo

thành khi thêm một lượng dư BaCl ï g 2 2 vào trong mẫu g

Sự khác biệt giữa ba phương pháp còn lại là sự khác nhau trong

phương pháp xác định lượng BaSO 4 hình thành.

Trong phương pháp khối lượng, lượng kết tủa BaSO 4 tạo thành

được mang cân.

Trong phương pháp đo độ đục, lượng BaSO 4 được xác định dựa

trên ảnh hưởng của kết tủa đến quá trình truyền ánh sáng.

15

Trong phương pháp Methylthylmol Bule, lượng Ba dư được xác

định bằng phương pháp đo độ màu từ đó tính ra lượng Ba kết

hợp với Sulfate.

Việc lựa chọn phương pháp đo phụ thuộc vào mục đích xác định

và nồng độ sulfate trong mẫu.

Phương pháp xác định Sulfat (tt)

Phương Pháp Khối Lượng

Phương pháp khối lượng cho kết quả khá chính xác và được sử dụng để xác định

hàm lượng sulfate trong mẫu có nồng độ trên 10 mg/L.

Chú ý, khía cạnh định lượng của phương pháp này phụ thuộc vào khả năng kết

hơp của Ba ợp cua a 2+ với SO ơ S 4 4 2- để hình thành BaSO đe a aS 4 4 ít tan a

Để kết tủa hoàn toàn, một lượng BaCl 2 dư được thêm vào nước đã được acid hóa

với HCl và được giữ ở gần điểm sôi.

ỈViệc mẫu được acid hóa là để loại trừ kết tủa BaCO 3 có thể xảy ra ở nhiệt độ

cao đối với nước có độ kiềm cao.

Do BaSO 4 có độ hoà tan nhỏ (K sp = 1x10 -10 ), có thể xem như hầu hết các kết tủa tạo

thành ở dạng keo, keo này rất khó tách ra bằng các phương pháp lọc thông

thường.

ỈĐể khắc phục điều này, mẫu được gia nhiệt để chuyển tất các các tủa từ dạng

keo thành dạng tinh thể để có thể tách ra bằng cách lọc BaSO 4 tinh thể thường rất

nhỏ, vì vậy phải lựa chọn loại giấy lọc phù hợp.

Khi thực hiện quá trình lọc, nên thực hiện hết sức cẩn thận để đảm bảo toàn bộ

lượng kết tủa được giữ lại trên giấy lọc và các muối khác được loại bỏ bằng cách

rửa.

Mặc dù phương pháp này có độ chính xác cao nhưng tốn rất nhiều thời gian Kết

tủa BaSO 4 sau lọc được xác định bằng cách hoặc là cân khối lượng tro sau khi đốt

để phân hủy giấy lọc, hoặc là cân cùng với giấy lọc sau đó trừ đi khối lượng giấy

lọc đã được cân ban đầu.

Phương pháp xác định Sulfat (tt)

Phương Pháp Đo Độ Đục

Phương pháp xác định sulfate bằng cách đo độ đục dựa trên sự

hình thành BaSO 4 dạng keo sau khi thêm BaCl 2 vào mẫu

Để tăng hiệu quả hình thành keo BaSO dung dịch đệm acid

Đe tang hiệu qua hình thanh keo BaSO 4 dung dịch đệm acid

chứa các MgCl 2 , KNO 3 , CH 3 COONa và CH 3 COOH được cho vào

Bằng việc chuẩn hóa phương pháp tạo keo BaSO 4 lơ lửng,

sulfate được xác định bằng cách này đáp ứng được nhiều mục

đích khác nhau

Phương pháp này cho kết quả rất nhanh và được ứng dụng rộng

rãi Khi nồng độ của sulfate lớn hơn 10 mg/L.

û ã

17

Trước khi thực hiện phương pháp này, một lượng nhỏ mẫu được

lấy sau đó pha loãng thành 50 mL sau đó thực hiện theo phương

pháp đã đề cập để xác định

Để số liệu chính xác, trong khi thực hiện phép đo luôn phải sử

dụng mẫu chuẩn để loại bỏ các sai số có thể xảy ra do thao tác

và các chất thêm vào.

Phương pháp xác định Sulfat (tt)

Phương Pháp Đo Tự Động Dùng Methylthymol Blue

Phương pháp này rất có lợi khi đo hàng loạt mẫu Ở đó mẫu và hóa

chất được liên tục bơm tự động vào thiết bị đo và được hòa trộn với

nhau.

Sau thời gian cần thiết để phản ứng hóa học xảy ra, mẫu được đưa

vào bộ phân đo để xác định độ màu hoặc độ đục (trong trường hợp

sulfate, độ đục được đo) từ đó xác định được lượng sulfate.

Trong phương pháp này:

Đầu tiên BaCl 2 được tự động bơm vào mẫu trong môi trường pH

thấp để tạo kết tủa BaSO 4 sau đó pH của dung dịch được điều

chỉnh đến 10.

18

Sau đó methylthymol được thêm vào để tạo phức xanh với lượng

Ba dư Lượng Methylthymol không tạo phức sẽ có màu xám và

được đo tự động.

Dĩ nhiên, thiết bị cũng được hiệu chỉnh (calibrate) với dung dịch

sulfate chuẩn và các hoá chất thêm vào phải chính xác và không

có chất gây cản trở.

Phương pháp xác định Sulfat (tt)

Trở ngại chính của phương pháp xác định Sulfat

Màu và các chất huyền phù trong nước là chất trở ngại chính

của phương pháp này.

Tuy nhiên thường các vùng nước bị nhiễm phèn lai rất trong

Tuy nhien thương cac vung nươc bị nhiem phen lại rat trong.

Phần lớn các chất huyền phù nếu có cũng được loại bỏ qua lọc.

Mẫu nước có hàm lượng Silic trên 200 mg/L cũng gây trở ngại

cho việc kết tủa cùa BaSO 4.

19

Phương pháp xác định Sulfua

Hydrosulfua được xác định dưới 3 dạng:

Sulfua tổng cộng: bao gồm sulfua hòa tan H2S và HS - cũng như các muối

axit dưới dạng huyền phù Ơû pH = 12, hàm lượng S 2- không đáng kể, ít khi

vượt quá 0,5% lượng sulfua hòa tan và có thể thấp hơn 0,05% khi pH = 11

Sulfua đồng và bac không tan do đó không cho kết quả khi định lương

Sulfua đong va bạc khong tan do đo khong cho ket qua khi định lượng

sulfua.

Sulfua hòa tan: còn lại sau khi loại bỏ chất lơ lửng trong quá trình tạo cợn

và lắng.

Hydrosulfua không ion hóa: được tính từ hàm lượng sulfua hòa tan, pH

mẫu nước và hằng số ion hóa thực nghiệm.

Xác định sulfua bằng phương pháp iod .

Cản trở c ûa phương pháp

Can trơ cua phương phap

Ngoại trừ các tạp chất phản ứng với iod như: thiosulfat, sulfit, các chất

hữu cơ hòa tan và không tan, còn thì các tạ chất khác không ảnh hưởng

gì đối với phương pháp iod.

Có thể loại bỏ các tạo chất thiosulfat, sulfit hoặc các tạp chất hòa tan

khác bằng cách tạo kết tủa ZnS Sau đó chiết tách lớp dịch bên trên và

thay vào bằng nước cất.