Bài giảng Hóa kỹ thuật môi trường 1 - Chương 12: Nitơ
2/27/2009
Giaùo trình hoùa kó thuaät moâi tröôøng
1
Ñaïi cöông veà nitô vaø caùc hôïp chaát cuûa nitô
Nitô laø moät trong nhöõng nguyeân toá chính cuûa söï soáng, laø thaønh phaàn
cuûa protein vaø acid nucleic trong teá baøo sinh vaät, ñoäng vaät vaø thöïc vaät.
Ñoái vôùi kyõ sö moâi tröôøng, nhöõng hôïp chaát cuûa nitô ñöôïc nhieàu quan
taâm bôûi vì söï quan troïng cuûa nhöõng chaát naøy trong khí quyeån vaø trong
caùc chu trình soáng cuûa ñoäng thöïc vaät.
Nitô coù nhieàu traïng thaùi oxy hoùa maø nhöõng traïng thaùi naøy coù theå bò
bieán ñoåi bôûi vi sinh vaät.
Tuøy thuoäc vaøo ñieàu kieän hieáu khí hay kî khí maø vi khuaån bieán ñoåi
traïng thaùi oxy hoùa cuûa nitô ôû daïng aâm hoaëc döông.
Trong nöôùc thieân nhieân vaø nöôùc thaûi, caùc hôïp chaát cuûa nitô toàn taïi döôùi
hoùa (ntrite vaø nitrate).
Töø nhöõng quan ñieåm cuûa hoùa voâ cô, Nitô coù theå toàn taïi döôùi 7 daïng
oxy hoùa:
-3
0
+1 +2
+3
+4
+5
NH3 – N2 – N2O – NO – N2O3 – NO2 – N2O5
2
1
2/27/2009
Ñaïi cöông veà nitô vaø caùc hôïp chaát cuûa nitô (tt)
Chu trình Nitô bieåu dieån nhöõng moái quan taâm toàn taïi giöõa caùc daïng
hôïp chaát cuûa Nitô
3
Ñaïi cöông veà nitô vaø caùc hôïp chaát cuûa nitô (tt)
Nitrate cung caáp chaát dinh döôõng cho ñôøi soáng thöïc vaät vaø ñöôïc bieán
ñoåi thaønh protein.
40 g/mol
2 eq
NO3- + CO2 + caây xanh + aùnh saùng maët trôøi Æ protCe=in
= 20g/ eq
N2 trong khí quyeån cuõng ñöôïc bieán ñoåi thaønh protein bôûi quaù trình oån
ñònh nitô cuûa vi khuaån.
N2 + vi khuaån ñaëc bieät Æ protein
+
Hôn nöõa, NH3 vaø nhöõng hôïp chaát ammonium (NH4 ) ñöôïc theâm vaøo ñaát
ñeå cung caáp cho caây troàng, vôùi NH3 ñeå giuùp cho söï saûn sinh protein.
NH3 + CO2 + caây xanh + aùnh saùng maët trôøi Æ protein
Urea laø moät trong nhöõng hôïp chaát ammonium phoå bieán. Protein trong
xaùc cheát trôû thaønh chaát thaûi boû. Nöôùc tieåu chöùa nitô do cô cheá phaân
huûy protein maø coù. Nitô toàn taïi trong nöôùc tieåu phaàn lôùn laø urea maø
urea ñöôïc thuûy phaân khaù nhanh bôûi enzyme urease thaønh ammonium
carbonate
4
2
2/27/2009
Ñaïi cöông veà nitô vaø caùc hôïp chaát cuûa nitô (tt)
Phaân ñoäng vaät chöùa moät löôïng protein khoâng tieâu hoùa ñöôïc (nitô höõu
cô). Nhöõng chaát naøy vaø protein trong xaùc cheát ñoäng thöïc vaät ñöôïc
bieán ñoåi thaønh löôïng lôùn NH3 bôûi hoaït ñoäng cuûa vi khuaån dò döôõng
trong ñieàu kieän hieáu khí hoaëc kò khí.
Protein (N höõu cô)
+
vi khuaån
Æ
NH3
Söï toàn taïi cuûa hôïp chaát höõu cô chöùa nitô chuû yeáu coù nguoàn goác töø quaù
trình sinh hoïc. Ñoù laø quaù trình baøi tieát, trao ñoåi chaát cuûa sinh vaät cuõng
nhö söï phaân huûy caùc xaùc cheát cuûa chuùng.
Caây coái coù theå duøng tröïc tieáp NH3, ñöôïc thaûi ra bôûi hoaït ñoäng cuûa vi
khuaån leân ure vaø protein ñeå taïo ra protein thöïc vaät. Neáu NH3 thaûi ra vöôït
quaù möùc yeâu caàu cuûa thöïc vaät, löôïng dö naøy ñöôïc oxy hoùa bôûi vi
khuaån nitrat hoùa töï döôõng.
Vi khuaån
-
2NH3 + 3O2
2NO2 + 2H+ + 2H2O
Nitrite ñöôïc oxy hoùa bôûi nhoùm vi khuaån nitrat hoùa, nitrobacter maø nhoùm
naøy cuõng ñöôïc goïi laø ngöôøi taïo nitrate
Vi khuaån
-
-
2NO2 + O2
2NO3
5
Ñaïi cöông veà nitô vaø caùc hôïp chaát cuûa nitô (tt)
Quaù trình chuyeån hoùa nitô nöôùc ñöôïc theå hieän nhö sau:
6
3
2/27/2009
Ñaïi cöông veà nitô vaø caùc hôïp chaát cuûa nitô (tt)
Haøm löôïng nitô trong nöôùc töï nhieân cao thöôøng do nöôùc thaûi sinh hoaït
hoaëc nöôùc thaûi coâng nghieäp taïo neân.
Trong nöôùc thaûi sinh hoaït, nitô toàn taïi ôû daïng voâ cô (65%) vaø höõu cô
(35%). Nguoàn nitô chuû yeáu töø nöôùc tieåu.
Nitrate ñöôïc taïo thaønh coù theå ñaùp öùng cho caây troàng nhö laø chaát dinh
döôõng. Neáu caây troàng khoâng haáp thuï heát löôïng N-NO3- vaø N-NH4+ voâ cô
hình thaønh thì chuùng seõ hoøa tan trong nöôùc möa vaø troân vaøo soâng hoà
hay thaám vaøo nguoàn nöôùc ngaàm.
Söï hình thaønh khí nitô do söï khöû nitrate ñoâi khi laø vaán ñeà trong xöû lyù
nöôùc thaûi baèng quaù trình buøn hoaït tính. Neáu haøm löôïng nitrate lôùn, thôøi
gian löu keùo daøi trong beå laéng seõ gaây ra quaù trình khöû nitrate taïo thaønh
khí N2 gaây ra hieän töôïng buøn noåi trong beå laéng.
Trong quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi coù haøm löôïng nitô cao, quaù trình khöû
nitrate caàn ñöôïc yeâu caàu ñeå ngaên ngöøa söï phaùt trieån khoâng mong
muoán cuûa taûo vaø nhöõng thöïc vaät nöôùc khaùc trong nguoàn tieáp nhaän.
7
Amonia
Amoniac trong nöôùc toàn taïi döôùi hai daïng: NH3 vaø NH4+ tuøy thuoäc
pH cuûa moâi tröôøng.
Trong vuøng pH thaáp noù toàn taïi ôû daïng ion.
ïï
+
Tyû leä NH3/ NH4 coøn tuøy thuoäc vaøo nhieät ñoä, nhieät ñoä thaáp caân
baèng leäch veà daïng ion.
+
Tyû leä NH3/ NH4 ñöôïc theå hieän trong baûng sau:
pH
Nhieät
ñoä
6,0
6,5
7,0
7,5
8,0
8,5
9,0
9,5
1
0,009
0,028
0,09
0,28
0,89
2,77
8,25
22,1
10
20
30
0,019
0,040
0,081
0,059
0,125
0,254
0,19
0,40
0,80
0,59
1,24
2,48
1,83
3,82
7,46
5,56
11,2
20,3
15,7
28,4
44,6
37,1
55,7
71,8
8
4
2/27/2009
Amonia (tt)
Amoniac trong nöôùc töï nhieân coù nguoàn goác töø quaù trình amoni hoùa
caùc chaát höõu cô chöùa nitô hay söï giaûi phoùng töï nhieân cuûa sinh khoái.
Amonia hieän dieän trong nöôùc maët hoaëc nöôùc ngaàm baét nguoàn töø hoaït
ñoäng phaân huûy chaát höõu cô cuûa caùc vi sinh vaät trong ñieàu kieän yeám
khí.
Ñoái vôùi nguoàn nöôùc caáp sinh hoaït ammonia ñöôïc tìm thaày khi bò nhieãm
baån bôûi caùc doøng thaûi.
Trong maïng löôùi caáp nöôùc, amonia coøn söû duïng döôùi daïng caùc hôïp
chaát cloramin coù taùc duïng keùo daøi thôøi gian dieät khuaån cuûa löôïng clo
dö khi vaän chuyeån trong ñöôøng oáng.
Trong ñieàu kieän yeám khí amoniac cuõng coù theå hình thaønh töø nitrat do
quaù trình khöû nitrat cuû vi khuaån denitrification.
Haøm löôïng amoniac trong nöôùc thaûi sinh hoaït, nöôùc thaûi coâng nghieäp
thöïc phaåm vaø moät soá nöôùc thaûi khaùc coù theå raát cao.
Noàng ñoä NH3 trong nöôùc ngaàm khaù oån ñònh.
Noàng ñoä NH3 trong nöôùc maët coù söï thay ñoåi lôùn, phuï thuoäc vaøo cheá ñoä
thuûy vaên nguoàn nöôùc. Muøa ñoâng noàng ñoä NH3 thöôøng cao hôn muøa heø
vì quaù trình oxy hoùa thaønh nitrat dieãn ra chaäm ôû nhieät ñoä thaáp.
9
Nitrite - Nitrate
Nitrite laø hôïp chaát khoâng beà. Noù cuõng coù theå laø quaù trình khöû nitrate
trong ñieàu kieän yeám khí. Ngoaøi ra nitrite coøn coù nguoàn goác töø nöôùc
thaûi quaù trình coâng nghieäp ñieän hoùa.
Trong traïng thaùi caân baèng, noàng ñoä nitrite trong nöôùc thöôøng raát
thaáp, trong nöôùc maët noàng ñoä nitrite thöôøng nhoû hôn 0,02 mg/l.
Nitrate laø hôïp chaát voâ cô cuûa nitô coù hoùa trò cao nhaát. Noù khaù beàn
vöõng trong moâi tröôøng nöôùc vaø coù nguoàn goác chính nhö sau:
Quaù trình oxy hoùa caùc hôïp chaát nitô coù trong ñaát.
Quaù trình cuoán troâi beà maët hoaëc chaûy traøn töø caùnh ñoàng noâng
nghieäp vaøo soâng, hoà mang theo löôïng lôùn phaân boùn maø caây
troàng chöa kòp haáp thu.
Nöôùc thaûi sinh hoaït hoaëc nöôùc thaûi moät soá ngaønh coâng nghieäp
thöïc phaåm, hoùa chaát,... Chöùa moät löôïng lôùn caùc hôïp chaát nitô.
Trong nöôùc maët, nitrate thöôøng gaëp döôùi daïng veát nhöng trong taàng
nöôùc ngaàm haøm löôïng nitrate ñoâi nôi laïi raát cao.
10
5
2/27/2009
Nitrite - Nitrate (tt)
Nitrit laø saûn phaåm trung gian cuûa quaù trình oxy hoùa amoniac hoaëc
nitô amoni trong ñieàu kieän hieáu khí nhôø söï tham gia cuûa vi khuaån
Nitrosomonas . Sau ñoù nitrot tieáp tuïc ñöôïc oxy hoùa thaønh nitrat nhôø vi
khuaån Nitrobacter theo phöông trình.
K n
K m
+
−
−
NH 4 ⎯ ⎯→ NO2 ⎯ ⎯→ NO3
Trong ñoù Kn, Km laø haèng soá toác ñoä nitrite vaø nitrate hoùa
Caùc phöông trình phaûn öùng nitrite vaø nitrate ñöôïc bieåu dieãn nhö sau:
NH4+ +1, 5O2 ⎯N⎯itro⎯som⎯onas⎯→ NO2− + H2O + 2H +
NO2− + 0,5O2 ⎯N⎯itro⎯bact⎯er→ NO3−
NH4+ + 2,0O2 → NO3− + H2O + 2H +
Quaù trình nitrate hoùa caàn 4,57 g O2 cho 1 g N-NH4 . Caùc loaøi vi khuaån
Nitrosomonas vaø Nitrobacter laø caùc loaïi vi khuaån hieáu khí thích hôïp
ñieàu kieän nhieät ñoä töø 20-30oC.
Trong ñieàu kieän khoâng coù oxy töï do maø moâi tröôøng vaãn coøn chaát höõu
cô cacbon, moät soá loaøi vi khuaån khöû nitrate hoaëc nitrite ñeå laáy oxy
cho quaù trình oxy hoùa caùc chaát höõu cô.
−
+
NO3 + 4H + 5C höõu cô → 5CO2 + 2 N 2 + 2 H 2O
11
Nitô höõu cô – Nitô toång
Taát caû N hieän dieän trong nhöõng hôïp chaát höõu cô coù theå ñöôïc xem xeùt
laø N-höõu cô. Ñieàu naøy bao goàm nitô trong acid amino, amines,
amides, imides, daãn xuaát cuûa nitô vaø moät soá hôïp chaát khaùc. Haàu heát
nhöõng daïng naøy ít ñöôïc chuù yù trong phaân tích nöôùc tröø khi lieân quan
ñeán nöôùc thaûi coâng nghieäp ñaëc bieät.
Nitô coù theå khoâng bò chuyeån hoùa hoaøn toaøn töø caùc hôïp chaát dò voøng
chöùa nitô.
Haàu heát N-höõu cô maø xuaát hieän trong nöôùc thaûi sinh hoaït laø ôû daïng
protein hoaëc saûn phaåm phaân huûy cuûa protein: polypeptides vaø amino
acids.
Nitô Kjeldahl laø haøm löôïng nitô höõu cô vaø nitô amoniac trong maãu
ñöôïïc xaùc ñònh sau khi voâ cô hoùa. Noù khoâng bao goàm nitô nitrat vaø
nitrit vaø khoâng nhaát thieát bao goàm nitô lieân keát vôùi caùc hôïp chaát höõu
cô.
12
6
2/27/2009
ÝYÙ nghóa moâi tröôøng
Nitô laø moät nguyeân toá chính trong thaønh phaàn caùc axit amin – moät
sinh chaát quan troïng cuûa vi sinh vaät. Söï phaân huûy caùc chaát höõu cô,
amonia, nitrate, nitrite ñeàu laø saûn phaåm cuûa chu trình ñaïm (chu
trình nitô) trong nhöõng ñieàu kieän moâi tröôøng khaùc nhau. Do ñoù vieäc
caùc muïc ñích sau:
Ñaùnh giaù möùc ñoä oâ nhieãm, khaû naêng töï laøm saïch cuûa nguoàn
nöôùc.
Ñaùnh giaù hieäu suaát cuûa coâng trình xöû lyù.
Ño löôøng löôïng sinh khoái, tæ leä caùc thaønh phaàn dinh döôõng cuûa
moâi tröôøng lieân quan ñeán söï phaùt trieån cuûa vi khuaån.
Gia taêng hieäu suaát cuûa quaù trình clo hoùa nöôùc caáp sinh hoaït.
Nitô laø thaønh phaàn trong töï nhieân vaø caàn thieát cho ñôøi soáng sinh
vaät, neân khoâng theå loaïi boû hoaøn toaøn caùc hôïp chaát nitô ra khoûi
nguoàn nöôùc. Nhöng khi haøm löôïng nitô vöôït quaù ngöôõng cho pheùp
seõ trôû thaønh vaán ñeá khoâng bình thöôøng cho nguoàn nöôùc. Vì vaäy
vieäc laøm giaûm caùc hôïp chaát nitô trong nguoàn nöôùc tôùi möùc toái ña
laø nhieäm vuï cuûa ngaønh caáp nöôùc vaø baûo veä moâi tröôøng.
13
ÝYÙ nghóa moâi tröôøng (tt)
Vieäc xaùc ñònh haøm löôïng Ure trong nöôùc thaûi coù theå bieát ñöôïc thôøi gian löu
nöôùc thaûi trong caùc coáng thoaùt nöôùc.
Söï coù maët caùc hôïp chaát nitô vaø phoát pho trong nöôùc thöôøng gaây ra quaù
trình phuù döôõng hoùa.
Amoniac (NH3) laø ñoäc toá ñoái vôùi caù ngay caû vôùi haøm löôïng nhoû.
Ôû noàng ñoä 0,01 mg/l, caù bò nhieãm ñoäc qua ñöôøng maùu.
Khi noàng ñoä cao hôn (0,2 – 0,5 mg/l), gaây ñoäc tính caáp cho caù.
Nitrite laø ñoäc toá ñoái vôùi caù vaø caùc daãn xuaát cuûa noù nhö laø caùc hôïp chaát
nitroso, nitroaming,... Laø caùc chaát coù tieàm naêng gaây ung thö.
Baûn thaân nitrate khoâng phaûi laø yeáu toá ñoäc haïi nhöng do quaù trình chuyeån
hoùa thaønh nitrite neân gaây ñoäc.
hai chæ tieâu naøy ñöôïc bieåu hieän theo coâng thöùc sau:
C
C
NO3−
NO2−
+
≤1
C
C
NO3− ,cp
NO2− ,cp
Trong ñoù:
-
CNO vaø CNO - : noàng ñoä nitrate vaø nitrite ño ñöôïc
CNO ,cp vaø C2NO ,cp : noàng ñoä nitrate vaø nitrite cho pheùp
3
14
-
-
3
2
7
2/27/2009
ÝYÙ nghóa moâi tröôøng (tt)
Nhöõng phaân tích thaønh phaàn nitô ôû nhöõng daïng khaùc nhau ñöôïc
thöïc hieän treân nöôùc uoáng vaø nöôùc bò oâ nhieãm töø khi nöôùc ñöôïc
coâng nhaän laø moâi tröôøng lan truyeàn beänh taät. vieäc phaân tích nitô
ñöôïc thöïc hieän bôûi nhieàu lyù do khaùc nhau nhö laø:
Chaát chæ thò cuûa chaát löôïng veä sinh
Chaát dinh döôõng vaø nhöõng vaán ñeà lieân quan
Söï oxy hoùa trong nhöõng doøng soâng vaø cöûa soâng
Kieåm soaùt quaù trình xöû lyù sinh hoïc
15
Chaát chæ thò cuûa chaát löôïng veä sinh
Nöôùc bò oâ nhieãm seõ töï laøm saïch
trong khoaûng thôøi gian thích
hôïp. Ñoäc tính vaø khaû naêng
nhieãm beänh cuûa nöôùc ñoái vôùi
ngöôøi söû duïng seõ bò giaûm theo
thôøi gian vaø theo söï taêng nhieät
ñoä
Nitô hieän dieän trong nöôùc ban
ñaàu ôû daïng nitô höõu cô
(protein) vaø NH3. Theo thôøi gian,
nitô höõu cô bieán ñoåi daàn daàn
thaønh N-NH3 vaø sau naøy neáu
ñieàu kieän hieáu khí hieän dieän, söï
oxy hoùa NH3 thaønh nitrite vaø
nitrate xaûy ra.
16
8
2/27/2009
Chaát dinh döôõng vaø nhöõng vaán ñeà lieân quan
Vieäc xaùc ñònh haøm löôïng nitô trong xöû lyù nöôùc thaûi laø raát caàn
thieát ñaëc bieät laø trong quaù trình xöû lyù sinh hoïc ñeå bieát ñöôïc
trieån cuûa vi sinh vaät hay khoâng? Neáu khoâng, baát kyø söï thieáu huït
phaûi ñöôïc cung caáp töø nguoàn beân ngoaøi.
Xaùc ñònh N-NH3 vaø N-höõu cô thöôøng ñöôïc xaùc ñònh ñeå coù
nhöõng soá lieäu cuï theå ñeå löïa choïn coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi vaø
ñaùnh giaù xem chaát löôïng nöôùc thaûi sau xöû lyù coù ñaït tieâu chuaån
xaû ra nguoàn tieáp nhaän hay khoâng?
Nitô laø moät trong nhöõng yeáu toá sinh döôõng caàn thieát ñeå taûo phaùt
trieån. Nhöõng phaân tích nitô coù yù nghóa quan troïng nhaèm giuùp
khoáng cheá quaù trình phuù döôõng hoùa nguoàn nöôùc.
17
Söï oxy hoùa trong nhöõng doøng soâng vaø cöûa soâng
Söï bieán ñoåi NH3 thaønh nitrite vaø nitrate cuûa vi sinh vaät töï döôõng
ñoøi hoûi O2 vaø söï oxy hoùa naøy laøm giaûm nghieâm troïng löôïng oxy
Hoaït ñoäng cuûa vi sinh vaät trong heä thoáng xöû lyù sinh hoïc hieáu khí
taïo ra moät löôïng lôùn sinh khoái buøn vaø löôïng sinh khoái naøy coù theå
bò nitrate hoùa. Do ñoù trong doøng ra cuûa heä thoáng coù theå gaây
neân vieäc nitrate hoùa nhanh.
Nhöõng phaân tích Nitô laø quan troïng trong vieäc vaän haønh quaù
trình xöû lyù ñeå giaûm löôïng ammonia thaûi ra.
18
9
2/27/2009
Kieåm soaùt quaù trình xöû lyù sinh hoïc
Söï xaùc ñònh Nitô thöôøng ñöôïc laøm ñeå kieåm soaùt möùc ñoä laøm
saïch trong xöû lyù sinh hoïc. Thí nghieäm BOD, chæ ñaùnh giaù möùc ñoä
sinh vaät maø khoâng ñaùnh giaù ñöôïc quaù trình nitrate hoùa xaûy ra
trong xöû lyù nöôùc thaûi.
Trong moät soá tröôøng hôïp, söï giôùi haïn ñaõ ñöôïc aùp ñaët bôûi vì nghi
ngôø ñoäc tính aûnh höôûng leân ñôøi soáng cuûa caù. Ngöôøi ta ñaõ bieát
roõ NH3 khoâng phaân ly laø ñoäc nhöng ion NH4+ laïi khoâng. Khi ñoù söï
quan heä giöõa hai daïng laø phuï thuoäc pH.
19
Öùng duïng trong vieäc xaùc ñònh nitô
Hieän nay, soá lieäu lieân quan ñeán hôïp chaát nitô maø toàn taïi trong nöôùc caáp
ñöôïc duøng phaàn lôùn lieân quan ñeán thöïc teá khöû truøng xaùc ñònh löôïng N-NH3
hieän dieän trong nöôùc ñeå ñaùnh giaù chloride caàn ñeå ñaït ñöôïc löôïng chlorine
dö ôû ñieåm döøng cuûa söï khöû truøng baèng chlorine vaø xaùc ñònh moät soá khoaûng
tyû leä cuûa monochloramines khi lieân quan ñeán vieäc keát hôïp vôùi chlorine dö.
Söï xaùc ñònh nitrate trong nöôùc caáp giuùp nhaän daïng vaø kieåm soaùt beänh
methemoglobinemia ôû treû em.
Soá lieäu veà nitô raát quan troïng lieân quan ñeán xöû lyù nöôùc thaûi. Baèng caùch kieåm
soaùt söï nitrate hoùa, giaù thaønh xöû lyù hieáu khí coù theå ñöôïc giöõ ôû möùc thaáp
nhaát.
Söï phaân tích N-NH3 vaø N-höõu cô laø quan troïng trong vieäc xaùc ñònh coù ñuû
löôïng nitô hieän dieän trong nöôùc thaûi cho xöû lyù sinh hoïc hay khoâng.
Buøn sinh hoïc sinh ra töø heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi vaø chaát thaûi raén höõu cô
ñöôïc uû laøm phaân compost. Chaát löôïng cuûa phaân compost phuï thuoäc vaøo
thaønh phaàn nitô coù trong ñoù.
Kieåm soaùt haøm löôïng nitô trong nöôùc töï nhieân (soâng, suoái, ao, hoà,...) seõ taêng
cöôøng khaû naêng laøm saïch nguoàn nöôùc vaø traùnh ñöôïc hieän töôïng phuù
döôõng hoùa.
20
10
2/27/2009
Phöông phaùp xaùc ñònh haøm löôïng nitô
Nitô toàn taïi trong nöôùc döôùi 4 daïng chuû yeáu.
-
Nitrate Æ bieåu thò qua chæ tieâu N-NO3
-
2
Amonia Æ bieåu thò qua chæ tieâu N-NH3
Nitô höõu cô
21
Xaùc ñònh N-NH3
Phöông phaùp Nessler
Theo moät phöông phaùp ño maøu coå ñieån vôùi maãu ñaõ ñöôïc loïc gaïn thích
hôïp baèng phöông phaùp xöû lyù sô boä duøng keõm sulfate vaø NaOH
3
thöû Nessler maø laø dung dòch coù tính kieàm maïnh cuûa iode kali thuûy ngaân.
Chaát naøy keát hôïp vôùi NH3 trong moâi tröôøng kieàm ñeå taïo daïng keo phaân
taùn maøu vaøng naâu, cöôøng ñoä maøu naøy bieåu hieän tröïc tieáp löôïng NH3 hieän
dieän ban ñaàu. Phaûn öùng naøy coù theå ñöôïc mieâu taû bôûi phöông trình:
Maøu ñöôïc taïo ra bôûi chaát chæ thò Nessler deã daøng ñöôïc nhìn thaáy ñöôïc.
22
11
2/27/2009
Xaùc ñònh N-NH3 (tt)
Phöông phaùp Nessler (tt)
Nhaèm traùnh nhöõng trôû ngaïi do taïp chaát coù trong maãu coù theå taùc
duïng vôùi thuoác thöû, amonia caàn ñöôïc taùch ra baèng phöông phaùp
chöng caát maãu. Vieäc so maøu seõ ñöôïc thöïc hieän treân dung dòch
chöng caát.
Caùc trôû ngaïi chính cuûa phöông phaùp:
Haøm löôïng Ca2+ vöôït quaù 250 mg/l, amoni ño ñöôïc thaáp hôn
thöïc teá. Ñeå traùnh ñieàu naøy caàn phaûi ñieàu chænh pH tröôùc khi
chöng caát maãu, dung dòch ñeäm photphat ñöôïc duøng ñeå laøm
keát tuûa canxi döôùi daïng canxi phoát phaùt.
cô, aceton, aldehyt, röôïu vaø nhöõng hôïp chaát höõu cô khaùc
cuõng gaây nhieàu trôû ngaïi. Nhöõng chaát naøy coù theå cho maøu
vaøng hay maøu luïc hoaëc trôû neân ñuïc khi theâm thuoác thöû Nessler
vaøo dung dòch chöng caát.
Hôïp chaát sunfua taïo keát tuûa vôùi thuoác thöû Nessler, coù theå loaïi
boû sunfua baèng chì cacbonat.
23
Xaùc ñònh N-NH3 (tt)
Phöông phaùp Phenate
Moät thay ñoåi phöông phaùp ño maøu ñoái vôùi phöông phaùp Nessler
lieân quan ñeán vieäc theâm vaøo dung dòch kieàm phenol vôùi
hypochlorite vaø muoái Mn.
Mn xuùc taùc cho phaûn öùng giöõa phenol, hypochlorite vaø ammonia
ñeå taïo ra indophenol maø coù maøu xanh döông ñaäm.
Phöông phaùp naøy coù nhöõng trôû ngaïi töông töï nhö phöông phaùp
Nessler.
24
12
2/27/2009
Xaùc ñònh N-NH3 (tt)
Phöông phaùp chöng caát
Phöông phaùp tröïc tieáp Nessler vaø phöông phaùp phenate bò raøng
buoäc bôûi nhöõng sai soá töø maøu beân ngoaøi vaø ñoä ñuïc. Vì vaäy, söï aùp
duïng tröïc tieáp laø khoâng thöïc teá ñeå duøng treân nhieàu maãu.
Phöông phaùp chöng caát ñöôïc duøng ñeå taùch NH3 töø nhöõng chaát
caûn trôû vaø sau ñoù vieäc xaùc ñònh N-NH3 coù theå ñöôïc thöïc hieän bôûi
moät soá caùch bao goàm caû phöông phaùp so maøu ñaõ noùi treân.
Cô cheá cuûa phöông phaùp laø Ion NH4+ toàn taïi ôû traïng thaùi caân baèng
NH3 vaø ion H+ theo phaûn öùng
NH4 ⎯Δ⎯→ NH3 ↑ +H +
+
Taïi pH treân 8, caân baèng dòch chuyeån theo phaûn öùng giaûi phoùng
NH3 laøm giaûm pH do taïo thaønh ion H+. Chaát ñeäm borate ñaõ ñöôïc
theâm vaøo ñeå duy trì pH trong khoaûng 9,5 vôùi muïc ñích thay ñoåi
caân baèng veà höôùng thích hôïp. Giaù trò pH cao hôn ñaõ khoâng ñöôïc
ñeà nghò bôûi vì söï nguy hieåm cuûa moät soá NH3 ñöôïc thaûi ra töø nguoàn
höõu cô taïi nhieät ñoä soâi cuûa nöôùc.
25
Xaùc ñònh N-NH3 (tt)
Phöông phaùp chöng caát (tt)
Kinh nghieäm cho thaáy raèng, treân thöïc teá taát caû NH3 töï do seõ ñöôïc
phaùt ra töø dung dòch coù pH ñöôïc duy trì ôû 9,5 baèng caùch ñieàu
chænh 200 mL nöôùc ñaõ ñöôïc chöng caát khi duøng 500 – 1000 mL
maãu.
Saûn phaån chöng caát ñöôïc thu hoài baèng caùch cho hôi ñi qua thieát
bò ngöng (oáng sinh haøn) vaø sau ñoù cho vaøo bình chöùa dung dòch
acid.
+
Dung dòch acid bieán ñoåi NH3 töï do trong hôi thaønh ion NH4 . Dung
dòch acid boric ñöôïc duøng ñoái vôùi nhöõng phaân tích baèng Nessler
hoaëc chuaån ñoä vaø dung dòch acid H2SO4 loaõng ñöôïc duøng ñoái vôùi
nhöõng phaân tích baèng phenate hoaëc phöông phaùp maøng doø
(membrane probe).
Ñoái vôùi maãu nöôùc maø chöùa löôïng N-NH3 nhoû, phöông phaùp thoâng
thöôøng laø ñeå ño löôïng nitô trong saûn phaåm caát baèng phöông phaùp
Nessler hoaëc phenate nhö ñaõ dieãn taû ôû treân.
26
13
2/27/2009
Xaùc ñònh N-NH3 (tt)
Phöông phaùp chöng caát (tt)
Söï tính toaùn N-NH3 theo ñôn vò mg/L phaûi ñöôïc ñöa vaøo trong söï
xem xeùt theå tích cuûa saûn phaåm caát cuõng nhö kích thöôùc maãu.
Nhieàu ngöôøi phaân tích tìm ñöôïc söï thuaän lôïi ñeå chöng caát moät
löôïng hôn 200 mL ñeå traùnh söï chuù yù chaët cheõ taïi ñieåm cuoái cuûa söï
chuaån ñoä. Keát quaû ñöôïc tính nhö sau:
VD
1000
mg /l N −NH3 =
×N ×
VDN
s
Trong ñoù:
VD
Theå tích toång cuûa saûn phaåm chöng caát (mL)
VDN Theå tích cuûa saûn phaåm chöng caát duøng trong phöông phaùp Nessler (mL)
N
s
Haøm löôïng N-NH3 ñöôïc phaùt hieän baèng phöông phaùp Nessler (mg)
Theå tích maãu ñem chöng caát
27
Xaùc ñònh N-NH3 (tt)
Phöông phaùp chuaån ñoä theå tích
Khi maãu chöùa nhieàu hôn 2 mg/L N-NH3 nhö trong tröôøng hôïp cuûa nöôùc thaûi
sinh hoaït vaø nöôùc thaûi coâng nghieäp, noàng ñoä N-NH3 coù theå ñöôïc xaùc ñònh
baèng chuaån ñoä vôùi dung dòch H2SO4 chuaån sau khi chöng vaø haáp thuï NH3
trong acidboric nhö ñaõ trình baøy ôû treân.
Cô cheá quaù trình nhö sau: acidboric (duøng laøm chaát ñeäm toát nhaát) ù keát hôïp
vôùi NH3 trong phaàn caát ñeå taïo thaønh NH4+ vaø H2BO3- theo phöông trình sau:
NH3 + H3BO3 ⎯⎯→ NH4+ + H2BO3−
Phaûn öùng taõo thaønh seõ laøm taêng pH cuûa dung dòch do saûn phaåm taïo thaønh
+
coù NH4 nhöng pH ñöôïc giöõ trong khoaûng thích hôïp baèng caùch duøng dö
acidboric. Khi ñoù NH3 coù theå ñöôïc ño baèng Nessler hoùa hoaëc baèng chuaån
ñoä ngöôïc vôùi acid maïnh nhö acid sulfuric.
Aùp duïng phöông phaùp chuaån ñoä ngöôïc ñeå xaùc ñònh noàng ñoä NH3 thoâng
-
qua vieäc ño löôïng ion borack (H2BO3 ) hieän dieän trong dung dòch theo phaûn
öùng nhö sau:
H2BO3− + H + ⎯⎯→ H3BO3
28
14
2/27/2009
Xaùc ñònh N-NH3 (tt)
Phöông phaùp chuaån ñoä theå tích (tt)
Khi pH cuûa dung dòch acidboric ñaõ ñöôïc giaûm ñeán giaù trò ban ñaàu
cuûa noù, moät löôïng acid maïnh töông ñöông vôùi löôïng NH3 ñaõ ñöôïc
theâm vaøo.
Chuaån ñoä haàu nhö deã daøng ñöôïc ñieàu khieån bôûi phöông phaùp ño
ñieän theá nhöng ñoøi hoûi thay cho chaát chæ thò noäi taïi. Ñieän cöïc pH
ñoái vôùi ñieåm cuoái toát nhaát ñöôïc xaùc ñònh bôûi söï pha loaõng moät theå
tích ñaëc bieät dung dòch acidboric vôùi NH3 töï do trong nöôùc caát moät
löôïng baèng vôùi theå tích saûn phaåm chöng caát mong muoán vaø ño
pH cuûa hoãn hôïp naøy.
Nhieàu nhaø hoùa hoïc veà hoùa nöôùc thích duøng dung dòch H2SO4 N/14
cho xaùc ñònh N-NH3. Khi ñoù moãi mL cuûa acid N/14 laø töông ñöông
1,0 mg nitô.
Khi söû duïng acid N/50, caàn theâm vaøo heä soá 0,28. Hôn nöõa, löôïng
nhoû theå tích acid N/14 nhieàu hôn ñöôïc caàn cho chuaån ñoä, yeáu toá
quan troïng trong duy trì chaát chæ thò vaø traùnh söï hoøa tan khoâng
chính xaùc cuûa maãu suoát söï chuaån ñoä.
29
Xaùc ñònh N-NH3 (tt)
Phöông phaùp traéc phoå thao taùc baèng tay
Phöông phaùp coù theå aùp duïng ñoái vôùi nöôùc thaûi sinh hoaït, haàu heát caù loaïi
nöôùc thaûi coâng nghieäp vaø nöôùc thoâ.
Trong tröôøng hôïp maãu nöôùc coù maøu hoaëc bò nhieãm maën thì caàn tieán haønh
phöông phaùp chöng caát tröôùc khi aùp duïng phöông phaùp naøy.
Nguyeân taéc cuûa phöông phaùp:
Ño quang phoå ôû böôùc soùng 655 nm cuûa hôïp chaát maøu xanh ñöôïc taïo
bôûi amoni vaø salisylat vaø ion hypoclorit coù söï tham gia cuûa natri
nitrosopentaxyano saét (III) taxyano saét (III) (natri nitroprusiat).
Caùc ion hypoclorit ñöôïc taïo thaønh do phaûn öùng thuûy phaân N,dicloro-
1,3,5-triazin 2,4,6 (1H,3H,5H) trion muoái natri (natri diclorosoxyanurat).
Phaûn öùng cuûa cloramin vôùi natri salixylat xaûy ra ôû pH =12.6 coù söï tham
gia cuûa natri nitroprusiat. Baát kyø chaát cloramin coù maët trong maãu thöû
cuõng ñeáu ñöôïc xaùc ñònh . Natri xitrat coù trong thuoác thöû ñeå caûn trôû söï
nhieãu do caùc, ñaët bieät laø canxi vaø magieâ.
Nhöõng yeáu toá gaây caûn trôû:
Tính axit vaø tính kieàm maïnh seõ gaây nhieãu baèng vieäc taïo ra caùc hôïp
chaát haáp thuï.
Trong caùc maãu nöôùc maën, nhieãu do söï keát tuûa magieâ khi xuaát hieän söï
keát tuûa cuûa xytrat vöôït quaù möùc.
30
15
2/27/2009
-
Xaùc ñònh N-NO2
Phöông phaùp so maøu
Ñoâi khi N-NO2 hieän dieän trong nöôùc thaûi sau xöû lyù ôû noàng ñoä lôùn
hôn 1 mg/l. Noàng ñoä cuûa noù trong nöôùc maët vaø nöôùc ngaàm
thöôøng nhoû hôn 0,1 mg/l.
Trong nhöõng tröôøng hôïp naøy phöông phaùp caûm quan ñöôïc yeâu
caàu ñeå xaùc ñònh, thöôøng laø phöông phaùp so maøu. Tuy nhieân moät
phöông phaùp chuaån khaùc laø duøng thieát bò ño hay duøng saéc kyù ion.
Raát nhieàu anion ñöôïc xaùc ñònh ñoàng thôøi treân cuøng moät maãu baèng
saéc kyù ion, nhöng phöông phaùp so maøu reû hôn vaø thích hôïp khi
maãu chæ chöùa nitrite hay khi noàng ñoä nitrite raát thaáp.
Phöông phaùp so maøu moâ phoûng töø phöông phaùp Griess – Ilosvay
diazo hoùa ñöôïc söû duïng. Phöông phaùp naøy thöïc hieän baèng caùch
duøng hai chaát chæ thò höõu cô: Axit Sulfanilic vaø Naphthylamin.
Cô cheá cuûa quaù trình nhö sau: ôû moâi tröôøng pH = 2-2,5, nitrite taùc
duïng vôùi Axit Sulfanilic vaø Naphthylamin seõ taïo thaønh Azobenzol
Napthylamin Sunfonic tyû leä vôùi haøm löôïng nitrite coù trong maãu.
31
-
Xaùc ñònh N-NO2 (tt)
Phöông phaùp so maøu (tt)
Phöông trình phaûn öùng bieåu dieãn nhö sau:
32
16
2/27/2009
-
Xaùc ñònh N-NO2 (tt)
Phöông phaùp so maøu (tt)
Trong ñieàu kieän acid, ion nitrite nhö acid HNO2 phaûn öùng vôùi nhoùm
amino cuûa sulfanilamide ñeå hình thaønh muoâí diazonium, muoái naøy
keát hôïp vôùi N-(1-naphthyl)-ethylenediamine dihydrochloride ñeå
hình thaønh phaåm nhuoäm coù maøu ñoû hôi hoàng.
Ñoä maøu hình thaønh tyû leä tröïc tieáp vôùi löôïng N-NO2 hieän dieän trong
maãu.
Ñoä maøu cuûa maãu seõ ñöôïc xaùc ñònh baèng caùch so saùnh vôùi maøu
chuaån hay baèng caùch ño quang phoå keá.
Vieäc xaùc ñònh baèng caùch ño quang phoå laø thích hôïp bôùi khi so
,
ra phaûi chuaån bò maãu chuaån moãi khi tieán haønh phaân tích.
Phaân tích haøm löôïng nitrite toát nhaát laø ngay thôøi gian sau khi laáy
maãu ñeå giaûm thieåu nhöõng hoaït ñoäng cuûa vi sinh trong quaø trình
chuyeån hoùa nitrite thaønh nitrate hay amonia, khoâng ñöôïc duøng
axit ñeå laøm chaát baûo quaûn.
33
-
Xaùc ñònh N-NO2 (tt)
Phöông phaùp traéc phoå haáp thuï phaân töû
Nguyeân taéc cuûa phöông phaùp:
Phaûn öùng cuûa niitrite trong maãu thöû vôùi thuoác thöû 4 -aminobenzen
sufonamid vôùi söï coù maët cuûa axit octhophosphoric ôû pH = 1.9 ñeå taïo
muoái diazo
Muoái naøy seõ taïo thuoác nhuoäm maøu hoàng N-(1-naphtyl)- 1.2
diamonietan dihidroclorua ñöôïc theâm vaøo baèng thuoác thöû
aminobenzen sufonamid).
4 -
Ño ñoä haáp thuï ôû böôùc soùng 540 nm.
Trôû ngaïi cuûa phöông phaùp:
Böôùc soùng coù ñoä haáp thu lôùn nhaát phaûi ñöôïïc kieåm tra khi phöông phaùp
naøy ñöôïïc söû duïng laàn ñaàu vaø phaûi ñöôïïc söû duïng trong taát caû caùc laàn
xaùc ñònh tieáp theo.
Neáu maãu thöû coù tính kieàm cao, ñeå ñoä pH khoâng ñaït 1,9±0,1 sau khi xöû
lyù phaàn maãu thöû vaø pha loaõng tôùi 40 ml, dung dòch axit octophotphoric
boå sung seõ ñöôïïc theâm vaøo tröôùùc khi pha loaõng, nhö vaäy seõ ñaït ñôïc ñoä
pH quy ñònh. Tuy nhieân, phöông phaùp seõ laøm sai leäch ñoä kieàm cuûa
hidro cacbonat, ít nhaát laø 300 mg/l trong moät phaàn maãu thöû laø 40 ml
ngoaøi sai leäch vôùi ñoä pH ñôïc xaùc ñònh.
34
17
2/27/2009
-
Xaùc ñònh N-NO3
Phöông phaùp quang phoå haáp thu töû ngoaïi
Nitrate trong nöôùc haáp thuï böùc xaï cuûa tia töû ngoaïi ôû böôùc soùng daøi
220 nm. Vì lyù do naøy neân söï phaân tích baèng phöông phaùp quang hoïc
coù theå ñöôïc söû duïng ñeå ño nitrate.
Phöông phaùp naøy khaù nhaïy nhöng ñoøi hoûi maùy spectrophotometer coù
theå vaän haønh trong khoaûng soùng töû ngoaïi.
Baát kyø chaát naøo maø haáp thuï böùc xaï 220 nm seõ gaây caûn trôû cho thí
nghieäm naøy. Noù goàm nitrite, hexavalent chronium vaø nhieàu hôïp chaát
höõu cô khaùc.
Phöông phaùp saéc kí ion
Phöông phaùp saét kyù ion ñöôïc mieâu taû raát höõu duïng cho vieäc phaân tích
noàng ñoä N-NO3 lôùn hôn 0,2 mg/L.
Theo caùch naøy nhieàu caûn trôû thoâng thöôøng trong phaân tích nitrate coù
theå traùnh ñöôïc.
Phöông phaùp naøy coù theå chaáp nhaän vieäc phaân tích ñoàng thôøi nhöõng
anion khaùc trong maãu.
Söï baát lôïi cuûa phöông phaùp naøy laø chi phí mua maùy vaø baûo trì thieát bò.
35
-
Xaùc ñònh N-NO3 (tt)
Phöông phaùp ñieän cöïc nitrate
Ñieän cöïc nitrate laø ñieän cöïc maøng chaát loûng coù theå phaùt hieän N-
NO3 hieän dieän ôû noàng ñoä döôùi 1 mg/L.
Thuaän lôïi cuûa phöông phaùp ñieän cöïc laø moät khi ñaõ chænh maùy (coù
ñöôøng chuaån), vieäc phaân tích nitrate raát nhanh.
Ñieän cöïc coù saün ñöôïc laép vaøo ñeå giaùm saùt lieân tuïc vaø kieåm soaùt
töï ñoäng quaù trình.
Nhöõng baát lôïi laø nhieàu ion thoâng thöôøng nhö chloride vaø
bicarbonate coù theå gaây trôû ngaïi vaø ñieän cöïc khoâng nhaïy khi noàng
ñoä nitrate giaûm ñoät xuaát nhieàu laàn.
36
18
2/27/2009
-
Xaùc ñònh N-NO3 (tt)
Phöông phaùp khöû vôùi Cadmium (Cd)
Phöông phaùp khöû Cadmium ñöa ra laø phöông phaùp coù ñoä nhaïy
cao cho vieäc phaân tích nitrate.
phaân tích töï ñoäng.
Nguyeân taéc cuûa phöông phaùp:
Vôùi söï hieän dieän cuûa Cd, nitrate seõ bò khöû thaønh nitrite. Phöông
phaùp naøy duøng haït Cd ñöôïc boïc moät lôùp ñoàng moûng sau khi
xöû lyù vôùi dung dòch ñoàng sunfat (CuSO4). Saûn phaåm nitrite trung
gian taïo thaønh ñöôïc xaùc ñònh baèng phöông phaùp diazo hoùa
ñöôïc moâ taû ôû phaàn tröôùc.
Maãu ñöôïc loïc vaø coäng theâm vôùi dung dòch NH4Cl-EDTA ñöôïc
cho qua coät ñöôïc chuaån bò ñaëc bieät chöùa haït cadmium ñöôïc
hoaït hoùa. Trong suoát quaù trình ñi qua, löôïng nitrate bò cadnium
khöû thaønh nitrite.
pH =8,5
NO3− + H2O + Cd ⎯⎯⎯→ NO2− + 2OH − + Cd 2+
37
-
Xaùc ñònh N-NO3 (tt)
Phöông phaùp khöû vôùi Cadmium (Cd)
Caáu taïo coät Cd
38
19
2/27/2009
-
Xaùc ñònh N-NO3 (tt)
Phöông phaùp khöû vôùi Cadmium (tt)
Yeâu caàu cuûa phöông phaùp
Khi nitrite hieän dieän ban ñaàu trong maãu thì cuõng ñöôïc ño. Ñieàu
Vôùi muïc ñích xaùc ñònh noàng ñoä nitrate, vieäc phaân tích taùch
bieät rieâng nitrite ñöôïc yeâu caàu vaø giaù trò naøy ñöôïc tröø töø keát
quaû cuûa phaûn öùng khöû cadmium.
Bôûi vì ñoä nhaïy cuûa phöông phaùp diazo hoùa ñoái vôùi noàng ñoä
nitrite, nitrate thaáp nhö 0,01 mg/L coù theå ñöôïc phaùt hieän.
Maãu vôùi noàng ñoä N-NO3 lôùn hôn 1 mg/L cuõng coù theå ño ñöôïc
neáu maãu ñöôïc pha loaõng tröôùc khi cho qua coät cadmium.
Dung dòch nitrate chuaån neân ñöôïc cho qua coät qua ñoù xaùc
ñònh löôïng nitrate chuyeån thaønh nitrite coù theå ñaït ñöôïc.
Neáu khoâng thì coät neân ñöôïc taùi phaûn öùng hoaëc löu löôïng doøng
maãu neân ñöôïc ñieàu chænh ñeå ñaït ñöôïc söï bieán ñoåi veà löôïng.
Trôû ngaïi cuûa phöông phaùp
39
-
Xaùc ñònh N-NO3 (tt)
Phöông phaùp khöû vôùi Cadmium (tt)
Trôû ngaïi cuûa phöông phaùp:
Nhöõng chaát lô löûng caûn trôû doøng chaûy cuûa maãu nöôùc trong coät vaø
laøm haïn cheá dieän tích tieáp xuùc giöõa maãu vaø haït Cd. Do ñoù laøm giaûm
hieäu suaát khöû.
Æ
Ñoái nhöõng maãu nöôùc coù ñoä ñuïc cao caàn phaûi loïc qua giaáy loïc thuûy
tinh coù ñöôøng kính loã 0,45 μm tröôùc khi tieán haønh phaân tích maãu.
Caùc ion saét, ñoàng hoaëc nhöõng kim loaïi khaùc coù noàng ñoä treân vaøi
mg/L seõ laøm giaûm hieäu quaû khöû cuûa Cd.
Æ
Æ
Æ
Theâm dung dòch EDTA vaøo maãu ñeå loaïi boû aûnh höôûng cuûa caùc ion
treân.
Daàu môõ coù theå bao phuû beà maët haït Cd.
Coù theå loaïi boû baèng caùch trích ly maãu vôùi dung moâi höõu cô.
Chaát oxy hoùa maïnh nhö clo dö coù theå taùc ñoäng laøm giaûm hieäu suaát
khöû cuûa coät Cd.
Kieåm tra löôïng clo dö trong maãu vaø loaïi boû baèng caùch theâm dung
dòch Na2S2O3.
40
20
Tải về để xem bản đầy đủ
22 trang
19180
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Bài giảng Hóa kỹ thuật môi trường 1 - Chương 12: Nitơ", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- bai_giang_hoa_ky_thuat_moi_truong_1_chuong_12_nito.pdf
