Vai trò của cây ngổ trâu (enydra fluctuans lour ) trong quá trình làm sạch nước thải sinh hoạt và nước thải nhà máy bia ở thành phố vinh nghệ an

Tr-ờng đại học Vinh Khoa sinh học Bïi Văn Minh Vai trò ngổ trâu (Enydra fluctuans Lour.) trình làm n-ớc thải sinh hoạt n-ớc thải nhà máy bia thành phố Vinh Nghệ an Khoá luận tốt nghiệp ngành: cử nhân Khoa học môi tr-ờng chuyên ngành: công nghệ phân tích môi tr-ờng Vinh, tháng 05 năm 2012 LI CM ƠN Hoàn thành đề tài này, trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới PGS TS Nguyễn Đình San tạo điều kiện tận tình giúp đỡ em trình nghiên cứu Với quỹ thời gian có hạn kinh nghiệm cịn hạn chế nên đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót Kính mong đóng góp ý kiến thầy bạn để đề tài hoàn thiện Xin kính chúc thầy bạn ln ln mạnh khỏe - hạnh phúc! Xin chân thành cảm ơn! Vinh, tháng 05 năm 2012 Sinh viên Bùi Văn Minh DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT TT Tên viết tắt Tên tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu ơxy hóa học BOD Biological Oxygen Demand Nhu cầu ôxy sinh học DO Dissolved Oxygen Hàm lượng oxy hòa tan NH4+ Amoni content Hàm lượng amoni PO43- Photphat content Hàm lượng Photphat Fe ts Fe total content Hàm lượng Sắt tổng số KCN Industrial Park Khu công nghiệp MLSS Mix Liquoz Suspendids Solids Chất rắn lơ lửng bùn lỏng SBR Sequencing Batch Reactor Aerotank hoạt động gián đoạn 10 UAF Upflow Anaerobic Floating Bể lọc kị khí vật liệu 11 UASB Upflow Anaerobic Sludge Xử lý yếm khí dịng ngược có Blanket lớp bùn lơ lửng 12 GDP Gross Domestic Product Tổng sản phẩm quốc nội 13 TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu đề tài Chương TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tình hình nhiễm nước 1.1.1 Trên giới 1.1.2 Ô nhiễm nước Việt Nam 1.1.3 Ở Nghệ An 1.2 Vài nét phương pháp xử lý nước thải 1.2.1 Xử lý n-ớc thải ph-ơng pháp học 1.2.2 Xử lý n-ớc thải ph-ơng pháp hóa học, hóa lý 1.2.3 Xư lý n-íc th¶i ph-ơng pháp sinh học 10 1.3 Vai trò thực vật thủy sinh môi trường 12 1.3.1 Vai trò thực vật thủy sinh .12 1.3.2 Vai trò ngổ trâu (Enydra fluctuans Lour.) 14 Chương ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 16 2.2 Địa điểm nghiên cứu 16 2.3 Thời gian nghiên cứu .16 2.4 Nội dung nghiên cứu 17 2.5 Phương pháp nghiên cứu 17 2.5.1 Nghiên cứu chất lượng nước 17 2.5.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 18 Chương KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .20 3.1 Ảnh hưởng (vai trò) ngổ trâu lên trình làm nước thải sinh hoạt 20 3.1.1 Ảnh hưởng ngổ trâu lên tiêu Oxy hòa tan (DO) nước thải sinh hoạt 21 3.1.2 Ảnh hưởng ngổ trâu lên tiêu COD (Chemical Oxygen Demand) nước thải sinh hoạt 24 3.1.3 Ảnh hưởng ngổ trâu lên hàm lượng muối nitơ (NH4+) nước thải sinh hoạt 25 3.1.4 Ảnh hưởng ngổ trâu lên hàm lượng muối photphat PO43 – nước thải sinh hoạt 27 3.1.5 Ảnh hưởng ngổ trâu lên hàm lượng sắt tổng số (Fets) nước thải sinh hoạt 29 3.2 Ảnh hưởng ngổ trâu lên trình làm nước thải nhà máy Bia Sài Gòn - Nghệ Tĩnh 31 3.2.1 Ảnh hưởng ngổ trâu lên tiêu Oxy hòa tan (DO) nước thải nhà máy bia .32 3.2.2 Ảnh hưởng ngổ trâu lên nhu cầu oxy hóa hóa học (COD) nước thải nhà máy bia .34 3.2.3 Ảnh hưởng ngổ trâu lên hàm lượng muối nitơ (NH4+) nước thải nhà máy bia .36 3.2.4 Ảnh hưởng ngổ trâu lên hàm lượng muối photphat (PO43- ) nước thải nhà máy bia .37 3.2.5 Ảnh hưởng ngổ trâu lên hàm lượng sắt tổng số (Fets) nước thải nhà máy bia .39 3.3 Đánh giá chung vai trị ngổ trâu lên q trình làm môi trường nước 40 3.4 Sự tăng trưởng ngổ trâu (Enydra fluctuans Lour.) trình xử lý mẫu nước thải 41 3.4.1 Về đặc điểm sinh thái 41 3.4.2 Về phân tích sinh khối 42 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 PHỤ LỤC DANH MỤC BẢNG BIỂU, BIỂU ĐỒ Trang BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Biến động DO nước thải sinh hoạt theo thời gian (mgO2/l) 22 Bảng 3.2 Biến động Oxy hóa học qua đợt nghiên cứu (mgO2/l) 24 Bảng 3.3 Biến động hàm lượng amoni (mg/l) nước thải sinh hoạt 26 Bảng 3.4 Biến động hàm lượng muối photphat PO43 - nghiên cứu (mg/l) .28 Bảng 3.5 Hàm lượng sắt tổng số (Fets) nước thải sinh hoạt 30 Bảng 3.6 DO nước thải nhà máy bia (mgO2/l) qua thí nghiệm 32 Bảng 3.7 Dao động Oxy hóa học qua đợt nghiên cứu (mgO2/l) .35 Bảng 3.8 Biến động hàm lượng amoni (mg/l) qua đợt nghiên cứu 36 Bảng 3.9 Hàm lượng muối photphat PO43 - nghiên cứu (mg/l) .38 Bảng 3.10 Hàm lượng sắt tổng số (Fets) mg/L nước thải nhà máy bia 39 Bảng 3.11 So sánh sinh khối ngổ (gam) qua thí nghiệm 42 BIỂU ĐỒ Biểu đồ 3.1 Biến động DO nước thải sinh hoạt theo thời gian .23 Biểu đồ 3.2 Biến động số COD nước thải sinh hoạt 24 Biểu đồ 3.3 Biến động hàm lượng amoni nước thải sinh hoạt 26 Biểu đồ 3.4 Biến động hàm lượng photphat qua thí nghiệm 28 Biểu đồ 3.6 Biến động DO nước thải nhà máy bia qua thí nghiệm 33 Biểu đồ 3.7 Biến động số COD qua thí nghiệm theo thời gian 35 Biểu đồ 3.8 Biến động hàm lượng amoni qua mẫu thí nghiệm 36 Biểu đồ 3.9 Biến động hàm lượng photphat qua thí nghiệm 38 Biểu đồ 3.10 Biến động hàm lượng sắt tổng số qua thí nghiệm 40 Biểu đồ 3.11 Sự thay đổi sinh khối ngổ trâu qua thí nghiệm 43 MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Vào đầu kỷ 21, loài người phải đối mặt với thử thách gay go, gia tăng nhanh nhiễm mơi trường tồn cầu Tình trạng nhiễm mơi trường nói chung tình trạng nhiễm mơi trường nước nói riêng vấn đề đáng báo động cho toàn nhân loại, vấn đề mang tính thời quốc gia, tổ chức bảo vệ mơi trường tồn giới Thực vật có vai trị quan trọng tồn giới sống, điền kiện tiên cho toàn sinh giới tồn phát triển, đảm bảo cân sinh thái Đặc biệt chúng có vai trị quan trọng việc bảo vệ môi trường như: Điều hịa khơng khí nhờ khả hấp thụ lượng mơi trường, hấp thu khí độc hại cho mơi trường đồng thời nhả khí oxy cho mơi trường, chống xói mịn, chống khơ hạn, lũ lụt máy điều hòa tự nhiên tốt Trong hệ thống thực vật, lồi thực vật thủy sinh có vai trò lớn việc bảo vệ ngồn nước, phận để hấp thụ lượng, chất hữu kim loại nặng có nước, giúp cải thiện đáng kể chất lượng nước thủy vực Các nhà khoa học giới nghiên cứu tìm 19 lồi thủy sinh có tác dụng làm môi trường nước như: Cây loa kèn, thủy trúc, rong diềng, rong chó, rong chồn, sậy, bèo hoa dâu, bèo tây, bèo cái, rau muống, bồn bồn Trong ngổ trâu (Enydra fluctuans Lour.), gọi ngổ dại, cần nước Việt Nam nằm vùng nhiệt đới ẩm, gió mùa với loại địa hình thủy vực phức tạp, có hệ sinh vật đặc biệt thực vật đa dạng phong phú Đây điều kiện tốt cho việc nghiên cứu sử dụng loài thực vật để xử lý nhiễm mơi trường nói chung việc sử dụng loài thủy sinh nhằm giảm thiểu nhiễm mơi trường nước nói riêng Thành phố Vinh thành phố loại trực thuộc tỉnh Nghệ An, nằm phía Nam tỉnh, trung tâm kinh tế, trị, văn hóa, xã hội nơi Hiện thành phố có tốc độ tăng trưởng kinh tế cao, mức 12,7% tăng 2,4% so với năm 2005, đời sống nhân dân ngày tăng cao Với phát triển mạnh mẽ cơng nghiệp hóa q trình thị hóa gia tăng dân số gây sức ép lớn đến môi trường nơi Các hoạt động sản xuất, sinh hoạt người dân thành phố không ngừng tạo chất thải Các chất trực tiếp hay gián tiếp đưa vào thủy vực, làm cho sông, ao, hồ, kênh, vực bị ô nhiễm nghiêm trọng, ảnh hưởng xấu đến môi trường sinh thái sức khỏe người địa bàn thành phố Hiện nay, Việt Nam có vài cơng trình nghiên cứu khả làm giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước thải lồi thực vật thủy sinh cơng trình mang tính chất chung, tổng qt cịn nhiều khiêm tốn so với khả vốn có thực vật thủy sinh nơi yêu cầu ngày lớn công tác bảo vệ môi trường giới Từ nhận thức yêu cầu thực tiễn nói trên, chúng tơi tiến hành nghiên cứu đề tài: " Vai trò ngổ trâu (Enydra fluctuans Lour.) trình làm nước thải sinh hoạt nước thải nhà máy bia thành phố Vinh - Nghệ An " Mục tiêu đề tài Đánh giá khả làm nước thải ngổ trâu Bước đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học, xử lí vấn đề liên quan Chương TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Tình hình nhiễm nước 1.1.1 Trên giới Hiện nay, với tăng trưởng nhanh dân số, kinh tế phát triển mạnh, kèm theo vấn đề khai thác, sử dụng không hợp lý ý thức bảo vệ môi trường người dân chưa cao làm cho môi trường nước ngày suy giảm chất lượng lẫn số lượng Theo thống kê tình hình ô nhiễm nước giới cho thấy: Phần lớn sơng hồ Châu Âu bị nhiễm bẩn, điển hình sông Rein bị biến thành “cống nước công cộng”, năm nước sông đục thêm đen dần Hàng trăm dặm sông chảy qua New York không sống [12] Tại Hoa Kỳ, vùng Đại Hồ bị nhiễm nặng, có hồ Erie, Ontario đặc biệt nghiêm trọng [11] Sông Potomac chảy qua Wasington, đáy sông bị nông dần lắng đọng chất thải Trung Quốc có 532 sơng kiểm sốt có tới 436 sơng bị nhiễm mức độ khác Sơng Hồng Phố Thượng Hải, hàng năm trung bình có tới 299 ngày nước sông đen thối [12] Tại sơng ngồi Châu Âu, nồng độ muối Nitrat vượt tiêu chuẩn cho phép 2,5 lần, nồng độ Photphat gấp 3,5 lần Ấn Độ có tới 70% nước bề mặt bị nhiễm bẩn [11] Ở Peru, chất thải làm nhiễm dịng sơng Rimac với hàm lượng Pb, Cr, As, Zn cao Đáng ý mẫu cá, tôm cua vịnh Giacacta (Indonexia) lượng Chì vượt 4%, Thủy ngân vượt 38%, Cadimi vượt 76% theo quy định WHO Nhiều sông Malaixia, sông Paraiba, sông Hàn Hàn Quốc, sông Sakaria Thổ Nhĩ Kỳ chịu cảnh tương tự, riêng hồ Giơnevơ (Pháp) chứa tới 275.000 chất bẩn Sơng Phin Cộng hịa Liên bang Đức hàng năm nhập vào muối, 4000 Natri, 220.00 Sunphat gây ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng [1] Tại Anh Quốc, đầu kỷ 19 sơng Tamise sạch, trở thành ống cống lộ thiên vào kỷ Các sông khác có tình trạng tương tự trước người ta đưa biện pháp bảo vệ nghiêm ngặt Ở Trung Quốc, ngày 13 - - 2005, vụ nổ nhà máy hóa dầu thành phố Cát Lâm gây nhiễm sông Tùng Hoa với chất Benzen, mức độ ô nhiễm dầu gấp 50 lần mức độ cho phép Nước Pháp có nhiều sơng rộng lớn vấn đề không khác Cuối kỷ 18, sông lớn nước ngầm nhiều nơi khơng cịn dùng làm nước sinh hoạt nữa, 5000 Km sông Pháp bị nhiễm mãn tính [16] Nhìn chung mơi trường nước giới bị suy thoái nghiêm trọng chất lượng không thành phố lớn, khu đô thị mà tượng cịn diễn vùng nơng thơn Chính điều đe dọa sống người nguồn nước phục vụ cho sinh hoạt 1.1.2 Ô nhiễm nước Việt Nam Hiện Việt Nam, cấp, ngành có nhiều cố gắng việc thực sách pháp luật bảo vệ mơi trường, tình trạng nhiễm nước vấn đề đáng lo ngại Tốc độ cơng nghiệp hóa thị hóa nhanh gia tăng dân số gây áp lực ngày nặng nề tài nguyên nước vùng lãnh thổ Môi trường nước nhiều đô thị, khu công nghiệp làng nghề ngày bị ô nhiễm nước thải, khí thải chất thải rắn Tại thành phố lớn, hàng trăm sở sản xuất công nghiệp gây ô nhiễm môi trường nước khơng có cơng trình thiết bị xử lý chất thải [10] Ơ nhiễm nước sản xuất cơng nghiệp nặng Trong tổng số 183 khu công nghiệp (KCN) nước (tính đến 2011), có 60% KCN chưa có hệ thống xử lý nước thải tập trung [18] Trong số doanh nghiệp khảo Bảng 3.8 Biến động hàm lượng amoni (mg/l) qua đợt nghiên cứu Thời gian (ngày) 10 15 TN ĐC TN ĐC TN ĐC TN ĐC I 1.25 1.25 1.05 1.25 0.85 1.24 0.39 1.24 II 1.39 1.39 1.28 1.39 0.96 1.38 0.55 1.37 III 1.46 1.46 1.33 1.45 1.11 1.45 0.67 1.44 IV 1.65 1.65 1.52 1.65 1.25 1.64 0.85 1.64 Thí nghiệm NH4+ (mg/l) 1.8 Chú thích Trước xử lí 1.6 1.4 1.2 Sau ngày 0.8 Sau 10 ngày 0.6 Sau 15 ngày 0.4 0.2 T N1 T N2 T N3 ĐC1 T N4 ĐC2 ĐC3 ĐC4 Thí nghiệm Biểu đồ 3.8 Biến động hàm lượng amoni qua mẫu thí nghiệm Dựa theo kết bảng biểu đồ cho thấy, lượng NH 4+ có xu hướng giảm dần theo thời gian làm thí nghiệm Các thí nghiệm chứa ngổ có hàm lượng amoni biến đổi tương đối đồng Chúng có lượng NH 4+ giảm mạnh Thấy rõ thí nghiệm (chứa 25% nước thải) từ 1.25 mg/l (mức nước bẩn) đến 0.39 mg/l (nước sạch) giảm đến 68.8% thí nghiệm khác có chiều hướng giảm tương đối nhanh đồng đều: thí nghiệm (chứa 50% nước thải) có lượng NH4+ giảm từ 1.39 mg/l đến 0.55 mg/l thí nghiệm (75% nước thải) giảm từ 1.46 mg/l 0.67 mg/l thí 37 nghiệm (chứa 100% nước thải) từ 1.65 mg/l (nước bẩn) xuống 29.88 mg/l (nước bẩn) Cịn thí nghiệm cịn lại khơng trồng ngổ NH4+ giảm khơng đáng kể Thời gian biến đổi lượng amoni tất mẫu chứa ngổ trâu giảm nhanh từ giai đoạn sau 10 ngày sau 15 ngày Còn giai đoạn sau ngày NH4+ giảm chậm Điều phù hợp với biến đổi chung trồng, tiếp xúc với môi trường sống chúng hoạt động hồn tồn thích ứng với mơi trường Lồi ngổ trâu chứng tỏ khả hấp thu lượng lớn NH 4+ nguồn nước thải nhà máy bia để làm chất dinh dưỡng cho trình sinh trưởng phát triển chúng, đồng thời giúp làm nước thải 3.2.4 Ảnh hưởng ngổ trâu lên hàm lượng muối photphat (PO43- ) nước thải nhà máy bia Trong thủy vực, có mặt photphat nitơ hữu nước xem yếu tố ảnh hưởng trình sinh trưởng phát triển loài thực vật thủy sinh Chúng nghiên cứu hàm lượng muối photphat PO43 - bảng 3.9 biểu đồ 3.9 Bảng 3.9 Hàm lượng muối photphat PO43 - nghiên cứu (mg/l) Thời gian (ngày) 10 15 TN ĐC TN ĐC TN ĐC TN ĐC I 0.09 0.09 0.09 0.09 0.06 0.09 0.04 0.09 II 0.11 0.11 0.10 0.11 0.08 0.11 0.05 0.11 III 0.12 0.12 0.10 0.12 0.09 0.12 0.07 0.12 IV 0.15 0.15 0.14 0.15 0.12 0.15 0.10 0.15 Thí nghiệm 38 PO430.16 0.14 Chú thích 0.12 0.1 Trước xử lí 0.08 Sau ngày 0.06 Sau 10 ngày 0.04 Sau 15 ngày 0.02 TN1 TN2 TN3 TN4 ĐC1 ĐC2 ĐC3 ĐC4 Thí nghiệm Biểu đồ 3.9 Biến động hàm lượng photphat qua thí nghiệm Ta thấy tiêu PO43 – có giảm khơng đồng thí nghiệm có chứa ngổ trâu Giảm mạnh (tới 55.56%) thí nghiệm (chứa 25% nước thải) từ 0.09 mg/l (mức nước bẩn) đến 0.04 mg/l (nước sạch) đến thí nghiệm (chứa 100% nước thải) giảm từ 0.15 mg/l (nước bẩn) đến 0.01 mg/l (nước bẩn) Thí nghiệm (chứa 50% nước thải) có lượng PO43 giảm từ 0.11 mg/l đến 0.05 mg/l thí nghiệm (75% nước thải) giảm từ 0.12 mg/l đến 0.07 mg/l Sự thay đổi đáng để quan tâm Còn đối chứng tiêu khơng giảm, kết tương tự nước thải sinh hoạt Về thời gian biến đổi, PO43 – giảm nhanh giai đoạn sau 10 ngày sau 15 ngày Cịn giai đoạn sau ngày photphat giảm chậm Điều giải thích tiêu khác Từ đây, có kết luận: lồi Enydra fluctuans Lour có vai trị lớn với PO43 – nước thải, làm giảm nhanh chóng hàm 39 lượng photphat nước, góp phần làm tăng nhanh trình làm nguồn nước thải giàu hữu 3.2.5 Ảnh hưởng ngổ trâu lên hàm lượng sắt tổng số (Fets) nước thải nhà máy bia Q trình nghiên cứu chúng tơi bất ngờ hàm lượng sắt nước thải lại thấp (dưới mức A1 QCVN 08: 2008), so sánh với thời gian xử lý 15 ngày Kết nghiên cứu hàm lượng Fets thể qua bảng 3.10 biểu đồ 3.10 Bảng 3.10 Hàm lượng sắt tổng số (Fets) mg/L nước thải nhà máy bia Thời gian QCVN 08:2008 (ngày) 15 A Thí nghiệm TN ĐC TN ĐC I 0.15 0.15 0.04 0.15 II 0.18 0.18 0.09 0.18 III 0.19 0.19 0.11 0.19 IV 0.21 0.21 0.13 0.21 40 B A1 A2 B1 B2