Trong nước thải chứa nhiều hợp chất gây ô nhiễm khác nhau, trong đó, chiếm thị phần lớn và ảnh hưởng tiêu cực nhất phải kể đến chất ô nhiễm hữu cơ.
Nước thải bắt nguồn từ hoạt động nông nghiệp chứa hàm lượng lớn thuốc trừ sâu và thuốc diệt cỏ. Nước thải do ngành công nghiệp thực phẩm thải ra chứa các chất ô nhiễm hữu cơ phức tạp với nồng độ SS và BOD cao. Nước thải đô thị chứa các loại chất ô nhiễm hữu cơ như dầu, thực phẩm, một số chất hữu cơ hòa tan và một số chất hoạt động bề mặt. Ngoài ra còn phải kể đến các hợp chất hữu cơ như PCB (Polychlorinated biphenyls – bắt nguồn từ nước thải ngành hóa chất), phenol, hydrocarbon thơm đa vòng (PAHs), hợp chất aliphatic và hetercyclic. Những chất ô nhiễm hữu cơ trong nước này có thể gây hại cho môi trường và cũng gây rủi ro cho sức khỏe con người.
Phân loại các chất độc hại trong nước thải hữu cơ
Các chất ô nhiễm hữu cơ được phân loại thành 2 nhóm, tùy thuộc vào khả năng phân hủy sinh học của chúng.
- Nhóm 1: Các chất hữu cơ với cấu trúc đơn giản và tính ưa nước tốt, dễ phân hủy trong môi trường như polysacarit, metanol (có thể bị phân hủy bởi vi khuẩn, nấm và tảo).
- Nhóm 2: Các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học, có thể gây độc tính cấp tính khi tồn tại trong nước thải ở nồng độ cao như acetone và methanol.
Một số chất ô nhiễm hữu cơ như PAHs, PCB và DDT được chuyển hóa rất chậm. Mặc dù độc tính của chúng trong nước thải thấp hơn các chất hữu cơ hòa tan nhưng lại tồn tại trong thời gian dài như thuốc trừ sâu.
Chất độc hại điển hình trong nước thải hữu cơ
Chất hữu cơ trong nước thải
Được tạo ra từ dư lượng của động vật, thực vật và vi sinh vật, các chất hữu cơ trong nước có thể được chia làm 2 loại: một loại bao gồm các hợp chất hữu cơ khác nhau của các sinh vật, như protein, carbohydrate, axit hữu cơ,…và một loại là mùn. Những chất hữu cơ này có thể ảnh hưởng đến tính chất vật lý, hóa học của nước và quá trình tự làm sạch, biến đổi trong nước.
Formaldehyd
Formaldehyd là một hợp chất hữu cơ có công thức CH2O, có nguồn gốc từ tổng hợp hữu cơ, công nghiệp hóa học, sợi tổng hợp, thuốc nhuộm, chế biến gỗ và nước thải ngành sơn. Với khả năng khử mạnh, formaldehyd có thể dễ dàng kết hợp với nhiều loại vật liệu khác nhau.
Formaldehy là một tác nhân kích thích da, nó có thể xâm nhập vào hệ thần kinh trung ương của cơ thể người và gây tổn thương võng mạc.
Phenol
Phenol là một nhóm các hợp chất hóa học bao gồm hydroxyl (-OH) liên kết trực tiếp với hydrocarbon thơm. Phenol trong nước thải chủ yếu đến từ nhà máy luyện cốc, tinh chế, sản xuất vật liệu cách nhiệt, sản xuất giấy và nhà máy hóa chất phenolic. Phenol độc hại đối với cơ thể người ngay cả ở nồng độ thấp, có thể gây ung thư, làm giảm sự tăng trưởng và sinh sản của các sinh vật dưới nước.
Nitrobenzene
Nitrobenzene là một hợp chất hữu cơ có công thức hóa học C6H5NO2, là tiền thân của anilin (chất hữu cơ có mùi khó chịu như cá ươn) và được sản xuất trên quy mô lớn. Trong phòng thí nghiệm, nitrobenzene được sử dụng làm dung môi cho thuốc thử điện di. Phơi nhiễm kéo dài có thể gây tổn thương nghiêm trọng cho hệ thần kinh trung ương, suy giảm thị lực, gây tổn thương gan hoặc thận, thiếu máu và kích thích phổi. Những nghiên cứu gần đây cho kết quả nitrobenzene là một chất gây ung thư tiềm năng.
PCB
PCB là biphenyl kết hợp với 2 đến 10 nguyên tử clo. PCB được sử dụng rộng rãi làm chất lỏng điện môi và chất làm mát, được tìm thấy trong nước thải các nhà máy biến thế, tụ điện và động cơ điện. PCB là chất gây ung thư, và có thể tích lũy trong mô mỡ, gây ra bệnh về não, da và các cơ quan nội tạng, ảnh hưởng đến hệ thần kinh, sinh sản và hệ miễn dịch. Ngoài ra, nó còn độc hại và gây đột biến bằng cách can thiệp vào hormone trong cơ thể, đặc biệt là ức chế hormone sinh dục nữ estradiol (liên quan đến việc điều hòa chu kì sinh sản nữ và kinh nguyệt).
PAH
PAHs là các chất ô nhiễm hữu cơ bao gồm hai hay nhiều vòng benzen hợp nhất, là một nhóm hơn 100 hóa chất khác nhau được giải phóng từ việc đốt than, dầu, xăng, thùng rác, thuốc lá, gỗ, hoặc các chất hữu cơ khác như thịt than nướng. Chúng còn được gọi là các hydrocacbon thơm polynuclear. PAH có trọng lượng phân tử cao, đe dọa sự phát triển của sự sống các sinh vật vì độc tính cấp tính, gây đột biến hoặc gây ung thư.
Thuốc trừ sâu organophospho
Nước thải của các nhà sản xuất thuốc trừ sâu và nước thải từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp thường chứa nồng độ thuốc trừ sâu organophospho cao. Việc xả nước có chứa thuốc trừ sâu organophospho có thể gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, gây độc cấp tính trên người và gia súc.
Hydrocarbon
Các hydrocarbon trong hệ thống nước chủ yếu đến từ nước thải công nghiệp và nước thải đô thị. Ngành công nghiệp, như thăm dò dầu, sản xuất dầu, vận chuyển và lọc dầu có thể sản xuất nước thải với hỗn hợp các hydrocarbon khác nhau. Chất này độc hại đối với các sinh vật sống dưới nước và làm suy giảm chất lượng nước bằng cách hình thành một lớp màng dầu, có thể làm giảm sự trao đổi oxy của không khí và nước.
Atrazin
Atrazine là thuốc diệt cỏ. Nước thải chứa atrazine chủ yếu đến từ ngành công nghiệp hóa chất, tồn tại trong môi trường trong một thời gian. Atrazine có thể bay hơi ở nhiệt độ cao và giải phóng khí độc như carbon monoxide, nitơ oxit, gây kích ứng da, mắt và đường hô hấp của mọi người. Bên cạnh đó, atrazine cũng có một nguyên nhân tiềm ẩn gây dị tật bẩm sinh, trọng lượng sơ sinh thấp và các vấn đề kinh nguyệt khi tiếp xúc ở nồng độ vượt tiêu chuẩn.
Những mối nguy hại cho môi trường bắt nguồn từ nước thải hữu cơ
Các chất ô nhiễm hữu cơ có thể tiêu thụ một lượng lớn oxy hòa tan. Độc tính cấp tính và nhu cầu oxy cao có thể làm suy giảm chất lượng nước và dẫn đến thiệt hại lớn cho hệ sinh thái dưới nước. Tuy nhiên, ảnh hưởng xấu của chúng đối với môi trường không tồn tại trong thời gian dài và dễ dàng bị suy giảm bởi các vi sinh vật.
Các hợp chất hữu cơ bền POPs là dạng chất thải nguy hiểm điển hình, có độ hòa tan trong nước thấp, khả năng tích lũy cao, có đặc tính gây ung thư, quái thai và gây độc thần kinh. Ví dụ, Dioxin và benzofurans có độc tính cao và cực kỳ dai dẳng trong cơ thể con người cũng như môi trường. Một số POP, bao gồm DDT và các chất chuyển hóa của nó (PCB, dioxins và một số chlorobenzene) được phát hiện trong mỡ trong cơ thể người. Lindane (hexachlorocyclohexane) là một loại thuốc trừ sâu phổ rộng, có thể gây tử vong cấp tính khi sử dụng không đúng cách.
Nhiều yếu tố như các đặc tính của chất ô nhiễm, các yếu tố môi trường (giá trị PH, nhiệt độ,…), có thể ảnh hưởng đến độc tính của nước thải hữu cơ và ảnh hưởng lâu dài đối với hệ sinh thái.
Phương pháp phân tích chất ô nhiễm
Lượng hợp chất hữu cơ trong nước thải thường được đánh giá bằng xét nghiệm nhu cầu oxy hóa học (COD), thử nghiệm nhu cầu oxy sinh học (BOD) và thử nghiệm (TOC).
- Cơ sở của thử nghiệm COD là dùng các hợp chất hữu cơ kết hợp với một tác nhân oxy hóa mạnh trong điều kiện axit có thể được oxy hóa hoàn toàn thành carbon. Giá trị COD luôn được đo bằng phương pháp kali permanganat axit và phương pháp potessium dichromate, có thể phản ánh mức độ ô nhiễm của chất khử trong nước, bao gồm amoniac và khử sunfua. Trong nước thải có lượng chất khử cao, chứng tỏ hàm lượng các chất ô nhiễm hữu cơ có trong nước cao.
- Giá trị BOD là lượng oxy hòa tan cần thiết để các sinh vật hiếu khí trong nước phá vỡ vật chất hữu cơ có trong một mẫu nước nhất định, ở nhiệt độ nhất định và trong một khoảng thời gian cụ thể. Giá trị BOD được biểu thị phổ biến nhất bằng miligam oxy tiêu thụ trên một lít mẫu nước, trong 5 ngày, ủ ở 20 ° C.
- Giá trị TOC là tổng giá trị carbon trong nước (bao gồm cả hòa tan và lơ lửng), nó mô tả phép đo lượng chất gây ô nhiễm (dựa vào carbon) hữu cơ trong hệ thống nước.
Thử nghiệm COD, BOD và TOC có thể phản ánh nhanh chóng mức độ ô nhiễm hữu cơ trong nước thải, tuy nhiên, chúng không thể phản ánh các loại chất hữu cơ và thành phần của nước, do đó không thể phản ánh tổng lượng ô nhiễm carbon hữu cơ.
Phương pháp khối phổ
Phương pháp khối phổ là phương pháp tiên tiến để phân tách và xác định các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải. Quang phổ là thuật ngữ mô tả một tập hợp các kỹ thuật phòng thí nghiệm để tách các hỗn hợp. Sự phân tách dựa trên phân vùng khác biệt giữa các pha di động và tĩnh. Sự đa dạng về cấu trúc của các thành phần khác nhau trong nước thải dẫn đến sự lưu giữ khác nhau trong pha tĩnh, từ đó thay đổi sự phân tách. Pha động của sắc ký có thể là khí hoặc lỏng, do đó sắc ký có thể được chia thành sắc ký khí (GC) và sắc ký lỏng (LC).
Máy quang phổ khối có thể làm ion hóa sinh vật và bắn nó qua một điện trường. Do điện trường có thể bẻ cong quỹ đạo của các phân tử nhẹ hơn so với các phân tử nặng, nên chất hữu cơ có khối lượng khác nhau sẽ tấn công ở vị trí khác nhau (vị trí được cố định cho từng chất hữu cơ) trong máy dò. Phương pháp này có thể xác định và định lượng các chất ô nhiễm hữu cơ. Sự kết hợp giữa sắc ký và khối phổ có thể cung cấp thông tin đầy đủ về loại chất ô nhiễm hữu cơ trong mẫu và nồng độ của từng chất ô nhiễm trong mẫu.
