đánh giá độc tính của một số loại nước thải công nghiệp bằng các phép thử test sinh học

Đề tài nghiên cứu được lựa chọn: Đánh giá độc tính của một số loại nước thải công nghiệp bằng các phép thứ Test sinh học Bioassay nhăm lựa chọn các phép thử phù hợp dé bước đầu đánh giá

Mở đầu

Những năm gan day, nên công nghiệp của thế giới phát triển vượt bậc nhờ sự phát triển của khoa học và kỹ thuật Tỷ trọng công nghiệp không ngừng tăng trưởng cả ở các nước phát triển và đang phát triển Sự phát triển của sản xuất công nghiệp ngoài mặt tích cực là tăng sản phẩm

cho xã hội, cải thiện điều kiện sống của con người còn kéo theo mặt tiêu

cực là sử dụng cạn kiệt nguồn tải nguyên thiên nhiên, làm suy thoái môi

trường Sự ô nhiễm môi trường do nước thải, khí thải và phế thải công

nghiệp ngày càng tăng và trở thành mỗi đe doạ mang tính toàn cầu

Nhiều năm nay vấn đề bảo vệ môi trường, kiểm soát các nguồn thải, được hầu hết các nước quan tâm.ở các nước phát triển việc kiểm soát ô nhiễm môi trường được qui định rất chặt chẽ Đánh giá tác hại của các chất thải trong đó có nước thải ở các nước này không chỉ trên các chỉ tiêu lý hoá

mà còn trên quan điểm tác động lên môi trường sinh thái đặc biệt là hệ sinh vật thuỷ sinh và vi sinh vật Chính những sinh vật này là tác nhân giúp phục hồi lại cân bằng sinh thái trong giới hạn nhất định

Giới hạn đó được xác định bằng các chỉ tiêu LCạ, LCs và là một

trong những chỉ tiêu bắt buộc trong kiểm soát ô nhiễm môi trường

ở việt nam đến nay, đánh giá tác động của nước thải lên môi trường chủ yếu dựa vào cac chi tiéu BOD, COD, SS, pH, vi sinh vat Nhung

những chỉ tiêu đó chỉ thê hiện được, mức độ ô nhiễm bân của nước thải mà

chưa thể hiện được độc tính của nước thải tác động lên môi trường sinh thái Vì vậy, ngoài những chỉ tiêu trên việc xác định các chỉ tiêu như LCag,

ECso la rất cần thiết để các nhà quản lý môi trường, hoạch định môi

trường đánh giá chính xác, đầy đủ sự tác động của nước thải lên môi trường Đề tài nghiên cứu được lựa chọn: Đánh giá độc tính của một số loại nước thải công nghiệp bằng các phép thứ Test sinh học (Bioassay) nhăm lựa chọn các phép thử phù hợp dé bước đầu đánh giá tác động của nước thải lên môi trường Đề tài gồm các nội dung sau:

- Xác định các chỉ tiêu lý hoá, sinh học của một sô loại nước thải

- Sử dụng các cá thể sinh học đặc trưng cho hệ sinh thải môi trường

nước đê đánh giá độ độc của nước thải.

chương 1: tông quan

1.1 sơ lược về nước thải

Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người và đã bị thay đối tính chất ban đầu của chúng

1.1.1 Phân loại nước thải

1.1.1.1 Phân loại theo nguồn gốc phát sinh

Theo cách phân loại này có các loại nước thải sau:

® Nước thải sinh hoạt: Là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động

thương mại, công sở, trường học và các cơ sở tương tự khác

- Đặc điểm chung của nước thải sinh hoạt là có chứa các chất hữu cơ cao đặc biệt là các hợp chất hữu cơ chứa Nitơ Nước thải sinh hoạt có thể tập trung và cũng có thể phân tán khó thu gom (đặc biệt là ở các khu dân cư).ở các nước hệ thống nước phát triển thải này thường được đưa về khu

xử lý chung Còn ở Việt Nam nước thải sinh hoạt hầu như không được xử

lý kế cả ở các thành phố lớn như Hà Nội, Thành phố HCM

® Nước thải công nghiệp (Nước thải sản xuất): Là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động, có cả nước thải sinh hoạt nhưng trong đó nước thải phát sinh ra từ các công đoạn sản xuât là chủ yêu

Nước thải công nghiệp có mức độ ô nhiễm khác nhau phụ thuộc vào ngành nghề sản xuất và công nghệ sử dụng Nước thải công nghiệp (NTCN) tập trung, dễ thu gom, nhưng xử lý phức tạp, phụ thuộc vào thành phần chính ô nhiễm có trong nước thải Một số loại có thê phải xử lý kết

hợp bằng nhiều biện pháp

® Nước thải tự nhiên: Nước mưa, nước chảy tràn ở các lưu vực chứa được xem như là nước thải tự nhiên.ở những thành phố hiện đại, nước thải

tự nhiên được thu gom, theo một hệ thống thoát riêng Nước thải này có lưu

lượng thay đôi theo mùa, thậm chí theo ngày vì vậy dễ xảy ra hiện tượng quá tải tại các lưu vực chứa

® Nước thải nông nghiệp: là nước thải sử dụng sau tưới tiêu trong sản xuất nông nghiệp Đặc trưng cơ bản của loại nước này là có chứa các dư lượng thuốc bảo vệ thực vật, phân bón, lưu lượng không ôn định và khó thu gom

để xử lý Nước thải nông nghiệp là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm nguôn nước ngâm

1.1.1.2 Phân loại theo quan điểm quản lý môi trường

Theo quan điểm quản lý môi trường, các nguôn gây ô nhiễm nước còn được phân chia thành hai loại dó là nguôn xác định và nguôn không xác định

® Các nguồn xác định bao gôm nước thải công nghiệp và nước thải

đô thị, các cửa công xả nước mưa và tât cả các nguôn thải vào nguôn tiêp nhận nước có tô chức qua hệ thông công và kênh thải

® Các nguôn không xác định bao gôm nước chảy trôi trên bê mặt đât,nước mưa và các nguôn phân tán khác Sự phân loại nay rat có ích khi

đê cập tới các vân đê điêu chỉnh kiêm soát ô nhiêm

1.1.1.3 Phân loại trên quan điểm tác động lên môi trường

Ngoài các cách phân loại như trên theo cách đánh giá của chúng tôi nước thải nên phân loại theo quan điểm tác động lên môi trường sinh thái

và được chia ra các loại như sau:

®Nước thải ô nhiễm bân: Là nước thải có chứa nồng độ các hợp chất hữu cơ cao, nhưng dễ phân huý nên thải này dé dang xt ly bang phương pháp sinh học

®Nước thải độc: Là nước thải tuy chứa các chất hữu cơ thấp nhưng

có chứa các thành phần khác gây độc hại đối với môi trường như các kim loại nặng ,các Ion NOxz,SOx2S§r loại nước thải này thường được xử lý bằng các phương pháp đặc biệt tuỳ từng loại

®Nước thải độc và bẫn: Là nước thải có chứa các hợp chất hữu cơ cao và khó bị phân huỷ như các hợp chất clo hữu cơ, các chất hữu cơ mạch vòng và đông thời cũng có thê có các hợp chât vô cơ độc

Cách phân loại nước thải như trên có ý nghĩa rất quan trọng,nó giúp cho các nhà sản xuất xác định chính xác phương pháp xử lý triệt để nước thai

1.2 Nước thải công nghiệp

Là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động trong đó nguồn phát sinh chủ yếu từ các công đoạn của dây chuyên công nghệ, nước vệ sinh trang thiết bị, nhà xưởng và một phan nước thải sinh hoạt của công nhân

1.2.1 Các nguôn phát sinh nước thải và đặc tính nước thải công nghiệp sản xuất bỉa

®Nước thải công nghệ sản xuất bia bao gồm:

- Nước làm lạnh, nước ngưng: Là nguôn nước thải ít hoặc gân như không bị ô nhiễm, có khả năng tuần hoàn sử dụng lại

- Nước thải từ bộ phận nâu: Là nước vệ sinh nồi nâu, bê chứa, sàn nhà có chứa nhiều bã malt, tỉnh bột, các chất hữu cơ hoà tan

- Nước thải từ hầm lên men: Là nước vệ sinh các thiệt bị lên men, thùng chứa, đường ông lọc bia, sàn nhà, xưởng có chứa bã men, chát hữu

cơ, chất trợ lọc và chất tây rửa, sát trùng

- Nước thải từ khâu hoàn thành phẩm: bao gồm nước rửa chai, vệ

sinh thiết bị, rửa lọc Nước thải ở công đoạn này có chứa các chất tây rửa,

tro loc, ban bui

Vì khi rửa chai phải sử dụng dung dịch kiềm loãng(1 3 NaOH %) tiếp đó là rửa sạch bân và nhãn bên ngoài chai tiếp theo là phun kiềm nóng rửa bên trong bên ngoài chai sau đó rửa bằng nước nóng và nước lạnh, do

đó nước thải của công đoạn này pH cao, COD, BOD; cao; có chứa nhiều

chất lơ lửng

® Đặc tính nước thải nhà máy bỉa:

Do nước thải nhà máy bia có chứa nhiêu bã malt, bã men, chât hữu

cơ nên đặc trưng cơ bản nhât của nước thải nhà máy bia là có độ bân rât

cao Một sô chỉ tiêu của nước thải sản xuât bia ở Đức được trình bày ở bang 1.1

Bang 1.1 Dac tinh nwéc thai san xuat bia

Thông số Đơn vị min max | Trung bình

® Các dòng thái chính của các nhà máy sản xuất bột giấy và giấy

- Dòng thải rửa nguyên liệu: Bao gồm chất hữu cơ hoà tan, đất, thuốc bảo vệ thực vật, vỏ cây

- Dòng thải của quá trình nấu và rửa: Sau nâu nước thải chứa phần

lớn các chất hữu cơ hoà tan, các hoá chất nấu và một phần sơ sợi Dòng

thải có màu tối nên thường được gọi là dịch kiêm đen, pH = 10 l12 phu thuộc vào công nghệ nấu (sun phat, kiềm, kiềm nóng )

ở các dây chuyên hiện đại dịch kiềm đen được đốt ở lò hơi đề thu hồi

hoá chất nâu chỉ một phần nhỏ thất thoát vào đòng thải chung của nhà máy Các dây chuyên thủ công không có công đoạn này, nước thải thường bị ô nhiễm nặng hơn

- Dòng thải từ công đoạn tây: Nước thải từ công đoạn tây là một trong những dòng thải có mức độ ô nhiễm cao của nhà máy sản xuất bột giấy Phụ thuộc vào công nghệ tây trắng (phương pháp Clo, phương pháp H;O: ) mà nước thải của công đoạn này có những đặc trưng khác nhau

Hiện nay ở Việt Nam phần lớn các nhà máy đều sử đụng phương pháp tây bằng Clo nên nước thải của các nhà máy giấy thường có chứa các hợp chất Clo hữu cơ mạch vòng thậm chí cả hợp chất dioxin Đây là những chất khó phân huỷ và rất độc đối với hệ sinh vật thuỷ sinh Thông qua chuỗi thức ăn chúng gây ảnh hưởng không nhỏ đến sức khoẻ của con người

- Dòng thải từ các quá trình nghiền bột và xeo giấy: Chủ yếu chứa so SỢI, bột giấy ở dạng lơ lửng và các hoá chất của dung dịch keo, chất trắng phủ bề mặt giấy

- Nước ngưng của quá trình cô đặc trong hệ thống thu hồi hoá chất dịch đen có chứa rất nhiều các hợp chất hữu cơ bay hơi như axit axetic, foocmic, metanol đặc biệt là các hợp chất hữu cơ có chứa lưu huỳnh như: Meecaptan, etanol captan gây ra mùi đặc trưng rất khó chịu

- Đặc tính nước thải của một số công nghệ sản xuất bột giấy được trình bày ở bảng 1.2

Bảng 1.2 Đặc tính nước thải công nghiệp sản xuất bột giấy và giấy

STT| công nghệ sảnxuất | tải lượng nước COD BOD

thải kg/tấn giấy | kg/tấn giấy

m3/1tan gidy

1 |Sunphát có thu hồi kim 400 | 500 500 85

2 [Hod nhiệt cơ CTMP 200 400 | 800 80 |160 không thu hồi kiềm

Xút không thu hồi kiêm | s00 | 600 253 125

Nước thải loại này có nguôn gôc từ các quá trình công nghệ xử lý làm sạch bê mặt kim loại, chê biên gia công kim loại, mạ, pin, ác quy, chê tạo máy, điện tử

Kim loại nặng sử dụng trong công nghệ mạ có mặt trong nguồn nước

thải tập trung chủ yếu là các nguyên tố: Cr, Pb, Ni, Zn, Cu, Fe Mặc dù các

nguồn thải hết sức đa dạng nhưng nguồn thải chứa kim loại nặng có tỷ trọng lớn nhất là từ công nghệ mạ: Mạ điện (Cr,Ni,Cu) và mạ nhúng phủ Nguồn kim loại xuất phát từ công đoạn xử lý bề mặt cần mạ chủ yếu là sắt thép và các thành phần khác của hợp kim phần còn dư lại trong dung dịch

mạ không dùng lại được xả vào nước thải trong khi rửa hoàn thành thành phẩm Một lượng đáng kề dầu mỡ cũng được thải vào nước trong quá trình gia công cơ khí

®Đặc tính của nước thải làng nghề cơ khí

Đặc tính cơ bản nhất của nước thải loại này là chứa nhiều các kim loại nặng, đặc biệt là các 1on kim loại có tính 6xy hoa cao nhu Cr’, Ni

có độc tính rất cao Tác động của các kim loại nặng lên có thé sinh vat phu thuộc vào bản chất của kim loại, hoá trị của chúng, chủng loại sinh vật được trình bày ở bảng 1.3

Bảng 1.3 Tác động của kim loại nặng đến các sinh vật

Các kim loại nặng ngoài tác động trực tiếp tới hệ sinh thái mỗi

trường chúng còn tích luỹ trong các cơ thê sinh vật và thông qua chuỗi thức

ăn tác động trực tiêp tới sức khoẻ con người.ảnh hưởng của các kim loại nặng lên các cơ quan chức năng của người được trình bày ở bảng 1.4

Bảng 1.4 Tác động của kim loại nặng đến các bộ phận của cơ thể người

+ Hệ thần kinh ngoại vi Pb“' - Tác động tới nơtron ngoại vi

As - Bệnh thần kinh ngoại vi

+ Hê bài tiết Hg' |- Bệnh thận, bệnh đường tiết niệu

As - Rôi loạn đường tiêt niệu

+ Gan As - Bệnh xơ gan

Pb - Kìm hãm sinh tông hợp của máu + Hệ thống máu Cd - Thiéu mau nhe

AS - Thiéu mau

+ Miệng, tóc, đường hô As - Loét, lên nhọt, hói đầu

hấp Hg - Gây tác động đên cuỗng phôi

Se - Sưng hoặc viêm đường hô hấp

Các chất hữu cơ trong nước thải tác động mạnh đến sự ô nhiễm của

nước thải và ảnh hưởng đến nguồn ôxi trong môi trường Nông độ các chất hữu cơ trong nước thải càng cao thì lượng ôxi hoà tan và khả năng phan huỷ sinh học của nó càng giảm Hàm lượng các chất hữu cơ thường được xác định thông qua hai chỉ tiêu cơ bản la TOC (total orgamic cacbon)

Ngoài ra thông qua chỉ số COD và BOD cũng có thể gián tiếp, đánh giá được nồng độ các chất hữu cơ có trong nước thải

1.3.2 Các chất vô cơ

Các chất vô cơ có nhiều trong nước thải công nghiệp tuyển khoáng, chế tạo cơ khí Trong nước thải sinh hoạt và công nghiệp chế biến thực

phẩm lượng chất vô cơ chiễm một tỉ lệ nhỏ nhưng lại khá cân đối cho quá

trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật

Nam trong thanh phần của TS nhưng không hoà tan Đây chính là nguyên nhân gây nên độ đục của nước thải, làm hạn chế ánh sáng xuyên qua, ảnh hưởng trực tiếp tới quá trình quang học của thực vật thuỷ sinh

- Chất rắn huyền phù bay hơi (VSS)

Đặc trưng cho nước thải công nghiệp hoá chất như sản xuất dung môi hữu cơ, công nghiệp chế biến dầu

- Chất rắn hoà tan (DS)

Chất rắn hoà tan DS cũng nằm trong thành phan cia TS, hoa tan trong nước vì vậy nó dễ phân tán vào môi trường, ảnh hưởng cả đến nguồn nước mặt (sông ngòi, ao hô) và nguồn nước ngâm

1.3.4 Nông độ ôxi hoà tan DO (Dissolved oxygen)

Ôxi hoà tan là môt trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất lượng nước

Nước càng sạch, nồng độ ôxy hoà tan càng cao Đây là chất khí không thể thiếu được trong quá trình sinh trưởng và phát triển của tất cả các sinh vật Ôxi là chất khí khó hoà tan trong nước và không tác dụng với nước về mặt hoá học Độ ôxi hoà tan trong nước phụ thuộc vào các yếu tố như áp suất, nhiệt độ và các đặc tính của nước (các thành phần hoá học, sinh vật, thuỷ sinh sống trong nước ) Nồng độ ôxi hoà tan trong nước sạch thường nằm trong khoảng 6+ 7 mg/1 ở nhiệt độ bình thường Khi thải các

chất hữu cơ vào nguồn nước, một mặt bản thân các chất hoà tan làm giảm

độ bão hoà của ôxy trong nước, mặt khác vi sinh vật trong nước sẽ sử dụng Oxi đê ôx1I hoá chúng do đó làm giảm lượng ôxI hoà tan trong nước

1.3.5 Nhu cầu ôxi sinh hoá BOD (Biochemical oxygen demand)

BOD biểu thị lượng chất hữu cơ trong nước có thể bị phân huý bởi các vi sinh vật Vì thế, nhu cầu ôxi sinh hoá là chỉ tiêu thông dụng nhất đề

xác định mức độ ô nhiễm của nước thải và khả năng tự làm sạch của nước thải do quả trình tự phần huỷ bởi vi sinh vat trong tự nhiên

BOD được định nghĩa là lượng ôxI được vị sinh vật sử dụng trong quá trình ôxi hoá các chất hữu cơ Quá trình này được biểu diễn như sau:

Chất hữu cơ+O; -> COz+H;O + tế bào mới + Sản phẩm

1.3.6 Nhu cầu ôxi hoá hoc (Chemical oxygen demand)

Chỉ số này được dùng đề biêu thị hàm lượng chất hữu cơ trong nước

thải và mức độ ô nhiễm nước tự nhiên COD được định nghĩa là lượng ôxi cần thiết cho quá trình ôxi hoá hoá học các chất hữu cơ trong mẫu nước

thành CO; và H;O và các hợp chất vô cơ có tính khử như S2, NHạ, Cr3

Lượng ôxi này tương đương với hàm lượng chất hữu cơ có thê bị ôxi hoá

và được xác định bằng tác nhân ôxi hoá hoá học mạnh Phương pháp phô biến nhất hiện nay để xác định COD là phương pháp bicromat

1.3.7 Các chỉ tiêu khác

Tuỳ theo mục đích và yêu cầu của công việc mà người ta còn có thê

xác định thêm một số chỉ tiêu khác nhu:Ham lượng mitơ, hàm lượng phốt pho, hàm lượng sunfat, chỉ thị chất lượng về vi sinh như Coliorm, Fecal coliform

1.4 Khái niệm về phép thử sinh học (Bioassay)

Phép thử sinh học là sử dụng các test sinh học (có thể là sinh vật thuỷ sinh: cá, bèo, tảo, vi sinh vật ) dé xác định hoặc do ảnh hưởng của một hoặc tập hợp các chất thử lên cơ thê sinh vật (gây chết, gây ức chế sinh trưởng )

1.4.1 Các chỉ tiêu để đánh giá phép thử sinh học

a Nông độ gây chết: (Lethal concentration LC)

Để đánh giá chỉ tiêu này, các chỉ SỐ thường dùng là LCio, Lao, La

- LC¡s: Là nồng độ ngưỡng, nếu nông độ thấp hơn LC¡ạ nó sẽ không gây chết với sinh vật thử Đây chính là ngưỡng cho phép của các chất thải đối với môi trường.ở nồng độ thấp hơn LC¡o không quan sát thấy tác động

tức thời của chất thử đối với test thử nên không gây tác động tức thời với môi trường sinh thái

- LCsg: Là nồng độ của chất thử gây chết 50% cá thể của test thử

Nông độ này phụ thuộc vảo thời gian và điều kiện tiến hành phép thử Vì

24

80 2

vậy trong một số trường hợp chỉ số LCso được ghi kèm thời gian thử (LC

LC®, LC” LC®) , theo quy dinh cia quéc té vé phép thir sinh hoc théng nhất lay chỉ tiêu LCso ở 96 giờ nên trong các tài liệu công bố về chỉ tiêu này

không có chỉ số thời gian đi kèm

LCao được quy định là chỉ tiêu chuẩn thống nhất của cơ quan quản lý môi trường của nhiều nước trên thế giới như: Mỹ, Thuy Điển, Canada, Thuy Sỹ dùng để đánh giá độ độc của các chất thử đối với môi trường sinh thái

- LC¿g: Là nồng độ gây chế 70% cá thể thử, chỉ tiêu này dùng để

tham khảo và hỗ trợ, đánh giá độ độc của chất thử

b Nông độ ức chế hữu hiệu (effective concentration EC)

EC cũng được sử dụng để đánh giá ảnh hưởng của chất thử lên cơ thể sinh vật, sử dụng làm test thử EC cũng sử dụng các chỉ tiêu tương tự

nhu LC: ECio, ECs va EC 7p

ECso duge str dung 1a chi tiéu chudn để đánh giá phép thử Đây là

nồng độ gây ức chế 50% quá trình trao đổi chất so với bình thường của cơ thể sinh vật sử dụng làm test thử Quá trình trao đổi chất có thê đánh giá thông qua: Tốc độ sinh trưởng, sản phẩm trao đổi chất, lượng ôxy sử dụng trong quá trình hô hấp

1.4.2 Yêu cầu đối với cá thể sử dụng trong phép thử sinh học

- Cá thê sử đụng làm test thử phải mẫn cảm với chất thử

- Cá thể sử dụng làm test thử phải phù hợp với điều kiện khí hậu và địa lý của khu vực đánh giá test thử (cá thể phải thuần dưỡng tại khu vực đánh giá chất thử tối thiểu là 1 năm)

- Là những cá thể quan trọng đặc trưng cho môi trường sinh thái cần quan tâm

- Dễ dàng thuần dưỡng và chuẩn hoá ở điều kiện phòng thí nghiệm

và có những hiểu biết về sinh thái của nó trong môi trường

- Thử tính có thay thế mẫu thử theo thời gian

- Thử động (trong dòng chảy của mẫu thử)

c Theo mục đích thứ

- Xác định nông độ chât thử, nông độ ức chê, đánh giá độ mân cảm

1.5 các phương pháp xử lý nước thải

Các phương pháp xử lý nước thải hiện nay có các phương pháp xử lý nước thải chính là:

+ Phương pháp cơ học

+ Phuong phap hoa ly

+ Phuong phap hoa hoc

+ Phuong phap sinh hoc

Nhìn chung nước thải công nghiệp rất đa dạng và phức tạp Tuỳ thuộc vào từng cơ sở sản xuất, từng nhà máy và tính chất của từng loại nước thải, khả năng tài chính và quy định của từng nước mà người ta sẽ quyết định lựa chọn một hoặc nhiều phương pháp dé xử lý với mục đích làm giảm hàm lượng các chất ô nhiễm tới mức thấp nhất trong thời gian

nhanh nhất với chi phí nhỏ nhất, nhằm đạt được chỉ tiêu quy định đối với

cơ sở do nhà nước ban hành

1.5.1 Phương pháp cơ học

Đây là phương pháp thường được dùng để xử lý sơ bộ nước thải, nó

có tác dụng loại bỏ các hợp chất không tan vô cơ cũng như hữu cơ trong nước Tuỳ theo đặc điểm của các loại cặn cũng như kích thước của chúng trong nước thải mà người ta áp dụng các phương pháp như lăng, lọc qua lưới, xyclon thuỷ lực, lọc cát, qua ly tâm

Nhằm loại bỏ các hạt lơ lửng phân tán, các chất khí hoà tan, các chất vô cơ

và hữu cơ ra khỏi nước thải Người ta thường áp dụng phương pháp keo tụ kết hợp với đông tụ và tuyến nỗi trong quá trình xử lý bằng phương pháp

hoá lý với đối tượng là nước thải chế biến thuỷ sản

1.5.4 Phương pháp sinh học

Bản chất của phương pháp này dựa trên hoạt động sống của các vi sinh vật có khả năng phân giải các chất hữu cơ hoặc vô cơ trong nước thải thành nguồn năng lượng và nguồn Cacbon để thực hiện các quá trình sinh trưởng và phát triển Khi đó chúng nhận các chất làm vật liệu để xây dựng

tế bào, sinh trưởng và phát triển nên sinh khối tăng lên Các vi sinh vật

thường sử dụng trong xử lý nước thải là các vi khuẩn chủ yếu là loại dị

dưỡng hoại sinh, nam, tao, nguyên sinh động vật và thực vật

®€Các phương pháp sinh học bao gồm:

Nhìn chung phương pháp này có một số ưu nhược điểm sau:

* Ưu điểm:

- Có thể xử lý nước thải có phố nhiễm bắn hữu cơ rộng

- Hệ thống có thê tự điều chỉnh phố các chất nhiễm ban va nồng độ

cac chat nhiém ban

- Rẻ hơn so với một số phương pháp xử lý khác (ví dụ: phương pháp hoá học)

- Sản phẩm cuối cùng của quá trình xử lý là HO và CO; Vì vậy

không gây ô nhiễm thứ cấp cho môi trường

- Sinh khối vi sinh vật có thể sử dụng vào các mục đích khác nhau

như: bồ sung vào thức ăn chăn nuôi, làm phân bón hữu cơ

*#Nhược điểm:

- Đầu tư cho việc xây dựng trang thiết bị của hệ thống làm sạch cao

- Phải có chế độ công nghệ làm sạch hoàn chỉnh

- Một vài chất hữu cơ độc tính có ảnh hưởng đến quân thể vi sinh vật trong bùn làm giảm hiệu suất làm sạch

- Cần phải pha loãng nguồn nước có nồng độ chất hữu cơ cao do vậy làm tăng lượng nước thải Thông thường các loại nước thải đưa vào xử lý sinh học có BOD: thích hợp nhất trong khoảng từ 800-1200mg/1

Tuy có một số nhược điểm như vậy nhưng phương pháp làm sạch nước thải bằng biện pháp sinh học vẫn là phố biến và được áp dụng rộng rãi nhât đôi với các loại nước thải giàu chât hữu cơ

chương II: vật liệu và phương pháp

nghiên cứu 2.1 vật liệu

2.1.1 Mẫu nước thải

4 Nước thải nhà máy bia Hà Thành Hà Nội (lấy tại nguồn thải ra sông)

S Nước thải nhà máy giấy Bãi Bằng (lấy tại trạm bơm ra sông hồng) Thời gian lây mẫu/03/2002

S Nước thải làng nghề cơ khí Vân Chàng Nam Định

2.1.2 Sinh vật chọn làm test thử

- Cá trôi giống (mua tại chợ Bưởi Hà Nội)

- Bèo tấm (chủng T93)

- Vi sinh vat + Ecoli BL21

+ Pscudo monay stuseri

*Hoa chat:

K,HPO, Việt Nam

KH,PO, Việt Nam

(NH¿)Fe(SO¿); Đức

FeCl;.6H,O Duc

CaCl, Việt Nam

MnSOx.2H;O Trung Quốc

MpSO¿ Việt Nam

Na;SOa Việt Nam

Na2S203 Viét Nam

KOH Việt Nam

NaOH Việt Nam

NaNO, Viét Nam

CaCl,.2H,O Việt Nam

Na;CO;: Việt Nam

H;BO:a Nga

MnCl, 4H,O Đức

Na;MoOa.2H;O Đức

ZnSO,.7H,0 Viét Nam

CuSOx.5H;O Việt Nam

Co(NO3)2.6H2O Đức

Na;EDTA Đức

Ca¿HạO; Trung Quốc

Fe III Amonium citrat Đức

2.1.3 Thiết bị

- Máy đo pH Mettler Toledo 320 Anh

- Can phan tich AND HK-200 Anh

- Bình tối dé xác định DO Mỹ,Thuy Điển

- Máy sục khí, máy l¡ tâm Đức

- PIpet tự động Nhật

- Máy sục khí Việt Nam

- Tủ ấm Việt Nam, Nga

- Tu say Trung Quéc

- Bình nuôi cá

- Bình nuôi bèo

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Xác định oxy hoà tan (DO)

Lượng oxy hoà tan trong nước thường rát nhỏ,khoảng 6 | 7mg/1 đối với nước sạch ở điều kiện bình thường Mức độ oxy hoà tan trong nước thiên nhiên và nước thải phụ thuộc vào các hoạt tính sinh hoá, hoá học và

lý học trong nước

Đề xác định lượng ôxy hoà tan ta làm như sau:

* Hoá chất:

- MnSO,2H,0: Can 480g pha trong 1 lit nước cất

- KOH: Can 700g KOH + 150g KI pha trong 700ml nước cất Cân

tiếp 10g NaN; pha trong 40ml nước cất Trộn lẫn hai dung dịch trên và

định mức đến 1 lit

- Na2S,03: Can 12,4g Na2S,03 5H,O va 0,2g Na2SO; pha trong 1 lit nước cất Hoặc dùng nồng độ chuẩn 0,1N pha loãng tới nồng độ 0,25N

- H,SO, dac

Tĩnh bột tan 0,5%: Can 0,5g tinh bét pha trong 5ml nudc cất, đun sôi

90ml nước cất cho tinh bột vào khuấy tan hết chuân đến 100ml

- Nguyên lý và phương pháp

Bồ sung vào dưới mặt nước trong bình BOD dung tích 250-300ml 2ml dung dịch MnSO/ tiếp theo là 2ml dung dịch kiềm iodua azide Day cần thân tránh tạo bọt khí và trộn bằng cách quay bình ngược ít nhất 15 lân Khi kết tủa hình thành và lắng xuống, lớp nước bên trên tạo thành ít nhất là

100ml thi mé nut, bé sung 2ml H,SO, dam dac cho chay theo binh, day nut lại và lắc đều cho đến khi kết tủa hoà tan hoàn toàn

Định phân bằng dung dịch Na;S;O; 0,025N đến màu vàng rom Bésung 1-2ml dung dich hé tinh bét va tiếp tục định phân đến khi hết màu

N: nồng độ đương lượng của Na;S;Oa

8000 : đương lượng của O; quy ra 1 lit

Vị : thể tích bình BOD, ml

V;: lượng chất phản ứng bổ sung vào bình khi xác định DO, ml

2.2.2 Xác định nhu cầu ôxy sinh học (BOD)

Trong nước, khi xảy ra quá trình ôxy hoá sinh học thì các vi sinh vật sir dung Oxy hoà tan Vì vậy việc xác định tổng lượng ôxy hoà tan cần thiết cho quá trình phân huỷ sinh học là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá ảnh hưởng của nguôn thải đôi với nguồn tiệp nhận

Trong thực tế, người ta không thể xác định lượng ôxy càn thiết để phân huỷ hoàn toàn chất hữu cơ, mà chỉ cần xác định lượng ôxy cần thiết trong năm ngày đầu và ký hiệu là BODs

BOD, duoc xac định bang lượng ôxy hoà tan (DO) đã bị sử dụng

trong năm ngày khi nước thải được nuôi cây ở 20°C trong bóng tối

Tiến hành pha loãng mẫu nước cần xác định BOD; bằng nước pha loãng.Nước pha loãng là nước có bổ sung khoáng chất gồm 4 loại dung dịch muối khoáng (1ml mỗi loại cho một lít nước pha loãng):

- Đệm phốtphat: pH = 7,2

Cần 8,5g KH;PO¿ + 21,75g K;HPO¿ + 33,4g Na;HPO/.7H;O+1,7g

NH Cl pha trong một lít nước cất

- Dung dich MgSO,: Can 22,5g MgSO,.7H,O pha trong 1 lit nước cat

- Dung dich CaCl): Can 27,5g pha trong 1 lít nước cất

- FeCl3.6H,O: Can 0,25g pha trong 1 lit nước cất

* Xác định độ pha loãng của mẫu

Từ giá trị COD đã xác định ở trên tra bảng hoặc tính độ pha loãng cần thiết của mẫu để xác định BOD sao cho lượng ôxy hoà tan được vi sinh vật sử dụng để ôxy hoá chất hữu cơ trong nước thải sau 5 ngày không

hơn5mg/1 và không nhỏ hơn 2mg/1 khi pha loãng ta phải tránh để ôxy quấn

theo

* Xác định DO của nước thải trước khi nuôi như phương pháp đã trình bày

ở phân trên

* Đậy kín bình để ở 20°C trong bóng tối 5 ngày

* Xác định DO sau 5Š ngày nuôi

Kết quả được tính như sau:

Nguyên tắc của phương pháp này là xác định lượng ôxy cần thiết cho quá trình ôxy hoá hoá học các chất hữu cơ trong nước thành CO; và H;O

Đề xác định COD người ta thường sử dụng Kalibicromat (chất ôxy hoá mạnh) trong môi trường axit (đun hồi lưu trong 2 giờ) Khi đó điễn ra phản ứng:

CHC +K,Cr,0,+H* —2%5°% , ¢o,+H,0 +3Cr*+2K*

Lượng dư được chuẩn bằng dung dịch muối Morh với chỉ thị là ferroin

Cr,O, 2 + Fe?'+ Hr'][ Cr' + Fe7' + H;ạO

* Hoá chất của phương pháp

- Dung dich H,SO, +AgSO,: Can 4g Ag ,SO, cho hoà tan trong

100ml H;SO¿ đặc lắc để tan qua một ngày mới dùng

- K;Cr;O;(0,25N): cân 12,258g K;Cr;O; vào 1 lít nước cất

- Chỉ thị N-phenylantramilic axit: Cân 0.25g pha trong 12ml dung

dịch NaOH 0,1N Sau đó pha loãng đến 250ml bằng nước cất

- Muối FAS (0.25N): Can 98g muốn FAS pha vào 50ml nước cất cho tan bố sung thêm 20ml H;SO¿ đặc Định mức đủ 1000ml Chuẩn độ theo

Cho thém vai hat thuy tinh

Lắp vào hệ thống sinh hàn ngược

Bồ sung tiếp 72ml HạSO¿ đặc đã pha AgSO, qua sinh han

Đun sôi nhẹ 2 giờ

Dé nguội, rửa sinh hàn bằng 100ml nước cất

Cho 5 đến 10 giọt chỉ thị axit N-phenylantranilic

Chuẩn độ bằng dung dịch muối FAS 0,25N

Dung dịch từ màu đỏ chuyển sang màu xanh rồi kết thúc Song song với mẫu thí nghiệm , tiên hành với mẫu trăng các bước như trên nhưng thay 25ml mẫu bằng 25ml nước cất

Tính toán

COD (mg/l) = (a— b).N.8000

V

a: sô mÌ muôi Morh dùng đê chuân độ mâu đôi chứng

b: số ml muối Morh đùng đề chuẩn độ mẫu phân tích

N: Nông độ đương lượng của dung dịch muối Morh

V: Thé tich mau đem phân tích (ml)

2.2.4 Xac dinh pH

pH trong nước thường dao động trong khoảng Š l0 Để xác định pH trong nước thải trước và sau khi xử lý ta sử dụng máy đo pH

2.2.5 Xác định La

2.2.51 Phương pháp xác định LC¿ạ đối với cá

® Sục khí cho bình nuôi cá 24 giờ sau đó chọn ra những con khoẻ mạnh

® Sau đó thử Test với các nồng độ nước thải nằm trong khoảng rộng

Ví dụ: Nồng độ nước thải 10 %; 205; 30 %; 405; 50 %

® Sau đó thu hẹp dân khoảng rộng của nước thải sao cho đạt được liều lượng gây chết 50 % sinh vật đem thử trong 96 giờ đồng hồ tương ứng với một nồng độ nước thải xác định

2.2.5.2 Xác định LC¿ạ đối với bèo

Dung dịch đậm đặc đê pha môi trường nuôi bèo tâm có các nông độ trong bang 2.1

* Pha dung dịch dĩnh dưỡng nồng độ cao

Cho 900ml nước cất vào bình định mức 1000ml Cho vào đấy lượng

chất tan cần thiết Chỉnh đến pH 6,5 trừ dung dịch IV Khử trùng dung

dich I, II, Ill, IV, V va VI trong nồi hấp ở nhiệt độ 1210°C trong 15 phút

Dung dịch VII được vô trùng bằng cách lọc qua màng Millipore (đường kính lỗ 1,0um) Trước khi lọc, pH của dung dịch VII cũng được chỉnh về 6,5

* Chuẩn bị dung địch nhân giống và dung dịch nguồn giống

Cho lượng xác định theo bảng 2.2 các dung dịch đinh dưỡng từ I đến VII vào 900ml nước cất Chỉnh đến pH = 6,5 Pha loãng dung dịch đến 1000ml

Bang 2.2 Thanh phan của dung dịch nuôi cấy khác nhau (ml/])

Dung dịch dinh | Dung dịch nguồn | Dung dịch nhân | Dung dịch nuôi dưỡng nông độ cao giông giông kiêm tra

®Trusc tién ta phai thudn hoa béo bang cach:

Bèo từ bình giông gôc được rửa sạch băng nước cât ba lân sau đó khử trùng bằng dung dịch H;O; pha loãng 0.1%

Sau đó chuyên từng cánh bèo trên vào bình nhân giống, nhân giống cho tới khi bèo phát triển kín mặt bình

Tiếp theo ta chuyển hai cây bèo có đủ ba cánh vào từng bình thử Test có nông độ chất thử (nước thải) khác nhau và theo đõi sau 96 giờ Mục đích của thí nghiệm này là quan sát sự phát triển của bèo để xác định loạt nồng độ cho thử nghiệm cuối cùng, chọn những mức nồng độ mà ở đây quan sát được sự biến động rõ nét nhất trong phát triển bèo Chú trọng hình thái của cánh bèo (màu sắc độ lớn)

2.2.6 Xac dinh ECs» (Effective concoctration)

Tương tự như xác định LCso Đề xác định được ECso ta cũng thử test

có nông độ nước thải năm trong khoảng rộng

Sau đó thu hẹp dan khoảng rộng của nước thải sao cho đạt được liều

lượng gây ức chế 50 % sinh vật đem thử, tương ứng với một nông độ nước thải xác định

Đề xác định được liều gây ức chế ta dựa vào lượng ôxy tiêu thụ (2)

Bằng cách pha hai dung dịch có nồng độ như nhau và ta đo ngay DO của

một bình, bình còn lại ta đo DO của nó sau một giờ nuôi vi sinh vật Lượng

ôxy tiêu thụ của vi khuẩn được sử dụng làm chỉ tiêu đánh giá mức độ trao doi chat của vi khuân Lượng ôxy sử dụng càng Ít vi sinh vật bị ức chê càng

lớn Dựa trên khả năng sử dụng ôxy của vi sinh vật thử đánh giá mức độ ức chế trao đổi chất của vi sinh vật theo công thức:

Mức độ ôxy tiêu thụ= DG, -DÓ, Ty,

DO, - DO,

Nông độ ức chế EC(%) = 100 _DQ -ĐÓ, ogy,

DO, - DO,

Trong đó

DO: Lượng ôxy hoà tan tại thời điểm ban đầu

DO;: Lượng ôxy hoa tan sau một giờ ở mẫu đối chứng không có chất thải DO;: Lượng ôxy hoà tan còn lại 1 giờ nuôi vi khuẩn trong bình có các chất thử

Chương II : Kết quả và thảo luận

3.1 một số đặc điểm của các loại nước thải công nghiệp

3.1.1 Nước thải nhà máy bỉa và nhà máy giấy

Khi nghiên cứu, đánh giá mức độ ô nhiễm, độc tính của nước thải cũng như phương pháp xử lý, việc đầu tiên cần thiết và bắt buộc là phải xác định các đặc tính của nước thải Các đặc tính này là cơ sở để đánh giá và giúp các nhà quản lý môi trường kiểm soát và quản lý nguồn thải và có các biện pháp xử lý cần thiết Mục tiêu của nghiên cứu này là đánh giá tính độc của nước thải thông qua các phép thử sinh học nên các đặc tính của nước thải cũng cần được xác định để lựa chọn các chất thử cho phù hợp, đánh giá được chính xác tác động của các loại nước thải công nghiệp Mẫu nước thải nhà máy bia Hà Thành được lấy tại cống thải chung của nhà máy Nước thải nhà máy giấy của Công ty giấy Bãi Bằng được lấy tại trạm bơm ra Sông Hồng Các chỉ tiêu của các mẫu nước thải này được trình bảy ở bảng 3.1