1
2
MỤC LỤC
MỤC LỤC i
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU v
DANH MỤC HÌNH vi
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ NƯỚC VÀ NƯỚC THẢI 1
1.1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC 1
1.1.1. Giới thiệu chung về nước 1
1.1.2. Đặc điểm chung về tài nguyên nước của Việt Nam 4
1.2. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI 5
1.2.1. Sự ô nhiễm nước 5
1.2.2. Phân loại và các đặc tính của nước thải 6
1.2.3 Một số các thông số hóa học quan trọng của nước thải 7
1.2.4 Các đặc tính hóa học của nước thải 9
Chương 2
TỔNG QUAN VỀ NITRITE 12
2.1. SỰ TỒN TẠI CỦA NITRITE 12
2.1.1. Nitrite trong môi trường nước 12
2.1.2. Nitrite trong rau củ quả 13
2.1.3. Nitrite trong thực phẩm chế biến 14
2.2. ĐỘC TÍNH CỦA NITRITE 14
2.3. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH NITRITE 15
2.3.1. Phương pháp sắc kí 15
2.3.2. Phương pháp cực phổ 16
2.3.3. Phương pháp trắc quang 16
Chương 3
3
THỰC NGHIỆM 21
5.2. SO SÁNH HÀM LƯỢNG NITRITE TRONG MẪU SỬ DỤNG THUỐC
THỬ SULFANILAMIDE VÀ N - (1 – NAPHTHYL) – 1,2 – DIAMONI
ETANDIHIDROCLORUA 46
5.2.1. Xác định nitrite trong mẫu 46
5.2.2. Kết quả xác định nitrite trong mẫu 47
5.2.3. So sánh và nhận xét 2 phương pháp xác định 48
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO 51
PHỤ LỤC 54
5
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Dapsone: (4-[(4-Aminobenzene) sulfonyl] aniline), gọi tắt là DAP
LOD: Limit Of Detection (giới hạn phát hiện)
LOQ: Limit Of Quantitation (giới hạn định lượng)
TCVN: Tiêu Chuẩn Việt Nam
6
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Lượng nước trên trái đất 2
Bảng 1.2: Thành phần hóa học đặc trưng của nước thải và nguồn phát sinh 7
Bảng 1.3: Các thành phần quan trọng trong nước thải 8
Bảng 3.1: Điều kiện khảo sát bước sóng λ tối ưu 22
Bảng 3.2: Điều kiện tối ưu từ thực nghiệm 33
Bảng 3.3: Hoạch định hóa ảnh hưởng của các chất cản nhiễu 33
Bảng 3.4: Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các chất cản nhiễu 34
Bảng 3.5: Bảng tối ưu điều kiện thực nghiệm 35
Bảng 4.1: Giá trị quy hoạch thực nghiệm 5 yếu tố 38
Bảng 4.2: Giá trị tối ưu các yếu tố khi A = 0,660 40
Bảng 4.3: Giá trị tối ưu các yếu tố khi A = 0,330 40
Bảng 4.4: Giá trị tối ưu các yếu tố khi A = 0,083 41
Bảng 5.1: Khoảng hàm lượng thích hợp của các chất vô cơ hòa tan trong
1.1.1. Giới thiệu chung về nước
Nước là yếu tố quyết định đến sự tồn tại và phát triển của môi trường sống.
Nước là một loại tài nguyên thiên nhiên quý giá và có hạn, là động lực chủ yếu chi
phối mọi hoạt động dân sinh kinh tế của con người. Nước được sử dụng rộng rãi
trong sản xuất nông nghiệp, thủy điện, giao thông vận tải, chăn nuôi, thuỷ sản v.v.
Nước là loại tài nguyên có thể tái tạo được và cần phải sử dụng một cách hợp
lý để duy trì khả năng tái tạo của nó.
Trên hành tinh chúng ta nước tồn tại dưới những dạng khác nhau: Nước trên
trái đất, ngoài đại dương, ở các sông suối, hồ ao, các hồ chứa nhân tạo, nước ngầm,
trong không khí, băng tuyết và các dạng liên kết khác.
Tổng lượng nước trên trái đất vào khoảng 1.386 triệu km
3
trong đó nước
trong đại dương (nước mặn) vào khoảng 1.338 triệu km
3
chiếm 96,5%. Nước ngọt
trên trái đất chiếm tỷ lệ rất nhỏ, chỉ vào khoảng 2,5%. Và trong tổng lượng nước
ngọt trên trái đất thì 68% là băng và sông băng; 30% là nước ngầm; nguồn nước mặt
như nước trong các sông hồ, chỉ chiếm khoảng 93.100 km
3
, bằng 1/150 của 1% của
tổng lượng nước trên trái đất (Bảng 1.1).
Nước trên trái đất tồn tại trong một khoảng không gian gọi là thuỷ quyển.
Nước vận động trong thuỷ quyển qua những con đường vô cùng phức tạp cấu tạo
thành vòng tuần hoàn nước còn gọi là chu trình thuỷ văn. Vòng tuần hoàn nước
không có điểm bắt đầu nhưng chúng ta có thể bắt đầu từ các đại dương. Nước bốc
hơi từ các đại dương và lục địa trở thành một bộ phận của khí quyển. Hơi nước
được vận chuyển vào bầu không khí, bốc lên cao cho đến khi chúng ngưng tụ và rơi
trở lại mặt đất hoặc mặt biển.
Bảng 1.1 Lượng nước trên trái đất
-Đầm lầy 2,7 11.470 0,0008 0 , 03
5.Sông ngòi 148,8 2.120 0,0002 0,006
6.Nước sinh học 510,0 1.120 0,0001 0,003
7.Nước trong khí quyển 510,0 12.900 0,001 0 , 04
Tổng cộng 510,0 1.385.984.610 100
Nước ngọt 148,8 35.029.210 2,5 100
Nguồn: Giáo trình qui hoạch và quản lí nguồn nước
[6]
Lượng nước rơi xuống mặt đất một phần bị giữ lại bởi cây cối, chảy tràn trên
mặt đất, thấm xuống đất, chảy trong đất và chảy vào các dòng sông. Phần lớn lượng
nước bị giữ lại bởi thảm phủ thực vật và dòng chảy mặt sẽ quay trở lại bầu khí
quyển qua con đường bốc hơi. Lượng nước ngấm trong đất có thể thấm sâu hơn
xuống những lớp đất bên dưới để cấp nước cho các tầng nước ngầm và sau đó thành
các dòng suối hoặc chảy dần vào sông ngòi thành dòng chảy mặt và cuối cùng đổ ra
biển hoặc bốc hơi vào khí quyển.
10
Hình 1.1 Vòng tuần hoàn của nước trong tự nhiên
Sự phân bố lượng nước theo không gian và thời gian không đồng đều. Trên trái
đất có vùng lượng mưa khá phong phú, nhưng lại có những vùng rất khô hạn.
Có những mùa rất nóng và có những mùa rất lạnh. Trữ lượng nước hàng năm không
phải là vô tận, sự biến đổi của nó nằm trong giới hạn nào đó và không phụ thuộc
vào mong muốn của con người.
Như vậy, tuy nguồn nước trên thế giới là rất lớn, nhưng nước ngọt – nước
cần cho hoạt động dân sinh kinh tế của con người lại có trữ lượng nhỏ. Khi sự phát
triển dân sinh kinh tế còn ở mức thấp, nước chỉ mới được coi là môi trường cần thiết
cho sự sống của con người. Trong quá trình phát triển, càng ngày càng có sự mất
cân đối giữa nhu cầu dùng nước và nguồn nước. Dưới tác động của các hoạt động
kinh tế xã hội, nguồn nước ngày càng có nguy cơ bị suy thoái và cạn kiệt trong khi
đó nước là một loại tài nguyên quý cần được bảo vệ và quản lý. Các luật nước ra
đời và cùng với nó ở mỗi quốc gia đều có một tổ chức để quản lý nghiêm ngặt loại
Trữ lượng nước ngầm ở Việt Nam khá phong phú. Tuy nhiên, do có lượng
nước mặt lớn nên nước ngầm chưa được khai thác nhiều. Lượng nước ngầm được
khai thác chiếm tỷ lệ vào khoảng 2% trữ lượng nước ngầm và chiếm khoảng 14%
tổng lượng nước ngầm có thể khai thác được. Việc khai thác nước ngầm chủ yếu tại
các thành phố lớn như Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh. Tại đây, nước ngầm được
khai thác cung cấp 30% nhu cầu nước của thành phố. Nói chung, chất lượng nước
12
ngầm rất tốt. Tuy nhiên, do ô nhiễm nguồn nước mặt và tình trạng khai thác không
hợp lý có thể làm xấu đi chất lượng nguồn nước ngầm trong tương lai.
1.2
. T
ỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI
[1], [9]
1.2.1. Sự ô nhiễm nước
Nước tự nhiên là nước được hình thành cả số lượng và chất lượng dưới sự
ảnh hưởng của quá trình tự nhiên, không có tác động của nhân sinh. Do tác động
của nhân sinh, nước tự nhiên bị nhiễm bẩn bởi các chất khác nhau dẫn đến kết quả
là làm ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước.
Các khuynh hướng thay đổi chất lượng nước dưới ảnh hưởng của hoạt động của
con người bao gồm:
- Giảm độ pH của nước ngọt do bị ô nhiễm H
2
SO
4
, HNO
3
từ khí quyển,
nước thải công nghiệp, tăng hàm lượng SO
3
2-
-
- Tăng hàm lượng các muối trong nước bề mặt và nước ngầm do chúng đi
vào môi trường nước từ nước thải, khí quyển và chất thải rắn
- Tăng hàm lượng chất hữu cơ trước hết là các chất khó bị phân hủy sinh
học
(các chất hoạt động bề mặt, thuốc trừ sâu ).
- Giảm nồng độ oxi hòa tan trong nước.
- Tăng khả năng nguy hiểm của ô nhiễm nước tự nhiên do các nguyên tố
phóng xạ.
Các chỉ tiêu quan trọng cần được xem xét trong cấp nước là pH, độ đục, độ cứng,
hàm lượng sắt, mangan và chỉ số Ecoli.
13
Các tính chất đặc trưng của nước thải công nghiệp bao gồm pH, màu, mùi,
hàm lượng chất rắn, nhu cầu oxi sinh hóa BOD, nhu cầu oxi hóa học COD, các
dạng nitơ, photpho, dầu mỡ, các kim loại nặng
Việc thải nước thải chỉ qua xử lý bằng phương pháp thông thường đã đẩy
nhanh quá trình phú dưỡng do sự phát triển bùng nổ của tảo và các thực vật khác,
làm giảm chất lượng nước, cản trở việc sử dụng lại nguồn nước và các hoạt động
nghỉ ngơi giải trí của con người.
1.2.2. Phân loại và các đặc tính của nước thải
Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn phát sinh. Đây cũng là
cơ sở cho việc lựa chọn phương pháp và công nghệ xử lý. Nước thải được phân làm
các dạng dưới đây:
Nước thải sinh hoạt: nước thải từ các khu dân cư, khu hoạt động thương mại,
công sở, trường học và các cơ sở tương tự khác.
Nước thải công nghiệp (nước thải sản xuất): là nước thải từ các nhà máy
đang hoạt động, có cả nước thải sinh hoạt nhưng trong đó nước thải công nghiệp là
chủ yếu.
Nước thấm qua: đây là nước mưa thấm vào hệ thống cống bằng nhiều hình
1.2.3 Một số các thông số hóa học quan trọng của nước thải
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 chất
hữu cơ và vô cơ (Bảng 1.2). Nếu không được xử lý trước khi thải vào các nguồn
nước công cộng, chúng sẽ làm ô nhiễm môi trường.
Bảng 1.2: Thành phần hóa học đặc trưng của nước thải và nguồn phát sinh
Thành phần hóa học Nguồn phát sinh
H ữu cơ
15
-Cacbohydrat -Các chất thải sinh ho ạt, thương mại và sản xuất
-Mỡ, dầu, dầu nhờn -Các chất thải sinh ho ạt, thương mại và sản xuất
-Thuốc trừ sâu -Chất thải nông nghiệp
-Phenol -Chất thải nông nghiệp
-Protein -Các chất thải sinh hoạt và thương mại
-Các chất hoạt động bề mặt -Các chất thải sinh hoạt và sản xuất
-Các chất khác -Phân rã tự nhiên của các chất h ữu cơ
Vô cơ
-Độ kiềm -Nước thải sinh ho ạt, nước cấp sinh hoạt, quá trình
thấm của nước ngầm
-Clorua -Nước thải sinh hoạt, nước cấp sinh hoạt, quá trình
thấm của nước ngầm,các chất làm mềm nước
-Các kim loại nặng -Chất thải công nghiệp
Nitơ -Nước thải sinh hoạt và công nghiệp
-pH -Nước thải công nghiệp
-Photpho -Nước thải sinh hoạt và công nghiệp
-Lưu huỳnh -Nước thải sinh hoạt, nước cấp sinh hoạt và công
nghiệp
-Các chất độc -Các chất thải công nghiệp
-Các khí: H
2
trọng cho sự phát triển của sinh vật. Khi thải chúng
vào môi trường nước, các chất dinh dưỡng này có
thể dẫn đến sự phát triển của các sinh vật ngoài ý
muốn (phú dưỡng hóa) và làm ô nhiễm nước ngầm.
-Các chất hữu cơ trơ -Không bị phân hủy bởi các phương pháp xử lý
thông thường. Ví dụ điển hình là các chất hoạt động
bề mặt, phenol và một số hóa chất trong nông
nghiệp.
-Kim loại nặng -Nhiễm vào nước do hoạt động công nghiệp, cần
được khử ra khỏi nước thải.
-Các chất vô cơ hòa tan -Các thành phần vô cơ như canxi, natri, sulfate có
mặt trong nước thải sinh hoạt. Nếu nước thải muốn
sử dụng lại thì phải khử bỏ chúng.
Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991
17
Mỗi loại chất trên đều có thể được phân loại tiếp trên cơ sở tính bay hơi của
chúng ở nhiệt độ 55
0
C. Phần hữu cơ sẽ bị oxi hóa thành khí, phần vô cơ còn lại là
phần tro.
1.2.4 Các đặc tính hóa học của nước thải
* Các chất hữu cơ có thể bị phân hủy sinh học
Trong nước thải có mức ô nhiễm trung bình, khoảng 70% chất rắn lơ lửng và
40% chất rắn qua lọc là chất hữu cơ. Trong các chất hữu cơ có trong nước thải,
protein chiếm 40 – 60%, cacbohydrat chiếm 25 – 50%, dầu mỡ chiếm 10%. Đôi khi
còn chứa các chất hữu cơ tổng hợp như các chất tạo bọt, chất hữu cơ bay hơi, các
loại thuốc trừ sâu Đa số các chất này phân hủy rất chậm bằng con đường sinh
học.
Mức độ ô nhiễm chất hữu cơ được biểu thị bằng các thông số nhu cầu oxi sinh
hóa, nhu cầu oxy hóa học, tổng cacbon hữu cơ.
vảy cứng đóng trên đậu Hà Lan trong quá trình chế biến và đóng hộp chúng.
Các loại muối chứa nitơ và phospho làm cho tảo phát triển nhanh gây hiện tượng
tảo nở hoa ảnh hưởng đến hệ thủy sinh vật và mất mỹ quan. Đặc biệt là với những hợp
chất nitơ độc như nitrite sẽ ảnh hưởng đến đời sống của sinh vật trong nước.
* Các kim loại độc và các chất hữu cơ độc
Nước chảy tràn qua khu vực sản xuất nông nghiệp có chứa dư lượng thuốc
trừ sâu và thuốc diệt cỏ. Nhiều ngành công nghiệp thải ra các kim loại và các chất
hữu cơ độc khác như: chì từ khói xe ôtô, kẽm từ việc bào mòn các lốp xe . Các chất
này có khả năng tích tụ và khuếch đại trong chuỗi thức ăn, do đó cần phải được
quản lý tốt. Hàm lượng clorua 4000 ppm gây độc cho cá nước ngọt, ở nồng độ
5ppm Cr
6+
gây độc cho cá. Đồng ở hàm lượng 0,1–0,5% đã gây độc cho vi khuẩn và
một số vi sinh vật khác. P
2
O
5
ở nồng độ 0,5 ppm gây trở ngại cho quá trình tạo bông
cặn và lắng trong các nhà máy nước cấp. Phenol ở nồng độ 1 ppb đã gây nên vấn đề
cho các nguồn nước.
19
Chương 2
TỔNG QUAN VỀ NITRITE
2.1. SỰ TỒN TẠI CỦA NITRITE
2.1.1. Nitrite trong môi trường nước
Trong môi trường nước, nitrite là sản phẩm trung gian trong phản ứng oxy
hóa từ amoniac đến nitrite và cuối cùng là nitrate. Thời gian tồn tại trong nước của
nitrite rất ngắn vì khi gặp oxy không khí sẽ chuyển thành nitrate.
Hình 2.1: Chu trình của nitơ trong tự nhiên
Dưới tác dụng của vi khuẩn, nitrite chuyển hóa theo sơ đồ sau:
2 HNO
2
+ O
23
Ngược lại khi gặp môi trường thích hợp lại thêm vi khuẩn khác, sẽ có sự
chuyển hóa: nitrate → nitrite → amoni. Quá trình chuyển hóa qua lại của nitơ trong
các dạng hữu cơ, amoni, nitrite, nitrate được thể hiện qua hình 2.2.
21
Hình 2.2: Sự chuyển hóa giữa các dạng nitơ
Nitơ trong nước tồn tại ở các dạng NH
3
, NO
3
-
, NO
2
-
. Khi nồng độ NO
3
-
trong
nước uống vượt giới hạn 45 mg/l sẽ gây độc với người vì khi vào cơ thể trong điều
kiện thích hợp, ở hệ tiêu hóa chúng sẽ chuyển hóa thành nitrite, nitrite kết hợp với
hồng cầu tạo thành chất không vận chuyển oxi. Mặt khác, trong quá trình khử trùng
nước, clo dư phản ứng với NH
3
tạo thành NH
2
Cl (cloramin) là hợp chất gây ung thư.
Quá trình chuyển hóa của ammoni thành nitrate và nitrite làm giảm hàm
O
2
+ 4NO
2
-
+ 2H
2
O → 4HbFe
3+
OH
-
+ 4NO
3
-
+ O
2
Bệnh nhân khi bị ngộ độc nitrite sẽ có những triệu chứng như nhức đầu, hồi
hộp, hoa mắt, nôn mửa… sau đó dẫn đến hôn mê và có thể gây tử vong.
Hiện tượng này đặc biệt thấy rõ ở trẻ em. Trẻ em mắc chứng bệnh này thường
xanh xao và dễ bị đe doạ đến cuộc sống đặc biệt là trẻ dưới 6 tháng tuổi.
Ở một khía cạnh khác, nitrite kết hợp với các acid amin trong thực phẩm làm
thành một họ chất nitrosamin. Nitrosamin có thể gây tổn thương di truyền tế bào
nguyên nhân gây ra bệnh ung thư, quái thai. Những thí nghiệm cho nitrite vào thức
ăn, nước uống của chuột, thỏ với hàm lượng vượt ngưỡng cho phép thì sau một
thời gian thấy những khối u sinh ra trong gan, phổi, vòm họng của chúng.
Các hợp chất nitroso được tạo thành từ amin bậc hai và acid nitrơ (HNO
2
) có
thể trở nên bền vững hơn nhờ tách loại proton để trở thành nitrosamin:
R
gian lưu là 4,4 phút. Khoảng tuyến tính của nồng độ nitrite là 12,5 - 2000 nM, giới
hạn phát hiện của nitrite là 0,46 ppm. Việc xác định nitrite bằng phương pháp sắc
ký lỏng ngoài việc dùng đầu dò huỳnh quang còn có thể dùng đầu dò UV – VIS
hoặc đầu dò độ dẫn.
Tuy nhiên, phương pháp này gặp nhiều cản nhiễu nhất là clo và các amin mà
trong nước nuôi tôm thì hàm lượng các yếu tố này khá nhiều .
* Phương pháp sắc ký ion
[14], [24]
Mẫu sau khi xử lý xong được cho thêm vào dung dịch kali hexaxyanoferat
(II) K
4
[Fe(CN)
6
] và dung dịch kẽm axetat. Lọc dung dịch mẫu này, sau đó bơm vào
máy sắc ký. Pha động là dung dịch natri cacbonat/ natri hidrocacbonat. Để định
tính nitrite, so sánh thời gian lưu của mẫu với thời gian lưu chuẩn.
Diện tích (hoặc chiều cao) pic tỷ lệ với nồng độ nitrite. V
ì v
ậy, để xác định
hàm lượng nitrite trong mẫu, chúng ta lập đường chuẩn nitrite theo đúng thời gian
lưu đ
ã chu
ẩn hóa. Dựa vào đường chuẩn tính được hàm lượng nitrite trong mẫu.
* Ưu điểm và nhược điểm
Phương pháp này có độ nhạy tương đối cao. Thể tích mẫu được bơm vào cột
ít. Tuy nhiên, phương pháp này gặp nhiều cản nhiễu nhất là ion Cl
-
nên chỉ được
dùng cho các mẫu nước sạch.
2.3.2. Phương pháp cực phổ
-
bằng cách chuyển nó thành diphenyl nitrosamin. Phản
ứng được tiến hành trong môi trường acid. Khi xác định NO
2
-
trong mẫu người ta
thêm 5ml dung dịch nền (gồm 4,86g KSCN và 17,2ml HClO
4
70% trong một lít
nước cất), 1,25ml diphenylamin và 20ml mẫu. Điều chỉnh pH từ 1- 2 bằng acid
HClO
4
nếu cần. Đuổi không khí bằng dòng khí nitơ, sau đó ghi phổ xung vi phân từ
- 0,2 đến - 0,8 V. Thế đỉnh pic xuất hiện ở - 0 ,52V.
Tuy nhiên, phương pháp này sử dụng anot thủy ngân –
là m
ột kim loại có độc
tính rất cao.
2.3.3. Phương pháp trắc quang
Nitrite xác định bằng phương pháp trắc quang dựa trên cơ sở hình thành hợp
chất màu azo. Nitrite phản ứng với amin thơm bậc một trong môi trường acid tạo
thành muối diazo ở giai đoạn trung gian, muối này khi tác dụng với hợp chất amin
hay hidroxyl tạo thành hợp chất màu azo tương ứng, thích hợp cho phương pháp
trắc quang.
* Với thuốc thử Griess
[8]
Nguyên tắc: Trong môi trường axit yếu (pH= 2-2,5) đầu tiên ion nitrite
NO
2
-
NH
2
Copyright: Tài liệu đại học ©