ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRƯƠNG ANH TUẤN ĐÁNH GIÁ HÀM LƯỢNG NITƠ VÀ NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐẤT SÉT ĐẾN QUÁ TRÌNH CHUYỂN HÓA NITƠ TRONG NƯỚC S
TỔNG QUAN
ĐẶC ĐIỂM KINH TẾ - XÃ HỘI SÔNG SÀI GÒN
Trong lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai có các tỉnh, thành phố của vùng Kinh tế trọng điểm phía Nam ( KTTĐPN ): Tp Hồ Chí Minh, Bà Rịa – Vũng Tàu, Đồng Nai,
Bình Dương, Bình Phuớc, Tây Ninh, Tiền Giang, Long An Vùng KTTĐPN là nơi có tốc độ đô thị hóa nhanh hơn các tỉnh khác trong khu vực
Riêng lưu vực sông Sài Gòn chảy qua 3 tỉnh, thánh phố: Tp Hồ Chí Minh, tỉnh Bình Dương và tỉnh Tây Ninh
2.2.1 Dân số và mức độ đô thị hóa:
Mặc dầu diện tích không lớn nhưng dân số trên lưu vực sông Sài Gòn tương đối lớn.Theo số liệu được nêu trong bảng 1.8
Bảng 2.8: Diện tích, dân số, mật độ dân số các tỉnh, thành phố trong khu vực nghiên cứu:
Tỉnh/ TP Dân số trung Bình
(Nguồn: Niên Giám Thống Kê Việt Nam 2008) Bảng 2.9: Dân số thành thị trung bình (ngàn người) theo tỉnh, thành phố từ 2004-2008:
(Nguồn: Niên Giám Thống Kê Việt Nam 2008)
Tỉ lệ gia tăng dân số của các tỉnh mà sông Sài Gòn chảy qua là khá cao, trong đó cao nhất là Tp Hồ Chí Minh với tỉ lệ tăng dân số hiện nay khoảng 3.5%/năm Tỉ lệ tăng dân số cơ học ở đây là 2.5%/năm ( theo số liệu mới công bố của Tổng cục thống kê tháng 6/2010) Điều này ảnh hưởng rất lớn đến nhu cầu dùng nước tại Tp Hồ Chí Minh, cũng như lượng nước thải sinh hoạt của các khu dân cư trong thành phố
Tổng GDP công nghiệp của vùng Kinh tế trọng điểm phía Nam năm 2002 chiếm khoảng 70% GDP công nghiệp cả nước ( riêng GDP công nghiệp của Tp Hồ Chí
Minh chiếm 30% cả nước ) Trong giai đoạn 1996 – 2001 tốc độ tăng trưởng bình quân về GDP công nghiệp tại các địa phương: Tp.Hồ Chí Minh 12,8% năm, Bình
Dương 20 – 30%, ( năm 2002 giá trị sản xuất công nghiệp) Trong năm 2003 tốc độ tăng trưởng GDP công nghiệp ở Tp Hồ Chí Minh là 15,5%; Bình Dương 28% Đây là tốc độ phát triển cao so vời các vùng khác trong nước (trung bình cả nước về tốc độ tăng trưởng GDP công nghiệp trong năm 2003 là 15%)
Do thuận lợi về cơ sở hạ tầng, giao thông, thị trường tiêu thụ, thị trường nguyện liệu và tích cự đổi mới chính sách, các khu công nghiệp và khu chế xuất ở vùng đã và đang được phát triển nhanh hơn bất kỳ vùng nào trong cả nước Tính đến tháng 10 năm 2009 trong toàn vùng có đến 40 khu công nghiệp trong đó: Tỉnh Bình Dương có
23 khu công nghiệp, Tây Ninh có 2 khu công nghiệp và Tp Hồ Chí Minh có 15 khu công nghiệp Hoạt động các khu công nghiệp, khu chế xuất đã mang lại nhiều thành tựu đáng kể về kinh tế xã hội Tính đến 31/03/2009, các KCN tại Tp Hồ Chí Minh đã thu hút 1.152 dự án đầu tư đăng ký với tổng vốn 4,43 tỷ USD Trong đó đầu tư nước ngoài là 463 dự án (2,62 tỷ USD), đầu tư trong nước là 689 dự án (1,81 tỷ USD) Số dự án đầu tư đang hoạt động là 971 dự án với tổng vốn đầu tư 3,2 tỷ USD
Hiện nay trong vùng có hàng trăm cơ sở công nghiệp lớn và trung bình, rất nhiều cơ sở sản xuất tiêu thủ công nghiệp nằm ngoài các khu công nghiệp, khu chế xuất tập trung Phần lớn trong số đó nằm cạnh hoặc bên trong các khu dân cư, một số nằm ở các “làng nghề”
Ngoại trừ một số cơ sở công nghiệp có vốn đầu tư nước ngoài nằm ngoài khu công nghiêp như Công ty bia Việt Nam, Công ty Suntori Pepsi và một số công ty may, điện tử….có hệ thống xử lý chất thải cục bộ đạt TCVN, và có cơ sở hạ tầng tốt, phần lớn các nhà máy, xí nghiệp quốc doanh và tư nhân nằm ngoài khu công nghiệp có công nghệ cũ, lạc hậu và không có hệ thống xử lý môi trường đạt tiêu chuẩn
2.2.3 Hiện trạng nông – lâm nghiệp:
Trong những năm gần đây do tác động của quá trình đô thị hóa và sự thay đổi cơ cấu cây trồng vật nuôi cho phù hợp với tập quán sản xuất, khả năng đầu tư của từng vùng, từng địa phương làm cho tình hình sản xuất nông – lâm nghiệp có những chuyển biến tích cực
Cơ cấu sản xuất nông nghiệp có sự chuyển biến tích cực theo hướng tăng dần tỷ trọng ngành chăn nuôi và giảm tỷ trọng ngành trồng trọt Hiện tại, ngành nông nghiệp đang chuyển đổi theo hướng sản xuất hàng hóa để đáp ứng cho các thị trường trong vùng cũng như các vùng lân cận Việc chuyển đổi các loại cây trồng truyền thống như lúa, khoai mỳ, cây ngắn ngày… sang trồng các loại cây ăn trái, cao su, cà phê, mía…đang được thực hiện rộng rãi tại nhiều vùng trong khu vực, đặc biệt là tại Đồng
2.2.4 Hiện trạng cơ sở hạ tầng:
Giao thông đường bộ: vùng có mật độ đường giao thông cao, bình quân
15,8km/km 2 và 0.6 km/1000 dân (năm 2001) Hệ thống giao thông cấp quốc gia đã và đang được cải tạo, nâng cấp Trong vùng có các tuyến đường chính là: Quốc lộ 1 ( Hà
Nội – Cà Mau, qua Tp.Hồ Chí Minh); Quốc lộ 13 ( Tp Hồ Chí Minh – Tây Ninh );
Xa lộ Bình Dương ( Tp Hồ Chí Minh – Thủ Dầu Một; Quốc lộ 14 ( Bình Dương –
Bình Phước – Đaklak); Xa lộ Hà Nội ( Tp.Hồ Chí Minh – Biên Hòa) Mặc dù tỷ lệ số km đường giao thông/ diện tích ở cùng cao nhất so với các vùng trong cả nước nhưng cơ sở hạ tầng giao thông đường bộ trong vùng vẫn chưa đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội
Giao thông đường thủy: Hệ thống cảng biển, cảng sông lớn nhất cả nước Với mạng lưới kênh rạch dày đặc, hệ thống giao thông đường sông từ Tp Hồ Chí Minh đi các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long rất thuận lợi
Giao thông đường không:Trong vùng có 1 sân bay quốc tế ở Tp.Hồ Chí Minh, 1 sân bay chuyên dục phục vụ dầu khí ở Tp Vũng Tàu và một sân bay quân sự ở Đồng
Nai Tây Sơn Nhất là sân bay quốc tế lớn nhất Việt Nam hiện nay, có thể tiếp nhận 4 triệu khách/năm
Lưu vực sông Sài Gòn gồm 3 tỉnh, thành phố, trong đó có Tp Hố Chí Minh: là thành phố lớn nhất cả nước cũng là trung tâm giáo dục bậc đại học lớn bậc nhất Trên địa bàn thành phố có trên 80 trường đại học, cao đẳng và trung học chuyên nghiệp
Trong số học sinh, sinh viên đang theo học tại các trường đại học, cao đẳng của thành phố, 40% đến từ các tỉnh khác Không chỉ có bậc đại học mà Trong năm học 2008–
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp quan trắc
Dựa vào bản quan trắc về các vị trí lấy mẫu trên sông Sài Gòn (hình 4.1) do Sở tài nguyên và Môi trường thành phố Hồ Chí Minh ban hành, tiến hành lấy mẫu theo thứ tự lần lượt như bảng 4.1 Để đảm bảo việc lấy mẫu được hiệu quả và số liệu lấy mẫu được chính xác, nhóm lấy mẫu cũng đã được trang bị một số thiết bị chuyên dụng(xem phụ lục)
Bảng 3.1: Các vị trí lấy mẫu Điểm lấy mẫu Địa chỉ nơi lấy mẫu Tọa độ X:Y Độ sâu
Củi ĐT781, Bến Củi, Dương Minh Châu,Tây
Tỉnh lộ 15, Phú Hiệp, Phú Mỹ Hưng, Củ
Cường Huỳnh Văn Cừ, Phường Chánh Mỹ, Thủ
Phước Quốc lộ 1A, khu phố 3, phường An Phú Đông, quận 12, TP Hồ Chí Minh X: 1201235.506
Ngô Tất Tố, Phường 21, Quận Bình Thạnh, TP Hồ Chí Minh X: 1193533.254
Hình 4.1: Bản đồ các vị trí quan trắc và lấy mẫu tại lưu vực sông Sài Gòn
3.1.2 Lưu trữ và phân tích mẫu
Những mẫu nước đã lấy từ các vị trí kể trên được mang về phòng thí nghiệm trường Đại học Bách khoa thành phố Hồ Chí Minh để tiến hành trữ mẫu ở nhiệt độ 4 0 C và phân tích các chỉ tiêu như trong hình bảng 3-1, kết quả phân tích sẽ được so với Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia QCVN 08 : 2008/BTNMTvề chất lượng nước mặt ở bảng 3-2
Riêng chỉ tiêu Amonia sau khi phân tích sẽ được ghi nhận để làm số liệu đầu vào cho các nội dung thí nghiệm tiếp theo
Bảng 3.2: Các chỉ tiêu cần phân tích sau khi lấy mẫu
STT TÊN CHỈ TIÊU ĐƠN VỊ TÍNH
Bảng 3.3: Giá trị giới hạn các thông số chất lượng nước mặt
TT Thông số Đơn vị Giá trị giới hạn
3 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 20 30 50 100
6 Amoni (NH + 4) (tính theo N) mg/l 0,1 0,2 0,5 1
9 Nitrit (NO - 2) (tính theo N) mg/l 0,01 0,02 0,04 0,05
10 Nitrat (NO - 3) (tính theo N) mg/l 2 5 10 15
+ Nước máy tại phòng thí nghiệm: pha 50 lít
+ Các chủng vi sinh Nitrosomonas và Nitrobacter: lấy 250 mL bùn hiếu khí cho vào nước máy
- Bonito extract hoặc beef extract 4g/L
Muối khoáng và các nguyên tố dạng vết khác
-> trộn vào và pha thành 1 lít- lấy 4mL
Nước máy dùng để định mức thành 1 Lít Đất sét(hình 3.2): Được mua theo yêu cầu với các thông số được mô tả như sau:
Hình 3.2: Mẫu đất sét dùng trong thí nghiệm Đất sét được mua với lượng vừa đủ cho việc chạy mô hình Gator Jar, các thông số của đất sét được mô tả chi tiết dưới đây:
Kớch cỡ trung bỡnh : 35.76016(àm)
Kớch cỡ hiệu chỉnh : 36.7231(àm)
Hình 3.3: Sơ đồ phân bố hạt của đất sét
Bảng 3.4: Bảng phân bố hạt của đất sét
Dinh dưỡng cho vi sinh
Nước sông tổng hợp sau khi pha được bổ sung một lượng bùn sinh học hiếu khí có chứa hai chủng vi sinh vật chỉ thị là Nitrosomonas europaea và Nitrobacter winogradskyi từ bể bùn hoạt tính hiếu khí tại phòng thí nghiệm, Đại học Bách Khoa
Tp HCM Để duy trì sự tồn tại của hai chủng vi sinh này trong suốt quá trình thí nghiệm cần bổ sung cơ chất như trong bảng 4.5 và 4.6 vì chúng có chức năng thực hiện sự amonium và nitrate hóa Mẫu nước giả thải sau khi cho vi sinh vào sẽ được trữ trong tủ mát ở nhiệt độ 4 0 C cho việc chạy mô hình thí nghiệm
Bảng 3.5: Thông tin cơ chất cho vi khuẩn Nitrosomonas europaea
Mẫu nước sông nhân tạo 1L pH 8
Bảng 3.6: Thông tin cơ chất cho vi khuẩn Nitrobacter winogradskyi
Mẫu nước sông nhân tạo 1L pH 8
3.2 Mô hình và trình tự thí nghiệm
Thực hiện tương tự mô hình thí nghiệm theo mẻ trong nghiên cứu Lê Quỳnh
Nga(bảng 3.7) trên hạt bùn hữu cơ Thay vì có 2 chuỗi thí nghiệm như tác giả đã thực hiện, nghiên cứu này đã mở rộng thành 4 chuỗi thí nghiệm bao gồm: chuỗi A, B, C và D sẽ được tiến hành thí nghiệm với mục đích là đánh giá ảnh hưởng hàm lượng đất sét vô cơ, vận tốc dòng chảy đến quá trình hình thành sinh khối vi khuẩn và vai trò của vi khuẩn đến quá trình chuyển hóa nitơ Các quá trình liên quan đến chuyển hóa N bao gồm nitrat hóa, chuyển hóa ammonia, tăng trưởng và chết của vi khuẩn trong các điều kiện thí nghiệm khác nhau trong mỗi chuỗi thí nghiệm Trình tự các chuỗi thí nghiệm được mô tả trong bảng 3.8
Bảng 3.7: Trình tự thí nghiệm theo tác giả Lê Quỳnh Nga
Bảng 3.8: Quá trình thí nghiệmthể hiện qua tốc độ khuấy
Thí nghiệm Thành phần chất vô cơ (ISS)
Vận tốc gradient (s -1 )/ số vòng quay (rpm)
Hàm lượng đất sét (mgl - )
Cơ sở lựa chọn vận tốc khuấy trộn tiến hành thí nghiệm:
Vận tốc dòng chảy hệ thống sông Sài Gòn –Đồng Nai vào mùa lũ cao nhất là
V max = 2,23 m/s Vận tốc trung bình là 1,76 m/s Vào mùa khô cao nhất là
Vmax=0,5 m/s Do thời điểm lấy mẫu nước sông Sài Gòn nghiên cứu là mùa khô nên lựa chọn vận tốc dòng chảy thí nghiệm là V
200mg/l Vì vậy ta chọn hàm lượng đất sét của mẫu thí nghiệm là: 50mg/l, 100mg/l,
150mg/l, 200mg/l để mô phỏng lượng bùn lơ lửng trong nước sông tổng hợp
Thí nghiệm của qua mô hình Gato Jar (hình 3.4) trong các điều kiện khuấy trộn khác nhau sử dụng loai đất sét vô cơ với các thông số kỹ thuật được liệt kê trong bảng
4.9 nhằm đánh giá các ảnh hưởng các thông số về sự chuyển hóa nitơ trong nước sông nhân tạo Trong quá trình thí nghiệm sự chuyển hóa nitơ được đánh giá thông qua sự biến động của thành phần và hàm lượng đất sét, vận tốc gradient Mỗi ngày thực hiện một thí nghiệm theo trình tự được đưa ra ở bảng 4.8 Thời gian vận hành diễn ra 8 giờ mỗi ngày Tại mỗi thí nghiệm sẽ tiến hành lấy mẫu ba lần tại các thời điểm 9 giờ, 12 giờ, 16 giờ trong ngày để đo nồng độ NH4, NO 3 , NO 2 , TKN với các phương pháp được đề cập ở bảng 3.10 Việc phân tích các chỉ tiêu dựa vào tài liệu
“Standard Methods for Examination of Water and Wastewater 22th APPHA, 2005”
Khi lấy mẫu tại tốc độ 0 cần khuấy mẫu trước khi lấy, tại các mẫu có các tốc độ khuấy còn lại khi lấy mẫu thì không cần khuấy
Bảng 3.10: Chỉ tiêu và phương pháp phân tích
Chỉ tiêu Phương pháp phân tích Dụng cụ & thíêt bị
SS Đo số gam giấy lọc trước và sau khi lọc mẫu
Cân phân tích, bộ lọc chân không, giấy lọc và tủ sấy
N-NH4 + Chưng cất và chuẩn độ Bộ chưng cất Kjeldahl và burette
TKN Chưng cất và chuẩn độ Bộ chưng cất Kjeldahl và burette
N-NO2 - Đo độ hấp thu
N-NO3 - Đo độ hấp thu
Tổng vi sinh hiếu khí Đếm khuẩn lạc Đĩa petry, nồi hấp tiệt trùng, tủ ấm, pipetman
Mẫu thí nghiệm sau một ngày vận hành được xử lý bằng cách bao phủ giấy tráng nhôm nhằm ngăn cản quá trình quang hợp xảy ra và để tiếp tục cho ngày sau Trong hệ thống Gator jar các yếu tố như pH, nhiệt độ, DO được kiểm soát trong khoảng 7-8, 28 o C, 6.0 mg l -1
Hình 3.4: Mô hình Gato Jar tại phòng thí nghiệm
Bảng 3.11: Các thiết bị của Mô hình Gato Jar
STT Tên thiết bị Số lượng
Thông số thiết kế Công suất
1 Bể khuấy trộn 04 Dài x Rộng x Cao 11.5 cm x 11.5 cm x 21 cm
2 Máy khuấy 02 V max 0 vòng/phút
Bể khuấy trộn: được chế tạo bằng nhựa acrylic Đây là nơi quá trình nitrate hóa khử nitrat và ammonia diễn ra Chính giữa có gắn cánh khuấy từ máy khuấy để tạo tốc độ xáo trộn nước trong bể
Thiết bị: Thiết bị sử dụng cho mô hình là máy khuấy giảm tốc khuấy trộn dòng xáo trộn.
Nguyên lý vận hành mô hình Gato Jar dựa trên đồ thị biểu diễn mối tương quan giữa tốc độ khuấy trộn (rpm)và gradient vận tốc (G/s) (Hình 3.9)
Hình 3.5: Đồ thị mô tả mô hình Gator Jar
3.4 Phương pháp xử lý số liệu
Trên cơ sở số liệu phân tích, sử dụng công thức tính toán, sử dụng phần mềm
Excel làm công cụ cho công tác xử lý số liệu, vẽ đồ thị sự biến thiên nồng độ của các chỉ tiêu phân tích từ đó đưa ra những đánh giá, kết luận về những nội dung cần nghiên cứu
Công thức tính toán TSS:
V (ml mẫu) = 10ml m 1 – Khối lượng giấy lọc (mg);
Trang 44 m 2 – Khối lượng giấy lọc + mẫu sau khi sấy ở 103 –105 0 C (mg)
Công thức tính toán N-NO3 -
Từ loạt chuẩn đo độ hấp thu, vẽ giản đồ A=f©, sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu để lập phương trình Y=aX+b Từ trị số độ hấp thu Am của mẫu, tính nồng độ Cm
Công thức tính toán N-NH4 + , TKN
Từ các kết qủa chuẩn độ đơn vị mLH2SO 4 0.02N, nhân hệ số 11.2 cho các kết quả này thành kết quả có đơn vị mg/L
Công thức tính vi sinh:
Tổng vi sinh = Số khuẩn lạc trong đĩa petri x Hệ số pha loãng
Các kết quả tính toán được tiếp tục đưa vào phần mềm Microsoft Office Excel
2007 để tiến hành vẽ biểu đồ và đánh giá số liệu Trị số trung bình X được tính theo công thức sau:
Trong đó: Xtb: là giá trị trung bình
Xi : là giá trị của từng mẫu, với i từ 1 đến n mẫu n : tổng số mẫu
Trị số trung bình Xtb trong hàm Excel: “ = AVERAGE(X1, X 2,…,X n)”
Trong đó X lần lượt là nồng độ của các chỉ tiêu: TKN, SS, N-NH4 +, N-NO 2 , N-
NO 3 , tổng vi sinh hiếu khí (AM), TN
Biểu diễn kết quả tăng giảm, sử dụng Excel để tính bằng cách lấy số liệu đầu trừ số liệu cuối
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
Mức độ acid hóa
Mức acid hóa của nước được xét trên thông số pH, để xem xét tính chất acid , kiềm hay trung tính của nước Kết quả đo pH được thể hiện trên đồ thị 5.1 Để tiện so sánh, trên hình cũng đồng thời thể hiện ngưỡng giá trị pH quy định cho nước mặt theo QCVN 08:2008/BTNMT ( cột A2: Dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng phải áp dụng công nghệ xử lý phù hợp; bảo tồn động thực vật thủy sinh, hoặc các mục đích sử dụng như loại B1 và B2 ) Đồ thị 4.1: Biến thiên giá trị pH qua các vị trí lấy mẫu pH là một trong những nhân tố có ảnh hưởng rất lớn trực tiếp và gián tiếp đối với đời sống thủy sinh vật pH có giá trị thấp nhất ở vị trí Bến Súc với pH = 5,77 –
5,81và giá trị cao nhất tại Phú An với giá trị pH = 7,42 Có thể thấy giá trị độ pH giảm dần từ cầu Bến Củi đến cầu Bến Súc và tăng lại cho đến hạ nguồn Xét về giới hạn cho phép trong QCVN 08:2008/BTNMT thì giá trị pH tại Bến Củi, Bến Súc là không đạt do thấp hơn tiêu chuẩn và có thể kết luận nước tại 2 vị trí này có tính acid nhưng không cao
Chất rắn lơ lửng (SS)
Đồ thị 4.2: Biến thiên nồng độ chất rắn lơ lửng qua các vị trí lấy mẫu
Chỉ tiêu SS trong nước mặt ở vị trí đầu nguồn có giá trị thấp nhất là Bến Củi với
SS = 2-4 mg/l, trong khi SS ở Bến Súc có giá trị cao nhất = 22-58 mg/l Nồng độ SS có xu hướng tăng dần từ thượng lưu đến hạ lưu Đặc biệt SS ở vị trí Bến Súc và Bình
Phước là cao hơn nhiều so với các vị trí khác vì tốc độ dòng chảy tại Bến Súc rất cao gây xáo trộn lượng cát, phù sa tại gây Mặt khác, địa điểm Bến Súc có một số hoạt động xả thải do sinh hoạt và công nghiệp vào sông mà không qua xử lý.
Hàm lượng nitơ
Nitơ thường hiện diện trong nước mặt (sông suối) dưới dạng các hợp chất của
Amoni, N-NO 2 và N-NO 3 Sự ô nhiễm bởi các chất này có nguồn gốc từ các hợp chất hữu cơ chứa Nitơ (protein) Các hợp chất hữu cơ chứa Nitơ thường nằm trong nước thải một số nghành công nghiệp chế biến thực phẩm như nhà máy chế biến thịt hộp, cá hộp, chế biến thủy sản, nhà máy sản xuất phân bón vô cơ Các trại chăn nuôi gia súc heo, bò cũng góp phần gây ô nhiễm bởi sự hiện diện các chất dinh dưỡng trong chất thải của gia súc Ngoài ra, không thể không kể đến nguồn dinh dưỡng chứa Nitơ dồi dào trong nước thải sinh hoạt của người dân thải xuống dòng sông Khi thải ra ngoài môi trường, các hợp chất hữu cơ chứa Nitơ đã bị thủy phân và phân hủy trong điều kiện hiếu khí hay kỵ khí với các mức độ khác nhau tạo ra các sản phẩm ô nhiễm thứ cấp bao gồm Amoni (NH3 và N-NH 4 ), Nitrit (N-NO 2 ) và Nitrat (N-NO 3 )
Amoni thường tồn tại trong nước dưới cả 2 dạng ion (N-NH4) và phân tử (NH3)
Cân bằng giữa hai dạng này phụ thuộc vào pH của môi trường nước Điều cần nhấn mạnh là bên cạnh tác động phú dưỡng hóa như đã đề cập ở trên, Amoni còn có độc tính với hệ thực vật và động vật nước Dạng phân tử NH3 có độc tính cao hơn hẳn dạng ion N-NH4 Nhiệt độ càng cao thì độc tính của NH3 càng mạnh Nồng độ Amoni đo được là tổng nồng độ của cả hai dạng trên
Hàm lượng nitơ trong nguồn nước phụ thuộc vào các thông số nitrogen - amoni, nitrogen – nitrare, nitrogen – nitrite đã được thể hiện trong đồ thị 5.3, 5.4, 5.5 với 5 vị trí lấy mẫu Đồ thị 4.3: Biến thiên nồng độ Ammonia qua các vị trí lấy mẫu
Nồng độ N-NH4 có giá trị thấp nhất ở vị trí Bến Củi với giá trị N-NH4 = 1,12 mg/l Nồng độ N-NH4 cao nhất tại Phú An với giá trị N-NH4 = 3,36 mg/l.Nồng độ N-
NH 4 tăng từ thượng lưu đến hạ lưu Tại trạm quan trắc Phú An nhận nhiều nước thải từ hộ gia đình trong thành phố Hồ Chí Minh do đó hàm lượng N-NH4 tại đây cao hơn so với các vị trí khác.
Trang 49 Đồ thị 4.4: Biến thiên nồng độ Nitrate qua các vị trí lấy mẫu
Nồng độ N-NO3 có giá trị cao ở thượng nguồn tại vị trí Bến Củi, N-NO3 = 0.936
- 1.103 mg/l Thấp nhất ở vị trí của Bến Súc với giá trị N-NO3 = 0.563-0.655 mg /l
Từ vị trí hạ nguồn của Bến Súc, N-NO3 có xu hướng tăng nguyên nhân do N-NO 2 bị chuyển hóa thành N-NO3 bởi vi khuẩn Nitrobacter spp nhưng nhìn chung nồng độ N-
NO 3 tại các vị trí lấy mẫu không có độ chênh lệch cao với biên độ N-NO3 = 0,67 –
1,36 mg/l Đồ thị 4.5: Biến thiên nồng độ Nitrite qua các vị trí lấy mẫu
Nồng độ N-NO2 có giá trị cao nhất là ở thượng nguồn tại vị trí Bến Củi, N-NO2
= 0,102-0,12 mg/l N-NO 2 có xu hướng giảm khi về hạ lưu Vị trí thấp nhất ở Bình
Phước N-NO2 = 0.022-0.026 mg/l N-NO 2 thấp nhất ở tại hạ lưu nguyên nhân do một lượng N-NH4 bị chuyển hóa bởi vi khuẩn ammonium oxidation (AOB) và
So với các tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN cho bề mặt nước 08: 2008 /
BTNMT các chỉ tiêu N-NH4, N-NO 2 ở vị trí lấy mẫu đều không đạt tiêu chuẩn Nồng độ SS tại vị trí Bến Súc, Bình Phước vượt tiêu chuẩn; tại vị trí của Bến Củi, Phú
Cường, Phú An là đạt tiêu chuẩn N-NO3 ở tất cả các địa điểm đều đạt tiêu chuẩn SS và nồng độ N-NO3 trong nước sông Sài Gòn từ thượng lưu đến hạ lưu là rất tốt, thấp hơn QCVN 08: 2008 / BTNMT Nồng độ của N-NH4, N-NO 2 là cao hơn so với
QCVN 08: 2008 / BTNMT Đáng lưu ý là nồng độ SS ở vị trí của Bến Súc rất cao so với các nơi khác nhưng các thông số N-NH4, N-NO 3 , N-NO 2 thấp hơn so với các vị trí khác Có thể có một mối tương quan nghịch giữa SS và N-NH4, N-NO 3 , N-NO 2 Điều này có thể là do nồng độ chất rắn lơ lửng có thể ảnh hưởng đến sự chuyển hóa các chất của N-NH4, N-NO 3 , N-NO 2 Tất cả dạng chuyển hóa nitơ dao động có thể phụ thuộc vào tốc độ dòng chảy, lưu lượng, độ sâu, chất hữu cơ, thủy triều và bùn lơ lửng tại mỗi vị trí
Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của đất sét đến quá trình chuyển hóa nitơ trong nước sông nhân tạo
trong nước sông nhân tạo
Hình 4.6: Biến thiên nồng độ Ammonia trong chuỗi thí nghiệm A
Từ 0-4 giờ N-NH4 tại các tốc độ khuấy 0, 30, 50, 100 vòng/phút tăng lên một ít và gần như diễn ra trùng nhau trong khi N-NH4 tại tốc độ khuấy 80 vòng/phút lại tăng lên đột biến Từ 4-8 giờ N-NH4 giảm đi một ít tại các tốc độ khuấy 0, 50 vòng/phút và giảm nhiều tại tốc độ khuấy 80 vòng/phút, trong khi N-NH4 tăng ít ở tốc độ khuấy 30 vòng/phút và tăng nhiều ở tốc độ khuấy 100 vòng/phút N-NH4 giảm nhiều nhất tại tốc độ khuấy 100 vòng/phút ở thời điểm cuối ngày
Hình 4.7: Biến thiên nồng độ Ammonia trong chuỗi thí nghiệm B
Từ 0-4 giờ N-NH4 giảm tại các tốc độ khuấy 30, 50, 100 vòng/phút và giữ nguyên tại tốc độ 0 vòng/phút, trong khi tại tốc độ khuấy 80 vòng/phút N-NH4 tăng một ít Từ 4-
8 giờ N-NH4 tăng tại các tốc độ khuấy 0, 30, 50, 100 vòng/phút còn N-NH4 tại tốc độ khuấy 80 vòng/phút không thay đổi.
Hình 4.8: Biến thiên nồng độ Ammonia trong chuỗi thí nghiệm C
Từ 0-4 giờ N-NH4 giảm ít tại các tốc độ khuấy 0, 30, 100 vòng/phút, trong khi ở tốc độ khuấy 50, 80 vòng/phút N-NH4 giảm đi nhiều Từ 4-8 giờ N-NH4 tiếp tục giảm ở các tốc độ khuấy 30, 80, 100 vòng/phút còn tại tốc độ khuấy 0, 50 vòn/phút N-NH4 vẫn giữ nguyên như sau 4 giờ đầu N-NH4 giảm nhiều nhất ở tốc độ khuấy 80 vòng/phút ở thời điểm cuối ngày
Hình 4.9: Biến thiên nồng độ Ammonia trong chuỗi thí nghiệm D
Từ 0-4 giờ N-NH4 giảm đồng loạt tại tất cả tốc độ khuấy Từ 4-8 giờ N-NH4 tiếp tục giảm tại tốc độ khuấy 0, 50, 100 vòng/phút trong khi tại tốc độ khuấy 30, 80 vòng/phút N-NH 4 vẫn giữ nguyên như thời điềm 0-4 giờ N-NH4 với tốc độ khuấy
100 vòng/phút giảm nhiều nhất vào thời điểm cuối ngày so với các tốc độ còn lại
Hình 4.10: Biến thiên nồng độ Ammonia trong 4 chuỗi thí nghiệm A,B,C,D
Từ hình 5-10 có thể kết luận về hàm lượng N-NH4 trong 4 chuỗi thí nghiệm như sau:
- N-NH4 có xu hướng giảm theo thời gian ở chuỗi thí nghiệm C và D và tăng các chuỗi thí nghiệm A và B
- Riêng N-NH 4 ở chuỗi phản ứng B tuân theo quy luật giảm trong thời điểm 0-4 giờ sau đó mới tăng trở lại
- N-NH 4 của chuỗi thí nghiệm D ở tốc độ khuấy 100 vòng/phút là giảm nhiều nhất so với các thí nghiệm còn lại là do lượng N-NH4 chuyển hóa thành N-
NO 2 trong khi N-NH 4 của chuỗi thí nghiệm A tại tốc độ 80 vòng/phút lại tăng nhiều nhất do sự chuyển hóa thành N-NO2 chưa diễn ra
Hình 4.11: Biến thiên nồng độ Nitrite trong chuỗi thí nghiệm A
Từ 0-4 giờ N-NO2ở tốc độ khuấy 0, 30, 80 vòng/phút tăng lên trong khi N-NO2 giảm ở tốc độ 50, 100 vòng/phút Từ 4-8 giờ N-NO2 tăng ít ở tốc đô 30, 80 vòng/phút và tăng nhiều tại các tốc độ khuấy 50, 100 vòng/phút trong khi tại tốc độ 0 vòng/phút
Hình 4.12: Biến thiên nồng độ Nitrite trong chuỗi thí nghiệm B
N-NO 2 ở các tốc độ khuấy 0, 30,50 vòng/phút tuân theo quy luật tăng lên ở thời điểm sau 4 giờ và giảm đi ở thời điểm cuối ngày giờ trong khi N-NO2 ở tốc độ khuấy
80, 100 vòng/phút có chiều hướng ngược lại, giảm sau 4 giờ và tăng trở lại ở thời điểm cuối ngày N-NO2 tại tốc độ khuấy 30 vòng/phút giảm nhiều nhất so với các tốc độ còn lại ở thời điểm cuối ngày
Hình 4.13: Biến thiên nồng độ Nitrite trong chuỗi thí nghiệm C
Từ 0-4 giờ N-NO2 giảm đi tại các tốc độ 30, 50, 80, 100 vòng/phút trong khi vẫn giữ nguyên ở tốc độ 0 Từ 4-8 N-NO2 giờ giảm đi nhiều ở các tốc độ khuấy 0, 30, 50 vòng/phút trong khi tăng lên ở các tốc độ khuấy 80, 100 vòng/phút N-NO2 giảm nhiều nhất ở các tốc độ 0, 30, 50 vòng/phút vào cuối ngày so với ban đầu
Hình 4.14: Biến thiên nồng độ Nitrite trong chuỗi thí nghiệm D
Từ 0-4 giờ N-NO2 ở tất cả tốc độ khuấy đều đồng loạt giảm Từ 4-8 giờ N-NO2 tại các tốc độ khuấy 30, 50, 80, 100 vòng/phút lại tiếp tục giảm trong khi tại tốc độ 0
Trang 57 vòng/phút N-NO 2 tăng trở lại như lúc bắt đầu N-NO2 tại tốc độ khuấy 50 vòng/phút giảm nhiều nhất tại thời điểm cuối ngày so với các tốc độ khuấy khác
Hình 4.15: Biến thiên nồng độ Nitrite trong 4 chuỗi thí nghiệm A,B,C,D
Tổng thể qua 4 chuỗi thí nghiệm ta thấy chỉ tiêu N-NO2 có các đặc điểm cụ thể sau:
- N-NO 2 có chiều hướng tăng ở chuỗi thí nghiệm A do tại đây N-NO2 chưa bị oxy hóa thành N-NO 3 , còn lại các chuỗi thí nghiệm B, C và D N-NO2 có chiều hướng giảm do N-NO2 đã bị oxy hóa thành N-NO3
- Ở vài tốc độ trong các chuỗi thí nghiệm B, C và D N-NO2 giảm sau 4 giờ sau đó tăng sau 4 giờ còn lại cho thấy N-NO2 chỉ bị oxy hóa một phần Còn tại các tốc độ khác cũng trong 3 chuỗi thí nghiệm này N-NO2 giảm liên tục sau 8 giờ là do N-NO2 đã bị oxy hóa hoàn toàn
- N-NO 2 giàm nhiều nhất tại tốc độ 0, 50 vòng/phút của chuỗi thí nghiệm C và
50 vòng/phút của chuỗi thí nghiệm D
Hình 4.16: Biến thiên nồng độ Nitrate trong chuỗi thí nghiệm A
Từ 0-4 giờ N-NO3 tại tất cả tốc độ khuấy đều tăng Và khi sang thời điểm 4-8 giờ N-
NO 3 giảm đi một ít tại tốc độ 30 vòng/phút và gần như giữ nguyên ở tốc độ khuấy 50 vòng/phút, trong khi ở tốc độ khuấy 0, 80, 100 vòng/phút N-NO3 tiếp tục tăng
Hình 4.17: Biến thiên nồng độ Nitrate trong chuỗi thí nghiệm B
Từ 0-4 giờ N-NO3 tại tốc 30, 80, 100 vòng/phút tăng ít trong khi ở tốc độ 0, 50 vòng/phút N-NO 3 giảm đi nhiều hơn Từ 4-8 giờ N-NO3 tại các tốc độ khuấy 0, 50,
100 vòng/phút tăng lên, trong đó N-NO3 của tốc độ 50 vòng/phút tăng nhiều và đột biến hơn tốc độ 0 và 100, còn N-NO3 ở tốc độ 30, 80 vòng/phút giảm gần như về kết quả ban đầu
Hình 4.18: Biến thiên nồng độ Nitrate trong chuỗi thí nghiệm C
Từ 0-4 giờ N-NO3 tăng nhiều tại các tốc độ khuấy 80, 100 vòng/phút và tăng ít ở tốc độ 0, trong khi tại tốc độ 30, 50 vòng/phút N-NO3 giảm đi Từ 4-8 giờ N-NO3 tăng lên ở các tốt độ 0, 30, 50 vòng/phút trong khi N-NO3 giảm ở tốc độ khuấy 80,100 vòng/phút N-NO 3 ở tốc độ 80 vòng/phút giảm nhiều nhất so với các tốc độ khác vào thời điểm cuối ngày
Hình 4.19: Biến thiên nồng độ Nitrate trong chuỗi thí nghiệm D
Bàn luận
Kết quả quan trắc có sự khác biệt rất lớn so với kết quả chạy mô hình thí nghiệm, cu thể hàm lượng N-NH4 +trong nước sông dao động trong khoảng 1.12-3.36 mg/L trong khi N-NH 4 + trong thí nghiệm lại rất cao, khoảng 105 mg/L mà không tuân theo
QCVN 08 : 2008/BTNMT Nguyên do dẫn đến sự khác biệt này là trong thí nghiệm chỉ quan tâm đến sự tăng giảm của các chỉ tiêu nitơ bị tác động bởi đất sét cũng như tốc độ khuấy trộn, việc pha chế nước sông tổng hợp sao cho giống với nước sông Sài
Gòn cũng không ảnh hưởng nhiều đến sự thay đổi của nitơ khi có sự tham gia của đất sét Mặt khác do ảnh hưởng của hàm lượng cơ chất cho vào nhằm duy trì sự ổn định của vi sinh hiếu khí nên đã làm gia tăng đáng kể hàm lượng nitơ
Sự thay đổi của thông số nitơ tại mỗi điều kiện thí nghiệm cho thấy sự chuyển hóa nitơ trong nước sông nhân tạo chịu ảnh hưởng bởi tốc độ khuấy và liều lượng đất sét cho vào Ảnh hưởng của sự khuấy trộn có thể cung cấp oxy cho vi sinh vật hoặc gia tăng khả năng tiếp cận vi sinh vật đối với nước sông nhân tạo Lượng đất sét cao có thể bao gồm: đất sét có khả năng gây ra sự chuyển hóa nitơ, đất sét có thể tạo chất nền cho vi sinh vật hấp thụ và nitơ chuyển hóa vi sinh vật trong đất sét gây ra giảm thiểu nitơ trong nước sông nhân tạo
