LÝ THUYẾT PHÂN TÍCH NƯỚC

PHÂN TÍCH NƯỚC 4.1 GIỚI THIỆU 4.1.1 Thủy Nước hàng hóa quý giá nhất, điều hiển nhiên Nó có nhiều công dụng, hầu hết chúng phần cho sống xã hội Nước quan trọng để uống, mà khơng có người đàn ơng hay động vật sống sót sử dụng cho việc vệ sinh cá nhân Nông nghiệp công nghiệp sử dụng lượng nước khổng lồ để cung cấp cho thực phẩm nhiều mặt hàng tiêu dùng Ngoài ra, cá mà ăn phụ thuộc hồn tồn vào nước Khơng thể cạn kiệt nguồn cung cấp nước nước tái chế liên tục chu trình thủy văn; nhiên, làm giảm chất lượng nước đến mức vơ dụng, có hại chí gây tử vong Ơ nhiễm nước ảnh hưởng nghiêm trọng đến nhiều sông, hồ chí phận đại dương Chín mươi bảy phần trăm nước giới tìm thấy đại dương Chỉ có 2,5% nước giới nước Tuy nhiên, 75% nước bị ràng buộc sông băng mũ băng Chỉ có 1% nước tìm thấy hồ, sơng đất, 24% có mặt dạng nước ngầm Việc sử dụng nước tăng lên với dân số ngày tăng gây áp lực cho tài nguyên nước Năm 1975, tổng lượng nước sử dụng toàn cầu 4000 km3 năm dự kiến tăng lên khoảng 6000 km3 năm vào năm 2000 Tính trung bình quy mơ tồn cầu, khoảng 70% lượng nước sử dụng lĩnh vực nông nghiệp, 20% cho ngành công nghiệp 10% cho mục đích khác nước Tìm kiếm nguồn cung cấp nước đầy đủ để đáp ứng nhu cầu ngày tăng việc trì chất lượng nước trở thành vấn đề cần giải Mặc dù nguồn nước sẵn có khơng phải vấn đề phạm vi tồn cầu, vấn đề cấp thiết cho việc tìm nước ngọt, nơi cần thiết với số lượng cần thiết 4.1.2 Ơ nhiễm nước Các khu định cư cơng nghiệp người từ lâu tập trung dọc theo sông, cửa sông vùng ven biển chiếm ưu thương mại đường thủy Việc sử dụng nước người dẫn đến suy giảm chất lượng nước đời chất gây ô nhiễm khác Trong lịch sử, ô nhiễm nước vấn đề lớn trung tâm dân số lớn phát triển Sơng biển có khả tự làm riêng, ô nhiễm nước trở thành vấn đề vượt khả tự làm vùng nước Chất gây ô nhiễm nước chất sinh học, vật lý hóa học có mức độ mức có khả gây hại cho sinh vật sống, bao gồm người Chất lượng nước định tiềm sử dụng Ví dụ, chất lượng nước cần thiết cho sử dụng công nghiệp phụ thuộc vào quy trình cơng nghiệp liên quan Nước nhiễm sử dụng cho số quy trình khơng phải cho quy trình khác Trong trường hợp khơng có nhiễm, thành phần nước sơng có nguồn gốc chủ yếu từ phong hóa đá (xem ví dụ 4.1) Ơ nhiễm nước mối nguy hiểm nghiêm trọng sức khỏe Mọi người bị bệnh uống rượu, giặt giũ bơi nước ô nhiễm Các mối nguy sinh học nước bao gồm vi khuẩn gây bệnh, vi rút ký sinh trùng, mối nguy hóa học bao gồm nitrat, chì, asen, thuốc trừ sâu chất phóng xạ Mối quan tâm lớn chất lượng nước dành cho nguồn cung cấp nước sinh hoạt, phải khơng có chất gây hại cho sức khỏe người Từ quan điểm y tế công cộng, điều quan trọng nguồn cung cấp nước sinh hoạt khơng có vi sinh vật mang mầm bệnh Các mầm bệnh, truyền qua nước, bao gồm người chịu trách nhiệm nhiễm trùng đường ruột (kiết lỵ, dịch tả, sốt thương hàn) người chịu trách nhiệm viêm gan bại liệt truyền nhiễm Ở nước phát triển châu Âu Bắc Mỹ, nguồn cung cấp nước nói chung khơng có sinh vật này, điều khơng thể nói nước phát triển nơi dịch bệnh truyền nhiễm bệnh thương hàn dịch tả xảy Tuy nhiên, nước phát triển, bệnh từ nước mối đe dọa tiềm tàng nguồn cung cấp nước theo dõi thường xuyên vi khuẩn coliform phân, diện cho thấy diện việc thải phân nước Nguồn cung cấp nước khơng có hóa chất độc hại thuốc trừ sâu, thuốc trừ sâu, kim loại nặng chất phóng xạ Một dạng phổ biến ô nhiễm nước vật lý ô nhiễm nhiệt Công nghiệp sử dụng nước cho mục đích làm mát, nước sau đưa trở lại vùng nước nhiệt độ cao nhiệt độ môi trường Thủ phạm khía cạnh nhà máy điện, sử dụng lượng nước mặt khổng lồ để ngưng tụ nước, điều khiển tuabin sản xuất điện Nước nóng sau xả trở lại sông, hồ, cửa sông biển Cá nhạy cảm với nhiệt độ tăng vài độ gây hậu tàn khốc sống vùng nước Vì lý này, nhiệt độ nước giảm bên tháp giải nhiệt nhà máy điện trước xả Vì sách đề cập đến phân tích hóa học, ô nhiễm vật lý sinh học, quan trọng, không thảo luận chi tiết Các chất ô nhiễm hữu mối quan tâm lớn số lượng chất nhiễm hữu sản xuất ngày tăng tác dụng độc hại, gây ung thư, gây đột biến gây quái thai Dầu mỡ, chất hoạt động bề mặt thuốc trừ sâu quan tâm từ lâu, gần có quan tâm ngày tăng hợp chất hữu dễ bay (VOCs), biphenyls polychlorin (PCB), hydrocarbon thơm đa nhân (PAHs), phenol, aldehyd, steroid kháng sinh hợp chất dược phẩm khác ngày tìm đường vào vùng nước Quan tâm đặc biệt rối loạn nội tiết tố nội tiết Các chất gây rối loạn nội tiết hợp chất bắt chước kích thích tố thể chúng gây phản ứng phóng đại ngăn chặn tác dụng nội tiết tố Nhiều hợp chất hữu không xử lý cách nhà máy xử lý nước, có mối quan tâm rộng rãi đường thủy sinh tích lũy sinh học sinh vật biển nước Các tiêu chuẩn ngày ban hành cho nhiều hợp chất hữu cơ; quan bảo vệ môi trường Hoa Kỳ (US EPA) xác định khoảng 130 hợp chất 65 loại điều chỉnh theo tiêu chuẩn xả thải Các nguồn gây nhiễm nước là: nước thải, nước thải cơng nghiệp, nước tràn dầu Các loại chất gây nhiễm nước nguồn gốc chúng liệt kê Bảng 4.1 Nhiều chất gây ô nhiễm liên tục thải vào vùng nước hàng ngày Thỉnh thoảng phát hành lượng lớn chất gây ô nhiễm thu hút quan tâm lớn cơng chúng Ví dụ điển hình việc phóng thích chất phóng xạ từ nhà máy tái chế hạt nhân Sellafield Anh vào Biển Ailen, vụ thử hạt nhân Pháp Thái Bình Dương vụ tai nạn tàu chở dầu Exxon Valdez Bảng 4.1 Các chất ô nhiễm hóa học thủy Chất nhiễm Phóng xạ Hóa chất hữu Nguồn điển hình Xả ngẫu nhiên từ ngành công nghiệp hạt nhân, vận chuyển vật liệu hạt nhân thử hạt nhân Sử dụng nông nghiệp thuốc diệt cỏ thuốc trừ sâu Chất thải cơng nghiệp sinh hoạt Ơ nhiễm dầu biển tai nạn tàu chở dầu Kim loại nặng Chất thải từ cơng nghiệp, nơng nghiệp, nước thị hộ gia đình Axit Thốt nước từ mỏ, chất thải từ công nghiệp lắng đọng axit từ khí Chất dinh dưỡng Sử dụng phân bón nơng nghiệp Các dẫn giải Chủ đề cảm xúc Ảnh hưởng sức khỏe thường xuyên tranh luận Một loạt hóa chất thải (hydrocarbon dầu mỏ, thuốc trừ sâu, chất tẩy rửa, vv) Tác động có hại đến sức khỏe người hệ sinh thái nước Nhiều chất nhiễm kim loại có tác động có hại cho sức khỏe người hệ sinh thái nước (ví dụ: thủy ngân, chì, cadmium) Có thể gây hại cho hệ sinh thái nước (ví dụ: axit sulfuric, axit nitric) cách huy động kim loại độc hại Có thể gây tượng phú dưỡng (ví dụ: Các hợp chất phốt nitơ) Nitrat ảnh hưởng đến sức khỏe người 4.1.3 Nhu cầu oxy sinh hóa Nước thải chảy vào sông đại dương từ cửa xả nước thải coi nguồn gây nhiễm điểm, nồng độ chất ô nhiễm giảm tăng khoảng cách xi dịng từ nguồn pha lỗng Các chất nhiễm hữu nước thải có vấn đề ô nhiễm cụ thể Vi khuẩn nước làm giảm nhiễm hữu cơ, sử dụng oxy hịa tan (DO) trình Lượng oxy cần thiết để phân hủy chất hữu đơn vị thể tích nước gọi nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) HĐQT đóng vai trị thước đo ô nhiễm hữu xác định thường xuyên nhà máy xử lý nước thải phịng thí nghiệm chất lượng nước Nếu có q nhiều ô nhiễm hữu đó, BOD cao, DO trở nên thấp để hỗ trợ đời sống thủy sinh Các phân hủy ô nhiễm hữu bắt đầu nước thải chảy vào sơng, gần với nguồn điểm nhiễm có vùng ô nhiễm, với BOD cao DO thấp Xa phía hạ lưu, có khu vực phân hủy hoạt động, DO mức tối thiểu phân hủy sinh hóa nhiễm hữu Cuối cùng, có khu vực phục hồi DO tăng lên, BOD giảm phần lớn ô nhiễm hữu bị phân hủy Hầu hết vùng nước có số khả làm giảm chất thải hữu cơ; nhiên, vấn đề phát sinh nước tiếp nhận bị tải với chất thải hữu cơ, đòi hỏi oxy Nếu khả làm tự nhiên thể nước bị áp đảo, tất DO sử dụng hết dẫn đến cá chết HĐQT thảo luận chi tiết Phần 4.7 4.1.4 phú dưỡng Sự gia tăng nồng độ chất dinh dưỡng thể nước gọi phú dưỡng Chất dinh dưỡng yếu tố cần thiết cho tăng trưởng sinh vật sống (C, N, P, K, S số kim loại vi lượng) Sự phú dưỡng trình tự nhiên mong muốn; nhiên, hoạt động người làm tăng đáng kể diện chất dinh dưỡng, dẫn đến tượng phú dưỡng văn hóa, vấn đề lớn nhiều lĩnh vực Thoát nước thoát nước nơng nghiệp giàu phân bón, chứa hàm lượng nitơ phốt cao, thải vào vùng nước dẫn đến gia tăng dân số thực vật phù du, gọi tảo nở hoa Tảo trở nên dày đến mức ánh sáng xuyên qua nước tảo bên bề mặt chết khơng có ánh sáng Khi tảo phân hủy DO sử dụng hết, cá, bị thiếu oxy, bắt đầu chết Bảng 4.2 Tiêu chí phú dưỡng cho hồ hồ chứa (Tham khảo chương 1) Các vấn đề phú dưỡng thường gặp hồ nhận chất thải giàu chất dinh dưỡng Gần đây, mối quan tâm bày tỏ khả phú dưỡng vùng nước ven biển vùng nhiệt đới nước thải tác động có hại rạn san hô Các vấn đề phú dưỡng giải cách đảm bảo nước thải thải vào vùng nước không chứa hàm lượng dinh dưỡng mức Điều đạt cách sử dụng phương pháp xử lý nước thải tiên tiến có khả loại bỏ chất Nó hiệu để kiểm sốt phốt khơng phải nitơ, phốt thường tác nhân hạn chế phát triển tảo phần lớn giải phóng từ nguồn điểm nước thải Mặt khác, phần lớn nitơ đến từ nguồn khuếch tán thoát nước Xử lý nước thải cấp ba, liên quan đến keo tụ hóa học có khả loại bỏ phốt khỏi nước thải, hầu hết nhà máy xử lý nước thải không sử dụng xử lý cấp ba (xem Mục 4.1.9) Có thể, đắt tiền, để đảo ngược tượng phú dưỡng vùng nước bị ảnh hưởng Bảng 4.2 đưa mối quan hệ trạng thái chiến thắng vùng nước số thơng số đo 4.1.5 Axit hóa Axit hóa nước diễn kỷ, cơng nhận vấn đề ô nhiễm nước lớn kể từ cuối năm 1960 Các điều tra xu hướng pH sông hồ Thụy Điển, Na Uy, Canada Mỹ cho thấy độ pH giảm 40 năm qua độ pH số hồ có đệm thấp tới 4% 4,5 Nguyên nhân q trình axit hóa lắng đọng mưa axit điều thảo luận Chương Axit hóa khiến kim loại độc hại, nhơm, bị rị rỉ vào dung dịch Một phương pháp để đảo ngược axit hóa hồ cách bón vơi, giải pháp tạm thời Một nguồn axit khác nước mặt hệ thống nước mỏ từ mỏ than, sắt, chì, kẽm đồng Nước thoát từ mỏ than lịng đất bề mặt đặc biệt có tính axit diện pyrite (FeS 2) vỉa than Pyrite phản ứng với nước khơng khí với có mặt số vi khuẩn để tạo axit sulfuric: 2FeS2 + 7O2 + 2H2O → 2FeSO4 + 2H2SO4 Q trình oxy hóa sắt kim loại (Fe 2+), thành sắt (Fe3+) tạo nhiều axit sunfuric hơn: 4FeSO4 + 10H2O + O2 → 4Fe(OH)3 + 4H2SO4 Thoát nước mỏ kiểm soát cách niêm phong mỏ bỏ hoang, kiểm soát thoát nước xử lý hóa học liên quan đến vơi Đất axit sunfat hoạt động nguồn axit điều kiện mơi trường thích hợp Đất phèn chua giàu pyrite (FeS2) chúng có xu hướng xảy đầm lầy ngập triều đồng ven biển Khi thoát nước mang oxy vào loại đất này, pyrite bị oxy hóa thành axit sulfuric theo phản ứng tương tự cho thoát nước mỏ axit Độ pH nước giảm xuống mức nhơm độc hại giải phóng vào dung dịch gây nguy hiểm đáng kể cho đời sống thủy sinh Đất axit sunfat tìm thấy chủ yếu vùng nhiệt đới, ví dụ tiếng đồng Bangkok Thái Lan nơi đất axit sunfat chiếm số 600.000 Ảnh hưởng ô nhiễm axit bao gồm: ● Phá hủy đời sống thủy sinh Dưới pH 4, hầu hết dạng sống nước mặt chết ● Tăng ăn mòn Điều có ảnh hưởng đến thuyền, cấu trúc dựng lên thân nước (ví dụ: cầu tàu) hệ thống ống nước ● Thiệt hại cho trồng nông nghiệp Nếu độ pH nước tưới giảm xuống 4,5, kim loại độc hại cho lọc vào dung dịch 4.1.6 Độ mặn Trong hầu giới nước mặn (tức nước biển), nước ngọt, độ mặn khơng mong muốn Tuy nhiên, nước bị nhiễm mặn do: ● Chất thải cơng nghiệp, có xu hướng chứa hàm lượng muối vô cao hình thành quy trình cơng nghiệp khác ● Nước đường, có chứa muối sử dụng để làm tan băng tuyết đường cao tốc ● Tưới tiêu, hòa tan muối từ đất ● Nước biển xâm nhập vào sông thủy triều lên dòng chảy thấp ● Nước muối từ giếng dầu mỏ, đơi giải phóng vào nước Độ mặn nước gây số vấn đề: ● Nước mặn khơng thích hợp làm nguồn nước uống ● Độ mặn ảnh hưởng xấu đến sinh vật nước nước vì, khơng giống dạng sinh vật biển, chúng thường khơng thích nghi với độ mặn cao ● Độ mặn ảnh hưởng xấu đến tăng trưởng sản xuất trồng 4.1.7 Ô nhiễm bờ biển Thành phần nước biển khác biệt so với nước (xem Bảng 4.4); nước biển dung dịch điện phân đậm đặc chứa nồng độ cao số ion Hơn nữa, nước biển có khả chống lại thay đổi độ pH bổ sung axit kiềm nước khả đệm lớn Mặc dù hồ chứa lớn thủy quyển, khả hấp thụ chất thải đại dương vô hạn, có chứng nhiễm nước biển tồn giới Tuy nhiên, khu vực ven biển bị ảnh hưởng nặng nề Vùng nước ven biển nhận xả trực tiếp nước thải dịng chảy sơng bị nhiễm Ơ nhiễm khu vực ven biển từ lâu vấn đề lớn toàn giới vấn đề gia tăng Ô nhiễm ven biển đặc biệt nghiêm trọng nước phát triển, nơi nước thải chất thải khác thải cửa sông vùng nước ven biển mà không cần xử lý trước Thông thường, dòng nước thải chứa đầy chất thải hữu có hàm lượng chất dinh dưỡng cao Mật độ dân số vùng ven biển, chí khu vực mà gần coi xa xôi nguyên sơ, tăng lên mở rộng du lịch nguồn thu ngoại tệ lớn nhiều quốc gia phát triển Ảnh hưởng ô nhiễm ven biển sức khỏe cộng đồng mối quan tâm nghiêm trọng hải sản nguồn dinh dưỡng ưa thích quốc gia Ơ nhiễm mơi trường nước ven biển đe dọa sử dụng cho du lịch sản xuất hải sản Ô nhiễm ven biển mang theo mối đe dọa sau: ● Sự phú dưỡng Xả nước thải có nhiều chất dinh dưỡng tạo tảo nở hoa dẫn đến khử oxy vùng nước ven biển Sự phân rã chất hữu sử dụng hết oxy nồng độ DO bị trầm cảm dẫn đến chết cá sinh vật khác trang trại cá ven biển đánh bắt thủy sản, làm giảm suất biển nói chung giảm nguồn cung cấp thực phẩm ● Tích lũy sinh học kim loại độc hại Các kim loại độc hại thải nước thải tập trung sinh học hải sản, đặc biệt loài động vật có vỏ hàu, trai sị, đến mức vượt tiêu chuẩn sức khỏe cộng đồng, gây nguy hiểm cho sức khỏe người ăn hải sản ● Ô nhiễm vi khuẩn Việc xả nước thải thô vào nước ven biển mang theo mối đe dọa ô nhiễm vi khuẩn nước hải sản Tăng mức độ E.coli vùng nước ven biển có liên quan đến triệu chứng phàn nàn đường tiêu hóa da người tắm Tiêu thụ hải sản bị ô nhiễm vấn đề sức khỏe cộng đồng đáng kể nước phát triển Tuy nhiên, bùng phát ngộ độc thực phẩm hải sản, đặc biệt động vật có vỏ, khơng phải nước phát triển, chứng cảnh báo công khai đưa theo thời gian ● Thủy triều đỏ Đóng góp tiềm nhiễm ven biển loài tảo độc hại, gọi Thủy triều đỏ mối quan tâm lớn vùng ven biển nhiều nước phát triển Thủy triều đỏ diện lồi dinoflagellate cụ thể; lồi có tầm quan trọng đặc biệt Đông Á Pyrodinium bahamense var nén Thủy triều đỏ nguyên nhân gây nhiều chết hai thập kỷ qua, chủ yếu người ăn động vật có vỏ từ vùng nước hỗ trợ nở hoa tảo độc Một lời giải thích khả dĩ, đề xuất cho xuất ngày nhiều thủy triều đỏ, thay đổi tỷ lệ nitơ phốt nước thải tăng tải chất dinh dưỡng góp phần làm thay đổi thống trị loài thực vật phù du địa phương, với di chuyển loài thực vật độc hại tảo cát 4.1.8 Ô nhiễm nước ngầm Nước ngầm từ lâu nguồn nước uống quan trọng ngày Ở Mỹ, khoảng 50% dân số phụ thuộc vào nguồn nước ngầm nguồn nước uống Vì nước ngầm phân lập từ bề mặt, hầu hết người cho nước ngầm phải tương đối tinh khiết khơng có chất gây ô nhiễm Mặc dù hầu hết mạch nước ngầm có chất lượng cao, số địa điểm, việc trì độ tinh khiết nước ngầm ngày trở nên khó khăn Nguồn gây ô nhiễm nước ngầm bao gồm: ● Xâm nhập mặn Bơm nước ngầm tăng cường khiến mực nước giảm, cho phép nước biển xâm nhập vào đất liền làm ô nhiễm tầng nước ngầm ● Bãi chôn lấp Sự rị rỉ hóa chất từ bãi chơn lấp cơng nghiệp thị xâm nhập qua đất làm ô nhiễm nguồn nước ngầm bên Các phương pháp để kiểm sốt nhiễm bao gồm sử dụng lớp lót để ngăn chặn rò rỉ hệ thống thu gom nước rỉ rác thấm từ bãi rác ● Bể chứa ngầm Chỉ riêng Bắc Mỹ có khoảng 1,4 triệu bể chứa lòng đất chứa xăng chất độc hại khác Rị rỉ vài lít hợp chất gây hậu nghiêm trọng chất lượng nước ngầm ● Nông nghiệp Một số thực hành nơng nghiệp đóng góp vào nước ngầm nhiễm: phân bón thuốc trừ sâu, thủy lợi động vật hoạt động cho ăn Nước rỉ rác nông nghiệp thấm qua đất làm nhiễm nguồn nước ngầm ● Bể tự hoại Bể tự hoại thường sử dụng cộng đồng nông thôn không kết nối với cống rãnh Ngay quốc gia phát triển Mỹ có 20 triệu bể tự hoại Rò rỉ từ bể tự hoại thiết kế hoạt động làm ô nhiễm nước ngầm với chất dinh dưỡng, chất độc hại vi khuẩn ● giếng dầu Các giếng dầu bị bỏ hoang gây nhiễm nước ngầm với ngâm nước muối vỡ vỏ ● Thoát nước đường Các muối áp dụng đường để kiểm sốt tuyết, hóa chất từ cố tràn chất khác cuối đường bị trơi dạng nước đường, thấm qua tầng ngậm nước Các nguồn khác bao gồm bãi thải phóng xạ, chất thải khai thác khai quật xây dựng Nước ngầm khác theo nhiều cách từ nước mặt Sự phân hủy vi khuẩn chất ô nhiễm chậm so với nước mặt khơng có vi khuẩn hiếu khí nước ngầm thiếu oxy Ngồi ra, tốc độ dịng nước ngầm chảy qua đá thấm chậm so với tốc độ dòng nước mặt nhiễm khơng thể pha lỗng phân tán dễ dàng Tuy nhiên, đá đất lọc số nhiễm 4.1.9 Xử lý nước thải Việc ngăn ngừa bệnh truyền qua nước lý để đưa phương pháp kiểm sốt nhiễm nước Vào thời trung cổ châu Âu, nước thải thải đường bỏ lại Ở Anh, việc xả nước thải sơng bắt đầu vào khoảng năm 1810 Trong Cách mạng Công nghiệp, nhiều sông bị ô nhiễm nặng dịch bệnh tả phổ biến Hệ thống cống giới lắp đặt Hamburg, Đức vào năm 1843 hệ thống thoát nước Mỹ xây dựng vào năm 1855 Bộ lọc giới thiệu lần Anh vào đầu kỷ 19 điều không loại bỏ mầm bệnh Năm 1875, Đạo luật Y tế Công cộng thơng qua Anh khiến quyền địa phương chịu trách nhiệm xử lý nước thải Đạo luật tuyên bố nước thải phải vi khuẩn nguy hiểm cơng nghệ cần thiết để đạt điều chưa có sẵn Đạo luật Ngăn ngừa Ơ nhiễm Sơng thơng qua Anh vào năm 1876 cấm xả chất thải công nghiệp trực tiếp vào sông Các ngành công nghiệp yêu cầu xả chất thải họ vào cống rãnh, hội đồng thị trấn chịu trách nhiệm xử lý nước thải Ở Mỹ, nhà máy xử lý nước thải xây dựng lần vào năm 1870 đến năm 1910, khoảng 10% nước thải Mỹ xử lý Các kỹ thuật khử trùng giới thiệu lần vào đầu kỷ 20 Anh việc sử dụng rộng rãi chúng làm giảm đáng kể xuất bệnh truyền qua nước nhiều quốc gia Ngày nay, nhiều nước phát triển, gần 100% nước thải xử lý, nhiều quốc gia ban hành hợp pháp tiêu chuẩn chất lượng nước (xem Phụ lục C) Tuy nhiên, nhiều nước phát triển, việc xử lý nước thải gần không tồn nước thải thô thải vào vùng nước gây vấn đề ô nhiễm nước nghiêm trọng Xử lý nước thải diễn nhà máy thiết kế đặc biệt nhận nước thải từ hộ gia đình ngành công nghiệp Một số ngành công nghiệp có nhà máy xử lý nước thải riêng thiết kế để giảm chất ô nhiễm cụ thể sản xuất địa điểm Sau xử lý, nước thải thải vào vùng nước (sông, hồ đại dương) Xử lý nước thải phân thành ba giai đoạn: sơ cấp, thứ cấp cấp ba, theo thứ tự tăng khả lọc ● Điều trị Đây cách xử lý thơ sơ nhất, loại bỏ hầu hết chất rắn nước hạ thấp vừa phải BOD Nước thải vào nhà máy thơng qua loạt hình loại bỏ vật thể lớn Tiếp theo, nước thải vào buồng nghiền, nơi cát, đá đá lắng trọng lực xuống đáy buồng Các sạn xử lý bãi chôn lấp Nước thải sau vào bể lắng, nơi chất rắn lơ lửng (SS) lắng xuống tạo thành bùn thô, thu gom xử lý Phụ gia hóa học sử dụng để giúp trình bồi lắng Điều trị sơ cấp loại bỏ khoảng 60% chất rắn khoảng 35% BOD Đây loại điều trị phổ biến nhiều nhà máy sử dụng điều trị ● Điều trị thứ cấp Điều sử dụng trình sinh học để loại bỏ vật liệu lơ lửng bổ sung hạ thấp BOD Xử lý thứ cấp thường sử dụng quy trình bùn hoạt tính, lọc nhỏ giọt sử dụng Nước thải đưa vào bể sục khí, nơi trộn với khơng khí với bùn hoạt tính tái chế từ bể lắng Nước thải bể vài vi khuẩn hiếu khí, tự nhiên diện bùn, phá vỡ chất ô nhiễm hữu nước thải Nước thải sau vào bể lắng cuối cùng, nơi bùn lắng Một số bùn tái chế vào bể sục khí Hầu hết bùn đưa đến bể xử lý bùn, nơi xử lý vi khuẩn kỵ khí, làm suy giảm thêm bùn Khí mê-tan sản xuất nồi nấu, đốt cháy sử dụng làm nhiên liệu nhà máy Bùn (còn gọi bioolids) sau sấy khơ xử lý cách chôn lấp Trong lọc nhỏ giọt, nước thải phun lên bề mặt bể chứa đầy vật liệu đá, mảnh gạch vật liệu nhựa Các vi sinh vật tạo thành màng vật liệu tiêu thụ chất dinh dưỡng từ nước thải chảy xuống đáy bể Khoảng 90% chất rắn BOD giảm cách xử lý thứ cấp ● Điều trị cấp ba nâng cao Xử lý bậc ba thiết kế để tiếp tục giảm nồng độ chất ô nhiễm cụ thể nước thải Nhiều quy trình có sẵn tùy thuộc vào chất nhiễm loại bỏ Xử lý bậc ba loại bỏ SS, hợp chất hữu hòa tan, chất dinh dưỡng hòa tan (phốt nitơ) kim loại nặng Các phương pháp liên quan đến lọc cát, lọc carbon, điện phân, thẩm thấu ngược, trao đổi ion sử dụng chất phụ gia hóa học chất keo tụ (phèn) chất oxy hóa (ozone, hydro peroxide) Một số quy trình tốn Xử lý bậc ba loại bỏ 95% chất ô nhiễm nước thải, khơng sử dụng rộng rãi nhà máy xử lý nước thải Bảng 4.3 Hiệu loại bỏ chất nhiễm có nước thải thơ quy trình xử lý thơng thường nhà máy xử lý nước thải Bất kể loại xử lý sử dụng, nước thải cuối xử lý khí clo (Cl2) trước thải môi trường Điều tiêu diệt vi khuẩn gây bệnh Hiệu quy trình xử lý sơ cấp thứ cấp thông thường sử dụng rộng rãi nhà máy xử lý nước thải tóm tắt Bảng 4.3 Nước vào khỏi nhà máy xử lý nước thải phân tích cho số thông số thảo luận sau chương Nhiều quy trình xử lý phải thiết kế dành riêng cho loại nước thải đề cập, cần phải biết loại nồng độ chất ô nhiễm nước thải thô cần xử lý Ngoài ra, cần phải xác định nước thải xử lý đáp ứng tiêu chuẩn ban hành hợp pháp xả thải an tồn mơi trường Nhiều quy trình u cầu kiểm sốt cẩn thận điều kiện vận hành (ví dụ: pH) cần phải thực phân tích số giai đoạn trình xử lý Một nhà máy xử lý nước thải đại lắp đặt máy phân tích dụng cụ liên tục, trực tiếp Nước thải xử lý hồ hiếu khí, kỵ khí ao hồ (kỵ khí hiếu khí), cách áp dụng cho đất, phương pháp xây dựng vùng đất ngập nước 4.1.10 Xử lý nước uống Trung bình, người Mỹ sử dụng từ 300 đến 400 lít nước ngày để sử dụng gia đình (uống, rửa, nấu ăn, xả nước nhà vệ sinh, tưới vườn) Khoảng 8% nguồn nước toàn cầu sử dụng cho mục đích nội địa Nước dùng gia đình chủ yếu lấy từ nước ngầm nước mặt Nước ngầm, khai thác từ tầng ngậm nước mực nước, từ lâu nguồn nước sinh hoạt quan trọng Giếng sử dụng để bơm nước ngầm nhiều cộng đồng nông thôn Mặc dù nước ngầm thường có chất lượng cao nước mặt, chúng dễ bị ô nhiễm (xem Phần 4.18) Nước dùng cho sinh hoạt thường cần xử lý để phù hợp với tiêu chuẩn nước uống quốc gia (xem Phụ lục C) Khoảng 60% nước sử dụng cho mục đích sinh hoạt trả lại cho dịng sơng dạng nước thải Ở vùng có dân số đông hoạt động công nghiệp đáng kể, đóng góp nước thải vào tổng lưu lượng sơng cao, đặc biệt thời kỳ khơ hạn Do đó, nước thải xả sơng khai thác hạ lưu phục vụ nguồn nước sinh hoạt cho cộng đồng khác Nói cách khác, chất thải người gì, người khác, nước uống điều quan trọng chất lượng cao trì để bảo vệ sức khỏe cộng đồng Nói chung, nước dành cho sử dụng gia đình trước tiên lưu trữ hồ chứa, nơi trầm tích mịn lắng xuống, cải thiện độ nước Sau đó, nước xử lý nhà máy xử lý nước trước vào nguồn cấp nước thành phố Điều trị khác tùy thuộc vào chất lượng nước, thường bao gồm lọc xử lý hóa học (ví dụ: clo hóa, fluoride) Ở số nơi có nguồn nước ngọt, việc khử mặn nước biển thực Phân tích nước thực thường xuyên nhà máy xử lý nước để đảm bảo đáp ứng tiêu chuẩn ban hành hợp pháp Do lo ngại công chúng (thường coi khơng có sở) chất lượng nước sinh hoạt phản đối mùi vị nước clo, nhiều người thích uống nước khống đóng chai Phân tích nước thực thường xuyên nhà máy đóng chai nước khống nhà cung cấp yêu cầu định thành phần nước Mặc dù nước khống đóng chai nước sinh hoạt nước phát triển nói chung an tồn để uống, có trường hợp ô nhiễm riêng biệt, không ý phịng thí nghiệm kiểm sốt chất lượng Điều khơng có đáng ngạc nhiên xem xét khoảng 1000 chất có nguồn cung cấp nước cơng cộng, phịng thí nghiệm thường sàng lọc nước cho chất thường gặp Nước bị nhiễm q trình phân phối Ví dụ, mối quan tâm đáng kể thể q khứ nhiễm chì nước uống Nguồn chì ống dẫn đường ống nước nhà, ống chì tịa nhà, chì hàn ống đồng vòi đồng, v.v Ngày nay, ô nhiễm chì nước uống chủ yếu vấn đề tịa nhà cũ Nước vơ tình bị nhiễm q trình điều trị kết sơ suất, cố báo cáo cho nước khống đóng chai nước sinh hoạt 4.1.11 Phân tích nước Phân tích nước liên quan đến mẫu sau đây: nước mặt từ hồ, sông biển, nước ngầm, nước uống, nước thải công nghiệp thị, nước lị Nồng độ ion số vùng nước bề mặt liệt kê Bảng 4.4 Chất lượng nước theo dõi thường xuyên nhà máy xử lý nước thải nước thải Các phương pháp phát triển cho loạt phân tích vơ hữu sử dụng nhiều kỹ thuật phân tích Những phương pháp ngành công nghiệp nước áp dụng gọi phương pháp tiêu chuẩn Các phương pháp dễ dàng thực thiết bị đưa sách số phương pháp điều chỉnh từ phương pháp tiêu chuẩn Các hợp chất hữu riêng lẻ phân tích sắc ký khí (GC) sắc ký lỏng hiệu cao (HPLC) Các máy dò cho GC bao gồm máy dò bắt electron (ECD), máy phát ion hóa lửa (FID), máy phát quang hóa (PID) máy quang phổ khối (MS), máy dị tìm HPLC bao gồm máy dị mảng photodiode (PDAD) máy phản ứng sau cột (PCR) Những thứ có xu hướng đắt kỹ thuật khơng có sẵn nhiều phịng thí nghiệm giảng dạy Như đề cập lời nói đầu, phân tích hợp chất hữu khơng thảo luận chi tiết sách Bảng 4.4 Nồng độ ion nước biển (mg kg 1), hồ muối (mg kg 1) nước sơng (mg L-1) Có nhiều dụng cụ kiểm tra phân tích nước có sẵn thị trường Chúng chủ yếu dựa phương pháp so màu điện hóa, chúng thường sử dụng lĩnh vực Hầu hết phương pháp thử liên quan đến việc bổ sung thuốc thử dạng viên dạng bột; sau cung cấp gói Các thuốc thử thường giống thuốc thử sử dụng phương pháp tiêu chuẩn, cung cấp với số lượng lớn Các thủ tục phát triển cho dụng cụ kiểm tra thuận tiện dễ làm theo Một ví dụ kiểm tra Hach (xem phần Hach phần đọc thêm) Một số dụng cụ bao gồm đầu dò di động cho độ pH, nhiệt độ, độ dẫn điện DO Các đầu dò di động dựa điện cực chọn lọc ion ngày có sẵn cho nhiều loại thành phần hóa học khác Một số hệ thống điện hóa (đơn nhiều tủ) trang bị dây cáp dài để đọc trực tiếp thông số khác độ sâu Hệ thống điện cực đơn giản nhúng vào độ sâu đặc biệt số đọc lấy từ thiết bị đọc cầm tay kết nối với đầu dò cáp Kỹ thuật xét nghiệm miễn dịch có sẵn để sàng lọc định tính phân tích bán định lượng thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, PCB, PAH chất gây ô nhiễm khác mẫu nước Những phương pháp tạo phản ứng màu liên quan đến nồng độ chất phân tích, chúng hàng xách tay, rẻ tiền, nhanh chóng dễ sử dụng Phương pháp xét nghiệm miễn dịch có sẵn để phân tích định lượng số hợp chất có giới hạn phát phạm vi ppb Các phương pháp, thảo luận phù hợp cho loại mẫu nước, người ta cho hầu hết mẫu mẫu nước mặt thu thập từ sông, hồ, nước ven biển nước thải Bạn áp dụng phương pháp để phân tích nước máy nước khống đóng chai 4.1.12 Lấy mẫu lưu trữ Khối lượng mẫu thu thập phụ thuộc vào số lượng phân tích thực Nếu cần tiến hành phân tích toàn diện nước, cần lấy L mẫu Nếu một vài phân tích xác định, khối lượng nhỏ thỏa đáng tùy thuộc vào khối lượng cần thiết cho thử nghiệm Chai nhựa thủy tinh sử dụng tùy thuộc vào chất phân tích Trong số trường hợp, cần phải thu thập mẫu số chai khác Phân tích DO yêu cầu chai riêng biệt Bạn nên nhớ mẫu bạn thu thập đại diện cho địa điểm thời gian lấy mẫu Một khảo sát chi tiết vùng nước yêu cầu điều tra biến đổi theo không gian thời gian Thành phần mẫu thay đổi q trình vận chuyển lưu trữ, chủ yếu phản ứng sinh hóa bề mặt Hãy chắn làm theo quy trình đề nghị cho chất phân tích Mẫu nước mặt dễ dàng để thu thập Thu thập mẫu độ sâu đòi hỏi người thu gom đặc biệt, có số loại (Ruttner, Kemmerer, aleighart, Valas, Watt, v.v.) Bộ lấy mẫu phổ biến lấy mẫu Van Dorn, hiển thị Hình 4.1 Bộ lấy mẫu bao gồm xi lanh rỗng polyvinyl clorua (PVC) hai van cao su hai đầu mở Hai van kết nối với ống cao su có chuỗi gắn vào chúng Trước ngâm nước, hai van kéo dây gắn vào khóa gắn bên ngồi xi lanh Hình trụ, mở hai đầu, hạ xuống độ sâu mong muốn sợi dây chia độ Một sứ giả kim loại giải phóng dọc theo sợi dây Sứ giả cơng khóa giải phóng hai van cao su để đóng xi lanh Bộ lấy mẫu sau kéo khỏi nước mẫu chuyển vào chai để lưu trữ Cũng lấy mẫu từ độ sâu khác cách bơm nước qua ống nhựa hạ xuống độ sâu mong muốn Hình 4.1 Bộ lấy mẫu Van Dorn Nhìn chung, bạn thu thập mẫu tại, gần với mặt nước Lấy chai lấy mẫu sạch, chứa đầy nước phịng thí nghiệm tinh khiết Làm rỗng chai sau rửa nhiều lần với nước cần thu thập Mỗi lần đổ chai hạ lưu Cuối điền vào chai mẫu, niêm phong dán nhãn, mang đến phịng thí nghiệm để phân tích Chai phải đổ đầy từ từ để tránh nhiễu loạn bọt khí Khi lấy mẫu nước từ giếng vịi, nên để bơm vòi đủ dài để xả đủ đường ống để đưa mẫu đại diện Vật liệu chai, chất bảo quản thời gian bảo quản đề xuất Bảng 1.4 Thời gian lưu trữ trích dẫn nên coi thời gian tối đa đề xuất Tốt là, mẫu nên phân tích sớm tốt, điều lúc thực tế Thực theo quy trình bảo quản, lưu trữ xử lý u cầu để phân tích cụ thể Ví dụ, xác định DO yêu cầu bổ sung thuốc thử bảo quản chỗ Phân tích chất dinh dưỡng (ví dụ nitơ, phốt pho) nên tiến hành sớm tốt sau lấy mẫu q trình chuyển hóa thành phần dẫn đến kết khơng thể phân tích bị trì hỗn Một số quy trình bảo quản khuyến nghị cho mẫu dinh dưỡng chúng phân tích kịp thời: ● Làm lạnh - điều chậm lại, không loại bỏ, phản ứng vi khuẩn hóa học; tốc độ phản ứng ° C khoảng phần tư tốc độ 25 ° C ● Đóng băng - điều làm giảm phản ứng vi khuẩn hóa học ● Bổ sung axit - giảm độ pH làm giảm đáng kể hoạt động vi khuẩn ● Bổ sung chất diệt khuẩn - nhiều chất diệt khuẩn sử dụng để loại bỏ hoàn toàn hoạt động vi sinh vật; cloroform thủy ngân (II) clorua phổ biến 4.1.13 Lọc Lọc thường sử dụng phân tích nước để tách thành phần hịa tan từ chất có chất lơ lửng Tuy nhiên, q trình lọc gây số vấn đề: ● Sự thâm nhập vật liệu khơng hịa tan qua lọc Quy trình chuẩn lọc mẫu qua lọc có kích thước lỗ danh nghĩa 0,45 m thành phần qua lọc coi hòa tan điều hòa tan Định nghĩa hoạt động này, thực tế, tùy ý khơng xác chất keo polyme xâm nhập qua lọc với chất thực hòa tan ● Ô nhiễm Các chất có vật liệu lọc hịa tan vào mẫu q trình lọc Điều đặc biệt vấn đề phân tích kim loại vi lượng mẫu tương đối Bộ lọc để phân tích tracemetal nên rửa axit trước sử dụng để loại bỏ chất ô nhiễm kim loại khỏi vật liệu lọc ● Hấp phụ Một số chất phân tích hấp phụ lên vật liệu lọc lọc Ví dụ, số kim loại hấp phụ lên thành lọc thủy tinh Hướng dẫn lọc đưa thí nghiệm thích hợp Các lọc nên điều kiện tiên cách rửa, nước phịng thí nghiệm sau với số mẫu, cần loại bỏ Chỉ sau mẫu nên lọc Đơn vị lọc làm thủy tinh nhựa có sẵn Giá đỡ lọc Millipore hoàn toàn thủy tinh bình chân khơng phù hợp để phân tích dấu vết khơng quan sát thấy tổn thất hấp phụ Tuy nhiên, thiết bị khác phù hợp với loại anly tổng quát (ví dụ: phễu lọc bình lọc) Một đơn vị lọc điển hình hiển thị Hình 4.2 Hút chân khơng áp dụng cách kết nối bình đến máy bơm khơng khí máy hút nước bật máy bơm nước trước kết nối bình Khi trình lọc hồn tất, ống kết nối phải ngắt khỏi máy hút nước trước tắt bơm nước Với phân tích kim loại, mẫu nên axit hóa sau lọc Axit hóa trước lọc hịa tan số kim loại, khơng có dung dịch thực mẫu, đó, kết phân tích khơng đại diện cho điều kiện trường Lọc khuyến nghị cần lưu mẫu thời gian dài loại bỏ vật liệu sinh học lớn hơn, gây nhiễu cách phản ứng với chất phân tích trình bảo quản Hình 4.2 Bộ lọc chân không 4.2 GIẢI PHÁP TRONG NƯỚC 4.2.1 Giới thiệu Thuật ngữ chất rắn dùng để lượng chất rắn lại mẫu nước sau sấy khô đốt cháy nhiệt độ quy định Một số loại chất rắn định nghĩa: tổng, hịa tan, lơ lửng, ổn định, cố định dễ bay Sự khác biệt hòa tan SS nước thực phương pháp lọc Chất rắn nước khơng mong muốn nhiều lý Chúng làm giảm chất lượng nước uống, chúng làm giảm tiện ích nước cho mục đích tưới tiêu cơng nghiệp Nước có hàm lượng chất rắn cao địi hỏi xử lý học hóa học bổ sung, trình làm trở nên đắt đỏ Hơn nữa, hàm lượng chất rắn nước cao làm tăng mật độ nước, ảnh hưởng đến trình thẩm thấu sinh vật nước làm giảm độ hịa tan khí (ví dụ: O2) Các chất rắn lơ lửng nước thải chưa xử lý dẫn đến cặn bùn điều kiện yếm khí việc tiếp nhận nước mặt Các nguồn chất rắn nước tự nhiên nước, mưa xói mịn bề mặt đất Xói mịn nước rõ rệt khu vực ẩm ướt semihumid với bão lớn mùa mưa kéo dài (ví dụ, vùng khí hậu gió mùa) Xói mịn gió phổ biến khu vực khơ cằn (ví dụ: thảo nguyên Mỹ, thảo nguyên nhiệt đới) Các chất rắn, có nguồn gốc từ đất, làm giảm độ nước, ức chế trình quang hợp cuối dẫn đến tăng trầm tích đáy giảm độ sâu nước hồ, ao sông Nước thải đô thị công nghiệp bị ô nhiễm chất rắn có nguồn gốc từ chất thải sinh hoạt, đường chạy quy trình cơng nghiệp Khơng giống nguồn chất rắn khuếch tán nêu nước tự nhiên, chất rắn loại bỏ khỏi nước thải nhà máy xử lý nước thải Lượng SS tăng theo mức độ ô nhiễm nước Trong bùn, hầu hết chất rắn dạng lơ lửng phần chất rắn hịa tan có tầm quan trọng nhỏ Nồng độ loại chất rắn khác nước thải sinh hoạt chưa xử lý nêu Bảng 4.5 Tổng hàm lượng chất rắn hòa tan (TDS) nước uống dao động khoảng từ 20 đến 1000 mg L 1, bao gồm chủ yếu muối vô cơ, số chất hữu khí hịa tan Xác định chất rắn lơ lửng hữu ích việc đánh giá vùng nước bị nhiễm Nó sử dụng rộng rãi để xác định sức mạnh nước thải sinh hoạt để đánh giá hiệu quy trình xử lý nước Việc xác định chất rắn lắng quan trọng phân tích chất thải Nó sở để định liệu có cần phải lắng đọng chất thải đối xử Trong khứ, xác định tổng số soilds sử dụng biện pháp ô nhiễm diện nước thải Ngày nay, điều thay phần lớn thử nghiệm BOD COD, sử dụng để đánh giá sức mạnh chất nhiễm nước thải xác Thơng tin tổng chất rắn hịa tan dễ dàng thu từ phép đo độ dẫn Tổng nồng độ hòa tan số vùng nước đưa Bảng 4.6 Do chất rắn cố định dễ bay có liên quan đến lượng chất vơ chất hữu có phần rắn nước thải, bùn hoạt tính chất thải cơng nghiệp, định chúng hữu ích việc kiểm soát hoạt động nhà máy xử lý nước thải Tuy nhiên, xác định BOD, COD carbon hữu cung cấp biện pháp tốt chất hữu 4.2.2 Phương pháp luận Sơ đồ phân tích để xác định chất rắn minh họa Hình 4.3, liên quan đến việc gia nhiệt làm bay mẫu đến khối lượng không đổi nhiệt độ xác định Nhiệt độ dư lượng nước sấy khơ đốt cháy xác định phân loại chung loại chất rắn: ● Tổng chất rắn sấy khô 103 Đỉnh105 ° C ● Tổng chất rắn hịa tan sấy khơ 180 ± ° C Bảng 4.5 Hàm lượng chất rắn nước thải sinh hoạt với mức độ ô nhiễm khác Hàm lượng chất rắn (mg L-1) Tổng chất rắn (TS) Tổng chất rắn hòa tan (TDS) Chất rắn hòa tan cố định (FDS) Chất rắn hòa tan dễ bay (VDS) Chất rắn lơ lửng (SS) Cố định chất rắn lơ lửng (FSS) Mức độ ô nhiễm Thấp 300 200 Trung bình 700 500 Cao 1000 700 120 300 400 80 200 300 100 200 300 20 50 60 Chất rắn lơ lửng dễ 80 bay (VSS) Chất rắn đặt (Bộ S) 150 240 15 Bảng 4.6 Tổng chất rắn hòa tan (TDS) số mẫu nước Loại nước Nước biển Khuyến nghị nước uống Nước tưới TDS (mg L-1) 35,000