LỜI MỞ ĐẦU. Nƣớc là nguồn sống, là môi trƣờng đặc biệt cho tất cả các phản ứng sinh hóa, hóa học bên trong cơ thể sinh vật trên trái đất. Ngoài chức năng tham gia vào chu trình sống, nƣớc còn có vai trò rất quan trọng đối với các hoạt động sống trên trái đất, nhƣng nƣớc không phải nguồn vô tận. Trong những thập niên gần đây cùng với sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp, sự bùng nổ dân số, quá trình đô thị hóa… đã đẩy nhanh tốc độ ô nhiễm nguồn nƣớc.
Một trong những nguồn ô nhiễm lớn và phổ biến ở nƣớc ta là nƣớc thải chƣa nhiều chất hữu cơ. Chúng đƣợc sinh ra từ các hoạt động khác nhau của con ngƣời: từ sinh hoạt, chăn nuôi, sản xuất công nghiệp chế biến thực phẩm, chế biến thủy sản… Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học đã phát triển trong những năm gần đây không chỉ bởi hiệu suất tƣơng đối cao, chi phí thấp và còn thân thiện với môi trƣờng đã và đang đƣợc áp dụng ở Việt Nam và nhiều nơi trên thế giới. Trong đó, việc hấp thụ các thành phần ô nhiễm nhƣ COD, BOD, PO43-, NH4+, kim loại nặng…bằng thực vật đã đem lại nhiều hiệu quả. Vì vậy, “Nghiên cứu khả năng hấp thụ Amoni và Phốt phát của cây cói” là việc làm cần thiết và đáp ứng đƣợc nhu cầu thực tiễn.
Nguyễn Thị Kim Dung Sinh viên: Nguyễn Văn Cường – MT1201 1 Trường Đại học Dân Lập Hải Phòng Khoá luận tốt nghiệp CHƢƠNG I: TỔNG QUAN 1. Nƣớc trong tự nhiên và sự ô nhiễm môi trƣờng nƣớc. Nƣớc trong tự nhiên Nƣớc trong tự nhiên bao gồm toàn bộ các đại dƣơng, biển, vịnh, sông, suối, ao, hồ, nƣớc ngầm, băng tuyết, hơi ẩm trong đất và trong không khí. Gần 90% nƣớc trên trái đất là nƣớc mặn, nếu tính cả nƣớc nhiễm mặn thì tỷ lệ này lên tới 97.
Nƣớc ngọt chiếm tỷ lệ rất nhỏ (2-3%). Nƣớc trong môi trƣờng tự nhiên luôn vận động trong chu trình nƣớc (vòng tuần hoàn của nƣớc): nƣớc bốc hơi từ biển, đại dƣơng và trên đất liền đƣợc không khí mang theo làm tăng độ ẩm trong khí quyển, cuối cùng tụ lại thành mƣa, tuyết rơi xuống mặt đất, đại dƣơng hoặc ngấm xuống lòng đất tạo thành nƣớc ngầm. Nƣớc sông, nƣớc ngầm chảy ra biển rồi lại bốc hơi quay lại vòng tuần hoàn ban đầu. Sự ô nhiễm môi trƣờng nƣớc.
Các hoạt động tự nhiên (quá trình lũ lụt, sói mòn, động thực vật thối rữa…) và đặc biệt là các hoạt động nhân sinh (sinh hoạt, sản xuất công, nông nghiệp, giao thông vận tải…) đã đƣa vào môi trƣờng nƣớc nhiều tạp chất vô cơ, hữu cơ, sinh học làm thay đổi thành phần và tính chất của môi trƣờng nƣớc: gây ô nhiễm môi trƣờng nƣớc, phá hủy cân bằng sinh thái, gây tác hại đến sự sống của các sinh vật, ngƣời, động thực vật trên trái đất, làm thay đổi khí hậu toàn cầu, đây cũng là nguyên nhân chính gây ra lũ lụt, hạn hán, động đất, núi lửa… trên thế giới. Nguồn trực tiếp đƣa các tạp chất vào môi trƣờng nƣớc là nguồn nƣớc thải của các nhà máy sản xuất công nghiệp, nƣớc thải nông nghiệp, nƣớc thải sinh hoạt và nƣớc bị ô nhiễm bởi các chất thải ra từ các phƣơng tiện giao thông vận tải. Nguyễn Thị Kim Dung Sinh viên: Nguyễn Văn Cường – MT1201 2 Trường Đại học Dân Lập Hải Phòng Khoá luận tốt nghiệp 1. Một số thông số chính đánh giá chất lƣợng nƣớc 1.
Chỉ số pH Chỉ số pH là một trong những chỉ tiêu cần kiểm tra đối với chất lƣợng nƣớc cấp và nƣớc thải. Giá trị pH cho phép điều chỉnh đƣợc lƣợng hóa chất sử dụng trong quá trình xử lý nƣớc bằng các phƣơng pháp nhƣ đông tụ hóa học, khử trùng hoặc trong xử lý nƣớc thải bằng biện pháp sinh học. Sự thay đổi giá trị pH có thể dẫn đến sự thay đổi về thành phần các chất trong nƣớc do quá trình hòa tan hoặc kết tủa. Mặt khác, nó cũng thúc đẩy hay ngăn chặn những phản ứng hóa học, sinh học xảy ra trong nƣớc.
Màu sắc Nƣớc có thể có màu, đặc biệt là nƣớc thải có màu nâu đen hoặc đỏ nâu. Nguyên nhân xuất hiện màu do các chất hữu cơ trong xác động, thực vật phân rã tạo thành, hoặc nƣớc có sắt và mangan ở dạng keo hoặc hòa tan. Đối với nƣớc thải công nghiệp, tùy thuộc vào bản chất từng loại nƣớc thải khác nhau cho màu sắc khác nhau: dệt nhuộm, luyện kim, xi măng… 1. Độ đục Độ đục của nƣớc do các hạt rắn lơ lửng, các chất hữu cơ phân rã hoặc do giới thủy sinh gây ra.
Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nƣớc, ảnh hƣởng đến khả năng quang hợp của các sinh vật tự dƣỡng trong nƣớc, gây giảm thẩm mỹ và làm giảm chất lƣợng của nƣớc khi sử dụng. Vi sinh vật có thể bị hấp thụ bởi các hạt lơ lửng sẽ gây khó khăn khi khử khuẩn. Độ đục càng lớn thì độ nhiễm bẩn càng cao. Độ đục đƣợc đo bằng phƣơng pháp so sánh với một thang độ đục chuẩn.
Hàm lƣợng chất rắn Chất rắn tồn tại trong nƣớc dƣới các dạng: - Các chất vô cơ ở dạng tan (các muối tan), hoặc không tan (đất, đá ở dạng huyền phù). Nguyễn Thị Kim Dung Sinh viên: Nguyễn Văn Cường – MT1201 3 Trường Đại học Dân Lập Hải Phòng Khoá luận tốt nghiệp - Các chất hữu cơ - các vi sinh vật, vi khuẩn, tảo, động vật nguyên sinh và các chất hữu cơ tổng hợp nhƣ phân bón, chất thải công nghiệp, chất thải sinh hoạt…Chất rắn ảnh hƣởng đến chất lƣợng nƣớc khi sử dụng cho sinh hoạt, cho sản xuất, cản trở hoặc tiêu tốn thêm nhiều hóa chất trong quá trình xử lý. Hàm lƣợng oxy hòa tan (DO) Hàm lƣợng oxy hòa tan trong nƣớc: Là lƣợng oxy trong không khí có thể hòa tan vào nƣớc trong điều kiện nhiệt độ và áp suất xác định. Oxy hòa tan vào trong nƣớc sẽ tham gia vào quá trình trao đổi chất, duy trì năng lƣợng cho quá trình phát triển, sinh sản và tái sản xuất cho các vi sinh vật sống dƣới nƣớc.
Hàm lƣợng oxy hòa tan trong nƣớc giúp ta đánh giá đƣợc chất lƣợng nƣớc. Độ hòa tan của oxy trong nƣớc phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất. Nếu chỉ số DO thấp nghĩa là nƣớc có nhiều chất hữu cơ, dẫn đến nhu cầu oxy hóa tăng lên, vì vậy việc tiêu thụ oxy trong nƣớc cũng tăng lên. Chỉ số DO cao chứng tỏ trong nƣớc có nhiều rong tảo tham gia quá trình quang hợp góp phần giải phóng oxy.
Chỉ số DO là chỉ tiêu quan trọng để duy trì điều kiện hiếu khí và là cơ sở để xác định nhu cầu oxy sinh học. Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) Nhu cầu oxy sinh hóa: Là lƣợng oxy cần thiết mà vi sinh vật tiêu thụ trong quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong nƣớc (đặc biệt là nƣớc thải): Quá trình này đƣợc tóm tắt nhƣ sau: Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O Chỉ số BOD là thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nƣớc do các chất hữu cơ có thể bị vi sinh vật phân hủy trong điều kiện hiếu khí. Quá trình này đòi hỏi thời gian dài ngày, vì phải phụ thuộc vào bản chất của chất hữu cơ, vào các chủng loại vi sinh vật, nhiệt độ của nguồn nƣớc cũng nhƣ vào một số chất có độc tính ở trong nƣớc. Bình thƣờng 70% nhu cầu oxy GVHD: TS.
Nguyễn Thị Kim Dung Sinh viên: Nguyễn Văn Cường – MT1201 4 Trường Đại học Dân Lập Hải Phòng Khoá luận tốt nghiệp đƣợc sử dụng trong 5 ngày đầu, 20% trong ngày tiếp theo và 99% ở ngày thứ 20 và 100% ở ngày thứ 21. Để xác định chỉ số BOD5 ngƣời ta lấy một lƣợng nhất định mẫu vào chai sẫm màu, pha loãng bằng một thể tích xác định dung dịch pha loãng (nƣớc cất bổ xung một vài nguyên tố dinh dƣỡng N,P,K…bão hòa oxy theo tỷ lệ tính toán sẵn, sao cho đảm bảo dƣ oxy hóa tan trong quá trình phân hủy sinh học), nếu mẫu nƣớc thiếu vi sinh vật có thể thêm một ít nƣớc chứa vi sinh vật vào. Xác định nồng độ oxy hòa tan D1, sau đó đem ủ mẫu ở buồng tối ở 200C, sau 5 ngày đem xác định lại nồng độ oxy hòa tan D5. Chỉ số BOD càng cao chứng tỏ lƣợng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học ô nhiễm trong nƣớc càng lớn.
Nhu cầu oxy hóa học (COD) Chỉ số COD: Là lƣợng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa hóa học các chất hữu cơ trong nƣớc thành CO2 và H2O. COD biểu thị lƣợng chất hữu cơ có thể oxy hóa bằng con đƣờng hóa học. Chỉ số COD có giá trị cao hơn BOD vì nó bao gồm cả lƣợng chất hữu cơ không bị oxy hóa bằng sinh vật. Có thể xác định hàm lƣợng COD bằng phƣơng pháp trắc quang với lƣợng dung dịch K2Cr2O7 - là chất oxy hóa mạnh để oxy hóa các chất hữu cơ trong môi trƣờng axit với xúc tác Ag2SO4.
Cr2O7 2- + 14 H+ + 6e 2Cr3+ + 7H2O Hoặc có thể xác định COD bằng phƣơng pháp chuẩn độ. Theo phƣơng pháp này lƣợng Cr2O7 2- dƣ đƣợc chuẩn độ bằng dung dịch muối Mohr với chỉ thị là dung dịch Ferroin. Điểm tƣơng đƣơng đƣợc xác định khi dung dịch chuyển màu xanh sang đỏ nhạt. 6Fe2+ + Cr2O7 2- + 14 H+ 6 Fe3+ + 2 Cr3+ + 7 H2O 1.
Các chỉ tiêu vi sinh Nƣớc là một phƣơng tiện lan truyền các nguồn bệnh và trong thực tế các bệnh lây lan qua môi trƣờng nƣớc là nguyên nhân chính gây ra các bệnh tật, nhất GVHD: TS. Nguyễn Thị Kim Dung Sinh viên: Nguyễn Văn Cường – MT1201 5 Trường Đại học Dân Lập Hải Phòng Khoá luận tốt nghiệp là tại các nƣớc đang phát triển. Chất lƣợng về mặt vi sinh của nƣớc thƣờng đƣợc biểu thị bằng nồng độ của vi khuẩn chỉ thị, đó là những vi khuẩn không gây bệnh, về nguyên tắc thì đó là nhóm trực khuẩn. Thông số biểu thị đƣợc sử dụng rộng rãi nhất là chỉ số E-coli.
Các vi khuẩn dạng trực khuẩn đặc trƣng gồm Escherichia colo (E.coli), Steptococcus faealis, Clostridium perfringens. Trong khảo sát chất lƣợng nƣớc cần thiết là phải xác định số vi khuẩn coliform để xem có đạt tiêu chuẩn hay không. Các loài rong tảo làm nƣớc có màu xanh, khi thối rữa lại làm tăng lƣợng chất hữu cơ có trong nƣớc. Các chất hữu cơ này phân hủy sẽ tiêu thụ oxy hòa tan, gây hiện tƣợng thiếu oxy trong nƣớc và làm ô nhiễm nguồn nƣớc.
Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải 1. Quá trình xử lý nƣớc thải Nƣớc thải thƣờng chứa nhiều loại tạp chất có bản chất khác nhau.
