Giáo trình thí nghiệm hóa môi trường (hệ cao đẳng và trung cấp) phần 2

Do đó BOD còn đư ợc ư ùng dụng để ư ớc lư ợng công suất cáccông trình xư û lý sinh học cũng như đánh giá hiệu quả của các công trình đó.. - Định lư ợng oxy của nư ớc thải đã pha loãng: L

BÀI 11 :NHU CẦU OXY SINH HÓA (BIOCHEMICAL OXYGEN DEMAND)

I GIỚI THIỆU CHUNG:

1 Ý nghĩa môi trường:

BOD đư ợc sư û dụng rộng rãi trong kỹ thuật môi trư ờng Nó là chỉ tiêu xác định mư ùcđộ ô nhiễm của nư ớc thải sinh hoạt và công nghiệp qua chỉ số oxy dùng để khoáng hóacác chất hư õu cơ Ngoài ra BOD còn là một trong như õng chỉ tiêu quan trọng nhất để kiểmsoát ô nhiễm dòng chảy

BOD còn liên quan đến việc đo lư ợng oxy tiêu thụ do vi sinh vật khi phân hủy chất

hư õu cơ có trong nư ớc thải Do đó BOD còn đư ợc ư ùng dụng để ư ớc lư ợng công suất cáccông trình xư û lý sinh học cũng như đánh giá hiệu quả của các công trình đó

2 Nguyên tắc:

Sư û dụng loại chai DO đặc biệt có thể tích 300mL, cho mẫu vào đầy chai Đo hàm

lư ợng oxy hòa tan (DO) ban đầu và sau 5 ngày ủ ở nhiệt độ 200C Lư ợng oxy chênh lệch

do vi sinh vật sư û dụng chính là BOD

Vi sinh vật nitrate hóa sẽ sư û dụng oxy để oxy hóa nitơ NH3 thành NO2- và NO3-,

do đó có thể làm thiếu hụt oxy hòa tan trong nư ớc dẫn đến việc đo BOD không cònchính xác

II DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ:

- Máy pH kế 1 cái

III HOÁ CHẤT:

Cách pha dung dịch:

- Dung dịch đệm Phosphate (phosphate buffer solution): hòa tan 8,5g KH2PO4;21,75g K2HPO4; 33,4g Na2HPO4.7H2O và 1,7g NH4Cl trong 500mL nư ớc cất vàđịnh mư ùc thành 1 lít

- Dung dịch MgSO4 (magnesium sulfate solution): hòa tan 22,5g MgSO4.7H2O

- Dung dịch đệm Phosphate

- Dung dịch H2SO4 1N

- Dung dịch NaOH 1N

- Dung dịch Sulfide natri

- Dung dịch ammonium chloride

- Dung dịch CaCl2: hòa tan 27,5g CaCl2 trong nư ớc cất, định mư ùc thành 1 lít

- Dung dịch FeCl3 (feric chloride solution): hòa tan 0,225g FeCl3.6H2O trong nư ớccất, định mư ùc thành 1 lít

- Dung dịch H2SO4 1N hoặc NaOH 1N:

- Dung dịch Sulfide natri: hòa tan 1,575g Na2SO3 trong 1 lít nư ớc cất

- Dung dịch acid Glutami (glucose – glutamic acid solution): sấy glucose vàglutamic acid trong 1 giờ ở nhiệt độ 1030C thêm 150mg glutamic acid vào nư ớccất và pha thành 1 lít

- Dung dịch ammonium chloride: hòa tan 1,15g NH4Cl trong nư ớc cất, chỉnh pH =7,2 bằng NaOH và pha loãng thành 1 lít Dung dịch chư ùa 0,3mg N/ml

IV THỰC HÀNH:

a Chuẩn bị nước pha loãng:

Nư ớc pha loãng đư ợc pha chế bằng cách thêm mỗi 1mL các dung dịch phosphate,MgSO4, CaCl2, FeCl3, cho mỗi lít nư ớc cất bảo hòa oxy và giư õ ở 200C  10C (nư ớc phaloãng này đư ợc sục khí hơn 2 giờ)

b Xử lý mẫu:

- Nếu có độ kiềm hoặc độ acid thì mẫu phải đư ợc trung hòa đến pH khoảng 6,5 –7,5 bằng H2SO4 hoặc NaOH

- Nếu mẫu có hàm lư ợng chlor dư đáng kể, thêm 1mL acid acetic 1 : 1 hay H2SO4 1:

50 trong 1 lít mẫu, sau đó tiếp tục thêm, sau đó tiếp tục thêm 10mL KI 10% rồiđịnh phân bằng Na2S2O3 0,025M đếnkhi dung dịch trở thành không màu

- Kỹ thuật pha loãng mẫu xư û lý theo tỷ lệ đề nghị sau:

0,1% - 1% -:cho nư ớc thải công nghiệp nhiễm bẩn nặng

1% - 55 - :cho nư ớc uống chư a xư û lý hoặc đã lắng

5% – 25% - :cho dòng chảy qua quá trình oxy hóa

25% - 100% -:cho các dòng sông ô nhiễm (nhận nư ớc thải)

Hay dư ïa theo kết quả kiểm nhu cầu oxy hoá học:

Kết qủa xác định độ oxy hóa theo KMnO4

mg/l Số nư ớc thải pha cho đủ 1000ml,ml

120 – 240 15 – 10

c Định phân lượng oxy hòa tan:

- Chiết nư ớc pha loãng vào hai chai Cho mẫu vào mỗi chai bằng cách nhúng pipetxuống đáy chai thả tư ø tư ø mẫu vào chai cho đến khi đạt thể tích cần sư û dụng, lấynhanh pipet ra khỏi chai đậy nhanh nút lại (không đư ợc có bọt khí) Một chai đậykín để ủ 5 ngày (DO5) và một chai để định phân tư ùc thì (DO0) Chai ủ trong tủ ở

200C đậy kỹ, niêm bằng nư ớc mỏng trên chỗ loe của miệng chai (lư u ý để lư ợng

nư ớc này không bị cạn hết)

- Định lư ợng oxy của nư ớc dùng để pha loãng Lấy nư ớc đã bão hoà oxy vào 2 chainút nhám 250ml (dùng ống xiphong đư a nư ớc vào đáy chai không đư ợc để bọtkhí)

 Chai thư ù nhất đem định luợng oxy Kết qủa định lư ợng chai thư ù nhất tính ramg/l sẽ là DO1

 Chai thư ù hai giư û lại ở nhiệt độ 200C và tránh ánh sáng Sau 5 ngày (10,15,20này tùy theo yêu cầu nghiên cư ùu) đem định lư ợng oxy của chai thư ù hai, chokết qủa DO5

Hiệu số giư õa cho biết lư ợng oxy tiêu thụ sau 5 ngày của nư ớc dùng đểõ pha loãng

Lư ợng oxy nầy không đư ợc qúa 0,5 mg/l

- Định lư ợng oxy của nư ớc thải đã pha loãng: Lấy nư ớc thải đã pha loãng bằng nư ớcbão hòa oxy vào hai chai nút nhám dung tích 250 ml

 Chai thư ù nhất đem định luợng oxy Kết qủa định lư ợng chai thư ù nhất tính ramg/l sẽ là DO1

 Chai thư ù hai giư û lại ở nhiệt độ 200C và tránh ánh sáng Sau 5 ngày (10, 15,

20 này tùy theo yêu cầu nghiên cư ùu) đem định lư ợng oxy của chai thư ù hai,cho kết qủa DO5

Bài 12 : NHU CẦU OXY HÓA HỌC (CHEMICAL OXYGEN DEMAND)

I GIỚI THIỆU CHUNG:

1 Ý nghĩa môi trường:

COD là một trong như õng chỉ tiêu đặc trư ng dùng để kiểm tra ô nhiễm của nguồn

nư ớc thải và nư ớc mặt, đặc biệt là các công trình xư û lý nư ớc thải

2 Nguyên tắc:

Hầu hết tất cả các chất hư õu cơ đều bị phân hủy khi đun sôi trong hỗn hợp cromic

và acid sulfuric:

CnHaOb + cCrO72- + 8c H+ + n CO2+ (a + 8c) H2O + 2c Cr3+

- (1

)Với c = 2/3n + a/6 – b/3

Lư ợng potassium dicromate biết trư ớc sẽ giảm tư ơng ư ùng với lư ợng chất hư õu cơ có

trong mẫu Lư ợng dicromate dư sẽ đư ợc định phân bằng dung dịch chuẩn

Fe(NH4)2(SO4)3 và lư ợng chất hư õu cơ bị oxy hóa sẽ tính ra bằng lư ợng oxy tư ơng đư ơng

qua CrO72- bị khư û, lư ợng oxy tư ơng đư ơng này chính là COD

3 Các ảnh hưởng:

Các hợp chất béo thẳng, hydrocarbon nhân thơm và pycrdine không bị oxy hóa

Khi thêm Ag2SO4 vào làm chất xúc tác, các hợp chất béo mạch thẳng bị oxy hóa dễ

dàng hơn, như ng bạc dễ phản ư ùng với các ion họ halogen tạo kết tủa và chất này cũng

có thể bị oxy hóa một phần

Khi có kết tủa halogen, cho thêm 1g Hg2SO4 vào 50mL mẫu sao cho tỷ lệ Hg2SO4

: Cl- khoảng 10 : 1 Tuy nhiên có thể sư û dụng 1 lư ợng nhỏ hơn

Hg22+ + 2Cl- = Hg2Cl2

Vì nitrite cũng là một chất khư û nên phản ư ùng với K2Cr2O7 trong môi trư ờng axit

làm ảnh hư ởng đến việc xác định COD như ng ảnh hư ởng này cũng không đáng kể nên

có thể bỏ qua

II DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ:

1 cái

- Hệ thống chư ngcất hoàn lư u 1cái

- Erlen 125mL

2 cái

- Giá đở ốngnghiệm

1 cái

- Tủ sấy

1 cái

III HÓA CHẤT:

- Acid sulfuric (sulfuric acid reagent)

Cách pha dung dịch:

- Dung dịch chuẩn K2Cr2O7 0,1N: Hòa tan 4,913g K2Cr2O7 (sấy ở 1050C trong 2 giờ)trong 500mL nư ớc cất, thêm vào 167mL H2SO4 đậm đặc và 33,3g Hg2SO4 khuấytan để nguội đến nhiệt độ phòng, định mư ùc thành 1.000mL

- Dung dịch chuẩn K2Cr2O7 0,25N: Hòa tan 1,2259g K2Cr2O7 (sấy ở 1050C trong 2giờ) trong nư ớc cất và định mư ùc thành 1.000mL

- Acid sulfuric (sulfuric acid reagent): Cân 5,5g Ag2SO4 trong 1 kg H2SO4đậm đặc(1 lít = 1,84 kg), để 1-2 ngày cho hòa tan hoàn toàn Ag2SO4

- Chỉ thị màu feroin: Hòa tan hoàn toàn 1,485g 1-10 phenanthroline monohydratevà thêm 0,925g muối Mohr trong nư ớc cất và định mư ùc thành 100mL (khi hai chấtnày trộn lẫn với nhau thì dung dịch chỉ thị sẽ tan hoàn toàn và có màu đỏ)

- Dung dịch ferrous ammonium slufate (FAS) 0,10M: Hòa tan 39,2gFe(NH4)2(SO4)2.6H2O trong một ít nư ớc cất, thêm vào 20mL H2SO4 đậm đặc, làmlạnh và định mư ùc thành 1 lít

- Dung dịch ferrous ammonium slufate (FAS) 0,025N: Hòa tan 9,8gFe(NH4)2(SO4)2.6H2O trong một ít nư ớc cất, thêm vào 20mL H2SO4 đậm đặc, làmlạnh và định mư ùc thành 1 lít

- Acid sulfanilic : sư û dụng nếu như ảnh hư ởng của nitrite đáng kể

- Dung dịch potassium hydrogen phthalate chuẩn (KHP): Hòa tan 425mg potassiumhydrogen phthalate (HOOCC6COOK) sấy khô ở nhiệt độ 1200C trong 2 giờ thêm

nư ớc cất thành 1 lít Dung dịch này (KHP) có COD = 1,176mg O2/mg hay 500 μg

O2/ml Dung dịch này trư õ lạnh và ổn định trong 3 tháng Định phân FAS: chọn thểtích mẫu và hóa chất sư û dụng

Tỉ lệ thể tích mẫu và hóa chất dùng trong phân tích COD

Oáng nghiệm

(d x l)

Thể tích mẫu(ml)

Dung dịch K2Cr2O7

(ml) reagent (ml)H2SO4 Tổng thể tích(ml)

3,57,014,03,5

7,515,030,07,5

III THỰC HÀNH:

1 Phương pháp đun kín (với mẫu COD > 50 mg/l)

- Rư ûa sạch ống nghiệm có nút vặn kín với H2SO4 20% trư ớc khi sư û dụng Chọn thểtích mẫu và thể tích hóa chất dùng tư ơng ư ùng theo bảng 2.1

- Cho mẫu vào ống nghiệm, thêm dung dịch K2Cr2O7 0,1N vào cẩn thận thêm

H2SO4 reagent vào bằng cách cho acid chảy dọc thành bên trong của ống nghiệm

- Đậy nút vặn ngay, lắc kỹ nhiều lần (cẩn thận vì phản ư ùng phát nhiệt), đặt ốngnghiệm vào rổ inox và cho vào lò sấy 1500C trong 2 giờ

- Để nguội đến nhiệt độ phòng, cho dung dịch vào erlen thêm 0,05 – 0,1mL (1 – 2giọt) chỉ thị feroin và định phân bằng FAS 0,10M

- Khi mẫu chuyển tư ø xanh lục sang nâu đỏ nhạt thì ngư øng chuẩn độ Làm hai mẫutrắng với nư ớc cất (mẫu 0 và mẫu B)

2 Phương pháp đun (với mẫu có COD < 50 mg/l)

- Lấy 50 hoặc 100mL cho vào bình cầu nút mài thêm 0,1g Hg2SO4 và vài viên bithủy tinh

- Cẩn thận thêm 5,0mL H2SO4reagent đậy kín và lắc đều cho Hg2SO4 tan ra (nênđặt trong môi trư ờng lạnh tránh để như õng chất hư õu cơ có thể bay hơi)

- Thêm 25,0mL K2Cr2O7 0,025N vào lắc đều, sau đó nối với hệ thống đun hoàn lư u

- Thêm 70mL H2SO4reagent còn lại qua phễu của của hệ thống hoàn lư u, lắc đều

- Đun hoàn lư u trong hai giờ, để nguội và rư ûa ống hoàn lư u bằng nư ớc cất, để nguội

ở nhiệt độ phòng

- Định phân lư ợng K2Cr2O7 thư øa bằng FAS 0,025N với 2 – 3 giọt chỉ thị feroin

- Khi dung dịch chuyển tư ø màu xanh sang màu nâu đỏ lợt thì ngư øng quá trình chuẩnđộ

Ghi chú:

- Phư ơng pháp đun kín dùng K2Cr2O7 0,1N và FAS 0,1N

- Phư ơng pháp đun hàn lư u dùng K2Cr2O7 0,025N và FAS 0,025N,

Bài 13 : XÁC ĐỊNH TỔNG KIM LOẠI NẶNG

I GIỚI THIỆU CHUNG:

1 Ý nghĩa môi trường:

Kim loại nặng có trong nư ớc là do sư ï tích tụ lâu dài của tư ï nhiên cùng với như õnghoạt động của con ngư ời Hàm lư ợng kim loại trong nư ớc có tác hại xấu đối với các quátrình sản xuất cũng như đối với sư ùc khỏe con ngư ời

2 Nguyên tắc:

Ditizon là một thuốc thư û hư õu cơ có khả năng tạo phư ùc với rất nhiều kim loại nặngđặc biệt là Pb2+ Phư ùc của các ion kim loại nặng khó tan trong nư ớc như ng rất dễtan vàtan nhiều trong các dung môi hư õu cơ như CHCl3 hoặc CCl4 và đặc biệt là các phư ùc nàycó màu hấp thu trong vùng VIS Vì vậy nư ời ta chiết các phư ùc của ditizon với các kimloại nặng bằng dung môi hư õu cơ rồi đo trư ïc tiếp mật độ quang ở bư ớc sóng 520nm, tư ø đósuy ra hàm lư ợng của chúng Vì dùng dung chuẩn để so sánh là chì nên tổng hàm lư ợngkim loại nặng thư ờng quy về hàm lư ợng chì Phư ơng pháp này còn đư ợc gọi là phư ơngpháp chiết trắc quang

3 Các trở ngại:

Hàm lư ợng chất rắn lơ lư ûng và hàm lư ợng chất hư õu cơ cao là một trở ngại cho phépxác định

II DỤNG CỤ VÀ THIẾT BỊ:

- Phễu chiết loại 125mL 2 cái

- Bình định mư ùc 25ml 2 cái

- Oáng nhỏ giọt 1 cái

- Oáng đong 100ml 1 cái

- Pipet 10 ml 1 cái

- Pipet bầu 100ml 1 cái

- Bóp cao su 1 cái

- Spectrophotometer 1 cái

III HÓA CHẤT:

Dung dịch:

Cách pha dung dịch:

- Dung dịch Pb2+ chuẩn 100ppm: hòa tan 0.1599g Pb(NO3)2 loại TKPT trong 200ml

nư ớc cất + 10ml HNO3 đđ, sau đó thêm nư ớc cất tới vạch định mư ùc 1000ml Khidùng thì pha loãng 10 lần để có dung dịch 10ppm

- Dung dịch Ditizon 200ppm: hòa tan 20mg ditizon trong 20ml CHCl3 trong cốc nhỏ,

Thêm tiếp 50ml NH4OH (1:99), lắc 1 phút, để yên chờ phân lớp, chuyển lớp hư õu

cơ sang phễu chiết khác (phễu phải khô và sạch), giư õ lại lớp nư ớc màu đỏ Rư ûa lần

nư õa lớp hư õu cơ bằng NH4OH (1:99), bỏ lớp hư õu cơ, nhập nư ớc rư ûa vào phễu đầu,thêm tư øng giọt HCl (1:1) cho đến khi dung dịch mất màu đỏ cam, chiết ditizon 3lần, mỗi lần 20ml CHCl3, gộp các phần chiết vào bình định mư ùc 100ml, cuối cùngthêm CHCl3 tới vạch định mư ùc, khi dùng lấy dung dịch này pha loãng 10 lần

- Chỉnh tư øng giọt NH3 25% đến pH = 7 – 8, thêm 2 giọt thymol xanh sau đó dùng

NH3 10% chỉnh đến dung dịch tư ø vàng chuyển sang thoáng xanh là đư ợc Cho vàomỗi phễu 5ml dung dịch ditizon 20ppm, đậy nắp, lắc mạnh 30 giây, chờ tách lớp

- Chiết phần hư õu cơ vào bình định mư ùc 25ml (khô và sạch) Khi chiết, không đư ợc

nư ớc qua bình định mư ùc, tiếp tục chiết cho đến khi lớp dung môi hư õu cơ có màulục thì dư øng

- Dùng CHCl3 định mư ùc các bình tới vạch (trư ờng hợp chiết với thể tích ditizon vư ợtquá thể tích của bình định mư ùc thì thay bằng bình định mư ùc có thể tích lớn hơn).Đem các bình đi đo ở bư ớc sóng 520nm vơi dung dịch so sánh là dung môi CHCl3

- Cho vào phễu thư ù 3 100ml mẫu và thư ïc hiện các bư ớc giống như 2 phễu chiết trên

BÀI TƯỜNG TRÌNH 1

1 Kết quả:

a Chất rắn tổng cộng (mg/l)?

-b Chất rắn bay hơi (mg/l)? c Chất rắn lơ lư ûng (mg/l)? Trong đó: - P0: khối lư ợng cốc - P1: khối lư ợng cốc và mẫu sau khi sấy ở nhiệt độ 103 - 1050C (mg) - P2: khối lư ợng cốc và mẫu sau khi nung ở nhiệt độ 550 - 5000C (mg) - P3: khối lư ợng giấy lọc (mg) - P4: khối lư ợng giấy lọc và mẫu khi sấy ở nhiệt độ 103 - 1050C (mg)

-2 Giải thích tầm quan trọng của việc phân tích chất rắn trong các lĩnh vư ïc: - Chất rắn hòa tan và việc cấp nư ớc và việc cấp nư ớc đô thị - Chất rắn tổng cộng và chất rắn bay hơi đối với nư ớc thải và bùn lắng - Chất lắng đư ợc và nư ớc thải sinh hoạt

3 Dư ï đoán kết quả phân tích và giá trị thư ïc khi xác định hàm lư ợng chất rắn trong các điều kiện sau:

- Cốc nung còn ẩm

- Xác định tổng chất rắn bay hơi khi tỉ lệ MgCO3 chư ùa trong mẫu cao?

-BÀI TƯỜNG TRÌNH 2

1 Kết quả:

- Độ acid methyl (mg/l)?

- Độ acid tổng cộng (mg/l)?

-2 Mẫu nư ớc có pH = 7,3 và hàm lư ợng HCO3- là 30 mg/l Giả sư û rằng ảnh hư ởng của chất rắn hòa tan trên hoạt tính của các ion không đáng kể, nhiệt độ của nư ớc là 250C Tính hàm lư ợng CO2 của mẫu nư ớc?

-3 Nư ớc cấp có hàm lư ợng HCO3- là 50 mg/l và hàm lư ợng CO2 là 30 mg/l Tính pH của nư ớc ở nhiệt độ 250C Nếu hàm lư ợng CO2 của mẫu giảm còn 3 mg/l bởi sục khí, pH của mẫu nư ớc lúc này là bao nhiêu?

4. Chư ùng minh công thư ùc tính toán?

-BÀI TƯỜNG TRÌNH 3

1 Kết quả:

Độ kiềm phenol P (mgCaCO3/l) =

mẫu

1

V

1000

* V

Độ kiềm tổng cộng T (mgCaCO3/l) =

mẫu

2

V

1000

* V

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

OH- CO32- HCO3

P > T/2 2P – T 2(T – P) 0

P: độ kiềm phenol T: độ kiềm tổng cộng

OH- (mg/l) = độ kiềm OH- (mgCaCO3/l) x 0,34

CO32- (mg/l) = độ kiềm CO32- (mgCaCO3/l) x 0,6

HCO3- (mg/l) = độ kiềm HCO3- (mgCaCO3/l) x 1,22

-2 Giả sư û rằng các muối hòa tan trên hoạt tính các ion không đáng kể Một phần nư ớc ở 250C có pH = 10,3 và hàm lư ợng carbonate là 120 mg/l

-3 Hãy tính hàm lư ợng ion bicarbonate (mg/l)

-4 Tính độ kiềm OH-, CO32- , HCO3- và độ kiềm tổng cộng của mẫu trên (mgCaCO3/l)?

-5 Chư ùng minh công thư ùc tính?

-BÀI TƯỜNG TRÌNH 4

1 Kết quả

Chloride (mg/l) =  

mẫu

0 1

V

1000

* V

V 

MNaCl / MCl- = 1,65 NaCl (mg/l) = chloride (mg/l) x 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

-2 Tại sao phải thư ïc hiện mẫu trắng trong phư ơng pháp định phân chloride

-3 Định phân chloride bằng phư ơng pháp Morh đư ợc thư ïc hiện trong môi trư ờng trung hòa Giải thích tại sao?

-4 Kết quả định phân chloride sẽ như thế nào khi thêm một lư ợng thư øa chromate?

-5 Chư ùng minh công thư ùc tính?