Dự thảo tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu thực trạng ô nhiễm amoni trong nước cấp sinh hoạt, nguyên nhân và đề xuất giải pháp xử lý

Chia sẻ: Acacia2510 _Acacia2510 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

26
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu nghiên cứu của luận án là đánh giá thực trạng nhiễm amoni và một số hợp chất nitơ trong thiết bị lưu trữ nước sinh hoạt từ nhà máy cấp nước có hàm lượng amoni cao ở quy mô hộ gia đình. Nghiên cứu sự biến đổi các hợp chất nitơ trong thiết bị lưu trữ nước ở điều kiện lưu trữ nước sinh hoạt khác nhau. Đề xuất các biện pháp nhằm giảm thiểu mức độ nhiễm amoni, nitrit và nitrat xuống dưới tiêu chuẩn cho phép tại các bể lưu trữ nước sinh hoạt quy mô hộ gia đình.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Dự thảo tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học môi trường: Nghiên cứu thực trạng ô nhiễm amoni trong nước cấp sinh hoạt, nguyên nhân và đề xuất giải pháp xử lý

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 và nước Mã số: 62 44 03 03 DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG Hà Nội - 2017 1
Công trình được 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 sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia chấm luận án tiến sĩ họp tại : …………………………………………………………………... vào hồi giờ 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. 2
MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Nhiễm amoni trong nguồn nước ngầm dùng làm nguồn nước cấp cho sinh hoạt đã được quan tâm nghiên cứu ở nhiều khu vực, nhiều quốc gia trên thế giới. Ở Việt Nam, khu vực đồng bằng Sông Hồng nói chung và tại Hà Nội nói riêng, hiện tượng này đã được thừa nhận. Hiện nay, hầu hết các hộ gia đình ở thành phố Hà Nội đều phải sử dụng thiết bị lưu trữ nước. Mô hình cấp nước phổ biến là mô hình bể chứa + bơm + két nước trên cao. Cách này cho phép lưu trữ và sử dụng nước theo hình thức tự chảy trong một khoảng thời gian nhất định. Một hiện tượng đặc biệt được quan tâm là vấn đề nhiễm amoni tại các bể lưu trữ nước ở cộng đồng dân cư sử dụng. Việc nghiên cứu quá trình chuyển hóa của các dạng nitơ trong nước tại các bể lưu trữ có ý nghĩa rất quan trọng đến công tác cấp nước sạch cho nhân dân. Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam chưa có đề tài nghiên cứu, đánh giá hiện tượng nhiễm amoni trong các bể lưu trữ khác nhau trong cộng đồng dân cư, tìm hiểu sâu, phân tích các quá trình chuyển hóa, biến đổi của hợp chất nitơ trong các loại hình lưu trữ nước, từ đó tìm ra giải pháp khắc phục. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Đánh giá thực trạng nhiễm amoni và một số hợp chất nitơ trong thiết bị lưu trữ nước sinh hoạt từ nhà máy cấp nước có hàm lượng amoni cao ở quy mô hộ gia đình. - Nghiên cứu sự biến đổi các hợp chất nitơ trong thiết bị lưu trữ nước ở điều kiện lưu trữ nước sinh hoạt khác nhau. 3
- Đề xuất các biện pháp nhằm giảm thiểu mức độ nhiễm amoni, nitrit và nitrat xuống dưới tiêu chuẩn cho phép tại các bể lưu trữ nước sinh hoạt quy mô hộ gia đình. 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn a) Ý nghĩa khoa học Đề tài luận án góp phần làm rõ cơ sở khoa học của sự nhiễm amoni và quá trình chuyển hóa các hợp chất chứa nitơ cũng như thời gian tồn lưu của chúng trong thiết bị lưu trữ nước quy mô hộ gia đình, các quá trình chuyển hóa và những yếu tố ảnh hưởng, tác động đến quá trình chuyển hóa các hợp chất chứa nitơ. b) Ý nghĩa thực tiễn Luận án đề xuất được một số biện pháp giảm thiểu nồng độ amoni và các hợp chất chứa nitơ khác trong các thiết bị lưu trữ nước quy mô hộ gia đình. Kết quả của luận án là cơ sở thực tiễn để giải quyết vấn đề ô nhiễm amoni và các hợp chất chứa nitơ khác trong các thiết bị lưu trữ nước sinh hoạt xuất hiện phổ biến trong thực tế không ch ở Hà Nội mà tại hầu hết các địa bàn dân cư ở Việt Nam. 4. Những đóng góp mới của luận án - Lần đầu tiên vấn đề nhiễm amoni và các giải pháp ph ng ngừa, giảm thiểu amoni trong các loại hình lưu trữ nước sinh hoạt quy mô hộ gia đình được nghiên cứu đầy đủ và có hệ thống. - Nghiên cứu của luận án làm sáng tỏ các vấn đề nhiễm amoni trong nước cấp sinh hoạt và sự biến đổi, chuyển hóa các hợp chất nitơ trong thiết bị lưu trữ nước ở những điều kiện lưu trữ nước sinh hoạt khác nhau được sử dụng trong cộng đồng; là cơ sở khoa học cho việc giảm thiểu sự phát sinh và tái nhiễm amoni trong nước máy cấp cho sinh hoạt. 4
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1. Chu trình nitơ và amoni trong nƣớc tự nhiên - Chu trình nitơ và các dạng tồn tại của hợp chất nitơ trong nước - Amoni và các tác động của amoni trong nước sinh hoạt 1.2. Quá trình chuyển hóa các hợp chất nitơ trong 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 về nhiễm amoni và quá trình chuyển hóa các hợp chất nitơ trong nƣớc cấp sinh hoạt - Trên thế giới: Nhóm nghiên cứu về vấn đề nhiễm amoni trong nước cấp sinh hoạt và sự xuất hiện của các vi sinh vật chuyển hóa nitơ trong hệ thống phân phối nước. Nhóm nghiên cứu về quá trình chuyển hóa các hợp chất nitơ trong nước cấp sinh hoạt. - Ở Việt Nam: Nhóm nghiên cứu về sự nhiễm amoni và các hợp chất nitơ khác trong nước cấp sinh hoạt. Nhóm nghiên cứu về thực trạng nhiễm các vi sinh vật tại một số bể chứa nước tại các hộ gia đình. 1.4. Tổng quan về các hình thức lƣu trữ nƣớc - Vật liệu bể chứa nước. - Một số yếu tố chính tác động đến chất lượng nước cấp sinh hoạt lưu trữ tại bể chứa quy mô hộ gia đình. 5
Kết luận Chƣơng 1 1. Nghiên cứu tổng quan về amoni, quá trình chuyển hóa các hợp chất nitơ trong nước và vấn đề lưu trữ nước sinh hoạt tại các hộ gia đình đã làm sáng tỏ một số vấn đề sau: - Hiện tượng nhiễm anomi trong nước cấp sinh hoạt đã được phát hiện. Ở Việt Nam, hiện tượng này cũng đã được thừa nhận và phổ biến nhất là khu vực phía Nam thành phố Hà Nội. Nguyên nhận được xác định đó là ô nhiễm amoni tại nguồn nước ngầm. Đây là nguồn nước thô cấp cho các nhà máy nước. - Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về vấn đề chuyển hóa amoni và các hợp chất nitơ khác cũng như sự xuất hiện của vi khuẩn chuyển hóa nitơ trong hệ thống phân phối nước sinh hoạt là không nhiều. Các nghiên cứu này đã tập trung nghiên cứu sự biến đổi trong quá trình xử lý tại nhà máy nước, tại đường ống phân phối nước cấp sinh hoạt. - Tại các địa phương ở Việt Nam, do nhiều nguyên nhận khác nhau, người dân hầu hết phải sử dụng các bể lưu trữ nước sinh hoạt. Các thiết bị này có sự khác nhau về loại hình, điều kiện lưu trữ …, từ đó sẽ ảnh hưởng không nhỏ đến các quá trình chuyển hóa hợp chất chứa nitơ. 2. Các vấn đề trống chưa tác giả nào nghiên cứu: Những nghiên cứu về nhiễm amoni và các quá trình chuyển hóa của hợp chất nitơ trong nước cấp sinh hoạt không nhiều, chủ yếu tập trung với đối tượng và phạm vi là nguồn nước thô, nước tại nhà máy xử lý nước sạch và nước tại đường ống phân phối. Chưa có nghiên cứu về hiện tượng nhiễm amoni trong các hình thức lưu trữ nước sinh hoạt tại hộ gia đình và quá trình biến đổi các hợp chất nitơ trong các điều kiện lưu trữ khác nhau. 6
CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu của luận án được xác định là amoni và các hợp chất chứa nitơ khác trong nước cấp sinh hoạt được chứa tại những thiết bị lưu trữ quy mô hộ gia đình. - Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi về thời gian: Các mẫu nước cấp sinh hoạt lưu trữ tại hộ gia đình được tiến hành phân tích, nghiên cứu thí nghiệm, đánh giá từ năm 2010 đến năm 2017. Phạm vi về không gian: 3 quận thuộc thành phố Hà Nội, bao gồm: Cầu Giấy, Thanh Xuân, Hoàng Mai và tập trung vào các hộ gia đình ở quận Hoàng Mai. 2.2. Nội dung nghiên cứu Đề tài luận án được thực hiện qua 2 giai đoạn: - Giai đoạn điều tra, khảo sát, phân tích chất lượng nước Giai đoạn này nhằm mục đích xác định hiện tượng nhiễm amoni trong các hình thức lưu trữ nước sinh hoạt quy mô hộ gia đình. Nội dung cụ thể bao gồm: + Điều tra, khảo sát các bể lưu trữ nước sinh hoạt ở một số quận của thành phố Hà Nội. Lấy mẫu phân tích amoni tại các bể chứa khác nhau được sử dụng ở hộ gia đình để xác định hiện tượng nhiễm amoni trong nước cấp sinh hoạt. + Tiến hành quan trắc các mẫu nước bị nhiễm amoni tại các bể chứa tại hộ gia đình để đánh giá sự biến đổi nồng độ các hợp chất chứa nitơ trong những thiết bị được lưu trữ ở các điều kiện khác nhau. 7
- Giai đoạn thí nghiệm: Sau khi đã xác định được các điều kiện lưu trữ nước tiêu biểu tại các hộ gia đình, xác định được hiện tượng nhiễm amoni tại các bể chứa nước trong thực tế. Luận án tiến hành thiết kế thí nghiệm các bể lưu trữ nước mô phỏng các điều kiện lưu trữ thực tế. Từ đó giải thích được sự biến đổi các hợp chất nitơ trong các bể lưu trữ nước thực tế, qua đó đề xuất được các giải pháp giảm thiểu tác động của hiện tượng này. Nội dung cụ thể là: + Bố trí thí nghiệm theo dõi, đánh giá sự biến đổi của các hợp chất nitơ trong bể lưu trữ nước theo thời gian; + Bố trí thí nghiệm theo dõi, đánh giá sự biến đổi của các hợp chất nitơ trong bể lưu trữ nước theo nồng độ amoni và nitrat ban đầu; + Bố trí thí nghiệm theo dõi, đánh giá sự biến đổi của các hợp chất nitơ trong bể lưu trữ nước theo vị trí đặt bể; + Bố trí thí nghiệm lưu trữ nước trong 3 điều kiện: xáo trộn thoáng khí, kín khí và hở tĩnh; + Bố trí, thiết kế thí nghiệm, đánh giá sự tác động của quá trình sử dụng nước hàng ngày của hộ gia đình đến sự biến đổi các hợp chất nitơ. Mẫu nước nghiên cứu là nước sinh hoạt của hộ gia đình (hộ gia đình số nhà 6, ngõ 83/61, Bằng Liệt). Lấy mẫu, phân tích các ch tiêu để đánh giá các quá trình biến đổi các 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 cơ (COD) 8
 Phân tích phát hiện vi khuẩn ammon hóa, vi khuẩn AOB, vi khuẩn phản nitrat hóa, vi khuẩn Azotobacter, Clostridium Tần suất lấy mẫu: Mẫu được lấy trong các bể nghiên cứu với tần suất 2 lần/tuần và được phân tích tất cả các ch tiêu hóa học. Phân tích các ch tiêu sinh học với tần suất 10 ngày/lần. 2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu Luận án nghiên cứu đã áp dụng và kết hợp nhiều phương pháp khác nhau, trong đó chủ yếu là các phương pháp sau: - Phương pháp kế thừa tài liệu - Phương pháp điều tra, khảo sát và lấy mẫu thực địa - Phương pháp chuyên gia - Các phương pháp phân tích - Phương pháp thực nghiệm - Phương pháp xử lý số liệu và đánh giá kết quả nghiên cứu Kết luận chƣơng 2 1. Việc lựa chọn đối tượng là amoni và các hợp chất chứa nitơ khác trong nước cấp sinh hoạt được chứa tại những thiết bị lưu trữ quy mô hộ gia đình đảm bảo được mục tiêu, nội dung và tính thực tiễn của đề tài. 2. Phương pháp lấy mẫu nước, phương pháp phân tích sử dụng trong luận án là các phương pháp tiêu chuẩn. Các hóa chất dùng cho nghiên cứu đều có độ tinh khiết PA hoặc tinh khiết hóa học của Việt Nam, Trung quốc, Merck, Pakshoo. 3. Việc thiết kế thí nghiệm các bể lưu trữ nước mô phỏng các điều kiện lưu trữ thực tế là phù hợp. Từ đó có thể xác định được sự biến thiên nồng độ của các hợp chất chưa nitơ và giải thích được những hiện tượng tại bể lưu trữ nước thực tế tại các hộ gia đình. 9
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 3.1. Hiện tƣợng nhiễm amoni trong nƣớc cấp sinh hoạt - Hiện tượng ô nhiễm amoni tại một số nhà máy/trạm cấp nước sinh hoạt và các bể chứa nước quy mô hộ gia đình là rõ ràng qua kết quả điều tra và phân tích. Hầu hết các nhà máy nước khử trùng bằng clo và dùng nguồn nước cấp để sản xuất nước sinh hoạt là nước ngầm có hàm lượng ion NH 4+ cao. Kết quả khảo sát và phân tích đã cho thấy nước sinh hoạt cho một số cộng đồng dân cư đã có nồng độ amoni ở mức từ 0,04 đến 20,37 mgN-NH4+. Ở nhiều hộ gia đình, giá trị amoni đã cao hơn giá trị giới hạn theo QCVN 02:2009/BYT. - Phương thức lưu trữ nước sinh hoạt thường sử dụng trong cộng đồng dân cư là các loại bể. Các bể đa phần là xây gạch trát xi măng, thường đặt ngầm dưới đất; két nước đặt ở trên cao (bể inox). Sử dụng mô hình bể ngầm + bơm + bể nước trên cao để lưu trữ và sử dụng nước sinh hoạt trong gia đình. Hệ thống đường ống làm bằng vật liệu ống sắt tráng kẽm, thời gian sử dụng lâu, hầu hết chưa được cải tạo, thường xuyên bị r r , bục vỡ trên các tuyến đường ống bị ôxi hoá. - Cùng một đường ống cấp nước chung, khi đưa vào các hộ gia đình nồng độ các dạng nitơ đã bị thay đổi theo lượng sử dụng, hình thức và thiết bị lưu trữ. Nồng độ amoni cao nhất là ở đường ống, tiếp đến là bể ngầm và cuối cùng là bể inox. Kết quả phân tích nitrat lại cho quy luật là thấp nhất ở đường ống, tiếp đến là ở bể ngầm và cao nhất là ở bể inox. Kết quả nghiên cứu nhận thấy nồng độ NH 4+ trong nước ở các bể xi măng ngầm và bể inox trên cao của các hộ gia đình phần lớn 10
đều có giá trị thấp hơn ở đường ống dẫn nước chung và ở bể ngầm thấp hơn ở bể inox. Tương tự, nồng độ NO 3- trong bể ngầm cũng thấp hơn bể inox; nhưng khác với amoni, nồng độ của nitrat trong nước tại các loại bể chứa lại lớn hơn so với trong đường ống chung. Với NO 2- quy luật tăng giảm nồng độ của nó ngược hoàn toàn với amoni, nghĩa là nồng độ cao nhất ở bể ngầm rồi đến bể inox và thấp nhất là ở đường ống. Hình 3.5.a. Nồng độ Hình 3.5.b. Nồng độ Hình 3.5.c. Nồng độ trung bình của các trung bình của các của các dạng nitơ dạng nitơ trong các dạng nitơ trong mỗi trong mỗi đợt ở thiết bị trữ nước đợt khảo sát đường ống chung Tuy nhiên sự thay đổi xảy ra không đồng nhất trong mỗi loại bể trữ nước của các hộ gia đình ở mỗi đợt khảo sát. Sự thay đổi phức tạp này là hệ quả của sự khác biệt về loại hình, cách thức xây dựng và cách bố trí cũng như điều kiện bảo quản vệ sinh bể chứa, tần suất lưu chuyển nước trong bể. 3.2. Ảnh hƣởng của quá trình lƣu trữ nƣớc đến sự thay đổi nồng độ các hợp chất nitơ vô cơ 3.2.1. Ảnh hƣởng của điều kiện môi trƣờng nƣớc 3.2.1.1. Biến đổi theo mùa 11
(1) Với các điều kiện tự nhiên của mùa hè, quá trình nitrat hóa diễn ra khá mạnh, ch trong v ng 20 ngày đầu, nồng độ amoni đã giảm từ 11,73 mg/L xuống 0,1 mg/L (tốc độ giảm là 0,58 mg/L.ngày); và từ ngày thứ 38 trở đi không phát hiện được amoni trong bể nghiên cứu. Nitrit tăng trong 5 - 6 ngày đầu, sau đó giảm dần đến mức tối thiểu c n có thể phân tích được cho đến ngày thứ 55. Những ngày tiếp theo không phát hiện được nitrit có trong bể. Nitrat tăng mạnh trong khoảng 20 ngày đầu từ 7,00 mg/L ban đầu lên 32,2,1 mg/L, sau đó duy trì nồng độ tương đối ổn định trong khối nước. Trong toàn bộ quá trình nghiên cứu hầu như không thấy có biểu hiện của quá trình phản nitrat hóa. a. Mùa hè b. Mùa đông Hình 3.9. Biến động các hợp chất nitơ (2) Với điều kiện của mùa đông, tốc độ giảm amoni chậm hơn, trong 20 ngày đầu nồng độ amoni đã giảm từ 9,40 mg/L xuống 0,13 mg/L (tốc độ giảm là 0,46 mg/L.ngày). Nồng độ nitrit tăng nhẹ và duy trì trong khoảng 27 ngày đầu, sau đó giảm và không c n phát hiện từ ngày thứ 62. Nồng độ nitrat tăng rõ rệt trong khoảng 30 ngày đầu lưu nước, sau đó đạt trạng thái gần như ổn định, giá trị nitrat lớn nhất đạt được trong quá trình là 17,2 mg/L. 12
3.2.1.2. Ảnh hưởng của vị trí đến sự thay đổi nồng độ các dạng nitơ Nồng độ amoni ban đầu của bể đặt ngoài trời, trên cao là 14 mg/L và bể đặt trong nhà là 12 mg/L; có thể thấy xu hướng của sự biến đổi amoni của 2 bể là tương tự nhau; Mặc dù tốc độ giảm amoni giữa hai vị trí lưu nước có sự khác biệt nhưng không đáng kể. Nồng độ nitrit tăng nhanh trong khoảng 5 ngày đầu ở bể trên cao, nhoài trời; nhưng ở bể trong nhà, dưới đất thì sau 13 ngày mới đạt giá trị cực đại; sau đó giảm dần đến xấp x 0 mg/L khi nồng độ amoni tiệm cận giá trị 0mg/L. Ngược lại, nồng độ nitrat trong bể trong nhà tăng nhanh trong khoảng 16 ngày đầu và đạt giá trị cực đại; sau đó tiến dần về trạng thái ổn định khi nồng độ amoni và nitrit tiệm cận đến 0 mg/L. Nhưng đối với bể trên cao, ngoài trời, phải đến ngày thứ 34 mới đạt giá trị cực đại và cũng tiến dần về trạng thái ổn định; nhưng ở mức độ cao hơn so với bể trong nhà, dưới đất. Điều này chứng tỏ đã có sự hoạt động mạnh hơn của các vi sinh vật ở bể trên cao, ngoài trời có điều kiên thuận lợi hơn so với bể trong nhà, dưới đất. Qua sự biến động của amoni, nitrit và nitrat của hai bể với vị trí khác nhau, có thể thấy rằng vị trí đặt bể trong nhà hay trên cao, ngoài trời đã ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa của các hợp chất nitơ trong thiết bị lưu trữ nước. Song về xu hướng chuyển hóa của chúng gần như là giống nhau đó là đều thực hiện quá trình nitrat hóa. 3.2.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ amoni và nitrat ban đầu Qua kết quả nghiên cứu, sự biến thiên nồng độ của amoni, nitrit và nitrat đối với hai trường hợp nồng độ amoni đầu vào cao và thấp có sự khác nhau đáng kể. Cụ thể là đối với nồng độ amoni, ở bể có nồng độ thấp hơn hai lần thì nồng độ amoni giảm xuống tới dưới giới 13
hạn phát hiện ch trong khoảng 21 ngày; trong khi đó ở bể có nồng độ amoni đầu vào cao thì phải tới khoảng 63 ngày amoni mới có giá trị tương tự. Tốc độ chuyển hóa amoni trong hai trường hợp này là bằng nhau, là 0,4 mg/L. ngày. Tuy nhiên, nồng độ amoni cao thì thời gian để chuyển hóa hoàn toàn của ion này dài hơn. Đối với trường hợp nitrit, ở bể có nồng độ amoni thấp thì nồng độ nitrit đạt cực đại ở ngày thứ 4 và sau khoảng 30 ngày thì giảm xuống dưới ngưỡng phát hiện của phép đo. Ở bể có nồng độ amoni cao thì phải đến ngày thứ 7 mới đạt giá trị cực đại và sau đó có sự biến thiên phức tạp; đến khoảng 77 ngày sau mới thể tiệm cận đến giá trị không phát hiện được. Như vậy tốc độ chuyển hóa nitrit tại bể có nồng độ amoni cao có tốc độ chuyển hóa chậm và phức tạp hơn nhiều so với bể trong cùng điều kiện có nồng độ amoni thấp hơn. Ở đây có hiện tượng đáng lưu ý là ở bể có nồng độ amoni cao, nồng độ nitrit có thể tồn tại trong một thời gian khá dài. Đối với nitrat, ở bể có nồng độ amoni thấp, nồng độ nitrat đạt giá trị cực đại sau khoảng 30 ngày, rồi sau đó có xu hướng ổn định; nhưng ở bể có nồng độ amoni cao thì nồng độ nitrat tăng gần như tuyến tính từ ngày đầu cho đến ngày thư 77 của quá trình lưu trữ; sau đó mới dần ổn định. Quá trình nitrat hóa vẫn thể hiện là quá trình chủ yếu trong nghiên cứu. Quá trình nghiên cứu ở điều kiện này cho chúng ta một sự lưu ý quan trọng là khi nồng độ amoni đầu vào cao thì sự rủi ro không những từ nồng độ amoni mà từ nồng độ nitrit cũng rất đáng quan ngại trong thời gian dài lưu nước. 3.2.2. Ảnh hƣởng của điều kiện lƣu trữ 3.2.2.1. Sự thay đổi giá trị COD ở các bể nghiên cứu Đối với bể xáo trộn thoáng khí, trong 20 ngày đầu lưu nước, COD 14
có xu hướng giảm nhẹ, sau đó tăng lên trong 60 ngày tiếp theo và lại tiếp tục giảm đến hết thời gian lưu nước. Trong quá trình tăng giảm của COD, các điều kiện môi trường như DO, pH, nhiệt độ gần như không có sự thay đổi đáng kể. Mật độ vi khuẩn chuyển hóa nitơ được xác định theo đánh giá cũng không phụ thuộc đáng để nào vào sự biến động COD trong nước. Đối với bể trong điều kiện tĩnh hở, quá trình biến đổi tương tự như trong điều kiện kín khí nhưng tốc độ chuyển hóa chất hữu cơ nhanh hơn. Đối với bể kín khí, giá trị COD có thời gian ổn định ban đầu và cũng giảm sau 20 ngày lưu nước. Từ đây cũng tương tự như bể xáo trộn hiếu khí, COD tiếp tục giai đoạn tăng giảm theo đánh giá là do quá trình đồng hóa và phân hủy tế bào của các vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ. Tuy có sự xuất hiện của vi khuẩn ammon hóa nhưng sự đóng góp của quá trình ammon hóa vào sự tăng nồng độ NH4+ là không nhiều. Điều này thể hiện ở sự giảm nồng độ NH4+ cũng như sự thay đổi của nồng độ hợp chất N-hữu cơ là không rõ ràng. N- hữu cơ có sự dao động và biến đổi tăng giảm liên tục trong quá trình lưu nước. 3.2.2.2. Biến thiên nồng độ amoni, nitrit, nitrat Amoni đã hoàn toàn bị cạn kiệt trong cả 3 điều kiện nghiên cứu là xáo trộn thoáng khí, kín khí và tĩnh hở. Tốc độ chuyển hóa amoni trong bể xáo trộn thoáng khí 0,9 mg/L.ngày) lớn hơn bể trong điều kiện tĩnh hở (0,4 mg/L.ngày); và điều kiện tĩnh hở lớn hơn trong điều kiện kín khí (0,3 mg/L.ngày). Nồng độ nitrit, nitrat cũng được khảo sát và đánh giá trong toàn bộ quá trình nghiên cứu. Tại bể xáo trộn thoáng khí, nitrit đã hoàn 15
toàn bị chuyển hóa sau 18 ngày lưu trữ nước; đối với bể kín khí và bể hở tĩnh nitrit có xu hướng tồn tại và nồng độ biến đổi trong trong các thực thể nước hầu như không có quy luật. Khi khảo sát sự tồn tại đồng thời cả nitrit và nitrat trong môi trường nghiên cứu, các kết quả đạt được cho thấy nồng độ nitrat đều tăng rõ rệt và sau đó có xu thế ổn định. Ở bể xáo trộn thoáng khí thì xu thế này thể hiện rất rõ ràng. Ở bể hở tĩnh, nồng độ nitrat tăng khá đều theo thời gian và xu thế ổn định chậm hơn nhiều so với ở bể xáo trộn thoáng khí. Riêng ở bể kín khí, sự biến thiên của nồng độ nitrat cũng tăng nhưng có sự dao động mạnh. Đối với nitrit, ở bể xáo trộn thoáng khí, sau tuần đầu có sự tăng nhẹ, sau đó giảm rất nhanh và hầu như bị phân hủy hoàn toàn sau 18 ngày. Đặc biệt ở bể kín khí, nồng độ nitrit không khi nào đạt giá trị dưới giới hạn không phát hiện mà ch dao động trong khoảng từ 0,1 đến 0,7 mg/L. Ở bể tĩnh hở, nồng độ nitrit đôi khi giảm tới ngưỡng không phát hiện và cũng dao động mạnh trong khoảng 0,1 đến 0,8 mg/L. Sự biến thiên nồng độ của nitrit và nitrat ở đây cũng cho thấy có sự hoạt động của các vi khuẩn chuyển hóa nitơ và quá trình này phụ thuộc khá rõ rệt vào nồng độ oxi h a tan trong nước. Biến đổi các hợp chất nitơ trong toàn bộ quá trình nghiên cứu trong điều kiện xáo trộn thoáng khí, điều kiện kín khí và điều kiện tĩnh hở khí được đánh giá. Ở tất cả các bể nghiên cứu đều thấy có xu hướng là trong hai tuần đầu, nồng độ nitrit tăng rồi giảm mạnh tạo ra các cực đại ở ba đến bảy ngày đầu. Trong thời gian này đều có xuất hiện vi khuẩn AOB. Sau thời gian này, sự biến thiên của nồng độ nitrit cũng như mật độ vi khuẩn AOB có sự khác biệt giữa các bể ở các điều kiện khác nhau. Ở bể thoáng khí có khuấy trộn thì nồng độ nitrit về không và mật độ 16
vi khuẩn cũng vậy. Ở bể kín khí, nồng độ nitrit sau giai đoạn tăng giảm ban đầu thì luôn tồn tại và dao động từ 0,1 đến 0,6 mg/L cùng với sự tăng giảm của mật độ vi khuẩn. Ở bể tĩnh hở khí, nồng độ nitrit cũng luôn lớn hơn giới hạn phát hiện. Ở cả ba điều kiện là xáo trộn thoáng khí, tính hở và kín khí đều thấy xuất hiện chủng vi khuẩn khử nitrat hóa. Điều này đã được thể hiện trong kết quả phân tích các vi sinh vật, nó cũng phù hợp với các nghiên cứu trước đây về khả năng tồn tại và sự đang dạng của các vi sinh vật này. Tuy nhiên, do điều kiện về môi trường (COD rất nhỏ) nên quá trình khử các hợp chất nitơ hầu như không xảy ra trong cả ba điều kiện lưu trữ trên. Quá trình cố định nitơ cũng được chứng minh trong quá trình nghiên cứu là có thể xảy ra, đó là kết quả phân tích đã xuất hiện các vi khuẩn cố định nitơ trong cả điều kiện hiếu khí và kỵ khí. Thể hiện ở mật độ vi khuẩn Azotobacter và Clostridium có xuất hiện trong các bể. Tuy nhiên được đánh giá là không đáng kể so với quá trình nitrat hóa trong điều kiện nghiên cứu. Như vậy, sự biến động của nồng độ amoni, nitrit và nitrat trong các điều kiện nghiên cứu và sự xuất hiện các vi khuẩn ammoni hóa, vi khuẩn nitrit hóa, vi khuẩn khử nitrat hóa, vi khuẩn cố định nitơ trong môi trường đã khẳng định các quá trình chuyển hóa nitơ đã xảy ra và là nguyên nhân cơ bản của sự biến đổi nồng độ và dạng tồn tại của các hợp chất nitơ trong các mẫu nước nghiên cứu. Tuy nhiên, tốc độ của mỗi quá trình là khác nhau và phục thuộc vào các điều kiện môi trường, điều kiện lưu trữ nước khác nhau. 3.2.3. Ảnh hƣởng của quá trình sử dụng nƣớc - Bể inox trên cao 17
Các kết quả theo dõi sự biến thiên của amoni, nitrit và nitrat trong bể inox trên cao của hộ gia đình cho thấy có sự khác biệt giữa hai đợt nghiên cứu. Ở đợt 1, rõ ràng là nồng độ amoni có xu thế tăng theo thời gian và ở đợt 2 thì ngược lại. Điều này liên quan đến nồng độ DO trong nước ở đợt 1 thấp hơn nhiều so với đợt 2. Quan điểm này càng được khẳng định khi thấy sự biến thiên của nồng độ nitrat. Ở đợt 1 khi nồng độ amoni có xu thế tăng thì nồng độ nitrat có xu thế gần như không đổi. Nhưng ở đợt 2, khi nồng độ amoni có xu thế giảm thì nồng độ nitrat tăng rất rõ rệt. Đồng thời ở đây nồng độ nitrit tuy không đáng kể; song cũng thể hiện khi giá trị DO thấp thì xuất hiện ở mức nồng độ cao hơn (đợt 1) so với khi DO cao (đợt 2). Nhìn chung nồng độ amoni, nitrit, nitrat trong bể nghiên cứu thực tế qua hai đợt ở bể chứa bằng inox trên cao của hộ gia đình đã cho thấy một cái nhìn tương đối logic về mặt khoa học cũng như thực tế. Với điều kiện về nhiệt độ, pH, DO trong quá trình khảo sát, quá trình chuyển hóa có vẻ tương tự như trong điều kiện kín hoặc điều kiện tĩnh, hở. Điều này có nghĩa là amoni trong môi trường sẽ có xu hướng tăng, giảm chậm phụ thuộc chủ yếu vào giá trị nồng độ DO trong nước. Bên cạnh đó hàm lượng amoni được cung cấp từ bể ngầm có thể cũng sẽ ảnh hưởng đến quá trình biến thiên của amoni trong bể inox trên cao. Nếu nước tại bể inox vừa được cung cấp từ bể xi măng ngầm thì hàm lượng amoni thường sẽ cao hơn; do đó xuất hiện các đ nh nồng độ cao không theo quy luật khoa học. Qua đó có thể giải thích sự tăng giảm bất thường của amoni trong bể. - Bể xi măng ngầm dưới đất Tại bể xi măng ngầm dưới đất, ở cả hai đợt nghiên cứu, sự biến động giá trị nồng độ của các hợp chất nitơ không lớn như ở bể inox 18
trên cao. Song ở đây cũng thấy quy luật tương tự như đối với bể inox trên cao; đó là khi nồng độ DO thấp ở đợt 1 thì nồng độ amoni có xu thế hầu như không thay đổi, nồng độ nitrat có xu thể giảm và nồng độ nitrit cùng có xu thể giảm nhưng ở mức tương đối cao. C n ở đợt 2, khi DO cao hơn thì nồng độ amoni có xu thế giảm tương đối rõ rệt và nồng độ nitrat hầu như không thay đổi; nhưng nồng độ nitrit rất thấp và cũng gần như không thay đổi trong suốt quá trình nghiên cứu. Ngoài ra quá trình được tiếp nhận liên tục nước mới vào bể cũng là yếu tố ảnh hưởng đến sự biến thiên nồng độ các hợp chất nitơ trong bể lưu trữ dạng này. - Bể đối chứng Tiến hành so sánh quá trình biến đổi amoni trong bể ngầm, bể inox lưu trữ sử dụng tại hộ gia đình với bể đối chứng nghiên cứu trong cùng điều kiện. Kết quả cho thấy nguyên nhân chính duy trì amoni trong các bể tại hộ gia đình đó là sự bổ sung nước sinh hoạt từ đường ống vào bể xi măng ngầm và nước từ bể xi măng ngầm lên bể inox. Nếu không có sự bổ sung định kỳ do tiêu thụ nước hàng ngày của hộ gia đình thì hàm lượng amoni sẽ cạn kiệt sau 27 ngày lưu nước. Từ kết quả khảo sát, trừ bể inox thực tế, các bể ngầm bằng xi măng và bể đối chứng đều có sự tăng của tổng hàm lượng nitơ. Điều này có thể xảy ra do có sự cung cấp thêm nitơ ở ngoài vào từ các sinh vật cơ hội và các chất thải ra của chúng. Kết quả khảo sát COD trong ba bể có thể thấy luôn có sự giao động tăng giảm liên tục. Sự xuất hiện các giá trị COD trong các bể lưu trữ ch có thể có từ hai nguyên nhân; một là từ nguồn nước và hai là từ các sinh vật cơ hội sống trong các loại hình lưu trữ nước. Xác 19
suất có giá trị COD cao hơn luôn là ở bể ngầm dưới đất. Điều này càng củng cố cho nguyên nhân thứ hai trình bày ở trên. Nguyên nhân thứ hai đã được chứng minh qua quá trình thiết lập phương trình cân bằng nitơ tại các bể trữ nước. 3.3. Đề xuất giải pháp giảm thiểu nồng độ các hợp chất nitơ trong bể lƣu trữ nƣớc sinh hoạt quy mô hộ gia đình 3.3.1. Về đường ống phân phối nước cấp Để giảm hiện tượng tồn tại và phát triển các vi sinh vật chuyển hóa nitơ trong đường ống phân phối nước, vật liệu cần sử dụng loại có bề mặt nhẵn, giảm tối đa điều kiện cho các vi sinh vật phát triển. Hiện nay mạng lưới cấp nước của khu vực hầu như thiếu các điểm xả cặn của từng tuyến ống, vấn đề xả cặn cho tuyến ống để thau rửa hầu cũng chưa được quan tâm. Các tuyến ống nước sử dụng lâu ngày không được thau rửa sẽ bị lắng cặn, đây cũng là nguyên nhân gây ra sự cố cản lưu lượng d ng chảy trong ống, cặn bám tăng khả năng ăn m n của đường ống dẫn đến tình trạng ống nhanh bị hỏng, giảm tuổi thọ của ống. Do đó, phải có kế hoạch thau rửa đường ống định kỳ để chống cặn bám trong ống, giảm khả năng ăn m n, tăng hiệu quả sử dụng đường ống. 3.3.2. Về điều kiện lưu trữ Điều kiện lưu trữ, cụ thể ở đây là điều kiện hiếu khí, tùy nghi hay thiếu khí. Có thể thấy trong quá trình khảo sát, hầu hết nồng độ oxi h a tan tại các thiết bị lưu trữ nước hộ gia đình đều trong điều kiện thiếu khí. Lý do chính đó là các bể lưu trữ thường được đậy kín để ngăn chặn quá trình xâm nhậm của các sinh vật từ môi trường và đảm bảo vệ sinh của bể chứa. Do đó, biện pháp ở đây là tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nitrat hóa xảy ra. Nếu như có trường hợp 20