Bài giảng chương 4: Oxy hòa tan

GREEN EYE ENVIRONMENT COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG TAÀM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai 4-1 © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này. CHÖÔNG 4 OXY HOAØ TAN 4.1 KHAÙI NIEÄM CHUNG Taát caû caùc sinh vaät soáng bò phuï thuoäc vaøo oxy ôû daïng naøy hoaëc daïng khaùc ñeå duy trình quaù trình trao ñoåi chaát nhaèm saûn sinh ra naêng löôïng cho söï taêng tröôûng hoaëc sinh saûn. Quaù trình hieáu khí laø vaán ñeà ñöôïc quan taâm nhaát khi chuùng caàn oxy töï do. Caùc kyõ sö moâi tröôøng quan taâm ñeán ñieàu kieän khí quyeån coù lieân quan ñeán moâi tröôøng chaát loûng, nöôùc laø chaát loûng lôùn nhaát vaø quan troïng nhaát. Taát caû caùc chaát khí cuûa khí quyeån hoøa tan trong nöôùc ôû caùc möùc ñoä khaùc nhau. Caû nitô vaø oxy ñöôïc phaân loaïi laø caùc chaát hoøa tan keùm vaø vì chuùng khoâng phaûn öùng vôùi nöôùc veà maët hoùa hoïc, neân ñoä hoøa tan tyû leä thuaän vôùi aùp suaát rieâng phaàn cuûa chuùng. Hôn nöõa, ñònh luaät Henry coù theå ñöôïc söû duïng ñeå tính toaùn khoái löôïng coù maët cuûa caùc chaát khí ôû traïng thaùi baõo hoøa taïi baát cöù nhieät ñoä ñaõ cho naøo. Ñoä hoøa tan cuûa caû nitô vaø oxy thay ñoåi moät caùch ñaùng keå theo nhieät ñoä trong daõy maø caùc kyõ sö moâi tröôøng quan taâm. Hình 4.1 trình baøy ñöôøng cong ñoä hoøa tan cuûa hai chaát khí trong nöôùc caát hoaëc laø nöôùc coù haøm löôïng chaát raén thaáp naèm caân baèng vôùi khoâng khí taïi aùp suaát 760 mmHg. Ñoä hoøa tan seõ nhoû hôn trong nöôùc muoái. Ñoä hoøa tan cuûa oxy khí quyeån trong caùc nguoàn nöôùc ngoït naèm trong khoaûng töø 14,6 mg/L ôû 00C ñeán khoaûng 7 mg/L ôû 350C döôùi aùp suaát 1 atm. Vì noù laø khí hoøa tan ít, ñoä hoøa tan cuûa noù thay ñoåi tyû leä thuaän vôùi aùp suaát cuûa khí quyeån taïi nhieät ñoä ñaõ cho. Vì toác ñoä oxy hoùa sinh hoïc taêng cuøng vôùi nhieät ñoä vaø nhu caàu oxy cuõng taêng moät caùch töông öùng, ñieàu kieän nhieät ñoä cao, khi ñoä oxy hoøa tan coù khaû naêng hoøa tan thaáp nhaát laø vieäc lieân quan lôùn nhaát ñoái vôùi kyõ sö moâi tröôøng. Haàu heát caùc ñieàu kieän tôùi haïn lieân quan ñeán ñoä thieáu huït oxy hoøa tan, trong thöïc teá, kyõ thuaät moâi tröôøng xuaát hieän vaøo nhöõng thaùng heø khi nhieät ñoä cao vaø ñoä hoøa tan oxy ôû möùc thaáp nhaát. Vì lyù do naøy thöôøng thöôøng möùc ñoä hoøa tan oxy khoaûng 8 mg/L laø cao nhaát döôùi caùc ñieàu kieän tôùi haïn. Ñoä hoøa tan thaáp cuûa oxy laø yeáu toá chính giôùi haïn khaû naêng laøm saïch cuûa caùc nguoàn nöôùc töï nhieân vaø caàn phaûi xöû lyù chaát thaûi ñeå loaïi boû caùc chaát oâ nhieãm tröôùc khi xaû vaøo nguoàn tieáp nhaän. Trong quaù trình xöû lyù sinh hoïc hieáu khí, ñoä hoøa tan giôùi haïn cuûa oxy laø quan troïng nhaát vì noù kieåm soaùt toác ñoä haáp thuï oxy cuûa moâi tröôøng. GREEN EYE ENVIRONMENT COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG TAÀM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai 4-2 0 5 10 15 20 25 5 10 15 20 25 30 350 Ñ oä ho øa ta n, m g/ L Nhieät ñoä, 0C Nitô oxy Hình 4.1 Ñoä hoøa tan cuûa oxy vaø nitô trong nöôùc caát ñöôïc baõo hoøa khoâng khí ôû aùp suaát 760 mmHg. Ñoä hoøa tan cuûa oxy trong nöôùc muoái thaáp hôn so vôùi nöôùc ngoït. Vì lyù do naøy, ñoä hoøa tan ñoái vôùi nhieät ñoä ñaõ cho giaûm lieân tuïc töø nöôùc ngoït ñeán nöôùc cöûa soâng vaø nöôùc bieån. Vieäc aûnh höôûng naøy ñöôïc chæ thò trong Baûng 4.1, lieät keâ ñoä hoøa tan cuûa oxy phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä vaø haøm löôïng clorua. Noàng ñoä clorua ñöôïc söû duïng nhö sô ñoà hoãn hôïp nöôùc bieån vaø nöôùc ngoït trong maãu nöôùc. Noàng ñoä cuûa clorua trong nöôùc bieån khoaûng 19.000 mg/L. Trong nöôùc oâ nhieãm giaù trò baõo hoøa cuõng thaáp hôn trong nöôùc saïch. Tyû soá giaù trò trong nöôùc oâ nhieãm vaø nöôùc saïch tham khaûo nhö heä soá β. Toác ñoä oxy hoøa tan trong nöôùc oâ nhieãm thöôøng nhoû hôn trong nöôùc saïch vaø tyû soá naøy ñöôïc tham khaûo nhö giaù trò α. Caû hai giaù trò α vaø β laø thoâng soá thieát keá quan troïng trong vieäc löïa choïn thieát bò thoåi khí. © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này. GREEN EYE ENVIRONMENT COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG TAÀM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai 4-3 © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này. Baûng 4.1 Ñoä hoøa tan cuûa oxy trong nöôùc trong caân baèng vôùi khoâng khí khoâ ôû aùp suaát 760 mmHg vaø chöùa 20,9% oxy Noàng ñoä clorua, mg/L Nhieät ñoä 0C 0 5.000 10.000 15.000 20.000 0 14,6 13,8 13,0 12,1 11,3 1 14,2 13,4 12,6 11,8 11,0 2 13,8 13,1 12,3 11,5 10,8 3 13,5 12,7 12,0 11,2 10,5 4 13,1 12,4 11,7 11,0 10,3 5 12,8 12,1 11,4 10,7 10,0 6 12,5 11,8 11,1 10,5 9,8 7 12,2 11,5 10,9 10,2 9,6 8 11,9 11,2 10,6 10,0 9,4 9 11,6 11,0 10,4 9,8 9,2 10 11,3 10,7 10,1 9,6 9,0 11 11,1 10,5 9,9 9,4 8,8 12 10,8 10,3 9,7 9,2 8,6 13 10,6 10,1 9,5 9,0 8,5 14 10,4 9,9 9,3 8,8 8,3 15 10,2 9,7 9,1 8,6 8,1 16 10,0 9,5 9,0 8,5 8,0 17 9,7 9,3 8,8 8,3 7,8 18 9,5 9,1 8,6 8,2 7,7 19 9,4 8,9 8,5 8,0 7,6 20 9,2 8,7 8,3 7,9 7,4 21 9,0 8,6 8,1 7,7 7,3 22 8,8 8,4 8,0 7,6 7,1 23 8,7 8,3 7,9 7,4 7,0 24 8,5 8,1 7,7 7,3 6,9 25 8,4 8,0 7,6 7,2 6,7 26 8,2 7,8 7,4 7,0 6,6 27 8,1 7,7 7,3 6,9 6,5 28 7,9 7,5 7,1 6,8 6,4 29 7,8 7,4 7,0 6,6 6,3 30 7,6 7,3 6,9 6,5 6,1 GREEN EYE ENVIRONMENT COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG TAÀM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai 4-4 © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này. 4.2 YÙ NGHÓA MOÂI TRÖÔØNG CUÛA OXY HOØA TAN Trong chaát thaûi loûng, oxy hoøa tan laø yeáu toá xem söï thay ñoåi sinh hoïc ñöôïc thöïc hieän baèng sinh vaät hieáu khí hay kò khí. Loaïi thöù nhaát söû duïng oxy töï do ñeå oxy caùc chaát höõu cô hoaëc voâ cô vaø saûn xuaát ra caùc saûn phaåm cuoái cuøng khoâng ñoäc haïi, ngöôïc laïi loaïi sau thöïc hieän caùc oxy hoùa nhö vaäy qua vieäc khöû qua muoái khoâng höõu cô nhö sulfate vaø saûn phaåm cuoái cuøng thöôøng raát coù haïi. Vì caû hai loaïi vi sinh vaät thöôøng coù maët ôû khaép nôi trong töï nhieân, noù laø ñieàu quan troïng trong ñieàu kieän thuaän tieän cho sinh vaät hieáu khí (ñieàu kieän hieáu khí) phaûi ñöôïc duy trì; ngöôïc laïi vi sinh vaät kî khí seõ chieám ña soá vaø keát quaû taïo thaønh muøi hoâi thoái. Vì vaäy, vieäc ño oxy hoøa tan laø raát quan troïng ñeå duy trì ñieàu kieän hieáu khí trong caùc nguoàn nöôùc tö nhieân tieáp nhaän caùc chaát oâ nhieãm vaø trong quaù trình xöû lyù hieáu khí ñöôïc thöïc hieän ñeå laøm saïch nöôùc thaûi sinh hoaït vaø coâng nghieäp. Vieäc xaùc ñònh oxy hoøa tan thöôøng ñöôïc söû duïng cho caùc muïc ñích khaùc nhau. Noù laø moät trong nhöõng thí nghieäm ñôn leû quan troïng nhaát maø ngöôøi kyõ sö moâi tröôøng söû duïng. Trong haàu heát caùc tröôøng hôïp lieân quan ñeán vieäc kieåm soaùt oâ nhieãm caùc doøng chaûy, noù laø söï mong muoán ñeå duy trì ñieàu kieän thuaän lôïi cho vieäc taêng tröôûng vaø sinh saûn cuûa quaàn theå caù vaø caùc loaïi sinh vaät nöôùc khaùc. Vieäc xaùc ñònh oxy hoøa tan phuïc vuï nhö cô sôû cuûa thí nghieäm BOD; vì vaäy, chuùng laø cô sôû cuûa haàu heát caùc thí nghieäm phaân tích quan troïng ñöôïc söû duïng ñeå ñaùnh giaù noàng ñoä oâ nhieãm cuûa nöôùc thaûi sinh hoaït vaø coâng nghieäp. Toác ñoä oxy hoùa sinh hoùa coù theå ñöôïc ño baèng vieäc ñònh löôïng oxy dö trong heä thoáng ôû thôøi gian nhaát ñònh. Caùc quaù trình xöû lyù hieáu khí phuï thuoäc vaøo oxy hoøa tan vaø thí nghieäm cho noù laø caàn thieát nhö coâng cuï kieåm soaùt toác ñoä thoåi khí ñeå laøm chaéc chaén raèng khoái löôïng khoâng khí ñöôïc cung caáp ñuû ñeå duy trì ñieàu kieän hieáu khí vaø cuõng ñeå traùnh vieäc söû duïng quaù möùc khoâng khí vaø naêng löôïng. Oxy laø yeáu toá quan troïng trong quaù trình aên moøn saét vaø theùp, ñaëc bieät trong heä thoáng phaân phoái nöôùc vaø trong loø hôi. Taùch oxy töø nöôùc caáp cho loø hôi baèng phöông phaùp vaät lyù vaø hoùa hoïc laø thöïc teá thöôøng gaëp trong coâng nghieäp vaø naêng löôïng. Thí nghieäm oxy hoøa tan phuïc vuï nhö phöông tieän kieåm soaùt. 4.3 LAÁY MAÃU ÑEÅ XAÙC ÑÒNH OXY HOØA TAN Caàn phaûi caån troïng trong khi laáy maãu ñeå xaùc ñònh oxy hoøa tan. Trong haàu heát caùc tröôøng hôïp, möùc ñoä oxy hoøa tan seõ thaáp hôn baõo hoøa vaø vieäc tieáp xuùc vôùi khoâng khí seõ daãn ñeán laøm sai keát quaû. Vì lyù do naøy, thieát bò laáy maãu ñaëc bieät töông töï nhö thieát bò ñöôïc moâ taû trong “Standard GREEN EYE ENVIRONMENT COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG TAÀM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai 4-5 © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này. Methods” laø caàn thieát. Taát caû caùc maãu nhö vaäy ñöôïc thieát keá döïa treân nguyeân taéc laø vieäc tieáp xuùc vôùi khoâng khí laø khoâng theå traùnh ñöôïc trong thôøi gian chai laáy maãu ñöôïc laøm ñaày. Haàu heát caùc maãu nöôùc duøng ñeå xaùc ñònh oxy hoøa tan ñöôïc thu gom taïi hieän tröôøng, ôû ñoù khoâng thuaän tieän ñeå thuaän tieän ñeå thöïc hieän toaøn boä caùc xaùc ñònh. Vì giaù trò oxy coù theå thay ñoåi moät caùch deã daøng theo thôøi gian do hoaït ñoäng sinh hoïc, neáu maãu nöôùc khoâng ñöôïc oån ñònh ngay sau khi laáy maãu. Qui trình bình thöôøng laø xöû lyù maãu vôùi caùc loaïi hoùa chaát thoâng duïng ñöôïc söû duïng trong thí nghieäm xaùc ñònh oxy hoøa tan vaø sau ñoù tieán haønh ñònh phaân khi maãu nöôùc ñöôïc mang veà phoøng thí nghieäm. Qui trình naøy seõ cho keát quaû thaáp ñoái vôùi caùc maãu nöôùc coù nhu caàu iot cao vaø trong tröôøng hôïp naøy, toát hôn laø baûo quaûn maãu baèng caùch theâm vaøo 0,7 mL acid sulfuaric ñaäm ñaëc vaø 0,02 g natri azide. Khi thöïc hieän ñieàu naøy xong, caàn phaûi cho theâm 3 mL iot kieàm (alkali - iodide) thay vì bình thöôøng laø 2 mL vì maãu chöùa moät löôïng acid dö. Keát quaû toát hôn cuõng thu ñöôïc neáu maãu “oån ñònh” ñöôïc giöõ trong phoøng toái vaø trong nöôùc ñaõ cho ñeán khi vieäc phaân tích coù theå ñöôïc hoaøn thaønh. Vieäc xöû lyù hoùa hoïc söû duïng trong “oån ñònh” laø ñuû ñeå döøng taát caû caùc hoaït ñoäng sinh hoïc vaø vieäc ñònh phaân cuoái cuøng coù theå ñöôïc thöïc hieän sau ñoù 6 giôø. 4.4 LÖÏA CHOÏN HOÙA CHAÁT TIEÂU CHUAÅN ÑEÅ ÑO OXY HOØA TAN Haàu heát caùc phöông phaùp xaùc ñònh oxy hoøa tan phuï thuoäc vaøo phaûn öùng giaûi phoùng ra khoái löôïng iod töông ñöông vôùi khoái löôïng oxy hieän dieän ban ñaàu, cuøng vôùi vieäc ño tieáp theo khoái löôïng iod giaûi phoùng ra baèng dung dòch chuaån. Thiosulfate natri laø chaát khöû thöôøng ñöôïc söû duïng vaø dung dòch tinh boät ñöôïc söû duïng ñeå xaùc ñònh ñieåm keát thuùc. Taát caû caùc phaûn öùng trong thí nghieäm oxy hoøa tan lieân quan ñeán quaù trình oxy hoùa vaø khöû. Tuy nhieân, tinh boät ñöôïc söû duïng nhö chaát chæ thò ñieåm keát thuùc vaø taïo thaønh phöùc iod-tinh boät vôùi iod töï do töø dung dòch loaõng ñeå taïo thaønh maøu xanh vaø chuyeån thaønh khoâng maøu khi taát caû iod töï do bò khöû thaønh ion iod. Löïa choïn dung dòch Thiosulfate N/40 Troïng löôïng töông ñöông cuûa oxy laø 8. Vì noàng ñoä (normality) cuûa haàu heát caùc chaát ñònh phaân söû duïng trong phaân tích nöôùc vaø nöôùc thaûi ñöôïc ñieàu chænh sao cho moãi millilit dung dòch chuaån töông ñöông vôùi 1,0 mg cuûa chaát ñöôïc ño, nhö vaäy söû duïng dung dòch thiosulfate N/8. Vì vaäy, khi dung dòch thiosulfate N/40 (N/8 x 1/5) ñöôïc söû duïng ñeå ñònh phaân 200 mL maãu, giaù trò oxy hoøa tan tính baèng milligram treân lít laø töông ñöông vôùi theå tích ñònh phaân tính baèng miliilit. Ñieàu naøy loaïi boû söï tính toaùn khoâng caàn thieát. GREEN EYE ENVIRONMENT COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG TAÀM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai 4-6 © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này. Chuaån bò vaø chuaån dung dòch thiosulfate N/40 (0,025 N) Sodium thiosulfat (Na2S2O3.5H2O) coù theå toàn taïi döôùi daïng tinh khieát. Tuy nhieân, do coù chöùa goác nöôùc, noù coù theå bò khoâ ñi ñeå taïo thaønh hôïp chaát coù thaønh phaàn xaùc ñònh vaø thaäm chí coù theå maát nöôùc ngay ôû nhieät ñoä phoøng trong ñieàu kieän ñoä aåm thaáp. Do vaäy, caàn phaûi ñieàu cheá thiosulfat döôùi daïng dung dòch coù noàng ñoä cao hôn noàng ñoä caàn thieát vaø chuaån laïi chuùng moãi khi söû duïng. Khoái löôïng ñöông löôïng sodium thiosulfate khoâng theå ñöôïc tính döïa vaøo coâng thöùc cuûa noù vaø söï thay ñoåi hoùa trò cuûa nhöõng chaát khöû. Chuùng coù theå ñöôïc tính toaùn döïa vaøo caùc chaát oxy hoùa nhö trong tröôøng hôïp iodine. 2Na2S2O3.5H2O + I2 Æ Na2S4O6 + 2NaI + 10H2O (4 - 1) Töø Phöông trình (4 - 1) coù theå tính laø moãi phaân töû thiosulfate natri (Na2S2O3.5H2O) thì töông ñöông vôùi moät nguyeân töû iodine. Khi moãi nguyeân töû iodine nhaän moät electron trong quaù trình phaûn öùng ñeå taïo thaønh ion iodine, coù nghóa laø moãi phaân töû thiosulfate cung caáp moät ñieän töû khi oxy hoùa thaønh tetrathionate hay, 2S2O32- + I2 Æ S4O62- + 2I- (4 - 2) Töø nhöõng lyù do treân, coù theå keát luaän laø khoái löôïng ñöông löôïng cuûa thiosulfate natri baèng vôùi khoái löôïng phaân töû ; vaø neân söû duïng moät löôïng dö baèng khoaûng 1/40 cuûa khoái löôïng phaân töû, (khoaûng 6,205 g) ñeå ñieàu cheá moät lít dung dòch coù noàng ñoä lôùn hôn N/40 moät chuùt. Thoâng thöôøng thì 6,5 g laø ñuû. Dung dòch thiosulfate coù theå ñöôïc chuaån baèng potassium dichromate hoaëc potassium bi- iodate. Caû hai coù theå toàn taïi ôû daïng tinh khieát 100%. Thoâng thöôøng ñieàu cheá dung dòch N/40 baèng caùch caân chính xaùc tinh theå baèng caân phaân tích vaø pha loaõng chuùng vôùi moät theå tích xaùc ñònh baèng bình ñònh möùc. Caû hai chaát chuaån naøy phaûn öùng vôùi ion iodide trong dung dòch acid ñeå giaûi phoùng iodine: Cr2O72- + 6I- + 14H+ Æ 2Cr3+ + 3I2 + 7H2O (4 - 3) 2IO3- + 10I- + 12H+ Æ 6I2 + 6H2O (4 - 4) Löôïng iodine giaûi phoùng baèng vôùi löôïng chaát oxy hoùa söû duïng. Do ñoù, neáu söû duïng 20 mL K2Cr2O7 N/40 hay KIO3.HIO3 thì seõ coù chính xaùc 20ml N/40 dung dòch thiosulfat ñöôïc söû duïng trong chuaån ñoä. GREEN EYE ENVIRONMENT COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG TAÀM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai 4-7 Phaûn öùng giöõa Cr2O72- vaø I- khoâng xaûy ra ngay laäp töùc maø caàn coù khoaûng 5 phuùt ñeå hoaøn taát phaûn öùng. Saûn phaåm Cr3+ cho maøu xanh greenish-blue vôùi tinh boät. Ñieàu naøy coù theå khaéc phuïc baèng caùch pha loaõng maãu tröôùc khi chuaån ñoä. Chuaån ñoä baèng potassium bi-iodate ñöôïc söû duïng phoå bieán vaø noù laø chaát chuaån duy nhaát ñöôïc giôùi thieäu trong “Standard Methods”. Dung dòch thiosulfate bò aûnh höôûng bôûi hoaït ñoäng cuûa vi khuaån vaø bôûi CO2. Vi khuaån sulfur oxi hoùa thiosulfate thaønh sulfate döôùi ñieàu kieän kò khí. CO2 laøm giaûm pH laø nguyeân nhaân cuûa söï phaân huûy ion thiosulfate thaønh SO32- vaø S. Caùc ion SO32- bieán ñoåi thaønh SO42- döôùi taùc duïng cuûa oxy hoøa tan. Ñeå baûo quaûn dung dòch thiosulfat khoûi aûnh höôûng cuûa vi khuaån vaø CO2 ta coù theå cho vaøo dung dòch 0,4g NaOH/ Lit. Keát quaû laø pH cao phoøng traùnh söï taêng tröôûng cuûa vi khuaån vaø giöõ cho pH khoâng bò tuït xuoáng khi coù moät löôïng nhoû thöøa CO2 trong dung dòch. Traùnh hieän töôïng thöøa NaOH vì ñieàu naøy cuõng coù theå laøm dung dòch maát tính oån ñònh. 4.5 PHÖÔNG PHAÙP XAÙC ÑÒNH OXY HOØA TAN Phöông phaùp ño oxy hoøa tan coå ñieån ñöôïc thöïc hieän baèng caùch ñoát noùng maãu ñeå ñuoåi khí hoøa tan vaø xaùc ñònh oxy töø maãu khí thu ñöôïc naøy nhôø aùp duïng phöông phaùp phaân tích khí. Phöông phaùp naøy ñoøi hoûi moät löôïng maãu lôùn vaø thôøi gian thöïc hieän daøi. Phöông phaùp Winkler hay Iodometric vaø nhöõng caûi bieán cuûa chuùng laø nhöõng kyõ thuaät tieâu chuaån ñeå xaùc ñònh oxy hoøa tan hieän nay. Vieäc xeùt nghieäm tuøy thuoäc vaøo löôïng O2 oxy hoùa Mn2+ taïo thaønh moät traïng thaùi hoùa trò cao hôn döôùi ñieàu kieän kieàm vaø manganese ôû traïng thaùi naøy coù khaû naêng oxy hoùa I- thaønh I2 trong moâi tröôøng acid. Do ñoù, löôïng I2 ñöôïc giaûi phoùng baèng vôùi löôïng oxy hoøa tan hieän dieän trong maãu. Iodine ñöôïc ño vôùi dung dòch tieâu chuaån thiosulfate natri vaø ñöôïc goïi teân laø oxy hoøa tan. Phöông phaùp Winkler Phöông phaùp Winkler nguyeân goác bò aûnh höôûng cuûa raát nhieàu chaát laøm cho keát quaû khoâng chính xaùc. Ví duï: moät soá chaát oxy hoùa nhö nitrite vaø Fe3+ coù theå oxy hoùa I- thaønh I2 laøm cho keát quaû cao hôn, caùc chaát khöû nhö Fe2+, SO32-, S2-, vaø polythionate khöû I2 thaønh I- vaø laøm cho keát qua nhoû ñi. Phöông phaùp Winkler nguyeân goác chæ coù theå ñöôïc aùp duïng vôùi nöôùc tinh khieát. Caùc phaûn öùng trong phöông phaùp Winkler goàm: (keát tuûa traéng) Mn2+ + 2OH-ÆMn(OH)2 ↓ (4 – 5) Neáu khoâng coù oxy hieän dieän, keát tuûa traéng Mn(OH)2 seõ ñöôïc hình thaønh khi theâm vaøo maãu MnSO4 vaø alkali-iodine reagent (NaOH + KI). Neáu oxygen hieän dieän trong maãu, moät soá Mn (II) ñöôïc oxy hoùa thaønh Mn(IV) vaø taïo keát tuûa naâu. Phöông trình phaûn öùng nhö sau: © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này. GREEN EYE ENVIRONMENT COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG TAÀM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai 4-8 © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này. Mn2+ + 2OH- + ½O2 Æ MnO2 ↓ + H2O (4 - 6) hay Mn(OH)2 + ½O2 Æ MnO2 ↓ + H2O (4 - 7) Quaù trình oxy hoùa Mn(II) thaønh MnO2, ngöôøi ta thöôøng goïi laø söï coá ñònh oxy, quaù trình xaûy ra chaäm, ñaëc bieät laø ôû nhieät ñoä thaáp. Caàn phaûi laéc maïnh maãu ít nhaát trong 20 giaây. Trong tröôøng hôïp nöôùc hôi maën hay nöôùc bieån thì caàn phaûi laéc laâu hôn. Sau khi laéc maãu moät thôøi gian ñuû ñeå taát caû oxy phaûn öùng, caùc keát tuûa ñöôïc pheùp laéng ñeå phaân thaønh 2 lôùp ít nhaát laø caùch beà maët nöôùc saïch 5 cm keå töø ñænh, sau ñoù theâm acid sulfuric vaøo. Trong ñieàu kieän pH thaáp cho keát quaû laø oxy hoùa I- thaønh I2. MnO2 ↓ + 2I- + 4H+ Æ Mn2+ + I2 + 2H2O (4 - 8) I2 khoâng hoøa tan trong nöôùc, nhöng daïng phöùc vôùi iodine thöøa taïo thaønh daïng hoøa tan tri- iodate, do ñoù traùnh thaát thoaùt I2 khoûi dung dòch: I2 + I- Æ I3- (4 - 9) Neân ñaäy kín maãu vaø laéc ít nhaát trong 10 giaây ñeå phaûn öùng xaûy ra hoaøn toaøn. Baây giôø maãu ñaõ saün saøng ñeå chuaån ñoä vôùi thiosulfate N/40. Söû duïng thiosulfate N/40 ñeå chuaån 200 mL maãu. Theâm vaøo caùc chaát söû duïng trong phöông phaùp Winkler, phaûi pha loaõng maãu do ñoù caàn phaûi laáy moät löôïng maãu lôùn hôn 200 mL ñeå chuaån. Khi söû duïng chai 300 mL caàn duøng 2 mL MnSO4 vaø 2 mL alkali-KI. Khi cho 4ml dung dòch naøy vaøo phaûi thao taùc sao cho chuùng ñaåy xaáp xæ 4ml maãu töø trong chai ra ngoaøi vaø caàn phaûi hieäu chænh laïi. Khi cho vaøo 2 mL acid, khoâng xaûy ra söï oxy hoùa, do vaäy khoâng caàn phaûi hieäu chænh cho thao taùc naøy. Ñeå thöïc hieän vieäc hieäu chænh khi cho vaøo 2 chaát phaûn öùng ñaàu tieân ta söû duïng 203ml maãu ñeå chuaån ñoä. Chuaån 200 mL maãu vôùi thiosulfate N/40, töø ñoù tính löôïng oxygen mg/L. Bieán ñoåi Azide cuûa phöông phaùp Winkler Ion nitrite laø moät trong nhöõng ion thöôøng gaëp gaây aûnh höôûng trong quaù trình xaùc ñònh oxy hoøa tan. Aûnh höôûng naøy xaûy ra trong nöôùc sau khi xöû lyù sinh hoïc, trong nöôùc soâng vaø trong maãu uû BOD. Noù khoâng oxy hoùa Mn2+ nhöng noù oxy hoùa I- thaønh I2 trong moâi tröôøng acid. Noù thöôøng gaây aûnh höôûng bôûi tính khöû cuûa noù, N2O2, ñöôïc oxy hoùa bôûi oxygen ñi vaøo trong maãu trong GREEN EYE ENVIRONMENT COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG TAÀM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai 4-9 © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này. khi chuaån ñoä, noù chuyeån hoùa thaønh NO2- vaø gaây bieán ñoåi chu kyø phaûn öùng ñeán noãi coù theå daãn ñeán sai keát quaû phaân tích (thöôøng laøm taêng keát quaû phaân tích). Caùc phaûn öùng bao goàm: 2NO2- + 2I- + 4H+ Æ I2 + N2O2 + 2H2O (4 - 10) vaø N2O2 + ½O2 + H2O Æ 2NO2- + 2H+ (4 - 11) Khi coù söï hieän dieän cuûa nitrite thì khoâng theå coù saûn phaåm cuoái coá ñònh. Ngay laäp töùc, maøu xanh cuûa chæ thò tinh boät bieán maát, nhöõng daïng nitrite töø phöông trình phaûn öùng seõ phaûn öùng vôùi nhieàu I- taïo thaønh I2 vaø maøu xanh cuûa hoà tinh boät seõ quay trôû laïi. Hieän töôïng Nitrite deã daøng khaéc phuïc baèng caùch söû duïng sodium azide (NaN3). Raát deã troän azide vaøo alkali-KI. Khi theâm acid sulfuric vaøo caùc phaûn öùng tieáp theo xaûy ra vaø NO2- bò phaù huûy: NaN3 + H+ Æ HN3 + Na+ (4 - 12) HN3 + NO2- + H+ Æ N2 + N2O + H2O (4 - 13) Baèng caùch naøy, aûnh höôûng cuûa nitrite ñöôïc ngaên chaën vaø phöông phaùp Winkler trôû neân ñôn giaûn vaø phoå bieán. 4.6 PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÄN CÖÏC MAØNG ÑO OXY HOØA TAN Söû duïng maøng ñieän cöïc ñeå ño DO ngaøy caøng ñöôïc phoå bieán do söï phaùt trieån cuûa chuùng. Loaïi naøy ñaëc bieät höõu hieäu ñoái vôùi vieäc xaùc ñònh profile DO trong doøng chaûy. Ñieän cöïc coù theå thaáp hôn ñoái vôùi söï bieán ñoåi ñoä saâu vaø noàng ñoä DO, coù theå ñoïc töø maøn hình noái vôùi ñieän cöïc treân beà maët doøng chaûy. Chuùng cuõng coù theå lô löûng trong beå xöû lyù sinh hoïc ñeå giaùm saùt möùc DO ôû moïi thôøi ñieåm. Toác ñoä söû duïng oxygen sinh hoïc cuõng coù theå ñöôïc xaùc ñònh bôûi vò trí laáy maãu chaát loûng trong 1 chai BOD vaø sau ñoù ñöa ñieän cöïc vaøo ñeå quan saùt toác phaù huûy oxygen. Chuùng cuõng coù theå ñöôïc söû duïng ñeå ño nhanh DO khi kieåm ñònh BOD. Öu ñieåm cuûa noù seõ thaáy roõ khi phaûi phaân tích moät löôïng maãu lôùn. Khaû naêng deã mang theo khi ñi ño ñaïc laøm cho maøng ñieän cöïc trôû thaønh moät thieát bò tuyeät vôøi. Maøng ñieän cöïc thöôøng ñöôïc kieåm tra baèng caùch ño maãu ñaõ ñöôïc phaân tích chæ tieâu DO bôûi phöông phaùp Winkler. Do ñoù, moïi loãi töø kyõ thuaät phaân tích Winkler seõ ñöôïc hoaøn thieän baèng ñieän cöïc. Trong suoát quaù trình ño DO, moät vaán ñeà raát quan troïng laø maãu phaûi di chuyeån qua ñieän cöïc ñeå traùnh ñoïc chaäm keát quaû neáu oxygen bò phaù huûy ngay taïi maøng khi noù bò giaûm ôû cathode. Maøng ñieän cöïc raát nhaïy vôùi nhieät ñoä do ñoù nhieät ñoä ño xung quanh phaûi töông ñoàng vôùi ño DO. Vì vaäy, caàn phaûi chính xaùc hoaëc thieát bò phaûi ñöôïc cheá taïo cuøng vôùi thieát bò ño nhieät ñoä. GREEN EYE ENVIRONMENT COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG TAÀM NHÌN XANH GREE Tel: (08)5150181 Fax: (08)8114594 www.gree-vn.com ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai 4-10 © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này. 4.7 AÙP DUÏNG SOÁ LIEÄU OXY HOØA TAN Soá lieäu oxy hoøa tan ñöôïc söû duïng roäng raõi trong nhieàu lónh vöïc. Nhieàu öùng duïng ñöôïc thaûo luaän döôùi caùc ñieàu kieän toång quaùt trong Muïc 4.1.