Lờ i c ảm ơ n Để hoàn thành luận văn này, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất và xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình tới: - Thầy giáo Thạc sĩ Nguyễn Quang Tuệ đã giao đề tài, hớng dẫn, chỉ bảo tận tình, tạo mọi điều kiện thuận lợi nhất và giúp đỡ tôi rất nhiều trong việc nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Thầy giáo tiến sĩ Nguyễn Khắc Nghĩa, cô giáo Thạc sĩ Võ Thị Hoà đã đóng góp nhiều ý kiến quí báu và nhiệt tình hớng dẫn trong quá trình làm luận văn. - Kỷ thuật viên Nguyễn Thị Đức phụ trách phòng thí nghiệm hoá Phân tích đã giúp đỡ và luôn tạo điều kiện thuận lợi nhất trong quá trình làm thực nghiệm. - Xin cảm ơn ban lãnh đạo nhà máy nớc Hồng Lĩnh, chị Nguyễn Thị Xuân phụ trách phòng hoá nghiệm nớc đã cung cấp tài liệu, tạo điều kiện cho tôi đợc trực tiếp khảo sát và nghiên cứu đề tài tại nhà máy. - Các thầy các cô trong khoa Hoá học, gia đình bạn bè ngời thân đã động viên quan tâm và tận tình giúp đỡ trong quá trình làm và viết luận văn. Vinh, tháng 5 năm 2003 Ngời thực hiện Sinh viên : Trần Thị Thanh Hải Luận văn tốt nghiệp chuyên ngành hoá Phân tích Mở đầu Nớc là hợp chất phổ biến nhất trên bề mặt trái đất. Nó bao phủ 3/4 bề mặt trái đất. Nớc ngọt chiếm 500000 đến 1 triệu km 3 phân bố ở sông ngòi, ao hồ, nớc ngầm . Còn lại ở dạng mây, hơi nớc, băng ở 2 cực trái đất . Nớc dùng để cung cấp cho ăn uống sinh hoạt lấy từ nguồn nớc thiênnhiên có thành phần rất khác nhau. Các nguồn nơc bề mặt th- ờng có độ đục, độ màu và hàm lợng vi trùng cao. Đối với nớc ngầm hàm lợng Fe, Mn thờng vợt quá giới hạn cho phép. Có thể nói hầu hết các nguồn nớc thiên nhiên đều không đáp ứng các yêu cầu cho phép về chất lợng nớc sinh hoạt. Trong khi đó nhu cầu sử dụng nớc sạch rất lớn. Bình quân một ngời trong một năm sử dụng 250m 3 nớc. Xã hội càng phát triển thì nhu cầu sử dụng nớc không ngừng tăng lên. Các nớc đang phát triển nhu cầu sử dụng mỗi ngời / một năm:100m 3 nớc. ở Mỹ một ng- ời/1 năm:1500m 3 nớc. Tình trạng sử dụng nớc không qua xử lý đang tồn tại ở nhiều vùng dân c đặc biệt phổ biến ở các vùng nông thôn, miền núi vùng sâu, vùng xa. Hầu hết ngời dân cha hiểu biết về nớc sạch và những tác động xấu của nớc cha qua xử lý. Số ngời đợc hởng nớc sạch chiếm 40% (25% nông thôn, thành phố 60%). Việt Nam phấn đấu đến 2010 là 80%. Hiện nay sử dụng nớc cha qua xử lý đã gây ra những tác hại nghiêm trọng lâu dài tới sức khoẻ, sự phát triển kinh tế xã hội của đất nớc. Nhất là trong tình trạng các nguồn nớc thiên nhiên đang đứng trớc nguy cơ bị ô nhiễm nặng nề bởi các chất độc hại có nguồn gốc vô cơ lẫn hữu cơ thải ra do hoạt động sản xuất và lao động của con ngời .Trên thế giới đã có 5 triệu ngời chết vì sử dụng nớc ô nhiễm. Xử lý nớc, cung cấp nớc sạch cho dân c là mối quan tâm lớn của nhiều quốc gia, nhiều tổ chức xã hội và chính bản thân cộng đồng dân c. Các nguồn nớc tự nhiên trớc khi đa vào sử dụng đợc đi qua một quá trình xử lý công phu. Để xác lập đợc quy trình xử lý 2 Luận văn tốt nghiệp chuyên ngành hoá Phân tích cần phải căn cứ các chỉ tiêu đánh giá chất lợng nớc nguồn và các yêu cầu chất lợng nớc sử dụng. Nớc sạch cho sinh hoạt cần phải đảm bảo các chỉ tiêu vật lý, hoá học, vi trùng một cách nghiêm ngặt. Nhiệm vụ đánh giá chất l- ợng nớc là một công việc thờng xuyên và cần thiết. Vì vậy chúng tôi chọn đề tài "Xác định chỉ tiêu nitrit, nitrat trong nớc nhà máy nớc Hồng Lĩnh Hà Tĩnh trớc và sau khi xử lý" làm luận văn tốt nghiệp Đại học. Nhà máy nớc Hồng Lĩnh là nhà máy mới đi vào khai thác sử dụng tháng 2/2002 với công suất 5000m 3 /ngày đêm đã và đang cung cấp nớc sạch cho ngời dân thị xã và các vùng lân cận. Nguồn nớc đợc lấy từ suối tập trung thành hồ nhân tạo lớn và tự chảy xuống bộ phận xử lý nớc tại nhà máy thông qua hệ thống dẫn nớc nhờ độ dốc sẵn có, hiệu quả kinh tế đạt đợc tơng đối cao. Đề tài này chúng tôi nghiên cứu cũng đang là vấn đề các nhà chuyên môn rất quan tâm nhằm đánh giá chất lợng nớc trớc khi sử dụng để có biện pháp xử lý kịp thời, đảm bảo chất lợng nớc sử dụng, đạt đợc hiệu quả kinh doanh cao. Trong khuôn khổ luận văn tốt nghiệp đại học, thời gian, thiết bị, hoá chất còn nhiều hạn chế, nên luận văn này chúng tôi chọn ph- ơng pháp trắc quang để nghiên cứu, xác định hàm lợng hai chỉ tiêu hoá học NO 2 - , NO 3 - , vốn ảnh hởng rất lớn đến sức khoẻ con ngời. Đề tài này chúng tôi giải quyết những vấn đề sau: - Khảo sát điều kiện tối u để xác định hàm lợng NO 2 - , NO 3 - bằng phơng pháp trắc quang nh: bớc sóng tối u, pH tối u. - Loại trừ ion cản và xây dựng phơng trình đờng chuẩn sự phụ thuộc A- C. - Xử lý kết quả thu đợc làm cơ sở tham khảo đánh giá chất l- ợng nớc nguồn nhà máy nớc Hồng Lĩnh- Hà Tĩnh. Kết quả thu đợc mới chỉ đánh giá bớc đầu để đánh giá toàn diện cho một nguồn nớc sinh hoạt cần có thời gian. Hy vọng các kết quả này góp phần giúp các nhà chuyên môn đi sâu vào nghiên cứu 3 Luận văn tốt nghiệp chuyên ngành hoá Phân tích chất lợng nớc nhà máy nớc Hồng Lĩnh có thêm cơ sở để đánh giá nớc nguồn của nhà máy. 4 Luận văn tốt nghiệp chuyên ngành hoá Phân tích Phần 1 Tổng quan I. Tổng quan về nớc và nớc sinh hoạt [1]. I.1. Nớc và vai trò của nớc I.1.1. Nớc tự nhiên Nớc là hợp chất phổ biến nhất trên trái đất, thể tích nớc khoảng 1.370 triệu m 3 . Trong đó nớc ngọt chiếm 500.000 đến 1 triệu km 3 , phân bố ở sông ngòi ao hồ . Còn lại ở dạng mây, hơi, băng Nớc có 2 loại nớc thờng và nớc nặng + Nớc thờng (M=18 đ.v.c) chiếm 99,8% nớc tự nhiên + Nớc nặng (M>19 đ.v.c) chiếm 0,2% nớc tự nhiên I.1.2. Vai trò quan trọng của nớc Nớc đồng nghĩa với sự sống sinh vật. Đó là phần lớn nhất của sự sống, nó chiếm trung bình khoảng 80%. ở động vật cao cấp nớc chiếm khoảng 60 ữ70%. Các sinh vật dới biển nh sứa, một số loại tảo chiếm khoảng 90%. Các vi khuẩn dạng bào tử dạng bền lợng nớc chiếm 50%. Hằng ngày cơ thể ngời cần 3 đến 10 lít nớc. Lợng nớc đi vào cơ thể thực hiện quá trình trao đổi chất, trao đổi năng lợng, sau đó theo đờng bài tiết ra ngoài. Nớc là yếu tố quan trọng nhất trong thế giới khoáng chất và sinh học. Nhu cầu sử dụng nớc trong công nghiệp,nông nghiệp sinh hoạt rất lớn, tính bình quân thì 1 ngời trong 1 năm sử dụng khoảng 250m 3 nớc. Xã hội càng phát triển nhu cầu sử dụng nớc không ngừng tăng lên. Ngoài ra, nớc còn có nhiều tính chất quan trọng, khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, nhiều mục đích khác nhau nh làm dung môi rất tốt,là chất oxi hoá hoặc chất khử trong phản ứng hoá học, làm lạnh, sản xuất đồ hộp 5 Luận văn tốt nghiệp chuyên ngành hoá Phân tích Có thể nói, nớc là một nhu cầu không thể thiếu trong cuộc sống sinh hoạt và hầu hết mọi ngành công nghiệp đều sử dụng nớc, nh một nguồn nguyên liệu không gì thay thế đợc trong sản xuất. I.2. Nớc sinh hoạt và tình trạng sử dụng nớc hiện nay I 2.1. Nớc sinh hoạt Mỗi quốc gia đều có những tiêu chuẩn riêng về chất lợng nớc cấp, trong đó có thể các chỉ tiêu cao thấp khác nhau nhng nhìn chung, các chỉ tiêu này phải đạt tiêu chuẩn an toàn vệ sinh về số vi trùng có trong nớc, không có chất độc hại làm nguy hiểm đến sức khoẻ của con ngời và tốt nhất phải đạt tiêu chuẩn cuả tổ chức Y tế thế giới (WHO) hoặc của cộng đồng châu Âu. Thông thờng nớc cấp cho nhu cầu sinh hoạt cần phải đảm bảo các chỉ tiêu về độ pH, nồng độ Oxi hoà tan (DO), độ đục, độ màu, hàm lợng Sắt, độ cứng, mùi vị . Ngoài ra, nớc cấp cho sinh hoạt cần phải ổn định về mặt lý học, hoá học cùng các tiêu chuẩn vệ sinh khác nh số vi trùng trong nớc. Bảng 1 : Tiêu chuẩn vệ sinh đối với chất lợng nớc ăn uống và sinh hoạt về phơng diện vật lý, hoá học (Quyết định số 505 BYT /QĐ ngày 13.4.1992) : TT Yếu tố Đơn vị Đối với đô thị Đối với trạm lẻ và nông thôn 1. Độ trong snelle Cm >30 >25 2. Độ màu thang màu coban độ <10 <10 3. Mùi vị (đậy kín sau khi đun 50 ữ60 0 C điểm 0 0 4. Hàm lợng cặn không tan mg/lit 5 20 5. Hàm lợng cặn sấy khô mg/lit 500 1000 TT Yếu tố Đơn vị Đối với Đối với trạm lẻ và 6 Luận văn tốt nghiệp chuyên ngành hoá Phân tích đô thị nông thôn 6. Độ pH mg/lit 6,5 ữ8,5 6,5 ữ8,5 7. Độ cứng (tính theo CaCO 3 ) mg/lit 500 500 8. Muối mặn - Vùng ven biển - Vùng nội địa mg/lit 400 250 500 250 9. Độ oxi hoá (chất hữu cơ) mg/lit 0,5 ữ2,0 2,0ữ4,0 10. Amoniac - Nớc bề mặt - Nớc ngầm mg/lit 0 3,0 0 3,0 11. Nitrit mg/lit 0 0 12. Nitrat mg/lit 10 10 13. Nhôm mg/lit 0,2 0,2 14. Đồng mg/lit 1,0 1,0 15. Sắt mg/lit 0,3 0,5 16. Mangan mg/lit 0,1 0,1 17. Natri mg/lit 200 200 18. Sunphat mg/lit 400 400 19. Kẽm mg/lit 5,0 5,0 Bảng 2: Tiêu chuẩn chất lợng của tổ chức Y tế thế giới (WHO) dùng cho nớc ăn uống và sinh hoạt. 7 Luận văn tốt nghiệp chuyên ngành hoá Phân tích TT Chỉ tiêu chất lợng nớc Đơn vị Giới hạn cho phép 1. 0 PH 6,5 ữ8,5 2. Độ màu Co/Pt TCU 15 3. Độ đục NTU 5 4. Chất rằn hoà tan tổng cộng mg/lit 1000 5. Độ cứng mg/lit CaCO 3 500 6. Clorua Cl - mg/lit 250 7. Florua F mg/lit 1,5 8. Nitrit NO 2 - mg/lit 0,1 9. Nitrat NO 3 - mg/lit N 10 10. Sunphat SO 4 2- mg/lit 400 11. Natri Na + mg/lit 200 12. Sắt Fe mg/lit 0,3 13. Mangan Mn 2+ mg/lit 0,1 14. Asen As mg/lit 0,05 15. Cadimi Cd mg/lit 0,005 16. Crom Cr mg/lit 0,05 I.2.2. Nguồn nớc hiện nay và tình hình sử dụng nớc : Hiện nay ở Việt Nam hầu hết các vùng đặc biệt là các đô thị nơi dân c tập trung đã đợc sử dụng nớc sạch, nớc đã qua xử lý và kiểm tra chất lợng ,đạt đợc những chỉ tiêu vật lý, hoá học, vi trùng do Bộ Y tế qui định. Tuy nhiên tình trạng sử dụng nớc cha qua xử lý và cha kiểm định chất lợng đang tồn tại ở nhiều vùng dân c đặc biệt là vùng sâu, vùng xa,miền núi. Nguyên nhân chủ yếu là do chủ quan, cha hiểu biết đựơc khái niệm nớc sạch và ý nghĩa của nó. 8 Luận văn tốt nghiệp chuyên ngành hoá Phân tích Ngoài ra còn do nhiều nguyên nhân khác nh do điều kiện kinh tế, do khan hiếm nớc sạch. Chiến lợc của Đảng và Nhà nớc ta đã đề ra ở Đại hội VIII là dân c thành thị và 80% dân c nông thôn đợc cấp n- ớc sạch. Nớc là nguồn gốc của sự sống. Ngày nay, nớc đợc thừa nhận nh nguồn tài nguyên chiến lợc của mỗi quốc gia, đảm bảo sự an toàn thực phẩm, duy trì cân bằng sinh thái, đảm bảo sự hoạt động của con ngời trong thế giới đầy những biến động nhanh chóng về địa lý, xã hội ,môi trờng. Sự đa dạng về không gian và thời gian của các nguồn nớc, về nhu cầu sử dụng là rất khác biệt, nhất là với yêu cầu ngày càng tăng của các miền đất bị khô hạn, đang chịu một áp lực nặng nề về dân số và đang bị ô nhiễm trầm trọng do phát triển công nghiệp và nông nghiệp. Xét trong phạm vi toàn cầu, tình trạng cung cấp nớc hiện nay là không đáp ứng đủ : cứ 5 ngời thì 1 ngời thiếu nớc uống, cứ 2 ngời thì có 1 ngời không đợc sử dụng nớc sạch đã qua hệ thống xử lý. Có 5 triệu ngời chết hàng năm vì sử dụng nguồn nớc ô nhiễm. Sử dụng nớc không đảm bảo chất lợng đã gây nên tình trạng dịch bệnh phát triển nh bệnh dịch tả, thơng hàn, bệnh thận, các bệnh về răng.v.v. Ngoài ra gây ảnh hởng đến các công trình xây dựng, sản xuất nh ăn mòn thiết bị, ăn mòn công trình .v.v. Hiện nay nớc sạch đang là vấn đề mang tính chiến lợc toàn cầu. Nhất là sự phát triển kinh tế xã hội kéo theo nhu cầu sử dụng nớc sạch ngày càng tăng cao. Sự ra đời của các nhà máy nớc và sự phát triển không ngừng của nó là tất yếu và cần thiết. Nhà máy nớc Hồng Lĩnh khánh thành năm 2002 với công suất 5000 m 3 /ngày, đêm nhằm đáp ứng nhu cầu nớc sạch của nhân dân thị xã và các vùng lân cận, góp phần làm thay đổi bộ mặt thị xã, cải thiện môi trờng sinh thái, đảm bảo sức khoẻ cho ngời dân. Nớc sạch dùng trong ăn uống sinh hoạt phải đạt đựơc những chỉ tiêu cho phép. Nếu hàm lợng các chỉ tiêu vợt quá ngỡng đó sẽ ảnh hởng đến sức khoẻ con ngời. Các chỉ tiêu khác nhau sẽ gây ra những tác động khác nhau. Trong luận văn này với điều kiện còn nhiều hạn chế chúng tôi tập trung nghiên cứu hai chỉ tiêu hoá học là NO 2 - và NO 3 - trong nớc của nhà máy nớc Hồng Lĩnh. 9 Luận văn tốt nghiệp chuyên ngành hoá Phân tích Sở dĩ chúng tôi sử dụng hai chỉ tiêu này vì trong nớc NO 2 - có nồng độ nhỏ trong khi đó NO 3 - có thể cao hơn nhiều. Bằng con đờng ăn uống NO 2 - cũng nh NO 3 - là tác nhân nguy hiểm cho sức khoẻ con ngời. NO 2 - gây phản ứng khử vi sinh ở dạ dày và đờng ruột. NO 2 - kết hợp với hồng cầu (hemoglobin) trong máu sau đó chuyển thành methehemoglobinamin là chất ngăn cản việc liên kết và vận chuyển oxi gây ra bệnh thiếu máu, nhất là trẻ sơ sinh và phụ nữ có thai gây ra triệu chứng khó thở. Hiện nay, ngời ta đang nghiên cứu mối quan hệ giữa NO 3 - và bệnh ung th. NO 3 - trong nớc bị khử về NO 2 - trong đó NO 2 - có thể kết hợp với amin bậc 2, amit, cacbamat tạo thành hợp chất N- nitrozo, một trong những hợp chất này có khả năng gây ung th ở ngời. II. Tổng quan các phơng pháp xác định NO 2 - , NO 3 - [3, 5, 7, 8]. II.1. Phơng pháp phân tích thể tích II.1.1. Xác định NO 2 - Cho NO 2 - một lợng d KI trong môi trờng axit thích hợp để phản ứng giữa I - và chất oxihóa NO 2 - xẩy ra hoàn toàn. Sau đó I - bị oxi hoá thành I 2 mà I 2 là chất ít tan trong nớc nên ta phải dùng nhiều KI để I 2 tách ra kết hợp với I - tạo thành I 3 - tan. I 2 + I - = I 3 - Sau đó chuẩn lợng I 2 thoát ra bằng dung dịch chuẩn NaS 2 O 3 từ đó tính đợc hàm lợng NO 2 - trong mẫu. II.1.2. Xác đinh NO 3 - Cho NO 3 - tác dụng với Fe 2+ d đã biết nồng độ chính xác trong môi trờng axit HCl loãng sau đó chuẩn độ lợng d Fe 2+ bằng dung dịch chuẩn KMnO 4 từ đó tính đợc lợng NO 3 - trong mẫu . II.2. Phơng pháp sắc ký ion Phơng pháp này xác định lần lợt NO 3 - , NO 2 - trong dung dịch nhờ điện cực chọn lọc. Cơ sở của phơng này là đo diện cực thế điện cực chọn lọc ion mà giá trị điện thế phụ thuộc vào nồng độ ion xác 10