3.2.1.Sơ đồ quá trình nghiên cứu
Biểu đồ 3. Quá trình nghiên cứu
3.2.2.Phương pháp lấy mẫu
Mẫu nước thải được tiến hành thu nhận theo TCVN 5999:1995 (Phụ lục 2)
3.2.3.Phương pháp bố trí thí nghiệm
3.2.3.1. Thử nghiệm độc tính theo EPA 2002
-Daphnia magna sử dụng trong thí nghiệm được cung cấp bởi cơng ty Microbiotest
(Vương quốc Bỉ). Các con non có độ tuổi từ 24- 48 giờ được ấp nở từ trứng dạng nghỉ (epphipia) được cung cấp thức ăn là bột tảo Spiriluna 2 giờ trước khi tiến hành thử nghiệm.
Sản phẩm Tìm hiểu độc chất trong nước thải
chế biến thực phẩm
Tìm hiểu các thử nghiệm độc chất bằng chỉ thị sinh học Lựa chọn sinh vật chỉ thị
Nghiên cứu các đặc điểm của sinh vật Xây dựng quy trình thử nghiệm
Kiểm tra chất lượng bộ thử nghiệm
Hồn thiện quy trình thử nghiệm
Hướng dẫn sử dụng bộ thử nghiệm
38
3.2.3.2. Phân tích COD theo TCVN 6491: 1999
(Phụ lục 2)
3.2.3.3. Phân tích TSS theo TCVN 4560:1988
(Phụ lục 2)
3.2.3.4. Phân tích giá trị pH bằng phương pháp điện hoá với máy OAKTON pH 510 (USA) 510 (USA)
- Có chức năng đo pH và nhiệt độ của nước
- Loại phím nhấn: phím màng chống thấm, cho độ bền sử dụng cao, dễ dàng thao tác.
- Màn hình hiển thị LCD lớn.
- Hiệu chuẩn pH tại 3 điểm: pH 4.01, pH 7.0, pH 10.0 - Có chức năng tự động bù nhiệt - Tự động tắt sau 17 phút không sử dụng Thông số kỹ thuật: Khoảng đo pH: 0.00 – 14.00 Nhiệt độ: 0.0 đến 100.0oC Độ phân giải: pH: 0.01 pH Nhiệt độ: 0.1 oC Độ chính xác: pH:± 0.01 pH Nhiệt Độ: ±0.5 oC
39
3.2.4. Phương pháp chuyên gia
- Trong quá trình nghiên cứu cần phải tham khảo ý kiến của các chuyên gia trong những lĩnh vực liên quan đến đề tài như:
- Những chuyên gia về sinh học trong vấn đề liên quan lựa chọn sinh vật có thể đáp ứng với nhiều loại độc chất khác nhau. Việc lựa chọn sinh vật thử nghiệm thích hợp sẽ mang lại hiệu quả cao cho bộ thử nghiệm độc chất đồng thời mang lại hiệu quả kinh tế trong quá trình thương mại háo sản phẩm.
- Những chuyên gia trong lĩnh vực độc học sẽ giúp định hướng quá trình lựa chọn tác nhân gây độc và ảnh hưởng của tác nhân gây độc lên đối tượng thử nghiệm. Ngoài ra, với sự trợ giúp của chuyên gia độc học quá trình nghiên cứu sẽ giới hạn được đối tượng nghiên cứu là những độc chất thường tồn tại trong thực nước chế biến thực phẩm
- Những chuyên gia trong lĩnh vực máy và thiết bị sẽ tư vấn thiết bị cần thiết bảo đảm các thông số kỹ thuật trong quá trình nghiên cứu và sản xuất bộ thử nghiệm
- Các chuyên gia về môi trường nhằm xác định các chất độc thường tồn tại trong môi trường nước
- Các chuyên gia về thực phẩm để giúp xác định những chất độc có thể có trong từng loại thực phẩm. Những nhận xét và ý kiến đóng góp của các chuyên gia sẽ tạo nên sự hoàn chỉnh cho đề tài
3.2.6. Phương pháp tổng hợp tài liệu
Thông qua phương pháp nghiên cứu tài liệu dựa trên thu thập các cơng bố hiện có chúng tơi sẽ thống kê những tác nhân gây độc được xem là có khả năng gây độc đối với môi trường và con người. Các tác nhân gây độc được phân loại dựa vào bản chất của chúng (Hóa học; Vật lý; Sinh học). Đây là cơ sở để lựa chọn sinh vật chỉ thị và tác nhân gây độc sử dụng trong thử nghiệm kiểm tra hiệu quả của bộ kít thử nghiệm độc chất trong giai đoạn thử nghiệm. Ngoài ra, bằng cách thu thập tài liệu chúng tơi có thể đưa ra hướng nghiên cứu thích hợp trong việc tạo sản phẩm thử nghiệm độc chất
40
3.2.7. Xử lý số liệu
Sử dụng phần mềm R và phần mềm Excel để xử lý số liệu thí nghiệm dựa trên giá trị trung bình, độ lệch chuẩn.
41
4. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
4.1. Lựa chọn điều kiện thử nghiệm độc tính nước thải
Việc lựa chọn kiểu thử nghiệm phụ thuộc quy định, mục tiêu, nguồn nhân lực, đặc điểm của sinh vật thử nghiệm, tác nhân gây độc trong mẫu thử nghiệm. Thử nghiệm độc tính cấp của nước thải thường được tiến hành với nhiều nồng độ khác nhau hoặc thử nghiệm xác định. Thử nghiệm bao gồm 1 mẫu đối chứng và ít nhất 5 nồng độ nước thải. Thiết kế thí nghiệm nhằm làm rõ nồng đô gây đáp ứng đối với sinh vật thử nghiệm làm chết 50% (LC50) trong khoảng thời gian quy định (24- 96 giờ) hoặc nồng độ nước thải cao nhất sinh vật có thể chịu đựng mà khơng có sự khác biệt về mặt thống kê so với mẫu đối chứng. Kết quả âm tính từ thử nghiệm độc tính cấp tính khơng loại trừ khả năng nhiễm độc mãn tính. Ngồi ra, do sự biến đổi theo thời gian của dịng chảy độc tính của nước thải có thể thay đổi, kết quả âm tính của một mẫu cụ thể không loại trừ khả năng sẽ khác nếu mẫu thu thập vào một thời điểm khác
Các kiểu thử nghiệm độc tính bao gồm: Tĩnh khơng lập lại, tĩnh lập lại và liên tục Bảng 4. 1. Ưu và nhược điểm của các kiểu thử nghiệm
Kiểu thử nghiệm Ưu điểm Nhược điểm
Tĩnh không lập lại
Đơn giản, chi phí thấp. Hiệu quả trong xác định.
Trang thiết bị ít; thực hiện nhiều kiểm tra cùng lúc
Lượng mẫu nhỏ
DO suy giảm trong quá trình thử nghiệm.
Tổn thất chất độc thông qua bay hơi hoặc hấp phụ.
Độ nhạy thấp Tĩnh lập lại Khắc phục hiện tượng giảm
DO
Giảm thất thoát độc chất
Sinh vật thử nghiệm luôn trong trạng thái khoẻ mạnh
Lượng mẫu lớn Độ nhạy thấp
Có thể tổn thất độc chất do quá trình bay hơi hoặc phấp phụ
Liên tục Thích hợp đánh giá độc tính cấp và đặc điểm nguồn thải
Lượng mẫu và dung dịch pha loãng lớn
42
theo thời gian
DO được duy trì trong thử nghiệm.
Thử nghiệm với tải lượng cao. Giảm tổn thất độc tố do bay hơi, hấp phụ
Thiết bị phức tạp và tốn kém Mặt bằng lớn
Người vận hành có chun mơn và khó thực hiện nhiều thử nghiệm cùng lúc
Nguồn: Methods for Measuring the Acute Toxicity of Effluents and Receiving Waters to Freshwater and Marine Organisms. US Environmental Protection Agency Office of Water. 2002
Từ kết quả phân tích lựa chọn sinh vật sử dụng trong thử nghiệm chúng ta đã lựa chọn Daphnia magna và Brachionus calyciflorus là loại sinh vật có thể đáp ứng hầu hết các yêu cầu trên. Hơn thế nữa việc sử dụng sinh vật này làm tác nhân sinh học thử nghiệm độc tính có trong nước thải cịn được tiêu chuẩn hoá điều kiện thử nghiệm thể hiện trong bảng 4.2
Bảng 4. 2. Điều kiện thử nghiệm độc tính trong mơi trường nước của Daphnia đã được tiêu chuẩn hố
Thơng số Động vật giáp xác
Daphnia magna
Kiểu thử nghiệm Tĩnh không lập lại
Thời gian tiến hành 24- 96 giờ
Nhiệt độ 20- 25oC
Điều kiện ánh sáng Môi trường PTN
Thời gian chiếu sáng khơng chiếu sáng
Kích thước buồng thử nghiệm 3 ml tối thiểu
Thể tích mẫu 15 ml tối thiểu
Thời gian có thể tiến hành thử nghiệm tiếp theo
Sau 48 giờ
43
Số lượng sinh vật mỗi buồng 5
Số thử nghiệm lập lại 4
Số sinh vật cho mỗi nồng độ 20
Thức ăn cho sinh vật Tảo Spirulina
Yêu cầu vệ sinh buồng thử nghiệm Không yêu cầu Yêu cầu chất lượng khơng khí thử
nghiệm
Khơng
Nước pha lỗng Theo yêu cầu
Nồng độ thử nghiệm Tối thiểu 5% với nước thải và mẫu chứng Với nguồn tiếp nhận phải thử nghiệm ở nồng
độ 100%
Dãy pha loãng ≥ 0,5
Điểm kết thúc Tỉ lệ tử vong và bất hoạt
Thu và lưu trữ mẫu Thu mẫu và tiến hành thử nghiệm trong 36 giờ
Thể tích mẫu yêu cầu 1 lít
Mức chấp nhận thử nghiệm Tỉ lệ sống trong mẫu chứng >90%
Nguồn: Methods for Measuring the Acute Toxicity of Effluents and Receiving Waters to Freshwater and Marine Organisms. US Environmental Protection Agency Office of Water. 2002
44
4.2. Đánh giá chất lượng thử nghiệm trên mẫu thực
4.2.1. Kết quả thử nghiệm trên nước thải giết mổ
Kết quả thử nghiệm cho thấy nước thải giết mổ trước và sau khi qua hệ thống xử lý đều có tác động đến khả năng chết Daphnia magna là một sinh vật trong chuỗi thực phẩm của mội trường nước. Như vậy, để có thể an tồn thải ra mơi trường nhà máy giết mổ buộc phải có hệ thống xử lý nước thải nhằm tránh tổn hại đến hệ sinh thái môi trường nguồn nước tiếp nhận.
Bảng 4. 3. Tỉ lệ % sinh vật thí nghiệm thử nghiệm chết theo thời gian và nồng độ nước thải nước thải Mẫu 1 2 3 4 5 6 7 8 Đối chứng 24h 0 5 0 0 0 0 5 0 48h 0 5 0 10 5 5 5 5 6,25% 24h 10 10 5 5 0 5 5 0 48h 55 10 5 20 5 15 15 5 12,5% 24h 10 10 5 20 0 5 5 5 48h 60 10 5 30 10 20 20 10 25% 24h 50 50 5 20 0 10 5 5 48h 65 15 5 35 15 25 25 15 50% 24h 55 55 10 25 5 15 10 5 48h 80 30 35 40 25 30 30 20 100% 24h 75 75 80 95 15 15 25 15 48h 100 80 90 95 35 40 35 25
Hình 4.14 thể hiện tỉ lệ gây chết trung bình của nước thải giết mổ trước và sau khi qua hệ thống xử lý trong 2 khoảng thời gian khảo sát: 24 giờ và 48 giờ
Hình 4. 1. Tỉ lệ gây chết của nước thải giết mổ trước và sau xử lý theo nồng độ và
thời gian
45
chết 50% sinh vật thử nghiệm ở tỉ lệ từ 50% đến 100% trong khi đó nước thải sau xử lý có tỉ lệ gây chết sinh vật thử nghiệm nhỏ hơn 50% ở bất cứ nồng độ và thời gian khảo sát nào.
Để xác định liều gây chết 50% sinh vật thử nghiệm chúng tơi đã tính tốn LD50 theo cơng thức đề nghị của Reed Muench kết quả cho thấy tỉ lệ trung bình có khả năng gây chết 50% Daphnia magna của nước thải giết mổ chưa qua xử lý là
67,71%. Như vậy nước thải giết mổ nếu thải thẳng ra nguồn tiếp nhận mà chưa qua xử lý sẽ gây tổn hại đến hệ sinh thái môi trường nước thông qua việc làm giảm số lượng sinh vật trong chuỗi thức ăn của hệ sinh thái thuỷ sinh.
Bảng 4. 4. Các thông mẫu nước thải giết mổ trước xử lý
Mẫu Vị trí LD50 24h (%) LD50 48h (%) COD (g/l) SS (g/l) pH 1 Bể thu 45,83 5,63 302 138 7,42 2 Bể thu 78,57 70,00 415 208 7,04 3 Bể thu 78,57 63,64 398 280 6,97 4 Bể thu 67,84 59,09 306 249 6,79 Giá trị trung bình 67,71 49,64 355,25 218,75 7,06 Phương sai 13,37 25,70 51,62 53,16 0,23
Kết quả khảo sát trên nước thải giết mổ sau xử lý thu nhận tại hồ chứa khơng gây chết trên 50% vì thế chúng tơi tiến hành tính liều gây chết 10% để dễ so sánh. Mặc dù không gây chết 50% sinh vật thử nghiệm ở bất cứ nồng độ nào nhưng qua tính toán nồng độ gây chết 10% sinh vật thử nghiệm chúng tôi thấy rằng nước thải giết mổ sau xử lý vẫn có tác động đến hệ sinh thái mơi trường nước. Vì thế hệ thống xử lý nước thải nhà máy giết mổ cần phải bổ sung thêm cơng đoạn để có thể giảm tác động lên hệ sinh thái một cách thấp nhất
Bảng 4. 5. Các thông mẫu nước thải giết mổ sau xử lý
Mẫu Vị trí LD10 24h (%) LD10 48h (%) COD (g/l) SS (g/l) pH 5 Hồ SH 75,00 16,63 40 315 7.15 6 Hồ SH 62,50 12,50 32 394 7,95 7 Hồ SH 31,25 3,13 36 341 7,68 8 Hồ SH 75,00 15,63 32 312 7,90 Giá trị trung bình 66,94 11,72 35,00 340,50 7,67 Phương sai 20,65 5,92 3,83 57,97 0,37
46
pha loãng của nước thải trước và khi xử lý theo thời gian tiếp xúc. Kết quả này có thể được nhà máy hoặc cơ quan chức năng áp dụng để tính tốn lưu lượng thải hoặc hạn mức thải ra mơi trường với mục đích giảm tối đa tác động đến hệ sinh thái môi trường nước. Biểu thức thể hiện sự tương quan cụ thể:
-Nước thải trước xử lý khả năng gây chết sau 24 giờ: Y=0,7873X+4,7857 (r2=0,9941)
-Nước thải trước xử lý khả năng gây chết sau 48 giờ: Y=0,786X+11,286 (r2=0,968) -Nước thải sau xử lý khả năng gây chết sau 24 giờ: Y=0,1351X+1,6786 (r2=0,9964) -Nước thải sau xử lý khả năng gây chết sau 48 giờ: Y=0,2669X+9,7143 (r2=0,8963)
Hình 4. 2. Sự tương quan giữa tỉ lệ nước thải giết mổ trước và sau xử lý trên tỉ lệ chết của Daphnia magna theo thời gian
47
Kết quả khảo sát cịn cho thấy có sự liên quan giữa khả năng gây chết sinh vật thử nghiệm và chỉ số COD của mẫu nước thải giết mổ. Khả năng gây chết Daphnia magna cao hơn ở những mẫu nước chưa qua xử lý với giá trị COD cao (355,25 g/l)
trong khi đó tỉ lệ gây chết Daphnia magna thấp hơn ở mẫu nước đã qua xử lý là
mẫu có giá trị COD thấp (35g/l). Sự liên hệ giữa chỉ số COD và độc tính của nước thải giết mổ có thể được sử dụng để đánh giá tác động về độc tính của nước thải đến hệ sinh thái môi trường nước.
4.2.2. Kết quả thử nghiệm trên nước thải sản xuất Bia
Kết quả thử nghiệm cho thấy nước thải nhà máy sản xuất Bia trước và sau khi qua hệ thống xử lý đều ít nhiều có tác động đến khả năng chết Daphnia magna là một
sinh vật trong chuỗi thực phẩm của mội trường nước. Như vậy, để có thể an tồn thải ra môi trường nhà máy phải thường xuyên theo dõi và vận hành hệ thống xử lý nước thải nhằm tránh tổn hại đến hệ sinh thái môi trường nguồn nước tiếp nhận.
Bảng 4. 6. Tỉ lệ % sinh vật thí nghiệm thử nghiệm chết theo thời gian và nồng độ nước thải nước thải Mẫu 1 2 3 4 5 6 7 8 Đối chứng 24h 0 0 0 0 5 0 0 0 48h 0 0 0 0 5 0 5 5 6,25% 24h 5 0 0 0 0 0 0 0 48h 5 0 0 0 0 0 5 5 12,5% 24h 5 5 5 5 0 0 0 0 48h 5 10 20 35 5 0 5 10 25% 24h 5 5 35 25 0 5 5 10 48h 10 15 40 45 0 5 10 10 50% 24h 5 20 25 30 0 5 10 10 48h 35 45 45 55 10 10 15 15 100% 24h 25 40 35 70 10 10 15 15 48h 55 55 55 75 15 15 20 20
Hình 4.2 thể hiện tỉ lệ gây chết trung bình của nước thải sản xuất Bia trước và sau khi qua hệ thống xử lý với thời gian khảo sát: 24 giờ và 48 giờ
48
Hình 4. 3.Tỉ lệ gây chết của nước thải sản xuất Bia trước và sau xử lý theo nồng độ
và thời gian (T: nước thải trước xử lý; S: nước thải sau xử lý)
Ở cả hai giá trị thời gian thử nghiệm, nước thải sản xuất Bia trước xử lý đều có thể gây chết sinh vật thử nghiệm. Mặc dù giá trị LD50 của nước thải sản xuất Bia chưa qua xử lý sau 48 giờ thử nghiệm có giá trị từ 37,50% đến 75% (trung bình 68,75% ± 21,65). Tuy nhiên, ở thời gian khảo sát 24 giờ chỉ có một mẫu gây chết 50% sinh vật thử nghiệm ở tỉ lệ 75% cịn 3 mẫu khơng gây chết 50% sinh vật thử nghiệm ở bất cứ tỉ lệ pha loãng nào. Như vậy nước thải sản xuất Bia nếu thải thẳng ra nguồn tiếp nhận mà chưa qua xử lý sẽ gây tổn hại đến hệ sinh thái môi trường nước thông qua việc làm giảm số lượng sinh vật trong chuỗi thức ăn của hệ sinh thái thuỷ sinh.
Bảng 4. 7. Các thông mẫu nước thải sản xuất Bia trước xử lý
Mẫu Vị trí LD50 24h (%) LD50 48h (%) COD (g/l) SS (g/l) pH 1 Bể thu >100 87,50 1460 392 7,10 2 Bể thu >100 75,00 1520 356 7,13 3 Bể thu >100 75,00 1706 373 7,08 4 Bể thu 75,00 37,50 1532 402 7,15
Giá trị trung bình N/A 68,75 1554,50 382 7,12
Phương sai N/A 21,65 105,80 19,93 0,03
N/A. Không thể hiện
Khi thử nghiệm trên mẫu nước thải sản xuất Bia sau xử lý thu nhận tại vị trí đấu nối