8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
2.4.2.4. Cải thiện chất lượng nước bằng các thực vật thuỷ sinh
*Vật liệu thí nghiệm
Vật liệu thí nghiệm bao gồm các bể kính, các loài TVTS bao gồm cây thuỷ
trúc, cây rau muống, cây ngổ trâu, nước và trầm tích nuôi trồng được lấy từ 4 vị trí Cầu Tó, Cầu Chiếc, Đồng Quan, Cống Thần.
* Chuẩn bị thí nghiệm
Các bể kính được ngâm bằng nước máy trong vòng 48h. Trước thí nghiệm 48h, các bể này được đánh rửa, được phơi nắng cho sạch khuẩn và mầm mống rong rêu. Nước và trầm tích từ các vị trí thu mẫu trên sông Nhuệ được đưa vào 16 bể như trong Hình 2.5.
Hình 2.5. Các bể đựng mẫu nước và trầm tích dùng cho thí nghiệm
Một máy bơm nước nước hiệu Atman AT 107 (1,15w; 0,05m/s; 50l/h) được sử dụng cho mỗi bể kính nhằm tạo môi trường dòng chảy.
Mẫu cây rau muống, cây thuỷ trúc, cây ngổ trâu có kích thước chiều cao và đường kính thân trung bình và đồng đều, chưa ra hoa, lượng sinh khối tính bằng gram được thu vớt toàn bộ rễ, thân, lá ở vùng lưu vực sông Nhuệ trước 24h thí nghiệm, được thả trong bể nước sạch. Trước thí nghiệm 30 phút, các cây này được
thu vớt và để ráo rồi được cân sinh khối sao cho các cụm cây cho mỗi bể có kích thước chiều cao và sinh khối đồng đều, mỗi bể trồng thực vật sẽ trồng 300g trọng
lượng tươi thực vật tương đương với mật độ 1.714g TLT/m2.
Hình 2.6. Mô hình bể kính dùng cho thí nghiệm
Sự tăng trưởng của cây bao gồm chiều cao cây, số nhánh cây, số chồi cây, sinh khối cây cũng như số cây bị chết được theo dõi trong suốt giai đoạn thí nghiệm. Thực vật trước thí nghiệm, sau thí nghiệm được thu hoạch, được phân tích các chỉ tiêu TN, TP, các KLN trong các mô rễ, thân, lá.
Chất lượng nước, chất lượng trầm tích cũng được theo dõi. Các chỉ tiêu vật lý gồm độ pH, DO, TSS được đo vào 9h sáng mỗi ngày thí nghiệm. Các chỉ tiêu hoá học được phân tích trong phòng vào trước thí nghiệm, sau 7 ngày thí nghiệm và cuối thí nghiệm.
Hình 2.7. Cấu trúc thí nghiệm sử dụng mẫu nước và trầm tích sông Nhuệ thu từ 1 vị trí nghiên cứu
2.4.3.Phương pháp điều tra, thu thập thông tin, kế thừa tài liệu
* Phương pháp điều tra, thu thập thông tin tài liệu thứ cấp: Tiến hành điều tra, thu thập thông tin, tài liệu tại Tổng cục Môi trường, Sở Tài nguyên và Môi
trường, Sở Nông nghiệp và phát triển nông thôn, Phòng Tài nguyên và Môi trường, Phòng Thống kê,...
- Tại Tổng cục Môi trường: Thu thập số liệu, tài liệu liên quan đến chất lượng nước, chất lượng trầm tích, đến tốc độ dòng chảy, các nguồn xả thải vào sông Nhuệ.
- Tại Sở Khoa học và Công nghệ, Sở Nông nghiệp và phát triển nông thôn, và một số phòng ban: Các chương trình, đề tài, dự án có liên quan đến chất
lượng nước sông Nhuệ, đến việc sử dụng các loài TVTS cải tạo chất lượng nước
sông bị ô nhiễm.
* Phương pháp điều tra, thu thập thông tin, tài liệu sơ cấp:
Tiến hành điều tra, khảo sát thực địa tại khu vực nghiên cứu. Kiểm tra độ chính xác của số liệu, chỉnh lý và bổ sung các nguồn thông tin dã ngoại, khảo sát thực địa; xây dựng các tuyến khảo sát, để bổ sung các thông tin mới về chất lượng nước, chất lượng trầm tích, về sự đa dạng sinh học TVTS lưu vực sông.
* Kế thừa tài liệu:
Sau khi xác định, phân tích, đánh giá và tổng hợp các dữ liệu có liên quan đến
đề tài nghiên cứu, trên cơsở kế thừa có chọn lọc, sử dụng các thông tin cần thiết
2.4.4. Phuương pháp xây dựng các mô hình sử dụng thực vật cho giảm thiểu ô
nhiễm môi truờng̛ nuớc̛
Từ kết quả điều tra về thành phần các loài thực vật thuỷ sinh có mạch phân bố trong hệ sinh thái trên lưu vực sông Nhuệ, lựa chọn ra một số mô hình với một số loài thực vật thủy sinh điển hình có khả năng xử lý ô nhiễm môi trường nước. Các mô hình này bao gồm các loài TVTS được sử dụng cho việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước ở khu vực nghiên cứu.
2.4.5. Phương pháp chuyên gia
Tham vấn, trưng cầu ý kiến các nhà khoa học, các chuyên gia, nhà quản lý có kiến thức và kinh nghiệm trong việc sử dụng các loài TVTS cũng như các kinh nghiệm trong sử dụng các giải pháp sinh học để làm sạch nước. Thông qua Hội thảo khoa học, góp ý hoặc phản biện kết quả nghiên cứu; tham khảo các ý kiến của các chuyên gia, cán bộ ở trung ương và địa phương trong việc áp dụng các giải pháp sinh học này vào thực tiễn.
2.4.6. Phương pháp tính toán và xử lý số liệu
* Đánh giá năng suất sinh học của thực vật:
(2.1)
Trong đó:
P: Năng suất sinh học của TV (gTLK/m2/ngày)
mt1: Sinh khối TV tại thời điểm bắt đầu thí nghiệm (gTLK)
mt2: Sinh khối TV tại thời điểm cuối thí nghiệm (gTLK)
S: Diện tích trồng TV (m2)
* Đánh giá khả năng hấp thụ chất ô nhiễm của TV:
Khả năng hấp thụ các chất ô nhiễm bởi thực vật được tính bằng số miligram
* Đánh giá vai trò của thực vật trong hấp thụchất ô nhiễm: Trong thuỷ vực tự nhiên luôn có các quá trình tự làm sạch của nước bằng các quá trình xáo trộn, bốc hơi, kết tủa,… Chất lượng nước thay đổi sau các giai đoạn thí nghiệm trong các bể đối chứng không trồng thuỷ sinh thực vật thể hiện kết quả của các quá trình ấy. Sự thay đổi chất lượng nước sau các giai đoạn thí nghiệm ở các bể trồng thực vật thuỷ sinh bao gồm cả các quá trình tự làm sạch của nước và của thực vật. Như vậy hiệu quả làm sạch nước của thực vật được tính bằng hiệu của tổng hàm lượng chất ô nhiễm được lấy đi khỏi nước với tổng hàm lượng các chất ô nhiễm được lấy đi bằng các quá trình tự làm sạch.
* Đánh giá khả năng vận chuyển kim loại nặng của thực vật
Hệ số vận chuyển TF (Translocation factor) là tỷ lệ giữa nồng độ kim loại nặng tích lũy trong thân và lá với nồng độ kim loại nặng tích lũy trong rễ.
TF= Cthân + lá (μg/g) / Crễ (μg/g) (2.2)
Trong đó:
TF: hệ số vận chuyển
Cthân + lá: Hàm lượng KLN trong thân và lá (μg/g)
Crễ: Hàm lượng KLN trong rễ (μg/g)
* Tính toán cân bằng chất ô nhiễm trong thời gian thí nghiệm
Nước sông đưa vào các bể thí nghiệm sau thời gian thí nghiệm sẽ bị biến đổi, chuyển hoá về thành phần vật chất cũng như tính chất hoá lý. Các chất ô nhiễm sẽ được kết tủa, được lắng đọng một phần, một phần bị bay hơi, một phần bị TV hấp thu, hấp thụ tạo sinh khối TV hay bám vào phần rễ TV, một phần còn lại trong
nước. Gọi CAđầu là nồng độ chất ô nhiễm A thời điểm trước thí nghiệm, CAbốc hơi là
lượng chất ô nhiễm bị bay hơi, CAkết tủa là lượng chất ô nhiễm bị lắng đọng kết tủa
vào trầm tích đáy, CATV là lượng chất ô nhiễm bị TV hấp thụ, hấp phụ và CAcuối là
nồng độ chất ô nhiễm A thời điểm cuối TNG. Lượng cân bằng chất ô nhiễm A trong quá trình thí nghiệm được biểu diễn bởi phương trình 2.3 đối với bể đối chứng và phương trình 2.4 đối với bể trồng TV.
C
Ađầu= C
Abốc hơi + C
Akết tủa + C
C Ađầu= C Abốc hơi + C Akết tủa + C Acuối + C ATV (2.4)
Trong và sau quá trình tiến hành nghiên cứu, phân tích trong phòng thí nghiệm, sẽ có được các thông tin là sự phát triển hay không phát triển của thực vật, sự thay đổi của các yếu tố môi trường,… Các thông tin này cần được xử lý để xây dựng các luận cứ, phục vụ cho việc chứng minh hoặc bác bỏ các giả thuyết về khả năng có hay không nên sử dụng các thực vật thuỷ sinh là cây thuỷ trúc và cây rau muống để làm sạch nước sông Nhuệ. Quá trình xử lý logic với thông tin định tính và xử lý toán học đối với các thông tin định lượng. Xử lý thông tin định tính dùng để nghiên cứu về sự thay đổi của chất lượng môi trường sau khi có mặt của các thực vật thuỷ sinh cũng như sự phát triển của các thực vật này trong môi trường nước và trầm tích sông Nhuệ.
Thông tin định luợng có được từ kết quả phân tích, quan sát quá trình thực nghiệm. Các số liệu được trình bày dưới dạng bảng số liệu, biểu đồ, đồ thị, phân tích chỉ số trung bình… Số liệu được xử lý thống kê và vẽ biểu đồ bằng phần mềm Excel.
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN
3.1. Chất lượng nước sông Nhuệ trong thời gian nghiên cứu
Sông Nhuệ có tầm quan trọng to lớn đối với vùng lưu vực mà nó chảy qua. Ngược lại, các quá trình kinh tế xã hội phát triển nhanh chóng trong thời gian vừa qua cũng đã tạo nên những sức ép to lớn đối với môi trường sông. Sau hơn 2 năm khảo sát lấy mẫu nước, mẫu trầm tích về phân tích nhận thấy chất lượng nước sông Nhuệ bị ô nhiễm nặng nề, sự ô nhiễm khác nhau rõ rệt giữa mùa mưa và mùa khô, thể hiện qua các thông số chất lượng nước được phản ánh cụ thể ở phần 3.1.1, 3.1.2, 3.1.3, 3.1.4 và Phụ lục 6.
3.1.1.Chất lượng nước sông Nhuệ qua các thông số vật lý
- pH: Kết quả quan trắc chất lượng nước cho thấy nước sông Nhuệ có độ kiềm
nhẹ (pH: 7,1÷7,9) tại các vị trí khảo sát ở cả hai mùa mưa và mùa khô và nằm trong phạm vi cho phép của QCVN 8:2008 /BTNMT- quy chuẩn nước mặt dùng cho các mục đích khác nhau (6-8,5) [14]. Trong mùa mưa, ở hầu hết các điểm quan trắc, pH trên sông Nhuệ có độ kiềm nhẹ hơn so với mùa khô. Ở pH này là điều kiện thuận lợi để nhiều hợp chất của kim loại Fe, Al, Pb… kết tủa và lắng xuống tạo trầm tích đáy sông.
- Độ dẫn điện (EC): Độ dẫn điện biểu thị hàm lượng các ion kim loại cũng như hàm lượng các chất rắn hoà tan (TDS) có trong nước. EC càng cao chứng tỏ hàm lượng các ion kim loại và TDS có trong nước càng cao. EC trung bình trong nước sông Nhuệ có sự khác nhau rõ rệt giữa mùa khô và mùa mưa. Các giá trị EC trong mùa khô thường gấp đôi so với mùa mưa ở hầu hết các vị trí khảo sát. Trong mùa khô, EC đạt các giá trị trong khoảng 218 ÷661μs/m, cao nhất tại Cầu Tó và thấp nhất tại cầu Cống Thần. So sánh với tiêu chuẩn nước tưới được đề cập bởi Anzecc và Armcanz (2000) [56] là 350μs/m thì trong mùa khô chỉ có 2 vị trí tại cầu Đồng Quan và cầu Cống Thần đạt tiêu chuẩn về độ dẫn điện cho nước tưới nông nghiệp. EC trong mùa mưa nằm trong khoảng 168÷ 319μs/cm, thoả mãn tiêu chuẩn nước tưới cho nông nghiệp của Anzecc và Armcanz (2000) tại tất cả các vị trí quan
trắc.
- Hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng (Total suspended Solids - TSS ): Hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng trong mùa khô nằm trong khoảng 207÷ 297 mg/l và trong mùa mưa nằm trong khoảng 171 ÷208 mg/l. TSS gấp từ 4 đến 6 lần GTGH B1 của QCVN 08-MT:2015/BTNMT trong mùa khô và gấp 3,5 đến 4 lần GT này trong mùa mưa. Mặc dù sông Nhuệ có tốc độ dòng chảy rất chậm, lòng sông lại hẹp nhưng TSS cao chứng tỏ sự hiện diện một hàm lượng lớn các chất thải đang bị phân huỷ là kết quả của sự xả thải rác thải, chất thải thiếu ý thức xuống lòng sông.
- Hàm lượng oxy hoà tan (Dissolved oxygen- DO): Hình 3.1. biểu thị hàm lượng oxy hòa tan ở các vị trí nghiên cứu trên sông Nhuệ trong giai đoạn 2013-2015.
Hình 3.1. Hàm lượng DO ở các vị trí nghiên cứu trên sông Nhuệ trong giai đoạn 2013- 2015
Hàm lượng DO rất thấp và không đạt quy chuẩn nước mặt Việt Nam loại nước cấp cho tưới tiêu thủy lợi (QCVN 8:2008 /BTNMT loại B1) trên cả chiều dài đoạn sông nghiên cứu trong cả hai mùa, mùa mưa (Đợt 2,3) và mùa khô (Đợt 1,4), ngoại trừ điểm Cống Thần trong mùa mưa. Hàm lượng DO thấp nhất tại Cầu Tó
(DOmin= 1,2mg/l trong mùa khô, DOmin =2,3 mg/l trong mùa mưa), cao hơn ở 3
= 4,2 (mùa mưa tháng 7/2015) đạt được giá trị B1 của QCVN 8:2008/BTNMT - tiêu chuẩn nước mặt để cấp cho tưới tiêu.
Qua các thông số vật lý trong nước sông Nhuệ ở đoạn sông nghiên cứu nhận thấy ngoài giá trị pH, các thông số vật lý khác như DO, TSS đều không đạt tiêu chuẩn để cấp nước tưới tiêu, đặc biệt trong mùa khô, các giá trị này đều không đạt GTGH của QCVN 8:2008 /BTNMT.
3.1.2. Chất lượng nước sông Nhuệ qua các thông số gây phú dưỡng nguồn nước
- Hàm lượng amoni N- NH4+: Hàm lượng N- NH4+ rất cao và vượt GTGH B1 của QCVN 08-MT:2015/BTNMT nhiều lần ở tất cả các vị trí nghiên cứu trong suốt 2 năm nghiên cứu, trong suốt 5 năm được công bố bởi số liệu quan trắc của Tổng
cục môi trường [45]. Vào mùa khô (Đợt 1,4), hàm lượng N- NH4+ đạt các giá trị
cao gấp từ 6,8 lần (Tại Cống Thần) đến 27,6 lần (tại Cầu Tó) GTGH B1. Hàm
lượng N-NH4+ thấp hơn vào mùa mưa (Đợt 2, 3), với các giá trị nằm trong khoảng
3,02÷ 9,86, cao hơn giới hạn cho phép B1 từ hơn 3 lần đến hơn 10 lần GTGH B1.
Hàm lượng N- NH4+ở các vị trí nghiên cứu trên sông Nhuệ trong giai đoạn
2013- 2015 được phản ánh trong Hình 3.2.
Hình 3.2. Hàm lượng N- NH4+ở các vị trí nghiên cứu trên sông Nhuệ trong giai đoạn 2013- 2015
- Hàm lượng nitơrit N- NO2- và nitơrat N-NO3-: Trong môi trường nước sông Nhuệ, nhận thấy hàm lượng N-NO2-và N-NO3- thấp hơn hàm lượng N-NH4+ rất nhiều, đặc biệt là hàm lượng NO3-. Hàm lượng N-NO2-và N-NO3- đạt các GTGH B1 của QCVN 08-MT:2015/BTNMT. Hàm lượng N-NO2-và N-NO3- thấp kết hợp với hàm lượng DO, N-NH4+cao chứng minh quá trình amon hoá chiếm ưu thế hơn hẳn so với quá trình nitơrat. Khác với hàm lượng N-NH4+ giảm dần trên đoạn sông nghiên cứu, hàm lượng N-NO2-và N-NO3- tăng dần xuôi theo đoạn sông nghiên cứu cùng với sự tăng lên của DO minh chứng quá trình amon hoá đã mất dần sự ưu thế.
-Hàm lượng phosphat P- PO43-: Hàm lượng P-PO43- ở các vị trí quan trắc nằm trong khoảng 0,58÷1,72 mg/l vào mùa khô (Đợt 1,2 và đợt 5) và
0,21÷0,88mg/l vào mùa mưa (Đợt 3,4). Vào mùa khô, hàm lượng P- PO43- cao nhất
tại Cầu Tó = 1,72 mg/l, gấp gần 6 lần giá trị giới hạn B1.
Hình 3.3. Hàm lượng P- PO43-ở các vị trí nghiên cứu trên sông Nhuệ trong giai
đoạn 2013- 2015
Vào mùa mưa, hàm lượng P- PO43- trong nước sông Nhuệ tại các vị trí khảo sát thấp hơn đáng kể so với mùa khô, ngoại trừ điểm Cầu Tó có hàm lượng P- PO43-
cao hơn gấp đôi GTGH B1, ở các vị trí khảo sát khác, P- PO43- gần đạt tiêu chuẩn nước tưới tiêu thuỷ lợi của QCVN 08-MT: 2015/BTNMT.
Như vậy, đối với các thông số gây phú dưỡng nguồn nước sông Nhuệ, điều
đặc biệt cần phải chú ý là hàm lượng các thông số NH4+-N và P- PO43- luôn cao
hơn các GTGH của QCVN 08-MT: 2015/BTNMT nhiều lần là nguyên nhân chính gây nên sự thừa dinh dưỡng trong dòng sông ô nhiễm này.
3.1.3. Chất lượng nước sông Nhuệ qua các thông số ô nhiễm chất hữu cơ, vi sinh:
- Nhu cầu oxy hoá học(Chemical oxygen Demand-COD): Thông số COD đặc trưng cho các mức độ ô nhiễm hữu cơ của thủy vực ở sông Nhuệ có hàm lượng rất cao, luôn vượt giá trị giới hạn cho phép B1 của QCVN 8:2008 /BTNMT [14] nhiều lần vào cả hai mùa ở tất cả các vị trí khảo sát. Vào mùa khô, hàm lượng COD rất