MỞ ĐẦU 1. Nước là một trong những nguồn tài nguyên quý giá của nhân loại. Nước giữ vai trò quan trọng trong các quá trình sống, từ đơn giản đến phức tạp. Trong những năm gần đây các cụm từ: “môi trường”, “ô nhiễm môi trường”, “sinh thái học và bảo vệ môi trường” thường được nhắc đến không chỉ riêng ở Việt Nam chúng ta mà đang vang lên như lời cảnh tỉnh trên toàn thế giới.
Mỗi ngày con người đã đưa hàng triệu tấn chất thải vào môi trường nói chung, môi trường nước nói riêng, phần nhiều trong số này là các thành phần mang tính độc hại. Đặc biệt, vấn đề ô nhiễm dinh dưỡng trong các thủy vực đang làm cho chất lượng nước thay đổi theo chiều hướng bất lợi, kể cả cho các mục đích sử dụng nước và hệ sinh thái. Một trong những hậu quả chính của ô nhiễm dinh dưỡng là hiện tượng phú dưỡng. Phú dưỡng (eutrophication) một dạng suy giảm chất lượng nước thường xảy ra ở các hồ chứa, với hiện tượng nồng độ các chất dinh dưỡng nitơ, phospho trong hồ tăng cao, tỷ lệ P/N cao do sự tích lũy tương đối P so với N, làm bùng phát các loại thực vật nước (như rong, tảo.), tăng các chất lơ lửng, chất hữu cơ, làm suy giảm lượng oxy trong nước, gây ô nhiễm môi trường, cân bằng sinh thái bị thay đổi, ảnh hưởng xấu đến sức khỏe và cuộc sống của con người Đã có một số nghiên cứu nhằm giảm thiểu hiện trạng nước phú dưỡng bằng các loài thực vật thủy sinh.
Phương pháp này tuy không giải quyết triệt để được các thành phần gây ô nhiễm nhưng chi phí lại thấp, đối tượng nghiên cứu phổ biến, thân thiện với con người. Tuy nhiên, tùy theo điều kiện từng vùng và mức độ phú dưỡng môi trường nước khác nhau mà việc lựa chọn loài thực vật thủy sinh thích hợp là rất quan trọng. Xuất phát từ thực tế đó, với mong muốn góp phần nghiên cứu và giải n 2 quyết vấn đề ô nhiễm nguồn nước phú dưỡng, em quyết định thực hiện nghiên cứu đề tài: “Nghiên cứu khả năng xử lý phú dưỡng của một số loại thực vật thủy sinh tại ao cá Bác hồ trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên” dưới sự hướng dẫn của cô giáo PGS.2 Mục tiêu nghiên cứu.1 Mục tiêu tổng quát: Luận văn tập trung đánh giá khả năng xử lý phú dưỡng của một số loài thực vật thủy sinh, góp phần giải quyết các vấn đề môi trường nước bằng biện pháp sinh học. Mục tiêu cụ thể: - Đưa ra các nhận định ban đầu về hiện trạng chất lượng nước ao cá Bác Hồ.
- Đánh giá sự sinh trưởng và phát triển của thực vật trong môi trường thí nghiệm - Đánh giá khả năng xử lý một vài tác nhân phú dưỡng của cây lục bình, rau muống nước, rau ngổ trong thí nghiệm. - Đề xuất biện pháp phù hợp trong xử lý ao hồ phú dưỡg. Ý nghĩa của đề tài. Ý nghĩa khoa học: - Bổ sung cho khoa học thực tế khả năng làm sạch môi trường nước của các loài thực vật thủy sinh.
Ý nghĩa thực tiễn. - Góp phần nâng cao kỹ năng phân tích, đánh giá chất lượng nguồn nước phục vụ sau này. - Đánh giá khả năng xử lý một vài tác nhân phú dưỡng của lục bình, rau muống và rau ngổ. Yêu cầu của đề tài.
- Đánh giá chính xác về chất lượng nước ao cá Bác Hồ trường ĐHNL Thái Nguyên - Các số liệu điều tra, xử lý, phân tích phải trung thực chính xác. - Giải pháp đưa ra phù hợp với điều kiện của khu vực. n 4 Phần II TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Một số khái niệm: - Ô nhiễm môi trường theo luật bảo vệ môi trường năm 2005 của Việt Nam: “Ô nhiễm môi trường là sự làm thay đổi tính chất của môi trường, vi phạm Tiêu chuẩn môi trường”.
- Trên thế giới, “ô nhiễm môi trường được hiểu là việc chuyển các chất thải hoặc năng lượng vào môi trường đến mức có khả năng gây hại đến sức khỏe con người, đến sự phát triển sinh vật hoặc làm suy giảm chất lượng môi trường. Các tác nhân ô nhiễm bao gồm các chất thải ở dạng khí (khí thải), lỏng (nước thải), rắn (chất thải rắn) chứa hóa chất hoặc tác nhân vật lý, sinh học và các dạng năng lượng như nhiệt độ, bức xạ” Tuy nhiên môi trường chỉ được coi là bị ô nhiễm nếu trong đó hàm lượng, nồng độ hoặc cường độ các tác nhân trên đạt đến mức có khả năng gây tác động xấu đến con người, sinh vật và vật liệu. - Ô nhiễm nước theo hiến chương Châu Âu về nước đã định nghĩa: “ Ô nhiễm nước là sự biến đổi nói chung do con người đối với chất lượng nước, làm nhiễm bẩn nước và gây nguy hiểm cho con người, cho công nghiệp, nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi, giải trí, cho động vật nuôi và các loài hoang dã”. Ô nhiễm nước có nguồn gốc tự nhiên: Do mưa, tuyết tan, gió bão, lũ lụt đưa vào môi trường nước chất thải bẩn, các sinh vật có hại kể cả xác chết của chúng.[10] Ô nhiễm nước có nguồn gốc nhân tạo: Quá trình thải các chất độc hại chủ yếu dưới dạng lỏng như các chất thải sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp giao thông vào môi trường nước.2 Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước.1 pH: - pH của nước được đặc trưng bằng nồng độ ion H+ trong nước.
Giá trị pH nước thải có ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý. Tính chất của nước được định theo các giá trị khác nhau của pH. pH =7: Nước trung tính. pH >7: Nước mang tính kiềm.
pH <7: Nước mang tính acid. Giá trị của pH cho phép ta quyết định xử lý theo phương pháp thích hợp, hoặc điều chỉnh lượng hóa chất cần thiết trong quá trình xử lý nước. Các công trình xử lý nước thải áp dụng các quá trình sinh học hoạt động ở pH nằm trong giới hạn tử 6,5 – 9,0. Môi trường thuận lợi nhất để vi khuẩn phát triển thường có pH tử 7 – 8.
Các vi khuẩn khác nhau thì có giới hạn pH khác nhau. Ngoài ra, pH còn ảnh hưởng đến quá trình tạo bong cặn của các bể lắng bằng cách tạo bong cặn bằng phèn nhôm[8]. Độ đục: - Nước tự nhiên sạch thường không chứa chất rắn lơ lửng nên trong suốt và không có màu. Độ đục do các chất rắn lơ lửng gây ra.
Những hạt vật chất gây đục thường hấp phụ kim loại cùng các vi sinh vật gây bệnh. Nước đục còn ngăn cản quá trình chiếu sáng của mặt trời xuống đáy thủy vực làm giảm quá trình quang hợp và nồng độ oxy hòa tan trong nước[5]. - Mùi hôi thối khó ngửi của nước thải do các chất hữu cơ của nước thải bị phân hủy, mùi của hóa chất, dầu mỡ trong nước. Các chất có mùi như NH3, CH4, H2S, các amin, các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh - Có thể xác định mùi của nước theo phương pháp đơn giản sau: Mẫu nước có trong bình đậy nắp kín, lắc khoảng 10 – 20s sau đó mở nắp, ngửi mùi rồi đánh giá không mùi, mùi nhẹ, trung bình, nặng và mùi rất nặng.
Hàm lượng chất rắn. - Tổng chất rắn (TSS) là thông số quan trọng đặc trưng nhất của nước thải. Nó bao gồm các chất rắn nổi lơ lửng và keo tan. Các chất rắn lơ lửng có thể dẫn đến làm tăng khả năng bùn và điều kiện kỵ khí khi thải nước vào môi trường không qua xử lý.
- TSS được xác định bằng trọng lượng thô phần còn lại khi cho bay hơi 1 lít nước trên bếp cách thủy rồi sấy khô ở 103 0C cho đến khi trọng lượng không đổi. Đơn vị tính bằng mg/l (hoặc g/l)[10]. Hàm lượng oxy hòa tan (DO). - Hàm lượng oxy hòa tan là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất vì oxy không thể thiếu được với các sinh vật.
Oxy duy trì quá trình trao đổi chất sinh ra năng lượng cho sự sinh trưởng, sinh sản và tái sinh sản xuất. Khi thải các chất thải vào nguồn nước quá trình oxy hóa chúng xẽ làm giảm nồng độ oxy hòa tan trong các nguồn nước này, thậm chí có thể đe dọa sự sống của các loài cá cũng như các sinh vật trong nước. - Việc xác định thông số oxy hòa tan có ý nghĩa quan trọng trong việc duy trì điều kiện hiếu khí trong quá trình xử lý nước. Mặt khác, lượng oxy hòa tan còn là cơ sở của phép phân tích xác định nhu cầu oxy sinh hóa.
- Có 2 phương pháp xác định DO là phương pháp Winkler và phương pháp điện cực oxy[10]. Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD). - BOD là lượng oxy cần thiết mà vi sinh vật sử dụng trong quá trình oxy hóa các chất hữu cơ dễ phân hủy có trong nước. - Phương trình tổng quát biểu diễn như sau: Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O + sinh khối.
- Chỉ số BOD là thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước, BOD càng cao chứng tỏ lượng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong nước ô nhiễm càng lớn[3]. n 7 - Trong thực tế, khó xác định được toàn bộ lượng oxy cần thiết để các vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ có trong nước mà chỉ xác định lượng oxy cần thiết trong 5 ngày ở nhiệt độ 20oC trong bóng tối. Mức oxy hóa các chất hữu cơ không đều theo thời gian. Thời gian đầu, quá trình oxy hóa xảy ra với cường độ mạnh hơn và sau đó giảm dần[2].
Nhu cầu oxy hóa học (COD). - COD là lượng oxy cần thiết cho toàn bộ quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong mẫu nước thành CO2 và H2O bằng tác nhân oxy hóa mạnh. - Trong thực tế, COD được dùng rộng rãi để đánh giá mức độ ô nhiễm các chất hữu cơ trong nước. Do việc xác định chỉ số này nhanh hơn bằng cách dùng chất oxy hóa mạnh trong môi trường acid để oxy hóa chất hữu cơ[9].
- Ví dụ dùng chất oxy hóa mạnh như K2CrO7 thì phương trình phản ứng như sau; Chất hữu cơ + CrO72- + H+ CO2 + H2O + Cr3+. Sau đó đem đo mật độ quang của dung dịch phản ứng trên, dựa vào đường chuẩn để xác định giá trị COD. Vì chỉ số COD biểu thị cả lượng chất hữu cơ không bị oxy hóa bởi vi sinh vật nên giá trị COD bao giờ cũng cao hơn giá trị BOD 2. Tổng số nitơ (T-N).
- Nitơ tổng số là tổng các hàm lượng nitơ hữu cơ, amoniac, nitrit, nitrat, chúng có vai trò quan trọng trong hệ sinh thái nước. Vì vậy trong xử lý nước thải cùng với các chỉ số trên người ta cần xác định chỉ số tổng nitơ.