Nghiên cứu tái sử dụng nước thải chứa chất hữu cơ vào canh tác cây trồng nông nghiệp

LÔØI CAÛM ÔN Baøi khoùa luaän hoaøn thaønh vôùi söï noã löïc cuûa baûn thaân cuøng söï giuùp ñôõ quyù baùu taän tình cuûa quyù thaày coâ, baïn beø vaø gia ñình . Em xin göûi lôøi caûm ôn chaân thaønh tôùi : Em chaân thaønh caûm ôn thaày Thaïc só Laâm Vónh Sôn ñaõ gôïi môû , tröïc tieáp höôùng daãn ñeà taøi cho em . Quyù thaày coâ khoa Moâi Tröôøng vaø Coâng Ngheä Sinh Hoïc suoát 3 naêm qua ñaõ truyeàn ñaït nhöõng kieán thöùc neàn taûng caàn thieát , ñoäng vieân em trong thôøi gian thöïc hieän khoùa luaän. Caûm ôn ñeán caùc baïn lôùp 07CSH, caùc anh chò khoùa treân cuøng nhau gaén boù suoát quaõng ñôøi sinh vieân ñoäng vieân giuùp ñôõ mình trong suoát thôøi gian thöïc hieän khoùa luaän. Vaø cuoái cuøng xin caûm ôn cha meï luoân uûng hoä , ñoäng vieân con, laø choã döïa vöõng chaéc trong suoát böôùc ñöôõng hoïc taäp. Em chaân thaønh caûm ôn. Sinh vieân thöïc hieän Ñaëng Thò Ngoïc Mai MUÏC LUÏC NHIEÄM VUÏ ÑOÀ AÙN TOÁT NGHIEÄP NHAÄN XEÙT GIAÙO VIEÂN HÖÔÙNG DAÃN LÔØI CAÛM ÔN DANH MUÏC CAÙC KYÙ HIEÄU VAØ CHÖÕ VIEÁT TAÉT DANH MUÏC CAÙC BAÛNG DANH MUÏC CAÙC HÌNH AÛNH DANH MUÏC CAÙC ÑOÀ THÒ trang CHÖÔNG I MÔÛ ÑAÀU 1 1.1 ÑAËT VAÁN ÑEÀ 2 1.2 TÍNH CAÁP THIEÁT CUÛA ÑEÀ TAØI 3 1.3 MUÏC TIEÂU ÑEÀ TAØI 4 1.4 NOÄI DUNG ÑEÀ TAØI 4 1.5 PHÖÔNG PHAÙP THÖÏC HIEÄN 4 1.6 TÍNH MÔÙI ÑEÀ TAØI 4 1.7 YÙ NGHÓA KHOA HOÏC 4 1.8 YÙ NGHÓA THÖÏC TIEÃN 5 CHÖÔNG II TOÅNG QUAN VEÀ XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP SINH HOÏC 6 2.1 Toång quan veà nöôùc saïch 7 2.1.1 Khaùi nieäm nöôùc saïch 7 2.1.2 Ñònh nghóa nöôùc thaûi 7 2.1.2.1 Nöôùc thaûi sinh hoaït 8 2.1.2.2 Nöôùc thaûi coâng nghieäp 8 2.1.2.3 Nöôùc thaûi töï nhieân 8 2.1.2.4 Nöôùc thaûi ñoâ thò 8 2.1.2.5 Muïc ñích xöû lyù nöôùc thaûi 8 2.1.3 Thaønh phaàn tính chaát nöôùc thaûi 9 1.1.3.1 Tính chaát vaät lyù 9 1.1.3.2 Tính chaát hoùa hoïc 9 2.1.4 Caùc thoâng soá ñaùnh giaù oâ nhieãm vaø yeâu caàu xöû lyù 10 2.2 Toång quan xöû lyù nöôùc thaûi baèng phöông phaùp sinh hoïc 12 2.2.1 Vi sinh vaät trong quaù trình xöû lyù 13 2.2.1.1 Khaùi nieäm vi sinh vaät vaø taàm quan troïng cuûa vi sinh vaät 13 2.2.2 Cô sôû lyù thuyeát cuûa quaù trình xöû lyù baèng phöông phaùp sinh hoïc 14 2.2.3 Nguyeân lyù chung cuûa quaù trình oxy hoùa sinh hoùa 16 2.2.4 Söï phaùt trieån teá baøo vaø ñoäng hoïc cuûa phaûn öùng leân men 18 2.2.5 AÛnh höôûng caùc yeáu toá leân quaù trình oxy hoùa sinh hoùa 21 2.2.5.1 AÛnh höôûng nhieät ñoä 21 2.2.5.2 AÛnh höôûng cuûa kim loaïi naëng 21 2.2.5.3 Haáp thuï vaø nhu caàu oxy 21 2.2.5.4 Caùc yeáu toá dinh döôõng vaø vi löôïng 21 2.2.6 Caáu truùc vaø caùc chaát oâ nhieãm buøn hoaït tính 22 2.2.6.1 Quaù trình oxy hoùa sinh hoùa vaø caáu truùc 22 2.2.6.2 Caùc daïng vaø caáu truùc caùc VSV tham gia xöû lyù 22 2.2.7 Caùc phöông phaùp yeám khí 23 Quaù trình xöû lyù kî khí sinh tröôûng lô löûng 24 Quaù trình xöû lyù sinh tröôûng baùm dính 24 2.2.7.1 Beå yeám khí 24 2.2.7.1.1 Nguyeân lyù chung 24 2.2.7.1.2 Quaù trình coâng ngheä beå yeám khí 26 Quaù trình coâng ngheä 26 Vi sinh vaät tham gia xöû lyù 27 2.2.7.1.3 Caùc yeáu toá aûnh höôûng tôùi hieäu xuaát phaân huûy taïo khí meâtan 28 Aûnh höôûng nhieät ñoä 28 Lieàu löôïng naïp nhieân lieäu 28 Caùc chaát dinh döôõng 29 pH vaø ñoä kieàm 29 Ñoä maën 29 2.2.7.2 Hoà yeám khí 30 2.2.8 Caùc phöông phaùp hieáu khí 31 2.2.8.1 Xöû lyù nöôùc thaûi trong coâng trình nhaân taïo 32 2.2.8.1.1 Xöû lyù tong caùc beå Arotenk 32 2.2.8.1.2 Beå Loïc sinh hoïc( Biophin) 36 2.2.8.2 Xöû lyù nöôùc thaûi trong ñieàu kieän töï nhieân 35 2.2.8.2.1 Caùnh ñoàng töôùi coâng coäng vaø baõi loïc 35 2.2.8.2.2 Caùnh ñoàng töôùi noâng nghieäp 36 2.2.8.2.3 Hoà sinh hoïc 37 Hoà hieáu khí 38 Hoà hieáu khí tuøy nghi 39 Hoà kî khí 40 2.2.9 Xöû lyù buøn caën 41 CHÖÔNG III TOÅNG QUAN XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI BAÈNG BAÕI LOÏC TROÀNG CAÂY VAØ ÖÙNG DUÏNG TRONG SAÛN XUAÁT NOÂNG NGHIEÄP 44 3.1Toång quan veà baõi loïc troàng caây (Constructed Wetland) 46 3.1.1 Khaùi nieäm 46 3.1.2 Caùc nguyeân lyù cô baûn trong baõi loïc 46 3.1.3 Caùc daïng Baõi loïc ngaäp nöôùc nhaân taïo 47 3.1.3.1 BLNT coù doøng chaûy beà maët (FWS) 48 Caùc nguyeân lyù cô baûn 48 Taùc duïng cuûa caây trong FWS 48 Cô cheá vaän chuyeån oxy trong FWS 49 3.1.3.2 BLNT coù doøng chaûy ngaàm (SSF) 49 Phaân loaïi 49 Caùc nguyeân lyù cô baûn 50 Vaän chuyeån oxy trong SSF 50 Loaïi boû P qua haáp phuï (phaân huûy caùc phaàn töû P) 50 3.1.3.2.1 Heä thoáng BLNT vôùi doøng chaûy ngaàm ngang (HSF) 50 3.1.3.2.2 Heä thoáng BLNT vôùi doøng chaûy ngaàm thaúng ñöùng (VSF) 51 3.1.4 Caáu taïo vaø caùc cô cheá loaïi boû chaát oâ nhieãm trong BLNT 52 3.1.4.1 Caáu taïo heä thoáng BLNT 52 3.1.4.2 Cô cheá loaïi boû chaát oâi nhieãm trong BLNT 54 Quaù trình vaät lyù 54 Quaù trình hoùa hoïc 55 Quaù trình sinh hoïc 55 3.1.5 Khaû naêng xöû lyù cuûa BLNT 57 3.1.6 Thöïc vaät trong baõi loïc 59 3.1.6.1 Caùc nhoùm thöïc vaät thuûy sinh 59 3.1.6.2 Vai troø cuûa thöïc vaät trong Baõi loïc 61 3.1.6.3 Khaû naêng chuyeån hoùa moät soá chæ tieâu trong nöôùc thaûi 62 3.1.7 Vi sinh vaät trong baõi loïc nhaân taïo 63 3.1.8 Vaän haønh vaø baûo döôõng heä thoáng BLNT 64 3.1.9 Öu vaø nhöôïc ñieåm cuûa BLNT 66 3.2 ÖÙng duïng cuûa BLNT trong canh taùc noâng nghieäp 68 3.2.1 Treân theá giôùi 68 3.2.2 Taïi Vieät Nam 70 CHÖÔNG IV MOÂ HÌNH NGHIEÂN CÖÙU VAØ KEÁT QUAÛ THAÛO LUAÄN 72 4.1 Keát quaû thí nghieäm 73 4.1.1 Quy moâ phoøng thí nghieäm 73 4.1.2 Moâ hình nghieân cöùu 73 4.1.2.1 Ñòa ñieåm thí nghieäm 73 4.1.2.2 Caùc coâng ñoaïn cuûa moâ hình 74 4.2 Keát quaû vaø thaûo luaän 74 4.2.1 Keát quaû 74 4.2.2 Thaûo luaän 78 4.2.2.1 Chieàu cao caây X 79 4.2.2.2 Soá laù caây Y 81 4.2.2.3 Dieän tích laù Z 82 4.2.3 Caùc ñieàu kieän aûnh höôûng tôùi söï sinh tröôûng vaø phaùt trieån cuûa rau caûi xanh 84 4.2.3.1 Aûnh höôûng thôøi tieát khí haäu 84 4.2.3.2 Chaát dinh döôõng 84 4.2.3.3 Caùc yeáu toá moâi tröôøng 86 CHÖÔNG V KEÁT LUAÄN VAØ KIEÁN NGHÒ 87 5.1 Keát luaän 88 5.2 Kieán nghò 90 Taøi lieäu tham khaûo Phuï luïc 1 Phuï luïc 2 Phuï luïc 3  DANH MUÏC CAÙC KYÙ HIEÄU VAØ CHÖÕ VIEÁT TAÉT BOD5 Nhu caàu oxy hoùa sinh hoïc 5 ngaøy (Biological Oxygen Demand) COD Nhu caàu oxy hoùa hoùa hoïc (Chemical Oxygen Demand) DO Oxy hoøa tan (Dissolved oxygen) XLNT Xöû lyù nöôùc thaûi VSV Vi sinh vaät BLNT Baõi loïc nhaân taïo SS Chaát raén lô löûng TCVN Tieâu chuaån Vieät Nam ÑH Ñaïi Hoïc DANH MUÏC CAÙC BAÛNG BAÛNG 2.1 Xeáp loaïi caùc VSV coù trong phaân ngöôøi vaø gia suùc theo möùc ñoä nguy hieåm 14 BAÛNG 2.2 Thaønh phaàn % caùc khí sinh ra trong quaù trình leân men 25 BAÛNG 3.1 Giaù trò KA vaø C* cuûa moät soá thaønh phaàn nöôùc thaûi ñoái vôùi heä thoáng FWS vaø SSF 54 BAÛNG 3.2 Moät soá loaøi thöïc vaät thuûy sinh tieâu bieåu 61 BAÛNG 3.3 Toùm taét caùc vai troø cô baûn cuûa thöïc vaät trongBLNT 62 BAÛNG 3.4 Chaát löôïng nöôùc sau baõi loïc nhaân taïo Uggerhaine 69 BAÛNG 3.5 Hieäu quaû xöû lyù cuûa coû Vetiver ôû UÙc 69 BAÛNG 4.1 Caùc chæ tieâu thoâng soá ñaàu vaøo nöôùc thaûi cheá bieán thòt 73 BAÛNG 4.2 Caùc thoâng soá maãu nöôùc gieáng 73 BAÛNG 4.3 Keát quaû so saùnh caùc nghieäm thöùc 79 DANH MUÏC CAÙC HÌNH VAØ SÔ ÑOÀ HÌNH 2.1 Ñöôøng cong sinh tröôûng cuûa VSV trong beå xöû lyù 19 HÌNH 2.2 Sô ñoà phaân loaïi caùc heä thoáng xöû lyù kî khí 23 HÌNH 2.3 Sô ñoà phaân huûy yeám khí nöôùc thaûi 26 HÌNH 2.4 Sô ñoà hoà yeám khí xöû lyù nöôùc thaûi cheá bieán thòt 31 HÌNH 2.5 Caùc quaù trình trong Beå loïc sinh hoïc nhoû gioït 34 HÌNH 2.6 Caùc quaù trình xaûy ra trong Hoà sinh hoïc 37 HÌNH 2.7 Moái quan heä coäng sinh giöõa taûo vaø VSV trong Hoà hieáu khí 39 HÌNH 2.8 Sô ñoà Hoà hieáu khí tuøy nghi 40 HÌNH 2.9 Sô ñoà quaù trình phaân huûy kî khí 41 HÌNH 2.10 Sô ñoà phaân huûy buøn caën 42 HÌNH 3.1 Phaân loaïi Baõi loïc nhaân taïo 47 HÌNH 3.2 Moâ hình BLNT coù doøng chaûy beà maët (FWS) 48 HÌNH 3.3 Moâ hình BLNT coù doøng chaûy ngaàm ngang(HSF) 51 HÌNH 3.4 Moâ hình BLNT coù doøng chaûy ngaàm thaúng ñöùng(VSF) 52 HÌNH 3.5 Caáu taïo heä thoáng BLNT 53 HÌNH 3.6 Quaù trình chuyeån hoùa caùc chaát oâ nhieãm trong BLNT 58 HÌNH 3.7 Xöû lyù nöôùc thaûi baèng caây saäy taïi Ñan Maïch 68 HÌNH 3.8 Moâ hình xöû lyù nöôùc thaûi baèng caây Dong Gieàng vaø Moâ hình xöû lyù nöôùc thaûi taïi coáng thaûi nuoâi heo ôû Ñoàng Nai 71 HÌNH 3.9 Moâ hình Baõi loïc troàng caây coû neán cuûa tröôøng ÑH noâng laâm 71 HÌNH 4.1 Luoáng thöù 2 sau 5 ngaøy tuoåi 75 HÌNH 4.2 Rau caûi xanh sau 10 ngaøy tuoåi 76 HÌNH 4.3 Söï haáp thuï chaát dinh döôõng vaø vaän chuyeån oxy vaøo reå thöïc vaät 76 HÌNH 4.4 Luoáng thöù 2 sau 20 ngaøy troàng thí nghieäm 78 HÌNH 4.5 Luoáng thöù 1 vaø thöù 2 sau 20 ngaøy 79 Sô ñoà Caùnh Ñoàng töôùi 35 DANH MUÏC ÑOÀ THÒ ÑOÀ THÒ 4.1 Chieàu cao trung bình cuûa Luoáng thöù 1 79 ÑOÀ THÒ 4.2 Chieàu cao trung bình cuûa Luoáng thöù 2 80 ÑOÀ THÒ 4.3 Keát quaû so saùnh chieàu cao caây X 80 ÑOÀ THÒ 4.4 Soá laù Y caây rau caûi xanh Luoáng thöù 1 81 ÑOÀ THÒ 4.5 Soá laù Y rau caûi xanh Luoáng thöù 2 81 ÑOÀ THÒ 4.6 Keát quaû so saùnh Soá laù Y 82 ÑOÀ THÒ 4.7 Dieän tích laù Z cuûa luoáng thöù 1 82 ÑOÀ THÒ 4.8 Dieän tích laù Z cuûa Luoáng thöù 2 83 ÑOÀ THÒ 4.9 Keát quaû so saùnh dieän tích laù Z cuûa 2 Luoáng rau caûi 83 Chöông I MÔÛ ÑAÀU 1.1 Ñaët vaán ñeà Moâi tröôøng vaø nhöõng vaán ñeà lieân quan tôùi moâi tröôøng laø ñeà taøi ñöôïc baøn luaän moät caùch saâu saéc trong keá hoaïch phaùt trieån beàn vöõng cuûa moãi quoác gia treân theá giôùi. Traùi ñaát ñang bò ñe doïa bôûi söï suy thoaùi vaø caïn kieät daàn nguoàn taøi nguyeân. Nguoàn goác cuûa söï bieán ñoåi veà moâi tröôøng treân theá giôùi hieän naøy laø do caùc hoaït ñoäng kinh teá - xaõ hoäi cuûa con ngöôøi. Con ngöôøi laø moät phaàn cuûa heä sinh thaùi moâi tröôøng,caùc hoaït ñoäng cuûa con ngöôøi ngaøy caøng taùc ñoäng ñeán moâi tröôøng caøng roõ reät. Caùc hoaït ñoäng naøy, moät maët caûi thieän cuoäc soáng cuûa con ngöôøi vaø moâi tröôøng, maët khaùc laïi mang haøng loaït caùc vaán ñeà nhö : khan hieám, caïn kieät taøi nguyeân moâi tröôøng vaø vaán ñeà nan giaûi nhaát laø oâ nhieãm moâi tröôøng treân khaép theá giôùi . Trong top 10 veà vaán ñeà oâ nhieãm hieän nay thì oâ nhieãm nguoàn nöôùc laø vaán ñeà maø xaõ hoäi hieän nay ñang quan taâm nhieàu nhaát . Theo baùo caùo cuûa Boä Taøi Nguyeân vaø Moâi Tröôøng, ñeán heát naêm 2008 caû nöôùc coù khoaûng 200 khu coâng nghieäp. Ngoaøi ra coøn coù haøng traêm cuïm, ñieåm coâng nghieäp ñöôïc UÛy ban nhaân daân caùc tænh, thaønh phoá truïc thuoäc Trung öông quyeát ñònh thaønh laäp. Theo baùo caùo giaùm saùt cuûa UÛy ban Khoa hoïc Coâng ngheä vaø moâi tröôøng cuûa Quoác hoäi , tæ leä caùc khu coâng nghieäp coù heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi taäp trung ôû moät soá ñòa phöông raát thaáp. Moät soá khu coâng nghieäp coù xaây döïng heä thoáng xöû ly nöôùc thaûi nhöng khoâng vaän haønh vì ñeå giaûm chi phí. Ñeán nay, môùi coù 60 khu coâng nghieäp ñaõ hoaït ñoäng ñaõ coù traïm xöû lyù nöôùc thaûi taäp trung ( chieám 42% soá khu coâng nghieäp ñaõ vaän haønh ) vaø 20 khu coâng nghieäp ñang xaây döïng traïm xöû lyù nöôùc thaûi . ÔÛ nöôùc ta hieän nay , phaàn lôùn nöôùc thaûi sinh hoaït töø caùc khu ñoâ thò, ven ñoâ thò, noâng thoân ñeàu chöa ñöôïc xöû lyù ñuùng caùch. Nöôùc thaûi töø caùc khu veä sinh môùi chæ ñöôïc xöû lyù sô boä taïi caùc beå töï hoaïi, chaát löôïng chöa ñöôïc yeâu caàu, xaû ra moâi tröôøng laø nguyeân nhaân gaây oâ nhieãm nguoàn nöôùc. Ñieàu kieän nöôùc ta hieän nay, phaàn lôùn caùc döï aùn thoaùt nöôùc vaø xöû lyù nöôùc thaûi coøn chöa ñeán ñöôïc moïi nôi, vaø neáu coù thì cuõng chæ höôùng tôùi giaûi quyeát caùc vaán ñeà thoaùt nöôùc möa, khaéc phuïc tình traïng ngaäp uùng . Khoù khaên veà kinh teá ñeå duy trì vaän haønh baûo döôõng heä thoáng ñoù, do ñoù vieäc nghieân cöùu laøm saïch nöôùc thaûi taïi choã cho hoä gia ñình hay cuïm daân cö baèng coâng ngheä phuø hôïp, ñôn giaûn, chi phí xaây döïng vaø vaän haønh thaáp ,ñaûm baûo veä sinh moâi tröôøng laø moät höôùng giaûi quyeát hôïp lí vaø khaû thi . Treân theá giôùi gaàn ñaây, Baõi loïc troàng caây ( Constructed Wetland ) ñöôïc bieát laø moät coâng ngheä xöû lyù nöôùc thaûi trong ñieàu khieän töï nhieân. Chi phí thaáp, vò trí oån ñònh, hieäu xuaát cao, nhaát laø taêng naêng xuaát caây troàng. Sinh khoái thöïc vaät, buøn phaân huûy, nöôùc thaûi sau xöû lyù coøn coù giaù trò kinh teá cao. Coâng ngheä xöû lyù naøy ôû Vieät Nam coøn raát môùi meû. Trong phaïm vi haïn heïp veà thôøi gian vaø kieán thöùc veà khoùa luaän em choïn ñeà taøi “Nghieân cöùu taùi söû duïng nöôùc thaûi chöùa chaát höõu cô vaøo canh taùc noâng nghieäp” Coâng trình öùng duïng cho ñeà taøi laø heä thoáng xöû lyù nöôùc thaûi baèng Baõi loïc troàng caây. 1.2. Tính caáp thieát cuûa ñeà taøi . Saûn xuaát beàn vöõng laø höôùng phaán ñaáu cuûa ngaønh noâng nghieäp nhieàu nöôùc tieân tieán treân theá giôùi hieän nay. Tieâu chí cuûa saûn xuaát noâng nghieäp beàn vöõng coù nhieàu vaán ñeà, nhöng taäp trung laø taïo ra saûn phaåm saïch, an toaøn vaø baûo veä moâi tröôøng (trong ñoù coù baûo veä nguoàn nöôùc vaø baûo toàn taøi nguyeân ñaát). Khai thaùc, söû duïng chaát höõu cô laø moät giaûi phaùp ñeå baûo toàn taøi nguyeân ñaát trong saûn xuaát noâng nghieäp beàn vöõng. Nöôùc thaûi chöùa chaát höõu cô cung caáp ñuû chaát höõu cô vaø caùc vitamin cho caây troàng. Vieäc taän duïng nöôùc thaûi chöùa chaát höõu cô vaøo canh taùc noâng nghieäp caàn ñöôïc khai thaùc vaø söû duïng . 1.3 Muïc tieâu cuûa ñeà taøi Nghieân cöùu taùi söû duïng nöôùc thaûi chöùa chaát höõu cô vaøo vieäc taêng naêng xuaát caây troàng baèng Baõi loïc troàng caây. 1.4 Noäi dung cuûa ñeà taøi Thu thaäp soá lieäu , taøi lieäu ñaùnh giaù toång quan veà Baõi loïc troàng caây. Khaûo saùt , phaân tích caùc phöông phaùp xöû lyù nöôùc thaûi cuûa Baõi loïc troàng caây. Caùc coâng ngheä xöû lyù keát hôïp vôùi phaùt trieån noâng nghieäp nöôùc ta hieän nay. Xaây döïng caùc heä thoáng xöû lyù cho töøng loaïi caây troàng nhaèm laøm taêng naêng xuaát. 1.5 Phöông phaùp thöïc hieän. Phöông phaùp thu thaäp vaø khaûo saùt thöïc teá. Phöông phaùp toång hôïp taøi lieäu . Phöông phaùp keá thöøa : keá thöøa nhöõng keát quaû soá lieäu cuûa nhöõng nghieân cöùu ñaõ coù. Phöông phaùp phaân tích ñaùnh giaù so saùnh . Tieán haønh caùc thí nghieäm ôû quy moâ phoøng thí nghieäm . Tiến hành thực hiện mô hình ở thực tiễn . 1.6 Tính môùi cuûa ñeà taøi. Vieäc nghieân cöùu taùi söû duïng nöôùc thaûi chöùa chaát höõu cô vaøo canh taùc noâng nghieäp laø moät vaán ñeà môùi ôû nöôùc ta . Heä thoáng Baõi loïc troàng caây laø moät coâng ngheä môùi, heä thoáng xöû lyù ñôn giaûn vaø coù theå öùng duïng vaøo phaùt trieån noâng nghieäp. 1.7 YÙ nghóa khoa hoïc . Nghieân cöùu khaû naêng xöû lyù nöôùc thaûi chöùa chaát höõu cô cuûa Baõi loïc troàng caây nhaân taïo keát hôïp vôùi canh taùc noâng nghieäp . 1.8 YÙ nghóa thöïc tieãn. Ñöa ra höôùng xöû lyù nöôùc thaûi chöùa chaát höõu cô, goùp phaàn giaûi quyeát tình traïng oâ nhieãm moâi tröôøng ôû nöôùc ta hieän nay. Chöông II TOÅNG QUAN VEÀ XÖÛ LYÙ NÖÔÙC THAÛI BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP SINH HOÏC 2.1 Toång quan veà nöôùc thaûi . 2.1.1 Khaùi nieäm veà nöôùc saïch . Quan nieäm veà möùc ñoä saïch cuûa nöôùc thay ñoåi theo töøng thôøi kyø, tuøy thuoäc vaøo nhaän thöùc, phong tuïc, taäp quaùn . Tuy nhieân coù theå ñònh nghóa chung “ Nöôùc saïch laø nöôùc khoâng coù maøu khoâng muøi, khoâng vò, khoâng coù caùc chaát tan vaø khoâng tan ñoäc haïi cho con ngöôøi, khoâng coù caùc vi khuaån gaây beänh vaø khoâng coù taùc ñoäng xaáu ñeán söùc khoûe con ngöôøi”. 2.1.2 Ñònh nghóa nöôùc thaûi . Taát caû caùc hoaït ñoäng sinh hoaït vaø saûn xuaát trong moãi coäng ñoàng ñeàu taïo ra caùc chaát thaûi, ôû caùc theå khí, loûng, raén. Chaát thaûi loûng hay nöôùc thaûi (wastewater) ñöôïc ñònh nghóa nhö moät daïng hoøa tan hay troän laãn giöõa nöôùc (nöôùc duøng, nöôùc möa, nöôùc maët, nöôùc ngaàm…) vaø chaát thaûi töø sinh hoaït trong coäng ñoàng cö daân, caùc khu vöïc saûn xuaát coâng nghieäp, tieåu thuû coâng nghieäp, thöông maïi, giao thoâng vaän taûi, noâng nghieäp… Söï oâ nhieãm nöôùc ( water - pollution) xaûy ra khi caùc chaát nguy haïi xaâm nhaäp vaøo nöôùc lôùn hôn khaû naêng töï laøm saïch cuûa chính baûn thaân nguoàn nöôùc . “ Nöôùc thaûi laø chaát loûng ñöôïc thaûi ra sau quaù trình söû duïng cuûa con ngöôøi vaø ñaõ laøm thay ñoåi tính chaát ban ñaàu cuûa chuùng ”. Nöôùc thaûi chöùa chaát höõu cô laø nöôùc thaûi coù haøm löôïng caùc hôïp chaát höõu cô cao chieám 80 – 90% goàm cellulose, protit, acid amin, chaát beùo, hydrat cacbon. Chaát vo cô chieám 10 – 20 % goàm caùc muoái, ñaát, ure, amonium, muoái chlorua SO42- .... Nöôùc thaûi chöa xöû lyù laø nguoàn tích luõy caùc chaát ñoäc haïi cho con ngöôøi vaø caùc sinh vaät khaùc. Söï phaân huûy caùc chaát höõu cô trong nöôùc thaûi coù theå taïi ra caùc khí naëng muøi. 2.1.2.1 Nöôùc thaûi sinh hoaït. Nöôùc thaûi sinh hoaït laø nöôùc thaûi töø caùc khu daân cö, khu vuïc hoaït ñoäng thöông maïi, coâng sôû, tröôøng hoïc hay caùc cô sôû khaùc. Chuùng chöùa khoaûng 58 % chaát höõu cô vaø 42% chaát khoaùng . Ñaëc ñieåm cô baûn cuûa nöôùc thaûi sinh hoaït laø haøm löôïng cao caùc chaát höõu cô khoâng beàn sinh hoïc ( nhö Cacbonhydrat , protein, môõ ) chaát dinh döôõng (photphat, nito) vi truøng, chaát raén,vaø muøi . 2.1.2.2 Nöôùc thaûi coâng nghieäp (hay nöôùc thaûi saûn xuaát) Nöôùc thaûi coâng nghieäp laø nöôùc thaûi töø caùc nhaø maùy ñang hoaït ñoäng saûn xuaát. Trong quaù trình coâng ngheä caùc nguoàn nöôùc thaûi coù theå phaân thaønh: Nöôùc hình thaønh do phaûn öùng hoùa hoïc (chuùng bò oâ nhieãm bôûi caùc taùc chaát vaø caùc saûn phaåm phaûn öùng). Nöôùc ôû daïng aåm töï do vaø lieân keát trong nguyeân lieäu vaø chaát ban ñaàu, ñöôïc taùch ra trong quaù trình cheá bieán. Nöôùc röûa nguyeân lieäu, saûn phaåm, thieát bò. Nöôùc haáp thuï, nöôùc laøm nguoäi. 2.1.2.3 Nöôùc thaûi töï nhieân Nöôùc möa ñöôïc xem laø nöôùc thaûi töï nhieân. ÔÛ nhöõng thaønh phoá hieän ñaïi,nöôùc möa ñöôïc thu gom baèng heä thoáng rieâng. 2.1.2.4 Nöôùc thaûi ñoâ thò Nöôùc thaûi ñoâ thò laø thuaät ngöõ chung chæ chaát loûng trong heä thoáng coáng thoaùt cuûa moät thaønh phoá. Ñoù laø hoãn hôïp caùc loaïi nöôùc thaûi keå treân. 2.1.2.5 Mục đích của xử lý nước thải . Giảm thiểu bệnh tật, nguy hại Traùnh oâ nhiễm nước cấp Giöõ nguoàn tieáp nhaän tốt cho sự sinh trưởng của thuỷ sinh Bảo vệ cho sử dụng giải trí, du lịch Bảo tồn nguồn nước 2.1.3 Thaønh Phaàn vaø Tính Chaát Nöôùc Thaûi 2.1.3.1 Tính chaát vaät lyù Tính chaát vaät lyù cuûa nöôùc thaûi ñöôïc xaùc ñònh döïa treân caùc chæ tieâu: maøu saéc, muøi, nhieät ñoä vaø löu löôïng. - Maøu: thöôøng laø coù maøu xaùm coù vaån ñuïc. Maøu saéc cuûa nöôùc thaûi seõ thay ñoåi ñaùng keå neáu nhö bò nhieãm khuaån, khi ñoù seõ coù maøu ñen toái. - Muøi: coù trong nöôùc thaûi laø do caùc khí sinh ra trong quaù trình phaân huûy caùc hôïp chaát höõu cô hay do moät soá chaát ñöôïc ñöa theâm vaøo. - Nhieät ñoä: nhieät ñoä cuûa nöôùc thaûi thöôøng cao hôn so vôùi nguoàn nöôùc saïch ban ñaàu, do coù söï gia nhieät vaøo nöôùc töø caùc ñoà duøng trong gia ñình vaø caùc maùy moùc saûn xuaát. - Löu löôïng: theå tích thöïc cuûa nöôùc thaûi cuõng ñöôïc xem laø moät ñaëc tính vaät lyù cuûa nöôùc thaûi, coù ñôn vò m3/ngöôøi/ngaøy. Vaän toác doøng chaûy luoân thay ñoåi theo ngaøy. 2.1.3.2 Tính chaát hoùa hoïc Caùc thoâng soá theå hieän tích chaát hoùa hoïc thöôøng laø: ñoä kieàm, BOD, COD, caùc chaát khí hoøa tan, caùc hôïp chaát N, P, caùc chaát raén (höõu cô, voâ cô, huyeàn phuø vaø khoâng tan) vaø nöôùc. Ñoä kieàm: ñoä kieàm laø moâi tröôøng ñeäm ñeå giöõ pH trung tính cuûa nöôùc thaûi trong suoát quaù trình xöû lyù sinh hoùa. Nhu caàu oxy sinh hoùa (BOD): duøng ñeå xaùc ñònh löôïng chaát bò phaân huûy sinh hoùa trong nöôùc thaûi. BOD5 trong nöôùc thaûi sinh hoaït thöôøng naèm trong khoaûng 100 – 300 mg/l. Nhu caàu oxy hoùa hoïc (COD): duøng ñeå xaùc ñònh löôïng chaát bò oxy hoùa trong nöôùc thaûi. COD thöôøng trong khoaûng 200 – 500 mg/l. Caùc chaát khí hoøa tan: ñaây laø nhöõng chaát khí coù theå hoøa tan trong nöôùc thaûi. Nöôùc thaûi coâng nghieäp thöôøng coù löôïng oxy hoøa tan töông ñoái thaáp. Hôïp chaát chöùa N: soá löôïng vaø loaïi hôïp chaát chöùa N seõ thay ñoåi ñoái vôùi moãi loaïi nöôùc thaûi khaùc nhau. pH: Noàng ñoä pH khoaûng 1 – 14. Ñeå xöû lyù nöôùc thaûi coù hieäu quaû pH thöôøng trong khoaûng 6 – 9,5 (hay toái öu laø 6,5 – 8). Phospho: ñaây laø nhaân toá caàn thieát cho hoaït ñoäng sinh hoùa. P thöôøng trong khoaûng 6 – 20 mg/l. Caùc chaát raén: haàu heát caùc chaát oâ nhieãm trong nöôùc thaûi coù theå xem laø chaát raén. Nöôùc: luoân laø thaønh phaàn caáu taïo chính cuûa nöôùc thaûi. Trong moät soá tröôøng hôïp, nöôùc coù theå chieám töø 99,5% - 99,9% trong nöôùc thaûi (thaäm chí ngay caû ngay caû trong nhöõng loaïi nöôùc thaûi oâ nhieãm naëng nhaát caùc chaát oâ nhieãm cuõng chieám 0,5%, coøn ñoái nguoàn nöôùc thaûi ñöôïc xem laø saïch nhaát thì noàng ñoä naøy laø 0,1%.) 2.1.4 Caùc thoâng soá ñaùnh giaù oâ nhieãm vaø yeâu caâu xöû lyù . 2.1.4.1 Caùc thoâng soá ñaùnh giaù Caùc thoâng soá cô baûn ñeå ñaùnh giaù chaát löôïng nöôùc laø: ñoä pH, maøu saéc, ñoä ñuïc, haøm löôïng chaát raén, caùc chaát lô löûng, caùc kim loaïi naëng, oxy hoøa tan... vaø ñaëc bieät laø BOD vaø COD. Ngoaøi caùc chæ tieâu hoùa hoïc caàn quan taâm tôùi chæ tieâu sinh hoïc, ñaëc bieät laø Escherichia.coli. Ñoä pH: Chæ soá naøy cho ta bieát caàn thieát phaûi trung hoøa hay khoâng vaø tính löôïng hoùa chaát caàn thieát trong quaù trình xöû lyù ñoâng keo tuï, khöû khuaån... Haøm löôïng caùc chaát raén: Toång chaát raén (TS) ñöôïc xaùc ñònh baèng troïng löôïng khoâ phaàn coøn laïi sau khi cho bay hôi 1 maãu nöôùc treân beáp caùch thuûy roài saáy khoâ ôû 1050C cho ñeán khi troïng löôïng khoâ khoâng ñoåi. Ñôn vò tính baèng mg hoaëc g/l. Maøu: nöôùc coù theå coù ñoä maøu, ñaëc bieät laø nöôùc thaûi thöôøng coù maøu naâu ñen hoaëc ñoû naâu. Ñoä ñuïc: Ñoä ñuïc laøm giaûm khaû naêng truyeàn aùnh saùng trong nöôùc. Vi sinh vaät coù theå bò haáp thuï bôûi caùc haït raén lô löûng seõ gaây khoù khaên khi khöû khuaån. Ñoä ñuïc caøng cao ñoä nhieãm baån caøng lôùn. Oxy hoøa tan (DO – Dissolved oxygen): laø moät chæ tieâu quan troïng cuûa nöôùc. Ñoä hoøa tan cuûa noù phuï thuoäc vaøo nhieät ñoä, aùp suaát vaø caùc ñaëc tính cuûa nöôùc. Phaân tích chæ soá oxy hoøa tan (DO) laø moät trong nhöõng chæ tieâu quan troïng ñaùnh giaù söï oâ nhieãm cuûa nöôùc vaø giuùp ta ñeà ra bieän phaùp xöû lyù thích hôïp. Chæ soá BOD (Nhu caàu oxy sinh hoùa – Biochemical Oxygen Demand): nhu caàu oxy sinh hoùa hay nhu caàu oxy sinh hoïc laø löôïng oxy caàn thieát ñeå oxy hoùa caùc chaát höõu cô coù trong nöôùc baèng vi sinh vaät (chuû yeáu laø vi khuaån) hoaïi sinh, hieáu khí. BOD laø chæ tieâu thoâng duïng nhaát ñeå xaùc ñònh möùc ñoä oâ nhieãm cuûa nöôùc thaûi. Phöông trình toång quaùt oxy hoùa sinh hoïc: Chaát höõu cô + O2 ¨ CO2 + H2O Vi sinh vaät Quaù trình naøy ñoøi hoûi thôøi gian daøi ngaøy, vì phaûi phuï thuoäc vaøo baûn chaát cuûa chaát höõu cô, vaøo caùc chuûng loaïi vi sinh vaät, nhieät ñoä nguoàn nöôùc, cuõng nhö moät soá chaát coù ñoäc tính xaûy ra trong nöôùc. Chæ soá COD (Nhu caàu oxy hoùa hoïc – Chemical Oxygen Demand): COD ñöôïc ñònh nghóa laø löôïng oxy caàn thieát cho quaù trình oxy hoùa hoùa hoïc caùc chaát höõu cô trong nöôùc thaønh CO2 vaø H2O. Löôïng oxy naøy töông ñöông vôùi haøm löôïng chaát höõu cô coù theå bò oxy hoùa ñöôïc xaùc ñònh khi söû duïng moät taùc nhaân oxy hoùa hoùa hoïc maïnh trong moâi tröôøng axit. Chæ soá COD bieåu thò caû löôïng caùc chaát höõu cô khoâng theå bò oxy hoùa baèng vi sinh vaät do ñoù noù coù giaù trò cao hôn BOD. Ñoái vôùi nhieàu loaïi nöôùc thaûi, giöõa BOD vaø COD coù moái töông quan nhaát ñònh vôùi nhau. Caùc chaát dinh döôõng: chuû yeáu laø N vaø P, chuùng laø nhöõng nguyeân toá caàn thieát cho caùc thöïc vaät phaùt trieån hay chuùng ñöôïc ví nhö laø nhöõng chaát dinh döôõng hoaëc kích thích sinh hoïc. + Nito (N): neáu thieáu N coù theå boå sung theâm N ñeå nöôùc thaûi ñoù coù theå xöû lyù baèng sinh hoïc. + Phospho (P): coù yù nghóa quan troïng trong xöû lyù nöôùc thaûi baèng phöông phaùp sinh hoïc. Chæ thò veà vi sinh cuûa nöôùc (Escherichia.coli): Trong nöôùc thaûi, ñaëc bieät laø nöôùc thaûi sinh hoaït, beänh vieän, vuøng du lòch, khu chaên nuoâi... nhieãm nhieàu loaïi vi sinh vaät. Trong ñoù coù nhieàu loaøi vi khuaån gaây beänh, ñaëc bieät laø beänh veà ñöôøng tieâu hoùa, taû lò, thöông haøn, ngoä ñoäc thöïc phaåm. Chaát löôïng veà maët vi sinh cuûa nöôùc thöôøng ñöôïc bieåu thò baèng noàng ñoä cuûa vi khuaån chæ thò – ñoù laø nhöõng vi khuaån khoâng gaây beänh vaø veà nguyeân taéc ñoù laø nhoùm tröïc khuaån (coliform). Thoâng soá ñöôïc söû duïng roäng raõi nhaát laø chæ soá coli. 2.2 Toång quan xöû lyù nöôùc thaûi baèng phöông phaùp sinh hoïc . Ngöôøi ta söû duïng caùc phöông phaùp sinh hoïc ñeå laøm saïch nöôùc thaûi sinh hoaït cuõng nhö nöôùc thaûi saûn xuaát khoûi nhieàu chaát höõu cô hoøa tan vaø moät soá chaát voâ cô nhö H2S, caùc sunfit, amoniac, nito… Phöông phaùp naøy döïa treân cô sôû söû duïng hoaït ñoäng cuûa vi sinh vaät ñeå phaân huûy caùc chaát höõu cô gaây nhieãm baån trong nöôùc thaûi. Caùc vi sinh vaät söû duïng caùc chaát höõu cô vaø moät soá chaát khoaùng laøm nguoàn dinh döôõng vaø taïo naêng löôïng trong quaù trình sinh tröôûng. Chuùng nhaän caùc chaát dinh döôõng ñeå xaây döïng teá baøo, sinh tröôûng vaø sinh saûn. Quaù trình phaân huûy caùc chaát höõu cô nhôø vi sinh vaät goïi laø quaù trình oxy hoùa sinh hoùa . Nöôùc thaûi ñöôïc xöû lyù baèng vi sinh vaät ñöôïc ñaëc tröng bôûi chæ tieâu BOD vaø COD. Ñeå xöû lyù baèng phöông phaùp naøy nöôùc thaûi caàn khoâng chöùa caùc chaát ñoäc haïi, caùc muoái kim loaïi naëng, vaø tæ soá BOD/COD ≥ 0,5 . Coù hai phöông phaùp xöû lyù baèng phöông phaùp sinh hoïc : Phöông phaùp kî khí, söû duïng nhoùm vi sinh vaät kò khí, hoaït ñoäng trong ñieàu kieän khoâng coù oxy . Phöông phaùp hieáu khí söû duïng nhoùm vi sinh vaät hieáu khí, hoaït ñoäng trong ñieàu kieän cung caáp oxy lieân tuïc. 2.2.1 Vi sinh vaät trong quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi . 2.2.1.1 Khaùi nieäm vi sinh vaät vaø taàm quan troïng cuûa vi sinh vaät. Khaùi nieäm: Vi sinh vaät laø nhöõng sinh vaät ñôn baøo coù kích thöôùc nhoû, khoâng quan saùt ñöôïc baèng maét thöôøng maø phaûi söû duïng kính hieån vi. Noù bao goàm caû virus, vi khuaån, Archaea, vi naám, vi taûo, ñoäng vaät nguyeân sinh... Vi sinh vaät ñoùng vai troø voâ cuøng quan troïng trong thieân nhieân cuõng nhö trong cuoäc soáng cuûa con ngöôøi. Vi sinh vaät ñoùng vai troø quyeát ñònh trong quaù trình töï laøm saïch caùc moâi tröôøng töï nhieân. Ñaëc ñieåm chung: - Kích thöôùc nhoû beù: kích thöôùc vi sinh vaät thöôøng ñöôïc ño baèng micromet. - Haáp thu nhieàu, chuyeån hoùa nhanh. - Sinh tröôûng nhanh, phaùt trieån maïnh. - Naêng löïc thích öùng maïnh vaø deã phaùt sinh bieán dò. - Phaân boá roäng, chuûng loaïi nhieàu. - Do tính chaát deã phaùt sinh ñoät bieán neân soá löôïng loaøi vi sinh vaät tìm ñöôïc ngaøy caøng taêng. - VSV goàm nhieàu nhoùm phaân loaïi khaùc nhau, laø nhöõng cô theå ñôn baøo hay taäp hôïp ñôn baøo, coù kích thöôùc hieån vi. Vai troø cuûa vi sinh vaät: - Trong töï nhieân: Tích cöïc: + Vi sinh vaät laø maét xích quan troïng trong caùc chu trình chuyeån hoùa vaät chaát vaø naêng löôïng trong töï nhieân. + Tham gia vaøo vieäc gìn giöõ tính beàn vöõng cuûa heä sinh thaùi vaø baûo veå moâi tröôøng. Tieâu cöïc: + Gaây beänh cho ngöôøi, ñoäng – thöïc vaät. + Laø nguyeân nhaân gaây hö hoûng thöïc phaåm. - Trong nghieân cöùu di truyeàn: Laø ñoái töôïng lí töôûng trong coâng ngheä di truyeàn, coâng ngheä sinh hoïc… - Baûo veä moâi tröôøng: Vi sinh vaät tham gia tích cöïc vaøo quaù trình phaân giaûi caùc pheá thaûi noâng nghieäp, pheá thaûi coâng nghieäp, raùc sinh hoaït … Baûng 2.1 – Xeáp loaïi caùc vi sinh vaät coù trong phaân ngöôøi vaø gia suùc theo möùc ñoä nguy hieåm . Mức độ nguy hiểm cao Ký sinh trùng (Ancylostoma, Ascaris, Trichuris và Taenia) Mức độ nguy hiểm trung bình Vi khuẩn đường ruột (Chloera vibrio, Sallmonella typhosa, Shigella và một số loại khác) Mức độ nguy hiểm thấp Các vi rút đường ruột Soá löôïng coliform hay E. coli ñöôïc bieåu dieãn baèng soá khaû höõu MPN (Most Probable Number). 2.2.2 Cô sôû lyù thuyeát cuûa quaù trình . Cô sôû ñeå xöû lyù nöôùc thaûi baèng phöông phaùp sinh hoïc laø quaù trình chuyeån hoùa vaät chaát, quaù trình taïo caën laéng vaø quaù trình töï laøm saïch nguoàn nöôùc cuûa caùc vi sinh vaät dò döôõng vaø töï döôõng, coù trong töï nhieân nhôø khaû naêng ñoàng hoùa ñöôïc raát nhieàu nguoàn cô chaát khaùc nhau coù trong nöôùc thaûi . Trong caùc nguoàn nöôùc luoân xaûy ra quaù trình Amon hoaù chaát höõu cô chöùa nitô bôûi caùc vi khuaån Amoân hoaù. Nhôø caùc men ngoaïi baøo cuûa caùc vi khuaån gaây thoái nhö loaøi Pseudomonadales, Eubateriales… maø Protein bò phaân huyû thaønh caùc hôïp chaát ñôn giaûn hôn laø caùc Polipeptit, Oligopeptit. Caùc chaát naøy hoaëc tieáp tuïc ñöôïc phaân huyû thaønh caùc Axit amin nhôø men Peptidaza ngoaïi baøo hoaëc ñöôïc teá baøo haáp thuï sau ñoù seõ ñöôïc phaân huyû tieáp trong teá baøo thaønh caùc Axit amin. Caùc axit amin moät phaàn ñöôïc vi sinh vaät söû duïng ñeå sinh toång hôïp Protein - xaây döïng teá baøo môùi, moät phaàn bò phaân giaûi tieáp theo nhöõng con ñöôøng khaùc nhau ñeå taïo NH3 vaø nhieàu saûn phaåm trung gian khaùc. Vôùi caùc Protein coù chöùa S, nhôø taùc duïng cuûa men Desunfuraza seõ bò phaân huûy taïo ra H2S. Saûn phaåm phaân giaûi bôûi vi sinh vaät kî khí coøn cho Scatol, Indol, Mercaptan vaø moät soá khí khaùc. Nhôø söï hoaït ñoäng cuûa moät soá vi khuaån nhö Thiobacillus, Thiobacillus denitrificans, vi khuaån löu huyønh daïng sôïi thuoäc gioáng Beggiatoa, Thiothrix vaø nhieàu vi khuaån dò döôõng, vi khuaån hieáu khí khaùc quaù trình Sunfat hoaù ñöôïc thöïc hieän. Ngöôïc laïi, quaù trình khöû Sunfat cuõng xaûy ra bôûi caùc vi khuaån kî khí coù trong buøn thoái, nöôùc thaûi thoái (ñaïi dieän laø Desunfovibrio desunfuricans). Ngoaøi ra coøn thaáy loaøi Clotridium nigrificans vaø loaøi Pseudomonas Zelinskii cuõng coù khaû naêng khöû Sunfat. Trong ñieàu kieän töï nhieân nhieàu loaøi vi khuaån nhö loaøi Acinetobacter vaø naám coù khaû naêng phaân giaûi vaø giaûi phoùng photpho trong xöông ñoäng vaät ôû daïng raén Ca3(PO4)2 sang daïng hoaø tan. Theo con ñöôøng thuyû phaân trong ñieàu kieän hieáu khí caùc vi khuaån Pseudomonas, Bacillus, Actinomyces vaø ._.caùc loaøi naám baäc cao chuyeån hoaù nhanh tinh boät thaønh ñöôøng vaø caùc loaïi ñöôøng naøy moät phaàn bò phaân huyû thaønh CO2 vaø nhieàu saûn phaåm khaùc nhau, moät phaàn ñöôïc chuyeån hoaù trong quaù trình trao ñoåi chaát. Trong ñieàu kieän kî khí tinh boät bò phaân huyû bôûi Clotridium. Trong ñieàu kieän hieáu khí Cytophaza vaø Sporocytophaga laø loaøi coù khaû naêng phaân huyû xenluloza maïnh nhaát. Ngoaøi ra, caùc loaøi Pseudomonadales, Vibrio, Myxobacterium, Actinomycetes vaø Cellvibrio cuõng tham gia phaân huyû xenluloza. Xenluloza bò phaân huyû bôûi caùc men ngoaïi baøo thaønh caùc saûn phaåm trung gian vaø ñöôøng. Trong buøn laéng quaù trình leân men kî khí chuû yeáu bôûi Clotridium phaân huyû xenluloza thaønh Etanol, Axit focmic, Axit axetic, Axit lactic, H2 vaø CO2. Trong töï nhieân coøn xaûy ra quaù trình töï laøm saïch nhôø caùc sinh vaät söû duïng caùc chaát baån trong nöôùc laøm nguoàn thöùc aên. Veà maët sinh hoïc tham gia vaøo quaù trình töï laøm saïch coù raát nhieàu loaøi sinh vaät nhö caù, chim, nguyeân sinh ñoäng vaät, nhuyeãn theå…vaø vi sinh vaät vôùi möùc ñoä khaùc nhau nhöng ñoùng vai troø quyeát ñònh vaãn laø caùc vi sinh vaät. Ngoaøi ra coøn thaáy vai troø laøm saïch cuûa caùc loaøi taûo. Thoâng qua hoaït ñoäng soáng cuûa mình taûo cung caáp oxy cho moâi tröôøng vaø caùc chaát khaùng sinh ñeå tieâu dieät caùc maàm beänh coù trong nöôùc. Moät soá loaøi taûo vaø loaøi nhuyeãn theå 2 maûnh coøn coù khaû naêng haáp thuï caùc kim loaïi naëng vaø tia phoùng xaï. Trong nöôùc thaûi caùc vi sinh vaät luoân coù moái quan heä raát phöùc taïp vôùi nhau. Quan heä caïnh tranh ñaõ coù aûnh höôûng quyeát ñònh ñeán thaønh phaàn vi sinh vaät. Quan heä “moài thuù” ñaõ laøm cho soá löôïng vi sinh vaät trong nöôùc thaûi thay ñoåi. Ngoaøi 2 moái quan heä treân trong heä vi sinh vaät nöôùc thaûi nhieàu loaøi vi sinh vaät ñaõ soáng coäng sinh vôùi nhau coù aûnh höôûng qua laïi laãn nhau. Keát quaû cuûa caùc quan heä naøy ñaõ laøm aûnh höôûng lôùn ñeán khaû naêng, toác ñoä vaø hieäu quaû phaân huyû chaát baån cuûa caùc vi sinh vaät. 2.2.3 Nguyeân lyù chung cuûa quaù trình oxy hoùa sinh hoùa . Quaù trình phaân huûy chaát höõu cô nhôø vi sinh vaät goïi laø quaù trình oxy hoùa sinh hoùa. Ñeå thöïc hieän quaù trình naøy, caùc chaát höõu cô hoøa tan, caû chaát keo caùc chaát phaân taùn nhoû trong nöôùc thaûi caån di chuyeån vaøo beân trong teá baøo vi sinh vaät theo 3 giai ñoaïn chính sau: 1 . Di chuyeån caùc chaát gaây oâ nhieãm töø pha loûng tôùi beà maët teá baøo vi sinh vaät do khueách taùn ñoái löu vaø phaân töû . 2 . Di chuyeån chaát töø beà maët ngoaøi teá baøo qua maøng baùn thaám baèng khueách taùn do söï cheânh leäch noàng ñoä caùc chaát ôû trong vaø ngoaøi teá baøo . 3 . Quaù trình chuyeån hoùa caùc chaát ôû trong teá baøo vi sinh vaät vôùi söï sinh saûn naêng löôïng vaø quaù trình toång hôïp caùc chaát môùi , vôùi söï haáp thuï naêng löôïng . Caùc hôïp chaát hoùa hoïc traûi qua nhieàu phaûn öùng chuyeån hoùa khaùc nhau trong nguyeân sinh chaát teá baøo. Phöông trình toång quaùt quaù trính oxy hoùa sinh hoùa ôû ñieàu kieän hieáu khí: CxHyO2N + ( X + Y/4 + Z/3 + ¾ ) O2 XO2 + H2O +NH3 + rH CXHyO2N + NH3 + O2 C5H7NO2 + CO2 + rH . Neáu tieáp tuïc tieán haønh quaù trình oxy hoùa thì khi khoâng ñuû chaát dinh döôõng, quaù trình chuyeån hoùa caùc chaát cuûa teá baøo baét ñaàu xaûy ra baèng oxy hoùa chaát lieäu teá baøo (phaân huûy noäi baøo) . C5H7NO2 + 5O2 5 CO2 + NH3 + 2 H2O + rH . Moät loaïi vi sinh vaät khaùc ñoù laø vi sinh vaät töï döôõng söû duïng khí NH3 vaø CO2 sinh ra laøm nguoàn dinh döôõng ñeå taïo neân sinh khoái teá baøo . NH3 + CO2 + O2 Teá baøo vsv + NO-2 NO2 + CO2 + O2 Teá baøo vsv + NO-3 NH3 + O2 HNO2 + O2 HNO3 Vì vaäy coù theå xem ñaây laø toaøn boä quaù trình sinh tröôûng , sinh saûn vaø suy taøn cuûa vi sinh vaät. Toác ñoä quaù trình oxy hoùa sinh hoùa phuï thuoäc vaøo noàng ñoä chaát höõu cô, haøm löôïng caùc taïp chaát vaø möùc ñoä oån ñònh cuûa löu löôïng nöôùc thaûi vaøo heä thoáng xöû lyù. ÔÛ moãi ñieàu kieän xöû lyù nhaát ñònh, caùc yeáu toá chính aûnh höôûng tôùi toác ñoä sinh hoùa laø cheá ñoä thuûy ñoäng ,haøm löôïng oxy trong nöôùc thaûi, nhieät ñoä, pH, dinh döôõng vaø nguyeân toá vi löôïng. 2.2.4 Söï phaùt trieån teá baøo vaø ñoäng hoïc cuûa phaûn öùng leân men . 2.2.4.1 Söï phaùt trieån teá baøo . Ñeå thieát keá vaø vaän haønh moät beå xöû lyù sinh hoïc coù hieäu quaû chuùng ta phaûi naém vöõng caùc kieán thöùc sinh hoïc coù lieân quan ñeán quaù trình xöû lyù. Trong caùc beå xöû lyù sinh hoïc caùc vi khuaån ñoùng vai troø quan troïng haøng ñaàu, vì noù chòu traùch nhieäm phaân huûy caùc thaønh phaàn höõu cô trong nöôùc thaûi. Trong caùc beå buøn hoaït tính moät phaàn chaát thaûi höõu cô seõ ñöôïc caùc vi khuaån hieáu khí vaø hieáu khí khoâng baét buoäc söû duïng ñeå laáy naêng löôïng ñeå toång hôïp caùc chaát höõu cô coøn laïi thaønh teá baøo vi khuaån môùi. Döïa treân ñaëc tính sinh lyù vaø toác ñoä sinh tröôûng cuûa vi sinh vaät ,quaù trình phaùt trieån cuûa chuùng ñöôïc chia thaønh 4 giai ñoaïn : Trong giai ñoaïn tieàm phaùt (Lag - phage): vi sinh vaät chöa thích nghi vôùi moâi tröôøng hoaëc ñang bieán ñoåi ñeå thích nghi vaø baét ñaàu phaân baøo. Trong giai ñoaïn naøy teá baøo chöa phaân chia (nghóa laø chöa coù khaû naêng sinh saûn), nhöng theå tích vaø troïng löôïng teá baøo taêng leân do quaù trình toång hôïp caùc chaát (protein, enzym, axít nucleic,...) dieãn ra maïnh meõ. Trong giai ñoaïn luõy thöøa (Log-growth phase): vi sinh vaät phaùt trieån vôùi toác ñoä rieâng khoâng ñoåi. Sau moät thôøi gian nhaát ñònh toång soá teá baøo cuõng nhö troïng löôïng vaø löôïng teá baøo taêng leân gaáp ñoâi. Caùc teá baøo vi khuaån tieán haønh phaân baøo vaø taêng nhanh veà soá löôïng. Toác ñoä phaân baøo phuï thuoäc vaøo thôøi gian caàn thieát cho caùc laàn phaân baøo vaø löôïng thöùc aên trong moâi tröôøng. Trong giai ñoaïn naøy, vi sinh vaät sinh tröôûng vaø phaùt trieån theo luõy thöøa. Hình 2.1 : Ñöôøng cong sinh tröôûng cuûa vi sinh vaät trong beå xöû lyù . Trong giai ñoaïn pha oån ñònh (Stationary – phase) : toác ñoä phaùt trieån giaûm daàn tôùi möùc caân baèng. Nguyeân nhaân giai ñoaïn naøy laø do caùc chaát dinh döôõng caàn thieát cho quaù trình taêng tröôûng cuûa vi khuaån ñaõ söû duïng heát vaø soá löôïng vi khuaån sinh ra baèng soá löôïng vi khuaån cheát ñi. ÔÛ caùc vi sinh vaät cho saûn phaåm trao ñoåi chaát thì giai ñoaïn naøy chính laø giai ñoaïn hình thaønh saûn phaåm nhö caùc enzyme , acid höõu cô, vitamin… Trong giai ñoaïn suy taøn (Log - death phase) : toác ñoä sinh saûn giaûm ñi roõ reät vaø daàn daàn ngöøng haún ,daãn ñeán soá löôïng teá baøo soáng giaûm ñi raát nhanh vaø baét ñaàu coù hieän töôïng töï huûy ( phaân huûy noäi baøo ). Nguyeân nhaân suy taøn chuû yeáu laø do nguoàn thöùc aên trong moâi tröôøng ñaõ caïn, söï tích luõy saûn phaåm trao ñoåi chaát coù taùc ñoäng öùc cheá vaø ñoâi khi tieâu dieät caû vi sinh vaät . Trong beå xöû lyù coù nhieàu quaàn theå khaùc nhau, ñoà thò taêng tröôûng cuûa vi sinh vaät gioáng nhau veà daïng nhöng khaùc nhau veà thôøi gian taêng tröôûng cuõng nhö ñænh cuûa ñoà thò. Trong moät giai ñoaïn baát kyø naøo ñoù seõ coù moät loaøi coù soá löôïng chuû ñaïo do ôû thôøi ñieåm ñoù caùc ñieàu kieän nhö pH, oxy, dinh döôõng, nhieät ñoä... phuø hôïp cho loaøi ñoù. Trong pha logarit ,sinh khoái taêng theo bieåu thöùc : Trong ñoù : toác ñoä taêng tröôûng cuûa sinh khoái mg/l . X noàng ñoä cuûa sinh khoái ( mg/l ) haèng soá toác ñoä sinh tröôûng ( l/ t thôøi gian 2.2.4.2 Ñoäng hoïc phaûn öùng leân men . Quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi baèng vi sinh vaät thöïc chaát laø moät quaù trình leân men. Xöû lyù nöôùc thaûi vôùi quaù trình sinh tröôûng lô löûng raát gaàn vôùi quaù trình leân men thu sinh khoái ôû coâng ngheä vi sinh vaät. Xöû lyù nöôùc thaûi vôùi quaù trình sinh tröôûng baùm dính raát gaàn vôùi quaù trình leân men theo phöông phaùp coá ñònh teá baøo. Chuùng chæ khaùc nhau laø quaù trình leân men cô baûn ñöôïc thöïc hieän vôùi gioáng vi sinh vaät thuaàn chuûng coøn trong xöû lyù nöôùc thaûi ñöôïc thöïc hieän vôùi gioáng laø moät quaàn theå vi sinh vaät töï nhieân. Trong tröôøng hôïp chung, toác ñoä phaûn öùng leân men chòu aûnh höôûng cuûa nhieàu yeáu toá moâi tröôøng trong ñoù caùc yeáu toá chính laø: nhieät ñoä, ñoä pH, noàng ñoä men, chaát kìm haõm, chaát hoaït hoaù vaø noàng ñoä cuûa cô chaát. ÔÛ caùc ñieàu kieän nhieät ñoä, ñoä pH… khoâng ñoåi trong tröôøng hôïp dö thöøa cô chaát toác ñoä phaûn öùng leân men tuyeán tính baäc nhaát vôùi noàng ñoä men. Söï phuï thuoäc toác ñoä phaûn öùng leân men vaøo noàng ñoä cô chaát S vaø noàng ñoä men E tuaân theo phöông trình Michaelis – Menten (1913): v = {V.[S]} / {Km + [S]} Trong ñoù: v laø toác ñoä phaûn öùng leân men. V laø toác ñoä phaûn öùng leân men cöïc ñaïi (mg/l.s). [S] laø noàng ñ oä cô chaát (mg/l) Km laø haèng soá phaân ly phöùc chaát/haèng soá Michaelis- Menten (mol/l). 2.2.5 AÛnh höôûng cuûa caùc yeáu toá khaùc nhau leân toác ñoä oxy hoùa sinh hoùa . Toác ñoä oxy hoùa sinh hoùa phuï thuoäc vaøo noàng ñoä caùc chaát höõu cô, haøm löôïng caùc taïp chaát vaø möùc ñoä oån ñònh cuûa doøng nöôùc thaûi . 2.2.5.1 AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä . Toác ñoä phaûn öùng oxy sinh hoùa taêng khi nhieät ñoä taêng, nhöng trong thöïc teá nhieät ñoä nöôùc thaûi trong heä thoáng xöû lyù ñöôïc duy trì ôû 200C – 300C. Khi nhieät ñoä taêng quaù ngöôõng coù theå laøm vi sinh vaät bò cheát ,coøn nhieät ñoä quaù thaáp toác ñoä laøm saïch seõ bò giaûm, quaù trình thích nghi cuûa vi sinh vaät vôùi moâi tröôøng bò chaäm laïi . Quaù trình nitrat hoùa, hoaït hoùa, laéng buøn keo tuï giaûm hieäu xuaát. 2.2.5.2 AÛnh höôûng kim loaïi naëng . Buøn hoaït tính coù khaû naêng haáp thuï caùc muoái kim loaïi naëng, khi ñoù hoaït ñoäng sinh hoùa bò giaûm . Theo möùc ñoä ñoäc haïi caùc kim loaïi naëng coù theå saép xeáp theo thöù töï : Sb > Ag > Cu > Hg > CO > Ni > Pb > Cr > V > Cd > Zn > Fe Muoái cuûa caùc kim loaïi naøy laøm giaûm möùc ñoä laøm saïch . Noàng ñoä cuûa caùc chaát ñoäc ñeå quaù trình oxy hoùa sinh hoùa coù theå xaûy ra , phuï thuoäc vaøo baûn chaát caùc chaát ñoù . 2.2.5.3 Haáp thuï vaø nhu caàu oxy . Ñeå oxy hoùa caùc chaát höõu cô, caùc vi sinh vaät caàn coù oxy vaø noù chæ coù theå söû duïng oxy hoøa tan . Ñeå cung caáp oxy cho nöôùc thaûi ngöôøi ta tieán haønh thoâng khí, khueách taùn doøng khoâng khí thaønh caùc boùng nhoû phaân boá ñeàu trong khoái nöôùc thaûi. 2.2.5.4 Caùc yeáu toá dinh döôõng vaø vi löôïng . Ñeå coù phaûn öùng sinh hoùa nöôùc thaûi caàn chöùa hôïp chaát cuûa caùc nguyeân toá dinh döôõng vaø vi löôïng. Ñoù laø caùc nguyeân toá N, S, P, Na, Mg , K,Ca, Cl , Fe, Mn, Zn, Cu.. Trong ñoù N, P , K laø chuû yeáu caàn ñöôïc baûo ñaûm moät löôïng caàn thieát cho xöû lyù sinh hoùa . Thieáu Nito caûn trôû quaù trình sinh hoùa, caùc chaát baån höõu cô taïo ra buøn hoaït tính khoù laéng. Thieáu Photpho,vi khuaån daïng sôïi seõ phaùt trieån, laø nguyeân nhaân laøm cho buøn hoaït tính bò phoàng khoù laéng. Caùc nguyeân toá toát nhaát ôû daïng hôïp chaát. Haøm löôïng caùc nguyeân toá phuï thuoäc vaøo thaønh phaàn nöôùc thaûi vaø tæ leä giöõa chuùng, tæ leä BOD : N : P = 100 : 5 : 1. Ngoaøi ra pH cuõng aûnh höôûng tôùi quaù trình taïo men trong teá baøo vaø quaù trình haáp thuï caùc chaát dinh döôõng. pH toái öu laø 6,8 – 8,5 . 2.2.6 Caáu truùc vaø caùc chaát oâi nhieãm buøn hoaït tính . 2.2.6.1 Quaù trình oxy hoùa sinh hoùa vaø caáu truùc cuûa moät soá hôïp chaát höõu cô. Taùc nhaân tham gia vaøo quaù trình phaân huûy caùc chaát baån höõu cô laø vi khuaån , xaï khuaån, naám vaø moät soá sinh vaät baäc thaáp . Quaù trình oxy hoùa sinh hoùa caùc hôïp chaát höõu cô phuï thuoäc vaøo caáu truùc hoùa hoïc cuûa caùc chaát ñoù vaø nhieàu yeáu toá khaùc nhau . Ngöôøi ta phaân chia vi sinh vaät phaân huûy caùc chaát beàn vöõng ra thaønh 3 nhoùm : 1. Nhoùm vi sinh vaät phaân huûy caùc chaát maïch hôû nhö : alcol maïch thaúng, aldehyt vaø acid. 2. Nhoùm vi sinh vaät phaân huûy caùc hôïp chaát thôm : benzen, phenol, tuluen, xylen. 3. Nhoùm vi sinh vaät oxy hoùa Hydrocacbon daõy Pholymetyl . Nhöõng hôïp chaát höõu cô coù khoái löôïng phaân töû lôùn ,caáu truùc nhieàu maïch nhaùnh laø nhöõng chaát khoâng bò oxy hoùa . 2.2.6.2 Caùc daïng vaø caáu truùc caùc loaïi vi sinh vaät tham gia xöû lyù nöôùc thaûi Buøn hoaït tính vaø maøng sinh vaät laø taäp hôïp caùc loaïi vi sinh vaät khaùc nhau .Buøn hoaït tính coù daïng boâng maøu vaøng coù kích thöôùc 3 – 5 m . Nhöõng boâng naøy goàm caùc vi sinh vaät soáng vaø chaát raén ( 40%). Nhöõng vi sinh vaät soáng laø vi sinh vaät, vi khuaån ,ñoäng vaät baäc thaáp, naám men, moác , xaï khuaån … Maøng vi sinh vaät phaùt trieån ôû beà maët caùc haït vaät lieäu loïc coù daïng nhaày . Daøy ñeán 1 – 3 mm. Maøu cuûa maøng thay ñoåi theo thaønh phaàn nöôùc thaûi, maøng sinh hoïc cuõng goàm vi khuaån , naám moác vaø vi sinh vaät khaùc . Nhöõng loaøi vi khuaån tham gia vaøo quaù trình xöû lyù thöôøng laø caùc loaïi tröïc khuaån khoâng taïo nha baøo gram aâm .Söï coù maët cuûa vi khuaån di döôõng vaø nhieàu kieåu trao ñoåi khaùc nhau seõ laøm cho buøn hoaït tính thích nghi vôùi nhieàu loaïi nöôùc thaûi khaùc nhau . 2.2.7 Caùc phöông phaùp xử lý yeám khí . Quaù trình phaân huûy kî khí laø quaù trình phaân huûy sinh hoïc chaát höõu cô vaø voâ cô phaân töû trong ñieàu kieän khoâng coù oxy phaân töû bôûi caùc vi sinh vaät kò khí. Theo traïng thaùi buøn,coù theå chia quaù trình kî khí thaønh : Quaù trình xöû lyù kî khí vôùi vi sinh vaät sinh tröôûng daïng lô löûng nhö quaù trình tieáp xuùc kî khí (Anaerobic Contact Process ) ,quaù trình xöû lyù baèng lôùp buøn kî khí baèng vôùi doøng nöôùc ñi töø döôùi leân (Upflow Anaerobic Sludge Blanket – UASB) Quaù trình xöû lyù kî khí vôùi vi sinh vaät sinh tröôûng daïng dính baùm nhö quaù trình loïc kî khí ( Anaerobic Filter Process) . Sinh trưởng lơ lửng Sinh trưởng bám dính Xáo trộn hoàn Tiếp xúc kỵ khí UASB Lọc kỵ khí Tầng lơ lửng Vách ngăn Công nghệ xử lý kỵ khí Hình 2.2 : Sô ñoà phaân loaïi caùc heä thoáng xöû lyù kî khí a. Quaù trình xöû lyù kî khí sinh tröôûng lô löûng Vi sinh vaät saûn sinh vaø phaùt trieån trong caùc boâng caën buøn hoaït tính ôû traïng thaùi lô löûng trong caùc beå xöû lyù sinh hoïc. Caùc vi sinh vaät naøy taïo thaønh buøn hoaït tính coù vai troø phaân huûy caùc chaát höõu cô ñeå xaây döïng teá baøo môùi vaø taïo thaønh saûn phaåm cuoái cuøng laø daïng khí. Chuùng sinh tröôûng ôû traïng thaùi lô löûng vaø xaùo troän cuøng vôùi nöôùc, cuoái cuøng caùc chaát dinh döôõng caïn kieät, caùc boâng caën laéng thaønh buøn. b. Quaù trình sinh tröôûng dính baùm: Trong quaù trình xöû lyù sinh hoïc, caùc vi sinh vaät chòu traùch nhieäm phaân huûy caùc chaát höõu cô phaùt trieån thaønh maøng dính baùm hay gaén keát caùc vaät lieäu trô nhö ñaù, xæ, goã, saønh söù, chaát deûo. Quaù trình naøy coøn goïi laø maøng sinh hoïc hay maøng coá ñònh, xaûy ra ôû caùc quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi, nhö loïc sinh hoïc hoaëc ñóa quay sinh hoïc. 2.2.7.1 Beå yeám khí . 2.2.7.1.1 Nguyeân lyù chung Caùc phöông phaùp yeám khí ñöôïc duøng ñeå leân men buøn caën sinh ra trong quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi baèng phöông phaùp sinh hoïc, cuõng nhö nöôùc thaûi coâng nghieäp chöùa haøm löôïng chaát höõu cô cao (BOD 4 - 5 g/l) .Ñaây laø phöông phaùp duøng ñeå oån ñònh buøn caën, trong ñoù caùc vi khuaån phaân huûy caùc chaát höõu cô trong ñieàu kieän khoâng coù oxy. Quaù trình phaân huûy yeám khí chaát höõu cô raát phöùc taïp lieân heä ñeán haøng traêm phaûn öùng vaø saûn phaåm trung gian. Tuy nhieân ngöôøi ta thöôøng ñôn giaûn hoùa chuùng baèng phöông trình sau ñaây: Chất hữu cơ lên men -----------> yếm khí CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + teá baøo môùi. Tuøy thuoäc vaøo loaïi saûn phaåm cuoái cuøng , ngöôøi ta phaân loaïi quaù trình naøy thaønh: leân men röôïi, leân men acid lactic, leân men metan….nhöng saûn phaåm cuoái cuûa quaù trình leân men laø khí sinh hoïc hay Biogas : coàn , caùc acid , axeton, khí CO2 ,H2, CH4. Baûng 2.2 – Thaønh phaàn % caùc khí sinh ra trong quaù trình leân men. Methane (CH4) 55,65% Carbon dioxide (CO2) 35,45% Nitrogen (N2) 0,3% Hydrogen (H2) 0,1% Hydrogen Sulphide(H2S) 0,1% Ñeå xöû lyù nöôùc thaûi ngöôøi ta söû duïng quaù trình leân men khí metan. Ñoù laø quaù trình phöùc taïp ,dieãn ra theo nhieàu giai ñoaïn,leân men khí metan goàm coù hai pha : pha acid hay pha kieàm . Trong pha acid caùc vi khuaån taïo acid ( bao goàm caùc vi khuaån tuøy tieän , vaø vi khuaån yeám khí ) hoùa loûng caùc chaát raén höõu cô roài sau ñoù leân men caùc chaát höõu cô phöùc taïp ñoù taïo thaønh caùc acid baäc thaáp nhö acid beùo, coàn, aminoacid, glyxerin, dihydrosunfua, CO2, H2 . Trong pha kieàm caùc vi khuaån taïo metan chæ goàm caùc vi khuaån yeám khí chuyeån hoùa caùc saûn phaåm trung gian treân taïo thaønh CH4 vaø CO2 . Phaûn öùng chính taïo thaønh metan xaûy ra nhö : CO2 + 4H4A è CH4 + 4A +2H2 O Trong ñoù H2A laø chaát höõu cô chöùa hydro . Metan coù theå taïo thaønh do phaân raõ acid acetic . CH3COOH è CH4 + CO2 CO2 + 4H2 è CH4 + 2H2O Hình 2.3 : Sô ñoà phaân huûy yeám khí nöôùc thaûi. Giai ñoaïn I Thuûy phaân vaø leân men Giai ñoaïn II Taïo axid acetic, H2 Giai ñoaïn III Sinh CH4 Ba giai ñoaïn cuûa quaù trình leân men yeám khí (Mc. Cathy, 1981) Giai ñoaïn thuyû phaân: vi sinh vaät kî khí tuyø tieän coù chöùa caùc heä men ngoaïi baøo nhö proteza, lipaza, cellulaza…phaùt trieån nhieàu trong töï nhieân. Trong ñoù coù caû vi khuaån E.coli. Giai ñoaïn leân men axít: Clostridium spp, Lactobacillus…vsv hieáu khí cuõng than gia ôû ñaàu giai ñoaïn nhö: vi khuaån khöû sunfat Desulfovibrio, phaân huyû protit taïo hiñrosunfua nhö moác Penicillium, Fusarium Giai ñoaïn leân men kieàm: vi khuaån methan phaùt tieån vaø ñoùng vai troø chuû yeáu 2.2.7.1.2 Quaù trình coâng ngheä cuûa beå yeám khí . a. Quaù trình coâng ngheä : goàm 3 giai ñoaïn : 1. Giai ñoaïn phaân huûy caùc chaát höõu cô cao phaân töû ñeå vi khuaån deã söû duïng caùc chaát dinh döôõng. 2. Giai ñoaïn taïo thaønh acid : H2A caùc acid höõu cô (CH3COOH, C2H5COOH,C3H7COOH …) 3. Giai ñoaïn taïo thaønh metan : Caùc acid höõu cô CH4 + CO2 b. Caùc nhoùm vi sinh vaät tham gia xử lý : Nhoùm vi khuaån thuyû phaân : Hydrolytic bacteria Closdium Bipiclobacterium, Bacillus gram aâm khoâng sinh baøo töû Staphylococcus Nhöõng vi kuaån naøy seõ phaân huyû caùc hôïp chaát höõu cô cao phaân töû (protein. Lipid ) thaønh caùc hôïp chaát höõu cô ñôn giaûn Nhoùm vi khuaån leân men acid : Clostridium spp; Lactobacillus spp Desulfovibrio spp; Corynebacterium spp Actinomyces; Staphylococcus Escherichia coli Chuùng bieán döôõng trong ñieàu kieän yeám khí cho ra: CO2, H2 vaø moät soá chaát tan trong nöôùc nhö Format, Acetat, Alcool methylic, Methylamine. Caùc chaát naøy ñeàu ñöôïc duøng ñeå dinh döôõng hoaëc taùc chaát cho nhoùm vi khuaån sinh khí metan. Nhoùm vi khuaån acetic : Acetogenic bacteria Nhoùm vi khuaån metan : Methanogens Goàm vi khuaån hình que vaø hình caàu thuoäc : 3 boä, 4 hoï (Methanococcaceae, Methanosarcinaceae, Methanocorpusclaceae, Methanomicrobiaceae), 17 loaøi. 2.2.7.1.3 Caùc yeáu toá chính aûnh höôûng tôùi hieäu xuaát cuûa quaù trình phaân huûy yeám khí taïo khí metan . a. AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä. Nhieät ñoä vaø söï bieán ñoåi cuûa nhieät ñoä trong ngaøy vaø caùc muøa aûnh höôûng ñeán toác ñoä phaân huûy chaát höõu cô. Thoâng thöôøng bieân ñoä nhieät sau ñaây ñöôïc chuù yù ñeán trong quaù trình xöû lyù yeám khí: AÛnh höôûng cuûa nhieät ñoä leân khaû naêng sinh khí . 25 - 40oC: ñaây laø khoaûng nhieät ñoä thích hôïp cho caùc vi sinh vaät öa aám. 50 - 65oC: nhieät ñoä thích hôïp cho caùc vi sinh vaät öa nhieät. Khi nhieät ñoä taêng toác ñoä sinh khí taêng nhöng ôû nhieät ñoä trong khoaûng 40 - 45oC thì toác ñoä sinh khí giaûm vì khoaûng nhieät ñoä naøy khoâng thích hôïp cho caû hai loaïi vi khuaån, nhieät ñoä treân 60oC toác ñoä sinh khí giaûm ñoät ngoät vaø quaù trình sinh khí bò keàm haõm hoaøn toaøn ôû 65oC trôû leân.  Nhieät ñoä toái öu cho beå yeám khí laø 350C. Khi nhieät ñoä döôùi 100C vi khuaån metan haàu nhö khoâng hoaït ñoäng . b. Lieàu löôïng naïp nguyeän lieäu : (buøn ) vaø möùc ñoä khuaáy troän. AÛnh höôûng cuûa löôïng nguyeân lieäu naïp coù theå bieåu thò baèng 2 nhaân toá sau: Haøm löôïng chaát höõu cô bieåu thò baèng kg COD/m3/ngaøy. Thôøi gian löu tröõ hoãn hôïp naïp trong haàm uû HRT Löôïng chaát höõu cô naïp cao seõ laøm tích tuï caùc acid beùo do caùc vi khuaån ôû giai ñoaïn 3 khoâng söû duïng kòp laøm giaûm pH cuûa haàm uû gaây baát lôïi cho caùc vi khuaån methane. Nguyeân lieäu naïp cho quaù trình caàn coù haøm löôïng chaát raén baèng 7 – 9 %. Taùc duïng cuûa khuaáy troän laø phaân boá ñeàu chaát dinh döôõng, taïo ñieàu kieän tieáp xuùc toát vôùi caùc vi sinh vaät vaø giaûi phoùng saûn phaåm . c. Caùc chaát dinh döôõng . Ñeå baûo ñaûm naêng suaát sinh khí cuûa beå, nguyeân lieäu naïp neân phoái troän ñeå ñaït ñöôïc tæ soá C/N töø 25/1 - 30/1. Bôûi vì caùc vi khuaån söû duïng carbon nhanh hôn söû duïng ñaïm töø 25- 30 laàn. Caùc nguyeân toá khaùc nhö P, Na, K vaø Ca cuõng quan troïng ñoái vôùi quaù trình sinh khí tuy nhieân C/N ñöôïc coi laø nhaân toá quyeát ñònh. d. AÛnh höôûng cuûa pH vaø ñoä kieàm ( alkalinity) . pH cho quaù trình naøy chænh ôû möùc 6,5 – 7,5 toái öu trong khoaûng 7 - 7,2. vì vi khuaån taïo acid coù theå chòu ñöôïc pH thaáp khoaûng 5,5 nhöng vi khuaån taïo methane bò öùc cheá ôû pH ñoù. pH cuûa hoà coù khi haï xuoáng thaáp hôn 6,5 do söï tích tuï quaù nhieàu caùc acid beùo do beå bò naïp quaù taûi hoaëc do caùc ñoäc toá trong nguyeân lieäu naïp öùc cheá hoaït ñoäng cuûa vi khuaån methane.. Ngoaøi ra ngöôøi ta coù theå duøng voâi ñeå trung hoøa pH cuûa beå. Ñoä kieàm cuûa beå neân giöõ ôû khoaûng 1000 – 5000 mg/l ñeå taïo khaû naêng ñeäm toát cho nguyeân lieäu . e. AÛnh höôûng cuûa ñoä maën . Thöôøng treân 90% troïng löôïng nguyeân lieäu laø nöôùc . Vi khuaån tham gia trong quaù trình sinh khí metan coù khaû naêng daàn daàn thích nghi vôùi noàng ñoä cuûa muoái aên NaCl trong nöôùc. Vôùi noàng ñoä < 0,3% khaû naêng sinh khí khoâng bò giaûm ñaùng keå. Ngoaøi ra phaûi keå ñeán aûnh höôûng cuûa doøng vi khuaàn ,thôøi gian löu ,caàn ñuû ñeå ñaûm baûo hieäu xuaát khöû caùc chaát gaây oâi nhieãm vaø ñieàu kieän khoâng chöùa caùc chaát oâi nhieãm ñaëc bieät laø kim loaïi naëng . Các chất Tuluen Axeton Benzen Crom+ Đồng N/độ giới hạn cho phép (mg/l) 200 200 200 25/3 25 Khí saûn phaåm quaù trình leân men metan thöôøng coù haøm löôïng CH4 65 – 70 % ,CO2 25 – 30 % , vaø löôïng nhoû caùc khí khaùc . Do buøn caën cuûa nöôùc thaûi coâng nghieäp coù buøn caën neân phaûi leân men ôû taûi troïng thaáp hôn bình thöôøng 25 – 50 % . Theå tích beå tieâu huûy yeám khí ñöôïc tính theo taûi löôïng rieâng ,thôøi gian tieâu huûy , söï giaûm chaát raén vaø thôøi gian löu tröõ buøn . Ta coù coâng thöùc : V = Trong ñoù : V laø theå tích tieâu huûy m3 V1 löu löôïng buøn thoâ naïp vaøo beå (m3 / ng) V2 löu löôïng buøn löu giöõ trong beå (m3 / ng) T1 thôøi gian tieâu huûy / ngaøy T2 thôøi gian buøn löu giöõ laïi ôû beå / ngaøy 2.2.7.2 Hoà yeám khí . Nguyeân taéc taïo ñieàu kieän yeám khí vaø laøm vieäc cuûa hoà ñöôïc minh hoïa treân hình. ÔÛ ñaây caùc vi khuaån yeám khí phaân huûy chaát höõu cô thaønh saûn phaåm cuoái cuøng ôû daïng khí laø CO2 ,CH4 vaø theâm vaøo ñoù laø hôïp chaát trung gian phaùt sinh muøi nhö caùc acid höõu cô,H2S. Ñaëc tính cuûa xöû lyù nöôùc thaûi baèng phöông phaùp yeám khí laø coù haøm löôïng chaát höõu cô cao, cuï theå laø protein, môõ, nhieät ñoä töông ñoái cao, khoâng chöùa caùc chaát ñoäc vaø dö chaát dinh döôõng . Caùc tieâu chuaån vaän haønh ñoái vôùi hoà yeám khí ñaït hieäu xuaát khöû BOD = 75% taûi troïng BOD = 320g BOD/m3,ngaøy. Thôøi gian löu toái thieåu laø 4 ngaøy. Nhieät ñoä toái thieåu laø 250C . Hình 2.4 : Sô ñoà hoà yeám khí xöû lyù nöôùc thaûi cheá bieán thòt. Vaán ñeà thöôøng gaëp laø söï giaûm nhieät ñoä, khoâng ñöôïc lôùp daàu môõ phuû kín ñeå caùch nhieät vaø traùnh taùc ñoäng khuaáy troän cuûa gioù. Öu ñieåm cuûa hoà yeám khí so vôùi hieáu khí laø sinh ra ít buøn , khoâng caàn thieát bò thoâng khí . Nhöôïc ñieåm laø phaân huûy khoâng trieät ñeå neân chaát thaûi caàn ñöôïc xöû lyù baèng quaù trình thöù caáp laø quaù trình hieáu khí ,maët khaùc quaù trình phaân huûy yeám khí caàn nhieät ñoä cao. 2.2.8 Caùc phöông phaùp hieáu khí . Caùc quaù trình hieáu khí trong xöû lyù sinh hoïc coù theå xaûy ra ôû ñieàu kieän töï nhieân vaø caùc coâng trình nhaân taïo . Quaù trình xöû lyù sinh hoïc hieáu khí nöôùc thaûi goàm 3 giai ñoaïn sau : - Oxy hoùa caùc chaát höõu cô : CxHyOz + O2 CO2 + H2O + H Toång hôïp teá baøo môùi : CxHyOz + NH3 + O2 teá baøo vi khuaån + CO2 + H2O+ C5H7NO2 - H Phaân huûy noäi baøo : C5H7NO2 + 5O2 5CO2 + 2H2O + NH3 Caùc quaù trình xöû lyù sinh hoïc baèng phöông phaùp hieáu khí coù theå xaûy ra ôû ñieàu kieän töï nhieân hoaëc nhaân taïo. Trong caùc coâng trình xöû lyù nhaân taïo, ngöôøi ta taïo ñieàu kieän toái öu cho quaù trình oxy hoùa sinh hoùa neân quaù trình xöû lyù coù toác ñoä vaø hieäu xuaát cao hôn raát nhieàu. Tuøy theo traïng thaùi toàn taïi cuûa vi sinh vaät, quaù trình xöû lyù sinh hoïc hieáu khí coù theå chia thaønh : Xöû lyù sinh hoïc hieáu khí vôùi vi sinh vaät sinh tröôûng daïng lô löûng chuû yeáu ñöôïc söû duïng ñeå khöû chaát höõu cô chöùa cacbon nhö quaù trình buøn hoaït tính, hoà laøm thoaùng, beå phaûn öùng hoaït ñoäng giaùn ñoaïn, quaù trình leân men phaân huûy hieáu khí. Trong soá nhöõng quaù trình naøy ,quaù trình buøn hoaït tính laø quaù trình phoå bieán nhaát. Xöû lyù sinh hoïc hieáu khí vôùi vi sinh vaät sinh tröôûng daïng dính baùm nhö quaù trình buøn hoaït tính dính baùm, beå loïc nhoû gioït, beå loïc cao taûi, ñóa sinh hoïc, beå phaûn öùng nitrate hoùa vôùi maøng coá ñònh . 2.2.8.1 Xöû lyù nöôùc thaûi trong caùc coâng trình nhaân taïo . 2.2.8.1.1 Xöû lyù trong caùc beå Aerotank . Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa beå Aerotank: Beå Aerotank ñöôïc ñöa ra vaø nghieân cöùu raát laâu (töø 1887-1914 aùp duïng). Beå Aerotank laø coâng trình xöû lyù sinh hoïc söû duïng buøn hoaït tính (ñoù laø loaïi buøn xoáp chöùa nhieàu VS coù khaû naêng oxy hoaù caùc chaát höõu cô). Thöïc chaát quaù trình xöû lyù nöôùc thaûi baèng beå Aerotank vaãn qua 3 giai ñoaïn: Giai ñoaïn 1: Toác ñoä oxy hoaù xaùc ñònh baèng toác ñoä tieâu thuï oxy. Giai ñoaïn 2: Buøn hoaït tính khoâi phuïc khaû naêng oxy hoaù, ñoàng thôøi oxy hoaù tieáp nhöõng chaát hôïp chaát chaäm oxy hoaù. Giai ñoaïn 3: Giai ñoaïn nitô hoaù vaø caùc muoái amoân. Khi söû duïng beå Aerotank phaûi coù heä thoáng caáp khí. a. Löôïng oxy ñöôïc haáp thuï trong beå ñöôïc tính theo phöông trình caáp khoái khi tính ñeán ñaëc ñieåm caùc thieát bò suïc khí . R = k ( .C* - C ) Trong ñoù : R : toác ñoä chuyeån oxy töø khoâng khí thaønh oxy hoøa tan (toác ñoä haáp thuï ) mg/l/h) k : heä soá chuyeån oxy phuï thuoäc vaøo loaïi thieát bò suïc khí, keát caáu beå arotenk vaø ñaëc tính nöôùc thaûi (l/h) . : heä soá baõo hoøa oxy nöôùc thaûi thöôøng 0.8 – 0.9 C* : noàng ñoä oxy hoøa tan cuûa nöôùc saïch ôû traïng thaùi baõo hoøa . C : noàng ñoä oxy torng hoãn hôïp loûng . (mg/l) . b. Phaân loaïi . Döïa vaøo cheá ñoä thuûy ñoäng löïc ta coù : Arotenk ñaåy, Arotenk khuaáy troän, Arotenk trung gian . Theo taûi löôïng buøn ngöôøi ta chia thaønh : taûi trong cao, taûi troïng trung bình vaø taûi troïng thaáp . Theo soá baäc : 1 baäc, 2 baäc vaø nhieàu baäc . Theo chieàu daãn nöôùc thaûi : xuoâi chieàu vaø ngöôïc chieàu . 2.2.8.1.2 Beå Loïc sinh hoïc . (Beå Biophin) Beå loïc sinh hoïc laø moät thieát bò phaûn öùng trong ñoù caùc vi sinh vaät sinh tröôûng coá ñònh treân lôùp maøng baùm treân lôùp vaät lieäu loïc (moâi tröôøng loïc). Thöôøng nöôùc thaûi ñöôïc töôùi töø treân xuoáng, qua lôùp vaät lieäu loïc baèng ñaù hoaëc caùc vaät lieäu khaùc nhau. Vì vaäy ngöôøi ta goïi heä thoáng naøy laø beå loïc sinh hoïc nhoû gioït. Phaân loaïi : Coù 2 loaïi Beå Loïc sinh hoïc coù lôùp vaät lieäu khoâng ngaäp nöôùc Beå loïc sinh hoïc coù lôùp vaät lieäu ngaäp nöôùc. Hình 2.5 : Caùc quaù trình trong beå loïc sinh hoïc nhoû gioït. Khi doøng nöôùc thaûi chaûy truøm leân lôùp maøng nhôùt naøy, caùc chaát höõu cô ñöôïc vi sinh vaät chieát ra, coøn saûn phaåm cuûa quaù trình trao ñoåi chaát CO2 seõ ñöôïc thaûi ra qua maøng chaát loûng. Oxy hoøa tan ñöôïc boå sung baèng haáp thu töø khoâng khí . Theo chieàu saâu töø maët xuoáng ñaùy beå, noàng ñoä chaát höõu cô trong nöôùc thaûi giaûm daàn. Nöôùc thaûi ñöôïc phun ñeàu leân lôùp ñeäm taïo ra lôùp maøng nhôùt goïi laø maøng sinh hoïc, phuû treân caùc ñeäm. Quaù trình oxy hoùa xaûy ra nhö cô cheá noùi treân . Loïc sinh hoïc öùng duïng laøm saïch moät phaàn hay toaøn boä chaát höõu cô phaân huûy sinh hoïc trong nöôùc thaûi vaø coù theå ñaït chaát löôïng BOD vôùi noàng ñoä vôùi 15mg/l . Hieäu xuaát laøm saïch nöôùc thaûi trong caùc beå loïc sinh hoïc phuï thuoäc vaøo caùc chæ tieâu sinh hoùa, trao ñoåi khoái, cheá ñoä thuûy löïc vaø keát caáu thieát bò . Phaân loaïi : Theo ñaëc ñieåm keát caáu, caùc beå loïc sinh hoïc ñöôïc chia thaønh thieát bò loïc vôùi ñeäm hình khoái ,thieát bò loïc vôùi ñeäm hình taám . Ngöôøi ta coøn phaân loaïi beå loïc thaønh caùc loaïi : loaïi loïc gioït (thoâng khí töï nhieân ) loïc taûi löôïng cao ( thoâng khí nhaân taïo ) thaùp loïc . 2.2.8.2 Xöû lyù nöôùc thaûi trong ñieàu kieän töï nhieân . Quaù trình laøm saïch nöôùc thaûi ôû ñieåu kieän töï nhieân ñöôïc tieán haønh baèng caùch töôùi nöôùc thaûi ôû daïng phun möa treân caùc caùnh ñoàng ñöôïc chuaån bò rieâng cho muïc ñích naøy, ñoàng thôøi cho caû canh taùc, hay loïc nöôùc thaûi qua caùnh ñoàng loïc vaø trong caùc hoà sinh hoïc. 2.2.8.2.1 Caùnh ñoàng töôùi coâng coäng vaø baõi loïc Sô ñoà caùnh ñoàng töôùi 1. Möông chính vaø maøng phaân phoái; 2. Maùng, raõnh phaân pho._.ác nhau rõ rệt. Cây phát triển không đồng đều ở mỗi luống . Luống thứ 1 : Cây cao nhất 5,6 cm Cây trung bình 3,8 cm Cây nhỏ nhất 1,7 cm Chiều cao trung bình cây 3,7 cm. Luống thứ 2 : Cây cao nhất 13,7 cm Cây trung bình 6,8 cm Cây nhỏ nhất 3,6 cm Chiều cao trung bình cây 8,03 cm Kết quả : Số luống Chiều cao trung bình X (cm) Số lá Y (số lá/ cây) Diện tích lá Z (cm) Luống thứ 1 3,7 4 1,5 Luống thứ 2 8,03 6 3,6 Cây Sau 20 ngày tuổi : Luống thứ 1 : Cây cao nhất 6,9 cm Cây trung bình 4,1 cm Cây nhỏ nhất 2,2 cm Chiều cao trung bình 4,4 cm Luống thứ 2 Cây cao nhất 16,4 cm Cây trung bình 7,3cm Cây nhỏ nhất 4,2 cm Chiều cao trung bình 9,3 cm Kết quả : Số luống Chiều cao trung bình X (cm) Số lá Y (số lá/ cây) Diện tích lá Z (cm) Luống thứ 1 4,4 3 1,7 Luống thứ 2 9,3 6 4,1 4.2.2 Thaûo Luaän Chieàu cao caây, soá laù, dieän tích laù laø caùc chæ tieâu quan troïng ñaùnh giaù khaû naêng sinh tröôûng vaø ñoàng thôøi tröïc tieáp aûnh höôûng tôùi naêng xuaát cuûa rau. Qua keát quaû theo doõi sau 20 ngaøy tuoåi caây rau caûi ñöôïc töôùi nöôùc khaùc nhau cho thaáy keát quaû ôû moãi giai ñoaïn caây phaùt trieån veà chieàu cao, soá laù ,vaø dieän tích laù khaùc nhau. Baûng 4.3 Keát quaû so saùnh caùc nghieäm thöùc X, Y vaø Z cuûa 2 luoáng rau. Số luống / Ngày Luống thứ 1 Luống thứ 2 X (cm) Y Z (cm) X (cm) Y Z (cm) 3 0,4 2 0 0,5 3 0 5 2,5 3 0,4 3,03 4 0,5 10 3,13 3 0,9 5,4 5 2,2 15 3,7 4 1,5 8,03 6 3,6 20 4,4 4 1,7 9,3 6 4,1 4.2.2.1 Chieàu cao caây Chieàu cao cuûa caây trung bình X (cm) cuûa Luoáng thöù 1 : Đồ thị 4.1 Chiều cao trung bình của Luống thứ 1 Chiều cao cây trung bình X ( cm ) của luống thứ 2 : Ñoà thò 4.2 : Chieàu cao trung bình cuûa Luoáng thöù 2 Keát quaû so saùnh nghieäm thöùc X (cm) cuûa luoáng thöù 2 vaø ñoái chöùng (luoáng thöù nhaát) Ñoà thò 4.3 : Keát quaû so saùnh chieàu cao caây X (cm) luoáng thöù 1 vaø thöù 2 Qua ñoà thò so saùnh 2 nghieäm thöùc cuûa luoáng thöù 1 vaø thöù 2, ta thaáy raèng söï thay ñoåi roõ reät veà chieàu cao cuûa 2 luoáng. Luoáng thöù 2 cao hôn luoáng thöù 1. Töø ngaøy thöù 3 ñeán ngaøy 5, caû 2 luoáng ñeàu coù toác ñoä phaùt trieån nhö nhau, luoáng thöù nhaát 0,4 cm – 2,5 cm, luoáng thöù 2, 0,5 cm – 3,03cm . Töø ngaøy 5 ñeán ngaøy 20,luùc naøy luoáng thöù 2 coù toác ñoä phaùt trieån cao hôn, töø 3,03 cm – 9,3cm . 4.2.2.2 Soá laù caây Ñieàu kieän thôøi tieát vaø khí haäu aûnh höôûng ñeán soá laù vaø dieän tích laù, ñieàu kieän khí haäu thuaän lôïi , caây seõ phaùt trieån toát ra nhieàu laù giuùp cho söï quang hôïp. Soá laù Y cuûa luoáng thöù 1 : Đồ thị 4.4 : Số lá Y cây rau cải xanh của luống thứ 1 Đồ thị 4.5 : Số lá Y cây rau cải xanh của luống thứ 2 Keát quaû so saùnh nghieäm thöùc Y (soá laù ) cuûa 2 luoáng rau. Ñoà thò 4.6 So saùnh keát quaû soá laù Y cuûa luoáng thöù 1 vaø thöù 2 . Do rau caûi xanh chuû yeáu laø laù neân soá löôïng laù rau cuûa 2 luoáng töông ñoái laø nhö nhau . 4.2.2.3 Dieän tích laù Bieåu ñoà dieän tích laù Z ( cm ) Luoáng thöù 1 : Ñoà thò 4.7 Dieän tích laù Z (cm) cuûa luoáng thöù 1 Ñoà thò 4.8 Dieän tích laù Z (cm) luoáng thöù 2 Keát quaû so saùnh nghieäm thöùc Z (cm) cuûa 2 luoáng rau caûi xanh Ñoà thò 4.9 Keát quaû so saùnh dieän tích laù Z (cm) cuûa 2 luoáng rau Quaù trình sinh tröôûng cuûa rau aûnh höôûng ñeán soá laù rau, soá laù cuûa caây phuï thuoäc vaøo nhieàu yeáu toá nhö quaù trình trao ñoåi chaát, ñaëc ñieåm di truyeàn cuûa gioáng...Nhöng trong giôùi haïn do ñaëc ñieåm di truyeàn, söï phaùt sinh hình thaùi phuï thuoäc nhieàu vaøo quaù trình dinh döôõng cuûa caây. Vì vaäy thaønh phaàn dinh döôõng trong ñaát aûnh höôûng ñeán soá laù cuûa rau caûi xanh. Soá laù rau aûnh höôûng ñeán dieän tích cuûa laù, thoâng qua dieän tích laù aûnh höôûng ñeán beà maët ñoàng hoùa cuûa caây, töø ñoù aûnh höôûng ñeán quaù trình quang hôïp vaø cuoái cuøng laø naêng suaát cuûa rau. 4.2.3 Caùc ñieàu kieän aûnh höôûng tôùi söï sinh tröôûng vaø phaùt trieån cuûa rau caûi xanh. 4.2.3.1 Thôøi tieát vaø khí haäu Trong quaù trình thöïc hieän thí nghieäm, caây troàng môùi phaùt trieån raát caàn nhieàu nöôùc vaø ñoä aåm. Do thôøi tieát vaø khí haäu aûnh höôûng (nhieät ñoä khoaûng 320C – 340C ) nhieàu tôùi söï caân baèng nöôùc. Nhieät ñoä caøng cao, löôïng nöôùc boác hôi caøng nhieàu. Rau caûi phaùt trieån toát ôû ñieàu kieän aùnh saùng khoâng cao, vì vaäy trong giai ñoaïn naøy thieáu nöôùc caây raát deã bò heùo laù vaø cheát. Söï caân baèng nöôùc trong thí nghieäm aûnh höôûng bôûi nhieàu yeáu toá : Söï boác hôi nöôùc qua ñaát. Caây haáp thu roài boác hôi qua. Ñieàu kieän thôøi tieát (naéng ,noùng ,gioù…) 4.2.3.2 Chaát dinh döôõng . ÔÛ luoáng thöù 2, chaát höõu cô coù trong nöôùc thaûi cung caáp ñaày ñuû chaát dinh döôõng cho caây veà maët hoùa hoïc, lyù hoïc vaø sinh hoïc cho rau caûi xanh. Hoùa hoïc: chaát höõu cô cung caáp ñaày ñuû 16 chaát cho caây troàng, trong ñoù chuû yeáu laø nhöõng chaát trung vi löôïng vaø moät phaàn laø caùc chaát N, P, K. Lyù hoïc: laøm tôi xoáp ñaát, taïo caáu truùc ñaát seùt-muøn ñeå giöõ nöôùc, giöõ phaân boùn toát hôn vaø laøm taêng tính ñeäm cho ñaát, pheøn, maën...caây troàng khoâng aûnh höôûng ñoät ngoät theo söï thay ñoåi ñieàu kieän moâi tröôøng. Sinh hoïc : Chaát höõu cô chöùa caùc vitamin, caùc chaát ñieàu hoøa sinh tröôûng, cung caáp thöùc aên giuùp cho heä vi sinh vaät ñaát hoaït ñoäng hieäu quaû, taêng cöôøng khaû naêng chuyeån vaän vaø trao ñoåi chaát cho caây troàng. Trong giai ñoaïn rau phaùt trieån moãi nguyeân toá dinh döôõng ñeàu coù moät chöùc naêng roõ raøng vaø rieâng bieät, thöïc hieän söï sinh tröôûng vaø phaùt tneån cuûa caây rau. Moät söï thieáu huït hay dö thöøa nguyeân toá dinh döôõng laø nguyeân nhaân cuûa söï sinh tröôûng khoâng bình thöôøng cuûa caây troàng . Treäu chöùng thieáu huït dinh döôõng ôû caây troàng ñöôïc theå hieän döôùi ñaây: Thieáu ñaïm ( N) Sinh tröôûng coøi coïc Xuaát hieän maøu xanh lôït ñeán vaøng nhaït treân caùc laù giaø, baét ñaàu töø choùp laù. Tieáp ñoù laø caùc laù giaø bò cheát hoaëc bò ruïng tuøy theo möùc ñoä thieáu. Thieáu laân (P) Caây coøi coïc toaøn boä, caùc laù tröôûng thaønh coù maøu xanh saãm ñeán lam luïc, reã bò kìm haõm. Khi thieáu traàm troïng laù vaø thaân coù veát tím, thaân maûnh. Thieáu kali (K) UÙa vaøng doïc meùp laù, choùp laù giaø chuyeån sang naâu. Caây phaùt trieån chaäm,coøi coïc. Thaân yeáu, caây deã bò ñoå ngaân Töø keát quaû thöïc nghieäm cho thaáy : Luoáng thöù 1 caây rau phaùt trieån raát chaäm vaø coøi coïc so vôùi luoáng thöù 2 . Luoáng thöù 1 laù bò vaøng nhaït, caùc laù giaø bò cheát ,caây coøi coïc, caây yeáu ôùt vaø deã bò ngaõ. Vì do thieáu ñaïm (N) , laân (P) vaø kali ( K) . Nguoàn nöôùc gieáng chæ cung caáp cho caây moät soá caùc nguyeân toá kim loaïi chuû yeáu nhö Fe ,Canxi vaø Photpho, Mg.. Moâi tröôøng ñaát raát khoâ haïn vaø ít chaát dinh döôõng khoâng cung caáp ñuû chaát dinh döôõng chho caây phaùt trieån. 4.2.3.3 Caùc yeáu toá moâi tröôøng. Trong giai ñoaïn thí nghieäm ñieàu kieän moâi tröôøng aûnh höôûng raát lôùn tôùi saûn löôïng, phaåm chaát vaø thôøi gian thu hoaïch cuûa caây troàng. Caùc yeáu toá moâi tröôøng aûnh höôûng quan troïng tôùi söï sinh tröôûng vaø phaùt trieån cuûa caây goàm nhieät ñoä, aùnh saùng, nöôùc vaø ñaát. Nhieät ñoä : Nhieät ñoä aûnh höôûng treân söï boác thoaùt hôi nöôùc, söï haáp thuï dung dòch ñaát, söï ñoàng hoùa, hoâ haáp, tích luõy chaát döï tröõ vaø caùc tieán trình sinh lyù khaùc trong thöïc vaät. Moãi loaïi rau yeâu caàu ñieàu kieän nhieät ñoä nhaát ñònh ñeå sinh tröôûng. AÙnh saùng: AÙnh saùng caàn thieát cho caây vì laø nguoàn naêng löôïng cho quang toång hôïp. Söï toång hôïp chaát xanh cuûa laù, söï chuyeån ñoäng cuûa laù, söï toång hôïp vitamin, men hay söï bieán ñoåi veà chaát ñeå caây troå hoa keát traùi ñeàu coù lieân quan ñeán aùnh saùng. Nöôùc : Nöôùc quan troïng trong söï phaùt trieån cuûa rau . Nöôùc aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán naêng suaát vaø phaåm chaát rau. Thieáu nöôùc caây coøi coïc, moâ goã phaùt trieån neân rau cöùng, coù vò ñaéng. Thöøa nöôùc rau trôû neân nhuõn, chöùa ít ñöôøng, ít chaát khoaùng, moâ meàm vaø giaûm söùc choáng chòu. Ñoái vôùi rau caûi caàn cung caáp ñuû nöôùc ñeå reã caây rau huùt chaát dinh döôõng coù trong nöôùc thaûi vaø chuyeån hoùa caùc chaát höõu cô thaønh caùc chaát dinh döôõng ñeå caây haáp thuï . Ñaát : Caáu truùc oån ñònh giuùp cho vi sinh vaät hoaït ñoäng toát vaø reã phaùt trieån ,giöõ nöôùc toát, ñuû chaát dinh döôõng . Tuy nhieân caùc loaïi rau khaùc nhau thì coù khaû naêng cho naêng xuaát khaùc nhau trong ñieàu kieän ñaát troàng khoâ haïn, aåm öôùt, acid hay kieàm. Chöông V KEÁT LUAÄN VAØ KIEÁN NGHÒ 5.1 Keát luaän . Nghieân cöùu öùng duïng ñeå xöû lyù nöôùc thaûi chöùa chaát höõu cô trong giai ñoaïn hieän nay laø raát caàn thieát . Trong nöôùc thaûi sinh hoaït chöùa moät haøm löôïng N, P, K khaù ñaùng keå. Nhö vaäy, nöôùc thaûi laø moät nguoàn phaân boùn toát coù löôïng N thích hôïp vôùi söï phaùt trieån cuûa caây troàng. - Sau 20 ngaøy thí nghieäm keát quaû cho thaáy khaù khaû quan, luoáng thöù 2 töôùi nöôùc thaûi moïc raát toát so vôùi luoáng thöù 1 töôùi nöôùc gieáng. Caây phaùt trieån raát nhanh, söû duïng reã huùt caùc chaát höõu cô coù trong nöôùc thaûi , maø khoâng caàn phaûi boùn phaân höõu cô hay caùc chaát taêng kích thích taêng tröôûng . - Nöôùc thaûi khoâng chöùa chaát ñoäc haïi vaø duøng nöôùc töôùi cho caây noâng nghieäp raát toát vì cung caáp nhöõng chaát höõu cô vaø khoaùng caàn thieát cho caây troàng . - Luoáng thöù 1 vaø thöù 2 sau 20 ngaøy tuoåi : Töø ngaøy thöù 3 ñeán ngaøy 5, caû 2 luoáng ñeàu coù toác ñoä phaùt trieån nhö nhau, luoáng thöù nhaát 0,4 cm – 2,5 cm, luoáng thöù 2, 0,5 cm – 3,03cm . Töø ngaøy 5 ñeán ngaøy 20,luùc naøy luoáng thöù 2 coù toác ñoä phaùt trieån cao hôn, töø 3,03 cm – 9,3cm . So vôùi luoáng thöù 1 thì luoáng thöù 2, soá laù vaø dieän tích laø taêng vöôït troäi hôn raát nhieàu. Töø ø ngaøy thöù 3 tôùi 20 ngaøy tuoåi : Luoáng thöù 2 : Soá laù dao ñoäng töø 2 – 6 laù/caây, dieän tích laù töø 0 – 4,1 cm/laù. Giôùi haïn soáng cuûa caây raát cao,coù theå toàn taïi ôû möùc COD tôùi 5280mg/l . Caùc chaát höõu cô coù trong nöôùc thaûi ñöôïc caây troàng haáp thuï thaønh chaát dinh döôõng cho caây phaùt trieån vaø cung caáp caùc chaát khoaùng cho moâi tröôøng ñaát . Coù theå thay theá cho nöôùc ngoït töôùi cho caây rau, vaø caùc chaát dinh döôõng coù trong nöôùc thaûi coù theå thay theá cho phaân boùn höõu cô nhö ñaïm, laân vaø kali… Taùi söû duïng nöôùc thaûi chöùa chaát höõu cô vöøa goùp phaàn laøm giaûm oâ nhieãm moâi tröôøng nöôùc, vaø goùp phaàn taïo ra saûn phaåm rau saïch an toaøn khoâng chöùa chaát ñoäc haïi cung caáp cho con ngöôøi . 5.2 Kieán nghò . Moâ hình baõi loïc troàng caây caàn nhieàu ñieän tích beà maët neân taän duïng söû duïng nhöõng vuøng coù dieän tích beà maët lôùn . Caàn thöïc hieän nhöõng nghieân cöùu ñeå coù theå söû duïng roäng raõi nöôùc thaûi chöùa chaát höõu cô vaøo canh taùc noâng nghieäp vôùi nhöõng loaïi caây troàng khaùc nhau trong thöïc teá. Nghieân cöùu vôùi caùc loaïi nöôùc thaûi chöùa chaát höõu cô khaùc nhau vaø taùi söû duïng cho caùc loaïi caây troàng khaùc nhau vôùi caùc moâ hình khaùc nhau . Thöïc hieän treân caùc loaïi nöôùc chöùa chaát höõu cô khaùc nhau, ñaëc bieät laø nöôùc thaûi cuûa caùc nhaø maùy saûn xuaát caùc loaïi thöïc phaåm xuùc xích, ñoùng hoäp vaø thuûy haûi saûn…ñeå öùng duïng vaøo phaùt trieån noâng nghieäp. Caàn kieåm tra caùc chæ tieâu veà kim loaïi naëng, moät soá vi khuaån ,virut gaây beänh cho ngöôøi nhö : Samonella, Clostridium tetani, …. Trong tình traïng oâ nhieãm nguoàn nöôùc nhö nöôùc ta hieän naøy laø raát caáp thieát. Moâ hình baõi loïc troàng caây laø coâng ngheä xöû lyù môùi vaø ñaït hieäu quaû xöû lyù cao,chi phí thaáp vaø oån ñònh, neân caån ñöôïc aùp duïng roäng raõi ôû moãi gia ñình, trang traïi chaên nuoâi heo, gaø, nuoâi troàng thuûy haûi saûn…vì phuø hôïp trong ñieàu kieän caùc nöôùc nhieät ñôùi nhö Vieät Nam . TAØI LIEÄU THAM KHAÛO 1. D. Xanthoulis, Leàu Thoï Baùch, Wangcheng Duan – Hanx Brix, Giaùo trình xöû lyù nöôùc thaûi chi phí thaáp, NXB Xaây Döïng Haø Noäi, 2009 . 2. Hoaøng Ñan, Xöû Lyù nöôùc thaûi baèng baõi loïc troàng caây coâng ngheä môùi ñem laïi nhieàu lôïi ích cho moâi tröôøng. 3. Leâ Vaên Khoa, Ñaát Ngaäp Nöôùc, NXB Giaùo Duïc, 2005 . 4. Nguyeãn Thò Thuøy Trang, Nghieân cöùu khaû naêng XLNT phaân heo baèng coû neán vôùi caùc noàng ñoä khaùc nhau treân moâ hình baõi loïc troàng caây, Khoùa luaän toát nghieäp 2008, Ñaïi Hoïc Noâng Laâm Thaønh Phoá Hoà Chí Minh. 5. PGS – TS Nguyeãn Vieät Anh, Xöû lyù nöôùc thaûi sinh hoaït baèng baõi loïc ngaàm troàng caây doøng chaûy thaúng ñöùng trong ñieàu kieän Vieät Nam, Tröôøng Ñaïi Hoïc Xaây Döïng,( 9/6/2006) . 6. PGS – TS Nguyeãn Vaên Phöôùc, GTXLNT sinh hoaït vaø coâng nghieäp baèng phöông phaùp sinh hoïc , NXB Xaây Döïng Haø Noäi, 2007. 7. Thaïc Só Laâm Vónh Sôn, Baøi Giaûng Kyõ thuaät xöû lyù nöôùc thaûi, (2008) Tröôøng Ñaïi Hoïc Kyõ Thuaät Coâng Ngheä Thaønh Phoá Hoà Chí Minh. 8. Traàn Vaên Nhaân, Ngoâ Thò Nga, Giaùo Trình Coâng Ngheä Xöû Lyù Nöôùc Thaûi, NXB Khoa Hoïc Kyõ Thuaät . 9. Tröôøng Ñaïi Hoïc Xaây Döïng , 2006, Hoäi thaûo Khoa Hoïc veà Baõi loïc troàng caây XLNT . 10. Le Anh Tuan, Wetland – An Introduction, Catholic University of Leuven, Belgium, 12 – 2003 . PHUÏ LUÏC 1 TIEÂU CHUAÅN VIEÄT NAM TCVN 5945:2005 Nöôùc thaûi coâng nghieäp – Tieâu chuaån thaûi Baûng 1 – Giaù trò giôùi haïn caùc thoâng soá vaø noàng ñoä caùc chaát oâ nhieãm trong nöôùc thaûi coâng nghieäp (TCVN 5945 – 2005) . TT Thoâng soá Ñôn vò Giaù trò giôùi haïn A B C 1 Nhieät ñoä oC 40 40 45 2 pH - 6 ñeán 9 5,5 ñeán 9 5 ñeán 9 3 Muøi - Khoâng khoù chòu Khoâng khoù chòu - 4 Maàu saéc, Co-Pt ôû pH=7 20 50 - 5 BOD5 (20oC) mg/l 30 50 100 6 COD mg/l 50 80 400 7 Chaát raén lô löûng mg/l 50 100 200 8 Asen mg/l 0,05 0,1 0,5 9 Thuûy ngaân mg/l 0,005 0,01 0,01 10 Chì mg/l 0,1 0,5 1 11 Cadimi mg/l 0,005 0,01 0,5 12 Crom (IV) mg/l 0,05 0,1 0,5 13 Crom (III) mg/l 0,2 1 2 14 Ñoàng mg/l 2 2 5 15 Keõm mg/l 3 3 5 16 Niken mg/l 0,2 0,5 2 17 Mangan mg/l 0,5 1 5 18 Saét mg/l 1 5 10 19 Thieác mg/l 0,2 1 5 20 Xianua mg/l 0,07 0,1 0,2 21 Phenol mg/l 0,1 0,5 1 22 Daàu môû khoaùng mg/l 5 5 10 23 Daàu ñoäng thöïc vaät mg/l 10 20 30 24 Clo dö mg/l 1 2 - 25 PCBs mg/l 0,003 0,01 0,05 26 Hoùa chaát baûo veä thöïc vaät: Laân höõu cô mg/l 0,3 1 27 Hoùa chaát baûo veä thöïc vaät: Clo höõu cô mg/l 0,1 0,1 28 Sunfua mg/l 0,2 0,5 1 29 Florua mg/l 5 10 15 30 Clorua mg/l 500 600 1000 31 Amoni (tính theo Nitô) mg/l 5 10 15 32 Toång nitô mg/l 15 30 60 33 Toång phoâtpho mg/l 4 6 8 34 Coliform MPN/100ml 3000 5000 - 35 Xeùt nghieäm sinh hoïc (Bioassay) 90% caù soáng soùt sau 96 giôø trong 100% nöôùc thaûi - 36 Toång hoaït ñoä phoùng xaï Bq/l 0,1 0,1 - 37 Toång hoaït ñoä phoùng xaï Bq/l 1,0 1,0 - PHỤ LỤC 2 CAÙC PHÖÔNG PHAÙP XAÙC ÑÒNH CAÙC CHÆ TIEÂU NÖÔÙC THAÛI PHÖÔNG PHAÙP XAÙC ÑÒNH CHAÁT RAÉN LÔ LÖÛNG 1. Nguyeân taéc Loaïi boû chaát loûng trong maãu nöôùc (baèng caùch saáy vaø huùt aåm ) ñeå thu ñöôïc khoái löôïng chaát raén hoaøn toaøn khoâ. 2. Tieán haønh thí nghieäm. Chuaån bò giaáy loïc sôïi thuûy tinh ñaõ saáy khoâ ôû 1000C trong giaáy loïc, xaùc ñònh khoái löôïng ban ñaàu m0 = 0,4929 mg . Loïc 20 ml maãu nöôùc thaûi qua giaáy loïc,loïc maãu baèng phieãu . Ñem giaáy loïc boû vaøo ñóa Petri, ñem giaáy khoâ ôû 1030C,trong thôøi gian 1 giôø ñeå laøm bay hôi nöôùc, roài ñem huùt aåm vaø caân xaùc ñònh coù ñöôïc khoái löôïng m1 = 0,576 mg. Caân xaùc ñònh ñöôïc giaù trò TSS. 3. Tính toaùn Ta coù : m0 = 0,4929 mg m1 = 0,576 mg Chaát raén lô löûng ( mg/l) = (m1 – m0 )*1000/ 20 ml = ( 0,576 – 0,4929)*1000/ 20 = 4,15 mg/l ÑOÄ CÖÙNG CANXI 1. Nguyeân taéc . Trong dung dòch coù chöùa Ca vaø Mg, ôû pH 12 – 13. Mg seõ bò keát tuûa döôùi daïng Hydroxy. Chaát chæ thò maøu keát hôïp vôùi Canxi cho maøu hoàng. Khi EDTA ñöôïc theâm vaøo dung dòch seõ keát hôïp vôùi Canxi vaø phaûn öùng xaûy ra hoaøn toaøn. ÔÛ ñieåm keát thuùc dung dòch chuyeån töø maøu hoàng sang maøu tím. 2. Tieán trình thí nghieäm. 2.1 Duïng cuï vaø hoùa chaát. - Duïng cuï : Erlen Pipet Buret oáng ñong Hoùa chaát Dung dòch NaOH 1N Chæ thò maøu Murexider Dung dòch EDTA 0,01M 2.2 Tieán trình thí nghiệm Laáy 25 ml maãu nöôùc maùy Theâm 2ml dung dòch NaOH 1N hoaëc theå tích lôùn hôn ñeå naâng pH leân 12 – 13, sau ñoù laéc ñeàu. Theâm 0,1 – 0,2 mg Murexider, dung dòch coù maøu hoàng nhaït. Ñònh phaân baèng dung dòch EDTA 0,01M , ñeåm keát thuùc dung dòch coù maøu ñoû tía . Ñeå kieåm soaùt ñieåm keát thuùc chuaån ñoä, caàn ghi nhaän theå tích EDTA ñaõ duøng, sau ñoù theâm 1 hoaëc 2 gioït EDTA ñeå ñaûm baûo maøu cuûa dung dòch khoâng ñoåi. 3 . Keát quaû vaø tính toaùn VEDTA chuaån ñoä = 0,6 ml Ca (mg/l) = VmlEDTA *400/ Vmlmaãu = 0, 3* 400/ 25 = 4,8 mg/l Ñoä cöùng Caxi (mg CaCO3/l) = VmlEDTA* 1000/ Vmlmaãu = 0,3 * 1000/ 25 = 12 mg/l SAÉT 1. Nguyeân taéc Saét trong dung dòch ñöôïc khöû thaønh daïng Fe2+ (tan trong nöôùc ) baèng caùch ñun soâi trong moâi tröôøng acid vaø Hydroxylamine, sau ñoù Fe2+ taïo phöùc coù maøu vôùi 1,10 phenanthroline ôû pH 3 – 3,3. Moãi nguyen töû Fe2+ seõ keát hôïp vôùi 3 phaân töû cuûa phenanthroline taïo thaønh phöùc maøu ñoû cam. Cöôøng ñoä maøu tuaân theo ñònh luaät Lambert – Beer vaø phuï thuoäc vaøo pH. Phaûn öùng seõ ñaït toác ñoä cöïc ñaïi khi pH cuûa moâi tröôøng khoaûng töø 2,9 – 3,5 vaø söû duïng moät löôïng thöøa phenanthroline . Caùc phöông trình phaûn öùng xaûy ra nhö sau : Fe(OH)3 + 3H+ ª Fe3+ + 3H2O 4Fe3+ + 2NH2OH ª 4Fe2+ + N2O + 4H+ + H2O 2. Saét toång coäng. 2.1 Trình töï thí nghieäm 2.1.1 Laäp ñöôøng chuaån. Söû duïng dung dòch chuaån coù noàng ñoä 1ml = 10 g Fe Pha loaõng dung dòch chuaån coù noàng ñoä nhö sau : Bình ñònh möùc 0 1 2 3 4 5 V dd chuaån (ml) 0 4 8 12 16 20 V dd ñeäm amonium acetate NH3C2H3O2 (ml) 10 V dd phenalthroline (ml) 8 Ñònh möùc tôùi vaïch 100 ml Noàng ñoä C mg/l 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Ñoä haáp thu A (ño baèng maùy) böôùc soùng 510 nm 0 0.126 0.213 0.356 0.526 0.601 2.1.2 Chuaån bò maãu Laáy vaøo 3 coác , moãi coác 50 ml nöôùc gieáng, theâm 2 ml HCl ñaäm ñaëc vaø 1 ml NH2OH.HCl . Ñem 3 coác ñun soâi ñeán theå tích coøn 20 ml, ñeå nguoäi ôû nhieät ñoä phoøng, sau ñoù cho vaøo bình ñònh möùc 100 ml, cho theâm 10 ml dung dòch ñeäm amonium acetate vaø 8 ml phenalthroline. Ñònh möùc tôùi vaïch laéc ñeàu, ñeå yeân 10 phuùt cho cöôøng ñoä maøu ñaït cöïc ñaïi vaø oån ñònh. Ño ñoä haáp thu ôû böôùc soùng 510 nm. Bình ñònh möùc 6 7 8 V ml maãu 50 50 50 V dd ñeäm amonium acetate NH3C2H3O2 (ml) 10 V dd phenalthroline (ml) 8 Ñònh möùc tôùi vaïch 100 ml Ñoä haáp thu A (ño baèng maùy) böôùc soùng 510 nm 0,29 0.38 0.38 Töø loaït chuaån ñoä haáp thu . Veõ giaûn ñoà A = f(C) , söû duïng phöông phaùp bình phöông cöïc tieåu ñeå laäp phöông trình y = ax + b . Töø ñoà thò ta coù phöông trình ñöôøng thaúng : y = 1,5951x + 0,0156 Ñoä haáp thuï Am = 0,38 Thay vaøo phöông trình ñöôøng thaúng tính ñöôïc noàng ñoä x = 0,22 (mg/l) . PHOSPHATE 1 . Nguyeân taéc Trong moâi tröôøng acid caùc daïng cuûa phosphat ñöôïc chuyeån veà daïng orthophosphate vaø seõ phaûn öùng vôùi amonium molybdate ñeå phoùng thích acid molybdophsphoric, sau ñoù acid naøy seõ bò khöû bôûi SnCl2 cho molybdenum maøu xanh döông . PO43- + 12(NH4)2MoO4 + 24H+ ® (NH4)3PO4.12MoO3 + 21NH4+ +12 H2O (NH4)3PO4.12MoO3 + Sn2+ ® Molybdenum (xanh döông) + Sn4+ 2. Trình töï thí nghieäm 2.1 Chuaån bò ñöôøng cong chuaån Pha loaõng dung dòch chuaån coù noàng ñoä nhö sau : Bình ñònh möùc 0 1 2 3 4 5 V dd P-PO4 chuaån 0 1 2 3 4 5 V ml nöôùc caát 50 49 48 47 46 45 V dd molybdate 2 ml V ml SnCl2 0,25 ml = 5 gioït Noàng ñoä C ( mg/l) 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 Ño doä haáp thu baèng maùy böôùc soùng 690 nm 0 0,451 0,799 1,2 1,513 1,950 2.2 Chuaån bò maãu - Maãu laéc ñeàu laáy 50 ml , cho vaøo 0,05 ml ( 1 gioït ) chaát chò thò phenolphthalein . Neáu maãu coù maøu theâm vaøo töø töø dung dòch sulfuric aicd ñeán khí maát maøu. Sau ñoù theâm 1 ml dung dòch sulfuric aicd vaø 0,5g K2S2O8 . - Ñun khoaûng 30 – 40 phuùt cho theå tích coøn laïi khoaûng 10 ml. Ñeå nguoäi theâm vaøo 1 gioït chaát chæ thò phenolphthalein vaø trung hoøa ñeán maøu hoàng nhaït baèng dung dòch NaOH , ñònh theå tích ñeán 50 ml baèng nöôùc caát. - Sau ñoù theâm vaøo 2 ml molybdate vaø 5 gioït SnCl2 ,laéc ñeàu. sau 10 phuùt ño ñoä haáp thu baèng maùy quang phoå keá ôû böôùc soùng 690 nm . - Maãu ñoái chöùng , laáy 50 ml nöôùc caát , cho theâm 2ml molybdate vaø 5 gioït SnCl2 laéc ñeàu. Töø loaït chuaån ñoä haáp thu veõ giaûn ñoà A = f(C), söû duïng phöông phaùp bình phöông cöïc tieåu ñeå laäp phöông trình y = ax + b . Töø ñoà thò ta coù phöông trình ñöôøng thaúng : y = 0,1309x – 0,0041 Ñoä haáp thu Am laø = 1,713 Thay vaøo phöông trình ta tính ñöôïc noàng ñoä x = 13,11 (mg/l) Nồng độ P là 13,11 (mg/l) ÑÒNH LÖÔÏNG NITƠ TOÅNG BAÈNG PHÖÔNG PHAÙP KJELDAHL 1 . Nguyeân taéc Döôùi taùc duïng cuûa H2SO4 ñaëc ôû nhieät ñoä cao, caùc hôïp chaát coù chöùa nito bò phaân huyû vaø oxy hoaù ñeán CO2 vaø H2O coøn nito chuyeån thaønh amoniac (NH3) vaø tieáp tuïc keát hôïp vôùi H2SO4 taïo thaønh muoái amoni sulfat. Quaù trình ñöôïc thöïc hieän theo caùc böôùc sau: Böôùc 1: Voâ cô hoaù nguyeân lieäu to Xuùc taùc R-CH-COOH + H2SO4 CO2 + H2O + (NH4)2SO4 NH2 Böôùc 2: Caát ñaïm phaûn öùng xaûy ra trong thieát bò caát ñaïm (NH4)2SO4 + 2NaOH Na2SO4 + 2NH3 +2H2O Phaûn öùng xaûy ra trong bình höùng NH3 + H2SO4 (NH4)2SO4 + H2SO4 dö Böôùc 3: Chuaån ñoä löôïng H2SO4 coøn thöøa trong bình höùng baèng NaOH 2. Duïng cuï vaø hoùa chaát - Duïng cuï: OÁng ñong 100ml, 50ml, 10ml; bình ñònh möùc 100ml (3); Erlen 250ml,coác 100ml, 50ml(3), ñuõa thuûy tinh (3); loï ñöïng hoùa chaát(7); boä chöng caát Kjeldahl baùn töï ñoäng hoaëc töï ñoäng; beáp ñun; bình phaù maãu, oáng sinh haøn, buret. - Hoùa chaát : H2SO4 ñaäm ñaëc , H2SO4 0,1 N , NaOH 0,1 N - Xuùc taùc : K2SO4 , CuSO4.5H2O (daïng boät), thuoác thöû Tasihiro. 3 . Tieán trình thí nghieäm . Laáy 100 ml maãu nöôùc thaûi cheá bieán thòt heo, coâ caïn maãu coøn 20 ml (böôùc naøy khoâng theå thöïc hieän vôùi maãu nöôùc thaûi thòt heo chöùa nhieàu Protein vì khi nhieät ñoä cao, protein seõ bò ñoùng maøng). Laáy 20 ml maãu, cho 0,15g K2SO4 vaø 0,05g CuSO4.5H2O. Sau ñoù cho 5 ml H2SO4 ñaäm ñaëc vaøo, ñeå moät thôøi gian cho H2SO4 ñaäm ñaëc taùc duïng vôùi nguyeân lieäu seõ giaûm bôùt ñöôïc thôøi gian ñun. Chuyeån maãu vaøo bình phaù maãu , luùc naøy maãu coù maøu ñen, ñaäy mieäng bình baèng pheãu thuûy tinh, ñaët beáp vaøo trong phoøng huùt khí. Khi ñaõ soâi, giöõ nhieät ñoä beáp ñun khoâng quaù cao ñeå traùnh hoùa chaát traøo ra, vöøa traùnh maát amoniac. Trong khi ñun theo doõi söï maát maøu ñen cuûa dung dòch trong bình ñun, khi thaáy dung dòch coù maøu trong suoát thì coù theå laéc nheï bình ñeå keùo heát caùc phaân töû ôû treân thaønh bình chöa bò oxy hoùa vaøo trong dung dòch , ñun cho tôùi khi maãu chuyeån qua maøu traéng trong. Ñeå nguoäi ôû nhieät ñoä phoøng. Chuyeån dung dòch coøn laïi vaøo bình ñònh möùc 100 ml vaø ñònh möùc tôùi vaïch. Duøng 50 ml chöng caát ñaïm. Bình Kjeldahl boû 50 ml nöôùc caát + 3 gioït thuoác thöû Tasihiro, tieáp tuïc cho 50 ml maãu ôû bình ñònh möùc vaø cuoái cuøng cho 15ml NaOH 40% , luùc naøy dung dòch trong bình coù maøu xanh laù maï.( Löu yù : Giai ñoaïn naøy phaûi tieán haønh nhanh vì khi cho NaOH 40% vaøo NH3 seõ bay hôi) Erlen : chho 20 ml H2SO4 0,1 N + 3 gioït thuoác thöû Tasihiro, dung dòch coù maøu tím hoàng chöùng toû moâi tröôøng aicd . Tieán haønh chöng caát ñaïm. Hôi nöôùc vaø nhieät ñoä cuûa bình Kjeldahl giuùp cho nitô trong (NH4)2 SO4 cuûa maãu nöôùc thaûi bò NaOH 40% ñaåy ra döôùi daïng NH3. NH3 ñöôïc ngöng tuï nhôø heä thoáng laøm laïnh vaø hôi nöôùc taïo thaønh NH4OH . Trong khoaûng 15 phuùt kieåm tra baèng giaáy quyø, ñeå giaáy quyø trong oáng sinh khí, neáu giaáy quyø chuyeån maøu xanh coù nghóa coøn bazô, tieáp tuïc chöng caát cho ñeán khi giaáy quyø maát maøu xanh . Laáy bình höùng ñònh phaân baèng NaOH 0,1 N cho ñeán khi dung dòch trong bình erlen chuyeån sang maøu xanh laù maï. 4 . Tính toaùn Haøm löôïng % nitô toång soá hay nitô toaøn phaàn ñöôïc tính theo coâng thöùc N mg% = [1,42 x(V1 – V2 ) x 100 / a]x 2 V1 : Soá ml H2SO4 0,1N cho vaøo bình höùng. V2 : Soá ml NaOH 0,1N ñaõ chuaån ñoä. ( V1 – V2 ) Soá ml H2SO4 0,1N trong bình höùng  ñaõ bò trung hoøa bôûi NH4OH ñöôïc taïo ra do quaù trình chöng caát ñaïm.     1,42 laø heä soá: cöù 1ml H2SO4 0,1N duøng ñeå trung hoøa NH4OH thì töông ñöông vôùi 1,42 mg nitô.    a laø soá ml maãu nöôùc thaûi ñaõ duøng  Sau khi tính ñöôïc nitô toång soá, ñem keát quaû ñoù nhaân vôùi heä soá töông öùng seõ cho ra haøm löôïng protein trong maõu nöôùc. N mg% = [ 1,42 x (20 – 6,3) x 1/20 ] x 2 = 1,9454 ( mg%) = 194,5 mg/l NHU CAÀU OXY SINH HOÏC (BIOLOGY OXYGEN DEMAND – BOD) Nhu caàu oxy sinh hoùa (BOD) laø löôïng oxy caàn thieát ñeå vi sinh vaät oxy hoùa caùc chaát höõu cô coù khaû naêng phaân huû sinh hoïc trong ñieàu kieän hieáu khí . Khaùi nieäm “coù khaû naêng phaân huûy “ coù nghóa laø chaát höõu cô coù theå duøng laøm thöùc aên cho vi sinh vaät. BOD laø moät torng nhöõng chæ tieâu duøng ñeå ñaùng giaù möùc ñoä gaây oâ nhieãm cuûa caùc chaát thaûi sinh hoaït ,nöôùc thaûi coâng nghieäp vaø khaû naêng töï laøm saïch cuûa nguoàn nöôùc. 1. Nguyeân taéc Söû duïng chai DO coù V = 300ml . Do haøm löôïng DO ban ñaàu vaø sau 5 ngaøy uû ôû 200C . Löôïng oxy cheânh leäch do vi sinh vaät söï duïng chính laø BOD . 2 . Trình töï thí nghieäm. - Chuaån bò nöôùc pha loaõng ( nöôùc caát ñöôïc suïc khí baõo hoøa oxy) - Söû duïng moãi dung dòch phosphate, MgSO4, CaCl2, FeCl3 laø 1 ml cho 1 lít nöôùc caát baõo hoøa oxy vaø giöõ ôû 200C (nước pha loãng này được sục khí từ 1,5 – 2 giờ ). - Chiết nước pha loãng này vào 2 chai DO mỗi chai 300 ml. - Định phân lượng oxy hòa tan : Một chai xác định DO ngay trên mẫu pha loãng : DO0 Một chai còn lại ủ ở 200C và định phân sau 5 ngày : DO5 - Độ pha loãng sao để có sự khác biệt giữa 2 lần định phân phải > 1mgO2/l - Thao tác làm để xác định DO0 và DO5 như bài DO - Lần lượt thêm : 2 ml dd MnSO4 2 ml Iodur – Azur kiềm - Sau khi cho vào hóa chất sẽ thấy kết tủa màu nâu của Mn4+ . - Đậy nút, đảo chai ít nhất 20s sao cho Mn2+ chuyển hết thành Mn4+ ,chờ kết tủa lắng yên khoảng 2/3 chai . - Đợi kết tủa lắng yên, ,ở nút cẩn thận cho 2 ml H2SO4 đậm đặc . Đóng nắp đảo mạnh chai dưới vòi nước. - Khi kết tủa đã tan hoàn toàn, dùng ống đong 100 ml rót bỏ 97 ml dung dịch. - Định phân lượng còn lại bằng Natrithiosunfat đến khi có màu vàng rơm rồi thêm 5 giọt chỉ thị hồ tinh bột , dung dịch chuyển sang màu xanh lục . - Tiếp tục định phân cho đến khi dung dịch mất màu xanh . NHU CAÀU OXY HOÙA HOÏC (CHEMICAL OXYGEN DEMAND – COD ) COD laø nhu caàu oxy caàn ñeå oxy hoùa caùc chaát höõu cô trong ñieàu kieän moâi tröôøng oxy hoùa maïnh vaø nhieät ñoä cao . COD laø moät trong nhöõng chæ tieâu ñaëc tröng duøng ñeå kieåm tra oâ nhieãm cuûa nguoàn nöôùc thaûi sinh hoaït vaø nöôùc thaûi coâng nghieäp, ñaëc bieät laø caùc oâng trình xöû lyù nöôùc thaûi . 1.1 Nguyeân taéc Haàu heát caùc chaát höõu cô ñeàu bò phaân huûy khi ñun soâi trong hoãn hôïp cromic vaø acid sulfuric : CnHaOb + cCr2O72- + 8cH+ ® nCO2 + (a + b)H2O + 2cCr3+ Vôùi c = 2/3n + a/6 – b/3 Löôïng potassium dicromate vaø sulfuric acid ñöôïc bieát tröôùc seõ giaûm töông öùng vôùi löôïng chaát höõu cô coù trong maãu . Löôïng dicromate dö seõ ñöôïc ñònh phaân baèng dung dòch Fe(NH4)2(SO4)2 vaø löôïng chaát höõu cô bò oxy hoùa seõ tính ra baèng löôïng oxy töông ñöông qua Cr2O72- bò khöû , löôïng oxy töông ñöông naøy chính laø COD. Baûng 2 : Tæ leä theå tích maãu vaø hoùa chaát duøng trong phaân tích COD. Oáng nghieäm (d x l) Theå tích maãu (ml) Dung dòch (K2Cr2O7) H2SO4 Reagent Toång theå tích (ml) 16 x 100 mm 2,5 1,5 3,5 7,5 20 x 150 mm 5 3 7 15 25 x 150 mm 10 6 14 30 Oáng chuaån 10 ml 2,5 1,5 3,5 7,5 2.1 Trình töï thí nghieäm 2.1.1 Phöông phaùp ñun kín ( vôùi maãu COD > 50mg/l) Röûa saïch oáng ngieäm coù nuùt vaën kín vôùi H2SO4 20% tröôùc khi söû duïng . Choïn theå tích maãu vaø theå tích hoùa chaát duøng töông öùng theo baûng 2. Cho 2,5 ml maãu vaøo oáng ngieäm 16 x 100 mm, theâm 1,5 ml dung dòch K2CrO7 0,0167M vaøo, caån thaän theâm 3,5 ml H2SO4 reagent vaøo baèng caùch cho aicd chaûy doïc töø töø theo thaønh beân trong cuûa oáng nghieäm . Ñaäy nuùt vaën ngay , ñaët oáng nghieäm vaøo roå inox vaø cho vaøo loø saáy hoaëc maùy COD ôû 1500C trong 2 giôø . Laáy ra, ñeå nguoäi ñeán nhieät ñoä phoøng, ñoå vaøo erlen traùng oáng COD baèng nöôùc caát vaø ñoå vaøo erlen , sau ñoù theâm 0,05 – 0,1 ml (1 – 2 gioït) chæ thò feroin vaø ñònh phaân baèng FAS 0,1M .Döùt ñieåm khi maãu chuyeån töø xanh luïc sang naâu ñoû. Laøm moät maãu thöû khoâng vôùi nöôùc caát , cuõng bao goàm caùc hoùa chaát nhö maãu thöû thaát nhöng thay baèng nöôùc caát uû 1500C trong 2 giôø . 2.1.2 Tính toaùn M ( FAS) = x C (FAS) = Vôùi C (FAS) laø noàng ñoä cuûa FAS ñaõ duøng ñeå ñònh phaân ( = 0,1M ) COD mgO2l/ = = Vôùi A theå tích FAS duøng cho oáng thöû khoâng = 3,6 ml B theå tích FAS duøng cho thöù thaät = 0,3 ml M laø nguyeân chuaån ñoä cuûa FAS PHUÏ LUÏC 3 Moät soá hình aûnh cuûa moâ hình thí nghieäm. Hình 4.1: Luống thứ 2 sau 5 ngày Hình 4.2 : Luoáng thöù 2 vaø thöù 1 sau 10 ngaøy tuoåi . Hình 4.3 : 2 luoáng rau sau 15 ngaøy tuoåi Hình 4.4 : Luống thứ 2 sau 20 ngày trồng thí nghiệm Hình 4.5 : Luoáng thöù 1 vaø thöù 2 sau 20 tuoåi . ._.