Nghiên cứu xác định hàm lượng vết nitrite bằng phương pháp trắc quang với thuốc thử dapsone, α – naphthol

1
2
MỤC LỤC
MỤC LỤC i
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU v
DANH MỤC HÌNH vi
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ NƯỚC VÀ NƯỚC THẢI 1
1.1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC 1
1.1.1. Giới thiệu chung về nước 1
1.1.2. Đặc điểm chung về tài nguyên nước của Việt Nam 4
1.2. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI 5
1.2.1. Sự ô nhiễm nước 5
1.2.2. Phân loại và các đặc tính của nước thải 6
1.2.3 Một số các thông số hóa học quan trọng của nước thải 7
1.2.4 Các đặc tính hóa học của nước thải 9
Chương 2
TỔNG QUAN VỀ NITRITE 12
2.1. SỰ TỒN TẠI CỦA NITRITE 12
2.1.1. Nitrite trong môi trường nước 12
2.1.2. Nitrite trong rau củ quả 13
2.1.3. Nitrite trong thực phẩm chế biến 14
2.2. ĐỘC TÍNH CỦA NITRITE 14
2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NITRITE 15
2.3.1. Phương pháp sắc kí 15
2.3.2. Phương pháp cực phổ 16
2.3.3. Phương pháp trắc quang 16
Chương 3
3
THỰC NGHIỆM 21

3.1 THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT 21
3.1.1. Thiết bị 21
3.1.2. Hóa chất 21
3.1.3. Pha chế các dung dịch 21
3.2. KHẢO SÁT CÁC ĐIỀU KIỆN TỐI ƯU 22
3.2.1. Khảo sát bước sóng tối ưu 22
3.2.2. Khảo sát thể tích HCl 2 M tối ưu 23
3.2.3. Khảo sát thời gian điazo hóa 24
3.2.4. Thời gian ghép cặp của ion điazoni và α-naphthol 26
3.2.5. Khảo sát độ bền hợp chất màu của nitrite với dapsone và α-naphthol 27
3.2.6. Khảo sát thể tích DAP 29
3.2.7. Khảo sát thể tích α – naphthol 30
3.2.8. Khoảng nồng độ của nitrite tuân theo định luật Lambert – Beer 31
3.2.9. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) 31
3.2.10. Khảo sát ảnh hưởng của các chất cản nhiễu 33
3.3. TỐI ƯU ĐIỀU KIỆN THỰC NGHIỆM 35
Chương 4
SỬ DỤNG PHẦN MỀM STATGRAPHICS CENTURION ĐỂ TỐI ƯU HÓA
CÁC YẾU TỐ THỰC NGHIỆM 36
4.1. GIỚI THIỆU VỀ STATGRAPHICS CENTURION 36
4.2. TỐI ƯU HÓA CÁC YẾU TỐ THỰC NGHIỆM BẰNG TIN HỌC 38
Chương 5
XÁC ĐỊNH NITRITE TRONG MẪU NƯỚC 42
5.1. XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG NITRITE TRONG MẪU NƯỚC NUÔI THỦY
SẢN DÙNG THUỐC THỬ DAPSONE VÀ α–NAPHTHOL 44
5.1.1. Xác định nitrite trong mẫu 44
5.1.2. Kết quả xác định nitrite trong mẫu 44
4
5.1.3. Hiệu suất thu hồi
45

5.2. SO SÁNH HÀM LƯỢNG NITRITE TRONG MẪU SỬ DỤNG THUỐC
THỬ SULFANILAMIDE VÀ N - (1 – NAPHTHYL) – 1,2 – DIAMONI
ETANDIHIDROCLORUA 46
5.2.1. Xác định nitrite trong mẫu 46
5.2.2. Kết quả xác định nitrite trong mẫu 47
5.2.3. So sánh và nhận xét 2 phương pháp xác định 48
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO 51
PHỤ LỤC 54
5
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Dapsone: (4-[(4-Aminobenzene) sulfonyl] aniline), gọi tắt là DAP
LOD: Limit Of Detection (giới hạn phát hiện)
LOQ: Limit Of Quantitation (giới hạn định lượng)
TCVN: Tiêu Chuẩn Việt Nam
6
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Lượng nước trên trái đất 2
Bảng 1.2: Thành phần hóa học đặc trưng của nước thải và nguồn phát sinh 7
Bảng 1.3: Các thành phần quan trọng trong nước thải 8
Bảng 3.1: Điều kiện khảo sát bước sóng λ tối ưu 22
Bảng 3.2: Điều kiện tối ưu từ thực nghiệm 33
Bảng 3.3: Hoạch định hóa ảnh hưởng của các chất cản nhiễu 33
Bảng 3.4: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các chất cản nhiễu 34
Bảng 3.5: Bảng tối ưu điều kiện thực nghiệm 35
Bảng 4.1: Giá trị quy hoạch thực nghiệm 5 yếu tố 38
Bảng 4.2: Giá trị tối ưu các yếu tố khi A = 0,660 40
Bảng 4.3: Giá trị tối ưu các yếu tố khi A = 0,330 40
Bảng 4.4: Giá trị tối ưu các yếu tố khi A = 0,083 41
Bảng 5.1: Khoảng hàm lượng thích hợp của các chất vô cơ hòa tan trong

nước nuôi thủy sản 42
Bảng 5.2: Các mẫu nước khảo sát trong thực nghiệm 43
Bảng 5.3: Đường chuẩn xác định nitrite theo phương pháp nghiên cứu 44
Bảng 5.4: Kết quả phân tích mẫu bằng phương pháp nghiên cứu 45
Bảng 5.5: Hiệu suất thu hồi 46
Bảng 5.6: Đường chuẩn xác định nitrite bằng thuốc thử Sulfanilamide 47
Bảng 5.7: Kết quả phân tích mẫu bằng thuốc thử Sulfanilamide 48
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Vòng tuần hoàn của nước trong tự nhiên 3
Hình 2.1: Chu trình của nitơ trong tự nhiên 12
Hình 2.2: Sự chuyển hóa giữa các dạng nitơ 13
Hình 3.1: Phổ hấp thu của dung dịch khảo sát 23
Hình 3.2: Mật độ quang A theo yếu tố thể tích dung dịch HCl 2M 24
7
Hình 3.3: Mật độ quang A theo yếu tố thời gian điazo hóa 25
Hình 3.4: Mật độ quang A theo thời gian ghép cặp của ion điazoni và α-
naphthol 27
Hình 3.5: Sự thay đổi mật độ quang A theo thời gian 28
Hình 3.6: Mật độ quang A theo yếu tố thể tích DAP 29
Hình 3.7: Mật độ quang A theo yếu tố thể tích α – naphthol thêm vào 30
Hình 3.8: Đồ thị đường chuẩn A = f(NO
2
-
) 31
Hình 4.1: Đồ thị tối ưu các yếu tố thực nghiệm 39
Hình 5.1: Đường chuẩn xác định nitrite bằng thuốc thử Sulfanilamide 47
8
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ NƯỚC VÀ NƯỚC THẢI
1.1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC [4], [6], [10]

1.1.1. Giới thiệu chung về nước
Nước là yếu tố quyết định đến sự tồn tại và phát triển của môi trường sống.
Nước là một loại tài nguyên thiên nhiên quý giá và có hạn, là động lực chủ yếu chi
phối mọi hoạt động dân sinh kinh tế của con người. Nước được sử dụng rộng rãi
trong sản xuất nông nghiệp, thủy điện, giao thông vận tải, chăn nuôi, thuỷ sản v.v.
Nước là loại tài nguyên có thể tái tạo được và cần phải sử dụng một cách hợp
lý để duy trì khả năng tái tạo của nó.
Trên hành tinh chúng ta nước tồn tại dưới những dạng khác nhau: Nước trên
trái đất, ngoài đại dương, ở các sông suối, hồ ao, các hồ chứa nhân tạo, nước ngầm,
trong không khí, băng tuyết và các dạng liên kết khác.
Tổng lượng nước trên trái đất vào khoảng 1.386 triệu km
3
trong đó nước
trong đại dương (nước mặn) vào khoảng 1.338 triệu km
3
chiếm 96,5%. Nước ngọt
trên trái đất chiếm tỷ lệ rất nhỏ, chỉ vào khoảng 2,5%. Và trong tổng lượng nước
ngọt trên trái đất thì 68% là băng và sông băng; 30% là nước ngầm; nguồn nước mặt
như nước trong các sông hồ, chỉ chiếm khoảng 93.100 km
3
, bằng 1/150 của 1% của
tổng lượng nước trên trái đất (Bảng 1.1).
Nước trên trái đất tồn tại trong một khoảng không gian gọi là thuỷ quyển.
Nước vận động trong thuỷ quyển qua những con đường vô cùng phức tạp cấu tạo
thành vòng tuần hoàn nước còn gọi là chu trình thuỷ văn. Vòng tuần hoàn nước
không có điểm bắt đầu nhưng chúng ta có thể bắt đầu từ các đại dương. Nước bốc
hơi từ các đại dương và lục địa trở thành một bộ phận của khí quyển. Hơi nước
được vận chuyển vào bầu không khí, bốc lên cao cho đến khi chúng ngưng tụ và rơi
trở lại mặt đất hoặc mặt biển.
Bảng 1.1 Lượng nước trên trái đất

9
Nguồn
Diện tích
(10
6
km
2
)
Thể tích
(km
3
)
Phần trăm của
tổng lượng nước
Ph ần
trăm của
nước ng
ọt
1.Đại dương 361,3 1.338.000.000 96 , 5
2.Nước ngầm
-Nước ngọt 134,8 10.530.000 0,76 30 , 1
-Nước nhiễm mặn 134,8 12.870.000 0 , 93
-Lượng ẩm trong đất 82,0 16.500 0,0012 0 , 05
3.Băng tuyế
t
-Băng ở các cực 16,0 24.023.500 1,7 68 , 6
-Các loại băng tuyết khác 0,3 340.600 0,025 1 , 0
4.Ao, h ồ
-Nước ngọt 1,2 91.000 0,007 0 , 26
-Nhiễm mặn 0,8 85.400 0,006

-Đầm lầy 2,7 11.470 0,0008 0 , 03
5.Sông ngòi 148,8 2.120 0,0002 0,006
6.Nước sinh học 510,0 1.120 0,0001 0,003
7.Nước trong khí quyển 510,0 12.900 0,001 0 , 04
Tổng cộng 510,0 1.385.984.610 100
Nước ngọt 148,8 35.029.210 2,5 100
Nguồn: Giáo trình qui hoạch và quản lí nguồn nước
[6]
Lượng nước rơi xuống mặt đất một phần bị giữ lại bởi cây cối, chảy tràn trên
mặt đất, thấm xuống đất, chảy trong đất và chảy vào các dòng sông. Phần lớn lượng
nước bị giữ lại bởi thảm phủ thực vật và dòng chảy mặt sẽ quay trở lại bầu khí
quyển qua con đường bốc hơi. Lượng nước ngấm trong đất có thể thấm sâu hơn
xuống những lớp đất bên dưới để cấp nước cho các tầng nước ngầm và sau đó thành
các dòng suối hoặc chảy dần vào sông ngòi thành dòng chảy mặt và cuối cùng đổ ra
biển hoặc bốc hơi vào khí quyển.
10
Hình 1.1 Vòng tuần hoàn của nước trong tự nhiên
Sự phân bố lượng nước theo không gian và thời gian không đồng đều. Trên trái
đất có vùng lượng mưa khá phong phú, nhưng lại có những vùng rất khô hạn.
Có những mùa rất nóng và có những mùa rất lạnh. Trữ lượng nước hàng năm không
phải là vô tận, sự biến đổi của nó nằm trong giới hạn nào đó và không phụ thuộc
vào mong muốn của con người.
Như vậy, tuy nguồn nước trên thế giới là rất lớn, nhưng nước ngọt – nước
cần cho hoạt động dân sinh kinh tế của con người lại có trữ lượng nhỏ. Khi sự phát
triển dân sinh kinh tế còn ở mức thấp, nước chỉ mới được coi là môi trường cần thiết
cho sự sống của con người. Trong quá trình phát triển, càng ngày càng có sự mất
cân đối giữa nhu cầu dùng nước và nguồn nước. Dưới tác động của các hoạt động
kinh tế xã hội, nguồn nước ngày càng có nguy cơ bị suy thoái và cạn kiệt trong khi
đó nước là một loại tài nguyên quý cần được bảo vệ và quản lý. Các luật nước ra
đời và cùng với nó ở mỗi quốc gia đều có một tổ chức để quản lý nghiêm ngặt loại

tài nguyên này.
11
1.1.2. Đặc điểm chung về tài nguyên nước của Việt Nam
Nước ta là một trong những nước có tài nguyên nước phong phú trên thế
giới, cũng là nước có trữ lượng nước dồi dào ở khu vực châu Á. Việt Nam có 16 lưu
vực sông có diện tích lưu vực lớn hơn 2.000 km
2
, trong đó có 10 lưu vực có diện
tích lớn hơn 10.000 km
2
, đó là các sông: Hồng-Thái Bình, Bằng Giang-Kỳ
Cùng, Mã, Cả, Thu Bồn, Ba, Đồng Nai, Cửu Long, Srêpok, Sê San. Theo thống kê
chỉ có hai sông lớn là sông Thu Bồn và sông Ba có toàn bộ diện tích tập trung nước
nằm trọn vẹn trên lãnh thổ Việt Nam. Hầu hết các sông có cửa sông đổ ra bờ biển
thuộc lãnh thổ Việt nam (trừ sông Bằng Giang-Kỳ Cùng, sông Sê San và sông
Srêpok).
* Tài nguyên nước mặt
Việt Nam là một trong những nước có hệ thống sông ngòi chằng chịt rất
thuận lợi để cung cấp nguồn nước mặt. Tổng lượng nước bình quân hàng năm chảy
trên các sông suối Việt Nam kể cả từ ngoài lãnh thổ chảy vào là 879 tỷ m
3
, trong đó
75% lượng nước này thuộc lưu vực sông Hồng và sông Mê Kông. So với các nước
láng giềng, lượng nước dùng trên đầu người (bằng lượng nước chảy hàng năm của
một nước chia cho dân số) ở nước ta thuộc loại cao trong khu vực.
Tình trạng ô nhiễm nước mặt trong những năm gần đây gia tăng theo nhịp
điệu phát triển công nghiệp. Tình trạng ô nhiễm nguồn nước mặt rõ ràng nhất ở các
khu đô thị như Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh. Tốc độ phát triển kinh tế cao là
nguy cơ làm xấu đi chất lượng nguồn nước trên các sông suối.
* Tài nguyên nước ngầm

Trữ lượng nước ngầm ở Việt Nam khá phong phú. Tuy nhiên, do có lượng
nước mặt lớn nên nước ngầm chưa được khai thác nhiều. Lượng nước ngầm được
khai thác chiếm tỷ lệ vào khoảng 2% trữ lượng nước ngầm và chiếm khoảng 14%
tổng lượng nước ngầm có thể khai thác được. Việc khai thác nước ngầm chủ yếu tại
các thành phố lớn như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh. Tại đây, nước ngầm được
khai thác cung cấp 30% nhu cầu nước của thành phố. Nói chung, chất lượng nước
12
ngầm rất tốt. Tuy nhiên, do ô nhiễm nguồn nước mặt và tình trạng khai thác không
hợp lý có thể làm xấu đi chất lượng nguồn nước ngầm trong tương lai.
1.2
. T
ỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI
[1], [9]
1.2.1. Sự ô nhiễm nước
Nước tự nhiên là nước được hình thành cả số lượng và chất lượng dưới sự
ảnh hưởng của quá trình tự nhiên, không có tác động của nhân sinh. Do tác động
của nhân sinh, nước tự nhiên bị nhiễm bẩn bởi các chất khác nhau dẫn đến kết quả
là làm ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước.
Các khuynh hướng thay đổi chất lượng nước dưới ảnh hưởng của hoạt động của
con người bao gồm:
- Giảm độ pH của nước ngọt do bị ô nhiễm H
2
SO
4
, HNO
3
từ khí quyển,
nước thải công nghiệp, tăng hàm lượng SO
3
2-

và NO
3
-
trong nước.
- Tăng hàm lượng các ion Ca
2+
, Mg
2+
, SiO
3
2-
trong nước ngầm và nước
sông do nước mưa hòa tan, sự phong hóa các quặng cacbonat.
- Tăng hàm lượng các ion kim loại nặng trong nước tự nhiên, trước hết là
Pb
2+
, Cd
2+
, Hg
2+
, Zn
2+
,As và các nhóm anion PO
4
3-
, NO
3
-
, NO
2

-

- Tăng hàm lượng các muối trong nước bề mặt và nước ngầm do chúng đi
vào môi trường nước từ nước thải, khí quyển và chất thải rắn
- Tăng hàm lượng chất hữu cơ trước hết là các chất khó bị phân hủy sinh
học
(các chất hoạt động bề mặt, thuốc trừ sâu ).
- Giảm nồng độ oxi hòa tan trong nước.
- Tăng khả năng nguy hiểm của ô nhiễm nước tự nhiên do các nguyên tố
phóng xạ.
Các chỉ tiêu quan trọng cần được xem xét trong cấp nước là pH, độ đục, độ cứng,
hàm lượng sắt, mangan và chỉ số Ecoli.
13
Các tính chất đặc trưng của nước thải công nghiệp bao gồm pH, màu, mùi,
hàm lượng chất rắn, nhu cầu oxi sinh hóa BOD, nhu cầu oxi hóa học COD, các
dạng nitơ, photpho, dầu mỡ, các kim loại nặng
Việc thải nước thải chỉ qua xử lý bằng phương pháp thông thường đã đẩy
nhanh quá trình phú dưỡng do sự phát triển bùng nổ của tảo và các thực vật khác,
làm giảm chất lượng nước, cản trở việc sử dụng lại nguồn nước và các hoạt động
nghỉ ngơi giải trí của con người.
1.2.2. Phân loại và các đặc tính của nước thải
Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn phát sinh. Đây cũng là
cơ sở cho việc lựa chọn phương pháp và công nghệ xử lý. Nước thải được phân làm
các dạng dưới đây:
Nước thải sinh hoạt: nước thải từ các khu dân cư, khu hoạt động thương mại,
công sở, trường học và các cơ sở tương tự khác.
Nước thải công nghiệp (nước thải sản xuất): là nước thải từ các nhà máy
đang hoạt động, có cả nước thải sinh hoạt nhưng trong đó nước thải công nghiệp là
chủ yếu.
Nước thấm qua: đây là nước mưa thấm vào hệ thống cống bằng nhiều hình

thức khác nhau qua các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành hố ga hay hố
chôn người.
Nước thải tự nhiên: nước mưa được xem là nước thải tự nhiên. Ở những
thành phố lớn, nước thải tự nhiên được thu gom theo một hệ thống thoát nước riêng.
Nước thải đô thị: là tổng hợp tất cả các loại nước thải kể trên.
Theo quan điểm quản lý môi trường, các nguồn gây ô nhiễm nước còn được phân
thành hai loại: nguồn xác định và nguồn không xác định.
Nguồn xác định: bao gồm nước thải đô thị và nước thải công nghiệp, các cửa
xả nước mưa và tất cả các nguồn thải vào nguồn tiếp nhận nước có tổ chức qua hệ
thống cống và kênh thải.
14
Các nguồn thải không xác định: bao gồm nước rửa trôi trên bề mặt đất, nước
mưa và các nguồn phân tán khác.
Sự phân loại này được sử dụng trong điều chỉnh, kiểm soát ô nhiễm.
Các nguồn xác định thường có thể định lượng và kiểm soát trước khi thải,
ngược lại các nguồn không xác định thường rất khó quản lý. Nguồn ô nhiễm không
xác định thường gây ra các vấn đề sau:
- Xói mòn đất và vận chuyển sa lắng dẫn đến hậu quả là thay đổi chỗ ở
và gây ảnh hưởng xấu đến các loài thủy sinh vật, lắp đầy các dòng sông, hồ chứa,
gây khó khăn, tăng chi phí cho việc xử lý nước và giảm chất lượng nước cho mục
đích sử dụng.
- Các chất dinh dưỡng như nitơ, photpho giải phóng từ phân bón, chất
thải động vật kích thích sự phát triển của thực vật và vi khuẩn trong nước dẫn đến
hiện tượng phú dưỡng.
- Tích tụ các kim loại nặng như kẽm, đồng, thủy ngân từ các chất
được sử dụng trong bảo vệ thực vật, sơn, hàn chì và nhiều quá trình khác.
- Các hóa chất độc hại: chủ yếu là thuốc bảo vệ thực vật.
- Ngoài ra, nước chảy trôi trên bề mặt đất qua các khu vực chăn nuôi
gia súc, có thể chứa lượng lớn chất thải động vật sẽ làm tăng nồng độ các chất hữu
cơ và chất rắn lơ lửng, gây ô nhiễm môi trường nước.

1.2.3 Một số các thông số hóa học quan trọng của nước thải
Con người khai thác các nguồn nước tự nhiên để cung cấp nước cho các nhu
cầu sinh hoạt và sản xuất. Sau khi sử dụng, nước bị nhiễm bẩn do chứa nhiều chất
hữu cơ và vô cơ (Bảng 1.2). Nếu không được xử lý trước khi thải vào các nguồn
nước công cộng, chúng sẽ làm ô nhiễm môi trường.
Bảng 1.2: Thành phần hóa học đặc trưng của nước thải và nguồn phát sinh
Thành phần hóa học Nguồn phát sinh
H ữu cơ
15
-Cacbohydrat -Các chất thải sinh ho ạt, thương mại và sản xuất
-Mỡ, dầu, dầu nhờn -Các chất thải sinh ho ạt, thương mại và sản xuất
-Thuốc trừ sâu -Chất thải nông nghiệp
-Phenol -Chất thải nông nghiệp
-Protein -Các chất thải sinh hoạt và thương mại
-Các chất hoạt động bề mặt -Các chất thải sinh hoạt và sản xuất
-Các chất khác -Phân rã tự nhiên của các chất h ữu cơ
Vô cơ
-Độ kiềm -Nước thải sinh ho ạt, nước cấp sinh hoạt, quá trình
thấm của nước ngầm
-Clorua -Nước thải sinh hoạt, nước cấp sinh hoạt, quá trình
thấm của nước ngầm,các chất làm mềm nước
-Các kim loại nặng -Chất thải công nghiệp
Nitơ -Nước thải sinh hoạt và công nghiệp
-pH -Nước thải công nghiệp
-Photpho -Nước thải sinh hoạt và công nghiệp
-Lưu huỳnh -Nước thải sinh hoạt, nước cấp sinh hoạt và công
nghiệp
-Các chất độc -Các chất thải công nghiệp
-Các khí: H
2

S, CH
4
, O
2
-Phân hủy các chất thải sinh hoạt, sự thấm của
nước bề mặt
Nguồn: Công nghệ xử lí nước thải bằng biện pháp sinh học
[9]
Trong các thành phần hóa học của nước thải nêu trên, có những thành phần
quan trọng cần phải xử lý thích đáng trước khi thải vào sông, hồ (Bảng 1.3). Nếu
việc xử lý những thành phần này không nghiêm khắc, chúng sẽ gây ô nhiễm rất
nghiêm trọng đến chất lượng nước mặt và nước ngầm. Các chất độc hại và những vi
trùng gây bệnh sẽ ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của đời sống thủy sinh.
Bảng 1.3: Các thành phần quan trọng trong nước thải
16
Thành phần Ghi chú
-Các chất rắn lơ lửng -Các chất rắn lơ lửng có thể d ẫn đến tăng khả năng
lắng bùn và điều kiện kỵ khí khi thải nước thải
không qua xử lý vào môi trường nước.
-Các chất h ữu cơ phân hủy
sinh học
-Gồm protein, cacbohydrat và chất béo. Các chất
hữu cơ phân hủy sinh học được đo bằng chỉ tiêu
BOD và COD. Nếu thải chúng trực tiếp vào môi
trường; quá trình ổn định sinh học của chúng có thể
dẫn đến giảm lượng oxi trong nước tự nhiên và là
nguyên nhân gây mùi hôi khó chịu.
-Các nhân tố gây bệnh -Coliform và các vi khuẩn gây bệnh khác trong
nước thải là nguyên nhân gây ra các bệnh về nước.
-Các chất dinh dưỡng -Nitơ và phospho là những chất dinh dưỡng quan

trọng cho sự phát triển của sinh vật. Khi thải chúng
vào môi trường nước, các chất dinh dưỡng này có
thể dẫn đến sự phát triển của các sinh vật ngoài ý
muốn (phú dưỡng hóa) và làm ô nhiễm nước ngầm.
-Các chất hữu cơ trơ -Không bị phân hủy bởi các phương pháp xử lý
thông thường. Ví dụ điển hình là các chất hoạt động
bề mặt, phenol và một số hóa chất trong nông
nghiệp.
-Kim loại nặng -Nhiễm vào nước do hoạt động công nghiệp, cần
được khử ra khỏi nước thải.
-Các chất vô cơ hòa tan -Các thành phần vô cơ như canxi, natri, sulfate có
mặt trong nước thải sinh hoạt. Nếu nước thải muốn
sử dụng lại thì phải khử bỏ chúng.
Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991
17
Mỗi loại chất trên đều có thể được phân loại tiếp trên cơ sở tính bay hơi của
chúng ở nhiệt độ 55
0
C. Phần hữu cơ sẽ bị oxi hóa thành khí, phần vô cơ còn lại là
phần tro.
1.2.4 Các đặc tính hóa học của nước thải
* Các chất hữu cơ có thể bị phân hủy sinh học
Trong nước thải có mức ô nhiễm trung bình, khoảng 70% chất rắn lơ lửng và
40% chất rắn qua lọc là chất hữu cơ. Trong các chất hữu cơ có trong nước thải,
protein chiếm 40 – 60%, cacbohydrat chiếm 25 – 50%, dầu mỡ chiếm 10%. Đôi khi
còn chứa các chất hữu cơ tổng hợp như các chất tạo bọt, chất hữu cơ bay hơi, các
loại thuốc trừ sâu Đa số các chất này phân hủy rất chậm bằng con đường sinh
học.
Mức độ ô nhiễm chất hữu cơ được biểu thị bằng các thông số nhu cầu oxi sinh
hóa, nhu cầu oxy hóa học, tổng cacbon hữu cơ.

* Chất tạo bọt (foam-producing matter)
Các nước thải từ nhà máy hóa chất chứa các chất tạo bọt, đây là một dạng ô
nhiễm dễ phát hiện và gây phản ứng mạnh của cộng đồng lân cận.
* pH của nước thải
pH nước thải có ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý. Các công trình xử
lý nước thải sinh học làm việc tốt ở pH nằm trong giới hạn từ 7 -7,6. pH cũng ảnh
hưởng đến quá trình tạo bông cặn của các bể lắng bằng phèn nhôm. Nước thải sinh
hoạt có pH nằm trong khoảng 7,2 – 7,6, trong khi đó chất thải công nghiệp có pH
rất khác nhau phụ thuộc vào từng loại ngành công nghiệp.
Các xí nghiệp sản xuất có thể thải ra nước thải có tính acid hoặc kiềm rất cao
chẳng những làm cho nguồn nước không còn hữu dụng đối với hoạt động giải trí
như bơi lội, chèo thuyền mà còn ảnh hưởng đến hệ sinh vật. Nồng độ acid sulfuric
cao sẽ làm ảnh hưởng đến mắt của người bơi lội vùng nước này, ăn mòn thân tàu
thuyền, hư hại lưới đánh cá. Nguồn nước lân cận một số xí nghiệp có thể có giá trị
pH thấp đến 2 hoặc cao đến 11; trong khi cá chỉ có thể tồn tại trong môi trường có
4,5 < pH < 9,5. Hàm lượng NaOH cao thường phát hiện trong nước thải ở các xí
18
nghiệp sản xuất bột giặt, thuộc da, nhuộm vải sợi NaOH ở nồng độ 25 ppm đã có
thể làm chết cá.
* Các dưỡng chất (nitơ, phospho) – muối
Nhiều xí nghiệp, nhà máy có nước thải chứa hàm lượng muối khá cao; ngoài
ra ở các nước ôn đới người ta còn dùng muối để rải lên mặt đường vào mùa đông và
sau đó muối lại bị rửa trôi vào hệ thống cống rãnh. Hàm lượng muối cao sẽ làm cho
nguồn nước không còn hữu dụng cho mục đích cấp nước hay tưới tiêu, làm hoa màu
bị thiệt hại và ô nhiễm đất. Các loại muối khoáng canxi, magie còn làm cho nguồn
nước bị cứng, đóng cặn đường ống gây thất thoát áp lực trên đường ống. Nước cứng
sẽ làm ảnh hưởng đến nhuộm vải sợi, sản xuất bia và chất lượng của các sản phẩm
đóng hộp. Nước cứng còn đóng vảy trong các đường ống của lò hơi làm giảm khả
năng truyền nhiệt. Magie sulfate gây sổ nhẹ ở người, ion clorua làm tăng độ dẫn
điện của giấy cách điện, ion sắt gây các vết bẩn trên vải sợi và giấy, cacbonate tạo

vảy cứng đóng trên đậu Hà Lan trong quá trình chế biến và đóng hộp chúng.
Các loại muối chứa nitơ và phospho làm cho tảo phát triển nhanh gây hiện tượng
tảo nở hoa ảnh hưởng đến hệ thủy sinh vật và mất mỹ quan. Đặc biệt là với những hợp
chất nitơ độc như nitrite sẽ ảnh hưởng đến đời sống của sinh vật trong nước.
* Các kim loại độc và các chất hữu cơ độc
Nước chảy tràn qua khu vực sản xuất nông nghiệp có chứa dư lượng thuốc
trừ sâu và thuốc diệt cỏ. Nhiều ngành công nghiệp thải ra các kim loại và các chất
hữu cơ độc khác như: chì từ khói xe ôtô, kẽm từ việc bào mòn các lốp xe . Các chất
này có khả năng tích tụ và khuếch đại trong chuỗi thức ăn, do đó cần phải được
quản lý tốt. Hàm lượng clorua 4000 ppm gây độc cho cá nước ngọt, ở nồng độ
5ppm Cr
6+
gây độc cho cá. Đồng ở hàm lượng 0,1–0,5% đã gây độc cho vi khuẩn và
một số vi sinh vật khác. P
2
O
5
ở nồng độ 0,5 ppm gây trở ngại cho quá trình tạo bông
cặn và lắng trong các nhà máy nước cấp. Phenol ở nồng độ 1 ppb đã gây nên vấn đề
cho các nguồn nước.
19
Chương 2
TỔNG QUAN VỀ NITRITE
2.1. SỰ TỒN TẠI CỦA NITRITE
2.1.1. Nitrite trong môi trường nước
Trong môi trường nước, nitrite là sản phẩm trung gian trong phản ứng oxy
hóa từ amoniac đến nitrite và cuối cùng là nitrate. Thời gian tồn tại trong nước của
nitrite rất ngắn vì khi gặp oxy không khí sẽ chuyển thành nitrate.
Hình 2.1: Chu trình của nitơ trong tự nhiên
Dưới tác dụng của vi khuẩn, nitrite chuyển hóa theo sơ đồ sau:

Protein → amoni → nitrite → nitrate
Vi khuẩn tham gia quá trình này gồm có 2 nhóm:
- Vi khuẩn nitrosomonas: oxy hóa ammoniac thành nitrite.
- Vi khuẩn nitrospira: oxi hóa nitrite thành nitrate.
2
⎯
⎯
⎯
⎯
⎯
20
⎯
⎯
⎯
⎯
⎯
⎯
⎯
⎯
⎯
⎯
2
HNO
2 NH
3
+ 3 O2 HNO
2
+ 2 H
2
O

2 HNO
2
+ O
23
Ngược lại khi gặp môi trường thích hợp lại thêm vi khuẩn khác, sẽ có sự
chuyển hóa: nitrate → nitrite → amoni. Quá trình chuyển hóa qua lại của nitơ trong
các dạng hữu cơ, amoni, nitrite, nitrate được thể hiện qua hình 2.2.
21
Hình 2.2: Sự chuyển hóa giữa các dạng nitơ
Nitơ trong nước tồn tại ở các dạng NH
3
, NO
3
-
, NO
2
-
. Khi nồng độ NO
3
-
trong
nước uống vượt giới hạn 45 mg/l sẽ gây độc với người vì khi vào cơ thể trong điều
kiện thích hợp, ở hệ tiêu hóa chúng sẽ chuyển hóa thành nitrite, nitrite kết hợp với
hồng cầu tạo thành chất không vận chuyển oxi. Mặt khác, trong quá trình khử trùng
nước, clo dư phản ứng với NH
3
tạo thành NH
2
Cl (cloramin) là hợp chất gây ung thư.
Quá trình chuyển hóa của ammoni thành nitrate và nitrite làm giảm hàm

lượng oxi hòa tan trong nước. Điều này ảnh hưởng rất lớn đến đời sống của các loài
thủy sinh. Ngoài ra lượng nitơ còn lại trong bùn thải là một trong những yếu tố
quyết định hiệu quả làm phân bón của bùn thải sau xử lý.
2.1.2. Nitrite trong rau củ quả
Một số loại quả, rau cải xanh … thường chứa nhiều nitrite. Các loại rau này
khi nấu chín và để trong một thời gian dài thì mặc dù dưới tác dụng của vi khuẩn,
nitrite trong rau vẫn giữ nguyên nên gây ra ngộ độc khi ăn nhiều.
Ngoài ra, một lượng lớn nitrate chứa trong rau củ quả có thể chuyển hóa thành
nitrite trong quá trình chế biến thức ăn không đúng cách.
2.1.3. Nitrite trong thực phẩm chế biến
Phần lớn nitrite được sử dụng trong thực phẩm chế biến để làm chất bảo
quản hay chất phụ gia. Trong thịt và các sản phẩm từ thịt, nitrite làm chậm quá trình
phát triển của độc tố làm hư thịt, làm tăng màu sắc và hương vị của thịt ướp.
Các loại rau cải dùng để muối dưa cũng thường có nitrite. Khi chưa muối thì
hàm lượng này tương đố
i th
ấp, nhưng khi đem muối trong vài ngày đầu nitrite tăng
lên do quá trình vi sinh khử nitrate có trong cải thành nitrite. Chất này sẽ giảm dần
và mất hẳn khi dưa có vị chua và màu vàng đẹp. Nhưng nếu để dưa bị khú (dưa để
quá lâu) thì hàm lượng này lại tăng cao.
2.2. ĐỘC TÍNH CỦA NITRITE
[3] [24]
Trong cơ thể, nitrite (hoặc nitrate dưới tác động của một số vi khuẩn đường
ruột chuyển thành nitrite) kết hợp với hồng cầu (hemoglobin) trong máu sau đó
22
chuyển thành methemoglobin, cuối cùng chuyển thành methemoglobinamin.
Methemoglobinamin là chất ngăn cản việc liên kết và vận chuyển oxy, gây bệnh
thiếu oxy trong máu và sinh ra bệnh máu trắng:
4HbFe
2+

O
2
+ 4NO
2
-
+ 2H
2
O → 4HbFe
3+
OH
-
+ 4NO
3
-
+ O
2
Bệnh nhân khi bị ngộ độc nitrite sẽ có những triệu chứng như nhức đầu, hồi
hộp, hoa mắt, nôn mửa… sau đó dẫn đến hôn mê và có thể gây tử vong.
Hiện tượng này đặc biệt thấy rõ ở trẻ em. Trẻ em mắc chứng bệnh này thường
xanh xao và dễ bị đe doạ đến cuộc sống đặc biệt là trẻ dưới 6 tháng tuổi.
Ở một khía cạnh khác, nitrite kết hợp với các acid amin trong thực phẩm làm
thành một họ chất nitrosamin. Nitrosamin có thể gây tổn thương di truyền tế bào
nguyên nhân gây ra bệnh ung thư, quái thai. Những thí nghiệm cho nitrite vào thức
ăn, nước uống của chuột, thỏ với hàm lượng vượt ngưỡng cho phép thì sau một
thời gian thấy những khối u sinh ra trong gan, phổi, vòm họng của chúng.
Các hợp chất nitroso được tạo thành từ amin bậc hai và acid nitrơ (HNO
2
) có
thể trở nên bền vững hơn nhờ tách loại proton để trở thành nitrosamin:
R

2
─ NH + HNO
2
⎯
⎯
⎯
2
H O + R
2
N ─ NO
Các amin bậc ba trong môi trường axit yếu ở pH = 3- 6 với sự có mặt của ion
nitrite chúng dễ dàng phân huỷ thành aldehyd và amin bậc hai. Sau đó amin bậc hai
tiếp tục chuyển thành nitrosamin.
2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NITRITE
Có nhiều phương pháp xác định nitrite như: phương pháp thể tích, phân tích
khối lượng, sắc ký ion, sắc kí lỏng, cực phổ, trắc quang. Tuy nhiên, phương pháp
thể tích, phân tích khối lượng chỉ áp dụng cho những đối tượng có hàm lượng nitrite
23
lớn, độ nhạy thấp. Ở đây chúng tôi xin đề cập đến những phương pháp xác định
nitrite với hàm lượng nhỏ.
2.3.1. Phương pháp sắc kí
* Phương pháp sắc kí lỏng
[19]
Trong môi trường acid, nitrite kết hợp với 2,3-diaminonaphthalene (DAN)
thành 2,3-naphthotriazole (NAT) có khả năng huỳnh quang. Chất này được tách
bởi cột pha đảo C
8
5μm, dung dịch rửa giải là hỗn hợp đệm natri phosphate 15 mM
(pH 7,5) và methanol 50: 50, tốc độ dòng 13 ml/phút. Hợp chất NAT phát xạ huỳnh
quang ở bước sóng 375 nm và hấp thụ huỳnh quang ở bước sóng 415 nm. Thời

gian lưu là 4,4 phút. Khoảng tuyến tính của nồng độ nitrite là 12,5 - 2000 nM, giới
hạn phát hiện của nitrite là 0,46 ppm. Việc xác định nitrite bằng phương pháp sắc
ký lỏng ngoài việc dùng đầu dò huỳnh quang còn có thể dùng đầu dò UV – VIS
hoặc đầu dò độ dẫn.
Tuy nhiên, phương pháp này gặp nhiều cản nhiễu nhất là clo và các amin mà
trong nước nuôi tôm thì hàm lượng các yếu tố này khá nhiều .
* Phương pháp sắc ký ion
[14], [24]
Mẫu sau khi xử lý xong được cho thêm vào dung dịch kali hexaxyanoferat
(II) K
4
[Fe(CN)
6
] và dung dịch kẽm axetat. Lọc dung dịch mẫu này, sau đó bơm vào
máy sắc ký. Pha động là dung dịch natri cacbonat/ natri hidrocacbonat. Để định
tính nitrite, so sánh thời gian lưu của mẫu với thời gian lưu chuẩn.
Diện tích (hoặc chiều cao) pic tỷ lệ với nồng độ nitrite. V
ì v
ậy, để xác định
hàm lượng nitrite trong mẫu, chúng ta lập đường chuẩn nitrite theo đúng thời gian
lưu đ
ã chu
ẩn hóa. Dựa vào đường chuẩn tính được hàm lượng nitrite trong mẫu.
* Ưu điểm và nhược điểm
Phương pháp này có độ nhạy tương đối cao. Thể tích mẫu được bơm vào cột
ít. Tuy nhiên, phương pháp này gặp nhiều cản nhiễu nhất là ion Cl
-
nên chỉ được
dùng cho các mẫu nước sạch.
2.3.2. Phương pháp cực phổ

24
Nitrite là anion có hoạt tính cực phổ. Khi xác định nitrite bằng phương pháp
cực phổ dùng nền LaCl
3
2% và BaCl
2
2% thì nitrite cho sóng cực phổ ở 1,2V so với
anot thuỷ ngân. Nếu dùng nền là hỗn hợp đệm citrate 2M có pH = 2,5 thì giới hạn
phát hiện là 0,225 ppm NO
2
-
.
Nếu dùng nền là hỗn hợp KCl 0,2M + SCN
-
0,04M + Co
2+
2.10
-4
M ở pH = 1-
2 thì sẽ cho một pic cực phổ xung vi phân rất rõ khi có mặt ion NO
2
-
. Pic xuất hiện
ở thế - 0,5V (so với điện cực calomen bão hoà) và chiều cao pic tỉ lệ với nồng độ
của ion NO
2
-
.
Có thể xác định NO
2

-
bằng cách chuyển nó thành diphenyl nitrosamin. Phản
ứng được tiến hành trong môi trường acid. Khi xác định NO
2
-
trong mẫu người ta
thêm 5ml dung dịch nền (gồm 4,86g KSCN và 17,2ml HClO
4
70% trong một lít
nước cất), 1,25ml diphenylamin và 20ml mẫu. Điều chỉnh pH từ 1- 2 bằng acid
HClO
4
nếu cần. Đuổi không khí bằng dòng khí nitơ, sau đó ghi phổ xung vi phân từ
- 0,2 đến - 0,8 V. Thế đỉnh pic xuất hiện ở - 0 ,52V.
Tuy nhiên, phương pháp này sử dụng anot thủy ngân –
là m
ột kim loại có độc
tính rất cao.
2.3.3. Phương pháp trắc quang
Nitrite xác định bằng phương pháp trắc quang dựa trên cơ sở hình thành hợp
chất màu azo. Nitrite phản ứng với amin thơm bậc một trong môi trường acid tạo
thành muối diazo ở giai đoạn trung gian, muối này khi tác dụng với hợp chất amin
hay hidroxyl tạo thành hợp chất màu azo tương ứng, thích hợp cho phương pháp
trắc quang.
* Với thuốc thử Griess
[8]
Nguyên tắc: Trong môi trường axit yếu (pH= 2-2,5) đầu tiên ion nitrite
NO
2
-

phản ứng với thuốc thử Griess A (axit sulfanilic) sinh ra một hợp chất diazo và
sau đó kết hợp với thuốc thử Griess B (α-naphthylamin) sinh ra hợp chất màu
25
di
azo naphthyl
-
amino azobenzen
e
sulfonic h
ấ
p th
ụ
quang c
ự
c đ
ạ
i t
ạ
i
λ
=

5
2
0
nm.
Phương pháp này có đ
ộ chọn lọc cao, ít bị cản trở bởi các chất. Tuy nhi
ên,
─

NH
2