Đánh giá chất lượng và độc tính của nước mặt thuộc 05 hệ thống kênh rạch nội thành tp hồ chí minh sử dụng vi khuẩn nitrosomonas stercoris

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM - TRỊNH TRỌNG NGUYỄN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VÀ ĐỘC TÍNH CỦA NƯỚC MẶT THUỘC 05 HỆ THỐNG KÊNH RẠCH NỘI THÀNH, TP HỒ CHÍ MINH SỬ DỤNG VI KHUẨN NITROSOMONAS STERCORIS LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số ngành: 60520320 TP.HCM, tháng 10 năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM - TRỊNH TRỌNG NGUYỄN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VÀ ĐỘC TÍNH CỦA NƯỚC MẶT THUỘC 05 HỆ THỐNG KÊNH RẠCH NỘI THÀNH, TP HỒ CHÍ MINH SỬ DỤNG VI KHUẨN NITROSOMONAS STERCORIS LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số ngành: 60520320 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS THÁI VĂN NAM TP.HCM, tháng 10 năm 2017 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP.HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS Thái Văn Nam Luận văn Thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Công nghệ TP.HCM, ngày 08 tháng 10 năm 2017 Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn Thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ Luận văn Thạc sĩ) TT Họ tên Chức danh Hội đồng GS.TSKH Nguyễn Trọng Cẩn Chủ tịch TS Trịnh Hoàng Ngạn Phản biện PGS.TS Phạm Hồng Nhật Phản biện TS Nguyễn Xuân Trường Ủy viên TS Nguyễn Thị Hai Ủy viên, Thư ký Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận sau luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá Luận văn TRƯỜNG ĐH CƠNG NGHỆ TP.HCM CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM PHÒNG QLKH – ĐTSĐH Độc lập - Tự - Hạnh phúc TP.HCM, ngày 18 tháng 10 năm 2017 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Trịnh Trọng Nguyễn Giới tính: Nam Ngày, tháng, năm sinh: 27/08/1993 Nơi sinh: Cà Mau Chuyên ngành: Kỹ Thuật Môi Trường MSHV: 1541810032 I- Tên đề tài: Đánh giá chất lượng độc tính nước mặt thuộc 05 hệ thống kênh rạch nội thành, TP.HCM sử dụng vi khuẩn nitrosomonas stercoris II- Nhiệm vụ nội dung: Tổng hợp tài liệu có liên quan Khảo sát, điều tra thực địa lấy mẫu khu vực nghiên cứu Đánh giá diễn biến chất lượng nước kênh xây dựng số chất lượng nước WQI Thử nghiêm độc học đánh giá độc tính nguồn nước Đánh giá mối tương quan độc tính nguồn nước với thơng số lý hóa Đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường nước hệ thống kênh rạch nội thành III- Ngày giao nhiệm vụ: ngày 15 tháng 02 năm 2017 IV- Ngày hoàn thành nhiệm vụ: ngày 15 tháng 08 năm 2017 V- Cán hướng dẫn: PGS.TS Thái Văn Nam CÁN BỘ HƯỚNG DẪN KHOA QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) PGS.TS Thái Văn Nam PGS TS Thái Văn Nam i LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu khoa học riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực, chưa cơng bố cơng trình khác thơng tin trích dẫn luận văn rõ nguồn gốc Tôi xin chịu trách nhiệm trước Hội đồng đánh giá nhà trước có phát điều khơng cam đoan Học viên thực (Ký ghi rõ họ tên) Trịnh Trọng Nguyễn ii LỜI CẢM ƠN Để hồn thành luận văn cho phép tơi gửi lời cảm ơn đến Trường Đại học Công nghệ TP.HCM, Viện Công nghệ cao HUTECH, Khoa Công nghệ Sinh học – Thực phẩm – Môi trường (HUTECH) tạo điều kiện thuận lợi cho thực luận văn Đặc biệt, xin gửi lời tri ân sâu sắc đến PGS.TS Thái Văn Nam trực tiếp hướng dẫn làm cố vấn cho suốt thời gian thực luận văn Bên cạnh đó, tơi xin gửi lời cảm ơn đến Thầy Nguyễn Trung Dũng 06 bạn sinh viên: Lê Dương Ngọc Phú, Nguyễn Thị Cẩm Tú, Lê Thị Kiều Dung, Nguyễn Tường Vy (HUTECH), Mạch Hoài Hương Lê Văn Trị (Trường Đại học Hồng Bàng) hỗ trợ tơi suốt q trình điều tra, khảo sát, lấy mẫu phân tích mẫu Cuối cùng, tơi xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè người thân gia đình tơi giúp đỡ động viên tơi, giúp tơi vượt qua khó khăn suốt trình thực luận văn Do thời gian thực luận văn có hạn hạn chế kinh nghiệm, kết thực luận văn tránh khỏi thiếu sót hạn chế định Vì vậy, tơi mong nhận đóng góp ý kiến từ q thầy để giúp tơi hồn thành tốt luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn Học viên thực (Ký ghi rõ họ tên) Trịnh Trọng Nguyễn iii TÓM TẮT Hệ thống kênh rạch nội thành TP.HCM đóng vai trị quan trọng việc tiếp nhận loại nước thải đô thị, công nghiệp sinh hoạt Điều dẫn đến tình trạng suy giảm chất lượng nước hệ thống kênh Việc đánh giá nguy độc học hệ sinh thái trở thành vấn đề quan tâm nước ta Nghiên cứu tập trung đánh giá chất lượng nước độc tính 05 hệ thống kênh rạch nội thành TP.HCM bao gồm: Kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè (NL-TN), Kênh Đôi – Kênh Tẻ (KĐ-KT), Tàu Hủ – Bến Nghé (TH-BN), Tân Hóa – Lị Gốm (TH-LG) Tham Lương – Bến Cát – Rạch Nước Lên – Vàm Thuật (TL-BC-RNLVT) Độc tính nguồn nước hệ thống kênh rạch xác định dựa ức chế q trình hơ hấp vi khuẩn nitrat hóa (vi khuẩn Nitrosomonas stercoris) Ngoài ra, nghiên cứu tiến hành đánh giá diễn biến chất lượng nước kênh thông qua thơng số lý hóa, kim loại nặng (Cu, Pb, Cr, Cd As) số chất lượng nước WQI; đánh giá mối tương quan thông số hóa lý với độc tính nguồn nước kênh Các kết nghiên cứu cho thấy nguồn nước kênh rạch có giá trị pH nằm quy chuẩn cho phép (từ 5,5 đến 9); kênh TH-LG TL-BC (trừ Cầu AL) có hàm lượng TSS vượt quy chuẩn cho phép (TSS>100 mg/l); hệ thống kênh rạch có dấu hiệu nhiễm hữu thể qua hàm lượng TOC cao (từ 13,40-213,33 mg/l triều lên 14,07-246,33 mg/l triều xuống) DO thấp (0,22-5,14 mg/l triều lên 0,0-5,25 mg/l triều xuống); lưu vực kênh có dấu hiệu nhiễm amoni (từ 0,04-22,9 mg/l triều lên 0,08-28,96 mg/l triều xuống) phosphat (từ 0,19-6,06 mg/l triều lên 0,56-9,24 mg/l triều xuống) Bên cạnh đó, vị trí Cầu Kênh Tẻ, Nhị Thiên Đường Phạm Văn Chí có hàm lượng Cd vượt giới hạn cho phép từ 2,15 đến 17,44 lần Chỉ số WQI dao động từ 3,7 đến 62 thời điểm triều lên từ 2,9 đến 15,8 thời điểm triều xuống Quan trọng giá trị độc tính dao động từ 0,0-76,46% thời điểm triều lên, từ 0,0-82,32% thời điểm triều xuống có mối tương quan cao với thơng số amoni, số tương quan nằm khoảng -0,137 đến 0,887 iv ABSTRACT The inner canals system of HCMC plays a important role in receiving the types of urban wastewater, industrial and domestic sewage This has led to the degradation of water quality in these canals system Assessment of ecotoxicity is becoming a matter of concern in Vietnam This research focuses on assessesing water quality and aquatic toxicology of five inner canals system in Ho Chi Minh City, i.e, Nhieu Loc Thi Nghe (NL-TN), Doi - Te (KĐ-KT), Tau Hu - Ben Nghe (TH-BN), Tan Hoa - Lo Gom (TH-LG) and Tham Luong - Ben Cat (TL-BC) canals Toxicity of water source in canals system was determined by inhibition of respiratory of nitrifying bacteria (Nitrosomonas stercoris) In addition, the study also evaluated the evolution of canals water quality through physicochemical parameters, heavy metals (Cu, Pb, Cr, Cd and As) and Water Quality Index (WQI); then assessed correlations between physiochemical parameters and aquatic toxicology The results show that the inner canals system of HCMC has pH value within limits (from 5.5-9); TH-LG and TL-BC canals system has TSS content exceeds the allowed standards (TSS>100 mg/l); canals system has sign of organic pollution through high TOC contents (from 13.40 to 213.33 mg/l in tide-up time and from 14.07 to 246.33 mg/l in tide-down time) and low DO contents (from 0.22 to 5.14 mg/l and from 0.0-5.25 respectively); ammonia pollution (from 0.04 to 22.9 mg/l in tide-up time and from 0.08 to 28,96 mg/l in tidedown time) and phosphate pollution (from 0.19 to 6.06 mg/l and 0.56-9.24 mg/l respectively) Besides that, positions at Kenh Te, Nhi Thien Duong and Pham Van Chi had Cd contents over the allowed standard from 2.15 to 17.44 times WQI index ranges from 3.7 to 62 and from 2.9 to 15.8 in tide-up and tide-down time Most important is toxicity values changing from 0.0 to 82.32% when tide-down time and has high correlation with ammonia, correlation index from -0.137 to 0.887 v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii ABSTRACT iv MỤC LỤC v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ix DANH MỤC HÌNH xi DANH MỤC BẢNG xiii DANH MỤC ĐỒ THỊ xiv MỞ ĐẦU 1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 2.1 Mục tiêu tổng quát 2.2 Mục tiêu cụ thể .3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1 Đối tượng nghiên cứu 3.2 Phạm vi nghiên cứu Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 4.1 Ý nghĩa khoa học 4.2 Ý nghĩa thực tiễn TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI vi CHƯƠNG TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Cơ sở pháp lý quan trắc chất lượng nước mặt 1.2 Các phương pháp đánh giá chất lượng nước mặt 1.2.1 Đánh giá chất lượng nước thao số chất lượng nước WQI .6 1.2.2 Đánh giá chất lượng nước mô hình (SWAT) 1.3 Các phương pháp thử nghiệm độc học nước 10 1.3.1 Thử nghiệm độc cấp tính .10 1.3.2 Thử nghiệm độc mãn tính 11 1.3.3 Thử nghiệm độc tĩnh 13 1.3.4 Thử nghiệm độc động (liên tục) 14 1.4 Tổng quan q trình Nitrat hóa vi khuẩn Nitrosomonas 14 1.4.1 Quá trình Nitrat hóa .14 1.4.2 Giới thiệu vi khuẩn Nitrosomonas 15 1.4.3 Các nghiên cứu Nitrosomonas stercoris thị mức độ ô nhiễm môi trường .16 1.5 Các nghiên cứu liên quan thử nghiệm độc tính nguồn nước 17 1.5.1 Các nghiên cứu giới 17 1.5.2 Các nghiên cứu nước 19 1.6 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước sông, kênh rạch khu vực nội thành TP.HCM .22 CHƯƠNG NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 24 2.1 Nội dung nghiên cứu 24 2.2 Phương pháp nghiên cứu 25 2.2.1 Phương pháp lấy mẫu 25 PL-54 8.17.2 Triều xuống TOX Correlations TOC Amoni Pearson ,077 ,490 Correlation TOX Sig (2-tailed) ,857 ,218 N 8 Pearson ,077 ,023 Correlation TOC Sig (2-tailed) ,857 ,957 N 8 Pearson ,490 ,023 Correlation Amoni Sig (2-tailed) ,218 ,957 N 8 Pearson ,731* ,142 ,121 Correlation TSS Sig (2-tailed) ,039 ,737 ,776 N 8 Pearson ,722* ,287 -,188 Correlation pH Sig (2-tailed) ,043 ,490 ,655 N 8 Pearson -,058 ,059 -,418 Correlation Phosphat Sig (2-tailed) ,891 ,890 ,303 N 8 Pearson ,125 ,150 ,810* Correlation DO Sig (2-tailed) ,768 ,723 ,015 N 8 * Correlation is significant at the 0.05 level (2-tailed) TSS pH Phosphat DO ,731* ,722* -,058 ,125 ,039 ,043 ,891 ,768 ,142 ,287 ,059 ,150 ,737 ,490 ,890 ,723 ,121 -,188 -,418 ,810* ,776 ,655 ,303 ,015 ,687 ,439 -,383 ,060 ,277 ,349 ,687 ,250 -,368 ,060 8 ,551 ,369 ,439 ,250 -,462 ,277 ,551 8 ,249 -,383 -,368 -,462 ,349 ,369 ,249 8 PL-55 PHỤ LỤC - KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG NƯỚC TỔNG HỢP WQI 9.1 Triều lên (16:25) Vị trí (Cầu) TN2 ĐBP LVS KT CH NTĐ KH ÔL CY CV PVC HG ÔB TH AL CC2 TL BOD5 (mg/l) 12,80 20,40 26,40 32,40 67,50 75,60 29,40 51,26 54,90 50,40 86,40 78,50 72,00 89,60 55,20 87,00 86,20 COD (mg/l) 29,48 44,88 53,46 72,71 133,78 141,44 69,28 95,12 117,66 123,06 201,57 167,42 159,64 182,68 111,41 193,22 160,22 N-NH4 (mg/l) 0,04 0,25 0,56 0,44 2,42 2,78 0,64 7,09 2,12 3,10 10,67 7,02 20,50 12,67 7,27 5,84 7,02 P-PO4 Độ đục (mg/l) (NTU) 0,29 6,70 0,78 8,40 0,37 10,45 0,90 12,87 0,87 15,27 1,07 27,56 2,15 17,15 3,11 14,70 2,22 19,98 2,28 22,43 1,58 54,20 2,04 51,60 2,21 46,60 2,46 48,60 2,60 19,38 4,65 60,63 3,85 55,00 TSS Coliform (mg/l) (MPN/100ml) 12,32 9000 15,20 10000 14,37 23000 18,72 24000 26,95 18000 43,12 27000 20,36 49000 24,47 40000 23,17 24000 16,10 11000 121,86 1200000 126,48 330000 127,49 1100000 124,61 700000 37,13 17000 134,95 490000 129,49 550000 DO (mg/l) 6,45 6,86 5,50 5,90 4,50 5,67 6,24 0,70 5,79 4,97 1,33 2,27 1,49 1,33 2,64 2,13 1,57 pH 7,21 7,13 7,02 7,13 7,10 7,20 7,10 7,18 7,05 7,22 7,05 7,06 7,04 6,92 7,15 7,24 7,11 T (oC) 26,40 26,90 28,50 28,30 28,50 28,50 28,10 28,50 28,50 28,40 28,60 28,50 29,20 27,60 25,50 26,40 26,80 WQI 62,0 17,2 15,8 15,0 11,9 10,9 14,7 6,7 12,4 11,8 4,4 5,9 4,4 4,3 9,2 5,1 3,7 PL-56 9.2 Triều xuống (11:05) Vị trí (Cầu) P-PO4 Độ đục (mg/l) (NTU) 1,21 10,30 TN2 BOD5 (mg/l) 34,00 COD (mg/l) 70,18 N-NH4 (mg/l) 0,08 TSS Coliform (mg/l) (MPN/100ml) 23,20 30000 ĐBP 42,80 79,05 0,32 0,85 11,47 33,94 66000 LVS 48,40 92,55 0,90 1,20 13,50 18,35 KT 60,00 135,59 4,60 1,15 15,48 CH 79,20 147,03 4,16 1,23 NTĐ 88,40 155,26 4,93 KH 47,10 83,32 ÔL 87,00 CY DO (mg/l) 5,23 6,85 T (oC) 29,20 5,35 6,84 29,40 13,9 80000 4,45 6,96 29,50 12,9 27,48 130000 3,28 7,04 30,10 10,6 17,10 28,93 250000 2,18 7,07 29,50 9,9 0,96 30,22 54,55 120000 5,89 7,19 29,60 10,2 1,41 1,81 21,69 24,74 330000 4,82 7,08 30,70 12,1 167,99 9,10 3,31 19,47 30,92 160000 0,08 7,01 30,40 6,3 83,20 185,56 7,25 2,40 22,05 40,03 1700000 2,27 7,04 30,10 8,9 CV 88,00 198,97 10,60 4,33 26,30 32,24 210000 1,64 7,04 30,40 7,9 PVC 90,40 193,62 11,97 4,11 62,40 131,26 4700000 0,84 6,90 30,10 3,4 HG 99,20 175,19 14,90 3,91 56,50 130,01 2200000 0,66 6,90 30,40 3,6 ÔB 115,50 238,65 20,42 3,83 54,50 127,64 2400000 0,89 6,98 30,50 3,7 TH 94,10 222,99 21,64 5,49 50,00 129,08 2000000 0,70 6,93 31,10 3,0 AL 64,80 119,79 7,35 3,06 23,54 41,15 70000 3,47 7,08 29,30 9,3 CC2 90,80 173,20 15,72 5,15 65,69 132,76 490000 0,88 7,09 31,20 2,9 TL 100,74 178,53 7,26 3,87 59,68 128,01 1400000 1,64 7,15 31,80 5,1 pH WQI 15,8 PL-57 10 PHỤ LỤC ẢNH Hình 1: Cống Cầu Điện Biên Phủ xả nước thải có màu Hình 2: Cống Cầu Thị Nghè xả nước thải có màu đen vào kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè (Nguồn: Tác giả) trắng đục vào kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè (Nguồn: Tác giả) PL-58 Hình 3: Rạch Ơng Bng thuộc kênh Nhiêu Lộc – Thị Hình 4: Cơng nhân vớt rác lục bình gần khu vực Cầu Hậu Giang Nghè tồn nhiều rác thải (Nguồn: Tác giả) (Nguồn: Tác giả) PL-59 Hình 5: Cống xả nước thải Cầu Hậu Giang (Nguồn: Tác giả) Hình 6: Nước có màu đen nhiều rác gần khu vực Cầu Tân Hóa (Nguồn: Tác giả) PL-60 Hình 7: Cống xả nước thải Cầu Ơng Bng lúc 7:30 ngày Hình 8: Nước có màu đen, nhiều cặn xuất bọt trắng Cầu 24.03.2017 (Nguồn: Tác giả) Phạm Văn Chí (Nguồn: Tác giả) PL-61 Hình 9: Nước thải từ Khu cơng nghiệp Tân Bình xả thẳng kênh PL-62 Hình 10: Rác xuất nhiều khu vực Cầu Tham Lương Hình 11: Lục bình phát triển dày đặc kênh gần Cầu Chợ Cầu (Nguồn: Tác giả) (Nguồn: Tác giả) PL-63 Hình 12: Cống hộp xả nước thải Cầu Chà Và (Nguồn: Tác Hình 13: Nước thải màu trắng đục phát sinh từ cống gần Cầu Ông giả) Lãnh (Nguồn: Tác giả) PL-64 Hình 14: Rác tập trung khu vực gần Cầu Chữ Y (Nguồn: Tác giả) PL-65 Hình 15: Cống hộp xả nước thải có màu đen vào kênh Cầu Kênh Tẻ (Nguồn: Tác giả) Hình 16: Nước thải đen ngòm thải trực tiếp kênh Cầu Chánh Hưng (Nguồn: Tác giả) PL-66 Hình 17: Nhiều ghe xuồng neo đậu xả nước thải sinh hoạt xuống kênh gần khu vực Cầu Nhị Thiên Đường (Nguồn: Tác giả) Hình 18: Nhiều nhà lụp xụp dựng lên gần khu vực Cầu Chánh Hưng (Nguồn: Tác giả) PL-67 Hình 19: Nước kênh Tham Lương – Bến Cát có màu đen Hình 20: Nước thải xả từ cống Cầu Tân Hóa (Nguồn: Tác nhiều lục bình giả) PL-68 Hình 21: Rạch Cầu Bơng thuộc hệ thống kênh Nhiêu Lộc Hình 22: Nước kênh Tham Lương – Bến Cát có dấu hiệu bị phú – Thị Nghè chưa cải tạo dưỡng hóa ... sơng, kênh rạch TP. HCM nói chung 2.2 Mục tiêu cụ thể  Đánh giá chất lượng độc tính nước mặt thuộc hệ thống kênh rạch nội thành, TP. HCM sử dụng vi khuẩn nitrosomonas stercoris  Đánh giá chất lượng. ..BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HCM - TRỊNH TRỌNG NGUYỄN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG VÀ ĐỘC TÍNH CỦA NƯỚC MẶT THUỘC 05 HỆ THỐNG KÊNH RẠCH NỘI THÀNH, TP HỒ CHÍ MINH SỬ DỤNG... cho khu vực 3 Vì vậy, vi? ??c Đánh giá chất lượng độc tính nước mặt thuộc 05 hệ thống kênh rạch nội thành, TP. HCM sử dụng vi khuẩn nitrosomonas stercoris vấn đề cần thiết cho thành phố MỤC TIÊU ĐỀ