Đề tài Phân tích một số chỉ tiêu chất lượng nước sông Tô Lịch

ống kê chưa đầy đủ của Sở Tài nguyên - Môi trường và Nhà đất Hà Nội thì đến nay lượng nước thải được xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường mới chỉ đạt khoảng 6% tổng lượng nước thải của thành phố. Ngoài ra, nước thải sản xuất công nghiệp, nước thải của các bệnh viện và các cơ sở dịch vụ chứa nhiều chất ô nhiễm phần lớn chưa qua xử lý cũng là yếu tố trực tiếp gây ô nhiễm nguồn nước của các con sông. Hiện tại, toàn thành phố mới có 40 cơ sở sản xuất công nghiệp, 29 cơ sở dịch vụ và 5 bệnh viện có trạm xử lý nước thải. Và con số các nhà máy, xí nghiệp gây ô nhiễm môi trường thành phố đã lên xấp xỉ tới 500 nhà máy, xí nghiệp. Một trong những chất thải gây ô nhiễm nặng nhất là nguồn nước thải. Điều đáng nói là đến tận thời điểm này, vẫn chỉ có hơn 10% trên tổng số những nhà máy có lượng nước thải lớn là có trạm xử lý, mặc dù cũng không đạt tiêu chuẩn quy định. Một nguyên nhân nữa cũng được coi là thủ phạm gây ra tình trạng ô nhiễm đó là ý thức vô trách nhiệm của không ít những người dân sinh sông gần các con sông đó. Chúng ta có thể dễ dàng bắt gặp những đống rác thải, phế thải to đùng của người dân đổ vô tội vạ xuống sông. Đã đến lúc chúng ta cần phải hành động ngay để cứu các con sông này. Trước tiên là cần có sự liên kết giữa các ban ngành chức năng có liên quan mà ở đây là sở Tài Nguyên & Môi Trường Nhà Đất và Sở Khoa học Công nghệ & Môi trường thành phố Hà Nội, cần tìm ra những giải pháp tích cực để cải tạo, khắc phục tình trạng ô nhiễm ở các con sông. Bên cạnh đó Công ty môi trường đô thị cũng cần có những chiến dịch nạo vét, tu sửa, thu gom rác thải…Và cần nhất là đẩy mạnh công tác tuyên truyền cho những hộ dân sống gần các con sông về ý thức giữ gìn vệ sinh môi trường và bảo vệ nguồn nước. 1.2 Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước thải chủ yếu. [2] 1.2.1 Các chỉ tiêu vật lí. 1.2.1.1 Màu sắc. Nước sạch không màu. Nước có màu là biều hiện nước bị ô nhiễm. Nếu bề dày của nước lớn ta có cảm giác nước có màu xanh nhẹ đó là do nước hấp thụ chọn lọc một số bước sóng nhất định của ánh sáng mặt trời. Nước có màu xanh đậm chứng tỏ trong nước có các chất phú dưỡng hoặc các thực vật nổi phát triển quá mức và sản phẩm phân huỷ của thực vật đã chết. Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ sẽ làm xuất hiện acid humic hoà tan làm nước có màu vàng. Nước thải của các nhà máy, công xưởng, lò mổ có nhiều màu sắc khác nhau. Nước có màu tác động đến khả năng xuyên qua của ánh sáng mặt trời khi đi qua nước, do đó gây ảnh hưởng tới hệ sinh thái nước. Màu do hoá chất gây nên rất độc với sinh vật trong nước. Cường độ màu của nước thường xác định bằng phương pháp so màu sau khi đã lọc bỏ các chất vẩn đục. 1.2.1.2 Mùi vị. Nước sạch không mùi. Không vi. Nếu nước có mùi có vị khó chịu là triệu chứng nước bị ô nhiễm. Mùi vị trong nước gây ra do 2 nguyên nhân chủ yếu: * Do các sản phẩm phân huỷ các chất hữu cơ trong nước * Do nước thải có chứa những chất khác nhau, màu mùi vị của nước đặc trưng cho từng loại. Mùi của nước được xác định theo cường độ tương đối quy ước, ví dụ nếu mẫu nước có mùi nhẹ và pha loãng bằng nước sạch đến thể tích bằng 1:1; mà mùi biến mất thì chỉ số ngưỡng có mùi (ton) bằng 1, còn nếu pha loãng gấp đôi mùi mới biến mất thì chỉ số mùi bằng 2. Nếu pha loãng gấp 4,5,6... mùi mới biến mất thì chỉ số ngưỡng mùi tương ứng là 4.,5,6.. 1.2.1.3 Độ đục. Nước tự nhiên thường bị vẩn đục do những hạt keo lơ lửng trong nước, các hạt keo này có thể là mùn, vi sinh vật, sét. Nước đục làm giảm sự chiếu sáng của ánh sáng mặt trời qua nước. Độ đục của nước được xác định bằng phương pháp so độ đục với độ đục của 1 thang chuẩn. 1.2.1.4 Nhiệt độ. Nguồn gốc gây ô nhiễm nhiệt chính là nguồn gốc nước thải từ các bộ phận làm nguội ở các nhà máy nhiệt điện, do việc đốt các vật liệu bên bờ sông, hồ...Nhiệt độ trong các loại nước thải này thường cao hơn 10-20 độ so với nước thường. Tuỳ theo mùa và vĩ độ địa lý mà nước nóng có thể gây ô nhiễm hoặc có lợi. Ở vùng có khí hậu ôn đới nước nóng có tác dụng xúc tiến sự phát triển của sinh vật và quá trình phân huỷ. Nhưng ở những vùng nhiệt đới như nước ta, nhiệt độ nước thải vào sông, hồ tăng sẽ làm giảm hàm lượng ôxi hoà tan vào nước và tăng nhu cầu ôxi của cá lên 2 lần, tăng nhiệt độ còn xúc tiến sự phát triển của các sinh vật phù du. 1.2.1.5 Chất rắn trong nước. Nước có hàm lượng chất rắn cao là nước kém chất lượng. Chất rắn trong nước gồm có 2 loại: chất rắn lơ lửng và chất rắn hoà tan, và tổng 2 loại chất rắn trên gọi là tổng chất rắn. Chất rắn lơ lửng thường làm cho nước bi đục, là một phần của chất rắn có trong nước ở dạng không hoà tan. Căn cứ vào tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng có trong nước, ta có thể xét đoán hàm lượng mùn, sét và những phần tử nhỏ khác trong nước. Chúng có thể có hại vì làm giảm tầm nhìn của các động vật sống trong nước và độ dọi của ánh sáng mặt trời qua nước. Tuy nhiên nước có chất rắn lơ lửng là đất mùn( như nước phù sa) thì là dùng làm nước tưới cho nông nghiệp rất tốt. Để xác định tổng chất rắn lơ lửng, mẫu nước lấy về phải được làm ngay hoăc phải được bảp quản ở 4 độ nhằm ngăn ngừa sự phân huỷ chất hữu cơ bởi vi sinh vật. Lấy một thể tích nước nhất định, lọc qua giấy lọc đã biết khối lượng. Cặn trên giấy lọc đem sấy khô ở 105 độ( thường dùng 108 độ). Cân và tính ra mg/l. Chất rắn hoà tan, mắt thường không thấy được, thường làm cho nước có mùi vị khó chịu, đôi khi cũng làm cho nước có màu. Các chất rắn tan trong nước thường là các chất khoáng vô cơ và đôi khi cả một số chất hữu cơ như các muối clorua, cacbonat, Hidrocac bonat, nitrat, sunfat, phophat... của một số kim loại như Na, K, Ca, Mg, Fe ... các phân bón Nước có hàm lượng các chất rắn hoà tan cao không dùng trong sinh hoạt được, không dùng để tưới trong nông nghiệp trong thời gian dài được vì sẽ gây mặn cho đất. Nước có chứa nhiều chất rắn tan có thể dẫn tới các vi sinh vật trong nước bị hoại sinh, oxi bị tiêu thụ nhiều và nước trở nên kị khí, dẫn đến hậu quả cá bị chết và do quá trình kị khí chiếm ưu thế nên giải phóng các bọt khí như CO2, NH3 , H2S ,CH4 ...làm cho nước có mùi. Nước có hàm lượng các chất tan lớn cũng không dùng được trong công nghiệp vì các chất rắn sẽ dẫn đến đóng cặn trong bể chứa, nồi hơi, máy móc, gây ra ăn mòn kim loại... Để xác định tổng hàm lượng các chất rắn tan trong nước, ta lọc mẫu nước qua giấy lọc băng xanh để tách những phần tử không tan lơ lửng trong nước. Lấy 250 ml nước đã lọc, làm bay hơi trên bếp cách thuỷ đến cạn khô, sau đó xấy cặn ở 180 độ, đem cân cặn và tính tổng hàm lượng chất rắn tan có trong nước ra mg/l. 1.2.1.6 Độ dẫn điện. Các muối tan trong nước tồn tại ở dạng ion nên làm cho nước có khả năng dẫn điện. Độ dẫn điện của nước phụ thuộc vào nông độ, tính linh đông và hoá trị của các ion (ở một nhiệt độ nhất định). Như vậy khả năng dẫn điện của nước phản ánh hàm lượng chất rắn tan trong nước. Để xác định độ dẫn điện, người ta đo điện trở hoặc dùng máy đo độ dẫn điện trực tiếp với đơn vị là milisimen trên 1m. 1.2.2 Một số chỉ tiêu hoá học và sinh hoc. 1.2.2.1 Độ Axít. Là hàm lượng của các chất có trong nước tham gia phản ứng với kiềm mạnh. Độ axit của nước được xác định bằng lượng kiềm được dùng để trung hoà nước. Đối với các loại nước thiên nhiên thường gặp, độ axit của nước phụ thuộc vào lượng CO2 trong nước. Các chất mùn và các axit hữu cơ có trong nước cũng tạo nên một phần độ axit của nước thiên nhiên. Trong tất cả các trường hợp này pH của nước không lớn hơn 4.5. Để xác định độ axit của nước, người ta chuẩn độ nước bằng dung dịch chuẩn NaOH hay KOH, lượng dung dịch kiềm tiêu tốn cho quá trình chuẩn độ với chất chỉ thị là metyl da cam tương ứng với lượng axit tự do của nước, còn nếu dùng chất chỉ thị là phenolphthalein thì tương ứng với độ axit chung của nước. Nếu pH của mẫu nước >8.3 thì độ axit của nó bằng không. 1.2.2.2 Độ kiềm. Là hàm lượng của các chất có trong nước phản ứng với các axit mạnh. Để xác định độ kiềm của nước người ta cũng sử dụng phương pháp chuẩn độ nước bằng dung dịch axit mạnh. Đối với nước thiên nhiên, độ kiềm của nó phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng các muối cacbonat, hidrocacbonat của kim loại kiềm và kiềm thổ. Trong trường hợp này pH của nước khoảng >8.3. Để xác định độ kiềm của nước, người ta chuẩn độ mẫu nước bằng dung dịch chuẩn HCl, lượng dung dịch axit tiêu tốn cho quá trình chuẩn độ với chất chỉ thị là phenolphtalein (pHtd= 8.3) tương ứng với độ kiềm tự do chất chỉ thị là metyl da cam (pHtd =4.5). Tương ứng với độ kiềm toàn phần của nước. 1.2.2.3 Độ cứng của nước. Do các kim loại kiềm thổ, chủ yếu là canxi và magiê gây nên. Nước cứng thường không được gọi là ô nhiễm vì không gây tác hại tới sức khoẻ con người. Nhưng nước cứng lại gây nên hàng loạt các hậu quả: nước cứng pha chè không ngấm, xà phòng không tạo bọt vì xà phòng sẽ tạo kết tủa với ion Ca2+, Mg2+. Độ cứng có hai dạng: * Độ cứng tạm thời do muối hidrocacbonat của canxi và magie tạo nên. Độ cứng này sẽ mất khi đun sôi nước vì các muối nay bị phân huỷ tạo thành kết tủa, đó là các cặn đóng ở đáy và thành ấm đun nước. * Độ cứng vĩnh cửu do các muối clorua, sunfat, nitrat của canxi và magie tạo nên Độ cứng thường được biểu thị bằng số milimol của các ion canxi và magie có trong một lit nước Để xác định độ cứng của nước người ta thường dùng phương pháp chuẩn độ complexon với dung dịch đệm NH3 + NH4Cl có pH ~ 10. Với chất chỉ thị là Eriocrom T den 1.2.2.4. Độ pH. §é pH lµ mét trong nh÷ng chØ tiªu x¸c ®Þnh chÊt l­îng ®èi víi n­íc cÊp vµ n­íc th¶i. ChØ sè nµy cho thÊy cÇn thiÕt ph¶i trung hoµ hay kh«ng vµ tÝnh l­îng ho¸ chÊt cÇn thiÕt trong qu¸ tr×nh xö lý ®«ng tô, khö khuÈn ... Sù thay ®æi gi¸ trÞ pH lµm thay ®æi c¸c qu¸ tr×nh hoµ tan hoÆc keo tô, lµm t¨ng, gi¶m vËn tèc cña c¸c ph¶n øng ho¸ sinh xÈy ra trong n­íc. 1.2.2.5. Chỉ tiêu oxi hoà tan DO (disolved oxygen). DO lµ hµm l­îng oxi hoµ tan trong n­íc ®Ó duy tr× sù sèng cho c¸c sinh vËt d­íi n­íc. DO chØ cã nghÜa khi ph¶i trong mét ®iÒu kiÖn nhiÖt ®é nhÊt ®Þnh, khi nhiÖt ®é t¨ng ®é hoµ tan gi¶m. Víi mçi nguån n­íc ë mét nhiÖt x¸c ®Þnh th× chØ sè DO lµ x¸c ®Þnh. 1.2.2.6. Chỉ số BOD (nhu cầu oxi sinh hoá - Biochemical Oxygen Demand) Nhu cÇu oxi sinh ho¸ hay nhu cÇu oxi sinh häc th­êng viÕt t¾t lµ BOD, lµ l­îng oxi cÇn thiÕt ®Ó oxi ho¸ c¸c chÊt h÷u c¬ cã trong n­íc th¶i b»ng vi sinh vËt (chñ yÕu lµ vi khuÈn) ho¹i sinh, hiÕu khÝ. Qu¸ tr×nh nµy ®­îc gäi lµ qu¸ tr×nh oxi ho¸ sinh häc. Qu¸ tr×nh nµy ®­îc tãm t¾t nh­ sau: ChÊt h÷u c¬ + O2 CO2 + H20 Vi sinh vËt TÕ bµo míi( t¨ng sinh khèi ) Qu¸ tr×nh nµy ®ßi hái thêi gian dµi ngµy, v× ph¶i phô thuéc vµo b¶n chÊt cña chÊt h÷u c¬, vµo c¸c chñng lo¹i vi sinh vËt, nhiÖt ®é nguån n­íc, còng nh­ mét sè chÊt cã ®éc tÝnh ë trong n­íc. B×nh th­êng 70% nhu cÇu oxi ®­îc sö dông trong 5 ngµy ®Çu, 20 % trong 5 ngµy tiÕp theo vµ 99 % ë ngµy thø 20 vµ 100 % ë ngµy thø 21. 1.2.2.7. Chỉ số COD (nhu cầu oxi hoá học - Chemical Oxygen Demand). COD lµ l­îng oxi cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh oxi ho¸ Ho¸ häc toµn bé chÊt h÷u c¬ cã trong mÉu n­íc thµnh CO2 vµ n­íc. ChØ sè nµy ®­îc dïng réng r·i ®Ó ®Æc tr­ng cho hµm l­îng chÊt h÷u c¬ cña n­íc th¶i vµ sù « nhiÔm cña n­íc tù nhiªn . §Ó x¸c ®Þnh COD ng­êi ta th­êng sö dông mét chÊt oxi ho¸ m¹nh trong m«i tr­êng axit. ChÊt oxi ho¸ hay ®­îc dïng lµ Kalibicromat (K2Cr2O7). ChÊt h÷u c¬ + K2 Cr2O7 + H+ CO2 + H2O + 2Cr+3 + 2K+ L­îng bicromat d­ ®­îc x¸c ®Þnh b»ng ph­¬ng ph¸p tr¾c quang hoÆc chuÈn ®é b»ng dung dÞch muèi Mohr - Fe(NH4 )2 (SO4 ) víi chØ thÞ lµ dung dÞch Feeroin : Cr2 O72- + Fe2+ + H+ Cr3+ + Fe+3 + H2O. ChØ thÞ chuyÓn tõ mµu xanh lam ra mµu ®á nh¹t.. 1.2.2.8 Tổng cacbon hữu cơ TOC ( Total organic carbon). Các bon là bộ khung của các hợp chất hữu cơ vì vậy xác định được tổng cacbon hữu cơ có thể là cơ sở để xác định nồng độ các chất hữu cơ trong nước. Để xác định được chính xác tổng cacbon hữu cơ, trước hết phải loại cacbon vô cơ( ở dạng CO2. HCO3- , CO32-) ra khỏi mẫu nước bằng cách axit hoá mẫu nước, khi đó cacbon vô cơ sẽ chuyển về dạng khí CO2 thoát ra ở pha khí. Sau đó mẫu nước thải bay hơi và các chất hữu cơ còn lại được đốt bằng oxi ở nhiệt độ cao. Lượng CO2 giải phóng ra khi đốt các hợp chất hưũ cơ được xác định bằng hấp phụ hồng ngoại. 1.2.2.9 Tổng nitơ kendan (TN) (Total nitrogen). Để xác định nitơ kendan, người ta phá mẫu bằng axit sunfuric đặc nóng, khi đó các nitơ hữu cơ chuyển vể dạng ion amoni NH4+. Sau đó đưa pH của dung dịch lên cao, lúc này amoni chuyển thành dạng amoniac được cất tách ra và được xác định. 1.2.2.10 Tổng photpho TP( Total phosphorous). Vì photpho nằm ở các dạng khác nhau như photpho hữu cơ, polyphotphat, pyrophotphat, ortho photphat nên trước hết cần chuyển tất cả các dạng này về dạng ortho photphat PO3-4 bằng cách vô cơ hoá các mẫu nước. Sau đó nồng độ photphat được xác định bằng phương pháp trắc quang với thuốc thử là molipdat amoni trong môi trường axit mạnh. PO43-+ + 12(NH4)2MoO4 + 24H+ (NH4)3PO4.12MoO3 + 21 NH4+ + 12H2O Ghi chú: Ta có thể xác dịnh TOC, TN, TP ở dạng hoà tan sau khi lọc mẫu nước qua màng lọc có kích thước lỗ ~ 0.45mm. 1.2.2.11. Chỉ tiêu vi sinh. Trong n­íc th¶i ®Æc biÖt lµ n­íc th¶i sinh ho¹t nhiÔm nhiÒu vi sinh vËt cã lÉn trong ph©n ng­êi vµ ph©n sóc v©t. Trong ®ã cã thÓ cã nhiÒu vi khuÈn g©y bÖnh, ®Æt biÖt lµ g©y bÖnh ®­êng tiªu ho¸ nh­ t¶, lþ, th­¬ng hµn còng nh­ c¸c vi khuÈn g©y ngé ®éc thùc phÈm. §Ó ®¸nh gi¸ møc ®é nhiÔm bÈn vi khuÈn ng­êi ta dïng mét lo¹i vi khuÈn ®­êng ruét, h×nh ®òa, ®iÓn h×nh lµ E.coli. Trong thùc tÕ tån t¹i hai ®¹i l­îng ®Ó ®¸nh gi¸ chØ tiªu vi sinh lµ coliindex vµ trÞ sè coli: Coliindex (chØ sè coli) lµ ®¹i l­îng dïng ®Ó tÝnh sè l­îng trùc khuÈn cã trong mét lÝt n­íc th¶i. ChØ sè coli (colinit) lµ thÓ tÝch n­íc th¶i nhá nhÊt (tÝnh b»ng ml) trong ®ã cã chøa mét trùc khuÈn. *Tuỳ theo từng quốc gia hay các ngành thì tổ chức bảo vệ môi trướng sẽ có các chỉ tiêu phù hợp Bảng 1: tiêu chuẩn chất lượng nước mặt _TCVN 5942-1995 Stt Thông số Đơn vị A B 1 độ pH 6-8.5 5.5-9 2 BOD5 Mg/l <4 <25 3 COD Mg/l <10 <35 4 Oxy hoà tan Mg/l >6 >2 5 chất rắn lơ lửng Mg/l 20 80 6 Asen Mg/l 0.05 0.1 7 Bari Mg/l 1 4 8 cadimi Mg/l 0.01 0.02 9 Chì Mg/l 0.05 0.1 10 Crôm(VI) Mg/l 0.05 0.05 11 Crôm(III) Mg/l 0.1 1 12 đồng Mg/l 0.1 1 13 kẽm Mg/l 1 2 14 Mangan Mg/l 0.1 0.8 15 Niken Mg/l 0.1 1 16 sắt Mg/l 1 2 17 thuỷ ngân Mg/l 0.001 0.002 18 thiếc Mg/l 1 2 19 Amoni(tính theo nitơ) Mg/l 0.05 1 20 Florua Mg/l 1 1.5 21 nitrat(tính theo nitơ) Mg/l 10 15 22 nitrit(tính theo nitơ) Mg/l 0.01 0.05 23 Xyanua Mg/l 0.01 0.05 24 Phenol(tồng số) Mg/l 0.001 0.02 25 dầu, mỡ Mg/l không 0.3 26 chất tẩy rửa Mg/l 0.5 0.5 27 tổng hoá chất bảo vệ thực vật(trừ DDT) Mg/l 0.15 0.15 28 DDT Mg/l 0.01 0.01 29 Coliform MPN/100ml 5000 10000 30 tổng hoạt độ phóng xa a Mg/l 0.1 0.1 31 tổng hoạt độ phóng xạ b Mg/l 10 1 PHẦN II: THỰC NGHIỆM 2.1 Hoá chất dụng cụ: 2.1.1 Hoá chất: * Kalicromat K2Cr2O7 loại tinh khiết PA ở 103˚C trong 2 giờ. Cân chính xác 10.16g K2Cr2O7 đã sấy đem hoà tan trong khoảng 200 ml nước cất, thêm 167 ml dung dịch H2SO4 đặc và 33.3 g HgSO4. Làm lạnh và định mức tới 1000 ml. * Thuốc thử axit: Pha thuốc thử theo tỉ lệ 22g Ag2SO4/4g H2SO4 đặc. Để dung dịch đã pha loãng 1-2 ngày trước khi sử dụng để lượng bạc sunfat tan hoàn toàn. * Dung dịch chuẩn kaliphtalat (HOOCC6H4COOK): Sấy đến trọng lượng không đổi kaliphtalat ở nhiệt độ 120˚C. Cân 850 mg kaliphtalat, hoà tan và định mức thành 1000ml. Dung dịch này có giá trị COD tương đương 1000 mg O2/l. * Amonimolipdat: 25g amonimolipdat cho vào cốc thuỷ tinh + 300ml nước cất 2 lần và lắc đều khi tan hết (dd A). * Amonivanadat: 1.25g amonivanadat cho vào cốc thuỷ tinh +300ml nước cất 2 lần, đun nhẹ trên bếp cho đến khi tan hết. Sau đó làm nguội cho 330 ml HCl đặc, lắc đều để nguội đến nhiệt độ phòng rồi đổ vào bình định mức 1l (dd B). Tiếp theo đổ dung dịch A vào dung dịch B, lắc đều và định mức đến 1l. * Dung dịch chuẩn phốtphat: NaH2PO4 được sấy ở 150˚C đến khối lượng không đổi. Sau đó cân chính xác 0.821g NaH2PO4 cho vào bình định mức đến 1l được dung dịch gốc có nồng độ PO43- =500 mg/l. Pha loãng dung dịch này 50 lần được dung dịch chuẩn có nồng độ 10mg/l. * Ngoài ra các hoá chất khác như dd HCl, dd H2SO4, dd NH3, dd NaOH… (PA) của Trung Quốc. 2.1.2 Thiết bị và dụng cụ: * Máy đo pH (precisa pH900 ) Bô môn Công nghệ Hoá học- Khoa Hóa- Trường Đại học KHTN. * Máy đo độ đục (2100 P Turbidimeter –Hach) Bô môn Công nghệ Hoá học- Khoa Hóa- Trường Đại học KHTN. * Cân phân tích (Denver instrument) Bô môn Công nghệ Hoá học- Khoa Hóa- Trường Đại học KHTN. * Máy đo quang (Novaspec II) Bô môn Công nghệ Hoá học- Khoa Hóa- Trường Đại học KHTN. * Máy đo BOD5 ( Lovibond) Phòng thí nghiệm Hoá môi trường- Bô môn Công nghệ Hoá học- Khoa Hóa- Trường Đại học KHTN. 2.2 Nội dung và phương pháp nghiên cứu. 2.2.1 Nội dung nghiên cứu. _ Khảo sát các phương pháp phân tích BOD, COD, xác định tổng Nitơ, xác định tổng Phospho, xác định tổng chất rắn lơ lửng. _ Phân tích đánh giá chất lượng nước sông Tô Lịch thông qua các chỉ tiêu COD, tổng Nitơ, tổng Phospho. 2.2.2 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước tiêu biểu. 2.2.2.1 Xác định BOD (Biochemical Oxygen Demand ) Trong thực tế người ta không xác định lượng oxi cần thiết để phân huỷ hoàn toàn chất hữu cơ vì mất nhiều thời gian mà người ta thường chỉ xác định lượng oxi cần thiết trong 5 ngày đầu ở nhiệt độ 20˚C, ký hiệu là BOD5. Sau 5 ngày có khoảng 70_80% các chất hữu cơ bị oxi hoá. Nguyên tắc của phương pháp xác định này là: Hệ thiết bị đo BOD là một hệ kín bao gồm các bình chứa mẫu và các sensor. Trong bình chứa mẫu, phía trên bề mặt có chứa một thể tích không khí xác định. Trong thời gian ủ mẫn VSV sử dụng oxi hoà tan trong mẫu. Lượng oxi tiêu thụ sẽ được thay thế dần bằng oxi không khí có trong bình làm giảm áp suất trong bình. Sensor đo sự thay đổi áp suất đó, từ đó ta có giá trị BOD (mgO2/l). Trong thời gian ủ mẫu có thể có một lượng CO2 sinh ra được kết hợp với KOH. Quy trình xác định: Mẫu nước thải lấy về được xác định ngay thông số BOD5 bằng máy đo Lovibond tại phòng CNMT1 theo quy trình sau: Điều chỉnh pH của dung dịch mẫu về khoảng 6.5- 7.5 bằng axit HCl 1M. Trộn đều mẫu và để yên một lúc. Lấy một thể tích mẫu chính xác vào bình chảy tràn và đổ từ từ mẫu vào bình đo BOD. Để đảm bảo tính đại diện về thành phần chất rắn của mẫu, nên đo mẫu từ 2-3 lần. Thêm vào mẫu chất ức chế quá trình oxi hoá các hợp chất chứa nitơ ATH theo tỉ lệ tương ứng ở bảng sau: Khoảng BOD(mg/l) Thể tích mẫu (ml) Thể tích chất ức chế (ml) 0-40 428 1 40-80 360 1 80-200 244 0.5 200-400 157 0.5 400-800 94 0.3 800-2000 56 0.3 2000-4000 21.7 0.1 Cho 3-4 giọt KOH 45% vào ống giữ CO2 và cho con khuấy từ vào bình chứa mẫu. Giữ mẫu ở 20˚C trong 5 ngày, trong khoảng thời gian này tiến hành khuấy liên tục. Sau thời gian ủ 5 ngày, bật máy đo bằng nút ESC, chọn chai muốn đo rồi ấn enter. Khi đó trên màn hình sẽ hiển thị giá trị BOD5 tương ứng (mg O2/l). 2.2.2.2 Xác định COD (Chemical Oxygen Demand) Nguyên tắc của phương pháp: Trong quá trình thực nghiệm, thông số COD được xác định theo phương pháp bicromat ( dùng tác nhân oxi hoá là K2Cr2O7). Theo phương pháp này mẫu sẽ được đun hồi lưu 2 giờ ở nhiệt độ 150˚C với K2Cr2O7 trong môi trường H2SO4 đặc, Ag2SO4 làm xúc tác. Cr2O72- + 14H+ + 6e Ag2SO4 2Cr3+ + 7H2O Bạc sunfat được dùng để thúc đẩy quá trình oxi hoá các chất hữu cơ phân tử lượng thấp. Nến trong mẫu nước có Cl- thì ion này sẽ cản trở quá trình xác định do nó tham gia phản ứng với Cl- theo phản ứng sau: Cr2O72- + 6Cl- + 14H+ 3Cl2 + 2Cr3+ + 7 H2O Vì vậy để tránh sự ảnh hưởng của ion này, người ta thêm HgSO4 để tạo phức với Cl-. Ngoài sự ảnh hưởng của Cl- còn phải kể đến sự cản trở của NO2-, tuy nhiên với hàm lượng NO2- từ 1-2mg/l thì sự ảnh hưởng của NO2- là không đáng kể. Để loại bỏ ảnh hưởng của NO2- cần thêm một lượng axit sunfamic với tỉ lệ 10mg/1mg NO2-. Sau khi oxi hoá phân huỷ chất hữu cơ, chỉ số COD có thể được xác định bằng cách chuẩn độ lượng dư Cr2O72- dư bằng Fe2+ với chỉ thị feroin. Điểm kết thúc chuẩn độ là khi dung dịch chuyển từ màu xanh sang màu đỏ nâu theo phản ứng: 6Fe2+ + Cr2O72- + 14H+ 6Fe3+ + Cr3+ + 7H2O hoặc xác định hàm lượng Cr3+ sau phản ứng bằng phương pháp so màu ở bước sóng 600 nm(bước sóng hấp thụ cực đại của dung dịch Cr3+ ). Xây dựng đường chuẩn Lấy vào ống phá mẫu 2.5 ml mẫu, thêm tiếp vào đó 1.5ml dung dịch phản ứng và 3.5ml thuốc thử axit. Đun mẫu phân huỷ mẫu trong 2 giờ. Lấy mẫu ra để nguội, đem đo mật độ quang tại bước sóng 600nm. Bảng 2: Sự phụ thuộc của độ hấp thụ quang vào mgO2/l COD(mgO2/l) 100 200 300 400 500 600 700 800 ABS 0.022 0.046 0.072 0.097 0.121 0.146 0.17 0.195 Hình .1: Đường chuẩn xác định COD tại bước sóng λ= 600 nm 2.2.2.3 Xác định tổng Nitơ[4]. Nitơ là nguyên tố cần thiết cho quá trình tổng hợp các chất hữu cơ chứa nitơ trong cơ thể của sinh vật. Chúng có mặt trong protein, trong enzim, trong lipoprptein, trong axit nucleic, trong các hocmon, trong kháng sinh và trong nhiều thành phần khác của tế bào. Chính vì vậy mà nitơ cùng với cacbon được coi là thành phần không thể thiếu trong tế bào sinh vật. Xác định hàm lượng nitơ trong môi trường nước để ta có khái niệm về khả năng sử dụng phương pháp sinh học xử lý ô nhiễm môi trường nước, mức độ ô nhiễm môi trường nước. Chính vì thế thống số nitơ được coi như một thông số đánh giá chất lượng nước. Hợp chất chứa N có trong nước thải thường là các hợp chất protêin và các sản phẩm phân huỷ amôni, nitrat, nitrit. Chúng có vai trò quan trọng trong hệ sinh thái nước. Trong nước rất cần thiết có một lượng N thích hợp, đặc biệt là trong nước thải, mối quan hệ giữa BOD5 với N và P có ảnh hưởng rất lớn đến sự hình thành và khả năng oxi hoá của bùn hoạt tính. Vì vậy trong quá trình xử lý nước thải cùng với các chỉ tiêu khác thì cần phải xác định chỉ số tổng nitơ Trong nước thải N tồn tại ở 3 dạng: N_ Hữu cơ; N_ NH4+( dạng khử); N_NO3-, NO2- ( dạng oxi hoá) Xác định Nitơ hữu cơ bằng phương pháp Kendal Bằng các phương pháp trên ta có thể xác định được hàm lượng N dạng NO2-, NO3-, còn một lượng N không nhỏ tồn tại trong dạng các hợp chất hữu cơ vẫn chưa được xác định cấu trúc của các hợp chất này rất đa dạng. Tuy nhiên nếu thoái biến đến cùng các hợp chất hữu cơ này thì toàn bộ lượng N sẽ chuyển thành dạng NH4+. Do đó để phân tích được hàm lượng của Nitơ người ta chỉ xác định được hàm lượng chung của Nitơ gọi là Nitơ tổng số theo phương pháp Keldan. Nguyên tắc chung của phương pháp: Dùng H2SO4 đặc oxi hoá toàn bộ các hợp chất hữu cơ có N về amoniac (NH3). Sau đó tách toàn bộ NH3 từ amoni sunfat vừa hình thành bằng cách nung nóng với dung dịch NaOH, sau đó hấp thụ NH3 và hơi nước bay ra bằng dung dịch H2SO4. 2NH4OH + H2SO4 (NH4)2SO4 + 2 H2O Định lượng H2SO4 dư bằng NaOH có cùng nồng độ Quy trình phân tích: Lấy 10ml mẫu vào bình Kendal sau đó thêm 10 – 20 ml H2SO4 đặc. Đậy bình lắc nhẹ đặt lên bếp đun 30 – 40 phút. Chuyển dung dịch sang bình khác có nắp ống dẫn với bình đựng dung dịch 20 ml H2SO4 0.1 N, thêm vài giọt hỗn hợp thuốc thử metyl. Khi đó chuẩn độ H2SO4 dư bằng NaOH 0.1 N và tính kết quả theo công thức sau: N(mg/l) = (n1 – n2)*1.42*ƒ* 1000 V Trong đó : n1 số ml H2SO4 0.1 N cho vào bình hứng n2 số ml NaOH 0.1 N dùng chuẩn độ axit dư ƒ hệ số điều chỉnh H2SO4 ở bình hứng 1.42 số mg Nitơ ứng với 1ml H2SO4 0.1 N 1000 hệ số chuyển đổi từ ml sang l V thể tích mẫu (10ml) 2.2.2.4 Xác định tổng Phospho [1]. Phospho tồn tại trong nước với các dạng H2PO4-, HPO42-, PO43-, các poliphosphat như Na3(PO3)6 và phospho hữu cơ. Đây là một trong những nguồn dinh dưỡng cho thực vật dưới nước gây ô nhiễm và góp phần thúc đẩy hiện tượng phú dưỡng ở các thuỷ vực. Chúng có mặt trong thành phần ATP, ADP, AMP, trong phospholipit, trong axit nucleic. Chính vì thế, phospho rất cần thiết cho sinh vật. Để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý vi sinh, theo thực nghiệm cần duy trì tỉ lệ BOD5 :N: P= 100: 5: 1. Vì vậy, trong nước thải cần xác định hàm lượng P tổng số để xác định tỉ lệ BOD5: N: P nhằm chọn kĩ thuật bùn hoạt tính thích hợp cho quá trình xử lý cũng như việc tính toán lượng chất dinh dưỡng cần bổ sung. Nguyên tắc xác định tổng P ở dạng hoà tan là: Trong môi trường axit, orthophotphat, vanadi (IV), và amonimolipdat phản ứng với nhau tạo thành axit vanadôphotphoric màu vàng. Axit này hấp thụ ánh sáng ở dải bước sóng 400-900 nm. Độ hấp thụ quang của axit vanađomolipdôphotphoric tỷ lệ với nồng độ phosphat trong dung dich. Xây dựng đường chuẩn: Lấy vào 9 bình định mức 25ml các thể tích tăng dần của dung dịch phosphat chuẩn, thêm vào dung dịch 3ml thuốc thử, lắc đều và định mức đến vạch định mức, để yên trong 10 phút và đem đo mật độ quang ở các bước sóng tương ứng. Song song tiến hành cùng 1 mẫu thử trắng. Bảng 3: Sự phụ thuộc độ hấp thụ quang vào nồng độ phosphat chuẩn. Nồng độ phosphat (mg/l) 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 5 ABS 0.014 0.03 0.045 0.063 0.076 0.09 0.