Xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ và photpho

Chia sẻ: Hoàng Duy Anh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:605

1
308
lượt xem
160
download

Xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ và photpho

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chiến lược kiểm soát ô nhiễm hợp chất nitơ, photpho trong môi trường nước. Xử lý nước thải trước hết nhằm mục đích cải thiện điều kiện vệ sinh môi trường sống của con người và xa hơn nhằm duy trì cân bằng sinh thái, tạo điều kiện phát triển bền vững lâu dài cho loài người. Do tính linh hoạt và lan truyền thấp, các chất gây ô nhiễm ở dạng rắn khó phát huy độc tính ô nhiễm trên diện rộng. Ngược lại các chất gây ô nhiễm môi trường khí (từ khí thải) thường gây ô nhiễm trên diện...

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ và photpho

  1. Lê Văn Cát Xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ và photpho NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ CÔNG NGHỆ HÀ NỘI, 11/ 2007
  2. Xử lý nước thải giàu hợp chất N và P – Lê Văn Cát Chiến lược kiểm soát ô nhiễm hợp chất nitơ, 1 photpho trong môi trường nước. Xử lý nước thải trước hết nhằm mục đích cải thiện điều kiện vệ sinh môi trường sống của con người và xa hơn nhằm duy trì cân bằng sinh thái, tạo điều kiện phát triển bền vững lâu dài cho loài người. Do tính linh hoạt và lan truyền thấp, các chất gây ô nhiễm ở dạng rắn khó phát huy độc tính ô nhiễm trên diện rộng. Ngược lại các chất gây ô nhiễm môi trường khí (từ khí thải) thường gây ô nhiễm trên diện rất rộng, có tính chất toàn cầu. Diện gây ô nhiễm từ các yếu tố nước thải nằm giữa hai cực trên: ảnh hưởng tới chính nơi phát thải và vùng lân cận xung quanh. Nước thải - nước sau khi sử dụng đã bị nhiễm bẩn từ sinh hoạt, hoạt động công nghiệp, nông nghiệp được thải ra khỏi khu vực đang sử dụng về một nguồn nhận như ao, hồ, sông, biển. Trong khi dịch chuyển, một lượng nước thải nhất định sẽ thấm vào đất tạo ra nước ngầm cũng đem theo chất gây ô nhiễm. Tác nhân gây ô nhiễm môi trường trong nước là các chất có khả năng chuyển hoá thành các chất khác và các chất bền tác động đến cân bằng sinh thái trong môi trường nước nhận. Về nguyên tắc, các chất bền trong môi trường được coi là ít độc hại nếu nó không gây hại trực tiếp lên động vât, thực vật sống trong nước hoặc lên con người hoặc một cách gián tiếp tới con người thông qua chuỗi thức ăn. Có nhiều họ chất hữu cơ bền trong môi trường nhưng có tác dụng xấu như gây các loại bệnh nan y, đột biến gen ngay với nồng độ rất thấp. Đó là một số họ chất bảo vệ thực vật, hormon, kháng sinh, dược phẩm, cùng một số hợp chất đặc thù khác khi thâm nhập vào cơ thể người và động vật trực tiếp hoặc qua thức ăn. Rất nhiều hợp chất gây ô nhiễm trong nước thải có khả năng chuyển hoá cao trong môi trường nước tự nhiên thông qua các phản ứng hoá học, sinh hoá, quang hoá và tác động đến cân bằng sinh thái của môi trường. Các chất gây đục vô cơ có khả năng chuyển hoá không lớn, khi tồn tại trong nguồn nước nhận sẽ gây đục, gây hiện tượng cản ánh sáng vào nước, hạn chế sự phát triển của thuỷ thực vật sống trong đó. Hậu quả kéo theo là làm ~1~
  3. Xử lý nước thải giàu hợp chất N và P – Lê Văn Cát giảm nguồn thức ăn của thuỷ động vật, làm giảm nồng độ oxy hoà tan trong nước do quá trình quang hợp của thực vật bị hạn chế, gây khó khăn cho hoạt động của động vật thuỷ sinh. Hợp chất hữu cơ giàu thành phần carbon có khả năng sinh huỷ (BOD) khi tồn tại trong nước với nồng độ lớn là nguồn cơ chất cho các loại vi sinh vật phát triển. Với các loại vi sinh vật hiếu khí, trong quá trình phát triển và hoạt động chúng tiêu thụ một lượng oxy tan khá lớn, với mật độ cao sẽ gây đục nước và khi chết chúng lắng xuống lớp bùn đáy. Trong điều kiện thiếu oxy các loại vi sinh vật yếm khí phát triển, tạo ra nhiều dạng hợp chất có mùi hôi (các chất có tính khử cao như H2S, metan, axit hữu cơ dễ bay hơi) đầu độc môi trường nước và không khí vùng xung quanh. Nitơ và photpho là hai nguyên tố cơ bản của sự sống, có mặt ở tất cả các hoạt động liên quan đến sự sống và trong rất nhiều ngành nghề sản xuất công nghiệp, nông nghiệp. Hợp chất hoá học chứa nitơ, photpho được gọi là thành phần dinh dưỡng trong phạm trù nước thải và là đối tượng gây ô nhiễm khá trầm trọng cho môi trường. Khi thải 1 kg nitơ dưới dạng hợp chất hoá học vào môi trường nước sẽ sinh ra được 20 kg COD, cũng tương tự như vậy 1 kg photpho sẽ sinh ra được 138 kg COD dưới dạng tảo chết [1]. Trong nguồn nước nhận giàu chất dinh dưỡng (N, P) thường xảy ra các hiện tượng: tảo và thủy thực vật khác phát triển rất nhanh tạo nên mật độ lớn. Vào ban ngày hoặc khi nhiều nắng, quá trình quang hợp của tảo diễn ra mãnh liệt. Khi quang hợp tảo hấp thụ khí CO2 hoặc bicarbonat (HCO3-) trong nước và nhả ra khí oxy. pH của nước tăng nhanh, nhất là khi nguồn nước nhận có độ kiềm thấp (tính đệm thấp do cân bằng của hệ H2CO3 - HCO3- - CO32-), vào thời điểm cuối buổi chiều, pH của một số ao, hồ giàu dinh dưỡng có thể đạt giá trị trên 10. Nồng độ oxy tan trong nước thường ở mức siêu bão hoà, có thể tới 20 mg/l. Song song với quá trình quang hợp là quá trình hô hấp (phân huỷ chất hữu cơ để tạo ra năng lượng, ngược với quá trình quang hợp) xảy ra. Trong khi hô hấp, tảo thải ra khí CO2, tác nhân làm giảm pH của nước. Vào ban đêm hoặc những ngày ít nắng, quá trình hô hấp diễn ra mạnh mẽ gây tình trạng thiếu oxy và làm giảm pH trong nước. Trong các nguồn nước giàu dinh dưỡng vào buổi sáng sớm, trước lúc bình minh, lượng oxy trong nước hầu như cạn kiệt và pH có thể thấp hơn 5,5. ~2~
  4. Xử lý nước thải giàu hợp chất N và P – Lê Văn Cát Hiện tượng nêu trên được gọi là phú dưỡng - lượng dinh dưỡng cho thực vật (phân bón N, P) quá cao trong môi trường nước. Trong môi trường phú dưỡng, điều kiện sống (pH, oxy tan) biến động liên tục và mạnh là những tác nhân gây khó khăn, thậm chí là môi trường không thể sống đối với thuỷ động vật. Thời gian hay chu kỳ sống của tảo có giới hạn, sau khi phát triển mạnh (bùng nổ tảo hay còn gọi là nước nở hoa) tảo chết lắng xuống lớp đáy và tiếp tục bị phân huỷ trong điều kiện yếm khí. Giống loài tảo rất phong phú, trong đó có loài tảo độc (tiết ra độc tố), trong điều kiện phú dưỡng tỷ lệ thành phần tảo thường thay đổi theo chiều hướng bất lợi, hình thành nhiều loại tảo độc [2]. Tác dụng xấu của nước thải lên môi trường được con người nhận biết từ lâu và luôn tìm cách hạn chế. Kỹ thuật hay công nghệ xử lý nước thải có thể được đặc trưng bởi trình độ phát triển qua các giai đoạn: xử lý sơ cấp, thứ cấp và bậc ba (phương pháp tiên tiến). Xử lý sơ cấp là áp dụng các giải pháp kỹ thuật để loại bỏ các tác nhân gây ô nhiễm có thể cảm nhận được như chất gây đục, gây mùi, gây màu hoặc những vật có kích thước lớn có thể tách ra khỏi nước bằng các biện pháp cơ học. Các kỹ thuật áp dụng trong xử lý sơ cấp thường là đơn giản có giá thành vận hành không cao: vớt rác, chắn rác, lắng cát (hố ga), lắng, lọc, keo tụ, sục khí để giảm bớt mùi. Xử lý thứ cấp là áp dụng các giải pháp kỹ thuật đơn giản để loại bỏ chất hữu cơ giàu hàm lượng carbon ở dạng tan, chủ yếu là phương pháp xử lý vi sinh trong điều kiện yếm khí và hiếu khí. Phương pháp xử lý hiếu khí là sử dụng các tập đoàn vi sinh vật hiếu khí - loại hoạt động trong môi trường có oxy phân tử để phân huỷ các chất hữu cơ thành dạng không độc hại như CO2 và H2O, một phần lớn (40 - 60%) chất hữu cơ được vi sinh vật sử dụng làm cơ chất để phát triển thành sinh khối (tế bào) dạng rắn, có thể dễ dàng tách khỏi nước bằng các biện pháp thích hợp như lắng (thứ cấp), lọc, ly tâm. Để vi sinh vật phát triển, chúng cần có thêm dinh dưỡng (N, P), nếu nguồn này trong nước thải thiếu so với nhu cầu phát triển của chúng (ví dụ theo tỉ lệ BOD: N: P = 100: 5: 1), thì nguồn dinh dưỡng được bổ sung chủ động từ ngoài vào. Khi nguồn dinh dưỡng dư thừa, chúng tồn tại ở dạng tan hay không tan trong nước sẽ đóng vai trò phân bón cho thủy thực vật. ~3~
  5. Xử lý nước thải giàu hợp chất N và P – Lê Văn Cát Xử lý yếm khí là hiện tượng đã được biết đến từ rất lâu, tuy vậy chỉ được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải vào cuối thập kỷ 70 và 80 của thế kỷ 20 sau cuộc khủng hoảng năng lượng vào năm 1973. Xử lý yếm khí có giá thành vận hành rẻ, thích hợp cho các loại nước thải có độ ô nhiễm cao, phù hợp với điều kiện ấm nóng. Do lượng vi sinh hình thành (hiệu suất sinh khối) thấp nên chi phí cho xử lý bùn (vi sinh) không lớn. Ngoài ra, có thể thu được một lượng nhiên liệu khá cao dưới dạng khí metan hình thành trong quá trình lên men chất hữu cơ. Tuy có những ưu việt trên nhưng nước thải sau xử lý yếm khí còn chứa rất nhiều tạp chất có tính khử (hoá học) cao, không đáp ứng được tiêu chuẩn thải ra môi trường. Vì lý do đó nên nhiều nhà nghiên cứu xem bước xử lý yếm khí là giai đoạn xử lý sơ cấp, nước thải sau đó cần được tiếp tục xử lý theo phương pháp hiếu khí. Rất nhiều các phương án kỹ thuật được sử dụng để xử lý nước thải: kỹ thuật huyền phù, cố định vi sinh trên chất mang, kỹ thuật bùn hoạt tính, đĩa quay, lọc nhỏ giọt, tầng cố định, tầng giãn nở, tầng linh động (lưu thể) hoặc tổ hợp (lai ghép) của các kỹ thuật trên. Vào đầu thập kỷ 20, kỹ thuật bùn hoạt tính được phát triển và áp dụng khá rộng rãi để xử lý nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt, đặc biệt đối với các khu vực dân cư có đông dân số. Nhận biết được mức độ gây hại của thành phần dinh dưỡng trong nước thải, vào thập kỷ 90, một loạt các nước công nghiệp đề ra chiến lược và qui định kiểm soát các yếu tố trên. Do luật định về các yếu tố trên khá ngặt nghèo và ngày càng trở nên khắt khe hơn nên các nghiên cứu cơ bản và phát triển công nghệ tập trung vào các đối tượng: xây dựng các hệ thống mới đáp ứng tiêu chuẩn thải, cải tạo các hệ thống cũ đang hoạt động để nâng cấp và đạt tiêu chuẩn thải mới. Một hệ thống xử lý đạt tiêu chuẩn thải về phương diện dinh dưỡng được coi là hệ xử lý bậc ba hay tiên tiến và đương nhiên đã đạt trình độ xử lý sơ cấp và bậc hai. Công nghệ xử lý bậc ba phức tạp hơn nhiều so với hai bậc trước và giá thành (xây dựng, vận hành) cũng cao hơn nhiều (vài lần). Do vậy việc cải tạo các hệ thống cũ cũng không dễ thực hiện. Ví dụ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tại thành phố Leipzig (CHLB Đức) được xây dựng và hoạt động được khoảng 80 năm, nó được quyết định nâng cấp để đạt tiêu chuẩn thải về phương diện tạp chất dinh dưỡng. Từ năm 1996 - 2001 việc tiến hành nâng cấp mới chỉ ~4~
  6. Xử lý nước thải giàu hợp chất N và P – Lê Văn Cát đạt được 50% công suất xử lý (công suất xử lý tổng là 300.000 m3/ngày). Dự kiến phải mất thêm 5 năm tiếp mới hoàn chỉnh được dự án nâng cấp toàn bộ hệ thống. Sửa chữa để nâng cấp một hệ đang hoạt động thường khó khăn và tốn kém hơn so với xây dựng hoàn chỉnh ngay từ đầu. Bảo vệ các nguồn nước về phương diện ô nhiễm đã trở thành vấn đề cấp bách của từng quốc gia. Các nước lớn hoặc các nhóm nước đều có chiến lược bảo vệ nguồn nước (nước mặt, nước ngầm, nước ven bờ biển) tương ứng với nhu cầu đòi hỏi, lịch sử phát triển, hoàn cảnh kinh tế, tính địa phương và tiềm năng khoa học, công nghệ cụ thể [5]. Trước năm 1980 cộng đồng châu Âu đã ban hành một loạt các luật liên quan đến nước, được gọi là ―làn sóng thứ nhất‖: hướng dẫn về tiêu chuẩn nước bề mặt (1973), luật về chất lượng nước sinh hoạt (1980). Các điều luật về nước của EU trước năm 1990 chỉ tập trung vào tiêu chuẩn cho nước sinh hoạt, không chú ý tới tiêu chuẩn của các chất dinh dưỡng (N, P) trừ tiêu chuẩn về nitrat. Cũng trong thời gian đó, do việc khai thác, sử dụng nước quá mức, mức độ ô nhiễm trầm trọng cộng với tầm nhìn ngắn của các dự án quản lý nước nên đã xuất hiện các nguồn nước phú dưỡng, hệ sinh thái bị phá huỷ, sự biến mất của các vùng ngập nước, nước ngầm ở vùng ven biển bị nhiễm mặn. Các kết quả đánh giá hệ thống cho thấy: tầng nước ngầm bị phá huỷ, hệ sinh thái nước và chất lượng nước bị xấu đi rất nhanh trong giai đoạn của thập kỷ 80 và đầu thập kỷ 90 của thế kỷ XX. Ô nhiễm và suy thoái nguồn nước đã buộc các nhà làm chính sách phải cân nhắc và sửa đổi các nội dung về luật mà nội dung quan trọng nhất là kiểm soát các chỉ tiêu ô nhiễm do các chất dinh dưỡng gây ra (làn sóng thứ hai). Trong năm 1991 các điều luật sau đã được thông qua: - Điều luật nước thải đô thị (1991) tập trung vào nước thải của các khu dân cư (không bao gồm các làng nhỏ) cũng như nước thải công nghiệp chứa tạp chất sinh huỷ. - Qui định về kiểm soát nitrat từ hoạt động nông nghiệp. Ngoài ra uỷ ban châu Âu còn đưa ra dự thảo về ngăn ngừa ô nhiễm mang tính tổng hợp của EU (1996), tiêu chuẩn mới về chất lượng nước sinh hoạt (1998). Điều luật nước thải đô thị đề ra các mục tiêu tham vọng: ~5~
  7. Xử lý nước thải giàu hợp chất N và P – Lê Văn Cát - Tất cả các khu dân cư trên 2000 người đều có hệ thống thu gom và xử lý nước thải. - Các hệ thống xử lý nước thải phải đạt trình độ bậc hai và xử lý dinh dưỡng nếu nước thải sau xử lý bậc hai chứa nồng độ nitrat cao hoặc có dấu hiệu gây ra hiện tượng phú dưỡng. Thời hạn cuối để đạt các mục tiêu trên là vào 1998, 2000, 2005 tương hợp với qui mô của hệ xử lý và nguồn nước nhận. Từ nội dung qui định của các điều luật trên cho thấy tầm quan trọng của việc kiểm soát chất dinh dưỡng trong nước thải và sự cấp bách của nó (chỉ có 7,5 năm thực hiện cho các hệ xử lý phục vụ cho 10.000 người. Để thực hiện điều luật chung, các thành viên của cộng đồng EU tự lựa chọn các vùng thải ―nhạy cảm‖ trong nước mình, vùng nhạy cảm chung sẽ được hội đồng EU quyết định. Các nước thành viên cũng được quyền tự lựa chọn tiêu chuẩn thải: mức độ giảm thiểu dinh dưỡng (%) hoặc nồng độ chất thải sau xử lý trong quá trình kiểm soát. Theo đó, hiệu quả xử lý của các hệ thống cần đạt các tiêu chuẩn được ghi trong bảng 1. 1. Bảng 1. 1. Tiêu chuẩn thải đối với chất dinh dưỡng của EU theo mức độ giảm thiểu (%) hay nồng độ chất thải. Chất ô nhiễm Nồng độ thải Mức giảm thiểu ít nhất 2 mg/l cho hệ  10.000 người P - tổng 80% 1 mg/l cho hệ > 10.000 người 15 mg/l cho hệ  10.000 người N - tổng 70 - 80% 10 mg/l cho hệ > 10.000 người Ngoài vấn đề kiểm soát dinh dưỡng trong nước thải, trong hoạt động sản xuất nông nghiệp, những giải pháp cưỡng bức sau cũng được áp dụng: - Hạn chế sử dụng phân chuồng và liều lượng bón vào những thời điểm và địa điểm được qui định. - Lưu trữ phân chuồng ở mức tối thiểu. - Thực hiện các giải pháp tối ưu nhằm đáp ứng vừa đủ lượng đạm cho cây trồng (từ phân bón và từ đất). ~6~
  8. Xử lý nước thải giàu hợp chất N và P – Lê Văn Cát Chiến lược kiểm soát ô nhiễm dinh dưỡng trong nước của mỗi quốc gia đều dựa vào các qui định chung của quốc tế (ví dụ theo văn bản khuyến cáo 9/2/1988 tại Helcom), của các vùng lãnh thổ (ví dụ EU) và tiểu vùng (ví dụ vùng biển Baltic, vịnh Phần Lan, lưu vực của các sông lớn, các bãi biển) cùng với các đặc thù riêng của từng quốc gia. Luật, biện pháp thực thi luật và chương trình hành động của từng quốc gia trong EU được đặt ra và thực hiện. Để bảo vệ nguồn nước, ngăn ngừa sự hình thành các nguồn nước phú dưỡng và phù hợp với luật của cộng đồng châu Âu, chính phủ Phần Lan qui định: Tất cả các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt phục vụ khu dân cư trên 10.000 người cần phải giảm thiểu 70% lượng nitơ trong nước thải nếu nguồn nước nhận nó có nguy cơ trở nên phú dưỡng và nếu nước có nhiệt độ cao hơn 12oC đối với các hệ thống xử lý phục vụ trên 100.000 người. Trong chiến lược bảo vệ nguồn nước của mình trong các giai đoạn 1995 - 2005, dựa trên các kết quả nghiên cứu toàn diện về nhiều khía cạnh khác nhau, chính phủ cũng đưa ra một số khuyến cáo khác: - Tất cả các hệ thống xử lý nước thải cần phải loại bỏ được hợp chất nitơ khi các nguồn nhận nước trong nội địa có nguy cơ bị thiếu oxy do ô nhiễm amoniac hoặc có tác động xấu đến chất lượng nước cấp hay đời sống của thuỷ động vật. - Tất cả các hệ thống xử lý nước thải phục vụ trên 10.000 người đổ ra vịnh Phần Lan, biển Archipelago, hoặc các sông vùng ven biển Bothnia đều cần loại bỏ nitơ . Trong giai đoạn 1988 - 2004 cần phải giảm 60 - 65% lượng nitơ trong nước thải. Với các qui định trên sẽ có khoảng 30 hệ thống xử lý nước sinh hoạt ở Phần Lan cần phải tiến hành xử lý nitơ . Mục tiêu hoặc nhu cầu là giảm 85 - 90% tổng lượng amoniac trong nước thải hoặc nồng độ amoniac sau khi xử lý, tính trung bình theo năm là 4 mg/l [3]. Tại Đan Mạch chương trình hành động giảm thiểu ô nhiễm chất dinh dưỡng được quốc hội thông qua vào năm 1987 và có hiệu lực thi hành đối với các hệ thống xử lý từ 1. 1993 [4]. Chương trình hành động của Đan Mạch qui định chỉ tiêu thải chung cho nước thải sinh hoạt về BOD, tổng nitơ và tổng photpho. Các chỉ tiêu thải liên quan đến qui mô của hệ thống xử lý tính theo số người được phục vụ, hệ thống xây mới và các hệ thống đang tồn tại (bảng 1. 2). ~7~
  9. Xử lý nước thải giàu hợp chất N và P – Lê Văn Cát Trong chương trình hành động có tới 289 hệ thống xử lý nước thải phải hạ thấp nồng độ photpho xuống dưới 1,5 mg/l, 165 hệ xử lý phải giảm nồng độ nitơ xuống dưới 8 mg/l. Thời gian dành cho chương trình hành động không dài: 138 hệ xử lý phải hoàn thành ngay trong năm 1993, 25 hệ được phép hoàn thành chậm hơn một năm, 25 hệ khác được phép hoàn thành chậm hơn hai năm, chỉ duy nhất một hệ xử lý (lớn nhất tại Lynetten) được phép kéo dài 4 năm. Bảng 1. 2. Tiêu chuẩn thải chung đối với nước thải sinh hoạt của Đan Mạch. Qui mô hệ xử lý T-N T-P BOD (số người được phục vụ) mg/l mg/l mg O2/l < 5000 - - - Hệ mới, > 5000 8 1,5 15 Hệ đã tồn tại 5000 - 15.000 - 1,5 - >15.000 8 1,5 15 Để thực hiện chiến lược giảm thiểu ô nhiễm do chất dinh dưỡng, chính phủ Na Uy đã chi 9 triệu NOK cho chương trình nghiên cứu trên. Mục đích chính của dự án nghiên cứu là tìm các biện pháp xử lý dinh dưỡng thích hợp với điều kiện của Na Uy là có khí hậu lạnh và nước thải bị pha loãng, sao cho có thể giảm 50 - 80% hàm lượng dinh dưỡng trong nước thải sinh hoạt với chi phí xây dựng và vận hành hợp lý [6]. Nhằm thực hiện điều luật nước thải đô thị của EU, vùng Flemish ở Bỉ được liệt vào vùng nhạy cảm, nên các hệ thống xử lý nước thải cho hơn 10.000 người phải đáp ứng tiêu chuẩn thải về phương diện dinh dưỡng. Do được đầu tư thoả đáng, điều luật trên sẽ được thực thi trọn vẹn vào năm 2005 trong tất cả 118 hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt [7]. Để đạt tiêu chuẩn chất lượng thải, các hệ thống xử lý phải giảm thiểu ít nhất 75% nồng độ các chất dinh dưỡng. Từ năm 1990 chính quyền Flemish thực hiện một chương trình khẩn cấp nâng cao hiệu quả xử lý của các hệ thống cũ với hiệu suất xử lý chỉ đạt khoảng 33%. Hãng Aquafin Ltd được thành lập và được chỉ định nhiệm vụ: tu sửa, xây dựng và vận hành những cơ sở hạ tầng cần thiết để phục vụ xử lý nước thải. Nhằm phục vụ tốt hệ thống xử lý nước thải ngày càng tăng, Aquafin Ltd thực hiện tiêu chuẩn hoá các công nghệ áp dụng thích hợp cho các qui mô ~8~
  10. Xử lý nước thải giàu hợp chất N và P – Lê Văn Cát khác nhau trên cơ sở nghiên cứu so sánh về các chỉ tiêu kinh tế và môi trường. Tiêu chuẩn hoá chẳng những được xác lập cho tổng thể quá trình xử lý nước thải, bùn thải mà còn cho từng đơn vị công nghệ của hệ thống. Tiêu chuẩn hoá còn áp dụng cho cả các sơ đồ công nghệ chuẩn, phương pháp tính toán và kiểm soát hệ thống hoạt động. Tất cả các tiêu chuẩn trên được xuất bản thành tài liệu để thúc đẩy nhanh công việc thiết kế, xây dựng và vận hành hệ thống xử lý nước thải. Tuỳ theo qui mô của hệ thống xử lý, tiêu chuẩn kỹ thuật được ấn định tương ứng (bảng 1. 3, 1. 4). Bảng 1. 3. Tiêu chuẩn hoá hệ thống công nghệ xử lý qui mô lớn. Qui mô phục BOD/COD/SS/N/P BOD/N Công nghệ vụ (người) một mương oxy hóa có lắng 2000 -5000 25/125/60/... - trung tâm, có thể thao tác theo mẻ, xử lý P bằng biện pháp hóa học. một mương oxy hóa với vùng 5000 - 10.000 25/125/60/-/ - thiếu khí, sục khí bề mặt, xử lý P bằng biện pháp hóa học. một mương oxy hóa, sục khí 10.000 - 30.000 25/125/35/15/2 <4 bề mặt gián đoạn, xử lý P bằng biện pháp hóa học. một mương oxy hóa với vùng thiếu khí, sục khí bề mặt, xử >4 lý P bằng biện pháp hóa học. hai mương oxy hóa có sục 30.000 -100.000 25/125/35/15/2 - khí thay phiên, sục khí phân tán mịn, xử lý P bằng biện pháp hóa học. Phụ thuộc vào điều kiện địa >100.000 25/125/31/10/1 - phương. Trong các chương trình hành động giảm thiểu tạp chất dinh dưỡng, luôn xác định các chỉ dẫn cụ thể như trên [3, 4, 5, 8]. Đã có rất nhiều cố gắng được thực hiện nhằm cải tạo các hệ thống đang hoạt động nhằm đáp ứng chỉ tiêu thải chất dinh dưỡng. Từ năm 1995 đến 2007 chính phủ Bỉ chi tiêu cho chương trình trên 5,2 tỉ Euro. Dự án cấu trúc lại và phục hồi nguồn nước mặt thuộc lưu vực sông Ruhr (CHLB Đức) bằng các giải pháp ngăn ngừa ô nhiễm bởi các chất dinh dưỡng ~9~
  11. Xử lý nước thải giàu hợp chất N và P – Lê Văn Cát do nước thải sinh hoạt tiêu tốn 2 tỉ Mark. Lưu vực trên có diện tích 4488 km2 với dân số khoảng 2,2 triệu người. Vùng nước có hiện tượng phú dưỡng do nguồn nước thải chứa nhiều chất dinh dưỡng, hiệu quả xử lý của các hệ thống chỉ đạt khoảng 25% đối với hợp chất nitơ và 10% đối với photpho. Sau nhiều năm thực hiện, cho đến năm 1999 nồng độ amoniac giảm xuống còn 2,3 mg/l (năm 1972 là 20 mg/l), của photpho là 0,15 mg/l (vào những năm 70 là 0,8 mg/l) [9]. Bảng 1. 4. Tiêu chuẩn hoá công nghệ hệ xử lý qui mô nhỏ. Qui mô (người) BOD/COD/SS BOD/COD/SS BOD/COD/SS/N/P 50/250/60 (mg/l) 25/125/60 (mg/l) 25/125/35/15/2 (mg/l) Lắng sơ cấp, 20 - 500 - - xử lý với thảm cây sậy hai giai đoạn Đĩa lọc sinh Mương oxy hóa, xử 500 - 1000 - học, lọc qua lý P bằng biện pháp thảm sậy hóa học. Mương oxy hóa 1000 - 2000 Vùng vịnh Chesapeake ở bắc Mỹ nằm giữa các bang Maryland, Pennsylvania, Virginia và quận Columbia là vùng biển giàu tiềm năng thực vật, động vật: 3600 loài động, thực vật, cá với nhiều loại quý hiếm, diện tích mặt nước là 165.760 km2. Đây là vùng kinh tế và phát triển bền vững với 15 triệu dân từ trên 300 năm nay [10]. Vào thập kỷ 60, 70 của thế kỷ 20, chất lượng môi trường nước ở đây xấu đi rõ rệt: nước thiếu oxy, đục, thực vật, động vật suy giảm, hiệu quả đánh bắt thuỷ sản giảm sút mạnh. Trước thực trạng đó, quốc hội Mỹ chỉ đạo cho cục môi trường Mỹ phối hợp với các bang liên quan tiến hành đánh giá hiện trạng môi trường vùng vịnh với kinh phí 27 triệu USD. Đánh giá kết thúc vào năm 1982 và đề ra các giải pháp phục hồi vào 1983. Kết quả đánh giá cho thấy sự suy giảm đa dạng sinh học trong vịnh và nghề cá có nhiều nguyên nhân: mất khả năng sinh sản trong vùng nước chảy ngược, đánh bắt quá mức, bệnh tật, nồng độ các chất dinh dưỡng cao. Kết quả nghiên cứu trong bảy năm cho thấy nguyên nhân quan trọng nhất dẫn tới chất lượng nước xấu là do hàm lượng hợp chất nitơ, photpho cao, thúc ~ 10 ~
  12. Xử lý nước thải giàu hợp chất N và P – Lê Văn Cát đẩy sự phát triển ồ ạt của tảo. Khi phát triển mạnh, tảo che chắn ánh sáng không cho thực vật sống ở lớp dưới phát triển, làm mất nguồn thức ăn cho thuỷ động vật. Khi chết tảo lắng xuống đáy, bị vi sinh vật và nấm phân huỷ làm cạn kiệt nguồn oxy hoà tan cung cấp cho các loài động vật khác. Trong khi phân huỷ tảo, các chất dinh dưỡng và hữu cơ lại được chiết ra môi trường nước từ trầm tích, các yếu tố trên lại thúc đẩy vi sinh vật phát triển. Vi sinh vật phát triển sẽ bám vào thân, lá thực vật làm giảm khả năng quang hợp của thực vật. Đó là quá trình gây ra giảm chất lượng nước của vùng vịnh. Một chương trình phục hồi vịnh Chesapeake rộng lớn được thực hiện bởi nhiều tổ chức (26 tổ chức tham gia ký kết). Ngoài một số biện pháp mang tính quản lý, truyền thông, mục tiêu chính của chương trình phục hồi (thoả thuận 1987) là giảm lượng dinh dưỡng vào vịnh 40% vào năm 2000 so với năm 1985. Chỉ tiêu trên tương ứng với chất lượng nước thải khi đổ vào vịnh là 6 mg N/l và 1 mg P/l của tất cả các hệ thống xử lý trong vùng. Cho tới năm 1992 nội dung trên được xem xét và đánh giá lại, kết quả cho thấy mục tiêu đặt ra là khả thi và mở rộng qui định trên cho tất cả các vịnh. Tới cận thời điểm năm 2000, kết quả thực hiện chương trình được tiếp tục đánh giá và cho thấy mục tiêu giảm hàm lượng photpho thấp hơn chỉ tiêu đặt ra từ 1 - 2%, giảm hàm lượng nitơ không đạt yêu cầu, chỉ khoảng 10 - 20% (so với 40%). Vì vậy một chương trình mới lại được thoả thuận sẽ thực hiện tiếp trong 10 năm tới nhằm phục hồi vùng vịnh Chesapeake [10]. Qua những trình bày trên cho thấy, chẳng những các nhà nghiên cứu khoa học, công nghệ đã đưa ra cảnh báo về nguy cơ ô nhiễm do các chất dinh dưỡng cùng với tác hại của nó mà ngay các cơ quan lập pháp, hành pháp, công nghiệp, thương mại cũng tích cực tham gia vào các công việc trên để nhằm duy trì một môi trường sống ổn định, bền vững. Phù hợp với hoàn cảnh thực tế của mình, mỗi quốc gia đều có chiến lược và các giải pháp phù hợp nhằm ngăn chặn ô nhiễm do các chất dinh dưỡng. ở Việt Nam, công nghệ xử lý nước thải, đặc biệt là xử lý hợp chất dinh dưỡng mới chỉ ở giai đoạn đầu, chủ yếu ở khu vực sản xuất công nghiệp, hầu như chưa đụng chạm đến nước thải sinh hoạt. Các qui định về tiêu chuẩn thải của Việt Nam cũng chưa đề cập tới các chất dinh dưỡng và còn ở mức chung chung. Nếu kịp thời đề ra các tiêu chuẩn thải cụ thể ngay ở giai đoạn ban đầu như hiện nay thì sẽ rất thuận lợi cho các hệ thống xử lý nước thải sẽ được tiếp tục ~ 11 ~
  13. Xử lý nước thải giàu hợp chất N và P – Lê Văn Cát xây dựng và vận hành trong thời gian tới và sẽ ít tốn kém hơn so với khi cần bổ sung nâng cấp. Nội dung trình bày ở trên liên quan đến quá trình phân huỷ, loại bỏ các chất dinh dưỡng trong nước thải nhằm mục đích bảo vệ các nguồn nước. Thực hiện mục tiêu đó rất tốn kém, không phải nước nào cũng có khả năng, ví dụ như ở Mĩ trong trường hợp xử lý vùng vịnh Chesapeake cũng không dễ đáp ứng về kinh phí [11]. Trong khi xử lý (phân huỷ) chất dinh dưỡng phải dùng đến năng lượng và hoá chất với chi phí không thấp. Mặt khác các chất dinh dưỡng chính là nguồn nguyên liệu quí của con người mà nhiều nơi trên thế giới (những nước nghèo) còn đang thiếu và một số trong đó (P, S, K) không có khả năng tái tạo và có lượng dự trữ hạn chế. Do vậy, các nhà khoa học hiện nay đang khởi động các nghiên cứu hướng vào việc thu hồi và tái sử dụng các chất dinh dưỡng từ phế thải song song với các nghiên cứu phá hủy (xử lý) chúng. Trên cơ sở định hướng ―tái sử dụng và thu hồi chất dinh dưỡng‖ từ phế thải, các nhà khoa học đã tập trung vào nghiên cứu vấn đề trên. Tại Amsterdam, 10. 2002, đã tổ chức hội nghị với chuyên đề ―from nutrient removal to recovery‖ (bước tiến từ phân hủy chất dinh dưỡng đến thu hồi chúng) để bàn bạc về chiến lược và thảo luận một số kết quả ban đầu. Protein là nguồn dinh dưỡng quan trọng của con người. Nguồn protein thu được từ hoạt động sản xuất nông nghiệp hiện nay chủ yếu đi từ phân tổng hợp. Sản lượng phân đạm tổng hợp của thế giới vào năm 1960 là 10 triệu tấn, tăng lên 90 triệu tấn vào năm 1998. Ngoài lượng phân đạm tổng hợp, quá trình cố định đạm của vi sinh vật được ước tính là 200 - 240 triệu tấn [13]. Phân lân được sản xuất chủ yếu từ quặng appatit, với mức độ tiêu thụ như hiện nay, nguồn nguyên liệu còn đủ đáp ứng cho khoảng 300 năm tới [12]. Thu hồi, tái sử dụng các chất dinh dưỡng vừa đáp ứng được mục tiêu bảo vệ nguồn nước, tiết kiệm năng lượng, hoá chất vừa thu nhận và tiết kiệm được nguồn tài nguyên, phù hợp với phương pháp luận ―công nghệ xanh‖ (green engineering). Nội dung chủ yếu của phương hướng trên là kết hợp việc xử lý ô nhiễm do dinh dưỡng, quản lý chất lượng môi trường kết hợp với sản xuất. Thu hồi các chất dinh dưỡng có thể thực hiện trên nhiều đối tượng từ chất thải rắn (phân, phế liệu nông nghiệp, sinh khối, tảo, bèo...) hoặc từ chất thải lỏng mà chủ yếu là nước thải, trước tiên là lượng nước thải sinh hoạt (nguồn lớn nhất). ~ 12 ~
  14. Xử lý nước thải giàu hợp chất N và P – Lê Văn Cát Vào cuối thế kỷ 20, lượng hợp chất nitơ tham gia vào chuỗi thức ăn của con người trên thế giới là 15 kg/đầu người/năm. Một phần lượng nitơ trên nằm ở dạng protein trong tế bào động, thực vật, lượng protein tiêu thụ dao động 20 - 100 g/đầu người/ngày. Một phần lớn protein bị thải loại khỏi cơ thể người trong chất thải, khoảng từ 5 - 16 g tính theo nitơ/ngày. Như vậy hàng năm mỗi người thải ra 4,75 kg N (lấy số trung bình là 13 gN/người/ngày). Lượng nitơ thải ra trong nước thải chiếm khoảng 30% so với lượng tiêu thụ. Lượng thải nitơ từ phân thấp hơn so với nước tiểu (1,5 g so với 12,2 g trên đầu người mỗi ngày) [13]. Lượng hợp chất nitơ, photpho từ nước tiểu, phân bị pha loãng tới trăm lần khi thải ra tới cống rãnh, tức là trước khi được xử lý vì vậy thu hồi đạm từ nước tiểu là đối tượng đầu tiên được quan tâm. Có nhiều phương pháp để thu hồi các chất dinh dưỡng từ nước thải nhưng biện pháp đầu tiên quan trọng nhất là tránh pha loãng. Tách riêng nước tiểu là biện pháp thu hồi trực tiếp có hiệu quả vì 80% N, 50% P và 70% K trong nước thải sinh hoạt có nguồn gốc từ nước tiểu. Sản xuất phân bón trực tiếp từ nước tiểu được sẵn sàng chấp nhận miễn là nó đáp ứng được nhu cầu dinh dưỡng cho cây trồng như phân tổng hợp, không gây mùi và sự cố [12, 14, 15, 16]. Hợp chất photpho cũng có thể thu hồi từ nước thải, tuy nhiên với giá thành cao, vì vậy để thực hiện cần có các động lực (chính trị) khác. Cơ quan môi trường của Thuỵ Điển đề nghị sẽ thu hồi 25% P vào năm 2015 và 40% vào năm 2025 [12]. Xử lý hoặc thu hồi theo các phương pháp đơn lẻ thường tốn kém và đạt hiệu quả không cao nên các nhà khoa học đang tìm cách phối hợp các giải pháp trong một hệ tổng thể. Các hoạt động nghiên cứu theo hướng này được chia làm ba mức theo qui mô của nội dung: - Phối hợp các hệ thống khác nhau có liên quan đến nguồn tài nguyên (trong đó quản lý chất thải chỉ là một bộ phận) khi xem xét một chu trình tổng thể. - Nâng cao hiệu quả hoạt động của các quá trình, tạo ra được các mô hình sẵn có hiệu quả (ví dụ kết hợp giữa tách riêng nước tiểu và xử lý nước thải hoặc kết hợp xử lý với thu hồi, xử lý nước thải khai thác mỏ với thu hồi các sản phẩm có trong nước thải). - Hoàn chỉnh và nâng cao hiệu quả của từng đơn vị công nghệ, nghiên cứu kỹ thuật mới có hiệu quả tốt hơn để áp dụng vào thực tế (ví dụ các quá trình kết tủa amoniac và photphat dưới dạng struvite, quá trình Sharon/Anamox, oxy ~ 13 ~
  15. Xử lý nước thải giàu hợp chất N và P – Lê Văn Cát hoá không hoàn toàn nước tiểu, oxy hoá tăng cường bùn vi sinh, sản xuất phân bón từ chất dinh dưỡng trong nước thải. Một trong những ví dụ về cải tiến và phối hợp các đơn vị công nghệ khác nhau được thực hiện ở Mỹ (Virginia) là thu hồi photpho từ hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt. Sinh khối thải từ quá trình xử lý hiếu khí được phân huỷ yếm khí, khi đó photpho trong sinh khối và amoniac được thải ra vào nước với nồng độ cao (73% trong sinh khối). Amoniac và photphat được thu hồi dưới dạng chất kết tủa struvite (MgNH4PO4). Sự có mặt của struvite và canxi photphat làm tăng giá trị sử dụng của phân vi sinh. Sinh khối qua xử lý như trên được dùng làm phân bón, đóng thành gói 18,2 kg với tên thương phẩm ―Nutra Green‖ với giá thành 1 USD hoặc bán ở dạng rời với giá 14 USD cho 18,31 m3 [11]. Tóm lại, để ngăn ngừa ô nhiễm các nguồn nước do các chất dinh dưỡng, từ thập kỷ 90 các quốc gia đã ban hành và thực hiện nhiều luật liên quan đến tiêu chuẩn thải, công nghệ xử lý và quản lý các nguồn nước. Tuy nhiên, các chất dinh dưỡng là nguồn nguyên liệu quí giá của con người và không phải là vô tận nên các nhà khoa học đồng thời nghiên cứu khả năng thu hồi chúng. Về nguyên tắc có thể thu hồi các chất dinh dưỡng từ các nguồn thải nhưng với giá thành cao. Phương hướng nghiên cứu chính là kết hợp các quá trình quản lý tài nguyên, nâng cao hiệu quả xử lý của tổ hợp hệ thống và từng đơn vị công nghệ và sản xuất ra sản phẩm. ~ 14 ~
  16. Xử lý nước thải giàu hợp chất N và P – Lê Văn Cát Nguồn gốc và chu trình trong tự nhiên. 2 Nguồn gốc. 2. 1. Nguyên tố nitơ là thành phần luôn có mặt trong cơ thể động, thực vật sống và trong thành phần của các hợp chất tham gia quá trình sinh hoá. Đồng thời nó cũng tồn tại ở rất nhiều dạng hợp chất vô cơ, hữu cơ trong các sản phẩm công nghiệp và tự nhiên. Nguyên tố nitơ có thể tồn tại ở bảy trạng thái hoá trị, từ dạng khử (N -3) là amoniac đến dạng oxy hoá sâu (N+5) là nitrat. Bảng 2. 1. ghi các trạng thái hoá trị của nguyên tố nitơ và hợp chất hoá học đại diện cho trạng thái hoá trị đó. Bảng 2. 1. Trạng thái hoá trị của nguyên tố nitơ trong hợp chất hóa học. Hợp chất Công thức hóa học Hóa trị NH4+/NH3 Amoni/amoniac -3 Khí nitơ N2 0 Dinitơ oxit N2O +1 Nitơ oxit NO +2 NO2--N Nitrit +3 Nitơ dioxit NO2 +4 NO3--N Nitrat +5 Trong môi trường nước tự nhiên, các hợp chất amoniac, hợp chất hữu cơ chứa nitơ, khí nitơ, nitrat và nitrit có nồng độ không đáng kể, tuy vậy chúng là nguồn nitơ cho phần lớn sinh vật trong đất và nước. Vi sinh vật sử dụng nguồn nitơ kể trên vào tổng hợp axit amin, protein, tế bào và chuyển hoá năng lượng. Trong các quá trình đó, hợp chất nitơ thay đổi hoá trị và chuyển hoá thành các hợp chất hoá học khác. Nguồn phát thải hợp chất nitơ vào môi trường rất phong phú: từ các chất thải rắn, khí thải, nước thải nhưng quan trọng nhất là từ nguồn phân và chất bài tiết trong nước thải sinh hoạt. ~ 15 ~
  17. Xử lý nước thải giàu hợp chất N và P – Lê Văn Cát Trong nước thải, photpho tồn tại chỉ ở một dạng hoá trị là +5 và do vậy hợp chất photpho tồn tại trong tự nhiên không nhiều: hợp chất muối và este của axit photphoric. Axit photphoric, H3PO4 là một axit yếu với ba bậc phân li, ứng với các hằng số axit pKA là 2,16, 7,16 và 12,4. Khi phân li, gốc photphat hình thành là thành phần tham gia vào các quá trình sinh hoá của tế bào động, thực vật. Vi sinh vật và nhiều cơ thể sống sử dụng photphat đơn (ortho - photphat) này để tạo ra các hợp chất hữu cơ chứa photphat trong các tế bào: trong axit nucleic, photpho lipit, adenosin triphotphat, hormon. Canxi photphat là thành phần cơ bản của xương. Ngoài dạng photphat đơn và photphat hữu cơ, polyphotphat là dạng tồn tại khác hay gặp trong nước thải. Polyphotphat là hợp chất tạo thành do quá trình trùng ngưng của axit photphoric. Phụ thuộc vào cách sắp xếp của gốc photphat có thể tạo ra polyphotphat mạch thẳng hoặc mạch vòng (polymetaphotphat) [3]. Chúng có độ tan thấp. Trong môi trường nước, tất cả các dạng polyphotphat đều có thể bị thuỷ phân tạo thành photphat đơn. Photphat là hợp chất không bay hơi, dễ tạo thành các hợp chất có tính tan thấp (với Al3+, Fe2+, Ca2+) nên chúng chỉ tồn tại trong môi trường nước và trong đất, trầm tích. Trong các trầm tích do hoạt động của các loại vi sinh vật yếm khí, photphat dạng không tan lại được tiết ra dưới dạng photphat đơn tan vào nước, chúng lại được tảo và vi sinh hấp thu. Photpho trong nước thải chủ yếu có từ nguồn gốc: phân người, nước tiểu, đồ thải thức ăn, chất tẩy rửa tổng hợp, chất thải từ sản xuất công nghiệp, chất chống ăn mòn trong các đường ống dẫn nước. Nguồn nước thải sinh hoạt. 2. 1. 1. Thành phần nitơ trong thức ăn của người và động vật nói chung chỉ được cơ thể hấp thu một phần, phần còn lại được thải ra dưới dạng chất rắn (phân) và các chất bài tiết khác (nước tiểu, mồ hôi). Nguồn nước thải từ sinh hoạt gồm: nước vệ sinh tắm, giặt, nước rửa rau, thịt, cá, nước từ bể phốt, từ khách sạn, nhà hàng, các dịch vụ công cộng như thương mại, bến tàu xe, bệnh viện, trường học, khu du lịch, vui chơi, giải trí. Chúng thường được thu gom vào các kênh dẫn thải. Hợp chất nitơ trong nước thải là các hợp chất amoniac, protein, peptid, axit amin, amin cũng như các ~ 16 ~
  18. Xử lý nước thải giàu hợp chất N và P – Lê Văn Cát thành phần khác trong chất thải rắn và lỏng. Mỗi người hàng ngày tiêu thụ 5- 16 g nitơ dưới dạng protein và thải ra khoảng 30% trong số đó. Hàm lượng nitơ thải qua nước tiểu lớn hơn trong phân khoảng 8 lần [18]. Các hợp chất chứa nitơ , đặc biệt là protein, và urin trong nước tiểu bị thuỷ phân rất nhanh tạo thành amoni/amoniac. Trong các bể phốt xảy ra quá trình phân huỷ yếm khí các chất thải, quá trình phân huỷ này làm giảm đáng kể lượng chất hữu cơ dạng carbon nhưng tác dụng giảm hợp chất nitơ không đáng kể, trừ một phần nhỏ tham gia vào cấu trúc tế bào vi sinh vật. Hàm lượng hợp chất nitơ trong nước thải từ các bể phốt cao hơn so với các nguồn thải chưa qua phân huỷ yếm khí. Trong nước thải sinh hoạt, nitrat và nitrit có hàm lượng rất thấp do lượng oxy hoà tan và mật độ vi sinh tự dưỡng (tập đoàn vi sinh có khả năng oxy hoá amoni) thấp. Thành phần amoni chiếm 60 - 80% hàm lượng nitơ tổng trong nước thải sinh hoạt [1, 2]. Nguồn phát thải photpho quan trọng nhất trong nước thải sinh hoạt là phân, thức ăn thừa, chất tẩy rửa tổng hợp. Lượng photpho có nguồn gốc từ phân được ước tính là 0,2 - 1,0 kg P/người/năm hoặc trung bình là 0,6 kg. Lượng photpho từ nguồn chất tẩy rửa tổng hợp được ước tính là 0,3 kg/người/năm. Sau khi hạn chế hoặc cấm sử dụng photpho trong thành phần chất tẩy rửa, lượng photpho trên giảm xuống, còn khoảng 0,1 kg/người/năm. Thức ăn thừa: sữa, thịt, cá hoặc dụng cụ nấu ăn, đựng các loại trên khi vào nước cũng thải ra một lượng photpho đáng kể. Nồng độ hợp chất nitơ, photpho trong nước thải sinh hoạt biến động theo lưu lượng nguồn nước thải: mức độ sử dụng nước của cư dân, mức độ tập trung các dịch vụ công cộng, thời tiết, khí hậu trong vùng, tập quán ăn uống sinh hoạt (thức ăn nguội, tự nấu nướng), thay đổi mạnh theo chu kỳ thời gian ngày tháng cũng như mức sống và tiện nghi của cộng đồng. Lượng chất thải vì vậy thường được tính theo đầu người (khối lượng khô) hoặc nồng độ sau khi đã được pha loãng với mức nước sử dụng trên đầu người (ở các nước công nghiệp khoảng 190 lít/người/ngày) hoặc trong các cống rãnh thải (450 lít/người/ngày). Nồng độ pha loãng được gọi là nồng độ tại điểm xả hoặc trong cống thải. Rất đáng tiếc là ở Việt Nam chúng ta không có các số liệu đã nêu. Bảng 2. 2 ghi đặc điểm nước thải sinh hoạt khá đặc trưng của các thành phố ở Mỹ [1, 2]. ~ 17 ~
  19. Xử lý nước thải giàu hợp chất N và P – Lê Văn Cát Bảng 2. 2. Mức độ ô nhiễm nước thải sinh hoạt, tính theo khối lượng khô trên đầu người trong ngày tại điểm xả C(x) và tại cống rãnh C(R). Thông số m (g/người/ngày) C(x) (mg/l) C(R) (mg/l) BOD 85 450 187 COD 198 1050 436 Cặn không tan 95 503 209 NH3-N 7,8 41,2 17,2 TKN-N 13,3 70,4 29,3 (tổng nitơ Kjeldahl) P-Hữu cơ 1,23 6,5 2,7 P-Vô cơ 2,05 10,8 4,5 P-tổng 3,28 17,3 7,2 Mức độ ô nhiễm nitơ và photpho trong nước thải từ bếp nấu ăn và từ các bể phốt cao hơn so với các giá trị đưa ra trong bảng 2. 2 vì hình thái sinh hoạt ở các vùng, các vị trí có nước thải khác nhau, ví dụ khách sạn không có nhà ăn, trường học, các công sở, bệnh viện, khu du lịch, nghỉ mát khác nhau nên nước thải từ các nguồn có độ ô nhiễm cũng khác nhau. Giá trị ô nhiễm đặc trưng vì vậy chỉ có thể có được bằng cách đánh giá trực tiếp mang tính hệ thống. Nước thải sinh hoạt có nguồn gốc từ nhiều loại hình hoạt động, chúng thường được thu gom về các cống dẫn thải. Thành phần ô nhiễm và mức độ ô nhiễm đặc trưng của nước thải sinh hoạt từ cống dẫn thải được ghi trong bảng 2. 3. Bảng 2. 3. Đặc trưng ô nhiễm nước thải sinh hoạt [1]. Thành phần Đơn vị Nồng độ Khoảng Đặc trưng Chất rắn tan mg/l 350 - 1200 700 Cặn không tan mg/l 100 - 350 210 ~ 18 ~
  20. Xử lý nước thải giàu hợp chất N và P – Lê Văn Cát BOD mg/l 110 - 400 210 TOC mg/l 80 - 240 160 COD mg/l 250 - 1000 500 Nitơ tổng (N) mg/l 20 - 85 35 NH3-N mg/l 12 - 50 22 P-tổng (P) mg/l 4 - 15 7 P-hữu cơ mg/l 1-5 2 P-vô cơ mg/l 3 - 10 5 Nguồn nước thải công nghiệp. 2. 1. 2. Ô nhiễm do hợp chất nitơ, photpho từ sản xuất công nghiệp liên quan chủ yếu tới chế biến thực phẩm, sản xuất phân bón hay trong một số ngành nghề đặc biệt như chế biến mủ cao su, chế biến tơ tằm, thuộc da. Chế biến thực phẩm thải một lượng đáng kể hợp chất chứa nitơ, photpho liên quan đến loại thực phẩm chứa nhiều đạm: chế biến thuỷ hải sản, giết mổ và sản xuất thức ăn từ các loại thịt, sữa, đậu, nấm. Chế biến thuỷ sản, giết mổ gia súc gồm các công đoạn sản xuất các sản phẩm đông lạnh (thô) và đồ hộp, tỉ lệ các sản phẩm trên phụ thuộc vào nhu cầu của thị trường và trình độ phát triển công nghệ của từng nước. Giai đoạn đầu của quá trình chế biến là vệ sinh, giết, mổ, loại bỏ các phần thải (vây cá, lông, lòng, phân, chân tôm, cua...). Các công đoạn kể trên thường được thực hiện trong nước hoặc được rửa bằng nước với lượng khá lớn. Nước thải từ khâu giết mổ chứa một lượng lớn máu, mỡ, phân cùng các mảnh thịt vụn, nước thải từ khâu giết mổ được thu gom cùng với nước vệ sinh dụng cụ hoặc diện tích làm việc. Hợp chất chứa nitơ, photpho nhanh chóng được tiết ra từ các thành phần rắn vào nước với tốc độ phụ thuộc vào mức độ phân tán (kích thước), nhiệt độ môi trường và loại sản phẩm chế biến. Chủng loại và kích thước vật giết mổ gây ra độ ô nhiễm rất khác nhau: giết mổ cá (sản phẩm dạng phi lê) thấp hơn nhiều so với làm tôm đông lạnh, chế biến mực và bạch tuộc thải ra nguồn nước có độ ô nhiễm rất cao [4, 5]. Với cùng chủng loại thì vật mổ có kích thước (trọng lượng) lớn sẽ ít gây ô nhiễm hơn vật có kích thước nhỏ khi tính theo đầu vật mổ hay khối lượng. Vật bị giết ~ 19 ~
Đồng bộ tài khoản