Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Nguồn tài nguyên nước mặt giữ vai trò thiết yếu đối với sinh hoạt dân cư, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và sự phát triển kinh tế - xã hội. Tại Thành phố Hồ Chí Minh, sông Sài Gòn là nguồn cấp nước chủ yếu cho toàn bộ đô thị. Tuy nhiên, trước áp lực của tốc độ đô thị hóa và gia tăng dân số, nguồn nước sông Sài Gòn đang đứng trước nguy cơ ô nhiễm nghiêm trọng, đe dọa trực tiếp đến nguồn nước sạch cấp cho sinh hoạt. Nhằm tìm hiểu hiện trạng chất lượng nước mặt và mức độ ô nhiễm hữu cơ, tác giả Phạm Thị Ngọc Hà đã thực hiện khóa luận tốt nghiệp ngành Sư phạm Hóa học tại Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh (năm 2012, dưới sự hướng dẫn của ThS. Trần Thị Lộc) với đề tài: "Khảo sát DO và BOD trong nước ở một số điểm thuộc hệ thống sông Sài Gòn".

Mục đích nghiên cứu của đề tài được xác định gồm hai nội dung chính:

  • Phân tích hàm lượng oxy hòa tan (DO) trong nước sông.
  • Phân tích hàm lượng nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) trong nước sông.

Để đạt được mục đích trên, các nhiệm vụ nghiên cứu được văn bản phân định theo 4 nội dung cụ thể:

  1. Nghiên cứu tổng quan về môi trường nước.
  2. Nghiên cứu các cơ sở lý luận của phương pháp nghiên cứu, phân tích DO và BOD trong nước.
  3. Nghiên cứu loại nước cần khảo sát.
  4. Nhận xét, phân tích, đánh giá kết quả hàm lượng DO và BOD sau khi làm thực nghiệm.

Đối tượng và khách thể nghiên cứu được xác định là mẫu nước mặt thuộc hệ thống sông Sài Gòn. Phạm vi không gian của đề tài giới hạn tại 6 vị trí quan trắc then chốt: cầu Bình Lợi, cầu Thị Nghè, ngã ba sông Sài Gòn giao với Kênh Tẻ, ngã ba sông Sài Gòn giao với rạch Bến Nghé (khu vực ngã ba Cột Cờ), cầu Kênh Tẻ và cầu Nguyễn Văn Cừ. Phạm vi thời gian nghiên cứu và thực nghiệm thu thập số liệu được tiến hành vào tháng 5 năm 2012, bám sát các thời điểm triều cường (giờ nước lớn và sau giờ nước lớn 2 giờ) tại các điểm quan trắc.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu vận dụng các nguyên lý hóa học môi trường nước mặt, trọng tâm là động học của các chất khí hòa tan tuân theo định luật Henry, quá trình phân hủy sinh hóa hợp chất hữu cơ và cơ chế tác động của các tác nhân oxy hóa - khử trong môi trường nước. Các tiêu chuẩn và cơ sở đối chiếu được áp dụng bao gồm:

  • Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (QCVN 08:2008/BTNMT): Văn bản pháp lý căn cứ phân hạng nguồn nước thành 4 mục đích sử dụng (A1: cấp nước sinh hoạt; A2: cấp nước sinh hoạt qua xử lý phù hợp; B1: tưới tiêu thủy lợi; B2: giao thông thủy và mục đích khác). Các ngưỡng giới hạn đối chứng trực tiếp gồm: DO đối với cột A1 $\ge 6\text{ mg/l}$, A2 $\ge 5\text{ mg/l}$, B1 $\ge 4\text{ mg/l}$, B2 $\ge 2\text{ mg/l}$; BOD$_5$ ($20^\circ\text{C}$) đối với cột A1 là $4\text{ mg/l}$, A2 là $6\text{ mg/l}$, B1 là $15\text{ mg/l}$, B2 là $25\text{ mg/l}$.
  • Mô hình động học oxy hóa sinh hóa: Phản ứng khoáng hóa hợp chất hữu cơ hai giai đoạn: giai đoạn 1 oxy hóa cacbohydrat kéo dài khoảng 20 ngày ở $20^\circ\text{C}$ ($\text{C}_n\text{H}_m + (n + m/4)\text{O}_2 \rightarrow m/2\text{H}_2\text{O} + n\text{CO}_2$); giai đoạn 2 oxy hóa hợp chất nitơ diễn ra sau ngày thứ 5 đến ngày thứ 10 nhờ vi khuẩn Nitrosomonas ($2\text{NH}_3 + 3\text{O}_2 \rightarrow 2\text{NO}_2^- + 2\text{H}^+ + 2\text{H}_2\text{O}$) và Nitrobacter ($2\text{NO}_2^- + \text{O}_2 \rightarrow 2\text{NO}3^-$). Hệ số chuyển đổi giữa BOD$5$ và BOD${20}$ được xác lập theo công thức: $\text{BOD}{20} = \text{BOD}_5 / 0{,}684$.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm bao gồm:

  • Phương pháp chuẩn độ Winkler cải tiến bằng azide (phương pháp azide): Cố định oxy hòa tan trong mẫu nước bằng dung dịch $\text{MnSO}_4$ và kiềm iodua - azide ($\text{NaOH} + \text{KI} + \text{NaN}_3$). Ion $\text{Mn}^{2+}$ bị oxy hóa thành hợp chất mangan hóa trị bốn ($\text{MnO}_2\cdot x\text{H}_2\text{O}$) có kết tủa màu nâu. Sau khi axit hóa bằng $\text{H}_2\text{SO}_4$ đặc, kết tủa tan và giải phóng một lượng iod tự do ($\text{I}_2$) tương đương với lượng DO ban đầu. Chuẩn độ $\text{I}_2$ bằng dung dịch tiêu chuẩn $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3$ $0{,}025\text{N}$ với chỉ thị hồ tinh bột. Hàm lượng DO tính theo công thức: $$\text{DO (mg O}_2\text{/l)} = \frac{V \cdot N \cdot 8000}{V_m}$$ Trong đó: $V$ là thể tích $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3$ tiêu tốn (ml); $N$ là nồng độ đương lượng của $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3$; $V_m$ là thể tích mẫu đem chuẩn độ (200 ml).
  • Phương pháp xác định BOD$_5$: Sử dụng chai đo BOD chuyên dụng dung tích 300 ml, chuẩn bị nước pha loãng bão hòa oxy có bổ sung dung dịch đệm photphat ($\text{pH} = 7{,}2$), $\text{MgSO}_4$, $\text{CaCl}_2$, $\text{FeCl}_3$. Đo hàm lượng oxy hòa tan trước khi ủ ($\text{DO}_0$) và sau 5 ngày ủ trong bóng tối ở nhiệt độ $20^\circ\text{C} \pm 1^\circ\text{C}$ ($\text{DO}_5$). Giá trị $\text{BOD}_5$ tính theo công thức: $\text{BOD}_5 = (\text{DO}_0 - \text{DO}_5) \cdot P$ (với $P$ là hệ số pha loãng).
  • Kỹ thuật che và loại trừ các ion cản trở: Sử dụng $\text{NaN}_3$ để loại trừ nhiễu do ion $\text{NO}_2^-$; dùng dung dịch $\text{NaF}$ ($1{,}61\text{M}$) hoặc $\text{KF}$ để che ion $\text{Fe}^{3+}$; dùng dung dịch $\text{KCN}$ để che ion $\text{Fe}^{2+}$.
  • Phương pháp điện cực màng: Sử dụng máy đo DO đo trực tiếp nồng độ oxy hòa tan tại hiện trường dựa trên nguyên tắc dòng điện tỷ lệ với lượng oxy khuếch tán qua màng.
  • Phương pháp chuẩn độ kiểm tra chất gốc: Xác định chính xác nồng độ dung dịch chuẩn $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3$ bằng dung dịch gốc $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ $0{,}02\text{N}$ trong môi trường axit có mặt $\text{KI}$ và $\text{Na}_2\text{CO}_3$.

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được tạo lập từ 6 điểm lấy mẫu thực tế trên lưu vực sông Sài Gòn và rạch kết nối, thu mẫu bằng bình chuyên dụng theo đúng tiêu chuẩn kỹ thuật quan trắc nước mặt.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan về môi trường nước

Chương này khái quát trữ lượng và sự phân bố tài nguyên nước trên thế giới và tại Việt Nam. Toàn cầu có khoảng 3/4 diện tích bề mặt được bao phủ bởi nước, trong đó hơn 97% là nước mặn, 3% là nước ngọt nhưng chủ yếu tích tụ ở hai cực băng đá; lượng nước ngọt sông hồ duy trì sự sống chỉ chiếm khoảng $215.000\text{ km}^3$ (khoảng 1/7000 tổng lượng nước). Tại Việt Nam, hệ thống sông ngòi có khoảng 2.500 con sông dài từ 10 km trở lên, tổng lượng mưa trung bình hàng năm đạt 634 tỉ $\text{m}^3$, tạo ra dòng chảy nội địa 316 tỉ $\text{m}^3$ (gồm 107 tỉ $\text{m}^3$ dòng chảy sông và 209 tỉ $\text{m}^3$ dòng chảy mặt) cùng nguồn nước ngoại lai chảy vào là 132,8 tỉ $\text{m}^3/\text{năm}$. Chương tổng hợp định mức nhu cầu dùng nước trong xã hội thông qua bảng số liệu sau:

Đối tượng sử dụng Đơn vị tính Nhu cầu dùng nước (lít/ngày)
Trường học (không hồ bơi) Học sinh 100
Bệnh viện Giường bệnh 250
Cơ quan hành chính Nhân viên 50
Rửa đường $\text{m}^2$ 1
Lò mổ súc vật Con 400
Bể bơi $\text{m}^3$ 160
Khách sạn Giường 500
Thợ cắt tóc Nhân viên 20
Cửa hàng ăn Khách 20
Rửa xe $\text{m}^2$ 180
Thương mại $\text{m}^2$ 2

Chương 2. Ô nhiễm môi trường nước

Chương 2 phân tích các nguồn phát sinh gây suy thoái chất lượng nước. Ô nhiễm do con người bắt nguồn từ nước thải sinh hoạt đô thị giàu chất hữu cơ, vi khuẩn và dinh dưỡng dễ gây phì dưỡng; nước thải công nghiệp chứa nhiều chất độc hại, kim loại nặng và cặn lơ lửng (dẫn chứng nhà máy Giấy Bãi Bằng có hàm lượng cặn lơ lửng trong nước thải đạt từ 130 đến 400 mg/l, trong đó xơ sợi chiếm gần 100 mg/l làm cạn kiệt oxy hòa tan); nước thải nông nghiệp cuốn theo phân bón N, P (muối hòa tan từ 1 đến 200 tấn/ha) và hóa chất bảo vệ thực vật bền vững khó phân hủy (DDT, Andrin, Endosunphan, hexaclorobenzen); cùng các hồ chứa thủy điện làm suy giảm dòng chảy hạ du. Về nguồn gốc tự nhiên, hiện tượng rửa trôi bề mặt do mưa mang theo bùn đất và xác sinh vật. Về hiện tượng ô nhiễm, tác giả hệ thống hóa 4 biểu hiện cảm quan: màu sắc (nước vàng bẩn do axit humic), mùi và vị (mùi tanh do tảo đơn bào Dinobryon, tảo Volvox hoặc mùi hôi thối từ phân hủy protein), độ đục (hạn chế ánh sáng mặt trời làm suy giảm quang hợp) và ô nhiễm nhiệt (nước làm mát từ nhà máy nhiệt điện cao hơn nhiệt độ thường 10 – $15^\circ\text{C}$ kích thích hiện tượng nở hoa nước và làm giảm độ tan của oxy).

Chương 3. Hóa học nước sông

Chương 3 trình bày các đặc tính hóa học và cơ chế chuyển hóa vật chất trong nguồn nước mặt tự nhiên. Thành phần hóa học của nước sông được chia thành ion đa lượng và ion vi lượng, so sánh đối chứng giữa nước sông, hồ và nước biển:

Thành phần ion Nồng độ trong sông và hồ (mg/l) Nồng độ trong nước biển (mg/l)
$\text{Cl}^-$ 8 19.340
$\text{Na}^+$ 6 10.770
$\text{SO}_4^{2-}$ 11 2.710
$\text{Mg}^{2+}$ 4 1.294
$\text{Ca}^{2+}$ 15 412
$\text{K}^+$ 2 399
$\text{HCO}_3^-$ 58 140
$\text{Fe}$ 670 3
$\text{Si}$ 13.000 5.000

Động thái khí hòa tan trong sông chỉ ra nồng độ oxy hòa tan thường không vượt quá 15 mg/l, nồng độ $\text{CO}_2$ không vượt quá 30 mg/l; vào mùa hạ, hàm lượng oxy dao động 6 – 8 mg/l do nhiệt độ cao, còn mùa đông đạt 8 – 12 mg/l. Giá trị pH sông ngòi dao động 6,8 – 7,8 trong mùa đông và tăng cao vào mùa hạ, các sông nhận nước từ đầm lầy có $\text{pH} < 6$. Chất rắn được phân loại theo kích thước: chất rắn không lọc được (kích thước $< 10^{-6}\text{ m}$) và chất rắn có thể lọc ($> 10^{-6}\text{ m}$). Hợp chất hữu cơ chia thành nhóm dễ phân hủy sinh học (đường, chất béo, protein) và khó phân hủy sinh học (clo hữu cơ, DDT, hợp chất đa vòng ngưng tụ như pyren, naphtalen, anthraxen, dioxin).

Chương 4. Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước và phương pháp xác định

Chương này trình bày chi tiết các nhóm thông số vật lý, hóa học, vi sinh và kỹ thuật đo đạc theo các quy chuẩn:

  • Chỉ tiêu vật lý: Nhiệt độ (đo bằng nhiệt kế, dao động 4 – $40^\circ\text{C}$); hàm lượng cặn (nước sông dao động đến 3.000 mg/l); độ màu xác định bằng so màu với dung dịch chuẩn platin - coban ($\text{K}_2\text{PtCl}_6 + \text{CoCl}_2$ hoặc $\text{CaCl}_2$); mùi vị xác định theo phương pháp đun mẫu ở 50 – $60^\circ\text{C}$; chất rắn lơ lửng (TSS) xác định bằng lọc qua chén Gooch; độ đục đo bằng đục kế Jackson.
  • Chỉ tiêu hóa học: Độ cứng (tạm thời và vĩnh cửu); chỉ số DO (mức bão hòa tới hạn thông thường khoảng 8 mg/l); độ pH; độ axit (chuẩn độ với 2 khoảng chuyển màu của metyl da cam ở pH 4,2 – 4,5 và phenolphtalein ở pH 8,2 – 8,4); độ kiềm; nhu cầu oxy sinh hóa ($\text{BOD}_5$ ở $20^\circ\text{C}$); nhu cầu oxy hóa học (COD) đo bằng bicromat hoặc pemanganat; sắt (phương pháp hấp thụ nguyên tử AAS); mangan; các hợp chất nitơ ($\text{NH}_3$, $\text{NO}_2^-$, $\text{NO}_3^-$) và clorua ($\text{Cl}^-$ xác định qua chuẩn độ Mohr, Fajans hoặc đo iod).
  • Chỉ tiêu vi sinh: Xác định vi trùng gây bệnh đường ruột qua chỉ số Coliform, E.Coli và mức độ phát triển của phù du rong tảo.

Chương 5. Xác định oxy hòa tan và nhu cầu oxy sinh hóa

Chương này đi sâu vào quy trình kỹ thuật lấy mẫu, bảo quản và quy trình phân tích DO, BOD:

  • Quy tắc thu mẫu: Mẫu nước sông lấy cách bờ từ 1,5 đến 2 cm, ở độ sâu 20 – 30 cm dưới mặt nước; vị trí trên cống thải lấy cách 500 – 1.000 m, dưới điểm thải lấy cách 100 m. Mẫu được bảo quản trong chai nút mài thủy tinh kín hoặc thùng nhựa sạch.
  • Quy trình Winkler cải tiến: Thêm lần lượt 2 ml dung dịch $\text{MnSO}_4$ và 2 ml dung dịch kiềm iodua - azide vào sát đáy bình đựng 300 ml mẫu, đảo trộn để tạo kết tủa nâu $\text{MnO}_2$, để lắng rồi thêm 2 ml $\text{H}_2\text{SO}_4$ đặc để hòa tan kết tủa giải phóng $\text{I}_2$. Chuẩn độ 204 ml dung dịch thu được (tương đương 200 ml mẫu) bằng $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3$ $0{,}025\text{N}$ với chỉ thị hồ tinh bột (chỉ cho vào khi dung dịch có màu vàng rơm nhạt).
  • Cơ chế loại trừ cản trở: Khi có $\text{NO}_2^-$, phản ứng sinh ra $\text{I}_2$ ảo do xúc tác tuần hoàn của không khí, việc thêm $\text{NaN}_3$ giúp khử hoàn toàn ion nitrit: $$\text{NaN}_3 + \text{H}^+ \rightarrow \text{HN}_3 + \text{Na}^+$$ $$\text{HN}_3 + \text{NO}_2^- + \text{H}^+ \rightarrow \text{N}_2 + \text{N}_2\text{O} + \text{H}_2\text{O}$$ Với ion $\text{Fe}^{3+}$ gây oxy hóa $\text{I}^-$, loại trừ bằng cách thêm 1 ml dung dịch $\text{KF}$ hoặc $\text{NaF}$.
  • Xác định BOD$_5$: Quy trình pha loãng mẫu nước bão hòa oxy với tỷ lệ: 0,1% – 1% cho nước thải công nghiệp nặng; 1% – 5% cho nước cống chưa xử lý; 5% – 25% cho nước đã oxy hóa; và 25% – 100% cho nước các dòng sông ô nhiễm. Mẫu được ủ 5 ngày trong tủ điều nhiệt ở $20^\circ\text{C} \pm 1^\circ\text{C}$.

Chương 6. Địa điểm, thông số lấy mẫu và khảo sát thực nghiệm

Chương 6 ghi nhận toàn bộ thông số hiện trường và các thực nghiệm kiểm soát sai số phân tích:

  • Vị trí và thông số lấy mẫu: Tiến hành thu mẫu qua 3 đợt tại 6 điểm khảo sát trên hệ thống sông Sài Gòn (Mẫu 1: cầu Nguyễn Văn Cừ; Mẫu 2: ngã ba Bến Nghé; Mẫu 3: ngã ba Kênh Tẻ; Mẫu 4: cầu Kênh Tẻ; Mẫu 5: cầu Thị Nghè; Mẫu 6: cầu Bình Lợi). Các thông số vật lý hiện trường thu thập tại Bảng 6.1:
Mẫu Vị trí quan trắc Nhiệt độ nước ($^\circ\text{C}$) Đặc điểm dòng chảy (Lần 1 / Lần 2 / Lần 3) Màu sắc và độ đục (Lần 1 / Lần 2 / Lần 3) Trạng thái mùi (Lần 1 / Lần 2 / Lần 3)
Mẫu 1 Cầu Nguyễn Văn Cừ 29 Chảy ra biển / Nước đứng / Chảy ra biển Đục, vàng nhạt / Hơi đục / Vàng nhạt Không mùi / Hơi hôi / Không mùi
Mẫu 2 Ngã ba Bến Nghé 29 Chảy ra biển / Chảy ra biển / Chảy ra biển Vàng nhạt / Hơi đục / Hơi đục Không mùi / Không mùi / Không mùi
Mẫu 3 Ngã ba Kênh Tẻ 29 Chảy ra biển / Chảy ra biển / Chảy ra biển Hơi vẩn đục / Trong / Hơi vẩn đục Không mùi / Không mùi / Không mùi
Mẫu 4 Cầu Kênh Tẻ 28 Chảy ra biển / Nước đứng / Nước đứng Trong / Trong / Trong Không mùi / Không mùi / Không mùi
Mẫu 5 Cầu Thị Nghè 28 Chảy ra biển / Nước đứng / Chảy ra biển Đục / Đục / Hơi đục Mùi hôi / Hơi hôi / Hơi hôi
Mẫu 6 Cầu Bình Lợi 28 Chảy ra biển / Chảy ra biển / Chảy ra biển Đục, vàng nhạt / Vàng nhạt / Hơi đục Không mùi / Không mùi / Không mùi
  • Khảo sát ảnh hưởng và che ion cản trở:
    • Chuẩn độ dung dịch $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3$ theo $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ $0{,}02\text{N}$.
    • Khảo sát ion $\text{Fe}^{3+}$ (nồng độ 50 mg/l): gây sai số dương làm tăng giá trị DO. Thực nghiệm chứng minh thể tích dung dịch $\text{NaF}$ $1{,}61\text{M}$ tối ưu để che hoàn toàn ion $\text{Fe}^{3+}$ 50 mg/l là từ 0,6 đến 1,0 ml, đưa sai số kết quả về dưới 1%.
    • Khảo sát ion $\text{Fe}^{2+}$ (nồng độ 1,5 mg/l): gây sai số âm làm giảm giá trị DO thực tế do khử $\text{I}_2$ về $\text{I}^-$. Tác giả xử lý che ion $\text{Fe}^{2+}$ bằng dung dịch $\text{KCN}$ 1.000 mg/l.
    • Khảo sát ion $\text{NO}_2^-$ (nồng độ 0,6 mg/l): gây sai số dương do phản ứng vòng oxy hóa $\text{I}^-$. Tác giả sử dụng dung dịch $\text{NaN}_3$ 50 mg/l để loại trừ hoàn toàn ion nitrit trước khi chuẩn độ.

Kết quả và đóng góp

Nghiên cứu đạt được các kết quả thực nghiệm định lượng cụ thể:

  • Xác lập được điều kiện thực nghiệm chuẩn xác để loại trừ các ion gây cản trở trong phép phân tích DO theo phương pháp Winkler cải tiến:
    • Khẳng định thể tích $\text{NaF}$ $1{,}61\text{M}$ từ 0,6 đến 1,0 ml cho phép che triệt để ảnh hưởng của $\text{Fe}^{3+}$ ở nồng độ cao (50 mg/l), khống chế sai số của phép đo trong ngưỡng cho phép ($< 1%$).
    • Xác lập quy trình che ảnh hưởng của ion $\text{Fe}^{2+}$ ($1{,}5\text{ mg/l}$) bằng $\text{KCN}$ và loại trừ ion $\text{NO}_2^-$ ($0{,}6\text{ mg/l}$) bằng $\text{NaN}_3$ $50\text{ mg/l}$.
  • Hoàn thành quan trắc hiện trường và đo đạc các thông số nhiệt độ, dòng chảy, màu sắc, mùi vị tại 6 vị trí thuộc hệ thống sông Sài Gòn qua 3 đợt lấy mẫu gắn với quy luật bán nhật triều:
    • Nhiệt độ nguồn nước mặt tại các điểm lấy mẫu ổn định trong khoảng 28 – $29^\circ\text{C}$.
    • Nhận diện trực quan mức độ ô nhiễm cảm quan khác biệt rõ rệt giữa các khu vực: điểm cầu Thị Nghè (Mẫu 5) liên tục xuất hiện mùi hôi và nước đục ở cả 3 lần lấy mẫu; điểm cầu Nguyễn Văn Cừ (Mẫu 1) nước đục vàng nhạt và có thời điểm xuất hiện mùi hôi; trong khi điểm cầu Kênh Tẻ (Mẫu 4) duy trì trạng thái nước trong và không mùi qua các lần quan trắc.
  • Đóng góp của đề tài: Tác giả tự nêu việc cung cấp tài liệu khảo sát thực tế về tình trạng chất lượng nguồn nước sông Sài Gòn thông qua hai chỉ tiêu nòng cốt là DO và BOD; làm rõ các cơ sở lý thuyết hóa học phân tích và chuẩn hóa kỹ thuật che, loại trừ các chất gây cản trở (ion sắt, nitrit) trong mẫu nước tự nhiên phức tạp, phục vụ công tác đánh giá ô nhiễm và hỗ trợ kiểm soát chất lượng môi trường nước đô thị.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Khóa luận bộc lộ một số giới hạn nghiên cứu được phản ánh trong phạm vi văn bản:

  • Phạm vi quan trắc không gian chỉ giới hạn tại 6 vị trí trên sông Sài Gòn và một số kênh rạch nhánh nối vào sông; chưa bao quát toàn bộ lưu vực thượng lưu và hạ lưu của hệ thống sông.
  • Tần suất lấy mẫu chỉ thực hiện trong tháng 5 năm 2012 với 3 đợt quan trắc tập trung quanh các thời điểm triều lớn, chưa phản ánh được sự biến động đầy đủ của chất lượng nước theo mùa (mùa khô và mùa mưa kéo dài từ tháng 4/5 đến tháng 11).
  • Nghiên cứu chỉ tập trung phân tích sâu hai chỉ tiêu hóa học là DO và BOD cùng các ion cản trở; chưa tiến hành đo đạc đồng bộ các chỉ tiêu vi sinh (Coliform, E.Coli), hóa chất bảo vệ thực vật hay các kim loại nặng độc hại khác có trong quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT.

Hướng nghiên cứu mở rộng được suy đoán từ phạm vi nghiên cứu bao gồm việc gia tăng mật độ điểm trắc vi phân trên toàn dòng chảy sông Sài Gòn, khảo sát dài hạn theo chu kỳ các mùa trong năm và mở rộng phân tích chỉ số COD, TOC để xây dựng bức tranh toàn diện về tải lượng chất hữu cơ.

Giá trị tham khảo

Công trình là tài liệu tham khảo thiết thực cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Sư phạm Hóa học, Cử nhân Hóa học, Kỹ thuật Hóa học và Khoa học Môi trường trong việc học tập, thực hiện các bài thí nghiệm chuyên đề hóa môi trường hoặc triển khai khóa luận tốt nghiệp về phân tích nước mặt.
  • Cán bộ kỹ thuật phòng thí nghiệm và người làm nghiên cứu về trắc nghiệm chất lượng nước: Đáng tham khảo nhất là Chương 5 và Chương 6 với hướng dẫn chi tiết quy trình chuẩn độ Winkler cải tiến bằng azide, kỹ thuật pha loãng mẫu BOD, quy trình chuẩn hóa nồng độ $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3$ bằng $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ và thực nghiệm kiểm soát sai số do các ion gây nhiễu ($\text{Fe}^{3+}$, $\text{Fe}^{2+}$, $\text{NO}_2^-$).
  • Các cơ quan quản lý tài nguyên và môi trường địa phương trong việc thu thập chuỗi số liệu nền lịch sử về cảm quan và điều kiện thủy văn các kênh rạch nội đô Thành phố Hồ Chí Minh thời điểm năm 2012.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao ion nitrit ($\text{NO}_2^-$) gây cản trở phép chuẩn độ xác định DO theo phương pháp Winkler và khóa luận xử lý bằng cách nào? Trong môi trường axit có chứa iodua ($\text{I}^-$), ion $\text{NO}_2^-$ oxy hóa $\text{I}^-$ thành $\text{I}_2$ tự do, giải phóng khí $\text{N}_2\text{O}_2$. Khí này khuếch tán lên bề mặt tiếp xúc với oxy không khí để tái tạo lại $\text{NO}_2^-$, tạo thành chu trình oxy hóa lặp lại gây sai số dương lớn cho phép đo DO. Khóa luận khắc phục triệt để bằng cách bổ sung natri azide ($\text{NaN}_3$) vào dung dịch kiềm iodua để phân hủy $\text{NO}_2^-$ thành $\text{N}_2$ và $\text{N}_2\text{O}$.

2. Tác giả sử dụng hóa chất và thể tích bao nhiêu để loại trừ ảnh hưởng của ion $\text{Fe}^{3+}$ ở nồng độ 50 mg/l? Để che ion $\text{Fe}^{3+}$ ở nồng độ 50 mg/l, tác giả sử dụng dung dịch $\text{NaF}$ $1{,}61\text{M}$ với thể tích từ 0,6 đến 1,0 ml cho vào mẫu trước khi axit hóa, giúp triệt tiêu phản ứng oxy hóa của $\text{Fe}^{3+}$ lên $\text{I}^-$ và đưa sai số phép đo DO về dưới 1%.

3. Khóa luận khảo sát chất lượng nước tại 6 vị trí cụ thể nào trên hệ thống sông Sài Gòn? Sáu vị trí lấy mẫu bao gồm: Mẫu 1 tại cầu Nguyễn Văn Cừ; Mẫu 2 tại ngã ba sông Sài Gòn giao với rạch Bến Nghé (ngã ba Cột Cờ); Mẫu 3 tại ngã ba sông Sài Gòn giao với Kênh Tẻ; Mẫu 4 tại cầu Kênh Tẻ; Mẫu 5 tại cầu Thị Nghè; Mẫu 6 tại cầu Bình Lợi.

4. Khóa luận căn cứ vào quy chuẩn kỹ thuật nào để đánh giá giới hạn chất lượng nước mặt? Khóa luận căn cứ vào Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt số hiệu QCVN 08:2008/BTNMT do Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành, phân định theo 4 mục đích sử dụng (A1, A2, B1, B2) cho các chỉ tiêu DO, BOD$_5$, TSS, dinh dưỡng và độc chất.

5. Mối liên hệ toán học giữa nhu cầu oxy sinh hóa 5 ngày ($\text{BOD}5$) và nhu cầu oxy sinh hóa 20 ngày ($\text{BOD}{20}$) được tác giả trình bày ra sao? Theo văn bản, để tính giá trị $\text{BOD}_{20}$ từ giá trị $\text{BOD}5$ đã đo thực nghiệm, tác giả sử dụng hệ số chuyển đổi $0{,}684$ theo công thức: $\text{BOD}{20} = \text{BOD}_5 / 0{,}684$.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Phạm Thị Ngọc Hà đã hoàn thành mục tiêu nghiên cứu thông qua việc tổng quan hóa cơ sở lý thuyết hóa học nước sông, khảo sát hiện trường và chuẩn hóa quy trình phân tích thực nghiệm hai chỉ tiêu quan trọng là DO và BOD$_5$. Công trình giải quyết thành công bài toán kỹ thuật kiểm soát các ion gây nhiễu ($\text{Fe}^{3+}$, $\text{Fe}^{2+}$, $\text{NO}_2^-$) trong phép chuẩn độ Winkler cải tiến bằng azide, đảm bảo độ chuẩn xác cho các số liệu phân tích. Kết quả thu được tại 6 trạm quan trắc trên sông Sài Gòn và các kênh rạch nhánh năm 2012 cung cấp nguồn tư liệu học thuật và thực tiễn hữu ích cho công tác đào tạo sư phạm hóa học cũng như theo dõi diễn biến môi trường nước mặt đô thị.