Xử lý nước ô nhiễm và bảo vệ nguồn nước sạch

cầu hàng ngày của người dân ngày càng cao (ở châu Âu, Bắc Mỹ, Nhật Bản,

lượng nước cho mỗi người dân trên 200 lít/người/ngày, ở tp Hồ Chí Minh, Hà

Nội -1995 - đạt độ 80 -100lít/người/ngày, cao hơn 20% so với những năm

1980), Đồng thời việc tăng nhanh dân số thế giới (độ 1,7 -1,8% hàng năm)

lượng nước ngọt sử dụng cho sinh hoạt tăng nhanh chóng. Trong nông nghiệp,

công nghiệp nhu cầu nước cũng tăng nhanh theo việc sản xuất. Điều cần nhấn

mạnh là toàn bộ nước cấp cho sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp, dịch vụ sau

khi sử dụng đều trở thành nước thải. Nước thải đã bị ô nhiễm với các mức độ

khác nhau và lại được đưa vào môi trường. Nguồn gây ô nhiễm môi trường

nước quan trọng nhất là nước thải. Nước thải sinh hoạt và nước thải công

nghiệp đều chứa tác nhân độc hại, gây suy thoái chất lương nước sông, hồ và

nước ngầm. Vì vậy việc xử lý nước thải là tối cần thiết trong công tác bảo vệ tài

nguyên nước.

1. Xử lý nước thải

1.1 Phương pháp xử lý theo nguyên tắc sinh học

Có ba nhóm phương pháp xử lý nước thải theo nguyên tắc sinh học. Tùy điều

kiện cụ thể(tính chất, khối lượng nước thải, khí hậu, địa hình, mặt bằng, kinh phí

…) người ta dùng một trong những phương pháp sau đây hoặc kết hợp với

nhau để xử lý nước thải

•



Các phương pháp hiếu khí (aerobic)



Phương pháp dùng các loại vi khuẩn hiếu khí sử dụng oxy hòa tan trong nước

để phân hủy chất hữu cơ thành chất vô cơ.

Chất hữu cơ + O2 (vi sinh) = H2O + CO2 + Năng lượng

Chất hữu cơ + O2 (vi sinh) = Tế bào mới

Tế bào + O2 (năng lượng) = H2O + CO2 + NH3

Tổng cộng : Chất hữu cơ + O2 = H2O + CO2 + NH3

•



Phương pháp hiếu khí, amoniac cũng được loại bỏ bằng phản ứng Oxy

hóa nhờ vi sinh vật tự dưỡng (quá trình Nitrit hóa)



2NH4+ 3O2 (Nitrobacter) = 2NO2 + 4H+ +2H2O + năng lượng

2NO2 + O2 (Nitrosomonas) = 2NO3 Tổng cộng : NH4+ + 2O2 (Nitrobacter) = NO3- + 2H+ + H2O + năng lượng



•



Các phương pháp thiếu khí (anoxic) hay khử nitric hóa



Phương pháp này được sử dụng để loại nitơ ra khỏi nước thải theo nguyên tắc

khử Nitric hóa do điều kiện môi trường nước thiếu Oxy hòa tan, Oxy được giải

phóng từ Nitrat sẽ Oxy hóa chất hữu cơ. Nitơ và khí Carbonic sẽ được tạo

thành.

NO3- (vi khuẩn) = NO2 + O2

O2 (chất hữu cơ) = N2 + CO2 + H2O.



•



Các phương pháp kỵ khí (anaerobic)



Phương pháp xử lý kỵ khí dùng loại bỏ các chất hữu cơ trong phần cặn của

nước thải bằng vi sinh vật tùy nghi và vi sinh kỵ khí. Như các phương pháp lên

men kỵ khí : Lên men acide, lên men mêtan.

1.2. Xử lý nước thải theo phương pháp vật lý, hóa học

Các phương pháp xử lý sinh học được sử dụng với hiệu quả cao để xử lý chất

hữu cơ kém bền vững, nhưng ít hiệu quả đối với nước thải công nghiệp chứa

các chất vô cơ độc hại (kim loại nặng, acíe, baz) hoặc các chất hữu cơ bền

vững (các Clobenzen, PCB, Phenol…)và cũng ít hiệu quả với một số loại vi

khuẩn. Trong trường hợp đó, cần kết hợp phương pháp xử lý sinh học với các

phương pháp lý, hóa học. Năm phương pháp lý, hóa thường dùng trong xử lý

nước thải là :

•

•

•

•

•



Phương pháp lắng và đông tụ để loại bỏ các chất rắn lơ lững.

Phương pháp hấp thu: Hấp thu chất ô nhiễm tan trong nước lên bề mặt

một số chất rắn như than hoạt tính, than bùn…

Phương pháp trung hòa các acide hoặc baz.

Phương pháp chiết tách.

Phương pháp Clo hóa để diệt vi trùng và phân hủy chất độc.



2. Bảo vệ nước sạch trong tự nhiên

Bảo vệ nguồn nước sạch tự nhiên là vấn đề đã được đặt ra từ lâu. Trước hết là

ở các nước sớm bị nạn ô nhiễm thủy vực. Để bảo vệ tốt các nguồn nước sạch

tự nhiên, đảm bảo cung cấp đủ nước dùng cho nhu cầu đời sống và sản xuất

ngày càng tăng, ngoài các biện pháp về luật pháp và tổ chức, nhiều vấn đề còn

phải đặt ra cho các ngành khoa học liên quan, trong đó có thủy sinh vật học.

Vấn đề chủ yếu là xác định chính xác đặc tính của từng loại nước thải và có

biện pháp xử lý nước thải tốt, hạn chế và ngăn chặn tình trạng ô nhiễm các

nguồn nước sạch tự nhiên.

Vấn đề hiện nay là xác định hàm lượng cho phép của từng loại chất độc trong

nước dùng, phân loại nước thải có chất độc, xác định sinh vật chỉ thị chất độc,

vai trò của sinh vật trong quá trình tự lọc sạch chất độc trong nước.



Chương 4: Năng Suất Sinh Học Của Thủy Vực Và Đời

Sống Cá Thể Thủy Sinh Vật

Năng suất sinh học

Thủy vực với thủy sinh vật sống trong nước có thể coi như một hệ thống sinh

thái luôn luôn vận động trong mối quan hệ trao đổi chất và năng lượng với môi

trường bên ngoài.



Chu trình vật chất trong thuỷ vực

1 Định nghĩa:

Chu trình vật chất trong thủy vực là quá trình tạo thành, phân hủy rồi lại tạo

thành vật chất, từ dạng vô cơ sang dạng hữu cơ tạo nên một chu trình vật chất

diễn ra không ngừng trong thủy vực. Chu trình nầy thể hiện sự tác động qua lại

giữa thuỷ sinh vật và thuỷ vực, giữa thuỷ vực và môi trường ngoài thuỷ vực.

Trong chu trình luôn luôn có một bộ phận của sinh cảnh (muối hoà tan, chất hữu

cơ hoà tan, thức ăn v.v…) chuyển hoá thành thuỷ sinh vật (các sản phẩm sơ

cấp và thứ cấp) đồng thời lại có một bộ phận của thuỷ sinh vật chuyển hoá

thành sinh cảnh qua quá trình phân huỷ xác thuỷ sinh vật và quá trình trao đổi

chất (khí Oxy, CO2, chất tiết v.v..) của thuỷ sinh vật. Nghiên cứu chu trình vật

chất trong thuỷ vực là cơ sở để nghiên cứu các vấn đề về năng suất sinh học

của thuỷ vực.

Ở bước khởi đầu, chu trình vật chất trong thuỷ vực tiến hành được là nhờ có

nguồn năng lượng từ bên ngoài, chủ yếu nhờ hoạt động quang hợp, một phần

nhỏ hơn nhờ hoạt động hoá tổng hợp. Nhờ nguồn năng lượng nầy từ cơ sở vật

chất vô cơ có nguồn gốc từ bên trong và bên ngoài thuỷ vực (Oxy, CO2, muối

dinh dưỡng, nước) hình thành nên những thuỷ sinh vật ở bậc dinh dưỡng thấp

nhất làm cơ sở cho sự hình thành các thuỷ sinh vật ở các bậc ngày càng cao.

Đồng thời, từ các sản phẩm được hình thành nầy (động vật, thực vật) lại có một

quá trình chuyển hoá ngược lại. Quá trình phân huỷ xác các thuỷ sinh vật nầy

nhờ hoạt động của các sinh vật phân huỷ (vi khuẩn trong thuỷ vực) và quá trình

phân huỷ chất hữu cơ trong cơ thể thuỷ sinh vật, trong hoạt động sống của

chúng. Từ đó, tạo nên một dòng vật chất ngược lại từ các chất hữu cơ phân tử

cao theo con đường vô cơ hoá trở lại các dạng vật chất vô cơ ban đầu. Trong

quá trình phân huỷ có một phần vật chất bị tách khỏi chu trình chuyển hoá trong

một thời gian hay vĩnh viễn không tham gia trở lại vào chu trình vật chất trong

thuỷ vực nữa. Phần vật chất nầy sẽ được tích tụ ở các nơi dự trữ trong hay

ngoài thuỷ vực. Thí dụ: khí Oxy, Carbonic có thể thoát ra ngoài nước của thuỷ

vực vào khí quyển. Các chất hữu cơ đang bị phân huỷ có thể lắng xuống và bị

vùi lấp dưới nền đáy …

2. Đặc tính của chu trình vật chất



(Hình)

Chu trình chuyển hoá vật chất trong thuỷ vực thể hiện ở số lượng vật chất (ở

mức độ nguyên tử và phân tử tham gia vào các dòng chuyển hoá vật chất, ở tốc

độ chuyển hoá vật chất trong chu trình tạo thành và phân huỷ) và ở kiểu chu

trình.

Tuỳ theo đặc tính địa hình và thuỷ học, chu trình vật chất trong thuỷ vực có các

kiểu sau:

•



•



Kiểu vòng là chu trình mà trong đó mỗi vòng của chu trình được tiến hành

trên cơ sở lượng vật chất được tạo thành ở ngay nơi đó trong vòng trước

của chu trình (chu trình vật chất trong ao, hồ…).

Kiểu xoắn ốc là chu trình mà trong đó lượng vật chất được tạo thành

trong vòng đầu của chu trình do chuyển động của khối nước mà được

chuyển tới nơi khác trong thuỷ vực, cộng với lượng vật chất từ bên ngoài

vào mà tiến hành một vòng chuyển hoá vật chất mới (chu trình vật chất

trong sông, trong hải dương nơi có dòng chảy ngang…).



Đặc tính cơ bản của chu trình chuyển hoá vật chất và năng lượng trong thuỷ

vực là càng tạo thành nhiều bậc dinh dưỡng cao trong chu trình thì lượng vật

chất và năng lượng càng giảm đi. Nói cách khác là lên tới bậc cao nhất trong

chu trình thì lượng vật chất đã bị hụt đi nhiều so với lượng vật chất được tạo

thành ban đầu. Sự hao hụt vật chất và năng lượng nầy do hoạt động sống của

thuỷ sinh vật trong quá trình phân huỷ và tích tụ.

Quần xã sinh vật trong thuỷ vực càng đa dạng (số loài càng nhiều) chuổi thức

ăn càng dài, lượng thông tin càng lớn, thì vật chất và năng lượng càng bị hao

hụt nhiều trong quá trình vận động của hệ sinh thái. Theo tính toán, cứ mỗi lần

chuyển từ một bậc dinh dưỡng tới bậc dinh dưỡng tiếp sau, năng lượng lại

giảm đi 10 -15 lần.

Nhìn tổng quát có thể thấy trong chu trình vật chất của thuỷ vực có ba quá trình

vận động cơ bản : tạo thành, phân huỷ và tích tụ. Ba quá trình nầy có quan hệ

qua lại chặt chẽ với nhau và chính đặc tính của mối quan hệ giữa ba quá trình

nầy quyết định khả năng của thuỷ vực sản sinh ra chất sống bao hàm trong các

thuỷ sinh vật . Nó quyết định chiều hướng phát triển của thuỷ vực giàu lên hay

nghèo đi về mặt sản phẩm sinh vật, là các đối tượng có quan hệ trực tiếp tới đời

sống con người.

3. Năng suất sinh học (Bio-productivity)

Năng suất sinh học của thủy vực là khả năng sản sinh ra chất sống dưới dạng

các thủy sinh vật làm tăng khối lượng sinh vật trong thủy vực. Khả năng nầy

được thể hiện trước hết ở quá trình tạo thành nhưng có liên quan phụ thuộc với

với tất cả các khâu khác trong toàn bộ chu trình chuyển hóa vật chất trong thủy

vực.

Năng suất sinh học của thủy vực cao hay thấp một mặt tùy thuộc ở khả năng

sinh trưởng và sinh sản của quần thể thủy sinh vật tự dưỡng hay dị dưỡng. Mặt