ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN Lê Anh Trung NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG Ô NHIỄM AMONI TRONG NƢỚC CẤP SINH HOẠT, NGUYÊN NHÂN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ Chuyên ngành: Môi trường đất nước Mã số: 62 44 03 03 DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Hà Nội - 2017 Công trình hoàn thành tại: Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đồng Kim Loan PGS.TS Trần Hồng Côn Phản biện: ……………………………………… …………………………………………………… Phản biện: ……………………………………… …………………………………………………… Phản biện: ……………………………………… …………………………………………………… Luận án bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sĩ họp : ………………………………………………………………… vào hồi ngày tháng năm 20 Có thể tìm hiểu luận án tại: - Thư viện Quốc gia Việt Nam; - Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nhiễm amoni nguồn nước ngầm dùng làm nguồn nước cấp cho sinh hoạt quan tâm nghiên cứu nhiều khu vực, nhiều quốc gia giới Ở Việt Nam, khu vực đồng Sông Hồng nói chung Hà Nội nói riêng, tượng thừa nhận Hiện nay, hầu hết hộ gia đình thành phố Hà Nội phải sử dụng thiết bị lưu trữ nước Mô hình cấp nước phổ biến mô hình bể chứa + bơm + két nước cao Cách cho phép lưu trữ sử dụng nước theo hình thức tự chảy khoảng thời gian định Một tượng đặc biệt quan tâm vấn đề nhiễm amoni bể lưu trữ nước cộng đồng dân cư sử dụng Việc nghiên cứu trình chuyển hóa dạng nitơ nước bể lưu trữ có ý nghĩa quan trọng đến công tác cấp nước cho nhân dân Tuy nhiên, Việt Nam chưa có đề tài nghiên cứu, đánh giá tượng nhiễm amoni bể lưu trữ khác cộng đồng dân cư, tìm hiểu sâu, phân tích trình chuyển hóa, biến đổi hợp chất nitơ loại hình lưu trữ nước, từ tìm giải pháp khắc phục Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá thực trạng nhiễm amoni số hợp chất nitơ thiết bị lưu trữ nước sinh hoạt từ nhà máy cấp nước có hàm lượng amoni cao quy mô hộ gia đình - Nghiên cứu biến đổi hợp chất nitơ thiết bị lưu trữ nước điều kiện lưu trữ nước sinh hoạt khác - Đề xuất biện pháp nhằm giảm thiểu mức độ nhiễm amoni, nitrit nitrat xuống tiêu chuẩn cho phép bể lưu trữ nước sinh hoạt quy mô hộ gia đình Ý nghĩa khoa học thực tiễn a) Ý nghĩa khoa học Đề tài luận án góp phần làm rõ sở khoa học nhiễm amoni trình chuyển hóa hợp chất chứa nitơ thời gian tồn lưu chúng thiết bị lưu trữ nước quy mô hộ gia đình, trình chuyển hóa yếu tố ảnh hưởng, tác động đến trình chuyển hóa hợp chất chứa nitơ b) Ý nghĩa thực tiễn Luận án đề xuất số biện pháp giảm thiểu nồng độ amoni hợp chất chứa nitơ khác thiết bị lưu trữ nước quy mô hộ gia đình Kết luận án sở thực tiễn để giải vấn đề ô nhiễm amoni hợp chất chứa nitơ khác thiết bị lưu trữ nước sinh hoạt xuất phổ biến thực tế không ch Hà Nội mà hầu hết địa bàn dân cư Việt Nam Những đóng góp luận án - Lần vấn đề nhiễm amoni giải pháp ph ng ngừa, giảm thiểu amoni loại hình lưu trữ nước sinh hoạt quy mô hộ gia đình nghiên cứu đầy đủ có hệ thống - Nghiên cứu luận án làm sáng tỏ vấn đề nhiễm amoni nước cấp sinh hoạt biến đổi, chuyển hóa hợp chất nitơ thiết bị lưu trữ nước điều kiện lưu trữ nước sinh hoạt khác sử dụng cộng đồng; sở khoa học cho việc giảm thiểu phát sinh tái nhiễm amoni nước máy cấp cho sinh hoạt CHƢƠNG TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Chu trình nitơ amoni nƣớc tự nhiên - Chu trình nitơ dạng tồn hợp chất nitơ nước - Amoni tác động amoni nước sinh hoạt 1.2 Quá trình chuyển hóa hợp chất nitơ nƣớc - Quá trình cố định nitơ - Quá trình ammon hóa - Quá trình nitrat hóa - Quá trình khử nitrat hóa - Quá trình anammox - Quá trình khử nitrat thành amoni 1.3 Tình hình nghiên cứu nhiễm amoni trình chuyển hóa hợp chất nitơ nƣớc cấp sinh hoạt - Trên giới: Nhóm nghiên cứu vấn đề nhiễm amoni nước cấp sinh hoạt xuất vi sinh vật chuyển hóa nitơ hệ thống phân phối nước Nhóm nghiên cứu trình chuyển hóa hợp chất nitơ nước cấp sinh hoạt - Ở Việt Nam: Nhóm nghiên cứu nhiễm amoni hợp chất nitơ khác nước cấp sinh hoạt Nhóm nghiên cứu thực trạng nhiễm vi sinh vật số bể chứa nước hộ gia đình 1.4 Tổng quan hình thức lƣu trữ nƣớc - Vật liệu bể chứa nước - Một số yếu tố tác động đến chất lượng nước cấp sinh hoạt lưu trữ bể chứa quy mô hộ gia đình Kết luận Chƣơng 1 Nghiên cứu tổng quan amoni, trình chuyển hóa hợp chất nitơ nước vấn đề lưu trữ nước sinh hoạt hộ gia đình làm sáng tỏ số vấn đề sau: - Hiện tượng nhiễm anomi nước cấp sinh hoạt phát Ở Việt Nam, tượng thừa nhận phổ biến khu vực phía Nam thành phố Hà Nội Nguyên nhận xác định ô nhiễm amoni nguồn nước ngầm Đây nguồn nước thô cấp cho nhà máy nước - Các công trình nghiên cứu nước vấn đề chuyển hóa amoni hợp chất nitơ khác xuất vi khuẩn chuyển hóa nitơ hệ thống phân phối nước sinh hoạt không nhiều Các nghiên cứu tập trung nghiên cứu biến đổi trình xử lý nhà máy nước, đường ống phân phối nước cấp sinh hoạt - Tại địa phương Việt Nam, nhiều nguyên nhận khác nhau, người dân hầu hết phải sử dụng bể lưu trữ nước sinh hoạt Các thiết bị có khác loại hình, điều kiện lưu trữ …, từ ảnh hưởng không nhỏ đến trình chuyển hóa hợp chất chứa nitơ Các vấn đề trống chưa tác giả nghiên cứu: Những nghiên cứu nhiễm amoni trình chuyển hóa hợp chất nitơ nước cấp sinh hoạt không nhiều, chủ yếu tập trung với đối tượng phạm vi nguồn nước thô, nước nhà máy xử lý nước nước đường ống phân phối Chưa có nghiên cứu tượng nhiễm amoni hình thức lưu trữ nước sinh hoạt hộ gia đình trình biến đổi hợp chất nitơ điều kiện lưu trữ khác CHƢƠNG ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu luận án xác định amoni hợp chất chứa nitơ khác nước cấp sinh hoạt chứa thiết bị lưu trữ quy mô hộ gia đình - Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi thời gian: Các mẫu nước cấp sinh hoạt lưu trữ hộ gia đình tiến hành phân tích, nghiên cứu thí nghiệm, đánh giá từ năm 2010 đến năm 2017 Phạm vi không gian: quận thuộc thành phố Hà Nội, bao gồm: Cầu Giấy, Thanh Xuân, Hoàng Mai tập trung vào hộ gia đình quận Hoàng Mai 2.2 Nội dung nghiên cứu Đề tài luận án thực qua giai đoạn: - Giai đoạn điều tra, khảo sát, phân tích chất lượng nước Giai đoạn nhằm mục đích xác định tượng nhiễm amoni hình thức lưu trữ nước sinh hoạt quy mô hộ gia đình Nội dung cụ thể bao gồm: + Điều tra, khảo sát bể lưu trữ nước sinh hoạt số quận thành phố Hà Nội Lấy mẫu phân tích amoni bể chứa khác sử dụng hộ gia đình để xác định tượng nhiễm amoni nước cấp sinh hoạt + Tiến hành quan trắc mẫu nước bị nhiễm amoni bể chứa hộ gia đình để đánh giá biến đổi nồng độ hợp chất chứa nitơ thiết bị lưu trữ điều kiện khác - Giai đoạn thí nghiệm: Sau xác định điều kiện lưu trữ nước tiêu biểu hộ gia đình, xác định tượng nhiễm amoni bể chứa nước thực tế Luận án tiến hành thiết kế thí nghiệm bể lưu trữ nước mô điều kiện lưu trữ thực tế Từ giải thích biến đổi hợp chất nitơ bể lưu trữ nước thực tế, qua đề xuất giải pháp giảm thiểu tác động tượng Nội dung cụ thể là: + Bố trí thí nghiệm theo dõi, đánh giá biến đổi hợp chất nitơ bể lưu trữ nước theo thời gian; + Bố trí thí nghiệm theo dõi, đánh giá biến đổi hợp chất nitơ bể lưu trữ nước theo nồng độ amoni nitrat ban đầu; + Bố trí thí nghiệm theo dõi, đánh giá biến đổi hợp chất nitơ bể lưu trữ nước theo vị trí đặt bể; + Bố trí thí nghiệm lưu trữ nước điều kiện: xáo trộn thoáng khí, kín khí hở tĩnh; + Bố trí, thiết kế thí nghiệm, đánh giá tác động trình sử dụng nước hàng ngày hộ gia đình đến biến đổi hợp chất nitơ Mẫu nước nghiên cứu nước sinh hoạt hộ gia đình (hộ gia đình số nhà 6, ngõ 83/61, Bằng Liệt) Lấy mẫu, phân tích ch tiêu để đánh giá trình biến đổi hợp chất chứa nitơ:  Theo dõi pH, DO, nhiệt độ  Theo dõi nồng độ NH4+, NO2-, NO3-, N tổng  Theo dõi hàm lượng chất hữu (COD)  Phân tích phát vi khuẩn ammon hóa, vi khuẩn AOB, vi khuẩn phản nitrat hóa, vi khuẩn Azotobacter, Clostridium Tần suất lấy mẫu: Mẫu lấy bể nghiên cứu với tần suất lần/tuần phân tích tất ch tiêu hóa học Phân tích ch tiêu sinh học với tần suất 10 ngày/lần 2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu Luận án nghiên cứu áp dụng kết hợp nhiều phương pháp khác nhau, chủ yếu phương pháp sau: - Phương pháp kế thừa tài liệu - Phương pháp điều tra, khảo sát lấy mẫu thực địa - Phương pháp chuyên gia - Các phương pháp phân tích - Phương pháp thực nghiệm - Phương pháp xử lý số liệu đánh giá kết nghiên cứu Kết luận chƣơng Việc lựa chọn đối tượng amoni hợp chất chứa nitơ khác nước cấp sinh hoạt chứa thiết bị lưu trữ quy mô hộ gia đình đảm bảo mục tiêu, nội dung tính thực tiễn đề tài Phương pháp lấy mẫu nước, phương pháp phân tích sử dụng luận án phương pháp tiêu chuẩn Các hóa chất dùng cho nghiên cứu có độ tinh khiết PA tinh khiết hóa học Việt Nam, Trung quốc, Merck, Pakshoo Việc thiết kế thí nghiệm bể lưu trữ nước mô điều kiện lưu trữ thực tế phù hợp Từ xác định biến thiên nồng độ hợp chất chưa nitơ giải thích tượng bể lưu trữ nước thực tế hộ gia đình CHƢƠNG KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1 Hiện tƣợng nhiễm amoni nƣớc cấp sinh hoạt - Hiện tượng ô nhiễm amoni số nhà máy/trạm cấp nước sinh hoạt bể chứa nước quy mô hộ gia đình rõ ràng qua kết điều tra phân tích Hầu hết nhà máy nước khử trùng clo dùng nguồn nước cấp để sản xuất nước sinh hoạt nước ngầm có hàm lượng ion NH 4+ cao Kết khảo sát phân tích cho thấy nước sinh hoạt cho số cộng đồng dân cư có nồng độ amoni mức từ 0,04 đến 20,37 mgN-NH4+ Ở nhiều hộ gia đình, giá trị amoni cao giá trị giới hạn theo QCVN 02:2009/BYT - Phương thức lưu trữ nước sinh hoạt thường sử dụng cộng đồng dân cư loại bể Các bể đa phần xây gạch trát xi măng, thường đặt ngầm đất; két nước đặt cao (bể inox) Sử dụng mô hình bể ngầm + bơm + bể nước cao để lưu trữ sử dụng nước sinh hoạt gia đình Hệ thống đường ống làm vật liệu ống sắt tráng kẽm, thời gian sử dụng lâu, hầu hết chưa cải tạo, thường xuyên bị r r , bục vỡ tuyến đường ống bị ôxi hoá - Cùng đường ống cấp nước chung, đưa vào hộ gia đình nồng độ dạng nitơ bị thay đổi theo lượng sử dụng, hình thức thiết bị lưu trữ Nồng độ amoni cao đường ống, tiếp đến bể ngầm cuối bể inox Kết phân tích nitrat lại cho quy luật thấp đường ống, tiếp đến bể ngầm cao bể inox Kết nghiên cứu nhận thấy nồng độ NH 4+ nước bể xi măng ngầm bể inox cao hộ gia đình phần lớn 10 có giá trị thấp đường ống dẫn nước chung bể ngầm thấp bể inox Tương tự, nồng độ NO 3- bể ngầm thấp bể inox; khác với amoni, nồng độ nitrat nước loại bể chứa lại lớn so với đường ống chung Với NO 2- quy luật tăng giảm nồng độ ngược hoàn toàn với amoni, nghĩa nồng độ cao bể ngầm đến bể inox thấp đường ống Hình 3.5.a Nồng độ trung bình dạng nitơ thiết bị trữ nước Hình 3.5.b Nồng độ trung bình dạng nitơ đợt khảo sát Hình 3.5.c Nồng độ dạng nitơ đợt đường ống chung Tuy nhiên thay đổi xảy không đồng loại bể trữ nước hộ gia đình đợt khảo sát Sự thay đổi phức tạp hệ khác biệt loại hình, cách thức xây dựng cách bố trí điều kiện bảo quản vệ sinh bể chứa, tần suất lưu chuyển nước bể 3.2 Ảnh hƣởng trình lƣu trữ nƣớc đến thay đổi nồng độ hợp chất nitơ vô 3.2.1 Ảnh hƣởng điều kiện môi trƣờng nƣớc 3.2.1.1 Biến đổi theo mùa 11 (1) Với điều kiện tự nhiên mùa hè, trình nitrat hóa diễn mạnh, ch v ng 20 ngày đầu, nồng độ amoni giảm từ 11,73 mg/L xuống 0,1 mg/L (tốc độ giảm 0,58 mg/L.ngày); từ ngày thứ 38 trở không phát amoni bể nghiên cứu Nitrit tăng - ngày đầu, sau giảm dần đến mức tối thiểu c n phân tích ngày thứ 55 Những ngày không phát nitrit có bể Nitrat tăng mạnh khoảng 20 ngày đầu từ 7,00 mg/L ban đầu lên 32,2,1 mg/L, sau trì nồng độ tương đối ổn định khối nước Trong toàn trình nghiên cứu không thấy có biểu trình phản nitrat hóa b Mùa đông a Mùa hè Hình 3.9 Biến động hợp chất nitơ (2) Với điều kiện mùa đông, tốc độ giảm amoni chậm hơn, 20 ngày đầu nồng độ amoni giảm từ 9,40 mg/L xuống 0,13 mg/L (tốc độ giảm 0,46 mg/L.ngày) Nồng độ nitrit tăng nhẹ trì khoảng 27 ngày đầu, sau giảm không c n phát từ ngày thứ 62 Nồng độ nitrat tăng rõ rệt khoảng 30 ngày đầu lưu nước, sau đạt trạng thái gần ổn định, giá trị nitrat lớn đạt trình 17,2 mg/L 12 3.2.1.2 Ảnh hưởng vị trí đến thay đổi nồng độ dạng nitơ Nồng độ amoni ban đầu bể đặt trời, cao 14 mg/L bể đặt nhà 12 mg/L; thấy xu hướng biến đổi amoni bể tương tự nhau; Mặc dù tốc độ giảm amoni hai vị trí lưu nước có khác biệt không đáng kể Nồng độ nitrit tăng nhanh khoảng ngày đầu bể cao, nhoài trời; bể nhà, đất sau 13 ngày đạt giá trị cực đại; sau giảm dần đến xấp x mg/L nồng độ amoni tiệm cận giá trị 0mg/L Ngược lại, nồng độ nitrat bể nhà tăng nhanh khoảng 16 ngày đầu đạt giá trị cực đại; sau tiến dần trạng thái ổn định nồng độ amoni nitrit tiệm cận đến mg/L Nhưng bể cao, trời, phải đến ngày thứ 34 đạt giá trị cực đại tiến dần trạng thái ổn định; mức độ cao so với bể nhà, đất Điều chứng tỏ có hoạt động mạnh vi sinh vật bể cao, trời có điều kiên thuận lợi so với bể nhà, đất Qua biến động amoni, nitrit nitrat hai bể với vị trí khác nhau, thấy vị trí đặt bể nhà hay cao, trời ảnh hưởng đến trình chuyển hóa hợp chất nitơ thiết bị lưu trữ nước Song xu hướng chuyển hóa chúng gần giống thực trình nitrat hóa 3.2.1.3 Ảnh hưởng nồng độ amoni nitrat ban đầu Qua kết nghiên cứu, biến thiên nồng độ amoni, nitrit nitrat hai trường hợp nồng độ amoni đầu vào cao thấp có khác đáng kể Cụ thể nồng độ amoni, bể có nồng độ thấp hai lần nồng độ amoni giảm xuống tới giới 13 hạn phát ch khoảng 21 ngày; bể có nồng độ amoni đầu vào cao phải tới khoảng 63 ngày amoni có giá trị tương tự Tốc độ chuyển hóa amoni hai trường hợp nhau, 0,4 mg/L ngày Tuy nhiên, nồng độ amoni cao thời gian để chuyển hóa hoàn toàn ion dài Đối với trường hợp nitrit, bể có nồng độ amoni thấp nồng độ nitrit đạt cực đại ngày thứ sau khoảng 30 ngày giảm xuống ngưỡng phát phép đo Ở bể có nồng độ amoni cao phải đến ngày thứ đạt giá trị cực đại sau có biến thiên phức tạp; đến khoảng 77 ngày sau thể tiệm cận đến giá trị không phát Như tốc độ chuyển hóa nitrit bể có nồng độ amoni cao có tốc độ chuyển hóa chậm phức tạp nhiều so với bể điều kiện có nồng độ amoni thấp Ở có tượng đáng lưu ý bể có nồng độ amoni cao, nồng độ nitrit tồn thời gian dài Đối với nitrat, bể có nồng độ amoni thấp, nồng độ nitrat đạt giá trị cực đại sau khoảng 30 ngày, sau có xu hướng ổn định; bể có nồng độ amoni cao nồng độ nitrat tăng gần tuyến tính từ ngày đầu ngày thư 77 trình lưu trữ; sau dần ổn định Quá trình nitrat hóa thể trình chủ yếu nghiên cứu Quá trình nghiên cứu điều kiện cho lưu ý quan trọng nồng độ amoni đầu vào cao rủi ro từ nồng độ amoni mà từ nồng độ nitrit đáng quan ngại thời gian dài lưu nước 3.2.2 Ảnh hƣởng điều kiện lƣu trữ 3.2.2.1 Sự thay đổi giá trị COD bể nghiên cứu Đối với bể xáo trộn thoáng khí, 20 ngày đầu lưu nước, COD 14 có xu hướng giảm nhẹ, sau tăng lên 60 ngày lại tiếp tục giảm đến hết thời gian lưu nước Trong trình tăng giảm COD, điều kiện môi trường DO, pH, nhiệt độ gần thay đổi đáng kể Mật độ vi khuẩn chuyển hóa nitơ xác định theo đánh giá không phụ thuộc đáng để vào biến động COD nước Đối với bể điều kiện tĩnh hở, trình biến đổi tương tự điều kiện kín khí tốc độ chuyển hóa chất hữu nhanh Đối với bể kín khí, giá trị COD có thời gian ổn định ban đầu giảm sau 20 ngày lưu nước Từ tương tự bể xáo trộn hiếu khí, COD tiếp tục giai đoạn tăng giảm theo đánh giá trình đồng hóa phân hủy tế bào vi sinh vật phân hủy chất hữu Tuy có xuất vi khuẩn ammon hóa đóng góp trình ammon hóa vào tăng nồng độ NH4+ không nhiều Điều thể giảm nồng độ NH4+ thay đổi nồng độ hợp chất N-hữu không rõ ràng N- hữu có dao động biến đổi tăng giảm liên tục trình lưu nước 3.2.2.2 Biến thiên nồng độ amoni, nitrit, nitrat Amoni hoàn toàn bị cạn kiệt điều kiện nghiên cứu xáo trộn thoáng khí, kín khí tĩnh hở Tốc độ chuyển hóa amoni bể xáo trộn thoáng khí 0,9 mg/L.ngày) lớn bể điều kiện tĩnh hở (0,4 mg/L.ngày); điều kiện tĩnh hở lớn điều kiện kín khí (0,3 mg/L.ngày) Nồng độ nitrit, nitrat khảo sát đánh giá toàn trình nghiên cứu Tại bể xáo trộn thoáng khí, nitrit hoàn 15 toàn bị chuyển hóa sau 18 ngày lưu trữ nước; bể kín khí bể hở tĩnh nitrit có xu hướng tồn nồng độ biến đổi trong thực thể nước quy luật Khi khảo sát tồn đồng thời nitrit nitrat môi trường nghiên cứu, kết đạt cho thấy nồng độ nitrat tăng rõ rệt sau có xu ổn định Ở bể xáo trộn thoáng khí xu thể rõ ràng Ở bể hở tĩnh, nồng độ nitrat tăng theo thời gian xu ổn định chậm nhiều so với bể xáo trộn thoáng khí Riêng bể kín khí, biến thiên nồng độ nitrat tăng có dao động mạnh Đối với nitrit, bể xáo trộn thoáng khí, sau tuần đầu có tăng nhẹ, sau giảm nhanh bị phân hủy hoàn toàn sau 18 ngày Đặc biệt bể kín khí, nồng độ nitrit không đạt giá trị giới hạn không phát mà ch dao động khoảng từ 0,1 đến 0,7 mg/L Ở bể tĩnh hở, nồng độ nitrit giảm tới ngưỡng không phát dao động mạnh khoảng 0,1 đến 0,8 mg/L Sự biến thiên nồng độ nitrit nitrat cho thấy có hoạt động vi khuẩn chuyển hóa nitơ trình phụ thuộc rõ rệt vào nồng độ oxi h a tan nước Biến đổi hợp chất nitơ toàn trình nghiên cứu điều kiện xáo trộn thoáng khí, điều kiện kín khí điều kiện tĩnh hở khí đánh giá Ở tất bể nghiên cứu thấy có xu hướng hai tuần đầu, nồng độ nitrit tăng giảm mạnh tạo cực đại ba đến bảy ngày đầu Trong thời gian có xuất vi khuẩn AOB Sau thời gian này, biến thiên nồng độ nitrit mật độ vi khuẩn AOB có khác biệt bể điều kiện khác Ở bể thoáng khí có khuấy trộn nồng độ nitrit không mật độ 16 vi khuẩn Ở bể kín khí, nồng độ nitrit sau giai đoạn tăng giảm ban đầu tồn dao động từ 0,1 đến 0,6 mg/L với tăng giảm mật độ vi khuẩn Ở bể tĩnh hở khí, nồng độ nitrit lớn giới hạn phát Ở ba điều kiện xáo trộn thoáng khí, tính hở kín khí thấy xuất chủng vi khuẩn khử nitrat hóa Điều thể kết phân tích vi sinh vật, phù hợp với nghiên cứu trước khả tồn dạng vi sinh vật Tuy nhiên, điều kiện môi trường (COD nhỏ) nên trình khử hợp chất nitơ không xảy ba điều kiện lưu trữ Quá trình cố định nitơ chứng minh trình nghiên cứu xảy ra, kết phân tích xuất vi khuẩn cố định nitơ điều kiện hiếu khí kỵ khí Thể mật độ vi khuẩn Azotobacter Clostridium có xuất bể Tuy nhiên đánh giá không đáng kể so với trình nitrat hóa điều kiện nghiên cứu Như vậy, biến động nồng độ amoni, nitrit nitrat điều kiện nghiên cứu xuất vi khuẩn ammoni hóa, vi khuẩn nitrit hóa, vi khuẩn khử nitrat hóa, vi khuẩn cố định nitơ môi trường khẳng định trình chuyển hóa nitơ xảy nguyên nhân biến đổi nồng độ dạng tồn hợp chất nitơ mẫu nước nghiên cứu Tuy nhiên, tốc độ trình khác phục thuộc vào điều kiện môi trường, điều kiện lưu trữ nước khác 3.2.3 Ảnh hƣởng trình sử dụng nƣớc - Bể inox cao 17 Các kết theo dõi biến thiên amoni, nitrit nitrat bể inox cao hộ gia đình cho thấy có khác biệt hai đợt nghiên cứu Ở đợt 1, rõ ràng nồng độ amoni có xu tăng theo thời gian đợt ngược lại Điều liên quan đến nồng độ DO nước đợt thấp nhiều so với đợt Quan điểm khẳng định thấy biến thiên nồng độ nitrat Ở đợt nồng độ amoni có xu tăng nồng độ nitrat có xu gần không đổi Nhưng đợt 2, nồng độ amoni có xu giảm nồng độ nitrat tăng rõ rệt Đồng thời nồng độ nitrit không đáng kể; song thể giá trị DO thấp xuất mức nồng độ cao (đợt 1) so với DO cao (đợt 2) Nhìn chung nồng độ amoni, nitrit, nitrat bể nghiên cứu thực tế qua hai đợt bể chứa inox cao hộ gia đình cho thấy nhìn tương đối logic mặt khoa học thực tế Với điều kiện nhiệt độ, pH, DO trình khảo sát, trình chuyển hóa tương tự điều kiện kín điều kiện tĩnh, hở Điều có nghĩa amoni môi trường có xu hướng tăng, giảm chậm phụ thuộc chủ yếu vào giá trị nồng độ DO nước Bên cạnh hàm lượng amoni cung cấp từ bể ngầm ảnh hưởng đến trình biến thiên amoni bể inox cao Nếu nước bể inox vừa cung cấp từ bể xi măng ngầm hàm lượng amoni thường cao hơn; xuất đ nh nồng độ cao không theo quy luật khoa học Qua giải thích tăng giảm bất thường amoni bể - Bể xi măng ngầm đất Tại bể xi măng ngầm đất, hai đợt nghiên cứu, biến động giá trị nồng độ hợp chất nitơ không lớn bể inox 18 cao Song thấy quy luật tương tự bể inox cao; nồng độ DO thấp đợt nồng độ amoni có xu không thay đổi, nồng độ nitrat có xu thể giảm nồng độ nitrit có xu thể giảm mức tương đối cao C n đợt 2, DO cao nồng độ amoni có xu giảm tương đối rõ rệt nồng độ nitrat không thay đổi; nồng độ nitrit thấp gần không thay đổi suốt trình nghiên cứu Ngoài trình tiếp nhận liên tục nước vào bể yếu tố ảnh hưởng đến biến thiên nồng độ hợp chất nitơ bể lưu trữ dạng - Bể đối chứng Tiến hành so sánh trình biến đổi amoni bể ngầm, bể inox lưu trữ sử dụng hộ gia đình với bể đối chứng nghiên cứu điều kiện Kết cho thấy nguyên nhân trì amoni bể hộ gia đình bổ sung nước sinh hoạt từ đường ống vào bể xi măng ngầm nước từ bể xi măng ngầm lên bể inox Nếu bổ sung định kỳ tiêu thụ nước hàng ngày hộ gia đình hàm lượng amoni cạn kiệt sau 27 ngày lưu nước Từ kết khảo sát, trừ bể inox thực tế, bể ngầm xi măng bể đối chứng có tăng tổng hàm lượng nitơ Điều xảy có cung cấp thêm nitơ vào từ sinh vật hội chất thải chúng Kết khảo sát COD ba bể thấy có giao động tăng giảm liên tục Sự xuất giá trị COD bể lưu trữ ch có từ hai nguyên nhân; từ nguồn nước hai từ sinh vật hội sống loại hình lưu trữ nước Xác 19 suất có giá trị COD cao bể ngầm đất Điều củng cố cho nguyên nhân thứ hai trình bày Nguyên nhân thứ hai chứng minh qua trình thiết lập phương trình cân nitơ bể trữ nước 3.3 Đề xuất giải pháp giảm thiểu nồng độ hợp chất nitơ bể lƣu trữ nƣớc sinh hoạt quy mô hộ gia đình 3.3.1 Về đường ống phân phối nước cấp Để giảm tượng tồn phát triển vi sinh vật chuyển hóa nitơ đường ống phân phối nước, vật liệu cần sử dụng loại có bề mặt nhẵn, giảm tối đa điều kiện cho vi sinh vật phát triển Hiện mạng lưới cấp nước khu vực thiếu điểm xả cặn tuyến ống, vấn đề xả cặn cho tuyến ống để thau rửa hầu chưa quan tâm Các tuyến ống nước sử dụng lâu ngày không thau rửa bị lắng cặn, nguyên nhân gây cố cản lưu lượng d ng chảy ống, cặn bám tăng khả ăn m n đường ống dẫn đến tình trạng ống nhanh bị hỏng, giảm tuổi thọ ống Do đó, phải có kế hoạch thau rửa đường ống định kỳ để chống cặn bám ống, giảm khả ăn m n, tăng hiệu sử dụng đường ống 3.3.2 Về điều kiện lưu trữ Điều kiện lưu trữ, cụ thể điều kiện hiếu khí, tùy nghi hay thiếu khí Có thể thấy trình khảo sát, hầu hết nồng độ oxi h a tan thiết bị lưu trữ nước hộ gia đình điều kiện thiếu khí Lý bể lưu trữ thường đậy kín để ngăn chặn trình xâm nhậm sinh vật từ môi trường đảm bảo vệ sinh bể chứa Do đó, biện pháp tạo điều kiện thuận lợi cho trình nitrat hóa xảy Nếu có trường hợp 20 không sử dụng nước sinh hoạt bể lưu trữ 15 ngày trở lên với khu vực có nồng độ amon cao (> 10mg/L) Hộ gia đình không nên dùng nước vào mục đích ăn uống mà ch sử dụng cho mục đích khác tắm giặt, vệ sinh Tốt trường hợp amoni cao, sử dụng cho mục đích ăn uống cần phải sử dụng thiết bị xử lý nước (máy lọc nước) để loại bỏ ion 3.3.3 Về vị trí lưu trữ Vị trí bể không ảnh hưởng nhiều đến trình phát sinh chuyển hóa amoni Tuy nhiên, vị trí bể ảnh hưởng nhiều đến khả xâm nhập vi sinh vật từ môi trường bên khả thau rửa định kỳ thiết bị Cụ thể, trường hợp bể xi măng ngầm đất, khả xâm nhậm sinh vật môi trường đáng kể Cùng với không thường xuyên thau rửa khó khăn, không tiện lợi vị trí Đây nguyên nhân dẫn đến nhiễm amoni trình amoni hóa từ chất hữu xâm nhập Do đó, lưu trữ vị trí cao, dễ dàng vệ sinh định kỳ phù hợp biện pháp giảm thiểu phátt sinh amoni nitrit nước cấp cho sinh hoạt 3.3.4 Về vật liệu bể lưu trữ nước Vật liệu lưu trữ nước phải đảm bảo an toàn, dễ vệ sinh Trong trình nghiên cứu chưa thấy có khác biệt rõ rệt loại vật liệu bể xi măng bể inox Tuy nhiên trình nghiên cứu, bể xi măng ngầm đất thau rửa vị trí vật liệu không thích hợp Ngược lại, bể inox đáp ứng điều kiện thuận tiện vệ sinh bể chứa Điều nguyên nhân gia tăng hàm lượng amoni bể xi măng ngầm so với bể inox 21 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận 1.1 Cho đến thời điểm tại, phương thức lưu trữ nước sinh hoạt nhiều cộng đồng dân cư khu vực nội thành Hà Nội sử dụng 02 loại bể: bể đặt ngầm đất thường xây gạch trát xi măng bể/két nước đặt cao (trên nhà inox) Đường ống đa phần làm vật liệu sắt tráng kẽm, thời gian sử dụng lâu, hầu hết chưa cải tạo, thường xuyên bị r r , bục vỡ tuyến đường ống bị ôxi hoá 1.2 Một số nhà máy nước sử dụng nguồn nước cấp cho sản xuất nhiễm amoni cao tạo nước sinh hoạt có nồng độ amoni cao vượt QCVN 02:2009/B T Kết khảo sát, lấy mẫu phân tích nước số hộ gia đình phường Hoàng Liệt, quận Hoàng Mai, thành phố Hà Nội thấy nước sinh hoạt loại bể chứa hộ gia đình có nồng độ amoni cao Cùng đường ống cấp nước chung, đưa vào hộ gia đình nồng độ dạng nitơ bị thay đổi theo lượng sử dụng, hình thức thiết bị lưu trữ 1.3 Lần nghiên cứu điều kiện lưu trữ nước (xáo trộn thoáng khí/hiếu khí, kín khí/yếm khí hở tĩnh/tùy nghi) bể chứa nước sinh hoạt có nồng độ amoni cao nhận thấy: (i) Nitrat hóa trình chủ đạo xảy tất điều kiện lưu trữ (hầu trình phản nitrat hóa), tốc độ nitrat hóa bể xáo trộn thoáng khí > bể hở tĩnh bể kín khí; (ii) Không có ảnh hưởng rõ rệt đến nồng độ dạng tồn hợp chất nitơ mùa năm Tương tự, việc thay đổi nồng độ nghiên cứu ban đầu không gây ảnh hưởng rõ rệt 22 không làm thay đổi tốc độ nitrat hóa, amoni ban đầu cao có nguy nitrit vượt nhiều QCVN 01:2009/B T; (iii) Các điều kiện môi trường pH nhiệt độ không ảnh hưởng đến chuyển hóa, oxy h a tan lại thúc đẩy mạnh trình nitrat hóa dẫn đến gây mức tổng nitrit + nitrat > 50 mg/L bể chứa nước gia đình có nồng độ amoni nitrat cao; (iv) Đã phát vi khuẩn/VSV (vi khuẩn ammon hóa, vi khuẩn AOB, vi khuẩn khử nitrat hóa, vi khuẩn cố định nitơ) chuyển hóa nitơ bể nước dân bể nghiên cứu Mật độ vi khuẩn ammon hóa giao động 0÷ 120x10 MPN/100ml; vi khuẩn AOB: 0÷ 80x103 MPN/100ml; vi khuẩn phản nitrat hóa: 0÷ 110x103 MPN/100ml; vi khuẩn cố định nitơ: 0÷ 2x103 Kiến nghị Qua trình thực đề tài kết nghiên cứu thu được, tác giả đề xuất số khuyến nghị sau: - Tiếp tục nghiên cứu đánh giá biến động hợp chất chứa nitơ mật độ vi sinh vật chuyển hóa nitơ mối tương quan với hợp chất khử trùng nước cấp; - Mở rộng phạm vi nghiên cứu để đánh giá tượng nhiếm amoni không ch nước máy sinh hoạt có nguồn từ nước ngầm mà c n từ nguồn nước mặt; - Tiếp tục nghiên cứu trình sử dụng nước người dân để đề xuất xây dựng thiết bị lưu trữ nước phù hợp, khắc phục tác động khu vực có nguồn nước cấp sinh hoạt bị nhiễm amoni cao 23 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN Đồng Kim Loan, Trần Hồng Côn, Trần Thị Hồng, Lê Anh Trung, Nguyễn Thị Hân (2010), “Sử dụng kit thử amoni tự chế tạo phân tích đánh giá tượng nhiễm amoni số nguồn nước cấp Hà Nội”, Tạp chí Khoa học, Đại học Quốc gia Hà Nội 26(5S), tr 790 - 797 Lê Anh Trung, Đồng Kim Loan, Trần Hồng Côn (2016), “Đánh giá thực trạng nhiễm dạng nitơ nước sinh hoạt số hình thức lưu trữ nước phường Hoàng Liệt, Hoàng Mai, Hà Nội”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các khoa học Trái đất Môi trường 32(1S), tr 110 - 117 Lê Anh Trung, Đồng Kim Loan, Trần Hồng Côn (2017), “Sự biến đổi nồng độ amoni, nitrit nitrat thiết bị lưu trữ nước quy mô hộ gia đình, Tạp chí Tài nguyên Môi trường kỳ 2, tháng 7, tr 50 - 52 Lê Anh Trung, Đồng Kim Loan, Trần Hồng Côn, Nguyễn Thị Thu Hoài (2017), “Nghiên cứu khả nitrat hóa NH4+ điều kiện lưu trữ nước cấp sinh hoạt khác nhau”, Tạp chí Tài nguyên Môi trường, kỳ 1, tháng 10 24 ... vấn đề nhiễm amoni giải pháp ph ng ngừa, giảm thiểu amoni loại hình lưu trữ nước sinh hoạt quy mô hộ gia đình nghiên cứu đầy đủ có hệ thống - Nghiên cứu luận án làm sáng tỏ vấn đề nhiễm amoni. .. hóa hợp chất nitơ nƣớc cấp sinh hoạt - Trên giới: Nhóm nghiên cứu vấn đề nhiễm amoni nước cấp sinh hoạt xuất vi sinh vật chuyển hóa nitơ hệ thống phân phối nước Nhóm nghiên cứu trình chuyển hóa... chuyển hóa hợp chất nitơ nước cấp sinh hoạt - Ở Việt Nam: Nhóm nghiên cứu nhiễm amoni hợp chất nitơ khác nước cấp sinh hoạt Nhóm nghiên cứu thực trạng nhiễm vi sinh vật số bể chứa nước hộ gia