TÍNH TOÁN LƯỢNG NƯỚC MẶN ĐỂ GIẢM KHẢ NĂNG Ô NHIỄM PHÈN TẠI VÙNG BÁN ĐẢO CÀ MAU

Các trận mưa đầu mùa hàng năm tại vùng nghiên cứu thường hòa tan và rữa trôi các vật liệu phèn trong vùng đất phèn đã bị oxít hóa trong mùa khô và dẫn dẫn đến tình trạng ô nhiễm phèn rộn

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

TÍNH TOÁN LƯỢNG NƯỚC MẶN ĐỂ GIẢM

KHẢ NĂNG Ô NHIỄM PHÈN TẠI VÙNG BÁN ĐẢO CÀ MAU

NGÀNH: NÔNG HỌC KHÓA: 2007 – 2011 SVTH: LƯƠNG THỊ ANH ĐÀO

Tháng 8/2011

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến:

Ban giám hiệu Trường Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành chương trình học ở đây

Ban chủ nhiệm khoa nông học và các thầy cô khoa Nông Học trường đại học Nông Lâm đã truyền đạt kiến thức và giúp tôi trong thời gian học ở trường

Thầy Ngô Đằng Phong, giảng viên bộ môn Thủy Nông khoa Nông Học Trường Đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Anh Trần Hoài Thanh công tác tại bộ môn Thủy nông

Chú Lai Thanh Ẩn và các anh chị công tác tại Cục thủy lợi Bạc Liêu

Gia đình cùng các bạn sinh viên lớp nông học khóa 33 khoa Nông học Trường Đại học nông Lâm Tp Hồ Chí Minh đã giúp đỡ và động viên tôi trong suốt thời gian học tập và thực hiện luận văn

Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!

Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 7 năm 2011

Lương Thị Anh Đào

TÓM TẮT

LƯƠNG THỊ ANH ĐÀO, trường đại học Nông Lâm Tp Hồ Chí Minh, tháng 7/2011 TÍNH TOÁN LƯỢNG NƯỚC MẶN ĐỂ GIẢM KHẢ NĂNG Ô NHIỄM PHÈN TẠI VÙNG BÁN ĐẢO CÀ MAU

Giáo viên hướng dẫn: TS NGÔ ĐẰNG PHONG

Hiện nay, trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về khả năng rửa phèn của nước mặn tuy nhiên chưa có định lượng cụ thể

Nghiên cứu nhằm đánh giá khả năng trung hòa phèn của nước mặn trong kênh rạch của vùng duyên hảiBĐCM Nó sẽ làm cơ sở cho việc tính toán lấy nước mặn từ biển vào hệ thống mạng lưới kênh rạch tại vùng nghiên cứu

Đề tài thực hiện với nội dung sau:

™ Thí nghiệm: Chuẩn độ lần lượt 1 trong 3 dung dịch nước phèn khác nhau (pH 3,

pH 4 và pH 6) vào 5 mẫu nước có độ mặn khác nhau (0, 5, 10, 15, 30 ‰) và theo dõi pH và hàm lượng phèn (acidity) và mặn kiềm (bicacbonate)

™ Tính toán đường cong chuẩn độ dựa vào các giá trị mặn phèn trong thực tế và

so sánh đường cong lí thuyết và thực đo

™ Đánh giá ảnh hưởng của nước mặn đến những độc chất trong nước axit

Qua thí nghiệm tôi đưa ra một số kết quả như sau:

Đường cong chuẩn độ pH thực đo và lý thuyết có mối tương quan chặt và rất có

ý nghĩa, trong đó chuẩn độ pH 3 là có tương quan chặt nhất Có thể dựa vào các giá trị mặn, phèn trong thực đo có thể dự tính kết quả pH trong thực tế khi khi trộn lẫn nước mặn với nước phèn bằng các phương trình tính pH Trung hòa phèn bằng nước mặn ở

độ mặn 30 ‰ là hiệu quả nhất

Nước phèn pH 3 tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm môi trường với nồng độ nhôm và sắt tổng số rất cao Nước mặn làm giảm độc tính của nhôm và sắt trong nước phèn khi chuẩn độ

MỤC LỤC

TRANG TỰA i

LỜI CẢM ƠN ii 

TÓM TẮT iii 

MỤC LỤC iv 

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi 

DANH SÁCH CÁC HÌNH vii 

DANH SÁCH CÁC BẢNG viii 

Chương 1 1 

GIỚI THIỆU 1 

1.1  Đặt vấn đề: 1 

1.2  Mục đích và mục tiêu nghiên cứu: 2 

Chương 2 3 

TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3 

2.1  Đặc điểm điều kiện tự nhiên vùng bán đảo Cà Mau: 3 

2.1.1  Vị trí địa lý: 3 

2.1.2 Khí hậu thủy văn: 3 

2.2  Sự hình thành và ô nhiễm phèn ở BĐCM 6 

2.2.1 Sự hình thành đất phèn: 7 

2.2.2 Phân bố đất phèn: 9 

2.2.3 Tính chất đất: 9 

2.3 Sự ô nhiễm môi trường nước trong kênh rạch vào đầu mùa mưa 13 

2.4 Khả năng giảm ô nhiễm phèn của nước mặn 14 

Chương 3 17 

VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 17 

3.1 Bố trí thí nghiệm 17 

3.2 Vật liệu thí nghiệm: 17 

3.2.1 Dung dịch được chuẩn độ: 17 

3.2.2 Dung dịch chuẩn độ: 18 

3.3 Thời gian tiến hành thí nghiệm: 18 

3.4 Bố trí thí nghiệm: 18 

3.5 Các chỉ tiêu và phương pháp theo dõi: 19 

3.5.1 Chỉ tiêu theo dõi ở thí nghiệm: 19 

3.5.2 Phương pháp phân tích: 19 

3.5.3 Tính toán và xử lý số liệu: 20 

Chương 4 24 

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24 

4.1 Các đường cong chuẩn độ và khả năng trung hòa axit của nước mặn 24 

4.1.1 Đường cong chuẩn độ theo thực đo 24 

4.1.2 Đường cong chuẩn độ theo lí thuyết 30 

4.1.3 Tương quan về pH giữa lí thuyết và thực tế 35 

4.1.4 Độ dẫn điện thực đo trong quá trình chuẩn độ 39 

4.2 Ảnh hưởng của nước mặn đến những độc chất trong nước axit 41 

Chương 5 43 

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 43 

5.1  Kết luận 43 

5.2  Đề nghị 43 

TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 

PHỤ LỤC 45 

PHỤ LỤC 1: CÁC QUY TRÌNH PHÂN TÍCH 45 

PHỤ LỤC 2: XỬ LÝ THỐNG KÊ 54   

DANH SÁCH CÁC CHỮ VIẾT TẮT

Viết tắt Viết đầy đủ

DANH SÁCH CÁC HÌNH

Trang 

Hình 2.1: Sự phân bố đất phèn ở BĐCM 6

Hình 2.2 : Diễn biến lan truyền chua phèn 14

Hình 4.1a: Kết quả pH của nước mặn khi chuẩn độ bằng nước phèn pH 3 theo thực đo 24

Hình 4.1b: Kết quả pH của nước mặn khi chuẩn độ bằng nước phèn pH 4 theo thực đo 25

Hình 4.1c: Kết quả pH của nước mặn khi chuẩn độ bằng nước phèn pH 5 theo thực đo 25

Hình 4.2 Mối tương quan giữa độ kiềm và độ mặn của dung dịch được chuẩn sử dụng trong chuẩn độ ở mức ý ngĩa ** 29

Hình 4.3a: Kết quả pH của nước mặn khi chuẩn độ bằng nước phèn pH 3 30

Hình 4.3b: Kết quả pH của nước mặn khi chuẩn độ bằng nước phèn pH 4 31

Hình 4.3c: Kết quả pH của nước mặn khi chuẩn độ bằng nước phèn pH 5 31

Hình 4.4 Độ dẫn điện của mẫu chuẩn độ trong các thí nghiệm chuẩn độ 39

Hình 4.5a: Sự thay đổi nồng độ Al3+ tại các mức pH của mẫu chuẩn độ 41

Hình 4.5b: Sự thay đổi nồng độ Fetổng số tại các mức pH của mẫu chuẩn độ 41

Hình 4.5c: Sự thay đổi nồng độ SO42 tại các mức pH của mẫu chuẩn độ 42

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Trang

Bảng 2.1: Các loại đất phèn ở BĐCM ……… ……….10

Bảng 3.1 Thành phần hóa học của 5 dung dịch được chuẩn 17

Bảng 3.2 Thành phần hóa học của 3 dung dịch chuẩn độ 18

Bảng 4.1 Giá trị pH tại điểm tương đương 27

Bảng 4.2: pH của nước mặn khi tăng thể tích nước phèn, với đánh giá khác biệt ở mức ý nghĩa 0,01 28

Bảng 4.3 Giá trị pH ban đầu của dung dịch chuẩn độ và dung dịch được chuẩn độ trong thực đo và lý thuyết 33

Bảng 4.4 So sánh giá trị pH giữa thực đo và lý thuyết trong các thời điểm của quá trình chuẩn độ 33

Bảng 4.5: Phương trình tương quan giữa pH lý thuyết và pH thực đo trong thí nghiệm chuẩn độ 34

Bảng 4.6 Phương trình tính pH tại các thời điểm của quá trình chuẩn độ dựa vào các giá trị mặn và phèn ban đầu 36

Chương 1

GIỚI THIỆU

1.1 Đặt vấn đề:

Vùng nghiên cứu bán đảo Cà Mau (BĐCM) là một vùng duyên hải phía Nam

của Đồng Bằng Sông Cửu Long, với tổng diện tích 949,600 ha BĐCM gồm tỉnh Cà Mau, Bạc Liêu và 3 huyện của tỉnh Kiên Giang (SNIAPP, 2002) Phía Bắc BĐCM được bao bọc bởi sông Hậu, phía Tây Bắc bởi Kiên Giang, phía Tây bởi biển Tây (vịnh Thái Lan) và biển Đông Đại bộ phận đất ở BĐCM chia làm 2 nhóm lớn chính: Đất phèn chiếm khoảng 63 % tổng diện tích và đất phù sa mặn chiếm khoảng 33 % tổng diện tích Các đất khác như đụn cồn cát và đất than bùn chiếm khoảng 1 % tổng diện tích (SNIAPP, 2002)

Các trận mưa đầu mùa hàng năm tại vùng nghiên cứu thường hòa tan và rữa trôi các vật liệu phèn trong vùng đất phèn đã bị oxít hóa trong mùa khô và dẫn dẫn đến tình trạng ô nhiễm phèn rộng lớn ở vùng sông rạch nước ngọt ở đồng bằng Sông Cửu Long nói chung cũng như vùng duyên hải (Tuong và ctv., 2003; Hoanh và ctv., 2003; Gowing và ctv., 2006) Tuong và ctv (2003) đã chứng minh cách quản lý nước không thích hợp, khai thác đất vùng phèn và ô nhiễm nước phèn đã dẫn tới việc giảm thu nhập của người dân lên đến 70 % tại các vùng đất phèn của tỉnh Bạc liêu, là 1 tỉnh trong vùng Duyên hải của đồng bằng Sông Cửu long Hơn thế nữa, ô nhiễm phèn giới hạn việc sử dụng nước kênh rạch cho sinh hoạt và giảm cả về số lượng và chủng loại thủy sản trong vùng nghiên cứu (Baran và ctv., 2007) Điều này gây một tác động lớn cho những nông dân nghèo không có đất và mưu sinh chủ yếu bằng nghề đánh bắt cá (Gowing và ctv., 2006) Do đó việc nghiên cứu biện pháp cải tạo đất phèn trên diện rộng là điều cần thiết cho vùng nghiên cứu ở BĐCM

Việc sử dụng nước mặn để giảm phèn đã được lưu ý nhiều ở các nghiên cứu có liên quan đến cải tạo đất phèn Tuy nhiên cho đến nay, việc nghiên cứu định lượng khả

năng giảm phèn do nước biển dưới sự ảnh hưởng của các chế độ thủy triều ở vùng duyên hải chưa được nghiên cứu chi tiết

Vì vậy, đề tài: “Tính toán lượng nước mặn để giảm khả năng ô nhiễm phèn

cho vùng Bán Đảo Cà Mau”được thực hiện để đáp ứng yêu cầu trên

1.2 Mục đích và mục tiêu nghiên cứu:

™ Mục đích:

Nghiên cứu này nhằm đánh giá khả năng trung hòa phèn của nước mặn trong kênh rạch của vùng duyên hải BĐCM Nó sẽ làm cơ sở cho việc tính toán lấy nước mặn từ biển vào hệ thống mạng lưới kênh rạch tại vùng nghiên cứu phục vụ cho nông

nghiệp, thủy sản và nước sinh hoạt ở vùng

™ Nội dung ngiên cứu:

Thí nghiệm trong phòng thí nghiệm :

Ảnh hưởng của độ mặn khác nhau lên thành phần mặn (bicacbonate) và phèn (acidity) Thí nghiệm bao gồm việc chuẩn độ lần lượt 1 trong 3 dung dịch nước phèn khác nhau (pH 3, pH 4 và pH 5) vào 5 mẫu nước có độ mặn khác nhau (0, 5, 10, 15,

30 ‰) và theo dõi pH và hàm lượng phèn (acidity) và mặn kiềm (bicacbonate)

Chương 2

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên vùng bán đảo Cà Mau:

2.1.1 Vị trí địa lý:

BĐCM là vùng đất liền nằm ở cực Nam Việt Nam, cách thành phố Hồ Chí Minh 300 km, từ 8o30’ đến 9o40’ vĩ độ Bắc và 104o80’ đến 105o5’ kinh độ Đông

2.1.2 Khí hậu thủy văn:

™ Đặc điểm chung: BĐCM có nhiệt độ và lượng bức xạ cao Lượng mưa cao,

chế độ gió mùa ẩm và lượng bốc hơi phân hóa theo mùa rõ rệt

™ Bức xạ: các tháng có tổng lượng bức xạ lớn nhất trong năm là tháng 1, 2, 3, 4,

trong đó tháng 3 có lượng bức xạ lớn nhất (509,9 cal/cm2), lượng bức xạ cao có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình bốc mặn, bốc phèn trên bề mặt đặc biệt là trong khu vực không có thảm thực vật che phủ

™ Chế độ mưa: khu vực BĐCM có mùa mưa bắt đầu từ giữa tháng 5 và kết thúc

vào cuối tháng 10, có hạn bà chằng vào tháng 7 và 8 Mùa mưa bắt đầu sớm hơn và kết thúc muộn hơn so với các nơi khác trong vùng Lượng mưa trong năm tương đối cao

2400 mm/năm tập trung chủ yếu trong mùa mưa Nước mưa có vai trò quan trọng trong việc làm ngọt hóa, pha loãng độ mặn trong khu vực, tạo ra biên độ thích nghi rộng cho các loài thực vật và động vật trong rừng ngập mặn

™ Nhiệt độ không khí: nhiệt độ trung bình năm là 26,8 0C, nhiệt độ tối đa tuyệt đối 36,7 0C tối thiểu 15,3 0C Nhiệt độ không khí rất phù hợp cho sự sinh trưởng của các loài sinh vật ở rừng ngập mặn

™ Độ ẩm không khí: độ ẩm tương đối không khí trung bình năm là 85,9 %, độ

ẩm cao nhất có thể trên 89 % (tháng 9, 10) Độ ẩm cao là một trong những yếu tố thuận lợi cho sự phát triển của thực vật rừng ngập mặn

™ Lượng bốc hơi: lượng bốc hơi nhỏ, trung bình là 73 mm/tháng Chỉ số ẩm ướt

(lượng mưa/lượng bốc hơi) cao (đến 4,1 lần)

™ Thủy văn: BĐCM chịu ảnh hưởng của triều phía biển Đông và triều phía biển

Tây Triều phía biển Đông có khuynh hướng đẩy nước vào, còn triều bên vịnh Thái

Lan có khuynh hướng hút nước ra Có 3 dạng triều ở BĐCM là: triều không đều ở biển

Đông, triều không đều ở vịnh Thái Lan và triều hỗn hợp Đặc trưng của động lực thủy văn ven bờ

Cà Mau

™ Đặc trưng các dòng chảy

• Dòng triều lưu: dòng triền mang tính chất nhật triều không đều ở bờ biển tây và mang tính chất bán nhật ở bờ biển Đông Từ hai bờ phía tây và đông tạo nên vùng giao thoa triều hay vùng giáp nước mà tại đó diễn các đặc trưng sinh thái riêng biệt, tạo điều kiện làm nguồn thủy sản ở đây hết sức phong phú, không nơi nào có

• Dòng chảy gió:

Trong mùa mưa tại khu vực bờ tây, dòng chảy gió có hướng tây tây nam, tốc độ dòng chảy tầng mặt biển đổi từ 10 cm/s đến 30 cm/s Tại khu vực bờ đông dòng chảy

có hướng gần như đông đông bắc, dòng chảy có tốc độ 20 – 50 cm/s tại tầng mặt

Trong mùa khô tại bờ tây dòng chảy có hướng gần như song song với đường

bờ, trừ khu vực gần bãi bồi hình thành các xoáy nghịch, tốc độ dòng chảy 20 – 30 cm/s

ở tầng mặt Tại khu vực bờ đông dòng chảy có hướng tây tây nam, tốc độ dòng chảy

22 – 60 cm/s

• Dòng chảy mật độ:

Phân bố gần như theo các đường thẳng mật độ và lệch góc 150 với các đường thẳng trên Vận tốc dòng chảy trong khu vực bờ tây 5 – 15 cm/s và trong khu vực bờ đông 10 – 20 cm/s

• Dòng chảy tổng hợp:

Trong mùa khô dòng chảy có hướng đông - đông bắc xuống tây nam, tốc độ dòng chảy trung bình 40 – 90 cm/s khi chảy đến khu vực mũi Cà Mau thì chuyển sang hướng tây bắc, rồi hướng đông đến sát bờ bãi bồi, sau đó chuyển hướng xuống phía nam, hình thành các xoáy cục bộ, tạo thành điểm hút Đây là đặc điểm quan trọng tạo nên hệ sinh thái riêng cho vùng ven biển phía tây BĐCM

Trong mùa mưa dòng chảy theo hướng tây bắc đông nam đổ về khu vực bãi bồi Khi đến mũi, hợp với dòng chảy ở của vịnh, theo hướng tây nam đông bắc, chảy theo bờ biển phía Đông

™ Đặc trưng của sóng:

Gió mùa Tây Nam: sóng khá mạnh, độ cao sóng trung bình khoảng 0,5 - 0,9 m

Về mùa mưa sóng lên đến 1,5 - 2,5 m ở vùng bờ tây gây khó khăn cho việc tái sinh tự nhiên của các loài mắm, gây tác hại không nhỏ cho bờ biển và hệ sinh thái ven bờ

Gió mùa Đông Bắc: bãi bồi bờ tây tương đối lặng sóng, nhưng bờ đông chịu tác động mạnh của sóng độ cao trung bình của sóng từ 0,8 - 1,2 m dạng sóng này gây ra hiện tượng nước dâng cho bờ đông và mặn xâm nhập thường xuyên hơn trong thời gian này

Ngoài ra, hệ thống kênh rạch đào và rạch nhỏ chằn chịt trong rừng ngập mặn với tổng chiều dài hàng nghìn ki lô mét tạo thành hệ thống giao thông thủy, đồng thời mang phù sa nuôi rừng ngập mặn Vai trò nước sông rất quan trọng trong việc pha loãng và tính đệm, tăng khả năng tự làm sạch của môi trường nước bị nhiễm phèn, nhiễm mặn trong khu vực

Độ ngập: các khu vực đất phèn của BĐCM ngập từ 30 – 100 cm Đồng bằng

phía nam sông Cửa Lớn ngập từ 30 – 60 cm ngập bởi triều lên xuống hằng ngày

Chế độ dòng chảy của hệ thống sông rạch trong khu vực BĐCM phức tạp chịu ảnh hưởng của hai chế độ thủy triều của biển đông (bán nhật triều không đều) và biển tây (chế độ nhật triều) Triều biển đông có khuynh hướng đẩy vào, triều biển tây có khuynh hướng hút ra

Thủy triều lên xuống hàng ngày có tác dụng khống chế phèn đang chuyển sang trạng thái hoạt động, điều hòa sự tích lũy độ mặn trong đất, bão hòa phản ứng môi trường, duy trì hoạt động của hoạt tính sinh vật trong đất và môi trường nước là yếu tố quan trọng duy trì cân bằng sinh thái môi trường

™ Chế độ gió: gió mùa Đông Bắc và gió mùa Tây - Tây Nam Mùa gió chướng

Đông Bắc (tháng 10 - 4) có 3 thời kì: chướng non, chướng thật sự, chướng tàn Mùa gió chướng thường gây ra tình trạng dâng triều làm ngập và xâm nhập mặn vào sâu trong các vùng có địa hình trũng Tốc độ gió mùa này thấp và không gây tác hại trong khu vực Trong giai đoạn chướng tàn, gió này ảnh hưởng đến sự thay đổi độ mặn của nước, quá trình bốc mặn của đất Chế độ gió có ảnh hưởng đáng kể đến tính chất phức tạp của sóng và “dòng chảy gió” của khu vực

Gió mùa Đông Bắc (từ tháng 11 năm trước đến tháng 4 năm sau): hướng gió vùng biển tây là đông nam và đông, hướng gió vùng ven bờ đông là đông bắc và đông

Gió mùa Tây Nam (từ tháng 6 đến tháng 9): vùng ven bờ tây hướng gió chủ yếu

là tây nam, vùng ven bờ đông tốc độ gió là 3 m/s, trong các cơn giông, sức gió đạt từ

15 m/s đến 20 m/s

2.2 Sự hình thành và ô nhiễm phèn ở BĐCM

Các tiến trình hóa học diễn ra chủ yếu trên đất phèn bao gồm sự tạo thành pyrite (FeS2) trong môi trường yếm khí với sự tham gia của các vi sinh vật khử sulfate (sulfobactere) và trong điều kiện hảo khí quá trình oxy hòa pyrite diễn ra tạo thành FeSO4, H2SO4 (Lê Văn Căn, 1978)

aq: aqua chất hòa tan

™ Điều kiện hình thành pyrite:

• Môi trường yếm khí

• Nguồn sulfate hòa tan: chủ yếu là nước biển hay nước lợ

• Chất hữu cơ: sự oxy hóa chất hữu cơ cung cấp năng lượng cần thiết cho các vi khuẩn khử sulfate

• Nguồn sắt: đất trầm tích có chứa oxide và hydroxide sắt, trong điều kiện thuận lợi sắt bị khử thành Fe2+ hòa tan

• Thời gian: Phản ứng giữa FeS và S ở trạng thái rắn rất chậm trong khi Fe2+ hòa tan kết hợp với polisulfua tạo kết tủa rất nhanh, khi gặp điều kiện thuận lợi tạo thành pyrite

™ Sự oxy hóa pyrite:

Sự oxy hóa pyrite trên đất phèn xảy ra qua nhiều giai đoạn bao gồm các tiến trình hóa học và vi sinh Trong môi trường thoáng khí oxy được cung cấp sẽ phản ứng với pyrite FeSO4, H2SO4 hoặc S (Dent, 1998)

phần thúc đẩy các phản ứng Ở pH thấp, Thiobacillus ferrooxydans oxy hóa thành các

dạng sulfua bị khử và Fe2+, phóng thích Fe3+ trở lại môi trường

Fe2+ +1/4 O2 + H+ => Fe3+ + 1/2 H2O

Ở những nơi có hai mùa mưa nắng phân biệt sự oxy hóa pyrite vẫn có thể tiếp tục sau khi nước ngập do khả năng oxy hóa tích trữ trong Fe3+ vào mùa nắng Đất có pyrite khi đào lên bị oxy hóa nhanh hơn, pH thấp hơn pH đất chưa đào Vào mùa khô, khi tiêu nước quá sâu lượng pyrite tích trữ trong đất bị oxy hóa mạnh hình thành axit nhiều hơn

™ Các sản phẩm của quá trình oxy hóa pyrite:

Theo Dent (1988), các sản phẩm của quá trình oxy hóa bao gồm:

FeS2 +15/4 O2 + 5/2 H2O +1/3 K+ =>1/3 KFe3 (S04)2 (OH)6 + 4/3 SO42 - + 3H+

• Sulfate:

Phần lớn sắt tạo thành từ phản ứng oxy hóa pyrite nằm trong đất, chỉ một ít sulfate được giữ lại trong đất ở dạng jarosite hoặc thạch cao Hầu hết lưu huỳnh bi hòa tan và rửa trôi đi nhưng có một phần nhỏ thấm xuống tầng khử và bị khử thành sulfua Trên vùng đất phèn, sau khi trung hòa axit bằng CaCO3 thạch cao được tạo thành

CaCO3 + 2 H+ +SO42 - + H2O => CaSO4.2H2O + CO2

2.2.2 Phân bố đất phèn:

BĐCM là vùng có diến tích đất phèn rộng lớn chiếm khoảng 1/3 diện tích của đồng bằng sông Cửu Long Đây là một quỹ đất tương đối dồi dào hiện đã được khai

thác sử dụng cho nuôi tôm và trồng lúa trồng tràm Đất phèn ở BĐCM tập trung chủ

yếu ở Cà Mau và một phần của tỉnh Kiên Giang ( U Mimh Thượng) Một phần cục

bộ của Bạc Liêu, Sóc Trăng và một ít Cần Thơ Nếu như ở Đồng Tháp Mười và Tứ Giác Long Xuyên đất phèn rất tập trung thì ở đây nó xuất hiện kiểu da báo xen giữa đất mặn và đất phù sa trung tính Đất phèn tiềm tàng nhiễm mặn tập trung chạy dọc ven biển cả bờ đông và bờ tây của bán đảo xen kẽ với đất mặn hay bùn mặn

Phân loại đất phèn ở BĐCM được chia làm hai nhóm: đất phèn tiềm tàng và đất

phèn hoạt động, gồm 17 đơn vị phân loại đất (bảng 2.1)

2.2.3 Tính chất đất:

Theo các nghiên cứu về đất phèn ở BĐCM cho thấy, có một số phẩu diện có tầng oxy hóa hoặc chỉ có tầng khử hay có một lớp mùn thực vật xuyên suốt phẩu diện Các phẩu diện đất trên bờ ao tôm, kênh rạch trong vùng có đặc điểm chung là: tầng mặt giàu hữu cơ; sét bột màu xám nâu, nâu sáng chứa các vật liệu oxit sắt: chứng tỏ môi trường môi trường oxi hóa đôi khi có xem lẫn một ít hữu cơ; sét bột màu xám xanh hoặc xám nâu có vệt xanh: chứng tỏ môi trường khử hoặc oxi hóa khử xen lẫn Ở phần sâu của các phẩu diện này có chứa nhiều mùn thô hoặc xác bã thực vật

™ Lý tính đất:

Thành phần cơ giới: chủ yếu là sét nặng đến sét vừa, các cấp hạt còn lại là cát

to, cát vừa và cát mịn (sét 30 - 50%, thịt 25 - 35%, cát 25 - 30%), đất trương khi bão hòa nước và co khi thiếu nước

Sj1PM 10 Đất PHĐ nông trên nền PTT , mặn trung bình

Sj2PM 11 Đất PHĐ sâu trên nền PTT, mặn trung bình

Sj1M 12 Đất PHĐ nông, mặn trung bình

Sj2M 13 Đất PHĐ sâu, mặn trung bình

Sj1Pmi 14 Đất PHĐ nông trên nền PTT, mặn ít

Sj2Pmi 15 Đất PHĐ sâu trên nền PTT, mặn ít

(Nguồn: Lê Huy Bá, 2003)

™ Hóa tính đất:

Độ pH đất: vùng đất phèn tiềm tàng được phủ bởi tàng tích rừng ngập mặn đất

có pH = 5,5 - 8 thích hợp cho sự phát triển của thực vật rừng ngập mặn như đước, mắn bần…riêng đất đắp bờ ao có phản ứng rất chua pH= 3,1 - 4,5 Riêng vùng đất ngập mặn phèn thuộc các bồn trũng U Minh Thượng, U Minh Hạ thì có phản ứng từ chua đến ít chua pH= 3 - 6 do thường xuyên ngập nước (Lê Huy Bá, 2003)

Hữu cơ và mùn: đa số đất phèn ở BĐCM rất giàu hữu cơ, hàm lượng hữu cơ

trong các tàng đều cao, đặc biệt là tầng mặt rất cao (OM= 7,38 - 15,05%), ngay cả ở

những nơi nuôi tôm chuyên canh trên vùng đất có nền là phèn tiềm tàng ở Cà Mau

Các cation trao đổi: tổng số các cation trao đổi (CEC) đều khá cao (39,6 - 71,2 meq/100g đất) Đạm tổng số cao (0,28 - 0,39%), lượng đạm cao nhất là ở tầng phèn tiềm tàng (0,3mg/100g đất) Lân tổng số thấp chỉ đạt 0,06 - 0,08% Riêng lân dễ tiêu ở dạng P2O5 thì rất cao trong tất cả các tầng đất ở hầu hết các loại đất đều đạt từ 6,67 - 22,9mg/100g đất Chứng tỏ đất ở BĐCM là đất mới, giàu lân dễ tiêu Natri dạng ion khá cao ở hầu hết các tầng đất Canxi trao đổi trung bình đa số đạt 6 - 7mg/100g đất Kali tổng số thường cao đạt 1,2 - 1,8% Magie trao đổi cũng rất cao vì đất ở BĐCM

chịu ảnh hưởng của thủy triều, nên đa số lượng trao đổi cũng đạt 12 - 20meq/100g đất

™ Độ độc trong môi trường đất phèn BĐCM:

• Độ chua (acidity):

Theo Jacob S Joffe (1949), acidity là nồng độ ion H+ trong đất các ion H+được tạo thành từ phản ứng ion hóa axit, do đó acidity hòa tan trong nước cho biết lượng ion H+ trong đó Theo nghiên cứu của Coleman (1959), Jenny (1961) cho rằng ngoài nguồn chính là ion H+ còn có sự đóng góp của ion Al3+ (Lê Văn Căn, 1978)

Phân loại độ chua: theo nguyễn Xuân Cự (1996), thì độ chua được chia thành hai loại: độ chua hoạt động và độ chua tiềm tàng

Độ chua hoạt động: được hình thành do các ion H+ và Al3+ phân li trong dung dịch đất, xác định bằng hoạt độ của ion H+ hiện diện trong dung dịch đất, một phần H+

do thủy phân các ion chứa Al

Độ chua tiềm tàng: chia thành hai nhóm:

Độ chua trao đổi: được hình thành do các cation của muối trung tính đẩy H+, một phần Al3+ ra khỏi phức hệ hấp phụ, Al3+ bị thủy phân tạo thành độ chua của đất

Độ chua thủy phân: được hình thành do toàn bộ H+, Al3+ trao đổi được đẩy ra ngoài dung dịch đất

Độ chua trong môi trường đất phèn BĐCM chủ yếu với các chỉ số Al3+, Fe3+,

Fe2+ cao trong đó có cả phèn tiềm tàng và phèn hoạt tính ( Lê Huy Bá, 2003)

¾ Mối liên hệ giữa độ chua (acidity) và độ kiềm (alkalinity):

Theo nguyễn Văn Điềm, 1986 alkalinity cũng là yếu tố hạn chế acidity Nước

mặn có chứa muối trung tính thì có khả năng trao đổi với H+ và Al3+ qua các phương trình sau:

6 NaCl + Fe2(SO4)3 = 2 FeCl3 + 3 NaSO4

6 NaCl + Al2(SO4)3 = 2 AlCl3 + 3 Na2SO4

H2CO3 H+ + HCO3 -

HCO3 - H+ + CO32 -

Axit cacbonic có ảnh hưởng rất lớn đến sự thay đổi độ chua dung dịch đất Tổng số CO2 hòa tan được tính là 100% thì CO2 và H2CO3 chỉ chiếm 1% CO32 - chiếm 6%, trong khi đó HCO3 - chiếm 93%

Sự hòa tan các muối Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2… sẽ làm tăng nồng độ HCO3 - , làm giảm [H+] và pH tăng lên, ngược lại, sự hòa tan khí CO2 vào nước biển sẽ làm tăng nồng độ axit H2CO3, tăng [H+] và làm giảm pH

¾ Mối liên hệ giữa acidity và Al:

Hàm lượng Al tự do trong nước phụ thuộc vào độ chua của đất Trong môi trường axit (ví dụ H2SO4), Al có khả năng di động cao

Al là sản phẩm của sự tích tụ do rửa trôi hoặc quá trình oxy hóa pyrite hình thành Khi acidity cao thì lượng Al tự do được giải phóng nhanh, cũng có thể tác dụng với các nguyên tố khác (W.S.Hicks và ctv, 1999)

H2SO4 + 2Al3+ → Al2(SO4)3 + 6 H+

• Các kim loại nặng trong môi trường đất:

Hàm lượng Mn2+, Zn2+ rất cao, cao hơn nhiều so với các kim loại như: Cd, Pb,

Cu Mn và Zn có ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ tăng trưởng của động - thực vật rừng ngập mặn

Độ mặn trong môi trường đất phèn tiềm tàng: đa số các tầng đất ở BĐCM có độ mặn cao: Cl khá cao, EC cao tổng muối tan đề cao Đây là kết quả xâm nhập mặn từ biển vào nội đồng Tuy vậy, trên đất phèn tiềm tàng giàu hữu cơ và đất than bùn nhiễm mặn phản ứng mặn của môi trường đất không có khả năng trung hòa một số ion gây chua, chúng sinh ra trong quá trính oxi hóa tầng pyrit khi tầng này bị phơi ra dười nắng và gió Mức độ phèn hóa cao nhất xảy ra vào cuối mùa khô và đầu mùa mưa Việc khử phèn tự nhiên xảy ra cũng phải kéo dài nhiều năm

2.3 Sự ô nhiễm môi trường nước trong kênh rạch vào đầu mùa mưa

Diễn biến chua phèn và sự lan truyền nước chua: Vào đầu mùa mưa nước trên kênh rạch ở một số khu vực bị nhiễm nước chua với các mức độ khác nhau Nước chua phèn trong vùng là nước chua phèn nội địa nằm rải rác ở các khu vực đất phèn địa hình thấp trũng, điều kiện tiêu thoát nước kém Qua số liệu quan trắc của Viện QHTL miền Nam, viện lúa IRRI từ năm 1982 đến 2005 cho thấy:

- Ở khu vực Tây Sông Hậu có khoảng 178.000 ha nằm rải rác ở các khu vực thuộc các huyện Thốt Nốt, Ô Môn, Châu Thành, Phụng Hiệp, Vị Thanh, Long Mỹ; Giồng Riềng, Gò Quao, Tân Hiệp, Châu Thành Nước phèn thường xuất hiện các tháng đầu mùa mưa, tháng V, VI, VII với độ pH từ 4 - 5

- Khu vực U Minh Thượng, U Minh hạ, tài liệu đo năm 1993 - 2005 cho thấy nước bị chua vào các tháng V - VII với độ pH = 4 - 5

- Vùng Quản Lộ Phụng Hiệp, diện chua tập trung ở khu vực phía Tây từ Ninh Qưới đến Cà Mau, trung tâm chua là khu vực dọc theo kênh Chắc Băng, thời gian chua thường kéo dài 3 - 4 tháng (V - VII) Diện chua tăng dần từ tháng V, đạt giá trị lớn nhất vào tháng VI, sau đó giảm dần theo sự gia tăng của mưa, xem Hình 2

Hình 2.2 : Diễn biến lan truyền chua phèn

(Nguồn: Viện Qui hoạch Thuỷ lợi miền Nam, 2005) 

2.4 Khả năng giảm ô nhiễm phèn của nước mặn

Nước biển có khả năng trung hòa được một lượng axit thêm vào vì trong nước biển có một số hợp phần mang tính bazơ Khả năng nhận thêm proton H+ nước biển là

do sự hiện diện của các anion axit yếu Ngoài ra CO2 trong nước biển chủ yếu tồn tại dưới dạng cacbonate và bicacbonate và một lượng nhỏ tồn tại ở trạng thái tự do Nhưng trong nước biển nguồn cính tạo ra ion HCO3 - không phải do phân li axit cacbonic mà do phân li những muối bicacbonat như Ca(HCO3)2, Mg(HCO3)2…vốn có nhiều trong nước bởi vậy, sự hòa tan các muối này sẽ làm tang nồng độ HCO3 - , do

đó giảm [H+] tức làm tăng pH

Theo White et al (1997), nước mặn có khả năng trung hòa axit cao hơn so với nước ngọt Hiện nay việc kiểm soát dòng chảy ở cửa sông bằng cách mở những cống thoát nước đang trở nên ngày càng phổ biến và được sử dụng trong việc cải thiện chất lượng nước tại cống (Haskins, Năm 1999; Indraratna và cộng sự, 2002; Johnston và cộng sự, 2003b) Nhiều nghiên cứu đã cho thấy tác dụng của nước mặn trong việc giảm độ chua và độc tính của đất phèn Một số thí nghiệm đã chứng minh rằng dưới điều kiện oxy hóa, nhôm cũng có thể bị rửa trôi khỏi đất phèn nhiều hơn khi ngâm trong nước muối so với trong điều kiện khử (Mensvoort et al, 1991) Khả năng trung hòa của nước biển chủ yếu là do sự có mặt của cacbonat (CO32 - ) và bicacbonates (HCO3 - ), vì nó quyết định độ kiềm của nước biển (Drever, 1997) Mặc dù, OH - ,

PO43- và các ion âm khác có thể trung hòa các ion H+ nhưng nồng độ của các ion này

là tương đối thấp hơn HCO3 - và CO32 - trong môi trường tự nhiên

Stumm và Morgan (1996) đã sử dụng các phương trình sau để mô tả phản ứng đệm của nước biển chống lại axit sulfuric với sự hình thành của carbonic:

HCO3 - + H + + SO42 - → H2CO3 + SO42 - (1)

Nước biển Đất phèn oxy hóa axit carbonic yếu

Axit carbonic là một axit yếu và phân ly kém Mặt khác, axit sulfuric là một axit mạnh và phân ly hoàn toàn thành H + và SO42 - trong dung dịch

Có nhiều phương pháp để định lượng khả năng trung hòa của khối nước mặn và

độ pH khi nó được hòa lẫn với các chất ô nhiễm axit

Indraratna et al (2002) cho thấy nếu biết độ kiềm của khối nước thì có thể xác định độ pH khi trộn khối nước đó với nước có tính axit Nếu pha trộn nước mặn có độ kiềm bằng 6,25 x 10 - 4 mol H+ /lít (1/4 nồng độ của nước biển) với nước chua (pH 4.0) theo tỷ lệ 1:1 kết quả sẽ được pH 6,9

Sự thay đổi đặc tính của các khối nước mặn khi tiếp nhận các chất ô nhiễm không chỉ phụ thuộc vào độ kiềm của nó, mà còn phụ thuộc vào các thuộc tính của các chất ô nhiễm Để xác định sự thay đổi, phải định lượng được tất cả các nguyên tố hóa học (đặc biệt là nhôm và sắt) có thể ảnh hưởng đến các phản ứng giữa kiềm - axit của khối nước mặn và chất gây ô nhiễm

Phương pháp đơn giản để định lượng những thay đổi là việc sử dụng các đường cong chuẩn độ Chuẩn độ là một cách để định lượng một phản ứng hóa học giữa hai dung dịch khi bổ sung một dung dịch (chất chuẩn độ) đến khối nước khác (chất định

chuẩn), cho phép thực hiện sự đo lường trong suốt phản ứng Đối với một phản ứng giữa axit và bazơ, trong quá trình chuẩn độ có thể đo độ pH của khối nước tiếp nhận tại các điểm khác nhau trong suốt phản ứng

Bằng cách thiết lập các đường cong chuẩn độ của nước mặn ở các cấp độ mặn khác nhau khi chúng tiếp nhận nước có tính axit ở các cấp độ khác nhau Các vật liệu nước và đất phèn được lấy từ khu vực nghiên cứu để thiết lập tính toán dựa trên kinh nghiệm về lịch sử về độ pH của các mẫu nước từ các kênh rạch khi chuẩn độ với nước axit

3.2 Vật liệu thí nghiệm:

3.2.1 Dung dịch được chuẩn độ:

Nước mặn được lấy ở cửa sông Gành Hào ( Đông Hải, Cà Mau) biển Đông với

3.2.2 Dung dịch chuẩn độ:

Đất phèn trong vùng nghiên cứu được dùng để tạo ra nước phèn gây ô nhiễm cho môi trường nước của kênh rạch mương vào đầu mùa mưa Để đảm bảo tính axit của dung dịch chuẩn dùng trong thí nghiệm có tính chất tương tự như các chất gây ô nhiễm axit trong vùng nghiên cứu Dung dịch chuẩn độ được tạo ra bằng dung dịch lọc

từ mẫu đất phèn

Mẫu đất được sấy khô ở 1050C, qua rây 2 mm, hòa tan trong nước cất với tỉ lệ 1:5 lắc qua đêm Các dung dịch đất được trích xuất, lọc và hòa với nước cất đến khi đạt pH mong muốn

Bảng 3.2 Thành phần hóa học của 3 dung dịch chuẩn độ  

™ Tiến hành thí nghiệm:

Cho 50 mL dung dịch được chuẩn độ vào bình tam giác hoặc cốc thủy tinh dung tích 1000 mL, thêm từ từ dung dịch chuẩn độ (sử dụng burette kĩ thuật số với độ chính xác 0,01 mL) Mỗi khi bổ sung 0, 1, 5, …mL dung dịch chuẩn độ (pH 3, pH 4 và

pH 5) ghi lại pH của mẫu chuẩn độ tương ứng trong suốt quá trình chuẩn độ

Kết thúc chuẩn độ khi độ pH của mẫu chuẩn độ không thay đổi khi tăng thêm thể tích dung dịch chuẩn hoặc khi thể tích của dung dịch chuẩn gấp 14 lần thế tích ban

đầu của dung dịch được chuẩn độ (700 mL) vì thể tích lớn hơn không quản lý được

3.5 Các chỉ tiêu và phương pháp theo dõi:

3.5.1 Chỉ tiêu theo dõi ở thí nghiệm:

pH và EC của mẫu chuẩn độ được ghi lại sau 5 phút sau mỗi lần thêm 0, 1, 5,…

mL dung dịch chuẩn (pH 3, pH 4 và pH 5) trong suốt quá trình chuẩn độ

™ Alkalinity, acidity, nồng độ Al, Fe 2+, Fe tổng số và SO42 - : được lấy mẫu định kì

từ mẫu chuẩn độ trong suốt quá trình chuẩn độ khi pH của nó đạt 3,5, 4, 4,5, 5, 6, 7, 7,2 và 7,4 Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl được lấy mẫu từ mẫu ban đầu

™ Tổng hàm lượng các kim loại hòa tan:

• Na+, K+, Ca2+, Mg2+ được xác định bằng phương pháp quang phổ hấp thu nguyên tử, sử dụng máy Spectr AA - 600 (APHA, 1985)

• Al3+ được xác định bằng phương pháp so màu sử dụng máy so màu spectronic 21D sử dụng thuốc thử Erirochrome cyanine R (APHA, 1985)

• Fe tổng số Fe2+ được xác định bằng phương pháp so màu sử dụng máy so màu spectronic 21D với thuốc thử 1,10 - phenanthroline (APHA, 1985)

• Cl - được xác định bằng phương pháp chuẩn độ bạc nitrate (APHA, 1985)

• SO42 - được xác định bằng phương pháp đo độ đục, sử dụng máy so màu spectronic 21D ở bước sóng 420 nm (APHA, 1985)

Trong phản ứng hóa học (4) cần 0,5 mol kiềm CaCO3/m3 (hoặc 1eq CaCO3/m3)

để trung hòa 1 mol H+/m3 (acidity), do đó:

1[mol H+/ m3] = 0,5 [mol CaCO3/m3]

So sánh nồng độ axit, nhôm và sắt trong cùng một đơn vị đo:

Al 3+ [mol H+/ m3] = 3/27 Al3+ [ppm]

Fe tổng số [mol H+/ m3] = 3/56 Fe tổng số [ppm]

Fe 2+ [mol H+/ m3] = 2/56 Fe 2+ [ppm]

™ Vẽ đường cong chuẩn độ:

Một nguồn nước vốn luôn luôn chứa carbon dioxid và các muối carbonat Nếu xét một dung dịch chỉ chứa các ion carbonat HCO3 - và CO32 - Ở các giá trị pH khác nhau, hàm lượng carbonat sẽ cân bằng với hàm lượng CO2 (cân bằng carbonat) vì trong nước luôn diễn ra quá trình :

2 HCO3 - Ù CO32 - + H2O + CO2

CO32 - + H2O Ù 2OH - + CO2

Trên sơ đồ cân bằng carbonat trong nước cho thấy:

- Ở pH = 6,3, nồng độ CO2 hòa tan trong nước và nồng độ ion HCO3 - bằng nhau

- Ở pH = 10,3 thì nồng độ các ion HCO3 - và CO32 - sẽ bằng nhau

- Ở pH < 6,3 các ion carbonat chuyển sang dạng CO2 hòa tan. 

- Ở pH > 10,3 dạng tồn tại chủ yếu là dạng CO32 - ,  

- Còn trong khoảng 6,3 < pH < 10,3 dạng tồn tại chủ yếu là HCO3. 

Như vậy, trong nước biển tồn tại chủ yếu ion bicacbonat, ngoài ra còn có ion cacbonat Khi 6,3<pH<8,3 tồn tại ion bicacbonat, khi 8,3≤pH<10,3 tồn tại hai dạng ion bicacbonat và cacbonat

• Trường hợp nước mặn chứa CO 3 2 - :

Tiến hành chuẩn độ Vo mL nước mặn chứa CO32 - có nồng độ No (mol/L) bằng

V mL nước phèn có nồng độ N (mol/L)

Gọi Kb1, Kb2 là hằng số bazơ của CO32 -

F: mức độ bazơ đã được chuẩn độ

Hình 3.1: Đường cong chuẩn độ CO32- 0,1M bằng H+ 0,1M

Điểm tương đương 2 Điểm tương đương 1

Điểm tương đương 1 khi NV = NoVo

Điểm tương đương 2 khi NV= 2 NoVo

Khi chưa chuẩn độ: F = 0 pH được tính theo nồng độ CO32 - trong mẫu nước mặn (mẫu chuẩn độ)

[OH - ] = (No x Kb1)1/2[H+] = 10 - 14 / [ OH - ]

pH = 14 – ½ pKb1 + ½ lg No

Trước điểm tương đương: F < 1 pH được tính theo hệ thống đệm CO32 - & HCO3 - mẫu chuẩn độ

[CO32 - ] = (NoVo - NV) / (V + Vo) [HCO32 - ] = NV / (V + Vo)

[OH - ] = Kb1 x [CO32 - ] / [CO32 - ]

= Kb1 x (NV – NoVo) / NV

pH = 14 – pKb1 +lg ((NoVo - NV) / NV) Tại điểm tương đương: F = 1 pH được tính theo HCO3 -

pH = ½ (pKa1 + pKa2) Sau điểm tương đương: F > 1 pH được tính theo HCO3 - & H2CO3

[HCO3 - ] = ( 2NoVo - NV) / (V + Vo) [H2CO3] = (NV – NoVo)/ (V + Vo) [H+] = Ka1 (NV – NoVo) / (2NoVo - NV )

pH = pKa1 – lg ((NV – NoVo) / (2NoVo - NV )) Tại điểm tương đương: F = 2 pH được tính theo H2CO3

[H+] = (Ka1 (NoVo / (V+Vo))1/2

pH = ½ pKa1 – ½ lg (NoVo / (V+Vo)) Sau điểm tương đương 2: F > 2 pH được tính theo H+ dư

[H+] = (NV – 2NoVo) / (V+Vo)

pH = - lg ((NV – 2NoVo) / (V+Vo))

• Trường hợp nước mặn chỉ chứa HCO 3 - :

Tiến hành chuẩn độ Vo mL nước mặn chứa HCO3 - có nồng độ No bằng V mL nước phèn có nồng độ N

Phương trình chuẩn độ: HCO3 - + H+ → H2CO3 , Kb2 = 2,25 x 10 - 8

Với: F = NV / NoVo

Khi chưa chuẩn độ: F = 0 pH được tính theo nồng độ HCO3 - trong mẫu nước mặn (mẫu chuẩn độ)

[OH - ] = (No x Kb2) 1/2[H+] = 10 - 14 / [OH - ]

pH = 14 – ½ pKb2 + ½ lg No

Trước điểm tương đương: F < 1 pH được tính theo hệ đệm HCO3 - và H2CO3

[HCO3 - ] = (NV - NoVo) / (V + Vo) [H2CO3] = (NV)/ (V + Vo)

[H+] = Ka1 x [H2CO3] / [HCO3 - ] [H+] = Ka1 x NV / (NoVo - NV)

pH = pKa1 – lg (NV / (NoVo - NV)) Tại điểm tương đương: F = 1 pH được tính theo H2CO3

[H+] = (Ka1 x NoVo / (V+Vo)) 1/2

pH = ½ pKa1 – ½ lg (NoVo / (V+Vo)) Sau điểm tương đương: F > 1 pH được tính theo H+ dư

[H+] = (NV – NoVo) / (V +Vo)

pH = -lg ((NV – NoVo) / (V +Vo))

™ Thiết lập tương quan giữa đường cong pH theo lý thuyết và thực đo:

Dựa vào các giá trị pH đo và tính được, dùng excel 2007 vẽ đồ thị và phương trình tương quan giữa lý thuyết và thực đo

Chương 4

KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

4.1 Các đường cong chuẩn độ và khả năng trung hòa axit của nước mặn

4.1.1 Đường cong chuẩn độ theo thực đo

Hình 4.1a: Kết quả pH của nước mặn khi chuẩn độ bằng nước phèn pH 3 theo thực đo

Hình 4.1b: Kết quả pH của nước mặn khi chuẩn độ bằng nước phèn pH 4 theo thực đo

Hình 4.1c: Kết quả pH của nước mặn khi chuẩn độ bằng nước phèn pH 5 theo thực đo

Qua hình 4.1 ta thấy sự thay đổi khác nhau của pH ở các tỉ lệ khác nhau khi chuẩn độ 5 mức độ mặn (30, 15, 10, 5, 0 ‰) với 3 mức phèn (pH 3, pH 4, pH 5) Khi tăng thể tích nước phèn tức tăng tỉ lệ nước phèn / nước mặn thì pH của mẫu nước giảm dần Mức độ giảm tuỳ thuộc vào độ mặn, độ phèn và tỉ lệ nước phèn / nước mặn pH giảm nhanh nhất khi chuẩn độ nước mặn với pH 3 và chậm nhất là pH 5 Ở 5 mức độ mặn thì độ mặn càng nhỏ thì pH giảm càng nhanh

Theo hình 4.1a pH của mẫu chuẩn độ trong khoảng giá trị 7 - 4 giảm mạnh ở tỉ

lệ 0,1 – 0,5 khi tỉ lệ tăng lên trên mức này thì pH vẫn giảm nhưng giảm rất chậm Tương tự qua hình 4.1b trong khoảng giá trị 6,5 - 4,5 pH của mẫu chuẩn độ giảm mạnh ở tỉ lệ 1 – 4 Tuy nhiên ở hình 4.1c, ta thấy pH giảm tương đối đều ở tỉ lệ 0 – 14 Ngoài ra, ta thấy điểm uống hay điểm tương đương ở hình 4.1 xuất hiện tại các điểm rất khác nhau trên đường cong chuẩn độ, hình 4.1a xuất hiện rất sớm (tại tỉ lệ 0,13 - 0,27), ở hình 4.1b xuất hiện trễ hơn (tại tỉ lệ 1,6- 3), còn hình 4.1c chưa xuất hiện điểm tương đương Đối với chuẩn độ bằng nước phèn pH 3, pH 4, pH 5 thì tính đệm pH của mẫu nước mặn có hiệu lực trong khoảng tỉ lệ lần lượt 0,5- 14, 4- 14, 0-14

Như vậy, nước phèn pH 3 có nguy cơ gây gây ô nhiễm môi trường cao hơn mức

pH 4 và pH 5 khi nó chảy ra kênh mương nên cần rất nhiều nước mặn để trung hoà nước phèn pH 3 so với nước phèn pH 4 và pH 5 Trung hoà 1 đơn vị nước phèn pH 3 cần sử dụng 2 - 10 đơn vị thể tích nước mặn, còn trung hoà 1 đơn vị thể tích nước phèn pH 4 cần sử dụng 0,1 - 0,5 đơn vị thể tích nước mặn Điều này chứng tỏ, để trung hoà pH càng thấp càng sử dụng nhiều nước mặn

Trong 5 mức độ mặn của dung dịch được chuẩn độ thì độ mặn 30 ‰ có đường

cong chuẩn độ cao nhất và đường cong chuẩn độ của độ mặn 0 ‰ thấp nhất Giá trị

pH của đường cong chuẩn độ của độ mặn 30 ‰ luôn cao hơn so với giá trị pH của 4 đường cong chuẩn độ còn lại tại cùng một tỉ lệ nước phèn/nước mặn Hay nói cách khác khả năng trung hòa axit của nước mặn 30 ‰ cao nhất và 0 ‰ thấp nhất

Bảng 4.1 Giá trị pH tại điểm tương đương

Bước nhảy pH là khoảng thay đổi pH đột ngột khi tăng tỉ lệ nước phèn/nước mặn Khoảng hiệu quả của quá trình chuẩn độ là từ điểm bắt đầu của bước nhảy đến điển tương đương, sau điểm tương đương hiệu quả giản dần Ở bảng 4.1 bước nhảy pH của thí nghiệm chuẩn độ bằng nước phèn pH 3 (6,79 - 4,66) rộng hơn pH 4 (6,85 – 4,62) do nồng độ axit trong nước phèn pH 3 cao hơn Tuy nhiên, trường hợp nước phèn pH 5 có nồng độ axit nhỏ hơn rất nhiều so với nồng độ bicacbonat trong nước mặn nên chưa xuất hiện bước nhảy cũng như điểm tương đương trong phạm vi của thí

nghiệm Như vậy, nước phèn pH 5 nguy cơ gây ô nhiễm môi trường không cao, nên khi dùng nước mặn ở tất cả các độ mặn từ 0 - 30‰ đều có hiệu quả

Bảng 4.2: pH của nước mặn khi tăng thể tích nước phèn, với đánh giá khác biệt

Sự khác biệt về khả năng trung hoà của nước mặn phụ thuộc vào tỉ lệ nước phèn / nước mặn

Như trong bảng 4.2a, xét ở mức ý nghĩa 0,01, pH của mẫu chuẩn độ với dung dịch được chuẩn độ S = 30 ‰ là cao nhất và có sự khác biệt rất có ý nghĩa so với pH của 4 mức độ mặn còn lại ở tỉ lệ 0,5 – 2

Qua bảng 4.2b, pH của mẫu chuẩn độ với dung dịch được chuẩn độ S = 30 ‰

có sự khác biêt rất có ý nghĩa với 4 mức độ mặn còn lại ở tỉ lệ từ 2 – 4 Ở tỉ lệ 0,1 - 1

và 10 sự khác biệt về pH giữa S = 30 ‰ với S = 15 ‰ là không có ý nghĩa

Bảng 4.2c, cho thấy ở tỉ lệ từ 2 – 10 pH có sự khác biêt rất có ý nghĩa giữa S=

30 ‰ với 4 mức độ mặn, với các tỉ lệ khác sự biệt giữa S = 30 ‰ và S = 15 ‰ không

có ý nghĩa Như vậy, khi trung hòa 3 mức phèn thì nước mặn S = 30 ‰ cho hiệu quả cao nhất

Hình 4.2 Mối tương quan giữa độ kiềm và độ mặn của dung dịch được chuẩn

độ sử dụng trong thí nghiệm

Khả năng trung hoà axit của nước mặn phụ thuộc vào độ kiềm của nó Khi độ kiềm càng cao thì khả năng đệm pH của nước mặn càng lớn làm cho pH ít thay đổi (Evangelou,1998) khả năng đệm của mẫu nước mặn cao hơn khi độ mặn tăng dần bởi

độ kiềm cao hơn so với nước mặn với độ mặn thấp (Indraratna và ctv., 2002, Johnston

và ctv., 2004) đã báo cáo các mối tương quan chặt chẽ giữa độ kiềm và độ mặn tại các cửa sông Ở mức độ mặn 30 g/L, độ kiềm tương tự trong các khu vực ven biển khác khoảng 2,8 eq CaCO3/m3 (Haskins, 1999; Indraratna và ctv., 2002; Johnston và ctv., 2003) Theo hình 4.2 ta thấy độ mặn và độ kiềm có mối tương quan thuận rất chặt theo phương trình: Alkalinity (Alk) = 0,048 x độ mặn (‰) + 1,287 tại mức r2 = 0.996** Điều này đã giải thích cho khả năng trung hoà axit của nước mặn theo từng mức độ mặn khác nhau

(Ngô Đằng Phong, 2003) đã báo cáo mức độ mặn 30 g/L tồn tại trong kênh rạch trong mùa khô và đầu mùa mưa, nước trong kênh có thể cung cấp khả năng trung hòa axit cao trong thời gian này Khi vào mùa mưa nước trong kênh được pha loãng bởi nước mưa và nước lũ từ sông Cửu Long làm cho nó trở nên ít mặn và ít có tính kiềm hơn làm cho khả năng đệm của nước trong kênh giảm vào giữa và cuối mùa mưa

4.1.2 Đường cong chuẩn độ theo lí thuyết

Hình 4.3a: Kết quả pH của nước mặn khi chuẩn độ bằng nước phèn pH 3

Hình 4.3b: Kết quả pH của nước mặn khi chuẩn độ bằng nước phèn pH 4

Hình 4.3c: Kết quả pH của nước mặn khi chuẩn độ bằng nước phèn pH 5