BÀI tập CẤU TẠO VỀ NƯỚC VÀ SỰ Ô NHIỄM NƯƠC

BÀI tập về nước, BÀI tập về nước, BÀI tập về nước, BÀI tập về nước, BÀI tập về nước, BÀI tập về nước, BÀI tập về nước, BÀI tập về nước, BÀI tập về nước, BÀI tập về nước, BÀI tập về nước, BÀI tập về nước, BÀI tập về nước, BÀI tập về nước, BÀI tập về nước, BÀI tập về nước, BÀI tập về nước, BÀI tập về nước,

MỞ ĐẦU

Nước có vai trò vô cùng quan trọng đối với con người cũng như bất cứsinh vật nào trên Trái đất Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá nhưngkhông phải là vô tận Nước cần cho mọi sự sống và phát triển, nước vừa là môitrường vừa là đầu vào cho các quá trình sản xuất nông nghiệp, công nghiệp

Nước trong tự nhiên bao gồm toàn bộ các đại dương, biển vịnh, sông, hồ,

ao suối, nước ngầm, hơi nước ấm trong đất và trong khí quyển Trên Trái đất,khoảng 94 % là nước mặn, 2-3% là nước ngọt Nước ngọt chiếm 1 tỷ lệ rất nhỏ

và tồn tại dưới dạng lỏng trong tự nhiên dưới dạng nước mặt, nước ngầm, băngtuyết…

Nhưng hiện nay môi trường nước đang dần bị ô nhiễm nghiêm trọng donhiều nguyên nhân khác nhau Từ đó đặt ra vấn đề làm sao phải có những giảipháp hạn chế và khắc phục sự ô nhiễm đó

Để nghiên cứu sâu vào một đối tượng khá phổ biến này, nhóm chúng tôi đãnghiên cứu về vấn đề về bề nước mặt, sự ô nhiễm nước mặt hiện nay và đưa ranhững nguyên nhân, giải pháp để làm rõ vấn đề này

Nước mặt là thuật ngữ dùng để chỉ bất kỳ loại nước nằm tự do trên mặt đấtbao gồm nước sông, hồ hay bất kỳ nước nào mà không bị thấm hoặc chảy thoátđi.

Tài nguyên nước mặt là nước phân bổ trên mặt đất, nước trong đại dương,sông, suối, ao , hồ, đầm lầy

Để nghiên cứu về nước mặt sau đây là một số thông số hóa lý cơ bản về nướcmặt

 Chỉ tiêu vật lý:

1 Độ pH

Thuật ngữ pH được sử dụng rộng rãi để biểu diễn tính acid hoặc tính kiềmcủa dung dịch pH là chỉ số biểu diễn nồng độ của ion – hydro, hay nói chínhxác hơn là nồng độ hoạt tính của ion – hydro pH có vai trò quan trọng tronghầu hết các quá trình của lĩnh vực kỹ thuật môi trường Trong lĩnh vực cấpnước, pH là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình keo tụ hóa học, khửtrùng, làm mềm và kiểm soát tính ăn mòn của nước Trong xử lý nước thảibằng các quá trình sinh học, pH phải được duy trì trong giới hạn tối ưu cho sựphát triển của vi sinh vật Các quá trình hóa học sử dụng để keo tụ nước thải,làm khô bùn hoặc oxy các hợp chất như ion cyanua, thường đòi hỏi pH phảiđược duy trì trong một giới hạn hẹp Vì những lý do trên và vì các mối quan

hệ cơ bản giữa pH, độ acid và độ kiềm, cần phải hiểu biết về lý thuyết cũngnhư thực tế pH

Nước nguyên chất phân ly cho nồng đọ ion hydro CB khoảng 10-7 mal/l:

H2o H+ + OH

-Cách tính: pH = -lg [ H+]

0< pH < 14, pH = 7 thể hiện sự trung tính

Dung dịch trung tính H+ = 10-7 mol/l

Dung dịch axit H+ < 10-7 mol/l

2

Dung dịch Kiềm H+ > 10-7 mol/l

Để đặc trưng cho độ axit hoặc độ kiềm của dung dịch có thể được biểu diễnbằng số thuận tiện hơn đó là chỉ số hyđrô và được ký hiệu là pH

pH = -lg (H+)

Trong tự nhiên độ pH của nước thay đổi từ 4-9 Tuy nhiên có thể kiềm hơnhay axit hơn Tính chất của nước thiên nhiên, đặc biệt là hoạt tính ăn mòn vàcác quá trình địa hóa phụ thuộc vào rất nhiều vào trị số pH của dung dịch Trị

số pH của một số loại nước tự nhiên như sau:

Nước thổ nhưỡng kiềm pH = 9: 10 Nước mưa pH = 6

2 Nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ pH, đến các quá trình hóa học và sinh hóa xảy

ra trong nước Nhiệt độ phụ thuộc vào rất nhiều môi trường xung quanh, vàothời gian trong ngày, vào mùa trong năm…Nhiệt độ cần được xác định tại chỗ(tại nơi lấy mẫu)

Nước thiên nhiên sạch thường không màu, màu của nước mặt chủ yếu dochất mùn, các chất hòa tan, keo hoặc do thực vật thối rữa Sự có mặt của một

số ion kim loại (Fe, Mn), tảo, than bùn và các chất thải công nghiệp cũng làmcho nước có màu

Độ màu biểu thị giá trị cảm quan, độ sạch của nước Riêng với nước thải,

độ màu đánh giá phần nào mức độ ô nhiễm nguồn nước

4 Độ đục

Độ đục gây nên bởi các hạt rắn lơ lửng trong nước Các chất lơ lửng trongnước có thể có nguồn gốc vô cơ, hữu cơ hoặc các vi sinh vật, thủy sinh vật cókích thước thông thường từ 0,1 – 10 m Độ đục làm giảm khả năng truyềnsáng của nước, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp 1 đơn vị độ đục là sự cảnquang gây ra bởi 1 mg SiO2 hòa trong 1 lit nước cất

Thang đo độ đục

Thang đo theo chiều

sâu lớp nước

Độ đục theo thang đụcsilic (mg/l)

4

5 Tổng hàm lượng các chất rắn (TS)

Chất rắn trong nước thải bao gồm các chất rắn lơ lửng, chất rắn có khảnăng lắng, các hạt keo và chất rắn hòa tan Tổng các chất rắn (Total solid, TS)trong nước thải là phần còn lại sau khi đã cho nước thải bay hơi hoàn toàn ởnhiệt độ từ 103 – 1050C Các chất bay hơi ở nhiệt độ này không được coi làchất rắn Tổng các chất rắn được biể thị bằng đơn vị mg/L

Tổng các chất rắn có thể chia ra làm hai thành phần: chất rắn lơ lửng (cóthể lọc được) và chất rắn hòa tan (không lọc được)

Chất rắn lơ lửng là các hạt nhỏ (hữu cơ hoặc vô cơ) trong nước thải Khivận tốc của dòng chảy bị giảm xuống ( do nó chảy vào các hồ chứa lớn) phầnlớn các chất rắn lơ lửng sẽ bị lắng xuống đáy hồ; những hạt không lắng được

sẽ tạo thành độ đục của nước Các cặn lắng sẽ làm đầy các bể chứa làm giảmthể tích hữu dụng của các bể này

Hàm lượng chất rắn lơ lửng phụ thuộc chủ yếu vào lượng nước sử dụnghàng ngày của một người Lượng nước tiêu thụ càng lớn thì hàm lượng cácchất rắn lơ lửng nói riêng và các chất gây ô nhiễm nói chung càng nhỏ vàngược lại Tùy theo kích thước hạt, trọng lượng riêng của chúng tốc độ dòngchảy và các tác nhân hóa học mà các chất lơ lửng có thể lắng xuống đáy, nổilên mặt nước hoặc ở trạng thái lơ lửng

6 Tổng hàm lượng các chất lơ lửng (SS)

Các chất lơ lửng (các chất huyền phù) là những chất rắn không tan trongnước Hàm lượng các chất lơ lửng là lượng khô của phần chất rắn còn lại trêngiấy lọc sợi thủy tinh khi lọc 1 lít nước mẫu qua phễu lọc rồi sấy khô ở 1050Ccho tới khi khối lượng không đổi Đơn vị tính là mg/l

7 Tổng hàm lượng chất rắn hòa tan (DS)

Tổng chất rắn hòa tan – Total Dissolved Solids (TDS) là tổng số các ionmang điện tích, bao gồm khoáng chất, muối hoặc kim loại tồn tại trong một

khối lượng nước nhất định, thường được biểu thị bằng hàm số mi/L hoặcppm(phân nghìn) TDS thường được lấy làm cơ sở ban đầu để xác định mức

độ sạch /tinh khiết của nguồn nước

Chất rắn hòa tan đang nói đến ở đây tồn tại dưới dạng các ion âm và iondương Do nước luôn có tính hòa tan rất cao nên nó thường có xu hướng lấycác ion từ các vật mà nó tiếp xúc Ví dụ, khi chảy ngầm trong long nói đá,nước sẽ lấy các ion canxi, các khoáng chất Khi chảy trong đường ống, nước

sẽ lấy các ion kim loại trên bề mặt đường ống, như sắt, đồng, chì (ống nhựa).TDS càng nhỏ chứng tỏ nước càng tinh khiết Một số ứng dụng trongngành sản xuất điện tử yêu cầu TDS không vượt quá 5

Tuy nhiên, điều ngược lại không phải luôn đúng Nguồn nước có TDS caochưa chắc đã không an toàn, có thể do nó chứa nhiều ion có lợi Các loại nướckhoáng thường không bị giới hạn về TDS

Khi đo thấy chỉ số TDS cao, cần tiếp tục phân tích mẫu nước để xác địnhthành phần các ion chủ yếu và đối chiếu với các ứng dụng thực tế để quyết định

có cần giảm TDS hay không

Ví dụ , đối với nước dung cho nồi hơi, nước cho máy giặt công nghiệp phảikhông có các ion can – xi, ma – giê, tránh tình trạng nổ lò hơi hoặc giảm tuổi thọmáy giặt…Nếu TDS cao do nhiều ion can – xi, ma – giê, bắt buộc phải loại bỏhết…

Đối với nước khoáng, cũng cần xác định thành phần khoáng để có biện pháplựa chọn giữ lại hoặc giảm bớt

Khi biết thành phần chính của TDS sẽ có thể áp dụng những phương pháp thíchhợp:

Trao đổi ion

Khử ion

Thẩm thấu ngược

6

Chưng cất

8 Tổng hàm lượng các chất dễ bay hơi (VS)

Để đánh giá hàm lượng các chất hữu cơ có trong mẫu nước, người ta còn

sử dụng các khái niệm tổng hàm lượng các chất không tan dễ bay hơi (VSS:Volatile Suspended solids), tổng hàm lượng các chất hòa tan dễ bay hơi ( VDS:Volatile Dissolved Solids) Hàm lượng các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi VSS làlượng mất đi khi nung lượng chất rắn huyền phù (SS) ở 5500C cho đến khi khốilượng không đổi (thường được quy định trong một khoảng thời gian nhất định)

Hàm lượng các chất rắn hòa tan dễ bay hơi VDS là lượng mất đi khi nunglượng chất rắn hòa tan (DS) ở 5500C cho đến khi khối lượng không đổi (thườngđược quy định trong một khoảng thời gian nhất định)

 Nước biển và thành phần hóa học của nước biển

1 Thành phần các chất hòa tan trong nước biển

2 Thành phần trong nước mặt ở lục địa ( nước sông)

Nước song đóng một vai trò rất quan trọng trong nước lục địa Nước sông có vaitrò rất lớn trong quá trình địa hóa đối với nhiều nguyên tố Nước sông chứa hàmlượng đáng kể các nguyên tố tồn tại dưới dạng dung dịch thật (ion) hoặc ở dạngphâ tử, dạng keo lơ lửng trong nước Nói chung nước sông là loại nước nhạt có

độ khoáng nhỏ hơn 1 g/l Nước sông chứa những ion HCO3-; Cl-; SO42- ; Na+;

Mg2+; Ca2+ Ngoài ra trong đó còn tồn tại một số các tổ phần khí dưới dạng hòatan như nitơ, oxy, khí carbonic

Vậy từ các thành phần đó ta thấy sự khác nhau giữa thành phần hóa học của nướcbiển và nước lục địa đượ

Ô nhiễm nước mặt ở Việt Nam

Ô nhiễm nước là sự thay đổi thành phần và chất lượng nước không đáp ứng cho các mục đích sử dụng khác nhau, vượt quá tiêu chuẩn cho phép và có ảnh hưởng xấu đến đời sống con người và sinh vật

Nước trong tự nhiên tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau: nước ngầm, nước ở các sông hồ, tồn tại ở thể hơi trong không khí Nước bị ô nhiễm nghĩa là thành phần của nó tồn tại các chất khác, mà các chất này có thể gây hại cho con người và cuộc sống các sinh vật trong tự nhiên Nước ô nhiễm thường là khó khắc phục mà phải phòng tránh từ đầu

Trong quá trình sinh hoạt hàng ngày, dưới tốc độ phát triển như hiện nay con người vô tình làm ô nhiễm nguồn nước bằng các hóa chất, chất thải từ các nhà máy, xí nghiệp Các đơn vị cá nhân sử dụng nước ngầm dưới hình thức khoangiếng, sau khi ngưng không sử dụng không bịt kín các lỗ khoan lại làm chonước bẩn chảy lẫn vào làm ô nhiễm nguồn nước ngầm Các nhà máy xí nghiệp

xả khói bụi công nghiệp vào không khí làm ô nhiễm không khí, khi trời mưa, các chất ô nhiễm này sẽ lẫn vào trong nước mưa cũng góp phần làm ô nhiễm nguồn nước

Hiến chương châu Âu về nước đã định nghĩa: "Ô nhiễm nước là sự biến đổi nói chung do con người đối với chất lượng nước, làm nhiễm bẩn nước và gây nguy hiểm cho con người, cho công nghiệp, nông nghiệp, cho động vật nuôi và các loài hoang dã."

 Ô nhiễm nước có nguồn gốc tự nhiên: do mưa, tuyết tan, gió bão, lũ lụt đưa vào môi trường nước các chất thải bẩn, các sinh vật có hại kể cả xác chết của chúng

10

 Ô nhiễm nước có nguồn gốc nhân tạo: quá trình thải các chất độc hại chủ yếu dưới dạng lỏng như các chất thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vào môi trường nước.

 Theo bản chất các tác nhân gây ô nhiễm, người ta phân ra các loại ô nhiễm nước: ô nhiễm vô cơ, hữu cơ, ô nhiễm hóa chất, ô nhiễm sinh học, ô nhiễm bởi các tác nhân vật lý

 Ô nhiễm nước mặt, ô nhiễm nước ngầm và biển

Ô nhiễm nước là sự thay đổi theo chiều xấu đi các tính chất vật lý – hoá học – sinh học của nước, với sự xuất hiện các chất lạ ở thể lỏng, rắn làm cho nguồn nước trở nên độc hại với con người và sinh vật Làm giảm độ đa dạng sinhvật trong nước Xét về tốc độ lan truyền và quy mô ảnh hưởng thì ô nhiễm nước

là vấn đề đáng lo ngại hơn ô nhiễm đất Ô nhiễm nước xảy ra khi nước bề mặt chảy qua rác thải sinh hoạt, nước rác công nghiệp, các chất ô nhiễm trên mặt đất, rồi thấm xuống nước ngầm Hiện tượng ô nhiễm nước xảy ra khi các loại hoá chất độc hại, các loại vi khuẩn gây bệnh, virut, kí sinh trùng phát sinh từ các nguồn thải khác nhau như chất thải công nghiệp từ các nhà máy sản xuất, các loạirác thải của các bệnh viện, các loại rác thải sinh hoạt bình thường của con người hay hoá chất, thuốc trừ sâu, phân bón hữu cơ sử dụng trong sản xuất nông nghiệp được đẩy ra các ao, hồ, sông, suối hoặc ngấm xuống nước dưới đất mà không qua xử lí hoặc với khối lượng quá lớn vượt quá khả năng tự điều chỉnh và

tự làm sạch của các loại ao, hồ, sông, suối

Các thông số đánh giá ô nhiễm:

1 Thông qua các chỉ tiêu vật lý

 Độ pH

 Nhiệt độ

 Màu sắc

 Độ đục

 Tổng hàm lượng các chất rắn

2 Oxy hòa tan (DO)

Oxy hòa tan trong nước (DO) : Không tác dụng với nước về mặt hóa học

Hàm lượng DO phụ thuộc nhiều yếu tố: áp suất, nhiệt độ, thành phần hóa học của nước, số lượng vi sinh…

Hàm lượng oxy hòa tan là chỉ số đánh giá tình trạng sức khỏe của nguồn nước Mọi nguồn nước đều có khả năng tự làm sạch nếu như nguồn nước đó còn đủ một lượng DO nhất định

Khi DO xuống đến khoảng 4- 5 mg/L, số sinh vật có thể sống được trong khoảngnước giảm mạnh Nếu hàm lượng DO quá thấp, thậm chí không còn, nước sẽ có mùi và trở nên đen do trong nước lúc này diễn ra chủ yếu là các quá trình phân hủy yếm khí, các vi sinh vật không thể sống được trong nước này nữa

Nếu hàm lượng DO cao các quá trình phân hủy các chất hữu cơ sơ xảy ra theo hướng háo khí

12

Hàm lượng DO bão hòa trong nước sạch ở áp suất 1 atm theo nhiệt độ:

-3 Nhu cầu oxy hóa học (COD)

Nhu cầu oxy hóa học (COD) là lượng oxy cần thiết (cung cấp bởi các chất hóa học) để oxy hóa các chất hữu cơ trong nước Các chất oxy hóa thường dung là KMnO4 hoặc K2Cr2O7 và khi tính toán được quy đổi về lượng oxy tương ứng (1mg KMnO4 ứng với 0,253 mgO2)

Các chất hữu cơ trong nước có hoạt tính hóa học khác nhau Khi bị oxi hóa không phải tất cả các chất hữu cơ đều chuyển hóa thành nước và CO2 nên giá trị COD thu được khi xác định bằng phương pháp KMnO4 hoặc K2Cr2O7 thường nhỏ hơn giá trị COD lý thuyết nếu tính toán từ các phản ứng hóa học đầy đủ Mặtkhác, trong nước cũng có thể tồn tại một số chất vô cơ có tính khử (như S2-, NO2-,

Fe2+…) cũng có thể phản ứng được với KMnO4 hoặc K2Cr2O7 làm sai lạc kết quả xác định COD Như vậy, COD giúp phần nào đánh giá được lượng chất hữu

cơ trong nước có thể bị oxid hóa bằng các chất hóa học (tức là đánh giá mức độ ônhiễm của nước) Việc xác định COD có ưu điểm là cho kết quả nhanh (chỉ sau khoảng 2 giờ nếu dùng phương pháp bicromat hoặc 10 phút nếu dùng phương pháp permanganate)

4 Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD)

Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong điều kiện hiếu khí Khái niệm

“có khả năng phân hủy” có nghĩa là chất hữu cơ có thể dung làm thức ăn cho vi sinh vật

BOD là một trong những chỉ tiêu được dùng để đánh giá mức độ gây ô nhiễm củacác chất thái sinh hoạt, nước thải công nghiệp và khả năng tự làm sạch của nguồnnước Chỉ tiêu BOD được xác định bằng cách đo đạc lượng oxy mà vi sinh vật tiêu thụ trong cúa trình phân hủy các chất hữu cơ Các mẫu phải được bảo quản tránh tiếp xúc với không khí để ngăn cản oxy thong khí hòa tan vào nước khi hàm lượng oxy hòa tan tron mẫu giảm Do hàm lượng oxy hòa tan bão hòa trong nước đạt khoảng 9mg/L ở 200C, những loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao phải được pha loãng thích hợp để bảo đảm lượng oxy hòa tan phải tồn tại trong suốt quá trình thí nghiệm Phân tích BOD áp dụng quá trình sinh học nên phải khống chế điều kiện môi trường thích hợp cho sự sinh trưởng của các vi sinhvật Các chất độc hai đối với vi sinh vật phải được loại khỏi dung dịch Tất cả cácthành phần dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của vi sinh vật như N, P và những nguyên tố vi lượng phải được bổ sung Quá trình oxy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ dưới tác dụng của vi sinh vật sẽ tạo thành CO2 và H2O Do đó, vi sinh vật được bổ sung trong phân tích BOD được gọi là “seed”.

Phương trình phản ứng tổng quát có thể biểu diễn như sau:

CnHaObNc + (n + a/4 – b/2 – 3/4c) O2 nCO2 + (a/2 – 3/2c)H2O + NH3 Vận tốc phản ứng phân hủy chất hữ cơ trong thí nghiệm BOD phụ thuộc vào nhiệt độ và nồng độ các chất hữu cơ có trong mẫu phân tích Để loại trừ ảnh hưởng của nhiệt độ, thí nghiệm được tiến hành ở 200C Theo lý thuyết, phản ứng

có thể xem là hoàn toàn trong vòng 20 ngày, đây là khoảng thời gian khá dài Kinh nghiệm cho thấy, tỉ lệ BOD5/BOD tổng cộng tương đối cao nên thời gian ủ

5 ngày là hợp lí Tỷ lệ này cao hay thấp tùy thuộc vào đặc tính của “seed” và bản chất của các chất hữu cơ Nước thải sinh hoạt và nhiều loại nước thải công

nghiệp có BOD5 = 70 – 80% BOD tổng Thời gian ủ 5 ngày còn có tác dụng loạitrừ ảnh hưởng của quá trình oxy hóa ammonia do Nitrosomonas và Nitrobacter gây ra

14