Chất lượng nước và thành phần loài vi tảo ở hồ chứa nước bộc nguyên hà tĩnh

MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề Nước sạch, vệ sinh mơi trường trở thành vấn đề tồn cầu liên quan đến nhà, người, đến sư phát triển bền vững quốc gia trước mắt lâu dài Chính Liên hợp quốc nhấn mạnh đến "Liên kết tồn cầu sống ", "Hãy cho trái đất hội", "Nước- hai tỷ người khao khát", nói lên tất Chúng ta khơng thể phủ nhận vai trị nước sống Vì từ đời, người biết sử dụng hình thức để lấy nước ăn uống sinh hoạt Xã hội loài người phát triển từ hoang dã đến văn minh, chưa phải người - đặc biệt vùng nông thôn ý thức sâu sắc mối liên hệ chất lượng nước sức khỏe người Để đánh giá chất lượng nước khoa học ngày sử dụng hệ thống tiêu thủy lí thủy hóa, bên cạnh cịn sử dụng lồi vi tảo Trong hệ sinh thái nước, vi tảo có vai trị quan trọng, đặc biệt q trình tuần hồn vật chất, nguồn tạo suất sơ cấp, tảo xem "trái tim thủy vực" Giữa chất lượng nước vi tảo có mối quan hệ chặt chẽ với Việc cung cấp nước đầy đủ có chất lượng tốt cho nhân dân nhiệm vụ quan trọng cơng tác chăm sóc sức khỏe ban đầu Chương trình cung cấp nước sạch, khiết mơi trường vấn đề lớn Đảng, Nhà nước, ngành Y tế toàn thể nhân dân quan tâm Công tác giám sát kiểm tra chất lượng nước sinh hoạt hoạt động tích cực nhằm bảo đảm hài hịa mơi trường sức khỏe Tuy nhiên việc khảo sát chất lượng nước phát có mặt quy luật phát triển đa dạng loài vi tảo hồ chứa nước Bộc Nguyên (nơi cung cấp nước cho thành phố Hà Tĩnh vùng phụ cận, có tiềm du lịch) chưa nghiên cứu nhiều, chúng -1- tơi thực đề tài: "Chất lƣợng nƣớc thành phần loài vi tảo hồ chứa nƣớc Bộc Nguyên - Hà Tĩnh " 1.2 Mục tiêu đề tài - Cung cấp dẫn liệu chất luợng nước - Nghiên cứu đa dạng thành phần lồi vi tảo - Tìm hiểu mối liên quan yếu tố sinh thái với phân bố thành phần loài vi tảo 1.3 Nội dung nghiên cứu - Điều tra số tiêu chất lượng nước hồ Bộc Nguyên: Nhiệt độ nước, độ trong, pH, hàm lượng DO, COD, NH +, PO 3- - Xác định thành phần loài, số lượng tế bào vi tảo biến động chúng - Xem xét mối quan hệ thành phần loài với số yếu tố sinh thái -2- Chƣơng 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Chất lƣợng nƣớc thủy vực giới Việt Nam: 1.1.1 Các thông số đánh giá chất lượng nước: Đánh giá chất lượng mức độ ô nhiễm nước cần phải dựa vào số thông số so sánh với tiêu cho phép thành phần hóa học sinh học loại nước sử dụng cho mục đích khác nhau.[12], [17] Các thông số đánh giá chất lượng nước là: độ pH, màu sắc, độ đục, hàm lượng chất rắn, chất lơ lững, kim loại nặng, oxi hòa tan đặc biệt hai số COD BOD Ngồi số hóa học trên, cần phải ý đến tiêu sinh học: vi tảo, E.coli…[17] - Độ pH tiêu xác định nước cấp nước thải Chỉ số cho thấy cần phải trung hòa hay khơng tính lượng hóa chất cần thiết q trình xử lý đơng keo tụ, làm tăng, giảm vận tốc phản ứng hóa sinh xảy nước - Hàm lượng chất rắn: Các chất rắn có nước là: + Các chất vơ cơ: Muối hịa tan, đất đá dạng huyền phù,… + Các chất hữu cơ: Xác vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh,…các chất hữu tổng hợp : phân bón, chất thải công nhiệp,… Chất rắn làm trở ngại cho việc sử dụng lưu chuyển nước, làm giảm chất lượng nước sinh hoạt sản xuất, gây trở ngại cho nuôi trồng thủy sản - Độ cứng: Nước tự nhiên thường phân thành nước cứng nước mềm Độ cứng nước thường khơng coi nhiễm không gây hại cho sức khỏe người, độ cứng lại ảnh hưởng đến công nghệ Nước thải không cần quan tâm đến số này.[20] -3- - Độ đục: Độ đục hạt lơ lững chất hữu phân hủy giới thủy sinh phân hủy gây Độ đục làm giảm khả truyền ánh sáng quang hợp loài thủy sinh, giảm thẩm mĩ chất lượng nước sử dụng - Oxi hòa tan (DO - Dissolved oxigen): Oxi hòa tan nước cần thiết cho sinh vật hiếu khí Bình thường oxi hoà tan nước khoảng 8-10 mg/l, chiếm 70- 85% oxi bảo hòa Mức oxi hòa tan nước tự nhiên nước thải phụ thuộc vào mức độ ô nhiễm chất hữu cơ, vào hoạt động giới thủy sinh, hoạt động sinh hóa, hóa học vật lý nước Trong môi trường nước bị ô nhiễm nặng, oxi dùng nhiều cho q trình sinh hóa xuất tượng thiếu oxi trầm trọng Phân tích số oxi hịa tan tiêu quan trọng đánh giá ô nhiễm nước giúp ta đề biện pháp xử lý thích hợp - Chỉ số nhu cầu oxi sinh hóa (BOD - Biochemical oxygn Demand) Nhu cầu oxy sinh hóa nhu cầu oxi sinh học lượng oxi cần thiết để oxi hóa hợp chất hữu có nước vi sinh vật ( chủ yếu vi khuẩn hoại sinh, hiếu khí Q trình gọi q trình oxi hóa sinh học, địi hỏi nhiều thời gian, phải phụ thuộc vào chất hợp chất hữu cơ, loại vi sinh vật, nhiệt độ,… Xác định BOD dùng rộng rãi kỷ thuật mơi trường để: + Tính gần lượng oxy cần thiết oxy hóa chất hữu dễ phân hủy có nước thải + Làm sở tính tốn kích thước cơng trình xử lý + Xác định hiệu suất xử lý số trình + Đánh giá chất lượng nước sau xử lý phép thải vào nguồn nước Trong thực tế, người ta xác định lượng oxy cần thiết để phân hủy hoàn toàn chất hữu phương pháp sinh học, mà xác định -4- ngày nhiệt độ 200C bóng tối (để tránh tượng quang hợp nước) Chỉ số gọi BOD5 [17] - Chỉ số COD (Nhu cầu oxy hóa học - Chemical oxygen Demand): Chỉ số dùng rộng rãi để đặc trưng cho hàm lượng chất hữu nước thải ô nhiễm nước tự nhiên COD lượng oxi cần thiết cho q trình oxi hóa tồn chất hữu có mẫu nước thành CO2 nước - Hàm lượng nitơ (N): Hợp chất nitơ có nước thải hợp chất prôtêin sản phẩm phân hủy: amôn, nitrat, nitrit,… - Hàm lượng phospho (P): Phospho tồn thủy vực với dạng H2PO4- , HPO4-2 , PO4-3 , polyphosphat, phosphat hữu Đây nguồn dinh dưỡng cho thực vật nước, gây ô nhiễm góp phần thúc đẩy tượng phú dưỡng thủy vực Hàm lượng phospho thừa nước thủy vực làm cho loài tảo, loài thực vật lớn phát triển mạnh gây tắc thủy vực Hiện tượng tảo sinh trưởng mạnh( tượng nước nở hoa) dư thừa dinh dưỡng, thực chất hàm lượng P cao Sau tảo loại vi sinh vật bị phân hủy, thối rữa làm nước bị ô nhiễm thứ cấp, thiếu oxi hòa tan làm cho tôm cá bị chết - Chỉ số LC50 ( Nồng độ thấp gây ức chế 50% sinh vật thí nghiệm) - Chỉ thị sinh học: Sinh vật môi trường tồn mối cân động Trong điều kiện cụ thể khác có lồi hay nhóm lồi sinh vật đặc trưng sử dụng làm làm thị sinh học để đánh giá chất lượng môi trường, đặc biệt thủy vực Những thị sinh vật quan tâm vi khuẩn, động vật không xương sống, Phytoplankton…[12],[17] -5- Sự có mặt vi khuẩn Coliform thể nguồn nước bị nhiễm phân, đặc trưng thị Total Coliform Faecal coliforms.[15] Nhiều nhà khoa học cho ô nhiễm môi trường nước chất tượng sinh học Nhiều quốc gia châu Âu sử dụng hệ thống BMWP (Biological Monitoring Working Party) để đánh giá mức độ ô nhiễm nước qua quan trắc động vật đáy không xương sống lớn.[12] Căn vào thơng số vật lý, hóa học, sinh học người ta đưa mức phân loại ô nhiễm khác Hệ thống phân loại không giống quốc gia Đánh giá chất lượng nước mặt người ta dựa vào bảng sau: Bảng 1.1: Hệ thống đánh giá tổng hợp nguồn nước mặt TT Trạng thái PH NH4+ NO-3 PO3-4 DO% COD BOD5 Nước 7-8 < 0,05 10 (Trích Kỹ thuật mơi trường, NXB Giáo Dục, 2002, trang 143) [4] Để đánh giá tổng hợp lâu dài nguồn ô nhiễm nguồn nước người ta sử dụng phương pháp sinh thái học Theo phương pháp Hynes (1971) phân vùng nước bị nhiễm bẩn thành nhóm theo phân bố hệ thống sinh vật với số tiêu lý hóa: Vùng Oligosaprobic: vùng khơng nhiễm bẩn Vùng Beta - mesosaprobic: vùng ô nhiễm nhẹ Vùng Alfa - mesosaprobic: vùng ô nhiễm Vùng Poly - saprobic: vùng ô nhiễm nặng -6- 1.1.2 Vài nét chất lƣợng nƣớc thủy vực giới Việt Nam : 1.1.2.1 Chất lượng nước thủy vực giới: Nước không quan cá nhân mà xã hội, không yếu tố sống khứ, mà tương lai Nhà triết học cổ đại Hy Lạp Emepedocles cho có yếu tố khởi nguyên cấu tạo nên vật : khí, nước, lửa, đất Các văn minh lớn bắt nguồn từ lưu vực dịng sơng lớn giới [7] Theo nhà khoa học ước tính có khoảng 1,4 tỷ km3 nước bao phủ bề mặt trái đất, lượng nước bao phủ bề mặt trái đất sẻ có độ dày khoảng 0,3-0,4m Nhà bác học Retet Colia nêu hình ảnh so sánh: coi trái đất cầu đường kính 10m nước đại dương chứa hết bể 225l, nước băng hai cực chứa hết xô 5l, nước mặt đất đổ đầy chai, lượng nước ngầm mà loài người sử dụng năm vừa ly.[7] Nhu cầu nước ngày tăng lên, thời trung cổ trung bình người sử dụng 25l nước/ngày, ngày trung bình người tiêu thụ 200-300l nước/ngày Theo thống kê tình hình nhiễm nước giới cho thấy phần lớn sông hồ Châu Âu bị nhiễm bẩn, điển hình dịn sông Rein bị biến thành "cống nước công cộng", năm nước đục thêm đen dần Sông Volga Nga chịu cảnh tương tự Sơng Hồng Phố Thượng Hải hàng năm có 299 ngày nước sơng thối đen Ở Trung Quốc số 532 sơng khảo sát có 436 dịng sơng bị ô nhiễm mức độ khác Tại sơng ngồi Châu Âu trung bình hàm lượng muối nitrat vượt mức cho phép 2,5 lần, khu vực Châu Âu vượt 45 lần so với nước tự nhiên nồng độ photphat gấp 3,5 lần mức cho phép Hàng trăm dặm sơng thành phố New York khơng có sống chất thải nhiều nhà máy đổ vào Ở Malaixia có 10 sơng nhiễm đến mức cá sống Ở Peru chất thải làm nhiễm dịng sơng Rimac (nguồn cung cấp nước cho thủ đô) -7- nên hàm lượng Pb, Cr, As, Zn,… cao, nhiều sông khác nhiễm kim loại nặng Đáng ý mẫu tơm, cua, cá, sị vịnh Giacacta ( Inđonexia) theo WHO lượng chì vượt 4%, thủy ngân vượt 38%, cadini vượt 76% Ở Mỹ La Tinh lượng chất độc từ bãi thải xâm nhập vào nước ngầm 15 năm lại tăng gấp đôi.[7], [18] 1.1.2.2 Chất lượng nước thủy vực Việt Nam: Việt Nam nước phát triển tình trạng ô nhiễm đến mức báo động, đặc biệt khu công nghiệp, khu đô thị lớn Việt Nam có nguồn tài nguyên nước tương đối dồi Đạt trung bình đầu người tới 17000m3/năm Với tốc độ thị hóa, cơng nghiệp hóa, gia tăng dân số nhanh chóng áp lực lên tài ngun nước ngày gia tăng Theo tính tốn năm 2000 nhu cầu nước Việt Nam 100 tỷ m3/năm, dự báo năm 2010 103 tỷ m3/năm [20] Kết khảo sát 12 hồ (Nghĩa Tân, Đống Đa, Hào Nam, Văn Chương, Thành Công, Giảng Võ, Thiền Quang, Thủ Lệ, Trung Tự, Bảy Mẫu) nằm khu vực Hà Nội chất lượng nước ô nhiễm với mức độ khác Trong hồ Thủ Lệ, Thiền Quang, Nghĩa Tân ô nhiễm hàm lượng NH4+, PO43- so với hồ khác Tại hồ ô nhiễm, BOD5 , vượt mức cho phép 10mg/l Theo kết nghiên cứu môi trường nước nông thôn sở khoa học công nghệ Ninh Thuận địa bàn thôn thuộc huyện số cao vài chục lần số với mức cho phép Ở khu công nghiệp, đô thị tập trung đông dân cư thành phố Hồ Chí Minh, khu cơng nghiệp Việt Trì, Biên Hịa nước ao hồ, sơng bị nhiễm nghiêm trọng Ở Hà Nội ngày đêm thãi 300.000m3 nước thãi nên làm cho dịng sơng Kim Ngưu, Tơ Lịch, sơng Nhuệ…có màu sẫm, mùi thối tanh, DO thấp (có 0), BOD5 50mg/l, NH+4 10mg/l, NO2 tăng vọt, H2S gần 30 mg/l Ước tính tổng lượng chất thải sinh hoạt thành phố Hà Nội là: 16.500 / năm BOD5; COD: 3680 tấn/năm; SS: 20.000 tấn/năm ; nitơ: -8- 3.300 tấn/ năm phốtphát 400 tấn/năm Ở Hồ Chí Minh mức độ nhiễm cịn trầm trọng nhiều: 33.000 tấn/năm BOD5; COD: 106.000 tấn/năm; SS: 58.000 tấn/năm; nitơ: 9.570 tấn/năm phốtphát 1.160 tấn/năm Khu cơng nghiệp hóa chất Việt Trì, Lâm Thao thải sông Hồng 35 triệu m3 nước thải hàng năm.[18] Ngồi việc sử dụng phân bón, thuốc bảo vệ thực vật gây ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng nước sinh vật thủy sinh Hiện sử dụng khoảng 15.000- 25.000 thuốc trừ sâu, khoảng 200 loại thuốc diệt cỏ, diệt chuột tồn chất đất gây nguy tiềm tàng ô nhiễm nước mà chưa đánh giá hết được.[7] Tóm lại nước uống, sinh họat…được cung cấp đầy đủ, không bị ô nhiễm nhu cầu sống, yếu tố thiết thực cho việc chăm sóc sức khỏe ban đầu Nó góp phần kiểm sốt bệnh tật đặc biệt thương hàn, tả lị, theo WHO 1/3 dân số thiếu nước uống, hậu 80% bệnh tật giới liên quan đến thiếu nước, vệ sinh kém, làm 2500 người chết ngày bệnh đó, nước phát triễn có triệu trẻ em tuổi chết ngày tiêu chảy, 18 triệu người lớn chết ngày bệnh liên quan đến vệ sinh nước 2.3 Tình hình nghiên cứu vi tảo thủy vực dạng hồ hồ chứa Việt Nam: 2.3.1 Đặc điểm thủy vực dạng hồ hồ chứa: Hồ hồ chứa dạng thủy vực nước đứng vận động không đáng kể, có nguồn gốc tự nhiên nhân tạo - Đặc tính lý hóa thủy vực nước đứng nói chung dạng hồ nói riêng khác tùy thuộc vào nhiều yếu tố tự nhiên nhân tạo: -9- + Các yếu tố tự nhiên bao gồm yếu tố tự nhiên ban đầu khí hậu, địa hình, thành tạo địa chất, sau tạo nên yếu tố hệ hình thái hồ, chế độ thủy học, đặc điểm vùng lưu vực, độ sâu, nguồn chất ngoại lai… + Các yếu tố nhân tạo phương thức sử dụng đất, hoạt động kinh tế - xã hội vùng lưu vực từ dẫn đến nguồn gây ô nhiễm (point source) khuếch tán (diffuse source) [19] Trong thủy vực dạng hồ, hồ chứa dạng thủy vực trẻ Bên cạnh nguyên nhân tạo thành hồ, có sai khác hồ tự nhiên miền núi hồ tự nhiên đồng bằng, hồ hồ chứa, khác sau: - 10 - 56 PHỤ LỤC ẢNH HIỂN VI CỦA CÁC LOÀI VI TẢO TRONG THỦY VỰC NGHIÊN CỨU 56 57 Gomphosphaeria aponina Kuetz Microcystis aeruginosa Kuetz emend (x 600) Microcystis pulvera (Wood) Forti emend Elenk forma parastica (Kuetz.) Elenk Elenk.(x 200) Microcystis wesenbergii (Komarek) Komarek in Kondratera (x 200) (x 200) 57 58 Synechococus aeruginosus Neig Oscillatoria boryana (Ag.) Bory forma (x 600) 10 Oscillatoria rupicola Hansg kuibyschevjnsis V Pojansk.(x 200) 12 Ceratium hirundinella (x 600) 14.Dinobryon sertularia Ehr.(x 200) (O.F.M.) Bergh(x 200) 15 Melosira grannulata (Ehr.) Ralfs (x 200) 58 59 16 Melosira grannulata (Ehr.) 17 Synedra ulna (Nitzsch) Ehr var ulna Ralfs var Angustissima (x 200) (O Mull) Hust.(x 600) 24 Phacus ovalis (Woronich.) Popova (x 200) 26 Ankistrodesmus sp 25 Ankistrodesmus falcatus ( Corda) Ralfs.(x 200) 27 Chlorosphaera angulosa (Corda) Klebs (x 200) (x 600) 59 60 28 Coelastrum microsporum Naeg (x 600) 31 Pediastrum duplex Meyen var 30 Dictyosphaerium pulchellum Wood var pulchellum (x 200) 33 Pediastrum duplex var reticulatum subganulatum Racib.(x 600) 38 Tetradron gracille (Reissch.) Hansg (x 600) Lagerh W& G.S West.(x 600) 39 Tetradron trigonum (Naeg.) Hansg var crassum (Reinsch) Ergashev (x 600) 60 61 40 Coenochloris pyrenoidosa Korsch 41 Scendsmus bijugatus (Turp.) (x 600) Kuetz forma inregularis Wille (x 600) 44 Arthodesmus convergens Ehrenb 45 Arthodesmus sp1 (x 600) (x 600) 61 62 48 Cosmarium auriculatum 49 Cosmarium bioculatum Breb Reinsch var vernuconsum Turn (x 600) (x 600) 50 Cosmarium contractum 51 Cosmarium decachondrum Roy& Bisset Kirchn var pachydermum (x 600) (x 200) 62 63 52.Cosmarium nitidulum de Not 53 Cosmarium obsoletum (Hanzch) Reinsch (x 600) var ovale (Turn.) Bern (x 600) 54 Cosmarium counaturn Breb 55 Cosmarium pardalis Cohn (x 600) (x 600) 57 Cosmarium viride (Corda) Josh (x 600) 58 Cosmarium amplum Ndst (x 600) 63 64 59 Cosmarium sp (x 600) 60 Desmidium aptozgonnum Breb.(x 600) 63 Micrasterias alata Wall.(x 600) 64 Micrasterias foliacea Bail.(x 600) 65 Micrasterias pinnatifida ( Kutz.) Ralfs 66 Neitrium digitus (x 600) (Ehrenb.) Itigs & Rothe (x 600) 64 65 67 Penium curtum Breb.(x 600) 62 Euastrum obesum Josh 68 Spondysium plaum ( Woll.) West & West (x 600) 71 Staurastrum gracile Ralfs var Elongatum Breb (x 600) (x 600) 65 66 72 Staurastrum gracille Ralfs (x 600) 73 Staurastrum indentatum West & West.(x 600) 75 Staurastrum protectum W & G.S West var 76 Staurastrum sexanqulare rangonense(Skuja) Scott & Prescott (x 600) (Bulnh.) Lund.(x 600) 77 Staurastrum tetracerum (Kutz.) Ralfs 78 Staurastrum tohopekaligense Wolle (x 600) var insiqne W & G.S West (x 600) 66 67 79 Staurastrum trifidum Ndst.(x 600) 80 Staurastrum woltereckii Racib.(x 600) 82 Staurastrum sp1 (x 600) 84 Steptonma trilobatum Wall (x 600) 83 Staurastrum sp2.(x 600) 85 Xanthidium acanthophorum Nordst (x 600) 67 68 86 Mesotanium endlicherianum Nag (x 600) 87 Spirogyra ionia Wade (x 200) 88 Spirogyra prolifica (x 600) 89 Spirogyra protecta Wood (x 600) 68 69 90 Spirogyra sp1 (x 600) 92 Zygnema sp (x 200) 91 Spirogyra sp2 (x 600) 93 Microspora pachyderma(Wille) Lagerh (x 200) 69 70 70 ... thực đề tài: "Chất lƣợng nƣớc thành phần loài vi tảo hồ chứa nƣớc Bộc Nguyên - Hà Tĩnh " 1.2 Mục tiêu đề tài - Cung cấp dẫn liệu chất luợng nước - Nghiên cứu đa dạng thành phần loài vi tảo - Tìm... 71 loài tảo lam, loài tảo đỏ, 11 loài tảo giáp, loài tảo vàng ánh, 114 - 13 - loài tảo silic, loài tảo vàng, 12 loài tảo mắt, 124 loài tảo lục, lồi tảo vịng) [41] Ở khu vực miền Trung, Võ Hành... bố thành phần loài vi tảo 1.3 Nội dung nghiên cứu - Điều tra số tiêu chất lượng nước hồ Bộc Nguyên: Nhiệt độ nước, độ trong, pH, hàm lượng DO, COD, NH +, PO 3- - Xác định thành phần loài, số lượng