Chương 1. Ô nhiễm môi trường nước từ nguồn nước thải giàu hợp chất nitơ và photpho 1. Hiện trạng Nước là nguồn tài nguyên quý báu và hết sức thiết yếu đối với sự sống trên trái đất. Hiện nay ở Việt Nam, mặc dù các cấp, các ngành đã có nhiều cố gắng trong việc thực hiện chính sách và pháp luật về bảo vệ môi trường, nhưng tình trạng ô nhiễm nước là vấn đề rất đáng lo ngại.
Tốc độ công nghiệp hoá - đô thị hoá khá nhanh và sự gia tăng dân số gây áp lực ngày càng nặng nề đối với tài nguyên nước trong vùng lãnh thổ. Môi trường nước ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm bởi nước thải, khí thải và chất thải rắn. Tại các thành phố lớn, lượng nước thải chưa qua xử lý của hàng trăm cơ sở sản xuất công nghiệp xả thẳng ra môi trường là nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường nguồn nước. Ở khu vực nông thôn, tình trạng ô nhiễm nguồn nước cũng không ngừng gia tăng.
Theo thống kê, có 76% số dân đang sinh sống ở nông thôn, là nơi cơ sở hạ tầng còn lạc hậu, phần lớn các chất thải của con người và gia súc không được xử lý nên thấm xuống đất hoặc rửa trôi làm cho tình trạng ô nhiễm nguồn nước về mặt hữu cơ và vi sinh vật ngày càng cao. Nhiều khu vực đang bị ô nhiễm môi trường rất nặng nề do các loại chất thải từ chăn nuôi dù cho đã thực hiện nhiều biện pháp giảm ô nhiễm môi trường như vệ sinh môi trường, thông tắc cống, làm hầm biogas…Vì vậy việc quản lý chất thải trong chăn nuôi đã được thắt chặt hơn, vấn đề bảo vệ môi trường được quan tâm hơn trước. Thế nhưng sau khi những mô hình chăn nuôi bò sữa cho hiệu quả cao, tạo nên một cú hích cho đời sống của người dân thì mọi người lại bắt đầu chạy theo lợi nhuận mà quên đi những sức ép từ những đàn bò này mang đến cho môi trường. 4 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Không thể không nói việc phát triển những đàn bò sữa là một việc làm rất đúng đắn, có thể cải thiện đời sống cho người dân nhưng chúng ta cũng không thể phủ nhận việc chăn nuôi ồ ạt chính là nguyên nhân dẫn đến tình trạng ô nhiễm tại nhiều khu vực hiện nay.
Có những khu vực, do người dân chăn nuôi bò sữa theo mô hình chăn thả nên môi trường đã bị ô nhiễm nặng nề bởi chất thải từ những đàn bò sữa này. Nhiều nơi, đất và nước đều bốc mùi hôi thối như mùi nước hút bể phốt dù trời nắng hay mưa. Không chỉ có mô hình chăn nuôi chăn thả mới gây ô nhiễm mà mô hình chăn nuôi khác cũng gây ô nhiễm môi trường khi mà người dân không xử lý kịp thời các chất thải từ bò sữa hoặc làm cho lượng chất thải tồn đọng quá nhiều. Theo các chuyên gia môi trường cho biết, tại Việt Nam hiện nay hầu hết các hộ gia đình chăn nuôi đều sử dụng hầm Biogas để xử lý chất thải chăn nuôi, nhưng do lượng chất thải từ bò sữa quá nhiều nên hầm Biogas đã không còn là biện pháp khả thi nữa.
Nguồn gốc Nguyên tố nitơ là thành phần luôn có mặt trong cơ thể động, thực vật sống và trong thành phần của các hợp chất tham gia quá trình sinh hoá. Đồng thời nó cũng tồn tại ở rất nhiều dạng hợp chất vô cơ, hữu cơ trong các sản phẩm công nghiệp và tự nhiên. Nguồn phát thải hợp chất nitơ vào môi trường rất phong phú: từ các chất thải rắn, khí thải, nước thải nhưng quan trọng nhất là từ nguồn phân và chất bài tiết trong nước thải sinh hoạt. Trong nước thải, photpho tồn tại chỉ ở một dạng hoá trị là +5 và do vậy hợp chất photpho tồn tại trong tự nhiên không nhiều: hợp chất muối và este của axit photphoric.
Axit photphoric (H3PO4) là một axit yếu với ba bậc phân li, ứng với các hằng số axit pKa là 2,16, 7,16 và 12,4. Khi phân li, gốc photphat hình thành là thành phần tham gia vào các quá trình sinh hoá của tế bào động, thực vật. Vi sinh vật và nhiều cơ thể sống sử dụng photphat đơn (ortho - photphat) này để tạo ra các hợp chất hữu cơ chứa photphat trong các tế bào: trong axit nucleic, photpho lipit, adenosin triphotphat, hormon. Canxi photphat là thành phần cơ bản của xương.
5 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Photphat là hợp chất không bay hơi, dễ tạo thành các hợp chất có tính tan thấp (với Al3+; Fe2+; Ca2+) nên chúng chỉ tồn tại trong môi trường nước và trong đất, trầm tích. Photpho trong nước thải chủ yếu có từ nguồn gốc: phân người, nước tiểu, đồ thải thức ăn, chất tẩy rửa tổng hợp, chất thải từ sản xuất công nghiệp, chất chống ăn mòn trong các đường ống dẫn nước. Nguồn nước thải sinh hoạt Trong thức ăn của người và động vật nói chung, thành phần nitơ chỉ được cơ thể hấp thu một phần, phần còn lại được thải ra dưới dạng chất rắn (phân) và các chất bài tiết khác (nước tiểu, mồ hôi). Nguồn nước thải từ sinh hoạt gồm: nước vệ sinh tắm, giặt, nước rửa rau, thịt, cá, nước từ bể phốt, từ khách sạn, nhà hàng, các dịch vụ công cộng như thương mại, bến tàu xe, bệnh viện, trường học, khu du lịch, vui chơi, giải trí.Chúng thường được thu gom vào các kênh dẫn thải.
Hợp chất nitơ trong nước thải là các hợp chất amoniac, protein, peptit, axit amin, amin cũng như các thành phần khác trong chất thải rắn và lỏng. Mỗi người hàng ngày tiêu thụ 5- 16g nitơ dưới dạng protein và thải ra khoảng 30% trong số đó. Hàm lượng nitơ thải qua nước tiểu lớn hơn trong phân khoảng 8 lần [9]. Các hợp chất chứa nitơ, đặc biệt là protein, và ure trong nước tiểu bị thuỷ phân rất nhanh tạo thành amoni/amoniac.
Trong các bể phốt xảy ra quá trình phân huỷ yếm khí các chất thải, quá trình phân huỷ này làm giảm đáng kể lượng chất hữu cơ dạng carbon nhưng tác dụng giảm hợp chất nitơ không đáng kể, trừ một phần nhỏ tham gia vào cấu trúc tế bào vi sinh vật. Hàm lượng hợp chất nitơ trong nước thải từ các bể phốt cao hơn so với các nguồn thải chưa qua phân huỷ yếm khí. Trong nước thải sinh hoạt, nitrat và nitrit có hàm lượng rất thấp do lượng oxy hoà tan và mật độ vi sinh tự dưỡng (tập đoàn vi sinh có khả năng oxy hoá amoni) thấp. Thành phần amoni chiếm 60 - 80% hàm lượng nitơ tổng trong nước thải sinh hoạt [10,11].
Nguồn phát thải photpho quan trọng nhất trong nước thải sinh hoạt là phân, thức ăn thừa, chất tẩy rửa tổng hợp. Lượng photpho có nguồn gốc từ phân được ước tính là 0,2 - 1,0 kg P/người/năm hoặc trung bình là 0,6 kg. Lượng photpho từ nguồn chất tẩy rửa tổng hợp được ước tính là 0,3 kg/người/năm. 6 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Sau khi hạn chế hoặc cấm sử dụng photpho trong thành phần chất tẩy rửa, lượng photpho trên giảm xuống, còn khoảng 0,1 kg/người/năm.
Nồng độ hợp chất nitơ, photpho trong nước thải sinh hoạt biến động theo lưu lượng nguồn nước thải. Lượng chất thải vì vậy thường được tính theo đầu người (khối lượng khô) hoặc nồng độ sau khi đã được pha loãng với mức nước sử dụng trên đầu người.1 ghi đặc điểm nước thải sinh hoạt khá đặc trưng của các thành phố ở Mỹ [10, 11]. Mức độ ô nhiễm nước thải sinh hoạt, tính theo khối lượng khô trên đầu người trong ngày tại điểm xả C(x) và tại cống rãnh C(R). Thông số m (g/người/ngày) C(x) (mg/l) C(R) (mg/l) BOD 85 450 187 COD 198 1050 436 Cặn không tan 95 503 209 NH3-N 7,8 41,2 17,2 TKN-N 13,3 70,4 29,3 P-Hữu cơ 1,23 6,5 2,7 P-Vô cơ 2,05 10,8 4,5 P-tổng 3,28 17,3 7,2 Mức độ ô nhiễm nitơ và photpho trong nước thải từ bếp nấu ăn và từ các bể phốt cao hơn so với các giá trị đưa ra trong bảng 1.1 vì hình thái sinh hoạt ở các vùng, các vị trí có nước thải khác nhau, ví dụ khách sạn không có nhà ăn, trường học, các công sở, bệnh viện, khu du lịch, nghỉ mát khác nhau nên nước thải từ các nguồn có độ ô nhiễm cũng khác nhau.
Giá trị ô nhiễm đặc trưng vì vậy chỉ có thể có được bằng cách đánh giá trực tiếp mang tính hệ thống. Nước thải sinh hoạt có nguồn gốc từ nhiều loại hình hoạt động, chúng thường được thu gom về các cống dẫn thải. Thành phần ô nhiễm và mức độ ô nhiễm đặc trưng của nước thải sinh hoạt từ cống dẫn thải được ghi trong bảng 1. 7 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.
Đặc trưng ô nhiễm của nước thải sinh hoạt [10] Nồng độ Thành phần Đơn vị Khoảng Đặc trưng Chất rắn tan mg/l 350 - 1200 700 Cặn không tan mg/l 100 - 350 210 BOD mg/l 110 - 400 210 TOC mg/l 80 - 240 160 COD mg/l 250 - 1000 500 Nitơ tổng (N) mg/l 20 - 85 35 NH3-N mg/l 12 - 50 22 P-tổng (P) mg/l 4 - 15 7 P-hữu cơ mg/l 1-5 2 P-vô cơ mg/l 3- 10 5 1. Nguồn nước thải công nghiệp Ô nhiễm do hợp chất nitơ, photpho từ sản xuất công nghiệp liên quan chủ yếu tới chế biến thực phẩm, sản xuất phân bón hay trong một số ngành nghề đặc biệt như chế biến mủ cao su, chế biến tơ tằm, thuộc da. Chế biến thực phẩm thải một lượng đáng kể hợp chất chứa nitơ, photpho liên quan đến loại thực phẩm chứa nhiều đạm: chế biến thuỷ hải sản, giết mổ và sản xuất thức ăn từ các loại thịt, sữa, đậu, nấm. Chế biến thuỷ sản, giết mổ gia súc gồm các công đoạn sản xuất các sản phẩm đông lạnh (thô) và đồ hộp, tỉ lệ các sản phẩm trên phụ thuộc vào nhu cầu của thị trường và trình độ phát triển công nghệ của từng nước.
Các công đoạn sản xuất thường được thực hiện trong nước hoặc được rửa bằng nước với lượng khá lớn. Nước thải từ khâu giết mổ chứa một lượng lớn máu, mỡ, phân cùng các mảnh thịt vụn, nước thải từ khâu giết mổ được thu gom cùng với nước vệ sinh dụng cụ hoặc diện tích làm việc. Hợp chất chứa nitơ, photpho nhanh chóng được tiết ra từ các thành phần rắn vào nước với tốc độ phụ thuộc vào mức độ phân tán (kích thước), nhiệt độ môi trường và loại sản phẩm chế biến.