bài giảng thực hành hóa kỹ thuật môi trường 1

Thiết bị lấy mẫu ở các độ sâu khác nhau thiết bị lấy mẫu đóng kín theo chiều sâu, gầu lấy mẫu, bơm thu mẫu, thiết bị thu mẫu tự động  Bình chứa mẫu có dung tích 2 lít phân tích các chỉ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC & MÔI TRƯỜNG

BÀI GIẢNG THỰC HÀNH HÓA KĨ THUẬT MÔI TRƯỜNG 1

Người biên soạn: Phạm Thị Lan

Bộ môn: CNKTMT

Nha Trang, tháng 2 năm 2012

BÀI 1 LẤY MẪU VÀ BẢO QUẢN MẪU

I ĐẠI CƯƠNG :

Lấy mẫu là thu thập một thể tích mẫu thích hợp, sau đó xử lý, vận chuyển đến nơi phân tích, đảm bảo chất lượng mẫu chưa thay đổi Việc lấy mẫu và bảo quản phải thận trọng, tuân thủ theo đúng quy định kỹ thuật sao cho mẫu nước vẫn giữ nguyên những đặc tính cơ bản Nếu có thay đổi cũng không đáng kể

II MỤC ĐÍCH LẤY MẪU :

 Điều tra chất lượng nước

 Phát hiện, đánh giá ô nhiễm

 Xác định tính thích hợp cho việc sử dụng nguồn nước với nhiều mục đích khác nhau

 Tham gia vào quá trình quản lý nguồn tài nguyên nước

III PHƯƠNG THỨC LẤY MẪU :

a Chuẩn bị dụng cụ

 Thiết bị thu mẫu: Bình chứa mẫu (bằng nhựa, thép không rỉ hoặc thủy tinh), thiết

bị phân tầng đáy, thủy sinh Thiết bị lấy mẫu ở các độ sâu khác nhau (thiết bị lấy mẫu đóng kín theo chiều sâu), gầu lấy mẫu, bơm thu mẫu, thiết bị thu mẫu tự động

 Bình chứa mẫu có dung tích 2 lít (phân tích các chỉ tiêu hóa lý) phải sạch, khô và tráng ít nhất 3 lần bằng chính nguồn nước trước khi lấy mẫu Mẫu nước cần lấy đầy bình và đậy kín nắp Riêng mẫu phân tích vi sinh cần lấy trong bình riêng đã được thanh trùng ở nhiệt độ 175oC trong 1 giờ và mẫu không được lấy quá đầy

 Ghi nhận vào hồ sơ lấy mẫu: Chai lấy mẫu cần được dán nhãn, ghi chép đầy đủ những chi tiết liên quan đến việc lấy mẫu như: thời điểm lấy mẫu (ngày, giờ), tên người lấy mẫu, vị trí lấy mẫu, loại mẫu, các dữ liệu về thời tiết, mực nước, dòng chảy, khoảng cách bờ, độ sâu, phương pháp lấy mẫu, các công trình liên hệ đến mẫu nước, chi tiết về phương pháp lưu giữ mẫu đã dùng

Chai lấy mẫu nước ở độ sâu 1 -20 m

b Phương pháp lấy mẫu

 Mẫu lấy từ hệ thống phân phối nước của thành phố hoặc từ giếng ngầm đều cần xả hoặc bơm bỏ lượng nước ban đầu trước khi lấy mẫu để đảm bảo đúng chất lượng nguồn Chú ý xả lượng nước ứ đọng tại vòi khoảng 2 giờ trước khi lấy mẫu hoặc bơm xả rửa nước ban đầu với tốc độ cao trước khi lấy mẫu Đối với các nguồn nước cần giám sát ô nhiễm nên chọn lấy mẫu ở nhiều độ sâu khác nhau và theo diện rộng Không nên lấy mẫu trong các ống vách của giếng khoan vì chất lượng nước đã bị biến đổi do hoạt động hoá học và sinh học

 Mẫu nước lấy ở sông, suối hay kênh rạch có tính chất thay đổi theo độ sâu , dòng chảy, khoảng cách bờ, các yếu tố về thời tiết … do vậy cần chọn lấy mẫu hỗn hợp hay lấy mẫu riêng biệt Nếu lấy mẫu bất kỳ, cần chọn mẫu ở độ sâu trung bình tại

vị trí giữa dòng Đối với các vị trí tiếp nhận nguồn nước thải cần cẩn thận chọn nơi

và địa điểm lấy mẫu (phụ thuộc vào tốc độ, hướng dòng chảy) do vậy nên xem xét lấy mẫu ở nhiều độ sâu (do phân tầng) và theo chiều dọc, ngang

 Mẫu nước lấy từ ao hồ chịu ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố: Lưu lượng mưa, lượng nước chảy tràn trên bề mặt, gió, yếu tố phân tầng theo mùa … Do vậy, việc chọn lấy mẫu phải tùy thuộc vào mục đích khảo sát và điều kiện địa phương Riêng về lấy mẫu hỗn hợp, nên chọn lấy mẫu ở nhiều vị trí (giữa dòng, bờ trái, bờ phải) theo nhiều độ sâu khác nhau (từ mặt thoáng xuống tận đáy) Đối với nước

ao, hồ chất lượng nước thường thay đổi theo mùa, tần số lấy mẫu phụ thuộc vào yêu cầu kiểm tra Tuy nhiên khoảng cách một tháng giữa các lần lấy mẫu là chấp nhận đặc trưng cho chất lượng trong thời gian dài

 Nước thải của các nhà máy công nghiệp nên lấy ở các phân xưởng sản xuất theo từng giờ, từng ca sản xuất và lấy ở vị trí cống chung Nếu cần lấy mẫu hỗn hợp, khi trộn lẫn các mẫu, cần xử lý thích hợp tránh sự thất thoát các chất dễ bay hơi, ảnh hưởng đến kết quả phân tích mẫu

III BIỆN PHÁP AN TOÀN :

 Trong quá trình lấy mẫu phải chú ý đến các thành phần độc chất trong mẫu do vậy cần áp dụng những biện pháp đề phòng hữu hiệu và xử lý mẫu thích hợp Độc chất

có thể thấm qua da, bay hơi thâm nhập vào phổi, cũng không loại trừ tình trạng ngộ độc qua đường tiêu hóa Hiện tượng nhiễm bệnh do vi khuẩn, virut

 Các phương tiện phòng hộ phổ biến là: găng tay, ủng, kính bảo hộ mắt, khẩu trang

… Trong phòng thí nghiệm, khi tiếp xúc với chất độc dễ bay hơi, nhân viên phải trang bị thêm mặt nạ chống hơi độc cá nhân và chỉ mở các bình mẫu nghi ngờ có hơi độc nơi vắng người, thông thoáng tốt hay trong tủ hút mà thôi

 Đối với chất hữu cơ dễ cháy, không được phép hút thuốc gần mẫu, nơi chứa mẫu cũng như trong phòng thí nghiệm Cảnh giác với các tia lửa, ngọn lửa hay nguồn nhiệt quá nóng Trong phòng kín như phòng lạnh, phòng trữ mẫu, phải lưu ý đến tiếp điểm của công tắc neon, máy điều nhiệt, bộ phức hợp sử dụng điện … là

những nơi có thể gây ra tia lửa điện, nguyên nhân gây ra những vụ cháy nổ Tùy nguồn nhiễm bẩn mà có biện pháp phòng hộ y tế nghề nghiệp khác nhau

IV THỜI GIAN LƯU TRỮ MẪU VÀ BẢO QUẢN MẪU :

 Thời gian lưu trử mẫu càng ngắn thì kết quả phân tích càng chính xác Sau khi lấy mẫu đòi hỏi phải phân tích ngay một số các chỉ tiêu sau: pH, nhiệt độ, DO, H2S ,

CO2, Clo dư

 Thời gian lưu trữ tối đa đối với các mẫu được giới hạn như sau :

- Nước thiên nhiên không bị ô nhiễm : 72 giờ

- Nước gần nguồn gây ô nhiễm : 48 giờ

- Nước bị ô nhiễm nặng : 12 giờ

 Nếu mẫu có thêm hóa chất để bảo quản, thời gian lưu mẫu có thể kéo dài hơn

 Phương thức bảo quản mẫu nước theo chỉ tiêu phân tích được trình bày trong bảng sau :

Bảng 1 : Phương thức bảo quản và thời gian tồn trữ

Chỉ tiêu phân tích Phương thức bảo quản Thời gian tồn trữ tối đa

Độ cứng (hardness) Không cần thiết

Calci ( Ca2+) Không cần thiết

Cloride (Cl-) Không cần thiết

Floride (F-) Không cần thiết

H2S Thêm 2 mg/l zine acetate 7 ngày

DO ( 0,7 ml H2SO4 + 1 ml NaN3 ) /

300 ml ; 10 - 20oC

8 giờ

Dầu và mỡ 4oC , 2 ml/l H2SO4 28 ngày

Carbon hữu cơ 2 ml/l HCL , pH<2 7 ngày

Cyanide 4oC , NaOH , pH>12 , trong tối 24 giờ

Phenol 4oC , H2SO4 , pH<2 24 giờ

N-NH3 4oC , H2SO4 , pH<2 7 ngày

N-NO2 , N-NO3 4oC , H2SO4 , pH<2 Phân tích ngay

Fe, Mn 4oC , HNO3 , pH<2, 6 tháng

BÀI 2 ĐỘ ACID

I ĐẠI CƯƠNG:

Độ acid biểu thị khả năng phóng thích ion H+ do sự có mặt của một số acid yếu trong nước như acid carbonic, acid tanic, acid humic (hình thành từ sự phân hủy chất hữu

cơ và sự thủy phân các muối acid mạnh như sulfate nhôm, sắt …) Đặc biệt khi có sự hiện diện của các acid vô cơ, mẫu nước sẽ có pH rất thấp

Nguồn nước thiên nhiên luôn duy trì một thế cân bằng giữa các ion bicarbonate, carbonate và khí carbon dioxide hòa tan Trong thực nghiệm, hai khoảng pH chuẩn được

sử dụng để phân biệt độ acid bao gồm: Khoảng pH thứ nhất ứng với điểm đổi màu của chất chỉ thị methyl cam (từ 4,2 – 4,5) đánh dấu sự chuyển biến ảnh hưởng của các acid vô

cơ mạnh sang vùng ảnh hưởng của carbonic acid Khoảng pH thứ hai ứng với điểm đổi màu của chất chỉ thị phenolphtalein (từ 8,2 – 8,4) chuyển sang vùng ảnh hưởng của nhóm carbonate trong dung dịch

1 Ý Nghĩa Môi Trường

Nước mang tính acid rất được chú ý do tính chất an mòn của chúng Đặc biệt trong các quá trình xử lý sinh học, pH phải duy trỳ ở khoảng 6 – 9 Do vậy, dựa vào độ acid của nước để tính chính xác lượng hóa chất sử dụng

2 Phương pháp thí nghiệm (Phương pháp chuẩn độ)

Dùng dung dịch kiềm mạnh để định phân xác định độ acid

 Độ acid do ảnh hưởng của acid vô cơ được xác định bằng cách định phân đến điểm đổi màu của chỉ thị methyl cam nên được gọi là ĐỘ ACID METHYL (dung dịch từ màu đỏ chuyển sang da cam)

 Kế tiếp, định phân xác định độ acid toàn phần đến điểm đổi màu của chỉ thị phenolphthalein, gọi là ĐỘ ACID TỔNG CỘNG (dung dịch không màu chuyển sang tím nhạt)

3 Các yếu tố ảnh hưởng

 Các chất khí hòa tan như CO2, H2S, NH3 có thể bị mất đi hoặc hòa tan vào mẫu trong quá trình lưu trữ hoặc định phân mẫu làm ảnh hưởng đến kết quả phân tích

Có thể khắc phục bằng cách định phân nhanh, tránh lắc mạnh và giữ nhiệt độ mẫu

ổn định

 Đối với mẫu nước cấp, hàm lượng chlorine dư cao, có tính tẩy màu làm ảnh hưởng đến kết quả định phân

 Trong trường hợp mẫu có độ màu và độ đục cao, phải xác định độ acíd bằng phương pháp chuẩn độ điện thế

II THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT :

2.1 Thiết Bị

- Erlen 125ml: 2 - Ống đong100ml: 1

- Buret 25 hoặc 50ml: 1 - Pipet 25 ml: 1

- Máy khuấy từ: 1 - PH kế: 1

Buret Buret digital

2.2 Hóa Chất

 Dung dịch NaOH 0,02 N

• Dung dịch NaOH 1N: cân 40 g NaOH hoà với nước cất sau đó định mức thành 1 lít

• Dung dịch NaOH 0,02N: Lấy 20 ml dung dịch NaOH 1N định mức thành 1 lít

 Chỉ thị Methyl dacam: Hoà tan 50 mg methyl cam trong nước cất thành 1 lít

 Chỉ thị Phenolphthalein: Hoà tan 500 mg phenolphthalein trong 50 ml methanol, định mức thành 100 ml

 Dung dịch thiosulfate 0,1 N:Hoà tan 15,8 g Na2S2O3 vào nước cất sau đó định mức thành 1 lít

III THỰC HÀNH :

 Nếu mẫu là nước cấp, trước khi định phân thêm 1 giọt Na2S2O3 0,1N để loại ảnh hưởng của chlorine

Mẫu có giá trị pH < 4,5:

 Lấy 100ml mẫu vào erlen, thêm 3 giọt chỉ thị methyl cam Sau đó định phân bằng dung dịch NaOH 0,02N đến khi dung dịch chuyển sang màu da cam Ghi nhận thể tích V1 ml dung dịch NaOH đã dùng để tính độ acid methyl cam

Mẫu có giá trị pH > 4,5:

Buret tự động

 Lấy 100ml mẫu vào erlen, thêm 3 giọt chỉ thị phenolphthalein Dùng dung dịch NaOH 0,02N định phân đến khi dung dịch vừa có màu tím nhạt Ghi nhận thể tích

V2 ml dung dịch NaOH đã dùng, tính độ acid tổng cộng

IV TÍNH TOÁN :

V x 0.02 x 50 x1000 V * 1000

Độ acid ( mg CaCO3/l ) = - =

V mẫu V mẫu

Với V : thể tích dung dịch NaOH dùng định phân ( ml ) : V = V1 + V2

V TRẢ LỜI CÂU HỎI :

1 Tại vị trí lấy mẫu pH của mẫu nước đo được là 6,5; khi vận chuyển đến phòng thí nghiệm, pH tăng lên 7,4 Giải thích tại sao ?

Tại vị trí lấy mẫu ta đo được pH = 6,5 lúc này nồng độ CO2 trong mẫu cân bằng với nồng độ CO2 trong khí quyển

Khi vận chuyển đến phòng thí nghiệm, do môi trường xung quanh mẫu thay đổi nên có sự chênh lệch nồng độ CO2 trong mẫu và trong khí quyển pH của mẫu tăng lên 7,4 chứng tỏ đã có một lượng CO2 trong mẫu thoát ra môi trường khí quyển để đảm bảo

sự cân bằng CO2

2 pH của nước có thể tính từ độ acid của nước hay không Tại sao?

pH của nước không thể tính từ độ acid của nước vì giá trị pH được tính dựa vào nồng độ ion H+ có trong nước (pH= -log [H+]) mà ion H+ chủ yếu là do các axit mạnh phân ly ra Độ axit dùng biểu thị sự giải phóng ion H+ trong nước ở dạng là axit yếu như axit cacbonic…

3 Nêu các nguyên nhân hình thành độ acid của mẫu nước?

Nguyên nhân hình thành độ acid của mẫu nước là do trong mẫu có các axit cacbonic, axit tamic, axit humic (được hình thành trong quá trình phân hủy chất hữu cơ);

sự thuỷ phân các muối sunfat của sắt, nhôm:Al2(SO4)3, FeSO4…

Các axit vô cơ có nhiều trong chất thải công nghiệp, đặc biệt trong công nghiệp luyện kim, sản xuất hoá chất tổng hợp cũng là nguyên nhân gây nên độ axit trong nước Các axit vô cơ có nhiều trong nước ngầm khi chảy qua vùng mỏ hoặc lớp khoáng có chứa các hợp chất lưu huỳnh như FeS2:

2S + 3O + H O 2H SO

FeS +3.5O + H O FeSO + H SO

VK

VK

→

→

CO2 là nguyên nhân chủ yếu gây độ axit trong nước CO2 có thể có trong nước do hấp thụ

từ không khí

+ - +

CO + H O → H CO → H + HCO → H + CO

hoặc do quá trình oxy hoá sinh học các chất hữu cơ trong nước tạo thành CO2 và nước

BÀI 3 ĐỘ KIỀM

I ĐẠI CƯƠNG:

Độ kiềm biểu thị khả năng thu nhận proton H+ của nước Độ kiềm trong nước do 3 ion chính tạo ra: hydroxide, carbonate 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 hóa sinh học như acid humic, dạng muối của chúng có khả năng làm tăng độ kiềm Những nguồn nước ô nhiễm, muối của acid yếu như acid acetic, propionic cũng làm thay đổi độ kiềm Ngoài ra, sự có mặt của ammoniac cũng ảnh hưởng đến độ kiềm tổng cộng của mẫu nước

1 Ý nghĩa môi trường

Nguồn nước mặt, ở điều kiện thích hợp, có sự xuất hiện của tảo Chính quá trình phát triển và tăng trưởng của tảo giải phóng một lượng đáng kể carbonate và bicarbonate làm cho pH nước tăng dần có thể lên đến 9 – 10 Ngoài ra một số nguồn nước được xử lý với hóa chất (làm mềm bằng vôi hay soda) có chứa nhóm carbonate và OH- làm tăng độ kiềm

2 Phương pháp xác định (phương pháp chuẩn độ)

Xác định độ kiềm bằng phương pháp định phân thề tích với chỉ thị phenolphtalein và methyl cam (hoặc chỉ thị hỗn hợp bromoresol lục + methyl đỏ) trong từng giai đoạn và tùy trường hợp:

 Chỉ thị phenolphtalein sẽ có màu tím nhạt trong môi trường có ion hydroxide và ion carbonate, màu tím sẽ trở nên không màu khi pH < 8,3

 Chỉ thị methyl cam cho màu vàng với bất kỳ ion kiềm nào và trở thành màu đỏ khi dung dịch trở thành acid Việc định phân được xem là hoàn tất khi dung dịch có màu da cam (pH = 4,5)

Vì sự đổi màu của methyl cam khó nhận thấy, nên chọn định phân với chỉ thị hỗn hợp bromocresol lục + methyl đỏ có khoảng đổi màu rõ ràng

3 Các yếu tố ảnh hưởng

 Lượng chlorine dư trong nước uống ảnh hưởng đến kết quả định phân làm nhạt màu chất chỉ thị

 Mẫu nước có độ màu và độ đục cao phải dùng phương pháp chuẩn độ điện thế

 Những chất kết tủa, xà bông, chất dầu, 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 chùi electrode mỗi khi tiến hành thí nghiệm Không lọc, pha loãng hay cô đặc mẫu

II THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT:

2.1 Thiết Bị :

- Pipet 25 ml: 1 - Erlen 125ml: 2

- Ong đong 100ml: 1 - Buret 25 hoặc 50ml:1

- Máy khuấy từ:1

2.2 Hóa chất:

 Dung dịch HCl hay H2SO4 0,02N: Hoà tan 28 ml H2SO4 đậm đặc thành 1 lít dung dịch (H2SO4 1N) Lấy 20 ml dung dịch H2SO4 1N hoà tan thành 1 lít Định phân lại nồng độ acid bằng Na2CO3 0,02N (hoà tan 1,06 g Na2CO3 đã sấy ở 105oC thành

1 lít)

 Chỉ thị phenolphthalein 0,5%: Hoà tan 500 mg phenolthalein trong 50 ml methanol, thêm nước cất định mức thành 100 ml

 Chỉ thị metyl da cam: Hoà tan 50 mg Methylccam trong nước cất thành 100 ml

 Chỉ thị hỗn hợp bromocresol lục và methyl đỏ: Hoà tan 20 mg methyl đỏ và 200

mg bromocresol lục vào ethanol, định mức thành 100 ml bằng dung dịch ethanol

95o

III THỰC HÀNH :

a Mẫu có pH > 8,3

Lấy 100ml mẫu vào erlen, thêm 3 giọt chỉ thị màu phenolphthalein Định phân bằng dung dịch H2SO4 cho đến khi dung dịch vừa mất màu Ghi nhận thể tích V1 ml H2SO4

0,02N đã dùng để tính ĐỘ KIỀM PHENOL (P)

b Mẫu có pH < 8,3

Lấy 100ml mẫu vào bình tam giác, thêm 3 giọt chỉ thị màu metyl cam (hay 3 giọt chỉ thị màu hỗn hợp) Làm 2 ống đối chứng, cho vào 2 ống nghiệm mỗi ống 25ml mẫu, ống thứ nhất thêm 1ml H2SO4 1N + 1 giọt metyl cam, ống thứ 2 thêm 1ml NaOH 1N +1 giọt methyl cam (màu giữa 2 ống đối chứng) Nếu dùng chỉ thị hỗn hợp, tại điểm kết thúc dung dịch có màu đỏ xám Ghi thể tích V2 ml H2SO4 0,02N đã dùng để tính Độ kiềm Methyl cam hay độ kiềm tổng cộng

IV TÍNH TOÁN:

V1 x 0,02 x 50 x 1000

Độ kiềm Phenol ( mg CaCO3 /l ) =

V mẫu

Máy khuấy từ