Thu nhận các chất dinh dưỡng và các nguyên tố cần thiết qua bộ rễ phát triển trong nước. Sinh khối của một số loài bèo như bèo lục bình (Eichhornia reassipe), bèo cái (Postia straliotes), bèo tấm (Lemnaceae), bèo hoa dâu (Azolla caroliniana) và các loài thực vật nổi khác phát triển rất mạnh trong môi trường nước thải. Bộ rễ của bèo còn là nơi cư trú của vi khuẩn hấp thụ và phân hủy chất hữu cơ.
Trong đó, hai cây thủy sinh nổi được sử dụng phổ biến nhất là bèo tây và bèo tấm. Hai kiểu hệ thống xử lý nước thải sử dụng bèo tây chính là: hệ thống hiếu khí không thông khí (I) và hệ thống hiếu khí có thông khí (II). Hệ thống (I) là các ao nông dòng chảy bất kỳ hoặc các mương dòng chảy không đều trồng bèo tây, hoạt động có hoặc không quay vòng dòng ra và nạp nước thải từng bước. Hệ thống (II) khác hệ thông (I) ở chỗ là có cấp khí bổ sung và mực nước sâu hơn. Hệ thống (II) có ưu điểm là có thể có tải lượng hữu cơ cao hơn đồng thời diện tích giảm. Địa hình bằng phẳng và hơi nghiêng là thích hợp để xây dựng hệ thống sử dụng bèo tây[9].
2.8. Khả năng xử lý nước thải của thực vật nghiên cứu.
- Bèo tây (Eichhornia crappsipes (Mart) Solms), xuất xứ từ châu Nam Mỹ, du nhập Việt Nam khoảng năm 1905, còn gọi là bèo Nhật Bản hay Lục bình, là loài thực vật nổi sống ở nước ngọt thuộc học Lục bình (Pontederiaceae).
24
Lá bèo tây dày, có hình elip hoặc ovan, mọc thành hình hoa thị, cuống lá phồng và xốp giúp cho cây bèo có thể nổi được trên mặt nước. Bèo tây sinh sản chủ yếu bằng chồi (nhờ thân bò). Rễ bèo tây có màu sẫm, dạng sợi, phía ngoài có nhiều lông tơ. Bèo tây là một trong số thực vật nổi có nhiều ở vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới (Fujilka, R.S và cộng sự 1999; http:/vnexpress.net..)[10]
Bèo tây sinh trưởng ở nhiệt độ 100C – 400C, nhưng mạnh nhất ở 200C – 230C. Do đó ở nước ta chúng sống quanh năm. Chúng phát triển mạnh từ tháng 4 – 10, ra hoa vào tháng 10, tháng 11, được xếp là một trong 10 loài cây có tốc độ sinh trưởng mạnh nhất TG (Damron,B.L. and Wilson, H.R 2003; U.S Environmental Protection Agency, 1998)[10]. Chúng có khản năng tăng gấp đôi sinh khối trong vòng 14 ngày (Aquatic Ecosytem Restoration Foundation, 2005; G.K., 1999)[9]
Trong điều kiện bình thường, bèo tây có thể bao phủ mặt nước với mật độ 10kg/m2, mật độ tối đa là 50kg/m2 (U.S. Environmental protection Agency, 1998)[9]. Tốc độ sinh trưởng của bèo tây phụ thuộc vào mật độ, nguồn dinh dưỡng trong nước thải và các điều kiện khí hậu. Tốc độ sinh trưởng của bèo tây và thành phần dinh dưỡng của nước thải có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất của quá trình xử lý. Hấp thụ của thực vật là quá trình chủ yếu để loại bỏ dinh dưỡng từ nước thải chứa nhiều N và P (Jensen Ric, 1998)[10]. Hiệu quả loại bỏ N trung bình là 1,2 kg N/ha/ngày, với P, hiệu quả loại bỏ trong trường hợp đảm bảo thu hái một cách hợp lý có thể đạt 30 – 50%, trường hợp không được thu hái, hiệu quả loại bỏ N là rất thấp (United States Deppartnent of Agriculture, 2002)[12]. Bèo tây có khả năng đồng hóa cả amon lẫn nitrat trong khi phần lớn các thực vật thủy sinh khác đồng hóa amon cao hơn so với nitrat (SooKnah, R.D., 1999)[9].
Từ những năm 1970, các nghiên cứu về khả năng xử lý nước thải của bèo tây đã được tiến hành ở Mỹ. Các kết quả nghiên cứu cho thấy bèo tây có
25
thể loại bỏ BOD và TSS hết sức hiệu quả (hiệu suất đạt 60% -90%). Không chỉ làm giảm lượng BOD và TSS trong nước thải, bèo tây còn loại bỏ có hiệu quả NO3
- , PO4
3-
, Na, K, Ca, Mg và một số chất khoáng khác (Tripahi et al.., 1991)[9]. Loài thực vật này có thể hấp thu các chất độc như Cd, Pb, Ni, Hg, Cu, As, Fe…. Và mốt số chất có khả năng gây ung thư.
Bèo tây còn góp phần hạ nhiệt độ của nước, giảm sự khuấy động mặt nước của gió và có đủ bóng che cần thiết để hạn chế phát triển tảo, qua đó giảm sự giao động lớn của pH và oxy hòa tan vào ban ngày (do hoạt dộng quang hợp của tảo gây ra). Ngoài ra, các nghiên cứu vể khả năng xử lý nước thải của bèo tây cũng được quan tâm ở một số nước trên Thế Giới như Zambia, Trung Quốc, Ai cập….(Shome, J.N., anh Neogi, S.K., 2001; Tang Shu-yu and Lu Xian-wen, 1993; Tawific, T.A., 2003)[9]
- Ngổ trâu có tên khoa học là Enydra fluctuans lour (tên tiếng anh là Bufalo spinach) còn gọi là ngổ đắng, ngổ trâu[10]. Ngổ thường mọc theo dìa ao, bờ ruộng, thuộc họ cây thân thảo, mọc bờ, thân rỗng, giòn, dài 20-30 cm, có nhiều lông, mùi rất thơm lá mặt nhẵn, mọc đối, không cuống, hơi ôm thân. Phần lá gần thân nhỏ lại, mép lá có răng cưa nhỏ và thưa. Hoa gần như không cuống mọc đơn độc ở nách lá. Quả nang nhẵn, có bướu và nếp nhăn dọc theo quả, ngắn hơn lá đài. Hạt nhẵn hình trụ có màu đen nhạt, có vân mạng.
Ngổ phân bố mọc nhiều nhất trong vùng Đông Nam Á, nơi chúng phát triển dễ dàng trong môi trường nóng và nhiều nước. Chúng mọc nổi trên mặt nước nhưng cũng có thể trồng trên cạn nếu tưới nhiều nước, khi đó rau mọc thành bụi. Rau này được sử dụng nhiều trong ẩm thực Việt Nam và cũng có thể dùng như một cây cảnh trong hồ cá cảnh hoặc bể thủy sinh.
2.9. Những kết quả nghiên cứu liên quan đến khả năng làm sạch nước của bèo ở Việt Nam
Ở Việt Nam, vấn đề xử lý nước thải sinh hoạt đã và đang thu hút được sự quan tâm của dư luận và các nhà nghiên cứu. Phương pháp xử lý nước thải bằng thực vật thủy sinh là phương pháp một phương pháp đem lại hiệu quả
26
khá cao. Nhiều nghiên cứu về khả năng xử lý ô nhiễm môi trường của thực vật thủy sinh đã được tiến hành.
Gần đây, nhóm nghiên cứu Trường ĐH Xây dựng Hà Nội đã tiến hành nghiên cứu đề tài: “Xử lý nước thải sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng trong điều kiện Việt Nam”. Theo Nguyễn Việt Anh
(2006), “các kết quả nghiên cứu cho thấy, hiệu suất xử lý nước thải trong bãi lọc trồng cây dòng chảy thẳng đứng, sử dụng vật liệu lọc sỏi và gạch vỡ, luôn ngập nước là rất tốt. Hệ thống làm việc ổn định, dao động chất lượng nước
đầu ra không lớn. Với sơ đồ 1 bậc, chất lượng nước đầu ra sau bể lọc trồng cây cho phép đạt được tiêu chuẩn cột B, TCVN 5945-1995 đối với các chỉ tiêu COD, SS, TP. Với sơ đồ 2 bậc nối tiếp, chất lượng nước đầu ra sau bể lọc trồng cây đạt tiêu chuẩn cột A, TCVN 5945 - 1995 hay mức 1, TCVN 6772 - 2000 theo COD, SS, TP.”[10].
Một trong những loại thực vật thủy sinh được quan tâm nghiên cứu là
bèo. Theo Phan Thị Thu Hằng (2008), cây bèo tây có thể làm sạch nước tưới bị ô nhiễm Pb, Cd, As sau khi trồng 20 - 30 ngày. Đây là một giải pháp sinh học hữu ích để xử lý các nguồn nước bị ô nhiễm kim loại nặng.
Các nhà khoa học thuộc Trường Đại học Khoa học tự nhiên (Đại học Quốc gia Hà Nội) đã bước đầu thành công trong việc sử dụng bèo tây, rau muống để xử lý đất bị ô nhiễm chì. Nhóm nghiên cứu này đã lấy mẫu đất tại ruộng trồng lúa thôn Đông Mai, xã ChỉĐạo, huyện Văn Lâm, tỉnh Hưng Yên để tiến hành nghiên cứu. “Kết quả cho thấy, hàm lượng chì trong đất giảm dần theo thời gian: Sau 20 ngày trồng rau, giảm 4,1% sau 40 ngày, giảm 7,3%; Sau 60 ngày, giảm 9%. Nhóm nghiên cứu cũng nhận thấy, khả
năng hút thu chì của bèo gấp 7,2 lần rau muống.” (Khoa học và đời sống, 2006)[6].
Nhóm cán bộ của Bộ môn Môi trường – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng - Trường Đại học Cần Thơ đã tiến hành đề tài “Nghiên cứu
27
diễn biến thành phần hoá học của nước thải trong môi trường thuỷ canh trồng bèo tai tượng và bèo tai chuột”. Theo Công Kha (2007), “sau hơn 5 tháng nghiên cứu, nhóm nghiên cứu đã kết luận:
- Từ việc dùng thuỷ sinh thực vật, đặc biệt là bèo tai tượng và bèo tai chuột để hấp thụ các chất dinh dưỡng trong môi trường nước thải ô nhiễm hữu cơ là một biện pháp hữu hiệu.
- Bèo lấy đi các dưỡng chất nhưđạm và lân để sinh trưởng và phát triển. - Khả năng xử lý về mặt hoá học của bèo tai tượng và bèo tai chuột đạt khá cao.
- Hiệu suất xử lý BOD trên 75% đối với bèo tai chuột và trên 78% đối với bèo tai tượng.
- Hiệu suất xử lý COD trên 44%.
- Khả năng loại đạm và lân cũng khá cao.
- Ngoài ra, bèo còn có tác dụng cung cấp oxy cho nước làm cải thiện oxy hoà tan trong môi trường nước, góp phần làm trong sạch nguồn nước” [5].
Gần đây nhất theo nghiên cứu của Nguyễn Văn Thịnh, 2010. “ Khả
năng loại bỏ tác nhân phú dưỡng môi trường nước của cây ngổ trâu (Enydra Fluctuans lour)” tại Viện khoa học và công nghệ Việt Nam sau hơn 1 năm nghiên cứu cho thấy: “ Sau một thời gian nghiên cứu sử dụng bèo tây và ngổ trâu để xử lý một số tác nhân gây nên phú dưỡng trong các hồ, chúng tôi rút ra một số kết luận sau:
1. Sinh trưởng của bèo tây và ngổ trâu tăng theo nồng độ chất dinh dưỡng nghiên cứu cụ thể: NH4 + 10 – 25 mg/l, N-NO3 - 5-40 mg/l, P-PO4 3- 1-20 mg/l; 2. pH trung tính là môi trường thích hợp cho sinh trưởng của bèo tây và ngổ trâu;
3. Thực vật thủy sinh có vai trò rất quan trọng trong loại bỏ tác nhân gây phú dưỡng. Sau 8 ngày thí nghiệm bèo tây loại bỏ 87,08 – 99,59% NH4
+ , 82,12 – 92,28% NO3 - , 36,39 – 83,20% PO4 3- . Ngổ trâu loại bỏ 46,38 – 81,21% NH4 + , 36,39 – 83,20% NO3-, 47,81 – 55,66% PO4 3- .”
28
PHẦN 3
ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG, PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi nghiên cứu.
3.1.1 Đối tượng nghiên cứu.
- Đề tài tập chung nghiên cứu chất lượng nước ao cá Bác Hồ trường ĐHNL ở các chỉ tiêu :pH, BOD, COD, DO, TSS, N tổng số, P tổng số, hàm lượng pb.
- Thực vật nổi: Lục Bình, rau muống, rau ngổ được lấy trong khu vực thành phố Thái Nguyên. Những cây tốt, khỏe mạnh, có sức sống tốt, hệ rễ phát triển, không bị sâu bệnh được chọn làm thí nghiệm.
.
3.1.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu:
- Các thí nghiệm trong luận văn được tiến hành từ tháng 1/2014 đến tháng 4/2014, tại khoa Môi Trường. Các số liệu được phân tích tại phòng thí nghiệm trường ĐHNL Thái Nguyên.
3.1.3. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm.
3.1.3.1. Hóa chất: Hóa chất sử dụng trong luận văn chủ yếu sử dụng các loại hóa chất sau:
- Xác định T-N : H2SO4, NaOH, K2SO4, Na2S2O3.5H2O2, nước cât. - Xác Định T-P : HCL đặc, KH2PO 4, NH4NO3.
- Xác định C0D : H2SO4, KMnO4, dung dịch axit oxalic
3.1.3.2. Dụng cụ thí nghiệm.
- Luận văn sử dụng một số loại máy tại phòng thí nghiệm của trường như “Máy xác định đa chỉ tiêu, máy đo quang phổ, lò sấy.
- Hệ thống các dụng cụ phục vụ thí nghiêm và lấy mẫu như bình thủy tinh 50ml, 250ml, 500ml, ống nhựa PE, pipet, ống đong, giấy lọc, cân.
29
3.2. Phương pháp nghiên cứu.
3.2.1. Phương pháp lấy mẫu, vân chuyển và bảo quản mẫu:
Nước được lấy mẫu theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5994-1995 (ISO 5667 -4: 1987) về chất lượng nước, lấy mẫu và hướng dẫn lấy mẫu ao hồ tự nhiên và nhân tạo, đảm bảo các nguyên tắc lấy và bảo quản mẫu nước.
3.2.2. Phương pháp đánh giá chất lượng nước.
- Các chỉ tiêu pH, DO, Tds được đo trực tiếp bằng máy đa chỉ tiêu. - Phương pháp xác định TSS : TSS được xác định theo phương pháp khối lượng.
+ Tiến hành định lượng:
Sấy giấy lọc ở nhiệt độ 1050C trong 8 giờ. Cân giấy lọc vừa sấy xong (m1<mg>).
Lọc 100ml mẫu nước qua giấy lọc đã xác định khối lượng Để ráo
Dùng kẹp (không dùng tay) đưa miếng giấy lọc vào sấy ở nhiệt độ 1050C trong 8 giờ.
Làm nguội, rồi cân giấy lọc (m2 <mg>). TSS (mg/l)= (m2 – m1)*1000/v
Trongia đó:
M1 : khối lượng ban đầu của giấy lọc (mg)
M2 : Khối lượng sau của miếng giấy lọc và phần vật chất lọc được (mg) V : Thể tích mẫu được đem lọc (ml)
1000 : hệ số đổi thành 1l.
- Phương pháp xác định N-NO3- bằng phương pháp Brucine. - Phương pháp xác định hàm lượng P-PO4
3-
bằng phương pháp Vanadat – Molipđat.
- Xác định COD bằng kali phtalat.
30
3.2.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm.
Thí nghiệm được bố trí trong các thùng xốp có dung tích 45x30x25 cm. Mỗi thùng xốp đổ vào đó 15 lít nước ao cá Bác Hồ.
Tiến hành lấy mẫu nước tại ao cá Bác Hồ của Trường ĐH Nông Lâm Thái Nguyên.
Mẫu được lấy bằng chai nhựa thể tíc 1,5 lít vào lúc 8h-8h.30 sáng ngày 5/3/2014. Tiến hành lấy mẫu tại 3 điểm đại diện: - (1) lấy tại cống nước thải từ khu KTX A đổ ra hồ. - (2) lấy ở giữa hồ, cách bờ 5m, độ sâu 0,1m - (3) lấy tại cửa tháo nước Và phân tích các chỉ tiêu: • Chỉ tiêu pH • Chỉ tiêu TSS • Chỉ tiêu BOD5 • Chỉ tiêu COD • Chỉ tiêu Nitơ tổng số • Chỉ tiêu Photpho tổng số • Chỉ tiêu Tds • Hàm lượng Pb • Hàm lượng Fe.
Bèo tây, cây ngổ và cây rau muống: Được lấy tại khu vực xung quanh thành phố Thái Nguyên, được lựa chọn những cây khỏe mạnh, tốt và có bộ rễđầy đủ .
- Với mỗi loại cây được bố trí trồng vào 3 thùng xốp tương đương với 3 loại cây ta có 9 thùng thí nghiệm, và 1 thùng đối chứng không trồng cây, khối lượng thực vật trung bình mỗi thùng là 300g ( chiếm 2/3 mặt nước) tiến hành rửa sạch và nuôi trong nước sạch khoảng 3 -5 ngày trước khi đưa vào thùng
31
xốp nuôi, thời gian cho thí nghiệm là 3 tuần. Tất cả các thí nghiệm được đặt trong khu thí nghiệm dưới ánh sáng tán xạ và tiến hành lấy mẫu hàng tuần để đánh giá các chỉ tiêu TSS,COD, BOD5, N tổng số, P tổng số.
3.2.4. Phương pháp xử lý số liệu.
- Sinh khối thực vật dựa trên khối lượng của từng loại cây trong các thời điểm khác nhau của thí nghiệm. Trước khi cân, cây được thu và để ráo nước.
- Tỷ lệ tăng trưởng được đánh giá dựa trên khối lượng của bèo tây, ngổ và rau muống tăng lên ở từng thời điểm khác nhau của thí nghiệm và được tính theo công thức:
G = (L2 – L1) * 100/ L1. Trong đó:
- G : tỷ lệ tăng trưởng (%/thùng). - L1 : kích thước cây trước thí nghiệm. - L2 : kích thước cây sau thí nghiệm
H = (C1 – C2)*100/C1 Trong đó:
- H : hiệu suất xử lý (%).
- C1 : nồng độ các chất trước khi xử lý
- C2 : nồng độ các chất sau khi xử lý + Giá trị trung bình được tính theo công thức:
TB = ( ∑in
.Xi )/n.
- Đo thể tích nước trước và sau thí nghiệm bằng thước. - Đo khối lượng bèo bằng cân.
- Sử dụng phần mềm Excel và worlk, phân tích, xử lý số liệu, so sánh các chỉ tiêu với tiêu chuẩn và giữa các loại cây với nhau và với đôi chứng.
32
3.3. Nội dung nghiên cứu và thảo luận