Sử dụng bèo tấm (Lemna minor L., 1753) đánh giá chất lượng nước thải tại bãi rác Khánh Sơn, Tp. Đà Nẵng

Bài viết Sử dụng bèo tấm (Lemna minor L., 1753) đánh giá chất lượng nước thải tại bãi rác Khánh Sơn, Tp. Đà Nẵng cung cấp kết quả nghiên cứu sử dụng Bèo tấm (Lemna minor L., 1753) làm sinh vật giám sát chất lượng nước thải của bãi rác Khánh Sơn, thành phố Đà Nẵng.

Nguyễn Văn Khánh, Nguyễn Thị Phương 12 SỬ DỤNG BÈO TẤM (LEMNA MINOR L., 1753) ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC THẢI TẠI BÃI RÁC KHÁNH SƠN, TP ĐÀ NẴNG USE OF DUCKWEEK (LEMNA MINOR L., 1753) FOR QUALITY ASSESSTMENT OF WASTE WATER AT KHANH SON LANNDFILLS, DA NANG CITY Nguyễn Văn Khánh, Nguyễn Thị Phương Trường Đại học Sư phạm - Đại học Đà Nẵng; vankhanhsk23@gmail.com Tóm tắt - Bài báo cung cấp kết nghiên cứu sử dụng Bèo (Lemna minor L., 1753) làm sinh vật giám sát chất lượng nước thải bãi rác Khánh Sơn, thành phố Đà Nẵng Kết thử nghiệm độc học Bèo nước thải đầu vào bãi rác Khánh Sơn cho thấy, giá trị EC50 ngày (168 h) số lượng 1,9%; diện tích mặt 1,5%; trọng lượng khơ 1,8%, trọng lượng tươi 1,5% Đối với nước thải đầu kết giá trị EC50 ngày (168 h) số lượng 4,1%; diện tích mặt 4,3%; trọng lượng khô 4,2%, trọng lượng tươi 3,9% Qua cho thấy, chất lượng nước thải bãi rác Khánh Sơn có rủi ro mặt sinh thái mức độ cao không xử lý hiệu Phân tích tương quan hồi quy cho thấy, tất số đánh giá phản ánh tốt thay đổi chất lượng nước thải Kết cho thấy, áp dụng quy trình sử dụng Bèo giám sát nước thải Việt Nam Abstract - This paper presents the research results of using duckweed (Lemna minor L., 1753) as ditector organism in wastewater quality monitoring of Khanh Son landfill, Da Nang city Results of toxic test of Duckweek for untreated wastewater of Khanh Son landfill show that EC50 value for days (168 hours) for the frond nuMber variable is 1.9%; total frond area is 1.5%, dry weight is 1.8%, fresh weight is 1.5% For treated wastewater, results show that EC50 value for days (168 hours) for the frond number variable is 4.1%; total frond area is 4.3%, dry weight is 4.2%, fresh weight is 3.9% Thereby, the quality of waste water in Khanh Son landfill has an ecological risks at high level if it is not effectively treated Analysis correlation and regression show that all indicators such as the number of leaves, leaf area, fresh weight and dry weight are good reflections of the changing in waste water quality This result shows that duckweed (Lemna minor Linnaeus, 1753) can be used to monitor ecotoxicity in Vietnam Từ khóa - Bèo (Lemna minor L.; 1753); thị sinh học; nước thải; độc học môi trường Key words - Duckweed (Lemna minor Linnaeus; 1753); monitor ecotoxicity; untreated waste water; treated wastewater Đặt vấn đề Hiện nay, có nhiều phương pháp sử dụng để cảnh báo, đánh giá ô nhiễm nguồn nước, thường dùng phương pháp hóa lý Tuy nhiên, số chất có khả phá hủy hệ sinh thái, sức sống sinh vật nồng độ thấp, thấp giới hạn phát phương pháp hóa lý, đồng thời áp dụng phương pháp hóa lý phải thực liên tục với tần suất lớn, gây tốn mặt kinh tế [1], [2] Một phương pháp khắc phục nhược điểm phương pháp hóa lý sử dụng sinh vật thị mơi trường để giám sát, cảnh báo sớm ô nhiễm Nhiều nghiên cứu rằng, thực vật thủy sinh có nhạy cảm với chất nhiễm cao lồi động vật Chính vậy, chúng đặc biệt thích hợp sử dụng việc giám sát mơi trường nước thơng qua thử nghiệm độc tính [3] Trong số đó, Bèo (Lemna minor L., 1753) nghiên cứu khẳng định rằng, chúng thực vật sản xuất sơ cấp quan trọng thuộc chuỗi thức ăn thủy sinh, việc sử dụng chúng có ý nghĩa đánh giá mối nguy hiểm chất ô nhiễm hệ sinh thái nước [4] Mặt khác, Bèo có tính nhạy cảm cao, có kích thước nhỏ, cấu trúc đơn giản, thời gian hệ ngắn thích hợp nghiên cứu phịng thí nghiệm [3] Nhiều nghiên cứu giới tiến hành nhằm sử dụng loài Bèo giám sát chất lượng nước [5], Tổ chức Hợp tác Phát triển Kinh tế (OECD - Organization for Economic Cooperation and Development) ban hành quy chuẩn thử nghiệm độc học sinh thái Bèo sử dụng rộng rãi nước cộng đồng Châu Âu [6] Tuy nhiên, Việt Nam chưa có nhiều nghiên cứu sử dụng Bèo làm sinh vật giám sát, cảnh báo sớm ô nhiễm nguồn nước Bài báo này, cung cấp kết việc sử dụng Bèo (Lemna minor L., 1753) đánh giá chất lượng nước thải bãi rác Khánh Sơn, thành phố Đà Nẵng Đây dẫn liệu khoa học bước đầu cho việc nghiên cứu, ứng dụng Bèo làm sinh vật thị môi trường nước Việt Nam Đối tượng phương pháp 2.1 Đối tượng Mẫu nước thải đầu vào đầu lấy bãi rác Khánh Sơn, thành phố Đà Nẵng Bèo (Lemna minor L., 1753) thuộc họ Araceae thu mẫu từ ao, hồ tự nhiên địa bàn thành phố Đà Nẵng Hình Bèo (Lemna minor L., 1753) 2.2 Phương pháp 2.2.1 Phương pháp phân lập, khử trùng nuôi cấy Phương pháp phân lập khử trùng thực theo phương pháp David W Bowker cs [7], quy trình ni cấy thực theo tiêu chuẩn OECD, 2006 [6] Những Bèo với phiến xanh, to khỏe mạnh lựa chọn mang vào phịng thí nghiệm xử lí sơ ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 17, NO 3, 2019 với nước cất vô trùng nhằm loại bỏ mảnh vụn vô cơ, hữu động vật không xương sống Việc khử trùng thực tủ cấy với chất khử trùng NaOCL 0,05% khoảng thời gian 20 giây Sau Bèo rửa lại với nước cất để loại bỏ dung dịch Clo dư trước chuyển vào bình đựng môi trường nuôi cấy SIS, pH = 6,5±0,2 (môi trường thí nghiệm SIS chuẩn bị, pha theo hướng dẫn [6] Mẫu Bèo nuôi cấy ổn định phịng thí nghiệm nhiệt độ 25±2oC cường độ ánh sáng 45006500 lux [8] Việc thay môi trường nuôi cấy thực thường xuyên sau ngày ni cấy [9] 2.2.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm Tiến hành quy trình thí nghiệm đánh giá khả thị thông qua số sinh trưởng phát triển Bèo theo hướng dẫn [6] Thí nghiệm thực theo kiểu ngẫu nhiên hoàn toàn CRD (Completely Randomised Design) Nước thải đầu vào bãi rác Khánh Sơn lấy khoảng từ tháng đến tháng năm 2016 chia thành dãy nồng độ pha loãng 1%, 2%, 3%, 4%, 5%, 6%, 7%; nước thải đầu chia thành 10 dãy nồng độ pha loãng tương ứng 2%, 4%, 6%, 8%, 10%, 12%, 14%, 16%, 18%, 20% kèm theo mẫu đối chứng Với dãy nồng độ pha lỗng lặp lại cốc, cốc có từ 35 bèo tấm/150ml môi trường [6] Bèo cân khối lượng trước cấy vào ly (nuôi môi trường SIS điều kiện nhiệt độ, ánh sáng ) 2.2.3 Phương pháp xử lý số liệu Các tham số theo dõi trình thử nghiệm để xác định nồng độ gây ức chế sinh trưởng 50% (EC50 – Effective Concentration 50%) gồm: + Số lượng lá: đếm mắt thường kiểm tra lại phần mềm Medealab Count & Classify; + Trọng lượng tươi: Xác định cân phân tích sau quay ly tâm với tốc độ 3000 rpm 10 phút + Trọng lượng khô: Thu cụm chồi cốc (bao gồm rễ), rửa với nước cất sấy khơ nhiệt độ 60oC vịng 24h 100oC 6h, sau đem đo cân phân tích + Tổng diện tích mặt lá: Hình ảnh xử lý, tính diện tích phương pháp phân tích hình ảnh sử dụng phần mềm MedeaLab xuất liệu qua Microsoft Excel So sánh giá trị trung bình phân tích phương sai (ANOVA) kiểm tra Tukey’s với α = 0,05 phân tích tương quan hồi quy phần mềm SPSS Tính phần trăm ức chế tốc độ tăng trưởng phần mềm MS Excel Tốc độ tăng trưởng trung bình (Average specific growth rate) [6] µ𝐢−𝐣 = 𝐥𝐧(𝐍𝐣 ) − 𝐥𝐧(𝐍𝐢 ) 𝐭 Trong đó: - µ𝐢 − 𝐣: Tốc độ tăng trưởng trung bình tham số số lượng lá, tổng diện tích mặt lá, trọng lượng khơ, trọng lượng tươi; - Nj: Các tham số số lượng lá, tổng diện tích mặt lá, trọng lượng tươi, trọng lượng khô đo lường chậu thử 13 nghiệm (hoặc chậu đối chứng) lúc kết thúc thí nghiệm; - Ni: Các tham số số lượng lá, tổng diện tích mặt lá, trọng lượng tươi, trọng lượng khô đo lường chậu thử nghiệm (hoặc chậu đối chứng) lúc bắt đầu thí nghiệm - t: Thời gian ngày (168 h) Phần trăm ức chế tốc độ tăng trưởng (Percent inhibition of growth rate) [6] µ𝑪 − µ𝑻 %𝑰𝒓 = ∗ 𝟏𝟎𝟎 µ𝑪 Trong đó: - %Ir: Phần trăm ức chế tốc độ tăng trưởng tham số số lượng lá, tổng diện tích mặt lá, trọng lượng khơ, trọng lượng tươi; - µ𝑪: Tốc độ tăng trưởng trung bình tham số số lượng lá, tổng diện tích mặt lá, trọng lượng tươi, trọng lượng khơ chậu đối chứng; - µ𝑻: Tốc độ tăng trưởng trung bình tham số số lượng lá, tổng diện tích mặt lá, trọng lượng tươi, trọng lượng khô chậu thử nghiệm Dựa vào phần trăm ức chế tốc độ tăng trưởng để lập phương trình logarit mối quan hệ nồng độ nước thải phần trăm ức chế tốc độ tăng trưởng, từ phương trình tính EC50 (Effective concentration 50% - nồng độ gây ức chế sinh trưởng 50% sinh vật) Kết thảo luận 3.1 Kết thử nghiệm nước thải bãi rác đầu vào Các biến số lượng lá, diện tích mặt lá, trọng lượng tươi trọng lượng khô đo đầu cuối thử nghiệm Sau thống kê, tính giá trị trung bình, phân tích phương sai kiểm tra Tukey’s cho kết Hình Sau kết thúc thử nghiệm ngày (168h), dựa vào kết Hình cho thấy, biến số lượng lá, nồng độ 0%, 1% 2% có khác có ý nghĩa (α=0,05) với nhóm nồng độ cịn lại Khơng có khác có ý nghĩa (α = 0,05) nhóm nồng độ – 7% Riêng biến diện tích mặt lá, trọng lượng tươi trọng lượng khơ nồng độ 2% có khác với nhóm nồng độ 0% - 1% Bắt đầu từ khoảng nồng độ 2% số lượng lá, diện tích lá, trọng lượng tươi trọng lượng khô suy giảm, suy giảm mạnh khoảng – 7% Tương ứng với khoảng nồng độ từ 4% Bèo xuất dấu hiệu bất thường: bị tách khỏi cụm chồi, nhiều bị màu hoại tử EC50 tính tốn dựa vào phần trăm ức chế tăng trưởng biến số lượng 1,9%; diện tích 1,5%; trọng lượng tươi 1,8% trọng lượng khô 1,5% nồng độ nước thải Kết tương ứng với nghiên cứu Wuncheng Wang [10] thực mẫu nước thải công ty sản xuất chất hóa học, EC50 từ mẫu nước thải thu từ cơng ty tính tốn khoảng 1,6%, nước thải chúng vô độc hại Một nghiên cứu khác Ince cộng [1], kim loại Pb, kết EC50 tính tốn 15,7 mg/L, mức cao Qua đó, thấy nước thải trước xử lý bãi rác Khánh Sơn mức độ ô nhiễm độc hại cao Nếu xảy cố môi trường cố với hệ thống xử lý nước thải bãi rác gây Nguyễn Văn Khánh, Nguyễn Thị Phương 14 ảnh hưởng đến môi trường vô nghiêm trọng, rủi ro mặt sinh thái cao 60 Bắt đầu TN Sau 168 h 40 30 a 20 a a a a 10 40 a 30 b 20 b b b 10 b b 45 40 35 30 25 20 15 10 5 Nồng độ nước thải (%) 3,5 a a Trọng lượng khô TB (mg) Trọng lượng tươi TB (mg) Bắt đầu TN Sau 168 h a 50 Diện tích TB (dm2) Số lượng TB (lá) 50 Bắt đầu TN Sau 168 h b bc bc c c Nồng độ nước thải (%) c a Nồng độ nước thải (%) a Bắt đầu TN Sau 168 h 2,5 b 1,5 bc bc bc c 0,5 c Nồng độ nước thải (%) Hình Kết biến đo lường đầu cuối thử nghiệm với nước thải bãi rác đầu vào Ghi chú: Các giá trị trung bình có ký tự a, b, c khơng khác có ý nghĩa (α=0,05) 100 60 EC50=1,9% 20 0 Nồng độ chất thải (%) (a) Phần trăm ưc chế tăng trưởng (%) 140 100 80 60 EC50=1,8% 40 20 0 Nồng độ nước thải (%) (c) 80 60 40 EC50=1,5% 20 0 Nồng độ nước thải (%) (b) 250 y = 54,387 ln(x) + 17,872 R² = 0,8631 120 y = 39,773 ln(x) + 35,158 R² = 0,938 100 80 40 Phần trăm ức chế tăng trưởng (%) 120 y = 48,206 ln(x) + 18,755 R² = 0,9377 Phần trăm ức chế tăng trưởng (%) Phần trăm ức chế tăng trưởng (%) 120 y = 88,128 ln(x) + 16,343 R² = 0,8584 200 150 100 EC50=1,5% 50 0 Nồng độ nước thải (%) (d) Hình Phần trăm ức chế tốc độ tăng trưởng theo biến: Số lượng (a); Diện tích mặt (b); Trọng lượng tươi (c); Trọng lượng khô (d) nước thải rỉ rác đầu vào Sử dụng phần mềm SPSS để phân tích tương quan hồi quy biến nồng độ nước thải, số lượng lá, diện tích mặt lá, trọng lượng tươi trọng lượng khơ Kết sau: Phân tích tương quan hồi quy cho kết tương quan nghịch nồng độ nước thải với biến số lượng lá, diện tích mặt lá, trọng lượng khơ ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, VOL 17, NO 3, 2019 trọng lượng tươi với mức tương quan tốt độ tin cậy cao Phân tích tương quan biến số lượng với diện tích mặt lá, trọng lượng tươi trọng lượng khơ cho kết tương quan thuận với mức tương quan tốt 3.2 Kết thử nghiệm với nước thải bãi rác đầu Các biến số lượng lá, diện tích mặt lá, trọng lượng tươi trọng lượng khô đo đầu cuối thử nghiệm Sau thống kê, tính giá trị trung bình, phân tích phương sai kiểm tra Tukey’s cho kết Hình 120 Bắt đầu TN Sau 168 h 100 80 60 a a 40 a ab b bc c 20 c c c Diện tích mặt TB (dm2) Số lượng TB (lá) 120 Bắt đầu TN Sau 168 h 100 80 60 a 40 a a ab ab 20 bc c c c c 0 4 10 12 14 16 18 20 4 10 12 14 16 18 20 Nồng độ nước thải (%) Nồng độ nước thải (%) 120 Bắt đầu TN Sau 168 h 100 80 60 a 40 a ab 20 b bc c c c c c Trọng lượng tươi TB (mg) 120 Trọng lượng tươi TB (mg) 15 Bắt đầu TN 100 Sau 168 h 80 60 a 40 a ab 20 b bc c c c c c 0 4 10 12 14 16 18 20 Nồng độ nước thải (%) 4 10 12 14 16 18 20 Nồng độ nước thải (%) Hình Kết biến đo lường đầu cuối thử nghiệm với nước thải bãi rác đầu Ghi chú: Các giá trị trung bình có ký tự a, b, c biểu đồ không khác có ý nghĩa (α=0,05) Sau 168 thử nghiệm, tất biến số lượng lá, diện tích mặt lá, trọng lượng tươi trọng lượng khơ, mẫu đối chứng (0%) có khác nhau, có ý nghĩa với nồng độ cịn lại Khơng có khác nhau, có ý nghĩa nồng độ nằm khoảng 2% - 10% Bắt đầu từ khoảng 10% có khác có ý nghĩa (α = 0,05) Bắt đầu từ 2% có suy giảm rõ rệt, mức độ suy giảm cao khoảng nồng độ 16 – 20% Ở mức 20% nồng độ nước thải, tất bị tách khỏi cụm chồi bị màu, xuất dấu hiệu hoại tử a) b) Hình (a) Bèo lúc bắt đầu (b) Sau 168h thử nghiệm nồng độ 20% nước thải bãi rác đầu Nguyễn Văn Khánh, Nguyễn Thị Phương 16 120 Phần trăm ức chế tăng trưởng (%) Phần trăm ức chế tăng trưởng (%) 120 y = 26,551 ln(x) + 12,542 R² = 0,8311 100 80 60 40 EC50=4,1% 20 0 10 y = 29,89 ln(x) + 6,4346 R² = 0,8389 100 12 14 16 18 20 80 60 40 EC50=4,3% 20 0 Nồng độ nước thải (%) 10 12 14 16 Nồng độ nước thải (%) (a) Phần trăm ức chế tăng trưởng (%) Phần trăm ức chế tăng trưởng (%) y = 34,589 ln(x) + 0,7065 R² = 0,8513 80 60 40 EC50=4,2% 20 0 20 (b) 120 100 18 10 12 14 Nồng độ nước thải (%) 16 18 20 (c) 160 y = 53,136ln(x) - 22,841 R² = 0,8253 140 120 100 80 60 EC50=3,9% 40 20 0 10 12 14 16 18 20 Nồng độ nước thải (%) (d) Hình Phần trăm ức chế tốc độ tăng trưởng theo biến: Số lượng (a); Diện tích mặt (b); Trọng lượng tươi (c); Trọng lượng khô (d) nước thải rỉ rác đầu Kết EC50 nước thải bãi rác đầu biến số lượng lá, diện tích mặt lá, trọng lượng tươi trọng lượng khô tương ứng 4,1%; 4,3%; 4,2%; 3,9% nước thải, mức độ ô nhiễm giảm nhiên mức cao So sánh với thử nghiệm tương ứng Erlei Cassiano Keppeler, loại thuốc trừ sâu parathion – hợp chất phốt phát hữu loại thuốc trừ sâu mạnh, cực độc với nhiều sinh vật, kể người, kết EC50 tính tốn Bèo loại chất độc 49,48 mg/L mức cao [12] Kết thử nghiệm Nabila Khellaf cộng sự, EC50 tính tốn dựa biến số lượng kim loại Cd (0,64 mg/L) [13] Một nghiên cứu khác Ince cộng sự, kim loại Pb, kết EC50 tính tốn 15,7 mg/L [11] Tuy nhiên, theo báo cáo chất lượng nước thải bãi rác đầu hàm lượng Phốt tổng (17,5 mg/L), kim loại Cd (