Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Thành phố Hồ Chí Minh là trung tâm đô thị có mật độ dân cư tập trung cao, kéo theo áp lực lớn đối với nguồn nước và công tác kiểm soát ô nhiễm môi trường. Trong hệ thống kênh rạch chằng chịt của thành phố, tuyến kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè đóng vai trò trọng yếu trong việc tiêu thoát nước và điều hòa vi khí hậu. Tuy nhiên, tuyến kênh này phải tiếp nhận lượng lớn nước thải chưa qua xử lý từ các cơ sở sản xuất tiểu thủ công nghiệp, bệnh viện, cơ sở y tế cũng như rác thải và nước thải sinh hoạt của các hộ dân sinh sống dọc hai bờ.

Trong số các tác nhân gây ô nhiễm nguồn nước mặt, các hợp chất chứa nitơ (bao gồm nitơ amoni, nitơ hữu cơ và các dạng nitơ oxy hóa như nitrit, nitrat) là những chỉ tiêu đặc biệt nguy hại. Amoni ($NH_4^+$) ở nồng độ cao gây độc trực tiếp cho các loài thủy sinh và làm cạn kiệt oxy hòa tan. Nitrat ($NO_3^-$) và nitrit ($NO_2^-$) khi xâm nhập vào chuỗi thức ăn hoặc cơ thể người có thể kết hợp với amin tạo thành các hợp chất nitrosamin gây ung thư; nitrit còn oxy hóa $Fe(II)$ trong hemoglobin thành methemoglobin, làm suy giảm khả năng vận chuyển oxy của máu, dẫn đến tình trạng ngạt và ngộ độc cấp tính. Xuất phát từ thực trạng ô nhiễm của tuyến kênh và yêu cầu kiểm soát chất lượng nước đô thị, đề tài "Xác định hàm lượng N_amoni và N_hữu cơ trong nước sông ở một số địa điểm thuộc kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè bằng phương pháp Kjeldahl" đã được thực hiện tại Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh.

Mục đích nghiên cứu:

  1. Khảo sát và xác lập các điều kiện tối ưu đối với quá trình chưng cất amoni và quá trình phá mẫu vô cơ hóa nitơ hữu cơ.
  2. Xác định hàm lượng nitơ amoni ($N_amoni$) và nitơ hữu cơ ($N_hữu\ cơ$) trong các mẫu nước mặt thu thập tại hệ thống kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè theo phương pháp Kjeldahl.

Nhiệm vụ nghiên cứu:

  1. Tìm hiểu tổng quan về môi trường nước và đặc điểm tự nhiên, lưu vực của hệ thống kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè.
  2. Tìm hiểu cơ sở lý luận của các phương pháp phân tích $N_amoni$ và $N_hữu\ cơ$ trong môi trường nước.
  3. Khảo sát thực nghiệm các điều kiện tối ưu cho quá trình chưng cất amoni và quá trình phá mẫu phân tích nitơ hữu cơ.
  4. Tiến hành phân tích thực nghiệm hàm lượng $N_amoni$ và $N_hữu\ cơ$ trong các mẫu nước sông thu thập tại các vị trí khảo sát trên kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè qua các đợt khác nhau.
  5. Nhận xét, phân tích, đối chiếu với quy chuẩn môi trường và đánh giá diễn biến chất lượng nước từ số liệu thu thập được.

Đối tượng, khách thể và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Hàm lượng $N_amoni$ và $N_hữu\ cơ$ trong nước mặt.
  • Khách thể nghiên cứu: Thành phần hóa học của nước sông thuộc hệ thống kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè.
  • Phạm vi không gian: 5 vị trí cầu trọng điểm dọc tuyến kênh gồm Cầu số 5, Cầu số 6, Cầu số 8, Cầu Lê Văn Sĩ và Cầu Trần Khánh Dư; các phân tích thực nghiệm được triển khai tại Phòng thí nghiệm Môi trường, Khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh.
  • Phạm vi thời gian: Quá trình nghiên cứu và thu thập mẫu kéo dài từ tháng 08/2014 đến tháng 05/2015, trong đó giai đoạn khảo sát điều kiện tối ưu thực hiện từ tháng 09/2014 đến tháng 11/2014, và giai đoạn quan trắc thực tế gồm 10 đợt lấy mẫu tập trung từ tháng 12/2014 đến tháng 01/2015.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đề tài dựa trên hóa học môi trường nước và hóa học phân tích các hợp chất chứa nitơ. Các quy chuẩn và tiêu chuẩn kỹ thuật được tác giả sử dụng làm căn cứ đối chiếu và chuẩn hóa thao tác bao gồm:

  • QCVN 08:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt, trong đó giới hạn nồng độ amoni đối với nguồn nước mặt loại B2 (dùng cho giao thông thủy và các mục đích khác yêu cầu chất lượng nước thấp) là $1\text{ mg N/l}$.
  • QCVN 09:2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ngầm.
  • TCVN 4556-88: Tiêu chuẩn kỹ thuật về phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu nước.

Về phương pháp phân tích, khóa luận so sánh các kỹ thuật phân tích amoni phổ biến (phương pháp trắc quang dùng thuốc thử Nessler, phương pháp điện cực chọn lọc amoniac, phương pháp Phenate dùng phản ứng tạo phức Indophenol màu xanh, và phương pháp chuẩn độ axit - bazơ sau chưng cất). Tác giả lựa chọn phương pháp chuẩn độ kết hợp phương pháp Kjeldahl vì quy trình hóa chất dễ tìm, độ nhạy cao, không đòi hỏi trang thiết bị quá đắt tiền và phù hợp với mẫu nước có nền hữu cơ phức tạp.

Nguyên tắc thực nghiệm:

  • Xác định $N_amoni$: Mẫu nước được kiềm hóa bằng dung dịch $NaOH\ 40%$ để chuyển toàn bộ ion $NH_4^+$ thành khí $NH_3$ hòa tan. Hơi $NH_3$ được lôi cuốn qua thiết bị chưng cất đạm và hấp thụ định lượng vào dung dịch axit boric ($H_3BO_3\ 4%$) tạo thành phức amoni borat. Dung dịch sau hấp thụ được chuẩn độ bằng dung dịch chuẩn axit clohidric ($HCl\ 0,002\text{N}$) với hệ chỉ thị hỗn hợp metyl đỏ – metylen xanh (tỷ lệ thể tích 2:1 nồng độ $0,2%$). Điểm kết thúc chuẩn độ được xác định khi dung dịch chuyển từ màu xanh lá cây sang màu tím bền.
  • Xác định $N_hữu\ cơ$: Mẫu nước được vô cơ hóa nhiệt độ cao trong bình Kjeldahl bằng hỗn hợp phá mẫu gồm axit sunfuric đặc ($H_2SO_4$, $d=1,84\text{ g/ml}$), kali sunfat ($K_2SO_4$ đóng vai trò tăng nhiệt độ sôi của dung dịch) và đồng sunfat ($CuSO_4$ đóng vai trò chất xúc tác). Quá trình này oxy hóa toàn bộ khung cacbon hữu cơ và chuyển hóa các liên kết nitơ amin, protein, peptit thành $(NH_4)_2SO_4$. Hỗn hợp sau khi phá mẫu được kiềm hóa bằng $NaOH\ 40%$, chưng cất lôi cuốn $NH_3$, hấp thụ vào $H_3BO_3\ 4%$ và chuẩn độ bằng $HCl\ 0,002\text{N}$. Hàm lượng $N_hữu\ cơ$ được tính bằng cách lấy thể tích chuẩn độ tổng đạm Kjeldahl trừ đi thể tích chuẩn độ của phần $N_amoni$ xác định trên cùng mẫu nước.

Công thức tính toán hàm lượng nitơ trong mẫu: $$\text{Hàm lượng (mg N/l)} = \frac{(V_1 - V_{\text{mẫu trắng}}) \times 14 \times 1000 \times C}{V_{\text{mẫu}}}$$

Trong đó:

  • $V_1$: Thể tích dung dịch $HCl$ dùng để chuẩn độ mẫu (ml).
  • $V_{\text{mẫu trắng}}$: Thể tích dung dịch $HCl$ dùng để chuẩn độ mẫu trắng (ml).
  • $C$: Nồng độ đương lượng của dung dịch chuẩn $HCl$ ($0,002\text{N}$).
  • $V_{\text{mẫu}}$: Thể tích mẫu nước đem phân tích (ml).
  • $14$: Đương lượng gam của nguyên tố nitơ.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1. Tổng quan về nước

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về vai trò của nước trong sinh quyển đối với đời sống sinh vật, con người và các hoạt động sản xuất kinh tế, nông nghiệp, công nghiệp, giao thông thủy. Tác giả trình bày các tiêu chí phân loại nước mặt, nước ngầm và các tiêu chuẩn kiểm soát chất lượng tương ứng theo QCVN 08:2008/BTNMT và QCVN 09:2008/BTNMT.

Về hiện tượng và thành phần gây ô nhiễm, chương này phân tích cụ thể các thông số cảm quan và hóa lý như màu sắc (ảnh hưởng của mùn axit humic, tảo nở hoa), mùi vị (mùi hôi từ $NH_3$, hợp chất lưu huỳnh, phân hủy hữu cơ), độ đục (hạt lơ lửng cản trở ánh sáng quang hợp, hấp phụ kim loại nặng và mầm bệnh) và ô nhiễm nhiệt từ các nguồn làm mát công nghiệp làm suy giảm nghiêm trọng lượng oxy hòa tan ($DO$).

Đặc biệt, chương 1 cung cấp tổng quan chi tiết về tuyến kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè:

  • Tuyến kênh có chiều dài $9470\text{ m}$, bắt đầu từ khu vực ngã tư Bảy Hiển (quận Tân Bình) và đổ ra ngã ba sông Sài Gòn.
  • Lưu vực kênh bao phủ diện tích $3935\text{ ha}$ trên địa bàn 7 quận nội thành (Quận 1, Quận 3, Quận 10, Phú Nhuận, Bình Thạnh, Gò Vấp, Tân Bình), chiếm đến $21,4%$ tổng diện tích lưu vực thoát nước nội thành của Thành phố Hồ Chí Minh ($3935/18372\text{ ha}$).
  • Tuyến kênh chịu tác động trực tiếp của chế độ bán nhật triều không đều của sông Sài Gòn, mỗi ngày có hai lần nước lên và hai lần nước xuống với biên độ triều dao động từ $2,7\text{ m}$ đến $3,3\text{ m}$ tại khu vực nội thành. Chu kỳ triều hoàn chỉnh kéo dài 12–15 ngày, mỗi tháng xuất hiện 2 kỳ triều cường vào các ngày 1–4 và 14–17 âm lịch xen kẽ với 2 kỳ triều ròng.

Chương 2. Tổng quan về hợp chất nitơ trong nước và các phương pháp phân tích N_amoni và N_hữu cơ

Chương này đi sâu vào nguồn gốc phát sinh của các hợp chất nitơ trong thủy vực, bao gồm xác sinh vật phân hủy, thất thoát phân bón hóa học trong nông nghiệp, hóa chất tẩy rửa và đặc biệt là nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp chế biến thực phẩm, thuộc da, dệt may, sản xuất bia. Các dạng tồn tại chủ yếu của nitơ gồm $N_hữu\ cơ$ (protein, axit amin, ure, peptit), $N_amoni$ ($NH_4^+/NH_3$), nitrit ($NO_2^-$) và nitrat ($NO_3^-$). Tác giả làm rõ cơ chế gây hại: hàm lượng nitơ cao kích thích hiện tượng phú dưỡng (eutrophication), tạo điều kiện cho vi tảo bùng phát làm cạn kiệt dưỡng khí, gây độc cho thủy sản và làm suy thoái hệ sinh thái.

Chương 2 tổng kết và đánh giá ưu nhược điểm của 4 phương pháp phân tích amoni:

  1. Phương pháp trắc quang Nessler: Tạo phức màu vàng nâu với $NH_4^+$, dễ bị cản trở bởi ion $Fe$ (phải che bằng complexon) và các amin, rượu, andehit hoặc độ đục (cần xử lý bằng $ZnSO_4\ 25%$).
  2. Phương pháp chuẩn độ: Chưng cất lôi cuốn khí, hấp thụ vào $H_3BO_3$ và chuẩn độ bằng $HCl$, thích hợp cho dải nồng độ trung bình và cao.
  3. Phương pháp điện cực chọn lọc amoniac: Đo nồng độ khuếch tán khí qua màng tại $pH > 11$, dải đo $0\text{--}1400\text{ mg N/l}$, chịu ảnh hưởng của nhiệt độ và các ion tạo phức như $Hg$, $Ag$.
  4. Phương pháp Phenate: Tạo phức màu xanh indophenol xúc tác natri nitroprusiat, nhạy nhưng dễ bị kết tủa $Mg^{2+}$, $Ca^{2+}$ tại pH cao (cần che bằng xitrat).

Đối với phân tích nitơ hữu cơ, chương 2 tập trung vào phương pháp Kjeldahl sử dụng hỗn hợp xúc tác phá mẫu $H_2SO_4 - K_2SO_4 - CuSO_4$, đồng thời chỉ rõ giới hạn kỹ thuật của phương pháp này là không phá được nitơ trong các liên kết hóa học đặc thù như hợp chất azit, azin, azo, hydrazon, nitrat, nitrit, nitril, nitro, nitroso, oxim và semicarbazon.

Chương 3. Xác định hàm lượng N_amoni và N_hữu cơ trong nước sông ở một số địa điểm thuộc kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè bằng phương pháp Kjeldahl

Chương 3 trình bày chi tiết quy trình thực nghiệm được chuẩn hóa. Mẫu nước sông được thu thập theo TCVN 4556-88 tại độ sâu $20\text{--}30\text{ cm}$ dưới mặt nước và cách bờ $1,5\text{--}2\text{ m}$. Công tác bảo quản mẫu được quy định nghiêm ngặt: bảo quản ở $4^\circ\text{C}$ không axit hóa nếu phân tích trong 24 giờ; bảo quản ở $-20^\circ\text{C}$ hoặc $4^\circ\text{C}$ kèm axit hóa về $pH < 2$ nếu lưu trữ đến 28 ngày.

Hóa chất và định lượng pha chế được chuẩn hóa:

  • Hỗn hợp phá mẫu: $134\text{ g } K_2SO_4$, $7,3\text{ g } CuSO_4$ và $134\text{ ml } H_2SO_4$ đặc định mức thành $1\text{ lít}$ nước cất (định mức tiêu hao cho mỗi mẫu phân tích là $6,7\text{ g } K_2SO_4$, $0,365\text{ g } CuSO_4$ và $6,7\text{ ml } H_2SO_4$ đặc).
  • Dung dịch hấp thụ $H_3BO_3\ 4%$ ($40\text{ g/l}$).
  • Dung dịch chuẩn độ $HCl\ 0,002\text{N}$.
  • Dung dịch kiềm hóa $NaOH\ 40%$ ($400\text{ g/l}$).
  • Hỗn hợp chỉ thị: 2 phần thể tích metyl đỏ $0,2%$ phối trộn với 1 phần thể tích metylen xanh $0,2%$.
  • Dung dịch chuẩn kiểm chứng: Dung dịch $NH_4Cl\ 5\text{ mg N/l}$ (chuẩn amoni) và dung dịch quinolin $5\text{ mg N/l}$ (chuẩn hữu cơ).
  • Thiết bị chính: Bình Kjeldahl $500\text{ ml}$, hệ thống máy phá mẫu đạm và máy chưng cất lôi cuốn hơi nước bán tự động.

Chương 4. Kết quả phân tích

Chương 4 trình bày toàn bộ số liệu thực nghiệm thu được từ quá trình tối ưu hóa thiết bị và kết quả phân tích thực tế qua 10 đợt quan trắc.

1. Kết quả khảo sát các điều kiện tối ưu:

  • Tốc độ dòng chưng cất amoni: Khảo sát trên $50\text{ ml}$ dung dịch chuẩn $NH_4Cl\ 5\text{ mg N/l}$ ở các mức công suất dòng $30%$, $35%$, $40%$, $45%$ và $50%$ trong thời gian 15 phút. Hiệu suất thu hồi đạt cực đại tại tốc độ dòng $30%$ ($H% = 99,84%$, thể tích $HCl$ tiêu tốn $8,92\text{ ml}$) và suy giảm liên tục khi tăng tốc độ dòng lên $50%$ (thể tích $HCl$ giảm xuống $7,54\text{ ml}$).
  • Thời gian chưng cất amoni: Khảo sát tại các mốc 10, 15, 20 và 25 phút ở tốc độ dòng $30%$. Hiệu suất thu hồi đạt tối đa tại thời điểm 15 phút.
  • Thời gian phá mẫu hữu cơ: Khảo sát trên $50\text{ ml}$ dung dịch quinolin chuẩn $5\text{ mg N/l}$ ở các mốc thời gian 2, 3, 4, 5 và 6 giờ. Quá trình vô cơ hóa đạt hiệu suất thu hồi cao nhất khi phá mẫu trong 5 giờ ($H% = 99,84%$).
  • Thể tích mẫu phân tích: Khảo sát ở các thể tích $25\text{ ml}$, $50\text{ ml}$ và $100\text{ ml}$. Thể tích $50\text{ ml}$ cho kết quả ổn định và đạt hiệu suất thu hồi tối ưu ($99,84%$).

2. Diễn biến hàm lượng $N_amoni$ và $N_hữu\ cơ$ tại 5 địa điểm quan trắc:

  • Hàm lượng $N_amoni$: Toàn bộ 5 điểm khảo sát đều bị ô nhiễm amoni nghiêm trọng, vượt quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT cột B2 ($1\text{ mg N/l}$) từ 2 đến 4 lần.
    • Cầu số 6 luôn ghi nhận hàm lượng $N_amoni$ cao nhất trong toàn tuyến qua các đợt (vượt từ 2 đến hơn 4 lần giới hạn B2), phản ánh nguồn thải xả trực tiếp cục bộ rất lớn.
    • Cầu Trần Khánh Dư có hàm lượng $N_amoni$ thấp nhất trong 5 điểm (vượt từ 1 đến hơn 2 lần giới hạn B2) do vị trí gần cửa sông Sài Gòn, tận dụng khả năng pha loãng và trao đổi nước mạnh mẽ từ dòng chính.
    • Nồng độ amoni biến động rõ rệt theo chu kỳ thủy triều: nồng độ tăng cao ở các đợt lấy mẫu lúc chân triều / nước thấp (Đợt 1, Đợt 2, Đợt 3, Đợt 10) và giảm thấp vào thời điểm đỉnh triều / nước cao (đặc biệt giảm mạnh ở Đợt 6).
  • Hàm lượng $N_hữu\ cơ$: Nồng độ $N_hữu\ cơ$ tại tất cả 5 vị trí trong cả 10 đợt luôn cao hơn đáng kể so với hàm lượng $N_amoni$. Tương tự như amoni, hàm lượng $N_hữu\ cơ$ tại Cầu Trần Khánh Dư là thấp nhất do quá trình xáo trộn pha loãng với nước sông Sài Gòn. Ở Đợt 5 và Đợt 10, hàm lượng $N_hữu\ cơ$ tăng đột biến tại toàn bộ các điểm đo do trùng với pha triều thấp kết hợp hoạt động xả thải đậm đặc tại thời điểm lấy mẫu. Các đợt 6, 7 và 8 có hàm lượng tương đối ổn định.

Kết quả và đóng góp

Khóa luận đã hoàn thành việc thiết lập bộ thông số kỹ thuật tối ưu hóa cho phương pháp Kjeldahl và cung cấp bức tranh thực nghiệm định lượng về hiện trạng ô nhiễm nitơ trên kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè.

Thông số khảo sát Dải giá trị thử nghiệm Giá trị tối ưu lựa chọn Hiệu suất thu hồi ($H%$)
Tốc độ dòng chưng cất $30% - 50%$ $30%$ $99,84%$
Thời gian chưng cất amoni $10 - 25\text{ phút}$ $15\text{ phút}$ Tối đa
Thời gian phá mẫu Kjeldahl $2 - 6\text{ giờ}$ $5\text{ giờ}$ $99,84%$
Thể tích mẫu phân tích $25 - 100\text{ ml}$ $50\text{ ml}$ $99,84%$
Chỉ tiêu phân tích Hiện trạng thực tế tại 5 cầu So sánh QCVN 08:2008/BTNMT (Cột B2) Đặc điểm phân bố không gian và thời gian
$N_amoni$ Vượt quy chuẩn tại mọi vị trí Vượt từ $2 - 4\text{ lần}$ ($> 1\text{ mg N/l}$) Cao nhất tại Cầu số 6, thấp nhất tại Cầu Trần Khánh Dư; tăng cao khi triều ròng
$N_hữu\ cơ$ Nồng độ rất cao Chưa có quy chuẩn riêng Luôn cao hơn $N_amoni$; tăng vọt tại Đợt 5 và Đợt 10

Đóng góp của tác giả:

  • Xác lập được quy trình phân tích thực nghiệm chuẩn hóa, kiểm soát chặt chẽ các sai số hệ thống đối với phương pháp Kjeldahl trên nền mẫu nước mặt ô nhiễm cao.
  • Xây dựng được chuỗi dữ liệu thực nghiệm 10 đợt tại 5 vị trí đại diện dọc kênh, chứng minh mối tương quan nghịch giữa mực nước triều (triều cường/triều ròng) và nồng độ các hợp chất nitơ trong dòng kênh.

Giải pháp và kiến nghị do tác giả đề xuất:

  1. Xây dựng và hoàn thiện hệ thống thu gom, xử lý nước thải sinh hoạt tập trung trước khi xả thải trực tiếp vào lòng kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè.
  2. Tăng cường công tác thanh tra, kiểm tra việc vận hành hệ thống xử lý nước thải đạt quy chuẩn kỹ thuật môi trường đối với các cơ sở sản xuất công nghiệp và dịch vụ y tế trong lưu vực.
  3. Tuyên truyền, nâng cao ý thức cộng đồng dân cư dọc hai bờ kênh nhằm chấm dứt tình trạng xả rác và xả nước thải bừa bãi.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế của phương pháp: Phương pháp Kjeldahl chỉ phân hủy và định lượng được các dạng nitơ amin, protein và hợp chất hữu cơ thông thường; không có khả năng vô cơ hóa các liên kết nitơ trong các hợp chất chứa nhóm chức azit, azin, azo, hydrazon, nitrit, nitrat, nitril, nitro, nitroso, oxim và semicarbazon.
  • Hạn chế về phạm vi quan trắc: Các đợt lấy mẫu thực nghiệm chỉ tập trung trong mùa khô (từ tháng 12/2014 đến tháng 01/2015) tại 5 vị trí cầu nội thành, chưa bao quát biến động chất lượng nước trong mùa mưa và các thời điểm xả lũ.
  • Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng chương trình quan trắc liên tục theo cả mùa mưa và mùa khô; kết hợp phân tích đồng thời các dạng nitơ oxy hóa ($NO_2^-$, $NO_3^-$) và tổng nitơ ($TN$) bằng các kỹ thuật sắc ký ion hoặc trắc quang hiện đại để đánh giá chu trình chuyển hóa nitơ hoàn chỉnh trên tuyến kênh.

Giá trị tham khảo

Công trình là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên, học viên và nghiên cứu viên thuộc các chuyên ngành Sư phạm Hóa học, Hóa phân tích, Khoa học Môi trường và Kỹ thuật Môi trường.

Các nội dung có giá trị ứng dụng cao bao gồm:

  • Quy trình chi tiết và các thông số tối ưu hóa thiết bị chưng cất đạm và phá mẫu Kjeldahl trong phòng thí nghiệm.
  • Kỹ thuật lấy mẫu, cố định mẫu và xử lý nền mẫu nước mặt đô thị có độ đục và hàm lượng chất hữu cơ cao.
  • Phương pháp luận phân tích và đối sánh diễn biến nồng độ chất ô nhiễm gắn liền với đặc thù thủy văn bán nhật triều của hệ thống sông rạch khu vực Nam Bộ.

Câu hỏi thường gặp

1. Điều kiện tối ưu để xác định amoni và phá mẫu hữu cơ bằng phương pháp Kjeldahl trong khóa luận là gì?

Khóa luận đã chứng minh bằng thực nghiệm các điều kiện tối ưu đạt hiệu suất thu hồi $99,84%$ gồm: thể tích mẫu phân tích là $50\text{ ml}$; tốc độ dòng chưng cất amoni ở mức công suất $30%$; thời gian chưng cất amoni là 15 phút; và thời gian phá mẫu vô cơ hóa hợp chất hữu cơ bằng nhiệt và xúc tác axit là 5 giờ.

2. Mức độ ô nhiễm nitơ amoni tại kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè so với quy chuẩn môi trường như thế nào?

Theo kết quả phân tích 10 đợt tại 5 vị trí cầu, toàn bộ các mẫu nước đều bị ô nhiễm amoni nghiêm trọng. Hàm lượng $N_amoni$ vượt giá trị giới hạn B2 của QCVN 08:2008/BTNMT ($1\text{ mg N/l}$) từ 2 đến 4 lần.

3. Vị trí nào trên kênh có hàm lượng nitơ thấp nhất và nguyên nhân do đâu?

Khu vực Cầu Trần Khánh Dư luôn ghi nhận hàm lượng $N_amoni$ và $N_hữu\ cơ$ thấp nhất qua các đợt quan trắc. Nguyên nhân do vị trí này nằm gần cửa sông đổ ra sông Sài Gòn, chịu sự xáo trộn thủy triều mạnh và có lưu lượng trao đổi nước lớn, dẫn đến hiện tượng pha loãng nồng độ chất ô nhiễm.

4. Chế độ thủy triều ảnh hưởng như thế nào đến hàm lượng các hợp chất nitơ trong nước kênh?

Hàm lượng $N_amoni$ và $N_hữu\ cơ$ có mối tương quan rõ rệt với mực nước triều: nồng độ các chất tăng cao vào những thời điểm triều ròng / nước thấp (khi nước thải xả ra không được pha loãng) và giảm rõ rệt vào những thời điểm triều cường / nước cao (nhờ khối nước từ sông Sài Gòn tràn vào pha loãng).

5. Thành phần hóa chất được sử dụng để phá mẫu nitơ hữu cơ trong nghiên cứu gồm những gì?

Để phá một mẫu nước thể tích $50\text{ ml}$, tác giả sử dụng hỗn hợp phá mẫu gồm $6,7\text{ g } K_2SO_4$ (tăng nhiệt độ sôi), $0,365\text{ g } CuSO_4$ (chất xúc tác) và $6,7\text{ ml } H_2SO_4$ đặc ($d=1,84\text{ g/ml}$).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Phạm Thị Minh Thảo đã chuẩn hóa thành công quy trình phân tích $N_amoni$ và $N_hữu\ cơ$ bằng phương pháp Kjeldahl với các thông số tối ưu: tốc độ dòng chưng cất $30%$, thời gian chưng cất 15 phút, thời gian phá mẫu 5 giờ trên thể tích mẫu $50\text{ ml}$. Kết quả quan trắc 10 đợt tại 5 cây cầu trên kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè chỉ ra tình trạng ô nhiễm amoni vượt từ 2 đến 4 lần quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT loại B2, đồng thời hàm lượng nitơ hữu cơ duy trì ở mức rất cao. Dữ liệu thực nghiệm phản ánh quy luật chất ô nhiễm tích tụ đậm đặc tại các vị trí tiếp nhận nguồn thải lớn như Cầu số 6 và có xu hướng tăng cao vào các thời điểm triều ròng. Công trình là cơ sở khoa học thực nghiệm quan trọng, khẳng định tính cấp thiết của việc xây dựng hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và kiểm soát nguồn thải công nghiệp để phục hồi chất lượng nước tuyến kênh trung tâm Thành phố Hồ Chí Minh.