Tài liệu đánh giá chất lượng nước thải sinh hoạt tại khu vực trung tâm thành phố cao bằng

.. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM NGUYỄN MINH CHÂU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC THẢI SINH HOẠT TẠI KHU VỰC TRUNG TÂM THÀNH PHỐ CAO BẰNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG THÁI NGUYÊN - 2018 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM NGUYỄN MINH CHÂU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC THẢI SINH HOẠT TẠI KHU VỰC TRUNG TÂM THÀNH PHỐ CAO BẰNG Ngành: Khoa học môi trường Mã ngành: 8 44 03 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đỗ Thị Lan Thái Nguyên - 2018 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan các thông tin trích trong luận văn đều đã được ghi rõ nguồn gốc. Tác giả luận văn ii LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập và thực hiện đề tài, em đã nhận được sự giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi nhất, những ý kiến đóng góp và những lời chỉ bảo quý báu của tập thể và cá nhân trong và ngoài trường đại học Nông Lâm Thái Nguyên. Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn sâu sắc PGS.TS Đỗ Thị Lan là người trực tiếp hướng dẫn và giúp em trong suốt thời gian nghiên cứu đề tài và hoàn thành luận văn. Em xin cảm ơn sự góp ý chân thành của các Thầy, Cô giáo Khoa Môi trường, Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên đã tạo điều kiện cho em thực hiện luận văn. Em xin được bày tỏ lòng cảm ơn chân thành và sâu sắc tới sự giúp đỡ tận tình, quý báu đó! Một lần nữa em xin trân trọng cảm ơn! Thái nguyên, ngày tháng năm 2018 Học viên iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ i LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................ii MỤC LỤC ................................................................................................................. iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ........................................................................ vi DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU ............................................................................vii DANH MỤC CÁC HÌNH ....................................................................................... viii MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. Tính cấp thiết của đề tài .......................................................................................... 1 2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................ 2 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn................................................................................. 2 Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU ........................................... 3 1.1. Cơ sở khoa học ..................................................................................................... 3 1.1.1. Một số khái niệm ............................................................................................... 3 1.1.2. Thành phần và đặc tính của nước thải sinh hoạt ............................................... 4 1.1.3. Các chỉ tiêu cơ bản về chất lượng nước thải sinh hoạt ..................................... 6 1.2. Tình hình nghiên cứu về nước thải sinh hoạt tại Việt Nam và trên thế giới ............. 10 1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới .................................................................. 10 1.2.2. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam................................................................. 13 1.3. Thực trạng tài nguyên nước tại tỉnh Cao Bằng .................................................. 26 1.3.1. Nước mặt lục địa ............................................................................................. 26 1.3.2. Nước dưới đất.................................................................................................. 30 1.4. Cơ sở pháp lý của đề tài ..................................................................................... 35 Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................................................................................... 38 2.1. Địa điểm nghiên cứu, thời gian và đối tượng nghiên cứu .................................. 38 2.1.1. Đối tượng nghiên cứu...................................................................................... 38 2.1.2. Địa điểm nghiên cứu ....................................................................................... 38 iv 2.1.3. Phạm vi nghiên cứu ......................................................................................... 38 2.1.4. Thời gian nghiên cứu ...................................................................................... 38 2.2. Nội dung nghiên cứu của đề tài.......................................................................... 38 2.2.1. Sơ lược về điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội, áp lực của việc tăng dân số đến cấp nước sinh hoạt và nước thải sinh hoạt ......................................................... 38 2.2.2. Tình hình xả nước thải sinh hoạt vào nguồn nước của các khu đô thị, khu dân cư tập trung tại TP. Cao Bằng và một số khu đô thị khác trong tỉnh và dự báo lưu lượng nước thải sinh hoạt ............................................................................. 38 2.2.3. Đánh giá hiện trạng nước thải sinh hoạt qua các chỉ tiêu phân tích và theo ý kiến đánh giá của người dân .................................................................................. 38 2.2.4. Đề xuất các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường do nước thải sinh hoạt ............................................................................................................................ 39 2.3. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 39 2.3.1. Phương pháp thu thập số liệu và tài liệu thứ cấp ............................................ 39 2.3.2. Phương pháp quan trắc và phân tích môi trường ............................................ 39 2.3.3. Phương pháp tổng hợp và so sánh................................................................... 41 2.3.4. Phương pháp đánh giá nhanh, phỏng vấn người dân trực tiếp về hiện trạng môi trường ........................................................................................................ 41 2.3.5. Phương pháp dự báo dân số ............................................................................ 42 2.3.6. Phương pháp dự báo nhu cầu sử dụng nước và nước thải sinh hoạt phát sinh ............................................................................................................................ 42 2.3.7. Phương pháp xử lý số liệu ............................................................................... 43 2.3.8. Phương pháp tham khảo ý kiến chuyên gia .................................................... 44 Chương 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN .................................. 45 3.1. Sơ lược về điều kiện tự nhiên kinh tế xã hội, áp lực của việc tăng dân số đến cấp nước sinh hoạt vànước thải sinh hoạt .......................................................... 45 3.1.1. Sơ lược về sự hình thành và phát triển của thành phố Cao Bằng ................... 45 3.1.2. Áp lực của việc tăng dân số đến tài nguyên nước và lượng nước thải sinh hoạt, dự báo trữ lượng nước thải sinh hoạt thải vào môi trường đến năm 2020 ....... 45 v 3.2. Tình hình xả nước thải sinh hoạt vào nguồn nước của các khu đô thị, khu dân cư tập trung tại TP. Cao Bằng và một số khu đô thị khác trong tỉnh và dự báo lưu lượng nước thải sinh hoạt ............................................................................. 48 3.2.1. Tình hình xả nước thải sinh hoạt ..................................................................... 48 3.2.2. Dự báo nhu cầu sử dụng nước sinh hoạt và lưu lượng nước thải phát sinh từ sinh hoạt ................................................................................................................ 50 3.3. Đánh giá hiện trạng nước thải sinh hoạt qua các chỉ tiêu phân tích và theo ý kiến đánh giá của người dân ..................................................................................... 51 3.3.1. Đánh giá chất lượng nước thải sinh hoạt thông qua kết quả phân tích ...................... 51 3.3.2. Đánh giá chất lượng nước thải thông qua ý kiến đánh giá của người dân................. 57 3.4. Đề xuất các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường do nước thải sinh hoạt ............................................................................................................................ 60 3.4.1. Các giải pháp về quản lý môi trường .............................................................. 60 3.4.2. Giải pháp về công nghệ ................................................................................... 62 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 74 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 76 vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Nghĩa của cụm từ Từ viết tắt BNN : Bộ Nông Nghiệp Bộ TN & MT : Bộ Tài nguyên và Môi trường BOD : Nhu cầu oxy sinh hoá BOD5 : Nhu cầu oxy sinh hoá trong 5 ngày BVMT : Bảo vệ môi trường COD : Hàm lượng oxy hòa tan DO : Nhu cầu oxy hoá học NĐ-CP : Nghị định Chính phủ QCVN : Quy chuẩn Việt Nam TCVN : Tiêu chuẩn Việt nam UBND : Uỷ ban nhân dân VSV : Vi sinh vật WHO : Tổ chức y tế Thế giới TNN : Tài nguyên nước NDĐ : Nước dưới đất vii DANH MỤC CÁC BẢNG, BIỂU Bảng 1.1. Nồng độ ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt chưa xử lý ............................. 5 Bảng 1.2. Lượng chất bẩn có trong nước thải sinh hoạt thành phố ..........................10 Bảng 1.3. Tải trọng chất thải trung bình một ngày tính theo đầu người ...................11 Bảng 1.4. Thành phần nước thải sinh hoạt theo các phương pháp của APHA .........12 Bảng 1.5. Tải lượng chất ô nhiễm do người thải vào môi trường hàng ngày..................15 Bảng 1.6. Một số chỉ tiêu ở các sông của Việt Nam năm 2013 ................................16 Bảng 1.7. Chất lượng nước các sông, ao hồ, kênh mương vùng đô thị năm 2015 .......................................................................................................17 Bảng 1.8. Các trạm xử lý nước thải ở khu vực đô thị ...............................................19 Bảng 1.9. Các ngành sản xuất áp dụng công nghệ xử lý nước thải ..........................23 Bảng 1.10. Tổng hợp trữ lượng nước dưới đất đã được xếp cấp ..............................32 Bảng 1.11. Tổng hợp trữ lượng tiềm năng nước dưới đất tỉnh Cao Bằng theo các lưu vực .............................................................................................33 Bảng 2.1: Vị trí lấy mẫu quan trắc chất lượng thải tại thành phố Cao Bằng ............40 Bảng 2.2. Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt tỉnh Cao Bằng .........................................43 Bảng 3.1. Nguồn tiếp nhận nước xả thải trong các khu đô thị/dân cư tập trung .............48 Bảng 3.2. Lưu lượng nước thải sinh hoạt khu dân cư TP. Cao Bằng .......................49 Bảng 3.3. Chất lượng nước thải của các nguồn thải sinh hoạt ..................................49 Bảng 3.4. Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt tỉnh Cao Bằng .........................................50 Bảng 3.5. Kết quả quan trắc phân tích vào mùa khô: Tháng 3/2018 ........................51 Bảng 3.6. Kết quả quan trắc phân tích vào mùa mưa: Tháng 6/2018 .......................54 Bảng 3.7. Đánh giá chất lượng nước thông qua số lượng phiếu của người dân..........................................................................................................57 viii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Thành phần chất thải rắn trong nước thải sinh hoạt chưa được xử lý theo Metcals & Eddy ......................................................................................... 7 Hình 3.1. Diễn biến dân số qua các năm tỉnh Cao Bằng...........................................45 Hình 3.2. Diễn biến dân số qua các năm TP. Cao Bằng ...........................................46 Hình 3.3 .Hàm lượng BOD5 tại một số điểm quan trắc mùa khô ............................52 Hình 3.4. Hàm lượng TSS tại một số điểm quan trắc mùa khô ................................53 Hình 3.5. Hàm lượng coliforms tại một số điểm quan trắc mùa khô ........................53 Hình 3.6. Hàm lượng TSS tại các điểm quan trắc mùa mưa ....................................55 Hình 3.7. Hàm lượng BOD5 tại các điểm quan trắc vào mùa mưa ...........................56 Hình 3.8. Hàm lượng coliforms tại các điểm quan trắc mùa mưa ............................56 Hình 3.9. Đánh giá cảm quan của người dân về màu của nước thải sinh hoạt ..................58 Hình 3.10. Đánh giá cảm quan của người dân về mùi của nước thải sinh hoạt.................58 Hình 3.11. Hiện trạng môi trường nước khu vực nghiên cứu theo ý kiến đánh giá của người dân ...................................................................................59 Hình 3.12. Nguồn tiếp nhận nước thải sinh hoạt ......................................................59 Hình 3.13. Nguyên nhân ô nhiễm môi trường nước theo ý kiến của người dân ...............60 Hình 3.14. Sơ đồ thu gom nước trước nhà – Kiểu K1 ..............................................65 Hình 3.15. Sơ đồ thu gom nước sau nhà – Kiểu K2 .................................................66 Hình 3.16. Sơ đồ thu nước thải sau nhà có bơm – Kiểu K3 .....................................66 Hình 3.17. Sơ đồ thu nước thải với ga tách - Kiểu K4 .............................................67 Hình 3.18. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải theo phương án 1 ...............................71 Hình 3.19. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải theo phương án 2 ...............................72 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Nước là tài nguyên đặc biệt quan trọng, là thành phần thiết yếu của sự sống, quyết định sự tồn tại và phát triển của đất nước. Mặt khác, nước cũng có thể gây tai họa cho con người và môi trường. Việt Nam là quốc gia có hệ thống sông ngòi dày đặc với tổng lượng dòng chảy nước mặt hàng năm lên đến 830 – 840 tỷ m3.Tuy nhiên, Việt Nam không phải là quốc gia giàu về nước. Tài nguyên nước của nước ta phụ thuộc nhiều vào các nước có chung nguồn nước phía thượng lưu, với gần 2/3 tổng lượng nước mặt hàng năm là từ ngoài biên giới chảy vào. Chất lượng nước mặt của Việt Nam đang có chiều hướng ngày càng bị suy thoái, ô nhiễm, cạn kiệt bởi nhiều nguyên nhân. Trong đó, sự gia tăng dân số, gia tăng nhu cầu về nước do gia tăng chất lượng cuộc sống, đô thị hoá cũng như quản lý, bảo vệ, khai thác, sử dụng tài nguyên nước kém hiệu quả, thiếu bền vững đang là mối đe dọa an ninh nguồn nước và có nguy cơ sẽ kéo theo nhiều hệ lụy khó lường.(Lê Trình, 2008) [8]. Song song với quá trình phát triển không ngừng của kinh tế - xã hội chúng ta đang phải đối mặt với tình trạng ô nhiễm môi trường đang diễn ra ở khắp các địa phương. Quá trình đô thị hoá diễn ra ngày càng nhanh chóng kéo theo nó là sự phát sinh một lượng các loại chất thải tương đối lớn gây tác động không tốt đến sức khoẻ của con người và làm ảnh hưởng đến mỹ quan đô thị. Cao Bằng là một tỉnh miền núi phía Bắc nước ta. Trong những năm gần đây, tại các phường, xã thuộc thành phố Cao Bằng có tốc độ đô thị hóa rất nhanh, bên cạnh nhưng kết quả đạt nêu trên thành phố còn phải đối mặt với sự gia tăng cả về số lượng cũng như tính nguy hại của nước thải sinh hoạt. Hiện nay, hầu như toàn bộ lượng nước thải sinh hoạt từ các hộ dân và một phần từ các khu công nghiệp, bệnh viện phần lớn không được thu gom và xử lý theo đúng quy định mà thải trực tiếp vào nguồn tiếp nhận cuối cùng là sông suối, chủ yếu là Sông Hiến, Sông Bằng Giang và một số hồ chứa nước trên địa bàn thành phố. Hệ quả là gây ô nhiễm nghiêm trọng nhiều khu vực. Ngoài ra, chất lượng nước ngầm cũng bị suy giảm đáng kể từ chính các dòng thải này.(UBND TP Cao Bằng, 2016) [1]. 2 Với mục tiêu cung cấp một cách nhìn tổng quan về chất lượng nước mặt, đánh giá các nguyên nhân chủ yếu gây ô nhiễm và hiện trạng hệ thống quan trắc cảnh báo ô nhiễm nước, từ đó làm căn cứ tin cậy cho việc khoanh vùng nhạy cảm, vùng ô nhiễm và đề xuất được các giải pháp hiệu quả trong quản lý môi trường. Tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Đánh giá chất lượng nước thải sinh hoạt tại khu vực trung tâm thành phố Cao Bằng”. Để góp phần phát triển, tiếp nối cũng như bổ sung cơ sở lý luận thực tiễn trong việc đánh giá thực trạng nước thải sinh hoạt trên địa bàn tỉnh hiện nay, qua đó đề xuất những giải pháp, định hướng cụ thể và hiệu quả bảo vệ môi trường nước phục vụ xây dựng chiến lược phát triển bền vững tỉnh Cao Bằng. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Tìm hiểu tình hình xả nước thải sinh hoạt vào nguồn nước của các khu đô thị, khu dân cư tập trung tại TP. Cao Bằng và một số khu đô thị khác trong tỉnh và dự báo lưu lượng nước thải sinh hoạt. - Đánh giá hiện trạng môi trường nước thải sinh hoạt tại khu vực TP. Cao Bằng. - Đề xuất các biện pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường do nước thải sinh hoạt 3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 3.1. Ý nghĩa khoa học - Khảo sát nguồn ô nhiễm nước thải sinh hoạt là một công cụ hỗ trợ cho việc lập, thực hiện và đánh giá kế hoạch quản lý nước thải sinh hoạt nói riêng và môi trường nước nói chung. - Nghiên cứu này đề xuất cơ sở khoa học và thực tiễn nhằm quản lý tổng hợp chất lượng nước phục vụ bảo vệ và khai thác, sử dụng bền vững nguồn tài nguyên nước cũng như các biện pháp khắc phục, xử lý ô nhiễm nước thải sinhhoạt. 3.2. Ý nghĩa thực tiễn Đề tài xác định được cụ thể đặc tính và các chỉ tiêu cơ bản về hiện trạng nước thải sinh hoạt trên địa bàn thành phố Cao Bằng, tác hại của nước thải sinh hoạt đến cảnh quan môi trường, đối với sức khỏe con người và các thành phần môi trường từ đó đưa ra các biện pháp quản lý và phương án xử lý nhằm giảm thiểu ô nhiễm môi trường do nước thải sinh hoạt. 3 Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1.1. Cơ sở khoa học 1.1.1. Một số khái niệm - Khái niệm môi trường: Theo Khoản 1 Điều 3 Luật Bảo Vệ Môi trường Việt Nam năm 2014, môi trường được định nghĩa như sau: “Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh con người, có ảnh hưởng tới đời sống sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và sinh vật ” (Luật bảo vệ môi trường, 2014)[7]. - Khái niệm ô nhiễm môi trường: Theo Khoản 6 Điều 3 Luật Bảo Vệ Môi trường Việt Nam 2014: “Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của thành phần môi trường không phù hợp với tiêu chuẩn môi trường, gây ảnh hưởng xấu đến con người, sinh vật” (Luật bảo vệ môi trường, 2014)[7]. - Khái niệm ô nhiễm môi trường nước: “Ô nhiễm nước là sự thay đổi theo chiều xấu đi các tính chất vật lý – hoá học sinh học của nước, với sự xuất hiện các chất lạ ở thể lỏng, rắn làm cho nguồn nước trở nên độc hại với con người và sinh vật. Làm giảm độ đa dạng sinh vật trong nước. Xét về tốc độ lan truyền và quy mô ảnh hưởng thì ô nhiễm nước là vấn đề đáng lo ngại hơn ô nhiễm đất” (Luật bảo vệ môi trường, 2014)[7]. - Khái niệm tiêu chuẩn môi trường: Theo khoản 5 điều 3 Luật Bảo Vệ Môi trường Việt Nam 2014: “Tiêu chuẩn môi trường là giới hạn cho phép các thông số về chất lượng môi trường xung quanh, về hàm lượng của chất gây ô nhiễm trong chất thải được cơ quan nhà nước có thẩm quyền quy định làm căn cứ để quản lý và bảo vệ môi trường” (Luật bảo vệ môi trường, 2014)[7]. - Khái niệm nước thải sinh hoạt: Nước thải sinh hoạt là nước được thải ra sau khi sử dụng cho các mục đích sinh hoạt cộng đồng như tắm, tẩy rửa, giặt giũ, vệ sinh cá nhân,… chúng thường 4 được thải ra từ các căn hộ, trường học, cơ quan, bệnh viện, chợ và các công trình công cộng khác. Lượng nước thải sinh hoạt trên một địa bàn phụ thuộc vào dân số, tiêu chuẩn cấp nước và hệ thống thoát nước. - Khái niệm chỉ thị môi trường: Chỉ thị (indicator) là một tham số (parameter) hay số đo (metric) hay một giá trị kết xuất từ tham số, dùng cung cấp thông tin, chỉ về sự mô tả tình trạng của một hiện tượng/ môi trường/ khu vực, nó là thông tin khoa học về tình trạng và chiều hướng của các thông số liên quan môi trường. Các chỉ thị truyền đạt các thông tin phức tạp trong một dạng ngắn gọn, dễ hiểu và có ý nghĩa vượt ra ngoài các giá trị đo liên kết với chúng. Các chỉ thị là các biến số hệ thống đòi hỏi thu thập dữ liệu bằng số, tốt nhất là trong các chuỗi thứ tự thời gian nhằm đưa ra chiều hướng, các chỉ thị này kết xuất từ các biến số, dữ liệu. Theo thông tư 08/2010/TT-BTNMT: “Chỉ thị môi trường là thông số cơ bản phản ánh các yếu tố đặc trưng của môi trường phục vụ mục đích đánh giá, theo dõi diễn biến chất lượng môi trường, lập báo cáo hiện trạng môi trường”. 1.1.2. Thành phần và đặc tính của nước thải sinh hoạt Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngoài ra còn có cả các thành phần vô cơ, vi sinh và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm. Chất hữu cơ chứa trong nước thải sinh hoạt bao gồm các hợp chất như protein (40 -50%) gồm tinh bột đường cenlulo và các chất béo (5-10%), nồng độ chất hữu cơ trong nước thải dao động trong khoảng 150 - 400 mg/ L theo trọng lượng khô. Có khoảng 20 - 40% chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học. Ở những khu dân cư đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém nước thải sinh hoạt không được xử lý thích đáng là nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng.[Lê Trình,2008] Các chất chứa trong nước thải bao gồm các chất hữu cơ, vô cơ và vi sinh vật.Các chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 50 - 60% tổng các chất gồm các chất hữu cơ thực vật: cặn bã thực vật, rau, hoa quả, giấy và các chất hữu cơ động vật như chất thải bài tiết của người, động vật, xác động vật phân hủy,....Các chất hữu cơ trong nước thải theo tính chất hóa học bao gồm: chủ yếu là protein (40 60%), hydrat cacbon (25 - 50%), các chất béo, dẫu mỡ (10%), ure cũng là chất hữu cơ quan trọng trong thành phần của nước thải sinh hoạt. Nồng độ các chất hữu cơ 5 thường được xác định thông qua chỉ tiêu BOD, COD và một số chỉ tiêu khác. Bên cạnh các chất trên, nước thải còn chứa các liên kết hữu cơ tổng hợp, các chất hoạt tính bề mặt mà điển hình là chất tẩy tổng hợp Ankal benzen sunfonat - ABS, gây nên hiện tượng sủi bọt trong các trạm xử lý nước thải cũng như trên bề mặt các nguồn tiếp nhận nước thải. Các chất vô cơ trong nước thải chiếm khoảng 20 - 40% gồm chủ yếu là cát, đất sét, các axit, bazo vô cơ, dầu khoáng. Trong nước thải có mặt nhiều loại vi sinh vật như vi khuẩn, virut, rong, tảo, trứng giun sán,… Trong số các loại vi sinh vật đó có cả vi trùng gây bệnh. Về thành phần hóa học thì các vi sinh vật thuộc các chất hữu cơ (Đặng Thế Cường, 2012)[5]. Một số chất ô nhiễm chứa trong nước thải đáng được quan tâm nữa là kim loại nặng, thuốc trừ sâu, các chất phóng xạ và một số chất độc hại khác. Mức độ tác hại phụ thuộc vào loại chất ô nhiễm, nồng độ của chúng. Đặc điểm quan trọng của nước thải sinh hoạt là thành phần của chúng tương đối ổn định. Bảng 1.1. Nồng độ ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt chưa xử lý Các chỉ tiêu Nồng độ Chất rắn tổng cộng (mg/l) Tổng chất rắn hòa tan (mg/l) Nhẹ 350 250 Trung bình 720 500 Nặng 1200 850 Chất rắn lơ lửng (mg/l) Chất rắn lắng được (mg/l) 100 5 220 10 350 20 BOD5 (mg/l) 110 220 400 Tổng cacbon hữu cơ (mg/l) COD5 (mg/l) 80 250 60 500 210 1000 Tổng nito theo N (mg/l) Tổng photphat theo P (mg/l) 20 4 40 8 800 15 Clorua (mg/l) Sunfat (mg/l) 30 20 20 30 100 50 Độ kiềm theo CaCO3 (mg/l) Dầu mỡ (mg/l) 50 50 100 100 200 150 Colifom (mg/l) Chất hữu cơ bay hơi (µ g/l) 106 - 107 <100 107 – 108 100 - 400 107 – 109 >400 (Metcalf & Eddy,1991)[19] 6 1.1.3. Các chỉ tiêu cơ bản về chất lượng nước thải sinh hoạt Bên cạnh những chỉ tiêu cơ bản về chất nước mà chúng ta thường gặp trong lĩnh vực cấp nước, thành phần của nước thải còn có chứa thêm một số chất bẩn đặc trưng khác do hậu quả của việc sử dụng nước cho mục đích sinh hoạt, thương mại, dịch vụ…. Các chỉ tiêu đặc trưng cho tính chất lý hoá học và sinh học của các chất bẩn người ta tìm thấy trong nước thải sinh hoạt. Một vài chi tiêu đặc biệt khác thường được dùng để phản ánh mức độ ô nhiễm chất hữu cơ của nước thải, chúng thường được xếp vào nhóm chỉ tiêu sinh hoá.(Lê Trình,2008)[8]. a, Các chỉ tiêu lý hoá. Đặc tính hoá học quan trọng nhất của nước thải gồm: Chất rắn tổng cộng, mùi, nhiệt độ, độ màu, độ đục. *. Chất rắn tổng cộng Chất rắn tổng cộng trong nước thải bao gồm chất rắn không tan hoặc chất rắn lơ lửng và các hợp chất đã được hoà tan vào trong nước. Hàm lượng chất rắn lơ lửng được xác định bằng cách lọc một thể tích xác định mẫu nước thải qua giấy lọc và sấy khô giấy lọc ở nhiệt độ 105oC đến trọng lượng không đổi. Độ chênh lệch khối lượng giữa giấy lọc trước khi lọc và sau khi lọc trong cùng một điều kiện cân chính lượng chất rắn có trong một thể tích mẫu đã được xác định. Khi phần cặn trên giấy lọc được đốt cháy thì các chất dễ bay hơi bị cháy hoàn toàn. Các chất dễ bay hơi được xem như một phần vật chất hữu cơ, cho dù một vài chất hữu cơ không bị cháy và một vài chất rắn vô cơ bị phân ly ở nhiệt độ cao. Vật chất hữu cơ bao gồm các protein, các carbonhydrate và các chất béo. Sự hiện diện các chất béo và dầu mỡ trong nước thải ở những lượng quá mức có thể gây trở ngại cho quá trình xử lý. Lượng chất béo hay dầu mỡ trong một mẫu được xác định bằng cách cho hexanne vào một mẫu chất rắn thu được nhờ sự bay hơi. Bởi vì các chất béo và dầu mỡ hoà tan trong hexane, cho nên khối lượng của chúng được xác định bằng cách làm bay hơi dung dịch sau khi gạn lọc hoàn tất. Trong nước thải sinh hoạt có khoảng 40-65% chất rắn nằm ở trong trạng thái lơ lửng. Các chất này có thể nổi lên trên bề mặt nước hay lắng xuống dưới đáy và có thể hình thành nên các bãi bùn không mong muốn khi thải nước thải có nhiều chất rắn vào sông, suối. Một số chất rắn lơ lửng có khả năng lắng rất nhanh, tuy nhiên các chất lơ lửng ở kích thước hạt keo thì lắng 7 rất chậm chạp hoàn toàn không thể lắng được. Các chất rắn lơ lửng có thể đạt được là những chất rắn mà chúng có thể được loại bởi quá trình lắng và thường được biểu diễn bằng đơn vị mg/l. Việc xác định chúng thường được tiến hành trong điều kiện phòng thí nghiệm bằng cách sử dụng nón Imhoff. Thông thường khoảng 605 chất rắn lơ lửng trong nước thải đô thị là chất rắn có thể lắng được. Theo Metcals & Eddy thành phần của chất rắn trong nước thải sinh hoạt được mô tả một cách tương đối như hình 1.1 (Metcals & Eddy,1991)[19]. Tổng cộng (720mg/l Lọc được (500mg/l Lơ lửng (220mg/l Lắng được (160mg/l Hữu cơ (150mg/l) Vô cơ (40mg/l) Không lắng được (60mg/l) Hữu cơ (45mg/l) Keo (50mg/l) Vô cơ Hữu cơ (15mg/l) (40mg/l) Vô cơ (10mg/l) Hòa tan (450mg/l) Hứu cơ Vô cơ (160mg/l) (290mg/l) Hình 1.1. Thành phần chất thải rắn trong nước thải sinh hoạt chưa được xử lý theo Metcals & Eddy *. Nhiệt độ Nhiệt độ của nước thải thường cao hơn nhiệt độ của nước cấp do việc xả các dòng nước nóng ấm từ các hoạt động sinh hoạt, thương mại … nhiệt độ của nước thải thường thấp hơn nhiệt độ của không khí. Nhiệt độ của nước thải là một trong những thông số quan trọng bởi vì phần lớn các sơ đồ công nghệ xử lý nước thải đềi ứng dụng các quá trình xử lý sinh học mà các quá trình đó thường bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ. Nhiệt độ của nước thải ảnh hưởng đến đời sống thuỷ sinh vật, đến sự hoà tan của ôxy trong nước. Nhiệt độ 8 còn là một trong những thông số công nghệ liên quan đến quá trình lắng của các hạt cặn, so nhiệt độ ảnh hưởng đến độ nhớt của chất lỏng và do đó có liên quan đến lực cản của quá trình lắng cặn trong nước thải. Nhiệt độ của nước thường thay đổi theo mùa và vị trí địa lý. Ở những vùng khí hậu lạnh, nhiệt độ của nước cũng thay đổi từ 7 – 18oC , trong khi đó ở những vùng có khí hậu ẩm áp hơn nhiệt độ của nước có thể thay đổi trong khoảng 13 – 24oC. Ở thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh phía nam nhiệt độ của nước thường dao động ở mức 24 – 29oC, đôi khi lên đến 30oC (Trịnh Thị Thanh,2003)[13]. *. Độ màu (màu sắc): Màu của nước thải là do các chất sinh hoạt hoặc do các sản phẩm được tạo ra trong quá trình phân huỷ các chất hữu cơ. Đơn vị đo độ màu thông dụng là Platin Coban (Pt-Co). Độ màu là thông số thường mang tính chất định tính, có thể được sử dụng để đánh giá trạng thái chung của nước thải. Nước thải để chưa qua 6 giờ thường có màu nâu nhạt. Màu xám nhạt đến trung bình là đặc trưng của các loại nước phân huỷ đã bị phân huỷ một phần. Nếu xuất hiện màu xám sẫm hoặc đen, nước thải coi như đã bị phân huỷ hoàn toàn bởi các vi khuẩn trong điều kiện yếu khí (không có oxy). Hiện tượng nước thải ngả màu đen thường so sự tạo thành do sự tạo thành các sulfide khác nhau, đặc biệt là sulfide sắt. Điều này xảy ra khi hydro sulfua được sản sinh dưới dạng điều kiện yếm khí kết hợp với một số kim loại có hại có trong nước thải, chẳng hạn như sắt (Lê Trình 2008)[8]. *. Độ đục Độ đục của nước thải là do các lơ lửng và các chất dạng keo chứa trong nước thải tạo nên. Đơn vị đo đục thông dụng là NTU. Giữa độ đục và hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải ban đầu (chưa xử lý) chưa có mối quan hệ đáng kể nào, tuy nhiên mối quan hệ này thể hiện rõ ở nước sau khi ra khỏi bể lắng đợt 2 và được tính bằng công thức (Lê Trình 2008)[8]. Chất lơ lửng, SS (mg/l) = ((2,3-2,4) × độ đục (NTU). b. Các chỉ tiêu hoá học và sinh học *. pH pH là chỉ tiêu đặc trưng cho tính axit hoặc tính bazơ của nước và được tính bằng nồng độ của ion hydro (pH= -lg{H+}). pH là chỉ tiêu quan trọng nhất trong 9 quá trình sinh hoá bởi tốc độ của quá trình này phụ thuộc đáng kể vào sự thay đổi của pH. Các công trình xử lý sinh học thường hoạt động tốt khi pH = 6,5 - 8,5. Đối với nước thải sinh hoạt, pH thường dao động trong khoảng 6,9 -7,8. *. Nhu cầu oxy hoá học (COD) Nhu cầu oxy hóa học (COD) là lượng oxy cần thiết để oxy hoá toàn bộ các chất hữu cơ có trong nước thải, kể cả các chất hữu cơ không bị phân huỷ sinh học và được xác định bằng phương pháp bicromat trong môi trường axit sunfuric có thêm chất xúc tác - sunfat bạc. Đơn vị đo của COD là mg O2/l hay mg/l (Lê Trình 2008)[8]. *. Nhu cầu oxy sinh hoá (BOD) Nhu cầu oxy sinh hoá (BOD) là một trong những thông số cơ bản đặc trưng cho mức độ ô nhiễm nước thải bởi các chất hữu cơ có thể bị oxy hoá sinh hoá (các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học). BOD được xác định bằng lượng oxy cần thiết để oxy hoá các chất hữu cơ dạng hoà tan, dạng keo và một phần dạng lơ lửng với sự tham gia của các vi sinh vật trong điều kiện hiếu khí, được tính bằng mgO2/l hoặc đơn giản mg/l. Đối với nước thải sinh hoạt, thông số BOD = 68% (Lê Trình 2008)[8]. *. Nitơ Nitơ có trong nước thải dạng các liên kết vô cơ và hữu cơ.Trong nước thải sinh hoạt phần lớn các liên kết hữu cơ là các chất có nguồn gốc protit, thực phẩm dư thừa. Còn nitơ trong các liên kết vô cơ gồm các dạng khử NH4+, NH3 và dạng oxy hoá: NO2- và NO3- (Lê Trình 2008)[8]. *. Chất hoạt động bề mặt Các các chất hoạt động bề mặt là những chất hữu cơ gồm 02 phần: Kỵ nước và ưa nước tạo nên sự hoà tan của các chất đó trong dầu và trong nước. Tạo nguồn ra các chất hoạt động bề mặt là do việc sử dụng các chất tẩy rửa sinh hoạt [Lê Trình 2008]. *. Oxy hoà tan Oxy hoà tan (DO) là một trong những chỉ tiêu quan trọng trong quá trình xử lý sinh học hiếu khí. Lượng oxy hoà tan trong nước thải ban đầu dẫn vào trạm xử lý thường bằng không hoặc rất nhỏ. Trong khi đó các công trình xử lý sinh học hiếu khí thì lượng oxy hoà tan cần thiết không nhỏ hơn 2 mg/l. 10 1.2. Tình hình nghiên cứu về nước thải sinh hoạt tại Việt Nam và trên thế giới 1.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới Trong hoạt động sống của mình con người cần một lượng nước rất lớn, xã hội càng phát triển, nhu cầu dùng nước càng tăng. Cư dân sống trong điều kiện nguyên thuỷ chỉ cần 10 lít nước/người ngày đêm nhưng hiện nay tại các đô thị nước sinh hoạt cần gấp hàng chục lần nhưvậy. Nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi lớn, tuỳ thuộc vào mức sống và các thói quen của người dân, có thể ước tính bằng 80% lượng nước được cấp. Ở Mỹ và Canada là nơi nhu cầu cấp nước lớn nên lượng nước thải thường tới 200-400 l/người/ngày (số liệu 2012). Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt hiện nay trong các đô thị của Mỹ là 380-500 lít/người/ngày đêm, Pháp 200-500 lít/người/ngày đêm và Singapo 250-400 lít/người/ngàyđêm…(Yangwen Jia,2007)[21]. Trong các đô thị nước thải sinh hoạt từ các khu dân cư, các công trình công cộng. Đặc điểm nước thải sinh hoạt đô thị là hàm lượng các chất hữu cơ không bền vững tính theo BOD5 cao, là môi trường cho các loài vi khuẩn gây bệnh. Trong nước thải còn chứa nhiều nguyên tố dinh dưỡng có khả năng gây hiện tượng phì dưỡng (eutrification) trong nguồn nước. Lượng chất bẩn trong nước thải sinh hoạt của thành phố, tính theo gam/người/ngày đêm, nêu trong bảng 1.2. Bảng 1.2. Lượng chất bẩn có trong nước thải sinh hoạt thành phố (gam/người/ngày đêm) TT Chất bẩn Theo X,N, Stroganov Theo S,Jarceiwa (1985) 1 Lượng cặn lơ lửng 35 – 50 70 – 145 2 BOD5 30 – 50 45 – 54 3 NH4+ 7-8 6 – 12 4 Cl- 8,5 – 9 4–8 5 PO43- 1,5 – 1,8 0,8 – 4,0 6 Kali 3,0 2–6 7 SO42- 1,8 – 4,4 10 – 30 8 Dầu mỡ - (Metcalf & Eddy,1991)[19]