Tài liệu Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật để xử lý lưu huỳnh trong nước thải sinh hoạt đô thị

  • Số trang: 66 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 776 |
  • Lượt tải: 0
dangvantuan

Tham gia: 02/08/2015

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --------------------------------- LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG VI SINH VẬT ĐỂ XỬ LÝ LƯU HUỲNH TRONG NƯỚC THẢI SINH HOẠT ĐÔ THỊ NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÃ SỐ: PHẠM LÊ PHƯƠNG Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. NGUYỄN VĂN CÁCH HÀ NỘI 2011 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 MỤC LỤC DANH MỤC CÁC BẢNG ........................................................................................4 DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ...................................................................5 MỞ ĐẦU ....................................................................................................................6 PHẦN I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU .........................................................................8 I.1. Tài nguyên nước và sự ô nhiễm nước ..............................................................8 I.1.1. Tình trạng ô nhiễm môi trường nước trên thế giới ...................................9 I.1.2. Tình trạng ô nhiễm môi trường nước tại Việt Nam ..................................9 I.2. Đặc điểm nước thải sinh hoạt đô thị và sự ô nhiễm .......................................10 I.3. Các dạng hợp chất của lưu huỳnh ..................................................................13 I.4. Ứng dụng của lưu huỳnh ................................................................................14 I.5. Vai trò sinh học ..............................................................................................15 I.6. Ảnh hưởng của lưu huỳnh ..............................................................................16 I.6.1. Ảnh hưởng đến môi trường.....................................................................16 I.6.2. Ảnh hưởng đến sức khỏe của con người.................................................19 I.7. Vi khuẩn lưu huỳnh ........................................................................................20 I.7.1. Các loại vi khuẩn lưu huỳnh ...................................................................20 I.7.2. Chu trình lưu huỳnh trong môi trường tự nhiên của vi sinh vật .............22 I.8. Các phương pháp loại bỏ lưu huỳnh trong nước thải.....................................24 I.8.1. Phương pháp hóa học ..............................................................................24 I.8.2. Phương pháp sinh học .............................................................................25 I.9. Tiêu chuẩn Việt Nam về nước thải sinh hoạt .................................................27 I.10. Tình hình xử lý lưu huỳnh trong nước thải ..................................................27 I.10.1. Trên thế giới ..........................................................................................27 I.10.2. Tại Việt Nam.........................................................................................29 PHẦN II. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP ........................................................30 II.1. Vật liệu ..........................................................................................................30 II.1.1. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................30 Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 1 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 II.1.2. Hóa chất .................................................................................................30 II.1.3. Máy móc thiết bị ....................................................................................30 II.2. Môi trường ....................................................................................................30 II.2.1. Môi trường phân lập và nuôi cấy vi sinh vật .........................................30 II.2.2. Môi trường tuyển chọn chủng vi khuẩn có khả năng khử sulfua ..........32 II.2.3. Môi trường xác định khả năng khử sulfua của vi sinh vật ....................32 II.3. Phương pháp..................................................................................................33 II.3.1. Lấy mẫu .................................................................................................33 II.3.2. Phương pháp xác định đa dạng sinh học trong bùn hoạt tính ở sông Kim Ngưu .................................................................................................................33 II.3.3. Phương pháp phân lập vi khuẩn.............................................................35 II.3.4. Phương pháp cấy truyền và giữ giống ...................................................36 II.3.5. Phương pháp nhân giống vi khuẩn ........................................................36 III.3.6. Phương pháp xác định nồng độ H2S trong mẫu nước thải ...................36 II.3.7. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy đến khả năng khử H2S của chủng B7.............................................................................................38 II.3.8. Khảo sát các yếu tố diễn ra trong quá trình khử sulfua của chủng vi khuẩn phân lập được.........................................................................................38 PHẨN III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................43 III.1. Xác định vi khuẩn Thiobacillus sp. trong bùn hoạt tính ở sông kim Ngưu.43 III.1.1. Tách chiết DNA tổng số từ các mẫu môi trường .................................43 III.1.2. PCR và phân tích điện di biến tính.......................................................43 III.2. Kết quả phân lập và tuyển chọn vi sinh vật có khả năng xử lý lưu huỳnh trong nước thải. .....................................................................................................45 III.3. Ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy đến khả năng khử H2S của chủng vi khuẩn phân lập được .............................................................................................46 III.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ .......................................................................46 III.3.2. Ảnh hưởng của pH môi trường ban đầu...............................................47 III.3.3. Ảnh hưởng của nồng độ sunfat ban đầu ..............................................48 Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 2 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 III.3.4. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy .......................................................49 III.4. Khảo sát các yếu tố diễn ra trong quá trình khử sunfua của chủng vi khuẩn phân lập được........................................................................................................51 III.4.1. Khảo sát khả năng khử sulfua của chủng vi khuẩn B7 phân lập được.51 III.4.2. Khảo sát sự tạo thành ion sunfat SO42 ..................................................56 III.4.3. Khảo sát sự thay đổi pH trong môi trường...........................................57 III.5. Quy trình tạo chế phẩm sinh học để xử lý H2S trong nước thải sinh hoạt ..58 III.6. Ứng dụng chế phẩm vi sinh để xử lý H2S trong nước thải quy mô phòng thí nghiệm...................................................................................................................59 KẾT LUẬN ..............................................................................................................62 KIẾN NGHỊ .............................................................................................................63 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................64 Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 3 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 . Tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt - TCVN 6772…………………. 27 Bảng 3.1. Khả năng khử sunfua trong nước thải của các chủng vi khuẩn phân lập được……………………………………………………………… 45 Bảng 3.2. Khả năng khử H2S của chủng B7 ở các nhiệt độ khác nhau…… 46 Bảng 3.3. Khả năng khử H2S của chủng B7 ở các pH khác nhau…………. 47 Bảng 3.4. Ảnh hưởng của nồng độ sulfate đến khả năng khử H2S của chủng B7…………………………………………………………………... 48 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến khả năng khử H2S của chủng B7…………………………………………………………………... 50 Bảng 3.6. Khảo sát khả năng khử sunfua của chủng vi khuẩn B7 trên môi trường MT1………………………………………………………………... 51 Bảng 3.7. Khảo sát khả năng khử sunfua của chủng vi khuẩn B7 trên môi trường MT2………………………………………………………………... 53 Bảng 3.8. Khảo sát khả năng khử sunfua của chủng vi khuẩn B7 trên môi trường MT3………………………………………………………………... 54 Bảng 3.9. Sự thay đổi pH của chủng vi khuẩn B7 trong 3 môi trường khác nhau………………………………………………………………….. 57 Bảng 3.10. Kết quả xử lý nước thái trước và sau khi bổ sung chế phẩm sau 14 ngày………………………………………………………………… 60 Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 4 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 DANH MỤC HÌNH ẢNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1.Ô nhiễm nước tại sông Kim Ngưu – Yên Sở................................... 12 Hình 1.2. Sự hình thành H2S và sự ăn mòn do quá trình oxy hóa H2S thành H2SO4……………………………………………………………………….. 18 Hình 1.3. Hình ảnh đường ống bị ăn mòn………………………………….. 19 Hình 1.4. Chu trình sunfua (Lưu huỳnh) trong tự nhiên……………………. 22 Hình 1.5. Quá trình chuyển hóa các hợp chất lưu huỳnh trong tự nhiên…… 24 Hình 3.1. Kết quả điện di DNA từ mẫu bùn hoạt tính và mẫu nước thải…... 43 Hình 3.2. Hình ảnh DNA sau khi khuếch đại bằng phản ứng PCR………… 44 Hình 3.3. Kết quả diện di biến tính DNA ………………………………….. 44 Hình 3.4. Hình ảnh khuẩn lạc của chủng B7 phân lập được……………….. 46 Hình 3.5. Khả năng khử H2S của chủng B7 ở các nhiệt độ khác nhau……... 47 Hình 3.6. Khả năng khử H2S của chủng B7 ở các pH khác nhau…………... 48 Hình 3.7. Ảnh hưởng của nồng độ sunfat đến khả năng khử H2S của chủng B7…………………………………………………………………………… 49 Hình 3.8. Ảnh hưởng của thời gian nuôi cấy đến khả năng khử H2S của chủng B7……………………………………………………………………. 50 Hình 3.9. Sự thay đổi nồng độ H2S (ppm) trong môi trường MT1………… 52 Hình 3.10. Sự thay đổi nồng độ H2S (ppm) trong môi trường MT2……….. 53 Hình 3.11. Sự thay đổi nồng độ H2S (ppm) trong môi trường MT3……….. 55 Hình 3.12 Khả năng khử H2S của chủng vi khuẩn B7 trong các môi trường khác nhau theo thời gian……………………………………………………. 55 Hình 3.13 Phản ứng theo dõi sự hình thành ion sunfat……………………... 56 Hình 3.14. Hình ảnh chế phẩm vi sinh xử lý H2S trong nước thải…………. 59 Hình 3.15. Thử nghiệm xử lý nước thải sông Kim ngưu bằng chế phẩm vi sinh tạo được quy mô phòng thí nghiệm…………………………………… Phạm Lê Phương 60 MSHV: CB090728 5 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 MỞ ĐẦU Ô nhiễm môi trường đã và đang là một vấn đề quan trọng, hệ quả của một quá trình phát triển nóng của các nước đang phát triển trong giai đoạn công nghiệp hóa và hiện đại hóa. Sự phát triển nhanh chóng của các ngành công nghiệp và dịch vụ, quá trình đô thị hóa và tập trung dân cư nhanh chóng là những nguyên nhân gây nên hiện trạng quá tải môi trường. Ở Việt Nam, phần lớn nước thải sinh hoạt ở các khu dân cư đô thị, ven đô và nông thôn đều chưa được xử lý đúng quy cách. Nước thải từ các khu vệ sinh mới chỉ được xử lý sơ bộ tại các bể tự hoại, chất lượng chưa đạt yêu cầu xả ra môi trường, là nguyên nhân gây ô nhiễm, lây lan bệnh tật. Đó là chưa kể dòng nước thải sinh hoạt từ nhà bếp, tắm, giặt... thường không được xử lý qua bể tự hoại, góp phần làm ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng. Ion sunfat là một trong những anion thường gặp trong nước tự nhiên. Nó là chỉ tiêu quan trọng trong nước cấp vì khi hàm lượng SO42- trong nước cao sẽ gây ảnh hưởng đến con người do tính chất tẩy rửa của sunfat. từ lý do này đối với nước cấp, nồng độ giới hạn của sunfat là 250mg/l. Ngoài ra trong nước cấp cho công nghiệp và sinh hoạt, chỉ tiêu SO42- cũng rất quan trọng do khả năng kết hợp với các ion kim loại trong nước hình thành cặn trong các thiết bị đun nước, lò hơi và các thiết bị trao đổi nhiệt. Trong xử lý nước thải, chỉ tiêu SO42- cũng được quan tâm do vấn đề mùi và ăn mòn đường ống do quá trình khử sunfat thành hydrogen sulfide trong điều kiện kỵ khí. Chính vì vậy tôi đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu ứng dụng vi sinh vật để xử lý lưu huỳnh trong nước thải sinh hoạt đô thị”. Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 6 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 MỤC TIÊU Tuyển chọn được chủng vi khuẩn có khả năng xử lý lưu huỳnh cao và tạo chế phẩm sinh học để xử lý lưu huỳnh trong nước thải sinh hoạt. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU • Phân lập chủng vi sinh vật có khả năng khử hydro sunfua trong nước thải. • Tuyển chọn chủng vi sinh vật có hoạt tính khử cao. • Khảo sát ảnh hưởng của điều kiện nuôi cấy đến khả năng khử H2S của chủng vi khuẩn phân lập được. • Khảo sát các yếu tố diễn ra trong quá trình khử sunfua của chủng được tuyển chọn. • Tạo chế phẩm sinh học để xử lý lưu huỳnh trong nước thải sinh hoạt • Ứng dụng chế phẩm vi sinh để xử lý H2S trong nước thải quy mô phòng thí nghiệm Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 7 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 PHẦN I. TỔNG QUAN TÀI LIỆU I.1. Tài nguyên nước và sự ô nhiễm nước Tài nguyên nước là thành phần chủ yếu của môi trường sống, quyết định sự thành công trong các chiến lược, quy hoạch, kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội, bảo đảm quốc phòng, an ninh quốc gia. Hiện nay nguồn tài nguyên thiên nhiên quý hiếm và quan trọng này đang phải đối mặt với nguy cơ ô nhiễm và cạn kiệt. Nguy cơ thiếu nước, đặc biệt là nước ngọt và sạch là một hiểm họa lớn đối với sự tồn vong của con người cũng như toàn bộ sự sống trên trái đất. Do đó con người cần phải nhanh chóng có các biện pháp bảo vệ và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước. Ô nhiễm nước có thể được định nghĩa bằng nhiều cách như khi nồng độ một hoặc nhiều chất cụ thể trong nước vượt quá tải lượng của môi trường trong khoảng thời gian đủ để gây tác động hay hậu quả rõ rệt ta gọi là ô nhiễm nước. Hiến chương châu Âu về nước đã định nghĩa: "Ô nhiễm nước là sự biến đổi nói chung do con người đối với chất lượng nước, làm nhiễm bẩn nước và gây nguy hiểm cho con người, cho công nghiệp, nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi, giải trí, cho động vật nuôi và các loài hoang dã". Ô nhiễm nước có nguồn gốc tự nhiên: Do mưa, tuyết tan, gió bão, lũ lụt đưa vào môi trường nước chất thải bẩn, các sinh vật và vi sinh vật có hại kể cả xác chết của chúng. Ô nhiễm nước có nguồn gốc nhân tạo: Quá trình thải các chất độc hại chủ yếu dưới dạng lỏng như các chất thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, giao thông vào môi trường nước (VloSer, 2009). Theo bản chất các tác nhân gây ô nhiễm, người ta phân ra các loại ô nhiễm nước: ô nhiễm vô cơ, hữu cơ, ô nhiễm hoá chất, ô nhiễm sinh học, ô nhiễm bởi các tác nhân vật lý. Hiện nay, đã có nhiều hoạt động tuyên truyền chủ trương xã hội hoá công tác bảo vệ tài nguyên nước, đưa ra nhiều biện pháp nhằm kêu gọi tất cả các thành viên Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 8 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 trong xã hội nâng cao ý thức, cùng hành động tích cực bảo vệ nguồn tài nguyên thiên nhiên này. Bảo vệ tài nguyên nước là nhiệm vụ cấp bách, nó không chỉ đáp ứng các yêu cầu trước mắt mà còn tạo nền tảng vững chắc cho sự nghiệp bảo vệ tài nguyên và môi trường trong tương lai lâu dài, vì đó là sự sống còn của chính chúng ta và con cháu sau này. I.1.1. Tình trạng ô nhiễm môi trường nước trên thế giới Trong thập niên 60, ô nhiễm nước lục địa và đại dương gia tăng với nhịp độ đáng lo ngại. Tiến độ ô nhiễm nước phản ánh trung thực tiến bộ phát triển kỹ nghệ. Ta có thể kể ra đây vài thí dụ tiêu biểu. Anh Quốc chẳng hạn: Ðầu thế kỷ 19, sông Tamise rất sạch, nó trở thành ống cống lộ thiên vào giữa thế kỷ này. Các sông khác cũng có tình trạng tương tự trước khi người ta đưa ra các biện pháp bảo vệ nghiêm ngặt. Nước Pháp rộng hơn, kỹ nghệ phân tán và nhiều sông lớn, nhưng vấn đề cũng không khác bao nhiêu. Dân Paris còn uống nước sông Seine đến cuối thế kỷ 18. Từ đó vấn đề đổi khác: các sông lớn và nước ngầm nhiều nơi không còn dùng làm nước sinh hoạt được nữa, 5.000 km sông của Pháp bị ô nhiễm. Sông Rhin chảy qua vùng kỹ nghệ hóa mạnh, khu vực có hơn 40 triệu người, là nạn nhân của nhiều tai nạn (như nạn cháy nhà máy thuốc Sandoz ở Bale năm 1986 chẳng hạn) thêm vào các nguồn ô nhiễm thường xuyên. Ở Hoa Kỳ tình trạng thảm thương ở bờ phía đông cũng như nhiều vùng khác. Vùng Ðại hồ bị ô nhiễm nặng, trong đó hồ Erie, Ontario đặc biệt nghiêm trọng. I.1.2. Tình trạng ô nhiễm môi trường nước tại Việt Nam Nước ta có nền công nghiệp chưa phát triển mạnh, các khu công nghiệp và các đô thị chưa đông lắm nhưng tình trạng ô nhiễm nước đã xảy ra ở nhiều nơi với các mức độ nghiêm trọng khác nhau (Cao Liêm và Trần Ðức Viên, 1990). Nông nghiệp là ngành sử dụng nhiều nước nhất dùng tưới lúa và hoa màu, chủ yếu là ở đồng bằng sông Cửu Long và sông Hồng. Việc sử dụng nông dược và phân bón hóa học càng góp thêm phần ô nhiễm môi trường nông thôn. Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 9 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 Công nghiệp là ngành làm ô nhiễm nước quan trọng, mỗi ngành có một loại nước thải khác nhau. Khu công nghiệp Thái Nguyên thải nước biến Sông Cầu thành màu đen, mặt nước sủi bọt trên chiều dài hàng chục cây số. Khu công nghiệp Việt Trì xả mỗi ngày hàng ngàn mét khối nước thải của nhà máy hóa chất, thuốc trừ sâu, giấy, dệt... xuống Sông Hồng làm nước bị nhiễm bẩn đáng kể. Khu công nghiệp Biên Hòa và TP HCM tạo ra nguồn nước thải công nghiệp và sinh hoạt rất lớn, làm nhiễm bẩn tất cả các sông rạch ở đây và cả vùng phụ cận. Nước dùng trong sinh hoạt của dân cư ngày càng tăng nhanh do dân số và các đô thị. Nước cống từ nước thải sinh hoạt cộng với nước thải của các cơ sở tiểu thủ công nghiệp trong khu dân cư là đặc trưng ô nhiễm của các đô thị ở nước ta. Ðiều đáng nói là các loại nước thải đều được trực tiếp thải ra môi trường, chưa xử lý triệt để, vì nước ta chưa có hệ thống xử lý nước thải nào đúng nghĩa như tên gọi của nó. Nước ngầm cũng bị ô nhiễm, do nước sinh hoạt hay công nghiệp và nông nghiệp. Việc khai thác tràn lan nước ngầm làm cho hiện tượng nhiễm mặn và nhiễm phèn xảy ra ở những vùng ven biển sông Hồng, sông Thái Bình, sông Cửu Long, ven biển miền Trung... (Cao Liêm và Trần Ðức Viên, 1990). I.2. Đặc điểm nước thải sinh hoạt đô thị và sự ô nhiễm Tốc độ công nghiệp hoá và đô thị hoá khá nhanh và sự gia tăng dân số gây áp lực ngày càng nặng nề đối với tài nguyên nước trong vùng lãnh thổ. Môi trường nước ở nhiều đô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm bởi nước thải, khí thải và chất thải rắn. Ở các thành phố lớn, hàng trăm cơ sở sản xuất công nghiệp đang gây ô nhiễm môi trường nước do không có công trình và thiết bị xử lý chất thải. Nước thải đô thị bao gồm cả nước thải sinh hoạt phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt của các cộng đồng dân cư, các loại nước thấm và nước thải sản xuất thải ra từ các công trình công nghiệp [6]. Nguồn nước thải từ sinh hoạt gồm: nước vệ sinh tắm, giặt, nước rửa rau, thịt, cá, nước từ bể phốt, từ khách sạn, nhà hàng, các dịch vụ công cộng như thương mại, bến tàu xe, bệnh viện, trường học, khu du lịch, Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 10 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 vui chơi, giải trí. Chúng thường được thu gom vào các kênh dẫn thải. Một yếu tố gây ô nhiễm quan trọng trong nước thải sinh hoạt đó là các loại mầm bệnh được lây truyền bởi các vi sinh vật có trong phân. Vi sinh vật gây bệnh cho người bao gồm các nhóm chính là virus, vi khuẩn, nguyên sinh bào và giun sán (vacne.org.vn). Đặc trưng của nước thải đô thị hiện nay là chứa nồng độ chất hữu cơ ở mức cao và nhiều chất hoạt động bề mặt từ việc sử dụng nhiều chất tẩy rửa như xà phòng, nước rửa chén... Ông Yutaka Matsuzawa - Chuyên gia môi trường của Tổ chức Hợp tác Quốc tế Nhật Bản (JICA) tại Việt Nam đã nhận định: “Quá trình đô thị hoá tại Việt Nam diễn ra rất nhanh. Những đô thị lớn tại Việt Nam như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng bị ô nhiễm nước rất nặng nề. Đô thị ngày càng phình ra tại Việt Nam, nhưng cơ sở hạ tầng lại phát triển không cân xứng, đặc biệt là hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tại Việt Nam vô cùng thô sơ. Có thể nói rằng, người Việt Nam đang làm ô nhiễm nguồn nước uống chính bằng nước sinh hoạt thải ra hàng ngày”. Theo Hội Bảo vệ thiên nhiên và môi trường Việt Nam, nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 80% tổng số nước thải ở các thành phố, là một nguyên nhân chính gây nên tình trạng ô nhiễm nước và vấn đề này có xu hướng càng ngày càng xấu đi. Ước tính, hiện chỉ có khoảng 6% lượng nước thải đô thị được xử lý (VACNE, 2010). Chuyên gia Matsuzawa cho rằng, quá trình công nghiệp hoá và hiện đại hoá khiến luồng di cư đổ về đô thị. Song việc thu gom, xử lý rác thải và nước thải sinh hoạt lại không được để ý. “Tôi chắc chắn rằng, Việt Nam trong vòng ít nhất là 1015 năm nữa sẽ còn phải hứng chịu các tác động nặng nề do nước thải sinh hoạt không được xử lý. Đây là lý do vì sao tôi nói rằng, ô nhiễm nước thải sinh hoạt đang là vấn đề nghiêm trọng nhất mà Việt Nam đang đối mặt”, ông khẳng định. Một báo cáo toàn cầu mới được Tổ chức Y tế thế giới (WHO) công bố hồi đầu năm 2010 cho thấy, mỗi năm Việt Nam có hơn 20.000 người tử vong do điều kiện nước sạch và vệ sinh nghèo nàn và thấp kém. Còn theo thống kê của Bộ Y tế, hơn 80% các bệnh truyền nhiễm ở nước ta liên quan đến nguồn nước. Người dân ở Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 11 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 cả nông thôn và thành thị đang phải đối mặt với nguy cơ mắc bệnh do môi trường nước đang ngày một ô nhiễm trầm trọng. Tình trạng ô nhiễm nước ở các đô thị thấy rõ nhất là ở thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh. Ở các thành phố này, nước thải sinh hoạt không có hệ thống xử lý tập trung mà trực tiếp xả ra nguồn tiếp nhận (sông, hồ, kênh, mương). Mặt khác, còn rất nhiều cơ sở sản xuất không xử lý nước thải, phần lớn các bệnh viện và cơ sở y tế lớn chưa có hệ thống xử lý nước thải, một lượng rác thải rắn lớn trong thành phố không thu gom hết được… là những nguồn quan trọng gây ra ô nhiễm nước. Hiện nay, mức độ ô nhiễm trong các kênh, sông, hồ ở các thành phố lớn là rất nặng. Tổng lượng nước thải của thành phố Hà Nội, theo báo cáo của Ủy ban Khoa học Công nghệ và Môi trường (2006), lên tới 300.000-400.000m3/ngày, trong đó 2/3 là nước thải sinh hoạt. Hình 1.1.Ô nhiễm nước tại sông Kim Ngưu – Yên Sở Theo thông báo mới nhất của UBND thành phố Hà Nội (2006), tình trạng ô nhiễm môi trường do hoạt động công nghiệp tuy đã có chuyển biến nhưng vẫn còn hơn 90% tổng lượng nước thải sinh hoạt và nước thải của các cơ sở sản xuất, bệnh viện, dịch vụ và làng nghề chưa được xử lý. Chỉ có một số ít nhà máy và bệnh viện được trang bị hệ thống xử lý nước thải tại chỗ, và chỉ có 8-10% tổng lượng nước Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 12 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 thải đô thị được xử lý ở bốn nhà máy xử lý nước thải mới xây dựng với tổng công suất 48.000 m3/ngày [5]. Ở thành phố Hồ Chí Minh thì lượng rác thải lên tới gần 4.000 tấn/ngày; chỉ có 24/142 cơ sở y tế lớn là có xử lý nước thải; khoảng 3.000 cơ sở sản xuất gây ô nhiễm thuộc diện phải di dời. Không chỉ ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh mà ở các đô thị khác như Hải Phòng, Huế, Đà Nẵng, Nam Định, Hải Dương… nước thải sinh hoạt đô thị cũng không được xử lý, độ ô nhiễm nguồn nước nơi tiếp nhận nước thải đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép (TCCP). Như vậy nghiên cứu để đưa ra phương án xử lý là vấn đề vô cùng cấp thiết hiện nay. I.3. Các dạng hợp chất của lưu huỳnh [24] * Các dạng hợp chất vô cơ • Các sunfua (S2-) là các hợp chất đơn giản nhất của lưu huỳnh với các nguyên tố hóa học khác. • Các sulfit (SO32-), các muối của axít sulfurơ, H2SO3, được tạo ra bằng cách hòa tan SO2 trong nước. Axít sulfurơ và các sulfit tương ứng là các chất khử tương đối mạnh. Các hợp chất dẫn xuất khác từ SO2 còn có các ion pyrosulfit hay mêtabisulfit (S2O52−). • Các sulfat (SO42-), các muối của axít sulfuric. Axít sulfuric cũng phản ứng với SO3 trong các tỷ lệ đẳng phân tử gam để tạo ra axít pyrosulfuric (H2S2O7). • Các thiôsulfat (đôi khi được gọi là thiôsulfit hay "hyposulfit") (S2O32−)- như thiôsulfat natri được dùng như các chất cố định trong nhiếp ảnh (trong vai trò của các chất khử) và thiôsulfat amôni đã được phát hiện như là chất thay thế cho các xyanua trong lọc quặng vàng. • Đithiônit natri, Na2S2O4 tạo ra từ axít hyposulfurơ/đithiônơ - là một chất khử mạnh. • Đithiônat natri (Na2S2O6) Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 13 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 • Các axít polythiônic (H2SnO6), trong đó n dao động từ 3 đến 80. • Axít perôxymônôsulfuric (H2SO5) và axít perôxyđisulfuric (H2S2O8)-được điều chế từ phản ứng của SO3 hay H2SO4 với H2O2 đậm đặc một cách tương ứng. • Các polisunfua natri (Na2Sx) • Hexaflorua lưu huỳnh, SF6, một tác nhân đẩy nặng, dạng khí, không phản ứng và không độc • Têtranitrua têtra lưu huỳnh S4N4. • Các thiôxyanat là các hợp chất chứa ion thiôxyanat, SCN-. Liên quan đến các ion này là thiôxyanôgen, (SCN)2. * Các dạng hợp chất hữu cơ • đimêtyl sulfôniôprôpiônat (DMSP; (CH3)2S+CH2CH2COO-) là thành phần trung tâm của chu trình lưu huỳnh hữu cơ trong đại dương. • Các thiôête là các phân tử với công thức tổng quát dạng R-S-R′, trong đó R và R′ là các nhóm hữu cơ. Các chất này là sự tương đương của các ête (lưu huỳnh thay thế ôxy). • Các thiol (hay mecaptan) là các phân tử với nhóm chức -SH. Chúng là các chất tương đương với rượu (lưu huỳnh thay thế ôxy). • Các thiolat có nhóm chức -S- gắn vào. Chúng là các chất tương đương của các ankôxít (lưu huỳnh thay thế ôxy). • Sulfôxít là các phân tử với nhóm chức R-S(=O)-R′, trong đó R và R′ là các nhóm hữu cơ. Một chất phổ biến trong số các sulfôxít là DMSO. • Sulfon là các phân tử với nhóm chức R-S(=O)-R′, trong đó R và R′ là các nhóm hữu cơ. • Thuốc thử Lawesson là thuốc thử hóa học có thể lấy ôxy từ các chất hữu cơ khác và thay nó bằng lưu huỳnh. • Naptalen-1,8-điyl 1,3,2,4-đithiađiphốtphetan 2,4-đisunfua I.4. Ứng dụng của lưu huỳnh [24] Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 14 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 Lưu huỳnh có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Thông qua dẫn xuất chính của nó là axít sulfuric (H2SO4), lưu huỳnh được đánh giá là một trong các nguyên tố quan trọng nhất được sử dụng như là nguyên liệu công nghiệp. Nó là quan trọng bậc nhất đối với mọi lĩnh vực của nền kinh tế thế giới. Sản xuất axít sulfuric nguyên liệu chính là lưu huỳnh, và việc tiêu thụ axít sulfuric được coi như một trong các chỉ số tốt nhất về sự phát triển công nghiệp của một quốc gia. Axít sulfuric được sản xuất hàng năm ở Hoa Kỳ nhiều hơn bất kỳ hóa chất công nghiệp nào khác. Lưu huỳnh cũng được sử dụng trong ắc quy, bột giặt, lưu hóa cao su, thuốc diệt nấm và trong sản xuất các phân bón phốtphat. Các sunfit được sử dụng để làm trắng giấy và làm chất bảo quản trong rượu vang và làm khô hoa quả. Do bản chất dễ cháy của nó, lưu huỳnh cũng được dùng trong các loại diêm, thuốc súng và pháo hoa. Các thiosunfat natri và amôni được sử dụng như là các tác nhân cố định trong nhiếp ảnh. Sunfat magiê, được biết dưới tên gọi muối Epsom có thể dùng như thuốc nhuận tràng, chất bổ sung cho các bình ngâm (xử lý hóa học), tác nhân làm tróc vỏ cây, hay để bổ sung magiê cho cây trồng. Cuối thế kỷ 18, các nhà sản xuất đồ gỗ sử dụng lưu huỳnh nóng chảy để tạo ra các lớp khảm trang trí trong các sản phẩm của họ. Do điôxít lưu huỳnh được tạo ra trong quá chình nung chảy lưu huỳnh nên các đồ gỗ với lớp khảm lưu huỳnh đã bị loại bỏ rất nhanh. I.5. Vai trò sinh học Vai trò cơ bản của hợp chất S là tham gia vào các quá trình năng lượng của cơ thể và là thành phần của nhiều chất có hoạt tính sinh học. Trong đất S tồn tại ở nhiều dạng hữu cơ và vô cơ, nhưng dạng S vô cơ cây hút chủ yếu là SO42- (sulfate) - là dạng oxi hóa cao, tan trong dung dịch đất. Dạng SO2 và dạng khử H2S thì độc cho cây. Trong môi trường acid, sunfat bị giữ chặt trên keo đất và được giải phóng ra khỏi keo đất vào dung dịch đất trong môi trường kiềm và có ion trao đổi OH-. Vì vậy bón vôi làm tăng pH của đất, tạo điều kiện cho ion sulfate di động và rễ cây dễ dàng hút được. Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 15 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 Ngoài ra do hoạt động của một số vi sinh vật mà các dạng S hữu cơ có thể phân giải thành dạng sunfat cho cây hấp thụ. * Vai trò của S đối với cây S tham gia vào thành phần của một số hợp chất hữu cơ có vai trò cực kỳ quan của cơ thể sinh vật, có ảnh hưởng quan trọng lên quá trình sinh trưởng, trao đổi chất và hoạt động sinh lý của cây. Hiện nay không còn nghi ngờ gì nữa về vai trò quan trọng của bậc nhất của các cơ thể sinh vật trong cuộc sống là thuộc về các hợp chất hữu cơ có chứa S như các acid amine (cysteine, cystine, methionine), acid folic, coenzyme A, các vitamine (biotine và thiamine). Các hợp chất penicillin cũng thuộc các hợp chất cứa S do nhiều nòi nấmPenicillium và nấm Aspergillus tạo nên. Trong quá trình sinh .trưởng và phát triển của thực vật các hợp chất S biến đổi theo hướng tăng các hợp chất S - protein. Vì trong quá trình hoá già của thực vật, quá trình lổng hợp protein bị kìm hãm và sự phân giải các hợp chất protein được tăng cường. Các S - sulfate được thải ra ngoài dần dần theo chu trình biến đổi S. Tóm lại, vai trò quan trọng nhất của S là sự liên quan của nó với quá trình trao đổi chất nói chung và trước hết là sự trao đổi carbonhydrate và sự tích luỹ, biến đổi dự trữ năng lượng. Chính vì vậy khi cây thiếu S lá có màu lục nhạt, cây chậm lớn, năng suất và phẩm chất thu hoạch đều giảm rõ rệt [9,24]. I.6. Ảnh hưởng của lưu huỳnh I.6.1. Ảnh hưởng đến môi trường Sự đốt cháy than và dầu mỏ trong công nghiệp và các nhà máy điện giải phóng ra một lượng lớn điôxít lưu huỳnh SO2, nó sẽ phản ứng với hơi nước và ôxy có trong khí quyển để tạo ra axít sulfuric. Đây là nguyên nhân của các trận mưa axít và làm giảm pH của đất cũng như các khu vực chứa nước ngọt, tạo ra những tổn thất đáng kể cho môi trường tự nhiên và gây ra phong hóa hóa học đối với các công trình xây dựng và kiến trúc. Các tiêu chuẩn về nhiên liệu đã thắt chặt các chỉ tiêu về hàm lượng lưu huỳnh trong các nhiên liệu hóa thạch để giảm thiểu sự hình thành Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 16 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 của mưa axít. Lưu huỳnh được tách ra từ các nhiên liệu này sau đó sẽ được làm tinh khiết và tạo ra một phần lớn của sản lượng lưu huỳnh được sản xuất [24]. Lưu huỳnh có thể tìm thấy trong không khí dưới nhiều hình thức khác nhau. Nó có thể gây kích thích mắt và cổ họng với động vật, khi hấp thu diễn ra qua đường hô hấp của lưu huỳnh trong giai đoạn khí. Lưu huỳnh được áp dụng trong các ngành công nghiệp rộng rãi và phát ra với không khí. Các tác hại của sulfur với động vật chủ yếu là tổn thương não, thông qua các hỏng hóc của vùng dưới đồi, và thiệt hại cho hệ thần kinh. Phòng thí nghiệm thử nghiệm với động vật thử nghiệm đã chỉ ra rằng lưu huỳnh có thể gây ra thiệt hại nghiêm trọng về mạch máu trong tĩnh mạch của não, tim và thận. Các xét nghiệm này cũng chỉ ra rằng các hình thức nhất định của lưu huỳnh có thể gây ra thiệt hại bào thai và các hiệu ứng bẩm sinh. Bà mẹ thậm chí có thể thực hiện ngộ độc lưu huỳnh hơn để con cái của họ thông qua sữa mẹ. Cuối cùng, lưu huỳnh có thể làm hỏng hệ thống enzyme nội bộ của động vật. * Vấn đề về mùi Khi không có oxy, sulfat được coi như là chất cung cấp oxy (chính xác hơn là chất nhận điện tử) cho quá trình oxy hóa của vi khuẩn kỵ khí. Trong điều kiện kỵ khí sulfat bị khử thành S2-. Ion S2- sẽ kết hợp với ion H+ với hằng số phân ly KA1 = 9,1x10-8. Quan hệ giữa các dạng H2S, HS-, S2- tại các pH khác nhau của dung dịch chứa 10-3 M H2S (hay 32 mg/l H2S) [26]. * Ăn mòn đường ống Sự ăn mòn “đỉnh ống” của ống bêtôn là đặc biệt nghiêm trọng khi mà nước thải sinh hoạt có nhiệt độ cao, thời gian lưu trong cống dài và nồng độ sulfat cao, điều này đã xảy ra ở nhiều của Mỹ, đặc biệt ở những vùng phía nam nước này. Nguyên nhân của sự ăn mòn được cho là do H2S và H2SO42- bởi quá trình khử sulfat thành H2S và từ H2S thành H2SO42-. Trong hệ thống ống cống thoát nước tự chảy, H2S là nguyên nhân gián tiếp gây ra sự ăn mòn “đỉnh ống” [7,26]. Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 17 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 Đối với cống thoát nước tự chảy thường ít sử dụng trong môi trường có sự hiện diện của sulfat và có những biến đổi sinh học. Hệ thống cống là một phần của hệ thống xử lý và trong quá trình vận chuyển nước thải luôn xảy ra các biến đổi sinh học. Những biến đổi này luôn đòi hỏi sự có mặt của oxy, nếu lượng oxy không đủ do trong quá trình thông gió tự nhiên của không khí trong cống, quá trình khử sulfat thành sulfite sẽ xảy ra. Ở pH thông thường của nước thải, hầu hết S2- đều ở dạng H2S và một phần của nó bay vào lớp không khí ở trên lớp nước thải trong cống. Nếu hệ thống ống cống được thông gió tốt, thành cống và đỉnh cống khô ráo, việc hình thành H2S không gây ra sự ăn mòn cống [7]. Tuy nhiên trong trường hợp thong gió kém, đỉnh và thành cống ẩm ướt, H2S sẽ hòa tan vào lớp nước trên thành và đỉnh cống tướng ứng với áp suất riêng phần của nó trong không khí hiện diện trong cống. Điều này hầu như không gây hại. Vi khuẩn có khả năng oxy hóa H2S thành H2SO4 có mặt khắp nơi trong tự nhiên và trong nước thải. Và dĩ nhiên các loại vi khuẩn này cũng có mặt trên thành và đỉnh cống tại những lúc lưu lượng lớn hay theo một số cách khác. Do điều kiện hiếu khí là luôn tồn tại trông hệ thống cống, những vi khuẩn hiếu khí oxy hóa H2S thành H2SO4 dần dần trở nên đậm đặc và ăn mòn bêtông. Vi khuẩn thiobacillus có khả năng oxy hóa H2S thành H2SO4 ở pH 2. Quá trình hình thành H2SO4 đặc biệt nghiêm trọng ở đỉnh cống do tại đó quá trình rút nước là nhỏ nhất. giọt nước O2 H2S H2S H2S không khí O2 O2 O2 O2 H2S H2S H2S ____ nước thải ____ →kỵ khí S2-___ ___SO42- Điều kiện Môi trường để vi khuẩn oxy hóa _ S2- + 2H+→ H2S _ Hình 1.2. Sự hình thành H2S và sự ăn mòn do quá trình oxy hóa H2S thành H2SO4 Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 18 Luận văn thạc sỹ khoa học Khóa 2009 - 2011 Hình 1.3. Hình ảnh đường ống bị ăn mòn I.6.2. Ảnh hưởng đến sức khỏe của con người Tất cả các sinh vật sống cần lưu huỳnh. Đó là đặc biệt quan trọng đối với con người bởi vì nó là một phần của acid amin methionine, mà là một yêu cầu chế độ ăn uống tuyệt đối cho chúng ta. Các acid amin cysteine cũng chứa lưu huỳnh. Những người trung bình mất trong khoảng 900 mg mỗi ngày của lưu huỳnh, chủ yếu là ở dạng protein. Nguyên tố lưu huỳnh là không độc hại, nhưng nhiều lưu huỳnh derivates đơn giản là, như sulfur dioxide (SO2) và hydrogen sulfide. Lưu huỳnh có thể tìm thấy phổ biến trong tự nhiên như sulphides. Trong một số quy trình lưu huỳnh được thêm vào môi trường làm gây tổn hại cho động vật, cũng như con người. Nó có mùi khó chịu và thường có độc tính cao. Trên toàn cầu chất sulfuric có thể có những tác động sau đây về sức khỏe con người [13]: - Hiệu ứng thần kinh và hành vi thay đổi - Loạn lưu thông máu - Bệnh về tim mạch - Tác dụng trên mắt và thị lực - Sinh sản thất bại - Tổn thương hệ thống miễn dịch Phạm Lê Phương MSHV: CB090728 19
- Xem thêm -