Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng sinh vật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI VŨ THỊ LAN PHƯƠNG NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT B ẰNG SINH VẬT LUẬN VĂN THẠC SĨ NÔNG NGHIỆP Chuyên ngành : KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Mã số : 60.44.03.01 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. NGUYỄN NHƯ HÀ HÀ NỘI - 2013 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan rằng: Số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa từng ñược sử dụng ñể bảo vệ một học vị nào khác. Mọi sự giúp ñỡ cho công việc thực hiện luận văn này ñã ñược cám ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc Tác giả luận văn Vũ Thị Lan Phương Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… ii LỜI CẢM ƠN Có ñược kết quả nghiên cứu này, tôi xin ñược bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc ñến: PGS.TS. Nguyễn Như Hà, người ñã trực tiếp, tận tình hướng dẫn và tạo mọi ñiều kiện tốt cho tôi trong suốt thời gian học tập, thực hiện ñề tài nghiên cứu và hoàn chỉnh luận văn này. Tập thể các thầy cô giáo bộ môn Nông hóa – Thổ nhưỡng, Khoa Tài nguyên và Môi trường, Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội, luôn giúp ñỡ và có những góp ý sâu sắc trong thời gian tôi học tập và thực hiện ñề tài. Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, người thân và gia ñình ñã ñộng viên, giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tác giả luận văn Vũ Thị Lan Phương Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… iii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục từ viết tắt vi Danh mục bảng vii Danh mục hình viii 1 MỞ ðẦU 1 1.1 Tính cấp thiết của ñề tài 1 1.2 Mục ñích và yêu cầu 2 1.2.1 Mục ñích 2 1.2.2 Yêu cầu 2 2 TỔNG QUAN 3 2.1 Nước thải sinh hoạt và vấn ñề môi trường 3 2.1.1 Khái niệm về nước thải sinh hoạt 3 2.1.2 Thành phần các chất chính trong nước thải sinh hoạt 4 2.1.3 Vấn ñề môi trường do nước thải sinh hoạt 6 2.2 Nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước 14 2.2.1 Nguyên nhân gây ô nhiễm hữu cơ nguồn nước 14 2.2.2 Dinh dưỡng khoáng với hiện tượng phú dưỡng nguồn nước 16 2.3 Xử lý nước thải sinh hoạt bằng sinh vật 19 2.3.1 Cơ sở khoa học của xử lý nước ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng khoáng bằng sinh vật 19 2.3.2 Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng sinh vật ở nước ngoài 22 2.3.3 Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng sinh vật ở Việt Nam 24 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… iv 3 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29 3.1 ðối tượng nghiên cứu 29 3.2 Nội dung nghiên cứu 29 3.2.1 Mức ñộ ô nhiễm của NTSH thôn Thuận Tiến – Dương Xá – Gia Lâm – Hà Nội 29 3.2.2 Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt tới tốc ñộ sinh trưởng phát triển của các thực vật thủy sinh 29 3.2.3 Khả năng làm sạch các chất hữu cơ và dinh dưỡng có trong nước thải bởi sinh vật 29 3.2.4 Phương án xử lý NTSH bằng phương án có hiệu quả nhất 29 3.3 Phương pháp nghiên cứu 29 3.3.1 Phương pháp bố trí thí nghiệm 29 3.3.2 Lấy mẫu và bảo quản mẫu 30 3.3.3 Phương pháp phân tích và thông số phân tích 31 3.3.4 Phương pháp theo dõi tốc ñộ sinh trưởng của TVTS 31 3.3.5 Phương pháp xử lý số liệu 31 4 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 32 4.1 Mức ñộ ô nhiễm của nước thải sinh hoạt thôn Thuận Tiến – Dương Xá – Gia Lâm – Hà Nội 32 4.2.1 Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt tới sinh trưởng phát triển của bèo tây 33 4.2.2 Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt tới sinh trưởng phát triển của bèo cái 36 4.3 Khả năng làm sạch các chất hữu cơ và dinh dưỡng có trong nước thải bởi sinh vật 39 4.3.1 Khả năng làm sạch chất hữu cơ trong nước bằng sinh vật trong thí nghiệm 39 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… v 4.3.2 Khả năng làm sạch chất vô cơ trong nước thải bằng sinh vật trong các CTTN theo thời gian 48 4.3.3 Ảnh hưởng của các sinh vật trong thí nghiệm tới các chỉ tiêu ñánh giá chất lượng nước thải khác 58 4.3.4 ðánh giá hiệu quả xủ lý NTSH của các sinh vật sau thời gian thí nghiệm 65 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70 5.1 Kết luận 70 5.2 Kiến nghị 70 TÀI LIỆU THAM KHẢO 71 PHỤ LỤC I 74 PHỤ LỤC II 80 Phụ lục 3 92 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… vi DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BOD : Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa BTNMT : Bộ Tài nguyên và Môi trường CHC : Chất hữu cơ COD : Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa hóa học CT : Công thức CTTN : Công thức thí nghiệm DO : Dissolved Oxygen Oxy hòa tan ðHBKHN : ðại học Bách khoa Hà Nội EM : Emina NTSH : Nước thải sinh hoạt PGS TS: : Phó giáo sư tiến sỹ QC : Quy chuẩn QCCP : Quy chuẩn cho phép QCVN : Quy chuẩn Việt Nam TNHH : Trách nhiệm hữu hạn TN : Tổng Nito TP : Tổng phốt pho TOC : Tota Organic Carbon Tổng hàm lượng cacbon hữu cơ TSS : Total Suspended Soili Tổng chất rắn lơ lửng TVTS : Thực vật thủy sinh VSV : Vi sinh vật Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… vii DANH MỤC BẢNG STT Tên bảng Trang 2.1 Một số sinh vật gây bệnh qua ñường nước 5 2.2 Tải lượng ô nhiễm từ nước thải sinh hoạt ñưa vào lưu vực sông Nhuệ - ðáy 7 2.3 Tải lượng ô nhiễm từ nước thải sinh hoạt ñưa vào lưu vực sông Cầu 9 2.4 Tải lượng chất ô nhiễm do nước thải ñô thị của một số tỉnh/thành phố ở lưu vực sông ðồng Nai năm 2004 10 2.5 Các chỉ tiêu ñánh giá mức ñộ ô nhiễm nước thải sinh hoạt quy ñịnh tại QCVN 14 : 2008/BTNMT. 14 2.6 Hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm bằng thủy thực vật 24 2.7 Tỷ lệ % giảm N hữu cơ hòa tan theo thời gian ở nghiệm thức trồng Lục bình và Vetiver. 26 2.8 Tỷ lệ % giảm P hữu cơ hòa tan theo thời gian ở nghiệm thức trồng Lục bình và Vetiver 26 3.1 Phương pháp phân tích các thông số 31 4.1 Kết quả phân tích nước thải trước khi tiến hành thí nghiệm 32 4.2 Kết quả theo dõi sinh trưởng phát triển bèo tây 33 4.3 Kết quả theo dõi sinh trưởng phát triển bèo cái 36 4.4. Diễn biến nồng ñộ COD trong các CTTN theo thời gian 39 4.5 Diễn biến nồng ñộ TSS trong các CTTN theo thời gian 43 4.6 Diễn biến nồng ñộ BOD 5 trong các CTTN theo thời gian 45 4.7. Diễn biến nồng ñộ NH 4 + trong các CTTN theo thời gian 49 4.8 Diễn biến nồng ñộ NO 3 - trong các CTTN theo thời gian 52 4.9 Diễn biến nồng ñộ PO 4 3- trong các CTTN theo thời gian 55 4.10 Giá trị pH phân tích theo thời gian 59 4.11 Diễn biến nồng ñộ DO trong các CTTN theo thời gian 59 4.12 Diễn biến số lượng coliform trong các CTTN theo thời gian 62 4.13 Diễn biến nồng ñộ NO 2 - trong các CTTN theo thời gian 63 4.14 Hiệu quả xử lý NTSH của bèo Tây kết hợp chế phẩm EM 66 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… viii DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 2.1 Tỷ lệ nước thải lưu vực sông Nhuệ - ðáy 6 2.2 Tỷ lệ nước thải ñổ vào lưu vực sông Cầu 8 4.1 Sinh khối bèo tây qua các tuần thí nghiệm 34 4.2 Số cành bèo tây qua các tuần thí nghiệm ở các nghiệm thức 36 4.3 Sinh khối tươi trung bình của bèo cái 37 4.4 Số nhánh của bèo cái qua các tuần thí nghiệm 38 4.5 Diễn biến nồng ñộ COD ở các CTTN theo thời gian 42 4.6 Diễn biến nồng ñộ TSS ở các CTTN theo thời gian 45 4.7 Diễn biến nồng ñộ BOD 5 ở các CTTN theo thời gian 48 4.8 Diễn biến nồng ñộ NH 4 + ở các CTTN theo thời gian\ 51 4.9 Diễn biến nồng ñộ NO 3 - ở các CTTN theo thời gian 54 4.10 Diễn biến nồng ñộ PO 4 3- ở các CTTN theo thời gian 58 4.11 Diễn biến DO ở các CTTN theo thời gian 61 4.12 Diễn biến nồng ñộ NO 2 - ở các CTTN theo thời gian 65 4.13 Nước thải trước và sau khi xử lý bằng sinh vật 69 Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sỹ khoa học Nông nghiệp ……………………… 1 1. MỞ ðẦU 1.1. Tính cấp thiết của ñề tài Môi trường nước rất cần thiết cho sự sống và sự tồn tại và phát triển của con người. Mọi lĩnh vực trong cuộc sống ñều cần tới nước. Nước góp phần vào sự phát triển kinh tế xã hội. Thế nhưng song song với sự phát triển ấy con người lại dần làm cạn kiệt nguồn nước, làm ô nhiễm nguồn nước. Như chúng ta ñã biết tỷ lệ nước ngọt có khả năng sử dụng ñược chiếm rất ít còn lại là nước ở dạng băng, dạng hơi. Thế nhưng chúng ta không ý thức bảo vệ nguồn nước ñể sử dung lâu dài mai sau mà ñổ biết bao chất ô nhiễm vào nguồn nước làm cho nước càng ngày càng khan hiếm. Vì vậy, xử lý nước bị ô nhiễm trước khi ñổ vào nguồn là một vấn ñề bức xúc ñối với toàn cầu. trong quá trình công nghiệp hóa, hiện ñại hóa ñất nước, nước ta cũng không ngoài khung cảnh này. Hiện nay, hầu hết các hệ thống sông , ao, hồ, kênh rạch ñều ô nhiễm nghiêm trọng ñặc biệt là ô nhiễm từ các nguồn thải sinh hoạt bao quanh các khu dân cư ảnh hưởng tới cảnh quan cũng như tác ñộng xấu tới chất lượng cuộc sống con người. Tác nhân chính hủy hoại môi trường từ nước thải sinh hoạt là các chất hữu cơ, chất khoáng và vi sinh vật gây bệnh. Xử lý các chất ô nhiễm này có thể thực hiện theo nhiều phương pháp khác nhau như xử lý bằng các chất hoá học, làm lắng, ñông keo tụ Tuy nhiên, các biện pháp trên ñều rất tốn kém chi phí ñầu tư, chi phí vận hành và tốn nhiều công sức. Ngược lại, việc sử dụng các biện pháp sinh học lại không ñòi hỏi nhiều kinh phí ñầu tư, không yêu cầu máy móc thiết bị hiện ñại ñắt tiền và nhiều công sức ñặc biệt là sử dụng các thực vật thuỷ sinh và vi sinh vật. Ở Hambuoc- ðức, chi phí ñể xây dựng một nhà máy xử lý nước thải theo kỹ thuật thông thường là 6,5 triệu Mac và chi phí vận hành là 1,5 triệu Mac mỗi năm. Trong khi ñó, chi phí ñể xây dựng một thiết bị xử lý nước thải bằng [...]... ưu vi t trong vi c x lý ô nhi m c a các bi n pháp sinh h c, v i mong mu n ñóng góp thi t th c cho th c t tôi th c hi n ñ tài: “ Nghiên c u x lý nư c th i sinh ho t b ng sinh v t.” 1.2 M c ñích và yêu c u 1.2.1 M c ñích - ðánh giá hi u qu x lý nư c th i sinh ho t b ng th c v t th y sinh, ch ph m EM và t h p TVTS v i ch ph m EM - Xác ñ nh phương pháp x lý nư c th i sinh ho t b ng sinh v t có hi u qu cao... sau khi ñã lo i b các y u t ñ c h i 2.3.2 Nghiên c u x lý nư c th i sinh ho t b ng sinh v t nư c ngoài Nghiên c u x lý nư c th i b ng phương pháp sinh h c khá nhi u nư c trên th gi i t ng làm và chuy n giao ng d ng trong th c t b i tính ưu vi t c a phương pháp này Nh ng nghiên c u c th th i b ng sinh v t th t s trên th gi i v x lý nư c n tư ng Nghiên c u x lý nư c th i ñô th s d ng s y (Phragmites... loài) (Lê Trình, 1997) 2.3 X lý nư c th i sinh ho t b ng sinh v t 2.3.1 Cơ s khoa h c c a x lý nư c ô nhi m h u cơ và dinh dư ng khoáng b ng sinh v t Trong nư c th i thư ng có các vi sinh v t, nguyên sinh ñ ng v t, th c v t th y sinh: t o, rong, rêu…ðây là các sinh v t h u ích giúp chuy n hóa và tiêu th các ch t h u cơ và ch t khoáng có trong nư c th i Trư c tiên các vi sinh v t s phân h y chuy n hóa... n hóa các ch t h u cơ thành các ch t khoáng, sau ñó th c v t th y sinh h p th ch t dinh dư ng trong nư c và làm s ch môi trư ng nư c Quá trình x lý nư c th i sinh ho t b ng th c v t th y sinh và vi sinh v t cũng d a trên m i quan h dinh dư ng c a các sinh v t th y sinh và ch t dinh dư ng trong nư c ñ x lý nư c t t nh t Trong nư c th i sinh ho t các ch t gây ô nhi m ch y u là các ch t h u cơ hòa tan,... tăng cư ng cho các h th ng x lý nư c th i b ng sinh h c Trung Qu c (T p chí Khoa h c và công ngh , 2004) 2.3.3 Nghiên c u x lý nư c th i sinh ho t b ng sinh v t Vi t Nam Th c v t th y sinh g m: bèo cái, bào tây, c n ng, ng , rau d a, rau mu ng d u x lý r t t t các ch t ô nhi m ñ c bi t là ch t h u cơ và ñ m (b ng 2.6) (Trương Hoàng ðan, Trương Th Nga, 2009) B ng 2.6 Hi u qu x lý các ch t ô nhi m b ng th... lư ng nư c >49gdp/ft2, còn b không tr ng th c v t khi lư ng nư c >30gdp/ft2 (Moshiri G.A ,1993) Nghiên c u trung tâm thành ph Piracicaba, n m bên b ph i sông Piracicaba, nh m nghiên c u hi u qu x lý nư c th i ñô th c a các th c v t thu sinh trong giai ño n t 1/1986-1/1987 Nghiên c u này bao g m 2 h th ng x lý riêng: h th ng 1 bao g m 3 kênh song song có tr ng bèo tây (Eichhornia crassipes), các kênh... th m m ; khi t o ch t sinh kh i t o ch t th i r a (nh t là khi t o lam ñ c “bùng n ”) s tiêu th m nh ôxy s gi m n ng ñ ôxy hoà tan, gây hôi th i, phát sinh ñ c ch t có th làm ch t các loài thu sinh khác Sinh kh i t o ch t thư ng l ng xu ng Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c s khoa h c Nông nghi p ……………………… 17 ñáy h nên ñáy h tr nên y m khí, khi ñó các quá trình vi sinh y m khí s d n t... s sinh trư ng phát tri n bình thư ng c a sinh v t - ð m b o các ñi u ki n thí nghi m chính xác: thùng x p thí nghi m không rò r nư c th i, tránh bay hơi nư c làm tăng n ng ñ , tránh mưa làm pha loãng nư c th i Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c s khoa h c Nông nghi p ……………………… 2 2 T NG QUAN 2.1 Nư c th i sinh ho t và v n ñ môi trư ng 2.1.1 Khái ni m v nư c th i sinh ho t Nư c th i sinh. .. i sinh ho t) như d u m ñ ng, th c v t nh hư ng tiêu c c ñ n quá trình t làm s ch c a nư c th i sinh ho t Do d u m là ch t l ng khó tan trong nư c mà thư ng n i trên b m t nư c nên ngăn c n quá trình hô h p, quang h p và h p th dinh dư ng c a sinh v t có l i ð c tính và tác ñ ng sinh thái c a d u m ph thu c vào t ng lo i d u H u h t các loài th c v t, ñ ng v t ñ u b tác h i do d u m , các loài th y sinh. .. trong nư c th i c a vi sinh v t g m 3 giai ño n: - Các h p ch t h u cơ ti p xúc v i b m t t bào sinh v t - Khu ch tán và h p th các ch t ô nhi m nư c qua màng bán th m vào trong t bào vi sinh v t Trư ng ð i h c Nông nghi p Hà N i – Lu n văn th c s khoa h c Nông nghi p ……………………… 19 - Chuy n hóa các ch t này trong n i bào ñ sinh ra năng lư ng và t ng h p các v t li u m i cho t bào vi sinh v t (Lương ð c . của xử lý nước ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng khoáng bằng sinh vật 19 2.3.2 Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng sinh vật ở nước ngoài 22 2.3.3 Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng sinh. ðánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng thực vật thủy sinh, chế phẩm EM và tổ hợp TVTS với chế phẩm EM - Xác ñịnh phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt bằng sinh vật có hiệu quả cao. 2.1 Nước thải sinh hoạt và vấn ñề môi trường 3 2.1.1 Khái niệm về nước thải sinh hoạt 3 2.1.2 Thành phần các chất chính trong nước thải sinh hoạt 4 2.1.3 Vấn ñề môi trường do nước thải sinh hoạt