Chương I NGUỒN GỐC, LƯU LƯỢNG VÀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC THẢI 1. Nguồn gốc nước thải Chất thải là toàn bộ các vật chất không sử dụng nữa của con người và gia súc thải ra môi trường. Chúng được tạo ra trong quá trình sản xuất và sinh hoạt. Chúng có nguồn gốc là thực vật, động vật, hợp chất carbua hydro và luôn cả bùn cặn thải ra sau quá trình xử lý nước thải. Nguồn gốc nước thải Chất thải hữu cơ Chất thải hữu cơ từ sinh hoạt Chất thải hữu cơ từ sản xuất Chất thải từ nhà bếp của gia đình, nhà hàng, khách sạn, xí nghiệp Chất thải từ khu thương mại Chất thải từ khu vui chơi giải trí Chất thải từ cơ sở chăn nuôi, sản xuất nông nghiệp Chất thải từ nhà máy chế biến thực phẩm Chất thải từ cơ sở sản xuất công nghiệp nhẹ như thuộc da, giấy, gổ Chất thải từ trạm xử lý nước Chất thải từ khai thác, chế biến dầu mỏ Nguồn gốc và sự vận chuyển các chất thải hữu cơ Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thuỳ Dương (2003). Nguồn phát sinh và trạng thái tồn tại chất thải đô thị Chất thải công nghiệp Sản xuất công nghiệp Chất thải sinh hoạt Sinh hoạt Nông nghiệp + Sản phẩm + Nguyên liệu Thành phố Chất thải nông nghiệp Nông thôn 1 Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thuỳ Dương (2003). 2. Một số chỉ tiêu về chất lượng chất thải Tỉ lệ C/N của một số chất thải S TT Các chất thải Hàm lượng nitơ (% trong lượng khô) Tỉ lệ C/N 1 Phân, hầm cầu 5,5 – 6,5 6 - 10 2 Nước tiểu 15 – 18 0,8 3 Máu 10 – 14 3,0 4 Phân bò 1,7 18 - 32 5 Phân gà 6,7 10 - 15 6 Phân cừu 3,8 7 Phân heo 3,8 15 - 25 8 Phân ngựa 2,3 25 9 Chất cặn lắng tươi 4 – 7 11 0 Chất cặn lên men 2,4 1 Bùn hoạt tính 5 6 2 Cỏ ủ 3 – 6 12 – 15 3 Chất thải từ rau 2,5 – 4 11 – 12 4 Cỏ hỗn hợp 2,4 19 5 Vỏ, vụn từ khoai tây 1,5 25 6 Trấu lúa mì 0,3 – 0,5 128 – 150 7 Trấu lúa nước 0,1 200 – 500 Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thuỳ Dương (2003). Am độ một số chất thải ở các nước phát triển Chất thải sinh hoạt Bùn cặn Chất thải đô thị Dạng lỏng: chất lỏng chứa dầu mở, bùn cặn cống rảnh, cơ sở xử lý nước Dạng khí: hơi, khói độc hại Chất thải khác Dạng rắn: các chất thải từ sinh hoạt và sản xuất công nghiệp, nông nghiệp Chất thải công Nghiệp và xây dựng 2 S TT Thành phần chất thải % khối lượng Độ ẩm (%) 1 Chất thải thực phẩm 15 70 2 Giấy 40 6 3 Plastic 3 2 4 Sợi, vải 2 10 5 Cao su 0,5 2 6 Len 0,5 10 7 Chất thải làm vườn 12 60 8 Gỗ 2 20 9 Thuỷ tinh 8 < 1 1 0 Vỏ đồ hợp kim loại 6 > 1 1 1 Kim loại không có sắt 1 < 1 1 2 Kim loại có sắt 2 < 1 1 3 Bụi, gạch, đá 4 8 Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thuỳ Dương (2003). Giá trị nhiệt năng của một số chất có trong chất thải đô thị (Kj/kg) ST T Thành phần chất thải Khoảng giá trị Trung bình 1 Chất thải thực phẩm 3489 – 6978 4652 2 Giấy 11630 – 18608 16 – 747,2 3 Cotton 13956 – 17445 16282 4 Chất dẻo 27912 – 37216 32564 5 Vải vụn 15119 – 18608 17445 6 Cao su 20934 – 27912 23260 7 Da vun 15119 – 19771 17445 8 Lá cây, cỏ 2326 – 18608 6512,8 9 Gỗ 17445 – 19771 18608 10 Thuỷ tinh 116,3 – 220,6 18608 11 Hộp kim loại 232,6 – 1163 697,8 12 Kim loại 232,6 – 1163 697,8 13 Bụi, tro, gạch 2326 – 11630 6978 Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thuỳ Dương (2003). Tỉ trọng các loại chất thải đô thị ST T Thành phần chất thải Khoảng giá trị Trung bình 1 Chất thải thực phẩm 128 – 280 228 2 Giấy 32 – 128 81,6 3 Cotton 38 – 80 49,6 4 Chất dẻo 32 – 128 81.6 5 Vải vun 32 – 96 64 3 6 Da vụn 32 – 96 160 7 Chất thải làm vườn 96 – 256 104 8 Gỗ 128 – 320 240 9 Thuỷ tinh 160 – 480 193,6 10 Hộp kim loại 48 – 160 88 11 Kim loại không sắt 64 – 240 160 12 Kim loại có sắt 128 – 1120 320 13 Bụi, tro, gạch 320 – 960 480 Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thuỳ Dương (2003). 3. Chất lượng nước và nước thải 3.1. Tính chất vật lý 3.1.1 Ánh sáng Ánh sáng có vai trò trong quá trình quang hợp của thực vật trong nước giúp cho các sinh vật làm thức ăn cho tôm cá phát triển. Quá trình quang hợp của thực vật thủy sinh gia tăng khi cường độ bức xạ mặt trời gia tăng và sẽ giảm khi cường độ bức xạ giảm. Quá trình này sẽ không xảy ra được ở cường độ vượt quá cường độ của quá trình hô hấp ở độ sâu mà cường độ ánh sáng chỉ còn lại khoảng 1% so với cường độ ánh sáng của tầng mặt nước. Nước trong ao nuôi tôm, cá thường đục do thực vật phù du phát triển mạnh nên tầng ánh sáng của nó thường thấp. 3.1.2. Màu sắc Màu sắc của nước là chỉ số để đánh giá sự hiện diện của các tạp chất có trong nước. Bên cạnh đó nó còn cho biết mức độ và thậm chí nó còn cho biết cả mức độ độc hại của nước. Thông thường màu của nước phản ánh sự nghèo, giàu của nguồn thức ăn qua trong ao và dựa vào đó để kiểm tra và xử lý kịp thời. - Nước có màu xanh đọt chuối: ao tốt, có nhiều thức ăn tự nhiên (do sự phát triển của tảo lục, lam, rong, rêu). - Nước có màu xanh đậm và đen: nước quá bẩn, ngưng bón phân, cần cấp thêm nước mới vào. - Nước không có màu xanh (đục hoặc quá trong): ao thiếu thức ăn tự nhiên. 3.1.3 Độ đục Độ đục của nước do các hạt lơ lững, các chất hữu cơ phân hủy hoặc do giới thủy sinh gây ra. Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nước, ảnh hưởng khả năng quang hợp của các vi sinh vật tự dưỡng trong nước, gây thẩm mỹ và làm giảm chất lượng của nước khi sử dụng. Vi sinh vật có thể bị hấp thu bởi các hạt chất rắn lơ lửng sẽ gây khó khăn khi khử khuẩn (Lương Đức Phẩm, 2002). 3.1.4. Mùi vị Nước tinh khiết không mùi, mùi là do nước chứa chất hữu cơ hay từ các chất khí hòa tan do vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ sinh ra. Theo Trương Quốc Phú (2004) nước có mùi tanh hôi là nước có vi khuẩn phát triển, nước có mùi tanh là nước có nhiều sắt, nước có mùi tanh là nước có nhiều sắt, nước có mùi chlor do quá trình khử khuẩn, nước có mùi trứng thối có nhiều H 2 S. Nước có mùi bùn do các loài tảo phát triển mạnh. 3.1.5 Nhiệt độ Nhiệt độ có quan hệ mật thiết đến sự trao đổi chất của sinh vật đồng thời có liên hệ đến phản ứng hóa học, sự trao đổi chất xảy ra trong thủy vực. Do đó theo dõi nhiệt độ trong thủy vực là rất cần thiết. Nhiệt độ nước ổn định hơn nhiệt độ không khí vì nước có khả năng hấp thụ nhiệt lớn nhưng lại truyền nhiệt kém. Ở nhiệt độ thích hợp nào đó thì nó tỷ lệ thuận với quá trình trao đổi chất, nhiệt độ càng cao thì khả năng hòa tan càng cao. Sự gia tăng nhiệt độ sẽ đẩy nhanh tiến trành phân hủy chất hữu cơ và các chất ô nhiễm trong nước (Nguyễn Văn Bé, 1995). Nhiệt độ chủ yếu được cung cấp từ năng lượng mặt trời, đồng thời cũng thay đổi theo sự biến động của khí hậu, thay đổi theo mùa và có sự biến động của ngày. Nhiệt độ trong nước còn ảnh hưởng rõ rệt đến khả năng hòa tan chất ô nhiễm, nhiệt độ còn làm gia tăng tốc độ phản ứng thủy phân để chuyển chất ô nhiễm thành chất có hoạt tính thấp hơn (Lê Trình, 1997). 4 Bên cạnh đó, nhiệt độ của nước còn ảnh hưởng đến trị số pH, đến các quá trình hóa học và sinh lý xảy ra trong nước, nhiệt độ của tầng nước mặt phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ môi trường, nghĩa là phụ thuộc vào thời gian, ngày, tháng, mùa vụ… lấy mẫu nước, nó còn phụ thuộc vào nhiệt độ của nước ngầm, các lớp nước tầng đáy sâu của hồ… Nhiệt độ của nước thay đổi theo vị trí địa lý, mùa, thời tiết theo ngày đêm. Nhiệt độ của nước thường thấp và thấp nhất vào 5 - 6 giờ sáng, cao nhất là 2 - 4 giờ chiều. Biên độ dao động theo ngày đêm phụ thuộc vào tính chất của thủy vực. Ngoài ra, nhiệt độ còn ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng, phát triển, sinh sản và di cư của tôm cá, cho nên để giữ nhiệt độ thích hợp cho ao nuôi cá thì ao nên có độ sâu từ 1 - 1,5 m, 28 - 29 0 C. Nhiệt độ càng cao làm giảm hòa tan oxy. Tuy nhiên, cá có thể chịu đựng được nhiệt độ trong khoảng 20-35 0 C (Lê Hoàng Việt, 1998). 3.2. Tính chất hóa học của nước 3.2.1 Trị số pH Là yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật. pH biểu thị nồng độ hoạt tính của ion H + trong nước, nó là một trong những yếu tố quan trọng để xác định chất lượng nước. Môi trường pH càng gần 7 thì chất lượng môi trường càng tốt. Môi trường càng có tính acid hoặc bazơ thì chất lượng môi trường càng xấu và càng ảnh hưởng đến đời sống con người, động vật, thực vật và các vật liệu. pH có vai trò quan trọng trong các quá trình lý hóa, khi pH của môi trường quá cao hay quá thấp làm thay đổi độ thẩm thấu của tế bào và quá trình thay đổi muối giữa cơ thể với môi trường, pH ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của phôi, đến quá trình dinh dưỡng, sinh trưởng và sinh sản của các loài thủy sinh (Nguyễn Văn Bé, 1996). Sự phát triển của tảo làm thay đổi nồng độ O 2 và CO 2 hòa tan trong nước thải, từ đó dẫn đến sự thay đổi pH. Sự thay đổi pH này phụ thuộc thời gian trong ngày, pH và DO cao nhất vào ban ngày và thấp nhất vào ban đêm. Trong một ngày đêm pH có thể thay đổi từ 2 đến 3 đơn vị. Khoảng pH thích hợp cho các ao cá nước ngọt từ 6,5 – 7,5, tuy nhiên mỗi loài cá khác nhau thích ứng với một khoảng pH khác nhau, có loài cá có thể chịu đựng pH từ 5 – 9 (Lê Như Xuân và Phạm Minh Thành, 1994). Theo Lương Đức Phẩm (2002) pH của nước thay đổi phụ thuộc vào các yếu tố: - Tính chất của đất - Quá trình phân hủy hữu cơ - Quá trình quang hợp của thực vật - Quá trình hô hấp của thủy sinh vật 3.2.2. Hàm lượng oxy hòa tan (DO: Dissolved Oxygen) Là độ oxy hòa tan trong nước (mg/l) trong điều kiện nhiệt độ, áp suất nhất định. Nước ô nhiễm có hàm lượng DO thấp, nước có nhiều vi sinh vật quang hợp, thường có DO cao. Hàm lượng oxy hòa tan còn phụ thuộc vào chất thải đưa vào, mật độ động thực vật thuỷ sinh, lượng bùn lắng ở đáy ao … DO vào lúc sáng sớm chưa có ánh sáng khoảng 1 – 2 mg/l. Nếu hàm lượng O 2 giảm xuống 0,05 mg/l có nhiều thủy sinh vật chết (Nguyễn Ngọc Liên, 1994). Hàm lượng <1 mg/l O 2 , cá không chết, nhưng không bắt mồi, lớn chậm. Nhỏ hơn 2 mg/l O 2 cá nổi đầu (Lê Như Xuân và Phạm Minh Thành, 1994). Trong tất cả các hệ sinh thái của nước, DO thường có nhịp điệu ngày đêm: cực tiểu vào ban đêm và cực đại vào buổi trưa. Một số tài liệu cho rằng hàm lượng DO chuẩn để duy trì hệ sinh thái trong nguồn nước là trên 6 – 8 mg/l, một số khác cho rằng DO phải đạt được ít nhất 80 – 90% mức bảo hòa. DO trong nước dùng để tưới tiêu và cho gia súc uống cũng không được thấp hơn 3 – 4 mg/l (Nguyễn Thị Hoa Lý, 2004). Mức oxy hòa tan trong nước tự nhiên và nước thải phụ thuộc vào mức độ chất hữu cơ, hoạt động của thế giới thủy sinh, các hoạt động hóa sinh, hóa học và vật lý của nước. Trong môi trường nước bị ô nhiễm nặng, oxy được dùng nhiều cho các quá trình hóa sinh và xuất hiện hiện thượng thiếu oxy trầm trọng (Lương Đức Phẩm, 2002). Hàm lượng oxygen tại dòng sông sau khi xả nước thải làm nước ô nhiễm là do COD, BOD tăng và DO giảm. Sự giảm này do: 5 + Khi thải vào sông, hồ, các loại nước thải có chứa các chất hữu cơ C x H y O z thì chúng dễ bị vi khuẩn oxy hóa. Quá trình này diễn ra khá mạnh nên tiêu thụ một lượng lớn oxygen làm cho hàm lượng oxygen trong sông hồ giảm nhanh. C x H y O z CO 2 + H 2 O + Đồng thời với quá trình tiêu thụ oxygen là sự hòa tan oxygen từ khí quyển vào nước. Khi lượng chất thải giảm dần (theo chiều dài dòng sông) thì quá trình oxy hóa giảm nên DO tăng, vì vậy sau một thời gian nhất định, hàm lượng oxygen trong nước tăng lên. + Vị trí có hàm lượng oxygen hòa tan thấp nhất là nơi nguồn nước bị ô nhiễm nhiều nhất do nước thải xả vào. Hậu quả là sự ô nhiễm nguồn nước bởi các chất hữu cơ là sự giảm oxygen hòa tan. 3.2.3. Nhu cầu oxy hóa học (COD: Chemical Oxygen Demand) Nhu cầu oxy hóa hóa học là số mg O 2 cần thiết để oxy hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ có trong một thể tích nước. C x H y O z + O 2 → CO 2 + H 2 O Trong nước chứa nhiều vật chất như: ion hòa tan, chất rắn, vi sinh vật,… sự phân bố các hợp chất trong nước quyết định bản chất nước tự nhiên: nước giàu dinh dưỡng, nước nghèo dinh dưỡng, ô nhiễm nhẹ hay nặng được trình bày ở bảng 1. Bảng 1. Phân loại hàm lượng COD trong nước (mg/l) Hàm lượng Phân loại 2 2 – 5 5 – 12 12 – 30 >30 Rất nghèo dinh dưỡng Nghèo dinh dưỡng Dinh dưỡng trung bình Giàu dinh dưỡng Rất giàu dinh dưỡng 3.2.4. Nhu cầu oxy sinh học (Biological oxygen demand – BOD) Nhu cầu oxy sinh học là lượng oxy (mg/l) hòa tan cần thiết để các vi sinh vật phân hủy các hợp chất hữu cơ trong một thể tích nước và thời gian nhất định. BOD 5 là chỉ số BOD đo ở 20 0 C trong 5 ngày. BOD được dùng rộng rãi trong đánh giá mức độ ô nhiễm nước và nước thải cũng như đánh giá hiệu quả các công trình xử lý nước thải. Sự phân hủy oxy hóa các chất hữu cơ làm vi khuẩn tiêu thụ một lượng oxygen. C x H y O z CO 2 + H 2 O Trong môi trường yếm khí, vi khuẩn lấy oxygen của các hợp chất chứa oxy như −2 4 SO , − 3 NO , làm giải phóng khí độc cho nguồn nước như CH 4 , H 2 S… −2 4 SO H 2 S + S − 3 NO N 2 Quá trình này đòi hỏi thời gian dài ngày, vì phải phụ thuộc vào bản chất của chất hữu cơ, vào các chủng loại vi sinh vật, nhiệt độ nguồn nước. Bình thường 70% nhu cầu oxy được sử dụng trong 5 ngày đầu, 20% trong 5 ngày tiếp theo và 99% ở ngày thứ 20 và 100% ở ngày thứ 21. Trong nước thải thường có hàm lượng chất hữu cơ khá lớn và lượng oxy hòa tan không đủ đáp ứng trong 5 ngày ở 20 0 C. Để đo BOD 5 , thường dùng phương pháp pha loãng mẫu nước bằng cách bổ sung vào nước một số chất khoáng và làm bão hòa oxy hòa tan. 3.2.5. Hàm lượng chất rắn 6 Vi khuẩn Vi khuẩn Vi khuẩn Vi khuẩn - Tổng số chất rắn (TS: Total Solid) là tổng số của tất cả các loại cặn có nguồn gốc hữu cơ và vô cơ có trong nước hoặc nước thải ở trạng thái lơ lửng và hòa tan. Tổng số chắt rắn được xác định bằng phương pháp đo trọng lượng khô còn lại khi đem sấy khô 1 lít nước ở 103 – 105 0 C đến trọng lượng không đổi và được biểu thị bằng mg/l. - Chất rắn lơ lửng (SS: Suspension Solid) là chất rắn lơ lửng có thể nhận biết bằng mắt thường, có thể loại nó ra khỏi nước bằng quá trình keo tụ, lắng, lọc. Chất rắn lơ lửng thường chứa 70% chất rắn hữu cơ và 30% chất rắn vô cơ. Chất rắn lơ lửng gồm chất rắn lắng được và chất rắn ở dạng keo không lắng được. Để xác định hàm lượng chất rắn lơ lửng, lấy mẫu nước hoặc nước thải lọc qua giấy lọc tiêu chuẩn, sấy khô ở 103 – 105 0 C đến trọng lượng không đổi và được hiển thị bằng mg/l. Chất rắn được tạo ra do nhiều nguyên nhân: quá trình keo tụ của các ion khi gặp pH, độ mặn, độ cứng thay đổi. Các chất rắn lơ lửng tạo ra do chất keo protein, hydratcarbon có trong nước thải. Lượng chất rắn lơ lửng cao trong nước thải gây cản trở quá trình xử lý, giảm sự phát triển của tảo, thực vật nước và làm tăng lượng bùn lắng (Lăng Ngọc Huỳnh, 2001). - Chất rắn hòa tan (DS: Diluted Solid): chất rắn hòa tan có kích thước rất nhỏ, nó chui lọt qua giấy lọc tiêu chuẩn. Chất rắn hòa tan có 40% là chất rắn hữu cơ và 60% là chất rắn vô cơ. Hàm lượng chất rắn hòa tan là hiệu số của tổng chất rắn với chất rắn lơ lửng và được biểu thị bằng mg/l. DS = TS – SS - Chất rắn bay hơi (VS: Volatile Solid): hàm lượng chất rắn bay hơi là trọng lượng mất đi khi nung lượng chất rắn lơ lửng (SS) ở 550 0 C trong một khoảng thời gian xác định. Chất rắn bay hơi bơi biểu thị lượng chất hữu cơ có trong nước. Đơn vị tính là mg/l hoặc % của SS hay TS. - Chất rắn có thể lắng: là một phần của chất rắn lơ lửng, có kích thước và trọng lượng đủ lớn có thể lắng xuống đáy ống nghiệm trong khoảng thời gian một giờ. Chất rắn có thể lắng được biểu thị bằng ml căn lắng trên 1 lít (ml/l) hay ml cặn lắng trên 1g chất rắn lơ lửng (mg/l). - Chất rắn lơ lửng dạng keo: là một phần của chất rắn lơ lửng, chúng không lắng xuống đáy ống nghiệm trong thời gian dài hàng 3 – 4 giờ. Chúng chứa 65% chất rắn hữu cơ và 35% chất rắn vô cơ. 3.2.6. Hidrosulfua (H 2 S) Độ hòa tan H 2 S trong nước rất thấp và có tính chất một acid yếu. Trong môi trường axit và trung tính chúng tồn tại ở dạng H 2 S và HS - , trong vùng pH kiềm chủ yếu tồn tại ở dạng S 2- . H 2 S hình thành chủ yếu trong môi trường nước yếm khí. Trong dòng chảy cũng có thể phát hiện được H 2 S nhưng chỉ ở vùng tiếp giáp với môi trường yếm khí. Trong nước giàu oxy, H 2 S hầu như không tồn tại vì nó chuyển hóa thành lưu huỳnh (S), Sunfat do phản ứng với oxy là một phần được giải phóng hấp thu vào không khí. Môi trường nước có pH thấp thuận lợi cho quá trình này. −2 4 SO + hợp chất hữu cơ S 2- + H 2 O + CO 2 (môi trường kiềm) S 2- + 2H + H 2 S (môi trường acid) Theo Đặng Kim Chi (2001) đặc tính của H 2 S là làm cho nước có mùi trứng thối, gây khó chịu với nồng độ cao, khí này sẽ làm tê liệt khứu giác, gây nhiễm độc đối với cá, ngoài ra còn gây hiện tượng xâm thực ăn mòn đường ống dẫn. 3.2.7. Ammonia (N-NH 3 hoặc N-NH 4 + ) Sự hiện diện của nitơ trong nước ở một lượng thích hợp là rất cần thiết. Nhưng một lượng lớn nitơ tồn tại trong nước sẽ gây nên tác động dây chuyền, ảnh hưởng đặc biệt đến hệ sinh thái nước. Nó tăng cường sự sinh trưởng và phát triển của thực vật, tăng sức sản xuất sơ cấp, tăng lượng chất hữu cơ, các quần thể sinh vật và vi sinh vật phát triển trên các chất hữu cơ này. Trong quá trình hô hấp của các sinh vật này, hầu như tất cả oxy hòa tan sử dụng. Sự thiếu hụt oxy gây nên quá trình lên men và thối rữa và gây ô nhiễm nước trầm trọng. Bên cạnh đó việc sử dụng phân bón cho nông nghiệp là nguồn bài thải nitơ khá lớn. Ammonia thường hiện diện trong nước bề mặt và nước thải, do quá trình khử amine (deamination) hay sự thủy phân urê. Amonia trong nước được tạo thành bởi quá trình khử amine (deamin) của những hợp chất hữu cơ nhất định và bởi quá trình thủy phân area. 7 Vi khuẩn Vi khuẩn kỵ khí Urease (NH 2 ) 2 CO + 2 H 2 O (NH 4 ) 2 CO 3 2 NH 3 + CO 2 + H 2 O Sau đó ammonia hình thành sẽ hòa tan trong nước tạo thành NH 4 + cho đến khi cân bằng được thiết lập. NH 3 + H 2 O NH 4 + + OH - Mặt khác, tỷ lệ của khí NH 3 và ion NH 4 + trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ và pH của nước. Khi nhiệt độ và pH của nước gia tăng, hàm lượng NH 3 trong nước tăng và ngược lại. NH 3 gây độc đối với cá là từ 0,6 – 2,0 mg/l, độ độc của NH 3 sẽ gia tăng khi oxy hòa tan thấp và sẽ giảm khi CO 2 cao. Ammonia tự do trong nước có thể gây hại cho cá và cá sinh vật nước khác. Cơ chế chưa được hiểu rõ, nhưng các nghiên cứu cho rằng độc tính của ammonia có thể gồm: làm các sinh vật nước giảm sự bài tiết ammonia, làm tăng nồng hộ ammonia trong máu và mô, tăng pH máu, gây rối loạn hệ thống enzyme và tính bền vững của màng tế bào, tăng lượng uống nước, tăng tiêu thụ oxy, gây tổn thương mang cá, và gây một số tổn thương mô học trên các nội quan. Mặc dù không gây chết, ammonia có thể làm động vật dễ mắc bệnh và chậm phát triển (Nguyễn Thị Hoa Lý, 2004). Khi NH 3 trong nước cao, NH 3 khó bài tiết từ máu cá ra môi trường ngoài, NH 3 trong máu và mô gia tăng, làm tăng pH máu, làm rối loạn những phản ứng xúc tác của các phản ứng enzyme và độ bền vững của màng tế bào, làm thay đổi độ thẩm thấu của màng tế bào đưa đến cá chết vì không điều khiển được quá trình trao đổi muối giữa cơ thể với môi trường ngoài. Hàm lượng NH 3 trong nước quá thấp kéo dài sẽ đưa đến hậu quả thiệt hại mô mang, ở nồng độ 0,006 – 0,34 mg/l cá sẽ phát triển chậm, nồng độ <0,02 mg/l sẽ làm cá bị dị hình, nồng độ N-NH 3 thích hợp cho nuôi cá dao động trong khoảng <1 mg/l. 3.2.8. Nitrate (NO 3 - ) Nitrate có trong nước bề mặt với hàm lượng rất thấp, còn trong nước ngầm có hàm lượng khá con. Bản thân nitrate không phải là chất rất độc, nhưng trong một số trường hợp nó có thể bị khử thành nitrite, một chất rất độc. Trong nước thải tươi, hàm lượng nitrate khá thấp. Trong nước thải lâu ngày hay đã qua xử lý, hàm lượng nitrate khá cao do sự phân hủy sinh học các hợp chất chứa nitơ. Trong nước, nitrate là nguồn dinh dưỡng chính cho các sinh vật quang hợp. Nước ngầm có thể nhiễm nitrate từ phân bón, từ sự phân hủy gia súc và người và chất thải công nghiệp. Nitrate sinh ra từ sự phân hủy các chất hữu cơ sẽ hòa tan nhanh vào nước và di chuyển qua nước ngầm lọc qua đất. Do đó, nước giếng có thể chức một hàm lượng nitrate cao mặc dù nguồn ô nhiễm cách xa. Vì giếng cạn dễ bị ô nhiễm hơn. Tuy nhiên, nếu giếng sâu nhưng không được xây dựng và bảo vệ tốt cũng có thể bị ô nhiễm do mạch ngang hay nước bề mặt. Bảng 2. Ảnh hưởng của nitrate trong nước đến gia súc, gia cầm Hàm lượng ( mg/l) Gia cầm Heo Trâu bò, ngựa <100 100 – 300 >300 Sử dụng được Sử dụng được Không thích hợp Sử dụng được Sử dụng được Không thích hợp Sử dụng được Hại sức khỏe nếu thức ăn có chức hàm lượng cao nitrate Ngộ độc nếu thức ăn có chứa hàm lượng cao nitrate Nitrite là dạng trung gian của các quá trình chuyển hóa các hợp chất chứa nitơ như sản phẩm của quá trình oxy hóa ammonia, hay sản phẩm của quá trình khử nitrate. Các quá trình này xảy ra trong nước tự nhiên, trong hệ thống cung cấp nước và nước thải. Trong máu, nitrite kết hợp với hemoglobin, ngăn cản sự vận chuyển oxy. Triệu chứng của methemoglodiemia biểu hiện như sau: ngạt thở bao gồm triệu chứng thở hổn hển, mõm tái xanh, run rẩy vận động thiếu phối hợp, không đứng được và thường sẽ chết. 8 Đối với gia súc, các tài liệu khuyến cáo nồng độ nitrate trong nước uống không quá 100 mg/l N- NO 3 và N-NO 3 không quá 10 mg/l N-NO 2 . Nồng độ thích hợp cho các ao nuôi cá là từ 2 – 3 mg/l. Nitơ trong nước thải hầm ủ khí sinh vật chủ yếu ở dạng nitơ hữu cơ và N-NH 3 , hàm lượng NO 3 tương đối thấp do quá trình lên men yếm khí. Nhưng khi nước thải được bổ sung bể nuôi tảo, sự quang hợp của tảo sinh ra oxy, cộng với môi trường nuôi tảo là môi trường hiếm khí (được khuấy trộn 3 giờ/ngày) tạo điều kiện và thúc đẩy quá trình nitrat hóa xảy ra. Phản ứng xãy ra sẽ tạo N-NO 2 và N-NO 3 , trong khi NH 3 giảm xuống. Tảo chủ yếu sử dụng lượng − 3 NO để phát triển (Ngô Thị Hương Trang, 1994). 3.2.9. Phosphate (PO 4 3- ) Trong nước tự nhiên và nước thải, phosphor hiện diện dưới dạng duy nhất là phosphates (Orthophosphate), các phosphate đa phân tử như mega-, pyro-, các dạng polyphosphates và phosphate gắn trong hợp chất hữu cơ. Phosphate trong nước có nguồn gốc từ sự phân giải các chất thải động thực vật, hay từ phân bón nông nghiệp trong nước, phosphate là nguồn dinh dưỡng cho các sinh vật quang hợp. Phosphate là một chỉ tiêu quan trọng cần kiểm soát trong xử lý nước thải. Thường lượng lân trong nước rất thấp không vượt quá 1 mg/l. Khi nguồn nước giàu chất dinh dưỡng, có khả năng gây phú dưỡng hóa. Hậu quả bùng nổ rong tảo, gây cản ngại cho xử lý nước cấp, tăng độ đục của nước, cản trở phát triển thủy sản, tăng độc tính đối với tôm cá và ngay cả con người do phát triển một số tải độc (Lê Văn Khoa, 1995). Hàm lượng P - −3 4 PO thích hợp cho nuôi cá là từ 1 – 3 mg/l. sự thiếu hụt −3 4 PO làm hạn chế sự phát triển của vi sinh vật, do đó làm hạn chế sự phân hủy các hợp chất hữu cơ (Nguyễn Văn Bé, 1996). Trong các thủy vực, hàm lượng P - −3 4 PO rất thấp ít khi nào vượt quá 1 mg/l ngay cả trong các thủy vực giàu dinh dưỡng. 3.2.10. Vi sinh vật Nước thải chứa vô số vi sinh vật. Nguồn chủ yếu đưa vi sinh vật vào nước là phân, nước tiểu và đất. Vi sinh vật trong nước thải gồm: vi khuẩn, nấm, ký sinh trùng và virus. Trong thực tế không thể xác định các vi sinh vật gây bệnh trong nước vì rất phức tạp và tốn thời gian do đó thường xem mẫu nước có bị ô nhiễm bởi vi khuẩn gây bệnh có trong phân người và động vật. Có ba nhóm vi khuẩn chỉ thị ô nhiễm phân là: + Nhóm coliform đặc trưng là Escherichia coli (E.coli) + Nhóm streptococci đặc trưng là Streptococcus fecalis + Nhóm clostridia khử sunfit đặc trưng là Clostridium perfringents Trong 3 nhóm vi khuẩn trên, người ta thường dùng nhóm coliform vì chúng là nhóm quan trọng nhất (chiếm 80% số vi khuẩn). Trong nhóm coliform chia làm 2 loại - Fecal coliform (E.coli) có nguồn gốc từ phân người và động vật, ở điều kiện ngoại cảnh thường được tìm thấy trong nước và đất. - Non-fecal coliform có thể đi vào nước từ các nguồn mục ruỗng và đất. Ở Châu Âu và Bắc Mỹ thường dùng E.coli tổng để đánh giá chất lượng nước. Ở các nước nóng ẩm thì thường tác thành hai chỉ tiêu riêng do hai nhóm phản ứng với nhiệt độ cao của môi trường xung quanh rất khác nhau. Vì vậy, có thể coi E.coli là vi khuẩn đặc trưng cho mức độ nhiễm trùng nước, chỉ số E.coli chính là số lượng vi khuẩn có trong một lít nước. Coliform là những trực khuẩn gram âm không sinh bào tử, hiếu khí hoặc kỵ khí tùy ý, có khả năng lên men lactose sinh acid và sinh hơi ở 37 0 C trong 24 - 48 giờ. Trong thực tế phân tích, Coliform còn được định nghĩa là các vi khuẩn có khả năng lên men sinh hơi trong khoảng 48 giờ khi được ủ ở 37 0 C trong môi trường canh Lauryl Sulphate và canh Brilliant Green Lactose Bile Salt. Nhóm Coliform gồm 4 giống là: Escherichia với một loài duy nhất là E.coli; Citrobacter, Klebsiella và Enterobacter. Tính chất sinh hóa đặc trưng của nhóm này được thể hiện qua các thực nghiệm Indol (I), Methyl Red (MR), Voges-Proskauer (VP) và Citrate (IC) thường được gọi tắt chung là IMVIC. 9 Coliform chịu nhiệt là những coliform lên men lactose sinh hơi trong khoảng 24 giờ khi được ủ ở 44 0 C trong môi trường canh EC. Coliform phân (Fecal Coliform hay E.coli giả định) là coliform chịu nhiệt có khả năng sinh Indole khi được ủ khoảng 24 giờ ở 44,5 0 C trong canh Trypton. Coliform phân là một thành phần của hệ vi sinh đường ruột ở người và các loài động vật máu nóng khác và được sử dụng đến chỉ thị sự ô nhiễm phân trong môi trường nước. E.coli và Coliform phân cho kết quả thử nghiệm IMVIC là ++ (Indol +, Methyl Red +, Voges Prokauer -, Citrate -) Để định lượng coliform, coliform chịu nhiệt, coliform phân và E.coli trong nước, người ta thường dùng phương pháp MPN và phương pháp đếm khuẩn lạc (CFU). Theo Lương Đức Phẩm (2002), nước có thể vận chuyển nhiều giun ký sinh ở người và động vật. Giun và trứng giun không bị triệt khi khử trùng ở liều lượng thông thường, ngược lại kích thước của chúng lớn có thể lọc làm giảm nguy cơ ô nhiễm nước. Trứng sán Ascaris suum thường có trong ruột non của người và heo. Trứng có hình ôvan có kích thước nhỏ sinh trưởng trong nước hay đất ẩm, gây nhiễm cho người. 3.2.12. Tảo Vi khuẩn sử dụng oxy tự nhiên hoặc oxy từ tảo để phân hủy chất hữu cơ tạo ra mêtan, ammonia và amino acid trong thành phần protein tế bào của chúng. Nhóm vi khuẩn này thường là Pseudomonas, Flavobacterium và Achromobacter. Người ta thấy rằng vi khuẩn có liên quan đến các trị số BOD, hàm lượng COD… Hàm lượng COD và BOD có liên quan nhau. Tảo Chlamydomonas sp có thể sống dưới điều kiện kỵ khí. Song Chlamydomonas và Chlorella cũng sống chung trong điều kiện ở khu vực có đầy đủ ánh sáng chiếu vào để sinh trưởng. Chlamydomonas và Chlorella được xác định nơi có tập trung cao amonia, carbon dioxit, orthophosphates. Nhiệt độ thích hợp cho tảo Chlorella sinh trưởng là 25 – 35 0 C, nhiệt độ tối đa 37 0 C. Nhiệt độ dưới 10 0 C hay trên 35 0 C tảo kém phát triển, ở 0 0 C hay trên 40 0 C tảo chết hoàn toàn. Cường độ sánh sáng 4000 – 30000 lux, độ pH thích hợp nhất 6,5 – 7,5, dưới 6 hay trên 8 ảnh hưởng đến tảo. Tảo sử dụng các nguồn dinh dưỡng để tảo ra oxygen cho vi khuẩn oxy hóa chất hữu cơ. Tuy nhiên có những loài tảo còn phụ thuộc vào sánh sáng hoặc carbon dioxit phát triển, chẳng hạn như Chlorella pyrenoidosa thì cần ánh sáng, Scenedesmus costulatus var, Chlorelloides có thể sống trong điều kiện ánh sáng bị hạn chế, Ochramonas malthamensis khi không có cả ánh sáng và carbon dioxit. Ngoài ra, còn có các tảo Dunaliella spp, Spirulina, Chaetoceros spp đóng vai trò tích cực trong quá trình oxy hóa chất hữu cơ, tảo Dunaliclla spp rất rộng nhiệt 35 0 C – 40 0 C, nhiệt độ tối ưu 20 – 40 0 C. D. salina 14 – 30 0 C, D. biclata 25 – 29 0 C. Tảo Chatoceros nhiệt độ thích hợp nhất 25 – 30 0 C, cường độ ánh sáng 500 – 10000 lux. Tảo phát triển làm cho nước có màu sắc, tảo xanh làm cho nước có màu xanh lam, khuê tảo melosira và navicula làm cho nước có mùa nâu. Chrisophit làm nước có màu vàng nhạt, tảo phát triển gây cho nước có mùi khó chịu. Theo một số nghiên cứu cho thấy nhiệt độ có ảnh hưởng trực tiếp hoặc gián tiếp lên thực vật dạng lá trong nước, mùa đông xuất hiện nhiều D. magna và nhóm nhỏ M. dubia, sau đó D. magna được gia tăng trong những tháng tiếp theo. Một phần khu vực ánh sáng dành cho vi sinh vật đồng hóa với không khí và nước. Sự phát triển quá mức tảo hoặc thực vật phiêu sinh cũng làm cản trở ánh sáng chiếu xuống nước. Tảo nhỏ chủ yếu là tảo xanh lục hoặc xanh lam, thực vật lớn như dạng tự do hoặc cố định, nó đóng vai trò hô hấp và thông thường giúp tăng số lượng vi khuẩn và có khả năng làm sạch nước. 3.2.12. Vi sinh vật tham gia phân huỷ chất thải (Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thuỳ Dương, 2003) Vi sinh vật tham gia tổng hợp amylase 10 Chất hữu cơ Vi khuẩn O 2 Tảo CO 2 [...]... tập trung, lượng chất thải ngày một nhiều, phạm vi bảo vệ không đảm bảo thì lượng chất thải chăn nuôi thấm nhập qua đất đi vào mạch nước ngầm làm giảm chất lượng nước Bên cạnh đó, các vi sinh vật nhiễm bẩn trong chất thải chăn nuôi cũng có thể xâm nhập nguồn nước ngầm Ảnh hưởng này có tác dụng lâu dài và khó có thể loại trừ Chương 3 QUẢN LÝ VÀ XỬ LÝ CHẤT THẢI CHĂN NUÔI Quản lý và xử lý chất thải chăn... 118kcal AgNO3 Năng lượng tạo ra chúng sử dụng để tổng hợp chất hữu cơ Có 2 trường hợp * Nếu khối chất thải nhiều H2S thì sự hình thành S sẽ lớn * Nếu khối chất thải thiếu H2S thì S bị oxy hoá mạnh hơn S tích lũy Chương 2 ĐẶC ĐIỂM CHẤT THẢI CHĂN NUÔI 1 ĐẶC ĐIỂM CHẤT THẢI CHĂN NUÔI Chất thải trong chăn nuôi được chia làm ba loại: chất thải rắn, chất thải lỏng và chất thải khí Đây là hỗn hợp chất hữu cơ, vô... trình phân hủy của các chất hữu cơ rắn và lỏng 1.1 CHẤT THẢI RẮN 1.1.1 Phân và nước tiểu gia súc Lượng phân và nước tiểu gia súc thải ra trong một ngày đêm tùy thuộc vào giống, loài, tuổi, khẩu phần thức ăn, trọng lượng gia súc Lượng phân và nước tiểu gia súc thải ra trong ngày đêm trung bình cho thấy ở bảng 3 Bảng 3 Số lượng chất thải của một số loài gia súc gia cầm Lượng phân Lượng nước tiểu Loài gia... nếu không được xử lý tốt hoặc xử lý 20 không đúng phương pháp thì nó sẽ là tác nhân gây ô nhiễm môi trường tác động xấu đến sức khỏe cộng động xung quanh và tác hại trực tiếp đến cơ sở chăn nuôi 1.2 CHẤT THẢI LỎNG Trong các loại chất thải của chăn nuôi, chất thải lỏng là loại chất thải có khối lượng lớn nhất Đặc biệt khi lượng nước thải rửa chuồng được hòa chung với nước tiểu của gia súc và nước tắm gia... vi sinh vật và trứng ký sinh trùng có thể gây bệnh cho động vật và con người - Chất thải rắn gồm phân, thức ăn thừa của thú, vật liệu lót chuồng, xác súc vật chết và các chất thải khác Chất thải rắn có độ ẩm 56 - 83%, tỷ lệ NPK cao - Chất thải lỏng hay còn gọi là nước thải; gồm nước thải của thú, nước rửa chuồng và phần phân lỏng hòa tan; có độ ẩm cao trung bình khoảng 93 - 98% - Chất thải khí là các... Việc xử lý chất thải chăn nuôi chấp nhận được trong điều kiện chăn nuôi tự phát như hiện nay do khoảng không gian giữa khu chăn nuôi và khu dân cư càng bị thu hẹp thì một hệ thống xử lý chất thải chăn nuôi phải được thiết kế đúng tiêu chuẩn kỹ thuật và phải có thiết bị sử dụng phế thải dạng rắn và lỏng ở công đoạn cuối cùng sau khi được thải vào môi trường tùy theo điều kiện kinh tế của từng cơ sở và. .. trồng Bên cạnh đó việc sử dụng quá nhiều kháng sinh, chất diệt trùng, chất kích thích sinh trưởng sẽ ảnh hưởng đến môi trường sống của người và gia súc 1.4.3 Ô nhiễm nguồn nước 23 Khi chất thải chăn nuôi không được xử lý thải vào môi trường quá lớn làm gia tăng hàm lượng chất hữu cơ, vô cơ trong nước, làm giảm quá mức lượng oxy hòa tan, làm giảm chất lượng nước bề mặt, ảnh hưởng đến hệ vi sinh vật nước,... pháp ủ và kiểu ủ * Ủ phân hiếu khí (composting) Nhằm xử lý nguồn chất thải rắn trong chăn nuôi, có thể áp dụng trong chăn nuôi công nghiệp với số lượng chất thải lớn Trong khi ủ phân có rất nhiều vi sinh vật tiến hành công phá các chất cellulose, glucose, protein, lipid có trong thành phần của phân chuồng Quá trình này gồm hai sự kiện: phá vỡ các hợp chất không chứa N và sự khoáng hóa các hợp chất có... môi trường Chất thải chăn nuôi đặc biệt là phân và nước tiểu gia súc sau khi được thải ra thì khả năng ô nhiễm còn thấp, khả năng này chỉ tăng khi phân và nước tiểu gia súc được để lâu trong môi trường bên ngoài Do đó để giải quyết kịp thời khả năng ô nhiễm thì chúng ta cần phải quản lý và xử lý chất thải chăn nuôi ngay từ lúc mới thải ra môi trường bằng một số biện pháp như: - Thu gom và vận chuyển... tiểu của gia súc và nước tắm gia súc Đây cũng là loại chất thải khó quản lý, khó sử dụng Mặt khác, nước thải chăn nuôi có ảnh hưởng rất lớn đến môi trường nhưng người chăn nuôi ít để ý đến việc xử lý nó Chất thải lỏng chứa nhiều loài vi sinh vật và trứng ký sinh trùng, làm lây lan dịch bệnh cho người và gia súc, những vi sinh vật là mầm bệnh trong chất thải chăn nuôi thường bao gồm E coli, Campylobacter . sản xuất và sinh hoạt. Chúng có nguồn gốc là thực vật, động vật, hợp chất carbua hydro và luôn cả bùn cặn thải ra sau quá trình xử lý nước thải. Nguồn gốc nước thải Chất thải hữu cơ Chất thải hữu. Chương I NGUỒN GỐC, LƯU LƯỢNG VÀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC THẢI 1. Nguồn gốc nước thải Chất thải là toàn bộ các vật chất không sử dụng nữa của con người và gia súc thải ra môi trường. Chúng. nghiệp Chất thải từ nhà máy chế biến thực phẩm Chất thải từ cơ sở sản xuất công nghiệp nhẹ như thuộc da, giấy, gổ Chất thải từ trạm xử lý nước Chất thải từ khai thác, chế biến dầu mỏ Nguồn gốc và