Nghiên cứu tìm hiểu các thông số chủ yếu của môi trường nước

TRƯỜNG ĐẠI HỌC YERSIN ĐÀ LẠT
KHOA KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
Các thông số chất lượng
môi trường nước
Sinh viên thực hiện : Đoàn Duy Tân. Mssv: 10902016
Page | 1
Giảng viên hướng dẫn: Th.s Nguyễn Thị Thùy Minh
Đà Lạt, 2013
MỤC LỤC
Chương 1
TỔNG QUAN MÔI TRƯỜNG
NƯỚC 4
Chương 2
CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ CỦA
NƯỚC 5
2.1 Độ pH
5
2.2 Nhiệt
độ 8
2
2.3 Màu
sắc 8
2.4 Độ
đục 9
2.5 Tổng hàm lượng chất rắn
(TS) 11
2.6 Tổng hàm lượng chất rắn lơ lững
(SS) 13
2.7 Tổng hàm lượng chất rắn hòa tan (DS)
13
2.8 Tổng hàm lượng các chất dễ bay hơi

(VS) 14
Chương 3
CÁC CHỈ TIÊU HÓA HỌC CỦA
NƯỚC 16
3.1 Độ kiềm toàn
phần 16
3.2 Độ cứng của
nước 17
3
3.2.1 Tác hại của nước
cứng 19
3.2.2 Độ cứng của nước trong tự
nhiên 20
3.2.3 Các phương pháp làm mềm
nước 21
3.3 Hàm lượng oxigen hòa tan (DO)
22
3.4 Nhu cầu oxigen hóa học
(COD) 23
3.5 Nhu cầu oxigen sinh hóa
(BOD) 24
3.6 Một số chỉ tiêu hóa học khác trong
nước 25
3.6.1
Sắt 25
3.6.2 Các hợp chất
clorur 25
3.6.3 Các hợp chất
sulfat 26
4

3.6.4 Các hợp chất
Nitơ 27
3.6.5 Phosphorus &
Phosphate 27
3.6.6 Các hợp chất
Silic 30
3.6.7 Các hợp chất
mangan 30
3.6.8
Nhôm 31
3.6.9 Khí hòa
tan 31
3.6.10 Hóa chất bảo vệ thực
vật 32
3.6.11 Chất hoạt động bề
mặt 32
Chương 4
CÁC CHỈ TIÊU VI SINH CỦA
NƯỚC 34
5
Các chỉ tiêu vật
lý 34
TÀI LIỆU THAM
KHẢO 36
Chương 1
TỔNG QUAN MÔI TRƯỜNG NƯỚC
6
Nước chiếm 70% diện tích quả đất. Trong lượng nước có mặt trên quả đất,
nước đại dương chiếm khoảng 97%, nước đóng băng ở các cực quả đất chiếm
khoảng 2%, còn lại khoảng 1% là “nước ngọt” (ao hồ, sông, nước ngầm…).

Thành phần nguồn nước trên trái đất
Nước đóng vai trò rất quan trọng trong các hệ sinh học. Có hai tính chất rất
quan trọng khiến cho nước đóng vai trò hết sức độc đáo trong tự nhiên : nước
là một phân tử phân cực và giữa các phân tử nước có liên kết hidrogen rất
mạnh.
7
Chương 2
CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ
2.1 Độ pH
2.1.1 Giới thiệu chung.
8
Thuật ngữ pH được sử dụng rộng rãi để biểu diễn tính acid hoặc tính kiềm của
dung dịch. pH là chỉ số biểu diễn nồng độ của ion – hydro, hay nói chính xác
hơn là nồng độ hoạt tính của ion – hydro. pH có vai trò quan trọng trong hầu
hết các quá trình của lĩnh vực kỹ thuật môi trường. Trong lĩnh vực cấp nước,
pH là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến quá trình keo tụ hóa học, khử trùng,
làm mềm và kiểm soát tính ăn mòn của nước. Trong xử lý nước thải bằng các
quá trình sinh học, pH phải được duy trì trong giới hạn tối ưu cho sự phát triển
của vi sinh vật. Các quá trình hóa học sử dụng để keo tụ nước thải, làm khô
bùn hoặc oxy các hợp chất như ion cyanua, thường đòi hỏi pH phải được duy
trì trong một giới hạn hẹp. Vì những lý do trên và vì các mối quan hệ cơ bản
giữa pH, độ acid và độ kiềm, cần phải hiểu biết về lý thuyết cũng như thực tế
pH.
2.1.2 Lý thuyết pH
Khái niệm về pH được phát triển từ hàng loạt các nghiên cứu dẫn đến hiểu biết
9
đầy đủ
hơn về acid và base. Với sự khám phá của Cavendish năm 1366 về hydro, ngay
sau đó
mọi người đều biết tất cả acid chứa nguyên tố hydro. Các nhà hóa học đã tìm

thấy rằng
các phản ứng trung hòa giữa acid và base luôn luôn tạo thành nước. Từ khám
phá trên
và các thông tin liên quan, người ta kết luận rằng base chứa các nhóm
hydroxyl.
Năm 1887 Arrhenius thông báo lý thuyết của ông về sự phân ly thành ion
(ionization). Từ đó đến nay acid được coi là các chất khi phân ly tạo thành ion
– hydro và base khi phân ly tạo thành ion hydroxyl. Theo khái niệm của
Arrhenius, trong dung dịch, acid mạnh và base mạnh có khả năng phân ly cao,
acid yếu và base yếu có khả năng phân ly kém trong dung dịch nước. Sự ra đời
và phát triển các thiết bị thích hợp đo nồng độ hoặc hoạt tính của ion – hydro
đã chứng minh lý thuyết trên.
Điện cực hydro là thiết bị thích hợp để đo độ hoạt tính của ion – hydro. Cùng
với việc
sử dụng điện cực hydro, người ta tìm thấy rằng nước tinh khiết phân ly cho
nồng độ ion hydro cân bằng khoảng 10-7 mol/l.
H2O H
+
+OH
-

(1 – 1)
10
Vì nước phân ly tạo thành một ion – hydroxyl và một ion – hydro nên rõ ràng
rằng có khoảng 10-7 mol/l ion – hydroxyl cũng được tạo thành. Thay thế vào
phương trình cân
bằng ta có (1 – 2)
Nhưng vì nồng độ của nước là rất lớn ([6,02 x 1023 x 1.000/18] mol/l) và giảm
đi rất ít
do bị phân ly nên có thể được xem là hằng số (hoạt tính của nó tương đương

với 1,0) và phương trình (1 – 2) có thể được viết thành:
{H+} {OH-} = Kn
(1 – 3)
và đối với nước tinh khiết ở 200C,
{H+} {OH-} = 10-7 x 10-7 = 10-14
Hằng số này là tích ion hoặc hằng số phân ly của nước.
Khi cho vào nước một acid, nó phân ly trong nước và hoạt tính ion – hydro
tăng lên; tiếp theo, hoạt tính ion – hydroxyl phải giảm xuống tuân theo hằng số
phân ly. Ví dụ, nếu acid được cho vào nước để tăng nồng độ hoạt tính {H+}
đến 10-1 thì nồng độ hoạt tính {OH-} phải giảm đến 10-13, để có:
10-1 x 10-13 = 10-14
Ngược lại, nếu base được cho vào nước để tăng nồng độ {OH-} đến 10-3 thì
nồng độ {H+} giảm đến 10-11. Và một ghi nhớ quan trọng là {OH-} và {H+}
không bao giờ giảm đến zero.
Khái niệm cơ bản pH
Việc biểu diễn hoạt tính ion – hydro dưới dạng nồng độ mol là không thuận
11
tiện. Để khắc phục khó khăn này, năm 1909 Sorenson kiến nghị biểu diển nồng
độ hoạt tính của ion – hydro dưới dạng logarithm âm và kí hiệu là pH+. Ký
hiệu của ông được thay thế bằng ký hiệu đơn giản hơn là pH và được biểu diển
bằng
pH = - log{H+} hoặc pH = log

(1 – 5)
và pH thường nằm trong dãy từ 0 đến 14, với pH 7 ở 250C biểu diễn tính trung
hòa tuyệt đối. Vì hằng số Kn thay đổi theo sự thay đổi nhiệt độ, nên pH của
tính trung hòa cũng thay đổi cùng với nhiệt độ, là 7,5 ở 00C và 6,5 ở 600C.
Tính acid tăng khi giá trị pH giảm và tính kiềm tăng khi giá trị pH tăng.
2.1.3 Đo pH
Điện cực hydro là tiêu chuẩn tuyệt đối để đo pH. Nhưng nó không thuận lợi và

không thích ứng được việc sử dụng rộng rãi, đặc biệt trong các nghiên cứu
ngoài hiện trường hoặc đối với các dung dịch có chứa các chất hấp phụ lên
platin đen. Sự thay đổi của các chất chỉ thị được chuẩn độ với điện cực để xác
định tính chất độ màu của chúng ở các mức độ thay đổi của pH. Từ những
nghiên cứu này, có thể xác định một cách chính xác việc chọn chất chỉ thị có
khả năng thay đổi độ màu một cách đáng kể trong dãy pH có liên quan. Việc sử
dụng chất chỉ thị được thay thế bằng việc phát triển điện cực thủy tinh.
Khoảng năm 1925, người ta đã tìm thấy điện cực có thể được chế tạo bằng thủy
tinh và
có khả năng đo được hoạt tính của ion – hydro mà không bị ảnh hưởng của hầu
12
hết các ion khác. Việc sử dụng nó trở thành phương pháp tiêu chuẩn để đo pH.
Đo bằng điện cực thủy tinh
Các loại máy đo pH sử dụng điện cực thủy tinh do nhiều công ty chế tạo.
Chúng thay
đổi từ các loại máy pH công trường sử dụng pin với giá vài trăm USD đến các
loại thiết bị có độ chính xác cao với giá hơn ngàn USD. Các loại máy đo pH sử
dụng điện 110V được chế tạo từ những năm 1940 và đáp ứng được hầu hết các
yêu cầu của phòng thí nghiệm, chúng có khả năng đo được pH với độ chính
xác 0,1 đơn vị. Các máy đo pH di động sử dụng pin thích hợp với việc đi công
trường.
Việc đo pH có thể được thực hiện trong rất nhiều loại vật liệu và ở các điều
kiện rất khác nhau, điều này cho thấy phải lưu ý đến loại điện cực. Việc đo các
giá trị pH cao hơn 10 và ở nhiệt độ cao tốt nhất được thực hiện với các điện cực
thủy tinh đặc biệt. Các thiết bị đo pH thường được chuẩn độ bằng các dung
dịch pH chuẩn.
2.2 Nhiệt độ
13
Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ pH, đến các quá trình hóa học và sinh hóa xảy ra
14

trong nước. Nhiệt độ phụ thuộc rất nhiều vào môi trường xung quanh, vào thời
gian trong ngày, vào mùa trong năm…Nhiệt độ cần được xác định tại chỗ (tại
nơi lấy mẫu).
2.3 Màu sắc
15
Nước nguyên chất không có màu. Màu sắc gây nên bởi các tạp chất trong nước
(thường là do chất hữu cơ (chất mùn hữu cơ – acid humic), một số ion vô cơ
(sắt…), một số loài thủy sinh vật…Màu sắc mang tính chất cảm quan và gây
nên ấn tượng tâm lý cho người sử dụng.
Độ màu thường được so sánh với dung dịch chuẩn trong ống Nessler, thường
dùng là dung dịch K2PtCl6 + CaCl2 (1 mg K2PtCl6 tương đương với 1 đơn vị
chuẩn màu). Độ màu của mẫu nước nghiên cứu được so sánh với dãy dung dịch
chuẩn bằng phương pháp trắc quang.
Nước thiên nhiên sạch thường không màu, màu của nước mặt chủ yếu do chất
mùn, các chất hòa tan, keo hoặc do thực vật thối rửa. Sự có mặt của một số ion
kim loại (Fe, Mn), tảo, than bùn và các chất thải công nghiệp cũng làm cho
nước có màu.
Độ màu của nước được xác định theo thang màu tiêu chuẩn tính bằng đơn vị
Pt-Co. Trong thực tế, độ màu có thể phân thành hai loại: độ màu thực và độ
màu biểu kiến.
16
Độ màu biểu kiến bao gồm cả các chất hòa tan và các chất huyền phù tạo nên,
vì thế màu biểu kiến được xác định ngay trên mẫu nguyên thủy mà không cần
loại bỏ chất lơ lửng. Độ màu thực được xác định trên mẫu đã ly tâm và không
nên lọc qua giấy lọc vì một phần cấu tử màu dễ bị hấp thụ trên giấy lọc.
Ý nghĩa môi trường
Đối với nước cấp, độ màu biểu thị giá trị cảm quan, độ sạch của nước. Riêng
với nước thải, độ màu đánh giá phần nào mức độ ô nhiễm nguồn nước.
Phương pháp xác định
Nguyên tắc xác định độ màu dựa vào sự hấp thu ánh sáng của hợp chất màu có

trong dung dịch , phương pháp xác định là phương pháp so màu.
Các yếu tố ảnh hưởng
Độ đục ảnh hưởng đến việc xác định độ màu thật của mẫu. Khi xác định độ
màu thực, không nên sử dụng giấy lọc vì một phần màu thực có thể bị hấp thụ
trên giấy. Độ màu phụ thuộc vào pH của nước, do đó trong bảng kết quả cần
ghi rõ pH lúc xác định độ màu.
2.4 Độ đục
17
Độ đục gây nên bởi các hạt rắn lơ lửng trong nước. Các chất lơ lửng trong nước
có thể có nguồn gốc vô cơ, hữu cơ hoặc các vi sinh vật, thủy sinh vật có kích
thước thông thường từ 0,1 – 10 m. Độ đục làm giảm khả năng truyền sáng của
nước, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp.1 đơn vị độ đục là sự cản quang gây
ra bởi 1 mg SiO2 hòa trong 1 lít nước cất. Độ đục được đo bằng máy đo độ đục
18
(đục kế – turbidimeter). Đơn vị đo độ đục theo các máy do Mỹ sản xuất là
NTU (Nephelometric Turbidity Unit).
Thang đo độ đục
Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), độ đục được xác định bằng chiều sâu lớp
nước thấy được (gọi là độ trong) mà ở độ sâu đó người ta vẫn đọc được hàng
chữ tiêu chuẩn. Độ đục càng thấp chiều sâu của lớp nước còn thấy được càng
lớn. Nước được gọi là trong khi mức độ nhìn sâu lớn hơn 1 m (hay độ đục nhỏ
hơn 10 NTU). Theo qui định của TCVN, độ đục của nước sinh hoạt phải lớn
hơn 30cm.
2.5 Tổng hàm lượng các chất rắn (TS)
19
Chất rắn trong nước thải bao gồm các chất rắn lơ lửng, chất rắn có khả năng
lắng, các hạt keo và chất rắn hòa tan. Tổng các chất rắn (Total solid, TS) trong
nước thải là phần còn lại sau khi đã cho nước thải bay hơi hoàn toàn ở nhiệt độ
từ 103  105
oC

. Các chất bay hơi ở nhiệt độ này không được coi là chất rắn.
Tổng các chất rắn được biểu thị bằng đơn vị mg/L.
Tổng các chất rắn có thể chia ra làm hai thành phần: chất rắn lơ lửng (có thể
lọc được) và chất rắn hòa tan (không lọc được).
Chất rắn lơ lửng là các hạt nhỏ (hữu cơ hoặc vô cơ) trong nước thải. Khi vận
tốc của dòng chảy bị giảm xuống (do nó chảy vào các hồ chứa lớn) phần lớn
các chất rắn lơ lửng sẽ bị lắng xuống đáy hồ; những hạt không lắng được sẽ tạo
thành độ đục (turbidity) của nước. Các chất lơ lửng hữu cơ sẽ tiêu thụ oxy để
phân hủy làm giảm DO của nguồn nước. Các cặn lắng sẽ làm đầy các bể chứa
làm giảm thể tích hữu dụng của các bể này.
Để xác định hàm lượng các chất rắn lơ lửng phải tiến hành phân tích chúng
bằng cách lọc qua giấy lọc bằng sợ thủy tinh Whatmann 934AH và 948H
(Whatmann GF/C) có kích thước các lổ khoảng 1,2 micrometter (μm) hoặc của
Đức loại A/E. Lưu ý là các giấy lọc cấu tạo bằng Polycarbonate cũng có thể sử
dụng được, tuy nhiên các số liệu có thể chênh lệch do cấu trúc của các loại giấy
này khác nhau. Các chất rắn lơ lửng bị giữ lại ở giấy lọc. Đem giấy lọc này sấy
khô tuyệt đối ở nhiệt độ 105
oC
. Hàm lượng chất rắn lơ lửng sẽ được tính bằng
công thức:
20
trong đó
TSS: tổng các chất rắn lơ lửng (mg/L)
A: trọng lượng của giấy lọc và các chất rắn lơ lửng sau khi sấy khô tuyệt đối
(mg)
B: trọng lượng ban đầu của giấy lọc (mg)
V: thể tích mẫu nước thải qua lọc (L)
Hàm lượng chất rắn lơ lửng phụ thuộc chủ yếu vào lượng nước sử dụng hàng
ngày của một người. Lượng nước tiêu thụ càng lớn thì hàm lượng các chất rắn
lơ lửng nói riêng và các chất gây ô nhiễm nói chung càng nhỏ và ngược lại.

Tùy theo kích thước hạt, trọng lượng riêng của chúng, tốc độ dòng chảy và các
tác nhân hóa học mà các chất lơ lửng có thể lắng xuống đáy, nổi lên mặt nước
hoặc ở trạng thái lơ lửng.
Để xác định hàm lượng các chất rắn có khả năng lắng (settable solid) ngưới ta
dùng một dụng cụ thủy tinh gọi là nón Imhoff có chia vạch thể tích. Cho 1 lít
nước thải vào nón Imhoff để cho lắng tự nhiên trong vòng 45 phút, sau đó
khuấy nhẹ sát thành nón rồi để cho lắng tiếp trong vòng 15 phút. Sau đó đọc
thể tích chất lơ lửng lắng được bằng các vạch chia bên ngoài. Hàm lượng chất
21
rắn lơ lửng lắng được biểu thị bằng đơn vị mL/L. Chỉ tiêu chất rắn có khả năng
lắng biểu diễn gần đúng lượng bùn có thể loại bỏ được bằng bể lắng sơ cấp.
Ngoài các chất lắng được, trong nước thải còn chứa các tạp chất nổi (floating
solid) có trọng lượng riêng nhỏ hơn trọng lượng riêng nước. Khi lắng các chất
này nổi lên bề mặt công trình. Theo các tính toán của Sở KHCN & MT Cần
Thơ lượng chất rắn lơ lửng tổng cộng do một người ở khu vực Cần Thơ thải ra
trong một ngày đêm là 200 g. Các chất rắn hòa tan (không lọc được bao gồm
các hạt keo và các chất hòa tan. Các hạt keo có kích thước từ 0,001  1 mm,
các hạt keo này không thể loại bỏ bằng phương pháp lắng cơ học. Các chất hòa
tan có thể là phân tử hoặc ion của chất hữu cơ hay vô cơ. Để xác định hàm
lượng hữu cơ của các chất rắn lơ lửng người ta sử dụng chỉ tiêu VSS (volatile
suspended solid) bằng cách đem hóa tro các chất rắn ở 550  50
oC
trong 1 giờ.
Phần bay hơi là các chất hữu cơ (VSS), phần còn lại sau khi hóa tro là các chất
vô cơ FSS (Fixed suspended solid). Lưu ý hầu hết các muối vô cơ đều không bị
phân hủy ở nhiệt độ dưới 825
oC
, chỉ trừ magnesium carbonate bị phân hủy
thành MgO và CO
2

ở nhiệt độ 350
oC
. Chỉ tiêu VSS của nước thải thường được
xác định để biết rõ khả năng phân hủy sinh học của nó.
22
2.6 Tổng hàm lượng các chất lơ lửng (SS)
23
Các chất rắn lơ lửng (các chất huyền phù) là những chất rắn không tan trong
nước. Hàm lượng các chất lơ lửng (SS : Suspended Solids) là 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 105oC cho tới khi khối lượng không đổi. Đơn vị tính là mg/L.
2.7 Tổng hàm lượng chất rắn hòa tan (DS)
24
Tổng chất rắn hoà tan - Total Dissolved Solids (TDS) là tổng số các ion mang
điện tích, bao gồm khoáng chất, muối hoặc kim loại tồn tại trong một khối
lượng nước nhất định, thường được biểu thị bằng hàm số mi/L hoặc ppm (phân
ngìn). TDS thường được lấy làm cơ sở ban đầu để xác định mức độ sạch/ tinh
khiết của nguồn nước.
Chất rắn hoà tan đang nói đến ở đây tồn tại dưới dạng các ion âm và ion dương.
Do nước luôn có tính hoà tan rất cao nên nó thường có xu hướng lấy các ion từ
các vật mà nó tiếp xúc. Ví dụ, khi chảy ngầm trong lòng nói đá, nước sẽ lấy các
ion Can-xi, các khoáng chất. Khi chảy trong đường ống, nước sẽ lấy các ion
kim loại trên bề mặt đường ống, như sắt, đồng, chì (ống nhựa)
Theo các quy định hiện hành của WHO, US EPA, và cả Việt Nam, TDS không
được vượt quá 500 đối với nước tinh khiết và không vượt quá 1000 đối với
nước sinh hoạt
TDS càng nhỏ chứng tỏ nước càng tinh khiết. Một số ứng dụng trong ngành
sản xuất điện tử yêu cầu TDS không vượt quá 5.
Tuy nhiên, điều ngược lại không phải luôn đúng. Nguồn nước có TDS cao
chưa chắc đã không an toàn, có thể do nó chứa nhiều ion có lợi. Các loại nước

khoáng thường không bị giới hạn về TDS.
Khi đo thấy chỉ số TDS cao, cần tiếp tục phân tích mẫu nước để xác định thành
phần các ion chủ yếu và đối chiếu với các ứng dụng thực tế để quyết định có
cần giảm TDS hay không.
25