Bèo tây (Eichhornia crappsipes (Mart.) Solms), còn đƣợc gọi là bèo Nhật Bản hay bèo Lục bình, là loài thực vật nổi sống ở nƣớc ngọt thuộc họ Lục bình (Pontederiaceae), có nguồn gốc từ Nam Mỹ .
Lá bèo tây dày, dai, có hình elip hoặc ovan, mọc thành hình hoa thị, cuống lá phồng và xốp giúp cho cây bèo có thể nổi đƣợc trên mặt nƣớc. 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 (Fujioka, R.S.và cộng sự 1999; http:/vnexpress.net.. )
Bèo tây sinh trƣởng ở nhiệt độ 100C – 400C, nhƣng mạnh nhất ở 200C- 230C. Do đó ở nƣớc ta chúng sống quanh năm.Chúng phát triển mạnh từ tháng
23
4- tháng 10, ra hoa vào tháng 10, tháng 11, đƣợc xếp là một trong 10 loài cây có tốc độ sinh trƣởng mạnh nhất trên thế giới (Damron, B.L. and Wilson, H.R. 2003; U.S Environmental Protection Agency, 1998). Chúng có khả năng tăng gấp đôi sinh khối trong vòng 14 ngày (Aquatic Ecosystem Restoration Foundation, 2005; G.K., 1999; Shome, J.N., and Neogi, S.K., 2001). Tỷ lệ tăng trƣởng của bèo tây khoảng 10,33 – 19,15kg/ha ngày (Reddy and DeBusk, 1987) (United States Department of Agriculture, 2002). Sinh khối trung bình lớn nhất của bèo tây là 49,6 kg/m2 (Damron, B.L. and Wilson, H.R. 2003).
Trong điều kiện bình thƣờng, bèo tây có thể bao phủ mặt nƣớc với mật độ 10kg/m2
, mật độ tối đa có thể đạt đƣợc là 50kg/m2 (U.S Environmental Protection Agency, 1998). Nhiệt độ tối thích cho sự phát triển của bèo tây là 21 - 30oC, ở nhiệt độ 8 -15oC, sinh trƣởng gần nhƣ bị ngƣng trệ, nếu giữ nhiệt độ– 3o
C trong 12 giờ thì toàn bộ lá sẽ bị phá hủy, còn nếu giữ nhiệt độ – 5 oC trong 48 giờ thì toàn bộ cây bèo sẽ bị chết. Nhƣ vậy bèo tây sinh trƣởng rất kém trong vùng có khí hậu lạnh (U.S…, 1998; United…., 2002). Vì sinh trƣởng nhanh nên bèo tây gây cản trở tàu bè, các hoạt động đánh bắt thủy sản, cản trở dòng chảy, tái ô nhiễm do thân bèo thối….nếu không đƣợc quản lý tốt (Jayaweera, M.W., Kasturiarchchi, J.C. and Fernando, P.U.D. 2002; Jensen Ric, 1998; Land protection, 2004).
Tốc độ sinh trƣởng của bèo tây phụ thuộc vào mật độ, nguồn dinh dƣỡng trong nƣớc thải và các điều kiện khí hậu. Tốc độ sinh trƣởng của bèo tây và thành phần dinh dƣỡng của nƣớc thải có ảnh hƣởng trực tiếp đến hiệu suất của quá trình xử lý. Hấp thu của thực vật là quá trình chủ yếu để loại bỏ dinh dƣỡng từ nƣớc thải chứa nhiều N và P (Jensen Ric, 1998). Hiệu quả loại bỏ N trung bình là 1,2 kg N/ha.ngày, với P, hiệu quả loại bỏ trong trƣờng hợp đảm bảo thu hái một cách hợp lý có thể đạt 30-50 %, trƣờng hợp không đƣợc thu hái, hiệu quả loại bỏ P là rất thấp (United States Department of
24
Agriculture, 2002). Bèo tây có khả năng đồng hoá cả amon lẫn nitrat trong khi phần lớn các thực vật thuỷ sinh khác đồng hoá amôn cao hơn so với nitrat (Sooknah, R.D., 1999).
Từ những năm 1970, các nghiên cứu về khả năng xử lý nƣớc thải của bèo tây đã đƣợc tiến hành ở Mỹ. Các kết quả nghiên cứu cho thấy bèo tây có thể loại bỏ BOD và TSS hết sức có hiệu quả (hiệu suất đạt 60- 90%). Không chỉ làm giảm lƣợng BOD và TSS trong nƣớc thải, bèo tây còn loại bỏ có hiệu quả NO3-, PO43-, Na, K, Ca, Mg và một số chất khoáng khác (Tripahi et al., 1991). Loài thực vật này có thể hấp thu một số chất độc nhƣ Cd, Pb, Ni, Hg, Cu, Cr, Co, Fe, Zn, Ag, Phenol và một số chất có khả năng gây ung thƣ. Chúng có thể tích tụ các nguyên tố này với hàm lƣợng cao hơn từ 4.000 đến 20.000 lần so với trong nƣớc (Wolverton& McDonald, 1979; Ho Y.B., Wong Wai-kin., 1994; Loan, N.T. 2001). Bèo tây loại bỏ rất nhiều thành phần của nƣớc thải bằng cách hấp thu vào trong mô của chúng, ở đó sự tích lũy sinh học có thể cao đến 20.000 lần (Aowal& Singh, 1981) (Tripahi, D.B., Suresh C., Shukla, 1991)
Bèo tây còn góp phần hạ thấp nhiệt độ của nƣớc, giảm sự khuấy động mặt nƣớc của gió và có đủ bóng che cần thiết để hạn chế sự phát triển của tảo, qua đó giảm sự dao động lớn của nồng độ pH và oxy hoà tan vào ban ngày (do hoạt động quang hợp của tảo gây ra). Ngoài ra, các nghiên cứu về khả năng xử lý nƣớc thải của bèo tây cũng đƣợc quan tâm ở một số nƣớc trên thế giới nhƣ Zambia, Trung Quốc, Ai Cập…(Shome, J.N., and Neogi, S.K., 2001; Tang Shu-yu and Lu Xian- wen, 1993; Tawific, T.A., 2003). Tại Việt Nam bèo tây cũng đƣợc nghiên cứu trong việc hấp thu kim loại từ môi trƣờng nƣớc, giảm thiểu ô nhiễm nƣớc thải sinh hoạt, nƣớc thải chế biến thủy sản…(Trần Văn Tựa và cộng sự, 2004; Trần Văn Chiến và cộng sự, 2005; Trần Văn Tựa và cộng sự, 2007).
25
CHƢƠNG 2 THỰC NGHIỆM
2.1. Đối tƣợng nghiên cứu
2.1.1. Nƣớc hồ phú dƣỡng
Nƣớc sử dụng ở qui mô thực nghiệm lấy từ nƣớc ao, hồ tự nhiên thuộc xã Cổ Nhuế, huyện Từ Liêm, Hà Nội
Nƣớc sử dụng trong suốt quá trình thí nghiệm theo mẻ qui mô chậu vại là nƣớc máy đƣợc bổ sung các hóa chất theo môi trƣờng Gibeaut
(http://www.ag.unr.edu/cramer/hydroponic.html)
2.1.1. Cây ngổ trâu và bèo tây
Ngổ trâu và bèo tây đƣợc lấy từ ao tự nhiên khu vực Cổ Nhuế (Từ liêm, Hà Nội). Những cây tƣơi, có sức sống tốt, hệ rễ phát triển, không bị sâu bệnh đƣợc chọn làm thí nghiệm. Trƣớc khi thí nghiệm ngổ trâu và bèo tây đƣợc nuôi trong nƣớc sạch từ 3- 5 ngày.
2.2. Mục tiêu nghiên cứu
Luận văn tập trung đánh giá khả năng loại bỏ các yếu tố phú dƣỡng môi trƣờng nƣớc của bèo tây và ngổ dại qui mô chậu vại và pilốt.
2.3. Thời gian và địa điểm nghiên cứu
Các thí nghiệm trong Luận văn đƣợc tiến hành từ tháng 10/2009 đến tháng 4/2010, tại khu thí nghiệm của Viện Công nghệ Môi trƣờng. Số liệu đƣợc phân tích tại phòng thí nghiệm Thủy Sinh học Môi trƣờng, Viện Công nghệ Môi trƣờng, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
2.4. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm
2.4.1. Hóa chất
Hóa chất sử dụng trong Luận văn chủ yếu là các nhóm đƣợc trình bày trong
Bảng 2.1 dƣới đây.
26 Stt Hóa chất Mục đích sử dụng 1 2 3 4 5 6 8 9 10 11 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
H2SO4 đặc, 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, H2SO4 đ, 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 2.4.2. Dụng cụ
Bảng 2.2. 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) Máy COD Reactor của hãng HACH (Mỹ)
Buồng đếm Lagoette (Germany) Cân KT Sartorius GM 612 và Sartorius
BA110S Máy Kelđan
Cuvet thạch anh,thủy tinh Pipet, ống đong, bình thí nghiệm
Đo DO Đo pH, t0 Đo quang Ủ và phá mẫu COD Xác định số lƣợng tế bào thực vật phù du Xác định sinh khối thực vật Xác định T-N Đo quang Lấy mẫu hóa chất, thí
nghiệm
2.5. Phƣơng pháp nghiên cứu
27 ▪ Các chỉ tiêu N-NH4+ , N-NO3 - , P-PO4 3- , COD, Chlorophyll a, đƣợc phân tích theo hƣớng dẫn cuốn sách „„ Các phƣơng pháp chuẩn dùng trong kiểm tra chất lƣợng nƣớc và nƣớc thải‟‟ của Hiệp hội sức khỏe Mỹ- 1995 (Standard ...,1995), cụ thể nhƣ sau:
- Xác định hàm lƣợng N-NO3- bằng phƣơng pháp Brucine. - Xác định hàm lƣợng P-PO4
3-
bằng phƣơng pháp Vanađat – Molipđat. - Xác định hàm lƣợng N-NH4
+
bằng phƣơng pháp Nessler. - Xác định tổng Nitơ (T-N) bằng phƣơng pháp Kjeldahn
- Xác định tổng Phospho (T-P): sau bƣớc xử lý bằng axit, các bƣớc tiếp theo nhƣ xác định PO43-
- Xác định COD bằng Kili phtalat
- Chlorophyll a: bằng ph-¬ng ph¸p Lorenzen
- Số lƣợng tế bào thực vật phù du 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 lƣợng ô đếm
1,25: Thể tích của 1 ô (µl) V: Thể tích mẫu ban đầu (µl)
2.5.2. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm đƣợc bố trí trong các chậu và bể có dung tích khác nhau, với lƣợng sinh khối bèo tây và ngổ trâu tùy từng thí nghiệm.
▪ Thí nghiệm đánh giá ảnh hưởng của một số yếu tố N-NH4 + ; N-NO3 - ; P- PO4 3-
và pH lên sinh trưởng của bèo tây, ngổ trâu và khả năng loại bỏ các yếu tố này.
Bèo tây đƣợc nuôi trong các chậu có thể tích 8 lít (chứa 4 lít môi trƣờng), ngổ trâu nuôi trong các chậu có thể tích 5 lít (chứa 2 lít môi trƣờng). Mỗi chậu có 3- 4 cây bèo tây hoặc 6- 7 cây ngổ trâu tƣơng đối đồng đều nhau. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
28
Mỗi thí nghiệm lặp lại 3 lần. Tất cả các chậu thí nghiệm đƣợc đặt trong nhà dƣới ánh sáng tán xạ. Thời gian cho mỗi thí nghiệm là 15 ngày, 2 ngày tiến hành đo DO và pH một lần. Trong đó: - N-NH4+: ở các nồng độ 10, 15, 20 và 25 mg/L. - N-NO3-: ở nồng độ 5, 10, 20, 31,5 và 40 mg/L. - P-PO4 3- : ở nồng độ 1, 5, 10, 15,5 và 20 mg/L. - pH: ở các dải 5, 6, 7, 8, 9.
▪ Thực nghiệm quy mô pilot
Hệ thống xử lý quy mô pilot gồm 2 mƣơng song song đƣợc xây bằng gạch, có kích thƣớc: dài x rộng x sâu tƣơng ứng: 4,6 m x 0,8 m x 0,2 m. Đầu mƣơng ngăn (dài 0,2 m) nhận nƣớc vào mƣơng, mức nƣớc trong bình trong mƣơng 10 cm. Mỗi mƣơng trồng một loại cây và mật độ cây vừa kín mặt nƣớc . Nƣớc phú dƣỡng từ ao đƣợc bơm liên tục vào mƣơng xử lý với các tải lƣợng khác nhau . Hàng tuần tiến hành phân tích chất lƣợng nƣớc trƣớc và sau xử lý.
Mô hình nhƣ sau:
2.5.3. Phƣơng pháp phân tích và xử lý số liệu
+ Sinh khối thực vật đƣợc tính dựa trên sinh khối tƣơi trƣớc và sau khi đặt thí nghiệm. Trƣớc khi cân, cây đƣợc thu và để ráo nƣớc
+ Tỷ lệ tăng trƣởng đƣợc đánh giá dựa trên khối lƣợng của bèo tây và
Ao, hồ
Bơm định lƣợng
Ngăn trung gian
Mƣơng nuôi thực vật
29
ngổ trâu tăng lên sau thí nghiệm và đƣợc tính theo công thức:
x 100 Trong đó:
- G: tỷ lệ tăng trƣởng khối lƣợng (%/chậu) - P1: khối lƣợng bèo trƣớc thí nghiệm (g) - P2: khối lƣợng bèo sau thí nghiệm (g) + Hiệu suất xử lý đƣợc tính theo công thức:
x 100 Trong đó:
- H: hiệu suất xử lý (%)
- C1: nồng độ các chất trƣớc khi xử lý - C2: nồng độ các chất sau khi xử lý
30
CHƢƠNG 3
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Ảnh hƣởng của một số yếu tố môi trƣờng đến sinh trƣởng của bèo tây và ngổ trâu bèo tây và ngổ trâu
Sinh trƣởng và phát triển của thực vật nói chung và thực vật thủy sinh nói riêng chịu ảnh hƣởng của nhiều yếu tố môi trƣờng nhƣ: điều kiện khí hậu, độ pH, hàm lƣợng các chất hữu cơ, vô cơ, sự tác động vi sinh vật... Với mỗi yếu tố môi trƣờng lại tác động khác nhau đến thực vật ở những nồng độ và hàm lƣợng nhất định. Do đó, việc sử dụng bèo tây và ngổ trâu trong xử lý nƣớc thải, hay nuôi chúng trong môi trƣờng nƣớc phú dƣỡng, chúng ta cần tìm hiểu tác động của một số yếu tố môi trƣờng đặc trƣng trong nƣớc hồ đến sinh trƣởng của thực vật. Đối với nƣớc hồ đƣợc coi là phú dƣỡng, nguyên nhân quan trọng nhất là sự tích tụ chất dinh dƣỡng nitơ và phospho...
Trong Luận văn này, 4 yếu tố đƣợc quan tâm là pH, N-NH4 +
, N-NO3 -
, P-PO43- . Trong đó, 3 yếu tố đƣợc coi là chất gây lên phú dƣỡng hóa cần phải xử lý là, N-NO3-, N-NH4+, P-PO43- còn pH không những có vai trò đối với sự sống của thủy sinh mà nó còn là tác nhân quan trọng gây lên sự chuyển hóa của NH4
+
thành dạng NH3 độc hại. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3.1.1. Ảnh hƣởng của pH
pH là một trong những chỉ tiêu xác định đối với nƣớc cấp và nƣớc thải. Sự thay đổi pH làm thay đổi các quá trình hòa tan hoặc keo tụ, giảm vận tốc của phản ứng hóa học xảy ra trong nƣớc, cũng nhƣ có ảnh hƣởng trực tiếp đến hoạt động sống của vi sinh vật và thực vật thủy sinh. Nhất là sự tăng pH ảnh hƣởng rất lớn đến sự sinh trƣởng của thực vật.
Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của pH ở các nồng độ: 5, 6, 7, 8, 9 khác nhau đến sinh trƣởng của bèo tây và ngổ trâu đƣợc trình bày trong Bảng 3.1
31 và Hình 3.1.
Bảng 3.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ pH đến sinh trƣởng của bèo tây và ngổ trâu.
Nồng độ pH Bèo tây Ngổ trâu
Trƣớc TN (g) Sau TN (g) G(%) Trƣớc TN (g) Sau TN (g) G (%) 5 195,29 274,55 40,59 128,11 139,70 9,05 6 194,55 296,92 52,62 127,39 157,74 23,82 7 193,49 316,49 63,57 128,69 156,22 21,39 8 197,11 325,11 64,94 127,43 146,03 14,60 9 195,09 - - 128,69 - -
Hình 3.1. Ảnh hƣởng của pH tới sinh trƣởng của bèo tây và ngổ trâu
Qua Bảng 3.1 và Hình 3.1, sau 14 ngày thí nghiệm, khi pH tăng từ 5- 8 thì bèo tây và ngổ trâu sinh trƣởng khá tốt, tỷ lệ tăng trƣởng cao nhất của bèo tây đạt 64,94% ở pH= 8, ngổ trâu đạt 23,82% ở pH= 6. Ở pH= 5, sinh khối bèo tây tăng 40,59% ít hơn so với pH= 6,7,8, ở ngổ trâu khi pH= 8 và pH= 5
32
sinh khối tăng 14,60% và 9,05% thấp hơn 2 giá trị pH=6 và 7. Khi pH= 9, cả bèo tây và ngổ trâu đều bị chết. Kết quả trên cũng cho thấy khả năng sinh trƣởng của bèo tây trong khoảng pH rộng hơn hơn ngổ trâu, tuy nhiên cả 2 đều sinh trƣởng tốt trong khoảng pH từ 6- 8.
Nhƣ vậy với giá trị pH đo đƣợc trong nƣớc thì chúng ta không cần thiết phải điều chỉnh chỉ số này trong quá trình tiến hành thí nghiệm với bèo tây và ngổ trâu.
3.1.2. Ảnh hƣởng của N-NH4+
Trong nƣớc hồ phú dƣỡng, luôn luôn tồn tại lƣợng amôn (NH4+
) nhất định. Amôn là dạng dễ hấp thu đối với thực vật nói chung và bèo tây, ngổ trâu nói riêng. So với dạng nitrat (NO3
-
) thì amôn ở nồng độ cao dễ gây độc cho thực vật do một phần amôn chuyển sang dạng NH3 rất độc. Sự chuyển hóa này phụ thuộc vào nhiệt độ và pH của môi trƣờng. Do đó việc đánh giá ảnh hƣởng của nồng độ N-NH4+
đến sinh trƣởng của thực vật là hết sức cần thiết. Từ đó, chúng tôi tiến hành thí nghiệm ở 5 nồng độ N-NH4
+
khác nhau: 10; 15; 20 và 25 mg/L. Kết quả nghiên cứu đƣợc trình bày trong Bảng 3.2 và Hình 3.2 .
Bảng 3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ N-NH4+
tới sinh trƣởng của ngổ trâu và bèo tây
Nồng độ N- NH4
+
(mg/L) Bèo tây Ngổ trâu
Trƣớc TN (g) Sau TN (g) G (%) Trƣớc TN (g) Sau TN (g) G (%) 10 191,79 207,24 8,06 144,30 158,27 9,69 15 191,54 209,25 9,25 133,93 151,05 12,78 20 190,57 212,42 11,47 144,84 162,25 12,02 25 190,14 217,92 14,61 131,99 152,80 15,77
33
Hình 3.2. Ảnh hƣởng của N-NH4+ tới sinh trƣởng của bèo tây và ngổ trâu
Từ Bảng 3.2 và Hình 3.2, ta thấy hàm lƣợng N-NH4+ có ảnh hƣởng rõ
(adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});