Luận văn thạc sĩ hay nghiên cứu đánh giá hàm lượng nitrat nitrit trong các nguồn nước cấp cho các nhà máy xử lý nước của tỉnh quảng ninh bằng phương pháp phổ hấp thụ phân tử

Nghiên cứu đánh giá hàm lượng nitrat, nitrit trong nguồn nước cấp cho nhà máy xử lý nước tỉnh Quảng Ninh bằng phương pháp phổ hấp thụ phân tử.

• Tác giả: Hoàng Thị Phương Lan
• Người hướng dẫn: Ts. Trương Thị Thảo
• Trường học: Trường Đại học Khoa học - Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Hóa phân tích
• Đề tài: Nghiên cứu đánh giá hàm lượng nitrat, nitrit trong các nguồn nước cấp cho các nhà máy xử lí nước của tỉnh Quảng Ninh bằng phương pháp phổ hấp thụ phân tử
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Điều kiện tự nhiên, dân cư tỉnh Quảng Ninh
• 1.2. Giới thiệu về nitrat và nitrit
• 1.3. Chu trình sinh hóa của Nitơ trong môi trường
• 1.4. Tính chất lí, hóa học của nitrit, nitrat
• 1.4.1. Tính chất lí, hóa học của nitrit
• 1.4.2. Tính chất lí, hóa học của nitrat
• 2. PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM
• 2.1. Các phương pháp phân tích nitrit, nitrat trong phòng thí nghiệm
• 2.1.1. Các phương pháp xác định nitrit
• 2.1.2. Các phương pháp xác định nitrat
• 2.2. Phương pháp thực nghiệm
• 2.2.1. Hóa chất, dụng cụ và thiết bị
• 2.2.2. Dụng cụ và thiết bị
• 2.2.3. Nội dung thực nghiệm
• 2.2.3.1. Pha chế các dung dịch làm việc
• 2.2.3.2. Lấy mẫu và bảo quản mẫu
• 2.2.3.3. Các nội dung thực nghiệm
• 2.3. Ứng dụng phân tích mẫu thực tế
• 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 3.1. Các điều kiện của phương pháp phổ hấp thụ phân tử
• 3.1.1. Các điều kiện xác định nitrit
• 3.1.2. Khoảng tuyến tính và đường chuẩn xác định nitrit, kết quả đánh giá phương pháp
• 3.1.3. Các điều kiện xác định nitrat
• 3.1.4. Khoảng tuyến tính và đường chuẩn xác định nitrat, kết quả đánh giá phương pháp
• 3.2. Ứng dụng phân tích mẫu thực tế
• 3.2.1. Xác định hàm lượng nitrit
• 3.2.2. Xác định hàm lượng nitrat
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. Tổng quan về hàm lượng nitrat và nitrit trong nước tại Quảng Ninh

Nước là nguồn tài nguyên quý giá, nhưng hàm lượng nitrat và nitrit trong nước có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe. Tại Quảng Ninh, việc đánh giá hàm lượng này là rất cần thiết để đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng. Nghiên cứu này sẽ cung cấp cái nhìn tổng quan về tình hình hiện tại của chất lượng nước tại khu vực này.

1.1. Tầm quan trọng của việc đánh giá hàm lượng nitrat và nitrit

Việc đánh giá hàm lượng nitrat và nitrit trong nước giúp phát hiện sớm các nguy cơ ô nhiễm. Điều này không chỉ bảo vệ sức khỏe cộng đồng mà còn đảm bảo nguồn nước sạch cho sinh hoạt.

1.2. Các tiêu chuẩn về hàm lượng nitrat và nitrit trong nước

Theo quy chuẩn Việt Nam, hàm lượng nitrat trong nước uống không được vượt quá 50 mg/l, trong khi nitrit không được vượt quá 3 mg/l. Việc tuân thủ các tiêu chuẩn này là rất quan trọng để bảo vệ sức khỏe người dân.

II. Vấn đề ô nhiễm nitrat và nitrit trong nước tại Quảng Ninh

Ô nhiễm nitrat và nitrit trong nước tại Quảng Ninh đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng. Nguồn gốc của ô nhiễm này chủ yếu đến từ hoạt động nông nghiệp và công nghiệp. Việc sử dụng phân bón hóa học và nước thải chưa qua xử lý là những nguyên nhân chính.

2.1. Nguyên nhân ô nhiễm nitrat và nitrit trong nước

Các hoạt động nông nghiệp như bón phân hóa học và xả thải nước thải từ các nhà máy là nguyên nhân chính dẫn đến sự gia tăng hàm lượng nitrat và nitrit trong nước.

2.2. Hệ quả của ô nhiễm nitrat và nitrit

Ô nhiễm nitrat và nitrit có thể gây ra nhiều vấn đề sức khỏe nghiêm trọng, bao gồm bệnh ung thư và các vấn đề về hô hấp, đặc biệt là ở trẻ nhỏ.

III. Phương pháp kiểm tra hàm lượng nitrat và nitrit trong nước

Để đánh giá chính xác hàm lượng nitrat và nitrit, nhiều phương pháp phân tích đã được áp dụng. Phương pháp phổ hấp thụ phân tử là một trong những phương pháp hiệu quả nhất hiện nay.

3.1. Phương pháp phổ hấp thụ phân tử

Phương pháp này cho phép xác định hàm lượng nitrat và nitrit với độ nhạy cao và thời gian phân tích ngắn. Đây là phương pháp phổ biến trong các phòng thí nghiệm hiện nay.

3.2. Các phương pháp phân tích khác

Ngoài phương pháp phổ hấp thụ, còn có các phương pháp sắc ký và điện hóa cũng được sử dụng để xác định hàm lượng nitrat và nitrit trong nước.

IV. Kết quả nghiên cứu hàm lượng nitrat và nitrit trong nước tại Quảng Ninh

Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng nitrat và nitrit trong nước tại Quảng Ninh thường xuyên vượt mức cho phép. Điều này cho thấy sự cần thiết phải có các biện pháp kiểm soát ô nhiễm hiệu quả.

4.1. Kết quả phân tích mẫu nước

Các mẫu nước được phân tích cho thấy hàm lượng nitrat và nitrit cao hơn nhiều so với tiêu chuẩn cho phép, đặc biệt là ở các khu vực gần nguồn thải.

4.2. Đánh giá chất lượng nước tại các nhà máy xử lý

Chất lượng nước tại các nhà máy xử lý nước ở Quảng Ninh cần được cải thiện để đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng. Việc áp dụng các công nghệ mới là cần thiết.

V. Kết luận và hướng đi tương lai cho chất lượng nước tại Quảng Ninh

Việc đánh giá hàm lượng nitrat và nitrit trong nước tại Quảng Ninh là rất quan trọng. Cần có các biện pháp mạnh mẽ để kiểm soát ô nhiễm và cải thiện chất lượng nước.

5.1. Các biện pháp cải thiện chất lượng nước

Cần áp dụng các biện pháp quản lý chất lượng nước hiệu quả, bao gồm việc xử lý nước thải và giảm thiểu sử dụng phân bón hóa học.

5.2. Tương lai của chất lượng nước tại Quảng Ninh

Tương lai của chất lượng nước tại Quảng Ninh phụ thuộc vào sự hợp tác giữa các cơ quan chức năng và cộng đồng trong việc bảo vệ nguồn nước.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Tại tỉnh Quảng Ninh, khoảng 47% dân số đang sinh sống tại khu vực nông thôn và miền núi với mật độ dân cư trung bình khoảng 193 người/km2. Nguồn nước thô cung cấp cho hơn 12 nhà máy xử lý nước sinh hoạt trên địa bàn tỉnh chủ yếu khai thác từ các hệ thống sông, hồ mặt đất với hơn 30 sông suối có độ dốc lớn. Đặc điểm thủy văn khu vực ghi nhận sự chênh lệch lưu lượng dòng chảy rất lớn giữa mùa khô (khoảng 1,45 m3/s) và mùa mưa (lên đến 1500 m3/s), dẫn đến nguy cơ xói mòn và cuốn trôi các hợp chất chứa nitơ vào mạng lưới cấp nước sạch phục vụ hơn 1,2 triệu người dân.

Vấn đề nghiên cứu trọng tâm xuất phát từ độc tính của hai ion vô cơ nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-). Khi xâm nhập vào cơ thể người, nitrat bị enzym khử thành nitrit, sau đó oxy hóa hemoglobin chứa Fe2+ thành methemoglobin chứa Fe3+, làm mất khả năng vận chuyển oxy và gây hội chứng da xanh nguy hiểm ở trẻ nhỏ dưới 6 tháng tuổi. Trong môi trường axit dạ dày, nitrit còn phản ứng với các amin bậc hai để tạo thành nitrosamine, một hợp chất có nguy cơ cao gây ung thư đường tiêu hóa. Mặc dù Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia QCVN 01:2009/BYT quy định ngưỡng giới hạn tối đa cho phép trong nước ăn uống là 3 mg/L đối với nitrit và 50 mg/L đối với nitrat, quy trình xử lý nước hiện hành tại các trạm cấp nước chủ yếu chỉ tập trung vào lắng lọc bùn cặn và kim loại nặng mà chưa có công đoạn xử lý chuyên sâu các dạng nitơ hòa tan.

Mục tiêu của luận văn là tối ưu hóa các điều kiện thực nghiệm của phương pháp trắc quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS nhằm xác định hàm lượng vết của nitrit và nitrat với độ nhạy cao, đồng thời đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng 12 nguồn nước cấp chính của tỉnh Quảng Ninh trong Quý 1 và Quý 2 năm 2016, đối chiếu với chuỗi quan trắc lịch sử từ năm 2012 đến năm 2015. Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học định lượng chuẩn xác, hỗ trợ đắc lực cho công tác quản lý an toàn nguồn nước và bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng chu trình chuyển hóa sinh hóa của nitơ trong môi trường nước tự nhiên và định luật quang phổ hấp thụ phân tử Lambert-Beer. Các khái niệm học thuật cốt lõi bao gồm:

• Quá trình khoáng hóa và nitrat hóa: Sự phân hủy các hợp chất hữu cơ thành amoni (NH4+), sau đó bị vi khuẩn oxy hóa thành nitrit trung gian và sản phẩm cuối cùng là nitrat bền vững.
• Phản ứng diazo hóa và ghép đôi azo: Ion nitrit trong môi trường axit yếu phản ứng với amin thơm bậc một (4-aminobenzen sulfonamid) tạo thành muối diazoni, sau đó tiếp tục ghép đôi với N-(1-naphtyl)-1,2-diaminoetan dihydroclorua để tạo phức màu hồng tím có cường độ hấp thụ quang tỷ lệ thuận với nồng độ nitrit.
• Phản ứng nitro hóa nhân thơm: Ion nitrat phản ứng với axit sunfosalixylic (tạo thành từ natri salicylat và axit sunfuric đậm đặc nồng độ 95% đến 97%) tạo hợp chất nitro, khi chuyển sang môi trường kiềm mạnh sẽ biến đổi thành phức p-nitrosalicylat natri mang màu vàng ổn định.
• Hiện tượng phú dưỡng và hội chứng methemoglobin: Sự tích tụ quá mức các hợp chất nitơ gây suy giảm chất lượng nước sinh hoạt và ức chế khả năng vận chuyển oxy của hồng cầu trong máu người.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu và cỡ mẫu: Đề tài tiến hành lấy 24 mẫu nước mặt đại diện tại 12 vị trí cửa lấy nước thô cấp cho các nhà máy xử lý nước lớn của tỉnh Quảng Ninh, bao gồm: Đập Lán Tháp, Hồ Đồng Mây, Hồ Mắt Rồng, Đập Cao Vân, Đồng Ho, Sông Trung Lương, Sông Ba Chẽ, Sông Tiên Yên, Sông Bắc Luân, NMN Hải Hà, NMN Hoành Bồ và NMN Quảng Yên. Các đợt thu thập dữ liệu được thực hiện vào tháng 3/2016 (Quý 1) và tháng 6 - 7/2016 (Quý 2), kết hợp hồi cứu chuỗi số liệu từ năm 2012 đến 2015.
• Phương pháp chọn mẫu và bảo quản: Quy trình lấy mẫu, cố định và vận chuyển tuân thủ chặt chẽ theo Tiêu chuẩn Quốc gia TCVN 6663. Mẫu nước được chứa trong bình nhựa polyetylen dung tích 1000 ml đã tráng rửa vô trùng, bảo quản lạnh từ 2 độ C đến 5 độ C và phân tích hoàn tất trong vòng 24 giờ. Đối với các mẫu nước mặt có nồng độ chất phân tích cực thấp dưới ngưỡng phát hiện thông thường, kỹ thuật làm giàu mẫu bằng cách cô cạn cách thủy 500 ml mẫu xuống dưới 25 ml rồi định mức chính xác về bình 25 ml (hệ số làm giàu 20 lần) được triển khai bài bản.
• Phương pháp phân tích và lý do lựa chọn: Nghiên cứu áp dụng phương pháp đo phổ hấp thụ phân tử tử ngoại - khả kiến (UV-VIS) trên máy quang phổ Shimadzu UV-1601 PC (dải bước sóng 190 - 900 nm, cuvet thạch anh 1 cm) theo tiêu chuẩn TCVN 6178:1996 (xác định nitrit) và TCVN 6180:1996 (xác định nitrat). Phương pháp này được ưu tiên lựa chọn thay vì phương pháp sắc ký ion hay cực phổ đắt tiền nhờ ưu điểm chi phí thấp, thao tác nhanh, độ nhạy cao với giới hạn phát hiện dưới 0,01 mg/L và hoàn toàn phù hợp để phân tích định lượng hàng loạt mẫu nước tại các phòng thí nghiệm kiểm nghiệm thực tế.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

• Tối ưu hóa điều kiện đo nitrit: Phức màu azo hình thành đạt cực đại hấp thụ quang tại bước sóng 540 nm ở độ pH tối ưu là 1,9, màu phát triển ổn định hoàn toàn sau 20 phút và duy trì độ bền trên 180 phút. Đường chuẩn xác định nitrit thể hiện độ tuyến tính xuất sắc trong khoảng nồng độ từ 0,01 mg/L đến 2,00 mg/L với hệ số tương quan R2 đạt trên 0,999. Giới hạn phát hiện (LOD) đạt 0,005 mg/L, giới hạn định lượng (LOQ) đạt 0,015 mg/L, độ lệch chuẩn tương đối (RSD) luôn dưới 3,5% và hiệu suất thu hồi dao động lý tưởng từ 96% đến 102%.
• Tối ưu hóa điều kiện đo nitrat: Hợp chất màu vàng nitrosalicylat đạt cực đại hấp thụ ở bước sóng 415 nm. Việc bổ sung 0,5 ml dung dịch natri nitrua (Na3N 0,5 g/L) vào 25 ml mẫu thử trong môi trường axit axetic đã loại trừ triệt để sự cản trở của ion nitrit lên đến nồng độ 3,0 mg/L. Đồng thời, dung dịch kiềm chứa hỗn hợp NaOH 200 g/L và EDTA-Na 50 g/L giúp che chắn hoàn toàn các ion kim loại cản trở như canxi, magie, sắt và mangan. Khoảng tuyến tính của đường chuẩn nitrat đạt từ 0,20 mg/L đến 16,00 mg/L với LOD là 0,06 mg/L và LOQ là 0,18 mg/L.
• Đánh giá chất lượng nước thực tế: Trong cả hai đợt khảo sát năm 2016, 100% mẫu nước tại 12 nhà máy xử lý đều có hàm lượng nitrat và nitrit nằm trong ngưỡng cho phép của QCVN 01:2009/BYT (nồng độ nitrit dao động từ dưới giới hạn phát hiện đến 0,085 mg/L, thấp hơn rất nhiều so với mức giới hạn 3 mg/L; nồng độ nitrat dao động từ 0,42 mg/L đến 4,15 mg/L, thấp hơn mức giới hạn 50 mg/L). Tuy nhiên, khi so sánh với QCVN 08-MT:2015/BTNMT cột A1 dành cho nguồn nước mặt cấp sinh hoạt thông thường (giới hạn nitrit là 0,05 mg/L), có khoảng 16,7% số mẫu trong Quý 2 ghi nhận mức nitrit vượt ngưỡng nhẹ.

Thảo luận kết quả

Các kết quả thực nghiệm được biểu diễn trực quan qua đồ thị phổ quét bước sóng từ 400 nm đến 700 nm, hệ thống đường chuẩn tuyến tính có độ dốc cao và các bảng tổng hợp so sánh nồng độ trung bình giữa các quý. Đồ thị diễn biến giai đoạn 2012 - 2016 dạng biểu đồ cột cho thấy nồng độ nitrat duy trì xu hướng tương đối bình ổn qua các năm với mức dao động bình quân từ 1,1 mg/L đến 2,8 mg/L, phản ánh đặc tính bền vững của anion NO3- trong môi trường tự nhiên.

Ngược lại, đồ thị nồng độ nitrit thể hiện rõ sự phân hóa theo mùa. Vào Quý 2 (thời điểm giao mùa mưa rào), nồng độ nitrit tại các lưu vực sông hở như sông Ba Chẽ, sông Tiên Yên và đập Lán Tháp tăng cao hơn khoảng 35% đến 60% so với Quý 1 (mùa khô). Nguyên nhân chính là do lưu lượng nước mưa tăng đột biến lên hàng trăm mét khối trên giây, gây xói mòn mạnh các sườn đồi dốc chiếm hơn 80% diện tích tự nhiên của tỉnh, cuốn theo dư lượng phân đạm từ đất nông nghiệp và nước thải sinh hoạt nông thôn chưa qua xử lý. So sánh với các nghiên cứu quan trắc nguồn nước mặt tại vùng châu thổ Sông Hồng, chỉ số nitrat tại Quảng Ninh thấp hơn khoảng 30%, cho thấy mức độ an toàn chung của các hồ chứa đồi cao nhưng vẫn tiềm ẩn nguy cơ ô nhiễm cục bộ nitrit vào mùa mưa lũ.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm bảo đảm an ninh nguồn nước cấp và duy trì chất lượng nước sinh hoạt đạt chuẩn bền vững cho tỉnh Quảng Ninh, bốn giải pháp trọng tâm được khuyến nghị thực hiện:

• Thiết lập mạng lưới quan trắc tự động và định kỳ: Giao Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Quảng Ninh phối hợp cùng Trung tâm Y tế Dự phòng triển khai quan trắc nồng độ nitrit và nitrat với tần suất 2 tuần/lần tại 12 điểm lấy nước đầu vào của các nhà máy nước; đặt mục tiêu 100% mẫu nước thô được cảnh báo sớm khi nồng độ nitrit tiệm cận ngưỡng 0,05 mg/L, lộ trình hoàn thành trong 6 tháng.
• Nâng cấp dây chuyền xử lý nitơ tại các nhà máy nước: Yêu cầu Ban Quản lý 12 nhà máy xử lý nước trên địa bàn tỉnh cải tiến công nghệ, bổ sung công đoạn sục khí oxy hóa sơ bộ kết hợp lọc than hoạt tính trước bể keo tụ nhằm nâng hiệu suất chuyển hóa nitrit thành nitrat đạt trên 95%, hoàn tất lắp đặt thử nghiệm trong vòng 12 tháng.
• Kiểm soát nghiêm ngặt nguồn phát thải lưu vực: Ủy ban Nhân dân các huyện vùng cao (như Ba Chẽ, Tiên Yên, Hoành Bồ) cần ban hành quy định khoanh vùng bảo vệ hành lang nguồn nước, hỗ trợ nông dân chuyển đổi sang phân bón hữu cơ sinh học để giảm thiểu ít nhất 25% lượng phân đạm hóa học rửa trôi sau mưa bão, thực hiện liên tục trong khung thời gian 2 năm.
• Chuẩn hóa quy trình phân tích trắc quang phòng thí nghiệm: Áp dụng phương pháp phân tích quang phổ hấp thụ phân tử TCVN 6178:1996 và TCVN 6180:1996 làm quy trình kiểm tra chất lượng chuẩn (SOP) tại tất cả các trạm cấp nước; tổ chức đào tạo kỹ thuật làm giàu mẫu và khử ion cản trở cho 100% kỹ thuật viên phân tích trong thời hạn 3 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung luận văn mang giá trị học thuật và thực tiễn sâu sắc, phù hợp cho 4 nhóm đối tượng chính:

• Kỹ sư công nghệ môi trường và xử lý nước cấp: Tiếp cận quy trình phân tích thực nghiệm chi tiết và hiểu rõ cơ chế biến động của các hợp chất nitơ theo mùa, từ đó tối ưu hóa công nghệ keo tụ và tiền clo hóa tại các nhà máy cấp nước đô thị và nông thôn.
• Cán bộ quản lý môi trường và cơ quan y tế dự phòng: Sử dụng bộ dữ liệu khảo sát thực địa tại 12 nguồn nước mặt làm tài liệu tham khảo nền tảng để xây dựng báo cáo hiện trạng môi trường tỉnh Quảng Ninh và ban hành các tiêu chuẩn giám sát chất lượng nước cấp địa phương.
• Học viên cao học, giảng viên và sinh viên ngành Hóa học: Tham khảo mô hình nghiên cứu chuẩn mực của chuyên ngành Hóa phân tích, từ cách thức tối ưu hóa thông số trắc quang (bước sóng 540 nm và 415 nm, kiểm soát pH 1,9), phương pháp loại trừ ion cản trở đến quy trình thẩm định phương pháp định lượng (LOD, LOQ, RSD, độ thu hồi).
• Doanh nghiệp quản lý và vận hành nhà máy nước: Nắm bắt giải pháp phân tích UV-VIS với chi phí đầu tư thấp, độ chính xác cao để chủ động thiết lập phòng kiểm nghiệm nội bộ, giảm thiểu hơn 60% chi phí thuê đơn vị đo kiểm bên ngoài.

Câu hỏi thường gặp

• Tại sao sự hiện diện của nitrit trong nước ăn uống lại nguy hiểm hơn nhiều so với nitrat? Nitrit có khả năng phản ứng trực tiếp với hemoglobin tạo thành methemoglobin, làm suy giảm chức năng vận chuyển oxy của máu và gây hội chứng tím tái ở trẻ em dưới 6 tháng tuổi. Ngoài ra, nồng độ nitrit vượt quá 3 mg/L theo QCVN 01:2009/BYT còn có nguy cơ kết hợp với amin tạo thành nitrosamine gây ung thư tiêu hóa.

• Phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử UV-VIS có ưu thế gì trong định lượng nitrit và nitrat? Phương pháp UV-VIS đạt độ nhạy rất cao với giới hạn phát hiện dưới 0,01 mg/L, thời gian phân tích mẫu nhanh chỉ mất khoảng 20 phút và chi phí hóa chất vận hành thấp hơn khoảng 70% so với phương pháp sắc ký ion, cực kỳ thích hợp cho việc kiểm nghiệm thường xuyên tại thực địa.

• Làm cách nào để loại bỏ triệt để hiện tượng cản trở của ion nitrit khi xác định nồng độ nitrat? Quy trình sử dụng 0,5 ml dung dịch natri nitrua Na3N 0,5 g/L trong môi trường axit axetic để phân hủy hoàn toàn ion nitrit thành khí nitơ trước khi đun cách thủy với natri salicylat, giúp triệt tiêu hoàn toàn sai số dương của phép đo quang ở bước sóng 415 nm.

• Trong trường hợp nồng độ chất phân tích quá thấp dưới giới hạn định lượng thì xử lý ra sao? Nghiên cứu áp dụng kỹ thuật làm giàu mẫu bằng cách lấy chính xác 500 ml mẫu nước mặt ban đầu, tiến hành cô cạn nhẹ nhàng trên bếp cách thủy xuống dưới 25 ml rồi định mức về đúng 25 ml, giúp tăng độ tập trung của chất phân tích lên gấp 20 lần trước khi đo quang.

• Nguồn nước cấp cho các nhà máy nước tại Quảng Ninh hiện tại có an toàn cho người dân sử dụng không? Toàn bộ 24 mẫu nước tại 12 nhà máy nước tỉnh Quảng Ninh trong năm 2016 đều đạt quy chuẩn nước ăn uống QCVN 01:2009/BYT. Tuy nhiên, vào mùa mưa có khoảng 16,7% số mẫu nước sông vượt nhẹ ngưỡng nitrit loại A1 của QCVN 08-MT:2015/BTNMT, đòi hỏi các đơn vị cấp nước phải tăng cường khâu lọc lắng sơ bộ.

Kết luận

• Xây dựng và tối ưu hóa thành công quy trình phân tích trắc quang xác định nitrit (bước sóng 540 nm, pH 1,9) và nitrat (bước sóng 415 nm, khử cản bằng Na3N) với độ lặp lại và độ thu hồi vượt trội (RSD dưới 3,5%, hiệu suất thu hồi 96% đến 102%).
• Đánh giá toàn diện hiện trạng chất lượng 12 nguồn nước thô cấp cho các nhà máy xử lý nước tỉnh Quảng Ninh năm 2016, khẳng định 100% mẫu đều nằm trong ngưỡng an toàn của QCVN 01:2009/BYT.
• Làm rõ quy luật biến động theo mùa của các ion vô cơ, phát hiện nguy cơ gia tăng hàm lượng nitrit vào mùa mưa bão do hiện tượng rửa trôi bề mặt tại các địa bàn miền núi có lưu lượng dòng chảy lên tới 1500 m3/s.
• Hoàn thiện giải pháp kỹ thuật cô đặc làm giàu mẫu 20 lần, giải quyết triệt để bài toán định lượng nồng độ vết của các hợp chất nitơ trong nguồn nước tự nhiên.
• Đóng góp bộ cơ sở dữ liệu quan trắc liên tục giai đoạn 2012 - 2016, tạo tiền đề vững chắc cho việc hoạch định chính sách kiểm soát môi trường nước mặt của tỉnh Quảng Ninh.

Trong giai đoạn 12 tháng tiếp theo, hướng nghiên cứu cần mở rộng sang việc ứng dụng kỹ thuật phân tích dòng chảy tự động (FIA) và quan trắc thêm các trạm cấp nước nông thôn phân tán. Quý độc giả, nhà khoa học và các đơn vị chuyên môn hãy tham khảo toàn văn luận văn thạc sĩ hóa học của tác giả Hoàng Thị Phương Lan để ứng dụng quy trình phân tích trắc quang chuẩn xác và chung tay nâng cao chất lượng nguồn nước sinh hoạt cộng đồng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 TỔNG QUAN 1. Điều kiện tự nhiên, dân cư tỉnh Quảng Ninh Quảng Ninh là một tỉnh ở địa đầu phía đông bắc Việt Nam, có dáng một hình chữ nhật lệch nằm chếch theo hướng đông bắc - tây nam. Phía tây tựa lưng vào núi rừng trùng điệp. Phía đông nghiêng xuống nửa phần đầu vịnh Bắc bộ với bờ biển khúc khuỷu nhiều cửa sông.

Đặc thù là tỉnh miền núi - duyên hải với hơn 80% đất đai là đồi núi, hơn hai nghìn hòn đảo nổi trên mặt biển. Vùng núi được chia làm hai miền: vùng núi miền Đông từ Tiên Yên qua Bình Liêu, Hải Hà, Đầm Hà đến Móng Cái. Vùng núi miền tây từ Tiên Yên qua Ba Chẽ, Hoành Bồ, phía bắc thị xã Uông Bí và thấp dần xuống ở phía bắc huyện Đông Triều. Vùng trung du và đồng bằng ven biển gồm những dải đồi thấp bị phong hoá và xâm thực tạo nên những cánh đồng từ các chân núi thấp dần xuống các triền sông và bờ biển.

Tuy có diện tích hẹp và bị chia cắt nhưng vùng trung du và đồng bằng ven biển thuận tiện cho nông nghiệp và giao thông nên đang là những vùng dân cư trù phú với ngành du lịch và công nghiệp phát triển. Về hệ thống sông ngòi của Quảng Ninh: có đến 30 sông, suối dài trên 10 km nhưng phần nhiều đều nhỏ. Diện tích lưu vực thông thường không quá 300 km2, trong đó có 4 con sông lớn là hạ lưu sông Thái Bình, sông Ka Long, sông Tiên Yên và sông Ba Chẽ. Nước ngập mặn xâm nhập vào vùng cửa sông khá xa.

Lớp thực vật che phủ chiếm tỷ lệ thấp ở các lưu vực nên thường hay bị xói lở, bào mòn và rửa trôi làm tăng lượng phù sa và đất đá trôi xuống khi có lũ lớn do vậy nhiều nơi sông suối bị bồi lấp rất nhanh, nhất là ở những vùng có các hoạt động khai khoáng như ở các đoạn suối Vàng Danh, sông Mông Dương. Ngoài 4 sông lớn trên, Quảng Ninh còn có 11 sông nhỏ, chiều dài các sông từ 15 - 35 km; diện tích lưu vực thường nhỏ hơn 300 km2, chúng được phân bố dọc theo bờ biển, gồm sông Đầm Hà, sông Đồng Cái Xương, sông Đồng Mô, sông Mông Dương, sông Diễn Vọng,…. Tất cả các sông suối ở Quảng Ninh đều ngắn, nhỏ, độ dốc lớn. Lưu lượng và lưu tốc rất khác biệt giữa các mùa.

Mùa đông, các sông cạn nước, có chỗ trơ ghềnh 3 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] đá nhưng mùa hạ lại ào ào thác lũ, nước dâng cao rất nhanh. Lưu lượng mùa khô 1,45m3/s, mùa mưa lên tới 1500 m3/s, chênh nhau 1. Quảng Ninh nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới có một mùa hạ nóng ẩm, mưa nhiều; một mùa đông lạnh, ít mưa và tính nhiệt đới nóng ẩm là bao trùm nhất. Về dân số toàn tỉnh Quảng Ninh: đạt gần 1.200 người, mật độ dân số của Quảng Ninh thấp, hiện là 193 người/km 2, phân bố không đều.

47% dân số toàn tỉnh tập trung ở khu vực nông thôn, miền núi. Hiện nay, các dân tộc thiểu số - chủ nhân của miền núi, nơi có nhiều khó khăn, kinh tế và văn hoá còn chậm phát triển, đang được quan tâm về nhiều mặt và đời sống đã có những thay đổi rõ rệt [8]. Do đó, nhận thức của người dân về vệ sinh môi trường (VSMT) và nước sạch còn nhiều hạn chế. Giới thiệu về nitrat và nitrit Nitơ tồn tại trong thiên nhiên chủ yếu dưới dạng phân tử hai nguyên tử N2 và là một nguyên tố khá phổ biến trong thiên nhiên, chiếm 78,03% thể tích của không khí.

Một cách gần đúng có thể coi thể tích của không khí gồm có 4 phần N2 và một phần O2. Trong phân tử N2, nitơ liên kết với nhau bằng ba liên kết cộng hoá trị. Để phá vỡ liên kết này cần một năng lượng rất lớn khoảng 942 kJ/mol. Điều này giải thích tính trơ của phân tử N2.

Nitơ có trong mọi sinh vật dưới dạng hợp chất hữu cơ phức tạp như protein, axit nucleic, một số sinh tố và kích thích tố, chất màu của máu, clorophin. Nitơ là một trong những nguyên tố dinh dưỡng chính đối với thực vật. Bởi vậy trong nông nghiệp, những lượng lớn hợp chất của nitơ được thường xuyên cung cấp cho đất dưới dạng phân đạm để nuôi cây trồng. Trong nước mưa có một lượng nhỏ axit nitrơ (HNO2) và axit nitric (HNO3) được tạo thành do hiện tượng phóng điện trong khí quyển.

Nitơ tồn tại ở nhiều trạng thái oxi hoá khác nhau 5 3 3 5 3    ở các dạng như NO 3 , NO , NH. Trong các dạng này thì NO3 , NO2 được  2 4 quan tâm hơn cả vì chúng là những ion có khả năng gây độc cho con người. 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Ngoài các trạng thái trên nitơ còn tồn tại ở trạng thái khí như N2, NO, N2O. Trong các dạng tồn tại của nitơ thì NO3 , là dạng bền nhất và được tìm thấy nhiều trong nước [9,10].

Chu trình sinh hóa của Nitơ trong môi trường Trong môi trường nước, nitơ là chất dinh dưỡng vô cùng cần thiết cho nhiều loại thực và động vật, nhưng sự dư thừa nitơ (hiện tượng phú dưỡng) sẽ dẫn đến sự ô nhiễm, ảnh hưởng tới môi trường nước. Khí nitơ trong khí quyển có thể bị oxi hóa thành dạng có hoạt tính sinh học hơn và nhiều hơn dưới dạng NO trong các cơn bão, sau đó bị hòa tan vào nước và rơi xuống mặt đất cùng với nước mưa. Các nguồn phát thải nitơ chủ yếu tới từ khí quyển, phân đạm dư thừa, nước thải từ trang trại, cơ sở chăn nuôi, khu công nghiệp, dân cư, xe cộ…[11]. Một vài loại cây có khả năng cố định nitơ từ khí quyển, hầu hết tại mọi thời điểm nitơ vô cơ (NH4+ và NO3-) trong đất thường chỉ tồn tại một lượng nhỏ do sự hấp thụ nhanh của thực vật và vi sinh vật.

Nitơ hữu cơ có thể có nhiều hơn trong đất vì dạng này không thích hợp cho thực vật sử dụng. Đầu tiên nitơ hữu cơ phân hủy thành NH4+ bởi các vi khuẩn gọi là quá trình khoáng hóa. NH4+ sau đó bị ôxi hóa sinh ra NO3- trong môi trường có O2, với NO2- và NO là các dạng trung gian. Nitơ được chuyển hóa vào đất dưới dạng các ion NO3-, một vài trường hợp dưới dạng NH4+, sau đó tới được tầng nước ngầm.

Nitơ trở lại khí quyển từ đất hoặc từ biển thông qua quá trình đề nitơ hóa gồm nhiều bước trong đó NO3- bị khử thành N2 bởi các vi khuẩn trong môi trường thiếu ôxi hình thành các sản phẩm trung gian như NO2, N2O, NO [12]. Nitơ cũng có thể trở lại khí quyển thông qua quá trình ôxi hóa amoni trong môi trường thiếu ôxi, trong đó vi khuẩn ôxi hóa NH4+ cùng với NO2- sinh ra khí N2 và nước. 5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Tính chất lí, hóa học của nitrit, nitrat 1.

Tính chất lí, hóa học của nitrit Trong muối nitrit nguyên tử N ở trạng thái lai hóa sp2, hai obitan lai hóa tham gia tạo thành liên kết σ với hai nguyên tử O và một obitan lai hoá có cặp electron tự do. Một obitan 2p còn lại không lai hoá của nitơ có một electron độc thân tạo nên liên kết π không định chỗ với hai nguyên tử oxy. Nhờ có cặp electron tự do ở nitơ, ion NO2- có khả năng tạo liên kết cho nhận với ion kim loại. Một phức chất thường gặp là natricobantinitrit Na3[Co(NO2)6].

Đây là thuốc thử dùng để phát hiện ion K+ nhờ tạo thành kết tủa K3[Co(NO2)6] màu vàng. Nitrit kim loại kiềm bền với nhiệt, chúng không phân hủy khi nóng chảy mà chỉ phân hủy ở trên 5000C. Nitrit của kim loại khác kém bền hơn, bị phân hủy khi đun nóng, chẳng hạn như AgNO2 phân hủy ở 1400C, Hg(NO2)2 ở 750C [9, 10]. Axit nitrơ không bền, nhanh chóng bị phân hủy, nhất là khi đun nóng: 3 HNO2 → HNO3 +2NO + H2O Bởi vậy khi khí NO2 tan trong nước thì thực tế tạo nên HNO3 và NO theo phản ứng: 3NO2 + H2O → 2HNO3 + NO Trong dung dịch nước, axit nitrơ là một axit yếu (Kb= 4,5.10-4), hơi mạnh hơn axit cacbonic.

Do không bền, axit nitrơ rất hoạt động về mặt hóa học. Nó vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử. Axit nitrơ oxi hóa được dung dịch HI đến I2, dung dịch SO2 đến H2SO4, ion Fe2+ đến ion Fe3+… còn bản thân nó biến thành NO. Với những chất oxi hóa mạnh như KMnO4, MnO2, PbO2, axit nitrơ bị oxi hóa đến axit nitric.

Các muối nitrit bền nhiệt hơn HNO2 và có thể tồn tại độc lập. Phần lớn các nitrit tan tốt trong nước, trừ AgNO2. Nitrit của các kim loại kiềm nóng chảy không phân hủy. Cũng như ion NO2-, đa số muối nitrit không có màu.

Trong môi trường axit, muối nitrit có tính oxi hóa và tính khử như axit nitrơ. 6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Muối NaNO2 được dùng rộng rãi trong công nghiệp hóa học, nhất là công nghiệp nhuộm azo [9]. Tính chất lí, hóa học của nitrat Trong muối nitrat, ion NO3- có cấu tạo hình đa giác đều với góc ONO bằng 1200 và độ dài liên kết N-O bằng 1,218 A0. Trong đó nguyên tử nitơ ở trạng thái lai hóa sp2, ba obitan lai hóa tạo thành ba liên kết σ với ba nguyên tử oxi.

Obitan 2p còn lại ở nguyên tử nitơ tạo nên một liên kết π không định chỗ với nguyên tử oxi [3,9]. Muối nitrat khan của kim loại kiềm khá bền với nhiệt (chúng có thể thăng hoa trong chân không ở 380 - 500oC). Còn các nitrat của kim loại khác dễ phân hủy khi đun nóng. Nitrat là muối của axit kém bền HNO3.

HNO3 bị thủy phân dưới tác dụng của ánh sáng, dung dịch có màu vàng. Trong nước, HNO3 là axit mạnh nên phân li hoàn toàn. Tất cả các muối nitrat đều tan trong nước và là chất điện li mạnh. Trong dung dịch, chúng phân li hoàn toàn thành các ion.

Ion NO3- không có màu, nên màu của một số muối nitrat là do màu của cation kim loại trong muối tạo nên. Một số muối nitrat như NaNO3, NH4NO3,,. hấp thụ hơi nước trong không khí nên dễ bị chảy rữa. Các muối nitrat dễ bị phân hủy.

Độ bền nhiệt của muối nitrat phụ thuộc vào bản chất của cation tạo muối. Muối nitrat của các kim loại hoạt động mạnh (kali, natri,.) bị phân hủy thành muối nitrit và oxi. Muối nitrat của magie, kẽm, sắt, chì, đồng,.