Khóa luận Tính toán lượng nước mặn để giảm khả năng ô nhiễm phèn tại vùng bán đảo Cà Mau

Đề tài: TÍNH TOÁN LƯỢNG NƯỚC MẶN ĐỂ GIẢM KHẢ NĂNG Ô NHIỄM PHÈN TẠI VÙNG BÁN ĐẢO CÀ MAU GVHD: Ngô Đằng PhongNgành: Nông học Khóa: 2007 – 2011 SVTH: Lương Thị Anh Đào Nội dung 1. Giới thiệu 2. Vật liệu - phương pháp 3. Kết quả - thảo luận 4. Kết luận - đề nghị 1. Giới thiệu ● Bán đảo Cà Mau (BĐCM) là một vùng duyên hải phía Nam của Đồng Bằng Sông Cửu Long. Trong đó, đất phèn chiếm khoảng 63 % tổng diện tích. ● Việc nghiên cứu biện pháp cải tạo đất phèn trên diện rộng là điều rất cần thiết. ● Sử dụng nước mặn để giảm phèn vẫn chưa được nghiên cứu định lượng cụ thể. Hình1.1 : Sự phân bố đất phèn ở BĐCM (Nguồn: Ngô Đằng Phong, 2003) Mục đích và yêu cầu ❖Mục đích: Định lượng khả năng trung hòa phèn của nước mặn trong kênh rạch của vùng BĐCM. Làm cơ sở để tính toán lấy nước mặn từ biển vào hệ thống kênh rạch. ❖ Yêu cầu: ● Xây dựng các đường chuẩn độ giữa pH, nồng độ axit của nước phèn trong nước mặn. ● Định lượng thành phần carbonate và bicacbonate trong nước mặn khi tương tác với nước phèn. ● Đánh giá mối quan hệ giữa các thành phần độc tố cơ bản của nước phèn trong nước mặn. Nội dung nghiên cứu Thí nghiệm trong phòng về ảnh hưởng của độ mặn khác nhau lên thành phần mặn (bicacbonate) và phèn (acidity) bao gồm: ● Chuẩn độ lần lượt 1 trong 3 dung dịch nước phèn (pH 3, pH 4 và pH 5) vào 5 mẫu nước có độ mặn (0, 5, 10, 15, 30 ‰). ● Theo dõi pH và hàm lượng phèn (acidity) và mặn kiềm (bicacbonate). Giới hạn đề tài ● Đề tài mang tính thực nghiệm, phụ thuộc vào vật liệu thí nghiệm được lấy tại vùng nghiên cứu BĐCM. ● Ngoài ra, thời gian thí nghiệm 5 tháng, bao gồm cả công việc lấy mẫu nước mặn và ngọt để làm vật liệu thí nghiệm ở tại điểm nghiên cứu BĐCM. 2. Vật liệu và phương pháp ❖ Địa điểm thí nghiệm: Thí nghiệm chuẩn độ, được tiến hành trong phòng thí nghiệm Thủy Nông, khoa Nông học, trường Đại học Nông Lâm tp. Hồ Chí Minh. ❖ Thời gian tiến hành thí nghiệm: Từ 15/2/2011 - 15/7/2011. ❖ Vật liệu thí nghiệm: ❖ Dung dịch được chuẩn độ: nước mặn có các độ mặn (0, 5, 10, 15, 30 ‰) . ❖Dung dịch chuẩn độ: nước phèn pH 3, pH 4 và pH 5. ❖ Bố trí thí nghiệm: 3 thí nghiệm đơn được bố trí theo kiểu hoàn toàn ngẫu nhiên, một yếu tố với ba lần lặp lại. Các chỉ tiêu và phương pháp theo dõi ❖ pH và EC của mẫu chuẩn độ: được ghi lại sau 5 phút sau mỗi lần thêm 0, 1, 5, mL dung dịch chuẩn (pH 3, pH 4 và pH 5) trong quá trình chuẩn độ. ❖ Alkalinity, acidity, nồng độ Al3+, Fe 2+, Fe tổng số và SO4 2 - : được lấy mẫu định kì từ chuẩn độ khi pH của mẫu đạt 3,5; 4; 4,5; 5; 6; 7; 7,2 và 7,4. ❖ Na+, K+, Ca2+, Mg2+, Cl- : được lấy mẫu từ mẫu ban đầu. ❖ Tính toán và xử lý số liệu ❖ Sử dụng phần mềm microsoft excel 2007. ❖ Cách tính nồng độ các chất như sau: Acidity (Aci) và alkalinity (Alk) được thể hiện bằng nồng độ với đơn vị mol H+/m3. Với: 1 [mol H+/ m3] = 0,5 [mol CO3 2-/m3] hoặc 1 [mol H+/ m3] = 1 [mol HCO3 -/m3] Tiến hành chuẩn độ Vo (mL) nước mặn chứa HCO3 - có nồng độ No bằng V (mL) nước phèn có nồng độ N. Phương trình chuẩn độ: HCO3 - + H+ → H2CO3 , Kb2 = 2,25 x 10 – 8 Với: F = NV / NoVo Có 1 ĐTĐ khi chuẩn độ HCO3 - bằng H+. ĐTĐ khi NV = NoVo Thiết lập đường cong chuẩn độ Công thức tính pH ● Chưa chuẩn độ: F = 0 pH được tính theo nồng độ HCO3 - pH = 14 – ½ pKb2 + ½ lg No ● Trước ĐTĐ: F < 1 pH được tính theo hệ đệm HCO3 - và H2CO3 pH = pKa1 – lg (NV / (NoVo - NV)) ● Tại ĐTĐ : F = 1 pH được tính theo H2CO3 pH = ½ pKa1 – ½ lg (NoVo / (V+Vo)) ● Sau ĐTĐ : F > 1 pH được tính theo H+ dư pH = - lg ((NV – NoVo) / (V +Vo)) 3. Kết quả và thảo luận 3.1 Đường cong chuẩn độ theo thực đo. ● Khi chuẩn độ 5 mức độ mặn (30, 15, 10, 5, 0 ‰) với 3 mức phèn (pH 3, pH 4, pH 5) có sự thay đổi khác nhau của pH ở các tỉ lệ khác nhau. ● Mức độ giảm tuỳ thuộc vào độ mặn, độ phèn và tỉ lệ nước phèn / nước mặn. Hình 3.1a: Kết quả pH của nước mặn khi chuẩn độ bằng nước phèn pH 3 theo thực đo. Hình 3.1b: Kết quả pH của nước mặn khi chuẩn độ bằng nước phèn pH 4 theo thực đo Hình 3.1c: Kết quả pH của nước mặn khi chuẩn độ bằng nước phèn pH 5 theo thực đo Hình 3.2 Mối tương quan giữa độ kiềm và độ mặn của dung dịch được chuẩn độ sử dụng trong thí nghiệm. 3.2 Tương quan về pH giữa lí thuyết và thực tế Áp dụng những tính toán lý thuyết vào thực tế để dự tính kết quả pH sẽ xảy ra khi trung hòa phèn tại vùng nghiên cứu. Bảng 3.1: Phương trình tương quan giữa pH lý thuyết (x) và pH thực đo (y) trong thí nghiệm chuẩn độ a. Chuẩn độ pH 3 S (‰) Phương trình tương quan r2 30 y = 0,847x + 1,836 0,976** 15 y = 0,835x + 1,915 0,963** 10 y = 0,801x + 1,874 0,968** 5 y = 0,766x + 1,868 0,967** 0 y = 0,754x + 1,826 0,972** b. Chuẩn độ pH 4 S (‰) Phương trình tương quan r2 30 y = 0,696x + 2,740 0,938** 15 y = 0,71x + 2,645 0,938** 10 y = 0,713x + 2,452 0,960** 5 y = 0,710x + 2,354 0,958** 0 y = 0,697x + 2,185 0,953** c. Chuẩn độ pH 5 S (‰) Phương trình tương quan r2 30 y = 0,706 x + 2,355 0,847** 15 y = 0,839 x + 1,871 0,897** 10 y = 0,801x + 1,874 0,897** 5 y = 0,647 x + 2,530 0,908** 0 y = 0,647 x + 2,272 0,950** r2: hệ số tương quan tuyến tính y: pH thực đo, x: pH lý thuyết Bảng 3.2 Phương trình tính pH tại các thời điểm của quá trình chuẩn độ dựa vào các giá trị mặn và phèn ban đầu Chuẩn độ pH 3 S (‰) F Phương trình pH lý thuyết có hiệu chỉnh 0 pH = 0,847 x [14 – ½ pKb2 + ½ lg No ] + 1,836 30 <1 pH = 0,847 x [pKa1 – lg (NV / (NoVo - NV))] + 1,836 1 pH = 0,847 x [½ pKa1 – ½ lg (NoVo / (V+Vo))] + 1,836 >1 pH = 0,847 x [-lg ((NV – NoVo) / (V +Vo))] + 1,836 Kb1 = 2,13 x 10 – 4 => Ka2 = Kw/ Kb1 (với Kw = 10 -14) Kb2 = 2,25 x 10 – 8 => Ka1 = Kw/ Kb2 3.3 Độ dẫn điện trong quá trình chuẩn độ Hình 3.3a Độ dẫn điện của mẫu chuẩn độ bằng nước phèn pH 3 Hình 3.3b Độ dẫn điện của mẫu chuẩn độ bằng nước phèn pH 4 Hình 3.3c Độ dẫn điện của mẫu chuẩn độ bằng nước phèn pH 5 3.4 Ảnh hưởng của nước mặn đến những độc chất trong nước axit Hình 3.4: Sự thay đổi nồng độ Al3+ tại các mức pH của mẫu chuẩn độ Hình 3.5: Sự thay đổi nồng độ sắt tổng số tại các mức pH của mẫu chuẩn độ Hình 3.6: Sự thay đổi nồng độ SO4 2- tại các mức pH của mẫu chuẩn độ 4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 4.1 Kết luận ● Nước phèn pH 3 có khả năng gây ô nhiễm cao hơn mức phèn pH 4 và pH 5. ● Dùng nước mặn giảm phèn trong kênh rạch là khả thi. Đặc biệt, nước mặn làm giảm độc tính của nhôm và sắt trong nước phèn. 4.1 Kết luận ● Các đường cong chuẩn độ cho phép xác định độ pH khi trộn lẫn nước mặn với nước phèn ở tỉ lệ biết trước. ● Trung hòa phèn bằng nước mặn 30 ‰ với tỉ lệ 0,2 - 0,3 đối với pH 3 và tỉ lệ 2,4 - 3,6 đối với pH 4 là hiệu quả nhất. 4.2 Đề nghị ● Thí nghiệm chỉ tiến hành với 5 mức độ mặn đại diện nên các mức độ mặn khác có thể sử dụng mức trung bình của hai mức mặn trên và dưới nó để dự tính pH. ● Cần tiến hành thêm thí nghiệm với vật liệu tại một số nơi trong vùng để có kết quả chính xác hơn. Cảm ơn sự quan tâm theo dõi của thầy cô và các bạn!