Các chỉ tiêu, cách phân tích, đánh giá mức độ ô nhiễm nước (theo tiêu chuẩn VN) ?

Các thông sô đánh giá chất lượng nước

Nước chiếm 70% diện tích quả đất. Trong lượng nước có mặt trên quả đất, nước đại dương chiếm khoảng 97%, nước đóng băng ở các cực quả đất chiếm khoảng 2%, còn lại khoảng 1% là “nước ngọt” (ao hồ, sông, nước ngầm…).

http://i439.photobucket.com/albums/qq113/quocdungkhtn/thanhphannuoc.jpg
Thành phần nguồn nước trên trái đất

Nước đóng vai trò rất quan trọng trong các hệ sinh học. Có hai tính chất rất quan trọng khiến cho nước đóng vai trò hết sức độc đáo trong tự nhiên : nước là một phân tử phân cực và giữa các phân tử nước có liên kết hidrogen rất mạnh.

http://i439.photobucket.com/albums/qq113/quocdungkhtn/lienkethidrogen.jpg
Liên kết Hidro giữa các phân tử nước

Những tính chất quan trọng này làm cho nước có thêm một số tính chất đặc thù khác, thể hiện qua các tính chất vật lý và hóa học của nước mà chúng ta sẽ đề cập chi tiết dưới đây.

I.Các chỉ tiêu vật lý
1. Độ pH
2. Nhiệt độ
3. Màu sắc
4. Độ đục
5. Tổng hàm lượng chất rắn (TS)
6. Tổng hàm lượng chất rắn lơ lững (SS)
7. Tổng hàm lượng chất rắn hòa tan (DS)
8. Tổng hàm lượng các chất dễ bay hơi (VS)
II.Các chỉ tiêu hóa học
1. Độ kiềm toàn phần
2. Độ cứng của nước
3. Hàm lượng oxigen hòa tan (DO)
4. Nhu cầu oxigen hóa học (COD)
5. Nhu cầu oxigen sinh hóa (BOD)
6. Một số chỉ tiêu hóa học khác trong nước
III.Các chỉ tiêu vi sinh của nước

Các chỉ tiêu vật lý

1. Độ pH

pH chỉ có định nghĩa về mặt toán học : pH = -log[H+]. pH là một chỉ tiêu cần được xác định để đánh giá chất lượng nguồn nước. Sự thay đổi pH dẫn tới sự thay đổi thành phần hóa học của nước (sự kết tủa, sự hòa tan, cân bằng carbonat…), các quá trình sinh học trong nước. Giá trị pH của nguồn nước góp phần quyết định phương pháp xử lý nước. pH được xác định bằng máy đo pH hoặc bằng phương pháp chuẩn độ.

http://i439.photobucket.com/albums/qq113/quocdungkhtn/anhhuongph.jpg

2. Nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng đến độ pH, đến các quá trình hóa học và sinh hóa xảy ra trong nước. Nhiệt độ phụ thuộc rất nhiều vào môi trường xung quanh, vào thời gian trong ngày, vào mùa trong năm…Nhiệt độ cần được xác định tại chỗ (tại nơi lấy mẫu)

3. Màu sắc

Nước nguyên chất không có màu. Màu sắc gây nên bởi các tạp chất trong nước (thường là do chất hữu cơ (chất mùn hữu cơ – acid humic), một số ion vô cơ (sắt…), một số loài thủy sinh vật…Màu sắc mang tính chất cảm quan và gây nên ấn tượng tâm lý cho người sử dụng.
Độ màu thường được so sánh với dung dịch chuẩn trong ống Nessler, thường dùng là dung dịch K2PtCl6 + CaCl2 (1 mg K2PtCl6 tương đương với 1 đơn vị chuẩn màu). Độ màu của mẫu nước nghiên cứu được so sánh với dãy dung dịch chuẩn bằng phương pháp trắc quang.

4. Độ đục

Độ đục gây nên bởi các hạt rắn lơ lửng trong nước. Các chất lơ lửng trong nước có thể có nguồn gốc vô cơ, hữu cơ hoặc các vi sinh vật, thủy sinh vật có kích thước thông thường từ 0,1 – 10 m. Độ đục làm giảm khả năng truyền sáng của nước, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp.1 đơn vị độ đục là sự cản quang gây ra bởi 1 mg SiO2 hòa trong 1 lít nước cất. Độ đục được đo bằng máy đo độ đục (đục kế – turbidimeter). Đơn vị đo độ đục theo các máy do Mỹ sản xuất là NTU (Nephelometric Turbidity Unit).

Thang đo độ đục
http://i439.photobucket.com/albums/qq113/quocdungkhtn/docduc.jpg

Theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN), độ đục được xác định bằng chiều sâu lớp nước thấy được (gọi là độ trong) mà ở độ sâu đó người ta vẫn đọc được hàng chữ tiêu chuẩn. Độ đục càng thấp chiều sâu của lớp nước còn thấy được càng lớn. Nước được gọi là trong khi mức độ nhìn sâu lớn hơn 1 m (hay độ đục nhỏ hơn 10 NTU). Theo qui định của TCVN, độ đục của nước sinh hoạt phải lớn hơn 30cm.

5. Tổng hàm lượng các chất rắn (TS)

Các chất rắn trong nước có thể là những chất tan hoặc không tan. Các chất này bao gồm cả những chất vô cơ lẫn các chất hữu cơ. Tổng hàm lượng các chất rắn (TS : Total Solids) là lượng khô tính bằng mg của phần còn lại sau khi làm bay hơi 1 lít mẫu nước trên nồi cách thủy rồi sấy khô ở 105oC cho tới khi khối lượng không đổi (đơn vị tính bằng mg/L).

6. Tổng hàm lượng các chất lơ lửng (SS)

Các chất rắn lơ lửng (các chất huyền phù) là những chất rắn không tan trong nước. Hàm lượng các chất lơ lửng (SS : Suspended Solids) là lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi lọc 1 lít nước mẫu qua phễu lọc rồi sấy khô ở 105oC cho tới khi khối lượng không đổi. Đơn vị tính là mg/L.

7. Tổng hàm lượng các chất hòa tan (DS)

Các chất rắn hòa tan là những chất tan được trong nước, bao gồm cả chất vô cơ lẫn chất hữu cơ. Hàm lượng các chất hòa tan DS (Dissolved Solids) là lượng khô của phần dung dịch qua lọc khi lọc 1 lít nước mẫu qua phễu lọc có giấy lọc sợi thủy tinh rồi sấy khô ở 105oC cho tới khi khối lượng không đổi. Đơn vị tính là mg/L.
DS = TS – SS

8. Tổng hàm lượng các chất dễ bay hơi

Để đánh giá hàm lượng các chất hữu cơ có trong mẫu nước, người ta còn sử dụng các khái niệm tổng hàm lượng các chất không tan dễ bay hơi (VSS : Volatile Suspended Solids), tổng hàm lượng các chất hòa tan dễ bay hơi (VDS : Volatile Dissolved Solids).
Hàm lượng các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi VSS là lượng mất đi khi nung lượng chất rắn huyền phù (SS) ở 550oC cho đến khi khối lượng không đổi (thường được qui định trong một khoảng thời gian nhất định)
Hàm lượng các chất rắn hòa tan dễ bay hơi VDS là lượng mất đi khi nung lượng chất rắn hòa tan (DS) ở 550oC cho đến khi khối lượng không đổi (thường được qui định trong một khoảng thời gian nhất định)

Các chỉ tiêu hóa học

1. Độ kiềm tòan phần

Độ kiềm toàn phần (Alkalinity) là tổng hàm lượng các ion HCO3-, CO32-, OH- có trong nước. Độ kiềm trong nước tự nhiên thường gây nên bởi các muối của acid yếu, đặc biệt là các muối carbonat và bicarbonat. Độ kiềm cũng có thể gây nên bởi sự hiện diện của các ion silicat, borat, phosphat… và một số acid hoặc baz hữu cơ trong nước, nhưng hàm lượng của những ion này thường rất ít so với các ion HCO3-, CO32-, OH- nên thường được bỏ qua.

Khái niệm về độ kiềm (alkalinity – khả năng trung hòa acid) và độ acid (acidity – khả năng trung hòa baz) là những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá động thái hóa học của một nguồn nước vốn luôn luôn chứa carbon dioxid và các muối carbonat.
Xét một dung dịch chỉ chứa các ion carbonat HCO3- và CO32-. Ở các giá trị pH khác nhau, hàm lượng carbonat sẽ nằm cân bằng với hàm lượng CO2 (cân bằng carbonat) vì trong nước luôn diễn ra quá trình :
2HCO3- <-->CO32- + H2O + CO2 CO32- + H2O <--> 2OH- + CO2

Giả sử ngoài H+ ion dương có hàm lượng nhiều nhất là Na+ thì ta luôn luôn có cân bằng sau :

[H+ ] + [Na+ ] = [HCO3- ] + 2[CO32- ] + [OH- ]

Độ kiềm được định nghĩa là lượng acid mạnh cần để trung hòa để đưa tất cả các dạng carbonat trong mẫu nước về dạng H2CO3.Như vậy ta có các biểu thức :

[Alk] = [Na+ ]
Hoặc [Alk] = [HCO3- ] + 2[CO32- ] + [OH- ] + [H+ ]

Người ta còn phân biệt độ kiềm carbonat (còn gọi là độ kiềm m hay độ kiềm tổng cộng T vì phải dùng metyl cam làm chất chỉ thị chuẩn độ đến pH = 4,5; liên quan đến hàm lượng các ion OH-, HCO3- và CO32-) với độ kiềm phi carbonat (còn gọi là độ kiềm p vì phải dùng phenolphtalein làm chất chỉ thị chuẩn độ đến pH = 8,3; liên quan đến ion OH-). Hiệu số giữa độ kiềm tổng m và độ kiềm p được gọi là độ kiềm bicarbonat.
Trên sơ đồ cân bằng carbonat trong nước cho thất, ở pH = 6,3, nồng độ CO2 hòa tan trong nước và nồng độ ion HCO3- bằng nhau, còn ở pH = 10,3 thì nồng độ các ion HCO3- và CO32- sẽ bằng nhau. Ở pH < 6,3 các ion carbonat chuyển sang dạng CO2 hòa tan, ở pH > 10,3 dạng tồn tại chủ yếu là dạng CO32-, còn trong khoảng 6,3 < pH < 10,3 dạng tồn tại chủ yếu là HCO3-.

http://i439.photobucket.com/albums/qq113/quocdungkhtn/suphanbocacbonat.jpg
Sự phân bố các dạng tồn tại của cacbonat theo pH

Tùy từng nước qui định, độ kiềm có những đơn vị khác nhau, có thể là mg/L, đlg/L (Eq/L) hoặc mol/L. Trị số độ kiềm cũng có thể qui đổi về một hợp chất nào đó, ví dụ Đức thường qui về CaO, Mỹ thường qui về CaCO3. Khi tính theo CaCO3, cách tính được thực hiện như sau :
mg CaCO3/L = đương lượng gam CaCO3/đương lượng gam ion (mg ion/L)
Ví dụ, nếu hàm lượng các ion CO32- và HCO3- lần lượt là 80 và 90 mg/L thì khi qui đổi về CaCO3 chúng lần lượt có giá trị là :
mg CO32- theo CaCO3/L = 80 mg/L*50/30 = 133,3 mg/L
mg HCO3- theo CaCO3/L = 90mg/L*50/61 = 73,7 mg/L

2. Độ cứng của nước

Độ cứng của nước gây nên bởi các ion đa hóa trị có mặt trong nước. Chúng phản ứng với một số anion tạo thành kết tủa. Các ion hóa trị 1 không gây nên độ cứng của nước. Trên thực tế vì các ion Ca2+ và Mg2+ chiếm hàm lượng chủ yếu trong các ion đa hóa trị nên độ cứng của nước xem như là tổng hàm lượng của các ion Ca2+ và Mg2+ .
Đơn vị đo độ cứng được dùng khác nhau ở nhiều nước.

1o cứng Đức 1 dH = 10 mg CaO/L 1o cứng Anh 1eH = 10 mg CaCO3/0,7L 1o cứng Pháp 1 fH = 10 mg CaCO3/L 1o cứng Mỹ 1 aH = 1 mg CaCO3/L
1 mEq/L = 5 fH
1 fH = 0,56 dH = 0,7 eH = 10 mg CaCO3/L
1 dH =1,786 fH =1,25 eH = 17,86 mgCaCO3/L = 10 mg CaO/L 1 eH = 1,438 fH = 0,8 dH = 14,38 mg CaCO3/L 1 mg CaCO3/L = 0,1 fH = 0,056 dH = 0,7 eH

Một đơn vị khác cũng hay được dùng để đánh giá độ cứng là ppm (Parts Per Million). 1 dH = 17 ppm.

http://i439.photobucket.com/albums/qq113/quocdungkhtn/docungcuanuoc.jpg

Phân loại nước theo độ cứng

Các ion Ca2+ và Mg2+ có thể tạo kết tủa với một số chất khoáng có trong nước, tạo lắng cặn trong nồi hơi, bình đun nước hoặc hệ thống dẫn nước.

Người ta còn phân biệt các loại độ cứng khác nhau :

- độ cứng carbonat (thường được ký hiệu CH : Carbonate Hardness): là độ cứng gây ra bởi hàm lượng Ca2+ và Mg2+ tồn tại dưới dạng HCO3-. Độ cứng carbonat còn được gọi là độ cứng tạm thời vì sẽ mất đi khi bị đun sôi.

- độ cứng phi carbonat (thường được ký hiệu là NCH : Non-Carbonate Hardness) là độ cứng gây ra bởi hàm lượng Ca2+ và Mg2+ liên kết với các anion khác HCO3- như SO42-, Cl-…Độ cứng phi carbonat còn được gọi là độ cứng thường trực hay độ cứng vĩnh cữu.

3. Hàm lượng oxigen hòa tan

Oxigen hòa tan trong nước (DO : Dissolved Oxygen) không tác dụng với nước về mặt hóa học. Hàm lượng DO trong nước phụ thuộc nhiều yếu tố như áp suất, nhiệt độ, thành phần hóa học của nguồn nước, số lượng vi sinh, thủy sinh vật…

Hàm lượng oxigen hòa tan là một chỉ số đánh giá “tình trạng sức khỏe” của nguồn nước. Mọi nguồn nước đều có khả năng tự làm sạch nếu như nguồn nước đó còn đủ một lượng DO nhất định. Khi DO xuống đến khoảng 4 – 5 mg/L, số sinh vật có thể sống được trong nước giảm mạnh. Nếu hàm lượng DO quá thấp, thậm chí không còn, nước sẽ có mùi và trở nên đen do trong nước lúc này diễn ra chủ yếu là các quá trình phân hủy yếm khí, các sinh vật không thể sống được trong nước này nữa.

http://i439.photobucket.com/albums/qq113/quocdungkhtn/dotancuanuoc.jpg

Hàm lượng DO trong nước tuân theo định luật Henry, có nghĩa là nói chung độ tan giảm theo nhiệt độ. Ở nhiệt độ bình thường, độ hòa tan tới hạn của oxigen trong nước vào khoảng 8 mg O2/L.
Khi một chất khí hòa tan trong nước đạt đến trạng thái cân bằng, ta có : g) = aq)

Như vậy,hằng số cân bằng của sự hòa tan này là :
KH = [X,aq] / PX

Mỗi chất khí sẽ có một hằng số cân bằng KH khác nhau nên mỗi chất khí sẽ có một độ tan khác nhau ở cùng một nhiệt độ .
Khí KH/mol L-1 atm-1
O2 1,28 x 10-3
CO2 3,38 x 10-2
H2 7,90 x 10-4
CH4 1,34 x 10-3
N2 6,48 x 10-4
NO 2,0 x 10-4

http://i439.photobucket.com/albums/qq113/quocdungkhtn/dotanriengphancuanuoc.jpg

Hàm lượng DO có quan hệ mật thiết đến các thông số COD và BOD của nguồn nước. Nếu trong nước hàm lượng DO cao, các quá trình phân hủy các chất hữu cơ sẽ xảy ra theo hướng háo khí (aerobic), còn nếu hàm lượng DO thấp, thậm chí không còn thì quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong nước sẽ xảy ra theo hướng yếm khí (anaerobic).

Hàm lượng DO bão hòa trong nước sạch ở áp suất 1 atm theo nhiệt độ
Nhiệt độ (oC) 0 5 10 15 20 25 30 35
Nước ngọt (mg/L)14,6 12,8 11,3 10,2 9,2 8,4 7,6 7,0
Nước biển (mg/L) 11,3 10,0 9,0 8,1 7,1 6,7 6,1 -

http://i439.photobucket.com/albums/qq113/quocdungkhtn/nuocngot.jpg

4. Nhu cầu oxigen hóa học

Nhu cầu oxigen hóa học (COD : Chemical Oxygen Demand) là lượng oxigen cần thiết (cung cấp bởi các chất hóa học) để oxid hóa các chất hữu cơ trong nước. Chất oxid hóa thường dùng là KMnO4 hoặc K2Cr2O7 và khi tính toán được qui đổi về lượng oxigen tương ứng ( 1 mg KMnO4 ứng với 0,253 mgO2).

Các chất hữu cơ trong nước có hoạt tính hóa học khác nhau. Khi bị oxid hóa không phải tất cả các chất hữu cơ đều chuyển hóa thành nước và CO2 nên giá trị COD thu được khi xác định bằng phương pháp KMnO4 hoặc K2Cr2O7 thường nhỏ hơn giá trị COD lý thuyết nếu tính toán từ các phản ứng hóa học đầy đủ. Mặt khác, trong nước cũng có thể tồn tại một số chất vô cơ có tính khử (như S2-, NO2-, Fe2+ …) cũng có thể phản ứng được với KMnO4 hoặc K2Cr2O7 làm sai lạc kết quả xác định COD.

Như vậy, COD giúp phần nào đánh giá được lượng chất hữu cơ trong nước có thể bị oxid hóa bằng các chất hóa học (tức là đánh giá mức độ ô nhiễm của nước). Việc xác định COD có ưu điểm là cho kết quả nhanh (chỉ sau khoảng 2 giờ nếu dùng phương pháp bicromat hoặc 10 phút nếu dùng phương pháp permanganat).

5. Nhu cầu oxigen sinh hóa

Nhu cầu oxigen sinh hóa (BOD : Biochemical Oxygen Demand) là lượng oxigen cần thiết để vi khuẩn có trong nước phân hủy các chất hữu cơ. Tương tự như COD, BOD cũng là một chỉ tiêu dùng để xác định mức độ nhiễm bẩn của nước (đơn vị tính cũng là mgO2/L). Trong môi trường nước, khi quá trình oxid hóa sinh học xảy ra thì các vi khuẩn sử dụng oxigen hòa tan để oxid hóa các chất hữu cơ và chuyển hóa chúng thành các sản phẩm vô cơ bền như CO2, CO32-, SO42-, PO43- và cả NO3-.
6. Một số chỉ tiêu hóa học khác trong nước

a) Sắt

Sắt chỉ tồn tại dạng hòa tan trong nước ngầm dưới dạng muối Fe2+ của HCO3-, SO42-, Cl-…, còn trong nước bề mặt, Fe2+ nhanh chóng bị oxid hóa thành Fe3+ và bị kết tủa dưới dạng Fe(OH)3. 2Fe(HCO3)2 + 0,5 O2 + H2O --> 2Fe(OH)3 + 4CO2
Nước thiên nhiên thường hcứa hàm lượng sắt lên đến 30 mg/L. Với hàm lượng sắt lớn hơn 0,5 mg/L nước có mùi tanh khó chịu, làm vàng quần áo khi giặt… Các cặn kết tủa của sắt có thể gây tắc nghẽn đường ống dẫn nước. Trong quá trình xử lý nước, sắt được loại bằng phương pháp thông khí và keo tụ.

b) Các hợp chất clorur

Clor tồn tại trong nước dưới dạng Cl-. Nói chung ở mức nồng độ cho phép thì các hợp chất clor không gây độc hại, nhưng với hàm lượng lớn hơn 250 mg/L làm cho nước có vị mặn. Nước có nhiều Cl- có tính xâm thực ximăng.

c) Các hợp chất sulfat

Ion SO42- có trong nước do khoáng chất hoặc có nguồn gốc hữu cơ. Với hàm lượng lớn hơn 250 mg/L gây tổn hại cho sức khỏa con người. Ở điều kiện yếm khí, SO42- phản ứng với chất hữu cơ tạo thành khí H2S có độc tính cao.

Các thông số mà mình đã giới thiệu ở trên chỉ là các thông số cơ bản mà các SV ngành Hóa môi trường cần phải biết. Còn các thông số khác như hàm lượng nitrie, nitrat, clorua, Pd, Cu, Pb, Hg,Mn, vi khuẩn Ecoli....Tùy theo mỗi quốc gia sẽ có 1 tiêu chuẩn khác nhau. Ở nước Nhật, Châu Âu và Mỹ có yêu cầu rất khắc khe. Còn các thông số tiêu chuẩn chất lượng nước của VN thường cao hơn các nước. Xin giới thiệu các bạn tiêu chuẩn chất lượng nước sinh hoạt và nước thải công nghiệp của VN. Và các bạn thử so sánh tiêu chuẩn của VN với các nước xem khác biệt như thế nào nhé
Tiêu chuẩn nước sinh hoạt VN
Tiêu chuẩn nước thải công nghiệp VN

Nhớ là 10 điểm nhé

Các thông số chất lượng nước (tiếp)-Chỉ tiêu vi sinh
Trong nước thiên nhiên có nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng, rong tảo và các loài thủy vi sinh khác. Tùy theo tính chất, các loại vi sinh trong nước có thể vô hại hoặc có hại. Nhóm có hại bao gồm các loại vi trùng gây bệnh, các loài rong rêu, tảo…Nhóm này cần phải loại bỏ khỏi nước trước khi sử dụng.

Các vi trùng gây bệnh như lỵ, thương hàn, dịch tả…thường khó xác định chủng loại. Trong thực tế hóa nước thường xác định chỉ số vi trùng đặc trưng. Trong chất thải của người và động vật luôn có loại vi khuẩn E.Coli sinh sống và phát triển. Sự có mặt của E.Coli trong nước chứng tỏ chứng tỏ nguồn nước đã bị ô nhiễm bởi phân rác, chất thải của người và động vật và như vậy cũng có khả năng tồn tại các loại vi trùng gây bệnh khác. Số lượng E.Coli nhiều hay ít tùy thuộc mức độ nhiễm bẩn của nguồn nước. Đặc tính của khuẩn E.Coli là khả năng tồn tại cao hơn các loại vi khuẩn, vi trùng gây bệnh khác nên nếu sau khi xử lý nước, nếu trong nước không còn phát hiện thấy E.Coli thì điều đó chứng tỏ các loại vi trùng gây bệnh khác đã bị tiêu diệt hết. Mặt khác, việc xác định số lượng E.Coli thường đơn giản và nhanh chóng nên loại vi khuẩn này thường được chọn làm vi khuẩn đặc trưng trong việc xác định mức độ nhiễm bẩn do vi trùng gây bệnh trong nước.

Người ta phân biệt trị số E.Coli và chỉ số E.Coli. Trị số E.Coli là đơn vị thể tích nước có chứa 1 vi khuẩn E.Coli. Chỉ số E.Coli là số lượng vi khuẩn E.Coli có trong 1 lít nước. Tiêu chuẩn nước cấp cho sinh hoạt ở các nước tiên tiến qui định trị số E.Coli không nhỏ hơn 100 mL, nghĩa là cho phép chỉ có 1 vi khuẩn E.Coli trong 100 mL nước (chỉ số E.Coli tương ứng là 10). TCVN qui định chỉ số E.Coli của nước sinh hoạt phải nhỏ hơn 20.