khả năng loại bỏ tác nhân phú dưỡng môi trường nước của cây ngổ trâu (enydra fluctuans lour) và cây bèo tây (eichhornia crassipes (mart.) solms)

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT NGUYỄN VĂN THỊNH KHẢ NĂNG LOẠI BỎ TÁC NHÂN PHÚ DƢỠNG MÔI TRƢỜNG NƢỚC CỦA CÂY NGỔ TRÂU (ENYDRA FLUCTUANS LOUR) VÀ CÂY BÈO TÂY(EICHHORNIA CRASSIPES (MART.) SOLMS) LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC SINH HỌC Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm Mã số: 60 42 30 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. NCVC. Trần Văn Tựa HÀ NỘI - 2010 i LỜI CẢM ƠN Hoàn thành Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Khoa học Sinh học, tôi nhận được sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình. Với tình cảm chân thành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo: Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật; Viện Công nghệ Sinh học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đã góp ý và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được thực hiện Luận văn. Đặc biệt, xin trân trọng cảm ơn TS.NCVC. Trần Văn Tựa- Trưởng phòng Thủy sinh học Môi trường, Viện Công nghệ Môi trường, người thầy đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình tôi trong suốt thời gian nghiên cứu khoa học. Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ quý báu của TS. Dương Thị Thủy, Viện Công nghệ Môi trường; Th.S. Đào Sỹ Đức, khoa Hóa- Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; HVCH. Nguyễn Trung Kiên, Đại học Bách Khoa Hà Nội. Cùng các cô chú, anh chị phòng Thủy sinh học Môi trường và phòng Vi sinh học môi trường, Viện Công nghệ Môi trường trong thời gian tôi tiến hành đề tài. Sự góp ý, chia sẻ của bạn bè, gia đình và đồng nghiệp là nguồn động viên, khích lệ lớn cho tôi hoàn thành Luận văn tốt nghiệp này. Tác giả Nguyễn Văn Thịnh ii MỤC LỤC MỞ ĐẦU i CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN 3 1.1. Đôi nét về môi trƣờng nƣớc phú dƣỡng 3 1.1.1. Khái niệm về ô nhiễm 3 1.1.2. Các khái niệm liên quan đến phú dƣỡng hoá 3 1.2. Nguyên nhân và hậu quả của sự phú dƣỡng 5 1.2.1. Nguyên nhân 5 1.2.2. Hậu quả của sự phú dƣỡng 9 1.3. Các phƣơng pháp chống lại sự phú dƣỡng nƣớc 12 1.4. Vai trò của thực vật thủy sinh trong xử lý nƣớc phú dƣỡng 15 1.5. Một số mô hình công nghệ sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý nƣớc 17 1.5.1. Hệ thống dòng chảy trên bề mặt (surface flow wetlands: SF): hay hệ thống bề mặt nƣớc thoáng (free water surface: FWS) 19 1.5.2. Hệ thống dòng chảy ngầm hay công nghệ vùng rễ 20 1.5.3. Hệ thống thực vật nổi (Floating aquatic plant systems) 20 1.6. Một số nghiên cứu sử dụng TVTS trong xử lý nƣớc thải ở Việt Nam 21 1.7. Khả năng xử lý nƣớc thải của thực vật nghiên cứu 22 CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM 25 2.1. Cây ngổ trâu và bèo tây 25 2.2. Mục tiêu nghiên cứu 25 2.3. Thời gian và địa điểm nghiên cứu 25 2.4. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm 25 2.4.1. Hóa chất 25 2.4.2. Dụng cụ 26 2.5. Phƣơng pháp nghiên cứu 26 2.5.1. Phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng nƣớc 26 iii 2.5.2. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm 27 2.5.3. Phƣơng pháp phân tích và xử lý số liệu 28 CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 30 3.1. Ảnh hƣởng của một số yếu tố môi trƣờng đến sinh trƣởng của bèo tây và ngổ trâu 30 3.1.1. Ảnh hƣởng của pH 30 3.1.2. Ảnh hƣởng của N-NH 4 + 32 3.1.3. Ảnh hƣởng của N-NO 3 - 33 3.1.4. Ảnh hƣởng của P-PO 4 3- 35 3.2. Nghiên cứu khả năng xử lý N và P của bèo tây và ngổ trâu trong điều kiện phòng thí nghiệm. 37 3.2.1. Khả năng xử lý N-NH 4 + 37 3.2.2. Nghiên cứu khả năng xử lý P-PO 4 3 41 3.3. Khả năng xử lý các nhân tố phú dƣỡng môi trƣờng nƣớc (nƣớc phú dƣỡng) của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot 44 Thông số 45 3.3.1. Các chỉ tiêu đặc trƣng của nƣớc hồ khu vực Cổ Nhuế sử dụng trong thực nghiệm 45 3.3.2. So sánh khả năng loại bỏ một số tác nhân gây phú dƣỡng của cây bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot 47 3.3.3. Hiệu quả xử lý COD 48 3.3.4. Hiệu quả xử lý T-N 51 3.3.5. Hiệu quả xử lý T-P 54 3.3.6. Hiệu quả xử lý TSS 56 3.3.7. Hiệu quả xử lý Chl.a 59 3.3.8. Khả năng loại bỏ vi sinh vật 61 3.3.9. Hiệu quả loại bỏ vi tảo và vi khuẩn lam 62 3.3.10. Thảo luận chung 64 iv 3.3.11. Đề xuất quy trình xử lý nƣớc phú dƣỡng sử dụng cây bèo tây và ngổ trâu64 KIẾN NGHỊ 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC 78 v CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN BOD Nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand) COD Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand) CT Công thức Chl.a Diệp lục tố (Chlophyll a) DO Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen) F- Coliform Fecal Coliform HSXL Hiệu suất xử lý KC Không cây MPN Most Probable Number T- Coliform Total Coliform T-N Nitơ tổng số T-P Phospho tổng số TSS Tổng lƣợng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solids) TVTS Thực vật thủy sinh VKL Vi khuẩn lam vi DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Đặc điểm chung của các hồ giàu và nghèo dinh dƣỡng 4 Bảng 1.2. Đánh giá độ phì nhiêu của nƣớc hồ 4 Bảng 2.1. Danh mục các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu 25 Bảng 2.2. Danh mục các thiết bị sử dụng trong nghiên cứu 26 Bảng 3.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ pH đến sinh trƣởng của bèo tây và ngổ trâu. 31 Bảng 3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ N-NH 4 + tới sinh trƣởng của ngổ trâu và bèo tây 32 Bảng 3.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ N-NO 3 - tới sinh trƣởng của bèo tây và ngổ trâu 34 Bảng 3.4. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ P-PO 4 3- 35 Bảng 3.5. Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý N-NH 4 + của bèo tây và ngổ trâu trong điều kiện phòng thí nghiệm 38 Bảng 3.6. Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý N-NO 3 - của bèo tây và ngổ trâu trong điều kiện phòng thí nghiệm. 40 Bảng 3.7. Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý P-PO 4 3- của bèo tây và ngổ trâu trong điều kiện phòng thí nghiệm. 42 Bảng 3.8. Các thông số của quy trình xử lý nƣớc phú dƣỡng bằng bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot 45 Bảng 3.9. Các chỉ tiêu đặc trƣng của nƣớc hồ khu vực Cổ Nhuế, Hà Nội 46 Bảng 3.10. So sánh khả năng loại bỏ một số tác nhân gây phú dƣỡng của vii bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot 47 Bảng 3.11. Hiệu suất xử lý COD của bèo tây và ngổ trâu trong quy trình xử lý nƣớc phú dƣỡng ở quy mô pilot 49 Bảng 3.12. Hiệu suất xử lý T-N của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot 52 Bảng 3.13. Hiệu suất xử lý T-P của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot 54 Bảng 3.14. Hiệu suất xử lý TSS của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot 57 Bảng 3.15. Hiệu suất xử lý Chl.a của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot 59 Bảng 3.16. Khả năng loại bỏ F- Coliform và T- Coliform (MPN/100 ml) 62 Bảng 3.17. Hiệu quả loại bỏ vi tảo và vi khuẩn lam 62 viii DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 3.1. Ảnh hƣởng của pH tới sinh trƣởng của bèo tây và ngổ trâu 31 Hình 3.2. Ảnh hƣởng của N-NH4+ tới sinh trƣởng của bèo tây và ngổ trâu 33 Hình 3.3. Biểu đồ biểu diễn ảnh hƣởng của nồng độ N-NO3- tới sinh trƣởng của ngổ trâu và bèo tây 34 Hình 3.4. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ P- PO43- tới sinh trƣởng của ngổ trâu và bèo tây 36 Hình 3.5. Khả năng xử lý N-NH4+ của bèo tây trong phòng thí nghiệm 39 Hình 3.6. Khả năng xử lý N-NH4+của ngổ trâu trong phòng thí nghiệm 39 Hình 3.7. Khả năng xử lý N-NO3- của bèo tây trong phòng thí nghiệm 41 Hình 3.8. Khả năng xử lý N-NO3- của ngổ trâu trong phòng thí nghiệm 41 Hình 3.9. Khả năng xử lý P-PO43- của bèo tây trong phòng thí nghiệm 43 Hình 3.10. Khả năng xử lý P-PO43- của ngổ trâu trong phòng thí nghiệm 43 Hình 3.11. Khả năng loại bỏ một số tác nhân gây phú dƣỡng của cây bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot 47 Hình 3.12. Hiệu suất xử lý COD của bèo tây và ngổ trâu với tải lƣợng 100 L/m2/ngày ở quy mô pilot 50 Hình 3.13. Hiệu suất xử lý COD của ngổ trâu và bèo tây với tải lƣợng 200 L/m2/ngày ở quy mô pilot 50 Hình 3.14. Hiệu suất xử lý T-N của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot với tải lƣợng 100 L/m2/ngày 52 ix Hình 3.15. Hiệu suất xử lý T-N của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot với tải lƣợng 200 L/m2/ngày 53 Hình 3.16. Hiệu suất xử lý T-P của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot với tải lƣợng 100 L/m2/ngày 55 Hình 3.17. Hiệu suất xử lý T-P của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot với tải lƣợng 200 L/m2/ngày 55 Hình 3.18. Hiệu suất xử lý TSS của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot với tải lƣợng 100 L/m2/ngày 58 Hình 3.19. Hiệu suất xử lý TSS của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot với tải lƣợng 200 L/m2/ngày 58 Hình 3.20. Hiệu suất xử lý Chl.a của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot với tải lƣợng 100 L/m2/ngày 60 Hình 3.21. Hiệu suất xử lý Chl.a của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot với tải lƣợng 200 L/m2/ngày 60 Hình 3.22. Hiệu quả loại bỏ vi tảo và vi khuẩn lam 63 [...]... cứu và 1 giải quyết vấn đề ô nhiễm nguồn nƣớc phú dƣỡng, đề tài Khả năng loại bỏ tác nhân phú dƣỡng môi trƣờng nƣớc của cây Ngổ trâu (Enydra fluctuans Lour) và cây Bèo tây (Eichhornia crassipes (Mart.) Solms), đã đƣợc tiến hành với các nội dung sau: - Ảnh hƣởng của một số yếu tố môi trƣờng nhƣ nồng độ N-NO3-, NNH4+, P-PO43-, pH đến sự sinh trƣởng của bèo tây và ngổ trâu; - Khả năng loại bỏ nitơ và. .. nitơ và phospho của bèo tây và ngổ trâu trong điều kiện phòng thí nghiệm; - Hiệu quả xử lý một số yếu tố phú dƣỡng của nƣớc ao, hồ tự nhiên của hệ thống bèo tây và ngổ trâu ở qui mô pilot; - Đề xuất quy trình xử lý nƣớc phú dƣỡng bằng công nghệ sinh thái sử dụng ngổ trâu và bèo tây 2 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Đôi nét về môi trƣờng nƣớc phú dƣỡng 1.1.1 Khái niệm về ô nhiễm Theo định nghĩa của Tổ chức y tế... Khả năng sử dụng TVTS trong xử lý nƣớc thải ở Việt Nam đã đƣợc nghiên cứu từ năm 1990 (Lâm Minh Triết, 1990) Trong những năm trở lại đây, một số tác giả đã chứng minh đƣợc khả năng của một số TVTS trong việc hấp thu các kim loại nặng Trong đó bèo tây và bèo cái có khả năng hấp thụ Pb, Cr, Ni, Co, Zn và Fe trong nƣớc thải công nghiệp, rong đuôi chó và bèo tấm có khả năng giảm thiểu đƣợc Fe, Cu, Pb và. .. môi trƣờng Gibeaut (http://www.ag.unr.edu/cramer/hydroponic.html) 2.1.1 Cây ngổ trâu và bèo tây Ngổ trâu và bèo tây đƣợc lấy từ ao tự nhiên khu vực Cổ Nhuế (Từ liêm, Hà Nội) Những cây tƣơi, có sức sống tốt, hệ rễ phát triển, không bị sâu bệnh đƣợc chọn làm thí nghiệm Trƣớc khi thí nghiệm ngổ trâu và bèo tây đƣợc nuôi trong nƣớc sạch từ 3- 5 ngày 2.2 Mục tiêu nghiên cứu Luận văn tập trung đánh giá khả. .. của bèo tây phụ thuộc vào mật độ, nguồn dinh dƣỡng trong nƣớc thải và các điều kiện khí hậu Tốc độ sinh trƣởng của bèo tây và thành phần dinh dƣỡng của nƣớc thải có ảnh hƣởng trực tiếp đến hiệu suất của quá trình xử lý Hấp thu của thực vật là quá trình chủ yếu để loại bỏ dinh dƣỡng từ nƣớc thải chứa nhiều N và P (Jensen Ric, 1998) Hiệu quả loại bỏ N trung bình là 1,2 kg N/ha.ngày, với P, hiệu quả loại. .. đánh giá khả năng loại bỏ các yếu tố phú dƣỡng môi trƣờng nƣớc của bèo tây và ngổ dại qui mô chậu vại và pilốt 2.3 Thời gian và địa điểm nghiên cứu Các thí nghiệm trong Luận văn đƣợc tiến hành từ tháng 10/2009 đến tháng 4/2010, tại khu thí nghiệm của Viện Công nghệ Môi trƣờng Số liệu đƣợc phân tích tại phòng thí nghiệm Thủy Sinh học Môi trƣờng, Viện Công nghệ Môi trƣờng, Viện Khoa học và Công nghệ... trƣởng cao, khả năng chống chịu và giảm thiểu ô nhiễm môi trƣờng tƣơng đối tốt Các kết quả thí nghiệm vận hành ở quy mô pilot sử dụng bèo tây và bèo cái trong xử lý nƣớc thải chế biến thủy sản, sử dụng cây sậy và cỏ vetiver trong xử lý nƣớc thải chứa crom và niken đã đƣợc xây dựng và vận hành có hiệu quả ( Tua, T.V., 2006; Trần Văn Tựa và cộng sự, 2007; Trần Văn Tựa và cộng sự, 2008) 1.7 Khả năng xử lý... straliotes), bèo tấm (Lemnaceae), bèo hoa dâu (Azolla caroliniana) và các loài thực vật nổi khác phát triển rất mạnh trong 20 môi trƣờng nƣớc thải Bộ rễ của bèo còn là nơi cƣ trú của vi khuẩn hấp thụ và phân hủy chất hữu cơ Trong đó, hai cây thuỷ sinh nổi đƣợc sử dụng phổ biến nhất là bèo tây và bèo tấm Hai kiểu hệ thống xử lý nƣớc thải sử dụng bèo tây chính là: hệ thống hiếu khí không thông khí (I) và hệ... năng xử lý nƣớc thải của thực vật nghiên cứu Bèo tây (Eichhornia crappsipes (Mart.) Solms), còn đƣợc gọi là bèo Nhật Bản hay bèo Lục bình, là loài thực vật nổi sống ở nƣớc ngọt thuộc họ Lục bình (Pontederiaceae), có nguồn gốc từ Nam Mỹ Lá bèo tây dày, dai, có hình elip hoặc ovan, mọc thành hình hoa thị, cuống lá phồng và xốp giúp cho cây bèo có thể nổi đƣợc trên mặt nƣớc Bèo tây sinh sản chủ yếu bằng... (Tripahi, D.B., Suresh C., Shukla, 1991) Bèo tây còn góp phần hạ thấp nhiệt độ của nƣớc, giảm sự khuấy động mặt nƣớc của gió và có đủ bóng che cần thiết để hạn chế sự phát triển của tảo, qua đó giảm sự dao động lớn của nồng độ pH và oxy hoà tan vào ban ngày (do hoạt động quang hợp của tảo gây ra) Ngoài ra, các nghiên cứu về khả năng xử lý nƣớc thải của bèo tây cũng đƣợc quan tâm ở một số nƣớc trên . nhiễm nguồn nƣớc phú dƣỡng, đề tài Khả năng loại bỏ tác nhân phú dƣỡng môi trƣờng nƣớc của cây Ngổ trâu (Enydra fluctuans Lour) và cây Bèo tây (Eichhornia crassipes (Mart. ) Solms), đã đƣợc tiến. HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT NGUYỄN VĂN THỊNH KHẢ NĂNG LOẠI BỎ TÁC NHÂN PHÚ DƢỠNG MÔI TRƢỜNG NƢỚC CỦA CÂY NGỔ TRÂU (ENYDRA FLUCTUANS LOUR) VÀ. hƣởng của một số yếu tố môi trƣờng nhƣ nồng độ N-NO 3 - , N- NH 4 + , P-PO 4 3- , pH đến sự sinh trƣởng của bèo tây và ngổ trâu; - Khả năng loại bỏ nitơ và phospho của bèo tây và ngổ trâu trong