CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1. Tổng quan về bèo cái [5] Phân loại - Giới: Plantae - Nghành: Magnoliophyta - Lớp: Liliopsida - Phân lớp: Alismatales - Họ: Araceae - Chi: Pistia L. 1 Bèo cái (Pistia stratiotes) và phân loại Bèo cái (Pistia stratiotes) là một chi thực vật thủy sinh thuộc họ Ráy (Araceae), chỉ có một loài duy nhất có danh pháp khoa học là Pistia Stratiotes mà tiếng Việt gọi là bèo cái hay còn được gọi là bèo tai tượng. Về nguồn gốc, người ta vẫn chưa chắc chắn về nguồn gốc của bèo cái nhưng có thể là ở vùng nhiệt đới.
Lần đầu bèo cái được miêu tả một cách khoa học là từ bèo cái sông Nin, gần hồ Victoria thuộc châu Phi. Hiện nay, bèo cái có mặt gần như tại mọi vùng nước ngọt của khu vực nhiệt đới thông qua phổ biến tự nhiên hay nhờ con người. Bèo cái, còn được gọi là Jal kumbhi, là một loài thực vật sống dưới nước, stoloniferous, nổi trên hồ, suối và nước tù đọng ao và trong nước giàu vôi, khắp Ấn Độ. Nó được phân phối trong khu vực nhiệt đới và cận nhiệt đới của Châu Á, Châu Phi và Châu Mỹ.
Bốn giống được phân biệt. Giống Ấn Độ được gọi cuneta. Nó được nhân giống bằng hạt hoặc nhanh hơn bằng stolon. Nó tạo thành một lớp nền dày đặc trên bề mặt nước và gây ra tắc nghẽn đường nước.
Nó cũng có trách nhiệm chứa chấp ấu trùng muỗi mang ký sinh trùng giun chỉ. Nó nở hoa trong mùa nóng và quả xuất hiện sau cơn mưa SVTH: NGUYỄN THỊ THUỲ LƯƠNG GVHD: TS. NGUYỄN SỸ TOÀN 4 Nghiên cứu ứng dụng bèo cái để thu hồi đạm trong điều kiện nhiễm mặn Đặc điểm: - Bèo cái là một loài cây lâu năm một lá mầm với các lá dày, mềm tạo ra hình dáng giống một cái nơ. - Lá mọc từ rễ, mọc hoa thị ở gốc.
- Các lá có thể dài đến 14cm và không có cuống, có màu xanh lục nhạt, với các gân lá song song, các mép lá gợn sóng và được che phủ bởi một lớp lông tơ nhỏ và ngắn. - Bèo cái là thực vật đơn tính, có các hoa nhỏ ẩn ở đoạn giữa của cây trong các đám lá, có màu trắng nhạt, các quả mọng màu lục có kích thước nhỏ được tạo ra sau khi hoa được thụ phấn. - Bèo cái sống nổi trên mặt nước trong khi rễ của bèo cái chìm dưới nước gần các đám lá trôi nổi. - Rễ của bèo cái thuộc loại rễ chùm.
- Sinh sản vô tính, các cây mẹ và cây con liên kết nhau bằng một thân bò ngắn, tạo ra các cụm bèo dày đặc. Lợi ích: - Thường được sử dụng trong các ao nuôi cá ở các vùng nhiệt đới để tạo nơi trú ẩn cho cá bột và cá nhỏ. - Cạnh tranh thức ăn với tảo trong nước, vì thế bèo cái có ích trong việc ngăn ngừa sự bùng nổ của tảo. - Một số tác giả cho rằng cây bèo cái có tác dụng hấp thụ kim loại nặng và một số chất dinh dưỡng trong môi trường nước, đặc biệt quan trọng cho các vùng đô thị của một số quốc gia đang phát triển, do hệ thống dẫn và xử lý nước thải còn chưa hoàn chỉnh nên đã gây tình trạng ô nhiễm cho nước bề mặt.
Tác hại: - Vì sự phát triển quá nhanh của bèo cái mà chúng trở thành một loại cỏ dại gây cản trở giao thông đường thủy. - Làm giảm tính đa dạng sinh học của các vùng nước ngọt. - Các cụm bèo cái cản trở sự trao đổi không khí trong mặt phân giới nước – không khí, điều này làm giảm lượng oxy trong nước mà gây chết nhiều loại cá và các loài thực vật sống ngầm dưới nước, chúng cũng ngăn cản sự chiếu sáng, cũng như thay đổi cộng đồng thực vật sống nổi trên mặt nước bằng cách chèn ép chúng. SVTH: NGUYỄN THỊ THUỲ LƯƠNG GVHD: TS.
NGUYỄN SỸ TOÀN 5 Nghiên cứu ứng dụng bèo cái để thu hồi đạm trong điều kiện nhiễm mặn 1. Các nghiên cứu trong và ngoài nước về xử lý ammonium và nitrat Hiện nay, phần lớn nước thải sinh hoạt ở các khu đô thị đều chưa được xử lý đúng mức, đây có thể là nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường, lan truyền dịch bệnh và ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng. Đã có nhiều nghiên cứu về giải pháp giảm thiểu mức độ ô nhiễm của nước thải sinh hoạt, trong đó xử lý nước thải tại các hộ gia đình hay khu dân cư bằng thực vật được đánh giá là một trong những công nghệ phù hợp, đơn giản, chi phí xây dựng và vận hành thấp; đảm bảo vệ sinh môi trường, vừa tạo cảnh quan [7]. Tuy nhiên trong một hệ thống cây trồng ngoài trời, có nhiều yếu tố khác nhau có thể ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của hệ thống.
Các giá trị về hiệu quả xử lý được ghi nhận chỉ là đánh giá cho cả hệ thống chứ không đánh giá được cho từng loại cây riêng biệt. Thực vật thủy sinh đã được sử dụng từ lâu để loại bỏ amoni do khả năng xử lý nước thải của chúng. Các đại thực bào thủy sinh đã được chứng minh là có màu xanh để giải quyết vấn đề này. Rau diếp nước (Pistia Stratiotes) đã được áp dụng như một loài thực vật thủy sinh xử lý thực vật điển hình, nó có tiềm năng tuyệt vời để loại bỏ nitơ và phốt pho và cải thiện chất lượng nước khác.
Rau diếp nước và cỏ vetiver được coi là hai nhà máy xử lý nước thải hiệu quả nhất. Nghiên cứu ứng dụng cây bèo tây vào xử lí ô nhiễm nguồn nước ao, hồ ở địa phương. Hầu hết nước thải sinh hoạt cũng như nước thải công nghiệp không được xử lý mà được thải trực tiếp vào môi trường, gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nguồn nước mặt, nước ngầm, tác động xấu đến điều kiện vệ sinh và ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe cộng đồng [8]. Xử lý nước thải bằng các loại thực vật thủy sinh nổi trên mặt nước đã và đang được áp dụng tại nhiều nơi trên thế giới với ưu điểm là rẻ tiền, dễ vận hành đồng thời mức độ xử lý ô nhiễm cao.
Đây là công nghệ xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên, thân thiện với môi trường, cho phép đạt hiệu suất cao, chi phí thấp và ổn định, đồng thời làm tăng giá trị đa dạng sinh học, cải tạo cảnh quan môi trường, hệ sinh thái của địa phương. Sinh khối thực vật, bùn phân hủy, nước thải sau xử lý còn có giá trị kinh tế. Đây chính là nội dung nghiên cứu của trường Đại học Hải Phòng đưa ra nhằm mục đích giảm thiểu sự ô nhiễm môi trường nhờ các thực vật thủy sinh, trong đó có bèo tây. Đánh giá khả năng sinh tồn và xử lý nước thải vô cơ của phòng thí nghiệm khoa Hóa học ứng dụng tại trường Đại học Trà Vinh của một số loài thực vật thủy sinh.
“Đánh giá khả năng sinh tồn và xử lý nước thải vô cơ của phòng thí nghiệm Khoa Hóa học Ứng dụng tại trường Đại học Trà Vinh của một số loài thực vật thủy sinh” là một trong những nghiên cứu hướng đến sự phát triển bền vững của SVTH: NGUYỄN THỊ THUỲ LƯƠNG GVHD: TS. NGUYỄN SỸ TOÀN 6 Nghiên cứu ứng dụng bèo cái để thu hồi đạm trong điều kiện nhiễm mặn Trường Đại học Trà Vinh. Nghiên cứu có nhiệm vụ tìm kiếm những khả năng vốn chưa được khai thác toàn diện trên một số loài thực vật thủy sinh bình dị, nhưng lại đóng một vai trò to lớn trong việc xử lý nước thải. Đây cũng là một trong những bước tiến trong công cuộc tìm kiếm và làm chủ sức mạnh của thiên nhiên nhằm phục vụ cho nhu cầu phát triển không giới hạn của con người.
Nồng độ amoni và nitrate trong các đường nước thường thấp [10]; tuy nhiên, ngày nay, nông nghiệp, nước thải sinh hoạt và công nghiệp và dòng chảy tràn đóng góp đáng kể vào ô nhiễm amoni của nước mặt và nước ngầm, tài nguyên. Sự ô nhiễm này xâm nhập vào các nguồn tài nguyên quan trọng này thông qua các nguồn điểm khác nhau như: thành phố và khu công nghiệp nước thải, nước rỉ rác và dòng chảy từ các bãi xử lý chất thải, công trường xây dựng, lô thức ăn chăn nuôi, v. Lượng chất dinh dưỡng cao có thể kích thích sự phát triển của tảo gây phiền toái trong các vùng nước ô nhiễm, có thể góp phần gây ra tình trạng thiếu oxy hoặc các vùng thiếu oxy và những thay đổi không mong muốn trong hệ sinh thái cấu trúc và chức năng [11]. Ngoài ra, amoni cần phải được loại bỏ khỏi nước xám cho các mục đích tái sử dụng do nguy cơ tiềm ẩn đối với sức khỏe con người.
Amoni (NH4+) và amoniac ion hóa (NH3) dễ dàng có thể hoán đổi cho nhau tùy thuộc vào độ pH và nhiệt độ của nước tự nhiên và đô thị. Amoniac được ion hóa là độc hơn nhiều so với amoni bởi vì nó là một phân tử trung tính tự do khuếch tán qua các màng biểu mô của thủy sinh sinh vật. Nó có thể làm hỏng biểu mô mang gây ngạt thở, kích thích quá trình đường phân và ngăn chặn chu trình Krebs dẫn đến nhiễm toan tiến triển làm giảm khả năng vận chuyển oxy của máu, làm rối loạn mạch máu và ảnh hưởng đến chức năng gan và thận. Tuy nhiên, ở vùng nước tự nhiên, amoni có ở nồng độ lớn hơn nhiều so với amoniac do pH trung tính chiếm ưu thế.
Một số hướng dẫn để bảo vệ khỏi tác động của eutrophication đã được phát triển để đối phó với tội phạm toàn cầu. Động học của sự hấp thụ nitơ đã được kiểm tra đối với một loài P. stratiotes macrophyte nước ngọt phổ biến. Nitrat-nitơ và Sự hấp thụ amoni-nitơ được theo dõi để đáp ứng với nhiều loại nồng độ cơ chất.
Tỷ lệ hấp thụ nitrat sau 24 giờ tiếp xúc với nguồn nitrat cao hơn ngay sau khi tiếp xúc. Tốc độ hấp thụ nitrat-nitơ trong ánh sáng lớn hơn trong bóng tối. Hấp thụ nitrat theo một mô hình có thể được mô tả đầy đủ bởi Biểu thức Michaelis – Menten. Phản ứng hấp thụ amoni-nitơ đối với nồng độ cơ chất dường như là tuyến tính.
Tỷ lệ hấp thụ amoni-nitơ tương tự nhau trong bóng tối và SVTH: NGUYỄN THỊ THUỲ LƯƠNG GVHD: TS. NGUYỄN SỸ TOÀN 7 Nghiên cứu ứng dụng bèo cái để thu hồi đạm trong điều kiện nhiễm mặn trong ánh sáng. Đối với bất kỳ nồng độ nitơ hòa tan nhất định nào, tỷ lệ hấp thụ amoni- nitơ lớn hơn tốc độ hấp thụ nitrat-nitơ. SVTH: NGUYỄN THỊ THUỲ LƯƠNG GVHD: TS.