II.1. Đối tượng nghiên cứu
II.1.1Nước hồ phú dưỡng
Nước sử dụng ở qui mô thực nghiệm lấy từ nước ao, hồ thuộc xã Cổ Nhuế, huyện Từ Liêm, Hà Nội
Nước sử dụng trong suốt quá trình thí nghiệm theo mẻ qui mô chậu vại là nước máy được bổ sung các hóa chất theo môi trường Gibeaut (phụ lục).
II.1.2Cây Bèo Cái (Pistia stratiotes L.) và Rau Muống (Ipomoea aquatica Forsk)
Cây Bèo Cái tên khoa học là Pistia stratiotes L, họ Ráy (Araceae), sống trôi nổi trên mặt nước; thân rất ngắn, rễ nhiều. Lá thường có vài lá mọc chụm; phiến hình trứng ngược tới hình nêm hay hình thìa. Bông mo đơn độc, rất nhỏ. Bông nạc ngắn hơn mo. Hoa đơn tính, không có bao hoa. Hoa đực nhóm 2, bao phấn mở bằng khe ở đỉnh. Bầu hình trứng, vòi nhuỵ thuôn, núm nhuỵ nhỏ hình đĩa hay hình đầu. Quả mọng, có vách mỏng, chứa vài hạt. Hạt dạng nhộng, ít nhiều cụt và gồ lên ở đỉnh và gốc, vỏ dầy. Phát triển mạnh vào mùa mưa; sống trôi nổi trên mặt nước hồ, ao, đầm, ruộng, v.v...Phân bố ở khắp Việt Nam và các vùng nhiệt đới thuộc các châu lục
Cây Rau Muống tên khoa học là Ipomoea aquatic Forsk, thuộc họ Bìm bìm (Convolvulaceae) là oài thực vật nhiệt đới bán thủy sinh. Phân bố khắp các vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới trên thế giới. Cây mọc bò, ở mặt nước hoặc trên cạn. Thân rỗng, dày, có rễ mắt, không lông. Lá hình ba cạnh, đầu nhọn, đôi khi hẹp và dài. Hoa to, có màu trắng hay hồng tím, ống hoa tím nhạt, mọc từng 1-2 hoa trên một cuống. Quả nang tròn, đường kính 7-9 mm, chứa 4 hạt có lông màu hung, đường kính mỗi hạt khoảng 4 mm.
Cây thí nghiệm được lấy từ ao tự nhiên khu vực Cổ Nhuế (Từ liêm, Hà Nội). Những cây tươi, có sức sống tốt, hệ rễ phát triển, không bị sâu bệnh được chọn làm
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN CAO HỌC
thí nghiệm. Trước khi thí nghiệm bèo cái và rau muống được nuôi trong nước sạch từ 3 - 5 ngày.
II.2. Thời gian và địa điểm nghiên cứu
Các thí nghiệm trong luận văn được tiến hành từ tháng 10/2009 đến tháng 4/2010, tại khu thí nghiệm của Viện Công nghệ Môi trường. Số liệu được phân tích tại phòng thí nghiệm Thủy Sinh học Môi trường, Viện Công nghệ Môi trường, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
II.3. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm
II.3.1Hóa chất
Hóa chất sử dụng trong Luận văn chủ yếu là các nhóm được trình bày trong bảng dưới đây.
Bảng 3. Danh mục các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu
Stt Hóa chất Mục đích sử dụng 1 2 3 4 5 6 8 9 10 11
H2SO4đặc, CHCl3; HCl đặc; NaOH; Brucine sunfat; NH2C6H4SO3H.H2O; KNO3
HCl đặc; (NH4)6Mo7O24.4H2O; NH4NO3; KH2PO4
KI; HgI2, KNaC4H4O6.4H2O; NaOH; NH4Cl; CaCO3 K2SO4,H2SO4,NaOH,Na2S2O3.5H2O,phenonphtalein H2SO4, K2S2O8 K2Cr2O7, H2SO4đ, AgNO3, HgSO4 (NH4)2SO4 Ca(NO3)2 và KNO3 KH2PO4 HCl và NaOH Xác định NO3- Xác định PO43- Xác định NH4+ Xác định T- N Xác định T- P Xác định COD Tính nồng độ N- NH4+ Tính nồng độ NNO3- Tính nồng độ P- PO43- Điều chỉnh pH
II.3.2Dụng cụ
Bảng 4. Danh mục các thiết bị sử dụng trong nghiên cứu
Stt Thiết bị Mục đích sử dụng 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Máy cầm tay Oxi 330 WTW, CHLB Đức Máy cầm tay pH 320 WTWW, CHLB Đức Máy quang phổ (Spectrophotometer) UV – 2450 của hãng Shimadzu (Nhật Bản) và Cuvet thạch anh,thủy tinh
Máy COD Reactor của hãng HACH (Mỹ) Buồng đếm Lagoette (Germany)
Cân kỹ thuật Bình cầu
Pipet, ống đong, bình thí nghiệm Kính hiển vi Olympus BX51
Đo DO
Đo pH, t0
Đo quang, xác định hàm lượng các chỉ tiêu trong nước Phá mẫu COD Xác định số lượng tế bào thực vật phù du Cân hóa chất, Xác định sinh khối thực vật Xác định T-N Lấy mẫu hóa chất, thí nghiệm Đếm tế tào thực vật phù du
II.4. Phương pháp nghiên cứu
II.4.1Phương pháp đánh giá chất lượng nước
Các chỉ tiêu: NH4+ (mgN/l), NO3- (mgN/l), NO2- (mgN/l), PO43- (mgP/l), P tổng (mgP/l) và Si hòa tan(mgSi/l) được xác định bằng phương pháp so màu trên máy đo quang UV-Vis 2450, Shimadzu-Nhật.
Xác định hàm lượng các chỉ tiêu nói trên dựa theo các phương pháp tiêu chuẩn của Mỹ [APHA, 1995] và theo các phương pháp tiêu chuẩn của phòng thí nghiệm UMR Sisyphe, trường Đại học Paris VI (Pháp), cụ thể như sau:
Xác định NH4+(mg/l): Trong môi trường bazơ mạnh NH4+ sẽ chuyển hóa thành NH3. NH3 mới hình thành và NH3 sẵn có trong mẫu nước sẽ tác dụng với phức chất Indo mercurate kalium (K2HgI4), hình thành phức chất có màu vàng nâu,
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN CAO HỌC
cường độ màu đậm hay nhạt tùy thuộc vào hàm lượng NH3 có trong mẫu nước. Phép so màu được thực hiện ở bước sóng 410 nm.
Xác định NO3- (mg/l): Trong môi trường axit, brucine sulfate phản ứng với ion nitrate ở 100 oC tạo ra một phức màu vàng. Phép so màu được thực hiện ở bước sóng 410 nm.
Xác định NO2- (mg/l): Cho mẫu phản ứng với thuốc thử diazo hoá (sulfanilamide trong dung dịch HCl) để chuyển hết nitrite thành dạng muối diazo. Muối này sẽ dễ dàng phản ứng với thuốc thử N-Naphthyl-1 etylendiamin diclohydrate để tạo phức có màu hồng. Phép so màu được thực hiện ở bước sóng 540 nm.
Xác định PO43- (mg/l): Trong môi trường axit, các ion phốtphát PO43- phản
ứng với amoni molybdat tạo thành phức chất phốtphomolybdic. Phức chất này phản
ứng với axit ascobic cho dung dịch màu xanh. Phức chất kali antimoin tartrat được cho thêm vào để thúc đẩy phản ứng và nhằm hạn chếảnh hưởng của quá trình thuỷ
phân một số chất hữu cơ trong quá trình phản ứng. Phép so màu được thực hiện ở
bước sóng 885 nm.
Xác định P tổng (mg/l): Xác định hàm lượng phốtpho tổng trong các mẫu dựa vào phương pháp xác định hàm lượng phốtphát nhưđã nêu trên, sau khi đã tiến hành quá trình chuyển hoá toàn bộ phốtpho hữu cơ trong mẫu về dạng phốtphat vô cơ trong môi trường axit với sự có mặt của natri persunphate Na2S2O8.
Nhu cầu ôxy hóa học (COD): Trong phương pháp này các hợp chất hữu cơ
trong nước bị oxy hóa thành CO2 và H2O bởi chất oxy hóa mạnh (K2Cr2O7) trong môi trường acid. Một lượng biết trước K2Cr2O7được thêm vào mẫu nước sẽ bị acid hóa với H2SO4. Mẫu nước này sau đó được đun nóng và các chất hữu cơ bị oxy hóa thành CO2 và H2O, trong khi đó Dichromate bị khử theo phương trình sau:
Chất hữu cơ + Cr2O7 2- + H+→ 2Cr3+ + CO2 + H2O
Phương pháp xác định E. coli: E. coli được xác định theo phuơng pháp nhiều ống và dùng kỹ thuật đếm số có xác xuất lớn nhất (MPN) (Nguyễn Lân Dũng và cs, 1985).
Số lượng tế bào thực vật phù du: Số lượng tế bào thực vật phù du được xác
định bằng buồng đếm Lagoette (Germany) và tính theo công thức sau: Mật độ = [A/ (30 x 1,25) x V)],trong đó:
A: Tổng số tế bào có trong 30 ô 30: Số lượng ô đếm
1,25: Thể tích của 1 ô (µl) V: Thể tích mẫu ban đầu (µl)
II.4.2Phương pháp bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm được bố trí trong các chậu có dung tích khác nhau, với lượng sinh khối bèo cái và rau muống tùy từng thí nghiệm.
▪ Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố N-NH4+; N-NO3-; P-PO43- và pH lên sinh trưởng của Bèo Cái, Rau Muống và khả năng loại bỏ các yếu tố này.
Cây thí nghiệm được nuôi trong các chậu có thể tích 8 lít chứa 4 lít môi trường. Mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần. Tất cả các chậu thí nghiệm được đặt trong nhà dưới ánh sáng tán xạ. Thời gian cho mỗi thí nghiệm là 15 ngày,
Trong đó:
- N-NH4+: nồng độ thí nghiệm 10, 15, 20 và 25 mg/L.
- N-NO3-: nồng độ thí nghiệm 5, 10, 15, 20, 31,5 và 40 mg/L. - P-PO43-: nồng độ thí nghiệm 1, 5, 10, 15,5 và 20 mg/L. - pH: 5 dải pH thí nghiệm là 5, 6, 7, 8, 9.
▪ Xử lý nước phú dưỡng ở qui mô pilot
Hệ thống xử lý quy mô pilot gồm các mương song song với nhau được xây bằng gạch, mỗi mương có kích thước: dài x rộng x sâu tương ứng: 4,6 m x 0,8 m x 0,2 m. Dầu mương có ngăn trung gian (dài 0,2 m) nhận nước vào mương, mức nước trong mương 10 cm. Nước phú dưỡng từ ao bơm liên tục vào mương với các lưu lượng khác nhau. Hàng tuần phân tích chất lượng nước.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN CAO HỌC
Hình 3. Mô hình xử lý ở quy mô Pilot
II.4.3Phương pháp phân tích và xử lý số liệu
+ Sinh khối thực vật được tính dựa trên sinh khối tươi trước và sau khi đặt 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 cái và rau muống tăng lên sau thí nghiệm và được tính theo công thức:
Trong đó:
- G: tỷ lệ tăng trưởng khối lượng (%/chậu) - W1: khối lượng bèo trước thí nghiệm (g) - W2: khối lượng bèo sau thí nghiệm (g) + Hiệu suất xử lý được tính theo công thức:
- H: hiệu suất xử lý (%)
- C1: nồng độ các chất trước khi xử lý - C2: nồng độ các chất sau khi xử lý
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN CAO HỌC