Nghiên cứu thực trạng nhiễm và chuyển hóa amoni trong nước cấp sinh hoạt theo hình thức lưu trữ quy mô hộ gia đình

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ N ỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ ANH TRUNG NGHIÊN C ỨU THỰC TRẠNG NHIỄM VÀ CHUYỂN HÓA AMONI TRONG NƯỚC CẤP SINH HOẠT THEO HÌNHTHỨC LƯU TRỮ QUY MƠ H Ộ GIA ĐÌNH LUẬN ÁN TI ẾN SỸ KHOA HỌC MƠI TRƯỜNG HÀ N ỘI - 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ N ỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ ANH TRUNG NGHIÊN C ỨU THỰC TRẠNG NHIỄM VÀ CHUYỂN HĨA AMONI TRONG NƯỚC CẤP SINH HOẠT THEO HÌNH THỨC LƯU TRỮ QUY MƠ H Ộ GIA ĐÌNH LUẬN ÁN TI ẾN SỸ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG HÀ N ỘI - 2018 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ N ỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ ANH TRUNG NGHIÊN C ỨU THỰC TRẠNG NHIỄM VÀ CHUYỂN HÓA AMONI TRONG NƯỚC CẤP SINH HOẠT THEO HÌNHTHỨC LƯU TRỮ QUY MƠ H Ộ GIA ĐÌNH CHUN NGÀNH: MƠI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC MÃ S Ố: 62440303 LUẬN ÁN TI ẾN SỸ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS ĐỒNG KIM LOAN PGS TS TRẦN HỒNG CÔN HÀ N ỘI - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận án trung th ực chưa cơng b ố ng trình nghiên cứu khác Tác giả luận án Lê Anh Trung LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành luận án này, tác giả nhận giúp đỡ tận tình PGS.TS Đồng Kim Loan PGS.TS Trần Hồng Côn, người Thầy trực tiếp hướng dẫn dẫn định hướng nghiên cứu, kiến thức chuyên mô n hết truyền cho tác giả lò ng đam mê khoa học tinh thần tự giác học tập nghiên cứu Tác giả xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc giú p đỡ quý báu với Thầy, người h ết lòng giúp đỡ tạo điều kiện tốt để tác giả học tập, nghiên cứu hoàn thành luận án Tác giả xin bày tỏ lị ng cảm ơn tới TS Lê Thị Hồng Oanh, Thầy, Cô tập thể cán Khoa Môi trường, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội đóng góp ý kiến chân thành, bổ ích để giúp tác giả hồn thiện luận án Tác giả xin bày tỏ lò ng cảm ơn sâu sắc đến tập thể cán Phị ng thí nghiệm Trung tâm Nghiên cứu Quan trắc Mơ hình hóa Mơi trường (CEMM), trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQG Hà Nội giúp đỡ tạo điều kiện tốt cho tác giả trình thực lấy mẫu phân tích mẫu mơi trường, để tác giả có th ể hồn thành tốt luận án Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới lãnh đạo quan nơi tác giả công tác, đồng nghiệp tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả suốt thời gian học tập nghiên cứu Cuối cù ng, tác giả xin gửi lời cảm ơn tới người thân yêu gia đình bên cạnh động viên tác giả vật chất tinh thần để vững tâm hoàn thành luận án Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tất giúp đỡ quý báu này! Tác gi ả luận án MỤC LỤC DANH MỤC CÁC T Ừ VÀ CÁC KÝ HI ỆU VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC B ẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU Lý ch ọn đề tài luận án Mục tiêu nghiên cứu 10 Nội dung nghiên cứu 10 Những ng gó p luận án 10 Ý nghĩa khoa học thực tiễn luận án 11 CHƯƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN C ỨU 12 1.1 Chu trình nitơ amoni nước tự nhiên 12 1.1.1 Chu trình nitơ 12 1.1.2 Amoni 14 1.1.3 Các tác động amoni nước sinh hoạt 17 1.2 Sự chuyển hóa h ợp chất nitơ nước 19 1.2.1 Quá trình cố định nitơ 19 1.2.2 Quá trình amơn hóa 21 1.2.3 Quá trình nitrat hóa 22 1.2.4 Quá trình khử nitrat 25 1.2.5 Quá trình anamox 26 1.2.6 Quá trình khử nitrat thành amoni 27 1.3 Tình hình nghiên cứu nhiễm amoni q trình chuyển hóa hợp chất nitơ nước cấp sinh hoạt 28 1.3.1 Trên giới 28 1.3.2 Ở Việt Nam 31 1.4 Tổng quan hình thức lưu trữ nước 34 1.5 Các gi ải pháp ki ểm soát amoni nước cấp sinh hoạt 37 CHƯƠNG ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 41 2.1 Đối tượng ph ạm vi nghiên cứu 41 2.2 Nội dung nghiên cứu 41 2.3 Các phương pháp nghiên c ứu 45 2.3.1 Phương pháp kế thừa tài liệu 45 2.3.2 Phương pháp điều tra, khảo sát lấy mẫu thực địa 45 2.3.3 Các phương pháp phân tích 46 2.3.4 Phương pháp thực nghiệm 49 2.3.5 Phương pháp xử lý số liệu phân tích 56 2.3.6 Phương pháp đánh giá kết nghiên cứu 57 CHƯƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN C ỨU VÀ TH ẢO LUẬN 59 3.1 Hiện trạng nhiễm amoni nước cấp sinh hoạt Hà N ội .59 3.1.1 Kết khảo sát nhiễm amoni nước sinh hoạt ba quận nội thành Hà N ội 59 3.1.2 Sự nhiễm amoni loại bể lưu trữ nước hộ gia đình .61 3.1.3 Hiện trạng lưu trữ nước nồng độ hợp chất nitơ vô 63 3.1.4 Ảnh hưởng loại hình lưu trữ nước đến nồng độ amoni, nitrit, nitrat hộ gia đình 70 3.2 Ảnh hưởng trình lưu trữ đến thay đổi nồng độ h ợp chất nitơ vô 73 3.2.1 Ảnh hưởng điều kiện môi trường nước 73 3.2.2 Ảnh hưởng điều kiện lưu trữ 86 3.2.3 Ảnh hưởng trình sử dụng nước 101 3.3 Đề xuất giải pháp gi ảm thiểu nồng độ h ợp chất nitơ bể lưu trữ nước sinh hoạt quy mô h ộ gia đình 110 3.3.1 Giải pháp đường ống phân phối nước cấp 110 3.3.2 Về điều kiện lưu trữ 111 3.3.3 Về thời gian lưu trữ 111 3.3.4 Về vật liệu bể trữ nước 112 KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 113 Kết luận 113 Kiến nghị 114 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC 115 TÀI LI ỆU THAM KHẢO 116 PHỤ LỤC 132 DANH MỤC CÁC T Ừ VÀ CÁC KÝ STT KÝ HI ỆU AOB Anamox ATP BOD BTNMT BYT COD DEN DO 10 DON 11 DRNA 12 MPN 13 NOB 14 QCVN 15 PON 16 TAN 17 TB 18 TCVN 19 T-N 20 TSS 21 VSV 22 WHO DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Tỷ lệ amoniac dung dịch 16 Bảng 1.2: Nồng độ số cấu tử nước thô c nhà máy nước 32 Bảng 1.3: Kết phân tích trung bình mẫu nước thơ t ại nhà máy nước 33 Bảng 1.4: Ảnh hưởng nhiễm bẩn vi sinh vật thiết bị lưu trữ nước .35 Bảng 1.5: Loại dụng cụ chứa nước số địa phương 36 Bảng 2.1: Địa khảo sát thi ết bị lưu trữ nước hộ gia đình 44 Bảng 2.2 Các phương pháp phân tích hóa h ọc 47 Bảng 2.3: Môi trường nuôi c vi sinh vật 48 Bảng 3.1 Kết khảo sát thi ết bị lưu trữ nước hộ gia đình 64 Bảng 3.2 Nồng độ amoni, nitrat đầu vào 73 Bảng 3.3 Nhiệt độ, pH, DO nước theo mùa năm 74 Bảng 3.4 Nồng độ amoni, nitrat đầu vào 77 Bảng 3.5 Nhiệt độ, pH, DO nước theo vị trí 77 Bảng 3.6 Nồng độ NH4+ NO3- ban đầu 82 Bảng 3.7 Nhiệt độ, pH, DO nước theo nồng độ amoni nitrat 82 Bảng 3.8 Tổng tỷ lệ [NO2-]/GHCP + [NO3-]/GHCP 85 Bảng 3.9 Nồng độ amoni, nitrat đầu vào 86 Bảng 3.10 Tỷ lệ nitơ tạo hay điều kiện xáo trộn 98 Bảng 3.11 Tỷ lệ nitơ tạo hay điều kiện tĩnh hở 99 Bảng 3.12 Tỷ lệ nitơ tạo hay điều kiện kín khí 100 Bảng 3.13 Điều kiện ban đầu bể 102 Đợt lấy mẫu 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 Nhiệt độ 23,6 22,4 22,5 22,7 21,9 21,3 22,9 22,9 22,2 21,8 22,4 22,0 140 Phụ lục 3.7 Số liệu phân tích thông s ố bể tĩnh hở, mùa hè TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 141 Phụ lục 3.8 Số liệu phân tích thơng s ố bể tĩnh hở, mùa đông TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 142 Phụ lục 3.9 Số liệu phân tích thơng s ố bể tĩnh hở, nhà TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 143 + Phụ lục 3.10: Số liệu phân tích thơng s ố bể tĩnh hở, [N-NH ]20mg/L TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 144 Phụ lục 3.11 Mật độ vi khuẩn chuyển hóa nitơ bể xáo trộn thống khí Đợt lấy mẫu (đợt) 145 Phụ lục 3.12 Mật độ vi khuẩn chuyển hóa nitơ bể hở tĩnh Đợt lấy mẫu (đợt) 146 Phụ lục 3.13 Mật độ vi khuẩn chuyển hóa nitơ bể kín khí Đợt lấy mẫu (đợt) 147 Phụ lục 3.14 Số liệu phân tích thơng s ố bể xáo tr ộn thống khí TT 19,8 1,5 12,2 1,9 8,4 0,2 4,6 0,4 0,7 1,1 0,1 KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH KPH N tổng (mg/L) 0, 2, 35,1 40,3 36,6 48,6 44,5 38,7 32,8 36,9 148 Phụ lục 3.15 Số liệu phân tích thơng s ố bể tĩnh hở 39,0 49,0 39,9 39,9 36,6 36,5 N tổng (mg/L) TT 32,3 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 0,3 32,6 0,2 33,2 0,3 34,7 0,4 37,4 0,4 30,9 0,2 36,0 0,2 38,6 0,8 29,5 0,9 38,1 1,9 35,3 1,7 31,5 31,0 32,0 31,0 30,0 28,7 42,4 3,3 1,2 7,0 5,3 64,0 185,0 480,0 35,5 31,5 31,0 31,3 149 Phụ lục 3.16 Số liệu phân tích thơng s ố bể kín khí N-NO2 TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 150 Phụ lục 3.17 Một số hình ảnh phân tích vi sinh vật Dương tính với mơi trường ni c vi khuẩn ammon hóa Dương tính với mơi trường ni c vi khuẩn AOB Dương tính với môi trường nuôi c vi khuẩn khử nitrat hóa 151 ...ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ N ỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN LÊ ANH TRUNG NGHIÊN C ỨU THỰC TRẠNG NHIỄM VÀ CHUYỂN HÓA AMONI TRONG NƯỚC CẤP SINH HOẠT THEO HÌNH THỨC LƯU TRỮ QUY MƠ H Ộ GIA ĐÌNH LUẬN ÁN... thực trạng nhiễm amoni hợp chất nitơ vô (nitrit, nitrat) nước cấp sinh hoạt từ nhà máy c ấp nước có hàm lượng amoni cao lưu trữ thiết bị chứa nước sinh hoạt quy mô h ộ gia đình - Nghiên cứu chuyển. .. đến nghiên cứu trước amoni nước cấp sinh hoạt 1.4 Tổng quan hình thức lưu trữ nước Các bể chứa nước (bể chứa) chủ yếu sử dụng để lưu trữ nước cho mục đích sinh hoạt ăn uống hộ gia đình Ở nước