Tài liệu Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước pdf

1
June 9, 2006
1

ThS. Trần Minh Hải
CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ
CHẤT LƯNG NƯỚC
June 9, 2006
2

CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯNG NƯỚC
(water quality parameters)
 Độ màu, độ đục
 pH độ axit, độ kiềm
 Độ cứng
 DO, BOD, COD
 Chất rắn
 Fe, Mn,
 Clorin, clorua
 Chất dinh dưỡng N, P,
2
June 9, 2006
3

CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯNG NƯỚC
 Chất lượng nước- con
người
Chỉ tiêu
chất lượng nước
Khái niệm, phân loại
NGUỒN GỐC

Con người
Môi trường
TÁC ĐỘNG
XỬ LÝ
PHÂN TÍCH, ĐO DẠC
June 9, 2006
4

CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯNG NƯỚC
 Chỉ tiêu đánh giá
Chỉ tiêu hoá học
pH
Độ axit,
Độ kiềm,
Oxy hoà tan,
Nhu cầu oxy hoá học,
Nitơ
Photpho,
Clorua
Sulphat
Kim loai nặng
Nguyên tố vi lượng
Chỉ tiêu vật lý
Nhiệt độ
Độ màu,
Độ đục ,
Chất rắn
Chỉ tiêu sinh học & sinh hoá
Nhu cầu oxy sinh học
Coliform

3
June 9, 2006
5

Độ màu, độ đục
Yangtze River in China.
Phân loại
¾ Độ màu biểu
kiến: (có SS)
¾ Độ màu thực:
June 9, 2006
6

Xử lý khử màu
¾ Lưu trong hồ: sánh sáng, cân bằng, vi sinh
¾ Keo tụ hóa học
¾ Lọc cát
¾ Oxy hóa: clo, KMnO
4
, ClO
2
, O
3
.
¾ Hấp phụ bằng than họa tính
¾ Nhựa hấpphụ lỗ xốp lớn
4
June 9, 2006
7

Độ đục
Bản chất: khoáng, hữu cơ,
khí
¾Chất lơ lửng
¾Chất keo
¾Chất hòa tan
¾Sinh vật

June 9, 2006
8

Độ đục
Độ đục của nước là mức độ ngăn
cản ánh sáng xuyên qua nước
vùng núi
Vùng nông nghiệp: sx, lũ
Vùng đô thò: sinh hoạt,
công nghiệp, công cộng
Chất hữu cơ
vi sinh; vi khuẩn, tảo
5
June 9, 2006
9

Ứng dụng của độ đục
Đánh giá quá trình xử lý
Đánh giá quá trình keo tụ
Đánh giá mức độ SS của mẫu
June 9, 2006
10

pH, độ axit, độ kiềm
6
June 9, 2006
11

pH
 The pH of water determines the
solubility (amount that can be
dissolved in the water) and
biological availability (amount
that can be utilized
by aquatic life)
of chemical
constituents such as
nutrients
(phosphorus, nitrogen,
and carbon) and heavy
metals
(lead, copper,
cadmium, etc.).
1
2
3
4
5
6
7
8
9

10
11
12
13
14
– pure rain
– sea water
– distilled water
bleach –
– most fish species die
ammonia
–
lemon juice –
beer –
vinegar –
June 9, 2006
12

pH = - lg{H
+
} *
 Ảnh hưởng, tác động
¾ Sinh học ăn mòn, hòa tan.
 Ứng dụng:
¾ Đệm: aB hay Ab
¾ Keo tụ, làm mềm nước, khử trùng, khử Fe, KL, Xử lý
sinh học.
¾ Kiểm soát ăn mòn
 Phương pháp phân tích
¾ Chỉ thò pH

¾ Điện hoá: Chuẩn máy bằng dd chuẩn pH 4, pH 7, pH 9.
7
June 9, 2006
13

Kiểm soát pH
 Trung hoà
June 9, 2006
14

Độ axit
 Thành phần
¾ axit yếu: H
2
CO
3
, H
2
S, CH
3
COOH;
¾ axit mạnh baz yếu: NH
4
+
, Fe
3+
, Al
3+
+ axit mạnh.
¾ axit mạnh (HCl, H

2
SO
4
, HNO
3
)
 Nguồn gốc
¾ CO
2
z CO
2
+ H
2
O Ỉ H
2
CO
3
Ỉ H
+
+ HCO
3
-
H
+
+ CO
3
2-
.
¾ Khoáng
z 2S + 3O

2
+ 2H
2
O Ỉ 2H
2
SO
4
.
z FeS
2
+ 7/2 O
2
+ H
2
O Ỉ FeSO
4
+ H
2
SO
4
.
z CO
2
+ CaCO
3
+ H
2
O Ỉ Ca(HCO
3
)

2
.
z FeCl
3
+ 3H
2
O → Fe(OH)
3
+ 3H
+
+ 3Cl
-
.
¾ Khí: SO
2
, NO
2
… + H
2
O→
 Độ axit là khả năng nhường proton
8
June 9, 2006
15

Độ kiềm
 Thành phần:
¾ (1) hydroxit (OH-),
¾ (2) cacbonat (CO
3

2-
),
¾ (3) bicacbonat (HCO
3
-
).
¾ (4) muối axit yếu (SiO
3
2-
, PO
4
3-
);
¾ (5) baz yếu NH
3
¾ (5) baz mạnh.
 Độ kiềm là khả năng tiếp nhận proton
 Nguyên nhân
¾ Tự nhiên
z CO
2
+ CaCO
3
+ H
2
O →
Ca(HCO
3
)
2

z Chất hữu cơ + CO
2
(tảo)
→ O
2
.
z Khử CO
2
= thông khí
¾ Nhân tạo :
z Làm mềm: vôi, soda…
z Keo tu
June 9, 2006
16

Độ kiềm
0
2
4
6
8
10
12
14
02468101214
Thể tích dung dòch axit, ml
pH
Điểm uốn
Pp phân tích: chuẩn độ
OH

-
+ H
+
= H
2
O
CO
3
2-
+ H
+
= HCO
3
-
HCO
3
-
+ H
+
= H
2
CO
3
9
June 9, 2006
17

Độ kiềm
 Tính toán các loại độ kiềm
¾ Độ kiềm phenol

¾ Độ kiềm tổng cộng
¾ Độ kiềm hydroxit (OH
-
)
¾ Độ kiềm cacbonat (CO
3
2-
)
¾ Độ kiềm bicacbonat (HCO
3
-
)
June 9, 2006
18

Độ cứng
10
June 9, 2006
19

Độ cứng *
 Phân loại theo ion kim loại tạo nên độ cứng
¾ Độ cứng canxi
¾ Độ cứng magiê
 Phân loại theo anion tạo nên độ cứng
¾ Độ cứng cacbonat (độ cứng tạm thời)
¾ Độ cứng phicacbonat (vónh cửu).
¾ Độ cứng tổng cộng
June 9, 2006
20

Độ cứng
mg/lit
CaCO
3
75 150 300
o
H 4,2 8,4 16,8 28
Mềm
Cứng
trung bình
Cứng Rất cứng
Rất
mềm
Mềm Cứng trung bình Cứng Rất cứng
11
June 9, 2006
21

Nguyên nhân
 Nguyên nhân
June 9, 2006
22

Nguyên nhân gây ra độ cứng
 Cation:
¾ Kim loại hoá trò 2 (Me
2+
): Ca
2+

, Mg
2+
, Mn
2+
,
 Anion:
¾ CO
2
, Cl
-
, SO
4
2-
,
 Quá trình hoà tan
12
June 9, 2006
23

Nước ngầm
 Chu trình nước ngầm
June 9, 2006
24

Độ cứng
 Nguồn gốc
Vi khuẩn hoạt động mạnh → tạo CO
2
.
CaCO

3
+ H
2
CO
3
→ Ca(HCO
3
)
2
. …
TẦNG ĐẤT MẶT
Vi khuẩn → tạo CO
2
.
CaCO
3
+ H
2
CO
3
→ Ca(HCO
3
)
2
. …
TẦNG ĐẤT CÁT
Hang
động
Khe nứt
ĐÁ VÔI

CaCO
3
+ H
2
CO
3
→ Ca(HCO
3
)
2
.
MgCO
3
+ H
2
CO
3
→Mg(HCO
3
)
2
.
Mưa
13
June 9, 2006
25

Need for Soil Improvement
Sinkholes
Dissolution of

carbonate bedrock
June 9, 2006
26

AÛnh höôûng
14
June 9, 2006
27

Ảnh hưởng
June 9, 2006
28

Tính toán độ cứng
 Độ cứng (mg CaCO
3
/L) =
Me
3
D
D
]Me[
CaCO
2+
Đương lượng gam của
kim loại hoá trò 2
Đương lượng gam của
Cabonat canxi
Nồng độ đương
lượng của kim loại

hoá trò 2
15
June 9, 2006
29

DO, BOD, COD
June 9, 2006
30

DO
 Khái niệm:
¾ Oxi phân tử trong nước
 Giới hạn:
¾ Oxi bão hoà
16
June 9, 2006
31

Oxi hoà tan – DO *
 Nguyên nhân
¾ Khuếch tán từ không khí (nước mặt)
¾ Quang hợp cuả thực vật trong nước.
¾ Mất do phân huỷ sinh học
¾ Tiêu hao do hô hấp của động vật.
¾ Giảm oxi do phản ứng hoá học.
June 9, 2006
32

Chu trình oxy
17

June 9, 2006
33

Chu trình oxy
June 9, 2006
34

Oxi hoà tan – DO
 Ảnh hưởng, tác động
¾ Duy trì hiếu khí → cân bằng sinh thái, tự làm sạch
¾ Kiểm sóat xử lý sinh học hiếu khí
¾ Ăn mòn
 Ứng dụng:
¾ Đánh giá chất lượng nước → kiểm soát ô nhiễm và kiểm
tra hiệu quả xử lý
¾ Cơ sởđể xác đònh BOD, xác đònh tốc độ oxi hóa sinh
học.
¾ Điều khiển đk hiếu khí → phân hủy sinh học
å
18
June 9, 2006
35

Biến thiên DO theo dòng chảy *
June 9, 2006
36

Biến thiên DO theo dòng chảy *
Vùng sạch
(cá hồi, cá rôm cá

vược, động vật
phù du, giáp xác,
ầu trùng chuồn
chuồn)
Vùng phục hồi (cá
kém chất lượng,
cá trê và ấu trùng
ruồi)
Vùng thối rữa
(không có cá, giun
đất, ấu trùng ruồi
và muỗi)
Vùng phân hủy
(cá kém chất
lượng, cá trê và
ấu trùng ruồi)
Vùng sạch
(cá hồi, cá rôm cá
vược, động vật
phù du, giáp xác,
ầu trùng chuồn
chuồn)
DO
BOD
19
June 9, 2006
37

Biến thiên DO – BOD dọc theo dòng sông
June 9, 2006

38

 lượng oxi cần cho vi khuẩn để phân
hủy chất hữu cơ có khả năng oxi hóa
sinh hóa hiếu khí.
¾ Chất hữu cơ + O
2
→ CO
2
+ H
2
O.
0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
Thời gian, ngày
Chất hữu cơ bò oxy hoá
Nhu cầu oxi sinh
hoá – BOD
Phân hủy hợp chất HC
C
n
H
m
+ (n+m/4) O
2

→ nCO
2
+ m/2 H
2
O
Phân hủy hợp chất N
2NH
4
+ 3O
2
→ 2NO
2
-
+ 2H
+
+ 2H
2
O
2NO
2
-
+ O
2
→ 2NO
3
-
.
20
June 9, 2006
39

0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
Thời gian, ngày
Chất hữu cơ bò oxy hoá
Tốc độ phân hủy chất hữu cơ
Lượng chất hữu cơ bò phân hủy
C = C
tổng
(1 – e
-k’1.t
)
k’: hằng số tốc độ phân huỷ, T
–1
June 9, 2006
40

0
20
40
60
80
100
0 5 10 15 20
Thời gian, ngày

Chất hữu cơ bò oxy hoá
Tốc độ phân hủy chất hữu cơ = BOD
BOD
t
= BOD
toàn phần
(1 – e
-k’1.t
)
k’ = 0,05-0,3 ngày
–1
BOD
5
BOD toàn phần
21
June 9, 2006
41

BOD – thời gian
June 9, 2006
42

Nhu cầu oxi sinh hoá – BOD
 Ảnh hưởng, tác động
¾ Mức độ ô nhiễm chất hữu cơ trong nước.
 Ứng dụng: sử dụng số liệu phân tích
¾ Kiểm soát quá trình ô nhiễm, khả năng tự làm
sạch của nguồn nước.
¾ Lựa chọn pp xử lý nước, thiết kế công trình TB
lọc và bể xử lý hiếu khí.

22
June 9, 2006
43

Điều kiện để quá trình phân hủy sinh
học
 Tác nhân
¾ Cơ chất: chất hữu cơ
¾ Vi sinh vật
¾ Oxy: quá trình hiếu
khí
¾ Dinh dưỡng
 Điều kiện môi trường
¾ Nhiệt độ: T
¾ Thời gian: t
¾ pH
¾ Chất độc
June 9, 2006
44

Điều kiện để quá trình phân hủy sinh
học
 BOD > 7mg/L, pha loãng:
¾ (1) không có chất độc hại
¾ (2) pH thích hợp
¾ (3) dinh dưỡng đầy đủ
¾ (4) 20
o
C
¾ (5) vi sinh vật.

23
June 9, 2006
45

Dung dòch pha loãn mẫu phân tích BOD
 Nước cất hay đã khử khoáng, clorin hay cloramin và Cu.
 pH = 6,5 đến 8,5.
 Muối kali, natri, canxi va magie → đệm, thấm lọc, VSV.
 FeCl
3
, MgSO
4
, NH
4
Cl.
 Photphat → đệm, photpho.
 Sục khí để bão hoà oxy.
June 9, 2006
46

Nhu cầu oxy
hoá học – COD
 Ứng dụng
¾ Đánh giá ô nhiễm hữu cơ.
¾ Giám sát chất lượng nước và kiểm soát xử lý.
¾ COD → BOD
¾ BOD / COD.
 Khái niệm
¾ COD là lượng oxi cần thiết để
oxi hóa hết các hợp chất hữu

cơ có trong nước bằng chất oxy
hoá mạnh.
24
June 9, 2006
47

Nhu cầu oxy hoá học – COD
 Phản ứng oxi hoá: Thiosulfat
¾ C
n
H
a
O
b
+ cCr
2
O
7
2-
+ 8cH
+
→ nCO
2
+ (a/2 + 4 c) H
2
O +
2cCr
3+
, Với: c = 2/3 n + a/6 – b/3
June 9, 2006

48

Nhu cầu oxy hoá học – COD
 Cản trở
¾ 6Cl
-
+ Cr
2
O
7
2-
+ 14H+
→ 3 Cl
2
+ 2 Cr
3+
+ 2H
2
O.
 Che
¾ 2Cl
-
+ Hg
2+
→ HgCl
2
.
¾ β = 1,7×10
13
.

 Tính toán
25
June 9, 2006
49

June 9, 2006
50

Chaát raén
/>