IV.1. Hình dạng
Là loài rong giòn, dễ gãy, mọc thành từng chùm dày đặc, sống ngập nước. Ngoài ra, rong còn một số đặc điểm sau:
Không có rễ thực sự, nhưng có lá và sợi đóng vai trò giống như rễ bám vào trầm tích cát hay phù sa.
Thân phân nhánh, dài, mềm dẽo, có thể dài lên đến 6m. Lá màu xanh, dài từ 15- 40mm, phân nhánh và có răng cưa. Ra bông từ khoảng tháng mười một đến tháng ba hằng năm.
Hình 2.1 Rong thực tế Hình 2.2 Rong nuôi trong bể xử lý
IV.2. Môi trường sống của rong
- Rong phát triển ở những vùng cống, rãnh, ao hồ, sông có tốc độ dòng chảy chậm hoặc ở những vùng nước đọng.
- Phát triển tốt trong môi trường nuớc có độ kiềm nhẹ, giàu Nitơ và những chất dinh dưỡng khác.
- Ngoài ra, rong có thể phát triển tốt trong điều kiện ánh sáng yếu nhưng không thể tồn tại ở môi trường quá lạnh giá hay khô hạn.
IV.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của rong
- Ánh sáng: ảnh hưởng đến sự nảy mầm, sinh sản bào tử, và phát triển của rong. - Nhiệt độ: ảnh hưởng một cách trực tiếp hay gián tiếp đến sự phân bố và đặc tính của rong.
- Các nhân tố hóa học trong môi trường nước: những nơi giàu chất dinh dưỡng thì rong phát triển tốt và ngược lại.
- Độ pH của nước: rong phát triển tốt ở pH 7.5- 9.
- Dòng nước: sự di chuyển mang những chất dinh dưỡng từ nơi khác đến.
IV.4. Năng suất sinh khối của thực vật
Ở điều kiện nước không bị ô nhiễm, năng suất sinh khối của thực vật thủy sinh khá cao. Ở đó, thực vật sẽ không bị tác động xấu bởi các nhân tố vật lý, hóa học hay sinh học.
Các kết quả nghiên cứu cho thấy các loài thủy sinh ngập nước có năng suất sinh khối thường đạt khoảng 3- 18 tấn khô/ ha.năm. Để đánh giá khả năng tạo sinh khối của thực vật thủy sinh, người ta còn đưa ra công thức tính toán sau:
Nt = No. Xt
Trong đó Nt: số lượng cây sau một thời gian kiểm tra No: số lượng cây ban đầu
T: khoảng thời gian trong ngày X: hệ số tăng hằng ngày
Ngoài ra, người ta có thể xác định khả năng tăng trưởng bằng cách đo chiều cao cây, nhánh cây được tạo ra. Một phương pháp chính xác nhất là người ta thu thập toàn bộ sinh khối thực vật ở thời phát triển cao nhất trong chu trình phát triển cao nhất của chúng, phơi khô, hoặc sấy khô đến trọng lượng không đổi và cân trọng lượng của sinh khối đó. Từ đó, ta tính được năng suất sinh khối thu được trên diện tích cây trong một khoảng thời gian phát triển của chúng.
Những số liệu về năng suất sinh khối cho phép ta:
So sánh năng suất giữa các loài thực vật với nhau.
Dự đoán chính xác hay tính toán khả năng xử lý ô nhiễm.
Sử dụng sinh khối này cho mục đích làm phân bón, thức ăn gia súc.
Đánh giá khả năng bền vững sinh thái hay sự thay đổi sinh thái do chúng gây ra. Đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường và khả năng xử lý môi trường.
IV.5. Những nghiên cứu ứng dụng rong trong xử lý nước thải
Trước tình hình ô nhiễm ngày càng cao do dân số tăng nhanh cùng với sự phát triển của xã hội và lợi ích lâu dài của việc phát triển bền vững môi trường, các nghiên cứu xử lý nước thải bằng thực vật ngày càng được các nhà khoa học khắp nơi trên thế giới quan tâm.
- Tác giả Merezhko etal tại Nhật đã nghiên cứu hiệu quả tác động của
Ceratophyllum demersum lên sự di chuyển của nitrate và pH của môi trường đó. Kết
quả cho thấy tác dụng của rong này lên nitrate rất nhanh chóng. Từ nồng độ nitrate ban đầu là 350 ppm, giảm phân nửa từ 4 đến 5 ngày. Và giảm chỉ còn 75 ppm sau 8 đến 9 ngày. Tỉ lệ giảm nitrate rất cao. Khả năng xử lý của thực vật thủy sinh này còn có khả năng cao hơn nếu nồng độ nitrate ban đầu thấp.
- Và thí nghiệm này được tác giả Toetz, DW thực hiện tiếp 1971 dựa trên cơ sở đó phát triển rộng hơn và sâu hơn. Ví dụ như tác giả nghiên cứu thêm tác động của ánh sáng lên rong Ceratophyllum demersum và các loài thực vật thủy sinh khác.
IV.6. Ưu và nhược điểm của phương pháp xử lý chất thải bằng thực vật thủy sinh
Ưu điểm
Ngày nay ở Việt Nam cũng như nhiều nước trên thế giới đã sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước thải và nước ô nhiễm. Hiệu quả xử lý tuy chậm nhưng lại rất ổn định đối với những loại nước có hàm lượng COD, BOD thấp và không chứa độc tố. Những kết quả nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều nước đã đưa ra những ưu điểm cơ bản sau:
Chi phí cho xử lý dạng này thường không cao Quá trình công nghệ không đòi hỏi phức tạp
Hiệu quả xử lý ổn định với nhiều loại nước thải có mức độ ô nhiễm thấp
Sinh khối tạo ra sau quá trình xử lý có thể ứng dụng vào nhiều mục đích khác nhau như:
Làm thức ăn cho gia súc
Làm thức ăn cho thủy hải sản
Dùng sản xuất năng lượng tái sinh
Làm phân xanh, phân bón sau khi xử lý
Bộ rễ ngập nước, trôi nổi được xem như là giá thể rất tốt (giống như chất mang) đối với VSV. VSV sẽ bám vào bộ rễ hay thân cây ngập nước nhờ đó sẽ trôi theo cùng thực vật thủy sinh. Chúng sẽ di chuyển từ vị trí này đến vị trí khác ở khu vực nước ô nhiễm, làm tăng khả năng chuyển hóa vật chất trong nước cũng như hiệu quả xử lý nước thải. Ở đây chúng ta cần xem mối quan hệ của vi sinh vật và thực vật thủy sinh là mối quan hệ cộng sinh. Mối quan hệ này đem lại sức sống tốt hơn cho cả hai và tăng hiệu quả xử lý.
Sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước thải ô nhiễm trong nhiều trường hợp không cần cung cấp năng lượng. Do đó, việc ứng dụng để xử lý tương đối dễ dàng.
Sử dụng TVTS vào trong xử lý môi trường có ý nghĩa rất lớn trong việc điều hòa môi trường không khí, tạo ra thảm thực vật xanh.
Nhược điểm
Thực vật thường tiến hành quá trình quang hợp nên cần thiết phải có ánh sáng. Trong điều kiện có đầy đủ chất dinh dưỡng thì quá trình chuyển hóa xảy ra tốt hơn.
Để có thể hấp thụ ánh sáng hoàn toàn cần phải có diện tích tiếp xúc lớn. Điều này khó tiến hành xử lý trong khu vực đô thị nhưng lại thích hợp ở những vùng sâu, vùng xa.
Bộ rễ của thực vật thủy sinh là giá bám của nhiều loài VSV, trong đó có cả VSV gây bệnh.
Thảm thực vật khi phát triển rất dày, sẽ phủ kín bề mặt nước. Thảm này sẽ là vật cản hữu hiệu đối với tia tử ngoại và hồng ngoại của ánh sáng mặt trời, tạo điều kiện cho cả sinh vật gây bệnh và không gây bệnh phát triển.
Thời gian xử lý kéo dài hơn so với xử lý VSV. So với VSV thì các quá trình trao đổi chất, sinh trưởng và sinh sản của thực vật thường chậm hơn rất nhiều. Do đó việc chuyển hóa vật chất trong nước thải thường tiến hành rất chậm và hiệu suất chuyển hóa cũng thấp hơn so với VSV.
Sinh khối phát triển quá mức sẽ khó kiểm soát và gây khó khăn cho những vùng lân cận, giao thông đường thủy và hệ thống cống rãnh.
IV.7. Hiện tượng phú dưỡng ở thực vật thủy sinh
Hiện tượng phú dưỡng là hiện tượng phát triển mạnh của loài rong, tảo trong môi trường chứa nhiều nitơ và photpho.
Khi xuất hiện hiện tượng phú dưỡng sẽ làm thay đổi rất lớn đến hệ sinh thái nước và thường làm ảnh hưởng xấu đến môi trường nước. Khi đó nước sẽ nghèo oxy và các dưỡng khí khác, làm đảo lộn hệ sinh thái nước. Có hai dạng là phú dưỡng tự nhiên và phú dưỡng nhân tạo.
Phú dưỡng tự nhiên là quá trình tích lũy các chất dinh dưỡng, các trầm tích hữu cơ trong nước trong một khoảng thời gian dài. Phú dưỡng tự nhiên không gây hại đến ô nhiễm nước nhưng phú dưỡng nhân tạo gây ra hậu quả khá nghiêm trọng.
Phú dưỡng nhân tạo gây ra bởi con người. Trong quá trình sống, con người thải vào môi trường nước gồm cả hữu cơ và vô cơ. Các chất này tăng nhanh làm tích tụ vật chất và vào thời điểm nào đó sẽ làm tăng nhanh quá trình phát triển của rong, tảo, và thực vật thủy sinh. Hiện tượng này xảy ra rất nhanh và sẽ làm tăng sinh khối nhanh chóng. Điều này đồng nghĩa với giảm hàm lượng oxy hòa tan trong nước, và giảm khả năng làm sạch nước của VSV. Kết quả là tăng mùi của nước, pH giảm. Do đó khi trong môi trường nước xuất hiện hiện tượng phú dưỡng là báo hiệu của ô nhiễm nước nặng.
IV.8. Khả năng chuyển hóa một số chỉ tiêu quan trọng của môi trường nước bởi thực vật thủy sinh
Các loài thực vật thủy sinh thường rất nhạy cảm với pH, chất độc, và nồng độ các chất hữu cơ cao. Do đó trong nước thải chứa nhiều độc tố thì pH sẽ quá kiềm tính hay quá axit đều ảnh hưởng đến sự phát triển của chúng.
Sự phát triển của loài thực vật thủy sinh tuy nhanh hơn các loài thực vật khác nhưng lại chậm hơn VSV rất nhiều. Tuy nhiên các loài thực vật thủy sinh lại có những khả năng hơn hẳn VSV. Đó là khả năng hấp thụ các kim loại nặng, khả năng ổn định sinh khối trong điều kiện tự nhiên, khả năng cộng sinh trong môi trường nước và mức
độ thu nhận sinh khối dễ dàng cũng như sử dụng sinh khối này cho nhiều mục đích khác nhau.
IV.8.1. Khả năng chuyển hóa BOD5
Trong môi trường nước, BOD5 không chỉ được chuyển hóa bởi VSV mà còn có thể được chuyển hóa bởi thực vât thủy sinh. Sự biến động này phụ thuộc nhiều vào thời gian phát triển của thực vật này.
Khả năng chuyển hóa của TVTS là do:
Các thành phần hữu cơ được tách ra từ các tế bào thực vật trong quá trình sinh trưởng của chúng. Lượng BOD5 được tạo ra là 3- 10mg/L
Các thành phần hữu cơ được tách ra từ quá trình tự phân hủy, thối rửa. BOD5 có thể tạo ra l- 20mg/L thậm chí còn có thể lên tới 30mg/L.
IV.8.2. Chất rắn
Thực vật thủy sinh có thời gian tồn tại trong nước rất lâu, do đó các chất rắn dạng keo được chuyển hóa nhờ VSV bám vào đó trong môi trường nước.
Ngoài ra, chất rắn dạng keo bị biến đổi là do va chạm với thực vật thủy sinh, ao, hồ trong môi trường nước. Các chất rắn lơ lửng được chuyển hóa bởi sự thối rửa yếm khí hoặc hiếu khí.Hàm lượng chất rắn lơ lửng thường ≤10mg/L.
IV.8.3. Chuyển hóa nitơ
Ở những vùng nước thải mới, thực vật dễ nhận nitơ hơn vùng nước thải tồn tại lâu dài trong thiên nhiên. Nguyên nhân là do nước thải tồn tại lâu trong điều kiện tự nhiên thường chứa nhiều NO3 , ít nitơ vô cơ trong nước thải. Trong khi đó, ở nước thải mới thải ra chứa nhiều NH4-. Nitơ được chuyển hóa trong môi trường là nhờ:
- Thực vật hấp thụ các hợp chất có chứa nitơ trong môi trường để tạo sinh khối, sinh trưởng và phát triển.
- Bị mất theo dạng ammoniac.
Do một số VSV tham gia vào quá trình chuyển hóa của nitơ.
IV.8.4. Chuyển hóa Photpho
Photpho trong môi trường nước tham gia vào thành phần AND, ARN, ATP, ADP, AMP. Ngoài ra photpho còn có trong những dạng khác và thành phần các enzym oxy hóa trong tế bào. Tất cả những hợp chất và các dạng photpho đó đều được thực vật hấp thụ. Khi thu hoạch sinh khối tức là ta đã tách photpho ra khỏi môi trường nước.
Chƣơng III: Vật Liệu Và Phƣơng Pháp Nghiên Cứu
I.Thời gian và địa điểm nghiên cứu
Thời gian
- Bắt đầu từ 15-3-2006
- Thời gian kết thúc là 30-06-2006
Địa điểm
- Chợ đầu mối nông sản Thủ Đức
- Phòng Công nghệ Vi sinh của khoa Môi Trường.
-Trung tâm Công nghệ và quản lý Môi trường và Tài nguyên, ĐH Nông Lâm TpHCM.