Nghiên Cứu Xử Lý Nước Thải Sinh Hoạt Bằng Hỗn Hợp Vi Tải Và Vi Khuẩn

Trong đó, việc áp dụng công nghệ sinhhọc sử dụng vi tảo hoặc vi khuẩn vào xử lý nước thải đã và đang được thựchiện nhiều nơi trên thế giới do nó có nhiều ưu điểm như không độc hại, chiph

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA MÔI TRƯỜNG

HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

KHOA MÔI TRƯỜNG

Chuyên ngành : KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG

Giáo viên hướng dẫn : TS NGUYỄN THỊ MINH

Địa điểm thực tập : Học viện Nông nghiệp Việt Nam

HÀ NỘI - 2016

MỤC LỤC

L

ời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Mục lục iii

Danh mục chữ viết tắt vi

Danh mục bảng vii

Danh mục hình viii

MỞ ĐẦU 1

1 Tính cấp thiết của đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt 3

1.1.1 Nguồn gốc nước thải sinh hoạt 3

1.1.2 Đặc trưng của nước thải sinh hoạt 4

1.1.3 Thành phần và đặc tính nước thải sinh hoạt 5

1.2 Hiện trạng nước thải sinh hoạt trên thế giới và Việt Nam 6

1.2.1 Hiện trạng nước thải sinh hoạt trên thế giới 6

1.2.2 Hiện trạng ô nhiễm nước thải sinh hoạt tại Việt Nam 8

1.3 Tác động của nước thải sinh hoạt tới môi trường và ảnh hưởng của nó tới sức khỏe con người 9

1.3.1 Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt tới sinh vật 10

1.3.2 Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt đến môi trường không khí: 12

1.3.3 Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt đến môi trường đất: 12

1.3.4 Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt đến sức khỏe con người 12

1.4 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt 13

1.4.1 Phương pháp cơ học 13

1.4.2 Phương pháp hóa học và hóa lý 14

1.5 Cơ sở khoa học của biện pháp xử lý nước thải sinh hoạt bằng vi

sinh vật 17

1.5.1 Đặc điểm sinh học của tảo và vi khuẩn, ứng dụng của nó trong xử lý môi trường 17

1.5.2 Mối quan hệ giữa vi khuẩn và tảo trong quá trình xử lý nước thải .22

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24

2.1 Đối tượng nghiên cứu 24

2.2 Phạm vi nghiên cứu 24

2.3 Nội dung nghiên cứu 24

2.4 Phương pháp nghiên cứu 24

2.4.1 Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp 24

2.4.2 Phương pháp lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước thải 25

2.4.3 Xác định điều kiện sinh trưởng của tảo và vi khuẩn theo phương pháp nuôi cấy trực tiếp trên môi trường chuyên tính ở các điều kiện khác nhau 26

2.4.4 Thử nghiệm xử lý nước thải sinh hoạt bằng hệ hỗn hợp vi tảo và vi khuẩn trong điều kiện bán hảo khí 31

2.4.5 Phương pháp xử lý số liệu 31

Chương 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32

3.1 Đánh giá chất lượng nước thải sinh hoạt thuộc khu vực thị trấn Trâu Quỳ - Gia Lâm – Hà Nội 32

3.2 Kết quả phân lập, tuyển chọn và xác định các điều kiện sinh trưởng của các chủng vi khuẩn sử dụng cho xử lý nước thải sinh hoạt 33

3.2.1 Khả năng phân giải enzyme của các chủng giống vi khuẩn 37

3.2.2 Khả năng kháng kháng sinh của các chủng vi khuẩn 40

3.2.3 Khả năng chịu nhiệt của các chủng giống vi khuẩn 41

3.2.4 Khả năng thích ứng pH của các chủng giống vi khuẩn 43

3.2.5 Khả năng sinh trưởng trên các nguồn dinh dưỡng Cacbon của các chủng giống vi khuẩn 44

3.2.6 Khả năng sinh trưởng trên các nguồn dinh dưỡng Nito của các chủng vi khuẩn 46

3.2.7 Tính đối kháng của các chủng đã chọn 48

3.2.8 Định danh sơ bộ các chủng giống vi khuẩn tuyển chọn được 48

3.3 Các chủng vi tảo sử dụng 51

3.4 Đánh giá hiệu quả xử lý thử nước thải sinh hoạt bằng hệ hỗn hơp vi tảo và vi khuẩn 52

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 62

1 Kết luận 62

2 Kiến nghị 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

PHỤ LỤC 67

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

CFU/ml Số đơn vị khuẩn lạc trong 1ml mẫu CMC Natri carboxymethyl cellulose

NTSH Nước thải sinh hoạt

TSS Tổng chất rắn lơ lửng trong nước

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1 Tiêu chuẩn thải nước của một số cơ sở dịch vụ và công trình

công cộng 4

Bảng 1.2 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt đặc trưng .5

Bảng 1.3 Khối lượng các chất có trong nước thải sinh hoạt từ các vùng nông thôn và đô thị của Israel 7

Bảng 1.4 Bảng số liệu hàm lượng các chất ô nhiễm có trong nước thải sinh hoạt ở xã Quảng Thịnh – thành phố Thanh Hóa 9

Bảng 1.5 Đặc điểm sinh học của các loại vi tảo sử dụng 18

Bảng 2.1 Bảng chỉ tiêu đánh giá 25

Bảng 2 2 Thành phần môi trường LB (g/l) 26

Bảng 2.3 Thành phần môi trường thạch – peptone (g/l) 26

Bảng 2.4 Thành phần môi trường thử hoạt tính enzyme (g/l) 26

Bảng 2.5 Thành phần môi trường BBM nhân nuôi các giống tảo (Chlorella sp., spirulina sp., và scenedemus sp) 27

Bảng 3.1 Các chỉ tiêu đầu vào của nước thải sinh hoạt 32

Bảng 3.2 Các chủng giống vi khuẩn phân lập và tuyển chọn được 34

Bảng 3.3 Hoạt tính phân giải enzyme của các chủng vi khuẩn 38

Bảng 3.4 Khả năng kháng kháng sinh của các chủng vi khuẩn (CFUx106/ml) 40

Bảng 3.4 khả năng chịu nhiệt các chủng giống vi khuẩn (CFU/mlx106) .42

Bảng 3.5 Đánh giá khả năng thích ứng pH của các chủng vi khuẩn (CFUx107/ml) 43

Bảng 3.6 Đánh giá sinh trưởng của vi khuẩn trên các nguồn dinh dưỡng cacbon (C) 45

Bảng 3.6 Đánh giá sinh trưởng trên các nguồn dinh dưỡng Nito (N) 46

Bảng 3.7 Đặc điểm sinh học của các chủng vi khuẩn tuyển chọn 49

Bảng 3.8 Điều kiện nhân giống tối ưu của các chủng vi khuẩn 51

Bảng 3.9 Bảng kết quả các chỉ tiêu nước thải đầu ra 54

Bảng 3.10 Hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt của vi khuẩn và vi tảo 55

DANH MỤC HÌNH Hình 3.1 Vòng phân giải Protein ở một số chủng vi khuẩn 39

Hình 3.2 Vòng phân giải CMC của một số chủng vi khuẩn 39

Hình 3.3 Vòng phân giải tinh bột của một số chủng vi khuẩn 40

Hình 3.4 Khả năng kháng kháng sinh của các chủng A3 và A1 41

Hình 3.5 Khả năng chịu nhiệt của một số chủng vi khuẩn 43

Hình 3.6 Khả năng thích ứng pH của một số chủng vi khuẩn 44

Hình 3.7 Dinh dưỡng C, N của vi khuẩn 47

Hình 3.8 Dinh dưỡng C, N của vi khuẩn 47

Hình 3.9 Tính đối kháng của các chủng vi khuẩn 48

Hình 3.10 Hình thái khuẩn lạc và tế bào vi khuẩn Bacillus coagulans (A1) .50

Hình 3.11 Hình thái khuẩn lạc và tế bào vi khuẩn Pseudomonas fluorescens (A2) được soi dưới kính hiển vi 50

Hình 3.12 Hình thái khuẩn lạc và tế bào vi khuẩn lạc Bacillus subtilis (A3) .50

Hình 3.13 Hình thái khuẩn lạc và tế bào vi khuẩn Bacilus cereus (C2) 51

Hình 3.14 Tế bào vi tảo được soi dưới kính hiển vi 52

Hình 3.15 Bố trí thí nghiệm mẫu nước thải ngày đầu tiên trước khi phân tích .52

Hình 3.16 Các mẫu thí nghiệm sau 7 ngày xử lý 52

Hình 3.17 Các mẫu thí nghiệm sau 14 ngày xử lý 53

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá của con người Nước đóngvai trò thiết yếu vô cùng quan trọng không chỉ đối với con người mà đối với

cả mọi sinh vật trên Trái Đất Nước cần cho sinh hoạt, sản xuất nông nghiệp,sản xuất công nghiệp… toàn bộ các mặt của cuộc sống

Ngày nay, cùng với sự bùng nổ dân số và tốc độ phát triển cao củacác ngành công, nông nghiệp… đã để lại rất nhiều hậu quả phức tạp, đặc biệt

là vấn đề ô nhiễm môi trường nước Vấn đề này đang là mối nguy đáng longại nên dành được sự quan tâm của rất nhiều người cũng như rất nhiềuquốc gia trên thế giới

Tại Việt Nam quá trình đô thị hóa đang diễn ra rất nhanh, nhưng cơ

sở hạ tầng lại phát triển không cân xứng, đặc biệt là hệ thống xử lý nước thảisinh hoạt tại Việt Nam vô cùng thô sơ, thậm chí tại một số vùng còn chưa có

hệ thống xử lý nước thải

Theo Hội Bảo vệ thiên nhiên và môi trường Việt Nam (VACNE),nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 80% tổng số nước thải ở các thành phố,trong nước thải sinh hoạt có chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học,ngoài ra còn có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rấtnguy hiểm, là một nguyên nhân chính gây nên tình trạng ô nhiễm nước vàvấn đề này đang có xu hướng ngày càng xấu đi Ước tính, hiện chỉ cókhoảng 6% lượng nước thải đô thị được xử lý

Một báo cáo toàn cầu mới được Tổ chức Y tế thế giới (WHO) công bốhồi đầu năm 2010 cho thấy, mỗi năm Việt Nam có hơn 20.000 người tử vong

do điều kiện thiếu nước sạch cùng với đó là vệ sinh nghèo nàn và thấp kém.Còn theo thống kê của Bộ Y tế, hơn 80% các bệnh truyền nhiễm ở nước taliên quan đến nguồn nước Người dân ở cả nông thôn và thành thị đang phảiđối mặt với nguy cơ mắc bệnh do môi trường nước đang ngày một ô nhiễm

trầm trọng.

Vấn đề cấp thiết cần đặt ra lúc này là phải đưa ra các biện pháp xử lý

và đạt hiệu quả cao, áp dụng những phương pháp thích hợp phụ thuộc vào yêucầu và điều kiện cụ thể, điều quan trọng nhất là phải tính đến hiệu quả chi phí.Hiện nay, nhiều nơi đã đưa ra các biện pháp xử lý và quy trình công nghệ để

áp dụng vào việc xử lý nước thải sinh hoạt ở các quy mô lớn, vừa và nhỏ vàđạt được các kết quả xử lý khác nhau Trong đó, việc áp dụng công nghệ sinhhọc sử dụng vi tảo hoặc vi khuẩn vào xử lý nước thải đã và đang được thựchiện nhiều nơi trên thế giới do nó có nhiều ưu điểm như không độc hại, chiphí không cao, thân thiện với môi trường, tận dụng được một số chất có trongnước thải và giúp bảo vệ môi trường Chính vì thế, để góp phần tìm kiếm biện

pháp xử lý nước thải sinh hoạt thích hợp, tôi đã thực hiện đề tài: “Nghiên cứu

xử lý nước thải sinh hoạt bằng hệ hỗn hợp vi tảo và vi khuẩn”.

2 Mục đích nghiên cứu

- Xử lý được nước thải sinh hoạt bằng hệ hỗn hợp vi tảo và vi khuẩn,đảm bảo thải ra môi trường hoặc tái sử dụng trong sản xuất nông nghiệp

Chương 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt

1.1.1 Nguồn gốc nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt là nguồn nước thải ra từ các khu tập trung dân cư,

nó được sinh ra từ sinh hoạt như: ăn uống , tắm giặt, phân thải, nước tiểu củacon người, gia súc gia cầm hằng ngày được thải ra theo các hệ thống cốngrãnh của khu dân cư Trong nước thải loại này có chứa nhiều phân rác, cáchợp chất hữu cơ và các muối hòa tan, đặc biệt là có chứa nhiều loại vi sinh vậtgây bệnh, các loại trứng giun, sán… Đây là loại nước thải phổ biến và rất lớn(Tăng Văn Đoàn – Trần Đức Hạ, 1996)

Nước thải sinh hoạt bao gồm nước đen và nước xám Trong đó nướcđen thường có nguồn gốc từ nhà vệ sinh và thường chiếm 32,5% trong tổnglượng nước thải sinh hoạt, nước xám có nguồn gốc từ quá trình tắm, giặt, nấuăn… và chiếm 67,5% tổng lượng nước thải sinh hoạt Lượng nước thải sinhhoạt của khu dân cư được xác định trên cơ sở nước cấp Tiêu chuẩn nước thảisinh hoạt của các khu dân cư đô thị thường là từ 100 đến 250 l/người/ngày(đối với các nước đang phát triển) và từ 150 đến 500 l/người/ngày (đối vớicác nước phát triển) Tiêu chuẩn cấp nước các đô thị nước ta hiện nay daođộng từ 120 đến 180 l/người/ngày Đối với khu vực nông thôn, tiêu chuẩnnước thải sinh hoạt từ 50 đến 120 l/người/ngày.Tiêu chuẩn nước thải phụthuộc vào tiêu chuẩn cấp nước Thông thường tiêu chuẩn nước thải sinh hoạtlấy bằng 80 đến 100% tiêu chuẩn cấp nước cho mục đích nào đó Ngoài ra,lượng nước thải sinh hoạt của khu dân cư còn phụ thuộc vào điều kiện trangthiết bị vệ sinh nhà ở, đặc điểm khí hậu thời tiết và tập quán sinh hoạt củanhân dân (WHO, 1993)

Lượng nước thải sinh hoạt tại các cơ sở dịch vụ, công trình công cộngphụ thuộc vào loại công trình, chức năng và số người tham gia, phục vụ trong

đó Tiêu chuẩn thải nước của một số loại cơ sở dịch vụ và công trình côngcộng này được nêu trong bảng 2.1

Bảng 1.1: Tiêu chuẩn thải nước của một số cơ sở dịch vụ và công trình

công cộng.

1.1.2 Đặc trưng của nước thải sinh hoạt

Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là hàm lượng chất hữu cơ lớn (từ 50đến 55%), chứa nhiều vi sinh vật, trong đó có vi sinh vật gây bệnh Đồng thờitrong nước thải còn có nhiều vi khuẩn phân huỷ chất hữu cơ, cần thiết cho cácquá trình chuyển hoá chất bẩn trong nước Trong nước thải đô thị còn có vikhuẩn gây bệnh phát triển, tổng số coliform từ 106 đến 109 MPN/100ml, fecalcoliform từ 104 đến 107 MPN/100ml

Như vậy nước thải sinh hoạt của đô thị, các khu dân cư và các cơ sởdịch vụ, công trình công cộng có khối lượng lớn, hàm lượng chất bẩn cao,nhiều vi khuẩn gây bệnh là một trong những nguồn gây ô nhiễm chính đối vớimôi trường nước

Bảng 1.2: Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt đặc trưng

khoảng

Trung bình

(Nguồn: Metcalf and Eddy, 1991)

1.1.3 Thành phần và đặc tính nước thải sinh hoạt

Thành phần nước thải sinh hoạt gồm 2 loại:

 Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệsinh

 Nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt: cặn bã từ nhà bếp,các chất rửa trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà

Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học,ngoài ra còn có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rấtnguy hiểm Chất hữu cơ chứa trong nước thải bao gồm các hợp chất nhưprotein (40 – 50%); hydrat cacbon (40 – 50%) Nồng độ chất hữu cơ trongnước thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150 – 450mg/l theo trọng lượngkhô Có khoảng 20 – 40% chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học.Ở những khudân cư đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinh hoạt không được xử

lý thích đáng là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng(Nguyễn Văn Vượng, 2012)

1.2 Hiện trạng nước thải sinh hoạt trên thế giới và Việt Nam

1.2.1 Hiện trạng nước thải sinh hoạt trên thế giới

Trong thập niên 60, ô nhiễm nước lục địa và đại dương gia tăng vớinhịp độ đáng lo ngại Tiến độ ô nhiễm nước phản ánh trung thực tiến độ phát

triển kỹ nghệ.

Tại Anh Quốc vào đầu thê kỷ 19, sông Tamise rất sạch nhưng nó trởthành ống cống lộ thiên vào giữa thế kỷ này Các sông khác cũng có tìnhtrạng tương tự trước khi người ta đưa ra các biện pháp bảo vệ nghiêm ngặt(Đồng Thị Kim Loan, 2009)

Nước Pháp rộng hơn, nhiều sông lớn, nhưng vấn đề cũng không khácbao nhiêu Dân Paris còn uống nước sông Seine đến cuối thế kỷ18 Từ đó vấn

đề đổi khác: các sông lớn và nước ngầm nhiều nơi không còn dùng làm nướcsinh hoạt được nữa, 5.000 km sông của Pháp bị ô nhiễm mãn tính Sông Rhinchảy qua vùng kỹ nghệ hóa mạnh, khu vực có hơn 40 triệu người, là nạn nhâncủa nhiều tai nạn (như cháy nhà máy thuốc Sandoz ở Bale năm 1986) thêmvào các nguồn ô nhiễm thường xuyên (Đồng Thị Kim Loan, 2009)

Ở Hoa Kỳ tình trạng tồi tệ hơn ở bờ phía đông cũng như nhiều vùngkhác.Vùng Đại hồ bị ô nhiễm nặng, trong đó hồ Erie và Ontario bị ô nhiễmđặc biệt nghiêm trọng (Đồng Thị Kim Loan, 2009)

Ô nhiễm nước nghiêm trọng dẫn đến tình trạng thiếu nước sạch màtheo thống kê đã có những con số đáng báo động Nghiên cứu mới cho thấy

số người bị thiếu nước nghiêm trọng cao hơn rất nhiều so với các thống kêtrước đây

Theo The Verge, một nghiên cứu được công bố trong tuần vừa qua đãcho thấy có khoảng 4 tỷ người gặp tình trạng thiếu nước sạch trầm trọng ítnhất 1 tháng trong 1 năm, và gần một nửa trong số này sống tại Trung Quốc

và Ấn Độ Nghiên cứu nói trên cho thấy vấn đề thiếu nước sạch trầm trọnghiện đang ảnh hưởng tới nhiều người hơn suy nghĩ thông thường và cũng làmgia tăng các lo ngại về tính bền vững của thói quen sử dụng nước hiện naycủa con người (Vnreview, 2016)

Các nghiên cứu trước đây đều đưa ra kết luận rằng có khoảng 1,7 đến3,1 tỷ người bị ảnh hưởng bởi tình trạng thiếu nước sạch dùng cho sinh hoạt

và sản xuất Nhưng các nghiên cứu này đều dựa trên các số liệu thường niên,

không tính toán tới các thay đổi trong nguồn cung và mức tiêu thụ nước trongsuốt cả năm Trong bản nghiên cứu mới, các nhà nghiên cứu đã sử dụng dữliệu hàng tháng để đánh giá tình trạng thiếu nước dùng cho sinh hoạt và sảnxuất nông nghiệp từ năm 1996 - 2005, dựa trên các nhu cầu nông nghiệp, đôthị và môi trường (Vnreview, 2016).

Bảng 1.3: Khối lượng các chất có trong nước thải sinh hoạt từ các vùng

nông thôn và đô thị của Israel

(Nguồn: Phan Trung Quý và Trần Văn Chiến, 2007 )

Kết quả cho thấy không chỉ các quốc gia đông dân như Trung Quốc,

Ấn Độ, các quốc gia nghèo đói như Bangladesh, Pakistan, Nigeria gặp phảitình trạng thiếu nước sạch do nguồn nước bị ô nhiễm, mà ngay cả 130 triệungười dân tại nước Mỹ (chủ yếu tại các bang California, Texas và Florida)cũng đang rơi vào tình cảnh này (Vnreview, 2016)

1.2.2 Hiện trạng ô nhiễm nước thải sinh hoạt tại Việt Nam

Hiện nay ở Việt Nam, mặc dù các cấp, các ngành đã có nhiều cố gắngtrong việc thực hiện chính sách và pháp luật về bảo vệ môi trường, nhưng tìnhtrạng ô nhiễm nước sinh hoạt là vấn đề đáng lo ngại

Một báo cáo toàn cầu mới được Tổ chức Y tế thế giới (WHO) công bốcho thấy, mỗi năm Việt Nam có hơn 20.000 người tử vong do điều kiện nướcsạch và vệ sinh nghèo nàn và thấp kém Còn theo thống kê của Bộ Y tế, hơn80% các bệnh truyền nhiễm ở nước ta liên quan đến nguồn nước Người dân ở

cả nông thôn và thành thị đang phải đối mặt với nguy cơ mắc bệnh do môitrường nước đang ngày một ô nhiễm trầm trọng (WHO, 2010)

Các khu đô thị ( dân cư sinh hoạt), trung bình mỗi ngày thải ra 20.000tấn chất thải rắn nhưng chỉ thu gom và đưa ra các bãi rác được trên 60% tổnglượng chất thải nên đã gây ô nhiễm nguồn nước (Đồng Thị Kim Loan, 2009).

Nước thải sinh hoạt phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt, vệ sinh hàngngày của người dân, từ các khu vực dịch vụ nhà trẻ, khu Y tế - Kỹ thuật, khuthể dục thể thao, khu thương nghiệp, chợ, nước thải sinh hoạt của các nhânviên trong khu vực kho tang, bến bãi… (Đồng Thị Kim Loan, 2009)

Khu vực kho tang, bến bãi chủ yếu tiếp nhận các loại hàng hóa nôngsản thực phẩm như gạo, thực phẩm… do đó nước thải ra từ công việc vệ sinhkho tàng cũng được thug om chung vào hệ thống thu gom nước thải và được

xử lý như nước thải sinh hoạt, và lượng nước này cũng không nhiều và khôngthường xuyên (Đồng Thị Kim Loan, 2009)

Nước thải sinh hoạt chủ yếu chứa các chất ô nhiễm, các chất cặn bã,dầu mỡ, các chất hữu cơ, chất dinh dưỡng và vi sinh,… Do vậy nếu như nướcthải này không được thu gom và xử lý sẽ gây ảnh hưởng xấu đến nguồn nướcmặt (Đồng Thị Kim Loan, 2009)

Hầu hết các sông hồ ở các thành phố lớn như Hà Nội và Thành phố

Hồ Chí Minh, nơi có dân cư đông đúc và nhiều các khu công nghiệp lớn nàyđều bị ô nhiễm Phần lớn lượng nước thải sinh hoạt (khoảng 600.000 m3 mỗingày, với khoảng 250 tấn rác được thải ra các sông ở các khu vực Hà Nội) vànước thải công nghiệp (khoảng 260.000 m3 và chỉ có 10% được xử lý) đềukhông được xử lý mà đổ thẳng vào các ao, hồ…sau đó chảy ra các con sônglớn tại các vùng Châu thổ Sông Hồng và sông Mê Kông Ngoài ra, nhiều nhàmáy và cơ sở sản xuất như các lò mổ và ngay cả bệnh viện (khoảng 7000 m3mỗi ngày, và chỉ có 30% là được xử lý) cũng không được trang bị hệ thống

xử lý nước thải (Đồng Thị Kim Loan, 2009)

Bảng 1.4 Bảng số liệu hàm lượng các chất ô nhiễm có trong nước thải

sinh hoạt ở xã Quảng Thịnh – thành phố Thanh Hóa

(Nguồn: Chi cục tiêu chuẩn đo lường chất lượng thanh hóa, 2015)

1.3 Tác động của nước thải sinh hoạt tới môi trường và ảnh hưởng của

nó tới sức khỏe con người

Việc giải quyết vấn đề nước thải không những nhằm hoàn thiện hệthống cơ sở vật chất, các chức năng đảm bảo nhu cầu sinh hoạt, lao động củacon người mà hơn tất cả, chính là đảm bảo tốt công tác vệ sinh môi trường,giải quyết đúng mức các tác hại do chính hoạt động của người gây ra đối vớimôi trường (Vũ Ngọc Thủy, 2012)

Nước thải sinh hoạt là nước đã qua quá trình sử dụng của cộng đồngdân cư cho mục đích sinh hoạt, sản xuất, có lẫn thêm các chất bẩn làm thayđổi các đặc tính hóa – lý – sinh (Vũ Ngọc Thủy, 2012)

Nước thải sinh hoạt chảy vào mạng lưới thoát nước từ các hộ gia đình,

cơ quan, trường học, khu phố, nước thải sinh hoạt ở các xí nghiệp, các bệnhviện, công trình…

Việc xây dựng trạm xử lý nước thải là cần thiết đối với các khu dân

cư, nhằm làm sạch nước trước khi đưa trở lại môi trường Tùy theo điều kiệnnội tại của mỗi địa phương sẽ có những yêu cầu khác nhau về mức độ xử lý.Tuy nhiên, tối thiểu phải đảm bảo khi nước thải trở ra môi trường thì nguồntiếp nhận phải có khả năng hồi phục, nghĩa là môi trường có khả năng tự trởlại trạng thái cân bằng tự nhiên, có thể đồng hóa lượng chất ô nhiễm có trongnước thải được thải vào Trong mọi trường hợp cần cân nhắc khả năng tự làm

sạch các nguồn tiếp nhận trong điều kiện tự nhiên cần cân nhắc khả năng tựlàm sạch của các nguồn tiếp nhận trong điều kiện tự nhiên để quyết định mức

độ cần xử lý Xét về khía cạnh môi trường, để duy trì cân bằng sinh thái bảo

vệ môi trường thì việc xử lý nước thải ô nhiễm là hết sức cần thiết nhằm tránhnhững hậu quả tiêu cực đối với môi trường Đó chính là mục đích chính yếu

mà hệ thống xử lý nước thải cần đạt được (Vũ Ngọc Thủy, 2012)

Việt Nam cũng đang phải trải qua tình trạng ô nhiễm nước thải sinhhoạt, hoạt động vệ sinh môi trường tại đây chưa thực sự phát triển Hiện ở HàNội chỉ có 5% nước thải được xử lý trước khi đổ vào môi trường tự nhiên,95% lượng nước thải còn lại đều được đổ trực tiếp vào các hồ và các cốngrãnh trong thành phố (Vũ Ngọc Thủy, 2012)

1.3.1 Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt tới sinh vật

1.3.1.1 Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt tới sinh vật trong nước:

Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt tới sinh vật trong nước đặc biệt làvùng sông, do nước chịu tác động của ô nhiễm nhiều nhất Nhiều loài thủysinh do hấp thụ các chất độc trong nước, thời gian lâu dài gây biến đổi trong

cơ thể nhiều loài thủy sinh, một số trường hợp gây đột biến gen, tạo nhiều loàimới, một số trường hợp làm cho nhiều loài thủy sinh chết

Chỉ trong 4 ngày liên tiếp (từ 18 – 21/10/2008), tôm, cá chết hàng loạttại kinh Giữa Nhỏ (ấp Đầm Cùng, xã Trần Thới, huyện Cái Nước, Cà Mau),cạnh Xí nghiệp chế biến thủy sản Nam Long thuộc Công ty cổ phần xuất khẩuthủy sản Cái Đôi Vàm (Cadovimex) Nước trong kênh đen ngòm và mùi hôithối bốc lên nồng nặc Đi đến đầu kênh cạnh Xí nghiệp chế biến thủy sảnNam Long thì thấy nước thải trong bãi rác sinh hoạt của xí nghiệp này đangtràn xuống kênh Xác cá chết trên kênh Giữa Nhỏ, huyện Cái Nước (tỉnh CàMau) Đây là con kênh chạy dài 4 km, nối từ bãi rác của xí nghiệp chế biếnthủy sản Nam Long với sông Cái Nước – Đầm Cùng, có hàng trăm hộ dân lấynước từ dòng kênh này để nuôi tôm, cá (Báo pháp luật và đời sống, 2008)

1.3.1.2 Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt tới sinh vật trong đất.

Khi các chất ô nhiễm từ nước thấm vào đất không những gây ảnhhưởng đến đất mà còn ảnh hưởng đến cả các sinh vật đang sinh sống trongđất.

Các ion Fe2+ và Mn2+ ở nồng độ cao là các chất độc hại với thực vật

Cu trong nguồn nước ô nhiễm từ các khu công nghiệp thải ra thấm vàođất không độc lắm đối với động vật nhưng độc đối với cây cối ở nồng độtrung bình

Các chất ô nhiễm làm giảm quá trình hoạt động phân hủy chất của một

số vi sinh vật trong đất

Nước thải sinh hoạt là nguyên nhân làm cho nhiều cây cối còi cọc,khả năng chống chịu kém, không phát triển được hoặc có thể bị thối gốc màchết

Có nhiều loại chất độc bền vững khó phân hủy có khả năng xâm nhậptích lũy trong cơ thể sinh vật Khi vào cơ thể sinh vật chất đọc cũng có thểphải cần thời gian để tích lũy đến lúc đạt nồng độ gây độc

1.3.2 Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt đến môi trường không khí:

Ô nhiễm môi trường nước không chỉ ảnh hưởng đến con người, đếnmôi trường đất và nước mà còn ảnh hưởng đến môi trường không khí Cáchợp chất hữu cơ, vô cơ độc hại trong nước thải thông qua vòng tuần hoànnước, theo hơi nước vào không khí làm cho mật độ bụi bẩn trong không khítăng lên Không những vậy, các hơi nước này còn là giá bám cho các vi sinhvật và các loại khí bẩn công nghiệp độc hại khác

Một số chất khí được hình thành do quá trình phân hủy các hợp chấthữu cơ có trong nước thải như SO2, CO2, CO,… ảnh hưởng nghiêm trọng đếnmôi trường khí quyển và con người, gây ra các căn bệnh liên quan đến đường

hô hấp: niêm mạc đường hô hấp trên, viêm phổi, viêm phế quản mãn tính, gâybệnh tim mạch, tăng mẫn cảm ở người mắc bệnh hen,…

1.3.3 Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt đến môi trường đất:

Nước ô nhiễm mang nhiều chất vô cơ thấm vào đất gây ô nhiễmnghiêm trọng cho đất

Nước ô nhiễm thấm vào đất làm:

+ Liên kết giữa các hạt keo đất bị bẻ gãy, cấu trúc đất bị phá vỡ Thayđổi đặc tính lý, hóa học ở đất

+ Vai trò đệm, tính oxy hóa, tính dẫn điện và dẫn nhiệt của môi trườngđất thay đổi mạnh

+ Thành phần chất hữu giảm nhanh làm khả năng giữ nước và thoátnước của đất bị thay đổi

+ Quá trình oxy hóa các ion Fe2+ và Mn2+ có nồng độ cao tạo thành cácaxit không tan Fe2O3 và MnO2 gây ra hiện tượng “nước phèn” dẫn đến đóngthành váng trên mặt đất (đóng phèn)

+ Canxi, magie và các ion kim loại khác trong đất bị nước chứa axitcacbonic rửa trôi thì đất sẽ bị chua hóa

1.3.4 Ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt đến sức khỏe con người

Ở nhiều nước kém phát triển trên thế giới phân người và nước thải

sinh hoạt không được xử lý mà quay trở lại vòng tuần hoàn của nước Do đóbệnh tật có điều kiện để lây lan và gây ô nhiễm môi trường.

Nước thải không được xử lý chảy vào sông rạch và ao hồ gây thiếuhụt oxy làm cho nhiều loại động vật và cây cỏ không thể tồn tại

Trong năm 2008 có khoảng 2,6 tỷ người không được tiếp cận với cáccông trình vệ sinh Đây chính là nguyên nhân vì sao ở các thành phố nước bị

ô nhiễm nặng nề bởi chất bài tiết của con người

Ảnh hưởng đến sức khỏe: tình trạng trên dẫn đến một loạt bệnh như

tả, thương hàn, kiết lị, viêm gan A và bệnh giun sán Mỗi ngày trên thế giới

có khoảng 4.000 trẻ em thiệt mạng vì nước sinh hoạt không an toàn và côngtác vệ sinh yếu kém Trước tình trạng trên, Tổng Thư ký Liên hợp quốc chọnchủ đề “Nước sạch cho một thế giới khỏe mạnh” cho ngày Nước thế giới năm

2010, nhằm kêu gọi cộng đồng dân cư trên toàn thế giới hãy quan tâm hơnnữa việc khai thác, sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước

1.4 Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt

1.4.1 Phương pháp cơ học

Trong nước thải thường có nhiều loại tạp chất rắn với các kích cỡkhác nhau: rơm, cỏ, gỗ mẫu, bao bì chất dẻo, giấy, giẻ, dầu mỡ… Ngoài ra,còn có các loại hạt lơ lửng ở dạng huyền phù khó lắng Chính vì vậy mà đểviệc xử lí nước thải hiệu quả thì việc đầu tiên phải loại những tạp chất trên rakhỏi nước thải và phương pháp thích hợp nhất là xử lí cơ học Xử lí cơ họcbao gồm nhiều phương pháp:

- Song chắn rác: nhằm giữ lại các vật thô như giẻ, giấy, rác, vỏ hộp,mẩu đất đá, gỗ… trước song chắn rác…

- Lưới lọc: đặt sau song chắn rác nhằm loại bỏ tạp chất rắn có kích cỡnhỏ hơn, mịn hơn và có thể thêm lưới lọc

- Lắng cát: dựa theo nguyên lí trọng lực, dòng nước thải chảy qua bẫycát

- Các loại bể lắng: trong quá trình xử lí cần phải lắng các hạt lơ lửng,

các loại bùn… nhằm làm cho nước trong Nguyên lý làm việc của các loại bểnày đều dựa trên cơ sở trọng lực

- Tách dầu mỡ: trong nước thải có chứa một lượng dầu mỡ do các cơ sởsản xuất bơ sữa, ăn uống, xí nghiệp ép dầu…thải ra Để loại bỏ dầu mỡ mộtcách đơn giản có thể dùng các tấm sợi quét trên mặt nước

- Lọc cơ học: là phương pháp dùng tách các tạp chất phân tán nhỏ khỏinước mà bể lắng không lắng được bằng các loại phin lọc Vật liệu lọc có thể

là thép không gỉ, nhôm, niken, đồng thau, amiang, bông, len, sợi tổng hợp,than cốc, sỏi, đá ghiền…

1.4.2 Phương pháp hóa học và hóa lý

1.4.1.1.Trung hòa

Người ta thường trung hòa pH của nước thải về 6,6 – 7,6 để thích hợpcho quá trình xử lý Những hóa chất thường dùng để điều chỉnh pH của nướcthải: CaCO3, CaO, Ca(OH)2, NaOH, HCl, H2SO4

1.4.1.2 Keo tụ

Trong nước thải thì những hạt nhỏ ở dạng keo không thể lắng được,muốn cho chúng lắng được thì phải làm tăng kích thước của chúng Muốnlàm như vậy thì phải trung hòa điện tích của chúng rồi mới liên kết chúng lạivới nhau Những chất có thể thực hiện keo tụ thường là muối sắt hay muốinhôm hoặc là hỗn hợp của chúng: Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)5Cl,KAl(SO4)2.12H2O,…

1.4.1.3 Hấp phụ

Phương pháp này thường dùng để loại bỏ khỏi nước thải những chấthòa tan mà không thê loại bỏ bằng phương pháp khác vì chúng có hàm lượngrất nhỏ trong nước thải Những chất này thường là những chất độc hại, chấtmàu hay mùi khó chịu Những chất hấp phụ thường dùng là: than hoạt tính,silicagen, keo nhôm, xỉ tro, xỉ mạt sắt,… trong số này thì chất thường dùngphổ biến nhất là than hoạt tính

1.4.1.4 Tuyển nổi

Phương pháp này dựa trên nguyên tắc các phân tử phân tán trong nước

có khả năng tự lắng kém nhưng lại có khả năng kết dính vào các bọt khí nổitrên bề mặt nước Sau đó người ta tách các bọt khí này ra khỏi nước, thực chấtđây là quá trình tách bọt hay làm đặc bọt

Tuyển nổi thường dùng trong tách các chất lơ lững không tan và một

số chất khó tan ra khỏi pha lỏng Kĩ thuật này thường dùng trong xử lí nướcthải sinh hoạt và nhiều lĩnh vực công nghiệp như: chế biến dầu béo, thuộc da,dệt, chế biến thịt,…

1.4.1.5 Trao đổi ion

Thực chất đây là quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắntrao đổi với các ion có cùng điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau.Phương pháp này dùng loại ra khỏi nước thải các ion kim loại như: Cu, Cr,

Ni, Hg, V, Mn, chất phóng xạ, loại các ion Ca2+ và Mg2+ làm mềm nước

1.4.1.6 Khử khuẩn

Dùng các hóa chất có tính độc đối với vi sinh vật, tảo, động vậtnguyên sinh, giun, sán… để làm sạch nước, đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh để đổvào nguồn hay tái sử dụng Để khử khuẩn có thể dùng hóa chất hay những tácnhân vật lý như tia tử ngoại hay ozone… Công đoạn khử khuẩn thường đặt ởcuối trong quá trình xử lí nước thải

1.4.1.7 Phương pháp sinh học

Có nhiều phương pháp khác nhau để xử lý nước thải như các phươngpháp vừa nêu trên: cơ học, hóa lý, hóa học và sinh học Trong đó, phươngpháp sinh học được sử dụng chủ yếu để xử lý nước thải chứa hàm lượng chấthữu cơ cao So với biện pháp vật lý và hóa học, phương pháp sinh học có ưuđiểm hơn cả là giá thành thiết bị không đắt tiền, nguyên liệu xử lý dễ kiếm lạikhông gây tái ô nhiễm môi trường

Phương pháp chủ yếu dựa trên hoạt động sống của vi sinh vật mà chủyếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải Các chất hữu cơ gây ô

nhiễm trong nước trước hết được vi sinh vật sử dụng làm thức ăn nếu dư sẽ bịkhoáng hóa thành những chất vô cơ, các chất khí đơn giản và nước (NguyễnAnh Dũng, 2013).

Phương pháp này dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật vì vậy điềukiện đầu tiên và vô cùng quan trọng là nước thải phải là môi trường sống củaquần thể vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải (NguyễnAnh Dũng, 2013)

Vì vậy mà nước thải phải thỏa mãn các yêu cầu:

+ Không có chất độc làm chết hay ức chế hoàn toàn hệ vi sinh vật trongnước thải Trong số các chất độc phải chú ý đến hàm lượng kim loại nặng.Theo mức độc hại thì các kim loại xếp theo thứ tự:

Sb>Ag>Cu>Hg>Co>Ni>Pb>Cr3+>V>Cd>Zn>Fe

Muối của những kim loại này cũng ảnh hưởng đến đời sống của visinh vật Nếu quá nồng độ cho phép, các sinh vật có thể sẽ không sinh trưởngđược và có thể bị chết (Nguyễn Anh Dũng, 2013)

+ Chất hữu cơ có trong nước thải phải là cơ chất dinh dưỡng nguồncacbon và năng lượng cho vi sinh vật Những chất dinh dưỡng đó thường làhidratcacbon, protein, lipid hòa tan (Nguyễn Anh Dũng, 2013)

+ Nước thải đưa vào xử lí sinh học có hai thông số đặc trưng là COD

và BOD Tỉ số của hai thông số này phải là: COD/BOD ≤ 2 hay BOD/COD ≥0,5 mới có thể đưa vào xử lí sinh học hiếu khí Nếu COD lớn hơn BOD nhiềulần, trong đó có cellulose, hemicellulose, protein, tinh bột chưa tan thì phải xử

lí bằng sinh học kị khí hay thêm các biện pháp xử lí hóa lý như kết tủa, hấpphụ,… (Nguyễn Anh Dũng, 2013)

1.5 Cơ sở khoa học của biện pháp xử lý nước thải sinh hoạt bằng vi sinh vật

1.5.1 Đặc điểm sinh học của tảo và vi khuẩn, ứng dụng của nó trong xử

lý môi trường

1.5.1.1.Đặc điểm sinh học của tảo

Tảo là thực vật bậc thấp, sống theo kiểu quang tự dưỡng, dị dưỡnghoặc tạp dưỡng Có loại tảo có cấu trúc đơn bào, có loại mọc nhánh dài.Chúng là thực vật phù du, có thể trôi nổi ở trong nước hay móc vào các giá đỡ(loài thực vật khác) Trong số khoảng 50.000 loài tảo trên thế giới thì vi tảochiếm đến 2/3 Nhiều loài tảo như vi tảo còn được xếp vào nhóm vi sinh vật,tảo lam được xếp vào nhóm vi khuẩn lam Tảo phát triển làm nước có màusắc, thực chất là màu sắc của tảo ( tảo lam Anabaena cylindrical làm cho nước

có màu xanh lam, Oscilatoria rubecens làm cho nước ngả màu hồng, các loàikhuê tảo Melorisa, Navicula làm cho nước có màu vàng nâu…) (NguyễnMinh Phương, 2013)

Trong nước thải giàu nguồn N và P là điều kiện tốt cho tảo phát triển.Nguồn CO2 có thể do vinh sinh vật hoạt động thải ra trong nước, phân hủycác chất hữu cơ tạo thành và cung cấp cho tảo hoặc từ không khí (NguyễnMinh Phương, 2013)

Cơ sở sinh học của việc sử dụng một số loài tảo để xử lý nước thải làdựa vào đặc tính sinh trưởng tự nhiên của chúng Tảo sử dụng CO2 hoặcbiccacbonat làm nguồn cacbon và nguồn nito, photpho vô cơ để cấu tạo tế bàodưới tác dụng của năng lượng ánh sáng mặt trời, đồng thời thải ra khí oxy.Quá trình quang hợp của tảo được diễn ra như sau:

CO2 + NH4+ + PO43- ánh sáng tế bào tảo mới (tăng sinh khối) + O2

Các khí oxy phân tử sinh ra làm giàu thêm hàm lượng oxy hòa tantrong nước, tạo điều kiện thuận lợi giúp vi khuẩn hiếu khí phát triển và thúcđẩy các phản ứng oxy hóa – khử trong quá trình phân hủy hiếu khí các chấthữu cơ xảy ra nhanh hơn (Nguyễn Minh Phương, 2013)

Vai trò chính của tảo và thực vật thủy sinh là nguồn ammonium hoặcnitrat, cùng nguồn photphat có trong nước Việc làm giảm các chất hữu cơ ônhiễm trong nước chủ yếu là nhờ một số loại vi khuẩn, tảo và thực vật khácchỉ sinh oxy và có rễ để vi khuẩn bám vào, cùng tán lá che chắn làm giảm tácđộng của ánh sáng mặt trời giúp vi khuẩn khỏi chết và tạo điều kiện chochúng hoạt động tốt hơn (Nguyễn Minh Phương, 2013).

Bảng 1.5 Đặc điểm sinh học của các loại vi tảo sử dụng

1 Chlorella vulgaris Chlorella là loại tảo đơn bào, không có tiêm mao, không

có khả năng di động chủ động Tế bào có dạng hình cầu hoặc hình ovan Kích cỡ tế bào từ 2 – 5 µm tùy loại Màng tế bào có vách cellulose bao bọc, có khả năng chịu được những tác động cơ học nhẹ Tảo sinh sản rất nhanh, không có sự sinh sản hữu tính.

2 Spirulina platensis Spirulina là tảo lam đa bào, dạng sợi Tảo gồm nhiều tế

bào hình trụ xếp không phân nhánh Đường kính tế bào

từ 1 - 12µm, chiều dài tế bào có thể 10µm và chiều dài chuỗi có thể đến 110µm Các sợi tảo có tính di động

trượt dọc trục của chúng Spirulina có dạng xoắn trong

môi trường chất lỏng và có hình xoắn trôn ốc thật sự trong môi trường đặc.

3 Scenedemus Scenedesmus là một trong những chi nước ngọt phổ biến

nhất; Tuy nhiên, các hình thái rất đa dạng được tìm thấy trong các loài thực xác định khó khăn Trong khi hầu hết các loài được tìm thấy trên khắp thế giới, một số loài chỉ

tồn tại trong quần thể địa phương như S intermedius và

S serratus được tìm thấy ở New Zealand

Các loài tảo có thể làm thức ăn tự nhiên trong nuôi trồng thủy sản.Một số loài tảo có khả năng phát triển trên một số loại nước thải đóng vai tròquan trọng trong quá trình làm sạch nước thải Cùng với các vi sinh vật khác,

vi tảo giữ vai trò như máy lọc sinh học tự nhiên, trực tiếp hấp thu tất cácnhững sản phẩm thừa, sản phẩm sau cùng của phân hủy hữu cơ và chuyển hóachúng sang dạng ít độc hại hơn hoặc phân giải chúng thành những vật chấtđơn giản và vô hại Những loại tảo và vi khuẩn lam nước ngọt sử dụng phổ

biến trong quá trình xử lý nước thải chủ yếu thuộc các chi Chlorella, Spirulina, Scenedesmus… Từ nhiều năm qua đã có nhiều nghiên cứu trong và

ngoài nước về việc ứng dụng các loài tảo trong xử lý nước ô nhiễm Tại ViệtNam, năm 2010, nghiên cứu tại trường Đại học Bách khoa TP.Hồ Chí Minh

đã chứng minh loài tảo Tetraselmis sp., có khả năng làm sạch nước thải nuôi

tôm sú Tại Trung Quốc, năm 2009, nghiên cứu của trường Đại học Nanchangcũng đã chứng minh được khả năng xử lý nước thải đô thị rất hiệu quả của

loài tảo Chlorella Năm 2010, các nhà nghiên cứu của Thụy Điển cũng chỉ ra

các loài tảo có hiệu quả xử lý nito và photpho có trong nước thải rất tốt, hiệusuất xử lý nito đạt 60 – 80% và photpho đạt từ 60 – 100% trong các tháng củamùa hè (Nguyễn Minh Phương, 2013)

1.5.1.2 Ứng dụng của tảo trong xử lý nước thải

Lượng nước thải chứa một lượng lớn các chất dinh dưỡng (nito, phốtpho) và nếu bị thải vào nguồn nước nó gây ra hiện tượng phú dưỡng, ảnhhưởng tới hệ sinh thái Để loại bỏ chất dinh dưỡng, một số quy trình đã được

sử dụng nhưng nhược điểm của các biện pháp này là chi phí cao và phát sinhbùn (Yuan và cs.,2011) Như một biện pháp thay thế cho các biện pháp xử lýthông thường, tảo được đề nghị ứng dụng trong loại bỏ chất dinh dưỡng từnước thải (Malick., 2002) Nuôi trồng tảo cung cấp một cách tiếp cận có hiệuquả để loại bỏ các chất dinh dưỡng từ nước thải (Evonne và Tang., 1997) Xử

lý nước thải bằng vi tảo là một biện pháp thân thiện với môi trường, đồng thờiđem lại lợi ích cả về mặt loại bỏ chất ô nhiễm và sản xuất sinh khối

Tại Việt Nam, nghiên cứu ứng dụng tảo để xử lý nước thải được tiếnhành từ khá lâu Theo đó, các đối tượng tảo khác nhau đã được nuôi trên cácmôi trường nước thải sinh hoạt, nước thải chăn nuôi, nước thải ao nuôi thủy

sản và đã đưa ra những kết quả khả quan về loại bỏ hợp chất nito và phốt pho.

Theo nghiên cứu của Dương Thị Hoàng Oanh (2011), tảo Spirulina platensis

có thể phát triển trong các nguồn nước thải ao các tra, nước thải biogas vànước thải sinh hoạt, tảo phát triển với mật độ cao nhất (87.775±41.688 tb/ml)

và làm giảm các yếu tố dinh dưỡng trong nước thải sinh hoạt một cách cóhiệu quả nhất (hàm lượng TAN giảm 96,2% NO3- giảm 76,1% PO43- giảm98,1% COD giảm 72,5%) Một nghiên cứu khác của Trần Trấn Bắc (2013) về

nghiên cứu sử dụng nước thải ao nuôi thủy sản để nuôi tảo Chlorella kết luận

rằng tảo phát triển tốt trong nước thải ao các tra và hấp thu lượng dinh dưỡngtốt nhất vào trong ba ngày đầu tiên (với hiệu suất hấp thu N-NO3- giảm95,27%, N-NH4- giảm 34,48% và PO43- giảm 88,66%)

Không những thế, nhiều nghiên cứu đã tiến hành thử nghiệm và đưa

ra những điều kiện tối ưu nhằm tăng hiệu quả xử lý của tảo bằng việc thay đổicác điều kiện tác động như ánh sáng, nhiệt độ, thời gian thu sinh khối,… vàchỉ ra ứng hướng ứng dụng sinh khối tảo thu được vào những mục đích khácnhau Theo Võ Thị Kiều Thanh (2012) đã nghiên cứu về hiệu quả xử lý nướcthải chăn nuôi sau biogas của tảo và sử dụng loài giáp xác nhỏ Daphnia sp đểloại bỏ sinh khối sau đó thu sinh khối Daphnia làm thức ăn cho động vật thủysinh Kết quả, sau khi nuôi tảo 9 ngày, hàm lượng COD trong nước thải chănnuôi lợn giảm từ 65,8 – 88,2%; BOD5 giảm từ 61,4 – 84% nito tổng số giảm87,4 – 90,18% còn hàm lượng phốt pho tổng số có hiệu quả xử lý không cai47,7 – 56,15% Nguyễn Thị Thanh Xuân (2012) đã báo cáo kết quả thử

nghiệm nuôi trồng trong nước thải hầm biogas cho thấy Chlorella Vulgaris có

thể sinh trưởng tốt , đồng thời có khả năng xử lý nước thải và cho lipid nhằmmục tiêu sản xuất biodiesel

1.5.1.3 Đặc điểm sinh học của vi khuẩn

Vi khuẩn là một nhóm vi sinh vật nhân sơ đơn bào có kích thước rấtnhỏ, một số thuộc loại ký sinh trùng Vi khuẩn là một nhóm sinh vật đơn bào,

có kích thước nhỏ và thường có cấu trúc tế bào đơn giản không có nhân, bộ

khung tế bào và các bào quan như ty thể và lục lạp Cấu trúc tế bào của vikhuẩn là sinh vật nhân sơ Vi khuẩn đóng vai trò cực kì quan trọng trong quátrình phân hủy chất hữu cơ làm sạch nước thải (Nguyễn Anh Dũng, 2013).Theo phương thức dinh dưỡng vi khuẩn được chia thành hai nhóm chính:

- Vi khuẩn dị dưỡng: là những vi khuẩn sử dụng chất hữu cơ làmnguồn cacbon dinh dưỡng, và làm nguồn năng lượng để hoạt động số, xâydựng tế bào, phát triển… Có ba loại vi khuẩn dị dưỡng:

+ Vi khuẩn hiếu khí

+ Vi khuẩn kị khí

+ Vi khuẩn tùy nghi

- Vi khuẩn tự dưỡng: là những vi khuẩn có khả năng tổng hợp cácchất hữu cơ từ CO2, H2O, NH4+, PO43-… nhờ ánh sáng mặt trời hay nănglượng thải ra từ những phản ứng hóa sinh Những vi khuẩn thuộc nhóm nàybao gồm: vi khuẩn nitrat hóa, vi khuẩn sắt, vi khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn khửH2S,… (Nguyễn Anh Dũng, 2013)

Vi khuẩn sử dụng những chất hữu cơ có sẵn trong nước thải để phânhủy và chuyển hóa thành vật liệu xây dựng tế bào, đồng thời làm sạch chất ônhiễm (Nguyễn Anh Dũng, 2013)

Các chất hữu cơ nhiễm bẩn của nước thải sẽ được phân hủy đến sảnphẩm cuối cùng là CO2 và nước hay tạo thành các loại khí khác nhau: CH4,H2S, Mercaptan, Scatol, Idol, NO2, N2O, N2,…( Nguyễn Anh Dũng, 2013)

Trong nước thải, những chất hữu cơ chủ yếu là những chất hữu cơ hòatan, ngoài ra còn có những chất hữu cơ ở dạng keo và phân tán nhỏ ở dạng lơlửng Những chất hữu cơ này sẽ tiếp xúc với bề mặt tế bào vi khuẩn bằngcách hấp phụ hay keo tụ sinh học, sau đó sẽ chuyển qua quá trình đồng hóa và

dị hóa (Nguyễn Anh Dũng, 2013)

1.5.1.4 Ứng dụng của vi khuẩn trong xử lý nước thải

Vi khuẩn có thể liên tục chuyển hóa các chất hữu cơ trong nước thảibằng cách duy nhất là tổng hợp thành tế bào (nguyên sinh chất) mới Chúng

có thể hấp thụ một lượng lớn các chất hữu cơ qua bề mặt tế bào của chúng.Nhưng sau khi hấp thụ, nếu các chất hũu cơ không được đồng hóa thành tếbào chất thì tốc độ hấp thụ sẽ giảm tới 0 Một lượng nhất định các chất hữu cơhấp thụ được dành cho việc kiến tạo tế bào Một lượng khác các chất hữu cơlại được oxy hóa để sinh năng lượng cần thiết cho việc tổng hợp.

Bùn hoạt tính cũng như màng sinh vật là tập hợp các loại vi sinh vậtkhác nhau, chứa khoảng 70 – 90% chất hữu cơ; 10 – 30% chất vô cơ

Trong hệ thống xử lý nước thải, vi khuẩn luôn chiếm ưu thế (90%) Vikhuẩn có kích thước trung bình từ 0,3 – 1 mm Trong hệ thống bùn hoạt tính

có sự hiện diện của vi khuẩn hiếu khí tuyệt đối, vi khuấn tùy nghi và vi khuấnyếm khí Một số vi khuẩn dị dưỡng thông thường trong hệ thống bùn hoạt tính

gồm có: Achromobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Citromonas, Flavobacterium, Pseudomonas, Zoogloea (Jenkins, et ah, 1993) Hai nhóm vi

khuân chịu trách nhiệm chuyên hóa amoni thành nitrát là vi khuẩn

nồng độ 50 mg/l và 100 mg/l của nước thải (Tạp chí khoa học, 2012)

1.5.2 Mối quan hệ giữa vi khuẩn và tảo trong quá trình xử lý nước thải

Vi khuẩn phân giải chất hữu cơ thành kết cấu phân tử nhỏ, đơn giảntạo thành các chất vô cơ được tảo hấp thu trực tiếp

Như vậy, có thể nói chất chuyển hóa của một số vi khuẩn có thể giúptảo sinh trưởng và phát triển, cũng có nghĩa là mật độ vi khuẩn quyết định mật

độ tảo Ngược lại, quá trình sinh trưởng và phát triển, tảo sẽ quang hợp tạo raO2 cung cấp cho các loài vi khuẩn và vi sinh vật hảo khí hoạt động trong môitrường nước, dẫn tới thúc đẩy quá trình làm sạch nguồn nước (Mai CôngHoàng, 2011).

Chương 2 ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

Thời gian nghiên cứu: từ tháng 1 – 5/2016

2.3 Nội dung nghiên cứu

Đánh giá chất lượng nước sinh hoạt thuộc khu vực thị trấn Trâu Quỳ Gia Lâm – Hà Nội

Tuyển chọn và xác định các điều kiện sinh trưởng của các chủng vikhuẩn sử dụng cho xử lý nước thải sinh hoạt

- Đặc điểm sinh học của các chủng vi tảo sử dụng cho xử lý nước thảisinh hoạt

- Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt bằng hệ hỗn hợp vitảo và vi khuẩn

2.4 Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Phương pháp thu thập tài liệu thứ cấp

Tài liệu thứ cấp: thu thập, tổng hợp, phân loại thông tin về các kếtquả nghiên cứu từ các sách, báo, tài liệu trong và ngoài nước, tham khảocác luận văn

2.4.2 Phương pháp lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước thải

- Địa điểm thu mẫu: 1 mẫu nước thải sinh hoạt ở mương An Đào thuộc khu

vực thị trấn Trâu Quỳ - Gia Lâm – Hà Nội, 1 mẫu thuộc nhà ăn ký túc xá , 1mẫu ở ký túc xá sau đại học và 2 mẫu nước hồ thuộc khu vực trường Học việnNông nghiệp Việt Nam (số mẫu dùng để phân lập và tuyển chọn các chủng vikhuẩn dùng cho xử lý nước thải sinh hoạt thuộc 2 khu dân cư An Đào và ĐàoNguyên thuộc khu vực thị trấn Trâu Quỳ - Gia Lâm – Hà Nội)

- Lấy mẫu nước thải theo TCVN 5999-1995: chất lượng nước – lấy mẫu –hướng dẫn bảo quản và xử lý mẫu

- Phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước thải sinh hoạt dựa vào QCVN

2 BOD 5 Phương pháp chai đo BOD Oxitop TCVN 6772:2000

3 Chất rắn lơ lửng TSS được xác định theo phương

pháp khối lượng

TCVN 6772:2000

4 COD Phương pháp đo COD bằng tác

nhân oxy hoá mạnh là pemanganat kali (KMnO 4 )

2.4.3 Xác định điều kiện sinh trưởng của tảo và vi khuẩn theo phương pháp nuôi cấy trực tiếp trên môi trường chuyên tính ở các điều kiện khác nhau:

Bảng 2.5: Thành phần môi trường BBM nhân nuôi các giống tảo

(Chlorella sp., spirulina sp., và scenedemus sp)

(g/l dH 2 O)

Số lượng sử dụng (ml)

a Pha loãng mẫu

- Hút 1ml nước thải vào ống nghiệm thứ nhất có chứa 9ml nước cất vôtrùng

- Trộn đều dung dịch bằng cách hít lên rồi thổi xuống 3 – 5 lần Độ phaloãng mẫu lúc này là 10-1

- Tiếp tục hút 1ml ở ống nghiệm thứ nhất cho vào ống nghiệm thứ haichứa 9ml nước cất vô trùng

- Trộn đều như trên Độ pha loãng mẫu lúc này là 10-2

- Cứ tiếp tục như vậy để có mẫu ở các độ pha loãng 10-3, 10-4, 10-5, 10-6,

- Ghi vào đáy đĩa petri có môi trường thạch thích hợp với từng loại visinh vật các thông tin:

+ Nồng độ pha loãng

+ Ngày cấy

- Dùng pipetman gắn đầu côn vô trùng lấy từ các độ pha loãng thíchhợp nhỏ vào mỗi đĩa petri 0,1 ml, mỗi độ pha loãng được lặp lại 3 lần Dùngque gat vô trùng dàn đều dịch tế bào lên khắp bề mặt thạch phải được dàn đều

và không nên vượt quá vài trăm

- Các đĩa petri đã được cấy dịch tế bào, gói kín và đặt úp ngược đĩatrong tủ ấm 37ºC Sau 24 giờ đếm số khuẩn lạc trong mỗi đĩa

c Cách đếm

- Lấy bút chì kẻ hai đường vuông góc dưới đáy đĩa Petri và đánh dấuthứ tự từng vùng I, II, II, IV

- Đếm số khuẩn lạc trong từng vùng, nhớ đánh dấu các khuẩn lạc đãđếm

- Số lượng tế bào vi sinh vật trong 1 ml mẫu được tính theo côngthức sau đây:

2.4.3.2 Phương pháp phân lập và tuyển chọn vi khuẩn từ nước thải

- Thể tích các mẫu được cấy lên thạch đĩa thường là 0,1 ml

- Lấy que gạt vô trùng phân bố đều mẫu trên bề mặt thạch Đậy nắp đĩalại để thấm hút hết mẫu trong vài phút

- Nuôi trong tủ nuôi 280C

- Chọn những khuẩn lạc đặc trưng, lấy một vòng que cấy khuẩn lạc chovào nước cất vô trùng, sau đó pha loãng với các nồng độ thích hợp, chọn nồng

độ pha loãng sao cho khi cấy 0,1 ml vào đĩa thạch sẽ xuất hiện các khuẩn lạcgiống nhau riêng rẽ

- Đặt vào tủ nuôi 280C trong 24 giờ

- Tiến hành quan sát các khuẩn lạc này từ các phía ( từ trên xuống, từbên cạnh) , chú ý về kích thước, hình dạng mép, hình dạng khuẩn lạc, bề mặt,

độ dày, có núm hay không, độ trong, màu sắc (trên, dưới, có khuếch tán ramôi trường hay không)

2.4.3.3 Phương pháp nhuộm Gram

- Dùng que cấy lấy từ 1 – 2 giọt canh trường chứa vi khuẩn cần quansát bôi lên phiến kính rồi để khô

- Cố định vết bôi bằng cách hơ nhẹ phiến kính lên ngọn lửa đèn cồn.

- Nhuộm tím gentian trong 1 phút rồi rửa bằng nước cất không quá 2giây 9 cho dòng nước chảy nhẹ qua tiêu bản, tránh không xối lên vết bôi)

- Ngâm trong dung dịch lugol 1 phút

- Tẩy màu bằng cồn trong 30 giây và rửa lại bằng nước cất

- Làm khô vết bôi và nhuộm bổ sung bằng dung dịch fuchsin trong 10 –

30 giây

- Rửa lại bằng nước cất rồi hơ qua đèn cồn cho khô

- Quan sát dưới kính hiển vi quang học có độ phóng đại 1000 lần

- Kết quả: Tế bào bắt màu tím là vi khuẩn Gram +, tế bào bắt màu hồng

là vi khuẩn Gram –

2.4.3.4 Phương pháp xác định các hoạt tính enzyme

- Khi các enzyme tác dụng lên cơ chất thích hợp lần lượt là tinh bột,protein, CMC trong môi trường thạch, cơ chất bị phân giải làm cho độ đụccủa môi trường bị giảm đi, môi trường trở nên trong suốt Độ trong suốt đượctạo ra của môi trường tỉ lệ với độ hoạt động của enzyme

Cách tiến hành:

- Chuẩn bị môi trường thạch có chứa cơ chất thích hợp (tinh bôt, protein,CMC) được phân đều các đĩa petri Sau khi thạch đông, đục những giếng nhỏ cóđường kính 10 mm trên bề mặt thạch, dùng pipetman lấy dịch thể chứ vi khuẩn,giữ ở 28 độ C Sau 24 giờ, kiểm tra vòng phân giải của vi khuẩn

- Sau một thời gian thí nghiệm

+ Nhỏ dung dịch lugol, nếu vi khuẩn có hoạt tính enzyme sẽ tạo thànhcác vòng sáng xung quanh giếng thạch

+ Đo đường kính vòng phân giải

- Đếm số khuẩn lạc mọc trên hộp lồng

2.4.3.5 Đánh giá tính đối kháng của vi khuẩn tuyển chọn

Nghiên cứu tính đối kháng giữa các chủng vi khuẩn được tuyển chọn

để xử lý nước thải sinh hoạt Các chủng vi khuẩn được nuôi trên môi trường