1

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƢỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

Lê Anh Trung

NGHIÊN CỨU THỰC TRẠNG Ô NHIỄM AMONI TRONG

NƢỚC CẤP SINH HOẠT, NGUYÊN NHÂN VÀ

ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ

Chuyên ngành: Môi trường đất và nước Mã số: 62 44 03 03

DỰ THẢO TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC MÔI TRƢỜNG

Hà Nội - 2017

2

Công trình được hoàn thành tại:

Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Đồng Kim Loan

PGS.TS. Trần Hồng Côn

Phản biện: ………………………………………..

……………………………………………………

Phản biện: ………………………………………..

……………………………………………………

Phản biện: ………………………………………..

……………………………………………………

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng cấp Đại học Quốc gia

chấm luận án tiến sĩ họp tại :

…………………………………………………………………...

vào hồi giờ ngày tháng năm 20

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia Việt Nam;

- Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội.

3

MỞ ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài

Nhiễm amoni trong nguồn nước ngầm dùng làm nguồn nước cấp

cho sinh hoạt đã được quan tâm nghiên cứu ở nhiều khu vực, nhiều

quốc gia trên thế giới. Ở Việt Nam, khu vực đồng bằng Sông Hồng

nói chung và tại Hà Nội nói riêng, hiện tượng này đã được thừa

nhận.

Hiện nay, hầu hết các hộ gia đình ở thành phố Hà Nội đều phải

sử dụng thiết bị lưu trữ nước. Mô hình cấp nước phổ biến là mô

hình bể chứa + bơm + két nước trên cao. Cách này cho phép lưu

trữ và sử dụng nước theo hình thức tự chảy trong một khoảng thời

gian nhất định. Một hiện tượng đặc biệt được quan tâm là vấn đề

nhiễm amoni tại các bể lưu trữ nước ở cộng đồng dân cư sử dụng.

Việc nghiên cứu quá trình chuyển hóa của các dạng nitơ trong nước

tại các bể lưu trữ có ý nghĩa rất quan trọng đến công tác cấp nước

sạch cho nhân dân. Tuy nhiên, hiện nay ở Việt Nam chưa có đề tài

nghiên cứu, đánh giá hiện tượng nhiễm amoni trong các bể lưu trữ

khác nhau trong cộng đồng dân cư, tìm hiểu sâu, phân tích các quá

trình chuyển hóa, biến đổi của hợp chất nitơ trong các loại hình lưu

trữ nước, từ đó tìm ra giải pháp khắc phục.

2. Mục tiêu nghiên cứu

- Đánh giá thực trạng nhiễm amoni và một số hợp chất nitơ trong

thiết bị lưu trữ nước sinh hoạt từ nhà máy cấp nước có hàm lượng

amoni cao ở quy mô hộ gia đình.

- Nghiên cứu sự biến đổi các hợp chất nitơ trong thiết bị lưu trữ

nước ở điều kiện lưu trữ nước sinh hoạt khác nhau.

4

- Đề xuất các biện pháp nhằm giảm thiểu mức độ nhiễm amoni,

nitrit và nitrat xuống dưới tiêu chuẩn cho phép tại các bể lưu trữ

nước sinh hoạt quy mô hộ gia đình.

3. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

a) Ý nghĩa khoa học

Đề tài luận án góp phần làm rõ cơ sở khoa học của sự nhiễm

amoni và quá trình chuyển hóa các hợp chất chứa nitơ cũng như thời

gian tồn lưu của chúng trong thiết bị lưu trữ nước quy mô hộ gia

đình, các quá trình chuyển hóa và những yếu tố ảnh hưởng, tác động

đến quá trình chuyển hóa các hợp chất chứa nitơ.

b) Ý nghĩa thực tiễn

Luận án đề xuất được một số biện pháp giảm thiểu nồng độ amoni

và các hợp chất chứa nitơ khác trong các thiết bị lưu trữ nước quy

mô hộ gia đình. Kết quả của luận án là cơ sở thực tiễn để giải quyết

vấn đề ô nhiễm amoni và các hợp chất chứa nitơ khác trong các thiết

bị lưu trữ nước sinh hoạt xuất hiện phổ biến trong thực tế không ch

ở Hà Nội mà tại hầu hết các địa bàn dân cư ở Việt Nam.

4. Những đóng góp mới của luận án

- Lần đầu tiên vấn đề nhiễm amoni và các giải pháp ph ng ngừa,

giảm thiểu amoni trong các loại hình lưu trữ nước sinh hoạt quy mô

hộ gia đình được nghiên cứu đầy đủ và có hệ thống.

- Nghiên cứu của luận án làm sáng tỏ các vấn đề nhiễm amoni

trong nước cấp sinh hoạt và sự biến đổi, chuyển hóa các hợp chất

nitơ trong thiết bị lưu trữ nước ở những điều kiện lưu trữ nước sinh

hoạt khác nhau được sử dụng trong cộng đồng; là cơ sở khoa học cho

việc giảm thiểu sự phát sinh và tái nhiễm amoni trong nước máy cấp

cho sinh hoạt.

5

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Chu trình nitơ và amoni trong nƣớc tự nhiên

- Chu trình nitơ và các dạng tồn tại của hợp chất nitơ trong nước

- Amoni và các tác động của amoni trong nước sinh hoạt

1.2. Quá trình chuyển hóa các hợp chất nitơ trong nƣớc

- Quá trình cố định nitơ

- Quá trình ammon hóa

- Quá trình nitrat hóa

- Quá trình khử nitrat hóa

- Quá trình anammox

- Quá trình khử nitrat thành amoni

1.3. Tình hình nghiên cứu về nhiễm amoni và quá trình

chuyển hóa các hợp chất nitơ trong nƣớc cấp sinh hoạt

- Trên thế giới: Nhóm nghiên cứu về vấn đề nhiễm amoni trong

nước cấp sinh hoạt và sự xuất hiện của các vi sinh vật chuyển hóa

nitơ trong hệ thống phân phối nước.

Nhóm nghiên cứu về quá trình chuyển hóa các hợp chất nitơ trong

nước cấp sinh hoạt.

- Ở Việt Nam: Nhóm nghiên cứu về sự nhiễm amoni và các hợp

chất nitơ khác trong nước cấp sinh hoạt.

Nhóm nghiên cứu về thực trạng nhiễm các vi sinh vật tại một số

bể chứa nước tại các hộ gia đình.

1.4. Tổng quan về các hình thức lƣu trữ nƣớc

- Vật liệu bể chứa nước.

- Một số yếu tố chính tác động đến chất lượng nước cấp sinh hoạt

lưu trữ tại bể chứa quy mô hộ gia đình.

6

Kết luận Chƣơng 1

1. Nghiên cứu tổng quan về amoni, quá trình chuyển hóa các hợp

chất nitơ trong nước và vấn đề lưu trữ nước sinh hoạt tại các hộ gia

đình đã làm sáng tỏ một số vấn đề sau:

- Hiện tượng nhiễm anomi trong nước cấp sinh hoạt đã được phát

hiện. Ở Việt Nam, hiện tượng này cũng đã được thừa nhận và phổ

biến nhất là khu vực phía Nam thành phố Hà Nội. Nguyên nhận được

xác định đó là ô nhiễm amoni tại nguồn nước ngầm. Đây là nguồn

nước thô cấp cho các nhà máy nước.

- Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về vấn đề

chuyển hóa amoni và các hợp chất nitơ khác cũng như sự xuất hiện

của vi khuẩn chuyển hóa nitơ trong hệ thống phân phối nước sinh

hoạt là không nhiều. Các nghiên cứu này đã tập trung nghiên cứu sự

biến đổi trong quá trình xử lý tại nhà máy nước, tại đường ống phân

phối nước cấp sinh hoạt.

- Tại các địa phương ở Việt Nam, do nhiều nguyên nhận khác

nhau, người dân hầu hết phải sử dụng các bể lưu trữ nước sinh hoạt.

Các thiết bị này có sự khác nhau về loại hình, điều kiện lưu trữ …, từ

đó sẽ ảnh hưởng không nhỏ đến các quá trình chuyển hóa hợp chất

chứa nitơ.

2. Các vấn đề trống chưa tác giả nào nghiên cứu:

Những nghiên cứu về nhiễm amoni và các quá trình chuyển hóa

của hợp chất nitơ trong nước cấp sinh hoạt không nhiều, chủ yếu tập

trung với đối tượng và phạm vi là nguồn nước thô, nước tại nhà máy

xử lý nước sạch và nước tại đường ống phân phối. Chưa có nghiên

cứu về hiện tượng nhiễm amoni trong các hình thức lưu trữ nước

sinh hoạt tại hộ gia đình và quá trình biến đổi các hợp chất nitơ trong

các điều kiện lưu trữ khác nhau.

7

CHƢƠNG 2. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu:

Đối tượng nghiên cứu của luận án được xác định là amoni và các

hợp chất chứa nitơ khác trong nước cấp sinh hoạt được chứa tại

những thiết bị lưu trữ quy mô hộ gia đình.

- Phạm vi nghiên cứu:

Phạm vi về thời gian: Các mẫu nước cấp sinh hoạt lưu trữ tại hộ

gia đình được tiến hành phân tích, nghiên cứu thí nghiệm, đánh giá

từ năm 2010 đến năm 2017.

Phạm vi về không gian: 3 quận thuộc thành phố Hà Nội, bao

gồm: Cầu Giấy, Thanh Xuân, Hoàng Mai và tập trung vào các hộ gia

đình ở quận Hoàng Mai.

2.2. Nội dung nghiên cứu

Đề tài luận án được thực hiện qua 2 giai đoạn:

- Giai đoạn điều tra, khảo sát, phân tích chất lượng nước

Giai đoạn này nhằm mục đích xác định hiện tượng nhiễm amoni

trong các hình thức lưu trữ nước sinh hoạt quy mô hộ gia đình. Nội

dung cụ thể bao gồm:

+ Điều tra, khảo sát các bể lưu trữ nước sinh hoạt ở một số quận

của thành phố Hà Nội. Lấy mẫu phân tích amoni tại các bể chứa

khác nhau được sử dụng ở hộ gia đình để xác định hiện tượng nhiễm

amoni trong nước cấp sinh hoạt.

+ Tiến hành quan trắc các mẫu nước bị nhiễm amoni tại các bể

chứa tại hộ gia đình để đánh giá sự biến đổi nồng độ các hợp chất

chứa nitơ trong những thiết bị được lưu trữ ở các điều kiện khác

nhau.

8

- Giai đoạn thí nghiệm:

Sau khi đã xác định được các điều kiện lưu trữ nước tiêu biểu tại

các hộ gia đình, xác định được hiện tượng nhiễm amoni tại các bể

chứa nước trong thực tế. Luận án tiến hành thiết kế thí nghiệm các bể

lưu trữ nước mô phỏng các điều kiện lưu trữ thực tế. Từ đó giải thích

được sự biến đổi các hợp chất nitơ trong các bể lưu trữ nước thực tế,

qua đó đề xuất được các giải pháp giảm thiểu tác động của hiện

tượng này. Nội dung cụ thể là:

+ Bố trí thí nghiệm theo dõi, đánh giá sự biến đổi của các hợp

chất nitơ trong bể lưu trữ nước theo thời gian;

+ Bố trí thí nghiệm theo dõi, đánh giá sự biến đổi của các hợp

chất nitơ trong bể lưu trữ nước theo nồng độ amoni và nitrat ban đầu;

+ Bố trí thí nghiệm theo dõi, đánh giá sự biến đổi của các hợp

chất nitơ trong bể lưu trữ nước theo vị trí đặt bể;

+ Bố trí thí nghiệm lưu trữ nước trong 3 điều kiện: xáo trộn

thoáng khí, kín khí và hở tĩnh;

+ Bố trí, thiết kế thí nghiệm, đánh giá sự tác động của quá trình

sử dụng nước hàng ngày của hộ gia đình đến sự biến đổi các hợp

chất nitơ.

Mẫu nước nghiên cứu là nước sinh hoạt của hộ gia đình (hộ gia

đình số nhà 6, ngõ 83/61, Bằng Liệt).

Lấy mẫu, phân tích các ch tiêu để đánh giá các quá trình biến đổi

các hợp chất chứa nitơ:

Theo dõi pH, DO, nhiệt độ

Theo dõi nồng độ NH4+, NO2

-, NO3

-, N tổng

Theo dõi hàm lượng chất hữu cơ (COD)

9

Phân tích phát hiện vi khuẩn ammon hóa, vi khuẩn AOB, vi

khuẩn phản nitrat hóa, vi khuẩn Azotobacter, Clostridium

Tần suất lấy mẫu: Mẫu được lấy trong các bể nghiên cứu với tần

suất 2 lần/tuần và được phân tích tất cả các ch tiêu hóa học. Phân

tích các ch tiêu sinh học với tần suất 10 ngày/lần.

2.3. Phƣơng pháp nghiên cứu

Luận án nghiên cứu đã áp dụng và kết hợp nhiều phương pháp

khác nhau, trong đó chủ yếu là các phương pháp sau:

- Phương pháp kế thừa tài liệu

- Phương pháp điều tra, khảo sát và lấy mẫu thực địa

- Phương pháp chuyên gia

- Các phương pháp phân tích

- Phương pháp thực nghiệm

- Phương pháp xử lý số liệu và đánh giá kết quả nghiên cứu

Kết luận chƣơng 2

1. Việc lựa chọn đối tượng là amoni và các hợp chất chứa nitơ

khác trong nước cấp sinh hoạt được chứa tại những thiết bị lưu trữ

quy mô hộ gia đình đảm bảo được mục tiêu, nội dung và tính thực

tiễn của đề tài.

2. Phương pháp lấy mẫu nước, phương pháp phân tích sử dụng

trong luận án là các phương pháp tiêu chuẩn. Các hóa chất dùng cho

nghiên cứu đều có độ tinh khiết PA hoặc tinh khiết hóa học của Việt

Nam, Trung quốc, Merck, Pakshoo.

3. Việc thiết kế thí nghiệm các bể lưu trữ nước mô phỏng các điều

kiện lưu trữ thực tế là phù hợp. Từ đó có thể xác định được sự biến

thiên nồng độ của các hợp chất chưa nitơ và giải thích được những

hiện tượng tại bể lưu trữ nước thực tế tại các hộ gia đình.

10

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1. Hiện tƣợng nhiễm amoni trong nƣớc cấp sinh hoạt

- Hiện tượng ô nhiễm amoni tại một số nhà máy/trạm cấp nước

sinh hoạt và các bể chứa nước quy mô hộ gia đình là rõ ràng qua

kết quả điều tra và phân tích. Hầu hết các nhà máy nước khử trùng

bằng clo và dùng nguồn nước cấp để sản xuất nước sinh hoạt là

nước ngầm có hàm lượng ion NH4+ cao. Kết quả khảo sát và phân

tích đã cho thấy nước sinh hoạt cho một số cộng đồng dân cư đã

có nồng độ amoni ở mức từ 0,04 đến 20,37 mgN-NH4+. Ở nhiều

hộ gia đình, giá trị amoni đã cao hơn giá trị giới hạn theo QCVN

02:2009/BYT.

- Phương thức lưu trữ nước sinh hoạt thường sử dụng trong

cộng đồng dân cư là các loại bể. Các bể đa phần là xây gạch trát

xi măng, thường đặt ngầm dưới đất; két nước đặt ở trên cao (bể

inox). Sử dụng mô hình bể ngầm + bơm + bể nước trên cao để lưu

trữ và sử dụng nước sinh hoạt trong gia đình. Hệ thống đường ống

làm bằng vật liệu ống sắt tráng kẽm, thời gian sử dụng lâu, hầu

hết chưa được cải tạo, thường xuyên bị r r , bục vỡ trên các

tuyến đường ống bị ôxi hoá.

- Cùng một đường ống cấp nước chung, khi đưa vào các hộ gia

đình nồng độ các dạng nitơ đã bị thay đổi theo lượng sử dụng,

hình thức và thiết bị lưu trữ. Nồng độ amoni cao nhất là ở đường

ống, tiếp đến là bể ngầm và cuối cùng là bể inox. Kết quả phân

tích nitrat lại cho quy luật là thấp nhất ở đường ống, tiếp đến là ở

bể ngầm và cao nhất là ở bể inox.

Kết quả nghiên cứu nhận thấy nồng độ NH4+ trong nước ở các

bể xi măng ngầm và bể inox trên cao của các hộ gia đình phần lớn

11

đều có giá trị thấp hơn ở đường ống dẫn nước chung và ở bể ngầm

thấp hơn ở bể inox.

Tương tự, nồng độ NO3- trong bể ngầm cũng thấp hơn bể inox;

nhưng khác với amoni, nồng độ của nitrat trong nước tại các loại

bể chứa lại lớn hơn so với trong đường ống chung. Với NO2- quy

luật tăng giảm nồng độ của nó ngược hoàn toàn với amoni, nghĩa

là nồng độ cao nhất ở bể ngầm rồi đến bể inox và thấp nhất là ở

đường ống.

Hình 3.5.a. Nồng độ

trung bình của các

dạng nitơ trong các

thiết bị trữ nước

Hình 3.5.b. Nồng độ

trung bình của các

dạng nitơ trong mỗi

đợt khảo sát

Hình 3.5.c. Nồng độ

của các dạng nitơ

trong mỗi đợt ở

đường ống chung

Tuy nhiên sự thay đổi xảy ra không đồng nhất trong mỗi loại

bể trữ nước của các hộ gia đình ở mỗi đợt khảo sát. Sự thay đổi

phức tạp này là hệ quả của sự khác biệt về loại hình, cách thức xây

dựng và cách bố trí cũng như điều kiện bảo quản vệ sinh bể chứa, tần

suất lưu chuyển nước trong bể.

3.2. Ảnh hƣởng của quá trình lƣu trữ nƣớc đến sự thay đổi nồng

độ các hợp chất nitơ vô cơ

3.2.1. Ảnh hƣởng của điều kiện môi trƣờng nƣớc

3.2.1.1. Biến đổi theo mùa

12

(1) Với các điều kiện tự nhiên của mùa hè, quá trình nitrat hóa

diễn ra khá mạnh, ch trong v ng 20 ngày đầu, nồng độ amoni đã

giảm từ 11,73 mg/L xuống 0,1 mg/L (tốc độ giảm là 0,58

mg/L.ngày); và từ ngày thứ 38 trở đi không phát hiện được amoni

trong bể nghiên cứu. Nitrit tăng trong 5 - 6 ngày đầu, sau đó giảm

dần đến mức tối thiểu c n có thể phân tích được cho đến ngày thứ

55. Những ngày tiếp theo không phát hiện được nitrit có trong bể.

Nitrat tăng mạnh trong khoảng 20 ngày đầu từ 7,00 mg/L ban đầu lên

32,2,1 mg/L, sau đó duy trì nồng độ tương đối ổn định trong khối

nước. Trong toàn bộ quá trình nghiên cứu hầu như không thấy có

biểu hiện của quá trình phản nitrat hóa.

a. Mùa hè b. Mùa đông

Hình 3.9. Biến động các hợp chất nitơ

(2) Với điều kiện của mùa đông, tốc độ giảm amoni chậm hơn,

trong 20 ngày đầu nồng độ amoni đã giảm từ 9,40 mg/L xuống 0,13

mg/L (tốc độ giảm là 0,46 mg/L.ngày). Nồng độ nitrit tăng nhẹ và

duy trì trong khoảng 27 ngày đầu, sau đó giảm và không c n phát

hiện từ ngày thứ 62. Nồng độ nitrat tăng rõ rệt trong khoảng 30 ngày

đầu lưu nước, sau đó đạt trạng thái gần như ổn định, giá trị nitrat lớn

nhất đạt được trong quá trình là 17,2 mg/L.

13

3.2.1.2. Ảnh hưởng của vị trí đến sự thay đổi nồng độ các dạng nitơ

Nồng độ amoni ban đầu của bể đặt ngoài trời, trên cao là 14 mg/L

và bể đặt trong nhà là 12 mg/L; có thể thấy xu hướng của sự biến đổi

amoni của 2 bể là tương tự nhau; Mặc dù tốc độ giảm amoni giữa hai

vị trí lưu nước có sự khác biệt nhưng không đáng kể.

Nồng độ nitrit tăng nhanh trong khoảng 5 ngày đầu ở bể trên cao,

nhoài trời; nhưng ở bể trong nhà, dưới đất thì sau 13 ngày mới đạt

giá trị cực đại; sau đó giảm dần đến xấp x 0 mg/L khi nồng độ

amoni tiệm cận giá trị 0mg/L. Ngược lại, nồng độ nitrat trong bể

trong nhà tăng nhanh trong khoảng 16 ngày đầu và đạt giá trị cực

đại; sau đó tiến dần về trạng thái ổn định khi nồng độ amoni và nitrit

tiệm cận đến 0 mg/L. Nhưng đối với bể trên cao, ngoài trời, phải đến

ngày thứ 34 mới đạt giá trị cực đại và cũng tiến dần về trạng thái ổn

định; nhưng ở mức độ cao hơn so với bể trong nhà, dưới đất. Điều

này chứng tỏ đã có sự hoạt động mạnh hơn của các vi sinh vật ở bể

trên cao, ngoài trời có điều kiên thuận lợi hơn so với bể trong nhà,

dưới đất.

Qua sự biến động của amoni, nitrit và nitrat của hai bể với vị trí

khác nhau, có thể thấy rằng vị trí đặt bể trong nhà hay trên cao, ngoài

trời đã ảnh hưởng đến quá trình chuyển hóa của các hợp chất nitơ

trong thiết bị lưu trữ nước. Song về xu hướng chuyển hóa của chúng

gần như là giống nhau đó là đều thực hiện quá trình nitrat hóa.

3.2.1.3. Ảnh hưởng của nồng độ amoni và nitrat ban đầu

Qua kết quả nghiên cứu, sự biến thiên nồng độ của amoni, nitrit

và nitrat đối với hai trường hợp nồng độ amoni đầu vào cao và thấp

có sự khác nhau đáng kể. Cụ thể là đối với nồng độ amoni, ở bể có

nồng độ thấp hơn hai lần thì nồng độ amoni giảm xuống tới dưới giới

14

hạn phát hiện ch trong khoảng 21 ngày; trong khi đó ở bể có nồng

độ amoni đầu vào cao thì phải tới khoảng 63 ngày amoni mới có giá

trị tương tự. Tốc độ chuyển hóa amoni trong hai trường hợp này là

bằng nhau, là 0,4 mg/L. ngày. Tuy nhiên, nồng độ amoni cao thì thời

gian để chuyển hóa hoàn toàn của ion này dài hơn. Đối với trường

hợp nitrit, ở bể có nồng độ amoni thấp thì nồng độ nitrit đạt cực đại ở

ngày thứ 4 và sau khoảng 30 ngày thì giảm xuống dưới ngưỡng phát

hiện của phép đo. Ở bể có nồng độ amoni cao thì phải đến ngày thứ 7

mới đạt giá trị cực đại và sau đó có sự biến thiên phức tạp; đến

khoảng 77 ngày sau mới thể tiệm cận đến giá trị không phát hiện

được. Như vậy tốc độ chuyển hóa nitrit tại bể có nồng độ amoni cao

có tốc độ chuyển hóa chậm và phức tạp hơn nhiều so với bể trong

cùng điều kiện có nồng độ amoni thấp hơn. Ở đây có hiện tượng

đáng lưu ý là ở bể có nồng độ amoni cao, nồng độ nitrit có thể tồn tại

trong một thời gian khá dài. Đối với nitrat, ở bể có nồng độ amoni

thấp, nồng độ nitrat đạt giá trị cực đại sau khoảng 30 ngày, rồi sau đó

có xu hướng ổn định; nhưng ở bể có nồng độ amoni cao thì nồng độ

nitrat tăng gần như tuyến tính từ ngày đầu cho đến ngày thư 77 của

quá trình lưu trữ; sau đó mới dần ổn định. Quá trình nitrat hóa vẫn

thể hiện là quá trình chủ yếu trong nghiên cứu.

Quá trình nghiên cứu ở điều kiện này cho chúng ta một sự lưu ý

quan trọng là khi nồng độ amoni đầu vào cao thì sự rủi ro không

những từ nồng độ amoni mà từ nồng độ nitrit cũng rất đáng quan

ngại trong thời gian dài lưu nước.

3.2.2. Ảnh hƣởng của điều kiện lƣu trữ

3.2.2.1. Sự thay đổi giá trị COD ở các bể nghiên cứu

Đối với bể xáo trộn thoáng khí, trong 20 ngày đầu lưu nước, COD

15

có xu hướng giảm nhẹ, sau đó tăng lên trong 60 ngày tiếp theo và lại

tiếp tục giảm đến hết thời gian lưu nước. Trong quá trình tăng giảm

của COD, các điều kiện môi trường như DO, pH, nhiệt độ gần như

không có sự thay đổi đáng kể. Mật độ vi khuẩn chuyển hóa nitơ được

xác định theo đánh giá cũng không phụ thuộc đáng để nào vào sự

biến động COD trong nước.

Đối với bể trong điều kiện tĩnh hở, quá trình biến đổi tương tự như

trong điều kiện kín khí nhưng tốc độ chuyển hóa chất hữu cơ nhanh

hơn.

Đối với bể kín khí, giá trị COD có thời gian ổn định ban đầu và

cũng giảm sau 20 ngày lưu nước. Từ đây cũng tương tự như bể xáo

trộn hiếu khí, COD tiếp tục giai đoạn tăng giảm theo đánh giá là do

quá trình đồng hóa và phân hủy tế bào của các vi sinh vật phân hủy

chất hữu cơ.

Tuy có sự xuất hiện của vi khuẩn ammon hóa nhưng sự đóng góp

của quá trình ammon hóa vào sự tăng nồng độ NH4+ là không nhiều.

Điều này thể hiện ở sự giảm nồng độ NH4+ cũng như sự thay đổi của

nồng độ hợp chất N-hữu cơ là không rõ ràng. N- hữu cơ có sự dao

động và biến đổi tăng giảm liên tục trong quá trình lưu nước.

3.2.2.2. Biến thiên nồng độ amoni, nitrit, nitrat

Amoni đã hoàn toàn bị cạn kiệt trong cả 3 điều kiện nghiên cứu

là xáo trộn thoáng khí, kín khí và tĩnh hở. Tốc độ chuyển hóa

amoni trong bể xáo trộn thoáng khí 0,9 mg/L.ngày) lớn hơn bể

trong điều kiện tĩnh hở (0,4 mg/L.ngày); và điều kiện tĩnh hở lớn

hơn trong điều kiện kín khí (0,3 mg/L.ngày).

Nồng độ nitrit, nitrat cũng được khảo sát và đánh giá trong toàn

bộ quá trình nghiên cứu. Tại bể xáo trộn thoáng khí, nitrit đã hoàn

16

toàn bị chuyển hóa sau 18 ngày lưu trữ nước; đối với bể kín khí và

bể hở tĩnh nitrit có xu hướng tồn tại và nồng độ biến đổi trong trong

các thực thể nước hầu như không có quy luật. Khi khảo sát sự tồn tại

đồng thời cả nitrit và nitrat trong môi trường nghiên cứu, các kết quả

đạt được cho thấy nồng độ nitrat đều tăng rõ rệt và sau đó có xu thế

ổn định. Ở bể xáo trộn thoáng khí thì xu thế này thể hiện rất rõ ràng.

Ở bể hở tĩnh, nồng độ nitrat tăng khá đều theo thời gian và xu thế ổn

định chậm hơn nhiều so với ở bể xáo trộn thoáng khí. Riêng ở bể kín

khí, sự biến thiên của nồng độ nitrat cũng tăng nhưng có sự dao động

mạnh. Đối với nitrit, ở bể xáo trộn thoáng khí, sau tuần đầu có sự

tăng nhẹ, sau đó giảm rất nhanh và hầu như bị phân hủy hoàn toàn

sau 18 ngày. Đặc biệt ở bể kín khí, nồng độ nitrit không khi nào đạt

giá trị dưới giới hạn không phát hiện mà ch dao động trong khoảng

từ 0,1 đến 0,7 mg/L. Ở bể tĩnh hở, nồng độ nitrit đôi khi giảm tới

ngưỡng không phát hiện và cũng dao động mạnh trong khoảng 0,1

đến 0,8 mg/L. Sự biến thiên nồng độ của nitrit và nitrat ở đây cũng

cho thấy có sự hoạt động của các vi khuẩn chuyển hóa nitơ và quá

trình này phụ thuộc khá rõ rệt vào nồng độ oxi h a tan trong nước.

Biến đổi các hợp chất nitơ trong toàn bộ quá trình nghiên cứu

trong điều kiện xáo trộn thoáng khí, điều kiện kín khí và điều kiện

tĩnh hở khí được đánh giá.

Ở tất cả các bể nghiên cứu đều thấy có xu hướng là trong hai tuần

đầu, nồng độ nitrit tăng rồi giảm mạnh tạo ra các cực đại ở ba đến

bảy ngày đầu. Trong thời gian này đều có xuất hiện vi khuẩn AOB.

Sau thời gian này, sự biến thiên của nồng độ nitrit cũng như mật độ

vi khuẩn AOB có sự khác biệt giữa các bể ở các điều kiện khác nhau.

Ở bể thoáng khí có khuấy trộn thì nồng độ nitrit về không và mật độ

17

vi khuẩn cũng vậy. Ở bể kín khí, nồng độ nitrit sau giai đoạn tăng

giảm ban đầu thì luôn tồn tại và dao động từ 0,1 đến 0,6 mg/L cùng

với sự tăng giảm của mật độ vi khuẩn. Ở bể tĩnh hở khí, nồng độ

nitrit cũng luôn lớn hơn giới hạn phát hiện.

Ở cả ba điều kiện là xáo trộn thoáng khí, tính hở và kín khí đều

thấy xuất hiện chủng vi khuẩn khử nitrat hóa. Điều này đã được thể

hiện trong kết quả phân tích các vi sinh vật, nó cũng phù hợp với các

nghiên cứu trước đây về khả năng tồn tại và sự đang dạng của các vi

sinh vật này. Tuy nhiên, do điều kiện về môi trường (COD rất nhỏ)

nên quá trình khử các hợp chất nitơ hầu như không xảy ra trong cả ba

điều kiện lưu trữ trên.

Quá trình cố định nitơ cũng được chứng minh trong quá trình

nghiên cứu là có thể xảy ra, đó là kết quả phân tích đã xuất hiện các

vi khuẩn cố định nitơ trong cả điều kiện hiếu khí và kỵ khí. Thể hiện

ở mật độ vi khuẩn Azotobacter và Clostridium có xuất hiện trong các

bể. Tuy nhiên được đánh giá là không đáng kể so với quá trình nitrat

hóa trong điều kiện nghiên cứu.

Như vậy, sự biến động của nồng độ amoni, nitrit và nitrat trong

các điều kiện nghiên cứu và sự xuất hiện các vi khuẩn ammoni hóa,

vi khuẩn nitrit hóa, vi khuẩn khử nitrat hóa, vi khuẩn cố định nitơ

trong môi trường đã khẳng định các quá trình chuyển hóa nitơ đã xảy

ra và là nguyên nhân cơ bản của sự biến đổi nồng độ và dạng tồn tại

của các hợp chất nitơ trong các mẫu nước nghiên cứu. Tuy nhiên, tốc

độ của mỗi quá trình là khác nhau và phục thuộc vào các điều kiện

môi trường, điều kiện lưu trữ nước khác nhau.

3.2.3. Ảnh hƣởng của quá trình sử dụng nƣớc

- Bể inox trên cao

18

Các kết quả theo dõi sự biến thiên của amoni, nitrit và nitrat trong

bể inox trên cao của hộ gia đình cho thấy có sự khác biệt giữa hai đợt

nghiên cứu. Ở đợt 1, rõ ràng là nồng độ amoni có xu thế tăng theo

thời gian và ở đợt 2 thì ngược lại. Điều này liên quan đến nồng độ

DO trong nước ở đợt 1 thấp hơn nhiều so với đợt 2. Quan điểm này

càng được khẳng định khi thấy sự biến thiên của nồng độ nitrat. Ở

đợt 1 khi nồng độ amoni có xu thế tăng thì nồng độ nitrat có xu thế

gần như không đổi. Nhưng ở đợt 2, khi nồng độ amoni có xu thế

giảm thì nồng độ nitrat tăng rất rõ rệt. Đồng thời ở đây nồng độ nitrit

tuy không đáng kể; song cũng thể hiện khi giá trị DO thấp thì xuất

hiện ở mức nồng độ cao hơn (đợt 1) so với khi DO cao (đợt 2).

Nhìn chung nồng độ amoni, nitrit, nitrat trong bể nghiên cứu thực

tế qua hai đợt ở bể chứa bằng inox trên cao của hộ gia đình đã cho

thấy một cái nhìn tương đối logic về mặt khoa học cũng như thực tế.

Với điều kiện về nhiệt độ, pH, DO trong quá trình khảo sát, quá trình

chuyển hóa có vẻ tương tự như trong điều kiện kín hoặc điều kiện

tĩnh, hở. Điều này có nghĩa là amoni trong môi trường sẽ có xu

hướng tăng, giảm chậm phụ thuộc chủ yếu vào giá trị nồng độ DO

trong nước. Bên cạnh đó hàm lượng amoni được cung cấp từ bể

ngầm có thể cũng sẽ ảnh hưởng đến quá trình biến thiên của amoni

trong bể inox trên cao. Nếu nước tại bể inox vừa được cung cấp từ bể

xi măng ngầm thì hàm lượng amoni thường sẽ cao hơn; do đó xuất

hiện các đ nh nồng độ cao không theo quy luật khoa học. Qua đó có

thể giải thích sự tăng giảm bất thường của amoni trong bể.

- Bể xi măng ngầm dưới đất

Tại bể xi măng ngầm dưới đất, ở cả hai đợt nghiên cứu, sự biến

động giá trị nồng độ của các hợp chất nitơ không lớn như ở bể inox

19

trên cao. Song ở đây cũng thấy quy luật tương tự như đối với bể inox

trên cao; đó là khi nồng độ DO thấp ở đợt 1 thì nồng độ amoni có xu

thế hầu như không thay đổi, nồng độ nitrat có xu thể giảm và nồng

độ nitrit cùng có xu thể giảm nhưng ở mức tương đối cao. C n ở đợt

2, khi DO cao hơn thì nồng độ amoni có xu thế giảm tương đối rõ

rệt và nồng độ nitrat hầu như không thay đổi; nhưng nồng độ nitrit

rất thấp và cũng gần như không thay đổi trong suốt quá trình nghiên

cứu. Ngoài ra quá trình được tiếp nhận liên tục nước mới vào bể

cũng là yếu tố ảnh hưởng đến sự biến thiên nồng độ các hợp chất

nitơ trong bể lưu trữ dạng này.

- Bể đối chứng

Tiến hành so sánh quá trình biến đổi amoni trong bể ngầm, bể

inox lưu trữ sử dụng tại hộ gia đình với bể đối chứng nghiên cứu

trong cùng điều kiện. Kết quả cho thấy nguyên nhân chính duy trì

amoni trong các bể tại hộ gia đình đó là sự bổ sung nước sinh hoạt từ

đường ống vào bể xi măng ngầm và nước từ bể xi măng ngầm lên bể

inox. Nếu không có sự bổ sung định kỳ do tiêu thụ nước hàng ngày

của hộ gia đình thì hàm lượng amoni sẽ cạn kiệt sau 27 ngày lưu

nước.

Từ kết quả khảo sát, trừ bể inox thực tế, các bể ngầm bằng xi

măng và bể đối chứng đều có sự tăng của tổng hàm lượng nitơ. Điều

này có thể xảy ra do có sự cung cấp thêm nitơ ở ngoài vào từ các

sinh vật cơ hội và các chất thải ra của chúng.

Kết quả khảo sát COD trong ba bể có thể thấy luôn có sự giao

động tăng giảm liên tục. Sự xuất hiện các giá trị COD trong các bể

lưu trữ ch có thể có từ hai nguyên nhân; một là từ nguồn nước và hai

là từ các sinh vật cơ hội sống trong các loại hình lưu trữ nước. Xác

20

suất có giá trị COD cao hơn luôn là ở bể ngầm dưới đất. Điều này

càng củng cố cho nguyên nhân thứ hai trình bày ở trên. Nguyên nhân

thứ hai đã được chứng minh qua quá trình thiết lập phương trình cân

bằng nitơ tại các bể trữ nước.

3.3. Đề xuất giải pháp giảm thiểu nồng độ các hợp chất nitơ

trong bể lƣu trữ nƣớc sinh hoạt quy mô hộ gia đình

3.3.1. Về đường ống phân phối nước cấp

Để giảm hiện tượng tồn tại và phát triển các vi sinh vật chuyển

hóa nitơ trong đường ống phân phối nước, vật liệu cần sử dụng loại

có bề mặt nhẵn, giảm tối đa điều kiện cho các vi sinh vật phát triển.

Hiện nay mạng lưới cấp nước của khu vực hầu như thiếu các

điểm xả cặn của từng tuyến ống, vấn đề xả cặn cho tuyến ống để thau

rửa hầu cũng chưa được quan tâm. Các tuyến ống nước sử dụng lâu

ngày không được thau rửa sẽ bị lắng cặn, đây cũng là nguyên nhân

gây ra sự cố cản lưu lượng d ng chảy trong ống, cặn bám tăng khả

năng ăn m n của đường ống dẫn đến tình trạng ống nhanh bị hỏng,

giảm tuổi thọ của ống. Do đó, phải có kế hoạch thau rửa đường ống

định kỳ để chống cặn bám trong ống, giảm khả năng ăn m n, tăng

hiệu quả sử dụng đường ống.

3.3.2. Về điều kiện lưu trữ

Điều kiện lưu trữ, cụ thể ở đây là điều kiện hiếu khí, tùy nghi hay

thiếu khí. Có thể thấy trong quá trình khảo sát, hầu hết nồng độ oxi

h a tan tại các thiết bị lưu trữ nước hộ gia đình đều trong điều kiện

thiếu khí. Lý do chính đó là các bể lưu trữ thường được đậy kín để

ngăn chặn quá trình xâm nhậm của các sinh vật từ môi trường và đảm

bảo vệ sinh của bể chứa. Do đó, biện pháp ở đây là tạo điều kiện

thuận lợi cho quá trình nitrat hóa xảy ra. Nếu như có trường hợp

21

không sử dụng nước sinh hoạt trong các bể lưu trữ trong 15 ngày trở

lên với những khu vực có nồng độ amon cao (> 10mg/L). Hộ gia đình

không nên dùng nước này vào mục đích ăn uống mà ch sử dụng cho

các mục đích khác như tắm giặt, vệ sinh. Tốt nhất trong trường hợp

amoni cao, nếu sử dụng cho mục đích ăn uống cần phải sử dụng các

thiết bị xử lý nước (máy lọc nước) để loại bỏ các ion này.

3.3.3. Về vị trí lưu trữ

Vị trí của các bể không ảnh hưởng nhiều đến quá trình phát sinh

và chuyển hóa amoni. Tuy nhiên, vị trí của bể ảnh hưởng nhiều đến

khả năng xâm nhập của các vi sinh vật từ môi trường bên ngoài và

khả năng thau rửa định kỳ của thiết bị. Cụ thể, đối với trường hợp bể

xi măng ngầm dưới đất, khả năng xâm nhậm của các sinh vật trong

môi trường là đáng kể. Cùng với đó là sự không thường xuyên thau

rửa do khó khăn, không tiện lợi về vị trí. Đây chính là nguyên nhân

dẫn đến sự nhiễm amoni do quá trình amoni hóa từ các chất hữu cơ

xâm nhập. Do đó, lưu trữ ở vị trí trên cao, dễ dàng vệ sinh định kỳ là

phù hợp và là biện pháp giảm thiểu phátt sinh amoni cũng như nitrit

trong nước cấp cho sinh hoạt.

3.3.4. Về vật liệu bể lưu trữ nước

Vật liệu lưu trữ nước phải đảm bảo an toàn, dễ vệ sinh. Trong quá

trình nghiên cứu chưa thấy có sự khác biệt rõ rệt giữa 2 loại vật liệu

bể xi măng và bể inox. Tuy nhiên trong quá trình nghiên cứu, đối với

các bể xi măng ngầm dưới đất rất ít được thau rửa do vị trí và vật liệu

không thích hợp. Ngược lại, bể inox đáp ứng được những điều kiện

này về sự thuận tiện khi vệ sinh bể chứa. Điều này cũng là một

nguyên nhân gia tăng hàm lượng amoni trong bể xi măng ngầm so

với bể inox.

22

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

1. Kết luận

1.1. Cho đến thời điểm hiện tại, phương thức lưu trữ nước sinh

hoạt trong nhiều cộng đồng dân cư tại khu vực nội thành Hà Nội

là sử dụng 02 loại bể: một bể đặt ngầm dưới đất thường xây gạch

trát xi măng và bể/két nước đặt ở trên cao (trên nóc nhà bằng

inox). Đường ống đa phần làm bằng vật liệu sắt tráng kẽm, thời

gian sử dụng lâu, hầu hết chưa được cải tạo, thường xuyên bị r

r , bục vỡ trên các tuyến đường ống bị ôxi hoá.

1.2. Một số nhà máy nước sử dụng nguồn nước cấp cho sản

xuất nhiễm amoni cao đã tạo ra nước sinh hoạt có nồng độ amoni

cao vượt QCVN 02:2009/B T. Kết quả khảo sát, lấy mẫu và phân

tích nước của một số hộ gia đình ở phường Hoàng Liệt, quận

Hoàng Mai, thành phố Hà Nội đã thấy nước sinh hoạt tại các loại

bể chứa trong mỗi hộ gia đình đều có nồng độ amoni cao. Cùng

một đường ống cấp nước chung, khi đưa vào các hộ gia đình nồng

độ các dạng nitơ đã bị thay đổi theo lượng sử dụng, hình thức và

thiết bị lưu trữ.

1.3. Lần đầu tiên đã nghiên cứu về điều kiện lưu trữ nước (xáo

trộn thoáng khí/hiếu khí, kín khí/yếm khí và hở tĩnh/tùy nghi) ở

các bể chứa nước sinh hoạt có nồng độ amoni cao và nhận thấy:

(i) Nitrat hóa là quá trình chủ đạo xảy ra ở tất cả các điều kiện lưu

trữ (hầu như không có quá trình phản nitrat hóa), trong đó tốc độ

nitrat hóa của bể xáo trộn thoáng khí > bể hở tĩnh và bể kín khí;

(ii) Không có ảnh hưởng rõ rệt đến nồng độ và dạng tồn tại của

các hợp chất nitơ giữa các mùa trong năm. Tương tự, việc thay

đổi nồng độ nghiên cứu ban đầu cũng không gây ảnh hưởng rõ rệt

23

và không làm thay đổi tốc độ nitrat hóa, nhưng nếu amoni ban đầu

cao có nguy cơ nitrit vượt nhiều QCVN 01:2009/B T; (iii) Các

điều kiện môi trường như pH và nhiệt độ hầu như không ảnh

hưởng đến chuyển hóa, nhưng oxy h a tan lại thúc đẩy mạnh quá

trình nitrat hóa dẫn đến có thể gây ra mức tổng nitrit + nitrat > 50

mg/L ở bể chứa nước gia đình có nồng độ amoni và nitrat cao;

(iv) Đã phát hiện ra các vi khuẩn/VSV (vi khuẩn ammon hóa, vi

khuẩn AOB, vi khuẩn khử nitrat hóa, vi khuẩn cố định nitơ)

chuyển hóa nitơ trong bể nước của dân và trong các bể nghiên

cứu. Mật độ vi khuẩn ammon hóa giao động 0÷ 120x103

MPN/100ml; vi khuẩn AOB: 0÷ 80x103 MPN/100ml; vi khuẩn

phản nitrat hóa: 0÷ 110x103 MPN/100ml; vi khuẩn cố định nitơ:

0÷ 2x103.

2. Kiến nghị

Qua quá trình thực hiện đề tài và các kết quả nghiên cứu thu

được, tác giả đề xuất một số khuyến nghị sau:

- Tiếp tục nghiên cứu đánh giá sự biến động của các hợp chất

chứa nitơ và mật độ vi sinh vật chuyển hóa nitơ trong mối tương

quan với các hợp chất khử trùng nước cấp;

- Mở rộng phạm vi nghiên cứu để đánh giá hiện tượng nhiếm

amoni không ch là nước máy sinh hoạt có nguồn từ nước ngầm mà

c n từ nguồn nước mặt;

- Tiếp tục nghiên cứu quá trình sử dụng nước của người dân để đề

xuất xây dựng các thiết bị lưu trữ nước phù hợp, khắc phục được các

tác động đối với khu vực có nguồn nước cấp sinh hoạt bị nhiễm

amoni cao.

24

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC

CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

1. Đồng Kim Loan, Trần Hồng Côn, Trần Thị Hồng, Lê Anh

Trung, Nguyễn Thị Hân (2010), “Sử dụng kit thử amoni tự chế tạo

phân tích đánh giá hiện tượng nhiễm amoni trong một số nguồn nước

cấp tại Hà Nội”, Tạp chí Khoa học, Đại học Quốc gia Hà Nội

26(5S), tr. 790 - 797.

2. Lê Anh Trung, Đồng Kim Loan, Trần Hồng Côn (2016),

“Đánh giá thực trạng nhiễm các dạng nitơ trong nước sinh hoạt ở

một số hình thức lưu trữ nước tại phường Hoàng Liệt, Hoàng Mai,

Hà Nội”, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Các khoa học Trái đất và

Môi trường 32(1S), tr 110 - 117.

3. Lê Anh Trung, Đồng Kim Loan, Trần Hồng Côn (2017), “Sự

biến đổi nồng độ amoni, nitrit và nitrat trong thiết bị lưu trữ nước

quy mô hộ gia đình, Tạp chí Tài nguyên và Môi trường kỳ 2, tháng

7, tr 50 - 52.

4. Lê Anh Trung, Đồng Kim Loan, Trần Hồng Côn, Nguyễn

Thị Thu Hoài (2017), “Nghiên cứu khả năng nitrat hóa NH4+ trong

những điều kiện lưu trữ nước cấp sinh hoạt khác nhau”, Tạp chí Tài

nguyên và Môi trường, kỳ 1, tháng 10.