Công ty Hồ Bơi Vina cung cấp và lắp đặt thiết bị hồ bơi, thiết bị xử lý nước, công nghệ làm nóng nước heat & heater pump, thiết bị spa xông hơi
Nhìn chung những quá trình sinh hóa diễn ra khi xử lý nước thiên nhiên không phức tạp như khi xử lý nước thải, vì các chất hữu cơ trong nước thiên nhiên, nước cấp ít hơn cả về lượng cũng như loại các chất. Chúng ta hãy xét các loại nguồn nước, sự nhiễm bẩn và quá trình tự làm sạch của nước nguồn, đặt biệt là nguồn nước mặt để tạo cơ sở cho quá trình làm sạch nước trong công nghệ xử lý nước.
Tất cả các loại nước trong thiên nhiên đều qua dạng nước mưa. Nước bay hơi từ đại dương, ngưng tụ lại thành những đám mây rồi lại rơi xuống lục địa thành mưa, tuyết. Sau đó nước tập trung vào sông hồ rồ lại chảy ra biển, đại dương. Chu trình thủy văn gồm 3 nguồn nước: Nước mưa, nước mặt, nước ngầm.
Hình 7.2 Sơ đồ chu trình thuỷ văn
– Nước mưa: Về mặt vệ sinh, vi trùng học và hóa học, thì nước mưa sạch nhất, chỉ có nhược điểm là nồng độ muối trong đó quá ít.
Nước ngầm: Về mặt vệ sinh thì nước ngầm kém nước mưa, nhưng sạch hơn nước mặt. Nhiều khi không phải xử lý mà vẫn sử dụng được. Thực chất nước ngầm là do nước mặt thấm xuống đất. Thành phần hóa lý của nước ngầm tùy thuộc cấu tạo địa chất và thành phần nước mặt.
Đối với nước ngầm, sự nhiễm bẩn về vi khuẩn rất đa dạng. Thông thường nước ngầm mạch nông bị nhiễm bẩn nhiều hơn so với nước ngầm mạch sâu. Càng thấm sâu xuống lòng đất, vi khuẩn càng ít đi bởi vì những lớp đất trên cũng có khả năng giữ lại hầu hết vi khuẩn. Nhiều số liệu cho thấy ở dưới các hố phân, vi khuẩn không thể thâm nhập xuống chiều sâu 30-40cm cách mặt đất. Tuy nhiên có khi ở độ sâu 1.5m và hơn nữa cũng phát hiện thấy vi khuẩn và làm nước ngầm bị nhiễm khuẩn.
Các chất hóa học thấm xuống lòng đất sâu hơn. Nhưng trong quá trình thẩm thấu cùng với nước xuống đất, các chất đó có thể bị thay đổi thành phần. Chẳng hạn cách mặt đất 0.5m nhiều chất hữu cơ đã bị phân hủy hoặc oxy hóa. Người ta đã nghiên cứu, phân tích và cho thấy ở độ sâu 30.5cm NOS không vượt quá 5ml/l, thậm chí khi NOS ban đầu trên mặt đất là 100mg/l, ở độ sâu đó không còn thấy phosphat nữa.
Vi khuẩn và hóa chất không chỉ thẩm thấu theo chiều sâu mà còn khuyếch tán theo chiều ngang. Thí nghiệm cho thấy cùng với nước ngầm, các hóa chất khuyếch tán xa hơn vi khuẩn (xem bảng sau).
| Tác giả | ||
| Khoảng cách giới hạn khuyếch tán (m) | ||
| Vi khuẩn | Hóa chất | |
| Stibes, Croburst (Buthor 1954)Stibes, Croburst (Buthor 1954)Caldwell (Buthor 1954)Muscat (1941)Kipichnicoy (1946) | 207015Hàng chục6 | 341359015040 |
Khoảng cách khuyếch tán tùy thuộc lượng bẩn ban đầu, tính chất đất, kích thước hạt. Tuy nhiên, có thể coi rằng vi sinh không thể thấm vào giếng nước cách xa nguồn bẩn 20m đối với đất á sét, 200m đối với đất cát (Jucốp & Ampolski 1951).
– Nước mặt: Khi nước mưa rơi xuống đất, chảy vào các sông hồ gọi là nước mặt. Nước mặt bẩn nhất cả về vi sinh vật, chất hữu cơ, vô cơ. Nước mặt rất giàu các chất dinh dưỡng – môi trường tốt cho nhiều vi sinh vật phát triển, kể cả nấm và động vật hạ đẳng.
Sự nhiễm bẩn nguồn nước có thể do tự nhiên hoặc nhân tạo. Các chất bẩn có thể ở dạng chất lơ lửng, keo, tan, chất độc, vi sinh vật, sinh vật… Sự nhiễm bẩn tự nhiên là do mưa rơi xuống mặt đất, kéo theo các chất bẩn xuống sông hồ hoặc do các sản phẩm sống, hoạt động phát triển của sinh vật, vi sinh vật – kể cả xác chết của chúng. Sự nhiễm bẩn nhân tạo chủ yếu do nước thải vùng dân cư đô thị, công nghiệp cũng như tàu thuyền xả ra.
– Nhiễm bẩn tự nhiên:
Nước mưa hay tuyết là nguồn bổ cập cho nguồn nước mặt, nước ngầm. Thành phần nước mưa biến đổi theo thời gian, không gian và tùy thuộc lượng các tạp chất bẩn trong không khí, trên mặt đất. Nếu ở trong những khu vực nghiên cứu hạt nhân thì nước mưa chứa cả những chất phóng xạ. Ngay cả lượng mưa cũng ảnh hưởng tới thành phần nước sông hồ. nếu tính rằng với thời gian 20’, thì lượng nước mưa ở Hà Nội hay các thành phố ở Việt Nam sẽ là bao nhiêu và tập trung vào sông hồ chứa bao nhiêu chất bẩn từ các mặt phủ, mặt đất ở các vùng?
Nước mưa cũng rất bẩn và ảnh hưởng nhiều tới chế độ dòng chảy của sông hồ và chất lượng nước trong đó.
– Nhiễm bẩn nhân tạo:
– Nước thải đô thị: Đó là nước thải sinh hoạt và công nghiệp trong phạm vi đô thị.
Trong nước thải đô thị chứa rất nhiều vi sinh vật, giun sán, cả vi sinh vật gây bệnh, nhất là vi sinh vật gây bệnh đường ruột. Chúng chiếm một khối lượng đáng kể trong các chất hữu cơ trong nước thải.
Về thành phần cơ lý, chất bẩn trong nước thải bao gồm các chất lơ lửng không tan (huyền phù), keo và tan. Theo Heukelekian và Balmat, trong nước thải sinh hoạt các chất dạng huyền phù chứa 80% là hữu cơ, keo, các chất tan chủ yếu là các chất khoáng. Các chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt chủ yếu là các chất béo, đạm (chứa nitơ), đường (chứa carbon) như xenlulo, hemixenlulo, pectin, tinh bột… Ngoài ra trong nước thải còn chứa cation Na+, K+…
– Nước thải sản xuất – công nghiệp: Nhiều lĩnh vực công nghiệp tiêu thụ và thải ra một lượng nước khổng lồ như công nghiệp luyện kim đen, hóa học, chế biến lọc hóa dầu, dệt nhuộm, thực phẩm… Thành phần tính chất nước thải công nghiệp rất đa dạng. Ngoài các chất bẩn thông thường, trong nước thải công nghiệp còn chứa các chất độc hại. Khi lẫn với nước nguồn, chúng sẽ tiêu diệt các loài thủy sinh vật. Khi nền công nghiệp càng phát triển, các chất bẩn mới xuất hiện càng nhiều, mức độ độc của chúng đối với sinh vật lại chưa rõ. Vì vậy phải xác định độ độc của chúng cũng như nồng độ giới hạn cho phép đối với các loài sinh vật, phải xác định mức độ cần thiết làm sạch, các phương pháp xử lý nước thải.
Trong các xí nghiệp công nghiệp còn có cả các loại nước thải quy ước sạch. Đó là các loại nước làm nguội thiết bị, sản phẩm, nhất là ở các nhà máy nhiệt điện. Tuy nước này không bẩn, nhưng có thể ngẫu nhiên do sự cố thiết bị nên cũng có thể làm nhiễm bẩn nguồn nước. Các loại nước này có thể làm nhiệt độ nước nguồn tăng lên, làm ngèo oxy trong đó hoặc làm sinh vật bị tiêu diệt.
– Nước tưới tiêu, thủy lợi: Trong nông nghiệp sử dụng nhiều nước để tưới ruộng. Hệ thống nước tiêu của thủy lợi là sản phẩm quan trọng trong cách mạng xanh. Nước tưới ruộng, phần lớn thấm xuống đất và bay hơi, một phần quay lại hồ. Phần nước này mang theo chất lơ lửng xói mòn từ đất, nhiều loại chất độc, thuốc trừ sâu… Vì khối lượng nước này quá nhiều, không thể thực hiện xử lý làm sạch được. Kết quả một mặt gây ô nhiễm nguồn nước, mặt khác làm giảm độ phì của đất. Một điều nguy hiểm đối với các vùng khô, bay hơi mạnh: những kênh mương tươi rất nông cạn, nên lượng nước mất đi do bay hơi rất lớn. Kết quả làm tăng hàm lượng muối trong nước tưới và đất trồng, làm thay đổi thành phần nước ngầm.
– Sự nhiễm bẩn do vận tải đường thủy: Vận tải thủy là dạng vận tải kinh tế nhất. Tuy chậm nhưng ngày nay hình thức này rất phổ biến. Có thể nói ở các nước, từ 50-90% hàng hóa được vận tải bằng đường thủy. Trong công nghiệp lọc hóa dầu, bất kỳ loại dầu nào cũng đều chứa nước. Khi vận chuyển, nước tích lại dươúi đáy tàu. Sau khi bơm dầu đi, để tránh ô nhiễm sông biển, người ta cấm xả nước này gần bờ biển nếu hàm lượng dầu vượt quá 50mg/l. Cho dù xả bằng cách nào cũng làm biển bị ô nhiễm và tiêu diệt sinh vật biển – nhất là thực vật – nguồn cung cấp oxy cho khí quyển ở đất liền.
Ngoài các sản phẩm dầu, các tàu thuyền còn làm nhiễm bẩn sông biển do xả nước thải sinh hoạt. Vì vậy phải có thiết bị riêng trên tàu thuyền để xử lý hoặc chứa rồi xả ra những vùng quy định.
Sông hồ là những công trình thiên nhiên hoặc nhân tạo, là những nguồn cung cấp nước mặt, đồng thời là nơi tiếp nhận nước mưa, nước thải sinh hoạt, công nghiệp… Tất cả các dòng nước chảy về sông hồ đều mang theo các chất bẩn hữu cơ, vô cơ. Ở những điều kiện bình thường thích hợp thì những chất đó kích thích sự phát triển của sinh vật. Ở những vùng sông, suối vùng núi cao thì sự sống của sinh vật đơn điệu, nghèo nàn hơn, vì ít chất dinh dưỡng hơn. Nhưng những con sông chảy qua những vùng đồng bằng phì nhiêu màu mỡ, dân cư đông đúc, trù phú thì hoạt động sống của sinh vật rất phong phú vì đầy đủ chất hữu cơ, chất dinh dưỡng. Nếu các chất bẩn (theo lượng từng chất và số loại chất) vừa đủ phù hợp với khả năng đồng hóa của sinh vật thì các quá trình sinh hóa sẽ diễn ra trong điều kiện hiếu khí và có lợi cho con người. Nếu các chất bẩn quá nhiều, vượt quá khả năng đồng hóa của sinh vật thì các dạng sinh vật thượng đẳng sẽ phải bỏ đi, chỉ còn lại vi khuẩn phát triển, tạo điều kiện yếm khí, gây tổn thất cho con người. Khi đó, nguồn nước sông hồ bị nhiễm bẩn. Ngày nay, do sự phát triển đô thị, công nghiệp và nền kinh tế xã hội nói chung, các dòng sông sẽ bị nhiễm bẩn quá mức, và là mối lo ngại lớn cho con người.
Quá trình tự làm sạch của nguồn nước có thể chia làm 2 giai đoạn:
– Quá trình xáo trộn, pha loãng giữa các dòng chất bẩn với khối lượng nước nguồn. Đó là quá trình vật lý thuần túy.
– Quá trình tự làm sạch với nghĩa riêng của nó. Đó là quá trình khoáng hóa các chất bẩn hữu cơ – hay rộng hơn, đó là quá trình chuyển hóa, phân hủy các chất bẩn hữu cơ nhờ các thủy sinh vật, vi sinh vật. Ở mức độ nhất định, dù ít dù nhiều, tất cả những cơ thể sống đó đều tham gia vào quá trình, đồng thời chúng sinh trưởng, sinh sản (kể cả chết) và phát triển. Sinh khối của chúng tăng lên.
Trong các dòng sông chảy, các dòng chất bẩn sẽ pha loãng với nước sông trên một khoảng nhất định. Trong suốt khoảng chiều dài đó, có thể phân biệt các vùng sau đây:
Hình 7.3 Ảnh hưởng của chất bẩn đối với sự sống – hoạt động
của sinh vật trong nước sông.
Cường độ quá trình tự làm sạch tùy thuộc nhiều yếu tố: dung lượng nước sông, tốc độ dòng chảy, điều kiện làm thoáng hòa tan oxy theo bề mặt, chiều sâu dòng chảy, nhiệt độ, thành phần hóa lý của nước, tính chất các chất bẩn…
Trước hết, xét một số khái niệm cơ bản:
a- Tổng sản phẩm sơ cấp trong nước nguồn:
Theo phương thức dinh dưỡng, tất cả các cơ thể sống trên trái đất được chia thành 2 loại: sinh vật sản xuất và sinh vật tiêu thụ. Sinh vật sản xuất là các loại tự dưỡng, tạo chất hữu cơ bằng cách cố định CO2. Sinh vật tiêu thụ là các sinh vật dị dưỡng, chỉ sử dụng chất hữu cơ có sẵn. Sinh vật sản xuất bao gồm tất cả các thực vật, vi khuẩn tự dưỡng (trừ nấm). Sinh vật tiêu thụ gồm tất cả những loài sinh vật còn lại.
Chất hữu cơ tạo ra trong quá trình quang hóa hợp được gọi là sản phẩm sơ cấp. Khối lượng chủ yếu của sản phẩm sơ cấp được tổng hợp nhờ thực vật. vai trò của vi khuẩn trong quá trình này không lớn lắm.
Việc tổng hợp sản phẩm sơ cấp là cơ sở sự sống trên trái đất. Việc tái tạo các chất hữu cơ liên quan mật thiết với quang hóa, tức là tùy thuộc điều kiện chiếu sáng. Tuy nhiên, lượng sản phẩm sơ cấp không chỉ phụ thuộc cường độ quang hóa mà còn tùy thuộc lượng thực vật. Dù quang hợp có mạnh nhưng lượng thực vật trong sông hồ ít thì lượng sản phẩm sơ cấp cũng ít. Ngược lại dù quang hợp có hơi yếu nhưng trong sông hồ nhiều thực vật phù du và thực vật thượng đẳng thì lượng sản phẩm sơ cấp sẽ rất lớn. Độ sâu nguồn nước càng tăng thì độ chiếu sáng càng giảm và lượng sản phẩm sơ cấp sẽ tùy thuộc nhiều vào sự phân bố thực vật theo chiều dày lớp nước. Thực vật nằm ở lớp sâu, ít được chiếu sáng thì sản lượng sơ cấp sẽ giảm.
Giai đoạn quang hợp ngoài ánh sáng thường ngắn hơn giai đoạn quang hợp trong bóng tối, nên tảo có thể sống, tồn tại ở ngoài vùng chiếu sáng tốt. Khi nổi lên mặt nước, chúng nhận một lượng bức xạ mặt trời cần thiết, khi chìm xuống sâu chúng sẽ thực hiện quang hợp tối. Khi khí hậu ôn hòa, tảo phân bố trong sông, hồ không đều, lớp trên nhiều tảo hơn lớp dưới. Như vậy phần tảo bị đói ánh sáng bao giờ cũng ít hơn so với khi chúng phân bố đều theo chiều dày lớp nước.
Thành phần của nước, cụ thể là lượng nitơ, phospho cũng ảnh hưởng tới lượng sản phẩm sơ cấp. Nhu cầu các nguyên tố dinh dưỡng đối với các loài thực vật không giống nhau.
– Lượng sản phẩm sơ cấp được biểu thị bằng khối lượng (hoặc đơn vị năng lượng tương đương), được tổng hợp trong một đơn vị thời gian. Sản phẩm có thể tính theo đơn vị dung tích, diện tích hoặc toàn bộ nguồn nước.
Khi quang hợp, các quá trình tái tạo sinh khối mới của thực vật phù du, việc tạo oxy và năng lượng liên quan với nhau.
Cần chú ý rằng không phải lúc nào sự tăng sinh khối của tảo cũng đồng nhất với lượng sản phẩm sơ cấp.
b- Chuyển hóa và phân hủy chất hữu cơ:
– Sinh khối của các sinh vật tự dưỡng: Tảo, thực vật nước bậc cao, vi khuẩn là nguồn thức ăn cho các loài dị dưỡng – vi khuẩn, nấm, động vật phù du, Necton. Trong số này có nhóm sinh vật đặc biệt gọi là sinh vật hoại sinh, khoáng hóa chất hữu cơ chết, chúng cung cấp các nguyên tố khoáng cho cho loại tự dưỡng.
– Vi khuẩn và nấm phân hủy các loài tảo chết nhờ hệ men ngoại bào. Một phần chất hữu cơ sẽ bị khoáng hóa, phần còn lại chuyển thành các chất đơn giản hơn mà chúng có thể sử dụng được. Trong tế bào các vi sinh vật đó, các chất đơn giản này được chuyển hóa và nằm trong thành phần của tế bào ở dạng protein và các chất dinh dưỡng dự trữ. Như vậy, những vi sinh vật hoại sinh tham gia vào việc phân hủy chất hữu cơ của loại tự dưỡng và tổng hợp chất hữu cơ cho tế bào của mình. Chúng là loại dị sinh bậc 1. Những loại dị sinh bậc 1 còn bao gồm cả loại động vật sử dụng thực vật, kể cả cá hoa. Những chất hữu cơ tạo nên loại động vật ăn thực vật (phytophage) – là loài dị sinh bậc 2. Cứ như vậy, tạo nên chất hữu cơ- sản phẩm bậc 3…
Để đặc trưng cho trình tự chuyển hóa các chất hữu cơ, người ta dùng khái niệm “mức dinh dưỡng”. Các loại sử dụng phytophage – bậc 3… Việc chuyển hóa chất hữu cơ (và cả năng lượng trong đó) từ mức dinh dưỡng này sang mức khác, số loài và sinh khối của chúng thường giảm dần và tạo ra nhiều tháp sinh khối. Những loài nhỏ nhưng tốc độ sinh sản nhanh với cùng một sinh khối thường tạo ra nhiều chất hữu cơ hơn các loài to lớn. Tuy nhiên cũng có khi, sinh khối của loài thuộc mức dinh dưỡng sau lớn hơn sinh khối của loài thuộc mức dinh dưỡng trước. Sinh khối là tổng khối lượng của tất cả các sinh vật thuộc một mức dinh dưỡng nào đó, còn sản phẩm là sinh khối tạo ra ở một mức dinh dưỡng nào đó trong một khoảng thời gian nhất định (trong đó kể cả khối lượng đã tiêu thụ, chết hoặc tách khỏi hệ thống).
Khác với sinh khối, năng lượng của một chất hữu cơ nào đó khi chuyển từ mức dinh dưỡng này sang mức dinh dưỡng khác thì luôn luôn giảm.
Trong bất kỳ “mức dinh dưỡng nào”, thức ăn do những vi sinh vật sử dụng đều không hấp thụ được hết và bao giờ cũng còn lại một ít. Ở lượng đã hấp thụ được, một phần tiêu hao cho việc tăng sinh khối, một phần bị oxy hóa để sinh năng lượng. Năng lượng này lại có thể sử dụng cho mức dinh dưỡng tiếp theo. Phần năng lượng tiêu thụ trong các quá trình sống, hoạt động của sinh vật, được tản vào không gian và bị loại khỏi quá trình chuyển hóa chất hữu cơ. Tuy nhiên khi tản năng lượng, cũng diễn ra quá trình khoáng hóa chất hữu cơ. Đồng thời với việc giải phóng năng lượng cũng giải phóng CO2 và các nguyên tố dinh dưỡng vào nước. CO2 và các nguyên tố dinh dưỡng lại tạo ra sản phẩm sơ cấp – tức là lại tích lũy năng lượng.
Tổng năng lượng, bao gồm tích lũy khi tăng sinh khối (S), tiêu hao trong các quá trình trao đổi chất (T) và còn lại phần thức ăn chưa hấp thụ được (C) bao giờ cũng bằng năng lượng chứa trong thức ăn ban đầu (A):
A = S + T + C (Đơn vị năng lượng hoặc lượng oxy)
Hiệu suất sử dụng thức ăn được đặc trưng bằng các hệ số không thứ nguyên:
Hệ số sử dụng thức ăn tiêu thụ cho sinh trưởng
Hệ số sử dụng phần thức ăn đã hấp thụ tiêu thụ cho sinh trưởng
K1 và K2 càng cao thì hiệu quả sử dụng thức ăn cho việc tăng sinh khối càng cao.
Số mức năng lượng của loại pelagian (sinh vật phù du) thường là 3-4, của sinh vật đáy là 2-3.
VD: Mức dinh dưỡng 1: Vi khuẩn
Mức dinh dưỡng 2: Trích trùng ăn vi khuẩn
Mức dinh dưỡng 3: Động vật phù du ăn trích trùng
Mức dinh dưỡng 4: Cá bé ăn động vật phù du
Mức dinh dưỡng 5: Cá lớn
Hình 7.4 Chu trình sinh hoá tự nhiên trong sông hồ
Có thể nói vi khuẩn là nhân tố chính của quá trình sinh hóa bình thường trong nguồn nước thiên nhiên. Chúng biến các chất hữu cơ hòa tan thành tế bào của mình và các chất vô cơ. Những chất vô cơ lại được tảo sử dụng để xây dựng tế bào. Những vi khuẩn và tảo lại là thức ăn cho các sinh vật hạ đẳng sử dụng. Động vật hạ đẳng, tảo, vi khuẩn lại là thức ăn cho cá bé rồi các loại cá lại là thức ăn cho con người. Chu trình cứ thế tiếp diễn. Cần chú ý rằng sinh khối của cá chiếm phần rất nhỏ trong sản phẩm sơ cấp. Nếu trong nước chỉ có loài cá ăn cỏ – tức là loài thuộc mức dinh dưỡng thứ 2 thì sinh khối cuối cùng sẽ nhiều hơn đáng kể.
Vai trò của các loài thủy sinh vật trong quá trình phân hủy chất bẩn hữu cơ trong nước nguồn có thể tóm tắt như sau:
– Thực vật phù du làm giàu oxy trong nước. Oxy thì cần cho quá trình phân hủy chất hữu cơ, làm giảm các nguyên tố dinh dưỡng trong nước. Thực vật phù du là nguồn thức ăn cho các loài sinh vật ăn thực vật. Tuy nhiên nếu thực vật phù du phát triển quá mạnh thì lại làm nguồn nước bị nhiễm bẩn lần thứ hai.
– Những loài thực vật lớn cũng làm giàu oxy trong nước và làm giảm lượng các chất dinh dưỡng, tham gia tích cực vào việc khử các sản phẩm dầu, các chất độc, dễ tách khỏi bùn nước. Ở những sông hồ ít nước, chúng dễ biến thành đầm lầy.
– Vi khuẩn đóng vai trò chính trong quá trình phân hủy các chất hữu cơ, chúng có khả năng phân hủy bất kỳ loại hợp chất hữu cơ nào trong thiên nhiên, là nguồn thức ăn cho các sinh vật ở mức tiếp theo.
– Động vật phù du ăn thực vật và vi khuẩn, đồng thời cũng tham gia quá trình phân hủy các chất hữu cơ. Có thể tách các chất lơ lửng và làm cho nước trong. Chúng làm giảm hàm lượng oxy trong nước do hô hấp cũng như do chúng ăn thực vật phù du. Chúng làm xáo trộn nước và hấp thụ các sinh vật gây bệnh, có thể khử trùng trong nước.
– Các loại động vật phù du lớn ăn thực vật phù du, tham gia quá trình phân hủy chất hữu cơ – ở mức độ nào đó cũng ảnh hưởng tới chế độ oxy trong nước. Cá là tột đỉnh của các mức dinh dưỡng. Những loài cá ăn thực vật sẽ làm cản trở hiện tượng “nở hoa” trong nguồn nước và gây ảnh hưởng đối với thành phần tất cả các loài thủy sinh vật ở các mức dinh dưỡng khác nhau.
Mối quan hệ về thức ăn giữa các loài thủy sinh vật rất phức tạp , nên gặp nhiều khó khăn trong nghiên cứu. Việc tính toán các sản phẩm của các mức dinh dưỡng rất cần thiết, do một mặt ta hình dung nguồn thức ăn của con người và cá, mặt khác để xác định sự phân hủy chất hữu cơ trong nguồn nước diễn ra tới mức độ nào. Trong nguồn nước số mức dinh dưỡng càng nhiều thì phần sản phẩm sơ cấp nằm trong sản phẩm cuối cùng càng ít.
Tùy thuộc số lượng, thành phần tính chất của mình mà các chất bẩn có thể gây ra những hậu quả khác nhau đối với nước nguồn:
– Làm thay đổi tính chất hóa lý, độ trong, màu, mùi, vị, pH, hàm lượng các chất hữu cơ, vô cơ, xuất hiện các chất độc, chất nổi, chất dễ lắng cặn…
– Làm giảm hàm lượng oxy hòa tan do phải tiêu hao cho các quá trình oxy hóa sinh hóa các chất bẩn hữu cơ.
– Làm thay đổi số lượng và các chủng loại vi sinh vật, sinh vật, xuất hiện các loại vi sinh vật gây bệnh, làm cá chết… Kết quả không thể sử dụng làm nguồn cung cấp nước được.
Nhình chung tất cả những thay đổi đó có liên quan mật thiết với nhau. Đặc biệt các chất bẩn trong nước thải sản xuất là những chất độc hại đối với thủy sinh vật. Nồng độ các chất hữu cơ quá cao sẽ tạo điều kiện yếm khí trong nước, các chất sulfure sẽ làm giảm khả năng oxy hóa khử của nước. Nếu hàm lượng các chất dinh dưỡng trong nước nguồn tăng lên sẽ dẫn đến hiện tượng ”nở hoa” – phát triển rêu tảo…
– Ảnh hưởng độc hại: Các chất bẩn độc hại có thể gây tác động khác nhau đối với thủy sinh vật, tùy thuộc bản chất, nồng độ của chúng. Một chất độc nào đó có thể phá hoại chế độ trao đổi chất hoặc nhịp độ sinh trưởng, phát triển của thủy sinh vật, tới một giá trị nồng độ nào đó, chúng sẽ bị tiêu diệt. Đối với nhiều loại sinh vật, có thể chưa thấy ngay tác động độc hại, mà mới chỉ làm hỏng cơ quan sinh sản, hoặc gây ảnh hưởng tới nhiều thế hệ sau. Kết quả là số lượng cá thể sinh vật, số loài sẽ bị giảm dần…
Các loài sinh vật có khả năng chịu đựng khác nhau đối với từng loại chất độc. VD: As có thể làm tôm, Daphnia, Xiclop chết ở nồng độ 0.25-2.5mg/l; đối với cá: 10-2mg/l.
Trong thực tế bảo vệ vệ sinh nguồn nước, người ta đã xác định nồng độ giới hạn cho phép của từng chất độc đối với vi sinh vật và sinh vật. Nồng độ giới hạn cho phép làgiá trị nồng độ cao nhất, với giá trị đó, các quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ không bị phá hủy, không làm xấu giá trị “thực phẩm” của nước, không gây độc hại đối với quá trình sống, hoạt động của thủy sinh vật – những tác nhân quan trọng trong quá trình chuyển hóa chất hữu cơ. Như vậy nồng độ giới hạn cho phép sẽ đảm bảo cho quá trình sinh hóa diễn ra bình thường, đảm bảo cho chất lượng nước được tốt, đồng thời không làm giảm giá trị hàng hóa của các sinh vật.
Hình 7.5 Mối quan hệ giữa nồng độ trung hoà tan và số vi khuẩn
ở các vùng khác nhau
Hình 7.6 Độ hoà tan oxy trong nước ở các vùng
nhiệt độ khác nhau
Hình 7.7 Sự hoà tan oxy trong dòng chảy
Ở các dòng sông chảy chậm hoặc ở các hồ, các lớp nước trên cùng có oxy hòa tan, nhưng oxy chỉ khuếch tán xuống các lớp dưới với lượng ít nên nói chung ở các lớp nước dưới thường tạo thành điều kiện yếm khí.
Hình 7.8 Sự hoà tan oxy trong dòng chảy chậm
Khi xả nước thải với chất hữu cơ vào nguồn, tốc độ phát triển của vi khuẩn, nấm cũng tăng lên. Kết quả lại tỷ lệ nghịch với nồng độ oxy. Nếu chất hữu cơ quá nhiều, nguồn oxy không đủ, sẽ tạo điều kiện yếm khí. Như vậy tốc độ trao đổi chất của vi khuẩn phải luôn luôn thấp hơn tốc độ hòa tan oxy với nồng độ giới hạn của các chất dinh dưỡng. Với điều kiện hiếu khí, protozoa kéo theo cả các động vật thượng đẳng cùng phát triển. Như vậy nồng độ oxy càng cao thì càng nhiều động vật có thể tồn tại và càng được cung cấp nhiều thức ăn. Cuối cùng, điều kiện sinh hóa tốt nhất nên duy trì ở sông là cung cấp vừa đủ, có giới hạn chất dinh dưỡng và ít loài vi sinh vật..
Trong nước thải đô thị thường chứa nhiều lượng nguyên tố dinh dưỡng (N, P). Những chất này kích thích tảo phát triển rất mạnh, sông hồ không dùng làm nguồn cấp nước được. Tảo phát triển làm nước có màu, tảo xanh Aphanizomenon blos-aquae, Anabaena, microcystic v.v… làm nước có màu xanh lam; tảo xanh Oscilatoria rubecens làm nước ngả màu hồng; Aphanocapsa pulchre tạo một lớp váng đen trên mặt nước. Tảo lục làm nước có màu lục, khuê tảo (Melosira, Navicula) làm nước có màu vàng nâu; Chrisophit làm nước có màu vàng vàng.
Tảo phát triển còn làm cho nước có mùi vị khó chịu, như mùi cỏ, mùi mỡ khét, thối… Ngoài ra còn gây ứ tắc cơ học ở các lưới chắn của công trình thu nước, các bể lọc của nhà máy nước. Hiện tượng trên còn gọi là hiện tượng “nở hoa” (Eutrofication).Khi tảo chết sẽ gây thối rữa trong nước, vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ và tiêu thụ oxy làm oxy hòa tan bị nghèo đi. Theo tính toán của D.Ulman, để oxy hóa lượng chất bẩn hữu cơ do 1 người thải ra, cần 80g oxy trong một ngày, còn để oxy hóa chất hữu cơ của tảo (tảo phát triển do phospho trong nước thải tính theo 1 người) đòi hỏi tới 320g O2. Vì vậy người ta phải khử N, P trước khi xả nước thải ra nguồn và phải tìm biện pháp chống “nở hoa” trong nước nguồn.
Ảnh hưởng của các chất lắng cặn và các chất nổi: Nước mưa, nước thải sinh hoạt, công nghiệp, nước tiêu từ các hệ thống thủy lợi, chứa rất nhiều chất lơ lửng và lá cây. Khi ra tới sông hồ, tốc độ dòng chảy giảm. Kết quả gây lắng cặn ở đáy sông hồ, làm thay đổi hình dạng dòng sông. Những chất hữu cơ lắng cặn là đối tượng hoạt động phát triển vi sinh vật . Kết quả cũng làm giảm lượng oxy hòa tan, gây thối rữa… tiêu diệt thủy sinh vật. Các chất nổi như dầu mỡ chứa nhiều trong nước thải sinh hoạt, công nghiệp cũng làm hạn chế oxy hòa tan.
Chất lượng nước nguồn được đánh giá trên cơ sở các số liệu phân tích hóa lý, vi sinh vật. Mỗi dạng phân tích đều có ưu nhược điểm nhất định và không thay thế nhau được. Để đánh giá tốt nhất thì nên có cả 3 dạng phân tích trên.
Các chỉ tiêu phân tích hóa học cho phép đánh giá về lượng và đặc tính các chất bẩn, ảnh hưởng của chúng đối với sự thay đổi chất lượng nước nguồn. Các chỉ tiêu phân tích vi sinh vật cho phép xác định sác xuất tồn tại trong nước của các loài vi sinh vật gây bệnh. Phân tích sinh vật giúp xác định mức độ bẩn của nước trên toàn cục diện, nhiều khi cũng cho phép xác định hậu quả của sự nhiễm bẩn đột xuất mà các phương pháp nghiên cứu hóa lý, vi sinh vật chưa thể thực hiện kịp thời ngay được.
Phân tích sinh vật là dựa trên sự thích ứng của một số sinh vật đối với nước có chất lượng nhất định.
Do khả năng tự làm sạch của nguồn nước, các chất bẩn lẫn vào sẽ được pha loãng và bị phân hủy. Sự phân hủy chất bẩn diễn ra dần dần và do vậy các điều kiện bình thường của nguồn nước cũng dần dần được phục hồi trở lại như trước khi có chất bẩn (nước thải) xả vào. Quá trình này là một quá trình lâu dài và vùng nhiễm bẩn của sông có thể kéo dài hàng chục, hàng trăm cây số. Quy mô của vùng này tùy thuộc vào tỷ lệ giữa lượng nước thải và nước sông , nồng độ & tính chất các chất bẩn, tốc độ dòng chảy và nhiều yếu tố khác.
Tùy thuộc độ bẩn của nước mà người ta chia các sông, hồ và các đoạn sông thành các vùng sau đây (xem bảng 7-2):
Bảng 7-2: Phân loại các đoạn sông theo độ nhiễm bẩn (theo R.Kolvints, M.Marson, G.Lipman)
| Vùng hoại sinh(Theo R.Kolvints và M.Marson) | Mức độ sạch(Theo G.Lipman) |
| – Polixaprophit, ký hiệu : P- Alpha-Mezoxaprophit, ký hiệu : α-m- Beta-Mezoxaprophit, ký hiệu : β-m- Oligoxaprophit, ký hiệu : O | IVIIIIII |
Khi nguồn nước bị nhiễm bẩn thì điều kiện hóa lý của nó bị thay đổi, một số loài thủy sinh vật phát triển, một số loài bị tiêu diệt – tức là các quần thể bị thay đổi. Nhiều sinh vật chỉ thích ứng với các điều kiện chất lượng nhất định, tức là chỉ sống ở những vùng nhiễm bẩn nhất định.
– Vùng P: Hàm lượng các chất hữu cơ không bền vững khá cao, nhiều sản phẩm phân hủy yếm khí. Trong nước nhiều chất đạm – protein. NOS tới hàng chục mg/l. Không có quang hợp. Oxy chỉ có thể hòatan trong nước qua mặt thoáng và tiêu thụ ngay cho việc oxy hóa ở các lớp nước trên mặt cho nên thực tế trong nước không có oxy. Nước chứa CH4 và H2S. Ở vùng này chứa rất nhiều vi sinh vật hoại sinh, tới hàng trăm ngàn hoặc hàng triệu tế bào trong 1ml. Ở cặn đáy không có oxy, chứa nhiều detrit, diễn ra các quá trình khử sắt ở dạng FeS: bùn có màu đen, mùi tanh H2S. Ở vùng này phát triển nhiều sinh thực vật dạng dị dưỡng: các loài vi khuẩn (kể cả vi khuẩn dạng chỉ Sphaerotilus), vi khuẩn lưu huỳnh (Beggiatoathiopthrix), vi khuẩn dạng nhầy (Zoogleea ramigera), các loại vi khuẩn hạ đẳng trích trùng – tiên mao.
– Vùng α-m: Ở vùng này bắt đầu diễn ra sự phân hủy hiếu khí các các chất hữu cơ & tạo ra amoniac, chứa nhiều CO2 tự do, một ít oxy, không có metan và H2S. Lượng chất bẩn theo NOS vẫn còn cao tới hàng chục mg/l. Lượng vi khuẩn hoại sinh tới hàng chục, hàng trăm ngàn tế bào trong 1ml.
Trong nước và cặn lắng ở đáy diễn ra các quá trình oxy hóa khử. Sắt ở dạng oxyt và dioxyt (Fe2+ và Fe3+), bùn xám màu đen. Ở vùng α-m có các loài vi sinh vật chịu được điều kiện thiếu oxy và nhiều CO2. Có các loài thực vật dị dưỡng và xạ khuẩn. Phát triển nhiều loại vi khuẩn dạng nhầy, dạng chỉ, nấm; có các loại tảo: Oscilatori stigeochlonium.
Trong số các động vật, phát triển nhiều là loại trích trùng (Carchesium), có loài luân trùng Rotatoria brachionus và nhiều loại có tiên mao – giả túc. Trong bùn nhiều turbiphycid và bọ Chironomid.
– Vùng β-m: Là những vùng hầu như không có chất hữu cơ, tức là đã phân hủy (khoáng hóa) hoàn toàn. Lượng vi khuẩn hoại sinh tới hàng ngàn tế bào trong 1ml và tăng nhanh vào thời kỳ thực vật nước bị chết. Nồng độ oxy rất cao và CO2 dao động mạnh trong suốt ngày đêm. Ban ngày lượng oxy rất cao và có thể tới bão hòa, CO2 hoàn toàn không có, về đêm lại thấy thiếu hụt oxy. Trong bùn có nhiều detrit và quá trình oxy hóa diễn ra rất mạnh. Bùn màu vàng. Ở vùng này có nhiều động thực vật khác nhau. Các loài thực vật tự dinh phát triển mạnh. Hiện tượng nở hoa – thực vật phù sinh xuất hiện, phát triển: các loài tảo xanh dạng chỉ, khuê tảo apirit. Trong bùn có giun, bọ, chironomit, nhuyễn thể.
– Vùng O: Là vùng nước sạch, lượng chất hữu cơ không đáng kể và lượng các sản phẩm khoáng hóa cũng ít. Hàm lượng CO2 và oxy ổn định, ít dao động cả ban ngày lẫn ban đêm. Không thấy xuất hiện hiện tượng nở hoa. Cặn lắng dưới đáy cũng chứa ít detrit, các vi sinh vật tự dinh và động vật đáy (giun, bọ chironomid và nhuyễn thể). Dấu hiệu chứng tỏ nước rất sạch và có 1 ít tảo hồng (thoria, Batrachospermum) và bọ nước (Mchi).
Các loài sinh vật chỉ thị riêng biệt không đủ đánh giá độ nhiễm bẩn của nước. Chẳng hạn khi phân hủy protit của nước thải sinh hoạt sẽ tạo ra nhiều sulfure, nên ở đó có nhiều vi khuẩn lưu huỳnh loại Beggiatoa và thiothrix. Trong khi đó những vi khuẩn này cũng có thể sống ở những nguồn nước khoáng có lưu huỳnh mà không chứa các chất bẩn hữu cơ. Vi khuẩn lưu huỳnh là chỉ thị có lưu huỳnh trong nước nhưng không cho biết xuất xứ của lưu huỳnh – hữu cơ hay vô cơ. Vì vậy khi đánh giá mức độ bẩn của nguồn nước, chỉ có thể căn cứ theo các quần thể đặc trưng đối với từng vùng hoại sinh chứ không phải theo từng loài riêng biệt.
Ngày nay có nhiều kiểu phân loại nguồn nước theo độ bẩn. VD: người ta phân ra 6 nhóm nguồn nước theo bảng 7-3:
Bảng 7-3: Chỉ tiêu hóa học và vi trùng học về mức độ nhiễm bẩn của các
loại nguồn nước.
| Mức độ bẩn | |||||||||
| Chỉ tiêu hóa học, mg/l | Chỉ tiêu vi trùng học | ||||||||
| Oxy hòa tan | |||||||||
| Hè | Đông | ||||||||
| Lơ lửng | NOS5 | Độ oxy hóa | Nitơ amôn | Coli titre, ml | Số vi khuẩn | Đếm trực tiếp số v.k | |||
| Rất sạchSạchHơi bẩnBẩn vừaBẩnRất bẩn | 987-65-43-20 | 14-1312-1110-95-45-1-00 | 1-34-1011-1920-5051-100>100 | 0.5-11.1-1.92-2.93-3.94-10>10 | 12345-15>15 | 0.050.10.2-0.30.4-11.1-3>3 | 10-10010-11-0.050.05-0.0050.005-0.001 | a.101a.102a.103a.104a.1050.001 | 105106106107107a.10P |
Ở những nguồn nước rất sạch thì hoàn toàn không thấy dấu vết tác động của con người. Ở đó, độ bão hòa oxy tới 95%, NOS5không quá 1mg/l, chất lơ lửng 3mg/l. Nguồn này dùng cho tất cả các đối tượng cấp nước.
Những nguồn nước sạch về các chỉ tiêu hóa học không khác lắm so với những nguồn nước rất sạch nhưng đã thấy dấu vết hoạt động của con người – cụ thể là lượng vi khuẩn hoại sinh tăng lên. Nguồn này cũng dùng cho các đối tượng cấp nước. Để khử trùng chỉ cần chlore hóa là đủ.
Nguồn nước hơi bẩn, hàm lượng chất hữu cơ đã tăng lên, có ion chlore và amon. Đó là dấu hiệu nhiễm bẩn bởi nước mưa trên mặt đất, nước thải sinh hoạt chảy xuống. Nước hơi bẩn phải được xử lý thích đáng mới được dùng để cấp nước sinh hoạt dân dụng. Nước này có thể dùng để nuôi cá hoặc các mục tiêu khác.
Loại nguồn nước bẩn vừa là những sông hồ đã bị thay đổi tính chất tự nhiên do có nước thải chảy vào. Mùa đông có thể tạo điều kiện yếm khí trong hồ ở những vùng xứ lạnh, vì bị bao phủ bởi lớp băng đá trên mặt. Nước này không dùng để cấp nước sinh hoạt được, cũng không dùng cho mục đích văn hóa thể thao, nuôi cá. Phạm vi sử dụng nguồn nước này rất bị hạn chế, chỉ dùng cho 1 số quá trình sản xuất hoặc tưới tiêu, giao thông đường thủy.
Nguồn nước bẩn và rất bẩn: đã hoàn toàn mất tính chất tự nhiên. Mùa hè xông mùi khó chịu. Trong nước chứa nhiều CO2, các hợp chất sulfure, chứng tỏ do hoạt động của tàu bè, cảng. Do vậy nguồn nước này chỉ dùng cho giao thông tàu bè. Còn việc dùng để tưới ruộng cũng bị hạn chế vì không thích hợp với nhiều loại cây trồng.
Khi đánh giá độ bẩn của nguồn nước, trước khi phân tích hóa học, nhiều khi các chỉ tiêu: màu, mùi, độ trong, đục cũng là các dấu hiệu quan trọng chứng tỏ sự có mặt của nhiều chất bẩn. VD: mùi các chất độc xả vào như phenon, dichloretan, orezon, dầu… Dầu lẫn vào chẳng những có mùi mà còn có váng nổi lên.
Copy (https://voer.edu.vn )
Gọi điện
SMS
Liên hệ