Tiểu luận hóa học môi trường nâng cao

Tiểu luận – HĨA HỌC MƠI TRƯỜNG NÂNG CAO MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC BẢNG BIỂU A MỞ ĐẦU I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU .5 III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU B NỘI DUNG CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 Sơ lược nguồn nước 1.1.1 Thực trạng nguồn nước 1.1.2 Tác hại ô nhiễm nguồn nước 1.2 Nhu cầu oxi hóa sinh học (BOD- Biochemical oxigen demand) 1.2.1 Các khái niệm 1.2.1.1 BOD: Nhu cầu oxi sinh hóa hay nhu cầu oxi sinh học .9 1.2.1.2 BOD5 1.2.2 Lịch sử BOD .9 1.2.3 Thử nghiệm BOD 10 1.2.4 Ứng dụng số liệu BOD .11 1.2.5 Phương pháp xác định .11 CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ BOD .13 2.1 Mục đích việc xác định BOD khảo sát ô nhiễm nước? 13 2.2 DO 13 2.2.1 Khái niệm 13 2.2.2 Phương pháp xác định DO 13 2.3 Cách xác định BOD5 (theo “Công nghệ xử lý nước thải biện pháp sinh học” - Lương Đức Phẩm) .14 2.3.1 Dụng cụ 14 2.3.2 Cách tiến hành 14 2.4 Ý nghĩa BOD 17 2.5 Hạn chế trình xác định 17 2.6 Những điểm ý việc xác định BOD .18 GVHD: PGS.TS VÕ VĂN TÂN Học viên: LÊ MỸ HẠNH – Hóa K25 Tiểu luận – HĨA HỌC MƠI TRƯỜNG NÂNG CAO 2.7 An tồn bảo hộ .20 CHƯƠNG 3: BIỆN PHÁP XỬ LÝ BOD 20 3.1 Một số trình sinh học dùng xử lý nước thải 21 3.2 Giới thiệu số mơ hình xử lý 22 3.2.1 Bể lọc sinh học nhỏ giọt 22 3.2.2 Đĩa tiếp xúc sinh học 23 3.2.3 Kết hợp biện pháp xử lý hiếu khí 26 3.2.3.1 Bể lọc sinh học hoạt tính 26 3.2.3.2 Bể lọc sinh học nhỏ giọt kết hợp với bể sục khí 26 3.2.3.3 Kết hợp bể lọc thô với bể bùn tính .26 3.2.3.4 Kết hợp bể lọc sinh học với bể bùn hoạt tính .27 3.2.3.5 Kết hợp bể lọc sinh học bể bùn hoạt tính theo dạng nối tiếp 27 3.2.4 Xử lý nước thải thủy sinh thực vật 27 3.2.4.1 Xử lý nước thải tảo 27 C KẾT LUẬN 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO .32 GVHD: PGS.TS VÕ VĂN TÂN Học viên: LÊ MỸ HẠNH – Hóa K25 Tiểu luận – HĨA HỌC MƠI TRƯỜNG NÂNG CAO DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Một kênh ô nhiễm Bắc Kinh, Trung Quốc Hình 1.2 Người dân tắm Vịnh Manila bãi rác Manila, Philippines Hình 1.3 Nước sơng nhiễm chuyển thành màu đen, rác trôi lềnh bềnh sông Kim Ngưu - Hà Nội Hình 1.4 Rác “ơm trọn” khu dân cư, hàng qn khóm 10, thị trấn sơng Đốc Hình 1.5 Giun móc thể người bị bệnh Crohn Hình 1.6 Con người sử dụng nguồn nước bẩn Hình 1.7 Nước thải chưa xử lý gây lở loét, ghẻ ngứa cho người dân Hình 3.1 Sơ đồ mơ hình bể lọc sinh học nhỏ giọt Hình 3.2 Các cách xếp đĩa sinh học Hình 3.3 Một số lồi tảo tiêu biểu Hình 3.4 Sơ đồ xử lý nước thải tảo Hình 3.5 Sơ đồ tạo bơng cặn DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Đánh giá chất lượng nước qua mức BOD Bảng 2.1 Bảng thông số giá trị k20 Bảng 3.1 Một số trình sinh học dùng xử lý nước thải Bảng 3.2 Một số giá trị tham khảo để thiết kế ao Lục Bình để xử lý nước thải GVHD: PGS.TS VÕ VĂN TÂN Học viên: LÊ MỸ HẠNH – Hóa K25 Tiểu luận – HĨA HỌC MƠI TRƯỜNG NÂNG CAO A MỞ ĐẦU I LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Nước nguồn tài nguyên quý báu vô quan trọng với sống Mọi sống bắt nguồn từ nước gắn liền với nước Nước phân biệt trái đất với hành tinh khác hệ mặt trời Tuy nhiên năm gần đây, đà phát triển kinh tế xã hội theo hướng cơng nghiệp hóa đại hóa, người ngày làm chủ với sống vấn đề nhiễm mơi trường, đặc biệt ô nhiễm nguồn nước ngày trở nên trầm trọng vấn đề nan giải cho toàn xã hội, đặc biệt nước phát triển nước ta Ngày nay, việc bảo vệ nguồn nước, đa dạng sinh học sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước trở thành vấn đề vô cần thiết, đặc biệt ô nhiễm nguồn nước (nhất nguồn nước ngọt) trở nên ngày trầm trọng, đe dọa sống lồi người gây nhiều khó khăn cho sản xuất, đời sống Nhìn chung, khoảng 75% bề mặt trái đất bao phủ nước ngày có khoảng triệu nước sinh hoạt, nước thải công nghiệp chưa xử lý thải trực tiếp sơng ngòi Nếu khơng có biện pháp khắc phục từ bây giờ, người hủy hoại Trái đất xinh tươi mà thiên nhiên ban tặng Do đó, việc tìm hiểu đánh giá thông số ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước trở nên quan trọng cơng tác quản lý nói chung xử lý nhiễm nguồn nước nói riêng Trong đó, tiêu BOD tiêu có ý nghĩa quan trọng để đánh giá sơ ô nhiễm nước có nguồn gốc hữu Ứng dụng chúng giúp đánh giá phần tính chất nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, cho biết khả tự làm nguồn nước tự nhiên Từ đó, chọn phương pháp hợp lý, thiết bị xử lý xem xét tính hiệu phương pháp GVHD: PGS.TS VÕ VĂN TÂN Học viên: LÊ MỸ HẠNH – Hóa K25 Tiểu luận – HĨA HỌC MƠI TRƯỜNG NÂNG CAO Vì vậy, em lựa chọn đề tài: “Tìm hiểu số BOD đánh giá chất lượng nguồn nước” nhằm tăng thêm hiểu biết cho thân lĩnh vực này, góp phần việc học tập, nghiên cứu ứng dụng vào sống II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Tìm hiểu nội dung liên quan đến số BOD việc đánh giá chất lượng nguồn nước III PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Trong trình thực đề tài, tiến hành thu thập, sưu tầm thơng 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 GVHD: PGS.TS VÕ VĂN TÂN Học viên: LÊ MỸ HẠNH – Hóa K25 Tiểu luận – HĨA HỌC MƠI TRƯỜNG NÂNG CAO B NỘI DUNG CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 SƠ LƯỢC VỀ NGUỒN NƯỚC 1.1.1 Thực trạng nguồn nước Nước nguồn tài nguyên quý báu thiết yếu sống trái đất Nước đóng vai trò vơ quan trọng: phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt, nâng cao đời sống tinh thần người dân, nhu cầu thiết yếu trồng, điều tiết chế độ nhiệt, ánh sáng, chất dinh dưỡng, vi sinh vật… Tuy nhiên theo điều tra Bộ Tài nguyên Môi trường nay, tất sơng nước ta nhiều rơi vào tình trạng nhiễm Vì nhiễm mơi trường nói chung nhiễm nguồn nước nói riêng vấn đề mà xã hội đặc biệt quan tâm để tạo phát triển vững bền Trên giới: Trung bình ngày trái đất có khoảng triệu chất thải sinh hoạt đổ sông hồ biển cả, 70% lượng chất thải công nghiệp không qua xử lý bị trực tiếp đổ vào nguồn nước quốc gia phát triển Một nửa số bệnh nhân nằm viện nước phát triển không tiếp cận điều kiện vệ sinh phù hợp (vì thiếu nước) bệnh liên quan đến nước Không đảm bảo vệ sinh thiếu nước nguyên nhân gây tử vong cho 1,6 triệu trẻ em năm Tổ chức Lương Nông Liên Hợp Quốc (FAO) cảnh báo 15 năm tới có gần tỷ người phải sống khu vực khan nguồn nước 2/3 cư dân hành tinh bị thiếu nước GVHD: PGS.TS VÕ VĂN TÂN Học viên: LÊ MỸ HẠNH – Hóa K25 Tiểu luận – HĨA HỌC MƠI TRƯỜNG NÂNG CAO Hình 1.1 Một kênh nhiễm Hình 1.2 Người dân tắm Vịnh Manila Bắc Kinh, Trung Quốc bãi rác Manila, Philippines Tại Việt Nam: Trong vòng năm gần đây, có khoảng triệu ca thuộc loại bệnh liên quan đến nước Riêng chi phí trực tiếp cho việc khám chữa bệnh tả, thương hàn, lỵ sốt rét lên tới 400 tỷ đồng Thời gian gần đây, nhiều địa phương xuất bệnh lạ Đặc biệt rộ lên tượng nhiều người làng, thôn bị ung thư khiến người dân hoang mang Kết kiểm tra nhà khoa học, bác sỹ cho thấy, thủ phạm gây nên số bệnh nguồn nước Có 1.000 xã có nguy nhiễm thạch tín cao, tập trung chủ yếu vùng đồng Bắc đồng sông Cửu Long GVHD: PGS.TS VÕ VĂN TÂN Học viên: LÊ MỸ HẠNH – Hóa K25 Tiểu luận – HĨA HỌC MƠI TRƯỜNG NÂNG CAO Hình 1.3 Nước sơng nhiễm chuyển Hình 1.4 Rác “ơm trọn” khu dân cư, thành màu đen, rác trơi lềnh bềnh hàng qn khóm 10, sông Kim Ngưu - Hà Nội thị trấn sông Đốc 1.1.2 Tác hại nhiễm nguồn nước Hình 1.5 Giun móc Hình 1.6 Con người sử Hình 1.7 Nước thải thể người bị bệnh dụng nguồn nước bẩn chưa xử lý gây lở loét, Crohn ghẻ ngứa cho người dân GVHD: PGS.TS VÕ VĂN TÂN Học viên: LÊ MỸ HẠNH – Hóa K25 Tiểu luận – HĨA HỌC MƠI TRƯỜNG NÂNG CAO Khi nguồn nước bị nhiễm ngun nhân gây bệnh tật: bệnh đường tiêu hóa, bệnh ký sinh trùng… Ô nhiễm nguồn nước gây hại trực tiếp đến sinh vật sống nước, gây tổn hại đến sản xuất kinh doanh nuôi trông thủy sản, ảnh hưởng xấu đến tính chất đất mạch nước ngầm, làm vẻ mỹ quan đô thị, cảnh đẹp tự nhiên dần tiêu biến hồ bể 1.2 NHU CẦU OXI HÓA SINH HỌC (BOD- Biochemical oxigen demand) 1.2.1 Các khái niệm 1.2.1.1 BOD: Nhu cầu oxi sinh hóa hay nhu cầu oxi sinh học Ký hiệu: BOD, từ viết tắt tiếng Anh Biochemical (hay Biological) Oxigen Demand, tiêu sinh lý hóa quan trọng nước Mỗi loại nước cho đối tượng cụ thể có yêu cầu giá trị BOD định BOD lượng oxi cần thiết cho q trình oxi hóa chất hữu nước vi sinh vật có nước, nước xảy q trình oxi hóa học, vi khuẩn sử dụng oxi hòa tan nước Vì vậy, xác định hàm lượng oxi hòa tan nước cần thiết, tiêu đánh giá ảnh hưởng chất hữu đến nguồn nước q trình oxi hóa sinh học 1.2.1.2 BOD5 Là lượng oxi cần thiết ngày đầu nhiệt độ 20 0C buồng tối để tránh ảnh hưởng trình quang hợp 1.2.2 Lịch sử BOD Royal Commission on River Pollution (Ủy ban Hồng gia Ơ nhiễm Sơng) thành lập năm 1865 sau hình thành Royal Commission on Sewage Disposal (Ủy ban Hoàng gia loại bỏ nước thải) vào năm 1898 dẫn tới lựa chọn BOD5 vào năm 1908 thử nghiệm cuối ô nhiễm hữu sông ngày chọn khoảng thời gian thích hợp cho thử nghiệm, coi thời gian dài mà nước sơng chảy từ thượng nguồn tới cửa sông Vương quốc Anh Năm 1912, Ủy ban thiết lập tiêu chuẩn 20 ppm BOD5 nồng độ tối đa cho phép nước thải qua xử lý để đổ vào sông với điều kiện phải có tỷ lệ hòa lỗng 8:1 cho dòng chảy GVHD: PGS.TS VÕ VĂN TÂN Học viên: LÊ MỸ HẠNH – Hóa K25 Tiểu luận – HĨA HỌC MƠI TRƯỜNG NÂNG CAO vào thời gian có thời tiết khơ Nó đặt tiêu chuẩn tiếng 20:30 (BOD:Các chất rắn huyền phù) + nitrat hóa đầy đủ, sử dụng tiêu chuẩn so sánh Vương quốc Anh tận thập niên 1970 chất lượng nước tuôn từ cơng trình xử lý nước thải Phần lớn sơng ngun sơ có BOD ngày (kí hiệu BOD 5) nhỏ mg/l Các sông bị ô nhiễm mức độ nhẹ có giá trị BOD khoảng 2–8 mg/l Nước thải thị xử lý có hiệu cơng nghệ ba giai đoạn có giá trị BOD5 vào khoảng 20 mg/l Nước thải chưa xử lý có giá trị BOD5 khơng cố định, trung bình vào khoảng 600 mg/l châu Âu khoảng 200 mg/l Hoa Kỳ hay khu vực mà bị thấm lọc qua nước ngầm hay nước bề mặt Các giá trị nói chung Hoa Kỳ thấp chủ yếu lượng nước tiêu thụ đầu người cao nhiều so với khu vực khác giới Bùn sệt từ trang trại chăn ni bò sữa có giá trị BOD vào khoảng 8.000 mg/l thức ăn ủ thành xi lơ có giá trị BOD5 vào khoảng 60.000 mg/l Bảng 1.1 Đánh giá chất lượng nước qua mức BOD Mức BOD (bằng ppm) 1-2 3-5 6-9 10+ Chất lượng nước Rất tốt-khơng có nhiều chất thải hữu Tương đối Hơi ô nhiễm Rất ô nhiễm 1.2.3 Thử nghiệm BOD Việc thử nghiệm số BOD phép đo tốc độ hấp thụ hết oxi vi sinh vật có mẫu nước thử nhiệt độ cố định (20°C - mẫu thử nghiệm đặt tủ ủ giống tủ lạnh) khoảng thời gian chọn trước (thường ngày) bóng tối Để đảm bảo điều kiện tương đương, lượng nhỏ vi sinh vật mầm mống thêm vào mẫu cần thử nghiệm mẫu đối chứng chứa nước cất Mầm mống thông thường sinh từ việc hòa lỗng nước cống rãnh hoạt hóabằng nước khử ion Thử nghiệm nói chung GVHD: PGS.TS VÕ VĂN TÂN Học viên: LÊ MỸ HẠNH – Hóa K25 10 Tiểu luận – HĨA HỌC MƠI TRƯỜNG NÂNG CAO trước bắt đầu q trình phân tích Mặt khác, chất thải hữu từ nguồn công nghiệp khác yêu cầu enzyme đặc hiệu Quần thể vi khuẩn từ nguồn vi sinh vật mầm mống tiêu chuẩn số thời gian để sản xuất enzyme Tóm lại: - Yêu cầu vi sinh vật mẫu phân tích phải có nồng độ tế bào sống đủ lớn vi sinh vật bổ sung phải thích nghi với mơi trường - Nếu nước thải có chất độc hại phải xử lý sơ loại bỏ bớt chất đó, sau tiến hành phân tích, đồng thời cần ý giảm ảnh hưởng vi khuẩn nitrat hóa - Thời gian phân tích q dài (5 ngày) Vì vậy, nghiên cứu giám sát trình xử lý người ta cần xác định hệ số tỉ lệ COD BOD tiến hành phân tích COD q trình 2.6 Những điểm ý việc xác định BOD  Điều kiện cần phải thực để có kết phân tích BOD xác? điều kiện ảnh hưởng tới kết phân tích BOD: - Các chất độc hại vi sinh vật - pH điều kiện thẩm thấu phải thích hợp - Chất dinh dưỡng - Nhiệt độ - Seed (Vi sinh vật bổ sung phân tích BOD)  Điều kiện thỏa mãn q trình pha lỗng mẫu nước để xác định BOD: - Nước không chứa tảo vi khuẩn Tốt nước cất - pH nước khoảng 6.5 – 8.5 - Điều kiện thẩm thấu thích hợp trì K3PO4 Na3PO4 - Nước pha lỗng phải đồng khơng chứa Nitơ - Nước pha lỗng phải sục khí bão hòa oxi  Mục đích việc cho chất sau vào q trình phân tích BOD: - FeCl3: Keo tụ chất rắn lơ lửng GVHD: PGS.TS VÕ VĂN TÂN Học viên: LÊ MỸ HẠNH – Hóa K25 18 Tiểu luận – HĨA HỌC MƠI TRƯỜNG NÂNG CAO - MgSO4: có tác dụng khử cứng - K2HPO4: Dinh dưỡng cho vi sinh vật - NH4Cl: Dinh dưỡng cho vi sinh vật - CaCl2: Dinh dưỡng cho vi sinh vật  Giải thích mẫu nước song có nhiệt độ thấp 20 oC cần phải xử lý sơ trước phân tích BOD? Nếu nước có nhiệt độ thấp 20o ngăn cản hoạt động vi sinh vật Nếu lớn 20o xảy tượng quang hợp phát triển tảo làm sai lệch kết phân tích  Tại lại phải cho thêm số chất dinh dưỡng ban đầu tiến hành xác định BOD mẫu nước thải cơng nghiệp khó có khả oxi hóa sinh học? Mục đích cung cấp dinh dưỡng cho phát triển vi sinh vật  Tại kết phân tích giá trị BOD thơng thường khơng khyến cáo để suy nhu cầu oxi hóa nitơ xử lý nước thải: ∑ BOD = BOD (CO3) + BOD (N2) Vì nitơ cho thêm vào nước tác dụng cung cấp dinh dưỡng cho vi sinh vật  Phương pháp sử dụng việc kiểm sốt q trình nitrat hóa xác định BOD5 - Thời gian ủ ngày - Các chất ức chế vi khuẩn nitrat hóa methylene blue allylthourae - Khử trùng Clorine  Những yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ oxi hóa sinh học xác định BOD: - Các chất độc hại vi sinh vật - pH điều kiện thẩm thấu phải thích hợp - Chất dinh dưỡng - Nhiệt độ - Seed (Vi sinh vật bổ sung phân tích BOD) GVHD: PGS.TS VÕ VĂN TÂN Học viên: LÊ MỸ HẠNH – Hóa K25 19 Tiểu luận – HĨA HỌC MÔI TRƯỜNG NÂNG CAO  Ý nghĩa cũa hoat động vi sinh vật : - Liên quan đến tốc độ oxi hóa sinh học - Phân huỷ chất hữu - Xử lý mùi nước thải: methyl sulfide, dimethyl sulfide phân hủy chủng Thiobacillus Hyphomicrobium oxi hóa sulfat - Xử lý tháp lọc: VK quang hợp Chlorobium lọai bỏ đến 95% khí H2S từ nước thải sau xử lý bể kị khí - Xử lý số kim loại nặng: Hg, Cd, Pb, Se, As  Các yếu tố ảnh huởng đến hoạt động vi sinh vật: - Chất dinh dưỡng - Những chất vi lượng - pH vi khuẩn: 6.5 – 7.5 (vi khuẩn không chịu đuợc pH >9 pH 50 ngày BOD5 < 30mg/l Lưu lượng nạp nước thải 200 m3/(ha.day) TSS < 30 mg/l Độ sâu tối đa < 1,5 m Diện tích đơn vị ao 0,4 Lưu lượng nạp chất hữu < 30kg BOD5/(ha.day) Tỉ lệ dài : rộng ao >3:1 Nước thải qua xử lý cấp I Thời gian lưu tồn nước > ngày BOD5 < 10mg/l Lưu lượng nạp nước thải 800 m3/(ha.day) TSS < 10 mg/l Độ sâu tối đa 0,91 m TP < mg/l Diện tích đơn vị ao 0,4 TN < mg/l Lưu lượng nạp chất hữu