Các chỉ tiêu chất lượng nước

1June 9, 20061 ™ThS. Trần Minh Hải CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC June 9, 20062 CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG 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, 2June 9, 20063 CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG 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, 20064 CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG NƯỚC ™ Chỉ tiêu đánh giá Chỉ tiêu hoá học ƒpH ƒĐộ axit, ƒĐộ kiềm, ƒOxy hoà tan, ƒNhu cầu oxy hoá học, ƒNitơ ƒPhotpho, ƒClorua ƒSulphat ƒKim loai nặng ƒNguyên tố vi lượng Chỉ tiêu vật lý ƒNhiệt độ ƒĐộ màu, ƒĐộ đục , ƒChất rắn Chỉ tiêu sinh học & sinh hoá ƒNhu cầu oxy sinh học ƒColiform 3June 9, 20065 Độ màu, độ đục Yangtze River in China. Phân loại ¾Độ màu biểu kiến: (có SS) ¾Độ màu thực: June 9, 20066 Xử lý khử màu ¾ Lưu trong hồ: sánh sáng, cân bằng, vi sinh ¾Keo tụ hóa học ¾ Lọc cát ¾Oxy hóa: clo, KMnO4, ClO2, O3. ¾Hấp phụ bằng than họa tính ¾Nhựa hấpphụ lỗ xốp lớn 4June 9, 20067 Độ đục ™Bản chất: khoáng, hữu cơ, khí ¾Chất lơ lửng ¾Chất keo ¾Chất hòa tan ¾Sinh vật ™ June 9, 20068 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 thị: sinh hoạt, công nghiệp, công cộng... Chất hữu cơ vi sinh; vi khuẩn, tảo.. 5June 9, 20069 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, 200610 pH, độ axit, độ kiềm 6June 9, 200611 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, 200612 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 thị pH ¾ Điện hoá: Chuẩn máy bằng dd chuẩn pH 4, pH 7, pH 9. 7June 9, 200613 Kiểm soát pH ™ Trung hoà June 9, 200614 Độ axit ™ Thành phần ¾ axit yếu: H2CO3, H2S, CH3COOH; ¾ axit mạnh baz yếu: NH4+, Fe3+, Al3+ + axit mạnh. ¾ axit mạnh (HCl, H2SO4, HNO3) ™ Nguồn gốc ¾ CO2 z CO2 + H2O Ỉ H2CO3Ỉ H+ + HCO3- H+ + CO32-. ¾ Khoáng z 2S + 3O2 + 2H2O Ỉ 2H2SO4. z FeS2 + 7/2 O2 + H2O Ỉ FeSO4 + H2SO4. z CO2 + CaCO3 + H2O Ỉ Ca(HCO3)2. z FeCl3 + 3H2O → Fe(OH)3 + 3H+ + 3Cl-. ¾ Khí: SO2, NO2… + H2O→ ™ Độ axit là khả năng nhường proton 8June 9, 200615 Độ kiềm ™ Thành phần: ¾ (1) hydroxit (OH-), ¾ (2) cacbonat (CO32-), ¾ (3) bicacbonat (HCO3-). ¾ (4) muối axit yếu (SiO32-, PO43- ); ¾ (5) baz yếu NH3 ¾ (5) baz mạnh. ™ Độ kiềm là khả năng tiếp nhận proton ™ Nguyên nhân ¾ Tự nhiên z CO2 + CaCO3 + H2O → Ca(HCO3)2 z Chất hữu cơ + CO2 (tảo) → O2. z Khử CO2 = thông khí ¾ Nhân tạo : z Làm mềm: vôi, soda… z Keo tu June 9, 200616 Độ kiềm 0 2 4 6 8 10 12 14 0 2 4 6 8 10 12 14 Thể tích dung dịch axit, ml pH Điểm uốn ™Pp phân tích: chuẩn độ OH- + H+ = H2O CO32- + H+ = HCO3- HCO3- + H+ = H2CO3 9June 9, 200617 Độ kiềm ™Tính toán các loại độ kiềm ¾Độ kiềm phenol ¾Độ kiềm tổng cộng ¾Độ kiềm hydroxit (OH-) ¾Độ kiềm cacbonat (CO32-) ¾Độ kiềm bicacbonat (HCO3-) June 9, 200618 Độ cứng 10 June 9, 200619 Độ cứng * ™ Phân loại theo ion kim loại tạo nên độ cứng ¾Độ cứng canxi ¾Độ cứng magiê ™ Phân loại theo anion tạo nên độ cứng ¾Độ cứng cacbonat (độ cứng tạm thời) ¾Độ cứng phicacbonat (vĩnh cửu). ¾Độ cứng tổng cộng June 9, 200620 Độ cứng mg/lit CaCO3 75 150 300 oH 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, 200621 Nguyên nhân ™ Nguyên nhân June 9, 200622 Nguyên nhân gây ra độ cứng ™Cation: ¾Kim loại hoá trị 2 (Me2+): Ca2+, Mg2+, Mn2+, ™Anion: ¾CO2, Cl-, SO42-, ™Quá trình hoà tan 12 June 9, 200623 Nước ngầm ™ Chu trình nước ngầm June 9, 200624 Độ cứng ™Nguồn gốc Vi khuẩn hoạt động mạnh → tạo CO2. CaCO3 + H2CO3→ Ca(HCO3)2. … TẦNG ĐẤT MẶT Vi khuẩn → tạo CO2. CaCO3 + H2CO3→ Ca(HCO3)2. … TẦNG ĐẤT CÁT Hang động Khe nứt ĐÁ VÔI CaCO3 + H2CO3→ Ca(HCO3)2. MgCO3 + H2CO3→Mg(HCO3)2. Mưa 13 June 9, 200625 Need for Soil Improvement Sinkholes Dissolution of carbonate bedrock June 9, 200626 Ảnh hưởng 14 June 9, 200627 Ảnh hưởng June 9, 200628 Tính toán độ cứng ™Độ cứng (mg CaCO3/L) = Me 3 D D]Me[ CaCO2+ Đương lượng gam của kim loại hoá trị 2 Đương lượng gam của Cabonat canxi Nồng độ đương lượng của kim loại hoá trị 2 15 June 9, 200629 DO, BOD, COD June 9, 200630 DO ™Khái niệm: ¾Oxi phân tử trong nước ™Giới hạn: ¾Oxi bão hoà 16 June 9, 200631 Oxi hoà tan – DO * ™Nguyên nhân ¾Khuếch tán từ không khí (nước mặt) ¾Quang hợp cuả thực vật trong nước. ¾Mất do phân huỷ sinh học ¾Tiêu hao do hô hấp của động vật. ¾Giảm oxi do phản ứng hoá học. June 9, 200632 Chu trình oxy 17 June 9, 200633 Chu trình oxy June 9, 200634 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 sở để xác định BOD, xác định tốc độ oxi hóa sinh học. ¾ Điều khiển đk hi áu khí→ phân hủy sinh học å 18 June 9, 200635 Biến thiên DO theo dòng chảy * June 9, 200636 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, 200637 án thiên DO – BOD dọc theo dòng sông June 9, 200638 ™ 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 + O2→ CO2 + H2O. 0 20 40 60 80 100 0 5 10 15 20 Thời gian, ngày C ha át h ữu c ơ bị o xy h oa ù Nhu cầu oxi sinh hoá – BOD Phân hủy hợp chất HC CnHm + (n+m/4) O2→ nCO2 + m/2 H2O Phân hủy hợp chất N 2NH4 + 3O2 → 2NO2- + 2H+ + 2H2O 2NO2- + O2 → 2NO3-. 20 June 9, 200639 0 20 40 60 80 100 0 5 10 15 20 Thời gian, ngày C ha át h ữu c ơ bị o xy h oa ù Tốc độ phân hủy chất hữu cơ Lượng chất hữu cơ bị phân hủy C = Ctổng (1 – e-k’1.t) k’: hằng số tốc độ phân huỷ, T–1 June 9, 200640 0 20 40 60 80 100 0 5 10 15 20 Thời gian, ngày C ha át h ữu c ơ bị o xy h oa ù Tốc độ phân hủy chất hữu cơ = BOD BODt = BODtoàn phần (1 – e-k’1.t) k’ = 0,05-0,3 ngày –1 BOD5 BOD toàn phần 21 June 9, 200641 BOD – thời gian June 9, 200642 Nhu cầu oxi sinh hoá – BOD ™Ảnh hưởng, tác động ¾Mức độ ô nhiễm chất hữu cơ trong nước. ™Ứng dụng: sử dụng số liệu phân tích ¾Kiểm 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, 200643 Điều kiện để quá trình phân hủy sinh học ™Tác nhân ¾Cơ chất: chất hữu cơ ¾Vi sinh vật ¾Oxy: quá trình hiếu khí ¾Dinh dưỡng ™Điều kiện môi trường ¾Nhiệt độ: T ¾ Thời gian: t ¾ pH ¾Chất độc June 9, 200644 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) 20oC ¾ (5) vi sinh vật. 23 June 9, 200645 Dung dịch 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. ™ FeCl3, MgSO4, NH4Cl. ™ Photphat → đệm, photpho. ™ Sục khí để bão hoà oxy. June 9, 200646 Nhu cầu oxy hoá học – COD ™Ứng dụng ¾Đánh giá ô nhiễm hữu cơ. ¾Giám sát chất lượng nước và kiểm soát xử lý. ¾COD → BOD ¾ BOD / COD. ™Khái niệm ¾COD 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, 200647 Nhu cầu oxy hoá học – COD ™ Phản ứng oxi hoá: Thiosulfat ¾ CnHaOb + cCr2O72- + 8cH+→ nCO2 + (a/2 + 4 c) H2O + 2cCr3+, Với: c = 2/3 n + a/6 – b/3 June 9, 200648 Nhu cầu oxy hoá học – COD ™Cản trở ¾ 6Cl- + Cr2O72- + 14H+ → 3 Cl2 + 2 Cr3+ + 2H2O. ™Che ¾ 2Cl- + Hg2+→ HgCl2. ¾ β = 1,7×1013. ™Tính toán 25 June 9, 200649 June 9, 200650 Chất rắn 26 June 9, 200651 Chất rắn – TS, SS, DS… ™Thành phần ¾Chất vô cơ hoà tan (muối) hoặc không tan (đất, đá…) ở dạng huyền phù. ¾Chất hữu cơ: như vi sinh vật (vi khuẩn, tảo, động vật nguyên sinh…) các chất cơ tổng hợp (phân bón, chất thải công nghiệp…) granular flocculent dispersed June 9, 200652 Chất rắn – TS, SS, DS… ™Phân loại ¾ TS = 105oC, mg/L ¾ SS = lọc + 105oC, mg/L; ¾DS = TS – SS, mg/L; ¾VS = 550oC, %; ¾ Lắng được = lắng 1 giờ, ml/L Imhoff cones 27 June 9, 200653 SS ™ Lọc ™ Sấy 105oC June 9, 200654 Chất rắn – ứng dụng ™ Nước cấp ¾ Chất rắn tổng số ¾ Chất rắn hoà tan ¾ Chất rắn lơ lửng ™ Nước ô nhiễm, nước thải sinh hoạt ¾ Chất rắn lắng được ¾ Chất rắn lơ lửng ™ Nước thải công nghiệp ¾ Chất rắn lắng được ¾ Chất rắn tổng cộng 28 June 9, 200655 Fe, Mn ™ Nước nhiễm phèn sắt June 9, 200656 29 June 9, 200657 Sắt, mangan – Fe, Mn … ™ Nguồn gốc Fe ¾ Khoáng : Fe3+, FeS2, FeCO3. ¾ Nước ngầm: Fe2++ HCO3-, Cl-, SO42-… keo z FeCO3 + CO2 + H2O → Fe2+ + 2HCO3-. z Nước giếng: Fe thấp ¾ Nước mặt z Hồ phần tầng yếu khí: Fe ở bùn đáy → hoà tan vào nước → xáo trộn → oxi hoá, sa lắng → giảm [Fe] z Fe2+ + O2 + 3/2 H2O → Fe(OH)3 ↓. ¾ Nước thải June 9, 200658 Sắt, mangan – Fe, Mn … ™Chuyển hoá Fe2+↔Fe3+ ¾Yếm khí z Fe3+ → Fe2+. (VK) ¾Hiếu khí z 4Fe2+ + O2 + 4H+→ 4Fe3+ + 2H2O. (VK) z Fe2+ + O2 + 3/2 H2O → Fe(OH)3 ↓. ™Hoà tan ¾ FeCO3 + CO2 + H2O → Fe2+ + 2HCO3-. ¾ 2FeS2 + 7O2 + 2H2O → 2FeSO4 + 2H2SO4. (VK) 30 June 9, 200659 Sắt, mangan – Fe, Mn… ™Tác động ¾Nước cấp zCảm quan: vị tanh, nổi váng… zĐóng cặn zChất lượng nứơc cấp sản xuất… ¾Xử lý zĐóng cặn, zTăng độ cứng zCản trở oxi hoá zVi khuẩn June 9, 200660 Vi sinh Giardia lamblia Source: Arturo Gonzalez, CINVESTAV, Mexico giardia • parasite found in gut of animals and humans • passed on in faeces • widespread in NZ • can live in rivers, lakes and roof water for long periods causes diarrhoea, vomiting, headaches and stomach cramps 31 June 9, 200661 introduction – micro organisms in drinking water Campylobacter Source: Auburn University - USA campylobacter • parasite found in gut of birds and other animals • passed on in faeces causes blood stained diarrhoea, fever, fatigue, headaches and severe stomach cramps Vibrio cholera June 9, 200662 Organisms (Giardia, E. Coli) 32 June 9, 200663 Different kinds of Bacteria June 9, 200664 E coli ™ Ecoli 33 June 9, 200665 Clo ™ Cl2 + H2O Ỉ HOCl + HCl June 9, 200666 Nhu cầu clorine ™ Khái niệm ¾ Nhu cầu clorine = liều lượng sử dụng – (clo tự do, clo liên kết) cuối giai đoạn tiếp xúc 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 Liều lượng clorine, mg/L H àm lư ợn g cl o dư , m g/ L Điểm cực tiểu Clo kết hợp Clo tự doO A B C 34 June 9, 200667 Clo ™ June 9, 200668 Clorua – Cl- (chloride) 35 June 9, 200669 Clorua – Cl- ™Nguồn gốc ¾ Phân hủy hữu cơ → clorua hoà tan ¾Muối → nước mưa ¾Nước biển ¾Chất bài tiết ¾Nước thải công nghiệp June 9, 200670 Saline-water Encroachment Know to Occur: •Most characteristic type of water- quality degradation in a coastal plain aquifer •More common in areas of high development 36 June 9, 200671 Clorua – Cl- ™Tác động ¾Sinh hoạt, ăn uống: vị ¾Nông nghiệp: chăn nuôi, trồng trọt ¾Thủy lội: ăn mòn ¾Xử lý: đánh giá ô nhiễm, chỉ thị ô nhiễm June 9, 200672 Clorua – phân tích ™Pp. chuẩn độ ™Phản ứng chuẩn độ ¾Ag+ + Cl- = AgCl↓ ™Phản ứng chỉ thị ¾ 2Ag+ + CrO42- = Ag2CrO4 ↓ (đỏ mâu) 3. Chất chuẩn: AgNO3 1. Mẫu xác định clorua 2. Chỉ thị: K2CrO4 37 June 9, 200673 Chất dinh dưỡng ™ Nước chảy qua đất nông nghiệp June 9, 200674 Agriculture 38 June 9, 200675 Nitơ ™ Tác động ¾ Nguồn nước: z Độc cho cá… z Phú dưỡng hoá ¾ Nước cấp z Tiêu hoá z Máu… ¾ Xử lý chất thải z Kiểm soát quá trình sinh học: cấp chất dinh dưỡng z Kiểm soát quá trình khử trùng June 9, 200676 ™ Chu trình nitơ 39 June 9, 200677 Nitơ – trong nước ™ Nước thiên nhiên: ¾ phân hủy sinh học → NO2-, NO3-, NH3, NH4- , N2… ™ Trao đổi chất, ¾ protein → CO(NH2)2 + 2H2O →(NH4)2CO3 (VSV) ¾ (NH4)2CO3→ 2NH3 + CO2 + H2O ¾ 2NH2 + 3O2→ 2NO2- +2H+ +2H2O ¾ 2NO2- + O2→ 2NO3-. ™ Khử nitrat ¾ NO3- + Cacbon hữu cơ → NO2- + CO2 + H2O. ™ Hồ: NO3-. ¾ Nitơ → (NH2-)(khử hoá học trong tảo) → NH3→ NO3. (VK) June 9, 200678 Nitơ ™ Các dạng nitơ trong nước ™ Điều kiện hiếu khí Nitơ hữu cơ N-NH3 N-NO2- N-NO3- 40 June 9, 200679 Nitơ tổng cộng ™N tổng cộng = N-hữu cơ + N-amôn + N – nitrit + N-nitrat