Bài giảng phân tích môi trường chương 1 TS nguyen ngoc vinh

Mục đích môn học Cung cấp cho học viên kiến thức về:  Thành phần và các chỉ tiêu phân tích trong môi trường đất, nước, khí  Cơ sở của một số phương pháp phân tích các chỉ tiêu môi tr

BÀI GIẢNG

PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG

Khoa Công Nghệ Hóa Học– Bộ môn Hóa Phân Tích

ĐH Công Nghiệp – TP.HCM

Mục đích môn học

Cung cấp cho học viên kiến thức về:

 Thành phần và các chỉ tiêu phân tích trong môi trường đất, nước, khí

 Cơ sở của một số phương pháp phân tích các chỉ tiêu môi trường đất, nước, khí và các phương pháp lấy mẫu, bảo quản mẫu

 Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng môi trường

 Phương pháp xử lý và phân tích các thông số chất lượng môi trường

Tài liệu tham khảo

1 Huỳnh Trung Hải - Bài giảng “Phân tích môi trường” - Viện Khoa

học công nghệ Môi trường Bách khoa

2 Viện thổ nhưỡng nông hoá Sổ tay phân tích đất, nước, phân

bón và cây trồng Nhà xuất bản nông nghiệp, 1998

3 Trần Tử Hiếu - Giáo trình Hóa phân tích - Trường đại học khoa

học tổng hợp Hà Nội - 1992

4 Các TCVN về môi trường

5 APHA Standard Methods for the Examination of Water and

Wastewater 19th Edition, 1995

6 Hoàng Minh Châu, Từ Văn Mặc, Từ Vọng Nghi Cơ sở Hóa học

Phân tích Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội, 2002

Trang web của Tổng Cục Môi Trường – http://vea.gov.vn

Chương 1: Phân tích các chỉ tiêu hóa

học trong môi trường nước

1.1 Phân loại và thành phần môi trường nước

1.1.1 Nước ngọt bề mặt (sông hồ ao suối)

1.1.2 Nước mặn, lợ (biển và ven biển)

1.1.3 Nước ngầm

1.1.4 Nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp

1.1.5 Nước thải sinh hoạt và công nghiệp

1.2 Phân loại và ý nghĩa các chỉ tiêu đánh giá môi

trường nước

1.2.1 Chỉ tiêu vật lý

1.1 Phân loại và thành phần môi trường nước

 Tài nguyên nước là thành phần chủ yếu của môi trường sống, quyết định sự thành công trong các chiến lược, quy hoạch, kế hoạch phát triển kinh tế -

xã hội, bảo đảm quốc phòng, an ninh quốc gia

 Hiện nay, các nguồn nước đang phải đối mặt với ô nhiễm và cạn kiệt, nguy cơ thiếu nước ngọt, sạch là một hiểm họa lớn đối với sự tồn vong của con người và sự sống trên trái đất

 Con người phải nhanh chóng có biện pháp bảo vệ

 Nước tồn tại trong tự nhiên dưới ba trạng thái: rắn, lỏng và khí,

ba thể này không ngừng chuyển hóa lẫn nhau Khối lượng khoảng 1,4.10 12 tấn

 Lượng nước tự nhiên trên trái đất có 97% là nước mặn phân bố ở biển, 3% còn lại phân bố ở sông, suối, ao, hồ, đầm lầy, băng tuyết, nước ngầm, nước mưa, hơi nước trong thổ nhưỡng và khí quyển…

Phân bố và dạng của nước trên trái đất

Địa điểm Diện tích

(km 2 )

Tổng thể tích nước (km 3 )

 Vòng tuần hoàn nước là sự tồn tại và vận động của nước trên mặt đất, trong lòng đất và trong bầu khí quyển

 Nước trái đất luôn vận động chuyển từ thể lỏng sang thể hơi rồi thể rắn

và ngược lại Nó không có điểm bắt đầu và kết thúc

Nước ngọt bề mặt

 Nước ngọt hay nước nhạt là loại nước chứa tối thiểu một lượng muối hòa tan khoảng 0,01 – 0,5 ppt Nó được phân biệt rõ ràng với nước lợ, nước mặn hay nước muối

 Nước ngọt: Hàm lượng chất tan < 0,1%

 Nước khoáng: Hàm lượng chất tan từ 0,1 – 2,5%

 Nước biển: Hàm lượng chất tan từ 2,5 – 5%

 Nước muối: Hàm lượng chất tan > 5%

Nước ngọt bề mặt

 Các nguồn nước ngọt có xuất phát điểm là từ các cơn mưa rơi xuống ao hồ, sông suối và các nguồn nước ngầm hoặc do sự tan chảy của băng hay tuyết

 Nước ngọt bề mặt là nước trong sông, hồ, vùng đất ngập nước Chúng được bổ sung từ nước mưa (được thu hồi bởi các lưu vực) và mất đi khi chảy vào đại dương, bốc hơi và thấm xuống đất

 Tỷ lệ mất nước bị ảnh hưởng bởi khả năng chứa nước của các hồ, vùng đất ngập nước và các hồ chứa nhân tạo, độ thấm của đất, đặc điểm dòng chảy mặt trong lưu vực, lưu lượng mưa và tốc độ bốc hơi trong lưu vực, các hoạt động của con người

Nước ngọt bề mặt

 Do kết hợp từ các dòng chảy trên bề mặt và thường xuyên tiếp xúc với không khí nên các đặc trưng của nước mặt là:

- Chứa khí hoà tan, đặc biệt là oxy

- Chứa nhiều chất rắn lơ lửng (riêng trường hợp nước trong các ao, đầm, hồ, chứa ít chất rắn lơ lửng và chủ yếu ở dạng keo)

- Có hàm lượng chất hữu cơ cao

- Có sự hiện diện của nhiều loại tảo

- Chứa nhiều vi sinh vật

 Tổng lượng nước mà sông ngòi vận chuyển là 47.103 km 3 /năm, lượng bùn cát mà sông ngòi vận chuyển là 12.109 tấn/năm

 Lượng nước mưa (nguồn cung cấp nước ngọt chủ yếu) chiếm khoảng 105.000 km 3 /năm Gần 2/3 quay lại khí quyển do bốc hơi

bề mặt và thoát hơi nước của thực vật Hơn 1/3 là dòng chảy bề mặt và nước ngầm theo sông suối đổ ra biển

Nước ngọt bề mặt

 Sông Amazon là sông có

lưu vực lớn nhất thế giới

(6.144.727 km 2 ), chiếm

20% tổng lưu lượng

nước ngọt cung cấp cho

Nước ngọt bề mặt

 Trên toàn cầu nước

dùng cho sinh hoạt

chiếm 6%, công nghiệp

chiếm 21%, phần còn lại

dành cho nông nghiệp

 Khai thác nước ngầm

đã trở thành cứu cánh

cho sự thiếu hụt nước

Hiện nay, lượng nước

ngầm khai thác trên

toàn cầu vượt 35 lần so

với 30 năm trước

 Nạn thiếu hụt nước còn

do suy thoái rừng, mất

rừng, do nước và đất bị

Nước mặn, lợ

 Nước được giữ chủ yếu trong các đại dương (nước mặn) trong

thời gian dài hơn là luân chuyển theo vòng tuần hoàn nước

 Có 1.338.000.000 km 3 nước trữ trong đại dương (97%), cung cấp

90% lượng nước bốc hơi vào trong vòng tuần hoàn nước

Nguyên tố % Nguyên tố %

Oxy 85,84 Hydro 10,82 Chlor 1,94 Natri 1,08

Magie 0,1292 Lưu huỳnh 0,091

Canxi 0,04 Kali 0,04

Brom 0,0067 Carbon 0,00228

 Độ mặn trung bình của đại dương khoảng 35o , dao động từ 30 – 38 ppt

 Nước biển giàu các ion hơn nước ngọt

 Bicarbonate trong biển nhiều hơn nước

Nước mặn, lợ

 Tỷ trọng nước biển khoảng 1.020 – 1.030 Kg/m 3

 Chứa nhiều phiêu sinh động/thực vật, giàu ion

 Dòng chảy trong đại dương di chuyển một khối lượng lớn nước khắp thế giới, nó ảnh hưởng lớn đến vòng tuần hoàn và khí hậu

 Dòng Gulf Stream di chuyển 97 km/ngày, có lượng nước bằng 100 lần các con sông

Phân biệt đại dương với biển:

 Đại dương mênh mông và lớn hơn biển bị giới hạn

 Đại dương sâu hơn biển, trung bình là 3.800m (đại dương) và 2.000m (biển)

 Độ mặn của biển cao hơn đại dương (chứa 35g/L muối)

Nước ngầm

Nước ngầm còn gọi là nước dưới đất (ground water) là nước ngọt chứa trong các lỗ rỗng của đất, đá hoặc trong các tầng ngậm nước Có 3 loại là nước ngầm nông, sâu

và nước ngầm chôn vùi

Nước ngầm

Nước ngầm hình thành do nước bề mặt ngấm xuống,

di chuyển và liên kết với các khoang, túi nước khác và hình thành mạch nước ngầm Quá trình này phụ thuộc vào lượng nước ngấm xuống, lượng nước mưa và khả năng trữ nước của đất

Nước ngầm

Chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào cấu trúc địa tầng mà nước thấm qua Nước chảy qua các tầng địa tầng chứa cát hoặc granit thường có tính axit và chứa ít chất khoáng Khi chảy qua địa tầng chứa đá vôi thì nước thường có độ kiềm hydrocacbonat khá cao

‒ Chất khoáng hoà tan, chủ yếu là sắt, mangan,

canxi, magie, fluor

 Nước ngầm cũng có nguồn vào

(bổ cấp), nguồn ra và chứa như

nước mặt, tốc độ luân chuyển

của nước ngầm rất chậm nên

khả năng giữ nước cũng lớn

hơn nước mặt

 Nguồn cung cấp nước ngầm là

nước mặt thấm vào các tầng

chứa

 Nguồn nước ngầm có khả năng

bị nhiễm mặn tự nhiên hoặc do

tác động của con người khi khai

Nước ngầm

 Con người có thể làm cạn kiệt nguồn nước ngầm

do khai thác quá mức hay làm ô nhiễm nó

 Ở Việt Nam, khai thác nước ngầm khá phổ biến với hình thức là giếng đào, giếng khoan, nhiều đô thị như Hà Nội nguồn cung cấp nước chủ yếu là nước ngầm

chôn vùi, phụ thuộc vào:

‒ Lượng nước ngấm xuống

‒ Lượng nước mưa

Nước ngầm

Nước thải sinh hoạt và công nghiệp

 Nước thải là một hệ dị thể

phức tạp bao gồm rất

nhiều chất tồn tại dưới các

trạng thái khác nhau

 Nước thải sinh hoạt chứa

nhiều chất dưới dạng

Nước thải sinh hoạt và công nghiệp

 Nước thải công nghiệp

chứa rất nhiều hóa chất

vô cơ và hữu cơ Thành

phần nước thải tùy thuộc

vào ngành, nghề sản

xuất như: khai khoáng

(các KL, acid vô cơ), đồ

gốm (Ba, Cd, Li, Mg, Se),

Đồ da (Ca, H 2 S, Na 2 S, Zn,

Ni), Luyện cốc (NH 3 , H 2 S,

các kiềm), công nghiệp

sơn (Ba, ClO 3 - , Cd, Co,

Pb, Zn, Mn) Trong đó Hg,

Be, Cd, Pb, As, Se có độc

Nước thải sinh hoạt và công nghiệp

Ngành công nghiệp Các chất có khả năng thải ra

Khai khoáng các kim loại, axit vô cơ

Gia công đồ gỗ flo, kẽm

Đồ gốm Ba, Cd, Li, Mn, Se

Luyện cốc NH 3 , H 2 S, kiềm

Công nghiệp sơn Ba, ClO 3 - , Cd, Co, Pb, Zn, Mn…

Hóa dược B, Br, NH 4 + , K, axit, kiềm, chất hữu cơ Thủy tinh H 3 BO 3 , As…

Đồ da Ca, H 2 S, Na 2 S, Cr, Zn, Ni…

Nước thải sinh hoạt và công nghiệp

Phân tích nước thải rất khó khăn và phức tạp, cần phối hợp các quá trình tách, làm giàu, làm sạch và lựa chọn các phương pháp có độ nhạy, độ chọn lọc cao Một trong các đặc tính gây khó khăn cho việc phân tích nước thải là tính không bền vững của nó

Việt Nam có khoảng trên 200 KCN thì có 60

động có trạm xử

lí nước thải tập trung (và 20 KCN đang xây dựng trạm xử lí nước thải

Ví dụ: ở ngành công nghiệp dệt may, ngành công nghiệp giấy và bột giấy

Còn tại các khu đô

thị, nước thải sinh

hoat trung bình mỗi

thải nên đã gây ô

nhiễm nguồn nước

Tại các bãi rác, vi khuẩn Coliform cao gấp hàng trăm lần tiêu chuẩn cho phép

chất thải nông nghiệp

như thuốc trừ sâu, hóa

chất bảo vệ thực vật

cũng là nguyên nhân gây

ô nhiễm nguồn nước

mặn và nước ngầm

Ô nhiễm nước là sự có mặt của một số chất ngoại lai trong môi trường nước tự nhiên dù chất đó có hại hay không Khi vượt qua một ngưỡng cho phép thì chất đó sẽ trở nên độc hại đối với con người và sinh vật

Nguồn gốc và sự phân loại:

- Sự ô nhiễm có nguồn gốc tự nhiên:

- Sự ô nhiễm nhân tạo:

Căn cứ vào nguồn gốc và tính chất của nguồn nước thải mà người ta phân loại như sau:

+ Nước thải công nghiệp

+ Nước thải sinh hoạt

trực tiếp hoặc gián tiếp

người, dẫn đến sự suy

giảm sức khỏe và các

bệnh tật liên quan

… Hàng tấn cá hồng,

cá mú và nghêu chết

người dân tổn thất,

mất trắng hàng tỷ

đồng và có nguy cơ

sản và nợ nần…

Thông số đánh giá chất lượng nước

Đối với nước cấp: pH, độ cứng, DO, Fe, Mn, kim loại nặng, độ đục, độ màu…

Đối với nước thải: pH, độ kiềm, độ axit, nitơ,

Để cứu vãn tình trạng thiếu nước sạch của loài người, nhiều hội nghị, diễn đàn được tổ chức nhằm hướng tới việc chống suy thoái và bảo vệ nguồn nước, ví dụ:

 Diễn đàn nước thế giới lần 2 và hội nghị Bộ

Trưởng tháng 3/2000 tại Hà Lan thông qua tầm nhìn và khung hành động về nước thế

kỷ 21

 Hội Thảo “Quản lý tổng hợp tài nguyên

nước” năm 2008 tại Lâm Đồng nhằm xây dựng các định chế pháp lý mới cho việc quản lý tổng hợp tài nguyên nước

 Hội thảo góp ý “Dự thảo ban đầu luật tài

nguyên nước” tại Hà Nội năm 2009 nhằm thu thập ý kiến của các nhà khoa học, nhà quản lý, chuyên gia trong và ngoài nước để hoàn thiện bộ luật và trình chính phủ trong năm 2010

 Hội thảo “Tài nguyên nước và sự phát triển

bền vững” tại Hà Nội tháng 1/2010 và nhằm đánh giá trữ lượng tài nguyên nước quốc gia và thực trạng khai thác, sử dụng nước ở

VN phục vụ phát triển kinh tế và xã hội cũng như nâng cao nhận thức cộng đồng về tầm

1.2 Phân loại và ý nghĩa của các chỉ tiêu đánh

giá môi trường nước

1 Nhiệt độ ( 0 C)

 Nhiệt độ của nước là đại lượng phụ thuộc vào điều kiện môi

trường và khí hậu Sự thay đổi nhiệt độ của nước phụ thuộc vào từng loại nguồn nước

 Nước mặt, nước mạch nông có nhiệt độ dao động lớn từ 4 –

40 0 C Nước ngầm có nhiệt độ tương đối ổn định từ 17 – 31 0 C, không thay đổi theo mùa Nước thải thường có nhiệt độ cao hơn nước cấp

 Nhiệt độ có ảnh hưởng không nhỏ đến các quá trình xử lý

A Các chỉ tiêu vật lý

1 Nhiệt độ (0C)

 Nước mặt thường có nhiệt độ thay đổi theo nhiệt

độ môi trường

 Miền Bắc Việt Nam, nhiệt độ nước thường dao

động từ 13 – 340C, trong khi đó nhiệt độ trong các nguồn nước mặt ở miền Nam tương đối ổn định hơn (26 – 290C)

 Nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến quá trình xử lý sinh

học do tác động đến đời sống thủy sinh và nồng độ oxy hòa tan

 N hiệt độ cũng ảnh hưởng đến độ nhớt và lực cản

2 Độ màu

 Độ màu thường do các chất bẩn trong nước

tạo nên Các hợp chất sắt, mangan không hoà tan làm nước có màu nâu đỏ, các chất mùn humic gây ra màu vàng, còn các loại thuỷ sinh tạo cho nước màu xanh lá cây Nước bị nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt hay công nghiệp thường có màu xanh hoặc đen

 Độ màu được phân chia làm 2 loại là độ màu

biểu kiến (do các chất keo, lơ lửng) và độ màu thực (do các chất hữu cơ dạng keo, hòa

 Đơn vị đo độ màu thường dùng là platin – coban

Nước thiên nhiên thường có độ màu thấp hơn 200 PtCo Độ màu biểu kiến trong nước thường do các chất lơ lửng trong nước tạo ra và dễ dàng loại bỏ bằng phương pháp lọc Trong khi đó, để loại bỏ màu thực của nước ( do các chất hoà tan tạo nên) phải dùng các biện pháp hoá lý kết hợp

 Độ màu ảnh hưởng đến giá trị cảm quan của người

dùng Các chất hữu cơ màu có thể tác dụng với chlor trong quá trình khử trùng tạo ra các hợp chất

có độc tính như choroform

3 Độ đục

 Độ đục của nước là mức độ ngăn cản ánh sáng

xuyên qua nước

 Nước là một môi trường truyền ánh sáng tốt Khi

trong nước có các vật lạ như các chất huyền phù, các hạt cặn đất cát, các động thực vật thủy sinh,…khả năng truyền ánh sáng bị giảm đi, do vậy ảnh hưởng đến quá trình quang hợp dưới nước Nước có độ đục lớn chứng tỏ có chứa nhiều cặn bẩn Các chất gây độ đục có thể là vô cơ hay hữu

cơ, do nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo

 Đơn vị đo đục thưòng là mg SiO2/l, NTU, FTU; trong

đó đơn vị NTU và FTU là tương đương nhau Nước mặt thường có độ đục 20 - 100 NTU, mùa lũ có khi cao đến 500 – 600 NTU Nước cấp cho ăn uống thường có độ đục không vượt quá 5 NTU Hàm lượng chất rắn lơ lửng cũng là một đại lượng tương quan đến độ đục của nước

 Độ đục ở nước cấp ảnh hưởng đến mỹ quan, lọc (do

lỗ thoát nước nhanh chóng bị bịt kín  phải keo tụ trước khi lọc) và khử trùng (các vi sinh vật gây bệnh

có thể bị bọc bới các chất rắn và bảo vệ nó không

4 Độ nhớt

 Độ nhớt là đại lượng biểu thị sự ma sát nội,

sinh ra trong quá trình dịch chuyển giữa các lớp chất lỏng với nhau Đây là yếu tố chính gây nên tổn thất áp lực và do vậy nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước Độ nhớt tăng khi hàm lượng các muối hoà tan trong nước tăng và giảm khi nhiệt độ tăng