CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1. TỔNG QUAN VỀ AMONI (NH4) VÀ HYDROSUNPHUA (H2S). Nghiên cứu về amoni (NH4) và hydrosunphua (H2S): 1. Tính chất hóa học Amoni sinh ra trong môi trường nước do sự phân hủy các hợp chất hữucơ có chứa Nitơ.
Trong môi trường nước nó tồn tại ở hai dạng: ammonia (NH3) và ion ammonium NH4+ Ammoniac (NH3) là một chất lỏng không màu tồn tại dưới áp suất không khí, nhẹ hơn không khí và có mùi mạnh. Amoniac có thể bị hóa lỏng dưới áp suất khoảng 10atm. Trong công nghiệp để vận chuyển ammoniac người ta thường sử dụng phương pháp hóa lỏng. Amoniac hòa tan tốt trong nước hình thành dạng ion amoni: NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH- Sự hòa tan của ammoniac trong nước bị ảnh hưởng của các yếu tố: áp suất không khí, nhiệt độ hay các chất hòa tan hoặc lơ lửng.
Amoniac hòa tan dễ dàng trong nước và tồn tại chủ yếu ở dạng ion tại pH trong môi trường tự nhiên của hầu hết các hệ sinh thái. Ở nồng độ thấp, nồng độ mol tổng của ammoniac hòa tan được tính như sau: [NH3] + [NH4+] = H[NH3(gas)] + KbH[NH3(gas)], Trong đó [NH3(gas)] là nồng độ mol của ammoniac pha phí. Kb là hằng số phân ly tính theo công thức: [NH4+] [OH-] Kb = ------------ = 1.774 x 10-5 (at 25°C) [NH3] H là hằng số Henry được tính theo: log10H = 1477.6937 Có nhiều loại muối ammoniac, trong đó có một số muối sử dụng phổ biến trong công nghiệp như ammonium chloride, ammonium nitrat và ammonium sulfate. Ngoại trừ các phức tạo với kim loại, các muối amoni cũng có tính tan phân 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ly tốt tương tự như các muối của kim loại kiềm, tuy nhiên lại dễ bị phân hủy bởi nhiệt.
Các loại muối amoni phổ biến: -Ammonium chloride [NH4Cl] có trong tự nhiên, là sản phẩm trong hoạt động của núi lửa, khi hóa hơi tạo thành hydrogen chloride và ammoniac. Cũng như các loại muối ammoniac có tính axit mạnh, gốc chloride hydrolyses tan trong nước tạo pH thấp. Trong chất rắn qua quá trình lưu trữ ammoniac dễ bị thất thoát, còn trong thể lỏng ammonium chloride có khuynh hướng ăn mòn kim loại màu và một số các hợp kim khác, đặc biệt là đồng, đồng thau. Ammonium chloride có thể bị oxi hóa thành nitrosyl chloride và chlorine bởi các tác nhân oxi hóa mạnh như nitric axit.
-Ammonium nitrate [NH4NO3] không tồn tại trong tự nhiên và khá bền, chỉ bị phân hủy ở nhiệt độ rất cao. Ammonium nitrate tác dụng như một chất oxy hóa mạnh trong rất nhiều phản ứng, ở dạng dung dịch nó ăn mòn các kim loại, đặc biệt là đồng và các hợp kim của nó. -Ammonium sulfate [(NH4)2SO4] tan trong nước, không tan trong cồn và aceton. -Ammonium acetate [CH3COONH4] dễ bị phân hủy mất đi NH3 khi tồn tại trong dung dịch dưới áp suất khí quyển, đặc biệt trong môi trường kiềm.
Ammonium bicacbonate dễ hình thành hơn và bền hơn, phân hủy dưới 350C tạo thành NH3, CO2 và H2O. Ammonium cacbonate bị phân hủy khi tiếp xúc với không khí tạo thành NH3 và CO2, thành dạng bột trắng và chuyển hóa thành ammonium bicacbonate. Lượng Ammoni tự nhiên ở trong nước bề mặt và nước ngầm thường thấp hơn 0,2mg/lít. Các nguồn nước hiếm khí có thể có nồng độ Ammoni lên đến 3mg/lít.
Tuy nhiên trong các thủy vực ô nhiễm nồng độ của ammoni tăng rất cao, có thể lên đến hàng trăm mg/lít. Trong nước, amoni tồn tại dưới 2 dạng: không ion hóa (NH3) và ion amoni (NH4+), tùy thuộc vào trạng thái cân bằng có NH4+ NH3 + H+. Trạng thái cân bằng giữa amoni và amonia không ion hóa phụ thuộc vào pH, nhiệt độ và độ muối.[1] Nó có nhiều điểm giống các muối kiềm nhưng lại dễ bị phân hủy. 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Các hợp chất thường gặp của ion NH4+ là: các muối clorua, sunphat, nitrat, oxalat, molypdat và NH4OH.
+ Tính axit – bazo: NH3 hòa vào nước thành amoni hydroxyt NH4OH hay gọi là dung dịch amoniac. Trong dung dịch NH4OH ta có cân bằng: NH3 + H2O NH4OH NH4+ + OH- Ở nhiệt độ thường, cân bằng vẫn lệch về phía trái nên dung dịch luôn có mùi NH3 NH4OH là một kiềm yếu, nó kết tủa được một số cation (như Fe3+) dưới dạng hydroxyt. Nhưng nó không kết tủa được nhiều cation vì nó tạo thành những phức chất tan, hoặc vì nồng độ ion OH- của nó không đủ để kết tủa nhất là khi có mặt muối amoni (làm giảm sự phân ly của NH4OH) Muối amoni của các axit mạnh như clorua, sunphat, có phản ứng nhẹ vì: NH4+ + H2O = NH4OH + H+ Do đó, các muối amoni này thường dùng trong phân tích để làm giảm pH của dung dịch Các muối amoni của axit yếu thế thường phân ly, giải phóng NH3: (NH4)2CO3 = NH4+ + NH3 + HCO3- + Tính oxy khử: Ion NH4+ có thể bị oxy hóa trong môi trường axit bởi nước cường thủy, clo, brom và các chất oxy hóa mạnh khác; bị oxy hóa trong môi trường kiềm bởi hypoclorit, hypobromit, kalipemanganat. 2NH4+ + Cl2 N2 + 6Cl- + 8H+ + Tạo phức: Ion NH4+ có thể tạo phức với nhiều cation như Ag+, Cu2+, Cd2+, Ni2+, Co2+, Cr3+…, ví dụ [Ag(NH3)2]+, [Ni(NH3)6]2+, ….
+ Độ tan của các muối: hầu hết các muối NH4+ đều dễ tan, trừ một số ít hợp chất như amoni hexaxyano cobantiat. + Tác dụng nhiệt: Khi đun nóng hầu hết các muối amoni bị phân hủy. Một số muối amoni khó bay hơi như (NH4)2SO4 chỉ được loại hết ở nhiệt độ cao. Một số các nghiên cứu về chuyển hóa Amoni: Theo một nghiên cứu về hình thái và sự di chuyển ammoni có trong nước tại khu vực đầm lầy nước ngọt, ven lưu vực sông Scheldt, Bỉ được xác định định tính cho toàn bộ hệ sinh thái bằng mô hình đánh dấu 15N.
Vào cuối mùa hè (tháng 9), 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com người ta bổ sung 15N-NH4 vào nước ngập (triều lên) của khu đầm lầy nước ngọt rộng 3477m2 và lần theo dấu vết của quá trình chuyển hóa amoni và thời gian lưu của amoni trong bốn chu trình thủy triều tiếp theo. Nghiên cứu này đưa ra kết quả các thành phần trong pha nước của hệ thống đầm lầy và so sánh chúng với những thí nghiệm tương tự được tiến hành vào mùa xuân/đầu hè (tháng 5). Những thay đổi về nồng độ và sự tăng đồng vị của NO3, NO2, N2O, N2, NH4 và các hạt nitơ lơ lửng (SPN) được phân tích cùng với việc sử dụng nghiên cứu về cân bằng khối. Cân bằng khối N cho thấy rằng một nửa lượng NH4 bổ sung vào được chuyển hóa hoặc sử dụng bởi sinh khối của khu đầm lầy, trong khi một nửa còn lại được báo cáo là ở dạng amoni trong suốt thời gian của thủy triều đầu tiên.
Nitrat hóa là một quá trình chuyển hóa quan trọng nhất đối với N, chiếm 17% quá trình chuyển hóa N. N2, N20 và SPN chiếm lần lượt là 2,4; 0,02 và 1,4%. Quá trình chuyển hóa N cả về không gian và thời gian trong pha nước rất giống với những gì thu được vào tháng 5, chứng minh khả năng tái lặp tốt của phương pháp đánh dấu cho toàn hệ sinh thái, nhưng tốc độ tuyệt đối chuyển hóa amoni vào tháng 5 cao gấp 3 lần. Trong khi bề mặt đầm lầy trong tháng 5 rất thuận lợi cho quá trình nitrat hóa thì nó lại giảm vào tháng 9.
Mặt khác, khử nitơ lại là quá trình quan trọng hơn vào tháng 9. Những phát hiện trong nghiên cứu này cho thấy rằng amoni trong nước ngập là yếu tố quan trọng cho quá trình loại bỏ amoni trong hệ sinh thái đầm lầy nước ngọt. Nguồn điểm của ô nhiễm ammonia vào môi trường nước Các nguồn nhân tạo chủ yếu của ammonia trong nước mặt bao gồm các chất thải từ nông nghiệp, quá trình sản xuất phân bón cho cây trồng, luyện gang thép, lọc dầu, thuộc da, sản xuất hóa chất vô cơ, các ngành phi kim, hợp kim,chế biến thực phẩm. Lượng ammoniac trong nước thay đổi thường xuyên theo sự thay đổi lưu lượng cũng như nồng độ chất thải của các ngành công nghiệp.
Trong nông nghiệp, việc chăn nuôi gia súc quy mô lớn. Ngoài ra, các thức ăn thừa trong quá trình chăn nuôi gia súc cũng là nguyên nhân gây lên ô nhiễm chất hữu cơ cho nguồn nước dẫn đến ô nhiễm ammoni trong nước thải chăn nuôi. Chất thải của cá, tép, thức ăn sử dụng cho chăn nuôi thủy sinh còn thừa, cây bị thối rữa… góp phần vào sự hình thành ammoniac trong hồ thủy sinh.Trong công nghiệp, các ngành sản xuất phân 8 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com bón như tổng hợp phân ure, phân bón lá và các thuốc kích thích sinh trưởng … đều thải ra môi trường lượng lớn chất ô nhiễm chứa nitơ, do các quá trình phân hủy sinh học trong môi trường nước chúng tạo ra ammoni. Các nguồn mặt ô nhiễm ammonia vào môi trường nước.
Các nguồn mặt ô nhiễm ammonia cho môi trường nước mặt không đơn giản như là các nguồn điểm ô nhiễm. Các nguồn mặt bao gồm sự giải phóng các chất vô cơ và hữu cơ không xác định chính xác ở một điểm. Chúng có thể biến đổi, không liên tục, khuếch tán, theo các cách khác nhau theo đặc trưng từng vùng. Nó có thể là kết quả của quá trình chảy tràn của nước mưa qua các vùng ô nhiễm các chất hữu cơ, quá trình rửa trôi, xói mòn các chất mùn, các chất dinh dưỡng từ các vùng đất dốc… Ngoài ra, trong nông nghiệp thâm canh cao sử dụng rất nhiều phân ure, phân bón lá, các kích thích sinh trưởng chứa nito.
Các phân bổ sung dinh dưỡng này cây không sử dụng hết tích tụ lại trong đất, trong thân cây thông qua nước mưa hoặc nước chảy tràn ra nhập vào môi trường nước, đây cũng là nguồn ô nhiễm mặt đáng chú ý gây nên ô nhiễm ammoni cho môi trường nước. Ngày nay hoạt động nông nghiệp gắn liền với chuyên môn hóa, các loại nước công nghiệp, sinh hoạt giàu hợp chất nitơ thải vào môi trường làm cho môi trường nước ngày càng bị ô nhiễm các hợp chất nitơ mà chủ yếu là ammoni. Đặc tính vật lý, hóa học Sunfua hydrô H2S ở trạng thái hòa tan trong nước. Nguồn gốc của nó là do sự phân huỷ vật chất hữu cơ trong môi trường khử.
H2S gặp trong nước ngầm, nước tự lưu và các nguồn nước khoáng. Phân tử H2S có cấu tạo tương tự như phân tử nước Góc liên kết : HS H là 92, 2o Độ dài liên kết: S – H là 1, 33AO Mô men lưỡng cực : m = 1, 02D Nhiệt độ sôi -60, 750C Nhiệt độ nóng chảy : -85, 60C 9 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.