trường đối với nước thải
Nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường từ nước thải, sử dụng tiết kiệm nước sạch và tạo nguồn kinh phí cho quỹ Bảo vệ môi trường thực hiện việc bảo vệ, khắc phục ô nhiễm môi trường, ngày 13 tháng 6 năm 2003, Chính phủ đã ban hành Nghị định số 67/2003/NĐ-CP và thông tư hướng dẫn số 125/2003/TTLT/BTC-BTNMT của liên Bộ Tài chính, Bộ Tài nguyên và Môi trường về việc phí bảo vệ môi trường đối với nước thải, chế độ thu, nộp, quản lý và sử dụng phí bảo vệ môi trường đối với nước thải.
Sau thời gian đưa vào thực tế áp dụng, Chính phủ đã ban hành nghị định số 04/2007/NĐ- CP ngày 8 tháng 1 năm 2007 về việc sửa đổi, thay thế nghị định 67/2003/NĐ-CP, thông tư 106/2007/TTLT/BTC-BTVMT về việc sửa đổi, thay thế thông tư hướng dẫn số 125/2003/TTLT/BTC-BTNMT của liên Bộ Tài chính, Bộ Tài nguyên và Môi trường cụ thể mức thu phí bảo vệ môi trường đối với nước thải công nghiệp tính theo từng chất gây ô nhiễm được quy định như trong bảng 1.10.
Bảng 1.10: Mức thu phí theo từng chất gây ô nhiễm đối với nước thải công nghiệp
STT Chất gây ô nhiễm có trong nước thải
Mức thu (đồng/kg chất gây ô nhiễm có trong nước thải)
Tên gọi Ký hiệu Tối thiểu Tối đa
1 COD ACOD 100 300 2 Chất rắn lơ lửng ATSS 200 400 3 Thuỷ ngân AHg 10.000.000 20.000.000 4 Chì APb 300 500 5 Arsenic AAs 600 1.000.000 6 Cadmium ACd 600 1.000.000
1.4. Ý NGHĨA VÀ ẢNH HƯỞNG MÔI TRƯỜNG CỦA CÁC THÔNG SỐ Ô NHIỄM CHÍNH
Thành phần các chất ô nhiễm của một ngành công nghiệp khá đa dạng nên xác định bộ thông số và các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm với các tiêu chuẩn cụ thể là việc làm cần thiết phục vụ cho mục đích quản lý môi trường. Trước khi đi vào các mô tả chi tiết về phương pháp quan trắc và phân tích trong phòng thí nghiệm cũng như đọc các kết quả phân tích, ý nghĩa của một vài thông số cơ bản.
Nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm và nhiễm khuẩn, kết hợp một vài tiếp cận khoa học với nhau sẽ đem lại kết quả cộng hưởng. Hình vẽ dưới đây minh họa những cách diễn giải khác nhau đối với số lượng /nguồn gây ô nhiễm đối với một ngành công nghiệp.
1 C hư ơn g I : T hự c t hi p há p lu ật b ảo v ệ m ôi tr ườ ng
Hình 1.1: Những cách tiếp cận khác nhau đối với các chất/nguồn gây ô nhiễm
Cần nhấn mạnh rằng khi đánh giá mức độ gây ô nhiễm toàn diện cần sử dụng các cách tiếp cận khoa học khác nhau. Mỗi thông số cụ thể nhằm xác định một loại chất ô nhiễm riêng. Nhìn chung, các thông số ô nhiễm được xây dựng nhằm phục vụ công tác quản lý môi trường và nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật.
Ngoại trừ một vài ngành công nghiệp đặc biệt như công nghiệp mạ kim loại hay nhà máy sản xuất thép, hầu hết các ngành công nghiệp thải ra chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải của mình. Các chất ô nhiễm hữu cơ thông thường là tổ hợp của các-bon (C), hydro(H), ôxy (O), Ni tơ (N), có thể có thêm lưu huỳnh (S)và phốt pho (P)trong một vài trường hợp. Chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt thường bao gồm các hợp chất sau đây:
- 40 đến 60 % có nguồn gốc từ chất đạm (amino-acids, polypeptides, v.v.) - 25 đến 50 % có nguồn gốc từ carbohydrate,
- 8 đến 12 % các loại dầu và chất béo.
Chất thải công nghiệp chứa một lượng nhất định các phân tử hữu cơ tổng hợp, có cấu trúc từ đơn giản đến vô cùng phức tạp (xem các chất gây ô nhiễm hữu cơ dưới đây).
Phân tích hàm lượng ô nhiễm có thể phân loại theo cách đo lường tổng các chất hữu cơ gồm một số hoặc thành phần hữu cơ có đặc tính tương tự không thể phân biệt riêng rẽ, ví dụ như BOD5, COD and TOC, hoặc theo cách lượng hóa các hợp chất hữu cơ riêng rẽ: VOCs, PAH, PCB, v.v. Hãy bắt đầu với việc xem xét tổng các chất gây ô nhiễm hữu cơ và các hợp chất ô nhiễm.
1.4.1. Các thông số ô nhiễm hữu cơ thông thường (BOD5 , COD và TOC) Nhu cầu Ôxy sinh hóa (BOD5)
Thông số ô nhiễm hữu cơ được sử dụng phổ biến nhất là là nhu cầu ôxy sinh hóa 5 ngày. Điều này được giải thích bởi phương trình dưới đây:
Chất hữu cơ + O2 Sản phẩm cuối + Tế báo vi khuẩn mới
1 C hư ơn g I : T hự c t hi p há p lu ật b ảo v ệ m ôi tr ườ ng
Vi khuẩn sử dụng ôxy trong quá trình phân hủy sinh học của các chất hữu cơ (chất có thể
bị phân hủy). Việc xác định BOD bao gồm việc đo lượng ôxy hòa tan được sử dụng bởi các vi
sinh vật trong một khoảng thời gian tiêu chuẩn 5 ngày. Cần lưu ý rằng phép đo này là cách không trực tiếp để đánh giá các chất hữu cơ có thể phân hủy được bằng vi khuẩn vì phép đo này không cho đánh giá trực tiếp khối lượng của chất hữu cơ. Kết quả được thể hiện qua lượng ôxy được sử dụng, tính bằng mg/L (O2). Lưu ý không đánh giá thông số này đối với các chất không có khả năng phân hủy bằng vi khuẩn.
Mặc dù phương pháp kiểm tra BOD có hàng loạt hạn chế, kết quả của nó hiện nay thường được dùng cho các mục đích sau:
- Xác định tương đối lượng ôxy cần để ổn định chất hữu cơ theo các phản ứng sinh học. - Xác định kích thước của thiết bị xử lý nước thải
- Đo lường hiệu quả của một số quá trình xử lý - Đánh giá sự tuân thủ tiêu chuẩn thải cho phép.
Việc xả thải trực tiếp nước thải có hàm lượng BOD5 cao vào các con sông hoặc vào nguồn tiếp nhận sẽ gây ra hiện tượng thiếu ôxy cần thiết cho cuộc sống của các loài thủy sinh.
Nhu cầu ôxy hóa học (COD) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nhu cầu ôxy hóa học (COD)là lượng ôxy cần thiết để ôxy hóa các hợp chất hữu cơ trong nước thải theo phản ứng hóa học sử dụng chất ôxy hóa dichromate trong môi trường axit, được minh họa trong phương trình dưới đây:
Chất hữu cơ + Cr2O7 2-+ H+ à CO2+H2O + NH4++ 2Cr3+
Trong ví dụ này, chất hữu cơ có thể được ô xy hóa bởi công thức tổng quát đã được giản lược CHON. Chất ô nhiễm hữu cơ được đánh giá gián tiếp thông qua việc sử dụng chất ôxy hóa dichromate. Nhằm mục đích so sánh với BOD, lượng chất ôxy hóa dichromate được chuyển đổi sang đương lượng ôxy, có nghĩa là đương lượng của chất ôxy hóa chuyển đổi thành 16g ôxy. Kết quả COD được thể hiện bằng mg/L (O2)giống như đối với BOD.
Mặc dù có thể kỳ vọng giá trị BOD của các chất có thành phần cơ bản là các-bon sẽ cao như COD, nhưng điều này không thể xảy ra do các nguyên nhân sau đây:
- Nhiều loại chất hữu cơ khó ôxy hóa trong phản ứng sinh học có thể ôxy hóa theo phản ứng hóa học,
- Một số chất hữu cơ có thể gây độc cho vi sinh vật sử dụng trong phân tích BOD, - Giá trị COD cao có thể xuất hiện do sự ôxy hóa trong phản ứng hóa học của các chất
gây ô nhiễm vô cơ.
Sự khác nhau về kết quả mg/L(O2)hay tỷ số kinh nghiệm COD/BOD5 có thể là dấu hiệu định lượng về sự tồn tại của chất hữu cơ khó hay ít phân hủy bằng vi sinh.
Tổng các-bon hữu cơ (TOC)
Hợp chất hữu cơ là những chuỗi các-bon. Phép phân tích TOC được sử dụng để xác định tổng các-bon hữu cơ. Phương trình phản ứng được tóm tắt như sau:
CHỌN CO2 + Các chất khác
1 C hư ơn g I : T hự c t hi p há p lu ật b ảo v ệ m ôi tr ườ ng
Các-bon hữu cơ được xác định thông qua lượng CO2sinh ra do quá trình ôxy hóa mạnh bằng các tác nhân như: nhiệt độ và ôxy, tia cực tím, chất ôxy hóa, hoặc sự kết hợp của tác nhân này với nhau. Lượng CO2sinh ra được xác định bằng thiết bị phân tích hồng ngoại hoặc các thiết bị khác. Kết quả được biểu thị dưới dạng mg/l (C).
TOC trong nước thải có thể được sử dụng như một thước đo cho các đặc tính ô nhiễm của nó. Trong một vài trường hợp, có thể liên hệ TOC với các giá trị BOD và COD. Chỉ số TOC được sử dụng phổ biến vì chỉ mất 5-10 phút để hoàn thành phép phân tích. Gần đây, máy phân tích TOC tự động đã được triển khai.
1.4.2. Các thông số ô nhiễm chất rắn thông thường (TSS, VSS và TDS)
Tổng chất rắn chứa trong nước thải bao gồm: - Các chất nổi trên bề mặt
- Chất lơ lửng và chất hòa tan trong dung dịch - Chất có thể lắng xuống.
Xử lý nước thải nhằm loại bỏ các chất ô nhiễm và đặc biệt là các chất lơ lửng và chất nổi. Các chất có thể lắng thì dễ loại bỏ hơn vì quá trình lắng đơn giản trong khi các chất lơ lửng và nổi cần phải can thiệp bằng những quá trình sinh học hoặc hóa lý phức tạp. Chất hòa tan chỉ bị loại bỏ một phần thông qua các bước xử lý khác.
Tổng chất rắn(TS)thu được sau khi sấy khô một mẫu nước thải và cân lượng cặn còn lại. Phép phân tích chuẩn đối với chất rắn có thể lắng được thực hiện bằng cách cho mẫu nước thải vào bình nón Imhoff một lít và ghi lại dung tích (ml) các chất rắn lắng đọng sau một khoảng thời gian nhất định (1 tiếng). TS và chất rắn có thể lắng thường được sử dụng để theo dõi định kỳ hoạt động của nhà máy xử lý nước thải, nhưng ít được đề cập trong quy định hơn là thông số TSS.
Tổng chất rắn lơ lửng (TSS)
Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) được phân tách ra khỏi tổng chất rắn hòa tan (TDS) bằng phương pháp lọc. Phép phân tích TSS mang tính tương đối, phụ thuộc vào kích cỡ lỗ của giấy lọc sử dụng. Các bộ lọc với kích cỡ lỗ từ 0,22 µm tới 2,0 µm đang được sử dụng cho phép phân tích TSS. Điều quan trọng là phải thông báo kích thước lỗ của giấy lọc khi viết báo cáo kết quả TSS bằng mg/L.
Đồng thời cũng cần lưu ý rằng bản thân phép phân tích TSS không phải là thí nghiệm có ý nghĩa quan trọng. TSS là một thông số tổng bởi vì không thể xác định được phân bố về kích cỡ và số lượng của các hạt trong giá trị này. Hơn nữa, bản chất hóa học của TSS không được xác định chính xác và giá trị thu được có thể bao gồm chất rắn không gây ô nhiễm như các mẩu nhỏ từ các đường ống xi măng và tường các bể chứa, hoặc chỉ là những mẩu đất đá từ các bể xử lý đào trên mặt đất.
Tuy nhiên, TSS là một trong 2 thông số được sử dụng phổ biến (cùng với BOD)để đánh giá hiệu quả của công trình xử lý nước thải.
Các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (VSS)
Các chất dễ bay hơi là những chất có thể bay hơi hoặc bốc cháy khi bị nung nóng đến nhiệt độ 500± 50OC. Chất rắn dễ bay hơi (VS)phần lớn là chất hữu cơ, là phần khối lượng bị
1 C hư ơn g I : T hự c t hi p há p lu ật b ảo v ệ m ôi tr ườ ng
giảm sau khi nung mẫu. Trong khi đó, chất rắn cố định (FS)là khối lượng chất rắn còn lại trên chén nung sau khi nung mẫu. Do đó, VSS được xác định thông qua TSS và FS (VSS = TSS – FS) Tỷ lệ VSS/TSS cho thấy tỷ lệ phần trăm của các chất ô nhiễm hữu cơ. Trong một quá trình xử lý cụ thể (đặc biệt là quá trình sinh học), VSS được sử dụng để ước tính một cách tương đối sinh khối trong bể phản ứng sinh học.
Tổng chất rắn hòa tan (TDS)
Theo định nghĩa, chất rắn lọt qua màng lọc sau khi mẫu nước được lọc qua màng có kích thước lỗ tiêu chuẩn được gọi là chất rắn hòa tan. Kích cỡ của những hạt huyền phù trong nước thải thường có kích thước đặc trưng từ 0,01 tới 1,0 µm. Với kích thước lỗ lọc thương mại 0,45 µm, chúng ta có thể tin rằng một số hạt huyền phù nằm lẫn trong giá trị của TSS và phần còn lại nằm trong chất rắn hòa tan. Do đó, một số nhầm lẫn có thể xuất hiện trong quá trình thiết kế và hoạt động của nhà máy xử lý nước thải.
1.4.3. Các thông số ô nhiễm hữu cơ đặc thù (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các hợp chất hữu cơ đặc thù được xác định để đánh giá sự tồn tại của những chất gây ô nhiễm nguy hiểm hàng đầu nhiều người biết (chất gây ung thư, chất gây đột biến, dị tật bẩm
sinh, chất có độc tính cao hay chất độc tồn tại lâu dài, khó đào thải). Cơ quan bảo vệ môi trường
Mỹ đã bước đầu xác định được khoảng 129 chất gây ô nhiễm hàng đầu (cả dạng vô cơ và hữu cơ). Các phương pháp phân tích đã góp phần xây dựng danh sách này. Kĩ thuật đang ngày một phát triển, hàng loạt hợp chất hữu cơ khác đã được phát hiện và đưa thêm vào danh sách các chất độc ưu tiên của từng địa phương phục vụ mục đích quản lý công tác bảo vệ môi trường một cách hiệu quả.
Phương pháp phân tích sắc kí khí (GC)và sắc kí lỏng hiệu năng cao (HPLC)được sử dụng nhiều nhất để phát hiện các hợp chất hữu cơ đặc thù vì chúng có giới hạn phát hiện rất nhỏ, từ 10-12 đến 10-13mg/L. Một số detector điển hình được kết nối với thiết bị GC bao gồm:
- Độ dẫn điện (Electrolytic conductivity), - Bẫy điện tử (Electron capture - ECD), - Ion hóa ngọn lửa (Flame ionization - FID), - Ion hóa quang điện (Photoionization -PID), và
- Sắc ký khí ghép nối khối phổ (Mass spectrophotometer- GC-MS).
Detector điển hình sử dụng trong HPLC bao gồm chùm tế bào quang điện (PDAD)và buồng phản ứng cuối cột (PCR).
Hydrocarbon thơm đa vòng (PAH)
Các chất PAH là một trong những chất gây ô nhiễm hữu cơ phổ biến nhất. Chúng tồn tại trong khói và khí thải công nghiệp. Chúng được phát hiện trong chất thải công nghiệp như sản phẩm phụ của quá trình cháy nhiên liệu không hoàn toàn (gỗ, than, dầu diezel, v.v). PAH được quan tâm do một vài hợp chất thuộc họ PAH được xác định là tác nhân ung thư, chất gây ra đột biến, dị tật bẩm sinh ở mức độ tương đối thấp.
Ví dụ về các phân tử PAH được minh họa trong phụ lục 1A Ví dụ về phân tử PAH.
Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi (VOC)
Không có một định nghĩa rõ ràng và được chấp nhận một cách rộng rãi về VOC gây ô nhiễm. Từ quan điểm hóa học, VOC có thể chỉ một hợp chất hữu cơ bất kỳ có thể bay hơi trong điều kiện thường. Bộ Y Tế của Canada phân loại VOC như một hợp chất hữu cơ có điểm sôi trong khoảng 50 đến 2500C. Cần nhấn mạnh đến các chất VOC có ảnh hưởng đến chất lượng không khí và nơi tiếp nhận nước thải. Hàng loạt VOC được phát hiện trong chất thải công nghiệp do chúng được sử dụng như dung môi hữu cơ. Chúng ta thường phát hiện dạng vết của các chất gây ô nhiễm sau đây:
- Carbon tetrachloride : CCl4 - Trichloroethylene : CCl2=CHCl - Benzen : C6H6
Các chất PAH ưu tiên được biết đến vì tính độc hại của chúng bao gồm các chất gây ô nhiễm sau: 1 C hư ơn g I : T hự c t hi p há p lu ật b ảo v ệ m ôi tr ườ ng
Cấu tạo phân tử của chúng bao gồm các nhân carbon thơm gắn với nhau, ví dụ như: - Benz[a]anthracene, benzo[a]pyrene, benzo[b]fluoranthene, benzo[k]fluoranthene,
chrysene, dibenz[a,h]anthracene, indeno[1,2,3-cd]pyrene, benz[a]anthracene and chrysene, benzo[b]fluoranthene, benzo[j]fluoranthene, benzo[k]fluoranthene, benzo[a]pyrene, benzo[ghi]perylene, coronene, dibenz[a,h]anthracene (C20H14), indeno[1,2,3-cd]pyrene (C22H12)và ovalene.
- Ví dụ phân tử benzo[a]pyrene (5 nhân thơm gắn với nhau):
Acenaphtene Benzo(a) anthracene
Benzo(a)pyrene Benzo(b) fluoranthene
Chrysene Acenaphthylene
2-Chloronaphthalene Benzo(ghi) perylene
Anthracene Fluorene
Phenanthrene Dibenzo(,h) anthracene
1 C hư ơn g I : T hự c t hi p há p lu ật b ảo v ệ m ôi tr ườ ng
Cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ đã xây dựng một danh sách các chất gây ô nhiễm phổ