CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
3.4. Nội dung nghiên cứu
3.4.3. Nội dung nghiên cứu 3
Nghiên cứu sử dụng cây Sậy (Phragmites australis) xử lý nước thải sơ chế gà rán công nghiệp.
Nước thải sau quá trình tiền xử lý bằng phương pháp ozone hóa được dùng để nghiên cứu ở nội dung nghiên cứu 3. Nước thải này có tính chất như sau: COD dao động 850 – 920 mg/L; BOD5 dao động 380 – 410 mg/L; TN dao động 120 – 140 mg/L; TP dao động 28 – 40 mg/L; Tỷ lệ BOD5/COD dao động 0,52 – 0,71; Tỷ lệ BOD5 : N : P là 410 : 140 : 40 tương ứng 100 : 34,14 : 9,75 tỷ lệ này đảm bảo trong nước thải có đủ dưỡng chất cho quá trình xử lý sinh học. Phù hợp với nghiên cứu của nhóm tác giả Lê Hoàng Việt và ctv.
(2019), tỷ lệ BOD5 : N : P mà nhóm tác giả nghiên cứu xử lý nước thải y tế là 183,97 : 18,15 : 13,65 tương đương với 100 : 9,87 : 7,42.
39
Theo niên giám thống kê (2020), số giờ nắng ở khu vực miền Nam (trạm quan trắc Vũng Tàu đảm bảo phù hợp cho thực vật sinh trưởng và phát triển tốt, cụ thể: trong năm 2015 là 2.937,8 giờ nắng; năm 2016 là 2.690,3 giờ nắng;
năm 2017 là 2.582,5 giờ nắng; năm 2018 là 2.593,9 giờ nắng và năm 2019 là 2.814,0 giờ nắng (cụ thể năm 2019, tháng 1 đến tháng 12 lần lƣợt là 238,5 giờ;
259,4 giờ; 298,1 giờ; 299,7 giờ; 257,7 giờ; 200,3 giờ; 204,9 giờ; 203,0 giờ;
174,6 giờ; 246,3 giờ; 200,5 giờ; 231,0 giờ).
3.4.3.1. Thí nghiệm 5
Nghiên cứu đặc điểm sinh học, tốc độ phát triển, đặc điểm khoang chứa khí/ mô chuyển khí/ nhu mô xốp và sinh khối của cây Sậy. Góp phần giải thích cơ chế giúp cây Sậy thích nghi trong nước thải, chọn ra được nồng độ thích hợp để cây sinh trưởng và phát triển trong điều kiện nước thải nhằm đánh giá khả năng hấp thu chất hữu cơ, cải thiện chất lượng môi trường nước.
Bố trí thí nghiệm 5
Sậy đƣợc chuẩn bị đồng đều về kích cỡ (chiều cao mỗi cây 30±2cm).
Sậy được rửa bằng nước sạch (nước cấp dùng cho sinh hoạt) để loại bỏ các chất bám dính trên bề mặt thân và rễ. Cây đƣợc cân trọng lƣợng và đo các chỉ tiêu sinh trưởng ban đầu, sau đó nuôi dưỡng 01 tuần bằng nước sạch (nước cấp cho sinh hoạt) trước khi tiến hành bố trí và ghi nhận các số liệu thí nghiệm.
Mật độ Sậy ở mỗi nghiệm thức là 25 cây/m2 tương ứng 05 cây/xô (diện tích trồng là 0,196m2/ xô nhựa).
Sậy được trồng ngoài trời, có che chắn để hạn chế ảnh hưởng của điều kiện tác động bên ngoài.
Nước thải đã qua tiền xử lý bằng Ozone (thông số tối ưu tìm ra ở các thí nghiệm 1, 2, 3 và 4) được tưới vào trong các xô nhựa trồng Sậy thông qua hệ thống phân phối nước nhỏ giọt.
Thí nghiệm với 1 nghiệm thức đối chứng và 4 nghiệm thức khảo sát (nồng độ nước thải 25%, 50%, 75%, 100%) với 04 lần lặp lại. Các nghiệm thức bố trí ngẫu nhiên.
Nước thải được cấp vào chậu nhựa với các thể tích lần lượt là 06 Lít, 09 Lít, 12 Lít. Nước thải được nạp theo mẻ với thời gian lưu nước là 03 ngày.
Thời gian thực hiện 48 ngày.
40 Bảng 3.6: Bố trí thí nghiệm 5.
Nghiệm thức
06 lít/ 03 ngày 09 lít/ 03 ngày 12 lít/ 03 ngày
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4
Đối
chứng A1 A2 A3 A4 A1 A2 A3 A4 a1 a2 a3 a4 Nồng độ
25% B1 B2 B3 B4 B1 B2 B3 B4 b1 b2 b3 b4 Nồng độ
50% C1 C2 C3 C4 A1 C2 C3 C4 c1 c2 c3 c4 Nồng độ
75% D1 D2 D3 D4 A1 D2 D3 D4 d1 d2 d3 d4 Nồng độ
100% E1 E2 E3 E4 E1 E2 E3 E4 e1 e2 e3 e4
Ghi chú:
A1: Nghiệm thức đối chứng (Nước sạch + cây Sậy), nước thải tưới vào là 6 lít/ 3 ngày, lần lặp 1. (tương tự A2 là lặp lần 2, A3 là lặp lần 3 và A4 là lặp lần 4).
A1: Nghiệm thức đối chứng (Nước sạch + cây Sậy), nước thải tưới vào là 9 lít/ 3 ngày, lần lặp 1. (tương tự A2 là lặp lần 2, A3 là lặp lần 3 và A4 là lặp lần 4).
a1: Nghiệm thức đối chứng (Nước sạch + cây Sậy), nước thải tưới vào là 12 lít/ 3 ngày, lần lặp 1. (tương tự a2 là lặp lần 2, a3 là lặp lần 3 và a4 là lặp lần 4).
B1: Nghiệm thức đối chứng (Nồng độ COD trong nước thải 25% + cây Sậy), nước thải tưới vào là 6 lít/ 3 ngày, lần lặp 1. (tương tự B2 là lặp lần 2, B3 là lặp lần 3 và B4 là lặp lần 4).
B1: Nghiệm thức đối chứng (Nồng độ COD trong nước thải 25% + cây Sậy), nước thải tưới vào là 9 lít/ 3 ngày, lần lặp 1. (tương tự B2 là lặp lần 2, B3 là lặp lần 3 và B4 là lặp lần 4).
b1: Nghiệm thức đối chứng (Nồng độ COD trong nước thải 25% + cây Sậy), nước thải tưới vào là 12 lít/ 3 ngày, lần lặp 1. (tương tự b2 là lặp lần 2, b3 là lặp lần 3 và b4 là lặp lần 4).
C1: Nghiệm thức đối chứng (Nồng độ COD trong nước thải 50% + cây Sậy), nước thải tưới vào là 6 lít/ 3 ngày, lần lặp 1. (tương tự C2 là lặp lần 2, C3 là lặp lần 3 và C4 là lặp lần 4).
C1: Nghiệm thức đối chứng (Nồng độ COD trong nước thải 50% + cây Sậy), nước thải tưới vào là 9 lít/ 3 ngày, lần lặp 1. (tương tự C2 là lặp lần 2, C3 là lặp lần 3 và C4 là lặp lần 4).
c1: Nghiệm thức đối chứng (Nồng độ COD trong nước thải 50% + cây Sậy), nước thải tưới vào là 12 lít/ 3 ngày, lần lặp 1. (tương tự c2 là lặp lần 2, c3 là lặp lần 3 và c4 là lặp lần 4).
Theo dõi chất lư ng nước và tăng trưởng của Sậy
Mẫu nước được phân tích ở thời điểm bắt đầu thí nghiệm và ở các ngày thứ 3, 24 và 48. Dưới đáy mô hình thí nghiệm có gắn van thu nước, đến thời điểm lấy mẫu, tiến hành mở van và thu nước thải sau thí nghiệm (Phụ lục 4 – Hình PL 4.2f). Các chỉ tiêu pH, DO, EC đƣợc đo trực tiếp tại khu vực thí nghiệm bằng máy đo cầm tay. Mẫu nước được thu vào chai nhựa 500mL và trữ lạnh để phân tích các chỉ tiêu COD, BOD5, TN, TP tại phòng thí nghiệm.
41
Trọng lượng tươi, trọng lượng khô, chiều cao cây và tế bào nhu mô xốp đƣợc khảo sát ở các ngày thứ 3, 12, 24, 36, 48. Mẫu sinh khối của Sậy ở thời điểm kết thúc thí nghiệm được rửa bằng nước sạch và sấy ở 105ºC đến khi trọng lƣợng không đổi mới mang đi phân tích.
Thí nghiệm 5 đƣợc bố trí khối hoàn toàn ngẫu nhiên.
Hình 3.8: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 5.
Phương pháp nhuộm màu nhu mô xốp
Mô thực vật có các cấu trúc khác nhau, thậm chí các phần khác nhau của một cấu trúc thường có tính chất lý học, hoá học cũng như khả năng bắt màu khác nhau, vì vậy việc sử dụng đồng thời các loại thuốc nhuộm trên cùng một tiêu bản cho phép ta có thể quan sát và phân biệt các cấu trúc dễ dàng hơn.
Sử dụng phương pháp nhuộm hai màu (phương pháp son phèn – lục iod) và tiến hành quan sát bằng kính hiển vi quang học (Model CH10MOF; N0 0C21811; Olympus optical Co., LTD. Japan) các mô thực vật.
Cách nhuộm hai màu (Hà Thị Lệ Ánh, 2000 được trích dẫn bởi Trương Hoàng Đan và Bùi Trường Thọ, 2012b):
- Nguyên tắc của phương pháp nhuộm hai màu khi vi mẫu được nhuộm bằng dung dịch phẩm nhuộm hai màu son phèn – lục iod, son phèn đã nhuộm màu hồng vách tế bào bằng cellulose và lục iod nhuộm xanh vách tế bào tẩm mộc tố.
- Cách thực hiện: Mẫu vật sau khi đƣợc cắt thành lát mỏng đƣợc lần lƣợt ngâm vào các dung dịch sau:
+ Nước javel 15 phút để loại nội dung tế bào.
+ Rửa nước cho sạch javel (ít nhất 5 lần).
A4 1
A3 1
A2 1
A1 1
A4 1
A3 1
A2 1
a1
1
a4
1
a3
1
a2
B2 1
1
B1
1
B4
1
B3
1
B2
1
B1
1
B4
1
B3
1
b2 b1
1
b4
1
b3
C3 1
1
C4 1
C1 1
C2 1
C3 1
C4 1
C1 1
C2 c3
1
c4
1
c1
1
c2
D4 D1 D2 1
1
D3
1
D4
1
D1
1
D2
1
D3 d4 d1
1
d2
1
d3 1
1
E1 E3
1
E2
1
E4
1
E1 E3
1
E2 2 1
E4 e1
1
e3
1
e2
1
e4
1 A1
1
42
+ Ngâm vào acid acetic 5 phút để tiếp tục loại nội dung tế bào và làm sạch nước javel còn sót lại.
+ Rửa nước ít nhất 5 lần cho đến khi không còn mùi acid acetic.
+ Nhuộm bằng phẩm nhuộm son phèn- lục iod 3 phút.
+ Rửa nước cho sạch phẩm nhuộm và giữ phẫu thức trong nước.
Chú ý: Luôn luôn để phẫu thức trong dĩa kính đồng hồ, chỉ dùng ống nhỏ giọt để rửa và thay đổi nước hay dung dịch trong dĩa. Tuyệt đối không dùng kim nhọn đụng vào phẫu thức vì khi các phẫu thức bể rất khó quan sát.
Tổng số lư ng mẫu nước thải và chỉ tiêu phân tích:
04 nghiệm thức thí nghiệm (nghiệm thức đối chứng sử dụng nước sạch) x 3 giá trị lượng nước thải để tưới x 4 lần lặp x 6 thời điểm lấy mẫu (3 lần nước vào + 3 lần nước thải ra) = 288 mẫu.
288 mẫu x 7 chỉ tiêu/ mẫu = 2.016 chỉ tiêu
Tổng số lƣ ng mẫu thực vật và chỉ tiêu phân tích:
05 nghiệm thức thí nghiệm * 3 giá trị lượng nước thải để tưới * 4 lần lặp * 6 thời điểm lấy mẫu = 360 mẫu.
360 mẫu x 4 chỉ tiêu/ mẫu = 1.440 chỉ tiêu.
3.4.3.2. Thí nghiệm 6
Ảnh hưởng của mật độ trồng đến khả năng sinh trưởng, phát triển và hấp thu N, P của Sậy.
Chọn đƣợc mật độ trồng thích hợp của cây Sậy để làm giảm nồng độ N, P trong nước thải sơ chế gà rán.
Bố trí thí nghiệm
Sậy đƣợc chuẩn bị đồng đều về kích cỡ (chiều cao mỗi cây 30±2cm).
Sậy được rửa bằng nước sạch để loại bỏ các chất bám dính trên bề mặt thân và rễ. Cây được cân trọng lượng và đo các chỉ tiêu sinh trưởng ban đầu, sau đó dưỡng 01 tuần bằng nước sạch trước khi tiến hành bố trí và ghi nhận các số liệu thí nghiệm.
Mật độ Sậy lần lượt là 20 cây/m2, 25 cây/m2, 30 cây/m2, 35 cây/m2 tương ứng 6 cây/nghiệm thức, 8 cây/nghiệm thức, 10 cây/nghiệm thức, 12 cây/nghiệm thức (diện tích trồng 0,385 m2/nghiệm thức). Thí nghiệm với 1 nghiệm thức đối chứng (gồm cát, đá và nước thải) và 4 nghiệm thức khảo sát (20 cây/m2, 25 cây/m2, 30 cây/m2, 35 cây/m2) với 04 lần lặp lại.
43
Sậy được trồng ngoài trời, có che chắn để hạn chế ảnh hưởng của điều kiện tác động bên ngoài.
Nước thải đã qua tiền xử lý bằng ozone được tưới vào trong nghiệm thức trồng Sậy thông qua hệ thống phân phối nước.
Nước thải được nạp theo mẻ với thời gian lưu nước là 03 ngày. Thời gian thực hiện của mỗi nghiệm thức là 48 ngày.
Theo dõi chất lư ng nước và tăng trưởng của Sậy
Mẫu nước được phân tích ở thời điểm bắt đầu thí nghiệm và ở các ngày thứ 3, 12, 24, 36, 48. Các chỉ tiêu pH, DO, EC đƣợc đo trực tiếp tại khu vực thí nghiệm bằng máy đo cầm tay. Mẫu nước được thu vào chai nhựa 500mL và trữ lạnh để phân tích các chỉ tiêu COD, BOD5, TN, TP tại phòng thí nghiệm.
Trọng lượng tươi, trọng lượng khô, chiều cao cây, chiều dài rễ, số cây, TN trong thân, TN trong rễ, TP trong thân và TP trong rễ đƣợc khảo sát ở các ngày thứ 3, 24, và 48. Mẫu sinh khối của Sậy ở thời điểm kết thúc thí nghiệm được rửa bằng nước sạch và sấy ở 105ºC đến khi trọng lượng không đổi để phân tích hàm lƣợng TN và TP có trong mô thực vật.
Bảng 3.7: Bố trí thí nghiệm 6.
Nghiệm thức Độ lặp
1 2 3 4
Đối chứng A1 A2 A3 A4
Mật độ 20 cây/m2 B1 B2 B3 B4
Mật độ 25 cây/m2 C1 C2 C3 C4
Mật độ 30 cây/m2 D1 D2 D3 D4
Mật độ 35 cây/m2 E1. E2 E3 E4
Giải thích: Ax; Bx.; Cx: với x là số lần lặp lại thí nghiệm.
Tổng số lư ng mẫu nước thải và chỉ tiêu phân tích
05 nghiệm thức thí nghiệm x 4 lần lặp x 10 thời điểm lấy mẫu (5 lần nước vào + 5 lần nước thải ra) = 200 mẫu.
200 mẫu x 7 chỉ tiêu/ mẫu = 1.400 chỉ tiêu.
44
Tổng số lƣ ng mẫu thực vật và chỉ tiêu phân tích
04 nghiệm thức thí nghiệm (nghiệm thức đối chứng không trồng sậy) x 4 lần lặp x 4 thời điểm lấy mẫu = 64 mẫu.
64 mẫu x 9 chỉ tiêu/ mẫu = 576 chỉ tiêu.
Thí nghiệm 6 đƣợc bố trí khối hoàn toàn ngẫu nhiên.
Lặp lần 1 Lặp lần 2 Lặp lần 3 Lặp lần 4
Hình 3.9: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 6.
3.4.3.3. Thí nghiệm 7
Thí nghiệm đánh giá khả năng xử lý nước thải sơ chế gà rán của Sậy trong hệ thống đất ngập nước chảy ngầm theo phương ngang vận hành theo mẻ .
Đánh giá khả năng xử lý COD, BOD5, N và P của hệ thống đất ngập nước có trồng Sậy đối với nước thải sơ chế gà rán.
Đánh giá khả năng sinh trưởng của Sậy khi tưới nước thải sơ chế gà rán ở điều kiện thực tế.
Tổng số lư ng mẫu nước thải và chỉ tiêu phân tích
02 nghiệm thức thí nghiệm x 3 lần lặp x 12 thời điểm lấy mẫu (6 lần nước vào + 6 lần nước thải ra) = 72 mẫu.
72 mẫu x 7 chỉ tiêu/ mẫu = 504 chỉ tiêu.
A1 B2 C3 D4 E1
A2 B3 C4 D1 E2
A3 B4 C1 D2 E3
A4 B1 C2 D3 E4
45
Tổng số lƣ ng mẫu thực vật và chỉ tiêu phân tích
01 nghiệm thức thí nghiệm (nghiệm thức đối chứng không trồng sậy) x 3 lần lặp x 7 thời điểm lấy mẫu = 21 mẫu.
21 mẫu x 15 chỉ tiêu/ mẫu = 315 chỉ tiêu.
Bố trí thí nghiệm Bảng 3.8: Bố trí thí nghiệm 7.
Nghiệm thức Lặp lại thí nghiệm
1 2 3
Đối chứng A1.1 A1.2 A1.3
Nước thải B1.1 B1.2 B1.3
Giải thích:
A1.1: nghiệm thức đối chứng (không trồng sậy), tương tự A1.2 và A1.3 là lần lặp thứ 2 và 3.
B1.1: nghiệm thức mật độ trồng sậy là 30 cây/m2, tương tự B1.2 và B1.3 là lần lặp thứ 2 và 3.
Lặp lần 1 Lặp lần 2 Lặp lần 3
Hình 3.10: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 7.
Chọn sậy con cao 30cm, mật độ trồng là 30 cây/m2.
Thí nghiệm gồm 01 nghiệm thức đối chứng (Nước thải + Cát, đá và 01 nghiệm thức thí nghiệm (Nước thải + Cát, đá + Sậy) với 03 lần lặp lại. Nước thải sau quá trình ozone được phân phối vào mỗi nghiệm thức với lưu lượng là 0,33m3, bảo đảm chiều cao lớp nước là 0,4m theo dạng mẻ với thời gian lưu nước là 03 ngày, tiến hành liên tục trong 48 ngày.
Sậy được chuẩn bị đồng đều về trọng lượng tươi và kích cỡ. Sậy con được rửa bằng nước sạch làm sạch bùn đất, cân trọng lượng và đo các chỉ tiêu sinh trưởng ban đầu, sau đó dưỡng 1 tuần bằng nước máy trước khi tiến hành bố trí và ghi nhận các số liệu thí nghiệm.
Theo dõi chất lư ng nước và tăng trưởng của Sậy
Mẫu nước được phân tích ở thời điểm bắt đầu thí nghiệm và ở các ngày thứ 3, 12, 24, 36, 48. Các chỉ tiêu pH, DO, EC đƣợc đo trực tiếp tại khu vực
A1.1
B1.2
A1.2
B1.3
A1.3
B1.1
46
thí nghiệm bằng máy đo cầm tay. Mẫu nước được thu vào chai nhựa 500mL và trữ lạnh để phân tích các chỉ tiêu COD, BOD5, TN, TP tại phòng thí nghiệm.
Trọng lượng tươi, trọng lượng khô, chiều cao cây, chiều dài rễ, số cây, TN trong thân, TN trong rễ, TP trong thân và TP trong rễ đƣợc khảo sát ở các ngày thứ 3, 12, 24, 36 và 48. Mẫu sinh khối của Sậy ở thời điểm kết thúc thí nghiệm được rửa bằng nước sạch và sấy ở 105ºC đến khi trọng lượng không đổi để phân tích hàm lƣợng TN và TP có trong mô thực vật.
3.4.3.4. Phương pháp ph n tích các chỉ ti u nước và thực vật
Phương pháp ph n tích mẫu nước Bảng 3.9: Chỉ tiêu phân tích mẫu nước thải
TT Chỉ tiêu Đơn vị Phương pháp ph n tích Giới hạn phát hiện nhỏ nhất
(LOD)
1 pH Đo bằng máy ngoài hiện
trường
(C5010T – Consort – Bỉ)
0,01pH
2 EC (àS/cm) 1àS/cm
3 DO (mg/L) 0,01mg/L
4 COD (mg/L) SMEWW 5220C : 2012 2,0mg/L
5 BOD5 (mg/L) TCVN 6001-1: 2008 1,0mg/L
6 TN (mg/L) TCVN 6638 : 2000 1,0mg/L
7 TP (mg/L) SMEWW 4500-P.B&D : 2012
0,02mg/L
Phương pháp ph n tích mẫu thực vật Bảng 3.10: Chỉ tiêu phân tích mẫu thực vật TT Chỉ tiêu Đơn
vị
Phương pháp ph n tích Giới hạn phát hiện nhỏ nhất (LOD) 1 TN trong thân
và rễ Sậy
(%) TCVN 6498 : 1999 30mg/kg
2 TP trong thân và rễ Sậy
(%) TCVN 8940 : 2011 11,3mg/kg
3 Nhu mô xốp (mm2) Chụp và đo bằng kính hiển vi điện tử (Model
CH10MOF; Olympus
optical Co., LTD. Japan) 4 Sinh khối tươi
và sinh khối khô
(g) Sậy đƣợc cân trọng lƣợng ở đầu và cuối thí nghiệm, mẫu đƣợc sấy ở 105ºC.
47
Bảng 3.11: Công thức tính tốc độ sinh trưởng của thực vật Tăng
trưởng
Chiều cao của cây Chiều dài của rễ Sinh khối khô
Công thức A’ = [(A’1-A’0)/N] B’ = [(B’1-B’0)/N] C’ = [(C’1-C’0)/N]
Chú thích A’: Tốc độ tăng trưởng chiều cao cây (cm/ngày).
A’1 : Chiều cao lúc thu hoạch (cm).
A’0: Chiều cao lúc ban đầu (cm).
N : Số ngày thí nghiệm.
B’ : Tốc độ tăng trưởng chiều dài rễ (cm/ngày).
B’1: Chiều dài rễ lúc thu hoạch (cm).
B’0: Chiều dài rễ lúc ban đầu (cm).
N : Số ngày thí nghiệm.
C’: Tốc độ tăng trưởng sinh khối khô (g/ngày).
C’1 : Sinh khối khô lúc thu hoạch (g) . C’0: Sinh khối khô lúc ban đầu (g).
N : Số ngày thí nghiệm.