BÀI GIẢNG THÍ NGHIỆM HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Do hoạt động nhân tạo hay tự nhiên (phá rừng, lũ lụt, xói mòn, sự xâm nhập của các chất thải đô thị, chất thải công nghiệp, …) mà thành phần của nước trong môi trường thủy quyển có thể thay đổi bởi nhiều chất thải đưa vào hệ thống. Thật ra, nước có khả năng tự làm sạch thông qua các quá trình biến đổi lý, hóa, sinh học tự nhiên. Khi lượng chất thải đưa vào quá nhiều, vượt quá khả năng giới hạn của quá trình tự làm sạch, thì kết quả là nước bị ô nhiễm.

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Bài giảng

THÍ NGHIỆM

HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Biên soạn: Nguyễn Đức Đạt Đức

Tp HCM, tháng 06 năm 2008

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

BỘ MÔN KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Bài giảng

THÍ NGHIỆM

HÓA KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Biên soạn: Nguyễn Đức Đạt Đức

Tp HCM, tháng 06 năm 2008

BÀI MỞ ĐẦU: CÁCH LẤY MẪU

VÀ BẢO QUẢN MẪU 0.1 ĐẠI CƯƠNG

Do hoạt động nhân tạo hay tự nhiên (phá rừng, lũ lụt, xói mòn, sự xâm nhập của các chất thải đô thị, chất thải công nghiệp, …) mà thành phần của nước trong môi trường thủy quyển có thể thay đổi bởi nhiều chất thải đưa vào hệ thống Thật ra, nước

có khả năng tự làm sạch thông qua các quá trình biến đổi lý, hóa, sinh học tự nhiên Khi lượng chất thải đưa vào quá nhiều, vượt quá khả năng giới hạn của quá trình tự làm sạch, thì kết quả là nước bị ô nhiễm

Để đánh giá chất lượng nước, cũng như mức độ ô nhiễm của nước, có thể dựa vào một số chỉ tiêu cơ bản và quy định giới hạn của từng chỉ tiêu đó tuân theo Luật Môi trường của một quốc gia hay Tiêu chuẩn Quốc tế quy định cho từng loại nước sử dụng cho các mục đích khác nhau

Việc có được kết quả chính xác, phản ánh đúng chất lượng của một mẫu nước, hay một mẫu nào đó cần xác định nào đó phụ thuộc vào: cách lấy mẫu, bảo quản mẫu,

và phương pháp phân tích phù hợp, các bước này liên quan chặt chẽ với nhau, khâu nào cũng quan trọng

Thực chất của việc lấy mẫu là thu thập một phần vật chất có tính đại diện và đầy đủ khối lượng, thể tích, xử lý và vận chuyển về phòng thí nghiệm kịp lúc khi chất lượng mẫu chưa thay đổi Người lấy mẫu phải chịu trách nhiệm về mẫu cho đến khi mẫu đã được gửi đến phòng thí nghiệm

0.2 CHUẨN BỊ DỤNG CỤ LẤY MẪU

0.2.1 Chọn lựa các loại bình chứa

Việc chọn lựa bình lấy và chứa mẫu cần được tính đến những tiêu chuẩn chính sau đây:

• Hạn chế tối thiểu khả năng gây ô nhiễm do vật liệu chế tạo nút và bình gây ra

• Dễ làm sạch và xử lý thành bình; vật liệu phải trơ hóa học và sinh học, không gây sai số hấp phụ đáng kể

Các bình làm bằng polyethylene và thủy tinh borosilicate là thích hợp cho lấy mẫu thông thường để xác định các thông số vật lý, hóa học tự nhiên của nước, nên dùng bình tối có nắp đậy

Để xác định vết tạp chất hữu cơ, nên dùng chai thủy tinh, có nút thủy tinh hoặc polyethylene; để phân tích vi sinh, cần phải sử dụng chai chịu được nhiệt khi khử trùng

0.2.2 Chuẩn bị các bình chứa

Các mẫu phân tích hóa học: để phân tích hàm lượng vết nói chung, bình chứa cần phải rửa sạch và ngâm qua đêm với HCl 1N, sau đó tráng thật sạch bằng nước cất, hoặc nước trao đổi ion Để xác định phosphate, silic, boron và các chất hoạt động bề mặt, không được dùng các chất tẩy rửa để rửa bình

Các mẫu phân bón, thuốc trừ sâu, diệt cỏ và dư lượng của chúng: phải dùng chai thủy tinh (nâu càng tốt) Tất cả các bình chứa cần được rửa bằng nước và chất tẩy rửa, sau đó tráng kỹ bằng nước cất, hoặc nước trao đổi ion, sấy khô ở 1050C trong 2 giờ, để nguội, tráng bình bằng dung môi chiết sẽ dùng để phân tích mẫu

Các mẫu phân tích vi sinh: bình chứa phải được rửa thật sạch và khử trùng ở

1750C trong 1 giờ

0.3 CÁCH LẤY MẪU

0.3.1 Các khái niệm

Mẫu tổ hợp: hai hoặc nhiều mẫu, hoặc các phần mẫu trộn lẫn với nhau theo tỷ

lệ thích hợp đã biết trước (gián đoạn hoặc liên tục), từ đó có thể thu được kết quả trung bình của một đặc tính cần biết Tỷ lệ này thường dựa trên cơ sở thời gian hoặc dòng chảy

Mẫu đơn: là mẫu riêng lẻ, được lấy ngẫu nhiên từ một vùng nước (chú ý đến thời gian, địa điểm)

Thiết bị lấy mẫu: dùng để lấy mẫu nước liên tục hoặc gián đoạn, nhằm kiểm tra các đặc tính đã định của nước

Lấy mẫu: là quá trình lấy một phần được coi là đại diện của một vùng nước, nhằm kiểm tra các đặc tính khác nhau đã định của nước

0.3.2 Các loại mẫu

0.3.2.1 Đại cương

Dữ liệu phân tích phải cho biết chất lượng nước thông qua việc xác định các thông số như nồng độ các chất vô cơ, chất khoáng hoặc chất hoà tan, khí hoà tan, chất hữu cơ hoà tan, và các chất lơ lửng trong nước, hoặc trầm tích ở một thời điểm và địa

điểm đặc biệt, hoặc trong khoảng thời gian đặc biệt nhất định, tại một địa điểm riêng biệt

Một số thông số như nồng độ các chất khí hoà tan cần phải đo ngay tại chỗ, nếu như có thể, để bảo đảm thu được kết quả chính xác

Nên lấy mẫu riêng cho từng mục đích phân tích, như phân tích hóa học, sinh học và vi sinh vật, bởi vì cách lấy mẫu, thiết bị và xử lý mẫu khác nhau, kỹ thuật lấy mẫu tùy theo hoàn cảnh

Cần phân biệt cách lấy mẫu ở vùng nước tĩnh vả vùng nước chảy

0.3.2.3 Mẫu gián đoạn (mẫu chu kỳ)

Mẫu gián đoạn được lấy ở những thời gian định trước (phụ thuộc thời gian), các mẫu này được lấy bằng cách dùng cơ chế hẹn giờ cho lúc bắt đầu và kết thúc lấy mẫu trong khoảng thời gian nhất định

Mẫu gián đoạn được lấy ở những khoảng dòng chảy định trước (phụ thuộc thể tích) Mẫu này được lấy khi chỉ tiêu không liên quan tốc độ dòng chảy, lấy thể tích ấn định không kể thời gian

Mẫu gián đoạn được lấy ở những khoảng dòng chảy nhất định (phụ thuộc dòng chảy) Mẫu này được lấy khi chỉ tiêu chất lượng nước không liên quan tốc độ dòng chảy, lấy các mẫu có thể tích khác nhau phụ thuộc vào dòng chảy

0.3.2.4 Mẫu liên tục

Mẫu liên tục lấy ở lưu lượng định trước: Lấy mẫu bằng cách này chứa mọi thành phần của nước trong suốt giai đoạn lấy mẫu, các mẫu này không cho thông tin

về sự thay đổi nồng độ các chất quan tâm trong giai đoạn đó

Mẫu liên tục lấy ở lưu lượng thay đổi: mẫu lấy tỷ lệ với dòng chảy là mẫu đại diện cho chất lượng nước toàn bộ vực nước Nếu cả dòng chảy và thành phần nước

thay đổi, mẫu lấy theo cách này có thể phát hiện được sự thay đổi đó, mà khi lấy mẫu đơn không phát hiện được Đây là cách lấy mẫu nước chính xác nhất, nếu cả lưu lượng

và nồng độ chất quan tâm đều thay đổi mạnh

Mẫu tổ hợp có giá trị khi tuân thủ các giới hạn dựa trên các giá trị trung bình của chất lượng nước

Đối với mẫu nước sông, nước suối, chất lượng nước thay đổi theo độ sâu, dòng chảy và khoảng cách từ vị trí lấy mẫu đến bờ Lấy mẫu hỗn hợp theo độ sâu ở mặt cắt đến tận đáy tại vị trí giữa dòng, hoặc dọc theo mặt cắt dòng ở cùng độ sâu trung bình Cách lấy mẫu hỗn hợp tùy thuộc vào tính chất, lưu lượng và chế độ thủy lực của dòng chảy Nếu chỉ cần lấy mẫu bất kỳ, nên lấy mẫu ở độ sâu trung bình tại vị trí giữa dòng

Đối với nước hồ và hầm chứa, khi lấy mẫu phải chú ý đến tác động của mưa, lượng nước chảy tràn bề mặt, gió, yếu tố phân tầng theo mùa, … Tất cả đều có thể gây ảnh hưởng đến chất lượng nước Việc chọn độ sâu, tần số lấy mẫu còn tùy thuộc điều kiện địa phương và mục đích khảo sát Chú ý tránh lớp ván bề mặt

0.3.3 Các thiết bị lấy mẫu

0.3.3.1 Thiết bị lấy mẫu phân tích thông số vật lý hay hóa học

0.3.3.1.1 Đại cương

Thể tích mẫu cần lấy đủ để phân tích theo yêu cầu và cho bất cứ phép phân tích nào lặp lại Thể tích mẫu quá nhỏ có thể làm mất tính đại diện và làm tăng ảnh hưởng hấp phụ, vì tỷ số giữa thể tích và diện tích nhỏ

Các dụng cụ lấy mẫu hữu hiệu cần phải:

• Thời gian tiếp xúc giữa dụng cụ và mẫu ngắn

• Dụng cụ được làm bằng các vật liệu không gây ô nhiễm mẫu

• Có cấu tạo đơn giản để dễ làm sạch, và không tạo ra những sai số

• Phù hợp với mẫu nước cần lấy

0.3.3.1.2 Thiết bị lấy mẫu đơn

Mẫu đơn thường được lấy thủ công, có thể dùng xô hay bình miệng rộng để lấy mẫu nước mặt

Thiết bị lấy mẫu đơn ở độ sâu đã định Trong thực tế, một bình được buộc vật nặng, đậy kín và thả chìm xuống nước Đến độ sâu nhất định, nút được mở ra và nước tràn vào đầy Cách này bị hạn chế khi lấy mẫu phân tích chỉ tiêu oxy hoà tan

0.3.3.1.3 Gầu hoặc nạo đế lấy mẫu trầm tích

Trầm tích có thể được lấy bằng gầu xúc hoặc nạo, được thiết kế xâm nhập vào tầng trầm tích nhờ khối lượng của chúng hoặc nhờ đòn bẩy Chúng có cấu tạo đa dạng, gồm

lò xo kích hoạt, hoặc trọng lượng kiểu hàm ngậm Dạng của chúng thay đổi tùy theo kích thước mẫu cần lấy vuông hay nhọn Do bản chất của mẫu nhận được chịu ảnh hưởng của các yếu tố:

• Độ xâm nhập vào lớp trầm tích

• Góc hàm ngậm

• Hiệu quả của hàm ngậm (khả năng tránh chướng ngại vật)

• Sự tạo ra sóng “sốc” và gây “mất” hoặc “rửa trôi” các thành phần và sinh vật ở ranh giới bùn nước

• Độ ổn định của mẫu ở dòng chảy nhanh

0.3.3.1.4 Gầu dẹt (gầu dạng vỏ trai): gầu dẹt tựa như thiết bị để đào đất Mẫu gầu dẹt

cho thông tin chính xác hơn về nơi lấy mẫu so với lấy bằng nạo

0.3.3.1.5 Thiết bị lấy mẫu lõi: được dùng khi cần thông tin về chiều thẳng đứng của

lớp trầm tích Cần chú ý giữ nguyên vẹn khi lấy mẫu ra khỏi thiết bị lấy mẫu

0.3.3.1.6 Thiết bị lấy mẫu tự động

Có hai loại mẫu tự động: phụ thuộc vào thời gian và phụ thuộc vào thể tích

• Phụ thuộc thời gian: dùng để lấy các mẫu gián đoạn, mẫu tổ hợp hoặc mẫu liên tục không quan tâm đến lưu lượng

• Phụ thuộc vào thể tích: quan tâm đến sự thay đổi lưu lượng

0.3.3.2 Thiết bị lấy mẫu sinh vật

0.3.3.2.1 Đại cương

Giống như trường hợp lấy mẫu phân tích thành phần vật lý hóa học, một số chỉ tiêu cần tiến hành xác định tại chỗ Tuy nhiên, đa số các chỉ tiêu phải tiến hành xác định ở phòng thí nghiệm Để lấy mẫu phân tích sinh vật, dùng bình miệng rộng là cần thiết, tốt nhất là miệng rộng gần bằng thân bình chứa, có thể được làm bằng thủy tinh hoặc bằng nhựa

Thực vật thủy sinh lớn: nếu lấy mẫu định tính có thể lấy gầu hoặc nạo Nếu lấy mẫu định lượng cần quan tâm đến diện tích lấy mẫu

Động vật lớn không xương sống: có thể lấy bằng vợt, cần chú ý ảnh hưởng của nơi sinh sống

0.3.3.2.4 Cá: cá có thể đánh bắt chủ động hoặc thụ động phụ thuộc vào nơi sinh sống

và mục đích lấy mẫu

0.3.3.3 Thiết bị lấy mẫu vi sinh vật

Với đa số mẫu, dùng bình thủy tinh hoặc nhựa đã khử trùng là thích hợp Dùng máy thiết bị lấy mẫu phụ trợ khi lấy mẫu ở khá sâu dưới mặt nước, Mọi máy móc, bơm, thiết bị kèm theo đều không được dơ và không được đưa thêm sinh vật vào mẫu

0.3.3.4 Mẫu để phân tích khí hòa tan (và chất bay hơi)

Mẫu sẽ lấy trực tiếp vào bình trữ mẫu, hoặc bình phân tích và trước khi lấy cần tráng bình bằng mẫu và thể tích tráng lớp gấp 3 lần thể tích cần lấy

0.3.4 Cách nạp mẫu vào bình chứa

Phải súc rửa ít nhất hai đến ba lần bình lấy mẫu bằng chính nguồn nước trước khi lấy mẫu, trừ trường hợp bình đã được xử lý bằng chất bảo quản hay chất khử chlor Đối với những mẫu phải vận chuyển xa, không nên lấy mẫu quá đầy, mà chừa lại khoảng 1% dung tích bình Khoảng hở này phòng hờ sự giãn nở nhiệt

Trong trường hợp các mẫu dùng để xác định các thông số lý, hóa học, một chú

ý đơn giản (tất nhiên là không đầy đủ cho mọi trường hợp) là nạp mẫu đầy bình và đậy nút sao cho không có không khí ở trên miệng bình Điều này hạn chế sự tương tác với pha khí và sự lắc khi vận chuyển (tránh được sự thay đổi carbon dioxide, pH, carbonate, Fe, hạn chế sự thay đổi màu của mẫu)

Các mẫu dùng để xác định vi sinh vật thì không được nạp đầy mà cần để một khoảng không khí

Những mẫu phải bị đông lạnh, không được cho mẫu vào đầy bình

0.3.5 Bảo quản mẫu

0.3.5.1 Đại cương

Các loại nước, đặc biệt là nước thải và nước mặt, thường bị biến đổi ở những mức độ khác nhau, do các tác động lý, hóa và sinh vật học, xảy ra trong thời gian lấy mẫu đến khi phân tích

Bản chất và tốc độ của những tác động này thường có thể làm cho nồng độ các chất cần xác định khác với lúc mới lấy mẫu, nếu như không có các chú trọng cần thiết khi vận chuyển mẫu và lưu giữ mẫu ở phòng thí nghiệm trước khi phân tích

Tuy nhiên, việc thêm các chất bảo quản có thể làm thay đổi bản chất vật lý, hóa

học của một số thành phần Do đó, cần phải chắc chắn rằng sự thay đổi không ảnh

hưởng đến sự xác định tiếp theo

Luôn luôn phải làm mẫu trắng: dùng nước cất, cho chất bảo quản, phân tích như

mẫu để kiểm tra sự lựa chọn và làm sạch bình chứa mẫu

0.3.5.2 Cách bảo quản

Cách bảo quản và thời gian lưu mẫu có tính cách hướng dẫn Việc phân tích nên

tiến hành càng sớm càng tốt Đối với các loại ion dễ bị oxy hóa, hay bị khử và nhất là

khí hoà tan nên xét nghiệm ngay khi mang về phòng thí nghiệm, nếu không đủ phương

tiện tiến hành tại chỗ Những xét nghiệm cần phải ưu tiên cho những ion dễ biến chất

kể trên Các ion, các chất khá ổn định có thể phân tích sau Lưu ý hoạt động của vi

sinh cũng làm ảnh hưởng nhiều đến tính chất mẫu trong thời gian lưu trữ

Bảng 1 – Bảng hướng dẫn các phương thức bảo quản mẫu theo chỉ tiêu phân tích

STT Chỉ tiêu phân tích Phương thức bảo quản Thời gian tồn

trữ mẫu tối đa

10 Sulfite (S2-) hay H2S Thêm vào 2mg/L zine acetate 7 ngày

NaN3 (2g/100mL) cho 300 mL; nhiệt độ từ 10 – 200C

8 giờ

14 Carbon hữu cơ 2mL HCl cho 1L, pH < 2 7 ngày

18 N – NO2-; N – NO3- H2SO4, pH < 2, 40C Phân tích ngay

Chú ý: Nguồn lấy mẫu và các điều kiện lấy mẫu cần ghi chép kèm ngay vào bình ngay

khi đã lấy mẫu Phân tích nước sẽ ít giá trị nếu như không kèm theo thông tin chi tiết

về mẫu

Những kết quả phân tích tại chỗ cũng cần có báo cáo về mẫu Báo cáo mẫu ít nhất phải

có những thông tin sau:

• Địa điểm lấy mẫu, có tọa độ và mọi thông tin về mẫu

• Chi tiết về địa điểm lấy mẫu

• Phương pháp lấy mẫu

• Ngày tháng lấy mẫu

• Thời gian lấy mẫu

• Người lấy mẫu

• Điều kiện thời tiết

• Cách xử lý trước

• Chất ổn định và chất bảo vệ đã đưa vào mẫu

• Dữ liệu thu thập tại hiện trường

BÀI 1: ĐỘ ĐỤC – ĐỘ MÀU 1.1 ĐỘ ĐỤC

1.1.1 Giới thiệu chung

1.1.1.1 Ý nghĩ môi trường

Độ đục của nước bắt nguồn từ sự hiện hữu của vô số vật thể li ti ở trạng thái huyền phù , như đất sét, vật chất hữu cơ và vô cơ, vi sinh vật gồm các loại phiêu sinh động vật

Đối với nước cấp, độ đục là một trong các chỉ tiêu lựa chọn nguồn nước cấp, vì nước có độ đục cao sẽ không được chấp nhận về mặt cảm quan và giá thành của nước

- Dung dịch lưu trữ (ổn định trong một năm nếu bảo quản tốt)

o Dung dịch 1: hoà tan 1g hydrazine sulfate (NH2.NH2.H2SO4) trong một ít nước cất rồi định mức thành 100ml với nước cất

o Dung dịch 2: hòa tan 10g hexamethylene tetramine (C6H12N4) trong 100ml nước cất

o Hòa trộn 5ml dung dịch 1 và 5ml dung dịch 2 Pha loãng thành 100ml với nước cất, sau đó để yên trong 24g, ở nhiệt độ 25 ± 30C Dung dịch này có độ đục là 4000 NTU Trữ trong chai nâu và lắc đều khi sử dụng, pha loãng với nước cất thành dung dịch có độ đục là 400 NTU

1.1.3 Thực hành

1.1.3.1 Lập đường chuẩn

- Pha chế dung dịch chuẩn: pha loãng từ dung dịch chuẩn có độ đục là 400 NTU,

để có thang độ đục chuẩn theo bảng sau:

1.1.3.2 Đối với mẫu cần xác định độ đục

Lắc thật kỹ bình đựng mẫu, đo độ hấp thu của mẫu trên máy spectrophotometer

1.2 ĐỘ MÀU

1.2.1 Giới thiệu chung

1.2.1.1 Ý nghĩa môi trường

Màu của nước thiên nhiên do màu, phiêu sinh vật, các sản phẩm từ sự phân hủy chất hữu cơ, … tạo ra Tuy nhiên, một số ion kim loại hay nước thải công nghiệp cũng

là nguyên nhân gây cho nước có màu Theo thói quen, chúng ta cũng nghĩ màu là màu quan sát ngay được sau khi lấy mẫu Thực ra, đây chỉ là màu biểu kiến, gồm một phần

từ các chất hòa tan và một phần còn lại do chất huyền phù tạo thành Vì thế, màu biểu kiến được xác định ngay trên màu nguyên thủy mà không cần loại bỏ chất lơ lửng

Đối với nước cấp, độ màu biểu thị giá trị cảm quan, độ sạch của nước sử dụng Đối với nước thải, độ màu đánh giá phần nào mức độ ô nhiễm của mẫu nước

1.2.1.2 Nguyên tắc

Phương pháp xác định độ màu dựa vào sự hấp thu ánh sáng của hợp chất màu

có trong dung dịch

1.2.1.3 Các trở ngại

Độ đục ảnh hưởng đến việc xác định độ màu thật của mẫu Không nên sử dụng giấy lọc, vì một phần màu bám vào giấy lọc Ngoài ra, độ màu còn tùy thuộc vào pH của nước; do đó, trong bảng kết quả cần ghi rõ pH lúc xác định độ màu

Đo độ hấp thu của mẫu trên máy spectrophotometer ở bước sóng λ = 455 nm

1.2.3.2 Đối với mẫu cần xác định độ màu

- Xác định pH của mẫu nước

- Màu biểu kiến: đo độ hấp thu của mẫu nước chưa được xử lý

- Màu thực: quay ly tâm cho đến khi loại bỏ hoàn toàn các hạt huyền phù Tốc độ

và thời gian ly tâm phụ thuộc vào đặc tính và hàm lượng các hạt huyền phù nhưng không vượt quá một giờ Đo độ hấp thu của mẫu nước sau ly tâm

1.2.4 Cách tính

Từ nồng độ và độ hấp thu của dung dịch màu chuẩn, vẽ giản đồ A = f(C), sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu để lập phương trình y = ax + b

Từ trị số độ hấp thu Am của mẫu, tính nồng độ Cm Nếu trị số Am của mẫu vượt quá trị số độ hấp thu của thang độ đục chuẩn, phải pha loãng mẫu đến nồng độ thích hợp

CÂU HỎI

1 Trình bày nguyên nhân gây độ đục cho:

a Dòng sông

b Dòng sông bị ô nhiễm

c Nước thải sinh hoạt

2 Có sự liên quan nào giữa các đơn vị đo độ đục: mg SiO2, FTU, NTU?

3 Trình bày nguyên nhân gây độ màu cho:

a Dòng sông

b Dòng sông bị ô nhiễm

c Nước thải sinh hoạt

4 Giải thích vai trò của cobalt chloride trong dung dịch màu chuẩn

BÀI 2: pH – ĐỘ ACID – ĐỘ KIỀM 2.1 pH

2.1.1 Giới thiệu chung

2.1.1.1 Ý nghĩa môi trường

Về ý nghĩa môi sinh, trong thiên nhiên, pH ảnh hưởng đến các hoạt động sinh học trong nước, liên quan đến một số đặc tính, như tính ăn mòn, hòa tan, … chi phối các quá trình xử lý nước, như lắng phèn, làm mềm, khử sắt, diệt khuẩn, … Vì thế, việc xét nghiệm pH để hoàn chỉnh chất lượng nước cho phù hợp với yêu cầu kỹ thuật trong từng khâu quản lý rất quan trọng, và quan trọng hơn nữa là đảm bảo chất lượng cho người tiêu dùng

2.1.1.2 Nguyên tắc

Phương pháp này dùng chỉ thị màu tổng hợp có dãy đổi màu tương ứng với khoảng pH rộng để chặn khoảng pH, sau đó dùng chỉ thị màu chuyên biệt (dễ đổi màu trong một giới hạn pH thay đổi hẹp) xác định pH của mẫu Phương pháp này sử dụng khi không có máy đo pH

aH+, aOH-: hoạt động của ion H+ và OH-

τH+, τOH-: hệ số hoạt động của ion H+ và OH-

[H+], [OH-]: nồng độ ion H+ và OH-

Trong các dung dịch loãng như trong môi trường nước, hệ số hoạt động τH+ =

τOH- = 1 Hệ thức trở thành: Kw = [H+][OH-]

Ở nhiệt độ phòng thí nghiệm, nước tinh khiết có tích số Kw = 10-14, nhưng tích

số Kw không đổi, các ion H+ và OH- có thể có những trị số thật nhỏ nên một ký hiệu

khác được sử dụng thay thế cho giá trị H+ là pH

pH = - log[H+] = ⎢⎣⎡H+⎥⎦⎤

1logKhi [H+] = 100 và [OH-] = 10-14 → pH = 0: môi trường acid

Khi [H+] = 10-7 và [OH-] = 10-7 → pH = 7: môi trường trung tính

Khi [H+] = 10-14 và [OH-] = 100 → pH = 14: môi trường kiềm

pH 10 0 10 -1 10 -2 10 -3 10 -4 10 -5 10 -6 10 -7 10 -8 10 -9 10 -10 10 -11 10 -12 10 -13 10 -14

pH 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

Pha trong 200ml ethanol và NaOH cho dung dịch có màu xanh lá cây

b Chỉ thị màu chuyên biệt

d Dung dịch potassium dihydrozen phosphate 0,1N: cân 13,62g KH2PO4 +

nước cất thành 1L

e Dung dịch sodium carbonate Na2CO3: cân 5,3g Na2CO3 + nước cất thành

1L (Na2CO3 đã được sấy ở 1050C và bảo quản trong bình hút ẩm đến nhiệt độ thường)

Bảng 2 – Dung dịch đệm pH = 9,4 – 11

(ml) Na(ml) 2B4O7 pH KH(ml) 2PO4 Na(ml) 2B4O79,4 3,6 6,4 10,2 8,2 1,8 9,6 5,6 4,4 10,4 8,7 1,3 9,8 6,7 3,3 10,6 9,2 0,8 10,0 7,5 2,5 10,8 9,5 0,5

2.1.3.2 Xác định sơ bộ

Dùng chỉ thị tổng hợp

Trong các ống nghiệm được ghi số thứ tự theo giai biểu màu ứng với từng pH,

lần lượt thêm 10ml dung dịch độn hay mẫu + 0,4ml chỉ thị tổng hợp

Xác định pH sơ bộ theo bảng mẫu tương quan sau:

pH 4 4,5 5 5,5 6 7 7,5 8 9 9,5 10 Màu Đỏ Đỏ

cam Cam Vàng Vàng lục Lục Lục lam Lam nhạt Lam đậm Lam tím Tím

Sau khi lắc đều ống nghiệm, so sánh màu bằng mắt thường trên một nền trắng bằng cách lần lượt di chuyển ống mẫu chen giữa từng cặp ống đựng dung dịch độn cho đến khi màu ống nằm giữa cặp ống nghiệm này

Ghi kết quả

2.1.3.4 Đo bằng máy pH kế

Sử dụng máy pH kế để đo pH của mẫu

2.2 ĐỘ ACID

2.2.1 Giới thiệu chung

2.2.1.1 Ý nghĩa môi trường

Độ acid biểu thị khả năng phóng thích proton H+ của nước Độ acid của mẫu nước phần lớn do sự hiện diện của các acid yếu như acid carbonic, acid tanic, acid humic, … bắt nguồn từ phản ứng phân hủy chất hữu cơ gây ra, phần khác do sự thủy phân các muối của acid mạnh như sulfate nhôm, sắt tạo thành, nước sẽ có pH rất thấp

Nước thiên nhiên sử dụng cho nước cấp luôn luôn duy trì một thế cân bằng giữa các ion bicarbonate, carbonate và khí CO2 hòa tan, do đó, nước thiên nhiên thường đồng thời mang tính chất khác nhau: tính acid và tính kiềm Khi bị ô nhiễm bởi các acid vô cơ hoặc các muối acid từ khu vực hầm mỏ, đất phèn hoặc do nguồn nước thải công nghiệp, pH thấp hơn 7 khá nhiều

2.2.1.2 Nguyên tắc

Dùng các dung dịch kiềm mạnh để định phân độ acid của cả acid vô cơ mạnh cũng như acid hữu cơ hoặc acid yếu

- Do ảnh hưởng của acid vô cơ, độ acid được xác định bằng cách định phân đến điểm đổi màu của chỉ thị hỗn hợp được gọi là độ ACID METHYL CAM (dung dịch từ màu đỏ xám chuyển sang màu xanh)

- Acid toàn phần được thực hiện đến điểm đổi màu của chỉ thị phenolphthalein, gọi là độ ACID TỔNG CỘNG (dung dịch không màu chuyển sang màu hồng nhạt)

- Trong thực nghiệm, hai khoảng pH chuẩn được sử dụng biểu thị sự khác biệt trên Khoảng pH thứ nhất ứng với điểm đổi màu của chất chỉ thị hỗn hợp (từ 4,2 – 4,5) đánh dấu sự chuyển biến ảnh hưởng của các acid vô cơ mạnh sang vùng ảnh hưởng của acid carbonic Khoảng pH thứ hai ứng với điểm đổi màu của chất chỉ thị phenolphthalein (từ 8,2 – 8,4) chuyển sang vùng ảnh hưởng của nhóm carbonate trong dung dịch

Khi định phân mẫu nước cấp, kết quả ảnh hưởng bởi hàm lượng chlorine khử trùng nước có tính tẩy màu Muốn tránh sai số này, cần phải thêm vài giọt Na2S2O3

0,1N vào mẫu để loại bỏ ảnh hưởng của chlorine Nếu mẫu có độ màu và độ đục cao, phải xác định độ acid bằng phương pháp chuẩn độ điện thế

- Dung dịch sodium hydroxide NaOH 0,02N: pha dung dịch NaOH 1N (cân 40g NaOH viên hồ tan với nước cất và định mức thành 1L) Lấy 20ml dung dịch NaOH 1N định mức thành 1L với nước cất Định phân lại bằng dung dịch potassium biphthalate 0,02N (hịa tan 4,085g KHC8H4O4 đã sấy khơ trong 2g ở

1200C, hịa tan trong nước cất và định mức thành 1L)

- Chỉ thị phenolphthalein: hịa tan 500mg phenolphthalein trong 50ml methanol, thêm nước cất cho đủ 100ml

- Chỉ thị màu bromocresol lục và methyl đỏ: cân 20mg methyl đỏ và 200mg bromocresol lục, pha lỗng thành 100ml với ethanol 950

2.2.3 Thực hành

2.2.3.1 Mẫu cĩ pH < 4,5 (mẫu cĩ 2 độ acid)

2.2.3.1.1 Độ acid methyl cam

Lấy 50ml mẫu vào erlen, thêm 3 giọt chỉ thị hỗn hợp Dùng dung dịch NaOH 0,02N định phân đến khi dung dịch cĩ màu xanh Ghi nhận thể tích V1 ml dung dịch NaOH đã dùng để tính độ acid methyl cam

2.2.3.1.2 Độ acid tổng cộng

Lấy 50ml mẫu vào erlen khác, thêm 3 giọt phenolphthalein, dùng dung dịch NaOH 0,02N để đến khi dung dịch cĩ màu tím nhạt Ghi nhận thể tích V2 ml dung dịch NaOH đã dùng, tính độ acid tổng cộng

2.2.3.2 Cách tính

mẫuml

V(mg/L)cam

methylacid

=

mẫuml

V(mg/L)cộng

tổngacid

2.3 ĐỘ KIỀM

2.3.1 Giới thiệu chung

2.3.1.1 Ý nghĩa mơi trường

Độ kiềm biểu thị khả năng thu nhận proton H+ của nước Nước thiên nhiên hay nước từ hệ thống cấp nước, độ kiềm đều do 3 ion chính tạo ra: hydroxide, carbonic và bicarbonate Trong thực tế, các muối acid yếu như borate, silicate cũng gây ảnh hưởng lớn đến độ kiềm Một vài acid hữu cơ bền với sự oxy hĩa sinh học, như acid humic, và các dạng muối của chúng cĩ khả năng làm tăng độ kiềm Trong điều kiện thiên nhiên thích hợp, tảo dễ dàng xuất hiện và tồn tại đối với một vài nguồn nước mặt Khi tảo sử

dụng khí CO2 ở dạng tự do và kết hợp cũng làm tăng pH của nước Những nguồn nước được xử lý với hóa chất có chứa nhóm carbonate hoặc hydroxide cũng làm tăng pH

- Độ kiềm tổng cộng được xác định bằng cách định phân mẫu đến điểm đổi màu của chỉ thị hỗn hợp (dung dịch từ màu xanh chuyển sang đỏ khi pH nhỏ hơn 4,5)

2.3.1.3 Các trở ngại

Lượng ion dư trong nước uống ảnh hưởng đến kết quả định phân làm nhạt màu chất chỉ thị Để tránh sai lệch, ta thêm vào mẫu một vài giọt Na2S2O3 0,01N Khi mẫu nước có độ màu và độ đục cao, phải dùng phương pháp chuẩn độ điện thế Những chất kết tủa, xà bông, dầu mỡ, chất rắn lơ lửng có thể phủ điện cực thủy tinh làm cho điểm cuối đến chậm Để khắc phục hiện tượng này, có thể làm sạch electrode mỗi khi tiến hành thí nghiệm Không lọc, pha loãng hay cô đặc mẫu

- Dung dịch acid sulfuric (H2SO4) 0,02N: pha dung dịch H2SO4 1N (hòa tan 28ml

H2SO4 đậm đặc trong nước cất thành 1L), lấy 20ml dung dịch H2SO4 1N thêm nước cất cho đủ 1L Định phân lại acid này bằng Na2CO3 0,02N (hòa tan 1,06g

Na2CO3 đã sấy ở 1050C, thêm nước cất thành 1L)

- Chỉ thị màu phenolphthalein 0,5%

- Chỉ thị màu methyl cam 0,5%

- Chỉ thị màu hỗn hợp bromocresol lục và methyl đỏ: cân 20mg methyl đỏ và 200mg bromocresol lục, pha lỗng thành 100ml với ethanol 950

2.3.3.2 Mẫu cĩ pH < 8,3 (mẫu chỉ cĩ độ kiềm tổng cộng)

Lấy 50ml mẫu vào erlen khác, thêm 3 giọt chỉ thị hỗn hợp (lúc này mẫu cĩ màu xanh) Định phân mẫu bằng dung dịch H2SO4 cho đến khi dung dịch cĩ màu đỏ xám Ghi thể tích V2 ml H2SO4 0,02N đã dùng để tính độ kiềm tổng cộng

2.3.4 Cách tính

mẫuml

V/L)CaCO(mg

Pnol kiềm phe

V/L)CaCO(mg

Tcộngtổng kiềm

Độ kiềm do các ion (mg CaCO3/L) Kết quả định phân

HCO3- (mg/L) = độ kiềm HCO3- (mg CaCO3/L) × 1,22

CÂU HỎI

1 Mẫu nước có pH = 7,3 và hàm lượng HCO3- là 30mg/l Giả sử rằng ảnh hưởng của chất rắn hoà tan trên hoạt tính các ion không đáng kể, nhiệt độ của nước là 250C Tính hàm lượng CO2 của mẫu nước?

2 Nước cấp có hàm lượng HCO3- là 50mg/l và hàm lượng CO2 là 30mg/l Tính pH của nước ở nhiệt độ 250C Nếu hàm lượng CO2 của mẫu giảm còn 3mg/l bởi sục khí, pH của mẫu nước lúc này là bao nhiêu?

3 Giả sử rằng các muối hòa tan trên hoạt tính các ion không đáng kể Một phần nước

ở 250C có pH = 10,3 và hàm lượng carbonate là 120 mg/l

- Hãy tính hàm lượng ion bicarbonate (mg/l)

- Tính độ kiềm OH-, CO32-, HCO3- và độ kiềm tổng cộng của mẫu trên (mg CaCO3/l)

BÀI 3: ĐỘ CỨNG VÀ CALCIUM 3.1 ĐỘ CỨNG TỔNG CỘNG

3.1.1 Giới thiệu chung

3.1.1.1 Ý nghĩa môi trường

Độ cứng được hiểu là khả năng tạo bọt của nước với xà bông Ion calcium và magnesium trong nước sẽ kết tủa với xà bông, do đó làm giảm sức căng bề mặt, và phá hủy đặc tính tạo bọt Những ion dương đa hóa trị khác cũng có thể kết tủa với xà bông, nhưng thường những ion này ở trạng thái phức chất, hoặc là chất hữu cơ, do đó ảnh hưởng của chúng trong nước không đáng kể và rất khó xác định Trên thực tế, độ cứng tổng cộng được xác định bằng tổng hàm lượng calcium, magnesium và được biểu thị bằng mgCaCO3/L

3.1.1.2 Nguyên tắc (phương pháp định phân bằng EDTA)

Ở pH 10,0 ± 0,1, muối Natri của Ethylenediamine tetra acetic acid (Na-EDTA)

sẽ tạo thành phức với ion kim loại đa hóa trị dương Định phân độ cứng tổng cộng với dung dịch Na-EDTA (hay EDTA) với chất chỉ thị Erychroma Black T, dung dịch sẽ chuyển từ màu đỏ rượu vang sang xanh dương tại điểm kết thúc

3.1.1.3 Các ảnh hưởng

Một vài kim loại nặng gây trở ngại cho việc định phân, làm chỉ thị nhạt màu dần hay không rõ ràng tại điểm kết thúc Có thể khắc phục trở ngại này bằng cách thêm hóa chất che trước lúc định phân Muối Mg-EDTA có tác dụng như một chất phản ứng kép, vừa tạo phức với các kim loại nặng, vừa giải phóng Mg vào trong mẫu,

có thể dùng thay thế cho các chất che có mùi khó chịu và độc tính Muối Mg-EDTA chỉ có tác dụng tích cực khi thay thế các cho các kim loại nặng, song không làm biến đổi độ cứng tổng cộng trong mẫu nước

- Cách 1: Hồ tan 16,9g NH4Cl trong 143ml NH4OH đậm đặc, thêm 1,25g muối Mg-EDTA rồi thêm nước cất cho đủ 250ml

- Cách 2: Hồ tan 16,9g NH4Cl trong 143ml NH4OH đậm đặc, thêm 1,179g muối Na-EDTA (PA) và 780mg MgSO4.7H2O (hoặc 644mg MgCl2.6H2O) trong 50ml nước cất rồi thêm nước cất vào cho đủ 250ml

Dung dịch trên chứa trong chai nhựa dẻo hay chai thủy tinh trung tính, thời hạn

sử dụng khơng quá một tháng Đậy kín nắp để ngăn NH3 bay hơi và CO2 ngồi khơng khí xâm nhập vào dung dịch

Thêm vào mẫu 1 – 2ml dung dịch đệm, nếu dung dịch mẫu định phân chưa đạt tới pH 10,0 ± 0,1 tại điểm kết thúc chuẩn độ

3.1.2.2.2 Chất chỉ thị màu

Eriochrome Black T: muối natri dẫn xuất 2-naphthol-4-sulfonic acid), hịa tan 0,5g chỉ thị nêu trên trong 100g 2.2’.2” – nitrilotriethanol Thêm 2 giọt trong mỗi 50ml mẫu Chỉnh thể tích mẫu nếu cần thiết Chất chỉ thị cĩ thể dùng dưới dạng tinh thể khơ Khơng nên dùng chất chỉ thị quá nhiều Chuẩn bị hỗn hợp khơ với muối tinh khiết

1-(1-hydro-2-naphthylazo)-5-nitro-Nếu tại điểm kết thúc chuẩn độ, sự thay đổi màu của chỉ thị khơng rõ ràng, trong trường hợp này phải thêm tác nhân che Nếu cho chất che NaCN vào mẫu mà điểm đổi màu vẫn khơng rõ ràng, nguyên nhân cĩ thể do chất chỉ thị màu bị hư

3.1.2.2.3 Dung dịch chuẩn EDTA 0,01M

Cân 3,723 EDTA Hồ tan trong nước cất và pha thành 1000ml

Dung dịch chuẩn EDTA phải được chứa trong chai thủy tinh trung tính hay bình nhựa polyethylene

3.1.2.2.4 Dung dịch sodium hydroxide: NaOH 0,1N

3.1.3 Trình tự thí nghiệm

Lấy 50ml mẫu cho vào erlen, thêm 1ml dung dịch đệm, để pH đạt đến 10 ± 0,1 Thêm một ít chất chỉ thị màu, lắc đều Định phân bằng dung dịch EDTA, dung dịch chuyển từ màu đỏ sang xanh da trời tại điểm kết thúc Ghi nhận thể tích VEDTA đã dùng

để tính độ cứng tổng cộng

3.1.4 Cách tính

mẫuml

V/L)CaCO(mg

cộngtổngcứng

3.2 CALCIUM

3.2.1 Giới thiệu chung

3.2.1.1 Ý nghĩa môi trường

Calcium là một trong những nguyên tố thường gặp trong nước thiên nhiên vì quá trình chảy qua những vùng có nhiều đá vôi, thạch cao, dolomite, … Tùy theo nguồn gốc và cách xử lý mà hàm lượng calcium trong nước có từ 0 đến vài trăm mg/L Chỉ với một lượng nhỏ calcium carbonate cũng có thể tạo nên một màng cứng bám vào mặt trong các ống dẫn theo thời gian tích tụ, bảo vệ kim loại chống lại sự ăn mòn Tuy nhiên, lớp màng này lại là một tai hại lớn cho những thiết bị sử dụng ở nhiệt độ cao như nồi hơi, … Phương pháp làm mềm nước bằng hóa chất hoặc nhựa trao đổi ion thường được áp dụng để khử bớt calcium tới mức chấp nhận được

3.2.1.2 Nguyên tắc

Trong dung dịch thí nghiệm, ở pH = 12 – 13, toàn bộ magnesium sẽ bị kết tủa dưới dạng hydroxide Định phân calcium bằng dung dịch EDTA với chất chỉ thị Murexide, dung dịch sẽ chuyển từ màu hồng sang tím ở điểm kết thúc

tím ở điểm kết thúc Để kiểm sốt điểm kết thúc chuẩn độ, cần ghi nhận thể tích EDTA đã dùng, sau đĩ thêm 1 – 2 giọt EDTA để đảm bảo màu của dung dịch khơng đổi

Chú ý: để tránh kết tủa, việc định phân cần thực hiện nhanh chĩng sau khi nâng

pH

3.2.4 Cách tính

mẫuml

V/L)CaCO(mg

calcium cứng

V(mg/L)Calcium = EDTA×400,8

)/)

/)

3 (mgCaCO (mgCaCOCaCO

(mg

calciumcứng

Độ-cộngtổngcứngĐộmagnesium

cứng

0,243magnesium

cứngĐộ(mg/L)

CÂU HỎI

1 Trình bày nguyên nhân gây ra độ cứng của nước?

2 Mẫu nước được phân tích cĩ các kết quả như sau:

BÀI 4: XÁC ĐỊNH CHLORIDE, MANGANESE 4.1 CHLORIDE

4.1.1 Giới thiệu chung

4.1.1.1 Ý nghĩa môi trường

Chloride (Cl-) là ion chính trong nước thiên nhiên và nước thải Vị mặn của chloride thay đổi tùy theo hàm lượng và thành phần hoá học của nước Với mẫu chứa 250mg/L Cl-, người ta có thể nhận ra vị mặn nếu trong nước có chứa ion Na+ Tuy nhiên, khi mẫu nước có độ cứng cao, vị mặn lại khó nhận biết, dù nước có chứa đến

1000 mg/L Cl- Hàm lượng chloride cao sẽ gây ảnh hưởng xấu đến sự tăng trưởng của cây trồng

4.1.1.2 Nguyên tắc

Trong môi trường trung hòa hay kiềm nhẹ, potassium chromate (K2CrO4) có thể được dùng làm chất chỉ thị tại điểm kết thúc trong phương pháp định phân chloride bằng dung dịch silver nitrate (AgNO3):

Ag+ + Cl- → AgCl ↓ (Ksp = 3×10-10) (1)

2Ag+ + CrO42- → Ag2CrO4 (Ksp = 5×10-12) (2)

đỏ nâu Dựa vào sự khác biệt của tích số tan, khi thêm dung dịch AgNO3 vào mẫu có hỗn hợp Cl- và CrO42-, Ag+ lập tức phản ứng với ion Cl- dưới dạng kết tủa trắng đến khi hoàn toàn, sau đó phản ứng (2) sẽ xảy ra, cho kết tủa đỏ gạch dễ nhận thấy

4.1.1.3 Các trở ngại

Những chất thường có trong nước uống hầu như không ảnh hưởng gì đến việc định phân Các ion bromide, iodide, cyanide được xem như tương đương với chloride Riêng sulfite, thiosulfate có thể can thiệp vào phản ứng (1) Tuy nhiên, sulfite dễ dàng

bị oxy hóa bởi nước oxy già (H2O2) trong môi trường trung hòa Thiosulfate và sulfite

bị mất ảnh hưởng trong môi trường kiềm Orthophosphate với hàm lượng cao > 25mg/L cũng tác động với silver nitrate, nhưng điều này ít xảy ra Hàm lượng sắt trên 10mg/L cũng sẽ che lấp sự đổi màu tại điểm kết thúc

- Dung dịch huyền treo Al(OH)3: hòa tan 125g AlK(SO4)2.12H2O hay Al(NH4)(SO4)2.12H2O trong 1L nước cất, làm ấm 600C Thêm từ từ 55ml

NH4OH đậm đặc, lắc đều Đợi 1 giờ, rửa huyền trọc nhiều lần với nước cất đến khi nước rửa không còn Cl- nữa (thử bằng AgNO3), sau đó cho thêm nước cất cho đủ 1L

- Chỉ thị màu phenolphthalein

- Dung dịch NaOH 0,1N (hoặc H2SO4 0,1N) tùy pH mẫu ban đầu

- Nước oxy già H2O2 30%

- Chỉnh mẫu về pH trong khoảng 7 – 10 (tốt nhất là 7 – 8)

- Cho vào đó 0,5ml chỉ thị K2CrO4

- Dùng dung dịch AgNO3 0,0141N, định phân đến khi dung dịch từ màu vàng chuyển sang màu đỏ gạch Có thể so với mẫu trắng gồm nước cất với chỉ thị

K2CrO4 Ghi thể tích V1 ml AgNO3 sử dụng

- Làm mẫu trắng có thể tích đồng với thể tích mẫu Ghi nhận thể tích V0ml AgNO3 sử dụng

4.1.4 Cách tính

maãuml

VV(mg/L)

NaCl (mg/L) = chloride (mg/L) × 1,65 Trong đó:

V1: thể tích dung dịch AgNO3 dùng định phân mẫu

V0: thể tích dung dịch AgNO3 dùng định phân mẫu trắng

4.2 MANGANESE

4.2.1 Giới thiệu chung

4.2.1.1 Ý nghĩa môi trường

Manganese tồn tại trong thiên nhiên dưới dạng quặng dioxide Tuy nhiên, gặp môi trường có hàm lượng dioxide carbon cao, và thiếu oxy hòa tan như trong nước ngầm, manganese trở nên dễ hòa tan, và trị số oxy hóa khử thay đổi từ Mn2+ lên Mn4+

Có nhiều đặc điểm giống như sắt, manganese không phải là nguyên tố độc hại đối với con người, nó thường đi đôi với sắt trong mạch nước ngầm và dễ bị oxy hóa khi tiếp xúc với khí trời, tạo thành kết tủa Mn4+ có màu, vì thế, gây phiền phức cho việc giặt giũ, nhất là ngành công nghiệp nhuộm

4.2.1.2 Nguyên tắc

Persulfate là một tác chất có tính oxy hóa mạnh, đủ để oxy hóa Mn2+ thành

Mn4+ khi có bạc làm chất xúc tác Sản phẩm cuối cùng mang màu tím của permanganate bền trong khoảng 24 giờ, nếu sử dụng một lượng thừa persulfate và không có mặt chất hữu cơ Phản ứng xảy ra như sau:

nhằm loại bỏ ảnh hưởng do Cl- gây ra Mẫu tiếp xúc với không khí có thể cho kết quả thấp do kết tủa MnO2 Thêm 1 giọt H2O2 30% vào mẫu, nhằm mục đích hòa tan MnO2

kết tủa, sau đó thêm các hóa chất khác

4.2.2 Dụng cụ, thiết bị và hóa chất

- Ammonium persulfate tinh thể (NH4)2S2O8

- Dung dịch lưu trữ:

o Dung dịch KMnO4 0,1N: hịa tan 3,2g KMnO4 bằng nước cất và định mức đến 1L Sau đĩ để ngồi nắng trong nhiều tuần, hay đun sơi gần đến điểm sơi trong nhiều giờ Sau đĩ, lọc loại bỏ cặn

o Cân 100mg Na2C2O4, thêm 100ml nước cất và khuấy đến tan hồn tồn Thêm 10ml H2SO4 1 + 1, và đun nhanh đến 90 – 960C Định phân bằng dung dịch KMnO4 cho tới khi xuất hiện màu hồng nhạt, bền trong một phút Khơng được để nhiệt độ giảm xuống dưới 850C Nếu cần, làm ấm erlen chứa mẫu trong suốt thời gian định phân Thơng thường, 100mg

Na2C2O4 cần 15ml dung dịch KMnO4 Thực hiện một mẫu trắng gồm nước cất và H2SO4

( )×0,06701

=B-A

OCNagam KMnO

độ

4

Trong đĩ:

A: ml dung dịch KMnO4 định phân của mẫu

B: ml dung dịch KMnO4 định phân mẫu trắng

o Để tránh sai số trong quá trình định phân, lập lại thí nghiệm trên 2 – 3 lần, lấy kết quả trung bình Tính thể tích của dung dịch KMnO4 cần để chuẩn bị dung dịch chuẩn cĩ nồng độ 1ml = 50 μg Mn như sau:

4

4 NồngđộKMnO

4,55KMnO

o Thêm vào dung dịch này 2 – 3ml H2SO4 đậm đặc và từng giọt dung dịch NaHSO3, khuấy đều cho đến khi mất màu dung dịch KMnO4 Đun sôi để loại SO2, làm nguội và định mức thành 1L Để có dung dịch chuẩn (1ml

= 10μg Mn), lấy 200ml dung dịch chuẩn và định mức thành 1L

- Dung dịch H2O2 30%

- Dung dịch HNO3 đậm đặc

- Dung dịch H2SO4 đậm đặc

- Dung dịch sodium nitrite: hoà tan 5g NaNO2 với 95ml nước cất

- Sodium oxalate tinh thể

- Dung dịch sodium bisulfite: hòa tan 10g NaHSO3 trong 100ml nước cất

4.2.3 Thực hành

- Lấy 100ml mẫu hay một thể tích mẫu thích hợp sao cho hàm lượng Mn khoảng 0,05 – 1,2 mg/L

- Cho vào mẫu 5ml dung dịch xúc tác và 1 giọt H2O2, đun sôi còn khoảng 90ml

- Cho thêm 1g (NH4)2S2O8, đun sôi trong một phút

CÂU HỎI

1 Tại sao phải thực hiện mẫu trắng trong phương pháp định phân chloride?

2 Định phân chloride bằng phương pháp Morh được thực hiện trong môi trường trung hòa Giải thích tại sao?

3 Trình bày những trạng thái khác nhau của manganese trong nguồn nước tự nhiên Nêu những điều kiện tồn tại của mỗi trạng thái?

4 Nêu những nguyên nhân chính gây ô nhiễm manganese trong nước ngầm?

BÀI 5: CHẤT RẮN, SẮT 5.1 CHẤT RẮN

5.1.1 Giới thiệu chung

5.1.1.1 Ý nghĩa môi trường

Chất rắn trong nước bao gồm các chất tồn tại ở dạng lơ lửng và dạng hòa tan Chất rắn ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước hoặc nước thải Các nguồn nước có hàm lượng chất rắn cao thường có vị và tạo nên các phản ứng lý học không thuận lợi cho người sử dụng Nước cấp có hàm lượng cặn lơ lửng cao gây nên cảm quan không tốt Ngoài ra, hàm lượng cặn lơ lửng còn gây ảnh hưởng nghiêm trọng trong việc kiểm soát quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

5.1.1.2 Các định nghĩa

Chất rắn tổng cộng là lượng chất rắn trong cốc sau khi làm bay hơi nước trong

mẫu và làm khô trong tủ sấy ở nhiệt độ xác định, bao gồm tổng hàm lượng các chất

rắn lơ lửng (phần tổng lượng chất rắn còn lại trên giấy lọc) và hàm lượng chất rắn

hòa tan (phần đi qua giấy lọc)

Chất rắn ổn định là phần còn lại của chất rắn tổng cộng, lơ lửng và hòa tan sau khi đốt với thời gian xác định và ở nhiệt độ thích hợp

Chất rắn bay hơi là trọng lượng mất sau khi đốt

Việc xác định chất rắn ổn định và chất rắn bay hơi không được phân biệt một cách rõ ràng giữa chất vô cơ và chất hữu cơ, vì khối lượng mất đi sau khi đốt không phải chỉ là các chất hữu cơ, nó bao gồm cả khối lượng mất đi do phân hủy hoặc do bay hơi của một vài loại muối vô cơ

Tổng chất rắn lơ lửng = chất rắn tổng cộng – tổng chất rắn hòa tan

Chất rắn ổn định = chất rắn tổng cộng – chất rắn bay hơi

5.1.1.4 Các trở ngại

Loại phễu lọc, kích thước lỗ, độ rộng, diện tích, độ dày của giấy lọc và tính chất vật lý của cặn, như: kích thước hạt, khối lượng các chất giữ lại trên giấy lọc là các yếu

tố ảnh hưởng đến việc phân tích chất rắn hòa tan

Nhiệt độ làm khô có vai trò quan trọng, ảnh hưởng mạnh đến kết quả vì khối lượng mất đi do sự bay hơi các chất hữu cơ, nước liên kết, nước tinh thể và các khí từ việc phân hủy hóa học do gia nhiệt, cũng như trọng lượng thu được do oxy hóa, phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian nung nóng

Mẫu có hàm lượng dầu mỡ cao cũng ảnh hưởng đến kết quả phân tích, do khó làm khô đến trọng lượng không đổi trong thời gian thích hợp

o Chọn thể tích mẫu sao cho lượng cặn nằm giữa 2,5 – 200 mg

o Chuyển mẫu có dung tích xác định đã được xáo trộn đều vào cốc cân

o Làm bay hơi nước trong tủ sấy ở nhiệt độ 103 – 1050C

o Làm nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ cân bằng trong (trong một giờ)

o Cân P1 (mg)

- Xác định chất rắn bay hơi:

o Thực hiện các bước như phần xác định chất rắn tổng cộng

o Nung cốc trong tủ ở nhiệt độ 550 ± 500C

o Làm nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ cân bằng (trong một giờ)

o Cân P2 (mg)

Chú ý: lặp lại chu kỳ sấy (hoặc nung), làm nguội, để trong bình hút ẩm, và cân cho đến khi thu được trọng lượng khơng đổi (trọng lượng mất đi nhỏ hơn 4% trọng lượng trước đĩ, hoặc 0,5mg, thậm chí nhỏ hơn)

5.1.3.2 Tổng chất rắn lơ lửng

- Chuẩn bị giấy lọc sợi thủy tinh:

o Làm khơ giấy lọc ở nhiệt độ 103 – 1050C trong một giờ

o Làm nguội giấy lọc trong bình hút ẩm đến nhiệt độ cân bằng (trong một giờ)

o Cân P3 (mg)

- Phân tích mẫu:

o Lọc mẫu cĩ dung tích xác định đã được xáo trộn đều qua giấy lọc đã cân

o Làm bay hơi nước trong tủ sấy ở nhiệt độ 103 – 1050C

o Làm nguội giấy lọc trong bình hút ẩm đến nhiệt độ cân bằng (trong một giờ)

o Cân P4 (mg)

5.1.4 Tính tốn

(ml)mẫutíchthể

P-P(mg/L)cộng

tổng

(ml)mẫutíchthể

P-P(mg/L) hơi

bay

(ml)mẫutíchthể

P-P(mg/L)lửng

lơ

Trong đĩ:

P0: khối lượng cốc

P1: khối lượng cốc và mẫu sau khi sấy ở nhiệt độ 103 – 1050C

P2: khối lượng cốc và mẫu sau khi nung ở nhiệt độ 550 ± 500C

P3: khối lượng giấy lọc

P4: khối lượng giấy lọc và mẫu sau khi sấy ở nhiệt độ 103 – 1050C

5.2 SẮT

5.2.1 Giới thiệu chung

5.2.1.1 Ý nghĩa môi trường

Từ lâu con người đã nhận biết, uống nước có chứa sắt sẽ không gây tác hại đối với sức khỏe Nước mặt sau khi loại bỏ cặn lơ lửng thì hàm lượng sắt ít khi đạt tới 1 mg/L Riêng đối với nước ngầm và nước thải sinh hoạt, hàm lượng sắt có thể cao hơn rất nhiều Những loại nước như thế khi tiếp xúc với không khí sẽ trở nên đục và có màu vàng cam, nguyên nhân là do Fe2+ bị oxy hóa thành Fe3+, tạo thành những chất kết tủa dưới dạng keo Ở những điều kiện tự nhiên và pH thấp, tốc độ quá trình oxy hóa thường xảy ra chậm và sắt trong nước thường tồn tại ở dạng Fe2+ Trong môi trường pH < 6 và có sục khí, Fe3+ có thể tồn tại một thời gian Tốc độ oxy hóa sẽ tăng lên khi môi trường có pH > 6, có mặt các chất oxy hóa hay do sự có mặt của các vi sinh vật Sắt có trong nguồn nước là nguyên nhân làm cho quần áo bị vàng sau khi giặt, làm ố các đồ vật bằng sứ và tạo ra các vết ố trên các đồ vật hàn chì Khi hàm lượng sắt lớn hơn 1mg/L gây vị tanh trong nước, và về mặt cảm quan không thể chấp nhận được Ngoài ra, cặn sắt bám trên thành ống lâu ngày làm thay đổi lưu lượng và tắc ống dẫn của hệ thống phân phối nước Chính vì những lý do trên, nên TCVN đặt cho nước sử dụng trong sinh hoạt có hàm lượng sắt tổng cộng ≤ 1,5mg/L và nước sử dụng cho ăn uống phải có hàm lượng sắt tổng cộng ≤ 0,3mg/L Đối với một số ngành công nghiệp, tiêu chuẩn cho phép sắt trong nước cấp cho sản xuất đòi hỏi rất nghiêm ngặt, như đối với công nghệ dệt nhuộm, thì hàm lượng sắt tổng cộng ≤ 0,1mg/L

5.2.1.2 Nguyên tắc

Sắt trong dung dịch được khử thành dạng Fe2+ (tan trong nước) bằng cách đun sôi trong môi trường acid và hydroxylamine, sau đó Fe2+ tạo phức có màu với 1,10 – phenanthroline ở pH = 3 – 3,3 Mỗi nguyên tử Fe2+ sẽ kết hợp với 3 phân tử phenanthroline tạo thành phức chất có màu đỏ cam Cường độ màu tuân theo định luật Lambert – Beer, và phụ thuộc vào pH Phản ứng sẽ đạt tốc độ cực đại, khi pH của môi

trường nằm trong khoảng 2,9 – 3,5, và sử dụng một lượng thừa phenanthroline Các phương trình phản ứng được biểu diễn như sau:

Fe(OH)3 + 3H+ → Fe3+ + H2O 4F3+ + 2NH2 → 4Fe2+ + N2O + H2O + 4H+

màu cam đỏ Phương pháp phenanthroline có thể xác định hàm lượng sắt cao nhất là 1mg/L

5.2.1.3 Trở ngại

Những chất oxy hóa mạnh như cyanide, nitrite và phosphate (polyphosphate mạnh hơn orthophosphate), chrome, zinc với hàm lượng lớn hơn sắt 10 lần, cobalt, copper lớn hơn 5mg/L và niken lớn hơn 2mg/L đều gây ảnh hưởng đến kết quả phân tích Bismuth, cadmium, thủy ngân, molybdate vả bạc kết tủa với phenanthroline Trong quá trình thực hiện thí nghiệm, đun sôi với acid nhằm chuyển polyphosphate thành orthophosphate, loại bỏ ảnh hưởng của nitrite và cyanide Thêm một lượng thừa phenanthroline, để loại bỏ những sai số gây ra bởi các chất oxy hóa mạnh, và tạo phức với một số ion kim loại có trong dung dịch Nếu hàm lượng các ion kim loại quá cao, cần phải sử dụng phương pháp trích ly

Nếu mẫu có màu hay chất hữu cơ, xử lý mẫu bằng cách đun sôi mẫu nhiều giờ với acid HCl 1: 1 trong cốc có quai bằng silicate, sứ hay platin Khi mẫu cạn, đốt nhẹ, phần tro còn lại, hòa tan bằng acid Nếu hàm lượng chất hữu cơ quá cao, bước phân hủy sẽ được thực hiện bằng giai đoạn trích ly

- Dung dịch hydroxylamine: hòa tan 10g NH2.OH.HCl trong 100ml nước cất

- Dung dịch đệm ammonium acetate (NH4C2H3O2): hòa tan 250g NH4C2H3O2

trong 150ml nước cất, thêm 700ml acid acetic CH3COOH đậm đặc, lắc đều

- Dung dịch chuẩn: chuẩn bị mỗi khi sử dụng

o Lấy 50ml dung dịch lưu trữ sắt, cho vào bình định mức 1000ml, thêm nước cất tới vạch định mức (1ml = 10 μg Fe)

o Lấy 5ml dung dịch lưu trữ sắt, cho vào bình định mức 1000 ml, thêm nước cất tới vạch định mức (1ml = 1μg Fe)