Nghiên cứu hóa học nước (Tái bản): Phần 2

Phần 2 cuốn Hóa nước cung cấp cho người học các kiến thức: Phương pháp nghiên cứu hóa nước và yêu cầu sử dụng nước, phương pháp chỉnh biên tài liệu hóa nước, phương pháp phân tích thể tích,… Mời các bạn cùng tham khảo.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN c ử u HOÁ NƯỚC

V À Y Ê U C Ầ U S Ử D Ụ N G N Ư Ớ C

§7.1 BỐ TRÍ HỆ THỐNG TRẠM ĐO ĐẠC CHẤT LƯỢNG NƯỚC

Việc bỏ trí hệ thống các trạm đo đạc chất lượng nước phai phục vụ cho nền kinh tế quốc dân và nghiên cứu khoa học.

Tuỳ theo nhu cầu sử dụng nước dưới đâv mà bô trí các tram đo đạc chất lượng nước:

- Nước dùng cho công nghiệp;

- Nước dùng cho nông nghiệp:

- Nước dùng cho nuôi trồng thuỷ sán;

- Nước dùng cho giao thõng vận tải;

- Nước dùng cho sinh hoạt, đời sống;

- Nước dùng cho công tác nghiên cứu khoa học

Việc bổ trí vị trí và số lượng các trạm đo phải làm sao đo đạc được những đặc trưng nhất của chất lượng nguồn nước phục vụ cho các nhu cấu trẽn và phai theo dõi được sự biến đổi chất lượng các nguồn nước đó đê có các biện pháp xử lý cần thiết, kịp thời.

§7.2 PHUƠNG PHÁP LẤY MẪU NƯỚC

7.2.1 Các loại mầu nước

Các dữ kiện phân tích cần phải cho biết chấíĩ lượng nước thông qua việc xác định các thống sô như nồng độ các chất vô cơ, chất khoáng hoặc hoá chất hoà tan, khí hoà tan, chất hữu cơ hoà tan và các chất lơ lửng ớ một thời điểm và địa điểm đo đạc.

Một số thông số như nhiệt độ, nồng độ các chất khí hoà tan độ pH cần phải được đo ngav tại chỗ lấy mẫu.

Nên lấy mẫu riêng cho từng mục đích phân tích như hoá học, sinh vật và vi sinh vật bới

vì các phương pháp, thiết bị lấy mầu và cách xử lý mẫu khác nhau.

Chương VII

1 M ẫu đơn

Mẫu đơn là loại mẫu gián đoan, thường được lấy thủ cõng hay tự động từ nước trên bề mặt hoặc ớ một độ sâu nhất định, hoặc ớ dưới đáy.

Mỗi mẫu thường chí đại diện cho chất lượng nước ờ thời điếm và địa điếm được lây mầu.

2 M ầu gián đoạn

ư ) M ẫ u gián đ o ạ n theo th ờ i qian

Loại mẫu này được lấy ở khoáng thời gian định trước Có thế theo các giờ trong ngày, theo các ngày trong tháng, theo các tháng trong năm hoặc theo các mùa trong năm.

b ) M ẫu g iá n đ o ạ n theo vị trí

Loại mẫu này được lấy ở những vị trí định trước Các vị trí này được chọn lựa sao cho có tính đặc trưng nhất cho chất lượng nước trong khu vực lấy mẫu Các mẫu có thể lấy ớ các vị trí theo mặt cắt của nguồn nước, ở những khoảng dòng chảy định trước

3 M ẩu liên tục

a) M ẫ u liên tục lấy ở lưu lượnq đ ịn h trước

Loại mẫu này chứa mọi thành phần của nước trong suốt giai đoạn lấy mẫu, nhưng trong nhiều trường hợp các mẫu này không cho thông tin về sự thay đối nồng độ của các chất trong giai đoạn đó.

b) M ẫ u liên tục lấy ở lư u lượng th a y đ ổ i

Loại mẫu này có thể phát hiện được sự thay đổi chất lượng nước Đày là cách lấy mẫu nước chính xác nhất nếu cả lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm đều thay đổi mạnh.

4 M ẫu loạt

a) M ầu the ở ch iều sâu

Đó là loại mẫu nước lấy ở các độ sâu khác nhau của một vùng nước ờ một vị trí đã định.

Các mẫu được lấy licn lục có the trộn lẫn để được các mầu tố hợp Các mầu tổ hợp cung cấp các giá trị ‘rung bình cùa thành phần nước.

M ẫ u t ổ h ợ p c ó giá trị khi sự t uân thú với m ột so m ứ c ciớ: h ạ n đ ư ợ c d ự a t r ê n g i á trị t rư ng bình cúa chất lượn 2 nước.

7.2.2 Thỉết bị láy mẫu nước

T h i ế t bị l ấv m;v: UM:V nl'ái d ượ c lưa ' b ậ n Có ; n h â n t ố c h ú y ế u c ầ n phải lựa

c h ọ n là đ ộ b ề n nhị-.:, ki • " d ề t l ó n u m ờ kí' h ! h u ' h ‘;:ih Ú.IIÌU k h ô i l ư ợ n a d ễ k iế m , a iá

ca, k h ả n ă n e làm sạch vù dùng lại

Các tiêu cln an chính cua thiết bị lấv mẫu ỉ

/ H ạ n cho' J e n .mức tối thiểu khả năneỊ t:á\ u nhiL-m do vật liệu c h ế íạo thiết bị lấy mẫ u gáy ra cho mẫu nước:

2 Dễ làm sacli vồ xứ 1Ý thành bình lâV mẫu dế loai cái’ ' vì bẩn nhu' k im loại nặng, chất

phóng xạ

3 V ậ t liệu làm bình phai trơ về mặt hoá học \'à sinh vật học đế t ránh các p h ản ứng giữa

mẫu với bình chứa;

4 Bình chứa mẫu phái không cồ khả năng hấp phụ các chất có trong mẫu nước như là hấp phụ các vết kim loại, các chất tẩy rửa, các loại thuốc trừ sâu phốt phát

7.2.3 Các loại bình chứa m ẫu

Yêu cầu của các bình chứa mẫu như là yêu cẩu đối với thiết bị lấy mẫu như trên.

Như vậy tuỳ theo yêu cầu của các chất cần phàn tích trong mẫu nước mà chúng ta có thể chọn các bình chứa mẫu có thê là thưỷ tinh, là các chất dẻo, có thể là bình không màu hoặc

có màu

7.2.4 Bảo q u á n và xử lý m ẫu nước

Khi chứa mẫu nước trong bình để đem vẽ nơi phán tích cần phải bảo quản và xử lý mẫu nước.

Việc bảo quản và xử lý mẫu nước trước khi phân tích thành phần của nó phải tuân theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5993 - 1995 và ISO 566'7 - 3 - 1985.

§7.3 YÊU CẦU SỬ DỤNG NƯỚC

Khi phân tích thành phần của một số mẫu nước chúng ta phải xem xét mục đích của việc

sử dụng mẫu nước đó Từ các mục đích yêu cầu của việc sử dụng nước mà định ra các chỉ tiêu cần phân tích mẫu nước để có hiệu quả kinh tế cao nhất.

Chúng ta nghiên cứu những yêu cầu chính cùa việc sử dụng nước.

7.3.1 Nước dùng cho còng nghiệp

Các ngành công nghiệp khác nhau cần dùng các loại nước có chất lượng khác nhau / C ò n g ngh iệp làm giấy

Công nghiệp làm giấy đòi hỏi một số yếu tố chính về chất lượng nước:

- Độ đục và độ màu cúa nước phải thấp để cho giấy làm ra có độ trắng cao Trong nước không được có chất lơ lửng để mặt giấy nhẵn, không sần;

- Hàm lượng sắt trong nước phải thấp để giấy không bị ố vàng theo thời gian, không dẫn điện;

- Độ cứng của nước phải thấp để giấy dễ dán và không dẫn điện;

- Độ pH của nước phải trung bình Nếu cao quá giấy cũng khó làm, nếu thấp quá giấy dề mủn, mục nát.

7.3.2 Nước dùng cho nóng nghiệp

Nước dùng cho nông nghiệp chủ yếu là để tưới Độ chua và độ mặn trong nước có ánh hướng rất lớn đến sự sinh trưởng của cày trồng.

Thông thường nước có độ khoáng hoá trong khoảng 0.8 -r 1,0 g/l là nước thích hợp cho nông nghiệp Nếu độ khoáng hoá của nước lên tới 4 g/1 là nước chua, mặn không dùng được cho nông nghiệp.

Một số thông số đặc trưng cho chất lượng nước dùng cho nông nghiệp như sau:

- Ka = 18 -r 6 : nước dùng để tưới được;

- Ka = 5,9 H- 1,2: nước có thể dùng để tưới được tuv nhiên không thích hợp lắm;

- Ka < 1,2: nước không thể dùng để tưới được.

2 C ác ch ất lơ lửng trong nước

Các chất lơ lửng trong nước thường là các hạt bùn, cát, phù sa Các chất này có thể làm cho đất phì nhiêu thêm cũng có thể [àm cho đất bị chua mặn dần.

Kích thước của các hạt chất lơ lửng trong nước có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của nước tưới.

3 N h iệ t độ của nước

Nhiệt độ của nước cũng có ảnh hưởng đến chất lượng nước tưới Nhiệt độ thấp quá hoặc cao quá cũng có ảnh hưởng không tốt đến sự sinh trưởng của cây trồng Tốt nhất là nước tưới phải có nhiệt độ thích hợp cho từng loại cây trồng.

4 C ác yếu tô khác

Nước dùng để tưới không được lẫn các axít tự do như H 2 S 0 4, HC1

Nồng độ của các loại muối như ZnS04, Na 2 S 0 4, Na 2 C 0 3, NaCl, BaCl2 phải thấp vì nếu hàm lượng của các muối đó cao sẽ gây keo tụ đất, làm cho đất bị cứng lại không thích hợp cho cây trồng.

Nước thải cua công nghiệp như công nghiệp luyện kim, công nghiệp thuộc da, công

nghiệp giấy đều khổng thể dùng làm nước tưới.

7.3.3 Nước dùng cho nuôi cá

Nước dùng cho nuôi cá trước hết phàí giải quyết ván đề hô hàp và thức ăn của cá.

1 N hu cấu vê oxy

Hàm lượng oxy hoà tan trong nước càng cao càng tốt.

Giới hạn cho phép hàm iượng oxy hoà tan trong nước (DO) là 3 mg/ 1

Nếu DO < 3 mg/1 thì cá bắt đầu khó thở và nếu DO < 0,5 mg/l thì cá sẽ chết.

2 Các ch ấ t khác

Các thành phán hoá học khác phải có đủ để tạo cho các sinh vật trong nước phát triển tốt, làm nguồn thức ăn dồi dào cho cá.

3 Đ ộ p H

Độ pH của nước thích hợp cho việc nuôi cá là từ 7 -r 8 Giới hạn thấp là pH = 6 , nếu

pH < 6 làm giám tác dụng hỏ hấp, làm giảm khả năng hấp thụ thức ăn và bài tiếí của cá, cá

sẽ chậm lớn.

7 3 4 N w ớ c G à n g (lồi ầ m

Nồi hơi là thiết bị rất quan trọng của một s ố ỉoại nhà máy, đặc biệt là các nhà máy nhiệ! điện Vì vậy chất lượng nước dùng cho các nồi hơi đòi hòi phái c ó chất lượng cao Cần coi trọng 3 vấn đề về chất lượng nước dùng cho nồi hơi.

/ Tác dụ n g làm han g ỉ nồi hơi

Nồi hơi bị gí chú yếu là do trong nước có axít và oxy hoà tan gây ra.

Trong nước có pH thấp thường tồn tại các axít vô cơ như H->C03, HC1, H 2 S 0 4 tạo ra từ

C 0 2 hoặc các muôi và các axít hữu cơ do thực vật bị mục nát cung cấp Để có thể sử dụng nước này cho nồi hơi các yếu tô trên phải được loại trừ vì các yếu tố đó gây ăn mòn hoá học hoặc điện hoá đối với vật ỉiệu làm nồi hơi.

Nước dùng cho nổi hơi yêu cầu hàm lượng các loại muối cacbonat không quá 15 mg/1 và hàm lượng oxy không được quá 0,1 mg/1 Đặc biệt với nổi hơi cao áp phải được loại trừ hết khí oxy hoà tan.

2 Tác d ụ n g lắ n g đ ọ n g cặn

Trong quá trình hoạt động của nồi hơi ở nhiệt độ cao, các chất khoáng tan trong nước dễ biến thành chất không tan lắng đọng, phủ và gắn chặt vào thành nồi hơi thường được gọi là cặn nước.

78

Do có lớp cặn trẽn mà độ dẩn nhiệt của nổi hơi rất kém, gây lãng phí nhiên liệu, đồng thời làm cho thành nồi hơi có nhiệt độ không đồng nhát, có những vị trí nhiệt độ lên quá cao dễ gây hư hỏng, thậm chí gây nổ, vỡ nồi hơi rất nguy hiểm.

Bản chất của cặn lắng đọng trong nồi hơi là do à nhiệt độ cao nên các muối của canxi, magiê và một số kim loai khác biến thành chất kết tủa.

T h í d ụ : Ca(HCO ,)2 — CaCO-,1 + C 0 2T + HX)

M g (H C 0 3)2 — Mg CO, l + C 0 2í + H20

CaCl 2 + M g S 0 4 = C aS 04ị + MgCl 2

CaCl 2 + Na: C 0 3 = C a C O ị + 2NaCl

CaS04 (ianj + NaiSiO', = CidSiO^ + NÌÌ7SO4

7.3.5 Nước dùn g cho bê tóng

Các công trình xây dựng bằng bê tông trong nước phái chú ý tác dụng xâm thực của nước tới các công trình này.

Tác dụng của nước đối với bê tông chủ yếu là quá trình các chất trong nước tác dụng với các chất có trong bê tỏng làm cho bẻ tỏng bị phá huỷ dần Tính xâm thực của nước có thê chia làm 5 loại:

1 X á m thực của c o 2 hoà tan

Khi hàm lượng COi hoà tan trong nước vượt quá lượng C 0 2 cân bằng thì sẽ xẩy ra hiện tượng xâm thực của C 0 2 đối với các công trình bẽ tồng Lượng C 0 2 dư sẽ hoà tan các muối cacbonal trong bê tỏng làm cho bề mặt bê tông bị phá huỷ dàn.

3 X âm thực của các loại axít

Khi nước có độ pH thấp thì sẽ xẩy ra sự xâm thực bởi các loại axít có trong nước,

Sự xâm thực của axít chủ yếu là quá trình hoà tan các muối cacbonat trong bê tông làm cho bê tông bị phá huỷ dần.

Người ta nhận thấy rằng: khi [ H N O 3 ] < 5 1 5 mg/1 và pH < 7,0 hoặc [H N O 3 ] > 5 1 5 mg/1 và pH < 6,7 đều xẩy ra sự xâm thực của axít đối với các công trình bê tông.

4 X ám thực của các loại m uối su n ph at

Khi hàm lượng SO'ị~ trong nước cao thì s o l cùng với nước thấm vào bê tông, kết hợp với các hợp chất canxi trong bê tông để tạo ra C aS 0 4 2H 2 0 Muối nàv có hệ số giãn nở cao, ỉàm cho các cống trình bê tông bị rạn nứt, vỡ ra, tạo điều kiện cho các loại xâm thực khác hoạt động tăng lên.

5 X âm thực cửa m uối m agiê

Khi hàm lượng Mg trong nước rất cao chúng cũng thấm vào bê tông tạo ra các hợp chất của Mg trong bê tông, phá vỡ kết cấu bền của bê tông và như vậy sẽ làm giảm chất lượng của các công trình bê tông.

Người ta cho lằng chỉ khi nào [SO 4 ” ] > 1000 mg/1 và [Mg2+] > 5000 mg/1 thì mới có thể gây ra xâm thực.

7.3.6, Nước d ùn g cho đời sông

Nước dùng cho đời sống cùa con người là loại nước đáp ứng đầy đủ các yêu cầu sau:

1 Nước kh ôn g có thàn h p h ầ n độ c hại

Các chất độc hại có trong nước thường là các cation của kim loại nặng như Pb2+, Cđ Zn2+, As2\ H g2+, các chất khác như H 2 S, N H 4 , N O 2 và các chất hữu cơ Trong nước thiên

80

nhiên thì hầu như không có thành phần độc hại Nhưng trong nước thải cúa công nghiệp, nước thải sinh hoạt lại chứa nhiều chất độc hai.

2 Đ ộ khoán g hoá cùa nước phải thấp

Độ cứng của nước thích hợp cho đời sống là 20H„, trường hợp cá biệt không được vượt quá 40Ho Vì rằng nước có độ cứng cao hay độ khoáng hoá cao sẽ có nhiều tác hại cho đời sống.

Hàm lượng sắt trong nước mặc dù có ít cũng làm cho chất lượng nước giảm đi nhiều Khi hàm lượng sắt > 1 mg/1 thì nước bắt đầu vấn đục có vị, có mùi khó chịu Khi hàm lượng sắt quá lớn làm cho nước có màu vàng và có váng nổi lên, rất khó sử dụng.

3 Tính chất vật lý của nước phải tốt

Nước dùng cho đời sống là loại nước phai khống có mui vị khó chịu, phải không có màu sắc và trong suốt

P H Ư Ơ N G P H Á P H Ệ T H Ố N G H O Á

T H À N H P H Ầ N H O Á H Ọ C N Ư Ớ C T H I Ê N N H I Ê N

Để có những kết luận vể kết quả phân tích thành phần hoá học của mẫu nước, chúng ta cần phải tiến hành hệ thống hoá các tài liệu đã thư được Việc hệ thống hoá này cho phép chúng ta phân loại đúng bản chất các mẫu nước và từ đó có những quyết sách sử dụng mẫu nước hợp lý.

Đã có rất nhiều tác giả đề ra các phương pháp khác nhau nhằm mục đích phân loại mẫu nước Mỗi phương pháp đều có những ưu điểm và nhược điếm riêng nhưng nó cũng phán ánh được các đặc điểm của thành phần hoá học của từng loại mẫu nước Việc sử dụng các phương pháp này tuỳ thuộc vào mục đích nghiên cứu.

Chúng ta sẽ nghiên cứu một số phương pháp hệ thống hoá thành phần hoá học của nước.

§8.1 PHƯƠNG PHÁP CUÔCLÔP

Để biểu diễn thành phần hoá học của một mẫu nước, Cưỏcỉồp đã đưa ra công thức sau:

cation Trong đó:

Sp - biểu diễn chất đặc biệt có trong mẫu nước tính bằng g/l.

M - tổng độ khoáng hoá của mẫu tính theo g/1.

Anion - các anion có trong mẫu nước theo % 3g/I Chỉ tính đến anion chiếm > 25% và theo thứ tự giảm dần.

Cation - cũng như phần anion.

T° - nhiệt độ của mẫu nước tính theo °K.

T h í d ụ : Kết quả phân tích một mẫu nước được ghi theo bảng 8 1.

Biểu diẻn mẫu nước theo Cuôclôp.

Chương VIII

Báng 8.1 Két quá phán tích mọt máu nước

Phần bên trái cột biểu diễn cation.

Phần bên phai cột biểu diền anion.

Các anion và cation biểu điền theo %3g/l.

Đáy cột ghi tổng độ khoáng hoá M theo

thứ tự từ đáv cột trớ lẽn, các ion được biếu

§8.3 PHUƠNG PHÁP ĐỒ THỊ TAM GIÁC

Phương pháp này biểu diễn bằng hai tam aiác đcu như nhau.

Tam giác thứ nhất là tam giác anion, ở tam giác này ba đỉnh tương ứng với ba loại anion chủ yếu nhất trong nước là cr, so và H C 0 3 và hàm lượng của chúng tính theo %3g/l Nối các trung điểm của ba cạnh lại

ta sẽ được 4 tam giác nhỏ là các tam

giác 1, 2, 3, 4.

- Tam giác 1: vùng nước clorua.

- Tam giác 2: vùng nước bicacbonat.

- Tam giác 3: vùng nước sunphat.

- Tam giác 4: vùng nước hỗn hợp.

Tam giác thứ hai là tam giác cation

Ta cũng dựa vào 3 loại ion chủ yếu có

100 HCO,

trong nước là: K \ N a \ Ca2+ và Mg

Tương tự như tam giác anion.

- Tam giác 1: vùng nước natri.

- Tam giác 2: vùng nước canxi.

- Tam giác 3: vùng nước magiê.

- Tam giác 4: vùng nước hỗn hợp.

Muốn xác định mẫu nước thuộc loại

nào, ta làm như sau:

Lấy thành phần phần trăm của 3 loại

anion và cation chủ yếu biểu diễn trên

3 cạnh của hai tam giác Từ 3 điểm

thành phần đó kẻ 3 đường song song

với 3 cạnh của tam giác sẽ tìm được 1

điểm đồng quy Tùv thuộc vào vị trí

của điểm đồng quy này trong khu vực

H ình 8.3: Tam giác cation

nào của mỗi tam giác, mà ta tìm được vùng đặc trưng cho mẫu nước đó.

Thí dụ: Giả thiết mẫu nước có %3g/l của các anion và cation như sau:

S.A.Sưcarcp dã dựa vào 6 thành phẩn chính trong nước lự nhiên là c r , SO 4 , HCO 3 , Na+, Mg2+ và Ca2+ là CO' sớ đế phán chia thành các lớp nước Trong 6 loại ion chủ yếu trên chì tính đến các ion có % 3 a/l lớn hơn 25% Từ 6 loại io>n trẽn dã tổ hợp được 49 lớp nước Phương pháp Sucarcp về sau lai được Slavianòp bổ sung cho hoàn chỉnh.

Việc hệ thống hoá thành phần hoá học của nước th.iên nhiên theo sơ đồ của Sucarep và Slavianôp được thế hiện trên báng 8 2

Tra bảng trên xác định được mẫu nước này thuộc ]ớp' nước 19.

Theo độ khoáng hoá của máu nước, mỏi lớp lai được chia thành 4 nhóm:

- Nhóm A: có độ khoang hoá < 1.5 o/l;

C h ư ơ n g IX

P H Ư Ơ N G P H Á P C H Ì N H B I Ê N T À I L I Ệ U H O Á N Ư Ớ C

§ 9 1 MỤC ĐÍCH CỦA S ự C H ÌN H BIÊN TÀI LIỆU HOÁ NUỚC

Các số liệu cùa quá trình phân tích mẫu nước phải được tập hợp lại chọn lọc và chinh lý trước khi đưa vào sứ dụng Người ta gọi công việc đó là sự chính biên tài liệu hoá nước Mục đích cùa sự chỉnh biên này là:

1 Đánh giá có hệ thống, chính xác các kết quá phân tích được đê phục vụ dễ dàng và tiện lợi cho các mục đích sử dụng nước;

2 Qua việc chỉnh biên tài liệu có thê kiếm tra được mức độ chính xác của c á c kết quả

đo Từ đó đề ra những biện pháp khắc phục những số liệu nào còn nghi vấn hoặc sai số lớn;

3 Phát hiện các vấn đề mới náv sinh trong quá trình phàn tích tài liệu Từ đó cái tiến, xem xét lại các địa điểm lấy mẫu nước, bô trí mặt cắt lấy nước, phương pháp lẫy mẫu và các vấn dề khác còn tồn tại;

4 Qua việc chinh biên có thê tìm ra các quv luật chung nào đó về thành phần hoá học của nguồn nước Từ đó dự đoán chất lượng nguồn nước cho tương lai phục vụ cho nền kinh

tế quốc dân và nghiên cứu khoa học;

5 Cung cấp những tài liệu có cơ sớ chính xác cho việc dự báo chất lượng nước.

§9.2 NỘI DUNG CÚA QUÁ TRÌNH CHÍNH BIÊN TÀI LIỆU HOÁ NUỚC

Công tác chinh bicn tài liệu hoá nước cần phái tiến hành đổng thời với công tác chỉnh biên các tài liệu thuý vãn khác vì các tài liệu này có mối quan hệ chặt chc với nhau.

Nội dung chinh biên tài liệu hoá nước bao gồm các bước sau đây:

9.2.1 K hái q u át vé việc lấy mảu nước

Trước khi xác định địa điếm lấy mẫu nước của một nguồn nước nào đó chúng ta phải tiến hành tìm hiểu kỹ càng nguồn nước.

Trước hết phải tìm hiểu tình hình địa lý tự nhiên, địa chất thuỷ vãn của lưu vực nguồn nước, tình hình thảm thực vật, khí hậu

1 Bảng báo cáo phân tích chất lượng nước;

2 Bảng thống kê các chỉ tiêu phân tích các mẫu nước;

3 Bảng tính toán lưu lượng các ion;

4 Bảng lun lượng bình quân ngày;

5 Vẽ đường quan hệ giữa tổng lượng ion và từng loại ion với lưu lượng (hình 9.1 và hình 9.2), quan hệ giữa các chất khí hoà tan và độ pH (hình 9.3);

6 Vẽ đường quan hệ giữa tổng lượng ion với lượng các loại ion chù yếu nhất (hình 9.4).

H ìn h 9.1: Đ ư ờ ng q u a n h ệ giữ a tổ n g lượng io n và lưu lượng

H ỉn h 9 2 : Đường quan hệ giữa ion Cl , ion s o 4 với lưu lượng

88

Sự biến hoú hàm lượng của 0 - lioà tan, của C O ' và độ pH:

l - % độ bão h«oà 0 :.

2- mg C 0 :/1

3- Đ ô pH.

Hình 9.3: Đường quan hệ giữa chất klỉí hoả tan và độ pH

(Thang dường quan hệ này lấy thời ffia.fi tháng làm hoành độ).

R (mig/n

R = S o n (mg/r1-HCO: 4- Ca2+

2- SO4" 5- M g 2+

3- cr

H ìn h 9.4: Đường quan hệ ẹiữa tổnẹ lượỉiỉĩ io lì vù tìlỉữnỵ ion chú yếu nhất.

9.3.1 Đối chiêu tình hình cơ bán của nguồn nước

Đối chiếu các tài liệu thu thập được về tình hình địa chất thuỷ văn, dòng chảy, tình hình công nghiệp, nông nghiệp, dân cư của lưu vực nguồn nước với các tài liệu cũ xem có biến đổi gì không? Từ đó có thể dự đoán tình hình biến đổi chất lượng nguồn nước, có hướng xác định thành phần của nguồn nước.

9.3.2 Đối chiếu các kết quả với tài liệu gốc

Dựa vào các kết quả phân tích được, chúng ta tính toán các số liệu cần thiết:

Về nguyên tắc Irong nước phải trung hoà về điện tích Vì vậy tổng số 3g của cation phải bằng tổng số 3g của anion.

Nhưng thực tế việc đo đạc bao giờ cũng có sai số và tất nhiên là không bao giờ xác định được hết các cation và anion trong nước Vì vậy, công thức tính sai số trong phương pháp này là:

Y a - Y k

x % = ~ Ể—— • 100

Z > + I k Trong đó:

* Nếu nước cổ độ khoáng hoá cao mà X > 5% thì kết quà phân tích không được chấp nhận Khi đó chúng ta phải tìm ra nguyên nhân gây sai số, có thể là một trong các yếu

tố sau:

- Do phân tích ít chỉ tiêu.

- Có một loai ion nào đó có hàm ỉượng cao mà chưa phân tích.

- Có một số ion bị che chắn trong các keo hoăc phức bền mà không phân tích được

Từ đó ta phải đề ra biện pháp khắc phục nhữne sai sô đó.

9.3.4 Phương pháp cân bằng khỏi lượng

Nguyên tắc của phương pháp: Tống lượng chất rắn hoà tan phải bàng tổng khối lượng các cation và anion đo được:

Ta gọi: a là tổng lượng chất rắn hoà tan (TDS>, b là tổng lượng các ion.

Công thức tính sai số theo phương pháp này là:

x% = 5 ^ 1 0 0

a Nếu phép đo chính xác X < 5%.

Sai sô cho phép X = 8-r 10%.

9.3.5. Phương pháp tương quan giữa chất hoà tan và tổng ỉượng ỉon

Nguyên tắc của phương pháp: Trtìna mầu nước tổng chất hoà tan (TSS) (bao gồm các chất rắn hoà tan (TDS) và các chất lơ lửng (SS>) phải lớn hơn tổng lượng các ion.

TSS = TDS + s s > z lượng các ion (vì TDS - V lượng các ion) Nếu kết quả phân tích không thoả mãn điều kiện trên thì sư phán tích có sai sót, cần phải kiểm tra lại.

9.3.6 Phương pháp tương quan giữa các ion

1 T ươnữ quan giữa độ cứng của nước và lổ n g lượng ion C a 2+ và M g 2+

Nguyên tắc: Độ cứng của nước = E lượng Ca:+ + M g2+.

Sai số của hiệu hai kết quả trên không được vượt quá 2 độ cứng tính theo độ Đức.

3 Tương quan giữ a p H vói H C O ị và c o 2 tự do

Giữa 3 đại lượng pH, HCO 3 , COt tự do trong nước có liên quan theo công thức:

p H = 6 , 3 7 - i g [ C 0 2] + l g [ H C O3 ]

Trong đó: [ C 0 2] và [ HCO 3 ] tính theo mg/1.

Đối với nước chứa hàm lượng chất hữu cơ không nhiều và độ khoána hoá không cao thì sai số giữa trị số pH đo được trực tiếp với trị số pH tính theo công thức trên không vượt quá 0 , 2

4 Phương p h á p tư ơng quan giữa m ộ t sô ion tro n g nước có độ k h o á n g h o á th ấp

- Đối với hầu hết các nước có độ khoáng hoá thấp thì quan hệ phổ biến của các ion là:

[ HCO 3 ] < [Ca2+] + [Mg2+] < [ HCO 3 ] + [ SO 4 ” ] Trong đó nồng độ các ion tính theo m 3 g/l,

- Trong nước ngọt: [Ca2+] + [Mg2+] > [ HCO 3 ] + [ s o t ]

9.3.7 Kiểm tra tổng hợp

- So sánh kết quả phân tích với các kết quả phân tích khác ớ cùng một thời gian trong nhiều nãm.

- So sánh các kết quả phán tích giữa các lần trong năm.

- Nhận xét các kết quả phân tích với tình hình chung của [ưu vực nguồn nước.

- Đối chiếu các kết quả đo đạc với các kết quả của các trạm đo khác của khu vực xung quanh.

§9.4 THUYẾT MINH VÀ GHI BIỂU Đ ồ

Với các tài liệu hoá nước, các bảng biểu đều được in mẫu sẩn theo yêu cầu của mục 9.2.2,

ta chí cần theo các mẫu đó ghi các kết quả phân tích và tính toán được Từ đó vẽ các biểu đồ theo yêu cầu của mục đích sử dụng tài liệu hoá nước.

§9.5 VIẾT BÁO CÁO HÀNG NĂM VÀ BÁO CÁO T ổ N G HỢP VÊ HOÁ NƯỚC

Nội dung của các báo cáo này phải đầy đủ, ngắn gọn, chính xác.

92

9.5.1 Nội dung các báo cáo hàng nãm

Bản báo cáo hàng nãm vế tình hình và các kết quả phân tích chất lượng nguồn nước gồm các phần sau:

1 Mục đích của việc đo đạc chất lượng nước;

2 Phương pháp đo đạc;

3 Thuvết minh cơ bản về nhữna đặc điếm cua nguồn nước;

4 Mức độ chính xác của các sô liệu đo đạc;

5 Tinh hình hoàn thành kế hoạch của nãm;

6 Các ưu khuyết điểm về mặt đo đạc.

- Thiết bị máv móc, phương pháp lấy mẫu, vi trí lấy mẫu

- Kiểm tra ảnh hường cùa các nguồn nước bị ò nhiễm tới nsuồn nước;

7 Tinh hình bảo quản và vận chuyển mẫu tới nơi phân tích;

8 Bán báo cáo hàng năm được quy định theo mẫu in sẩn và ít nhất phải có 2 bản: 1 bản lưu và 1 bản gừi đi báo cáo cấp trên.

Bản báo cáo hàng năm còn kèm thêm các phụ lục sau:

- Bảng thống kê thành phần hoá học của nauồn nước;

- Bảng tính toán lưu lượng các ion;

- Bảng lun lượng ion bình quân ngày của tháng;

- Đường quan hệ giữa lưu lượng nước và lưu lượng các ion;

- Đường quan hệ giữa tổng lượng ion với hàm lượng của từng loại ion chủ yếu.

9.5.2 Báo cáo tổng họp

Bản báo cáo tổng hợp do trạm thưỷ văn phụ trách được biên soạn dựa trên các tài liệu của các trạm đo chất lượng nước trên toàn khu vực cung cấp Nội dung của bán báo cáo tổng hợp bao gồm:

1 Giới thiệu tình hình bố trí trạm và vị trí các nguồn nước trong khu vực phụ trách;

2 Tinh hình địa lý tự nhiên, địa lý kinh tế, dân cư trong khu vực;

3 Các kết quả đo đạc, tính toán về chất lượng nước.

4 Tống kết và kết luận về công tác xác định chất lượng của nguồn nước trong một năm qua Những vấn đề tồn tại cần khắc phục Hướng nghiên cứu mới cho những năm tiếp theo Các phụ lục kèm theo các bản báo cáo nàv được quy định như phần 9.5.1 ở trên.

Chúng ta cũng cần chú ý rằng tùv theo vêu cầu và đối tượng nghiên cứu chất lượng nước

mà người ta đề ra ít hoặc nhiều nội dung, báng biểu báo cáo cho phù hợp.

Phần thứ hai

HÓA HỌC PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG

Hóa học phán tích là một ngành khoa học có nhiệm vụ xác định thành phần hóa học của các chất.

Hóa học phân tích bao gồm hai phần:

- Phần phân tích định tính: xác định các chất thành phần có trong chất nghiên cứu.

- Phân tích định lượng: xác dịnh hàm lượng các chất thành phần có trong chất nghiên cứu Thông thườns người ta tiến hành phân tích định tính trước Qua kết quả phân tích định tính mới tiến hành phân tích định lượng.

Trong thực tế có nhiều trường hợp đã biết rõ các chất thành phần có trong chất nghiên cứu như khi phân tích chất lượng các nguồn nước tự nhiên và do vậy người ta chỉ tiến hành phân tích định lượng thỏi.

Trong phân tích định lượng lại có nhiều phương pháp khác:

1 Phương p h áp p h ân tích hóa học

b) Ph ư on g p h á p phân tích điện hóa

Đó là các phương pháp sử dụng tính chất điện hóa của các chất cần xác định, bao gồm phương pháp điện phân, nội điện phân, điện thế, cực phổ

Khi hai chất trẽn tác dụng vừa vận với nhau, nếu gọi dung dịch HC1 dùng hết là VHC| ml

có nồng độ N HC|, dung dịch NaOH đã đem dùng là ViNaOH'ta c° đắng thức:

2 D u n g dịch tiêu chuẩn

Dung dịch tiêu chuẩn là dung dịch đã biết chính xác nống độ của nó, người ta thường

d ù n g dung dị ch này để xác định nồn g đ ộ các dung d ị c h khác

3 D u n g dịch chuẩn độ

Dung dịch chuẩn đ ộ là dung dịch chưa biết nồng độ T a dùng dung dịch tiêu chuẩn để xác định nó

4 Đ iểm tương đưong

Điểm tươne đương là điểm khi dung dịch tiêu chuẩn và dung dịch chuẩn độ tác dụng vừa đứ với nhau Nsười ta xác định điểm tương đưcmg bằng chất chỉ thị màu.

NaOH + HC1 = NaCl + H ,0

^NaOH • •N',Y,OH - Vhci N HC|

Từ đó:

1 Đ iếu kiện của các p h ấ n ứng hoá học dù n g trong p h ư ơ n g p h á p p h á n tích thê tích

Các phản ứng hoá học dùng trong phương pháp phân tích thê tích phái đáp ứng được các điều kiện sau đây:

- Các phán ứng phải xảy ra hoàn toàn theo một phương trình hoá học xác định;

- Tốc độ phản ứng phải nhanh;

- Không có phán ứng phụ xảy ra;

- Có thể xác định được điểm tương đương.

- Phương pháp oxy hoá - khử.

§10.2 NỒNG ĐỘ DUNG DỊCH DÙNG TRONG PHUƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỂ TÍCH

Nồng độ nàv được đo bằng số mol chất tan có trong 1 lít dung dịch.

Nếu ta có n mol chất tan hoà tan trong V lít dung dịch thì:

c = —

10.1.2 Các phương pháp phán tích thế tích

96

Ký h iêu: N, c v

ĩ ^ n g độ này được đo bằng số đương lượng gam chất tan có trong 1 lít dung dịch.

Mu ta có m gam chất tan hoà tan trong V lít dung dịch Đương lượng gam của chất tan

ỉà 3 hì:

m

Cn= Í = —

D.2.4 Sự liên quan giữa các loại nồng độ

ỉ S ự liên quan giữa các c % với nhau

T ô n rriị gam dung dịch A có C|% với m, gam dung dịch A có C 2% ta được dung dịch A

có c7c. Biểu thức quan hệ giữa chúng:

m I c Ị + m2.c 2 = (m ị + m 2).c

M u pha loãng bàng nước thì coi nồng độ c% của nước bằng 0.

2 S ự liên quan giữa các C S1 với nhau

Trộn V, lít dung dịch A có CMI với V 2 lít cũng dung dịch A có nồng độ C M2 được dung

dị ch c ó n ồn g độ C:M Biểu thức liên hệ giữa các đại lượng trên:

V , C M, + V 2C M: = (V, + V 2)CMhếu pha loãng bằng nước thì CM cúa nước bằng 0.

3 S ự ỉỉen quan giua c % và C M

Có dung dịch chất A nồng độ c% , có khối lượng riêng là D (g/ml) Chất A có khối lượrg mol phân tứ là M v Biếu thức chuyển đổi giữa c % và C M là:

K).C%.D

4 S ự liê n q u a n giữ a c v/ và c v

^ ố u gọi n:

- S ố ion trao đổi từ l phân tử axít

- S ố ion OH trao đổi từ l phân tử bazơ

-Tổng số điện tích cua cation kim loại trao đổi từ l phân tử muối.

- T ố n g s ố c le c tr o n t rao đổi từ l ph â n tử chất oxv h oá hoặc chất khử

D.2.3 Nồng đo đương lượng gam

Công Ihức liên quan giữa CM và CN:

CN — nCM 10.2.5 Phương pháp xác định nồng độ chất chuẩn độ trong phân tích thế tích

Phương pháp tính nồng độ trong phân tích thể tích là theo định luật đương lượng Nghĩa

là khi các chất tác dụns vừa đù với nhau thì số đương lượng (hay số mili đương lượng) của chúng phái bằng nhau.

Công thức tính nồng độ lại phụ thuộc vào phương pháp chuẩn độ.

/ C huẩn độ trực tiếp

Dùng dung dịch tiêu chuấn cho tác dụng trực tiếp với dung dịch chuẩn độ Khi đạt tới điểm tương đương:

Dung dịch tiêu chuán dùng hết V| ml và có nồng độ N|.

Dung dịch chuán độ đã sử dụng Vt ml có nồng độ cần xác định là Ni.

Thí dụ:

Xác định NNaOH bằng dung dịch tiêu chuẩn HC1.

2 C huẩn độ ngược

Gọi X là chất cần xác định nồng độ.

M là chất đã biết nồng độ, có thê tác dụng với X tạo chất bền

Cho M dư tác dụng với X:

M + X = MX Dùng dung dịch tiêu chuán Y để xác định lượng M dư:

Mdư + Y = MY Theo cách chuẩn độ nàv công thức tính nồng độ chất X như sau:

T h í dụ: Đé xác định s o ị trong nước ta d ù n g d u n g d ịch B a '+ d ư đ ã biết n ồ n g đ ộ c h o tác

C ổ n g thứ c c ủ a p h e n o lp h ta le in phức tạp nón c h ú n g ta ký hiệu n ó là H ln d

H lnd í= ? Ind + H +không màu màu tím diỏ

T r o n g d u n g d ị c h , tu ỳ th e o giá trị pH m à chất ch i thị này tổn tạ i ớ d ạ n g H l n d h a y Ind m à

D o đặ c đ i ể m c ủ a m ắ t người là chi q u a n sát rõ ràng m à u c ù a c h ấ t H l n d h a v I n d “ khi n ồ n g

đ ộ c ủ a c h ú n g hơ n k é m n h a u !0 lần nõn khoáng dổi m à u c ủ a c h ấ t c h i thị s ẽ là:

pH = 8 4- 10: kho á n g đối màu

K h o á n g đ ố i m à u c ủ a m ộ t số chất chỉ thị axít - b a z ơ ih ô n g d ụ n g c h o trong b ả n g 10.1

Bảng 10.1 Khoảng đổi màu cua một sô chất chỉ thị thông dụng

- Khi 9 9 ,9 % d u n g d ị c h HC1 dược chuítn độ:

b) Lập bàniỊ biến thiên và vẽdiíờiìi’ cont> chuẩn dó

D ự a t h e o k ế t q u á t ín h to á n ta lập đượ c bàng biến thiên c ủ a p H t h e o % d u n g d ị c h c h u á n

đ ộ và đư ờng COI12 c h u ẩ n độ

- C h ọ n p p c h o p h c p c h u á n độ baxơ m anh b ã n g axít m ạ n h , p p c ó k h o ả n g đổi m à u

pH = 10 -ỉ- 8 N g ừ n g c h u ấ n đ ộ khi màu d u n g d ịc h t ừ đ ỏ tím c h u v ế n s a n g k h ô n g m à u

T ư ơ n g tự n h ư c h ọ n M o , việc chọn c h ấ t chi thị n h ư vậy sẽ t r á n h đ ư ợ c sai s ố n h iề u hơn

2 C h u ẩ n độ a x ít y ê u b ằ n g b a z o m ạ n h hoác ngược lại

C h ú n g ta k h á o s á t q u á trình chuẩn đ ộ 100 ml: d u n g d ịc h a x it a x e tic C H ^ C O O H 0 ,1 N

b á n g d u n g d ị c h N a O H 0 ,1 N C ho biết h ằ n g s ố đ i ệ n ly c ủ a a x ít a x e ti c K , = 1 ,8.10 '

P h á n ứng x ả y r a k h i c h u ấ n độ:

T ại đ i ể m tư ơ n g đ ư ơ n g tro n g d u n s d ịch c h u ẩ n đ ộ chí c ó m u ố i C H ^ C O O N a , m u ố i n à y bị

th u ý p h â n c h o m ô i trư ờ n g bazơ nên pH > 7 T r o n g q u á trìn h c h u á n đ ộ p H c ú a d u n g d ịc h

C H3C 0 0 N a + H 20 ^ C H , C O O H + N a O H

C H ,C O C r + H 20 ^ C H 3C O O H + O H[ C H 3C O O H ] [ O H ]

h " [ C H3C O O ]

T h e o p h ư ơ n g trinh: [ C H ^ C O O H ] = [ O H ]

[ C H ?C O C f ] = C m = 0 , l M [ P H Ị 2 _ K ft

106

ÍK c '[OH 1 = ^

b) Lập bciniỊ biển thiên và vẽ (lường C()ìì\> cliitcin dô

T ư ơ n g tự ta c ó b á n g b iế n thiên và đư ờ ng cong c h u ẩ n độ n h ư sau:

a )T ín h p H của dung dịch trong quá trình chi iú ',‘ 1 độ

T r o n g d u n g d ị c h t ồ n tại hỗn hợp b a z ơ yêu N H 4 O H c h ư a b ị c h u ẩ n đ ộ v à m u ố i NH4CI

s in h ra Đ â y c ũ n g là m ộ t d u n a dịch đ ệ m Phư ơng p h á p tín h t o á n g i ô n g n h ư d u n g d ị c h đ ệ m

ư) Tính nỉ ỉ tronii quá trình clìiidn độ

a l ) T rư ớ c khi c h u ẩ n độ

Vì Kị « K, nên đối với H ,C O , ta chí tính p H t h e o K ị :

H 2C ( ) , ^ H + - H C O 3 [ H +] ớ đ â y tính n h ư đối với a x ít vếu đ ơ n bậc:

C u = 0 , 1 N tươ ng ứng 0 1 M:

p H = ệ ( p K , - l g C a i

p H = - ( 6 3 7 + 1 ) = 3 ,6 82

(6)

(7)

112