Phương pháp phân tích BOD Bài thực tập Đo đạc và đánh giá chất lượng môi trường nước

Phương pháp phân tích BOD Bài thực tập Đo đạc và đánh giá chất lượng môi trường nước (Áp dụng cho các trường hợp nước mưa, nước cấp, nước mặt, nước ngầm, nước thải ) Trình tự tiến hành đánh giá các th.

Trang 1

Bài thực tập: Đo đạc và đánh giá chất lượng môi trường nước

(Áp dụng cho các trường hợp: nước mưa, nước cấp, nước mặt, nước ngầm, nước thải…)

Trình tự tiến hành đánh giá các thông số cơ bản trong môi trường nước

(cho phân tích hàng loạt)

Phần 1 Công tác ngoài hiện trường

Phần 2 Công tác trong phòng thí nghiệm

Hà Nội, tháng 8 - 2014

Bảo quản mẫu

Xác định kết quả chất rắn

Trang 2

XÁC ĐỊNH NHIỆT ĐỘ NƯỚC

(Phương pháp đo đạc trực tiếp)

I Đặc điểm của thông số và phương pháp

Nhiệt độ thông thường được xác định là nhiệt độ tự nhiên của nước Nhiệt độ tự nhiên của nước là hệ quả của các yếu tố ảnh hưởng: bên ngoài (ánh sáng, gió, mưa, nước thải) và bên trong môi trường nước (độ đục, sinh vật, diện tích bề mặt ) Nhiệt độ ảnh hưởng tới nhiều quá trình tự nhiên trong môi trường nước Bên cạnh đó, trong đo đạc, phân tích các thông số khác, yêu cầu đo đạc lại nhiệt độ do ảnh hưởng của nhiệt độ tới các chất khí hòa tan, cân bằng pha khí – lỏng hay độ chính xác của các thiết bị đo đạc thể tích

Nhiệt độ thường được đo đạc trực tiếp ngoài hiện trường bằng nhiệt kế hoặc các máy đo nhiệt độ, máy đo tích hợp đo nhiệt độ

II Thủ tục tiến hành đo đạc, phân tích

1 Chuẩn bị mẫu

- Nhiệt độ nước thông thường được tiến hành đo đạc ngoài hiện trường

2 Chuẩn bị dụng cụ, hóa chất

- Thiết bị đo nhiệt độ không khí, ngưỡng đo yêu cầu từ -20 đến 60oC

- Thiết bị đo nhiệt độ nước, ngưỡng đo yêu cầu từ 0 đến 100oC

3 Tiến hành đo đạc

- Thiết bị đo đạc ngoài hiện trường phải được che nắng, tránh ánh sáng trực tiếp

- Nhiệt độ không khí được đo cách mặt đất, mặt nước khoảng 1m

- Nhúng thiết bị vào nước đến một độ sâu xác định, tới khi kết quả không đổi, ghi lại nhiệt độ

- Đo nhiệt độ từ trên mặt xuống dưới các các tầng sâu

III Những vấn đề cần chú ý (các yếu tố ảnh hưởng tới kết quả đo)

- Phương pháp đo đạc trực tiếp bắt buộc phải hiệu chỉnh, chuẩn hóa thiết bị trước khi đo đạc

- Độ đục hay thành phần chất rắn lơ lửng trong nước có ảnh hưởng tới kết quả đo đạc của nhiệt độ nhưng không đáng kể

Trang 3

XÁC ĐỊNH pH NƯỚC

Giá trị pH là đại lượng nghịch đảo logarit của hoạt độ ion hydro (mol/l), pH = 7 tại nhiệt độ

25oC trong nước tinh khiết (điểm trung tính) Giá trị pH thể hiện tính axít hay kiềm và đồng thời thể hiện các muối tan mang tính axit hoặc bazơ, giảm trong điều kiện axít và tăng trong điều kiện kiềm Trong đất, sự chua hoá là do tồn tại các thành phần của hydroxit của Fe và Al cũng như sự hình thành các axít hữu cơ từ qúa trình khoáng hoá các vật chất hữu cơ, sự rửa trôi của chúng vào nước làm thay đổi pH của nước pH trong nước trung tính luôn nằm trong khoảng 6,5 và 7,5, các giá trị thấp hơn là do sự tồn tại của CO2 tự do trong nước do khuếch tán, hô hấp, phân hủy chất hữu cơ

pH có thể được xác định bằng phương pháp chuẩn độ hoặc đo đạc trực tiếp

- pH nước thông thường được tiến hành đo đạc ngoài hiện trường

- Giấy quỳ, phenolptalein

- Máy đo pH điện cực thủy tinh

- Dung dịch chuẩn pH (tùy theo thiết bị, thường có 2 điểm pH chuẩn là 4,0 và 7,0 hoặc 7,0 và 9,0 hoặc 4,0 và 10,0 )

- KCl 1M để bảo quản điện cực

- Nước cất, giấy hoặc khăn mềm, sạch

Hiệu chỉnh điện cực

- Điện cực phải được bảo quản đúng quy định của thiết bị (ví dụ bảo quản khô, bảo quản trong KCl)

- Hiệu chỉnh với các dung dịch chuẩn (theo hướng dẫn), ngưỡng đo phải nằm trong khoảng của hai dung dịch này

- Phần lớn các thiết bị tự đo đạc nhiệt độ tại thời điểm đo và tự động quy đổi sang 25oC

Thủ tục đo đạc

- Tráng điện cực bằng nước cất, thấm khô bằng khăn sạch trước mỗi lần đo

- Nhúng điện cực vào mẫu nước, đợi kết quả hiển thị trên máy ổn định, ghi lại kết quả

- Tráng lại điện cực bằng nước cất, thấm khô, chuyển sáng mẫu tiếp theo

- Phương pháp đo đạc trực tiếp bắt buộc phải hiệu chỉnh, chuẩn hóa thiết bị trước khi đo đạc

- Với giá trị pH ngoài khoảng 2 – 10, việc đo giá trị pH có thể xuất hiện lỗi (tùy thiết bị) Trong các trường hợp này, nên sử dụng điện cực có thể đo đạc trong điều kiện axit hoặc kiềm mạnh

- Mặc khác, sự thay đổi cấu trúc thuỷ tinh của điện cực cũng có thể dẫn đến lỗi phép đo (sau thời gian dài sử dụng) Yêu cầu phải thay mới điện cực

- Độ nhạy có thể bị giảm do mẫu tồn tại vật chất dạng dầu (bám vào thành điện cực) Lỗi phép đo này có thể được hạn chế bằng cách rửa điện cực trước mỗi lần đo bằng dung dịch tẩy rửa loãng, axit HCl loãng, và cuối cùng rửa lại bằng nước cất

Trang 4

XÁC ĐỊNH THẾ OXY HÓA – KHỬ (Eh HOẶC ORP)

Thế oxy hóa khử thể hiện hoạt độ của các electron trong nước Nó cũng tương tự như giá trị

pH, thế khử kiểm soát các quá trình hoá học xuất hiện trong tự nhiên Đột ngột giảm thế oxy hóa khử trong nước và nước thải có thể do các quá trình sinh học yếm khí Trong nước đứng, oxy có thể thâm nhập vào bề mặt bằng sự khuếch tán, do đó hỗ trợ cho môi trường hiếu khí Môi trường yếm khí có thể hình thành theo chiều sâu hoặc trong cặn đáy do thiếu sự sáo trộn Trong trường hợp này thế oxy hóa khử sẽ là bằng chứng quan trọng trong việc thay đổi tính chất nước

Thế oxy hóa khử đo đạc bằng quá trình cạnh tranh của các electron cho (khử) và electron nhận (oxy hoá) Thế oxy hóa khử thường được đo đạc trực tiếp ngoài hiện trường

- Eh của nước thông thường được tiến hành đo đạc ngoài hiện trường hoặc ngay khi mẫu được thu thập

- Máy đo thế oxy hóa khử (điện cực Platin hoặc Vàng)

- Dung dịch chuẩn Eh (Chinhydron hoà tan trong dung dịch đệm pH đến trạng thái bão hoà)

- Nước cất, khăn hoặc giấy mềm, sạch

Hiệu chỉnh thiết bị

- Thiết bị được hiệu chỉnh bằng Chinhydron trước mỗi lần tiến hành đo đạc hoặc định kỳ theo hướng dẫn sử dụng của thiết bị

- Điện cực thường được bảo quản bằng KCl 1M thường xuyên trong quá trình hiệu chỉnh, đo đạc

Đo đạc mẫu

- Nhúng điện cực vào mẫu nước, chờ đến khi giá trị trên máy đo ổn định trong vòng vài phút, ghi lại giá trị đo đạc được

- Rửa sạch điện cực sau mỗi lần sử dụng, thấm khô điện cực trước khi đo mẫu tiếp theo

- Tắt máy sau khi sử dụng, bảo quản điện cực trong dung dịch bảo quản thích hợp

- Thế khử luôn tỷ lệ với giá trị pH trong khoảng từ 1 đến 7 (đơn vị pH) Ví dụ với dung dịch bão hòa Chinhydron, pH 4,62 → 427 mV; pH 7,00 → 285 mV (tại 25oC)

- Giá trị đo phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố như hoạt độ ion, nhiệt độ và và điều kiện tự nhiên vốn có của bề mặt điện cực

- Kết quả đo Eh (mV) chỉ trong trường hợp mô tả các quá trình hiếu khí và yếm khí Dưới -200 mV là cực kỳ yếm khí, 0 đến -200 mV thể hiện đặc tính chuyển hoá và gía trị dương (+) mV thể hiện quá trình hiếu khí So sánh trực tiếp các giá trị chỉ đúng đối với cùng cặp khử, hoạt lực ion và giá trị pH

Trang 5

XÁC ĐỊNH ĐỘ DẪN ĐIỆN (EC)

Độ dẫn điện là thông số tổng hợp để đánh giá các vật chất hoà tan và vật chất phân ly Giá trị

độ dẫn điện phụ thuộc vào nồng độ và mức độ phân ly của các ion cũng như nhiệt độ và tốc độ của các ion trong trường điện tích Độ dẫn điện thường được quan trắc tại các nguồn thải của các nhà máy, nước mặt và nước ngầm Tại các khu vực duyên hải, các số liệu về độ dẫn có thể sử dụng để xem xét sự thâm nhập của nước mặn vào nước ngầm Trong các nghiên cứu về đất, độ dẫn điện cung cấp các thông tin và tỉ lệ muối tan trong đất

Độ dẫn điện được biểu diễn bằng đơn vị Ω/cm3 hoặc mS/cm

- Độ dẫn điện của nước thông thường được tiến hành đo đạc ngoài hiện trường hoặc ngay khi mẫu được thu thập

- Máy đo độ dẫn điện

- Dung dịch chuẩn

- Thiết bị được hiệu chỉnh với dung dịch KCl chuẩn theo hướng dẫn

- Trước và sau khi hiệu chỉnh, trước và sau khi đo phải rửa sạch điện cực bằng nước cất nhiều lần Kiểm tra giá trị hiển thị của máy đối với nước cất, nếu khác 0,00 thì phải hiệu chỉnh lại hoặc thay thế thiết bị

- Trước khi tiến hành đo đạc, phải tráng kỹ điện cực với nước cất, thấm khô điện cực trước khi đo mẫu

- Nhúng thiết bị vào trong mẫu nước, đợi đến khi kết quả ổn định, ghi lại kết quả

- Tráng lại điện cực với nước cất, thấm khô, chuyển sang mẫu tiếp theo

- Tiến hành thao tác như đo mẫu đối với một cốc sạch chứa nước cất

4 Tính toán kết quả

Kết quả thường được biểu diễn dưới đơn vị Ω/cm3 hoặc mS/cm, nhưng có nhiều trường hợp biểu diễn kết quả dưới dạng hoạt lực ion thay vì độ dẫn điện của mẫu nước Kết quả hoạt lực ion được tính toán từ độ dẫn điện của mẫu nước như sau:

I = 1,83 X 20 10 -5

X20: độ dẫn điện (μS/cm) tại 20oC

- Để đạt kết quả tốt nhất, nhiệt độ trong mẫu đo là 25oC Ảnh hưởng của nhiệt độ sẽ được máy

tự động bù Khi mẫu và thiết bị đo có cùng nhiệt độ, nhiệt độ nên được ghi lại

Trang 6

XÁC ĐỊNH NỒNG ĐỘ OXY HÒA TAN (DO)

Oxy là nền tảng đối cho sự sống của đa số sinh vật trong nước, phản ánh sự phân hủy các chất ô nhiễm trong nước Oxy có mặt trong nước thông qua sự khuếch tán bề mặt cũng như quá trình quang hợp xuất hiện trong tảo và thực vật Trong nước uống, nước sinh hoạt hàm lượng tối thiểu của oxy thường phải đạt giá trị > 4mg/l Oxy có thể xác định bằng thiết bị đo chuyên dụng hoặc bằng phương pháp chuẩn độ (phương pháp Winkler) Nồng độ oxy hòa tan trong nước được

đo đạc trực tiếp bằng các thiết bị có điện cực màng

- Nồng độ oxy hòa tan của nước thông thường được tiến hành đo đạc ngoài hiện trường hoặc ngay khi mẫu được thu thập

- Máy đo oxy hòa tan điện cực màng

- Thiết bị thường phải được hiệu chỉnh không khí ở nơi không có gió trước khi đo mẫu theo hướng dẫn Tránh lau trực tiếp khăn hoặc giấy vào màng điện cực

- Trước khi tiến hành đo đạc, phải tráng kỹ điện cực với nước cất, thấm khô phần thân điện cực trước khi đo mẫu

- Nhúng thiết bị vào trong mẫu nước, đợi đến khi kết quả ổn định, ghi lại kết quả

- Tráng lại điện cực với nước cất, thấm khô, chuyển sang mẫu tiếp theo

Độ thiếu hụt oxy: LO = DO bh – DO (mg/l)

DObh: Nồng độ oxy hòa tan bão hòa ở cùng điều kiện (nhiệt độ, áp suất, độ mặn/độ dẫn điện) (mg/l) DO: Nồng độ oxy hòa tan đo được trong mẫu nghiên cứu (mg/l)

- Máy đo DO thường có khả năng tự bù nhiệt độ, do đó việc ghi lại nhiệt độ tại thời điểm đo mẫu là rất quan trọng quyết định tính chính xác của kết quả

- Nồng độ oxy hòa tan trong môi trường nước thay đổi tùy theo nhiệt độ và áp suất do đó thường không ổn định Một số điều chỉnh khác cần tới khi áp suất không khí và nhiệt độ nước thay đổi

- Độ chính xác của kết quả phụ thuộc vào độ sạch của màng điện cực Vật chất gây nhiễu chính là H2S

Trang 7

PHÂN TÍCH CLO (Cl-)

(Phương pháp chuẩn độ)

I Giới thiệu chung về thông số và phương pháp

Clo tồn tại trong nước tự nhiên ở nồng độ rất lớn phụ thuộc vào điều kiện địa hoá, nồng độ clo lớn xuất hiện trong nước thường tại các địa điểm có sự trầm tích của muối ví dụ sự ảnh hưởng

từ biển Nồng độ Clo đến 250 mg/l làm cho nước có vị mặn trong một số loại nước ngược lại đối với các nước có hàm lượng lớn các ion Ca và Mg, nồng độ của Clo có thể lên đến 1000 mg/l Bên cạnh đó, clo cũng có thể coi là một chất chỉ thị ô nhiễm khi xem xét nó đồng thời với các thông số khác Dạng kết hợp của Cl với thuỷ ngân (metyl thuỷ ngân) là đặc biệt nguy hiểm Xác định Clo trong nước thường sử dụng phương pháp chuẩn độ bằng muối bạc (AgNO3 hoặc AgSO4) với chất chỉ thị là Kali cromat (K2Cr2O4)

II Tiến hành đo đạc và phân tích

Chuẩn bị mẫu

- Mẫu tiến hành phân tích clo tốt nhất nên ở nhiệt độ 20 – 25oC để đảm bảo tính chính xác của các dụng cụ đo đạc thể tích

- Mẫu được lọc qua giấy lọc thường (kích thước lỗ lọc 0,45 µm) trước khi phân tích

Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị

- Giấy lọc thường

- Burét chính xác

- Bình chuẩn độ

- Máy đo pH

Chuẩn bị hóa chất

- K2Cr2O4 5%

- AgNO3 (hoặc AgSO4) 0,02N

- Dung dịch chuẩn NaCl 0,02M; H2SO4 0,1M; CaCO3; NaOH 1M; H2O2 10%; phenolptalein

2 Tiến hành đo đạc, phân tích

- Kiểm tra pH mẫu, nếu pH nằm ngoài khoảng 5 – 9,5, hiệu chỉnh lại pH trước khi phân tích

- Lấy chính xác 10 – 100 ml mẫu nước sau lọc (tùy loại nước) cho vào bình tam giác 250ml

- Cho 1 ml K2Cr2O4 5% vào mẫu (mẫu sẽ chuyển sang màu vàng)

- Sử dụng dd chuẩn dộ AgNO3 (hoặc AgSO4) 0,02N đến khi có kết tủa màu nâu, ghi lại thể tích AgNO3 (hoặc AgSO4) 0,02N đã chuẩn độ

- Mẫu trắng thực hiện tương tự mẫu phân tích

Cl - (mg/l) = (V A - V B ).N.35,5.1000/V mẫu

- VA: thể tích AgNO3 (hoặc AgSO4) đã sử dụng khi chuẩn độ mẫu phân tích (ml)

- VB: thể tích AgNO3 (hoặc AgSO4) đã sử dụng khi chuẩn độ mẫu trắng (ml)

- N: nồng độ đương lượng của AgNO3 (hoặc AgSO4) (N)

- Vmẫu: thể tích mẫu lấy đi phân tích (ml)

Trang 8

III Những vấn đề cần chú ý (các yếu tố ảnh hưởng tới kết quả)

- Nếu pH thấp dưới 5, thêm vào mẫu một lượng nhỏ CaCO3 và lắc đều

- Nếu pH vượt quá 9,5, trước tiên mẫu được chuẩn độ với dung dịch H2SO4 0,1M sử dụng chỉ thị phenolptalein (ghi lại kết quả) Lượng axít thu được sau đó được thêm vào các mẫu để duy trì pH mẫu thấp hơn 9,5

- Để loại bỏ sunphit, và thiosunphat tiến hành như sau: Sau khi axit hoá bằng axít sunphuaric, lắc đều và đun sôi trong vài phút Thêm vào 3 ml H2O2 (10%), tiếp tục đun sôi khoảng 15 phút Lượng mất do bay hơi được bù lại sau Thêm vài giọt vào NaOH 1M để mẫu đạt được

độ kiềm yếu, đun hỗn hợp trong vài phút Lọc lại và thực hiện phân tích clo

Trang 9

PHÂN TÍCH COD

(Phương pháp chuẩn độ)

I Giới thiệu chung về thông số và phương pháp

Nhu cầu oxy hoá hoá học (COD) được xác định bằng lượng oxy cần thiết như một chất oxy hoá dùng trong phản ứng oxy hoá hoàn toàn các thành phần hữu cơ trong nước Mức độ oxy hoá phụ thuộc vào loại vật chất, pH, nhiệt độ, thời gian phản ứng và nồng dộ chất oxy hoá cũng như các chất thêm vào nếu có KMnO4 là chất oxy hoá dùng để xác định các thành phần hữu cơ trong nước

và nước thải Phương pháp này dễ thực hiện, tuy nhiên có những mặt hạn chế liên quan đến các vật chất hữu cơ như axít amino, ketones, hoặc axít cacboxylic bão hoà là các chất không thể oxy hoá bằng KMnO4 Để thu được các kết quả đo COD chính xác hơn, KMnO4 được thay bằng K2Cr2O7

(một chất oxy hoá mạnh hơn)

Cr2O72- + 14H+ + 6e- ↔ 2Cr3+ + 7H2O Phương pháp này được sử dụng để xác định COD trong tất cả các loại nước và nước thải Tất cả các vật chất hữu cơ hầu như bị oxy hoá hoàn toàn Nồng độ (mg/l O2) từ 10 -15 mg/l có thể

an toàn trong đo đạc Sự thay đổi các ion vô cơ có thể bị oxy hoá đồng thời (ví dụ: nitrít, sunphít, F(II)) Nồng độ clo cao gây nhiễu, do đó có thể sử dụng ion Hg hoặc khử hơi HCl trước khi xác định Ion bạc thường được thêm vào để tăng phản ứng oxy hoá

II Tiến hành đo đạc và phân tích

Chuẩn bị mẫu

- Mẫu tiến hành phân tích tốt nhất nên ở nhiệt độ 20 – 25oC để đảm bảo tính chính xác của các dụng cụ đo đạc thể tích

- Mẫu cần được lắc đều trước khi lấy đem đi phân tích

Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị

- Ống sinh hàn 10, 20, 50 ml

- Bếp đun điều chỉnh được nhiệt độ

- Buret chính xác và Bình tam giác

Chuẩn bị hóa chất

- Muối Mohr (0,02N đến 0,5N)

- K2Cr2O7 (0,1N đến 0,5N)

- Ag2SO4 trong H2SO4 đặc

- Diphenylamin

- Tinh thể tinh khiết của Hg2SO4; Ag2SO4; Axit sunfamic

2 Tiến hành đo đạc, phân tích

Công phá mẫu (chuẩn bị mẫu đo)

- Sử dụng buret lấy chính xác 2ml K2Cr2O7 0,1N chuyển vào ống sinh hàn

- Sử dụng pipet lấy chính xác 4 ml mẫu đưa vào ống (lắc đều mẫu trước khi lấy)

- Sử dụng pipet lấy 3 ml H2SO4 + Ag2SO4 cho vào ống đậy nắp

- Đậy mẫu kín đưa vào bếp đun ở 150 – 200oC trong 2 – 3 giờ

- Sau 2 – 3 giờ lấy mẫu ra, để nguội, chuyển mẫu sang bình tam giác, sử dụng bình tia tráng vài lần Thêm vào nước cất tới khoảng 50 - 100 ml

- Mẫu trắng làm tương tự mẫu phân tích

Trang 10

Chuẩn độ mẫu sau công phá

- Cho muối Mohr vào buret

- Nhỏ 2-3 giọt diphenylamin vào mẫu (chỉ nhỏ dung dịch diphenylamin ngay trước khi tiến hành chuẩn độ - dung dịch chuyển màu tím đen)

- Chuẩn độ bằng muối Mohr đến khi có màu xanh rêu Ghi lại thể tích muối Mohr đã sử dụng

- Mẫu trắng chuẩn độ như mẫu phân tích

COD (mg/l) = (V a -V b ).N.8.1000/V mẫu

- Va: Thể tích muối Mohr đã sử dụng để chuẩn độ mẫu trắng (ml)

- Vb: Thể tích muối Mohr đã sử dụng để chuẩn độ mẫu phân tích (ml)

- N: Nồng độ đương lượng muối Mohr (N)

- Vmẫu: Thể tích mẫu đã lấy phân tích (ml)

III Những vấn đề cần chú ý

- Mẫu có thể chứa Cl-, khi Cl- >100 mg/l cần loại bỏ bằng HgSO4

- Mẫu có thể chứa NO3-, loại bỏ bằng axit sunfamic (10 mg cho mỗi mg NO3- sau khi cho

K2Cr2O7)

- Mẫu có thể chứa hàm lượng lớn các chất hữu cơ, quá trình oxy hoá không hoàn toàn dẫn tới kết quả đo không đúng Trong những trường hợp như vậy, việc tăng thể tích K2Cr2O7 hoặc tăng nồng độ K2Cr2O7 là cần thiết Thông thường đối với nước mặt sử dụng K2Cr2O7 0,1N và muối Mohr 0,02N nhưng việc tăng nồng độ K2Cr2O7 cũng đòi hỏi phải tăng nồng độ muối Mohr tương ứng trong quá trình chuẩn độ mẫu

Tiêu đề	Phương pháp phân tích BOD Bài thực tập Đo đạc và đánh giá chất lượng môi trường nước
Trường học	Đại Học Môi Trường Hà Nội
Chuyên ngành	Địa môi trường
Thể loại	Bài thực tập
Năm xuất bản	2014
Thành phố	Hà Nội

Định dạng
Số trang	18
Dung lượng	76,82 KB