Item: Phân tích chỉ tiêu môi trường nước - Oxy hòa tan
Rating: 6
Author: John Pham

Phân tích chỉ tiêu môi trường nước - Oxy hòa tan

Bài 6: OXY HÒA TAN (DISSOLVE OXYGEN)

I. GIỚI THIỆU CHUNG
1. Ý nghĩa môi trường
DO(oxy hòa tan) là yếu tố xác định sự thay đổi xảy ra do vi sinh vật kỵ khí hay hiếu khí. Đây là chỉ tiêu quan trọng nhất liên quan đến việc kiểm soát ô nhiễm dòng chảy. Ngoài ra DO còn là cơ sở kiểm tra BOD nhằm đánh giá mức ô nhiễm của nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp.
Tất cả các quá trình xử lý hiếu khí phụ thuộc vào sự hiện diện của DO trong nước thải, việc xác định DO không thể thiếu vì đó là phương tiện kiểm soát tốc độ sục khí để bảo đảm đủ lượng DO thích hợp cho vi sinh vật hiếu khí phát triển.
DO cũng là yếu tố quan trọng trong sự ăn mòn sắt thép, đặc biệt là trong hệ thống cấp nước lò hơi.
2. Nguyên tắc
Phương pháp Winkler cải tiến dựa trên sự oxy hóa Mn2+ thành Mn4+ bởi lượng oxy hòa tan trong nước
Khi cho MnSO4 và dung dịch iodide kiềm (NaOH + NaI) vào mẫu có hai trường hợp xảy ra:
- Nếu không có oxy hiện diện, kết tủa Mn(OH)2 có màu trắng.
Mn2+ + 2 OH- ® Mn(OH)2 (tủa trắng) (1)

- Nếu mẫu có oxy , một phần Mn2+ bị oxy hóa thành Mn4+, kết tủa có màu nâu.
Mn2+ + 2 OH- + ½ O2 ® MnO2 + H2O (2)

Hoặc Mn(OH)2 + ½ O2 ® MnO2 + H2O (3)

Mn4+ có khả năng khử I- thành I2 tự do trong môi trường acid. Như vậy lượng I2 được giải phóng tương đương với lượng oxy hòa tan có trong môi trường nước. Lượng iod này được xác định theo phương pháp chuẩn độ bằng thiosulfate với chỉ thị tinh bột.

MnO2 + 2 I- + 4 H+ ® Mn2+ + I2 + 2 H2O (4)

2 Na2S2O3 + I2 ®   Na2S4O6 + 2 NaI (không màu) (5)

Phương pháp Winkler bị giới hạn bởi các tác nhân oxy hóa khác như nitrite, sắt… các tác nhân này cũng có thể oxy hóa 2 I- ® I2 đưa đến việc nâng cao trị số kết quả. Ngược lại tác nhâ khử như Fe2+, sulfite, sulfide,… oxy hóa I2 ® 2 I- sẽ làm thấp giá trị kết quả.
Đặc biệt ion nitrite là một trong những chất thải ngăn trở thường gặp, nó không oxy hóa Mn2+ song khi môi trường có iodide và acid, NO2 nó sẽ oxy hóa 2 I- ® I2, N2O2 tạo thành từ phản ứng lại bị oxy hóa bởi oxy khí trời qua mặt thoáng dung dịch để cho lại NO2:

2 NO2 + 2 I + + 4H+   ® I2 + N2O2 + 2 H2O (6)

và N2O2 + ½ O2 + H2O ® 2 NO2 + 2 H+ (7)

Do đó khi có NO2- trong mẫu, điểm kết thúc không thể xảy ra bình thường khi có sự biến đổi liên tục từ 2 I- ® I2 và ngược lại

Để khắc phục nhược điểm trên phương pháp Winkler cải tiến bằng cách: trong dung dịch iodide kiềm được thêm một lượng nhỏ sodium azide:

NaN3 + H+   ®   HN3 + Na+ (8)

HN3 + NO2 + H+   ® N2 + N2O + H2O (9)

Theo tiến trình này NO2 bị loại hẳn.
3. Các trở ngại
Các chất lơ lửng, màu

II. DỤNG CỤ, THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT
1. Dụng cụ và thiết bị
- Chai DO
- Ống đong 100 ml
- Buret
2. Hóa chất
a. Dung dịch MnSO4: Hòa tan 364 g MnSO4.H2O (hoặc 400 g MnSO4.2H2O hoặc 480 g MnSO4.4H2O) trong nước cất pha loãng thành 1.000 ml. Dung dịch này không được phản ứng với chỉ thị hồ tinh bột khi thêm vào để acid hóa potassium iodide KI.
b. Dung dịch iodide – Azide kiềm: hòa tan 400 g NaOH (hay 700 g KOH) trong 400ml nước cất, làm nguội và 135 g NaI (hoặc 150 g KI) trong 300 ml nước cất. Hoà tan 10 g NaN3 trong 100 ml nước cất, trộn ba dung dịch trên lại và dùng nước cất định mức lên 1000 ml. Dung dịch này không được cho phản ứng với hồ tinh bột khi acid hóa.
c. Acid sulfuric đậm đặc (sulfuric acid conc): 1 ml H2SO4 tương đương với 3 ml iodide azide kiềm.
d. Dung dịch Na2S2O3 0,025M: hòa tan 6,205 Na2S2O3.5H2O trong nước cất, thêm 1,5 ml NaOH 6N (hoặc 0,1 g Na2CO3) pha loãng thành 1 lít
e. Chỉ thị tinh bột 1%: Hoà tan 1g hồ tinh bột vào 80 ml nước cất đun sôi khuấy đều, làm nguội cho vài giọt HCHO định mức thành 100 ml.

III. TRÌNH TỰ THÍ NGHIỆM
- Lấy mẫu đầy vào chai DO, đậy nút gạt bỏ phần trên ra, V = 300 ml, không được để bọt khí bám xung quanh thành chai.
- Mở nút lần lượt thêm vào bên dưới mặt thoáng mẫu:
+ 2 ml MnSO4
+ 2 ml azide kiềm
- Đậy nút chai ít nhất 20 giây, lắc đều.
- Để yên khi kết tủa lắng hoàn toàn, lắc đều chai thêm một lần nữa.
- Đợi kết tủa lắng yên, cẩn thận mở nút, thêm 2 ml H2SO4 đậm đặc.
- Đậy nút, rửa chai dưới vòi nước, đảo chai hòa tan hoàn toàn kết tủa.
- Rót bỏ 97 ml dung dịch, định phân lượng mẫu còn lại bằng dung dịch Na2S2O3 0,025N, chỉ thị hồ tinh bột. Hồ tinh bột chỉ được thêm khi màu vàng dung dịch còn thật nhạt.

IV. TÍNH TOÁN
1 ml Na2S2O3 0,025M đã dùng = 1 mg O2/l

V. CÂU HỎI
1. Viết phương trình hóa học tóm tắt tất cả các phản ứng chủ yếu trong phương pháp Winkler.
2. Vai trò của NaOH khi pha chế dung dịch Na2S2O3.
3. Hai mẫu cùng lấy tại một vị trí để đo DO. Một mẫu được bảo quản ngay sau khi lấy, mẫu kia được xử lý ngay sau khi đem về phòng thí nghiệm. Hãy so sánh kết quả phân tích hai mẫu trên.