Đang tải... (xem toàn văn)
CHƯƠNG I Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD Ths Võ Hồng THi CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1 1 Đặt vấn đề Tốc độ đô thị hóa ở Việt Nam trong thời gian gần đây diễn ra rất nhanh chóng cùng với sự phát triển của công nghiệp Tỉ[.]
Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Ths Võ Hồng THi CHƯƠNG MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Tốc độ đô thị hóa Việt Nam thời gian gần diễn nhanh chóng với phát triển cơng nghiệp Tỉ lệ dân số tăng theo với tốc độ thị hóa, kết nước thải từ thành phố, khu dân cư tập trung, khu công nghiệp không ngừng gia tăng với khối lượng lớn Đối với nhiều loại nước thải có hàm lượng chất dinh dưỡng Nitơ, phospho cao, việc xử lý để loại thành phần trước xả môi trường yêu cầu quan trọng, nhằm hạn chế ô nhiễm nước ngầm, nước mặt Cùng với nước thải sinh hoạt, nước thải sản xuất nhà máy, xí nghiệp chứa nhiều loại hợp chất phức tạp (vô cơ, hữu cơ) Một dạng hợp chất gây nên ô nhiễm nước phải kể đến hợp chất chứa Nitơ Nếu hàm lượng Nitơ có nước xả sông, hồ cao mức gây tượng phú dưỡng hóa kích thích bùng nổ nhanh chóng rong, rêu, tảo làm bẩn nguồn nước cạn kiện oxy hòa tan, đe dọa hệ sinh thái nước Bởi vậy, Nitơ yếu tố cần phải loại bỏ Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý Nitơ gồm phương pháp hóa học, phương pháp hóa lý phương pháp sinh học Trong phương pháp trên, việc áp dụng trình sinh học để xử lý nước thải có chứa hợp chất Nitơ vấn đề cần ý đẩy mạnh Đây phương pháp dùng vi sinh vật, chủ yếu vi khuẩn để phân hủy chất hữu dễ phân hủy nhằm tạo sản phẩm có lợi carbonic, nước chất vơ khác, phương pháp tiết kiệm chi phí thân thiện với môi trường Trong thực tế phương pháp sinh học để loại bỏ Nitơ áp dụng số hệ thống xử lý nước thải, tài liệu có liên quan cịn rời rạc, tản mạn, chưa nghiên cứu nhiều, tài liệu rời rạc chưa xếp lại thành hệ thống có tính logic chặt chẽ Đó lý để đề tài “tìm hiểu vài trình sinh học loại bỏ Nitơ nước thải” đời SVTH: Võ Chí Tâm MSSV: 0811110072 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Ths Võ Hồng THi 1.2 Mục tiêu, nội dung phương pháp nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu Xây dựng bổ sung, tìm hiểu, xếp, lựa chọn tài liệu làm sở lý thuyết cho phương pháp loại Nitơ trình sinh học 1.2.2 Nội dung nghiên cứu Nguồn gốc, dạng tồn Nitơ nước ảnh hưởng đến môi trường Bản chất q trình sinh học chuyển hóa hợp chất chứa Nitơ ứng dụng kỹ thuật xử lý nước nước thải Ứng dụng trình sinh học để xử lý hợp chất chứa Nitơ nước nước thải 1.2.3 Phương pháp nghiên cứu Do đề tài hình thành cở sở lý thuyết mà khơng tiến hành thí nghiệm hay tiến hành làm thực nghiệm nên phương pháp nghiên cứu chủ yếu phương phương pháp hồi cứu: Trong trình thực đề tài, tiến hành thu thập, sưu tầm thông tin, tài liệu, số liệu, có liên quan đến nội dung nghiên cứu từ tạp chí, sách báo, giáo trình, internet,…từ kiến thức lựa chọn tổng hợp lại làm sở cho trình thực đề tài 1.3 Ý nghĩa đề tài Khóa luận thực sở lý thuyết tìm hiểu phương pháp xử lý Nitơ nước thải, tổng hợp lại tài liệu quan có từ sách, báo, giáo trình, với mong muốn bổ sung hồn chỉnh vấn đề có liên hoan đến phương pháp loại bỏ Nitơ q trình sinh học SVTH: Võ Chí Tâm MSSV: 0811110072 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Ths Võ Hồng THi CHƯƠNG NGUỒN GỐC, CÁC DẠNG TỒN TẠI CỦA NITƠ TRONG NƯỚC VÀ ẢNH HƯỞNG ĐẾN MÔI TRƯỜNG 2.1 Các dạng tồn hợp chất chứa Nitơ nước Nguyên tố Nitơ thành phần ln có mặt thể động, thực vật sống thành phần hợp chất tham gia trình sinh hóa Đồng thời tồn nhiều hợp chất vô cơ, hữu sản phẩm cơng nghiệp tự nhiên Ngun tố Nitơ tồn bảy trạng thái hóa trị, từ dạng khử (N -3) amoniac đến dạng oxy hóa (N+5) nitrat Bảng 2.1 ghi trạng thái hóa trị nguyên tố nitơ hợp chất hóa học đại diện cho trạng thái hóa trị Hợp chất Cơng thức hóa học Hớa trị NH4+/NH3 -3 N2 Dinitơ oxit N2 O +1 Nitơ oxit NO +2 NO2 N +3 NO2 +4 NO3 N +5 Amoni/amoniac Khí nitơ Nitrite Nitơ dioxit Nitrate Bảng 2.1 Trạng thái hóa trị nguyên tố nitơ hợp chất hóa học Trong môi trương nước tự nhiên không bị ô nhiễm, hợp chất amoniac, hợp chất hữu chứa Nitơ, dạng khí, nitrat nitrit có nồng độ khơng đáng kể Tuy chúng nguồn Nitơ cho phần lớn sinh vật đất nước Vi sinh vật sử dụng nguồn Nitơ kể vào tổng hợp axit amin, protein, tế bào chuyển hóa lượng Trong q trình đó, hợp chất Nitơ thay đổi hóa trị chuyển hóa thành hợp chất hóa học khác Nguồn phát thải hợp chất Nitơ vào môi trường phong phú: từ chất thải rắn, khí thải, nước thải quan trọng từ phân chất tiết nước thải sinh hoạt SVTH: Võ Chí Tâm MSSV: 0811110072 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Ths Võ Hồng THi 2.2 nguồn gốc hợp chất chứa Nitơ nước thải 2.2.1 Nguồn nước thải sinh hoạt Thành phần Nitơ thức ăn người động vật nói chung thể hấp thu phần, phần lại thải dạng rắn (phân) chất 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, dịch vụ công cộng thương mại, bến tàu xe, bệnh viện, trường học, khu du lịch, vui chơi, giải trí Chúng thường thu gom vào kênh dẫn thải Hợp chất Nitơ nước thải bao gồm amoniac, protein, peptit, axit thành phần khác chất thải rắn lỏng Mỗi người ngày tiêu thụ – 16g Nitơ dạng protein thải khoảng 30% số Hàm lượng Nitơ thải qua nước tiểu lớn phân lần Các hợp chất chứa Nitơ, đặc biệt protein, urea nước tiểu bị thủy phân nhanh tạo thành amoni/amoniac Trong bể phốt xảy trình phân hủy yếm khí chất thải, làm giảm lượng carbon hữu không làm giảm hợp chất Nitơ đáng kể Chỉ phần nhỏ tham gia vào cấu trúc tế bào vi sinh vật Hàm lượng hợp chất Nitơ nước thải từ bể phốt cao so với nguồn thải chưa qua phân hủy yếm khí Trong nước thải sinh hoạt, nitrate nitrite có hàm lượng thấp nồng độ oxy hòa tan mật độ vi sinh tự dưỡng thấp Thành phần amoni chiếm 60 – 80% hàm lượng Nitơ tổng nước thải sinh hoạt Nồng độ hợp chất Nitơ nước thải sinh hoạt biến động theo lưu lượng nguồn thải: mức độ sử dụng nước cư dân, mức độ tập trung dịch vụ cơng cơng, thời tiết, khí hậu vùng, tập quán ăn uống sinh hoạt… Bảng 2.3 Sau thể đặc trưng ô nhiễm nước thải sinh hoạt bao gồm ô nhiễm hợp chất chứa Nitơ SVTH: Võ Chí Tâm MSSV: 0811110072 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Ths Võ Hồng THi Bảng 2.2 Các đặc trưng ô nhiễm nước thải sinh hoạt Thành phần Nồng độ Đơn vị Khoảng Đặc trưng Chất rắn mg/l 350 – 12000 700 Cặn không tan mg/l 100 – 350 210 BOD mg/l 110 – 400 210 COD mg/l 250 – 1000 500 Nitơ tổng (N) mg/l 20 – 85 35 NH3-N mg/l 12 – 50 22 (Nguồn: XL nước thải giàu hợp chất N P, Lê Văn Cát, 2007) Chỉ tiêu Trung bình (mg/l) Tổng Nitơ 40 - Nitơ hữu 15 - Nitơ Amoni (NH3 + NH4+) 25 - Nitơ Nitrit (NO2-) 0,05 - Nitơ Nitrat (NO3-) 0,2 Bảng 2.3 Các tiêu trung bình hợp chất Nitơ nước thải sinh hoạt 2.2.2 Nguồn nước thải cơng nghiệp Ơ nhiễm hợp chất Nitơ từ sản xuất công nghiệp liên quan đến chế biến thực phẩm, sản xuất phân bón hay liên quan đến số ngành nghề đặc biệt chế biến mủ cao su, chế biến tơ tằm thuộc da Chế biến thực phẩm thải lượng đáng kể hợp chất chứa Nitơ liên quan đến loại thực phẩm chứa nhiều đạm: chế biến thủy hải sản, giết mổ sản xuất thức ăn từ loại thịt, sữa, đậu, nấm… Nước thải từ khâu giết mổ chứa lượng máu, mỡ, phân mảnh thịt vụn, nước thải từ khâu giết mổ thu gom với nước vệ sinh dụng cụ SVTH: Võ Chí Tâm MSSV: 0811110072 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Ths Võ Hồng THi Hợp chất chứa Nitơ nhanh chóng tiết từ thành phần rắn vào nước với tốc độ phụ thuộc vào mức độ phân tán, nhiệt độ mơi trường loại sản phẩm chế biến Q trình sản xuất số loại hóa chất, phân bón, sợi tổng hợp thải lượng lớn hợp chất hữu chứa Nitơ, hợp chất dễ bị thủy phân môi trường tạo amoniac Bảng 2.4 Nồng độ đặc trưng nhiễm N tổng thường tìm thấy số loại nước thải công nghiệp Nguồn Nồng độ Nitơ tổng (mg/l) - Giết mổ 115 - Chế biến thịt 76 - Chế biến + Cá da trơn 33 + Cua 94 + Tôm 215 + Cá 30 - Chế biến rau, quả, đồ uống - Chế biến tinh bột 21 - Rượu vang 40 - Hóa chất, phân bón + NH3-N 1270 + NO3—N 550 (Nguồn: XL nước thải giàu hợp chất N P, Lê Văn Cát, 2007) Nồng độ hợp chất Nitơ nước thải công nghiệp biến động mạnh, không mùa vụ mà ngày, sở chế biến thực phẩm sản xuất đồng thời nhiều loại sản phẩm 2.2.3 Nguồn thải từ nông nghiệp chăn nuôi Canh tác nông nghiệp nguyên tắc phải bón phân đạm, lân cho trồng yếu tố thiếu đất trồng trọt Trong nhiều trường hợp người ta sử dụng nguồn nước thải để tưới nhằm tận dụng lượng hợp chất Nitơ để làm phân bón cho trồng Điều đáng bàn chỗ lượng lớn phân bón mà SVTH: Võ Chí Tâm MSSV: 0811110072 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Ths Võ Hồng THi trồng không hấp thu nhiều nguyên nhân: phân hủy, rửa trôi (phân đạm urê, phân lân, phân tổng hợp NPK) tạo thành dạng không tan, thời trồng hấp thu (phân lân) Trong môi trường nước, urê dễ dàng bị thủy phân tạo thành amoniac khí carbonic: CO2(NH + Hurê 2)2 phân 2O chiếm 46%, nhiên diện phân bố rộng nên Lượng Nitơ CO2 + 2NH3 hàm lượng amoniac nước mặt không cao Mặt khác tồn nước amoniac bị loại thủy thực vật khác rong, rêu, tảo, cỏ dại hấp thu phần chuyển hóa thành dạng hợp chất khác nitrate hoạt động vi sinh vật Nguồn nước thải phát sinh chăn nuôi gia cầm, gia súc có lưu lượng nhỏ so với nước sinh hoạt, chủ yếu nước tắm rửa vệ sinh chuồng trại Nước thải từ chuồng trại chăn nuôi chứa lượng chất rắn không tan lớn: phân, rác, bùn đất, thức ăn thừa rơi vãi, hợp chất hữu chứa Nitơ tiết từ chất thải rắn gặp nước Nước thải chuồng trại lồi ni khác có độ nhiễm khác thành phần dinh dưỡng phân khác Nồng độ hợp chất hữu tăng dần theo thời gian lưu nước thải lượng chất thải hữu có khả sinh hủy lớn , thời gian lưu giữ chúng bị phân hủy yếm khí tạo metan khí carbonic hợp chất Nitơ không bị biến động, vi sinh vật bị chết tiếp tục phân hủy tạo hợp chất Nitơ Các kết đánh giá cho thấy, thủy động vật hấp thu khoảng 25 – 40% lượng Nitơ thức ăn tổng hợp Do hiệu hấp thu Nitơ từ thức ăn khơng cao, phần cịn dư nằm nước ni với hàm lượng khoảng 360mg/m 2/ngày Phân tôm cá, thức ăn thừa chất tiết làm tăng nồng độ hợp chất Nitơ nước nuôi, phân thức ăn thừa không thu gom tách khỏi nguồn nước nuôi kịp thời Hợp chất Nitơ nhanh chóng bị thủy phân thành amoniac tảo hấp thu (hàm lượng protein thô tảo khô chiếm khoảng 50%, tương ứng với 8% N) Tảo nguồn thức ăn trực tiếp cho vật nuôi loài động vật phù du (nhỏ), mà động vật phù du thức ăn loài cá Khi hệ sinh thái ổn định mức độ nhiễm hồ khơng lớn SVTH: Võ Chí Tâm MSSV: 0811110072 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Ths Võ Hồng THi 2.2.4 Nước rác Rác thải sinh hoạt từ đô thị, thành phố có khối lượng lớn Tại thành phố lớn Việt Nam, lượng rác thải bình quân tính theo đầu người 0,6 – 0,8 kg/người/ngày Thành phần chủ yếu rác thải chất hữu (rau, quả, củ, thực vật…) lượng đáng kể tạp chất vô cơ: gạch, sợi, xỉ than, sành, sứ, thủy tinh đặc biệt polyme phế thải (bao bì) thường có mặt Ở nước phát triển, việc phân loại rác thải nguồn chưa thực rộng rãi, thường thu gom chung mang chôn lấp bãi rác, sử dụng phần để sản xuất phân bón hữu Thành phần hữu chứa Nitơ rác chủ yếu protein lượng nhỏ hợp chất axit nucleic, chitin, urê, sản phẩm phân hủy từ thức ăn, xác động vật Trong trình phân hủy yếm khí, protein hợp chất chứa Nitơ bị thủy phân enzym vi sinh yếm khí phần hiếu khí tạo axit amin tiếp tục thành amoni carbon dioxit với axit dễ bay Một lượng không lớn axit amin, amoni vi sinh vật sử dụng để cấu tạo tế bào, lượng dư tồn nước rác Nước rác tách khỏi bãi chôn thường gom hồ chứa xử lý thải môi trường Sự biến động nồng độ chất hữu (BOD, COD) hợp chất Nitơ nước thải tương tác vi sinh vật, điều kiện vật lý (gió, mưa, nóng lạnh) thực vật đối tượng đáng quan tâm đánh giá đặc trưng nước rác Hợp chất Nitơ hồ gồm có: chất hữu chứa Nitơ, amoni, nitrite, nitrate dạng tan nước cấu trúc tế bào vi sinh vật tảo Trong hồ yếm khí, hợp chất Nitơ tồn chủ yếu dạng amoni, phần nằm tế bào vi sinh vật yếm khí Do khơng tách sinh khối khỏi nước nên phân hủy, amoni “trả lại” trọn vẹn môi trường nước 2.3 Ảnh hưởng hợp chất chứa Nitơ đến môi trường 2.3.1 Tác hại Nitơ sức khỏe cộng đồng Sự có mặt Nitơ nước thải gây nhiều ảnh hưởng xấu đến hệ sinh thái sức khoẻ cộng đồng Khi nước thải có nhiều Amoniac gây độc cho cá hệ động vật thuỷ sinh, làm giảm lượng oxy hoà tan nước Khi SVTH: Võ Chí Tâm MSSV: 0811110072 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Ths Võ Hồng THi hàm lượng Nitơ nước cao gây phú dưỡng nguồn tiếp nhận làm nước có màu mùi khó chịu đặc biệt lượng oxy hoà tan nước giảm mạnh gây ngạt cho cá hệ sinh vật hồ Khi xử lý Nitơ nước thải không tốt, để hợp chất Nitơ vào chuỗi thức ăn hay nước cấp gây nên số bệnh nguy hiểm Nitrate tạo chứng thiếu Vitamin kết hợp với amin để tạo thành hợp chất nitrosamin nguyên nhân gây ung thư người cao tuổi Trẻ sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với nitrate lọt vào sữa mẹ, qua nước dùng để pha sữa Khi vào thể, nitrate chuyển hóa thành nitrite nhờ vi khuẩn đường ruột Ion nitrite nguy hiểm nitrate sức khỏe người Khi tác dụng với amin hay alkyl cacbonat thể người chúng tạo thành hợp chất chứa Nitơ gây ung thư Trong thể nitrite oxy hố sắt II ngăn cản q trình hình thành Hb làm giảm lượng oxy máu dẫn đến ngạt, buồn nơn, chí nồng độ cao dẫn đến tử vong 2.3.2 Tác hại ô nhiễm Nitơ môi trường Nitơ nước thải cao, chảy vào sông, hồ làm tăng hàm lượng chất dinh dưỡng Do gây phát triển mạnh mẽ loại thực vật phù du rêu, tảo dẫn đến thiếu oxy nước, phá vỡ chuỗi thức ăn, giảm chất lượng nước, phá hoại môi trường thủy vực, sản sinh nhiều chất độc nước NH4+, H2S, CO2, CH4 tiêu diệt nhiều loại sinh vật có ích nước Hiện tượng gọi phú dưỡng nguồn nước Đa số hồ Hà Nội ô nhiễm nghiêm trọng nước thải trầm tích Lưu lượng nước thải chảy vào vượt khả tự làm hồ Các dịng chảy vào hồ chí làm bốc mùi hôi nồng nặc Hiện tượng phú dưỡng hay gọi tượng tảo nở hoa Nhiều tảo xanh loài thực vật phát triển nhanh nước hồ Sau chết đi, loại tảo tích tụ đáy hồ ngày dày thêm Quá trình phân hủy chúng kéo theo tiêu thụ lớn oxy nước, làm biến loài thủy sinh khác, đồng thời giải tỏa chất khí có hại thối SVTH: Võ Chí Tâm MSSV: 0811110072 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Ths Võ Hồng THi 2.3.3 Tác hại Nitơ trình xử lý nước Sự có mặt Nitơ có thể gây cản trở cho quá trình xử lý làm giảm hiệu quả làm việc cơng trình Mặt khác nó có thể kết hợp với loại hoá chất xử lý để tạo phức hữu cơ gây độc cho người SVTH: Võ Chí Tâm 10 MSSV: 0811110072 ... hoan đến phương pháp loại bỏ Nitơ trình sinh học SVTH: Võ Chí Tâm MSSV: 0811110072 Khóa Luận Tốt Nghiệp GVHD: Ths Võ Hồng THi CHƯƠNG NGUỒN GỐC, CÁC DẠNG TỒN TẠI CỦA NITƠ TRONG NƯỚC VÀ ẢNH HƯỞNG... phát thải hợp chất Nitơ vào môi trường phong phú: từ chất thải rắn, khí thải, nước thải quan trọng từ phân chất tiết nước thải sinh hoạt SVTH: Võ Chí Tâm MSSV: 0811110072 Khóa Luận Tốt Nghiệp. .. loại Nitơ trình sinh học 1.2.2 Nội dung nghiên cứu Nguồn gốc, dạng tồn Nitơ nước ảnh hưởng đến mơi trường Bản chất q trình sinh học chuyển hóa hợp chất chứa Nitơ ứng dụng kỹ thuật xử lý nước