Nghiên cứu phương pháp phân tích các kim loại Bi, Cd, Cu, Ni, Pb, Zn trong nước thải một số làng nghề truyền thống và khu công nghiệp của Huyện Yên Phong Tỉnh Bắc Ninh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM







NGUYỄN VĂN KỶ






NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÁC KIM LOẠI:
Bi, Cd, Cu, Ni, Pb, Zn TRONG NƯỚC THẢI MỘT SỐ LÀNG NGHỀ
TRUYỀN THỐNG VÀ KHU CÔNG NGHIỆP
CỦA HUYỆN YÊN PHONG – TỈNH BẮC NINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC









Thái Nguyên - Năm 2012
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 1

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM






NGUYỄN VĂN KỶ






NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH CÁC KIM LOẠI:
Bi, Cd, Cu, Ni, Pb, Zn TRONG NƯỚC THẢI MỘT SỐ LÀNG

NGHỀ TRUYỀN THỐNG VÀ KHU CÔNG NGHIỆP
CỦA HUYỆN YÊN PHONG – TỈNH BẮC NINH



Chuyên ngành: Hóa phân tích
Mã số: 60.44.29




LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC



NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS.TS. LÊ LAN ANH







Thái Nguyên - Năm 2012
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 2
i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu,
kết quả đưa ra trong luận văn này là trung thực và chưa từng được ai công bố

trong bất kỳ một công trình nào khác.

Xác nhận
của Khoa Chuyên môn

Tác giả luận văn





Nguyễn Văn Kỷ


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 3
ii

LỜI CẢM ƠN
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn PGS. TS. Lê
Lan Anh đã trực tiếp hướng dẫn tận tình và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên
cứu và thực hiện đề tài.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS.Vũ Đức Lợi, thầy Bùi Đức Hưng cùng các cô,
chú, anh, chị cán bộ phòng Hoá Phân tích, Viện Hoá học – Viện Khoa học và công
nghệ Việt Nam đã động viên, giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong
quá trình hoàn thành luận văn này.
Tôi xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm và các thầy cô Khoa Hoá học, Khoa
sau Đại học – Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên đã giúp đỡ và cho tôi những ý
kiến đóng góp quý báu.
Và tôi xin cảm ơn các anh, chị, các bạn học viên lớp cao học Hoá K18, gia đình,
người thân đã động viên, giúp đỡ tôi để tôi hoàn thành luận văn này.

Thái Nguyên, tháng 8 năm 2012
Tác giả

Nguyễn Văn Kỷ















Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 4
iii

MỤC LỤC

Trang bìa phụ
Lời cam đoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt vi
Danh mục các bảng vii

Danh mục các hình ix
MỞ ĐẦU 1

Chương 1. TỔNG QUAN 3

I.1. Nguồn gốc nước thải 3

I.1.1. Nước thải sinh hoạt 3

I.1.2. Nước thải công nghiệp 3

I.2. Thành phần nước thải 3

I.3. Các chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm nước [16, 26, 33, 37] 7

I.3.1. Độ pH 7

I.3.2. Nhiệt độ 7

I.3.3. Màu sắc 8

I.3.4. Mùi vị 9

I.3.5. Độ đục 9

I.3.6. Độ mặn 9

I.3.7. Chất rắn trong nước 10

I.3.8. Chất rắn bay hơi 10

I.3.9. Chất rắn có thể lắng 10

I.3.10. Độ kiềm toàn phần 10

I.3.11. Độ axit 11

I.3.12. Độ cứng của nước 12

I.3.13. Hàm lượng oxi hòa tan trong nước (DO: dissolved oxygen) [16]. 14

1.3.14. Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD: biochemical oxygen demand) 15
Trang
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 5
iv

I.3.15. Nhu cầu oxi hóa học (COD: chemical oxygen demand) 15

I.3.16. Hàm lượng sắt và mangan trong nước 16

I.3.17. Hàm lượng photpho [16] 16

I.3.18. Hàm lượng sunfat [26] 16

I.3.19. Hàm lượng nitơ [16] 17

I.3.20. Hàm lượng kim loại nặng: Pb, Cu, Ni, Cd… [16, 26] 17

I.3.21. Hàm lượng chất dầu mỡ [26] 17

I.3.22. Các chỉ tiêu vi sinh [37] 17
I.4. Tác động của nước thải chưa được xử lý [16, 26, 37] 17

I.5. Sự ô nhiễm trong nước thải khu công nghiệp và làng nghề ở huyện
Yên Phong – tỉnh Bắc Ninh [24] 19

I.6. Kim loại nặng và tình trạng ô nhiễm kim loại nặng trong môi trường 20

I.6.1. Giới thiệu về kim loại nặng [19, 25] 20

I.6.2. Vai trò, chức năng của một số kim loại nặng 21

I.7. Phương pháp cực phổ và von-ampe hoà tan, Von-Ampe hoà tan hấp
phụ [5, 6, 31, 32] 28
I.7.1. Cơ sở lý thuyết của phương pháp cực phổ 28

I.7.2. Nguyên tắc chung của phương pháp von-ampe hoà tan [6, 10] 32

I.7.3. Phương pháp Von-Ampe hoà tan hấp phụ (AdSV) [36,37] 33

I.7.4. Một số kỹ thuật ghi đường von-ampe hòa tan 35

I.7.5. Ưu điểm của phương pháp Von-ampe hòa tan 35

I.7.6. Giới thiệu về điện cực dùng trong phương pháp von-ampe hòa tan 36

I.7.7. Ưu điểm của phương pháp Von-ampe hòa tan 38

Chương 2. THỰC NGHIỆM VÀ PHƯƠNG PHÁP 39
II.1. Thiết bị, dụng cụ và hoá chất 39

II.1.1. Thiết bị và dụng cụ 39

II.1.2. Hóa chất 40

II.2. Phương pháp nghiên cứu 40

II.2.1. Khảo sát xây dựng quy trình phân tích theo phương pháp von –
ampe hòa tan 40

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 6
v

II.2.2. Khảo sát tìm các điều kiện tối ưu 41

Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42

III.1. Khảo sát các điều kiện tối ưu 42

III.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của môi trường phân tích cho các ion:
Bi
3+
, Cd
2+
, Cu
2+
, Ni
2+
, Pb
2+

, Zn
2+
42

III.1.2. Khảo sát điều kiện phân tích cho ion Ni
2+
[35, 38] 53

III.1.3 Khảo sát điều kiện phân tích cho ion Bi
3+
[34] 61

III.2. Xây dựng đường chuẩn 68
III.2.1. Đường chuẩn xác định Zn
2+
[5], [12] 68

III.2.2. Đường chuẩn xác định hàm lượng Cd
2+
[5], [16] 71

III.2.4. Đường chuẩn xác định hàm lượng Cu
2+
[5, 11, 12] 76

III.2.5. Đường chuẩn xác định hàm lượng Ni
2+
78

III.2.6. Đường chuẩn xác định hàm lượng Bi

3+
[5, 34] 81

III.3. Khảo sát độ lặp lại, giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng 82

III.3.1. Khảo sát độ lặp lại [5, 11, 12] 82

III.3.2. Khảo sát giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ)
[5, 7, 9, 11, 12, 18] 85

III.4. Xác định hàm lượng các kim loại Zn, Cd, Pb, Ni, Bi trong mẫu
nước thải 87

III.4.1. Chuẩn bị mẫu phân tích và quy trình xử lý mẫu [15, 16, 20, 26, 27] 87

III.4.2. Ứng dụng phương pháp thêm chuẩn xác định hàm lượng Zn,
Cd, Pb, Cu, Ni, Bi trong mẫu nước thải 88

III.5. Kết quả đo quang phổ phát xạ plasma (ICP – AES) của một số
mẫu nước thải 100

III.6. Tổng hợp kết quả phân tích xác định hàm lượng (Zn, Cd, Pb, Cu,
Ni, Bi) của một số mẫu nước thải ở Yên Phong và so sánh với TCVN. 101

KẾT LUẬN 103

TÀI LIỆU THAM KHẢO 106

PHỤ LỤC 110

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 7
vi

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
:

Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt
AE Auxililary Electrode Điện cực phù trợ
ASV Anodic Strinping Voltammetry Von – Ampe hòa tan anot
CSV
Cathodic Strinpping
Voltammetry
Von – Ampe hòa tan catot
CV Cyclic Voltammetry Von – Ampe vòng
DP Differential Pulse Xung vi phân
DPASV
Differential Pulse Anodic
Strinpping Voltammetry
Von – Ampe hòa tan anot xung vi
phân
DPP Differential Pulse Polarography
Phương pháp cực phổ xung vi
phân
Ep Peak potential Thế đỉnh pic
GHĐL Limit of quantification Giới hạn định lượng
GHPH Limit of detection Giới hạn phát hiện
HMDE
Hanging Mercury Drop
Electrode

Điên cực giọt thủy ngân treo
ICP-AES

Inductively Coupled Plasma -
Atomic Emission Spectrometry
quang phổ phát xạ nguyên tử
plasma
Ip Peak current Dòng đỉnh pic
KĐLĐ Not Quantitative Không định lượng được
KPHĐ Not Detected Không phát hiện được
MFE Mercury Film Electrode Điện cực màng thủy ngân
NPP Normal Pulse Polarography
Phương pháp cực phổ xung biến
đổi đều
LOD limit of detection Giới hạn phát hiện
LOQ limit of quantitation Giới hạn định lượng
ppb Part per billion Phần tỷ
ppm Part per million Phần triệu
R Coefficient of corelation Hệ số tương quan
RDE Rotating Disk Electrode Điện cực đĩa quay
RE Reference Electrode Điên cực so sánh
SSE Solid State Electrode Điện cực rắn
WE Working Electrode Điện cực làm việc
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 8
vii

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Phân bố và dạng của nước trên Trái đất 4
Bảng 1.2. Các đặc điểm lý học, h/học và sinh học của nước thải và nguồn sinh ra nó 5

Bảng 1.3. Các chất ô nhiễm quan trọng cần chú ý đến trong quá trình xử lý nước thải 6
Bảng 1.4. Các loại chất thải và các nguồn thải chính 7
Bảng 1.5. Độ cứng của nước biểu thị bằng hàm lượng CaCO
3
14
Bảng 1.6. Chỉ số DO trong nước ở áp suất 1atm và các nhiệt độ khác nhau 15
Bảng 1.7. Ảnh hưởng của nước thải đến môi trường 19
Bảng 1.8. Thế bán sóng của Cu
2+
,Zn
2+
,Cd
2+
,Pb
2+
,Ni
2+
,Bi
3+
trong một số nền 30
Bảng 3.1. Các thông số kỹ thuật ghi đo nền HCl 43
Bảng 3.2. Các thông số kỹ thuật ghi đo nền NaAc + HAc 44
Bảng 3.3. Kết quả đo khảo sát chọn nền điện li tối ưu 45
Bảng 3.4. các thông số kỹ thuật ghi đo nền NaAc + HAc 46
Bảng 3.5. Kết quả đo khảo sát nồng độ nền điện li tối ưu 49
Bảng 3.6. Các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát thời gian điện phân 50
Bảng 3.7. Kết quả đo khảo sát thời gian điện phân làm giàu 51
Bảng 3.8. Các thông số kỹ thuật ghi đo Khảo sát thế điện phân làm giàu 52
Bảng 3.9. Kết quả đo khảo sát thế điện phân làm giàu 53
Bảng 3.10. các thông số kỹ thuật ghi đo nền HCl + pyridin 54

Bảng 3.11. Kết quả đo khảo sát tìm nồng độ nền HCl tối ưu 55
Bảng 3.12. Kết quả đo khảo sát tìm nồng độ nền Pyridin tối ưu 57
Bảng 3.13. các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát thế điện phân làm giàu 58
Bảng 3.14. Kết quả ghi đo khảo sát thế điện phân làm giàu 59
Bảng 3.15. Các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát thời gian điện phân 60
Bảng 3.16. Kết quả đo khảo sát thời gian điện phân làm giàu 61
Bảng 3.17. Các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát nồng độ nền. 62
Bảng 3.18. Kết quả đo khảo sát tìm nồng độ nền (NaAc + HAc) tối ưu 63
Bảng 3.19. Kết quả đo khảo sát tìm nồng độ nền Pyrogalic tối ưu 64
Bảng 3.20. Các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát thế điện phân làm giàu 65
Bảng 3.21. Kết quả ghi đo khảo sát thế điện phân làm giàu 66
Bảng 3.22. Các thông số kỹ thuật ghi đo khảo sát thời gian điện phân 67
Bảng 3.23. Kết quả đo khảo sát thời gian điện phân làm giàu 68
Trang
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 9
viii

Bảng 3.24. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Zn
2+
69
Bảng 3.25. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Zn
2+
Ip theo C(mg/l) 70
Bảng 3.26. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Cd
2+
71
Bảng 3.27. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Cd
2+
Ip theo C(mg/l) 72
Bảng 3.28. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Pb 73

Bảng 3.29. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Pb
2+
Ip theo C(mg/l) 74
Bảng 3.30. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Cu
2+
76
Bảng 3.31. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Cu
2+
Ip theo C(mg/l) 77
Bảng 3.32. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Ni 78
Bảng 3.33. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Ni
2+
Ip theo C(mg/l) 79
Bảng 3.34. Các thông số kỹ thuật ghi đo xây dựng đường chuẩn của Bi 81
Bảng 3.35. Kết quả đo khảo sát đường chuẩn của Bi
3+
Ip theo C(mg/l) 82
Bảng 3.36. Kết quả đo khảo sát độ lặp lại 84
Bảng 3.37. Giới hạn phát hiện (LOD) và giới hạn định lượng (LOQ) 86
Bảng 3.38. Bảng miêu tả vị trí lấy mẫu 87
Bảng 3.39. Các thông số ghi đo xác định đồng thời hàm lượng Zn, Cd, Pb, Cu 89
Bảng 3.40. Kết quả thêm chuẩn trung bình đối với Zn, Pb, Cu 91
Bảng 3.41. Hàm lượng Zn, Pb, Cu trong nước thải 93
Bảng 3.42. Các thông số kỹ thuật ghi đo 94
Bảng 3.43. Kết quả thêm chuẩn trung bình đối với Cd 94
Bảng 3.44. Hàm lượng Cd trong nước thải 95
Bảng 3.45. Các thông số số kỹ thuật ghi đo xác định hàm lượng Ni 96
Bảng 3.46. Kết quả thêm chuẩn trung bình đối với Ni 97
Bảng 3.47. Hàm lượng Ni trong mẫu nước thải 97
Bảng 3.48. Các thông số số kỹ thuật ghi đo xác định hàm lượng Bi 98

Bảng 3.49. Kết quả thêm chuẩn trung bình đối với Bi 99
Bảng 3.50. Hàm lượng Bi trong mẫu nước thải 99
Bảng 3.51. K/quả đo ICP-AES xác định Zn, Cd của một số mẫu so với
DP-ASV
100
Bảng 3.52. K/quả đo ICP-AES xác định Pb,Cu,Ni của một số mẫu so với DP-ASV .101
Bảng 3.53. Kết quả hàm lượng Zn, Cd, Pb, Cu, Ni, Bi trong 6 mẫu nước 101
Bảng 3.54. Giá trị giới hạn các thông số và nồng độ một số kim loại trong nước thải
công nghiệp 102

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 10
ix

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, PHỔ ĐỒ, ĐỒ THỊ


Hình 3.1. Phổ đồ khảo sát nền điện li HCl 0.05M 43
Hình 3.2. Phổ đồ khảo sát nền điện li NaAc + HAc (0,05M và pH = 4,5) 44
Hình 3.3. Phổ đồ khảo sát nồng độ nền điện li (NaAc + HAc) 0,01M 46
Hình 3.4. Phổ đồ khảo sát nồng độ nền điện li NaAc + HAc 0,02M 47
Hình 3.5. Phổ đồ khảo sát nồng độ nền điện li NaAc + HAc 0.04 M 47
Hình 3.6. Phổ đồ khảo sát nồng độ nền điện li NaAc + HAc 0.05M 48
Hình 3.7. Phổ đồ khảo sát nồng độ nền điện li NaAc + HAc 0.1 M 48
Hình 3.8. phổ đồ khảo sát thời gian điện phân 50
Hình 3.9. phổ đồ Khảo sát thế điện phân làm giàu 53
Hình 3.10. Phổ đồ khảo sát nồng độ của nền HCl 54
Hình 3.11. Phổ đồ khảo sát nồng độ của pyridin (0,025-0,40M) 56
Hình 3.12. Phổ đồ khảo sát nồng độ của pyridin (0,45-0,65M) 56
Hình 3.13. Phổ đồ ghi đo khảo sát thế điện phân làm giàu 59
Hình 3.14. Phổ đồ ghi đo khảo sát thời gian điện phân làm giàu 60

Hình 3.15. Phổ đồ khảo sát nồng độ của nền (NaAc + HAc) 62
Hình 3.16. Phổ đồ khảo sát nồng độ của pyrogalic (0,5-1,3M) 64
Hình 3.17. Phổ đồ ghi đo khảo sát thế điện phân làm giàu 66
Hình 3.18. Phổ đồ ghi đo khảo sát thời gian điện phân làm giàu 67
Hình 3.19. Phổ đồ khảo sát xây dựng đường chuẩn của Zn 69
Hình 3.20. Sự phụ thuộc của I
p
vào nồng độ Zn
2+
70
Hình 3.21. Đường chuẩn xác định Zn
2+
trong khoảng 0,015 ÷ 0,2 (mg/l) 70
Hình 3.22. Phổ đồ khảo sát xây dựng đường chuẩn của Cd
2+
72
Hình 3.23. Sự phụ thuộc của Ipic vào nồng độ Cd
2+
72
Hình 3.24. Đường chuẩn xác định Cd
2+
trong khoảng 0,00125÷0,025 (mg/l) 73
Hình 3.25. Phổ đồ khảo sát xây dựng đường chuẩn của Pb 74
Hình 3.26. Sự phụ thuộc của Ipic vào nồng độ Pb
2+
75
Hình 3.27. Đường chuẩn xác định Pb
2+
trong khoảng 0,00125÷0,05 (mg/l) 75
Hình 3.28. Phổ đồ khảo sát xây dựng đường chuẩn của Cu

2+
76
Hình 3.29. Sự phụ thuộc của I
p
vào nồng độ Cu
2+
77
Hình 3.30. Đường chuẩn xác định Cu
2+
trong khoảng 0,025 ÷ 0,3 (mg/l) 78
Trang
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 11
x

Hình 3.31. Phổ đồ khảo sát xây dựng đường chuẩn của Ni
2+
79
Hình 3.32. Sự phụ thuộc của I
p
vào nồng độ Ni
2+
80
Hình 3.33. Đường chuẩn xác định Ni
2+
trong khoảng 0,025 ÷ 0,2 (mg/l) 80
Hình 3.34. Phổ đồ khảo sát xây dựng đường chuẩn của Bi
3+
81
Hình 3.35. Sự phụ thuộc của I
p

vào nồng độ Bi
3+
82
Hình 3.36. Phổ đồ khảo sát độ lặp lại của phép đo Zn
2+
, Cd
2+
, Pb
2+
, Cu
2+
83
Hình 3.37. Phổ đồ khảo sát độ lặp lại của phép đo Ni
2+
, Bi
3+
84
Hình 3.38. Bản đồ vị trí lấy mẫu nước thải tại Yên Phong – Bắc Ninh 87
Hình 3.39. Phổ đồ xác định đồng thời Zn, Cd, Pb, Cu mẫu L1 chưa làm giàu 90
Hình 3.40. Phổ đồ thêm chuẩn xác định đồng thời Zn, Pb, Cu trong mẫu L1 92
Hình 3.41. Phổ đồ thêm chuẩn xác định đồng thời Zn, Pb, Cu trong mẫu L2 92
Hình 3.42. Đồ thị thêm chuẩn xác định Zn trong mẫu L1, L2 92
Hình 3.43. Đồ thị thêm chuẩn xác định Pb trong mẫu L1, L2 93
Hình 3.44. Đồ thị thêm chuẩn xác định Cu trong mẫu L1, L2 93
Hình 3.45. Phổ đồ thêm chuẩn xác dịnh Cd trong mẫu L1, L2 95
Hình 3.46. Đồ thị thêm chuẩn xác dịnh Cd trong mẫu L1, L2 95
Hình 3.47. Phổ đồ thêm chuẩn xác dịnh Ni mẫu L1, L2 96
Hình 3.48. Đồ thị thêm chuẩn xác dịnh Ni trong mẫu L1, L2 97
Hình 3.49. Phổ đồ thêm chuẩn xác dịnh Bi mẫu L1, L2 98
Hình 3.50. Đồ thị thêm chuẩn xác dịnh Bi trong mẫu L1, L2 99

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 12
1


MỞ ĐẦU

Ngày nay trong y học, người ta đã khẳng định được rằng nhiều nguyên tố kim
loại có vai trò cực kỳ quan trọng đối với cơ thể sống và con người. Sự thiếu hụt hay
mất cân bằng của nhiều kim loại vi lượng trong các bộ phận của cơ thể như gan, tóc,
máu, huyết thanh, là những nguyên nhân hay dấu hiệu của bệnh tật, ốm đau hay
suy dinh dưỡng, đặc biệt là sự có mặt của các kim loại nặng như Cu, Pb, Zn, Cd,
Mn, Fe, trong máu và trong huyết thanh của người. [16, 26, 37].
Tuy nhiên, cùng với mức độ phát triển của công nghiệp và sự đô thị hoá, hiện
nay môi trường sống của chúng ta bị ô nhiễm trầm trọng. Các nguồn thải kim loại
nặng từ các khu công nghiệp vào không khí, vào nước, vào đất, vào thực phẩm rồi
xâm nhập vào cơ thể con người qua đường ăn uống, hít thở dẫn đến sự nhiễm độc.
Do đó việc nghiên cứu và phân tích các kim loại nặng trong môi trường sống, đặc
biệt là trong môi trường nước thải và tác động của chúng tới cơ thể con người nhằm
đề ra các biện pháp tối ưu bảo vệ và chăm sóc sức khoẻ cộng đồng là một việc vô
cùng cần thiết. [16, 26].
Để giải quyết nhiệm vụ đó, một loạt các phương pháp phân tích có tính đa
năng đã ra đời như: quang phổ hấp thụ nguyên tử, quang phổ phát xạ plasma, sắc kí
khí cột mao quản, sắc kí lỏng hiệu năng cao và các phương pháp phân tích điện
hoá hiện đại mà điển hình là các phương pháp von-ampe hoà tan. Phương pháp này
có nhiều ưu điểm nổi bật như độ nhạy và độ chọn lọc cao, giới hạn phát hiện thấp và
đặc biệt chi phí thấp nên chúng được ứng dụng rộng rãi trong phân tích. [1, 2, 31, 32]
Chính vì vậy mà chúng tôi đã chọn đề tài:

"Nghiên cứu phương pháp phân tích các kim loại: Bi

, Cd, Cu, Ni, Pb, Zn
trong nước thải một số làng nghề truyền thống và khu công nghiệp của huyện
Yên Phong – tỉnh Bắc Ninh"
Để thực hiện đề tài này, chúng tôi đặt ra các nhiệm vụ chính:
1. Nghiên cứu, xây dựng quy trình phân tích xác định hàm lượng các kim loại
kẽm, cađimi, đồng, chì, niken, bitmut trong nước thải bằng phương pháp Von-
Ampe hòa tan trên điện cực màng thủy ngân.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 13
2

2. Khảo sát chọn nền điện li tối ưu cho các kim loại phân tích.
3. Khảo sát chọn nồng độ nền điện li tối ưu.
4. Khảo sát các điều kiện tối ưu của máy đo.
5. Khảo sát sự ảnh hưởng của các cation lên phép đo.
6. Khảo sát khoảng tuyến tính, xây dựng đường chuẩn của kẽm, cacđimi, đồng,
chì niken, bitmut trong phương pháp phân tích Von – Ampe hòa tan.
7. Đánh giá độ lặp, tìm giới hạn phát hiện (GHPH) và giới hạn định lượng
(GHĐL) của phương pháp.
8. Phân tích mẫu thực bằng phương pháp đường chuẩn và phương pháp
thêm chuẩn.
9. Xác định hàm lượng của các kim loại kẽm, cađimi, đồng, chì, niken, bitmut
trong mẫu nước ở các làng nghề ở xã Văn môn và khu công nghiệp (KCN) huyện
Yên Phong tỉnh Bắc Ninh.
10. Đánh giá và so sánh kết quả thu được với những nghiên cứu trước đã được
tham khảo trong các tài liệu, các phương pháp phân tích hiện đại khác.
Luận văn được thực hiện bằng phương pháp thực nghiệm. Các nội dung chính
của luận văn được thực hiện tại Phòng Hóa Phân tích - Viện Hoá học - Viện khoa
học và Công nghệ Việt Nam.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 14
3

Chương 1
TỔNG QUAN
I.1. Nguồn gốc nước thải
Nước thải có nguồn gốc từ các nguồn nước sử dụng trong công nghiệp và sinh
hoạt. Nước mưa và nước thấm cũng là một nguồn nước thải khá lớn. Bản thân nước
mưa là nước sạch nhưng khi rơi xuống mặt đất sẽ bị pha trộn và nhiễm bẩn. [26, 29]
I.1.1. Nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt bao gồm nước thải đen và nước thải xám. Nước thải từ toilet
được gọi là nước thải đen. Nước thải đen chứa hàm lượng cao chất rắn và một lượng
đáng kể thức ăn cho vi khuẩn (nitơ và phốt pho). Nước thải đen có thể được tách thành
hai phần: phân và nước tiểu. Mỗi một người, hàng năm có thể thải ra trung bình 4 kg N
và 0,4 kg P trong nước tiểu và 0,55 kg N và 0,18 kg P trong phân. [16, 26]
Nước thải xám bao gồm nước giặt rũ quần áo, tắm rửa và nước sử dụng trong
nhà bếp. Nước từ trong nhà bếp có thể chứa lượng lớn chất rắn và dầu mỡ .
Cả hai loại nước thải đen và thải xám có thể chứa mầm bệnh của người đặc biệt
là nước thải đen. [26]
I.1.2. Nước thải công nghiệp
Rất khó phân loại nước thải từ tất cả các ngành công nghiệp. Mỗi một ngành
công nghiệp có nước thải đặc trưng của ngành đó. Ví dụ, nước thải của ngành công
nghiệp dệt nhuộm chứa các chất hữu cơ mang màu và một số hóa chất độc hại khó
phân hủy. Nước thải của các cơ sở mạ chứa hàm lượng kim loại nặng cao và có pH
thấp. Nước thải chế biến thực phẩm chủ yếu là chứa các hợp chất hữu cơ dễ phân
hủy bằng vi sinh. [26]

I.2. Thành phần nước thải
Trên b́ình diện toàn cầu, nước là một tài nguyên vô cùng phong phú nhưng nước
chỉ hữu dụng với con người khi nó ở đúng nơi, đúng chỗ, đúng dạng và đạt chất
lượng theo yêu cầu. Hơn 99% trữ lượng nước trên thế giới nằm ở dạng không hữu
dụng đối với đa số các mục đích của con người do độ mặn (nước biển), địa điểm,
dạng (băng hà). [28]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 15
4

Bảng 1.1. Phân bố và dạng của nước trên Trái đất [28]

Địa điểm
Diện tích
(km
2
)
Tổng thể tích
nước (km
3
)
% tổng
lượng nước

Các đại dương và biển (nước mặn) 361.000.000

1.230.000.000

97,2000

Khí quyển (hơi nước) 510.000.000

12.700

0,0010

Sông, rạch

1.200

0,0001

Nước ngầm (đến độ sâu 0,8 km) 130.000.000

4.000.000

0,3100

Hồ nước ngọt 855.000

123.000

0,0090

Tảng băng và băng hà 28.200.000

28.600.000

2,1500

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 vi trùng và
các chất thải khác. Nếu không được xử lý trước khi thải vào các nguồn nước công
cộng, chúng sẽ làm ô nhiễm môi trường. Vì vậy nước thải trước khi thải vào sông,
hồ (nguồn nước) cần phải được xử lý thích đáng. Mức độ xử lý phụ thuộc vào nồng
độ bẩn của nước thải; khả năng pha loãng giữa nước thải với nước nguồn và các yêu
cầu về mặt vệ sinh, khả năng "tự làm sạch của nguồn nước". [29]
Theo các qui định về bảo vệ môi trường của Việt Nam, ô nhiễm nước là việc
đưa vào các nguồn nước các tác nhân lý, hóa, sinh học và nhiệt không đặc trưng về
thành phần hoặc hàm lượng đối với môi trường ban đầu đến mức có khả năng gây
ảnh hưởng xấu đến sự phát triển bình thường của một loại sinh vật nào đó hoặc thay
đổi tính chất trong lành của môi trường ban đầu.
Theo một định nghĩa khác "Ô nhiễm nước mặt diễn ra khi đưa quá nhiều các tạp
chất, các chất không mong đợi, các tác nhân gây nguy hại vào các nguồn nước, vượt
khỏi khả năng tự làm sạch của các nguồn nước này".
Để thiết kế các công trình xử lý nước thải, trước tiên chúng ta phải biết đặc
điểm, thành phần của các chất gây ô nhiễm. [28]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 16
5

Bảng 1.2. Các đặc điểm lý học, hóa học và sinh học
của nước thải và nguồn sinh ra nó [21]

Đặc điểm Nguồn
Lý học

Màu
Nước thải sinh hoạt hay công nghiệp, thường do sự phân
hủy của các chất thải hữu cơ.

Mùi Nước thải công nghiệp, sự phân hủy của nước thải

Chất rắn
Nước cấp, nước thải sinh hoạt và công nghiệp, xói mòn
đất.

Nhiệt Nước thải sinh hoạt, công nghiệp
Hóa học

Carbohydrate Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

Dầu, mỡ Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

Thuốc trừ sâu Nước thải nông nghiệp

Phenol Nước thải công nghiệp

Protein Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

Chất hữu cơ bay hơi

Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

Các chất nguy hiểm Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

Các chất khác
Do sự phân hủy của các chất hữu cơ trong nước thải trong
tự nhiên

Tính kiềm Chất thải sinh hoạt, nước cấp, nước ngầm

Chlorua Nước cấp, nước ngầm

Kim loại nặng Nước thải công nghiệp

Nitrogen Nước thải sinh hoạt, công nghiệp

pH Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

Phospho Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp; rửa trôi

Lưu huỳnh Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp; nước cấp

H
2
S Sự phân hủy của nước thải sinh hoạt

Methane Sự phân hủy của nước thải sinh hoạt

Oxygen
Nước cấp, sự trao đổi qua bề mặt tiếp xúc không khí -
nước
Sinh học

Động vật Các ḍang chảy hở và hệ thống xử lý

Thực vật Các ḍng chảy hở và hệ thống xử lý

Eubacteria Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý

Archaebacteria Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý

Viruses Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 17
6

Bảng 1.3. Các chất ô nhiễm quan trọng cần chú ý
đến trong quá trình xử lý nước thải [21]
Chất gây ô nhiễm Nguyên nhân được xem là quan trọng
Các chất rắn lơ
lửng
Tạo nên bùn lắng và môi trường yếm khí khi nước thải chưa
xử lư được thải vào môi trường. Biểu thị bằng đơn vị mg/l.
Các chất hữu cơ có
thể phân hủy bằng
con đường sinh
học
Bao gồm chủ yếu là carbohydrate, protein và chất béo.
Thường được đo bằng chỉ tiêu BOD và COD. Nếu thải thẳng
vào nguồn nước, quá tŕnh phân hủy sinh học sẽ làm suy kiệt
oxy ḥa tan của nguồn nước.
Các mầm bệnh
Các bệnh truyền nhiễm có thể lây nhiễm từ các vi sinh vật
gây bệnh trong nước thải. Thông số quản lư là MPN (Most
Probable Number).
Các dưỡng chất
N và P cần thiết cho sự phát triển của các sinh vật. Khi được
thải vào nguồn nước nó có thể làm gia tăng sự phát triển của
các loài không mong đợi. Khi thải ra với số lượng lớn trên
mặt đất nó có thể gây ô nhiễm nước ngầm.

Các chất ô nhiễm
nguy hại
Các hợp chất hữu cơ hay vô cơ có khả năng gây ung thư,
biến dị, thai dị dạng hoặc gây độc cấp tính.
Các chất hữu cơ
khó phân hủy
Không thể xử lý được bằng các biện pháp thông thường. Ví
dụ các nông dược, phenols
Kim loại nặng
Có trong nước thải thương mại và công nghiệp và cần loại
bỏ khi tái sử dụng nước thải. Một số ion kim loại ức chế các
quá trình xử lý sinh học
Chất vô cơ hoà tan
Hạn chế việc sử dụng nước cho các mục đích nông, công
nghiệp
Nhiệt năng
Làm giảm khả năng bão hoà oxy trong nước và thúc đẩy sự
phát triển của thủy sinh vật
Ion hydrogen Có khả năng gây nguy hại cho TSV

Ở các thành phố có nhiều nhà máy, khu công nghiệp, nước thải công nghiệp ảnh
hưởng rất lớn đến thành phần nước thải chung của thành phố, thị trấn vì nó chứa
nhiều các chất gây ô nhiễm ở nồng độ cao và tùy theo từng nhà máy thành phần
chất gây ô nhiễm rất phức tạp. Do đó để giảm thiểu chi phí cho việc quản lý và xử
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 18
7

lý, mỗi nhà máy cần phải có các hệ thống xử lý riêng để nước thải thải vào các
nguồn nước công cộng phải đạt đến một tiêu chuẩn cho phép nào đó. [30, 37]

Bảng 1.4. Các loại chất thải và các nguồn thải chính [21]
Từ cống rănh, kênh thoát
nước
Từ các nguồn chảy tràn
Loại chất thải
Nước thải
sinh hoạt
Nước thải
công nghiệp
Chảy tràn từ
khu sx nông
nghiệp
Chảy tràn ở
khu vực
thành thị
Các chất thải cần
oxy để phân hủy
   
Dưỡng chất
   
Các mầm bệnh
   
Chất rắn lơ
lửng/cặn lắng
   
Muối
  
Kim loại độc



Chất hữu cơ độc
 

Nhiệt



I.3. Các chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm nước [16, 26, 33, 37]
I.3.1. Độ pH
Độ pH là một trong những chỉ tiêu cần xác định đối với chất lượng nước. Giá trị
đo pH cho phép chúng ta quyết định xử lý nước theo phương pháp thích hợp hoặc
điều chỉnh lượng hóa chất trong quá trình xử lý nước. Sự thay đổi pH trong nước có
thể dẫn tới những thay đổi về thành phần các chất trong nước do quá trình hòa tan
hoặc kết tủa, hoặc thúc đẩy hoặc ngăn chặn những phản ứng hóa học, sinh học xảy
ra trong nước. [16]
Xác định pH bằng các máy đo pH. Các máy đo pH hiện nay đều là các máy hiện
số. Độ chính xác của các máy này thường là 1% đơn vị pH.
I.3.2. Nhiệt độ
Nhiệt độ của nước là một chỉ tiêu cần đo khi lấy mẫu nước.
Nhiệt độ của nước ảnh hưởng đến độ pH, đến các quá trình sinh hóa xảy ra trong nước.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 19
8

Nhiệt độ của nước phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thời tiết hay môi trường khu
vực. Riêng nhiệt độ của nước ngầm, các lớp nước tầng đáy sâu của hồ… ít phụ
thuộc vào môi trường hơn. Nhiệt độ nước thải công nghiệp đặc biệt là nước thải của
nhà máy nhiệt điện, nhà máy điện hạt nhân thường cao hơn từ 10 – 25
o
C so với

nước thường.
Nước nóng có thể gây ô nhiễm hoặc có lợi tùy theo mùa và vị trí địa lý. Vùng có
khí hậu ôn đới nước nóng có tác dụng xúc tiến sự phát triển của vi sinh vật và các
quá trình phân hủy. Nhưng ở những vùng nhiệt đới, nhiệt độ cao của nước ở sông
hồ sẽ làm thay đổi quá trình sinh hóa và hóa lý bình thường của hệ sinh thái nước,
giảm lượng oxi hòa tan vào nước và tăng nhu cầu oxi của cá lên 2 lần. Một số loài
sinh vật không chịu được nhiệt độ cao sẽ chết hoặc phải di chuyển đi nơi khác,
nhưng có một số loài khác lại phát triển mạnh ở nhiệt độ thích hợp. [26]
Chỉ tiêu nhiệt độ cần đo ngay tại nơi lấy mẫu bằng nhiệt kế hay bằng các máy đo
nhiệt độ.
I.3.3. Màu sắc
Nước sạch trong suốt và không màu. Nếu bề mặt đáy của nước rất lớn ta có cảm
giác nước màu xanh nhẹ, đó là do sự hấp thụ chọn lọc các bước sóng nhất định của
ánh sáng mặt trời.
Nước bẩn là do các chất bẩn trong nước gây nên. Màu sắc của nước ảnh hưởng
đến thẩm mỹ khi sử dụng nước, ảnh hưởng đến chất lượng nước khi sử dụng trong
sản xuất. [16]
Màu của nước gây ra bởi:
+ Màu của các chất hữu cơ: màu này rất khó xử lý bằng các phương pháp đơn giản.
Nước có màu xanh đậm hoặc có váng trắng chứng tỏ trong nước có nhiều chất
phú dưỡng hoặc các thực vật nổi phát triển quá mức và sản phẩm phân hủy thực vật
đã chết.
Sự phân hủy các chất hữu cơ làm xuất hiện axit humic và fulvic hòa tan làm
nước có màu vàng.
+ Các chất vô cơ là những hạt rắn, gây ra màu sắc trong nước. Màu này xử lý
đơn giản hơn.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 20
9

Các hợp chất của Fe

3+
không tan làm cho nước có màu nâu đỏ. Nước thải sinh
hoạt hay nước thải công nghiệp có nhiều màu sắc khác nhau. Thường là màu xám
hay màu tối.
Khi nước bị ô nhiễm có màu sẽ cản trở sự truyền ánh sáng mặt trời vào nước,
làm ảnh hưởng tới hệ sinh thái nước. Nếu là màu do hóa chất gây nên sẽ rất độc đối
với sinh vật sống trong nước. [26]
I.3.4. Mùi vị
Nước sạch không có mùi, vị. Nước có mùi vị khó chịu là nước bị ô nhiễm.
Nguyên nhân của sự ô nhiễm là do sản phẩm phân hủy các chất hữu cơ trong nước
hoặc do nguồn nước thải có chứa những chất khác nhau, ví dụ: mùi phân
C
8
H
5
NHCH
3
, mùi trứng thối H
2
S, mùi hôi của mercaptan (CH
3
SH, CH
3
(CH
2
)
3
SH,
mùi cá ươn của amin (CH
3

NH
2
, (CH
3
)
2
NH, (CH
3
)
3
N), mùi thịt thối của diamin NH
2

– (CH
2
)
4
– NH
2
… [16, 26]
I.3.5. Độ đục
Nước tự nhiên sạch thường không chứa các chất rắn lơ lửng nên trong suốt và
không màu. Độ đục do các chất lơ lửng gây ra, chúng có kích thước rất khác nhau,
từ dạng những hạt keo đến những thể phân tán thô. Những hạt vật chất gây đục
thường hấp phụ những kim loại nặng, cùng các vi sinh vật gây bệnh. Nước đục còn
ngăn cản quá trình chiếu sáng của mặt trời xuống đáy thủy vực làm giảm quá trình
quang hợp và nồng độ oxi hòa tan trong nước.
Đơn vị chuẩn của độ đục là sự cản quang bởi 1 mg SiO
2
hòa tan trong 1 lít nước

cất gây ra được gọi là 1 đơn vị độ đục. Đo độ đục của nước bằng các máy đo độ
đục. Độ đục càng lớn có nghĩa là độ nhiễm bẩn của nước càng cao và phải có biện
pháp xử lý thích hợp. [16, 26]
I.3.6. Độ mặn
Độ mặn của nước là tổng lượng các muối hòa tan trong nước. Mỗi quần thể sinh
vật trong nước sẽ thích nghi với một khoảng độ mặn nhất định của nước.
Độ mặn thường được ký hiệu là S‰. Độ mặn của nước có thể tính qua hàm
lượng Cl
-
có trong nước biển theo công thức:
S‰ = 0,030 + 1,805.[Cl
-
]
Đo độ mặn của nước bằng các máy đo độ mặn. [26, 36]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 21
10

I.3.7. Chất rắn trong nước
Gồm hai loại là chất rắn lơ lửng và chất rắn hòa tan. Tổng hai loại chất rắn trên
gọi là tổng chất rắn trong nước.
Chất rắn lơ lửng: phần chất rắn không bị hòa tan có kích thước tử 0,01 – 0,1 μm
như khoáng sét, bùn, than, mùn… Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục, thay đổi
màu sắc và các tính chất khác. Hàm lượng chất rắn lơ lửng được xác định bằng
lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi lọc 1 lít nước
mẫu qua phễu lọc rồi sấy khô ở 103 – 105
o
C tới khi khối lượng không đổi. Đơn vị
tính là mg/l. Ngoài ra hàm lượng chất rắn lơ lửng có thể xác định bằng máy quang
phổ hấp thụ phân tử (so màu).
Chất rắn hòa tan: mắt thường không thể nhìn thấy được, làm cho nước có mùi,

vị khó chịu, đôi khi cũng làm cho nước có màu. Đó là chất khoáng vô cơ, hữu cơ
như các muối clorua, cacbonat, nitrat, photphat…
Nguồn nước có hàm lượng chất rắn cao không dùng được trong công nghiệp và
trong sinh hoạt. [26, 37]
I.3.8. Chất rắn bay hơi
Hàm lượng chất rắn bay hơi là lượng mất đi khi nung lượng chất rắn huyền phù
ở 550
o
C trong một khoảng thời gian nhất định. Thời gian này phụ thuộc vào loại
nước cần xác định (nước thải, bùn, nước uống…). Đơn vị tính là mg/l. Hàm lượng
chất rắn bay hơi trong nước thường biểu thị cho hàm lượng chất hữu cơ trong nước. [16]
I.3.9. Chất rắn có thể lắng
Chất rắn có thể lắng là thể tích phần chất rắn của một lít nước mẫu đã lắng
xuống đáy phễu sau một thời gian xác định (khoảng 1 giờ). Đơn vị đo là ml/l.
I.3.10. Độ kiềm toàn phần
Được định nghĩa là hàm lượng các chất có trong nước có khả năng phản ứng với
axit mạnh.
Độ kiềm rất quan trọng trong việc xử lý nước và trong môi trường hóa sinh của
các loại nước tự nhiên. Thông thường người ta cần phải xác định được nồng độ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 22
11

kiềm để tính toán khối lượng các hóa chất cần thêm vào khi xử lý nước. Nước có
tính kiềm cao thường có độ pH cao và chứa lượng chất rắn hòa tan cao. Tính chất
này của nước có thể có hại đối với các dụng cụ đun nước, việc sản xuất thức ăn và
các hệ thống nước ở thành phố. Độ kiềm có tác dụng như một dung dịch đệm và là
nguồn cung cacbon vô cơ, vì vậy góp phần quyết định khả năng của nước trong việc
trợ giúp cho sự phát triển của tảo và các loài sinh vật sống dưới nước khác. Các nhà
sinh học cũng sử dụng độ kiềm làm thước đo chất lượng của nước. Nhìn chung, các
khoáng chất chính quyết định tính kiềm trong nước là ion bicacbonat, ion cacbonat

và ion hidroxit. [16, 37]
Ngoài ra còn có các hóa chất khác ảnh hưởng đến độ kiềm của nước là
ammoniac và các base liên hợp của photphoric, silicic, boric và các axit vô cơ.
Cũng cần phải phân biệt giữa độ base cao, được xác định bằng độ pH tăng, và độ
kiềm cao xác định bằng khả năng nhận H
+
. Trong khi pH chỉ cường độ thì độ kiềm
chỉ khả năng. Việc dùng phèn nhôm Al
2
(SO
4
)
3
.18H
2
O làm chất kết tụ là một ví dụ
cho tầm quan trọng của tính kiềm trong việc xử lý nước. Ion nhôm hidrat là một
axit khi có nước sẽ kết hợp với base tạo ra nhôm hidroxit kết tủa. Phản ứng này khử
kiềm trong nước. Đôi khi cũng cần bổ sung thêm kiềm để ngăn chặn việc nước trở
nên quá axit.
Độ kiềm có đơn vị là CaCO
3
mg/l dựa theo phản ứng trung hòa axit. Trọng
lượng tương đương của canxi cacbonat bằng ½ trọng lượng theo công thức của nó
vì chỉ cần ½ phân tử CaCO
3
để trung hòa một ion H
+
. Tuy nhiên thể hiện độ kiềm
bằng mg

CaCO3
/l có thể dẫn đến nhầm lẫn với m
đương lượng
/l là đơn vị thường dùng
trong hóa học.
Đối với nước tự nhiên, độ kiềm của nước 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 thường >= 8,3. [16, 26]
I.3.11. Độ axit
Đối với các nguồn nước tự nhiên, độ axit được định nghĩa là hàm lượng của các
chất có trong nước có khả năng tham gia phản ứng với kiềm mạnh. Nước axit
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 23
12

thường rất ít gặp trừ trường hợp bị ô nhiễm nặng. Độ axit của nước thường do sự có
mặt của các axit như: H
2
PO
4
-
, CO
2
, H
2
S, các protein, các axit béo và các ion kim
loại có tính axit, đặc biệt là ion Fe
3+
. Độ axit khó xác định hơn độ kiềm, lý do là hai
hợp chất chủ yếu tác động đến tính axit là CO
2

và H
2
S đều là chất tan dễ bay hơi và
biến mất trong mẫu thử. Cất và lưu giữ các mẫu nước đại diện để phân tích của khí
này thường rất khó. [16, 26]
Thuật ngữ axit vô cơ tự do được dùng cho các axit mạnh trong nước như H
2
SO
4

và HCl. Nước axit trong các hầm mỏ có chứa nhiều axit vô cơ. Trong khi nồng độ
axit được xác định bằng việc chuẩn độ với bazơ đến điểm cuối của phenolphthalein
(pH = 8,3, khi cả axit mạnh và axit yếu đều được trung hòa), thì axit vô cơ tự do
được xác định bằng việc chuẩn độ với bazơ đến điểm cuối methyl da cam (pH =
4,3, khi chỉ có axit mạnh được trung hòa).
Độ axit của một số ion hydrat kim loại cũng có thể làm tăng tính axit của nước.
Để ngắn gọn, ion H
3
O
+
được viết tắt đơn giản hơn thành H
+
.
Độ axit của nước có nguồn gốc khác nhau do quá trình thủy phân, oxi hóa
khoáng vật và chất hữu cơ, hoạt động vi sinh, lắng đọng từ khí quyển, nước thải từ
các hoạt động công nghiệp, sự hòa tan của khí CO
2
. Trong đó, khí CO
2
hòa tan vào

nước là nguồn chính đóng góp vào độ axit của nước. [16, 26]
I.3.12. Độ cứng của nước
Trong các cation có trong hầu hết các hệ thống nước sạch, ion canxi thường có
nồng độ cao nhất và có ảnh hưởng lớn nhất đối với hóa học môi trường nước, cũng
như việc sử dụng và xử lý nước. Tính chất hóa học của canxi, mặc dù khá phức tạp,
nhưng vẫn đơn giản hơn tính chất hóa học của các ion kim loại chuyển tiếp trong
nước. Canxi là nguyên tố quan trọng trong các quá trình địa hóa. Các khoáng chất
tạo thành các nguồn ion canxi chủ yếu trong nước. Các khoáng chất chủ yếu góp
phần tạo ra ion canxi là thạch cao CaSO
4
.2H
2
O, CaSO
4
, dolomite CaMg(CO
3
)
2
,
aragonite, vốn là các dạng khác nhau của CaCO
3
. [37]
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 24
13

Canxi xuất hiện trong nước là do sự cân bằng giữa canxi và các hợp chất magie
cacbonat cùng với CO
2
tan trong nước, khí này từ không khí hay các chất hữu cơ bị
thối rữa trong các chất cặn. Nước chứa lượng lớn cacbon dioxit sẽ hòa tan nhanh

chóng canxi từ các hợp chất cacbonat.
Nồng độ CO
2
trong nước quyết định độ hòa tan của canxi cacbonat. Lượng
cacbon dioxit mà nước có được nhờ vào sự cân bằng với không khí không đủ để tạo
ra canxi hòa tan trong nước tự nhiên, đặc biệt là nước ngầm. Thay vào đó, hoạt
động hô hấp của các vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ có trong nước, trong các
chất cặn và đất sẽ cung cấp lượng CO
2
cần thiết để hòa tan CaCO
3
trong nước. Đây
là một yếu tố hết sức quan trọng trong các chu trình hóa học môi trường nước và
các quá trình chuyển hóa địa hóa. [16]
Ion canxi, cùng với ion magie, đôi khi là ion sắt II, quyết định độ cứng của
nước. Minh họa điển hình nhất về độ cứng của nước là kết tủa vón cục của phản
ứng giữa xà phòng với ion canxi trong nước cứng. Nhiệt độ tăng có thể làm cho
phản ứng này xảy ra bằng cách giải phóng khí CO
2
và chất kết tủa trắng của canxi
cacbonat có thể hình thành trong nước sôi có độ cứng tạm thời.
Do có sự có mặt của các muối, chủ yếu là các muối canxi và muối magie, nước
cứng không gọi là nước ô nhiễm vì không gây hại cho sức khỏe con người. Nhưng
độ cứng của nước lại có ảnh hưởng lớn đến sản xuất công nghiệp như đóng cặn
trong nồi hơi do tạo kết tủa với các ion Ca
2+
, Mg
2+
; pha chè không ngấm, làm giảm
tác dụng của hợp chất tạo bọt của xà phòng. [16, 26]

Độ cứng của nước được chia làm thành hai loại:
+ Độ cứng tạm thời: do các muối hydrocacbonat của canxi và magie tạo nên,
khi đun nước sôi độ cứng tạm thời sẽ mất, do tạo kết tủa CaCO
3
và MgCO
3
.
+ Độ cứng vĩnh cửu: do các muối sunfat, clorua của canxi và magie tạo nên.
Ngoài ra một số các cation kim loại khác như: Al
3+
, Fe
3+
,… cũng làm tăng độ cứng
của nước, độ cứng vĩnh cửu thường rất khó loại trừ.
Độ cứng của nước được biểu thị bằng hàm lượng của CaCO
3
, đơn vị là mg/l. Có
thể phân loại độ cứng của nước như sau:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên 25