Đồ án So sánh khả năng định lượng cod trong nước thải bằng phương pháp chuẩn độ thể tích sử dụng K2Cr2O7 và KMnO4

SO SÁNH KHẢ NĂNG ĐỊNH LƯỢNG COD TRONG NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHUẨN ĐỘ THỂ TÍCH SỬ DỤNG K2Cr2O7 VÀ KMnO4 TRUNG TÂM CÔNG NGHỆ HÓA HỌC BỘ MÔN HÓA PHÂN TÍCH BÁO CÁO ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH GVHD: ThS. TRẦN NGUYỄN AN SA SVTH: TRẦN CẨM BA PHẠM ÁNH DƯƠNG LỚP: CĐPT9 KHOÁ: 2007-2010 NỘI DUNG ĐỊNH NGHĨA COD COD là chữ viết tắt tiếng Anh của: Chemical Oxygen Demand – nhu cầu oxy hoá học. COD là lượng oxy cần thiết để oxy hoá các hợp chất hữu cơ trong mẫu thành CO2 và H2O, là chỉ tiêu thường được sử dụng trong quan trắc môi trường để đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ đối với nguồn nước mặt thuộc những thuỷ vực nước ngọt. Đối với nước thải công nghiệp thì đây là chỉ tiêu không thể thiếu khi đánh giá mức độ ô nhiễm. Ưu điểm: phân tích chỉ tiêu COD cho biết kết quả trong một khoảng thời gian ngắn hơn nhiều (3 giờ) so với BOD (5 ngày). Do đó trong nhiều trường hợp, COD được dùng để đánh giá mức độ ô nhiễm của chất hữu cơ thay cho BOD. Nhược điểm: một trong những hạn chế chủ yếu của phân tích COD là không thể xác định phần chất hữu cơ có khả năng phân huỷ sinh học và không có khả năng phân huỷ sinh học. Thêm vào đó phân tích COD không cho biết tốc độ phân huỷ sinh học của các chất hữu cơ có trong nước thải dưới điều kiện tự nhiên ƯU VÀ NHƯỢC ĐIỂM TRONG PHÂN TÍCH COD CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH COD Hiện nay có hai phương pháp thường dùng để xác định COD: XÁC ĐỊNH COD BẰNG PHƯƠNG PHÁP PERMANGANAT Phạm vi áp dụng CODMn là lượng oxy được tiêu thụ bởi chất chủ yếu là chất hữu cơ và vô cơ có trong mẫu bị oxy hoá bởi ion permangant. Phương pháp kali permanganat dùng để xác định COD ở những nguồn nước ít ô nhiễm hay khi thành phần các chất hữu cơ trong nước đơn giản. Nguyên tắc Mẫu sau khi thêm một lượng dư permanganat và tạo môi trường acid thì đem đun cách thuỷ. Trong điều kiện này thì ion permanganat oxy hoá mạnh. Lượng dư permanganat tiếp tục bị khử bởi iod và tạo ra I2 Lượng I2 sinh ra sẽ được chuẩn bởi thiosulphate Sau đó dùng chỉ thị hồ tinh bột ta xác định điểm tương đương XÁC ĐỊNH COD BẰNG PHƯƠNG PHÁP BICROMAT Phạm vi áp dụng Tổng hàm lượng chất hữu cơ trong nước sẽ bị oxy hoá bởi tác nhân oxy hoá mạnh là K2Cr2O7 và được tính tương đương với lượng oxy tiêu tốn trong quá trình này. Phương pháp bicromat thường dùng để xác định COD ở những nguồn nước bị ô nhiễm nặng hay khi thành phần trong nước là các chất hữu cơ. Nguyên tắc Trong môi trường acid H2SO4 các hợp chất hữu cơ sẽ bị oxy hoá hoàn toàn bởi K2Cr2O7 khi đun nóng trong 2 giờ, sau đó chuẩn lượng dư bằng dung dịch chuẩn Fe2+ với chỉ thị Ferroin. Điểm tương đương nhận được khi dung dịch chuyển từ xanh lam sang màu nâu đỏ. Đặt vấn đề và mục tiêu nghiên cứu Để tìm hiểu thêm về 2 phương pháp KMnO4 và K2Cr2O7 và khả năng ảnh hưởng khi thay thế hoá chất và cách đun trong phương pháp xác định COD. Chúng tôi đặt ra 2 vấn đề khảo sát như sau: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT QUI TRÌNH XÁC ĐỊNH COD BẰNG PHƯƠNG PHÁP KMnO4 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA H2SO4 Lượng H2SO4 (1:3) cho vào trong khoảng 1-1.5mL là tối ưu. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN ĐUN ĐỐI VỚI H2SO4 Ở cùng nhiệt độ là 80oC, với thời gian đun  30 phút thì quá trình oxy hóa xảy ra hoàn toàn KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA AgSO4 Lượng H2SO4 tác nhân cho vào ở thể tích 1-1.5mL là tối ưu. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN ĐUN ĐỐI VỚI H2SO4 tác nhân Ở cùng nhiệt độ là 80oC, với thời gian đun  30 phút thì quá trình oxy hóa xảy ra hoàn toàn KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA Fe3+ Khi nồng độ Fe3+ từ 3ppm trở lên sẽ ảnh hưởng đến qui trình xác định COD. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG KHI THAY Na2S2O3 BẰNG KMnO4 Kết quả xác định COD bằng KMnO4 Kết quả xác định COD bằng Na2S2O3 KHẢO SÁT HIỆU SUẤT THU HỒI CỦA PHƯƠNG PHÁP PERMANGANAT Để khảo sát hiệu suất thu hồi của phương pháp permanganat, chúng tôi thêm COD chuẩn vào mẫu nước thải. Tiến hành phân tích mẫu thêm chuẩn và mẫu không thêm chuẩn theo phương pháp permanganat. Từ đó tính ra hiệu suất thu hồi của phương pháp. Kết quả COD trên mẫu không thêm dung dịch COD chuẩn Kết quả COD trên mẫu thêm dung dịch COD chuẩn KHẢO SÁT QUI TRÌNH XÁC ĐỊNH COD BẰNG PHƯƠNG PHÁP K2Cr2O7 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA H2SO4 Lượng H2SO4 đậm đặc ở thể tích 3-3.5mL là tối ưu. KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN ĐUN ĐỐI VỚI H2SO4 Ở nhiệt độ 150oC, với thời gian đun  120 phút thì quá trình oxy hóa xảy ra hoàn toàn KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA AgSO4 Lượng H2SO4 tác nhân tối ưu là 3-3.5mL KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA THỜI GIAN ĐUN ĐỐI VỚI H2SO4 tác nhân Ở nhiệt độ 150oC, với thời gian đun  120 phút thì quá trình oxy hóa xảy ra hoàn toàn KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA Fe3+ Kết quả khảo sát ảnh hưởng của Fe3+ KHẢO SÁT QUI TRÌNH ĐUN CÁCH THUỶ Kết quả khảo sát qui trình đun cách thuỷ xác định COD bằng phương pháp bicromat Nếu không sử dụng bếp nung COD mà chỉ đun cách thuỷ thì hiệu suất thu hồi trung bình là 102.18%. Kết quả này cho thấy trong trường hợp mẫu nước thải có thành phần chất hữu cơ không quá phức tạp và COD không cao, chúng ta có thể tiến hành đun cách thuỷ thay cho sử dụng bếp nung COD. KHẢO SÁT HIỆU SUẤT THU HỒI CỦA PHƯƠNG PHÁP BICROMAT Để khảo sát hiệu suất thu hồi của phương pháp bicromat, chúng tôi thêm COD chuẩn vào mẫu nước thải. Tiến hành phân tích mẫu thêm chuẩn và mẫu không thêm chuẩn theo phương pháp bicromat. Từ đó tính ra hiệu suất thu hồi của phương pháp. Kết quả khảo sát hiệu suất thu hồi qui trình xác định COD bằng phương pháp bicromat Kết quả COD trên mẫu không thêm dung dịch COD chuẩn Kết quả COD trên mẫu thêm dung dịch COD chuẩn CÔNG THỨC TÍNH TOÁN (phương pháp permanganat) Trong đó C: nồng độ của Na2S2O3 (N) V0: thể tích Na2S2O3 để chuẩn mẫu trắng (mL) V: thể tích Na2S2O3 để chuẩn mẫu thật (mL) Vm: thể tích mẫu (mL) CÔNG THỨC TÍNH TOÁN (phương pháp bicromat) Trong đó V0: thể tích Fe2+ dùng để chuẩn mẫu trắng (mL) V: thể tích Fe2+ dùng để chuẩn mẫu thật (mL) CFe2+: nồng độ của dung dịch Fe2+ (mol/L) Vm: thể tích mẫu (mL) KẾT LUẬN Phương pháp permanganat Qua lý thuyết, chúng tôi kết luận rằng phương pháp permanganat chỉ dùng để xác định COD ở những nguồn nước ít ô nhiễm hoặc thành phần các chất hữu cơ trong nước đơn giản. Hạn chế của phương pháp permanganat là bị ảnh hưởng bởi ion Cl-, vì thế không thể áp dụng phương pháp permanganat cho những mẫu nước lợ hay nước mặn. Phương pháp bicromat Qua lý thuyết chúng tôi thấy rằng phương pháp bicromat dùng để xác định COD ở những nguồn nước ô nhiễm hay khi thành phần trong nước là các chất hữu cơ. Các hợp chất béo thẳng, hydrocacbon nhân thơm và pyridine không bị oxy hoá. Ion Cl- cũng là một yếu tố gây cản trở cho phản ứng vì nó có thể tác dụng với AgSO4 tạo kết tủa AgCl. Ngoài ra còn các ion nitric, Fe2+, SO32- cũng gây cản trở cho quá trình xác định. HÓA CHẤT DÙNG CHO COD Dung dịch KMnO4 0.1N: hòa tan 1.5882g KMnO4 bằng nước cất và định mức thành 500mL. Để yên 1 ngày, bảo quản dung dịch trong chai tối màu. Dung dịch KI 5%: cân 25.3807g KI hòa tan bằng nước cất sau đó định mức thành 500mL. Bảo quản dung dịch trong chai tối màu. Dung dịch Na2S2O3 0.025N: cân 3.1336g Na2S2O3.5H2O hòa tan bằng nước cất đã có 0.1g Na2CO3, sau đó định mức bằng nước cất thành 500mL. Dung dịch chỉ thị hồ tinh bột 1%: hòa tan 1g tinh bột trong 100mL nước cất sau đó đun nóng. HÓA CHẤT DÙNG CHO COD Dung dịch K2Cr2O7 0.25N: cân 12.2821g K2Cr2O7 (đã sấy 103oC trong 2 giờ) hòa tan trong 500mL nước cất siêu sạch và 167mL H2SO4 đậm đặc khuấy cho tan, chờ nguội sau đó định mức đến 1000mL. Dung dịch H2SO4 tác nhân: cân 5.5g AgSO4 cho vào 540mL H2SO4 đậm đặc. Để qua đêm cho tan. Chỉ thị Ferroin: hòa tan 1.485g 1-10 phenalthrolin và 0.695g FeSO4.7H2O trong 100mL nước cất. Dung dịch Fe2+ 0.25N: hòa tan 98.5276g Fe(NH4)2(SO4)2.6H2O (FAS) trong 250mL nước cất, thêm 20mL H2SO4 đậm đặc, chờ nguội sau đó định mức tới 1000mL. CHỨNG MINH CÔNG THỨC