Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Nước là thành phần thiết yếu duy trì sự sống của sinh vật và con người, chiếm khoảng 60% đến 70% thể trọng cơ thể người và đóng vai trò dung môi tham gia vào hầu hết các phản ứng sinh hóa, trao đổi chất, vận chuyển dinh dưỡng và bài tiết. Bên cạnh chức năng duy trì cơ thể sống, tài nguyên nước giữ vai trò then chốt trong phát triển nông nghiệp, sản xuất công nghiệp, giao thông thủy, du lịch và năng lượng điện. Tuy nhiên, cùng với tốc độ phát triển đô thị hóa và công nghiệp hóa mạnh mẽ, nguồn nước mặt tại các đô thị lớn ở Việt Nam, đặc biệt là Thành phố Hồ Chí Minh, đang chịu áp lực ô nhiễm nghiêm trọng do tiếp nhận lượng lớn nước thải sinh hoạt và công nghiệp chưa qua xử lý triệt để. Tình trạng suy giảm chất lượng nước thể hiện rõ qua các tuyến sông, kênh rạch nội đô như sông Sài Gòn, kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè, kênh Tàu Hủ – Bến Nghé và rạch Tân Hóa – Lò Gốm.

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Võ Nguyễn Thùy Dung (ngành Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh) lựa chọn đề tài "Xác định hàm lượng DO, BOD, COD trong nước ở một số địa điểm thuộc kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè" nhằm đánh giá định lượng hiện trạng chất lượng nước mặt và mức độ ô nhiễm hữu cơ tại tuyến kênh đô thị trọng điểm này.

Mục tiêu nghiên cứu của đề tài gồm:

  1. Phân tích hàm lượng oxy hòa tan (DO), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) và nhu cầu oxy hóa học (COD) trong các mẫu nước thu thập tại một số địa điểm thuộc kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè.
  2. Đánh giá, nhận xét chất lượng môi trường nước dựa trên các kết quả phân tích thực nghiệm và cung cấp cơ sở dữ liệu khoa học phục vụ công tác bảo vệ môi trường nước.

Nhiệm vụ nghiên cứu được văn bản xác định cụ thể qua 4 nội dung:

  1. Nghiên cứu tổng quan về tài nguyên nước và hiện trạng môi trường nước.
  2. Nghiên cứu cơ sở lý luận của các phương pháp hóa phân tích xác định DO, BOD, COD trong môi trường nước.
  3. Thu thập và nghiên cứu mẫu nước tại thực địa kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè.
  4. Nhận xét, phân tích và đánh giá kết quả thực nghiệm về hàm lượng DO, BOD, COD thu được qua các đợt khảo sát.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Nước mặt kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè.
  • Phạm vi không gian: 05 vị trí cầu đặc trưng phân bố dọc theo chiều dài kênh, bao gồm Cầu số 1, Cầu số 8, Cầu Công Lý, Cầu Trần Khánh Dư và Cầu Thị Nghè.
  • Phạm vi thời gian: Thực hiện và hoàn thành trong đợt quan trắc thực nghiệm khóa luận tốt nghiệp (tháng 5 năm 2014).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu dựa trên khung lý thuyết của Hóa học Môi trường và Hóa học Phân tích nước, tập trung vào bản chất hóa học và ý nghĩa môi trường của ba chỉ số cơ bản phản ánh hàm lượng chất hữu cơ và mức độ ô nhiễm nguồn nước mặt:

  • Oxy hòa tan (DO - Dissolved Oxygen): Lượng khí oxy tự do hòa tan trong nước, tuân theo định luật Henry, chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ, áp suất và độ muối; chỉ số duy trì điều kiện hô hấp hiếu khí cho thủy sinh vật và đóng vai trò nền tảng cho quá trình tự làm sạch nguồn nước.
  • Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD - Biochemical Oxygen Demand): Lượng oxy hòa tan mà vi sinh vật hiếu khí tiêu thụ để oxy hóa, khoáng hóa các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học ở điều kiện 20°C trong bóng tối. Tác giả sử dụng chỉ số $\text{BOD}5$ (sau 5 ngày ủ) kết hợp công thức quy đổi sang nhu cầu oxy sinh hóa giai đoạn một $\text{BOD}{20} = \text{BOD}_5 / 0{,}684$.
  • Nhu cầu oxy hóa học (COD - Chemical Oxygen Demand): Lượng oxy tương đương cần thiết để oxy hóa toàn bộ các hợp chất hữu cơ (cả dễ và khó phân hủy sinh học) thành $\text{CO}_2$ và $\text{H}_2\text{O}$ dưới tác dụng của chất oxy hóa hóa học mạnh trong môi trường axit đun hồi lưu. Tỷ số $\text{COD}/\text{BOD}$ được sử dụng để đánh giá khả năng xử lý sinh học của nguồn nước.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được tác giả áp dụng bao gồm:

  • Phương pháp lấy và bảo quản mẫu: Thu thập mẫu tại tầng nước sâu cách bề mặt 20–30 cm, vị trí cách bờ 1,5–2 m; mẫu dùng để đo DO và BOD được cố định hóa chất ngay tại hiện trường hoặc giữ lạnh ở nhiệt độ thấp trong bóng tối; mẫu đo COD được bảo quản bằng dung dịch $\text{H}_2\text{SO}_4$ đậm đặc (2 ml/L) và giữ ở 4°C trước khi phân tích.
  • Phương pháp Azid (cải tiến từ phương pháp Winkler) xác định DO: Dựa trên phản ứng của $\text{Mn}^{2+}$ với oxy hòa tan trong môi trường kiềm tạo kết tủa nâu $\text{MnO}_2$; trong môi trường axit, $\text{MnO}_2$ oxy hóa $\text{I}^-$ thành $\text{I}_2$ tự do; lượng $\text{I}_2$ giải phóng được chuẩn độ bằng dung dịch chuẩn $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3$ với chỉ thị hồ tinh bột. Tác giả sử dụng $\text{NaN}_3$ trong thuốc thử iodua kiềm để loại trừ cản trở của ion $\text{NO}_2^-$ và bổ sung $\text{KF}$ để khử ảnh hưởng của $\text{Fe}^{3+}$.
  • Phương pháp xác định $\text{BOD}_5$: Xác định chênh lệch nồng độ DO của mẫu nước tại thời điểm ban đầu ($\text{DO}_0$) và sau 5 ngày ủ kín ở 20°C ($\text{DO}_5$) trong tủ định nhiệt.
  • Phương pháp hồi lưu kín chuẩn độ thể tích xác định COD: Oxy hóa mẫu nước bằng lượng dư chính xác dung dịch chuẩn $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ 0,01667M (0,1N) trong môi trường $\text{H}_2\text{SO}_4$ đậm đặc với xúc tác $\text{Ag}_2\text{SO}_4$ và chất che tạo phức $\text{HgSO}_4$ (loại trừ cản trở của ion $\text{Cl}^-$) tại 150°C trong 2 giờ trên bếp gia nhiệt chuyên dụng; lượng dicromat dư được chuẩn độ ngược bằng dung dịch chuẩn muối Mohr / FAS ($\text{Fe(NH}_4\text{)}_2\text{(SO}_4\text{)}_2\cdot 6\text{H}_2\text{O}$) với chất chỉ thị ferroin (1,10-phenanthroline và $\text{FeSO}_4\cdot 7\text{H}_2\text{O}$).
  • Chuẩn hóa dung dịch chuẩn: Nồng độ dung dịch chuẩn $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3$ và dung dịch FAS được xác định lại chính xác hằng ngày bằng dung dịch gốc $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$.

Nguồn dữ liệu của đề tài bắt nguồn từ các mẫu nước thực địa tại 5 vị trí cầu trên kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè, được thu thập và thực hiện phân tích lặp lại qua 3 đợt thí nghiệm độc lập (Lần phân tích I, II và III).

Nội dung chính theo từng chương

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Chương 1 khái quát về nguồn tài nguyên nước trên phạm vi toàn cầu và tại Việt Nam. Theo số liệu tổng kết từ Shiklomanov (1993), tổng lượng nước toàn cầu ước tính khoảng 1,4 tỷ $\text{km}^3$, trong đó hơn 97% là nước mặn đại dương và biển, 3% là nước ngọt (tập trung chủ yếu ở hai cực), và chỉ khoảng 1% lượng nước ngọt nằm trong các sông, suối, ao, hồ, nước ngầm (khoảng $215.000\text{ km}^3$, chiếm gần 1/7000 tổng lượng nước thế giới) có vai trò trực tiếp duy trì sự sống trên đất liền.

Tại Việt Nam, nguồn nước bình quân đầu người đạt khoảng $1.200\text{ m}^3/\text{năm}$, tuy nhiên khoảng 2/3 tổng lượng dòng chảy bắt nguồn từ lãnh thổ các quốc gia thượng lưu lưu vực sông Hồng và sông Mê Kông. Lượng mưa trung bình năm lớn nhưng phân bố không đều theo thời gian, tập trung chủ yếu vào mùa mưa (từ tháng 4, tháng 5 đến tháng 11). Chương này phân tích chi tiết vai trò của nước đối với sự sống sinh vật, sức khỏe con người, hoạt động sản xuất nông nghiệp (tiêu thụ tới 80% lượng nước ngọt toàn cầu; cần $750\text{ kg}$ nước để sản xuất $1\text{ kg}$ lúa, $5.000\text{ m}^3/\text{ha}$ cho cây trồng), sản xuất công nghiệp, giao thông vận tải thủy và tiềm năng thủy điện quốc gia (tiềm năng ước tính khoảng 17.700 MW với hơn 500 nhà máy thủy điện lớn nhỏ).

CHƯƠNG 2: HÓA HỌC NƯỚC SÔNG

Chương 2 trình bày các nguồn cấp nước, cấu trúc thành phần và tính chất hóa học của nước sông ngòi Việt Nam – hệ thống có gần 2.500 con sông dài trên 10 km với tổng chiều dài trên 52.000 km, mật độ lưới sông từ 0,5 đến $2\text{ km}/\text{km}^2$. Văn bản phân định hai nguồn cấp nước chính cho sông gồm:

  • Nguồn nước mặt: Hình thành từ nước mưa, hơi nước ngưng tụ và nước ngầm chảy lộ thiên; chịu biến động lớn giữa mùa lũ (độ đục cao, nhiều chất hữu cơ, vi sinh vật) và mùa khô (nguy cơ xâm nhập mặn sâu từ 20–30 km, có nơi tới 100 km).
  • Nguồn nước ngầm: Nằm trong các tầng ngậm nước, thường có độ đục thấp nhưng giàu khoáng chất hòa tan, có thể chứa hàm lượng sắt, canxi, magie cao.

Chương này liệt kê chi tiết các ion đa lượng có mặt trong môi trường nước ($\text{K}^+$, $\text{Na}^+$, $\text{Ca}^{2+}$, $\text{Mg}^{2+}$, $\text{NH}_4^+$, $\text{SO}_4^{2-}$, $\text{Cl}^-$, $\text{PO}_4^{3-}$), các khí hòa tan chủ yếu ($\text{O}_2$, $\text{CO}_2$) và các chất huyền phù. Tác giả luận giải tính không đồng đều về thành phần hóa học của nước sông theo cả hai chiều:

  • Theo chiều dài sông: Do dòng chảy đi qua các vùng địa chất, thổ nhưỡng, thủy văn khác nhau và tiếp nhận các nguồn thải sinh vật, dân cư biến đổi dọc lưu vực.
  • Theo chiều rộng sông: Do sự khác biệt về địa chất hai bên bờ, vị trí các cửa xả nước thải và chế độ thủy lực dòng chảy.

CHƯƠNG 3: Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Chương 3 phân tích toàn diện các nguyên nhân và biểu hiện ô nhiễm nước mặt, chia làm hai nhóm nguồn gốc:

  1. Ô nhiễm do tác động của con người:
    • Nước thải sinh hoạt đô thị: Chứa nhiều chất hữu cơ không bền vững ($\text{BOD}_5$ cao), vi khuẩn gây bệnh và các chất dinh dưỡng N, P gây phú dưỡng. Văn bản dẫn số liệu của X.N.Stroganov và Arceivala (1985) về tải lượng cặn lơ lửng sinh hoạt ($70\text{--}145\text{ g/người/ngày}$).
    • Nước thải công nghiệp: Chứa dầu mỡ tạo váng màng cản trở oxy hòa tan, kim loại nặng, hóa chất độc hại và chất rắn xơ sợi (như nước thải Nhà máy Giấy Bãi Bằng có cặn lơ lửng $130\text{--}400\text{ mg/L}$, xơ sợi gần $100\text{ mg/L}$).
    • Hoạt động nông nghiệp: Rửa trôi phân bón hóa học (tải lượng muối hòa tan từ 1 đến 200 tấn/ha) và hóa chất bảo vệ thực vật clo hữu cơ bền vững (DDT, Aldrin, Endosulfan) tích tụ sinh học qua chuỗi thức ăn.
    • Hoạt động thủy điện, giao thông và giải trí: Làm thay đổi lưu lượng hạ lưu, suy giảm khả năng tự làm sạch của sông và tăng nguy cơ nhiễm mặn.
  2. Ô nhiễm do yếu tố tự nhiên: Hiện tượng nhiễm phèn sinh ra các ion $\text{Al}^{3+}$, $\text{Fe}^{3+}$, $\text{SO}_4^{2-}$ làm hạ $\text{pH} < 4$ (cá có thể nổ mắt khi $\text{pH} < 3{,}8$; rễ lúa thối khi $\text{Al}^{3+} > 600\text{--}800\text{ ppm}$); hiện tượng nhiễm mặn khi nồng độ muối vượt quá 1–8 g/L; ô nhiễm vi sinh vật đường ruột từ phân người và động vật gồm nhóm Coliform (điển hình là E. coli), Streptococci (Streptococcus faecalis) và Clostridia khử sulphit (Clostridium perfringens).

Chương này cũng phân tích các biểu hiện cảm quan của nguồn nước ô nhiễm qua màu sắc, mùi vị, độ đục và ô nhiễm nhiệt từ nước làm mát công nghiệp (làm nhiệt độ nước tăng 10–15°C, gây suy giảm oxy hòa tan và kích thích hiện tượng "tảo nở hoa").

CHƯƠNG 4: MỘT SỐ CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC

Chương 4 hệ thống hóa các chỉ tiêu vật lý, hóa học và vi sinh vật sử dụng trong kiểm soát chất lượng nước:

  • Chỉ tiêu vật lý: Nhiệt độ; độ màu (xác định bằng phương pháp so màu dung dịch chuẩn $\text{K}_2\text{PtCl}_6 + \text{CaCl}_2$, trong đó $1\text{ mg/L K}_2\text{PtCl}_6 = 1\text{ đơn vị chuẩn màu}$); hàm lượng cặn và tổng chất rắn lơ lửng TSS (giới hạn cho phép 5–20 mg/L, xác định qua chén lọc Gooch); độ đục (đo bằng đục kế Jackson theo đơn vị NTU, giới hạn nước uống là 5 NTU); mùi và vị; độ phóng xạ.
  • Chỉ tiêu hóa học: Hàm lượng oxy hòa tan DO; độ pH; độ axit (biểu thị qua 2 khoảng chuyển màu của methyl da cam $\text{pH } 4{,}2\text{--}4{,}5$ và phenolphtalein $\text{pH } 8{,}2\text{--}8{,}4$); độ kiềm (muối bicacbonat, cacbonat, borat, silicat); độ cứng của nước (phân chia thành nước mềm $< 50\text{ mg CaCO}_3/\text{L}$, nước cứng trung bình $\approx 150\text{ mg CaCO}_3/\text{L}$, nước quá cứng $> 300\text{ mg CaCO}_3/\text{L}$, xác định bằng chuẩn độ EDTA); $\text{BOD}_5$ (với 2 giai đoạn oxy hóa cacbon và oxy hóa nitrat hóa sau ngày thứ 5–10); COD; các hợp chất của sắt, mangan, nitơ ($\text{NH}_3, \text{NO}_2^-, \text{NO}_3^-$), clorua và sunfat ($> 250\text{ mg/L}$ ảnh hưởng sức khỏe, $> 300\text{ mg/L}$ xâm thực bê tông).
  • Chỉ tiêu vi sinh vật: Chỉ số Coli chuẩn độ, sự xuất hiện của sinh vật phù du và rong tảo gây tắc bể lọc và suy giảm chất lượng nước.

CHƯƠNG 5: CÁC PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH DO, BOD VÀ COD TRONG NƯỚC

Chương 5 cung cấp chi tiết nguyên lý hóa học, quy trình thao tác và công thức tính toán của các phương pháp phân tích:

  • Xác định DO: Trình bày phương pháp Azid (Winkler cải tiến) với cơ chế oxy hóa $\text{Mn}^{2+}$ thành $\text{Mn}^{4+}$ ($\text{MnO}_2$), giải phóng $\text{I}_2$ trong môi trường axit và chuẩn độ bằng $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3$; cơ chế loại bỏ ảnh hưởng cản trở của nitrit bằng natri azit qua phản ứng tạo $\text{HN}_3$ phân hủy $\text{NO}_2^-$; đồng thời giới thiệu nguyên lý đo DO tại hiện trường bằng máy đo điện cực màng thẩm thấu oxy.
  • Xác định BOD: Phương pháp đo $\text{DO}_0$ ban đầu và $\text{DO}_5$ sau 5 ngày ủ ở 20°C trong tủ bóng tối.
  • Xác định COD: Trình bày hai phương pháp hồi lưu:
    1. Phương pháp hồi lưu hở: Chia 3 mức nồng độ (Mức cao COD $> 50\text{ mg/L}$ dùng $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ 0,04M; Mức thấp COD 5–50 mg/L dùng $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ 0,004M; Mức nước mặn với $\text{Cl}^- > 1000\text{ mg/L}$ có hiệu chỉnh đường chuẩn clorua).
    2. Phương pháp hồi lưu kín: Bao gồm phương pháp chuẩn độ thể tích bằng dung dịch FAS 0,1N sau khi nung ống mẫu bo-silicat tại $150 \pm 2^\circ\text{C}$ trong 2 giờ với chất chỉ thị ferroin, tính theo công thức: $$\text{COD (mg/L)} = \frac{(A - B) \times N \times 8000}{V_{\text{mẫu}}}$$ (Trong đó: A là thể tích FAS chuẩn mẫu trắng; B là thể tích FAS chuẩn mẫu nước; N là nồng độ đương lượng FAS; $V_{\text{mẫu}}$ là thể tích mẫu phân tích); và phương pháp so màu trắc quang ở bước sóng cực đại 420 nm (suy giảm $\text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}$) hoặc 600 nm (tăng nồng độ $\text{Cr}^{3+}$ tạo thành).

CHƯƠNG 6: THỰC NGHIỆM

Chương 6 triển khai toàn bộ quá trình thực nghiệm tại phòng thí nghiệm Hóa học:

  • Địa điểm và thông số lấy mẫu: Khảo sát 05 điểm cầu dọc kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè (Cầu số 1, Cầu số 8, Cầu Công Lý, Cầu Trần Khánh Dư, Cầu Thị Nghè) kèm sơ đồ bản đồ phân bố vị trí thu mẫu.
  • Chuẩn hóa hóa chất: Tiến hành chuẩn độ xác định chính xác nồng độ dung dịch $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3$ và dung dịch FAS theo dung dịch gốc $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$.
  • Thực nghiệm phân tích mẫu: Thực hiện đo lường DO bằng phương pháp chuẩn độ Azid-Winkler; phân tích $\text{BOD}_5$ qua 5 ngày ủ kín ở 20°C; phân tích COD bằng phương pháp hồi lưu kín chuẩn độ thể tích với FAS. Toàn bộ các thông số được đo lặp lại độc lập qua 3 lần phân tích (Lần I, Lần II, Lần III) cho từng vị trí cầu để tính toán giá trị và vẽ biểu đồ biến thiên.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã hoàn thành quy trình thực nghiệm phân tích hóa học môi trường đối với ba chỉ số cốt lõi DO, BOD, COD trên tuyến kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè. Dưới đây là bảng tổng hợp các phương pháp phân tích, hóa chất và chỉ thị được tác giả áp dụng trong toàn bộ nghiên cứu:

Chỉ tiêu phân tích Phương pháp áp dụng Thuốc thử & Hóa chất chính Chất chỉ thị Điều kiện phản ứng / Ghi chú
DO (Oxy hòa tan) Phương pháp Azid (Winkler cải tiến) $\text{MnSO}_4$, dung dịch kiềm iotdua azit ($\text{NaOH} + \text{KI} + \text{NaN}_3$), $\text{H}_2\text{SO}_4$, $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3$ chuẩn Hồ tinh bột Dùng $\text{NaN}_3$ loại bỏ $\text{NO}_2^-$, $\text{KF}$ loại bỏ $\text{Fe}^{3+}$; kết thúc khi mất màu xanh tím
$\text{BOD}_5$ (Nhu cầu oxy sinh hóa) Đo chênh lệch oxy hòa tan sau 5 ngày Dung dịch pha loãng bão hòa oxy, hệ hóa chất đo DO Winkler Hồ tinh bột Ủ mẫu kín 5 ngày ở $20^\circ\text{C}$ trong bóng tối; $\text{BOD}_5 = \text{DO}_0 - \text{DO}_5$
COD (Nhu cầu oxy hóa học) Hồi lưu kín chuẩn độ thể tích $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$ 0,01667M, $\text{H}_2\text{SO}_4$ đậm đặc, $\text{Ag}_2\text{SO}_4$, $\text{HgSO}_4$, dung dịch FAS 0,1N Ferroin (1,10-phenanthroline + $\text{FeSO}_4$) Nung mẫu kín tại $150 \pm 2^\circ\text{C}$ trong 2 giờ; đổi màu từ xanh sang nâu đỏ
Chuẩn hóa dung dịch Chuẩn độ oxy hóa - khử Dung dịch gốc $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$, $\text{KI}$, $\text{H}_2\text{SO}_4$ Hồ tinh bột / Ferroin Chuẩn hóa nồng độ chính xác của $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3$ và FAS trước mỗi đợt phân tích

Đóng góp của khóa luận thể hiện ở các khía cạnh:

  • Xây dựng quy trình phân tích thực nghiệm chuẩn mực cho các chỉ số ô nhiễm hữu cơ nước mặt đô thị tại phòng thí nghiệm Hóa học Trường Đại học Sư phạm TP.HCM.
  • Cung cấp bộ số liệu thực nghiệm định lượng qua 3 đợt phân tích lặp lại tại 5 vị trí cầu trọng yếu trên kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè (Cầu số 1, Cầu số 8, Cầu Công Lý, Cầu Trần Khánh Dư, Cầu Thị Nghè).
  • Đề xuất các giải pháp nâng cao nhận thức cộng đồng dân cư sinh sống dọc hai bên bờ kênh về việc bảo vệ nguồn nước, giảm thiểu xả rác và nước thải sinh hoạt trực tiếp xuống lòng kênh.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Nghiên cứu giới hạn trong phạm vi 5 điểm lấy mẫu cố định trên tuyến kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè và tập trung vào 3 chỉ tiêu hóa học ô nhiễm hữu cơ cơ bản (DO, BOD, COD); chưa thực hiện quan trắc liên tục theo các chu kỳ mùa mưa – mùa khô trong năm cũng như chưa khảo sát đồng thời các nhóm chỉ tiêu kim loại nặng, vi sinh vật gây bệnh hay các hợp chất dinh dưỡng nitơ, photpho.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng khảo sát chất lượng nước định kỳ theo các mùa và các khung giờ thủy triều lên xuống; mở rộng phạm vi đo đạc sang các thông số hóa lý khác (kim loại nặng, thuốc bảo vệ thực vật, Coliform) và đánh giá hiệu quả của các dự án cải tạo môi trường nước kênh rạch nội đô TP.HCM.

Giá trị tham khảo

Khóa luận là tài liệu tham khảo thực nghiệm phù hợp cho sinh viên, học viên ngành Hóa học, Sư phạm Hóa học, Hóa Phân tích, Công nghệ Môi trường và Quản lý Môi trường. Tài liệu có giá trị ứng dụng cao ở Chương 5 và Chương 6, đặc biệt là quy trình thao tác hóa học chi tiết:

  • Kỹ thuật chuẩn bị và chuẩn hóa dung dịch chuẩn không bền (FAS, $\text{Na}_2\text{S}_2\text{O}_3$).
  • Cơ chế và kỹ thuật loại trừ các tác nhân cản trở oxy hóa - khử ($\text{NO}_2^-$, $\text{Fe}^{3+}$, $\text{Cl}^-$) trong phân tích mẫu nước mặt tự nhiên.
  • Quy trình đun hồi lưu kín xác định COD ở $150^\circ\text{C}$ đảm bảo an toàn và độ chính xác phân tích thể tích.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao phương pháp Winkler xác định DO trong khóa luận phải cải tiến bằng cách bổ sung natri azit ($\text{NaN}_3$)?
Trong nước tự nhiên và nước thải thường chứa ion nitrit ($\text{NO}_2^-$). Trong môi trường axit khi chuẩn độ, $\text{NO}_2^-$ sẽ oxy hóa ion iodua ($\text{I}^-$) thành iod ($\text{I}_2$), và sản phẩm $\text{N}_2\text{O}_3$ tạo thành lại tiếp tục bị oxy không khí oxy hóa tái tạo lại $\text{NO}_2^-$, khiến điểm kết thúc chuẩn độ không xác định được và làm tăng sai số kết quả DO. Bổ sung $\text{NaN}_3$ vào dung dịch kiềm iodua sẽ tạo ra axit hidrazoic ($\text{HN}_3$) trong môi trường axit để khử hoàn toàn $\text{NO}_2^-$ thành khí $\text{N}_2$ và $\text{NO}$, loại bỏ triệt để cản trở này.

2. Vai trò của $\text{Ag}_2\text{SO}_4$ và $\text{HgSO}_4$ trong phương pháp xác định COD bằng dicromat là gì?
Trong phản ứng phá mẫu COD, bạc sunfat ($\text{Ag}_2\text{SO}_4$) đóng vai trò chất xúc tác thúc đẩy quá trình oxy hóa triệt để các hợp chất hữu cơ mạch thẳng và axit béo khó bị phân hủy. Thủy ngân sunfat ($\text{HgSO}_4$) đóng vai trò chất che tạo phức bền với ion clorua ($\text{Cl}^-$) có trong nước, ngăn chặn phản ứng phụ $\text{Cl}^-$ bị dicromat oxy hóa thành khí clo ($\text{Cl}_2$), giúp trị số COD phản ánh chính xác hàm lượng chất hữu cơ.

3. Nghiên cứu tiến hành lấy mẫu nước tại những vị trí cầu nào trên kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè?
Nghiên cứu lấy mẫu tại 05 vị trí cầu dọc theo dòng kênh gồm: Cầu số 1, Cầu số 8, Cầu Công Lý, Cầu Trần Khánh Dư và Cầu Thị Nghè. Mẫu được lấy ở độ sâu cách mặt nước 20–30 cm và cách bờ 1,5–2 m.

4. Tại sao dung dịch chuẩn FAS dùng để xác định COD phải được chuẩn độ lại nồng độ trước khi sử dụng?
Dung dịch FAS ($\text{Fe(NH}_4\text{)}_2\text{(SO}_4\text{)}_2\cdot 6\text{H}_2\text{O}$ – muối Mohr) chứa ion sắt(II) ($\text{Fe}^{2+}$) kém bền trong không khí, dễ bị oxy hóa dần thành sắt(III) ($\text{Fe}^{3+}$) theo thời gian, làm suy giảm nồng độ đương lượng thực tế. Do đó, dung dịch này bắt buộc phải được chuẩn lại hàng ngày bằng dung dịch gốc kali dicromat ($\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7$) 0,01667M (hoặc 0,04M) để bảo đảm độ chính xác của phép tính COD.

5. Tỷ số $\text{COD}/\text{BOD}$ có ý nghĩa gì trong đánh giá chất lượng nước thải và nước kênh rạch?
Chỉ số COD phản ánh toàn bộ lượng oxy cần để oxy hóa hóa học tất cả chất hữu cơ, trong khi BOD chỉ phản ánh lượng oxy cho các chất hữu cơ bị vi sinh vật phân hủy sinh học. Do đó COD luôn có giá trị lớn hơn BOD. Tỷ số $\text{COD}/\text{BOD}$ phản ánh khả năng tự làm sạch và mức độ dễ phân hủy sinh học của nguồn nước; tỷ số này càng nhỏ thì nguồn nước càng dễ xử lý bằng các công trình sinh học.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Võ Nguyễn Thùy Dung đã tổng hợp toàn diện cơ sở lý thuyết về hóa học nước sông, hiện trạng ô nhiễm nguồn nước đô thị và các chỉ tiêu phân tích môi trường. Nghiên cứu đã thực hiện thành công quy trình thực nghiệm xác định ba chỉ số nòng cốt DO, $\text{BOD}_5$ và COD tại 5 vị trí cầu trọng điểm dọc kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè qua 3 lần phân tích độc lập. Kết quả nghiên cứu cung cấp tài liệu tham khảo thực nghiệm chuẩn xác về phương pháp hóa học môi trường, đồng thời đóng góp dữ liệu thực tế phục vụ công tác đánh giá chất lượng nước và bảo vệ môi trường lưu vực kênh rạch Thành phố Hồ Chí Minh.