Xác định, đánh giá hàm lượng sắt và mangan trong các mẫu nước giếng sinh hoạt tại một vài hộ dân trên địa bàn xã lộc ninh – đồng hới – quảng bình

Lêi c¶m ¬n!
Lêi c¶m ¬n!Lêi c¶m ¬n!
Lêi c¶m ¬n!


Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới thầy Nguyễn Mậu Thành, người
đã rất tận tình hướng dẫn giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện khóa luận này,
đồng thời đã bổ sung nhiều kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm quý báu cho tôi
trong hoạt động nghiên cứu khoa học.
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến quý thầy cô Trường Đại học Quảng Bình,
đặc biệt là quý thầy cô bộ môn Hóa học trong khoa Khoa học Tự nhiên đã giảng dạy
và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu và tạo mọi điều kiện về cơ sở vật
chất cũng như thời gian để giúp tôi hoàn thành bài khóa luận này.
Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể cán bộ và nhân viên Trung tâm Kỹ thuật Đo
lường Thử nghiệm – Chi cục Tiêu chuẩn Đo lường Chất lượng Quảng Bình, đặc biệt
là ThS. Trần Xuân Tuấn đã tạo điều kiện thuận lợi và nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá
trình thực hiện khóa luận.
Đồng thời tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, tập thể lớp ĐHSP
Hoá học K53 đã động viên và giúp đỡ tôi trong
quá
trình học tập và hoàn thành tốt
khóa luận này.
Trân trọng cảm ơn!
Quảng Bình, ngày tháng 06 năm 2015
SINH VIÊN

Hoàng Thị Cẩm Chương


MỤC LỤC

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
1
DANH MỤC CÁC BẢNG
2
DANH MỤC CÁC HÌNH
3
MỞ ĐẦU
4
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
6
1.1. SƠ LƯỢC VỀ XÃ LỘC NINH 6
1.2. KHÁI QUÁT VỀ NƯỚC VÀ Ô NHIỄM NƯỚC 6
1.2.1 Định nghĩa 6
1.2.2 Tính chất và các chỉ tiêu về chất lượng nước 9
1.3. TÁC HẠI CỦA NƯỚC BỊ NHIỄM SẮT VÀ MANGAN 16
1.3.1. Khái niệm 16
1.3.2. Tác hại của nước bị nhiễm sắt và mangan đến sức khỏe con người 16
1.4. KHÁI QUÁT VỀ SẮT 17
1.4.1. Tính chất lí học 18
1.4.2.Tính chất hóa học 18
1.4.3. Trạng thái tự nhiên 19
1.5. KHÁI QUÁT VỀ MANGAN 19
1.5.1. Tính chất vật lí 19
1.5.2. Tính chất hóa học 20

1.6. PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ 20
1.6.1. Cơ sở lí thuyết 20
1.6.2. Đối tượng chính và phạm vi áp dụng 20
1.6.3. Sự xuất hiện phổ hấp thụ nguyên tử 21
1.6.4. Nguyên tắc của phương pháp và thiết bị của phép đo phổ hấp thụ nguyên tử 22
1.6.5. Cường độ vạch phổ 24
1.6.6. Cấu trúc vạch phổ 26
1.6.7. Ưu và nhược điểm của phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử 27


1.6.8. Các kĩ thuật nguyên tử hoá mẫu 27
1.6.9. Một số yếu tố ảnh hưởng trong phép đo AAS 29
1.7. MÁY QUANG PHỔ HẤP THỤ NGHUYÊN TỬ 30
1.8. PHÂN TÍCH ĐỊNH LƯỢNG BẰNG AAS 31
CHƯƠNG 2 NỘI DUNG VÀ THỰC NGHIỆM
33
2.1. THIẾT BỊ VÀ DỤNG CỤ 33
2.2. HÓA CHẤT 33
2.3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 33
2.3.1. Phạm vi nghiên cứu 33
2.3.2. Chuẩn bị mẫu 33
2.3.3. Ghi chép lập hồ sơ mẫu khi lấy 34
2.3.4. Xử lý sơ bộ, quản lí và bảo quản mẫu phân tích 36
2.4. TIẾN HÀNH THỰC NGHIỆM 37
2.5. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 38
2.6. PHƯƠNG PHÁP ĐỊNH LƯỢNG 38
2.7. KIỂM SOÁT CHẤT LƯỢNG CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH 39
2.7.1. Độ đúng 39
2.7.2. Độ lặp lại 39
2.7.3. Xác định giới hạn phát hiện (LOD), giới hạn định lượng (LOQ) và độ nhạy 40

2.8. XỬ LÝ SỐ LIỆU THỰC NGHIỆM 40
2.8.1. Tính sai số 40
2.8.2. Phân tích kết quả bằng phương pháp phân tích phương sai một yếu tố (ANOVA
một chiều) 41
2.9. CÁCH TIẾN HÀNH ĐO ĐỘ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ CỦA SẮT VÀ
MANGAN THEO PHƯƠNG PHÁP F-AAS 43
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
45
3.1. ĐO GIÁ TRỊ pH CỦA CÁC MẪU NƯỚC GIẾNG Ở HAI ĐỢT LẤY MẪU 45
3.2. XÂY DỰNG ĐƯỜNG CHUẨN, KHẢO SÁT GIỚI HẠN PHÁT HIỆN, GIỚI
HẠN ĐỊNH LƯỢNG 46
3.2.1. Xây dựng đường chuẩn trong phép đo sắt và mangan 46
3.2.2. Khảo sát giới hạn phát hiện và giới hạn định lượng của các phép đo 47


3.3. KHẢO SÁT SƠ BỘ HÀM LƯỢNG SẮT VÀ MANGAN TRONG MẪU NƯỚC 48
3.4. ĐÁNH GIÁ ĐỘ LẶP LẠI VÀ ĐỘ ĐÚNG CỦA PHÉP ĐO 49
3.5. XÁC ĐỊNH HÀM LƯỢNG SẮT VÀ MANGAN TRONG NƯỚC GIẾNG 51
3.6. ĐÁNH GIÁ, SO SÁNH HÀM LƯỢNG SẮT VÀ MANGAN TRONG NƯỚC
GIẾNG 52
3.6.1. Đánh giá hàm lượng sắt và mangan trong nước giếng sinh hoạt tại thời điểm
khảo sát 52
3.6.2. So sánh hàm lượng sắt và mangan trên hai khu vực xã Lộc Ninh 53
3.6.3. So sánh hàm lượng Me trong mẫu nước giếng ở xã Lộc Ninh với các địa điểm
khác trong và ngoài tỉnh Quảng Bình 53
3.6.4. So sánh hàm lượng sắt và mangan trong nước giếng với tiêu chuẩn nước sinh
hoạt của Việt Nam 54
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
56
1. KẾT LUẬN 56

2. KIẾN NGHỊ 56
TÀI LIỆU THAM KHẢO 57
PHỤ LỤC P1
1

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Tên Viết tắt
Sắt Fe
Mangan Mn
Sắt, mangan Me
Độ lệch chuẩn tương đối RSD
Giới hạn phát hiện LOD
Giới hạn định lượng LOQ
Phần triệu ppm
Quang phổ hấp thụ nguyên tử AAS
Quang phổ hấp thụ ngọn lửa F-AAS
Độ thu hồi Rev

2

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Sự xen lẫn và sự trùng vạch của các nguyên tố 30

Bảng 2.1. Thời gian lấy mẫu nước giếng tại xã Lộc Ninh 34

Bảng 2.2. Thông tin về các mẫu nước giếng thuộc xã Lộc Ninh 35

Bảng 2.3. Đặc điểm tình hình giếng 35

Bảng 2.4. Điều kiện đo F-AAS xác định sắt và mangan trong mẫu nước giếng 38
Bảng 2.5. Hàm lượng Me theo yếu tố khảo sát 41

Bảng 2.6. Kết quả phân tích ANOVA 1 chiều 42

Bảng 3.1. Giá trị pH của 8 giếng nước ở 2 đợt lấy mẫu 45

Bảng 3.2. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào nồng độ sắt 46

Bảng 3.3. Sự phụ thuộc của độ hấp thụ A vào nồng độ mangan 47

Bảng 3.4. Các giá trị a, b, S
y
, LOD, LOQ tính từ phương trình chuẩn A = b.C + a 48

Bảng 3.5. Kết quả phân tích hàm lượng sắt và mangan trong các mẫu nước 48

Bảng 3.6. Kết quả xác định độ lặp lại của sắt và mangan trong các mẫu nước 49

Bảng 3.7. Kết quả đánh giá độ đúng của phương pháp AAS xác định sắt và mangan
trong mẫu nước giếng 50

Bảng 3.8. Kết quả xác định hàm lượng sắt và mangan trong các mẫu nước giếng 51

Bảng 3.9. Các giá trị so sánh F
tính
và F
bảng
52

Bảng 3.10. Kết quả so sánh hàm lượng sắt và mangan theo 2 đợt lấy mẫu 53

Bảng 3.11. Hàm lượng sắt và mangan trong mẫu nước tại một số khu vực trong và
ngoài tỉnh Quảng Bình 54

Bảng 3.12. Kết quả so sánh hàm lượng sắt và mangan với tiêu chuẩn nước uống 54


3

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1: Quá trình hấp thụ, phát xạ và huỳnh quang của một nguyên tử 22

Hình 1.2: Sơ đồ khối của phổ kế hấp thụ nguyên tử (F-AAS) dùng ngọn lửa 22

Hình 1.3: Mối quan hệ giữa cường độ vạch phổ A và nồng độ C

x
25

Hình 1.4: Sơ đồ cấu tạo máy đo phổ hấp thụ nguyên tử 30

Hình 1.5: Hệ thống máy hấp thu nguyên tử AAS của hãng Varian 31

Hình 2.1: Sơ đồ chung về QA/QC trong lấy mẫu và phân tích 37

Hình 2.2: Quy trình xử lý mẫu, phân tích xác định hàm lượng sắt và mangan trong
mẫu nước giếng bằng phương pháp AAS 38

Hình 3.1: Đo độ pH của các mẫu nước giếng 45

Hình 3.2: Đường chuẩn xác định sắt trong mẫu nước giếng 46

Hình 3.3: Đường chuẩn xác định mangan trong mẫu nước giếng 47

Hình 3.4: Kết quả xác định sắt và mangan trong nước giếng sinh hoạt 51

Hình 3.5: Kết quả hàm lượng
Me
trong 16 mẫu nước của 8 giếng 52

4

MỞ ĐẦU
Nước là tài nguyên vô cùng quan trọng đối với mọi sự sống trên trái đất, là cơ sở
cho sự sống của mọi sinh vật. Tuy nhiên cùng với sự phát triển của khoa học công
nghệ, quá trình đô thị hóa diễn ra mạnh mẽ nhu cầu của con người ngày càng được
nâng cao, cuộc sống ngày càng cải thiện. Kéo theo đó là các vấn đề ô nhiễm môi
trường, ô nhiễm nguồn nước ngày càng nghiêm trọng do chất thải của các nhà máy, xí
nghiệp, công trình đô thị thải ra môi trường chưa qua xử lý, các chất thải rắn do con
người sử dụng trong sinh hoạt hàng ngày không được thu gom để xử lý triệt để đã làm
ô nhiễm và ảnh hưởng đến chất lượng của các nguồn nước ngầm. Chúng ta đã và đang
sử dụng nguồn nước ngầm này để phục vụ cho ăn uống, sinh hoạt của mình. Vì vậy
vấn đề sức khỏe của con người đang bị đe dọa nghiêm trọng nếu như chất lượng nước
không được đảm bảo [1, 4, 6]. Đặc biệt, ở những khu vực gần các khu công nghiệp,
các thành phố lớn và khu vực khai thác khoáng sản thì tỉ lệ nước bị nhiễm kim loại
nặng là rất cao. Nước bị nhiễm kim loại nặng sẽ gây hại nghiêm trọng đến sự sống của
mọi sinh vật, kim loại nặng tích luỹ theo chuỗi thức ăn thâm nhập vào cơ thể người
gây ra nhiều bệnh tật hiểm nghèo cho con người như ung thư, các bệnh về hệ xương,
hệ tiêu hóa, hệ bài tiết,…Nước mặt bị ô nhiễm sẽ lan truyền các chất ô nhiễm vào
nước ngầm, vào đất và các thành phần môi trường liên quan khác [7].

Sắt và mangan là một trong những nguyên tố vi lượng quan trọng trong cơ thể
con người. Sắt tham gia cấu tạo nên huyết cầu tố (Hb), cần thiết cho việc vận chuyển
oxi và cacbonic trong máu. Ngoài ra, sắt còn là thành phần của một số enzym như:
cytochrom trong cơ chế sinh nhiệt và các loại enzyme của hệ thống miễn dịch. Sắt
cũng là thành phần cấu tạo của một số loại protein và enzyme, có vai trò trong quá
trình giải phóng năng lượng khi oxy hóa các chất dinh dưỡng và ATP. Nếu thiếu sắt

con người sẽ cảm thấy mệt mỏi, giảm khả năng tập trung, rụng tóc, đau đầu. Ngược lại
khi cơ thể hấp thụ quá nhiều sắt sẽ gây hiện tượng giận dữ, viêm khớp, táo bón [1].

Tương tự sắt, mangan duy trì hoạt động của một số men quan trọng, tăng cường quá
trình tạo xương và mô, ảnh hưởng đến sự tạo thành hoocmon tuyến yên, vitamin B
1
và
vitamin C cần thiết cho quá trình tổng hợp protein, làm giảm lượng đường trong máu nên
tránh được bệnh tiểu đường. Hàm lượng cho phép đối với người trưởng thành khoảng 2 –
5 mg mỗi ngày (được cung cấp từ thực phẩm, nước uống). Nếu thiếu hụt mangan sẽ làm
giảm quá trình đông máu và tăng lượng cholestorol, ảnh hưởng đến sự chuyển giao thông
tin di truyền. Sự chuyển hóa Mn bất thường có thể gây ra bệnh tiểu đường, bệnh béo
phì Tuy nhiên, nếu hàm lượng mangan vượt quá mức cho phép sẽ dẫn đến hiện tượng
ngộ độc, gây rối loạn hoạt động thần kinh với biểu hiện rung giật kiểu Parkinson [1].
5

Đối với nước cũng vậy, khi hàm lượng sắt và mangan trong nước cao sẽ làm cho
nước có mùi tanh khó chịu và có nhiều cặn bẩn màu vàng, màu nâu đen. Khi con
người sử dụng nước có hàm lượng sắt và mangan vượt ngưỡng cho phép sẽ gây ảnh
hưởng xấu đến sức khỏe.
Việc xác định, đánh giá hàm lượng sắt và mangan trong nước có tính quyết
định đến về vấn đề ô nhiễm môi trường nước và sức khỏe con người. Trên thế
giới cũng như trong nước ta đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu về lĩnh vực này
như: phân tích, đánh giá hàm lượng sắt và mangan trong nước giếng ở khu vực
nam Lệ Thủy – Quảng Bình; nghiên cứu sự ô nhiễm mangan trong nước và sự
tích lũy trong cơ thể người dân tại xã Thượng Cát, huyện Từ Liêm, Hà Nội…
Do đặc thù về điều kiện tự nhiên và điều kiện xã hội mà mỗi đề tài lại mang tính
đặc thù riêng của từng địa phương, địa bàn
.

Tuy thành phố Đồng Hới đã có nhà máy nước sạch và cung cấp nước đến đại đa
số người dân nhưng ở một số khu vực ven thành phố thì chủ yếu vẫn sử dụng nước
giếng để sinh hoạt. Cụ thể như ở xã Lộc Ninh - Tp. Đồng Hới - tỉnh Quảng Bình có
khoảng 60% hộ dân đang sử dụng nước giếng (giếng đào và giếng khoan) (theo thống
kê đầu năm 2015) mà chưa biết chất lượng nước giếng có đảm bảo hay không.
Nhằm mục đích vận dụng kết hợp kiến thức mình đã học và công nghệ kỹ thuật
hiện đại vào thực tiễn để giúp người dân nơi tôi đang sinh sống biết được nguồn nước
mình đang sử dụng có chất lượng như thế nào, góp phần phục vụ cho vấn đề an toàn
chất lượng nước, bảo vệ sức khỏe con người. Từ các lí do đó chúng tôi chọn đề tài:
“Xác định, đánh giá hàm lượng sắt và mangan trong các mẫu nước giếng sinh hoạt
tại một vài hộ dân trên địa bàn xã Lộc Ninh – Đồng Hới – Quảng Bình”, làm khóa
luận tốt nghiệp cho mình.








6

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
1.1. SƠ LƯỢC VỀ XÃ LỘC NINH [34]
Lộc Ninh là xã trực thuộc thành phố nằm ở phía bắc của thành phố Đồng Hới-
tỉnh Quảng Bình. Xã Lộc Ninh được thành lập năm 1986, có mã hành chính là 18886.
Vị trí địa lí cụ thể của xã Lộc Ninh trên bản đồ là 17
0
30’24”B – 106

0
35’14”Đ, phía
Bắc giáp với huyện Bố Trạch, phía Đông giáp với xã Quang Phú, phía Tây giáp với
đường Hồ Chí Minh, phía Nam giáp với phường Bắc Lý - thành phố Đồng Hới và phía
Đông Nam giáp với phường Hải Thành – nơi có di chỉ Bàu Tró có người Việt cổ sinh
sống cách đây khoảng 5000 năm. Xã Lộc Ninh được hình thành từ các làng Phú Xá,
Hữu Cung, Lộc Đại. Thời phong kiến các làng này thuộc tổng Thuận Lý huyện Phong
Đăng, sau đổi thành huyện Quảng Ninh thuộc tỉnh Quảng Bình. Lộc Ninh là vùng đất
vừa có gò đồi vừa có đồng bằng, đồng thời gần với biển nên có địa hình và thổ nhưỡng
khá phong phú. Dải đồi xã Lộc Ninh vắt ngang từ đông sang tây, cao hơn đồng ruộng
khoảng 6 - 7m và đất đai vùng đồi chủ yếu là đất cao lanh.
Xã Lộc Ninh là cửa ngõ của thành phố Đồng Hới khi đi từ Bắc vào Nam, là nơi
có sân bay Đồng Hới – một công trình đăc biệt quan trọng của tỉnh.
Xã Lộc Ninh có diện tích là 13,41 km
2
và dân số của xã là 8151 người (theo
thống kê năm 2011) với khoảng 1800 hộ dân, xã được chia thành 16 thôn (từ thôn 1
đến thôn 16). Mật độ dân cư ở xã Lộc Ninh đạt 500 người/km² phân bố không đồng
đều, tập trung chủ yếu ở vùng đồng bằng gần trục đường quốc lộ 1A còn khu vực đồi núi
thưa dân.
Theo thống kê thực tế của xã thì tính đến năm 2015, trên toàn xã chỉ khoảng dưới
40% hộ dân dùng nước máy, còn lại đa số dùng nước giếng khoan và giếng đào. Đặc
biệt, trên địa bàn của xã có nhiều nhà máy, xí nghiệp, doanh nghiệp đang hoạt động
như nhà máy gạch men cosevco, nhà máy nhôm, nhà máy khai thác đất cao
lanh,…phân bố gần khu dân cư.
1.2. KHÁI QUÁT VỀ NƯỚC VÀ Ô NHIỄM NƯỚC
1.2.1 Định nghĩa [5, 8, 16, 26, 27]
- Nước là gì?
Nước là một hợp chất hóa học của ôxy và hiđrô, có công thức hóa học là H
2

O. Nước
là phân tử phân cực có momen lưỡng cực cao. Các phân tử nước thường không tồn tại
riêng rẽ mà tạo thành từng nhóm phân tử bởi liên kết hiđrô. Riêng với nước đá thì mỗi
phân tử nước đá được bao quanh bởi 4 phân tử nước đá khác tạo thành cấu trúc tứ diện.
7

Với các tính chất lí hóa đặc biệt (ví dụ như tính lưỡng cực, liên kết hiđrô và tính bất
thường của khối lượng riêng) nước là một chất rất quan trọng trong nhiều ngành khoa học
và trong đời sống. 70% diện tích của Trái Đất được nước che phủ nhưng chỉ 0,3% tổng
lượng nước trên Trái Đất nằm trong các nguồn có thể khai thác dùng làm nước uống.
Nước rất cần thiết cho hoạt động sống của con người cũng như các sinh vật. Con
người có thể nhịn đói từ 40-45 ngày mà vẫn sống nhưng sẽ bị chết chỉ sau 4 ngày nhịn
khát, vì cơ thể người có khoảng 60-65% là nước, nếu mất 12% nước của cơ thể sẽ bị
hôn mê và có thể chết.
Cuộc sống trên Trái Đất bắt nguồn từ trong nước. Tất cả các sự sống trên Trái
Đất đều phụ thuộc vào nước và vòng tuần hoàn nước.
Nước có ảnh hưởng quyết định đến khí hậu và là nguyên nhân tạo ra thời tiết.
Năng lượng mặt trời sưởi ấm không đồng đều các đại dương đã tạo nên các dòng hải
lưu trên toàn cầu.
Nước là thành phần quan trọng của các tế bào sinh học và là môi trường của các
quá trình sinh hóa cơ bản như quang hợp.
Lượng nước trên Trái Đất có khoảng 1,38 tỉ km³. Trong đó 97,4% là nước mặn
trong các đại dương trên thế giới, phần còn lại, 2,6%, là nước ngọt, tồn tại chủ yếu
dưới dạng băng tuyết đóng ở hai cực và trên các ngọn núi, chỉ có 0,3% nước trên toàn
thế giới (hay 3,6 triệu km³) là có thể sử dụng làm nước uống. Việc cung cấp nước uống
sẽ là một trong những thử thách lớn nhất của loài người trong vài thập niên tới đây.
Nước được sử dụng trong công nghiệp từ lâu như là nguồn nhiên liệu (cối xay
nước, máy hơi nước, nhà máy thủy điện), như là chất trao đổi nhiệt.
Nhà triết học người Hi Lạp Empedocles đã coi nước là một trong bốn nguồn
gốc tạo ra vật chất (bên cạnh lửa, đất và không khí). Nước cũng nằm trong ngũ

hành của triết học cổ Trung Hoa.
Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng cho tất cả các sinh vật trên Trái
đất. Nếu không có nước thì chắc chắn không có sự sống xuất hiện trên Trái đất, thiếu
nước thì cả nền văn minh hiện nay cũng không tồn tại được. Từ xưa, con người đã biết
đến vai trò quan trọng của nước; các nhà khoa học cổ đại đã coi nước là thành phần cơ
bản của vật chất và trong quá trình phát triển của xã hội loài người thì các nền văn
minh lớn của nhân loại đều xuất hiện và phát triển trên lưu vực của các con sông lớn
như: nền văn minh Lưỡng Hà ở Tây Á nằm ở lưu vực hai con sông lớn là Tigre và
Euphrate (thuộc Irak hiện nay); nền văn minh Ai Cập ở hạ lưu sông Nin; nền văn
minh sông Hằng ở Ấn Ðộ; nền văn minh Hoàng Hà ở Trung Quốc; nền văn minh sông
Hồng ở Việt Nam
8

- Các nguồn cung cấp nước:
Nước trên hành tinh của chúng ta phát sinh từ 3 nguồn: bên trong lòng đất, từ các
thiên thạch ngoài quả đất mang vào và từ tầng trên của khí quyển; trong đó thì nguồn
gốc từ bên trong lòng đất là chủ yếu. Nước có nguồn gốc bên trong lòng đất được hình
thành ở lớp vỏ giữa của quả đất do quá trình phân hóa các lớp nham thạch ở nhiệt độ cao
tạo ra, sau đó theo các khe nứt của lớp vỏ ngoài nước thoát dần qua lớp vỏ ngoài thì biến
thành thể hơi, bốc hơi và cuối cùng ngưng tụ lại thành thể lỏng và rơi xuống mặt đất.
Để cung cấp nước sạch, có thể khai thác từ các nguồn nước thiên nhiên (thường
gọi là nước thô) từ nước mặt, nước ngầm, nước biển.
Nước mặt là nước sông, hồ hoặc nước ngọt trong vùng đất ngập nước. Nước mặt
được bổ sung một cách tự nhiên bởi giáng thủy và chúng mất đi khi chảy vào đại
dương, bốc hơi và thấm xuống đất. Do kết hợp từ các dòng chảy trên bề mặt và thường
xuyên tiếp xúc với không khí nên các đặc trưng của nước mặt là:
+ Chứa khí hoà tan, đặc biệt là oxy.
+ Chứa nhiều chất rắn lơ lửng (riêng trường hợp nước trong các ao, đầm, hồ,
chứa ít chất rắn lơ lửng và chủ yếu ở dạng keo).
+ Có hàm lượng chất hữu cơ cao.

+ Có sự hiện diện của nhiều loại tảo.
+ Chứa nhiều vi sinh vật.
Nước ngầm là một dạng nước dưới đất, là nước ngọt được chứa trong các lỗ
rỗng của đất hoặc đá. Nó cũng có thể là nước chứa trong các tầng ngậm nước bên
dưới mực nước ngầm. Đôi khi người ta còn phân biệt nước ngầm nông, nước ngầm sâu
và nước chôn vùi. Chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào cấu trúc địa tầng mà nước thấm
qua. Do vậy nước chảy qua các tầng địa tầng chứa cát hoặc granit thường có tính axit và
chứa ít chất khoáng. Khi chảy qua địa tầng chứa đá vôi thì nước thường có độ cứng và
độ kiềm hydrocacbonat khá cao. Ngoài ra, các đặc trưng chung của nước ngầm là:
+ Độ đục thấp.
+ Nhiệt độ và thành phần hoá học tương đối ổn định.
+ Không có oxy, nhưng có thể chứa nhiều khí H
2
S, CO
2
,
+ Chứa nhiều chất khoáng hoà tan, chủ yếu là sắt, mangan, canxi, magie, flo.
+ Không có sự hiện diện của vi sinh vật.
Nước biển: Thường có độ mặn rất cao. Hàm lượng muối trong nước biển thay
đổi tuỳ theo vị trí địa lý: khu cửa sông, gần hay xa bờ. Ngoài ra nước biển thường có
nhiều chất lơ lửng, chủ yếu là các phiêu sinh động - thực vật.
- Ô nhiễm nước là gì?
9

Ô nhiễm nước là sự thay đổi về tính chất và thành phần của nước, có hại cho
cuộc sống sinh hoạt bình thường của con người và sinh vật bởi sự có mặt của một hay
nhiều hóa chất lạ vượt quá ngưỡng chịu đựng của sinh vật.
Hiến chương Châu Âu về nước đã định nghĩa ô nhiễm nước:
"Ô nhiễm nước là sự biến đổi nói chung do con người đối với chất lượng nước,
làm nhiễm bẩn nước và gây nguy hiểm cho con người, cho công nghiệp, nông nghiệp,

nuôi cá, nghỉ ngơi, giải trí, cho động vật nuôi và các loài hoang dã".
Ô nhiễm nước có nguồn gốc tự nhiên: do mưa, tuyết tan, gió bão, lũ lụt đưa vào môi
trường nước chất thải bẩn, các sinh vật và vi sinh vật có hại kể cả xác chết của chúng.

Ô nhiễm nước có nguồn gốc nhân tạo: quá trình thải các chất độc hại chủ yếu
dưới dạng lỏng hoặc rắn như: các chất thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, giao
thông vào môi trường nước.

Theo bản chất các tác nhân gây ô nhiễm, người ta phân ra các loại ô nhiễm nước:
ô nhiễm vô cơ, ô nhiễm hữu cơ, ô nhiễm hoá chất, ô nhiễm sinh học, ô nhiễm bởi các
tác nhân vật lý.
1.2.2 Tính chất và các chỉ tiêu về chất lượng nước [18, 28]
a) Các chỉ tiêu lý học
+ Nhiệt độ
Nhiệt độ của nước là đại lượng phụ thuộc vào điều kiện môi trường và khí hậu.
Nhiệt độ có ảnh hưởng không nhỏ đến các quá trình xử lý nước và nhu cầu tiêu thụ.
Nước mặt thường có nhiệt độ thay đổi theo nhiệt độ môi trường. Ví dụ: Ở miền Bắc
Việt Nam, nhiệt độ nước thường dao động từ 13 – 34
0
C, trong khi đó nhiệt độ trong
các nguồn nước mặt ở miền Nam tương đối ổn định hơn (26 – 29
0
C).
+ Độ màu
Độ màu thường do các chất bẩn trong nước tạo nên. Các hợp chất sắt, mangan
không hoà tan làm nước có màu nâu đỏ, các chất mùn gây ra màu vàng, còn các loại
thuỷ sinh tạo cho nước màu xanh lá cây. Nước bị nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt
hay công nghiệp thường có màu xanh hoặc đen. Đơn vị đo độ màu thường dùng là
platin – coban. Nước thiên nhiên thường có độ màu thấp hơn 200PtCo. Độ màu biểu
kiến trong nước thường do các chất lơ lửng trong nước tạo ra và dễ dàng loại bỏ bằng

phương pháp lọc. Trong khi đó, để loại bỏ màu thực của nước (do các chất hoà tan tạo
nên) phải dùng các biện pháp hoá lý kết hợp.
+ Độ đục
Nước là một môi trường truyền ánh sáng tốt. Khi trong nước có các vật lạ như
các chất huyền phù, các hạt cặn đất cát, các vi sinh vật, khả năng truyền ánh sáng bị
10

giảm đi. Nước có dộ đục lớn chứng tỏ có chứa nhiều cặn bẩn. Đơn vị đo độ đục
thường là mg SiO
2
/l, NTU, FTU; trong đó đơn vị NTU và FTU là tương đương nhau.
Nước mặt thường có độ đục 20-100 NTU, mùa lũ có khi cao đến 500-600 NTU. Nước
cấp cho ăn uống thường có độ đục không vượt quá 5 NTU.
Hàm lượng chất rắn lơ lửng cũng là một đại lượng tương quan đến độ đục của nước.
+ Mùi vị
Mùi vị trong nước thường do các hợp chất hoá học, chủ yếu là các hợp chất hữu
cơ hay các sản phẩm từ các quá trình phân huỷ vật chất gây nên. Nước thiên nhiên có
thể có mùi đất, mùi tanh, mùi thối. Nước sau khi tiệt trùng với các hợp chất clo có thể
bị nhiễm mùi clo hay clophenol. Tuỳ theo thành phần và hàm lượng các muối khoáng
hoà tan, nước có thể có các vị mặn, ngọt, chát, đắng,
+ Độ nhớt
Độ nhớt là đại lượng biểu thị sự ma sát nội, sinh ra trong quá trình dịch chuyển
giữa các lớp chất lỏng với nhau. Đây là yếu tố chính gây nên tổn thất áp lực và do vậy
nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước. Độ nhớt tăng khi hàm lượng các
muối hoà tan trong nước tăng và giảm khi nhiệt độ tăng.
+ Độ dẫn điện
Nước có độ dẫn điện kém. Nước tinh khiết ở 20
0
C có độ dẫn điện là 4,2µS/m
(tương ứng điện trở 23,8MΩ/cm). Độ dẫn điện của nước tăng theo hàm lượng các chất

khoáng hoà tan trong nước và dao động theo nhiệt độ. Thông số này thường được
dùng để đánh giá tổng hàm lượng chất khoáng hoà tan trong nước.
+ Tính phóng xạ
Tính phóng xạ của nước là do sự phân huỷ các chất phóng xạ trong nước tạo nên.
Nước ngầm thường nhiễm các chất phóng xạ tự nhiên, các chất này có thời gian bán
phân huỷ rất ngắn nên nước thường vô hại. Tuy nhiên khi bị nhiễm bẩn phóng xạ từ
nước thải và không khí thì tính phóng xạ của nước có thể vượt quá giới hạn cho phép.
Hai thông số tổng hoạt độ phóng xạ α và β thường được dùng để xác định tính
phóng xạ của nước. Các hạt α bao gồm 2 proton và 2 nơtron có năng lượng xuyên thấu
nhỏ, nhưng có thể xuyên vào cơ thể sống qua đường hô hấp hoặc tiêu hoá, gây tác hại
cho cơ thể do tính ion hoá mạnh. Các hạt β có khả năng xuyên thấu mạnh hơn, nhưng
dễ bị ngăn lại bởi các lớp nước và cũng gây tác hại cho cơ thể.
b) Các chỉ tiêu hoá học
+ Độ pH
pH là chỉ số đo độ hoạt động (hoạt độ) của các ion hiđrô (H
+
) trong dung dịch và vì
vậy là độ axít hay bazơ của nó. Trong các hệ dung dịch nước, độ hoạt động của ion
11

hiđrô được quyết định bởi hằng số điện ly của nước (K
w
= 1,011×10
−14
ở 25 °C) và
tương tác với các ion khác có trong dung dịch. Các dung dịch có độ pH xấp xỉ 7 là dung
dịch trung hòa, các dung dịch có pH nhỏ hơn 7 là được coi là có tính axit và lớn hơn 7
thì có tính bazơ. Có 2 phương pháp phổ biến dùng để xác định độ pH của dung dịch là
dùng thang đo pH và dùng máy đo pH. Đối với thang đo pH màu sắc của các chất chỉ thị
pH có thể được chia làm 14 thang bậc thông dụng (thang pH). Việc sử dụng thang đo

pH rất tiện dụng. Tuy nhiên, việc sử dụng thang đo pH chỉ cho kết quả tương đối và nằm
trong một khoảng pH nhất định. Nếu sử dụng máy đo pH thì cho ra kết quả nhanh và
chính xác hơn, thích hợp cho những trường hợp yêu cầu độ pH chính xác cao. Từ những
lí luận trên thì trong bài khóa luận này, tôi chọn phương pháp sử dụng máy đo pH.
Độ pH của nước có liên quan đến sự hiện diện của một số kim loại và khí hoà tan
trong nước. Ở độ pH < 5, tuỳ thuộc vào điều kiện địa chất, trong một số nguồn nước
có thể chứa sắt, mangan, nhôm ở dạng hoà tan và một số loại khí như CO
2
, H
2
S tồn tại
ở dạng tự do trong nước. Độ pH được ứng dụng để khử các hợp chất sunfua và
cacbonat có trong nước bằng biện pháp làm thoáng. Ngoài ra khi tăng pH và có thêm
tác nhân oxy hoá, các kim loại hoà tan trong nước chuyển thành dạng kết tủa và dễ
dàng tách ra khỏi nước bằng biện pháp lắng lọc.
- pH ảnh hưởng đến vị của nước.
- Nguồn nước có pH >7 thường chứa nhiều ion nhóm carbonate và
bicarbonate (do chảy qua nhiều tầng đất đá). Nguồn nước có pH < 7 thường chứa
nhiều ion gốc axit. Bằng chứng dễ thấy nhất liên quan giữa độ pH và sức khỏe của
người sử dụng là nó làm hỏng men răng.
- pH của nước có liên quan đến tính ăn mòn thiết bị, đường ống dẫn nước và
dụng cụ chứa nước. Đặc biệt, trong môi trường pH thấp, khả năng khử trùng của clo sẽ
mạnh hơn. Tuy nhiên, khi pH > 8,5 nếu trong nước có hợp chất hữu cơ thì việc khử
trùng bằng clo dễ tạo thành hợp chất trihalomethane gây ung thư.
- Ảnh hưởng của pH tới sức khoẻ: Trong nước uống, pH ảnh hưởng tới sức khoẻ,
đặc biệt ảnh hưởng đến hệ men tiêu hoá. Tuy nhiên tính axít (hay tính ăn mòn) của nước
có thể làm gia tăng các ion kim loại từ các vật chứa, gián tiếp ảnh hưởng xấu đến sức
khoẻ.
+ Độ kiềm
Độ kiềm toàn phần là tổng hàm lượng của các ion hyđrocacbonat (HCO

3
-
),
hyđroxyl (OH
-
) và ion muối của các axit khác. Ở nhiệt độ nhất định, độ kiềm phụ
thuộc vào độ pH và hàm lượng khí CO
2
tự do có trong nước.
12

Độ kiềm là một chỉ tiêu quan trọng trong công nghệ xử lý nước. Để xác định độ
kiềm thường dùng phương pháp chuẩn độ mẫu nước thử bằng axit clohydric.
+ Độ cứng
Độ cứng của nước là đại lượng biểu thị hàm lượng các ion canxi và magiê có
trong nước. Trong kỹ thuật xử lý nước sử dụng ba loại khái niệm độ cứng:
Độ cứng toàn phần biểu thị tổng hàm lượng các ion canxi và magiê có trong
nước.
Độ cứng tạm thời biểu thị tổng hàm lượng các ion Ca
2+
, Mg
2+
trong các muối
cacbonat và hydrocacbonat canxi, hydrocacbonat magiê có trong nước.
Độ cứng vĩnh cửu biểu thị tổng hàm lượng các ion Ca
2+
, Mg
2+
trong các muối
axit mạnh của canxi và magie.

Dùng nước có độ cứng cao trong sinh hoạt sẽ gây lãng phí xà phòng do canxi và
magiê phản ứng với các axit béo tạo thành các hợp chất khó tan. Trong sản xuất, nước
cứng có thể tạo lớp cáu cặn trong các lò hơi hoặc gây kết tủa ảnh hưởng đến chất
lượng sản phẩm.
Có nhiều đơn vị đo độ cứng khác nhau:
Độ Đức (odH): 1odH = 10 mg CaO/l nước;
Độ Pháp (of ): 1of = 10 mg CaCO
3
/0,7l nước;
Độ Anh (oe ): 1oe = 10 mg CaCO
3
/0,7l nước;
Đông Âu ( mgđl/l): 1 mgđl/l = 2,8odH.
Tuỳ theo giá trị độ cứng, nước được phân loại thành :
Độ cứng: < 50 mg CaCO
3
/l : nước mềm;
50 – 150 mg CaCO
3
/l : nước trung bình;
150 – 300 mg CaCO
3
/l : nước cứng;
> 300 mg CaCO
3
/l : nước rất cứng.
+ Độ oxy hoá
Độ oxy hoá là một đại lượng dùng để đánh giá sơ bộ mức độ nhiễm bẩn của
nguồn nước. Đó là lượng oxy cần có để oxy hoá hết các hợp chất hữu cơ trong nước.
Chất oxy hóa thường dùng để xác định chỉ tiêu này là kali pemanganat (KMnO

4
).
Trong thực tế, nguồn nước có độ oxy hoá lớn hơn 10 mg O
2
/l đã có thể bị nhiễm
bẩn. Nếu trong quá trình xử lý có dùng clo ở dạng clo tự do hay hợp chất hypoclorit sẽ
tạo thành các hợp chất clo hữu cơ [trihalomentan (THM)] có khả năng gây ung thư. Tổ
chức Y tế thế giới quy định mức tối đa của THM trong nước uống là 0,1mg/l.
Ngoài ra, để đánh giá khả năng ô nhiễm nguồn nước, cần cân nhắc thêm
các yếu tố sau đây:
13

Độ oxy hoá trong nước mặt, đặc biệt nước có màu có thể cao hơn nước ngầm.
Khi nguồn nước có hiện tượng nhuộm màu do rong tảo phát triển, hàm lượng oxy hoà
tan trong nước sẽ cao nên độ oxy hoá có thể thấp hơn thực tế. Sự thay đổi oxy hoá theo
dòng chảy: Nếu thay đổi chậm, lượng chất hữu cơ có trong nguồn nước chủ yếu là các
axit humic. Nếu độ oxy hoá giảm nhanh, chứng tỏ nguồn ô nhiễm là do các dòng nước
thải từ bên ngoài đổ vào nguồn nước. Cần kết hợp với các chỉ tiêu khác như hàm
lượng ion clorua, sunfat, photphat, oxy hoà tan, các hợp chất nitơ, hàm lượng vi sinh
vật gây bệnh để có thể đánh giá tổng quát về mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước.
+ Các hợp chất nitơ
Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ tạo ra amoni (NH
4
+
), nitrit (NO
2
-
) và nitrat
(NO
3

-
). Do đó các hợp chất này thường được xem là những chất chỉ thị dùng để nhận
biết mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước. Khi mới bị nhiễm bẩn, ngoài các chỉ tiêu có
giá trị cao như độ oxy hoá, amoniac, trong nước còn có một ít nitrit và nitrat. Sau một
thời gian NH
4
+
, NO
2
-
bị oxy hoá thành NO
3
-
. Phân tích sự tương quan giá trị các đại
lượng này có thể dự đoán mức độ ô nhiễm nguồn nước.
Việc sử dụng rộng rãi các loại phân bón cũng làm cho hàm lượng nitrat trong
nước tự nhiên tăng cao. Ngoài ra do cấu trúc địa tầng tăng ở một số đầm lầy, nước
thường nhiễm nitrat. Nồng độ NO
3
-
cao là môi trường dinh dưỡng tốt cho tảo, rong
phát triển, gây ảnh hưởng đến chất lượng nước dùng trong sinh hoạt. Trẻ em uống
nước có nồng độ nitrat cao có thể ảnh hưỏng đến máu (chứng methaemoglo
binaemia). Theo quy định của Tổ chức Y tế thế giới, nồng độ NO
3
-
trong nước uống
không được vượt quá 10 mg/l (tính theo N).
+ Các hợp chất photpho
Trong nước tự nhiên, thường gặp nhất là photphat. Đây là sản phẩm của quá trình

phân huỷ sinh học các chất hữu cơ. Cũng như nitrat là chất dinh dưỡng cho sự phát
triển của rong tảo. Nguồn photphat đưa vào môi trường nước là từ nước thải sinh hoạt,
nước thải một số ngành công nghiệp và lượng phân bón dùng trên đồng ruộng.
Photphat không thuộc loại hóa chất độc hại đối với con người, nhưng sự tồn tại của
chất này với hàm lượng cao trong nước sẽ gây cản trở cho quá trình xử lý, đặc biệt là hoạt
chất của các bể lắng. Đối với những nguồn nước có hàm lượng chất hữu cơ, nitrat và
photphat cao, các bông cặn kết cặn ở bể tạo bông sẽ không lắng được ở bể mà có khuynh
hướng tạo thành đám nổi lên mặt nước, đặc biệt vào những lúc trời nắng trong ngày.
+ Các hợp chất Silic
Trong nước thiên nhiên thường có các hợp chất silic. Ở pH < 8, silic tồn tại ở dạng
H
2
SiO
3
. Khi pH = 8-11, silic chuyển sang HSiO
3
-
. Ở pH > 11, silic tồn tại ở dạng HSiO
3
-

14

và SiO
3
2-
. Do vậy trong nước ngầm, hàm lượng silic thường không vượt quá 60mg/l, chỉ
có ở những nguồn nước có pH > 9,0 hàm lượng silic đôi khi cao đến 300mg/l.
Trong nước cấp cho các nồi hơi áp lực cao, sự tồn tại của các hợp chất silic rất
nguy hiểm do cặn silic đóng lại trên thành nồi, thành ống làm giảm khả năng truyền

nhiệt và gây tắc ống. Trong quá trình xử lý nước, silic có thể được loại bỏ một phần
khi dùng các hoá chất keo tụ để làm trong nước.
+ Clorua
Clorua làm cho nước có vị mặn. Ion này thâm nhập vào nước qua sự hoà tan các
muối khoáng hoặc bị ảnh hưởng từ quá trình nhiễm mặn các tầng chứa nước ngầm hay
ở đoạn sông gần biển. Việc dùng nước có hàm lượng clorua cao có thể gây ra bệnh về
thận. Ngoài ra, nước chứa nhiều clorua có tính xâm thực đối với bêtông.
+ Sunfat
Ion sunfat thường có trong nước có nguồn gốc khoáng chất hoặc nguồn gốc hữu
cơ. Với hàm lượng sunfat cao hơn 400mg/l, có thể gây mất nước trong cơ thể và làm
tháo ruột. Ngoài ra, nước có nhiều ion clorua và sunfat sẽ làm xâm thực bêtông.
+ Florua
Nước ngầm từ các vùng đất chứa quặng apatit, đá alkalic, granit thường có hàm
lượng florua cao đến 10mg/l. Trong nước thiên nhiên, các hợp chất của florua khá bền
vững và khó loại bỏ trong quá trình xử lý thông thường. Ở nồng độ thấp, từ 0,5mg/l
đến 1mg/l, florua giúp bảo vệ răng. Tuy nhiên, nếu dùng nước chứa florua lớn hơn
4mg/l trong một thời gian dài thì có thể gây đen răng và huỷ hoại răng vĩnh viễn. Các
bệnh này hiện nay đang rất phổ biến tại một số khu vực ở Phú Yên, Khánh Hoà.
+ Các hợp chất sắt
Trong nước ngầm, sắt thường tồn tại dưới dạng ion Fe
2+
, kết hợp với các gốc
bicacbonat, sunfat, clorua; đôi khi tồn tại dưới dạng keo của axit humic hoặc keo silic.
Khi tiếp xúc với oxy hoặc các tác nhân oxy hoá, ion Fe
2+
bị oxy hóa thành ion Fe
3+
và
kết tủa thành các bông cặn Fe(OH)
3

có màu nâu đỏ.
+ Các hợp chất mangan
Cũng như sắt, mangan thường có trong nước ngầm dưới dạng ion Mn
2+
, nhưng
với hàm lượng tương đối thấp, ít khi vượt quá 5mg/l. Tuy nhiên, với hàm lượng
mangan trong nước lớn hơn 0,1mg/l sẽ gây nguy hại trong việc sử dụng, giống như
trường hợp nước chứa sắt với hàm lượng cao.
+ Nhôm
Vào mùa mưa, ở những vùng đất phèn, đất ở trong điều kiện khử không có oxy,
nên các chất như Fe
2
O
3
và jarosite tác động qua lại, lấy oxy của nhau vào tạo thành
15

sắt, nhôm, sunfat hoà tan vào nước. Do đó, nước mặt ở vùng này thường rất chua, pH
= 2,5-4,5, sắt tồn tại chủ yếu là Fe
2+
(có khi cao đến 300mg/l), nhôm hoà tan ở dạng
ion Al
3+
(5 – 7mg/l). Khi chứa nhiều nhôm hoà tan, nước thường có màu trong xanh và
vị rất chua. Nhôm có độc tính đối với sức khoẻ con người. Khi uống nước có hàm
lượng nhôm cao có thể gây ra các bệnh về não như alzheimer.
+ Khí hoà tan
Các loại khí hoà tan thường thấy trong nước thiên nhiên là khí cacbonic
(CO
2

), khí oxy (O
2
) và sunfua hyđro (H
2
S). Nước ngầm không có oxy. Khi độ pH <
5,5, trong nước ngầm thường chứa nhiều khí CO
2
. Đây là khí có tính ăn mòn kim
loại và ngăn cản việc tăng pH của nước. Các biện pháp làm thoáng có thể đuổi khí
CO
2
, đồng thời thu nhận oxy hỗ trợ cho các quá trình khử sắt và mangan. Ngoài ra,
trong nước ngầm có thể chứa khí H
2
S có hàm lượng đến vài chục mg/l. Đây là sản
phẩm của quá trình phân huỷ kỵ khí các chất hữu cơ có trong nước. Với nồng độ
lớn hơn 0,5mg/l, H
2
S tạo cho nước có mùi khó chịu.
Trong nước mặt, các hợp chất sunfua thường được oxy hoá thành dạng sunfat.
Do vậy, sự có mặt của khí
H
2
S
trong các nguồn nước mặt, chứng tỏ nguồn nước đã bị
nhiễm bẩn và có quá thừa chất hữu cơ chưa phân huỷ, tích tụ ở đáy các vực nước.
Khi độ pH tăng, H
2
S chuyển sang các dạng khác là HS
-

và S
2-
.
+ Hoá chất bảo vệ thực vật
Hiện nay, có hàng trăm hoá chất diệt sâu, rầy, nấm, cỏ được sử dụng trong nông
nghiệp. Các nhóm hoá chất chính là: photpho hữu cơ, clo hữu cơ, cacbarmat. Hầu hết
các chất này đều có độc tính cao đối với người. Đặc biệt là clo hữu cơ, có độ bền vững
cao trong môi trường và khả năng tích luỹ trong cơ thể con người. Việc sử dụng khối
lượng lớn các hoá chất này trên đồng ruộng đang đe dọa làm ô nhiễm các nguồn nước.
+ Chất hoạt động bề mặt
Một số chất hoạt động bề mặt như xà phòng, chất tẩy rửa, chất tạo bọt có trong
nước thải sinh hoạt và nước thải một số ngành công nghiệp đang được xả vào các
nguồn nước. Đây là những hợp chất khó phân huỷ sinh học nên ngày càng tích tụ nước
đến mức có thể gây hại cho cơ thể con người khi sử dụng. Ngoài ra các chất này còn
tạo thành một lớp màng bao phủ bề mặt các vực nước, ngăn cản sự hoà tan oxy vào
nước và làm chậm các quá trình tự làm sạch của nguồn nước.
c) Các chỉ tiêu sinh vật
Trong nước thiên nhiên có rất nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, rong, tảo và các
đơn bào, chúng xâm nhập vào nước từ môi trường xung quanh hoặc sống và phát triển
16

trong nước, trong đó có một số vi sinh vật gây bệnh cần phải được loại bỏ khỏi nước
trước khi sử dụng.
d) Tính ổn định của nước
Nước ổn định sẽ không làm ăn mòn đường ống hoặc đóng cáu cặn trong quá
trình vận chuyển và lữu trữ.
1.3. TÁC HẠI CỦA NƯỚC BỊ NHIỄM SẮT VÀ MANGAN [21, 25, 29, 30, 33]
1.3.1. Khái niệm
Kim loại nặng là những kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5g/cm
3

. Một số kim
loại nặng có thể cần thiết cho sinh vật, chúng được xem là nguyên tố vi lượng. Kim
loại nặng gây độc hại với môi trường và cơ thể sinh vật khi hàm lượng của chúng vượt
quá tiêu chuẩn cho phép.
Kim loại nặng bao gồm: Mn, Fe, Hg, Cd, Pb, As, Sb, Cr, Cu, Zn, thường không
tham gia hoặc ít tham gia vào quá trình sinh hoá của các cơ thể sinh vật và thường tích
luỹ trong cơ thể chúng. Vì vậy, chúng là các nguyên tố độc hại với sinh vật. Hiện
tượng nước bị ô nhiễm kim loại nặng thường gặp trong các lưu vực nước gần các khu
công nghiệp, các thành phố lớn và khu vực khai thác khoáng sản. Ô nhiễm kim loại
nặng biểu hiện ở nồng độ cao của các kim loại nặng trong nước. Trong một số trường
hợp, xuất hiện hiện tượng chết hàng loạt cá và thuỷ sinh vật.
Nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm kim loại nặng là quá trình đổ vào môi trường
nước các loại nước thải công nghiệp và nước thải độc hại không xử lý hoặc xử lý
không đạt yêu cầu. Ô nhiễm nước bởi kim loại nặng có tác động tiêu cực tới môi
trường sống của sinh vật và con người. Kim loại nặng tích luỹ theo chuỗi thức ăn thâm
nhập vào cơ thể người. Nước mặt bị ô nhiễm sẽ lan truyền các chất ô nhiễm vào nước
ngầm, vào đất và các thành phần môi trường liên quan khác. Ðể hạn chế ô nhiễm
nước, cần phải tăng cường biện pháp xử lý nước thải công nghiệp, quản lý tốt vật nuôi
trong môi trường có nguy cơ bị ô nhiễm như nuôi cá, trồng rau bằng nguồn nước

thải.
Nước bị nhiễm kim loại sắt và mangan là hiện tượng hàm lượng kim loại sắt và
mangan trong nước vượt quá tiêu chuẩn cho phép gây hại đến con người và các sinh
vật khác.
1.3.2. Tác hại của nước bị nhiễm sắt và mangan đến sức khỏe con người
- Sắt và mangan: Đều gây ảnh hưởng đáng kể đến việc cấp nước, đặc biệt là với
nguồn nước ngầm. Nước chứa hàm lượng sắt và mangan cao sẽ ảnh hưởng đến sức
khỏe và gây cảm quan không tốt đối với người sử dụng do sự oxi hóa Fe
2+
và Mn

2+

17

thành Fe
3+
và Mn
4+
tồn tại dưới dạng kết tủa keo. Chất lượng nước giếng sẽ tốt hơn
nếu có hàm lượng sắt và mangan thấp.
+ Mangan (Mn): Thường tồn tại trong nước cùng với sắt nhưng với hàm lượng ít
hơn. Nước có chứa mangan thường tạo ra lớp cặn màu đen đóng bám vào thành và đáy
bồn rửa. Mangan tồn tại trong đất chủ yếu dưới dạng MnO
2
, rất ít tan trong nước có
chứa CO
2
. Trong điều kiện kỵ khí, MnO
2
bị khử thành Mn
2+
còn trong nước mangan
tồn tại dưới dạng các muối tan như muối clorua, sunfat, nitrat. Ở hàm lượng cao hơn
0,15mg/l mangan làm cho nước có vị khó chịu, làm hoen ố quần áo.
Mangan là nguyên tố vi lượng rất cần thiết cho cơ thể, nhu cầu mỗi ngày khoảng
30 - 50 mg/kg trọng lượng cơ thể. Nếu hàm lượng lớn sẽ gây độc cho cơ thể; gây độc
với nguyên sinh chất của tế bào, đặc biệt là tác động lên hệ thần kinh trung ương, gây
tổn thương thận, bộ máy tuần hoàn, phổi, ngộ độc nặng gây tử vong.
Mangan đi vào môi trường nước do quá trình rửa trôi, xói mòn, do các chất thải
công nghiệp luyện kim, acqui, phân hoá học.

Tiêu chuẩn quy định của WHO về hàm lượng Mn trong nước uống là 0,5 mg/l.
+ Sắt ( Fe): Tồn tại trong đất và khoáng chất chủ yếu dưới dạng Fe
2
O
3
không tan
và quặng pirit sắt FeS
2
. một dạng khác của sắt là FeCO
3
ít tan. Vì nước ngầm chứa một
lượng đáng kể CO
2
nên FeCO
3
có thể bị hòa tan theo phương trình phản ứng sau:
FeCO
3
+ CO
2
+ H
2
O
→
Fe
2+
+ 2HCO
3
-

Sắt có mặt trong cả nước mặt và nước ngầm. Hàm lượng sắt trong nước tự nhiên rất
dao động, tùy thuộc vào nguồn nước cũng như thành phần địa chất khu vực dòng nước
chảy qua. Ngoài ra tùy thuộc vào độ pH và sự có mặt của một số chất như cacbonat, CO
2
,
O
2
, các chất hữu cơ tan trong nước, chúng sẽ oxi hóa hay khử sắt làm cho sắt có thể tồn
tại ở dạng tan hay kết tủa. Nước mặt thường chứa sắt (Fe
3+
), tồn tại ở dạng keo hữu cơ
hoặc cặn huyền phù. Trong nước thiên nhiên, chủ yếu là nước ngầm, có thể chứa sắt với
hàm lượng đến 40mg/l hoặc cao hơn. Với hàm lượng sắt cao hơn 0,5mg/l, nước có mùi
tanh khó chịu, chứa nhiều cặn bẩn màu vàng (kết tủa hyđroxit sắt (III)), nước thường đục
gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước ăn uống, sinh hoạt, sản xuất, làm vàng quần áo
khi giặt, làm hỏng sản phẩm của các ngành dệt, giấy, phim ảnh, đồ hộp. Các cặn sắt kết
tủa có thể làm tắc hoặc giảm khả năng vận chuyển của các ống dẫn nước.
- Tiêu chuẩn nước uống và nước sạch đều quy định hàm lượng sắt không
vượt quá 0,5mg/l.


1.4. KHÁI QUÁT VỀ SẮT [15, 31]
Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, sắt có ký hiệu hóa học là Fe, vị trí
ở ô số 26, thuộc nhóm VIIIB, chu kỳ 4.
18

Cấu hình electron: (Z = 26) 1s
2
2s

2
2p
6
3s
2
3p
6
3d
6
4s
2

Phân loại: kim loại chuyển tiếp.
Khối lượng nguyên tử: 55,85 đvC.
Bán kính nguyên tử: 1,26
0
A
.
Hóa trị: II, III.

Sắt là kim loại phổ biến nhất và người ta cho rằng sắt là nguyên tố phổ biến thứ 4
(theo khối lượng, 34,6%) trên trái đất. Nó được tách ra từ các mỏ quặng sắt và rất khó
tìm thấy nó ở dạng tự do. Sắt được sử dụng trong sản xuất gang và thép. Các trạng thái
oxi hóa của sắt là: 0, +2, +3.
1.4.1. Tính chất lí học
Sắt là kim loại có ánh kim, màu trắng xám, dẻo, dễ dát mỏng, có tính sắt từ.
Nhiệt độ nóng chảy: 1536
0
C.
Nhiệt độ sôi: 2880

0
C.
Tỷ khối d = 7,91 g/cm
3
.
Sắt có 4 dạng thù hình bền ở những khoảng nhiệt độ xác định:
FeFeFeFeFe
CCCC
 → → → →
0000
15361390911700
δγβα
lỏng
Dạng Fe
α
, Fe
β
có cấu trúc tinh thể kiểu lập phương tâm khối nhưng có kiến trúc
electron khác nhau nên Fe
α
có tính sắt từ và Fe
β
có tính thuận từ, Fe
α
khác với Fe
β
là
không hòa tan Carbon. Fe
γ
có kiến trúc tinh thể kiểu lập phương tâm diện và có tính thuận

từ. Fe
δ
có kiến trúc lập phương tâm khối như Fe
α
nhưng tồn tại đến nhiệt độ nóng chảy.
Sắt tạo nên rất nhiều hợp kim quan trọng đặc biệt là hợp kim Fe - C. Tùy thuộc
vào lượng carbon trong sắt mà người ta chia ra: sắt mềm (<0,2% C), thép (0,2% C -
1,7% C) và gang (1,7% C - 5,0% C).
1.4.2.Tính chất hóa học
- Sắt có tính khử trung bình, khi tác dụng với các chất oxi hóa thì sắt bị
oxi hóa thành Fe
2+
và Fe
3+
.
+ Tác dụng với phi kim:
Fe + S
→
0
t
FeS
3Fe + 2O
2

→
0
t
Fe
3
O

4

2Fe + 3Cl
2

→
0
t
2FeCl
3

+ Tác dụng với axit:
Axit loại 1: HCl, H
2
SO
4(l)

→
Fe
2+
+ H
2

Axit loại 2: H
2
SO
4(đ)
, HNO
3
→ Fe

3+

19

Fe + 4HNO
3(l)

→
Fe(NO
3
)
3
+ NO + 2H
2
O
+ Tác dụng với muối
Fe khử được muối của những ion kim loại đứng sau nó trong dãy điện hóa.
Fe + CuSO
4

→
FeSO
4
+ Cu↓
Fe + Fe
2
(SO
4
)
3

→
3FeSO
4

+ Tác dụng với nước:
3Fe + 4H
2
O
 →
< C
0
570
Fe
3
O
4
+ 4H
2

Fe + H
2
O
 →
> C
0
570
FeO + H
2


1.4.3. Trạng thái tự nhiên
Trong tự nhiên sắt tồn tại chủ yếu ở dạng hợp chất trong các quặng: quặng
hemantit đỏ (Fe
2
O
3
), quặng hemantit nâu (Fe
2
O
3
.H
2
O), quặng manhetit (Fe
3
O
4
), quặng
xiđerit (FeCO
3
), quặng pirit sắt (FeS
2
). Có rất nhiều mỏ quặng sắt và sắt nằm dưới
dạng khoáng chất với nhôm, titan, mangan, ; sắt còn có trong nước thiên nhiên.
1.5. KHÁI QUÁT VỀ MANGAN [15, 32]
Trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học, mangan có ký hiệu hóa học là Mn,
vị trí ở ô số 25, thuộc nhóm VII B, chu kỳ 4. Mangan có khối lượng nguyên tử là 55.
Cấu hình electron: 1s
2
2s
2

2p
6
3s
2
3p
6
3d
5
4s
2
Mức oxi hóa đặc trưng của mangan là +2, +4, +7. Ngoài ra, còn có những
hợp chất mangan có số oxi hóa +3 và +6.
Mangan là nguyên tố tương đối phổ biến trong thiên nhiên. Trữ lượng của
mangan trong vỏ quả đất vượt tất cả các kim loại nặng khác chỉ thua kém sắt. Khoáng
sản chủ yếu của mangan là piroluzit (MnO
2
) tập trung thành mỏ lớn. Ngoài ra còn có
các khoáng sản khác là bronit (Mn
2
O
3
), hotmanit (Mn
3
O
4
).
Một lượng lớn mangan được dùng ở dạng hợp kim sắt - mangan (60-90% Mn và 40-
10% Fe). Mangan làm cho hợp kim của sắt ít bị gỉ và cứng. Ở dạng nguyên tố tự do,
mangan là kim loại quan trọng trong các hợp kim công nghiệp đặc biệt là thép không gỉ.
1.5.1. Tính chất vật lí

Mangan là chất rắn màu trắng xám. Nó là kim loại cứng và rất giòn, khó nóng
chảy nhưng lại bị oxi hóa dễ dàng, nhiệt độ nóng chảy là 1246
0
C, nhiệt độ sôi là
2061
0
C. Mangan có cấu trúc tinh thể dạng lập phương tâm khối. Kim loại mangan và
các ion phổ biến của nó có tính thuận từ.
20

1.5.2. Tính chất hóa học
- Mangan có tính khử mạnh khi tác dụng với phi kim (O
2
, Cl
2
, S,…) và các
hợp chất có tính oxi hóa:
3Mn + 2O
2

→
0
t
Mn
3
O
4

Mn + Cl
2

→
0
t
MnCl
2
Mn + 4HNO
3
→
0
t
Mn(NO
3
)
2
+2NO
2
 + 2H
2
O
- Mangan bền với nước, tan chậm khi ở dạng bột mịn.
Mn +2H
2
O
→
Mn(OH)
2
+ H
2


- Mangan dễ tan trong axit tạo muối Mn (II).
Mn + 2HCl
→
MnCl
2
+H
2

1.6. PHƯƠNG PHÁP PHỔ HẤP THỤ NGUYÊN TỬ [9, 13]
Trong khoảng 10 năm trở lại đây phương pháp này đã được sử dụng để xác định
các kim loại trong các mẫu quặng, đất, đá, nước khoáng, y học, sinh học, các sản phẩm
nông nghiệp, rau quả, thực phẩm…có thể nói phương pháp phổ hấp thụ nguyên tử đã
trở thành một phương pháp tiêu chuẩn để định lượng nhiều kim loại.
1.6.1. Cơ sở lí thuyết
Phép đo phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) dựa trên cơ sở lí thuyết là sự hấp thụ năng
lượng (bức xạ đơn sắc) của các nguyên tử tự do ở trạng thái hơi khi chiếu chùm tia bức
xạ đơn sắc qua đám hơi của nguyên tố ấy trong môi trường hấp thụ.
1.6.2. Đối tượng chính và phạm vi áp dụng
Đối tượng chính của phương pháp phân tích theo phổ hấp thụ nguyên tử là phân
tích lượng nhỏ (lượng vết) các kim loại trong các loại mẫu khác nhau của chất hữu cơ
và vô cơ. Với các trang bị và kĩ thuật hiện nay bằng phương pháp này người ta có thể
định lượng được hầu hết các kim loại (khoảng 70 nguyên tố) và một số phi kim đến
giới hạn nồng độ cỡ ppm (microgram, 10
-6
g) bằng kĩ thuật F-AAS, đến nồng độ ppb
(nanogam, 10
-9
g) bằng kĩ thuật ETA-AAS với sai số
≤
15% .Với đối tượng đó,

phương pháp phân tích này được sử dụng để xác định các kim loại trong các mẫu
quặng, đất, đá, nước, khoáng, các mẫu của y học, sinh học, các sản phẩm nông nghiệp,
rau quả, thực phẩm, các nguyên tố vi lượng trong phân bón, trong thức ăn gia súc,…
- Đây là phương pháp tiêu chuẩn để định lượng nhiều nguyên tố.
- Xác định một số phi kim như: Si, P, S, Se, Te. Các phi kim như C, Cl, O, N
không xác định được bằng AAS vì các vạch phân tích của các nguyên tố này nằm
ngoài vùng phổ của máy AAS (190-900nm).
21

- Một số chất được xác định bằng phương pháp gián tiếp do các chất này không
có phổ hấp thụ nguyên tử (nhờ phản ứng hóa học trung gian có tính chất định lượng
như phản ứng kết tủa, tạo phức,…).
1.6.3. Sự xuất hiện phổ hấp thụ nguyên tử
Như chúng ta đã biết, vật chất được cấu tạo bởi các nguyên tử và nguyên tử là phần
tử cơ bản nhỏ nhất còn giữ được tính chất của nguyên tố hoá học. Trong điều kiện bình
thường nguyên tử không thu và cũng không phát ra năng lượng dưới dạng các bức xạ. Lúc
này nguyên tử tồn tại ở trạng thái cơ bản. Đó là trạng thái bền vững và nghèo năng lượng
nhất. Nhưng khi nguyên tử ở trạng thái hơi tự do, nếu chúng ta chiếu một chùm tia sáng
có những bước sóng (hay tần số) xác định vào đám hơi nguyên tử đó, thì các nguyên tử tự
do đó sẽ hấp thụ các bức xạ có bước sóng nhất định ứng đúng với những tia bức xạ mà nó
có thể phát ra được trong quá trình phát xạ của nó. Lúc này nguyên tử đã nhận năng lượng
của các tia bức xạ chiếu vào nó và nó chuyển lên trạng thái kích thích có năng lượng cao
hơn trạng thái cơ bản. Đó là tính chất đặc trưng của nguyên tử ở trạng thái hơi. Quá trình
đó được gọi là quá trình hấp thụ năng lượng của nguyên tử tự do ở trạng thái hơi và tạo ra
phổ hấp thụ nguyên tử. Phổ sinh ra trong quá trình này được gọi là phổ hấp thụ nguyên tử.
Nếu gọi năng lượng của nguồn bức xạ điện tử đã bị nguyên tử hấp thụ là
E
∆
thì ta có:
E

∆
= E
m
- E
0
= hv hay
λ
c
hE =∆

Trong đó: E
0
và E
m
là năng lượng của nguyên tử ở trạng thái cơ bản và trạng
thái kích thích m; h là hằng số Planck; c là tốc độ ánh sáng trong chân không;
λ

là độ dài sóng của bức xạ hấp thụ.
Như vậy, ứng với mỗi giá trị năng lượng
i
E
∆
mà nguyên tử đã hấp thụ ta sẽ
có một vạch phổ hấp thụ với độ dài sóng
λ
đặc trưng cho quá trình đó, nghĩa là
phổ hấp thụ nguyên tử là phổ vạch.
Qúa trình hấp thụ chỉ xảy ra đối với các vạch phổ nhạy, các vạch phổ đặc trưng
và các vạch phổ cuối cùng của các nguyên tố.

Nếu kích thích nguyên tử bằng năng lượng E
m
ta có phổ phát xạ nguyên tử, bằng
chùm tia đơn sắc ta có phổ hấp thụ nguyên tử.
Trong phép đo phổ hấp thụ nguyên tử, đám hơi nguyên tử của mẫu trong ngọn lửa
hay trong cuvet graphit là môi trường hấp thụ bức xạ (hấp thụ năng lượng của tia bức
xạ). Phân tử hấp thụ năng lượng của tia bức xạ hv và các nguyên tử tự do trong đám hơi
nguyên tử đó. Do đó muốn có phổ hấp thụ nguyên tử, trước hết phải tạo ra được đám hơi
nguyên tử tự do, sau đó chiếu vào nó một chùm tia sáng có những bước sóng nhất định