bài giảng phương pháp xác định các chỉ tiêu trong nước

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐINH CÁC CHỈ TIÊU TRONG NƯỚC
.


1.Hàm lượng oxi hòa tan trong nước DO
Phương pháp Winkler: Phương pháp này dựa trên nguyên tắc oxi hóa
Mn
2+
thành Mn
4+
trong môi trường kiềm bởi oxi tan trong nước. Sau đó hòa
tan MnO
2
bằng axit có mặt chất khử I
-
thì Mn(IV) sẽ oxi hóa I
-
thành I
2
.
Chuẩn độ I
2
bằng dung dịch chuẩn natri thiosunfat Na
2
S
2
O

3
ta sẽ tính được
lượng DO.
Mn
2+
+ 2 OH
-
→ Mn(OH)
2
↓ (màu trắng), chứng tỏ không có oxi
Mn
2+
+ 2OH
-
+ 1/2 O2 → MnO
2
↓ + H
2
O, có kết tủa màu đen, có oxi.
Lọc lấy kểt tủa MnO2, hòa tan trong axit H
2
SO
4
có I
MnO
2
+ 4H
+
+ 2 I
-

→ Mn
2+
+ 2H
2
O + I
2
Chuẩn độ I
2
bằng dung dịch chuẩn natri thiosunfat Na
2
S
2
O
3
với chất chỉ
thị hồ tinh bột:
I
2
+ 2Na
2
S
2
O
3
→ Na
2
S
4
O
6

+ 2NaI (không màu).
Trong đó:
V- Thể tích mẫu nước lấy phân tích (thường lấy 100 ml);
V1- Thể tích (ml) của MnSO
4
và KI;
8- đương lượng gam của oxi
1
1000.8
)/(
322322
VV
NV
mlmgDO
OSNa
ml
OSNa
−
=


Biến đổi Azide của phương pháp Winker
Ion nitrit là một trong những ion thường gặp gây ảnh hưởng trong
quá trình xác định oxi hòa tan. Nó không oxi hóa Mn
2+
nhưng nó oxi hóa I
-

thành I
2

trong môi trường axit. Nó thường gây ảnh hưởng bởi tính khử của
nó, N
2
O
2
được oxi hóa bởi oxigen đi vào trong mẫu trong khi chuẩn độ, nó
chuyển hóa thành NO
2-
và gây biến đổi chu kì phản ứng đến nỗi có thể dẫn
đến sai kết quả phân tích (thường làm tăng kết quả phân tích). Các phản
ứng bao gồm:
2NO
2-
+ 2I
-
+ 4H
+
→ I
2
+ N
2
O
2
+ 2H
2
O
Và N
2
O
2

+ 1/2 O
2
+ H
2
O → 2NO
2
-
+ 2 H
+
Khi có sự hiện diện của nitrit thì không thể có sản phẩm cuối cố
định. Ngay lập tức, màu xanh của chỉ thị hồ tinh bột biến mất, những dạng
nitrit từ phương trình phản ứng sẽ phản ứng với nhiều I
-
tạo thành I
2
và màu
xanh của hồ tinh bột sẽ quay trở lại.
Hiện tượng Nitrit dễ dàng khắc phục bằng cách sử dụng sodium
azide NaN
3
. Rất dễ trộn azide vào KI. Khi thêm axit sunfuric vào các phản
ứng tiếp theo xảy ra và NO
2
-
bị phá hủy:
NaN
3
+ H
+
→ HN

3
+ Na
+
HN
3
+ NO
2
-
+ H
+
→ N
2
+ N
2
O + H
2
O
Bằng cách này, ảnh hưởng của nitrit được ngăn chặn và phương pháp
Winkler trở nên đơn giản và phổ biến.


Bài tập:
Lấy mẫu nước vào đầy bình nón có nút nhám (250 ml), cho vào 1 ml
MnSO4, 2 ml dung dịch gồm: NaOH; NaI; NaN3. Đậy chặt bình và lắc kĩ
dung dịch. Để yên cho kết tủa lắng xuống. Thêm 1 ml H
2
SO
4
đặc và chuẩn
độ dung dịch bằng Na

2
S
2
O
3
9,75.10
-3
M tới màu vàng rơm. Thêm chỉ thị hồ
tinh bột (10-15 giọt) và tiếp tục chuẩn độ cho tới khi màu xanh thẫm vừa
mất, tiêu hao hết 27,53 ml dung dịch natri thiosunfat. Cho O
2
= 31,99.
a.Viết các phương trình phản ứng xảy ra.
b.Tính hàm lượng oxi hòa tan (DO) theo ppm.


2.Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD)
Nhu cầu oxi sinh hóa là lượng oxi mà sinh vật đã sử dụng trong quá trình
oxi hóa các chất hữu cơ trong nước. Đơn vị tính theo mg/l
Phương pháp xác định BOD5
Chuẩn bị dung dịch để pha loãng:
Lấy khoảng 1 lít nước sạch cho vào chai miệng rộng, thổi không khí sạch
ở 200C vào nước cất, lắc nhiều lần để bão hòa oxi, rồi thêm vào đó 1 ml dung
dịch đệm photphat có pH = 7,2; 1 ml dung dịch MgSO
4
(2,25 g MgSO
4
.7H
2
O/l) và

1 ml FeCl
3
(0,25g FeCl
3
.6H
2
O/l) và 1,575g Na
2
SO
3
, nếu chưa đủ 1 lít thì thêm
nước cất tới 1 lít.
Mẫu nước phân tích trung hòa bằng dung dịch H
2
SO
4
1N hoặc dung dịch
NaOH 1N đến pH = 7.
Pha loãng mẫu phân tích:
.Nếu BOD trong nước phân tích từ 1 ÷ 6 mg O
2
/l thì không cần pha loãng.
.Nếu BOD 7 ÷ 12 mg O
2
/l thì tỉ số pha loãng 50% (50 ml mẫu nước + 50 ml
dung dịch để pha loãng).
. Nếu BOD 13 ÷ 30 mg O
2
/l thì tỉ số pha loãng 20% (20 ml mẫu nước + 80
ml dung dịch để pha loãng).

. Nếu BOD 30 ÷ 60 mg O
2
/l thì tỉ số pha loãng 10% (10 ml mẫu nước + 90
ml dung dịch để pha loãng).
. Nếu BOD ∼300 mg O
2
/l thì tỉ số pha loãng 2% (2 ml mẫu nước + 98 ml
dung dịch để pha loãng).
. Nếu BOD ∼600 mg O
2
/l thì tỉ số pha loãng 1% (1 ml mẫu nước + 99 ml
dung dịch để pha loãng).
. Nếu BOD ∼1200 mg O
2
/l thì tỉ số pha loãng 0,5% (0,5 ml mẫu nước + 99,5
ml dung dịch để pha loãng).


Mẫu nước sau khi pha loãng xong chia thành hai phần bằng nhau:
Phần 1: Tiến hành xác định DO (như phần xác định DO ở trên) được
giá trị P1.
Phần 2: Cho vào chai đậy nút kín đem ủ trong 5 ngày trong buồng
tối, ở nhiệt độ 200C, sau đó lấy ra và xác định DO được giá trị P
2
.
Công thức xác định giá trị BOD:
D
PP
mlmgBOD
21

5
)/(
−
=
Thể tích mẫu đem phân tích
D =
Tổng thể tích mẫu nước đem phân tích và thể tích dung dịch pha loãng
Trong đó: D là tỷ số pha
loãng:
Trường hợp cần bổ sung thêm vi sinh vật vào nước pha loãng để
đảm bảo vi sinh vật cho quá trình oxi hóa thì công thức tính BOD là:
D
FBBPP
mlmgBOD
).()(
)/(
2121
5
−−−
=


Trong đó:
P
1
: Giá trị DO của mẫu nước thải + nước pha loãng có cấy vi khuẩn, được
xác định ngay sau khi chuẩn bị mẫu để ủ.
P
2
: Giá trị DO của mẫu nước thải + nước pha loãng có cấy vi khuẩn, được

xác định sau 5 ngày ủ ở 20
0
C trong tối.
B
1
: Giá trị DO của nước pha loãng có cấy vi khuẩn được xác định trước khi ủ.
B
2
: Giá trị DO của nước pha loãng có cấy vi khuẩn được xác định sau khi ủ 5
ngày ở 20
0
C, trong tối.
F: Tỷ số chất lỏng bổ sung vi khuẩn vào mẫu nước thải pha loãng và nước
pha loãng (mẫu đối chứng).
Thể tích chất lỏng bổ sung thêm vi khuẩn trong P1
F =
Thể tích chất lỏng bổ sung thêm vi khuẩn trong B1


3.Nhu cầu oxi hóa học (COD)
COD là nhu cầu oxi cần thiết cho quá trình oxi hóa toàn bộ các chất
hữu cơ trong mẫu nước thành CO
2
và H
2
O bằng tác nhân oxi hóa mạnh (tác
nhân oxi hóa hóa học).
COD được xác định bằng việc sử dụng một chất oxi hóa mạnh trong
môi trường axit để oxi hóa chất hữu cơ:
Các chất hữu cơ + Cr

2
O
7
2-
+ H
+
→ O
2
+ H
2
O + Cr
3+
Lượng Cr
2
O
7
2-
dư được chuẩn độ bằng dung dịch chuẩn Fe
2+
(pha từ
muối Mohr (NH4)
2
.SO
4
.FeSO
4
.6H
2
O với chỉ thị feroin, màu chuẩn độ từ xanh
lam sang đỏ nhạt

6Fe
2+
+ Cr
2
O
7
2-
+ 14 H
+
→ 6Fe
3+
+ 2 Cr
3+
+ 7H
2
O
Tiến hành thêm mẫu trắng, đối chứng.
Hàm lượng COD (mg O
2
/l) tính theo công thức:
ml
V
NVV
COD
1000.8.).(
21
−
=
Trong đó:
Vml: Số ml mẫu nước đem phân tích.

V1: Số ml dung dịch Fe
2+
dùng để chuẩn độ mẫu trắng.
V2: Số ml dung dịch Fe
2+
dùng để chuẩn độ mẫu phân tích.
N: Nồng độ đương lượng của Fe
2+
(chính là nồng độ mol/l).
8: Đương lượng gam của Oxi.
Tỷ lệ giữa BOD và COD thường từ 0,5 ÷ 0,7.Vì chỉ số COD biểu thị cả lượng
chất hữu cơ không bị oxi hóa bằng vi sinh vật, do đó giá trị COD bao giờ
cũng cao hơn giá trị BOD.