Hóa môi trường - chương III

Chia sẻ: Le Duc Lê Đức Anh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

1
132
lượt xem
57
download

Hóa môi trường - chương III

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'hóa môi trường - chương iii', khoa học tự nhiên, công nghệ môi trường phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Hóa môi trường - chương III

  1. Tel: (08)5150181 COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG Fax: (08)8114594 TAÀM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT CHÖÔNG 3 ÑOÄ KIEÀM 3.1 KHAÙI NIEÄM CHUNG Ñoä kieàm laø soá ño khaû naêng trung hoøa acid cuûa nöôùc. Ñoâi khi khaùi nieäm khaû naêng trung hoøa acid thay theá cho khaùi nieäm ñoä kieàm cuõng ñöôïc söû duïng trong moät soá taøi lieäu. Ñoä kieàm cuûa nöôùc töï nhieân do muoái cuûa caùc acid yeáu gaây neân, maëc duø caùc chaát kieàm yeáu vaø kieàm maïnh cuõng coù theå gaây ra ñoä kieàm. Bicarbonate laø daïng ñoä kieàm chuû yeáu vì chuùng ñöôïc taïo thaønh töø moät khoái löôïng ñaùng keå khí carbonic coù maët trong ñaát vaø khoâng khí xem phöông trình sau: CO2 + CaCO3 + H2O Ca2+ + 2HCO3- Caùc muoái cuûa acid yeáu nhö borate, silicate vaø phosphate coù theå coù maët vôùi khoái löôïng nhoû. Moät vaøi loaïi acid höõu cô khoù bò oxy hoùa sinh hoïc, ví duï nhö acid humic, taïo thaønh caùc muoái cuõng gaây neân ñoä kieàm trong nöôùc. Trong nöôùc bò oâ nhieãm hoaëc ôû tình traïng kî khí, muoái cuûa caùc acid yeáu nhö acid acetic, propionic vaø hydrogen sulfide cuõng coù theå taïo thaønh ñoä kieàm. Trong moät soá tröôøng hôïp khaùc, ammonia hoaëc caùc hydroxide cuõng gaây neân ñoä kieàm cho nöôùc. Trong nhöõng ñieàu kieän nhaát ñònh, caùc nguoàn nöôùc töï nhieân coù theå chöùa moät löôïng ñaùng keå ñoä kieàm carbonate vaø hydroxide. Ñieàu kieän naøy thöôøng xaûy ra trong nguoàn nöôùc maët coù taûo phaùt trieån. Taûo söû duïng khí carbonic, daïng töï do vaø keát hôïp, trong nöôùc vaø pH thöôøng ñaït trò soá 9 ñeán 10. Nöôùc loø hôi luoân luoân chöùa ñoä kieàm carbonate vaø hydroxide. Nöôùc sau khi ñöôïc xöû lyù laøm meàm baèng phöông phaùp hoùa hoïc coù söû duïng voâi hoaëc soâña thöôøng chöùa carbonate vaø hydroxide. Maëc duø raát nhieàu chaát gaây ra ñoä kieàm trong nöôùc, nhöng moät phaàn lôùn ñoä kieàm cuûa nöôùc töï nhieân do ba chaát sau gaây ra theo thöù töï phuï thuoäc vaøo giaù trò pH töø cao ñeán thaáp: (1) hydroxide (OH-), (2) carbonate (CO32-) vaø (3) bicarbonate (HCO3-). Vôùi haàu heát caùc muïc ñích thöïc teá, ñoä kieàm do caùc chaát khaùc gaây ra trong nöôùc töï nhieân laø khoâng ñaùng keå hoaëc raát nhoû. Ñoä kieàm cuûa nöôùc, veà nguyeân taéc, do muoái cuûa caùc acid yeáu vaø caùc loaïi bazô maïnh gaây ra vaø caùc chaát naøy laø dung dòch ñeäm ñeå giöõ pH khoâng giaûm nhieàu khi ñöa acid vaøo nöôùc. Vì vaäy, ñoä kieàm coøn laø soá ño khaû naêng ñeäm cuûa nöôùc vaø ñöôïc söû duïng roäng raõi trong lónh vöïc xöû lyù nöôùc caáp cuõng nhö nöôùc thaûi. ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai 3-1 © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này.
  2. Tel: (08)5150181 COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG Fax: (08)8114594 TAÀM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT 3.2 YÙ NGHÓA MOÂI TRÖÔØNG Nhö ñaõ bieát, ñoä kieàm cuûa nöôùc ít coù yù nghóa veà maët söùc khoûe coäng ñoàng. Nöôùc coù ñoä kieàm cao thöôøng khoâng ngon vaø ngöôøi tieâu thuï thöôøng tìm caùc nguoàn nöôùc caáp khaùc. Nöôùc ñöôïc xöû lyù baèng phöông phaùp hoùa hoïc thöôøng coù pH cao cuõng khoâng ñöôïc ngöôøi söû duïng öa chuoäng. Vì nhöõng lyù do treân, tieâu chuaån veà ñoä kieàm cho nöôùc xöû lyù baèng phöông phaùp hoùa hoïc ñaõ ñöôïc ban haønh. 3.3 PHÖÔNG PHAÙP XAÙC ÑÒNH ÑOÄ KIEÀM Ñoä kieàm ñöôïc xaùc ñònh baèng phöông phaùp ñònh phaân vôùi dung dòch acid sulfuric H2SO4 N/5 (0,02N) vaø bieåu dieãn baèng ñôn vò töông ñöông CaCO3. Ví duï caùc maãu nöôùc coù pH treân 8,3 ñöôïc ñònh phaân theo hai böôùc. Trong böôùc thöù nhaát, maãu nöôùc ñöôïc ñònh phaân baèng dung dòch acid cho ñeán pH thaáp hôn 8,3 taïi ñieåm chaát chæ thò phenolphthalein ñoåi maøu töø hoàng sang khoâng maøu. Vieäc ñònh phaân trong pha hai ñöôïc thöïc hieän ñeán pH thaáp hôn khoaûng 4,5 töông öùng vôùi ñieåm keát thuùc cuûa bromcresol green. Khi pH cuûa maãu nöôùc thaáp hôn 8,3, chæ caàn ñònh phaân moät laàn ñeán pH 4,5. Vieäc choïn pH 8,3 laø ñieåm keát thuùc cho böôùc ñònh phaân thöù nhaát töông öùng vôùi ñieåm ion carbonate chuyeån thaønh ion bicarbonate: CO32- + H+ HCO3- (3 – 1) Vieäc söû duïng pH khoaûng 4,5 laøm ñieåm keát thuùc cho böôùc ñònh phaân thöù hai töông öùng vôùi ñieåm ion bicarbonate chuyeån thaønh acid carbonic: HCO3- + H+ H2CO3 (3 – 2) Treân cô sôû Phöông trình pH = ½ (pKn – pKB – logC0), ñieåm keát thuùc chính xaùc cho vieäc ñònh phaân phuï thuoäc vaøo noàng ñoä ion bicarbonate ban ñaàu cuûa maãu nöôùc. Chuùng ta thaáy raèng Phöông trình treân trôû thaønh: pH (ñieåm töông öùng bicarbonate) = 3,19 – ½ log[HCO3-] (3 – 3) ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai 3-2 © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này.
  3. Tel: (08)5150181 COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG Fax: (08)8114594 TAÀM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT 14 13 12 11 10 Ñieåm uoán 9 8 pH 7 6 Ñieåm uoán hydroxide carbonate 5 4 OH-+H+ H2O CO32-+H+ HCO3- HCO3-+H+ H2CO3 3 2 1 0 mL acid Hình 3.1 Ñöôøng cong ñònh phaân cuûa hoãn hôïp hydroxide-carbonate. Bicarbonate [HCO3-] noàng ñoä 0,01M töông öùng vôùi ñoä kieàm 500 mgCaCO3/L coù ñieåm keát thuùc phaûi laø 4,19. Caùc xem xeùt naøy yeâu caàu acid carbonic hoaëc carbonic ñöôïc taïo thaønh töø bicarbonate khoâng bò maát töø dung dòch. Ñieàu naøy raát khoù khaên ñeå laøm chaéc chaén vaø vì lyù do naøy caùc xem xeùt treân coù yù nghóa lôùn veà maët lyù thuyeát. pH thöïc cuûa ñieåm keát thuùc khi xaùc ñònh ñoä kieàm toát nhaát laø ñöôïc xaùc ñònh baèng caùch ñònh phaân theo ñieän theá. Yeáu toá naøy coù yù nghóa ñaëc bieät quan troïng ñoái vôùi nöôùc töï nhieân maø ôû ñoù ñoä kieàm toång coäng laø toång caùc aûnh höôûng cuûa caùc muoái acid yeáu trong ñoù bicarbonate chæ laø moät phaàn. pH cuûa ñieåm gaây keát thuùc treân ñöôøng ñònh phaân (xem Hình 3.1) laø ñieåm keát thuùc thaät. Giaù trò pH taïi caùc ñieåm keát thuùc töông öùng ñoái vôùi caùc ñoä kieàm khaùc nhau töø Phöông trình (3 – 3) hoaëc trong “Standard Methods” chæ coù giaù trò cho caùc dung dòch bicarbonate vaø khoâng ñöôïc aùp duïng cho nöôùc thaûi sinh hoaït hoaëc saûn xuaát, thaäm chí ngay caû nöôùc töï nhieân. 3.4 CAÙC PHÖÔNG PHAÙP BIEÅU DIEÃN ÑOÄ KIEÀM Do kieàm do raát nhieàu chaát gaây neân. Caùc chaát naøy thay ñoåi töø nöôùc saïch nöôùc bò oâ nhieãm nhö nöôùc thaûi sinh hoaït vaø nöôùc thaûi coâng nghieäp, ñeán caùc loaïi buøn ñaõ bò phaân huûy. Caùc phöông phaùp bieåu dieãn giaù trò ñoä kieàm cuõng thay ñoåi moät caùch ñaùng keå; vì vaäy caàn phaûi giaûi thích phöông phaùp bieåu dieãn moät caùch chi tieát vaø xaùc ñònh caùc lónh vöïc maø caùc phöông phaùp bieåu dieãn ñöôïc söû duïng. Ñoä kieàm phenolphthalein vaø ñoä kieàm toång coäng Phaân tích ñöôøng cong ñònh phaân ñoái vôùi kieàm maïnh (do kieàm hydroxide), ñoái vôùi carbonate natri, cho thaáy raèng taát caû hydroxide ñeàu ñöôïc trung hoøa taïi thôøi ñieåm khi pH giaûm ñeán 10 vaø ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai 3-3 © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này.
  4. Tel: (08)5150181 COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG Fax: (08)8114594 TAÀM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT carbonate chuyeån thaønh bicarbonate taïi thôøi ñieåm khi pH giaûm xuoáng khoaûng 8,3. Trong hoãn hôïp chöùa caû hydroxide vaø carbonate, carbonate laøm thay ñoåi ñöôøng cong ñònh phaân ôû ñieåm gaây khuùc co pH 8,3 nhö trình baøy trong Hình 3.1. Vì ñieàu naøy, trong thöïc teá ñoä kieàm ño taïi ñieåm keát thuùc phenolphthalein ñöôïc coi laø ñoä kieàm phenolphthalein. Hieän nay, khaùi nieäm naøy ñöôïc söû duïng roäng raõi trong lónh vöïc xöû lyù nöôùc thaûi vaø vaãn ñöôïc söû duïng trong moät soá lónh vöïc phaân tích nöôùc. Neáu vieäc ñònh phaân moät maãu nöôùc coù chöùa caû ñoä kieàm carbonate vaø hydroxide ñöôïc tieáp xuùc qua ñieåm keát thuùc phenolphthalein, bicarbonate phaûn öùng vôùi acid vaø chuyeån thaønh acid carbonic. Phaûn öùng naøy xaûy ra hoaøn toaøn khi pH haï thaáp hôn khoaûng 4,5 (xem Hình 3.1). Khoái löôïng acid yeâu caàu ñeå phaûn öùng vôùi hydroxide, carbonate vaø bicarbonate bieåu dieãn ñoä kieàm toång coäng. Vì ñoä kieàm thöôøng ñöôïc bieåu dieãn baèng ñôn vò CaCO3; cho neân dung dòch H2SO4 N/50 ñöôïc söû duïng trong vieäc ñònh phaân ñoä kieàm. Caùc tính toaùn coù theå thöïc hieän nhö sau: 1.000 Ñoä kieàm phenol = (mL dung dòch H2SO4 ñònh phaân ñeán pH 8,3) (3 - 4) mL maãu 5,0 4,8 1.000 Ñoä kieàm toång coäng = toång mL H2SO4 ñònh phaân ñeán pH (3 - 5) 4,6 mL maãu 4,0 Trong vieäc xaùc ñònh ñoä kieàm toång coäng, pH taïi ñieåm keát thuùc coù moät quan heä tröïc tieáp ñeán khoái löôïng ñoä kieàm carbonate ban ñaàu cuûa maãu. Ñoä kieàm hydroxide, carbonate vaø bicarbonate Trong phaân tích nöôùc, caùc loaïi ñoä kieàm coù maët trong nöôùc vaø khoái löôïng cuûa töøng loaïi thöôøng ñöôïc yeâu caàu xaùc ñònh. Thoâng tin naøy ñaëc bieät caàn cho quaù trình laøm meàm nöôùc vaø cho nöôùc trong loø hôi. Ñoä kieàm hydroxide, carbonate vaø bicarbonate thöôøng ñöôïc tính toaùn döïa treân caùc soá lieäu cô baûn khi ñònh phaân bazô maïnh vaø carbonate natri. Ba qui trình sau thöôøng ñöôïc söû duïng ñeå tính toaùn caùc loaïi ñoä kieàm: (1) tính toaùn chæ töø soá ño ñoä kieàm, (2) tính toaùn töø soá ño ñoä kieàm vaø pH vaø (3) tính toaùn töø caùc phöông trình caân baèng. Qui trình ñaàu tieân laø qui trình cô ñieän döïa treân caùc moái quan heä thöïc nghieäm ñeå tính toaùn caùc loaïi ñoä kieàm khaùc nhau töø ñoä kieàm phenolphthalein vaø ñoä kieàm toång coäng. Caùch tính toaùn naøy ñöôïc söû duïng cho caùn boä kyõ thuaät khoâng coù kieán thöùc cô baûn veà hoùa hoïc moâi tröôøng. Caùc keát quaû cuûa phöông phaùp tính toaùn naøy chæ laø gaàn ñuùng ñoái vôùi caùc maãu nöôùc coù pH treân 9. Duø vaäy, caùc nhaø hoùa hoïc nöôùc vaø caùc kyõ sö coù lieân quan ñeán quaù trình laøm meàm nöôùc, kieåm soaùt aên moøn, phoøng choáng laéng caën ôû pH cao ñeàu caàn bieát caàn bieát caùc loaïi ion vaø noàng ñoä cuûa chuùng. Vì lyù do naøy, caàn phaûi coù khaû naêng tính toaùn noàng ñoä ion hydroxide, carbonate vaø bicarbonate ôû taát caû caùc giaù trò pH vôùi ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai 3-4 © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này.
  5. Tel: (08)5150181 COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG Fax: (08)8114594 TAÀM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT ñoä chính xaùc caàn thieát. Vieäc tính toaùn vôùi ñoä chính xaùc cao naøy coù theå ñöôïc thöïc hieän baèng qui trình (2) hoaëc (3). Qui trình hai coù ñoä chính xaùc ñuû cho caùc muïc ñích thöïc teá vaø cuõng söû duïng ñoä kieàm phenolphthalein vaø ñoä kieàm toång coäng. Hôn nöõa, soá ño pH ban ñaàu phaûi yeâu caàu phaûi coù ñoä chính xaùc cao ñeå tính toaùn tröïc tieáp ñoä kieàm hydroxide. Trong qui trình ba, caùc phöông trình caân baèng khaùc nhau cuûa acid carbonic ñöôïc söû duïng ñeå tính toaùn noàng ñoä cuûa caùc loaïi ñoä kieàm khaùc nhau. Qui trình naøy cho keát quaû vôùi ñoä chính xaùc cao ñoái vôùi caùc thaønh phaàn, thaäm chí khi chuùng coù maët trong nöôùc ôû mg/L, khi soá ño pH ñöôïc thöïc hieän chính xaùc. Ñoâi khi noàng ñoä thaáp cuûa caùc ñoä kieàm cuõng ñoùng vai troø quan troïng. Ñoä kieàm toång coäng cuõng nhö pH ñöôïc yeâu caàu. Hôn nöõa, caàn phaûi xaùc ñònh soá ño cuûa chaát raén hoøa tan ñeå hieäu chænh hoaït tính ion vôùi so ño nhieät ñoä ñeå löïa choïn haèng soá caân baèng thích hôïp. Caùc kyõ sö moâi tröôøng cuõng nhö caùc nhaø hoùa hoïc moâi tröôøng caàn phaûi hieåu cô sôû cuûa caùc qui trình naøy. Caùc qui trình ñöôïc trình baøy döôùi ñaây. Tính toaùn töø soá ño ñoä kieàm Trong qui trình naøy, ñoä kieàm phenolphthalein vaø ñoä kieàm toång coäng ñöôïc xaùc ñònh vaø töø caùc soá ño naøy tính toaùn ñoä kieàm hydroxide, carbonate vaø bicarbonate. Caùc tính toaùn naøy coù theå ñöôïc thöïc hieän baèng caùch cho raèng (khoâng chính xaùc) ñoä kieàm hydroxide vaø ñoä kieàm carbonate khoâng cuøng toàn taïi trong moät maãu nöôùc. Ñieàu naøy cho pheùp naêm khaû naêng sau: (1) chæ coù hydroxide, (2) chæ coù carbonate, (3) hydroxide vaø carbonate, (4) carbonate vaø bicarbonate vaø (5) chæ coù bicarbonate. Hình 4.6 vaø 4.8 bieåu dieãn raèng vieäc trung hoøa hydroxide ñöôïc thöïc hieän hoaøn toaøn khi löôïng acid ñöa vaøo ñuû ñeå giaûm pH ñeán 8,3 vaø khi ñoù duøng moät nöõa löôïng carbonate bò trung hoøa. Khi tieáp tuïc ñònh phaân ñeå ñeán pH 4,5, moät khoái löôïng khoâng ñaùng keå acid ñöôïc söû duïng ñeå trung hoøa hydroxide vaø moät khoái löôïng acid duøng baèng khoái löôïng ñeå trung hoøa carbonate ñeán pH 8,3, ñöôïc söû duïng ñeå trung hoøa carbonate. Ñieàu naøy laø thoâng tin cô baûn ñeå xaùc ñònh caùc daïng ñoä kieàm hieän trong nöôùc vaø khoái löôïng cuûa töøng loaïi. Bieåu ñoà bieåu dieãn söï ñònh phaân vôùi caùc ñoä kieàm keát hôïp vôùi nhau ñöôïc trình baøy trong Hình 3.2 ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai 3-5 © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này.
  6. Tel: (08)5150181 COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG Fax: (08)8114594 TAÀM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT Hydroxide+carbonate carbonate hydroxide hydroxide Carbonate+bicarbonate hydroxide carbonate carbonate carbonate Phenolphthalein Ñieåm cuoái pH 8,3 bicarbonate bicarbonate bicarbonate Bromcresol xanh ñieåm cuoái pH 4,5 Hình 3.2 Ñoà thò ñònh phaân maãu nöôùc chöùa caùc daïng ñoä kieàm khaùc nhau. Chæ coù hydroxide. Caùc maãu chæ chöùa ñoä kieàm hydroxide coù pH cao, thöôøng cao hôn 10. Vieäc ñònh phaân hoaøn thaønh taïi ñieåm keát thuùc phenolphthalein. Trong tröôøng hôïp naøy ñoä kieàm hydroxide baèng ñoä kieàm phenolphthalein. Chæ coù carbonate. Caùc maãu chæ chöùa ñoä kieàm carbonate coù pH 8,5 hoaëc cao hôn. Vieäc ñònh phaân ñeán ñieåm keát thuùc phenolphthalein chính xaùc baèng moät nöõa vieäc ñònh phaân toång coäng. Trong tröôøng hôïp naøy, ñoä kieàm carbonate baèng ñoä kieàm toång coäng. Hydroxide – carbonate. Caùc maãu chöùa ñoä kieàm hydroxide vaø carbonate coù pH cao, thöôøng cao hôn 10. Vieäc ñònh phaân töø ñieåm keát thuùc phenolphthalein ñeán ñieåm keát thuùc bromcresol green theå hieän moät phaàn hai ñoä kieàm carbonate. Vì vaäy ñoä kieàm carbonate coù theå ñöôïc tính toaùn nhö sau: 1.000 Ñoä kieàm carbonate = 2 (ñònh phaân töø pH 8,3 ñeán 4,5) mL maãu vaø Ñoä kieàm hydroxide = ñoä kieàm toång coäng – ñoä kieàm carbonate carbonate – bicarbonate. Caùc maãu chöùa ñoä kieàm carbonate vaø bicarbonate coù pH cao hôn 8,3 vaø thöôøng thaáp hôn 11. Vieäc ñònh phaân ñeán ñieåm keát thuùc phenolphthalein theå hieän moät phaàn hai ñoä kieàm carbonate. Ñoä kieàm carbonate coù theå ñöôïc tính toaùn nhö sau: ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai 3-6 © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này.
  7. Tel: (08)5150181 COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG Fax: (08)8114594 TAÀM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT 1.000 Ñoä kieàm carbonate = 2 (ñònh phaân ñeán pH 8,3) mL maãu vaø Ñoä kieàm hydroxide = ñoä kieàm toång coäng – ñoä kieàm carbonate Chæ coù bicarbonate. Caùc maãu chæ chöùa ñoä kieàm carbonate coù pH 8,3 hoaëc thaáp hôn, thöôøng laø thaáp hôn. Trong tröôøng hôïp naøy ñoä kieàm bicarbonate baèng ñoä kieàm toång coäng. Caùc phöông phaùp ñöôïc ñeà caäp ôû phaàn tröôùc ñeå tính toaùn gaàn ñuùng ñoä kieàm ñaõ ñöôïc thay theá baèng phöông phaùp chính xaùc hôn ñöôïc trình baøy döôùi ñaây. Tính toaùn töø soá ño ñoä kieàm vaø pH Trong qui trình naøy, soá ño pH, ñoä kieàm phenolphthalein vaø ñoä kieàm toång coäng phaûi ñöôïc thöïc hieän. Hydroxide. Tröôùc tieân, ñoä kieàm hydroxide ñöôïc tính toaùn töø soá ño ñoä pH, söû duïng haèng soá phaân ly cuûa nöôùc, Kn [OH − ] = (3 – 6) [H + ] Tính toaùn naøy yeâu caàu sô ñoà pH phaûi chính xaùc ñeå xaùc ñònh [H+]. Vì vôùi noàng ñoä hydroxide 1 mg/L töông ñöông vôùi ñoä kieàm 50.000 mgCaCO3/L, moái quan heä treân coù theå ñöôïc bieåu dieãn thuaän lôïi hôn. Ñoä kieàm hydroxide = 50.000 x 10(pH - pKn) (3 - 7) ÔÛ nhieät ñoä 240C, pKn = 14,00. Duø sao noù thay ñoåi töø 14,94 ôû 00C ñeán 13,53 ôû 400C. Vì vaäy, vieäc ño nhieät ñoä ñoùng vai troø quan troïng ñeå hieäu chænh pKn. Moái quan heä giöõa pH, nhieät ñoä vaø ñoä kieàm hydroxide ñöôïc trình baøy baèng ñoà thò trong Hình 1.3.3. Ñeå coù ñoä chính xaùc cao hôn, phaûi xaùc ñònh noàng ñoä chaát raén hoøa tan ñeå hieäu chænh hoaït ñoä ion, maëc duø trong tröôøng hôïp naøy vieäc hieäu chænh laø khoâng ñaùng keå vaø khoâng caàn thieát trong haàu heát caùc muïc ñích thöïc teá. Trong cuoán “Standard Methods” ñaõ coù saün bieåu ñoà cho pheùp tính toaùn nhanh ñoä kieàm hydroxide treân cô sôû söû duïng soá ño pH, nhieät ñoä vaø chaát raén hoøa tan. Carbonate. Khi ñoä kieàm hydroxide ñöôïc xaùc ñònh, söû duïng caùc qui trình tröôùc ñeå tính toaùn ñoä kieàm carbonate vaø bicarbonate. Ñoä kieàm phenolphthalein bieåu dieãn toaøn boä ñoä kieàm hydroxide coäng vôùi moät phaàn hai ñoä kieàm carbonate. Vì vaäy, ñoä kieàm carbonate coù theå ñöôïc tính toaùn nhö sau: ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai 3-7 © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này.
  8. Tel: (08)5150181 COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG Fax: (08)8114594 TAÀM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT Ñoä kieàm carbonate = 2 (ñoä kieàm phenol - ñoä kieàm hydroxide) (3 - 8) 100 40 Ñoä kieàm hydroxide, mgCaCO3/L 20 10 4 50C 2 150C 1 250C 0,4 350C 0,2 0,1 7 8 9 10 11 12 Hình 3.3 Moái quan heä giöõa ñoä kieàm hydroxide vaø pH ôû caùc nhieät ñoä khaùc nhau. Bicarbonate. Vieäc ñònh phaân töø pH 8,3 ñeán 4,5 do moät phaàn hai ñoä kieàm carbonate coäng vôùi toaøn boä ñoä kieàm bicarbonate coøn laïi. Roõ raøng raèng, ñoä kieàm bicarbonate bieåu dieãn ñoä kieàm coøn laïi sau khi tröø ñi ñoä kieàm bicarbonate trôû thaønh: Ñoä kieàm bicarbonate = ñoä kieàm toång coäng – (ñoä kieàm carbonate–ñoä kieàm hydroxide)( 3 - 9) Tính toaùn töø caùc phöông trình caân baèng Vieäc phaân boá caùc loaïi ñoä kieàm khaùc nhau coù theå ñöôïc tính toaùn töø caùc phöông trình caân baèng keát hôïp vôùi phöông trình trung hoøa ñieän tích (caân baèng ion) trong dung dòch. Ñeå baûo toaøn ñieän tích, toång noàng ñoä ñöông löôïng cuûa caùc cation phaûi baèng toång noàng ñoä ñöông löôïng cuûa caùc anion. Ñoä kieàm toång coäng laø soá ño noàng ñoä ñöông löôïng cuûa taát caû caùc cation vaø anion keát hôïp vôùi ñoä kieàm ñöôïc trình baøy nhö sau: Ñoä kieàm [H+] + = [HCO3-] + 2[CO32-] + [OH-] (3 – 10) 50.000 Caùc phöông trình caân baèng phaûi ñöôïc xem xeùt laø Phöông trình (3 – 6) vaø Phöông trình phaân ly baäc hai cuûa acid carbonic, {H }{CO } = K + 2− } (3 - 11) 3 {H CO3 − A2 ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai 3-8 © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này.
  9. Tel: (08)5150181 COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG Fax: (08)8114594 TAÀM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT Töø soá ño pH, [H+] vaø [OH-] coù theå ñöôïc xaùc ñònh baèng caùch söû duïng phöông trình (3 – 6). Chæ coøn ñoä kieàm khoâng ñöôïc bieát laø [HCO3-] vaø [CO32-] vaø chuùng coù theå ñöôïc xaùc ñònh töø lôøi giaûi ñoàng thôøi cuûa phöông trình (3 – 10) vaø (3 - 11). Sau ñaây laø caùc phöông trình keát quaû: Ñoä kieàm carbonate 50.000 [(ñoä kieàm/50.000) + [H+] – (Kn/[H+])] = (3 – 12) mgCaCO3/l 1 + ([H+]/2KA2) Ñoä kieàm carbonate 50.000 [(ñoä kieàm/50.000) + [H+] – (Kn/[H+])] = (3 – 13) + mgCaCO3/l 1 + (2KA2/[H ]) ÔÛ nhieät ñoä 250C, Kn laø 10-14 vaø KA2 laø 4,7.10-11. Tuy nhieân, caùc giaù trò naøy thay ñoåi deã daøng cuøng vôùi söï thay ñoåi nhieät ñoä. Hoaït tính ion cuõng thay ñoåi ñaùng keå cuøng vôùi noàng ñoä ion, nhö ñaõ trình baøy trong Phaàn 4.3. Vieäc hieäu chænh naøy khaù daøi, “Standard Methods” trình baøy ñoà thò ñeå ñaùnh giaù carbonate vaø bicarbonate döïa treân cô sôû xem xeùt treân. Ñoà thò naøy, cuõng nhö Phöông trình (3 – 12) vaø (3 - 13) thu ñöôïc keát quaû ñoä kieàm bieåu dieãn döôùi daïng CaCO3. Trong nhieàu tröôøng hôïp coù theå phaûi xaùc ñònh noàng ñoä thöïc cuûa carbonate vaø bicarbonate. Vieäc chuyeån noàng ñoä töø miligram treân lít cuûa CO32- hoaëc HCO3- nhö sau: mg/L CO32- = mg/L ñoä kieàm carbonate x 0,6 (3 – 14) mg/L HCO3- = mg/L ñoä kieàm bicarbonate x 1,22 (3 – 15) Noàng ñoä mol coù theå ñöôïc tính toaùn baèng caùch chia miligram treân lít cho troïng löôïng miligram phaân töû cuûa ion: mg/L CO32- mg/L CO32- [CO32-] = vaø [HCO3-] = (3 – 16) 60.000 61.000 3.5 MOÁI QUAN HEÄ GIÖÕA CARBONIC, ÑOÄ KIEÀM VAØ pH TRONG NÖÔÙC TÖÏ NHIEÂN Töø caùc phöông trình CO2 + H2O → H2CO3 HCO3- + H+ (3 - 17) M(HCO3)2 → M2+ + 2HCO3- (3 - 18) HCO3- → CO32- + H+ (3 - 19) CO32- + H2O → HCO3- + OH- (3 - 20) ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai 3-9 © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này.
  10. Tel: (08)5150181 COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG Fax: (08)8114594 TAÀM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT Roõ raøng raèng carbonate vaø ba daïng ñoä kieàm laø caùc phaàn cuûa moät heä thoáng toàn taïi ôû daïng caân baèng vì taát caû caùc phöông trình ñeàu lieân quan ñeán HCO3-. Söï thay ñoåi noàng ñoä cuûa baát cöù thaønh phaàn naøo trong heä thoáng seõ daãn ñeán thay ñoåi caân baèng, thay ñoåi noàng ñoä cuûa caùc ion khaùc vaø keát quaû laø söï thay ñoåi pH. Ngöôïc laïi, söï thay ñoåi pH seõ laøm thay ñoåi caùc moái quan heä. Hình 3.3 trình baøy moái quan heä giöõa carbonic vaø ba loaïi ñoä kieàm trong nöôùc vôùi ñoä kieàm toång coäng laø 100 mg/L vaø theo phaïm vi pH quan troïng trong thöïc teá kyõ thuaät moâi tröôøng. Ñeå xaây döïng ñoà thò naøy söû duïng Phöông trình (2 - 7), (3 - 7), (3 - 12), (3 - 13). Caùc thoâng tin cho trong Hình chæ söû duïng cho muïc ñích moâ taû nhö söï khaùc nhau veà moái quan heä cuûa ñoä kieàm toång coäng, nhieät ñoä. 100 90 80 HCO3- 70 Ñoä kieàm mgCaCO3/L 60 50 40 30 CO32- 20 CO2 OH- 10 0 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5 11 Hình 3.4 Moái quan heä giöõa carbonic vaø ba daïng ñoä kieàm taïi taïi caùc pH khaùc nhau (giaù trò ñöôïc tính toaùn cho nöôùc vôùi ñoä kieàm toång coäng laø 100 mgCaCO3/L ôû nhieät ñoä 250C. 3.6 AÙP DUÏNG SOÁ LIEÄU VEÀ ÑOÄ KIEÀM Caùc thoâng tin lieân quan ñeán ñoä kieàm ñöôïc söû duïng theo raát nhieàu caùch trong thöïc teá kyõ thuaät moâi tröôøng. Keo tuï hoùa hoïc Caùc hoùa chaát ñöôïc söû duïng ñeå keo tuï nöôùc vaø nöôùc thaûi phaûn öùng vôùi nöôùc ñeå taïo thaønh keát tuûa hydroxide khoâng hoøa tan. Ion hydro giaûi phoùng ra seõ phaûn öùng vôùi ñoä kieàm cuûa nöôùc. Vì ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai 3-10 © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này.
  11. Tel: (08)5150181 COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG Fax: (08)8114594 TAÀM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT vaäy, ñoä kieàm taùc duïng ñeäm cho nöôùc daõy pH toái öu cho quaù trình keo tuï. Ñoä kieàm phaûi coù maët trong nöôùc ôû moät löôïng ñuû ñeå trung hoøa löôïng acid ñöôïc giaûi phoùng ra töø caùc chaát keo tuï vaø hoaøn thaønh quaù trình keo tuï. Laøm meàm nöôùc Ñoä kieàm laø thoâng soá chính phaûi ñöôïc xem xeùt ñeán trong vieäc tính toaùn nhu caàu veà voâi vaø soâña trong quaù trình laøm meàm nöôùc baèng phöông phaùp keát tuûa. Ñoä kieàm cuûa nöôùc ñöôïc laøm meàm phaûi naèm trong giôùi haïn cuûa tieâu chuaån nöôùc uoáng. Kieåm soaùt aên moøn Ñoä kieàm laø thoâng soá quan troïng lieân quan ñeán vieäc kieåm soaùt quaù trình aên moøn. Ñaây laø thoâng soá caàn phaûi bieát ñeå tính toaùn chæ soá baûo hoøa Langelier. Khaû naêng ñeäm Soá ño ñoä kieàm ñöôïc söû duïng nhö moät thoâng soá ñeå ñaùnh giaù khaû naêng ñeäm cuûa nöôùc thaûi vaø buøn. Chaát thaûi coâng nghieäp Nhieàu coâng ty chính qui caám vieäc xaû chaát thaûi chöùa ñoä kieàm hydroxide vaøo nguoàn nöôùc. caùc nhaø chöùc traùch ñoâ thò thöôøng caám xaû chaát thaûi chöùa ñoä kieàm hydroxide vaøo coáng thoaùt nöôùc. Ñoä kieàm cuõng nhö pH laø yeáu toá quan troïng khi xaùc ñònh khaû naêng xöû lyù sinh hoïc cuûa nöôùc thaûi. 3.7 MOÄT SOÁ AÙP DUÏNG KHAÙC CUÛA ÑOÄ KIEÀM ÑOÁI VÔÙI KYÕ SÖ MOÂI TRÖÔØNG Kyõ sö moâi tröôøng thöôøng gaëp nhieàu tröôøng hôïp thöïc teá lieân quan ñeán moái quan heä carbonic – ñoä kieàm – pH vaø thöôøng phaûi giaûi thích caùc moái quan heä naøy. Söï thay ñoåi pH khi thoåi khí Trong thöïc teá, nöôùc ñöôïc thoåi khí ñeå khöû carbonic. Vì carbonic laø khí acid neân khi khöû carbonic daãn ñeán laøm giaûm [H+] vaø vì vaäy laøm taêng pH cuûa nöôùc theo phöông trình (1.3 - 1.3). Khoâng khí bình thöôøng coù khoaûng 0,03% khi carbonic theo theå tích. Haèng soá Henry [xem Phöông trình (2 - 15)] ñoái vôùi carbonaic khoaûng 1.500 mg/L-atm ôû nhieät ñoä 250C; vì vaäy, noàng ñoä caân baèng cuûa carbonic vôùi khoâng khí laø 0,0003 x 1.500 hoaëc khoaûng 0,45mg/L. Töø phöông trình (16 - 7) coù theå ñöôïc tính toaùn raèng nöôùc coù ñoä kieàm 100 mg/L ñöôïc thoåi khí ñeán traïng ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai 3-11 © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này.
  12. Tel: (08)5150181 COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG Fax: (08)8114594 TAÀM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT thaùi caân baèng vôùi carbonic trong khoâng khí phaûi coù pH khoaûng 8,6. Nöôùc voâi ñoä kieàm lôùn hôn phaûi daãn ñeán coù pH cao hôn trong khi thoåi khí vaø maãu nöôùc coù ñoä kieàm thaáp daãn ñeán pH thaáp. Söï thay ñoåi pH khi coù maët taûo Nhieàu nguoàn nöôùc maët coù ñieàu kieän toát ñeå cho taûo phaùt trieån. ÔÛ nhöõng vuøng taûo phaùt trieån maïnh, ñaëc bieät laø ôû nôi nöôùc caën, pH coù theå ñaït ñeán 10. Taûo söû duïng carbonic cho caùc hoaït ñoäng quang toång hôïp cuûa chuùng vaø vieäc khöû carbonic daãn ñeán pH cao. Chuùng ta thaáy raèng vieäc thoåi khí khöû carbonic daãn ñeán pH coù theå taêng ñeán 8 vaø 9 vôùi ñoä kieàm trung bình. Taûo coù theå giaûm noàng ñoä carbonic töø ñoù xuoáng döôùi noàng ñoä caân baèng trong khoâng khí vaø tieáp theo coù theå gaây neân vieäc taêng pH raát cao. Khi pH taêng, caùc daïng ñoä kieàm thay ñoåi vôùi keát quaû carbonic coù theå ñöôïc söû duïng cho söï phaùt trieån cuûa taûo vôùi caû daïng carbonate vaø bicarbonate theo phöông trình caân baèng sau: 2HCO3- → CO32- + H2O + CO2 (3 - 21) CO32- + H2O → 2OH- + CO2 (3 - 22) Vì vaäy, vieäc khöû khí carbonic baèng taûo daãn ñeán chuyeån caùc daïng ñoä kieàm töø bicarbonate thaønh carbonate vaø töø carbonate ñeán hydroxide. Caàn löu yù raèng trong quaù trình thay ñoåi naøy ñoä kieàm toång coäng baèng haèng soá (khoâng ñoåi). Taûo coù theå tieáp tuïc söû duïng khí carbonic cuûa nöôùc cho ñeán khi pH taêng ñeán giaù trò aûnh höôûng, thöôøng trong daõy pH 10 ñeán 11. Vaøo ban ñeâm, taûo saûn xuaát khí carbonic thay vì tieâu thuï noù. Ñieàu naøy xaûy ra vì quaù trình hoâ haáp cuûa chuùng trong boùng toái cao hôn quaù trình quang hôïp toång hôïp. Vieäc saûn xuaát carbonic naøy coù aûnh höôûng ngöôïc vaø daãn ñeán laøm giaûm pH. Söï thay ñoåi ban ngaøy cuûa pH do quaù trình quang toång hôïp vaø hoâ haáp thöôøng xaûy ra trong nöôùc maët. Trong nöôùc töï nhieân chöùa moät löôïng ñaùng keå Ca2+, carbonate canxi keát tuûa khi noàng ñoä ion carbonate, theo Phöông trình (3 - 21), ñuû lôùn ñeå tích hoøa tan cuûa CaCO3 ñuû: Ca2+ + CO32- → CaCO3 (3 - 23) Vieäc keát tuûa naøy thöôøng xaûy ra tröôùc khi pH vöôït quaù 10. Carbonate canxi laéng caën nhoû keát quaû cuûa vieäc khöû carbonic qua hoaït ñoäng cuûa taûo taïo neân caùc caën laéng laø hoãn hôïp cuûa seùt vaø voâi trong hoà. Caën laéng seùt voâi laø tieàn thaân cuûa ñaù voâi. Ñoä kieàm cuûa nöôùc loø hôi Nöôùc loø hôi chöùa caû ñoä kieàm carbonate vaø hydroxide. Caû hai loaïi ñoä kieàm naøy nhaän ñöôïc töø ñoä kieàm bicarbonate cuûa nöôùc ñöa vaøo loø hôi. Khí carbonic khoâng hoøa tan trong nöôùc loø hôi ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai 3-12 © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này.
  13. Tel: (08)5150181 COÂNG TY MOÂI TRÖÔØNG Fax: (08)8114594 TAÀM NHÌN XANH GREE www.gree-vn.com GREEN EYE ENVIRONMENT vaø ñöôïc khöû cuøng vôùi hôi nöôùc noùng. Ñieàu naøy laøm taêng pH vaø chuyeån ñoä kieàm töø bicarbonate thaønh carbonate vaø töø carbonate thaønh hydroxide nhö ñaõ trình baøy trong Phöông trình (3 - 21) vaø (3 - 22). Döôùi caùc ñieàu kieän nhö vaäy, pH luoân cao hôn 11. ThS: Huyønh Ngoïc Phöông Mai 3-13 © Copyright 2006 gree-vn.com, All rights reserved. Xin ghi rõ nguồn khi bạn phát hành lại thông tin từ trang này.
Đồng bộ tài khoản