Luận văn Xử lý nước thải kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè bằng tảo

Xử lý nước thải kênh Nhiêu Lộc-Thị Nghè bằng tảo Nguyễn Thị Thảo Sương LỜI CẢM ƠN Tôi chân thành bày tỏ lòng cảm ơn đến Ts. Nguyễn Văn Tuyên, người đã tận tình hướng dẫn, truyền đạt cho tôi những kiến thức quý báu trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu. Trong quá trình thực hiện luận văn, tôi thường xuyên nhận được: Sự quan tâm, giúp đỡ và động viên tinh thần của Quý Thầy Cô trong bộ môn Di truyền – Thực vật – Tiến hoá cũng như phòng Sau đại học trường Đại học Sư phạm TP.HCM. Sự giúp đỡ của các anh chị kỹ sư và Ban Giám Đốc Phân viện khảo sát quy hoạch thuỷ lợi Nam Bộ, viện Pasteur TP.HCM, bộ môn Địa chất cơ sở và môi trường-Khoa địa chất và dầu khí-Trường Đại học Kỹ thuật – TP.HCM. Sự hỗ trợ nhiệt tình của Phòng quản lý tài nguyên nước -Sở Tài nguyên-Môi trường –TP.HCM. Sự quan tâm, giúp đỡ của các anh chị và bạn bè cùng khoá học. Cuối cùng, tôi xin gởi lời tri ân đến gia đình, bạn bè – những người đã ủng hộ và động viên để tôi hoàn thành luận văn này. MỤC LỤC Trang Lời cám ơn Mục lục Danh mục các ký hiệu Danh mục các bảng Danh mục các hình vẽ, đồ thị MỞ ĐẦU ..................................................................................................... ...... 1 Chương 1 – TỔNG QUAN 1.1 Những vấn đề chung về nước thải ........................................................ ...... 4 1.1.1 Nước thải sinh hoạt .................................................................. ...... 4 1.1.2 Nước thải công nghiệp ............................................................. ...... 6 1.2 Các thông số để đánh giá chất lượng nước thải ................................... ...... 8 1.3 Những biện pháp xử lý nước thải........................................................... .... 12 1.3.1 Phương pháp xử lý cơ học ....................................................... .... 12 1.3.2 Phương pháp xử lý hóa – lý ..................................................... .... 13 1.3.3 Phương pháp xử lý sinh học ..................................................... .... 13 1.4 Vai trò của tảo trong xử lý nước thải ..................................................... .... 16 1.5 Các công trình nghiên cứu xử lý nước thải có sử dụng tảo ................. .... 21 1.5.1 Ở ngoài nước............................................................................... .... 21 1.5.2 Ở trong nước .............................................................................. .... 21 1.6 Một số dự án cải tạo kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè .............................. .... 21 Chương 2 – ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN 2.1 Đặc điểm tự nhiên của TP.HCM .......................................................... .... 25 2.1.1 Vị trí địa lý ................................................................................. .... 25 2.1.2 Địa hình ...................................................................................... .... 25 2.1.3 Khí hậu ....................................................................................... .... 26 2.1.4 Thủy văn ..................................................................................... .... 27 2.1.5 Dân cư ......................................................................................... .... 29 2.1.6 Kinh tế ........................................................................................ .... 29 2.1.7 Giao thông .................................................................................. .... 30 2.2 Đặc điểm tự nhiên kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè ..................................... .... 31 2.2.1 Địa hình ...................................................................................... .... 31 2.2.2 Khí hậu ....................................................................................... .... 31 2.2.3 Thủy văn ..................................................................................... .... 33 2.2.4 Dân cư ......................................................................................... .... 34 2.2.5 Giao thông .................................................................................. .... 34 2.3. Hiện trạng tiêu thoát nước kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè ....................... .... 34 Chương 3 – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Thời gian thực hiện .................................................................................. .... 36 3.2. Các địa điểm thu mẫu ............................................................................. .... 36 3.3. Thu và xử lý mẫu .................................................................................... .... 38 3.4. Phương pháp nuôi cấy ............................................................................. .... 39 3.5. Nghiên cứu .............................................................................................. .... 39 Chương 4 – KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1. Xác định thể loại nước thải kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè ..................... .... 41 4.2. Giai đoạn điều tra cơ bản ....................................................................... .... 43 4.3. Giai đoạn nuôi thử nghiệm ..................................................................... .... 44 4.3.1 Nguồn giống cấy vào nước thải ................................................ .... 44 4.3.2 Mật độ giống cấy vào nước thải ............................................... .... 45 4.4. Giai đoạn nuôi cấy chính thức ................................................................ ... 45 4.4.1. Đánh giá các chỉ số thủy-lý-hóa trong quá trình xử lý ............ .... 45 4.4.2. Sự biến động các chỉ số thủy-hóa trong quá trình xử lý ......... .... 56 4.4.3. Đánh giá các chỉ số sinh học trong quá trình xử lý ................. .... 64 4.4.3.1. Chỉ số E.coli ................................................................ .... 64 4.4.3.2. Cơ cấu thành phần loài sau xử lý ............................... .... 65 4.4.3.3. Tính sức sản xuất ban đầu của hệ (Primary productivity) .............................................................. 70 4.4.3.4. Xác định các nhóm, ngành tảo chiếm ưu thế ở mỗi nồng độ ...................................................................................... .... 71 4.4.3.5. Xác định độ phì bằng tỷ lệ các nhóm tảo .................. .... 74 4.4.3.6. Xác định độ đa dạng về loài (Species diversity) của các mẫu nước thải sau xử lý ............................................. .... 76 4.4.3.7. Thống kê các loài tảo đã nghiên cứu ........................ .... 78 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................................. .... 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... .... 96 PHỤ LỤC .............................................................................................................. .... 99 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU BOD5 (Biological oxygen demand): nhu cầu oxy sinh hóa COD (Chemical oxygen demand): nhu cầu oxy hóa học DO (Dissolved oxygen): độ oxy hòa tan Ec (Electric conductivity): độ dẫn điện TSS (Total suspended solid): chất rắn lơ lửng DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Trang Bảng 1.1. Thành phần đặc trưng của các loại nước thải sinh hoạt chưa xử lý ..... ...... 5 Bảng 1.2. Thành phần nước thải của một số lĩnh vực công nghiệp chế biến nông sản, thực phẩm ................................................................... ...... 7 Bảng 1.3. Danh lục tảo thường có mặt trong các ao xử lý nước thải nhiệt đới .... ... 18 Bảng 1.4. Danh lục tảo xử lý kim loại nặng có trong nước thải............................ .... 19 Bảng 1.5. Danh lục tảo chỉ thị độ bẩn ở Việt Nam ............................................... .... 20 Bảng 1.6. Kết quả xử lý bằng ao sinh học một số loại nước thải công nghiệp ở Đức ...................................................................... .... 22 Bảng 2.1. Nhiệt độ trung bình tháng (oC) .............................................................. .... 32 Bảng 2.2. Lượng mưa trung bình tháng (mm/tháng) ............................................. .... 32 Bảng 2.3. Độ ẩm tương đối trung bình tháng (%) ................................................. .... 33 Bảng 2.4. Bức xạ mặt trời trung bình hằng ngày (cal/cm2) .................................. .... 33 Bảng 3.1. Tóm tắt lượng mẫu nghiên cứu ............................................................. .... 37 Bảng 4.1. Kết quả phân tích chỉ số thủy-hóa nước thải kênh Nhiêu lộc – Thị ngày 3/01/06 ..................................................... .... 41 Bảng 4.2. Cơ cấu thành phần loài tảo ở TP.HCM (Kết quả điều tra cơ bản) ...... ... 43 Bảng 4.3. Cơ cấu thành phần loài tảo ở kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè ................ .... 43 Bảng 4.4. Mật độ cá thể tảo trong 3 nguồn giống điển hình ................................ .... 45 Bảng 4.5. Kết quả phân tích các thông số thủy-lý-hóa của nước thải kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè trước và sau xử lý ........................ .... 46 Bảng 4.6. Bảng đánh giá chất lượng nước (theo X.M.Drachev) .......................... .... 47 Bảng 4.7. Giá trị giới hạn cho phép các thông số ô nhiễm đối với nước thải sinh hoạt ...................................................................................... .... 50 Bảng 4.8. Giá trị giới hạn cho phép các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước mặt .............................................................. .... 51 Bảng 4.9. Giá trị giới hạn cho phép các thông số và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp ....................................... .... 53 Bảng 4.10. Giới hạn các trạng thái dinh dưỡng ..................................................... .... 55 Bảng 4.11. Giá trị DO (ppm) trong quá trình xử lý theo các nguồn giống .......... .... 56 Bảng 4.12. Giá trị DO (ppm) trong quá trình xử lý theo các nồng độ nước thải .. .... 57 Bảng 4.13. Giá trị DO (%) trong quá trình xử lý ở 2 mùa .................................... .... 58 Bảng 4.14. Giá trị DO (ppm) trong quá trình xử lý nước thải tại 3 địa điểm trên kênh ..................................................................................... .... 59 Bảng 4.15. Giá trị pH trong quá trình xử lý ở 2 mùa ............................................ .... 60 Bảng 4.16. Giá trị pH trong quá trình xử lý theo các nồng độ nước thải ............. .... 61 Bảng 4.17. Giá trị Ec trong quá trình xử lý ở 2 mùa.............................................. .... 62 Bảng 4.18. Giá trị Ec trong quá trình xử lý theo các nồng độ nước thải .............. ... 63 Bảng 4.19. Kết quả phân tích chỉ số E.coli trên kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè ......... 64 Bảng 4.20. Kết quả phân tích chỉ số E.coli của một số kênh tiêu thoát ở TP.HCM vào mùa khô-năm 2006 ............................................... ... 65 Bảng 4.21. Cơ cấu, thành phần loài tảo sau xử lý ................................................. ... 65 Bảng 4.22. Danh lục các loài tảo chỉ thị độ bẩn có trong nước thải kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè sau xử lý ................................................ .... 66 Bảng 4.23. Giá trị của chỉ số Primary Productivity của hệ xử lý nước thải kênh Nhiêu Lộc – Thị nghè.................................................................. ... 70 Bảng 4.24. Xác suất tìm thấy mỗi ngành tảo trong hệ xử lý nước thải kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè theo các nồng độ nước thải ......... .... 72 Bảng 4.25. Mối tương quan giữa cấu trúc tảo và độ phì ....................................... ... 74 Bảng 4.26. Sự biến thiên độ phì của hệ xử lý nước thải kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè theo nồng độ .......................................... ... 75 Bảng 4.27. Sự biến thiên độ phì của hệ xử lý nước thải kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè ở 2 mùa ............................................................ .... 76 Bảng 4.28. So sánh độ đa dạng về loài (d) ở 2 mùa ............................................. .... 77 Bảng 4.29. Sự biến thiên giá trị (d) của hệ xử lý nước thải kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè theo nồng độ ......................................... .... 77 Bảng 4.30. Danh lục các loài tảo tham gia xử lý nước thải kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè ................................................................ .... 78 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình Trang Hình 1.1. Bản đồ kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè và các vị trí lấy mẫu trên kênh . .. 3 Hình 1.2. Sơ đồ tóm tắt các phương pháp sinh học xử lý nước thải ..................... .... 16 Hình 3.1. Ao cá quận 8 – TP.HCM ........................................................................ .... 36 Hình 3.2. Thu mẫu tảo tại ao cá quận 8 ................................................................ .... 36 Hình 3.3. Thu mẫu tảo tại ao cầu Bình Tân .......................................................... .... 37 Hình 4.1. Sơ đồ thủy hóa R.Maucha ...................................................................... .... 42 Hình 4.2. Nuôi thử nghiệm ở các nồng độ ............................................................ .... 44 Hình 4.3. Nuôi thử nghiệm với các nguồn giống .................................................. .... 44 Hình 4.4. Nước thải kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè sau 4 ngày xử lý ..................... .... 45 Hình 4.5. Đồ thị sự biến thiên giá trị DO (ppm) trong hệ xử lý nước thải kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè theo các nguồn giống ..................... .... 56 Hình 4.6. Đồ thị sự biến thiên giá trị DO (ppm) trong hệ xử lý nước thải kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè theo các nồng độ nước thải ........... .... 57 Hình 4.7. Đồ thị sự biến thiên giá trị DO (%) trong hệ xử lý nước thải kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè ở 2 mùa ........................................... .... 58 Hình 4.8. Đồ thị sự biến thiên giá trị DO (ppm) trong hệ xử lý nước thải kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè tại các địa điểm khác nhau ............ .... 59 Hình 4.9. Đồ thị sự biến thiên giá trị pH trong hệ xử lý nước thải kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè ở 2 mùa .................................................... .... 60 Hình 4.10. Đồ thị sự biến thiên giá trị pH trong hệ xử lý nước thải kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè theo các nồng độ nước thải ..................... .... 61 Hình 4.11. Đồ thị sự biến thiên giá trị Ec trong hệ xử lý nước thải kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè ở 2 mùa .................................................... .... 62 Hình 4.12. Đồ thị sự biến thiên giá trị Ec trong hệ xử lý nước thải kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè theo nồng độ nước thải ........................... .... 63 Hình 4.13. Hình ảnh một số loài tảo chỉ thị Mesosaprobe có trong nước thải kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè sau xử lý .................................. .... 67 Hình 4.14. Hình ảnh một số động vật không xương sống có trong nước thải kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè sau xử lý ......................................... .... 69 Hình 4.15. Phương pháp bình sáng tối ................................................................... .... 70 Hình 4.16. Một số hình ảnh minh họa sự xuất hiện các tổ hợp tảo khác nhau ở mỗi nồng độ ................................................................................ .... 73 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè là cống khổng lồ tiếp nhận nước thải của toàn TP.HCM. Hơn nữa kênh còn đóng vai trò quan trọng hình thành nên bộ mặt cảnh quan của thành phố. Đã có rất nhiều dự án để cải tạo kênh với số vốn đầu tư rất lớn. Hiện tại, dự án “Vệ sinh môi trường thành phố” do liên doanh nhà thầu Tianjin – Công ty CHEC 3 đang thi công có tổng mức đầu tư là 199,96 triệu USD. Hiện nay, hầu hết hệ thống kênh rạch tại TP.HCM đều bị ô nhiễm trầm trọng, góp phần cùng thành phố giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường nước nói chung, kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè nói riêng, việc nghiên cứu những biện pháp tối ưu nhằm giảm thiểu vốn đầu tư là rất cần thiết. 2. Ý nghĩa thực tiễn và khoa học của đề tài Ý nghĩa thực tiễn Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải của kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè của các ngành tảo nhằm tiết kiệm cho ngân sách nhà nước trong lĩnh vực bảo vệ môi trường. Aùp dụng kết quả nghiên cứu vào các công trình xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học cho các khu vực khác của TP.HCM và các tỉnh, thành phố khác. Ý nghĩa khoa học Kết quả nghiên cứu là tài liệu khoa học về lĩnh vực xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học ở một nước có khí hậu nhiệt đới để mọi người tham khảo. 3. Mục đích nghiên cứu Đánh giá mức độ ô nhiễm của kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè hiện nay. 2 Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè của các ngành tảo. Nghiên cứu diễn thế các quần xã tảo trong hệ xử lý nước thải ở các nồng độ khác nhau. Nghiên cứu khả năng tái sử dụng nguồn nước thải. Đánh giá khả năng áp dụng biện pháp xử lý bằng tảo đối với các khu vực khác của TP.HCM. . Đối tượng nghiên cứu Chủ yếu 4 ngành tảo: Euglenophyta, Chlorophyta, Cyanophyta, Bacillariophyta. Kênh Nhiêu Lộc –Thị Nghè. Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu sự biến đổi các chỉ số hoá học chính trong quá trình xử lý nước thải kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè. Nghiên cứu sự biến đổi các chỉ số sinh học quan trọng trong quá trình xử lý nước thải kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè. Đánh giá nước thải trước và sau khi xử lý. Nghiên cứu cấu trúc thành phần các loài tảo ở các nồng độ khác nhau trong quá trình xử lý. Thiết lập danh lục tảo tham gia xử lý nước thải theo các nồng độ, các địa điểm, các mùa. Vị trí nghiên cứu: Thu mẫu tại 3 địa điểm trên kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè: cầu Thị Nghè(1), cầu Công Lý(2), cầu Trần Quang Diệu(3) (Hình 1.1) 3 Tỷ lệ: 1:25. 000.000 Nguồn:[7] Chỉ dẫn: (vị trí lấy mẫu trên kênh) Hình 1.1: Bản đồ kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè và các vị trí lấy mẫu trên kênh 1 2 3 4 Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Những vấn đề chung về nước thải Nước thải đô thị là tổ hợp hệ thống phức tạp các thành phần vật chất, trong đó chất nhiễm bẩn thuộc nguồn gốc hữu cơ và vô cơ thường tồn tại dưới dạng không hoà tan, dạng keo và dạng hoà tan. Thành phần và tính chất nhiễm bẩn phụ thuộc vào mức độ hoàn thiện thiết bị , tình trạng làm việc của mạng lưới, tập quán sinh hoạt và mức sống xã hội của người dân Do tính chất hoạt động của đô thị mà chất nhiễm bẩn nước