Độ Acid là gì ? Vấn đề Axit trong xử lý nước

ĐỘ ACID

2.1 KHÁI NIỆM CHUNG

Hầu hết các nguồn nước thiên nhiên, nước thải sinh hoạt và rất nhiều loại nước thải công nghiệp có khảnăng đệm do hệthống carbonic-bicarbonate. Trên cơ sở của thông tin này, người ta thường xem xét rằng tất cảcác nguồn nước có pH nhỏ hơn 8,5 đều có độ acid. Thường thường điểm kết thúc phenolphthalein tại pH 8,2 đến 8,4 được sử dụng như điểm tham khảo. Khảo sát đường cong của acid carbonic cho thấy rằng ở pH 7,0 carbonic còn lại phải được trung hòa. Nó cũng cho thấy rằng bản thân carbonic sẽ không làm giảm pH xuống dưới 4.

Từ đường cong định phân của các acid mạnh và tính chất của đường cong, người ta có thể kết luận rằng việc trung hòa của acid kết thúc tại pH 4. Vì vậy, từ tính chất của đường cong định phân acid carbonic và acid mạnh, rõ ràng là độacid của nước tự nhiên là do acid carbonic hoặc acid vô cơ mạnh gây ra, acid carbonic ảnh hưởng đối với nước có pH lớn hơn 4 và acid mạnh có ảnh hưởng với nước có pH nhỏ hơn 4

2.2 NGUỒN GỐC VÀ TÍNH CHẤT CỦA ĐỘACID

Acid carbonic là thành phần chủ yếu của tất cả nước tự nhiên. Nó hòa tan vào nước mặt bằng quá trình hấp thụ từ khí quyển phụthuộc vào định luật Henry, nhưng chỉ khi nồng độ của acid carbonic nhỏhơn sựcân bằng của carbonic trong không khí. Carbonic cũng có thể tạo thành trong nước thông qua việc oxy hóa sinh học các chất hữu cơ, đặc biệt trong nước bịô nhiễm. Trong những trường hợp như vậy, nếu các hoạt động quang hợp bịhạn chế, nồng độcủa carbonic có thểvượt qua cân bằng và khí carbonic sẽ từ nước thoát vào không khí. Vì vậy người ta đi đến kết luận rằng nước mặt hấp thụhoặc giải phóng một cách cân bằng khí carbonic để giữ cân bằng với không khí. Khối lượng khí carbonic ở trạng thái cân bằng là rất nhỏ vì áp suất riêng phần của khí carbonic trong không khí là rất thấp.

Nước ngầm và nước từvùng các đối lưu của hồchứa phân tầng thường chứa một lượng đáng kểkhí carbonic. Nồng độnày là kết quảcủa việc phân hủy sinh học các chất hữu cơcó trong nước dưới sự hoạt động của vi sinh vật, trong điều kiện này khí carbonic không thểtựdo giải phóng vào khí quyển. Khí carbonic là sản phẩm cuối cùng của cảquá trình phân hủy sinh học hiếu khí và kịkhí; vì vậy, nồng độcủa nó không bị giới hạn bởi khối lượng oxy hòa tan ban đầu. Thường nước ngầm có nồng độkhí carbonic khoảng 30 – 50 mg/L. Nước ngầm của thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long thường có nồng độ khí carbonic từ80 – 120 mg/L, nhiều nơi ở tầng nước ngầm mạch sâu (200 – 300 m) nồng độ CO2 có thểlên đến 320 mg/L.

Điều này đặc biệt đúng đối với nước thấm qua các lớp đất không chứa đủ carbonate canxi và magne đểtrung hòa carbonic qua việc tạo thành carbonate. Acid vô cơ có mặt trong nhiều loại chất thải công nghiệp, đặc biệt trong các loại chất thải công nghiệp luyện kim và một phần từsản phẩm các loại vật liệu hữu cơ tổng hợp.

Các nguồn nước thiên nhiên cũng có thểchứa độacid vô cơ. Nước thải từcác khu vực hầm mỏvà nơi đổ quặng sẽ chứa một lượng đáng kể acid sulfuric hoặc muối của acid sulfuric nếu có mặt lưu huỳnh, sulfide hoặc pyrit sắt. Việc chuyển hóa các vật liệu này

thành acid sulfuric vàsulfate do vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh thực hiện trong điều kiện hiếu khí. Muối của kim loại nặng, đặc biệt là các ion kim loại hóa trịba, nhưFe (III) và Al (III) thủy phân trong nước đểgiải phóng độ acid vô cơ.  Sự có mặt của các kim loại nặng được chỉthịbằng việc tạo thành kết tủa khi pH của dung dịch chứa các kim loại trên được tăng lên khi trung hòa. Nhiều chất thải chứa acid hữu cơ. Sựcó mặt và tính chất của chúng có thể được xác định bằng cách sử dụng đường cong định phân định tính hoặc sắc kí khí.

2.3 Ý NGHĨA CỦA ĐỘACID CARBONIC VÀ ACID

Độ acid ít được quan tâm nhất trong lĩnh vực vềsinh học hoặc sức khỏe cộng đồng.

Khí carbonic trong nước ngọt và bia ởnồng độcao hơn rất nhiều cho với các nguồn

nước thiên nhiên và không ảnh hưởng có hại đến sức khỏe. Nước chứa acid vô cơ

thường không ngon. Nước acid được quan tâm vì tính ăn mòn của chúng và chi phí trong việc xử lý các chất ăn mòn. Carbonic là yếu tốgây ăn mòn ở hầu hết các loại nước tựnhiên, nhưng trong rất nhiều loại nước thải công nghiệp acid vô cơlà nguyên nhân gây ra tính ăn mòn này.

Khí carbonic phải được tính toán đến trong quá trình làm mềm nước khi sửdụng với soda. Trong quá trình xử lý sinh học, pH phải được duy trì trong khoảng từ6 đến 9,5. Tiêu chuẩn này thường đòi hỏi việc điều chỉnh pH tới mức thích hợp và trong nhiều trường hợp việc tính toán khối lượng hóa chất cần thiết dựa trên giá trị độ acid. Quá trình đốt nhiên liệu hóa thạch trong các nhà máy nhiệt điện và xe ôtô dẫn đến việc tạo thành oxit nitơ và oxit lưu huỳnh. Khi hòa tan trong nước mưa chúng thủy phân tạo thành acid sulfuric và acid nitric. Kết quả là mưa acid làm giảm pH trong các hồ nước có khảnăng đệm thấp, ảnh hưởng xấu đến đời sống dưới nước và có thểlàm tăng khối lượng hóa chất nhưnhôm, sắt, silic hòa tan từ đất vào nước bềmặt. Vì những lý do này, việc kiểm soát oxit lưu huỳnh và nitơcần được thực hiện khi thải các loại khí đốt vào môi trường không khí.

2.4 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH

Độ acid carbonic và acid vô cơcó thể được xác định bằng việc sửdụng các dung dịch kiềm tiêu chuẩn. Acid vô cơ được đo bằng định phân đến pH khoảng 3,7 với điểm kết thúc methyl cam. Kết quả định phân mẫu nước đến điểm kết thúc phenolphthalein với pH 8,3 xác định cả độacid vô cơvà độacid do các acid yếu gây nên. Độ acid tổng cộng này có tên là độacid phenolphthalein.

Độacid carbonic Nếu muốn có kết quảtin cậy với độchính xác cao, cần phải đặc biệt lưu ý khi lấy mẫu, bảo quản mẫu và phân tích mẫu đểxác định nồng độcarbonic, không tính đến phương pháp phân tích. Trong các nguồn nước mà carbonic đóng vai trò quan trọng, áp suất riêng phần của nó thường lớn hơn nhiều lần áp suất của khí carbonic trong khí quyển; vì vậy khi tiếp xúc với không khí phải tránh hoặc giữmức độthất thoát ởmức nhỏnhất.

Vì lý do này, việc phân tích có thể được thực hiện tốt nhất ởngay tại nơi lấy mẫu, tránh được việc tiếp xúc với không khí và sựthay đổi của nhiệt độ. Mẫu nước phải được lấy tương tựnhưkhi lấy mẫu đểxác định oxy hòa tan, chẳng hạn dùng ống hoặc pipet ngập trong nước đểtránh các bọt khí và cho phép bình chứa mẫu chảy tràn và đểcho nước thay thếchỗcủa không khí. Nếu mẫu phải vận chuyển vềphòng thí nghiệm đểphân tích, chai lấy mẫu phải được đậy kín đểkhông khí không lọt được vào chai. Nhiệt độphải được giữgần với nhiệt độtại nơi lấy mẫu. Phương pháp định phân. Đểgiảm đến mức thấp nhất việc tiếp xúc với không khí,tốt nhấtnên lấy mẫu và định phân trong các ống định mức hoặc ống so màu. Ống so màu hoặc ống định mức phải được đểchảy tràn và việc lấy mẫu với thểtích thích hợp được thực hiện bằng cách sửdụng siphon hoặc pipet. Sau khi bổsung khối lượng thích hợp chất chỉthịphenolphthalein, tiến hành định phân ngay đểgiảm đến mức thấp nhất sựthất thoát khí carbonic vào không khí. Thông thường, ban đầu một khối lượng đáng kể của carbonic sẽbịthất thoát do phải khuấy trong mẫu. Kết quảtin cậy hơn có thể thuđược bằng việc lấy mẫu lần hai và thêm một khối lượng chất định phân đã biết trước khi tiến hành khuấy trộn. Việc định phân có thểhoàn thiện với việc thất thoát khí carbonic là không đáng kể. Điểm kết thúc cuối cùng sẽxuất hiện rất chậm, do đó việc định phân sẽchỉkết thúc hoàn toàn khi màu hồng tồn tại 30 giây.

Khi hydroxide natri được sửdụng làm chất chuẩn, cần phải chắc chắn rằng nó không chứa carbonate natri. Phản ứng có liên quan đến quá trình trung hòa xảy ra theo hai bước. và từPhương trình (2 – 6) rõ ràng là nếu carbonate natri có mặt trong hydroxide natri sẽ ây nên sai sốtrong kết quảphân tích. Đểkhắc phục khó khăn này, dung dịch carbonate natri là một trong những chất định phân chuẩn được giới thiệu để đo acid carbonic. Carbonate natri có thể được sửdụng theo khảnăng này vì phản ứng một cách định lượng với acid carbonic, nhưtrình bày trong Phương trình (2 – 6). Nó có ưu điểm nhất định là có thểmua dưới dạng tinh khiết phân tích (PA).

Tính toán từ độpH và độkiềm. Có khảnăng tính toán khối lượng carbonic trong mẫu nướctừphương trình phân ly của acid carbonic. Khi pH thấp hơn 8,5, hằng số

Thực tế, [H2CO3*] trong phương trình này được thiết lập tương đương với tổng nồng độ mol của acid carbonic và carbonic tựdo vì rất khó phân biệt giữa hai dạng trên của acid carbonic. Vì carbonic tựdo chiếm khoảng 99 phần trăm tổng nồng độ, phương trình trên chỉ là phương trình gần đúng. mol/L hoặc 44 mg/L. Mặc dù vậy, đểtính toán  trên được chính xác, cần phải kể đến ảnh hưởng của các ion khác và ảnh hưởng của nhiệt độ đến hằng sốK1. Từnhững nhận xét trên có thểthấy rằng việc tính toán khí carbonic tựdo trong nước là một quá trình phức tạp, vì vậy trong hướng dẫn “Standard methods” có trình bày đồthị đểxác định carbonic tựdo từpH, độkiềm, chất rắn hòa tan và nhiệt độ.

Việc xác định carbonic từsố đo độpH và độkiềm có thểcho kết quảvới độchính xác cao, nhưng không thực sựcần thiết. Phương pháp gặp phải khó khăn là phải biết nồng độchất rắn hòa tan. Điều này đòi hỏi phải phân tích riêng biệt bằng phương pháp trọng lượng hoặc độdẫn. Tương tự, pH phải được đo với độchính xác cao, vì thay đổi nhỏ sẽdẫn đến sai sốlớn.

Ví dụ, pH sai số0,1 sẽdẫn đến sai số25 phần trăm khi xác định carbonic. Nó trởthành câu hỏi xem kết quảtính toán này dưới điều kiện phòng thí nghiệm bình thường hóa trên hiện trường có độtin cậy hơn kết quảthu được bằng qui trình định phân hay không, khi việc quan tâm thích hợp được thực hiện đến các mô tảchi tiết cho phương pháp định phân. Xem xét các khó khăn của mỗi phương pháp, người ta thấy rằng qui trình định phân thường là phương pháp được lựa chọn khi nồng độcarbonic lớn hơn 2 mg/L, trong khi đó đòi hỏi các nồng độnhỏhơn sai sốsẽlớn hơn, vì vậy qui trình tính toán được kiến nghịthực hiện.

Phương pháp hiện trường. Phương trình định phân có rất nhiều ưu điểm và tính chính xác đủcho tất cảcác mục đích thực tế. ĐộAcid Methyl Cam Tất cảnước thiên nhiên và hầu hết các loại nước thải công nghiệp có pH thấp hơn 4 đều có độacid vô cơhoặc độacid methyl cam. Acid vô cơcần được trung hòa tại thời điểm pH tăng lên 3,7 và chất chỉthịpH màu thường được sửdụng khi máy đo pH không có sẵn. Trong khi đó, trước đây methyl cam được sửdụng cho mục đích này, nhưng hiện nay bromphenol được kiến nghịsửdụng vì sựthay đổi màu rõ nét hơn ở pH 3,7. Kết quả được trình bày trong khái niệm độacid methyl cam nhưCaCO3. Vì CaCO3có đương lượng là 50, dung dịch N/50 NaOH được sửdụng làm chất định phân, do đó 1 mL tương đương với 1 mg độacid. Độacid phenolphthalein Đôi khi, cần phải đo độacid tổng cộng của acid vô cơvà acid yếu trong mẫu nước. Vì hầu hết các acid yếu được trung hòa ởpH 8,3 nên cảchất chỉthịphenolphthalein và metacresol màu đỏtía có thểcó thểsửdụng trong việc định phân. Khi có mặt của các muối kim loại nặng, người ta thường đun nóng mẫu và định phân. Đun nóng mẫu làm tăng tốc độthủy phân của muối kim loại, cho phép việc định phân kết thúc nhanh chóng hơn. Một lần nữa, dung dịch N/50 NaOH được sửdụng làm chất định phân và kết quả được trình bày dưới dạng độacid phenolphthalein nhưCaCO3.

2.5 ỨNG DỤNG SỐ LIỆU VỀ ĐỘ ACID

Việc xác định nồng độcarbonic đặc biệt quan trọng trong lĩnh vực cấp nước. Trong việc phát triển các nguồn nước cấp mới, nó là yếu tốquan trọng cần phải được cân nhắc trong các phương pháp và công trình xử lý. Nhiều nguồn nước ngầm yêu cầu phải xử lý đểtránh hiện tượng ăn mòn do carbonic gây ra. Khối lượng của khí carbonic trong nước là yếu tốquan trọng đểxác định xem việc khử khí được thực hiện bằng làm thoáng hay bằng trung hòa với vôi hoặc hydroxide natri. Kích thước của các thiết bị, liệu lượng hóa chất, kho dựtrữvà giá thành xửlý phụthuộc vào khối lượng của carbonic có mặt trong nước. Nồng độcarbonic là thông sốquan trọng để ước tính nhu cầu hóa chất nhưvôi hoặc sođa.

Hầu hết các chất thải công nghiệp chứa acid vô cơ đều phải được trung hòa trước khi chúng được xảvào sông hoặc đường ống thoát nước hoặc đến trạm xửlý. Khối lượng hóa chất, kích thước của các thiết bịchâm hóa chất, kho lưu trữvà giá thành được xác định đưa vào số liệu về độ acid của phòng thí nghiệm

Linh tải tài liệu: Độ Acid

Bài Viết Liên Quan