Nghiên Cứu Đánh Giá Hàm Lượng Nitrat, Nitrit Trong Nguồn Nước Cấp Cho Các Nhà Máy Xử Lý Nước Tỉnh Quảng Ninh

Việc đánh giá chất lượng nước Quảng Ninh là vô cùng quan trọng, đặc biệt là tại các khu vực nông thôn, nơi nhận thức về nước sạch và vệ sinh môi trường còn hạn chế. Các nhà máy nước tại Quảng Ninh chủ yếu sử dụng nguồn nước mặt từ sông, hồ, mang theo nhiều tạp chất và vi khuẩn. Quy trình xử lý nước hiện tại tập trung vào xử lý kim loại nặng, nhưng chưa thực sự hiệu quả trong việc loại bỏ triệt để nitrit. Do đó, việc xác định hàm lượng nitrit và nitrat trong nguồn nước có ý nghĩa then chốt để đảm bảo an toàn cho người tiêu dùng.

Nghiên cứu này hướng đến việc đề xuất một phương pháp phân tích đơn giản, nhanh chóng và có độ nhạy cao để xác định hàm lượng nitrat, nitrit. Các phương pháp phân tích lượng vết như sắc ký, điện hóa, và phân tích dòng chảy có thể được sử dụng. Tuy nhiên, phương pháp trắc quang được ưu tiên vì độ nhạy, độ chọn lọc cao và tính đơn giản, cho phép phân tích hàng loạt mẫu. Luận văn này tập trung vào 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.

Địa hình đồi núi và hệ thống sông ngòi chằng chịt của Quảng Ninh ảnh hưởng lớn đến chất lượng nước. Xói lở và rửa trôi từ các hoạt động khai thác khoáng sản và nông nghiệp có thể làm tăng hàm lượng nitrat, nitrit trong nước. Mùa mưa lũ làm gia tăng lượng phù sa và chất ô nhiễm đổ vào sông, gây khó khăn cho quá trình xử lý nước. Sự xâm nhập mặn cũng là một yếu tố cần xem xét, đặc biệt là ở các khu vực ven biển.

Dân số Quảng Ninh đạt gần 1.200 người, với mật độ dân số thấp và phân bố không đều. 47% dân số tập trung ở khu vực nông thôn, miền núi, nơi nhận thức về vệ sinh môi trường và nước sạch còn hạn chế. Điều này đặt ra thách thức trong việc đảm bảo nguồn nước sạch cho toàn dân, đặc biệt là khi nguồn nước sinh hoạt Quảng Ninh có nguy cơ ô nhiễm nitrat nitrit.

Trong môi trường nước, nitơ là chất dinh dưỡng cần thiết cho nhiều loại sinh vật, nhưng sự dư thừa nitơ có thể dẫn đến ô nhiễm. Các nguồn phát thải nitơ chủ yếu đến từ khí quyển, phân đạm dư thừa, nước thải từ trang trại, khu công nghiệp, dân cư và xe cộ. Nitơ hữu cơ phân hủy thành NH4+, sau đó bị ôxi hóa sinh ra NO3- trong môi trường có O2. Nitơ trở lại khí quyển thông qua quá trình đề nitơ hóa, trong đó NO3- bị khử thành N2 bởi vi khuẩn trong môi trường thiếu ôxi.

Trong muối nitrit, ion NO2- có khả năng tạo liên kết cho nhận với ion kim loại. Axit nitrơ (HNO2) không bền và dễ bị phân hủy. Trong dung dịch nước, axit nitrơ là một axit yếu và có tính oxi hóa khử. Trong muối nitrat, ion NO3- có cấu tạo hình đa giác đều. Muối nitrat khan của kim loại kiềm khá bền với nhiệt, trong khi các nitrat của kim loại khác dễ phân hủy khi đun nóng. Các muối nitrat dễ bị phân hủy và có tính oxi hóa mạnh.

Việc dư thừa hàm lượng nitrit, nitrat trong nước uống gây ra các hậu quả về mặt sức khỏe của người sử dụng. Nitrat vào cơ thể người sẽ tham gia phản ứng khử ở dạ dày và đường ruột do tác dụng của các men tiêu hoá sinh ra nitrit. Nitrit ngăn cản các quá trình hình thành và trao đổi oxy của hemoglobin trong máu dẫn đến việc thiếu hụt oxy trong máu, cơ thể sẽ bị giảm chức năng hô hấp. Đối với trẻ dưới 6 tháng tuổi, nitrit làm chậm quá trình phát triển của trẻ, tích lũy trong cơ thể gây ra các bệnh về đường hô hấp, bệnh da xanh rất nguy hiểm. Nitrit được khuyến cáo là có khả năng gây bệnh ung thư ở người.

Có nhiều phương pháp để xác định nitrit trong phòng thí nghiệm, bao gồm phương pháp so màu với thuốc thử Griess, phương pháp điện hóa sử dụng điện cực chọn lọc ion, và phương pháp sắc ký ion. Phương pháp so màu với thuốc thử Griess là phổ biến nhất do tính đơn giản và độ nhạy cao. Phương pháp này dựa trên phản ứng của nitrit với axit sulfanilic và N-(1-naphthyl)ethylenediamine dihydrochloride để tạo thành một hợp chất màu azo, có thể đo độ hấp thụ ánh sáng ở bước sóng thích hợp.

Các phương pháp xác định nitrat trong phòng thí nghiệm bao gồm phương pháp khử nitrat thành nitrit và sau đó xác định nitrit bằng phương pháp so màu, phương pháp sử dụng điện cực chọn lọc ion, và phương pháp sắc ký ion. Phương pháp khử nitrat thành nitrit thường sử dụng kim loại cadmium hoặc kẽm để khử nitrat thành nitrit, sau đó xác định nitrit bằng phương pháp so màu với thuốc thử Griess.

Việc lấy mẫu và bảo quản mẫu nước đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo tính chính xác của kết quả phân tích. Mẫu nước cần được lấy tại các vị trí đại diện cho nguồn nước cấp cho nhà máy, và được bảo quản trong các chai nhựa sạch, tối màu. Mẫu nước cần được bảo quản lạnh (4°C) và phân tích trong thời gian sớm nhất để tránh sự thay đổi hàm lượng nitrat, nitrit do hoạt động của vi sinh vật.

Các bước thực nghiệm phân tích mẫu nước bao gồm chuẩn bị dung dịch thuốc thử, pha loãng mẫu nước (nếu cần), phản ứng mẫu nước với thuốc thử, và đo độ hấp thụ ánh sáng của dung dịch bằng máy quang phổ hấp thụ phân tử. Kết quả đo được so sánh với đường chuẩn để xác định hàm lượng nitrit và nitrat trong mẫu nước.

Việc so sánh hàm lượng nitrat, nitrit theo khu vực và thời gian giúp xác định các khu vực có nguy cơ ô nhiễm cao và các thời điểm có hàm lượng nitrat, nitrit tăng đột biến. Thông tin này có thể được sử dụng để đưa ra các biện pháp phòng ngừa và kiểm soát ô nhiễm hiệu quả.

Các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm nitrat nitrit bao gồm kiểm soát việc sử dụng phân bón trong nông nghiệp, cải thiện hệ thống xử lý nước thải, bảo vệ rừng đầu nguồn, và nâng cao nhận thức của cộng đồng về vệ sinh môi trường. Ngoài ra, cần có các nghiên cứu sâu hơn về nguồn gốc nitrat nitrit trong nước để đưa ra các giải pháp phù hợp.