Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu đánh giá và đề xuất công nghệ xử lý nước thải giàu nitơ bằng quá trình oxy hóa kỵ khí nitơ amoni (Anammox)

Chia sẻ: Lạc Táp | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:80

Thêm vào BST

Báo xấu

7
lượt xem 1
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn "Nghiên cứu đánh giá và đề xuất công nghệ xử lý nước thải giàu nitơ bằng quá trình oxy hóa kỵ khí nitơ amoni (Anammox)" nhằm phân tích, đánh giá sự khác nhau cơ bản của công nghệ xử lý nước thải giàu nitơ bằng quá trình oxy hóa kỵ khí nitơ amoni so với các công nghệ truyền thống từ đó nêu ra được ưu điểm vượt trội của công nghệ này. Đánh giá và đề xuất một số tiêu chí kỹ thuật và phạm vi ứng dụng quá trình oxy hóa kỵ khí nitơ amoni trong công nghệ xử lý nước thải giàu nitơ. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ: Nghiên cứu đánh giá và đề xuất công nghệ xử lý nước thải giàu nitơ bằng quá trình oxy hóa kỵ khí nitơ amoni (Anammox)

LỜI CẢM ƠN Sau quá trình học tập và nghiên cứu, tôi đã hoàn thành luận văn tốt nghiệp với đề tài: “Nghiên cứu đánh giá và đề xuất công nghệ xử lý nước thải giàu nitơ bằng quá trình oxy hóa kỵ khí nitơ amoni (Anammox)” Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự giúp đỡ, động viên của các thầy cô giáo, các bạn bè và đồng nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong bộ môn Cấp thoát nước, bộ môn Công nghệ Môi trường và các thầy cô và các cán bộ của khoa Sau đại học trường Đại Học Xây Dựng đã giúp đỡ tôi để tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu này. Tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng nhất đến PGS.TS Lều Thọ Bách, người đã trực tiếp hướng dẫn tôi tận tình, tỉ mỉ và có nhiều ý kiến quý báu cho tôi trong quá trình nghiên cứu. Tôi xin cũng cảm ơn tất cả các bạn trong lớp Cao học Môi trường 2009, các đồng nghiệp đã chia sẻ tài liệu, kiến thức và kinh nghiệm cho tôi hoàn thành luận văn của mình. Do thời gian thực hiện luận văn cũng như trình độ chuyên môn còn hạn chế nên đề tài này không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tôi mong nhận được các ý kiến đóng góp để đề tài nghiên cứu này được hoàn thiện hơn. Tôi xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 12 năm 2011 Học viên: Ngô Thị Huyền Trang
-i - MỤC LỤC MỤC LỤC .....................................................................................................I DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................... V DANH MỤC HÌNH ................................................................................. VII DANH MỤC BẢNG ...............................................................................VIII MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 1 1. SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI............................................................. 1 2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI .......................... 2 2.1 Cơ sở khoa học............................................................................... 2 2.2 Cơ sở thực tiễn. .............................................................................. 3 3. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI .................................................................... 3 4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU....................................... 3 5. GIÁ TRỊ KHOA HỌC VÀ ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI ........................ 3 6. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................................ 4 CHƯƠNG 1.TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI GIÀU NITƠ VÀ CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ THƯỜNG ÁP DỤNG Ở VIỆT NAM .................... 6 1.1. THỰC TRẠNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO NITƠ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM ................................................................................ 6 1.1.1. Trên thế giới................................................................................ 6 1.1.2. Tại Việt Nam ............................................................................... 8 1.2. LÝ THUYẾT CƠ BẢN CỦA QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIÀU NITƠ BẰNG CÔNG NGHỆ THƯỜNG ÁP DỤNG Ở VIỆT NAM 12 1.2.1. Xử lý bằng phương pháp hóa học và hóa lý. ............................ 12
-ii - 1.2.2. Xử lý bằng biện pháp sinh học ................................................. 12 1.2.2.1. Nitrit hóa ............................................................................. 13 1.2.2.2. Khử Nitrit và Nitrat. ........................................................... 14 1.2.3. Những hạn chế của công nghệ xử lý nước thải giàu nitơ thường áp dụng ở Việt Nam. ........................................................................... 16 CHƯƠNG 2.QUÁ TRÌNH OXY HÓA KỴ KHÍ NITƠ AMONI (ANAMMOX) ............................................................................................... 17 2.1. OXY HÓA KỴ KHÍ NITƠ AMONI ............................................... 17 2.1.1. Sự phát hiện phản ứng Anammox ............................................. 17 2.1.2. Bản chất sinh học của quá trình Anammox .............................. 19 2.1.2.1. Phương trình phản ứng. ...................................................... 19 2.1.2.2. Một số đặc điểm sinh lý của vi khuẩn Anammox. ............. 19 2.1.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình Anammox. ................ 21 2.1.2.4. Cơ chế của quá trình Anammox ......................................... 23 2.2. CÁC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ TRÊN CƠ SỞ ANAMMOX ............... 24 2.2.1. Nguyên lý chung........................................................................ 24 2.2.2. SHARON và quá trình kết hợp SHARON – Anammox ............. 25 2.2.3. CANON ..................................................................................... 26 2.2.4. OLAND ..................................................................................... 27 2.2.5. SNAP ......................................................................................... 28 2.2.6. SNAD......................................................................................... 29 CHƯƠNG 3... ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG QUÁ TRÌNH OXY HÓA KỴ KHÍ NITƠ AMONI TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIÀU NITƠ TẠI VIỆT NAM VÀ MỘT SỐ ĐỀ XUẤT ...................................... 30 3.1. TÍNH ƯU VIỆT VÀ MỘT SỐ HẠN CHẾ CỦA CÔNG NGHỆ ANAMMOX................................................................................................ 30
-iii - 3.1.1. Tính ưu việt của công nghệ Anammox...................................... 30 3.1.2. Một số hạn chế của công nghệ Anammox ................................ 32 3.2. THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN VÀ NƯỚC RỈ RÁC ..................................................................................... 33 3.2.1. Nước thải chăn nuôi lợn ........................................................... 33 3.2.1.1. Khái niệm nước thải chăn nuôi lợn .................................... 33 3.2.1.2. Thành phần nước thải chăn nuôi lợn .................................. 33 3.2.1.3. Tính chất ô nhiễm của nước thải chăn nuôi lợn ................ 34 3.2.2. Nước rỉ rác ................................................................................ 35 3.2.2.1. Khái niệm nước rỉ rác ......................................................... 35 3.2.2.2. Quá trình hình thành nước rác ............................................ 35 3.2.2.3. Thành phần của nước rác .................................................... 36 3.3. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG QUÁ TRÌNH ANAMMOX XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN ................................ 38 3.3.1. Hiện trạng xử lý nước thải chăn nuôi lợn ở Việt Nam ............. 38 3.3.2. Một số nghiên cứu ứng dụng quá trình Ananmmox xử lý nước thải chăn nuôi lợn ............................................................................... 43 3.3.2.1. Nghiên cứu ứng dụng nhóm vi khuẩn Anammox trong xử lý nước thải chăn nuôi lợn................................................................... 43 3.3.2.2. Xử lý nước thải chăn nuôi lợn sau bể mê tan bằng cách kết hợp quá trình nitrit hóa bán phần và quá trình Anammox. ............. 44 3.3.3. Đánh giá hiệu quả sử dụng quá trình Anammox để xử lý nitơ trong nước thải chăn nuôi lợn so với các phương pháp hiện nay ...... 48 3.4. ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG QUÁ TRÌNH ANAMMOX TRONG XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC. ............................................................... 49 3.4.1. Hiện trạng xử lý nước rỉ rác ở Việt Nam .................................. 49
-iv - 3.4.2. Một số nghiên cứu ứng dụng quá trình Anammox trong xử lý nước rỉ rác........................................................................................... 52 3.4.2.1. Nghiên cứu kết hợp quá trình nitrt hóa và Anammox trong một bể phản ứng để xử lý nitơ trong nước rỉ rác. ........................... 52 3.4.2.2. Xử lý nước rỉ rác bằng cách kết hợp quá trình Anammox và hệ thống thấm đất. ........................................................................... 54 3.4.3. Đánh giá hiệu quả sử dụng quá trình Anammox để xử lý nitơ trong xử lý nước rỉ rác so với các phương pháp hiện nay.................. 55 3.5. ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIÀU NITƠ ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH ANAMMOX............................................................. 57 3.5.1. Nước thải chăn nuôi lợn. .......................................................... 57 3.5.2. Nước rỉ rác. ............................................................................... 58 3.5.3. Một số loại nước thải giàu nitơ khác. ....................................... 60 CHƯƠNG 4.KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................ 61
-v - DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học AOB Ammonium Oxidizing Bacteria Vi khuẩn oxy hóa amoni NOB Nitrite Oxidizing Bacteria Vi khuẩn oxy hóa nitrit Single reactor system for High-rate Hệ thống loại bỏ nitơ qua SHARON Ammonium Removal Over Nitrite nitrit Completely Autotrophic Nitrogen Quá trình loại nitơ hoàn CANON removal Over Nitrite toàn tự dưỡng qua nitrit Oxygen Limited Autotrophic Hệ thống nitrat hóa – khử OLAND Nitrification – Denitrification nitrat tự dưỡng trong điều system kiện giới hạn oxy Xử lý nitơ trên cơ sở kết Single – stage Nitrogen removal hợp nitrit hóa bán phần và SNAP using Anammox and Partial Anammox trong một bể nitritation phản ứng Xử lý nitơ trên cơ sở kết Simultaneous partial Nitrification, hợp quá trình nitrat hóa SNAD Anaerobic ammonium oxidation and hoặc khả nitrat với quá Denitrification trình Anammox trong một bể phản ứng. RBC Rotating Biological Contactor Đĩa quay sinh học
-vi - Lọc kỵ khí ngược qua lớp UASB Upflow Anaerobic Sludge Blanket đệm bùn HRT Hydralic Retention Time Thời gian lưu thủy lực SRT Sludge Retention Time Thời gian lưu giữ bùn QCVN Quy chuẩn Việt Nam
-vii - DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 : Quá trình chuyển hóa nitơ trong nước thải ................................... 13 Hình 1.2 : Quá trình tiền phản (pre-denification) .......................................... 15 Hình 1.3 : Quá trình hậu phản ứng (post-denification) .................................. 16 Hình 2.1 : Nồng độ amoni của nước thải đầu vào và đầu ra của quá trình khử nitơ trong điều kiện kỵ khí .............................................................................. 17 Hình 2.2 : Cơ chế của quá trình Anammox ................................................... 24 Hình 2.3 : Quá trình nitrit hóa bán phần kết hợp quá trình Anammox .......... 25 Hình 2.4 : Quá trình SNAP ............................................................................ 29 Hình 3.1 : So sánh giữa quá trình nitrification/denitrification và quá trình nitrit hóa/Anammox ........................................................................................ 32 Hình 3.2 : Dây truyền công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi lợn có sử dụng quá trình Anammox......................................................................................... 57 Hình 3.3 : Dây truyền công nghệ xử lý nước rỉ rác có sử dụng quá trình Anammox ........................................................................................................ 59
-viii - DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1. Một số đặc trưng sinh lý của quá trình Anammox và quá trình nitrat hóa [14] .................................................................................................. 20 Bảng 3.1. Thành phần đặc trưng của nước thải chăn nuôi lợn ...................... 34 Bảng 3.2. Thành phần đặc trưng của nước rác từ các bãi chôn lấp mới và lâu năm. ................................................................................................................. 36 Bảng 3.3. Tổng hợp đặc trưng nước rác của các bãi chôn rác ở nước ta ....... 38 Bảng 3.4. Tổng hợp các phương pháp sinh học dùng để xử lý nước thải chăn nuôi lợn ở Việt Nam ........................................................................................ 39 Bảng 3.5. Loại bỏ nitơ từ một số hệ thống khác [56] .................................... 44 Bảng 3.6. Đặc điểm của nước thải dùng để nghiên cứu ................................ 45 Bảng 3.7. Tỷ lệ T – N và COD được loại bỏ trong quá trình nitrit hóa bàn phần với tốc độ tài nitơ 1 kgN.m-3.ngày-1 ..................................................... 46 Bảng 3.8. Các thông số của nước thải sau khi qua quá trình Anammox ở điều kiện trạng thái ổn định ( từ ngày 220 đến ngày 292) ...................................... 47 Bảng 3.9. Các công nghệ xử lý nước rỉ rác ở các bãi chôn lấp ở Việt Nam.. 51
-1- MỞ ĐẦU 1. SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Ô nhiễm môi trường đang là vấn đề đáng lo ngại toàn cầu. Trong đó ô nhiễm môi trường nước là tình trạng phổ biến và nghiêm trọng tại hầu hết các khu đô thị và công nghiệp. Các chuyên gia môi trường đã nhấn mạnh rằng sự sống và đời sống con người sẽ chịu ảnh hưởng nghiêm trọng bởi sự biến đổi môi trường toàn cầu. Trong thế kỷ tới, 1,8 tỷ người sẽ phải sống trong các khu vực khan hiếm nước và 2/3 trong số đó sẽ thiếu nước sạch. Người ta đã phát hiện thấy khoảng 80% loại bệnh tật của con người có liên quan đến chất lượng nước dùng cho sinh hoạt. Vì vậy chất lượng nước có vai trò hết sức quan trọng trong sự nghiệp bảo vệ và chăm sóc sức khỏe cộng đồng. Hiện nay ở Việt Nam, mặc dù các cấp, các ngành đã có nhiều cố gắng trong việc thực hiện chính sách và pháp luật về bảo vệ môi trường nhưng tình trạng ô nhiễm nước là vấn đề rất đáng lo ngại. Tốc độ công nghiệp hóa và đô thị hóa khá nhanh và sự gia tăng dân số gây áp lực ngày càng nặng nề đối với tài nguyên nước trong vùng lãnh thổ. Môi trường nước ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng ô nhiễm bởi nước thải, khí thải và chất thải rắn. Ở các thành phố lớn, hàng trăm cơ sở sản xuất công nghiệp đang gây ô nhiễm môi trường nước do không có công trình và thiết bị xử lý chất thải. Ô nhiễm nước do sản xuất công nghiệp là rất nặng.Ví dụ ở ngành công nghiệp dệt may, ngành công nghiệp giấy và bột giấy, nước thải thường có độ pH trung bình từ 9-11; chỉ số nhu cầu oxy hóa sinh hóa (BOD), nhu cầu oxy hóa học (COD) có thể lên đến 700mg/l và 2500mg/l; hàm lượng chất rắn lơ lửng cao gấp nhiều lần giới hạn cho phép. Hàm lượng nước thải trong các ngành này có chứa xyanua (CN-) vượt đến 84 lần, H2S vượt 4.2 lần, hàm lượng NH3 vượt 84 lần tiêu chuẩn cho phép đã gây ô nhiễm nặng nề các nguồn nước mặt
-2- trong vùng dân cư. Đặc biệt, các loại nước công nghiệp giàu hợp chất nitơ thải vào môi trường làm cho nguồn nước tự nhiên ngày càng bị ô nhiễm bởi các hợp chất nitơ mà chủ yếu là amoni. Amoni không gây độc trực tiếp cho con người nhưng sản phẩm chuyển hóa từ amoni là nitrit và nitrat là yếu tố gây độc. Các hợp chất nitrit và nitrat hình thành do quá trình oxy hóa của vi sinh vật trong quá trình xử lý, tàng trữ và chuyển tải trong nước, xâm nhập trở lại và nguồn nước sinh hoạt. Vì vậy việc xử lý amoni trong nước là đối tượng rất đáng quan tâm. Chính vì vậy luận văn này tôi tập trung vào “Nghiên cứu đánh giá và đề xuất công nghệ xử lý nước thải giàu nitơ bằng quá trình oxy hóa kỵ khí nitơ amoni (Anammox)”. Đề tài đặt ra với mục đích đánh giá về đề xuất để phát triển các phương pháp ứng dụng quá trình oxy hóa kỵ khí nitơ amoni để xử lý nước thải giàu nitơ, góp phần tìm ra giải pháp để tăng cường hiệu quả xứ lý nước thải. 2. CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 2.1 Cơ sở khoa học. Từ những năm 1995, phản ứng chuyển hóa hợp chất nitơ đã được phát hiện trong nước thải. Đó là phản ứng oxy hóa amoni bởi nitrit trong điều kiện kỵ khí (Anaerobic Ammonium Oxidation – Anammox) để tạo thành nitơ phân tử mà không cần cung cấp chất hữu cơ, dinh dưỡng. Bản chất của quá trình amoni được oxy hóa trong điều kiện kỵ khí mà nitrit đóng vai trò là chất nhận điện tử để tạo thành nitơ phân tử. Amoni được xử lý bằng nhiều phương pháp khác nhau, nhưng với công nghệ mới này thì quá trình xử lý đơn giản hơn, ít tiêu tốn năng lượng và rút ngắn thời gian xử lý. Với những ưu điểm vượt trội, quá trình Anammox trong những nghiên cứu thực nghiệm đã đạt được những kết quả rất cao trong xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học.
-3- 2.2 Cơ sở thực tiễn. Nhu cầu xây dựng các trạm xử lý nước thải cho các khu công nghiệp đang rất cấp thiết. Hiện tại ở Việt Nam, việc ứng dụng quá trình Anammox trong xử lý nước thải mới đang thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm. Mặc dù mọi thí nghiệm đều thành công nhưng để ứng dụng được rộng rãi cần có sự nghiên cứu và đánh giá về công nghệ cũng như quy trình vận hành bảo dưỡng trong điều kiện của Việt Nam. 3. MỤC ĐÍCH CỦA ĐỀ TÀI  Nâng cao hiểu biết về xử lý nước thải bằng quá trình Anammox.  Phân tích, đánh giá sự khác nhau cơ bản của công nghệ xử lý nước thải giàu nitơ bằng quá trình oxy hóa kỵ khí nitơ amoni so với các công nghệ truyền thống từ đó nêu ra được ưu điểm vượt trội của công nghệ này.  Đánh giá và đề xuất một số tiêu chí kỹ thuật và phạm vi ứng dụng quá trình oxy hóa kỵ khí nitơ amoni trong công nghệ xử lý nước thải giàu nitơ. 4. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU  Công nghệ truyền thống xử lý nước thải giàu nitơ.  Công nghê xử lý nước thải giàu nitơ bằng quá trình oxy hóa kỵ khí nitơ amoni (Anammox).  Đánh giá và đề xuất ứng dụng quá trình Anammox trong xử lý nước thải giàu nitơ, cụ thể với nước rỉ rác và nước thải chăn nuôi lợn. 5. GIÁ TRỊ KHOA HỌC VÀ ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI Qúa trình xử lý nitơ truyền thống là dựa trên sự kết hợp hai công đoạn xử lý sinh học: nitrat hóa và khử nitrat. Tuy nhiên, từ sau khi phản ứng oxy
-4- hóa kỵ khí amoni thực hiện bởi các vi khuẩn tự dưỡng được phát hiện năm 1995, kỹ thuật xử lý nitơ mới trên cơ sở Anammox đã được nghiên cứu và cho thấy có nhiều ưu điểm hơn so với kỹ thuật truyền thống. Quá trình này giảm được lượng bùn xử lý và lượng oxy cung cấp cho quá trình xử lý. Với những tác hại của nitơ trong nước thải đem đến cho sức khỏe con người và cho môi trường. Việc tìm ra các biện pháp xử lý cho hiệu quả cao, ít tốn kém đồng thời đảm bảo sự phát triển bền vững, dùng chính yếu tố sinh thái trong tự nhiên để xử lý là vô cùng cần thiết. Đề tài này với mong muốn phát triển và hoàn thiện hơn nữa các quá trình xử lý nước thải giàu nitơ, đảm bảo sự ổn định của môi trường sống. 6. CÁC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU  Phương pháp tổng hợp lý thuyết. Phương pháp này giúp có cái nhìn tổng quan về những công nghệ truyền thống xử lý nước thải công nghiệp giàu nitơ, từ đó mở ra hướng nghiên cứu mới dựa trên những nghiên cứu đã có.  Phương pháp kế thừa. Kế thừa, vận dụng các kết quả nghiên cứu đã có, phát huy những ưu điểm, khắc phục những nhược điểm của dự án “Nghiên cứu đánh giá và đề xuất công nghệ xử lý nước thải giàu nitơ bằng quá trình oxy hóa kỵ khí nitơ amoni (Anammox)”  Phương pháp chuyên gia. Đây là một phương pháp quan trọng, sử dụng kỹ năng, hiểu biết của các chuyên gia có chuyên môn sâu về lĩnh vực có liên quan để phân tích, đánh giá, dự báo và đề xuất các giải pháp xử lý.  Phương pháp thu thập và phân tích số liệu
-5- Thu thập và phân tích các số liệu của các nghiên cứu có liên quan theo hướng của đề tài  Phương pháp so sánh. So sánh hiệu quả xử lý nước thải giàu nitơ bằng công nghệ truyền thống với công nghệ có sử dụng quá trình Anammox, từ đó thấy được rõ tính ưu việt khi sử dụng quá trình Anammox để xử lý nước thải giàu nitơ.
-6- CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI GIÀU NITƠ VÀ CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ THƯỜNG ÁP DỤNG Ở VIỆT NAM 1.1. THỰC TRẠNG Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG DO NITƠ TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT NAM 1.1.1. Trên thế giới Nitơ là một chất dinh dưỡng thiết yếu và là một yếu tố hữu hạn đối với tất cả sự sống trên hành tinh của chúng ta. Thực vật, động vật và vi khuẩn, tất cả đều sử dụng nitơ (trong các amino axit, thành phần cấu tạo nên protein – chất đạm). Tuy nhiên sự khởi đầu của cuộc cách mạng công nghiệp đã báo trước một sự thay đổi nghiêm trọng làm ảnh hưởng đến sự cân bằng nitơ. Việc đốt cháy những nguyên liệu dưới lòng đất như than đá, dầu mỏ với quy mô lớn đã giải phóng những lượng lớn nitơ (bao gồm cả đinitơ oxit hay N2O). Điều này trở nên nghiêm trọng hơn khi Thế chiến I diễn ra, với sự phát triển của quá trình Haber – Bosh (quá trình điều chế NH3 từ khí N2 mà không có sự tham gia của vi khuẩn cố định đạm nói trên). Lượng amoni được sản xuất trở thành một nguồn tài nguyên đáng kể và được sử dụng làm nguyên liệu sản xuất những thứ phân bón rẻ tiền cho hoa màu. Việt đốt rừng làm rẫy cũng như sản xuất nylon cũng góp phần đáng kể vào sự gia tăng của nitơ. Có hai đối tượng chính chịu ảnh hưởng xấu của các hợp chất của Nitơ: môi trường và sức khỏe con người. Khi khí đinitơ oxit (N2O) lên đến tầng bình lưu và phá hủy tầng ozone, dẫn đến sự gia tăng lượng bức xạ cực tím, gây ung thư da và đục thủy tinh thể. Trớ trêu thay khi N2O ở gần mặt đất nó có thể tạo thành ozone, từ đó tạo thành sương mù vào những ngày nắng nóng và không có gió. Sương mù đó gây ra các bệnh đường hô hấp, phá hoại buồng phổi, tăng nguy cơ ung thư cũng như làm giảm sức đề kháng của con
-7- người. Nitơ oxit cũng hòa tan hơi nước trong không khí và tạo thành mưa axit, bào mòn đá, các vật dụng bằng kim loại cũng như nhà cửa. Năm 1967, một cây cầu trên sông Ohio bị sập do mưa axit, khiến 46 người chết. Không chỉ thế, ngay đến con người, thực vật cũng gặp nguy hiểm. Mối liên hệ giữa mưa axit, bệnh Alzheimer và các vấn đề về não bộ đã được nhiều nhà khoa học lưu ý. Nitơ cũng gây ra hiện tượng trái đất nóng dần lên. Dù nồng độ nitơ oxit trong không khí ít hơn đáng kể so với nồng độ CO2, mối nguy hại tiềm tàng do chúng gây ra làm ảnh hưởng xấu đến sức khỏe và môi trường lại nhiều gấp 300 lần. Hàm lượng nitrat cao trong nước thải đã trở thành một vấn đề nghiêm trọng đối với môi trường trên phạm vi toàn cầu. Tại châu Âu, người ta đánh giá có khoảng 10 triệu người sử dụng nước có lượng nitơ quá cao. Nếu nước thải có nhiều nitrat chảy vào ao hồ, sông ngòi, biển và các vùng vịnh sẽ gây nên hiện tượng phú dưỡng làm rong rêu phát triển quá mức. Rong rêu sẽ chiếm lấy và làm giảm hàm lượng oxy trong nước, phá hủy hệ động vật thủy sinh, tạo ra những vùng chết cực độc. Nitrat gây ô nhiễm nước uống cũng là nguyên nhân của bệnh methemoglobin huyết, hết sức có hại cho trẻ em và các bà mẹ nuôi con nhỏ.(NO3- → NO2- → kết hợp với hồng cầu, ngăn cản sự liên kết và vận chuyển oxy → gây bệnh thiếu oxy trong máu). Theo Nancy Rabalais, giám đốc điều hành Trung tâm nghiên cứu hàng hải đại học Louisiana (Louisiana Universities Marine Consortium) được biết đến như là chuyên gia về các vùng biển chết, có một vùng biển chết rộng đến 8500 dặm vuông (22000 km2) ở bang Massachusetts được ghi nhận vào năm 2002, đe dọa sự sống tại các vùng bờ biển và các khu vực sống ở các bờ sông.
-8- Hầu hết các nước công nghiệp hóa đã có lệnh cấm không được thải nước có hàm lượng nitrat cao. Các cơ quan chính quyền ở Mỹ đã quy định về tiêu chuẩn nitrat trong nước thải là 10 mg/l nitơ ( dạng nitrat) Các chất nitrat gây ô nhiễm có nguồn gốc công nghiệp chủ yếu là từ các nhà máy cán thép, phân bón và các nhà máy sản xuất thuốc nổ, mỏ, nhà máy giấy, nhà máy sản xuất thực phẩm. Ngành công nghiệp vận tải cũng thải ra nhiều khí oxit nitơ (NOx), có hại cho phổi và một phần gây ra các cơn mưa axit tấn công các khu rừng. 1.1.2. Tại Việt Nam Một vấn đề nóng bỏng, gây bức xúc trong dư luận xã hội cả nước hiện nay là tình trạng ô nhiễm môi trường sinh thái do các hoạt động sản xuất công nghiệp. Vấn đề này càng trầm trọng, đe dọa trực tiếp sự phát triển kinh tế - xã hội bền vững, sự tồn tại, phát triển của các thế hệ hiện tại và tương lai. Trong những năm đầu thực hiện đường lối đổi mới, vì tập trung ưu tiên phát triển kinh tế và cũng một phần do nhận thức hạn chế nên việc gắn phát triển kinh tế với bảo vệ môi trường chưa chú trọng đúng mức. Tình trạng tách rời công tác bảo vệ môi trường với sự phát triển kinh tế - xã hội diễn ra phổ biến ở nhiều ngành, nhiều cấp, dẫn đến tình trạng ô nhiễm môi trường diễn ra phổ biến và ngày càng trầm trọng. Ô nhiễm môi trường gồm 3 loại: ô nhiễm đất, ô nhiễm nước và ô nhiễm không khí. Trong đó ô nhiễm nước cực kì nghiêm trọng. Theo Báo cáo của Bộ Tài nguyên và Môi trường, tính đến ngày 20/4/2008 cả nước có 185 khu công nghiệp được Thủ tướng Chính phủ quyết định thành lập trên địa bàn 56 tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương. Đến hết năm 2008, cả nước có khoảng trên 200 khu công nghiệp. Ngoài ra, còn có hàng trăm cụm, điểm công nghiệp được Ủy ban Nhân dân các tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương quyết định thành lập. Theo báo cáo giám sát của Ủy ban khoa
-9- học, công nghệ và môi trường của Quốc hội, tỉ lệ các khu công nghiệp có hệ thống xử lý nước thải tập trung ở một số địa phương rất thấp, có nơi chỉ đạt 15 – 20%, như Bà Rịa – Vũng Tàu, Vĩnh Phúc. Một số khu công nghiệp có xây dựng hệ thống xử lý nước thải tập trung nhưng hầu như không vận hành để giảm chi phí. Đến nay, mới có 60 khu công nghiệp đã hoạt động có trạm xử lý nước thải tập trung (chiếm 42% số khu công nghiệp đã vận hành) và 20 khu công nghiệp đang xây dựng trạm xử lý nước thải. Bình quân một ngày, các khu, cụm, điểm công nghiệp thải ra khoảng 30.000 tấn chất thải rắn, lỏng, khí và chất thải độc hại khác. Tại hội nghị triển khai đề án bảo vệ môi trường lưu vực hệ thống sông Đồng Nai ngày 26/02/2008, các cơ quan chuyên môn đều có chung đánh giá: nguồn nước thuộc lưu vực sông Sài Gòn – Đồng Nai hiện đang bị ô nhiễm nặng, không đạt chất lương mặt nước dùng làm nguồn cấp sinh hoạt. Theo số liệu do Chi cục Bảo vệ môi trường phối hợp với Công ty Cấp nước Sài Gòn thực hiện năm 2008 cho thấy, lượng amoniac (NH3), chất rắn lơ lửng, ô nhiễm hữu cơ tăng cao tại hầu hết các rạch, cống và các điểm xả. Có khu vực, hàm lượng nồng độ NH3 trong nước vượt gấp 30 lần tiêu chuẩn cho phép (như cửa sông Thị Tính); hàm lượng chì trong nước vượt tiêu chuẩn quy định nhiều lần; chất rắn lơ lửng vượt tiêu chuẩn từ 3 – 9 lần…Tác nhân chủ yếu của tình trạng ô nhiễm này chính là trên 9.000 cơ sở sản xuất công nghiệp nằm phân tán, nằm xen kẽ trong khu dân cư trên lưu vực sông Đồng Nai. Bình quân mỗi ngày, lưu vực sông phải tiếp nhận khoảng 48.000 m3 nước thải từ các cơ sở sản xuất này. Dọc lưu vực sông Đồng Nai, có 56 khu công nghiệp, khu chế xuất đang hoạt động nhưng chỉ có 21 khu có hệ thống xử lý nước thải tập trung, số còn lại đều xả trực tiếp vào nguồn nước, gây tác động xấu đến chất lượng nước của các nguồn tiếp nhận…Có nơi, hoạt động của các nhà máy trong khu công nghiệp đã phá vỡ hệ thống
-10- thủy lợi, tạo ra những cánh đồng hạn hán, ngập úng và ô nhiễm nguồn nước tưới, gây trở ngại rất lớn cho sản xuất nông nghiệp của bà con nông dân. Trong đó, nước thải công nghiệp giàu nitơ cũng “đóng góp” một phần không nhỏ trong việc gây nên ô nhiễm môi trường nước trầm trọng. Điển hình cho nước thải công nghiệp giàu nitơ là nước rỉ rác (nước rác). Đây là nguồn nước thải độc hại do có chưa nhiều chất độc hại hủy diệt đối với sinh vật và con người như nitơ, amoniac, vi khuẩn gây bệnh đường ruột, BOD… Hiện nay, trên địa bàn cả nước có rất ít bãi chôn lấp có trạm xử lý nước rác. Các trạm xử lý nước rác mới chỉ được đầu tư xây dựng tại các bãi chôn lấp được xem là hợp vệ sinh như trạm xử lý nước rác Nam Sơn (Hà Nội); trạm xử lý nước rác Đèo Sen, Hà Khẩu, Quang Hanh (Quảng Ninh); trạm xử lý nước rác Tràng Cát (Hải Phòng); trạm xử lý nước rác Lộc Hòa (Nam Định). Bên cạnh những hệ thống xử lý được đầu tư quy mô công nghiệp, hiện đại, vẫn còn tồn tại phần lớn các công trình này hiệu quả đều không cao, không đáp ứng được yêu cầu xử lý đạt tiêu chuẩn thải với các chỉ tiêu COD và nitơ tổng. Trên thực tế, việc xử lý nước rác tại các bãi chôn lấp tại thành phố Hồ Chí Minh như bãi chôn lấp Đông Thạnh, Gò Cát, Phước Hiệp và Đa Phước gặp không ít khó khăn. Tại khu dân cư gần khu vực bãi rác Phước Hiệp, Củ Chi, mùi rác cứ chốc chốc lại theo gió cuốn vào nhà, rất nồng nặc, khó chịu. Khi các bãi rác Gò Cát, Đông Thạnh lần lượt đóng cửa thì từ giữa năm 2007 đến nay, bãi rác Phước Hiệp gần như là nơi tập kết rác chính của toàn thành phố. Mỗi ngày, bãi rác phải tiếp nhận 7000 tấn rác thải và lượng nước rác từ bãi rác khổng lồ này là 2200 m3/ngày đêm, nhưng hiện tại chỉ xử lý được 800 m3/ngày đêm. Các kênh Thầy Cai, kênh 15, kênh 16 … đang oằn mình gánh chịu lương nước rò rỉ, tràn ra từ bãi rác này và đang ô nhiễm nặng.
-11- Hàng năm cứ vào mùa mưa, lượng nước rác thừa do không xử lý kịp lên tới hàng trăm mét khối/ngày. Nếu không đẩy nhanh tiến độ xử lý nước rác, các bờ bao bãi rác sẽ có nguy cơ bị vỡ như đã từng xảy ra vào tháng 4 và tháng 10 năm 2003. Hai đợt vỡ này đã làm thiệt hại 6000 m2 lúa mới trồng. 20 ha rừng tràm, 15000 gốc dứa, điều, xoài… của dân ở khu vực xung quanh. Một trong những nguồn thải cũng gây ô nhiễm không kém là nước thải chăn nuôi lợn. Báo cáo mới đây của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn cho thấy, nguồn chất thải vào môi trường từ trồng trọt và chăn nuôi đang có xu hướng gia tăng, trong khi việc kiểm soát chưa đạt hiệu quả cao. Trong đó đáng lo ngại là chất thải từ chăn nuôi. Hiện tại cả nước có 16.700 trang trại chăn nuôi, tập trung chủ yếu ở Đồng bằng sông Hồng và Đông Nam Bộ với tổng đàn gia súc 37,8 triệu con trong đó lợn chiếm 25,6 triệu con. Theo tính toán của Vụ Khoa học Công nghệ và Môi trường, lượng phân thải của lợn là 2,5-3,5kg/con. Như vậy tính ra lượng chất thải trong chăn nuôi lợn của nước ta hiện nay khoảng 24,38 triệu tấn/năm. Trong đó, khoảng 50% lượng chất rắn và 80% chất thải lỏng xả thẳng vào môi trường, hoặc sử dụng không qua xử lý sẽ gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Các yếu tố gây ô nhiễm môi trường bao gồm nhiều yếu tố như CO2, kim loại nặng, nitơ. Nitơ được thải ra ở dạng nitơ hữu cơ trong phân và nước tiểu của vật nuôi. Sau đó nitrogen được biến đổi thành hoặc là amoni (NH4+) trong điều kiện pH axit hoặc trung tính hoặc thành amoniac (NH3) trong điều kiện pH cao hơn. NH3 thoát ra sẽ gây ảnh hưởng xấu lên môi trường như làm axit hóa đất và gây phú dưỡng nước, giúp tảo độc hại phát triển sẽ tiêu diệt động vật nước do làm giảm lượng oxy.