Chỉ số DO trong nước và phương pháp xác định

Chỉ số DO trong nước và phương pháp xác định

Chỉ số DO là lượng oxy hoà tan có trong nước cần thiết cho sự hô hấp của các sinh vật trong nước như (cá, lưỡng thể, thuỷ sinh, côn trùng v.v…) chúng được tạo ra do sự hòa tan oxy từ khí quyển hoặc do sự quang hợp của tảo. Do cũng là từ viết tắt của Dessolved Oxygen.

DO hay oxy, oxi hòa tan trong nước quá cao hay quá thấp đều ảnh hưởng tới sự sống của vi sinh vật trong nước

Oxy hòa tan rất quan trọng đối với sự sống của các sinh vật thủy sinh như cá, tôm, cua, rong rêu… Cũng giống như con người cần Oxy để thở, các sinh vật dưới nước cũng cần Oxy để hô hấp và duy trì sự sống.

Đây là một chỉ số quan trọng để đánh giá chất lượng nước cũng như khả năng tự làm sạch của nước. Nồng độ DO cao cho thấy rằng nước có khả năng phân hủy các chất ô nhiễm nhanh hơn, giúp duy trì môi trường sống tốt cho các sinh vật. Ngược lại, nồng độ DO thấp có thể gây khó khăn cho sự hô hấp của các sinh vật này và có thể dẫn đến hiện tượng chết hàng loạt.

Trên đây là bảng mức oxy hòa tan trong nước và nhu cầu DO của các sinh vật trong nước.

Đơn vị đo và giá trị tiêu chuẩn 

Nồng độ oxy hòa tan thường được đo bằng đơn vị mg/L (miligam trên lít).

Thông thường, nồng độ DO lý tưởng cho các hệ sinh thái nước ngọt thường dao động từ 8-10 mg/L. Tuy nhiên, giá trị này có thể thay đổi tùy thuộc vào loại sinh vật sống trong nước và điều kiện môi trường xung quanh.

Nếu nồng độ DO mà giảm xuống chỉ còn khoảng 4-5 mg/l thì hầu hết các loài sinh vật trong nước sẽ chết, hoặc bị giảm sút đi nhiều. Trong trường hợp hàm lượng DO giảm còn 0 có nghĩa là trong nước sẽ diễn ra quá trình phân hủy kém, màu sắc trở thành màu đen và gây mùi rất khó chịu.

Các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ Oxy hòa tan 

Các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ Oxy hòa tan DO bao gồm:

• Nhiệt độ: Khi nhiệt độ nước tăng, nồng độ Oxy hòa tan thường giảm.
• Áp suất khí quyển: Áp suất khí quyển cao giúp tăng khả năng hòa tan của Oxy trong nước và ngược lại.
• Độ mặn: Độ mặn cao làm giảm khả năng hòa tan của Oxy.
• Hoạt động của sinh vật: Quá trình quang hợp của thực vật thủy sinh tạo ra Oxy, làm tăng hàm lượng DO trong nước, đặc biệt vào ban ngày. Trong khi quá trình hô hấp của sinh vật lại tiêu thụ Oxy.
• Ô nhiễm: Các chất hữu cơ trong nước thải khi phân hủy sẽ tiêu thụ một lượng lớn Oxy, làm giảm nồng độ DO.

Làm thế nào để tăng oxy trong nước? 

Trong nuôi trồng thủy hải sản, thì người ta sẽ dùng máy quạt nước để làm xáo trộn nước, giúp tăng oxy hòa tan vào nước, hoặc có thể dùng máy thổi khí để sục khí cục bộ.

Trong ngành môi trường xử lý nước thải. Thì sẽ dùng máy thổi khí, để thổi khí từ đáy bể lên, thông qua các đĩa tán khí. từ đó giúp không khí hòa trộn vào với nước nhiều hơn, giúp DO được duy trì ổn định và cao hơn.

Ngoài ra còn có thể áp dụng một số biện pháp khác như.

Tăng Oxy bằng phương pháp sinh học 

Trồng cây thủy sinh như rong, tảo trong nước có thể sản xuất Oxy thông qua quá trình quang hợp. Đây là phương pháp kinh tế và khoa học nhất. Sử dụng các phương pháp tự nhiên để tăng lượng Oxy trong ao mà không làm ảnh hưởng đến sinh vật. Bên cạnh đó, lá xanh của tế bào thực vật sử dụng năng lượng ánh sáng để chuyển đổi khí cacbonic và nước thành glucozơ và Oxy.

Việc sử dụng phương pháp này để tăng DO yêu cầu cân nhắc đến điều kiện đủ ánh sáng và chất dinh dưỡng. Vì khi có đủ ánh sáng, các thực vật thủy sinh chỉ thực hiện quang hợp. Vào ban đêm hoặc khi không có ánh sáng, các thực vật thực hiện hô hấp sẽ tiêu thụ Oxy trong nước.

Tăng Oxy bằng phương pháp hóa học 

Rải các viên nén tăng oxy, hydrogen peroxide và một số chất hoạt động bề mặt lên hồ để tăng hàm lượng oxy trong nước trong thời gian ngắn. Phương pháp này thích hợp để sử dụng trong trường hợp khẩn cấp khi nước bị thiếu oxy nghiêm trọng và không có máy phun khí. Tuy nhiên, phương pháp này cần được thực hiện cẩn thận để tránh gây hại cho môi trường và sinh vật.

Cách đo chỉ số DO trong nước thải

Xác định lượng oxy hòa tan trong nước là công cụ kiểm soát ô nhiễm và kiểm tra hiệu quả của công trình xử lý. Trong điều kiện tự nhiên, các hoạt động biến dưỡng của vi sinh vật luôn xảy ra theo chiều hiếu khí, sự phân hủy theo hướng ngược lại (kỵ khí) thường đưa vào môi trường không khí những chất bất lợi như sunfua (H2S, HS-, S2-), amoni,… Có thể dùng máy đo DO để đo trực tiếp hoặc dùng phương pháp Winkler (hóa học) để xác định lượng oxy hòa tan trong nước

Sử dụng máy đo điện cực

Dùng máy đo để xác định nồng độ oxy hòa tan. Điện cực của máy đo DO hoạt động theo nguyên tắc dòng điện xuất hiện trong điện cực tỷ lệ với lượng oxy hòa tan trong nước khuếch tán qua màng điện cực, trong lúc đó, lượng oxy khuếch tán qua màng lại tỷ lệ với nồng độ của oxy hòa tan. Đo cường độ dòng điện xuất hiện này là có thể xác định được DO.

Sử dụng máy đo DO

Sử dụng máy đo DO có thể giúp kiểm soát chất lượng nước để đảm bảo môi trường sống cho các sinh vật trong nước. Dưới đây là một số bước sử dụng máy đo DO:

• Bước 1: Vệ sinh điện cực của máy đo DO sạch sẽ để đảm bảo độ chính xác khi đo.
• Bước 2: Hiệu chuẩn máy với dung dịch hiệu chuẩn được cung cấp kèm theo, sau đó vệ sinh lại điện cực cho sạch sẽ.
• Bước 3: Tiến hành đo DO bằng cách nhúng điện cực vào mẫu nước và khuấy nhẹ. Lưu ý không nên có bọt khí bám trên điện cực.
• Bước 4: Chờ cho giá trị hiển thị trên màn hình của máy ổn định rồi đọc kết quả.

Phương pháp phân tích màu sắc

Phương pháp Indigo carmine

đo nồng độ oxy trong khoảng từ 0,2 đến 15 ppm (mg/L). Phương pháp này tạo ra màu xanh với độ đậm phụ thuộc vào nồng độ oxy hòa tan. Sắt, sắt (III), nitrit và bisulfite natri có thể ảnh hưởng đến phương pháp này. Ngoài ra, chất thử nên được tránh tiếp xúc với ánh sáng mạnh, vì thời gian tiếp xúc dài sẽ làm giảm chất lượng của indigo carmine.

Tuy nhiên, phương pháp này không bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, độ mặn hoặc khí hòa tan. Các bài thử phạm vi thấp phụ thuộc vào thời gian và nên được phân tích trong vòng 30 giấy, trong khi các bài thử phạm vi cao cần 2 phút xử lí.

Phương pháp Rhodazine D

Có thể đo được nồng độ oxy rất thấp. Chất khử rhodazine D phản ứng với oxy hòa tan trong tử mỗi tỷ (ppd) để tạo ra một dung dịch màu hồng đậm. Phương pháp định lượng màu không bị ảnh hưởng bởi độ mặn hoặc sulfide trong nước.

Tuy nhiên, các chất oxy hóa (clo, đồng và sắt) có thể ảnh hưởng đến kết quả đo DO. Những nguyên nhân gây sai lệch khác là polysulfides, boron và hydrogen peroxide. Màu sắc và độ đục của mẫu nước có thể ảnh hưởng đến độ chính xác. Phương pháp này tương đối tốn thời gian và mẫu nước phải được phân tích trong vòng 30 giây sau khi thêm chất thử.

Phương pháp Winkler

Đây là phương pháp sử dụng một số chất hóa học và dựa trên các phản ứng hóa học của chúng với mẫu nước để xác định lượng oxy hòa tan trong mẫu.

Cụ thể, phương pháp này được thực hiện qua 3 giai đoạn:

• Giai đoạn I: Cố định mẫu bằng cách cố định O2 hòa tan trong mẫu.
• Giai đoạn II: Axit hoa, xử lý mẫu, tách I2 bằng môi trường axit.
• Giai đoạn III: Phân tích mẫu bằng cách chuẩn độ I2 bằng Na2S2O3

Điểm hạn chế của phương pháp này là không áp dụng đối với những mẫu nước có chứa chất oxy hóa (vùng nước bị nhiễm bẩn nước thải công nghiệp) và những mẫu nước có khả năng oxy hóa anion I- hoặc các chất khử I2 tự do.

Phương pháp Titrasyon

Phương pháp titrasyon là phương pháp thêm từng giọt dung dịch chuẩn với nồng độ cố định vào dung dịch được thử nghiệm (hoặc thêm dung dịch được thử nghiệm vào dung dịch chuẩn) cho đến khi hai dung dịch phản ứng hoàn toàn. Sau đó đo lượng dung dịch chuẩn đã tiêu thụ và nồng độ của dung dịch chuẩn để tính toán nồng độ của chất được đo lường.

Thêm dung dịch mangan peroxide và dung dịch hidroxit natri vào nước mẫu đo sẽ tạo thành kết tủa hydroxit mangan. Hydroxit mangan hóa học rất không ổn định và phản ứng với oxy hòa tan trong nước để tạo thành kết tủa màu nâu. Trong môi trường có ion idoua (I-), thêm axit sulfuric đặc để thúc đẩy phản ứng hoàn toàn của kết tủa màu nâu. Giải phóng chậm của iod. Càng có nhiều oxy hòa tan trong nước, càng giải phỏng nhiều iod và dung dịch càng đậm màu. Sau đó, iod được giải phóng được tritrasi với natri thiosulfat và lượng iod được xác định. Tính lượng oxy trong nước.

Titrantion là phương pháp đầu tiên được sử dụng để đo lượng oxy hòa tan trong nước và nó phù hợp để đo mẫu nước có lượng oxy hòa tan lớn hơn 0.2mg/L. Phương pháp này có thể được sử dụng để xác định nồng độ oxy trong nước tinh khiết, nhưng không phù hợp để xác định oxy hòa tan trong nước thải công nghiệp hoặc nhà máy xử lí nước thải. Đặc biết là khi nước chứa một số chất khử như nitrit natri, sulfide, thiourea hoặc axit humic, nó sẽ gây ảnh hưởng đến dữ liệu đo, dẫn đến sai số lớn trong dữ liệu đo.

Phương pháp Fluorescense

Phương pháp oxy hòa tan bằng Fluorescence sử dụng nguyên lý Fluorescence quenching để đo lường nồng độ oxy. Khi áng sáng màu xanh được vào chất phát quang, chất phát quang sẽ được kích thích và phát ra ánh sáng màu đỏ.

Vì phân tử oxy có thể lấy đi năng lượng (hiệu ứng quenching), thời gian và cường độ ánh sáng đỏ là nghịch đảo với nồng độ phân tử oxy. Bằng cách đo pha chênh lệch giữa ánh sáng đỏ bị kích thích và ánh sáng tham chiếu, và so sánh nó với giá trị hiệu chuẩn nội, nồng độ oxy có thể được tính toán. Cảm biến oxy hòa tan phổ biến nhất được dựa trên nguyên lý phương pháp Fluorescence.

So với các phương pháp khác, cảm biến oxy hòa tan huỳnh quang dễ sử dụng hơn và dữ liệu đo được chính xác hơn. Bạn chỉ cần đưa điện cực vào dung dịch cần kiểm tra và chờ 1-2 giây, sau đó bạn có thể nhận được giá trị đo được từ hiển thị kỹ thuật số. Toàn bộ quá trình không tiêu thụ nhiều oxy trong nước. Loại cảm biến này được sử dụng rộng rãi trong việc giám sát xử lý nước thải đô thị và nhà máy xử lý nước thải công nghiệp.