Nghiên cứu xử lý nitơ và phospho trong nước thải sinh hoạt bằng vi tảo Chlorella sp

Nghiên cứu khả năng xử lý nitơ và phospho trong nước thải sinh hoạt bằng vi tảo Chlorella sp, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

• Tác giả: Nguyễn Thị Phương Dung
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Trần Thiện Khánh
• Trường học: Trường Đại Học An Giang
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật – Công Nghệ – Môi Trường
• Đề tài: Nghiên Cứu Khả Năng Xử Lý Nitơ Và Phospho Trong Nước Thải Sinh Hoạt Bằng Vi Tảo Chlorella Sp.
• Loại tài liệu: khóa luận tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: An Giang

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM TẠ
• LỜI CAM KẾT
• 1. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
• 2. CHƯƠNG 2: LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU
• 2.1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT
• 2.1.1. Khái niệm
• 2.1.2. Thành phần
• 2.1.3. Tiêu chuẩn thải đối với chất dinh dưỡng của EU
• 2.1.4. Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt đến môi trường và con người
• 2.2. TỔNG QUAN VỀ VI TẢO
• 2.2.1. Đặc điểm sinh học của vi tảo
• 2.2.2. Phân loại
• 2.2.3. Giá trị dinh dưỡng của vi tảo
• 2.2.4. Giai đoạn phát triển của quần thể

Tóm tắt

I. Xử lý nước thải sinh hoạt

Nghiên cứu tập trung vào xử lý nước thải sinh hoạt, một vấn đề môi trường cấp bách. Nước thải sinh hoạt chứa hàm lượng cao nitơ và phospho, gây ô nhiễm nghiêm trọng, đặc biệt là hiện tượng phú dưỡng (eutrophication). Các phương pháp xử lý truyền thống thường tốn kém và gây ảnh hưởng xấu đến môi trường. Vì vậy, tìm kiếm giải pháp hiệu quả và kinh tế là cần thiết. Đề tài này đề xuất sử dụng vi tảo Chlorella sp. để xử lý, tận dụng khả năng hấp thụ nitơ và phospho của tảo, góp phần bảo vệ môi trường. Nước thải đô thị hiện nay đang là một vấn đề nan giải, cần phải có biện pháp xử lý triệt để.

1.1. Ưu điểm của phương pháp sử dụng vi tảo

Sử dụng vi tảo Chlorella sp. trong xử lý nước thải sinh hoạt mang lại nhiều lợi ích. Việc này giảm thiểu chi phí so với các phương pháp hóa học truyền thống. Quá trình quang hợp của tảo giúp hấp thụ CO2, giảm hiệu ứng nhà kính. Sinh khối vi tảo thu được có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như thủy sản, hóa dược, mỹ phẩm, và sản xuất nhiên liệu sinh học. Đây là một giải pháp công nghệ xanh, góp phần vào bền vững môi trường. Việc này giải quyết được vấn đề tài nguyên nước, đồng thời giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Vi tảo là nguồn sinh khối tái tạo, có tiềm năng thay thế nhiên liệu hóa thạch. Nghiên cứu đã chỉ ra hiệu quả xử lý nitơ đạt 60% − 80% và phospho đạt 60% − 100% trong điều kiện mùa hè (Nguyễn Minh Phương, 2011).

1.2. Thực trạng ô nhiễm nước thải sinh hoạt và nhu cầu xử lý

Nước thải sinh hoạt gây ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng đến sức khỏe con người và hệ sinh thái. Hàm lượng nitơ và phospho cao trong nước thải gây phú dưỡng, dẫn đến hiện tượng tảo nở hoa, thiếu oxy, cá chết. Theo ông Yutaka Matsuzawa, nước thải sinh hoạt là tác nhân ô nhiễm nguồn nước hàng đầu tại Việt Nam (Thúy Hồng, 2010). Chỉ có khoảng 6% lượng nước thải đô thị được xử lý (Thúy Hồng, 2010). Xử lý nước thải là vấn đề cấp thiết, cần có các giải pháp hiệu quả, kinh tế, và thân thiện với môi trường. Việc xử lý nitơ và phospho là trọng tâm, nhằm giảm thiểu tác động tiêu cực đến hệ sinh thái và sức khỏe con người. Theo WHO, hàng năm có nhiều người tử vong do nguồn nước ô nhiễm (Thúy Hồng, 2010). Ô nhiễm nguồn nước là vấn đề nghiêm trọng, đòi hỏi giải pháp toàn diện.

II. Vi tảo Chlorella sp

Vi tảo Chlorella sp. được lựa chọn là giải pháp xử lý nitơ và phospho trong nước thải sinh hoạt nhờ khả năng hấp thụ dinh dưỡng cao. Chlorella sp. là loài tảo phổ biến, dễ nuôi trồng, và có hiệu quả xử lý nước thải cao. Nghiên cứu về sinh trưởng vi tảo và tối ưu hóa điều kiện nuôi trồng là quan trọng để đạt hiệu quả xử lý tối đa. Sinh khối vi tảo sau thu hoạch có thể được tận dụng, tạo ra giá trị kinh tế cao. Nuôi cấy vi tảo cần điều kiện môi trường thích hợp về ánh sáng, nhiệt độ, và pH. Phân tích nước thải trước và sau khi xử lý giúp đánh giá hiệu quả của quá trình.

2.1. Đặc điểm sinh học và sinh trưởng của vi tảo Chlorella sp.

Vi tảo Chlorella sp. có đặc điểm sinh trưởng nhanh, hấp thụ nitơ và phospho hiệu quả. Sinh trưởng vi tảo phụ thuộc vào nhiều yếu tố như ánh sáng, nhiệt độ, pH, và dinh dưỡng. Điều kiện nuôi cấy vi tảo cần được tối ưu hóa để đạt hiệu quả cao nhất. Nghiên cứu về sinh trưởng vi tảo giúp hiểu rõ hơn về quá trình hấp thụ nitơ và phospho. Tảo Chlorella sp. có nhiều ứng dụng trong nhiều ngành. Ánh sáng cho vi tảo, nhiệt độ cho vi tảo, pH cho vi tảo, và dinh dưỡng vi tảo là những yếu tố quan trọng cần được kiểm soát. Thu hoạch vi tảo là bước quan trọng trong quá trình xử lý. Các loài Chlorella vulgaris và Chlorella pyrenoidosa cũng được nghiên cứu.

2.2. Cơ chế hấp thụ nitơ và phospho của vi tảo Chlorella sp.

Vi tảo Chlorella sp. hấp thụ nitơ và phospho từ nước thải sinh hoạt qua quá trình trao đổi chất. Quá trình nitrat hóa và quá trình khử nitrat ảnh hưởng đến quá trình hấp thụ nitơ. Quá trình photphat hóa liên quan đến hấp thụ phospho. Hiểu rõ cơ chế hấp thụ nitơ và phospho giúp tối ưu hóa quá trình xử lý. Loại bỏ nitơ và phospho hiệu quả đóng góp vào việc cải thiện chất lượng nước. Mô hình xử lý nước thải bằng vi tảo cần được xây dựng dựa trên cơ sở khoa học. Tham số chất lượng nước cần được theo dõi chặt chẽ. Quy trình xử lý nước thải cần được thiết kế hợp lý. Phân tích nước thải là bước quan trọng để đánh giá hiệu quả.

III. Kết quả và đánh giá

Phần này trình bày kết quả thí nghiệm xử lý nước thải, bao gồm dữ liệu về nồng độ nitơ, phospho, và các tham số chất lượng nước khác. Phân tích nước thải trước và sau xử lý giúp đánh giá hiệu quả của phương pháp. Hiệu quả xử lý nước thải được đánh giá dựa trên các chỉ tiêu cụ thể. Chi phí xử lý nước thải cũng được tính toán và phân tích. Ứng dụng vi tảo trong xử lý nước thải được đánh giá dựa trên tính khả thi và hiệu quả kinh tế.

3.1. Phân tích kết quả thí nghiệm

Kết quả thí nghiệm xử lý nước thải sinh hoạt bằng vi tảo Chlorella sp. cho thấy hiệu quả loại bỏ nitơ và phospho. Dữ liệu về nồng độ nitơ và phospho trước và sau xử lý được trình bày chi tiết. Các tham số chất lượng nước khác như BOD, COD, SS cũng được phân tích. Phân tích số liệu giúp đánh giá hiệu quả của phương pháp. Các biểu đồ và bảng số liệu minh họa rõ ràng kết quả thí nghiệm. Thực vật phù du có thể ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm. Ô nhiễm nitơ và ô nhiễm phospho giảm đáng kể sau khi xử lý. Nồng độ nitơ và nồng độ phospho trong nước thải giảm xuống dưới mức cho phép.

3.2. Đánh giá hiệu quả kinh tế và môi trường

Hiệu quả kinh tế của phương pháp được đánh giá dựa trên chi phí đầu tư, vận hành, và thu hồi sinh khối tảo. Chi phí xử lý nước thải được so sánh với các phương pháp khác. Bền vững môi trường là yếu tố quan trọng được xem xét. Công nghệ xanh này đóng góp vào việc bảo vệ môi trường. Sản phẩm từ vi tảo tạo ra giá trị kinh tế. Tái chế nước thải góp phần tiết kiệm tài nguyên nước. Ứng dụng thực tiễn của phương pháp này được đề xuất. Kết luận về hiệu quả kinh tế và môi trường của phương pháp được đưa ra.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Nước thải sinh hoạt từ các khu dân cư và đô thị đang là một trong những nguyên nhân chính gây ô nhiễm nguồn nước mặt tại Việt Nam. Do rào cản về kinh phí đầu tư xây dựng và chi phí vận hành, phần lớn các hệ thống xử lý nước thải hiện hành chỉ xử lý nước thải đạt mức xả thải tối thiểu theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia. Hàm lượng các hợp chất dinh dưỡng như nitơ (N) và phospho (P) còn tồn đọng trong nước sau xử lý khi xả vào nguồn tiếp nhận sẽ dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hóa, làm bùng phát các loài tảo gây hại, suy giảm lượng oxy hòa tan và hủy hoại hệ sinh thái thủy sinh.

Các giải pháp hóa học để loại bỏ triệt để nitơ và phospho thường đòi hỏi chi phí hóa chất cao, đồng thời tiềm ẩn nguy cơ phát sinh dư lượng hóa chất thứ cấp gây độc hại cho môi trường. Việc xây dựng bổ sung các công trình sinh học truyền thống lại gặp hạn chế về quỹ đất và chi phí vận hành. Trong bối cảnh đó, giải pháp sử dụng vi tảo quang tự dưỡng – cụ thể là loài vi tảo lục Chlorella sp. – mang lại tiềm năng xử lý kép: vừa hấp thu hiệu quả các hợp chất nitơ và phospho để làm nguồn dinh dưỡng xây dựng tế bào, vừa cố định khí $CO_2$ thông qua quá trình quang hợp nhằm giảm hiệu ứng nhà kính. Đồng thời, sinh khối vi tảo thu hồi sau quá trình xử lý có thể sử dụng làm nguồn nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học (biodiesel), phân bón hữu cơ hoặc thức ăn trong nuôi trồng thủy sản.

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thị Phương Dung tập trung giải quyết các mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu sau:

1. Mục tiêu nghiên cứu: Đánh giá khả năng xử lý nitơ và phospho trong nước thải sinh hoạt của loài vi tảo Chlorella sp. trong điều kiện phòng thí nghiệm.
2. Nhiệm vụ nghiên cứu:
   • Xác định đặc tính ô nhiễm ban đầu của nguồn nước thải sinh hoạt thu gom thực tế.
   • Khảo sát sự biến động của các chỉ tiêu chất lượng nước ($pH$, $TN$, $N\text{-}NH_4^+$, $TP$, $P\text{-}PO_4^{3-}$, $COD$, $BOD_5$) trong quy trình xử lý 7 ngày bằng vi tảo Chlorella sp. dưới hai điều kiện xử lý sơ bộ khác nhau (keo tụ – lắng bằng phèn và lắng tự nhiên).
   • Theo dõi mật độ sinh trưởng và tốc độ tăng trưởng của vi tảo Chlorella sp. trong môi trường nước thải.
   • So sánh và đánh giá hiệu quả loại bỏ các chất ô nhiễm giữa hai nghiệm thức nhằm xác định giải pháp tiền xử lý tối ưu.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

• Đối tượng nghiên cứu: Khả năng hấp thu, xử lý nitơ và phospho của vi tảo Chlorella sp. cùng đặc tính lý hóa của nước thải sinh hoạt trước và sau quá trình xử lý.
• Phạm vi không gian: Thực nghiệm được tiến hành tại Phòng thí nghiệm 420, Khoa Kỹ thuật – Công nghệ – Môi trường, Trường Đại học An Giang. Mẫu nước thải sinh hoạt được thu gom trực tiếp tại cửa xả cống thoát nước Kênh Đào, phường Mỹ Phước, thành phố Long Xuyên, tỉnh An Giang.
• Phạm vi thời gian: Đề tài được triển khai thực hiện từ tháng 12 năm 2015 đến tháng 04 năm 2016.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình sinh học

Nghiên cứu dựa trên các cơ sở khoa học về sinh học vi tảo và kỹ thuật xử lý nước thải sinh học:

• Đặc tính sinh học của Chlorella sp.: Là vi tảo lục đơn bào thuộc ngành Chlorophyceae, lớp Trebouxiophyceae, bộ Chlorellales, họ Chlorella. Tế bào có kích thước hiển vi 3–5 $\mu m$, vách cellulose, chứa chlorophyll a và b, sinh sản vô tính bằng bất động bào tử. Chlorella sp. thích ứng tốt trong khoảng $pH = 6,0 - 8,5$, nhiệt độ $25^\circ\text{C} - 35^\circ\text{C}$, độ mặn $0 - 35\text{ ppt}$. Thành phần tế bào khô chứa 40%–60% protein, 10%–20% lipid và 20% carbohydrate.
• Cơ chế hấp thu dinh dưỡng: Vi tảo sử dụng nitơ và phospho để tổng hợp protein, nucleic acid, phospholipid và sắc tố quang hợp. Vi tảo ưu tiên hấp thu nitơ dạng amoni ($N\text{-}NH_4^+$) hơn dạng nitrat ($N\text{-}NO_3^-$) do không tiêu tốn năng lượng cho quá trình khử enzyme. Đối với phospho, tảo hấp thu trực tiếp phosphate vô cơ hòa tan (DIP dạng $PO_4^{3-}$); trong điều kiện thiếu hụt, enzyme ngoại bào alkaline phosphatase được tiết ra để thủy phân phospho hữu cơ hòa tan (DOP) thành dạng vô cơ, đồng thời tích trữ phospho dư thừa dưới dạng hạt polyphosphate trong tế bào.
• Động học sinh trưởng của vi tảo: Quần thể vi tảo phát triển qua 5 pha điển hình (pha thích ứng, pha tăng sinh theo hàm số mũ $C_t = C_0 \cdot e^{\mu t}$, pha bão hòa và pha suy tàn).

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu được thiết kế theo mô hình mẻ gián đoạn (batch culture) trong phòng thí nghiệm, bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 3 lần lặp lại cho mỗi nghiệm thức trong chu kỳ 7 ngày:

• Mô hình thí nghiệm: Sử dụng các bình keo thủy tinh hình trụ trong suốt thể tích 15 lít (chiều cao $h = 36\text{ cm}$, đường kính $D = 23\text{ cm}$), nắp đậy kín để hạn chế nhiễm tạp. Thể tích nước thải nạp vào là 8 lít (chiều cao cột nước khoảng 24 cm, đảm bảo khả năng xuyên thấu quang học). Bổ sung 70 ml dung dịch giống vi tảo Chlorella sp. (cung cấp từ Khoa Thủy sản – Trường Đại học Cần Thơ, nuôi giữ trong môi trường dinh dưỡng Walne) để đạt mật độ ban đầu khoảng $100.000\text{ tế bào/ml}$.
• Điều kiện vận hành: Hệ thống được chiếu sáng liên tục 24/24 bằng đèn huỳnh quang công suất 36 W (chiều dài 1,2 m) với cường độ ánh sáng đạt $1.000\text{ lux}$; sục khí liên tục bằng máy sục khí để xáo trộn đều, cung cấp nguồn $CO_2$ cho quang hợp và duy trì điều kiện hiếu khí.
• Bố trí 2 nghiệm thức (NT):
  • Nghiệm thức 1 (NT1): Nước thải sinh hoạt được xử lý sơ bộ bằng phương pháp keo tụ – lắng với dung dịch phèn bão hòa, điều chỉnh $pH$ về khoảng 6,0–7,0 cho cặn lắng hoàn toàn, gạn lấy phần nước trong có hàm lượng chất rắn lơ lửng ($TSS$) đạt loại A theo QCVN 14:2008/BTNMT ($< 50\text{ mg/l}$).
  • Nghiệm thức 2 (NT2): Nước thải sinh hoạt chỉ qua bước xử lý sơ bộ bằng phương pháp lắng trọng lực tự nhiên để loại bỏ cặn thô trước khi đưa vào nuôi tảo.

Nghiệm thức	Phương pháp xử lý sơ bộ	Nồng độ nước thải (%)	Mật độ tảo ban đầu (ct/ml)	Số lần lặp lại	Thời gian (ngày)
NT1	Keo tụ bằng phèn + lắng	100%	$\approx 100.000$	3	7
NT2	Lắng tự nhiên	100%	$\approx 100.000$	3	7

Phương pháp phân tích và xử lý số liệu

Mẫu nước được thu thập định kỳ vào lúc 8h00 sáng mỗi ngày (500 ml/nghiệm thức) để phân tích theo các Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN) và Tiêu chuẩn quốc tế:

• Chỉ tiêu $pH$: Đo trực tiếp bằng máy đo $pH$ điện tử.
• Tổng Nitơ ($TN$): Phân tích theo TCVN 5987–1995 (vô cơ hóa bằng phương pháp Kjeldahl với xúc tác và axit $H_2SO_4$ đậm đặc, chưng cất giải phóng $NH_3$ thu vào dung dịch axit boric, chuẩn độ bằng dung dịch $HCl$ 0,1 N chuẩn).
• Amonia ($N\text{-}NH_4^+$): Phân tích theo TCVN 5988:1995 (kiềm hóa mẫu bằng $MgO$ 5%, chưng cất bán tự động và chuẩn độ bằng $HCl$ 0,1 N).
• Tổng Phospho ($TP$): Vô cơ hóa mẫu bằng hỗn hợp $H_2SO_4$ và $HNO_3$ đậm đặc trên bếp phá mẫu Kjeldahl, lọc qua màng 0,45 $\mu m$, định mức và phân tích so màu quang phổ.
• Phosphate vô cơ ($P\text{-}PO_4^{3-}$): Phân tích trắc quang theo phương pháp SMEWW 4500-P-2005 tại bước sóng 880 nm với dãy dung dịch chuẩn từ 0,05 mg/l đến 1,0 mg/l.
• Nhu cầu oxy hóa học ($COD$): Xác định theo phương pháp chuẩn độ pemanganat (TCVN 4565–88).
• Nhu cầu oxy sinh học ($BOD_5$): Xác định theo TCVN 4566–88.
• Mật độ tế bào vi tảo: Đếm định kỳ vào các ngày 0, 1, 3, 5, 7 bằng buồng đếm Sedgewick-Rafter (thể tích 1 ml, diện tích $1.000\text{ mm}^2$, chia 1.000 ô nhỏ diện tích $1\text{ mm}^2$) dưới kính hiển vi quang học, áp dụng công thức của Boyd và Tucker (1992): $$N = \frac{T \times 1.000}{A \times n}$$ Trong đó: $T$ là tổng số cá thể đếm được; $A$ là diện tích một ô đếm ($1\text{ mm}^2$); $n$ là số ô đếm; $1.000\text{ mm}^2$ là diện tích buồng đếm.
• Tốc độ tăng trưởng đặc trưng ($\mu$): Tính toán theo công thức của Dương Thị Hoàng Oanh và ctv (2006): $$\mu = \frac{\ln(N_t) - \ln(N_0)}{t}$$
• Xử lý số liệu: Số liệu thực nghiệm được tính toán giá trị trung bình bằng phần mềm Microsoft Excel và kiểm định phương sai một yếu tố (ANOVA) bằng phần mềm IBM SPSS Statistics.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Giới thiệu

Chương này phân tích thực trạng quá tải ô nhiễm chất dinh dưỡng (nitơ và phospho) trong nước thải sinh hoạt đô thị và nguy cơ suy thoái môi trường do phú dưỡng hóa. Tác giả chỉ ra hạn chế của các phương pháp hóa lý và sinh học truyền thống, từ đó đặt vấn đề khai thác tiềm năng của vi tảo Chlorella sp. như một công nghệ sinh thái thân thiện, chi phí thấp, cho phép đồng thời xử lý chất ô nhiễm và tạo nguồn sinh khối thứ cấp giàu giá trị kinh tế.

Chương 2: Lược khảo tài liệu

Chương 2 tổng hợp toàn diện các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm liên quan đến nước thải sinh hoạt và vi tảo:

• Phân tích nguồn gốc, thành phần nước thải sinh hoạt: hàm lượng chất hữu cơ ($150 - 450\text{ mg/l}$ trọng lượng khô, gồm 40%–50% protein, 40%–50% carbohydrate, 5%–10% lipid), tải trọng ô nhiễm theo TCXD-51-84, tính chất nước thải theo Lâm Minh Triết (2008) và Lê Văn Cát (2007).
• Tổng quan hệ số tác động của ô nhiễm nước và phú dưỡng hóa dựa trên số liệu của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO), Hội Bảo vệ Thiên nhiên và Môi trường Việt Nam (VACNE) và các nghiên cứu hiện trường tại Hồ Tây, hồ Xuân Hương, hồ Dianchi.
• Phân loại học, hình thái, cấu tạo tế bào, thành phần sinh hóa (bảng thành phần acid amin, vitamin, khoáng chất theo Trần Đình Toại và Châu Văn Minh, 2005) cùng các yếu tố môi trường chi phối vi tảo Chlorella sp.
• Tổng kết các công trình nghiên cứu tiền nghiệm về xử lý nước thải bằng vi tảo trong và ngoài nước: nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo bằng Chlorella sp. và Daphnia của Võ Thị Kiều Thanh và cs (2012); xử lý nước thải ao cá tra của Trần Chấn Bắc và cs (2013); mô hình ống dẫn chiết xuất dầu sinh học bằng dimethyl ether của Nguyễn Trung Hiệp và cs (2015); cùng các công trình quốc tế của Karin Larsdotter (2006), Kwangyong Lee (2001), Mostafa S. (2012), Deviram (2011) và báo cáo tổng hợp Cleantech (2013).

Chương 3: Phương pháp nghiên cứu

Trình bày chi tiết vị trí lấy mẫu, thiết kế cấu tạo mô hình keo thủy tinh 15 lít, quy trình vận hành và thông số kỹ thuật nuôi cấy vi tảo. Chương này cung cấp chi tiết từng bước chuẩn bị hóa chất, phá mẫu, chưng cất Kjeldahl, dựng đường chuẩn trắc quang phospho/phosphate, quy trình sử dụng buồng đếm Sedgewick-Rafter và các công thức toán học xác định nồng độ ô nhiễm, mật độ tế bào và tốc độ tăng trưởng của vi tảo.

Chương 4: Kết quả nghiên cứu

Trình bày toàn bộ dữ liệu thực nghiệm thu được qua 7 ngày theo dõi, phân tích động học biến đổi của từng thông số ($pH$, amonia, tổng nitơ, phosphate, tổng phospho, $COD$, $BOD_5$) và sự biến động mật độ vi tảo giữa hai nghiệm thức NT1 và NT2. Tác giả sử dụng các biểu đồ tiến trình và bảng phân tích phương sai ANOVA để làm rõ cơ chế tác động của bước xử lý sơ bộ keo tụ bằng phèn đối với khả năng quang hợp và hấp thu dinh dưỡng của vi tảo Chlorella sp.

Kết quả và đóng góp

Kết quả định lượng chính

Chất lượng nước thải sinh hoạt ban đầu thu tại cống Kênh Đào thể hiện mức độ ô nhiễm cao, vượt nhiều lần quy chuẩn xả thải QCVN 14:2008/BTNMT: $pH = 7,85$; $TN = 61,05\text{ mg/l}$; $N\text{-}NH_4^+ = 26,54\text{ mg/l}$; $TP = 67,82\text{ mg/l}$; $P\text{-}PO_4^{3-} = 60,41\text{ mg/l}$; $COD = 181,05\text{ mg/l}$; $BOD_5 = 143,21\text{ mg/l}$; $TSS = 134,00\text{ mg/l}$.

Sau quá trình xử lý sơ bộ:

• NT1 (Keo tụ phèn): Hàm lượng $TSS$ giảm mạnh từ $134,00\text{ mg/l}$ xuống $47,00\text{ mg/l}$ (đạt loại A QCVN 14:2008/BTNMT, $< 50\text{ mg/l}$), nước trong rõ rệt; $pH = 6,67$; $TN = 69,30\text{ mg/l}$; $N\text{-}NH_4^+ = 37,27\text{ mg/l}$; $TP = 58,42\text{ mg/l}$; $P\text{-}PO_4^{3-} = 41,28\text{ mg/l}$; $COD = 151,28\text{ mg/l}$; $BOD_5 = 125,32\text{ mg/l}$ (hoặc mẫu thí nghiệm $102,57\text{ mg/l}$).
• NT2 (Lắng tự nhiên): $TSS$ giảm xuống $65,00\text{ mg/l}$ (chỉ đạt loại B); $pH = 7,85$; $TN = 53,20\text{ mg/l}$; $N\text{-}NH_4^+ = 24,66\text{ mg/l}$; $TP = 63,28\text{ mg/l}$; $P\text{-}PO_4^{3-} = 57,43\text{ mg/l}$; $COD = 178,40\text{ mg/l}$; $BOD_5 = 141,44\text{ mg/l}$ (hoặc mẫu thí nghiệm $121,13\text{ mg/l}$).

Hiệu suất xử lý các chỉ tiêu ô nhiễm sau 7 ngày vận hành bằng vi tảo Chlorella sp. được tổng hợp trong bảng đối chiếu sau:

Chỉ tiêu phân tích	Nghiệm thức 1 (Keo tụ phèn)		Nghiệm thức 2 (Lắng tự nhiên)		Chênh lệch hiệu quả
	Nồng độ (mg/l)	Hiệu suất (%)	Nồng độ (mg/l)	Hiệu suất (%)
Tổng Nitơ (TN)	$69,30 \rightarrow 9,57$	86,19%	$53,20 \rightarrow 19,37$	63,59%	NT1 cao hơn 22,60%
Amonia ($N\text{-}NH_4^+$)	$37,27 \rightarrow 16,81$	54,90%	$24,66 \rightarrow 5,05$	79,52%	NT1 khử $20,46\text{ mg/l}$; NT2 khử $19,61\text{ mg/l}$
Tổng Phospho (TP)	$58,42 \rightarrow 22,88$	60,84%	$63,28 \rightarrow 45,40$	28,26%	NT1 cao hơn 32,58%
Phosphate ($P\text{-}PO_4^{3-}$)	$41,28 \rightarrow 20,91$	49,35%	$57,43 \rightarrow 39,96$	30,42%	NT1 cao hơn 18,93%
COD	$151,28 \rightarrow 62,48$	58,70%	$178,40 \rightarrow 83,60$	53,14%	NT1 cao hơn 5,56%
$BOD_5$	$102,57 \rightarrow 42,30$	58,76%	$121,13 \rightarrow 57,10$	52,86%	NT1 cao hơn 5,90%
Mật độ tảo cực đại	$640.000\text{ ct/ml}$ (Ngày 3)	$\mu = 11.948\text{ ct/ngày}$	$566.666\text{ ct/ml}$ (Ngày 3)	$\mu = 11.943\text{ ct/ngày}$	NT1 mật độ sinh khối cao hơn

Cơ chế và động học xử lý

• Động học sinh trưởng của tảo: Ở cả hai nghiệm thức, mật độ vi tảo giảm trong ngày đầu tiên ($100.000\text{ ct/ml}$ giảm xuống $58.667\text{ ct/ml}$ ở NT1 và $52.000\text{ ct/ml}$ ở NT2) do vi tảo bị sốc khi chuyển từ môi trường giàu dinh dưỡng Walne sang môi trường nước thải. Tảo thích nghi và bùng phát sinh khối đạt cực đại vào ngày thứ 3 ($640.000\text{ ct/ml}$ ở NT1 và $566.666\text{ ct/ml}$ ở NT2), sau đó bước vào pha suy tàn do cạn kiệt nguồn dưỡng chất cần thiết (ngày 7 giảm còn $71.667\text{ ct/ml}$ ở NT1 và $75.000\text{ ct/ml}$ ở NT2).
• Động học khử nitơ và phospho: Nồng độ $N\text{-}NH_4^+$, $TP$ và $P\text{-}PO_4^{3-}$ tăng nhẹ trong 1–2 ngày đầu do lượng dinh dưỡng bổ sung từ 70 ml môi trường Walne và sự giải phóng chất dinh dưỡng từ các tế bào tảo bị chết trong giai đoạn sốc môi trường. Từ ngày thứ 3 đến ngày thứ 6, vi tảo bước vào pha sinh trưởng mạnh, hấp thu ồ ạt nitơ và phospho, làm nồng độ các chất này trong nước suy giảm nhanh chóng.
• Vai trò của quá trình sục khí: Sự suy giảm $COD$ ($53,14% - 58,70%$) và $BOD_5$ ($52,86% - 58,76%$) chủ yếu diễn ra nhờ hoạt động phân hủy hiếu khí của quần thể vi sinh vật bản địa được thúc đẩy bởi quá trình sục khí liên tục.

Giải pháp và đóng góp của công trình

• Đề xuất công nghệ: Cần kết hợp công đoạn xử lý sơ bộ keo tụ – lắng bằng phèn trước khi đưa nước thải vào công trình sinh học nuôi vi tảo. Việc đưa hàm lượng $TSS$ về dưới $50\text{ mg/l}$ giúp cải thiện độ truyền quang của nước thải, tạo điều kiện cho vi tảo quang hợp tối đa, từ đó nâng cao vượt trội hiệu suất xử lý $TN$ (đạt $86,19%$) và $TP$ (đạt $60,84%$).
• Đóng góp khoa học: Đề tài cung cấp dữ liệu thực nghiệm có tính hệ thống về động học phát triển và khả năng chuyển hóa dinh dưỡng của vi tảo Chlorella sp. trên nền nước thải sinh hoạt thực tế tại khu vực Đồng bằng sông Cửu Long, chứng minh tính khả thi của giải pháp kết hợp xử lý nước thải gắn với thu hồi sinh khối.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế của đề tài:
  • Nghiên cứu mới dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm theo chế độ mẻ gián đoạn dung tích nhỏ (8 lít nước thải), chưa vận hành theo mô hình dòng chảy liên tục.
  • Sử dụng hệ thống chiếu sáng nhân tạo (đèn huỳnh quang $1.000\text{ lux}$) và sục khí liên tục 24/24 giờ, chưa phản ánh đầy đủ tác động của chu kỳ chiếu sáng tự nhiên ngày/đêm và sự biến thiên nhiệt độ thời tiết ngoài trời.
  • Chưa tiến hành khảo sát các tỷ lệ pha loãng nước thải khác nhau hoặc tối ưu hóa mật độ cấy vi tảo ban đầu.
  • Chưa thực hiện bước thu hoạch sinh khối vi tảo sau xử lý để phân tích hàm lượng lipid phục vụ định lượng khả năng sản xuất nhiên liệu sinh học.
• Hướng nghiên cứu tiếp theo:
  • Mở rộng quy mô thử nghiệm ở hệ thống nuôi cấy liên tục dạng bể hở (raceway pond) hoặc hệ thống phản ứng quang sinh học (photobioreactor) sử dụng ánh sáng mặt trời tự nhiên.
  • Nghiên cứu hoàn thiện các phương pháp thu hoạch sinh khối vi tảo (như sử dụng sinh vật lọc sinh học Daphnia, keo tụ sinh học hoặc lắng lọc) và đánh giá quy trình chiết xuất lipid sản xuất biodiesel từ bã sinh khối sau xử lý.

Giá trị tham khảo

Tài liệu này là nguồn tư liệu tham khảo hữu ích cho:

• Sinh viên, học viên và cán bộ nghiên cứu: Thuộc các chuyên ngành Kỹ thuật môi trường, Công nghệ sinh học môi trường, Quản lý môi trường và Nuôi trồng thủy sản.
• Kỹ sư thiết kế công trình xử lý nước thải: Tham khảo phương pháp tính toán, thiết kế công đoạn tiền xử lý keo tụ để nâng cao hiệu suất của các hồ sinh học hiếu khí/hồ sinh học nuôi tảo.
• Phần nội dung có giá trị tham khảo cao nhất:
  • Quy trình phân tích các chỉ tiêu hóa lý môi trường ($TN$, amonia theo phương pháp Kjeldahl; $TP$, phosphate theo phương pháp trắc quang bước sóng 880 nm; buồng đếm Sedgewick-Rafter).
  • Tập số liệu động học đối chứng 7 ngày giữa hai phương pháp tiền xử lý keo tụ phèn và lắng tự nhiên.

Câu hỏi thường gặp

1. Vì sao nghiệm thức xử lý sơ bộ bằng keo tụ phèn (NT1) lại cho hiệu suất xử lý Tổng Nitơ và Tổng Phospho cao hơn hẳn nghiệm thức lắng tự nhiên (NT2)?
Xử lý sơ bộ bằng keo tụ phèn giúp loại bỏ phần lớn cặn lơ lửng, đưa chỉ tiêu $TSS$ từ $134\text{ mg/l}$ xuống còn $47\text{ mg/l}$ (đạt chuẩn loại A theo QCVN 14:2008/BTNMT), trong khi lắng tự nhiên chỉ hạ $TSS$ xuống $65\text{ mg/l}$. Hàm lượng cặn thấp giúp nước trong hơn, tăng khả năng truyền dẫn ánh sáng vào cột nước, từ đó thúc đẩy quá trình quang hợp, sinh trưởng và hấp thu dinh dưỡng của vi tảo Chlorella sp. diễn ra mạnh mẽ hơn.

2. Nguyên nhân nào khiến nồng độ amonia, phosphate và tổng phospho tăng nhẹ trong ngày đầu tiên của thí nghiệm?
Nồng độ các chất này tăng nhẹ ở ngày thứ nhất do hai nguyên nhân: thứ nhất, lượng giống tảo 70 ml bổ sung vào mô hình được nuôi giữ trong môi trường Walne có chứa sẵn nồng độ dinh dưỡng cao ($N\text{-}NO_3^- = 147,52\text{ mg/l}$, $N\text{-}NH_4^+ = 0,32\text{ mg/l}$, $P\text{-}PO_4^{3-} = 191,78\text{ mg/l}$); thứ hai, vi tảo bị sốc do chuyển môi trường đột ngột làm một lượng tế bào bị chết và phân hủy, giải phóng ngược lại một phần chất dinh dưỡng vào nguồn nước.

3. Mật độ tế bào vi tảo Chlorella sp. biến động như thế nào trong chu kỳ 7 ngày thí nghiệm?
Khởi đầu với mật độ $100.000\text{ tế bào/ml}$, mật độ tảo giảm nhẹ ở ngày thứ 1 ($58.667\text{ ct/ml}$ ở NT1 và $52.000\text{ ct/ml}$ ở NT2) do hiện tượng sốc môi trường. Đến ngày thứ 3, vi tảo thích nghi hoàn toàn và đạt đỉnh sinh trưởng cực đại ($640.000\text{ ct/ml}$ ở NT1 với tốc độ tăng trưởng $11.948\text{ ct/ngày}$; $566.666\text{ ct/ml}$ ở NT2 với tốc độ tăng trưởng $11.943\text{ ct/ngày}$). Sau ngày thứ 3, mật độ tảo suy giảm liên tục cho đến ngày thứ 7 (còn $71.667\text{ ct/ml}$ ở NT1 và $75.000\text{ ct/ml}$ ở NT2) do cạn kiệt nguồn chất dinh dưỡng trong nước thải.

4. Quá trình khử $COD$ và $BOD_5$ trong nghiên cứu chủ yếu diễn ra theo cơ chế nào?
Sự suy giảm của $COD$ (đạt $58,70%$ ở NT1 và $53,14%$ ở NT2) và $BOD_5$ (đạt $58,76%$ ở NT1 và $52,86%$ ở NT2) không chịu ảnh hưởng chính từ hoạt động của vi tảo, mà chủ yếu nhờ hệ thống sục khí liên tục đã cung cấp lượng oxy hòa tan dồi dào, thúc đẩy quá trình oxy hóa và phân hủy hiếu khí các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học của các vi sinh vật hiếu khí bản địa trong nước thải.

5. Hiệu suất xử lý Amonia ($N\text{-}NH_4^+$) giữa hai nghiệm thức được đánh giá như thế nào?
Mặc dù NT2 có tỷ lệ phần trăm xử lý amonia cao hơn về mặt số học ($79,52%$ so với $54,90%$ ở NT1), nhưng xét về khối lượng thực tế bị loại bỏ thì NT1 khử được $20,46\text{ mg/l}$ amonia ($37,27\text{ mg/l} \rightarrow 16,81\text{ mg/l}$), cao hơn mức khử $19,61\text{ mg/l}$ của NT2 ($24,66\text{ mg/l} \rightarrow 5,05\text{ mg/l}$) do nồng độ đầu vào của NT1 sau bước keo tụ cao hơn.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Nguyễn Thị Phương Dung đã chứng minh khả năng ứng dụng vi tảo Chlorella sp. trong việc xử lý triệt để nitơ và phospho trong nước thải sinh hoạt ở quy mô phòng thí nghiệm. Kết quả thực nghiệm khẳng định bước xử lý sơ bộ đóng vai trò then chốt: nghiệm thức keo tụ bằng phèn hạ $TSS < 50\text{ mg/l}$ giúp vi tảo đạt mật độ sinh trưởng cực đại $640.000\text{ ct/ml}$, đạt hiệu suất xử lý Tổng Nitơ $86,19%$ và Tổng Phospho $60,84%$ sau 7 ngày. Công trình cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu thực nghiệm quan trọng cho việc phát triển các mô hình hồ sinh học xử lý nước thải kết hợp thu hồi sinh khối vi tảo phục vụ mục tiêu phát triển bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU Nước là nguồn tài nguyên vô giá luôn gắn liền với hoạt động sống của con người. Tuy nhiên, nước thải từ các hoạt động sản suất và sinh hoạt của con người đang ngày càng hủy hoại nguồn tài nguyên vô giá đó. Do vấn đề chi phí xây dựng và vận hành hệ thống nên hầu hết các nhà máy xử lý nước thải chỉ đáp ứng chất lượng nước sau xử lý vừa đủ đạt so với các quy chuẩn Việt Nam hiện hành. Tuy nhiên, việc xả vào nguồn tiếp nhận lượng nước còn chứa hàm lượng nitơ và phospho sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng làm suy giảm chất lượng nước tại nguồn tiếp nhận.

Gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe của con người. Để giải quyết hiện tượng này, có nhiều phương pháp, nhưng tìm ra phương pháp vừa xử được nguồn nước vừa không tốn nhiều chi phí là một vấn đề cần phải nghiên cứu. Việc áp dụng các biện pháp hóa học để giải quyết hàm lượng nitơ và phospho còn lại trong nguồn nước xả thải không những gây tốn kém rất nhiều mà các sản phẩm sau phản ứng và dư lượng hóa chất sau xử lý có thể ảnh hưởng xấu đến môi trường. Biện pháp xử lý bằng vi sinh vật có thể được áp dụng.

Tuy nhiên, lượng nước sau hệ thống xử lý đã đạt so với quy chuẩn nên việc xây dựng thêm công trình đơn vị để xử lý sẽ rất tốn kém chi phí và diện tích đất. Để giải quyết đồng thời hai vấn đề môi trường và kinh tế, cần nghiên cứu phương pháp mới. Dựa trên đặc điểm hấp thu nguồn dinh dưỡng chủ yếu là nitơ và phospho của vi tảo, ta có thể tận dụng chúng để giải quyết lượng nitơ và phospho còn lại trong nước thải vừa góp phần làm giảm hiệu ứng nhà kính do quá trình quang hợp của tảo góp phần hấp thu khí CO 2. Bên cạnh đó, sinh khối tảo còn có khả năng thu hồi cung cấp cho ngành thủy sản, hóa dược, mỹ phẩm, chiết suất dầu sinh học… Trong bối cảnh hiện nay, phần lớn hoạt động sản xuất đều cần đến nhiên liệu (ở đây là nhiên liệu hóa thạch).

Tuy nhiên nguồn nhiên liệu hóa thạch đang dần cạn kiệt. Không những thế, hậu quả từ việc khai thác và sử dụng nguồn năng lượng này đang ngày một rõ rệt hơn. Một giải pháp cho vấn đề này là thay thế nhiên liệu hóa thạch bằng nhiên liệu tái tạo, mặc dù không hoàn toàn, nhưng cũng sẽ góp phần giảm ảnh hưởng từ việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch. Có nhiều nguồn nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu tái tạo, tuy nhiên vi tảo là một nguồn nguyên liệu có tính cạnh tranh hơn các nguồn nguyên liệu khác vì nó không can thiệp tới nguồn cung cấp thực phẩm.

Vi tảo có thể phát triển trong nước và hấp thu ánh sáng mặt trời thông qua quang hợp hiệu quả hơn so với thực vật trên cạn do cấu trúc tế bào đơn giản của chúng. Tuy nhiên, sinh khối tảo cho sản xuất nhiên liệu tái tạo được coi là không kinh tế nếu nuôi tảo trong nguồn nước đang được sử dụng cho các mục đích khác. Trong số các loài vi tảo, Chlorella sp. được biết đến rộng rãi trong nhiều lĩnh vực đặc biệt là xử lý nước thải.

Năm 2010, các nhà nghiên cứu ở Thụy Điển cũng chỉ ra các loài vi tảo có khả năng xử lý nitơ và phospho có trong nước 10 Tieu luan thải rất tốt, hiệu quả xử lý nitơ đạt 60% − 80% và phospho đạt 60% − 100% trong các tháng của mùa hè (Nguyễn Minh Phương, 2011). Từ những vấn đê trên, việc thực hiện đề tài “Nghiên cứu khả năng xử lý Nitơ và Phospho trong nước thải sinh hoạt bằng vi tảo Chlorella sp.” là thật sự cần thiết. 11 Tieu luan CHƯƠNG 2 LƯỢC KHẢO TÀI LIỆU 2. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 2.

Khái niệm Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt của cộng đồng: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân,. Chúng thường được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ và các công trình công cộng khác. Lượng nước thải của một khu dân cư phụ thuộc vào dân số, vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước. Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho một khu dân cư phụ thuộc vào khả năng cung cấp nước của các nhà máy nước hay các trạm cấp nước hiện có.

Các trung tâm đô thị có tiêu chuẩn cấp nước cao hơn so với các vùng ngoại thành và nông thôn. Do đó lượng nước thải sinh hoạt tính trên một đầu người cũng có sự khác biệt giữa thành thị và nông thôn. Nước thải sinh hoạt ở trung tâm đô thị thường được thoát bằng hệ thống thoát nước dẫn ra sông rạch, còn ở các vùng ngoại thành và nông thôn do không có hệ thống thoát nước nên nước thải thường được tiêu thoát tự nhiên vào các ao hồ hoặc thoát bằng biện pháp tự thấm (Lâm Minh Triết, 2008). Thành phần Thành phần của nước thải sinh hoạt gồm 2 loại (hình 2.1): − Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh.

− Nước thải nhiễm bẩn do nước thải sinh hoạt: cặn bã từ nhà bếp, các chất rửa trôi kể cả làm vệ sinh sàn nhà.1: Một số nguồn gốc phát sinh nước thải sinh hoạt Nguồn: Steve Hall, 2004 12 Tieu luan Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học, ngoài ra còn có các thành phần chất vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm. Chất hữu cơ chứa trong nước thải sinh hoạt bao gồm các hợp chất như protein 40% − 50% ; hydratcarbon 40% − 50%; gồm tinh bột, đường, cenlulose và các chất béo 5% − 100%. Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động khoảng (150 – 450) mg/l theo trọng lượng khô. Có khoảng 20% − 40% chất hữu cơ khó bị phân huỷ sinh học (Lâm Minh Triết, 2008).

Một số thành phần, tính chất và đặc trưng của nước thải sinh hoạt được thể hiện trong bảng 2.1: Tải trọng chất bẩn tính cho một người trong ngày đêm Tải trọng chất bẩn (g/người.đêm) Chỉ tiêu Theo tiêu chuẩn Các Quốc gia đang phát triển TCXD−51−84 của gần gủi với Việt Nam Việt Nam Chất rắn lơ lửng (SS) 70 − 145 50 – 55 BOD5 45 − 54 25 − 30 COD (Bicromate) 72 − 102 − + Nitơ Amonia (N−NH4 ) 2,4 − 4,8 7 Nitơ tổng cộng (N) 6 − 12 − Phospho tổng hợp (P) 0,8 − 4,0 1,7 Chất hoạt động bề mặt − 2,0 − 2,5 Dầu mỡ phí khoáng 10 – 30 _ Nguồn: Lâm Minh Triết, 2008 Bảng 2.2: Đặc tính của bùn tự hoại trong nước thải sinh hoạt Nồng độ, mg/L Các chỉ tiêu Khoảng dao động Giá trị đặc trưng Chất rắn tổng hợp 5.000 Chất rắn lơ lửng 4.000 Chất rắn lơ lửng bay hơi 1.000 Nitơ tổng cộng (Kjedhal) 100 − 1.000 700 N−NH3 100 − 800 400 Tổng Phospho (P) 50 − 800 250 Kim loại nặng (Fe, Zn, Al) 100 − 1.000 300 Nguồn: Lâm Minh Triết, 2008 13 Tieu luan Bảng 2.3: Thành phần tính chất nước thải sinh hoạt Nồng độ Các chỉ tiêu Nhẹ Trung Bình Nặng Chất rắn tổng cộng, mg/l 350 720 1200 Tổng chất rắn hòa tan, mg/l 250 500 850  Cố định (Fixed), mg/l 145 300 525  Bay hơi, mg/l 150 200 325 Chất rắn lơ lửng, mg/l 100 220 350  Cố định, mg/l 20 55 75  Bay hơi, mg/l 80 165 275 Chất rắn lắng được, mg/l 5 10 20 NOS5 (BOD5), mg/l 110 220 400 Tổng cacbon hữu cơ, mg/l 80 160 210 NOH (COD), mg/l 250 500 1000 Tổng nitơ (theo N), mg/l 20 40 85  Hữu cơ 8 15 35  Amonia tự do 12 25 50  Nitrit 0 0 0  Nitrat 0 0 0 Tổng phospho (theo P), mg/l 4 8 15  Hữu cơ 1 3 5  Vô vơ 3 5 10 Clorua, mg/l 30 50 100 Sunfat, mg/l 20 30 50 Độ kiềm (theo CaCO3), mg/l 50 100 200 Dầu mỡ, mg/l 50 100 150 6 7 7 8 Coliform No/100, mg/l 10 ÷ 10 10 ÷ 10 10 ÷ 109 7 Chất hữu cơ bay hơi, μg/l <100 100 ÷ 400 > 400 Nguồn: Lâm Minh Triết, 2008 Độ pH trong nước thải sinh hoạt thường dao động trong khoảng từ 6,9 − 7,8 (Lâm Minh Triết, 2008) nằm trong khoảng pH thuận lợi phát triển của tảo Chlorella sp. Theo Metcals, thành phần của chất rắn trong nước thải sinh hoạt được mô tả một cách tương đối như ở hình 2. 14 Tieu luan Tổng cộng (720 mg/l) Lơ lửng (220 mg/l) Lọc được (500 mg/l) Keo Hoà tan Lắng được (160 mg/l) Không lắng (60 mg/l) (50 mg/l) (450 mg/l) Hữu cơ Hữu cơ 40 mg/l Vô cơ 10 mg/l Vô cơ 290 mg/l Vô cơ 45 mg/l Hữu cơ 45 Vô mg/l cơ 15 mg/l Hữu cơ 160 mg/l 120 mg/l Hình 2.2: Thành phần mô tả chất thải rắn trong nước thải sinh hoạt Hợp chất nitơ trong nước thải sinh hoạt là các hợp chất amoniac, protein, peptid, axit amin, amin cũng như các thành phần khác trong chất thải rắn và lỏng. Mỗi người hàng ngày tiêu thụ 5 g − 16 g nitơ dưới dạng protein và thải ra khoảng 30% trong số đó.

Hàm lượng nitơ thải qua nước tiểu nhiều hơn trong phân khoảng 8 lần. 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 (Lê Văn Cát, 2007). Nguồn phát thải phospho quan trọng nhất trong nước thải sinh hoạt là phân, thức ăn thừa, chất tẩy rửa tổng hợp.

Lượng phospho 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 phospho từ nguồn chất tẩy rửa tổng hợp được ước tính là 0,3 kg/người/năm. Sau khi hạn chế hoặc cấm sử dụng phospho trong thành phần chất tẩy rửa, lượng phospho trên giảm xuống, còn khoảng 0,1 kg/người/năm. Tiêu chuẩn thải đối với chất dinh dưỡng của EU được thể hiện trong bảng 2.4: Tiêu chuẩn thải đối với chất dinh dưỡng của EU theo mức độ giảm thiểu (% ) hay nồng độ chất thải.

15 Tieu luan Mức giảm thiểu ít Chất ô nhiễm Nồng độ thải nhất 2 mg/l cho hệ < 10.000 người 1 mg/l P – tổng 80% cho hệ > 10.000 người 15 mg/l cho hệ < 10.000 người 10 N – tổng 70 – 80% mg/l cho hệ > 10.000 người Nguồn: Lê Văn Cát, 2007 2.