Nghiên cứu quá trình tự làm sạch nguồn nước ở một số ao, hồ, ở quận Thủ Đức

triển ngành nuôi trồng thủy sản ngày càng phát triển cũng dẫn đến môi trường cũng ngày càng suy giảm và dẫn đến ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng,các tập tục lạc hậu của người dân như là thiếu quy hoạch,sử dụng bữa bãi thuốc, hóa chất, chế phẩm sinh học dẫn đến môi trường ngày càng bị ô nhiễm, việc xả hệ thống nước thải chưa được xử lý ra môi trường cũng góp phần gây ô nhiễm nghiêm trọng Như vậy việc nghiên cứu và tìm ra các giả pháp nhằm ngăn chặn và xử lý ô nhiễm môi trường là một vấn đề rất quan trọng.Trong một xã hôi ngày càng phát triển có rất nhiều phương pháp để xử lý ô nhiễm môi trường nhưng đối với các ao, hồ, đầm ở một số ngành muôi trồng thủy sản thì việc dùng phương pháp xử lý nước ở các ao hồ bằng phương pháp sinh học tự thiên: ao hồ bằng thực vật thủy sinh, phương pháp này có ưu điểm là không có hại cho môi trường,hiệu quả xử lý cao, giá thành rẻ phù hợp khi xử lý nước ở các nghành nuôi tròng thủy sản. Mục tiêu của đề tài nghiên cứu -Nguyên cứu quá trình tự làm sạch nguồn nước tại các ao, hồ bằng thủy sinh thực vật -Khả năng xử lý nước ô nhiễm của thực vật thủy sinh -Dựa vào thực nghiệm,kết quả nghiên cứu các thống số để đánh giá mức độ ô nhiễm và tự làm sạch về trạng thái ban đầu của ao nuôi -Giúp người dân áp dụng những giải pháp phù hợp để khắc phục tình hình ô nhiễm môi trường ở các ao nuôi trồng thủy sản hiện nay. -Việc nghiên cứu đề tài giúp em được biết rõ và củng cố lại kiến thức thực nghiệm để áp dụng cho tương lai. 1.3 Nội dung -Khảo sát một số ao, hồ ở quận Thủ Đức và phân tích đánh giá khả năng tự làm sạch nguồn nước bởi một số thực vật thủy sinh trong ao hồ. -Thu thập số liệu tại hiện trường,nguồn gây ô nhiễm,tính chất nước thải của các ao hồ -Lấy mẫu phân tích 6 chỉ tiêu: PH, SS, COD, BOD5, NO3-N -Xác nhân nguyên nhân chủ yếu ảnh hưởng đến môi trường khu vực đang nghiên cứu -Thu nhập các phương pháp xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên -Dựa vào các thông số phân tích được để nghiên cứu, so sánh đánh giá, khả năng tự làm sạch của một số ao hồ ở Thủ Đức từ đó có biện pháp xử lý cho nguồn nước thải phù hợp. 1.4 Phương pháp nghiên cứu 1.4.1 Phương pháp luận: Trên cơ sở khảo sát, nghiên cứu, tìm hiểu thực trạng sử dụng và quản lý nguồn nước trong một số ao, hồ, dựa vào điều kiên đặt thù và môi trường sinh thái và điều kiện tự nhiên –kinh tế- xã hội ở quận Thủ Đức. Tiến hành xác định địa điểm lấy mẫu nước từ các ao hồ trong khu vực có các cây cỏ và bèo sinh sống .Các mẫu nước sau khi lấy và bảo quản. Tiến hành phân tích 6 chỉ tiêu(PH, DO, SS, COD, BOD5, NO3-N) căn cứ vào quy chuẩn QCVN08 – 2008 BTNMT áp dụng cho các chất lượng của nước mặt. Phương pháp luận được tóm tắt như sau: Tổng hợp tài liệu (tình hình kinh tế,xã hội,điều kiện tự nhiên … ở quận thủ đức) Đi thực tế xác định khu vực lấy mẫu Lấy mẫu nước Phân tích mẫu tại PTN Phân tích độ tin cậy của kết quả Phân tích nguyên nhân gây ô nhiễm Đưa ra phương pháp khắc phục Hình 1.1 Sơ đồ nghiên cứu 1.4.2 Phương pháp thực tế: Bao gồm: -Phương pháp tổng hợp tài liệu: Thu tập tài liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế, xã hội, hiện trạng môi trường nước phục vụ cho quá trình nghiên cứu. Các thông tin được tập hợp và xử lý theo chủ đề nhằm xây dựng cho một quá trình nghiên cứu -Phương pháp khảo sát thực địa: Xác định các khu vực phân bố dân cư và điều tra một số chất lượng nước tại khu vực. -Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm Lấy mẫu tại một số nơi tập trung của ao hồ đã chọn.Các chỉ tiêu phân tích bao gồm :PH, DO, SS, COD, BOD5, NO3-N -Phương pháp đánh giá tổng hợp: Tổng kết xử lý số liệu phân tích các mẫu nước bằng exel -Phương pháp kiểm tra độ tin cậy kết quả của một số giá trị trong hai mẫu -Phương pháp khảo sát các ý kiến từ chuyên gia… 1.5 Giới hạn đề tài -Nghiên cứu dựa trên kết quả phân tích các mẫu nước - Thời gian thực hiện vào tháng 5, 6, 7 trời cũng bắt đầu mưa nhiều -Với mục tiêu phân tích được sát định,đề tài chỉ tìm hiểu về tính chất, khả năng của quá trình tự làm sạch của nước trong các ao hồ, từ đó ứng dụng trong quá trình xử lý nước thải ở các ao hồ nuôi trồng thủy sản của người dân. -Trong thời gian nghiên cứu, do bước đầu vào nghiên cứu nên kinh nghiệm bản thân và năng lực còn nhiều hạn chế và thiếu sót, nên kết quả phân tích đánh giá,nhân xét còn mang tính chủ quan thiếu sót. 1.6 Bố cục đề tài Phần 1: Mở đầu -Tờ giao nhận nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp Nhận xét của giáo viên hướng dẫn -lời cảm ơn -Mục lục -Danh mục viết tắt -Danh mục các bản -Danh mục các hình Phần 2:Nội dung khóa luận tốt nghiệp -Chương 1: Giới thiệu đề tài -Chương 2: Tổng quan về khả năng tự làm sạch nguồn nước của hệ thống thủy sinh trong điều kiện tự nhiên - Chương 3: Nhiên cứu và đánh giá khả năng tự làm sạch nguồn nước của một số thực vật trong nước ở các ao hồ ở quận Thủ Đức -Chương 4 : kết luận và kiến nghị Phần 3: Phần kết -Tài liệu tham khảo -Phụ lục CHƯƠNG 2: TỔNG QUANG VỀ KHẢ NĂNG TỰ LÀM SẠCH NGUỒN NƯỚC CỦA HỆ THỐNG THỦY SINH TRONG ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN 2.1.Tổng quan về thực vật thủy sinh và ứng dụng của thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải 2.1.1.Giới thiệu chung: Từ khi sức hiện sự sống trên trái đất bên cạnh những loài động vật thì hệ thực vật dưới nước cũng phát triển rất mạnh, thực vật ngập nước là thành phần then chốt của hệ sinh thái bởi vì chúng cung cấp lớp vỏ che chở cho sự sinh sản, nơi ẩn náu của thú ăn mồi .Theo đó, thực vật dưới nước tạo dựng nên những chức năng hữu ích của đất ngập nước, chúng có giá trị xã hội đáng kể như quản lý chất cặn và sự vận chuyển các chất dinh dưỡng. Những giá trị về giải trí và giá trị cảnh quan thẩm mỹ được cải thiện nhờ sự quản lý thành công thực vật đất ngập nước . Thực vật dược xem xét một cách thông thường như cây ở nước –“Bất kỳ cây mọc trong nước hoặc trên một chất nền bị thiếu hụt oxy định kỳ như một kết quả của sự chứa nước quá mức “(theo Cowardin et al,1979).Ngoài trừ các loài sống hoàn toàn trong nước,cây ở nước chịu phạm vi rộng của sự tràng ngập luân phiên và điều kiện khô kiệt. Những trận lụt định kì Các loại thực vật sống ở trong nước chúng được gọi là thực vật thủy sinh. Các loài thủy sinh thuộc loài thảo mộc, thân mền .Quá trình quang hợp của các loài thủy sinh hoàn toàn giống các loài thực vật trên cạn. Các chất dinh dưỡng được hấp thụ hầu hết qua rễ và lá. Ở lá của các loài thực vật (kể cả các loài thưc vật thủy sinh) điều có nhiều khí khổng. Mỗi một cm2 bề mặt lá có khoảng 100 lỗ khí khỗng. Qua lỗ khí khổng này ngoài sự trao đổi khí còn có sự trao đổi các chất dinh dưỡng. Do đó, lượng vật chất đi vào qua lỗ khí khổng để tham gia quá trình quang hợp. Như vậy vật chất trong nước sẽ chuyển qua bộ rễ của thực vật thủy sinh và đi lên lá. Lá nhận ánh sáng mặt trời để tổng hợp chất hữu cơ. Các chất hữu cơ này cùng với các chất khác xây dựng nên tế bào và tạo ra sinh khối .Thực vật chỉ tiêu thụ các chất vô cơ hòa tan. Lúc đó thực vật mới có thể sử dụng chúng để tiến hành trao đổi chất. Chính vì thế, thực vật không thể tồn tại và phát triển trong môi trường chỉ chứa các chất hữu cơ mà không có mặt của VSV. Quá trình vô cơ hóa bởi VSV và quá trình hấp thụ các chất vô cơ hòa tan bởi thực vật thủy sinh tạo ra hiện tượng giảm vật chất trong nước. Nếu đó là nước thải thì quá trình này được gọi là quá trình làm sạch sinh học. Vô cơ hóa Quang hợp Các chất vô cơ Các chất vô cơ hòa tan Sinh khối thực vật. Hình 2.1 Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ nhờ VSV và thực vật Quá trình này thường xảy ra trong thiên nhiên ở những mức độ khác nhau.Tác động của còn người giúp quá trình xảy ra rất nhanh. Nếu không có sự hiểu biết sẽ làm chậm hoặc ngưng trễ của quá trình trên. Nếu có sự hiểu biết sẽ làm tăng nhanh quá trình chuyển hóa trên.Việc làm tăng nhanh quá trình chuyển hóa trên ở các dạng nước thải nhờ VSV và nhờ thực vật thủy sinh là phương pháp được nhiều nhà khoa học nhiên cứu và áp dụng rất thành công trong nhiều loại nước thải . 2.1.2 Những nhóm thực vật thủy sinh Tuy không đa dạng như thực vật phát triển trên cạn, nhưng thực vật thủy sinh cũng phát triển rất phong phú ở nhiều lĩnh vực trên trái đất. Để tồn tại trong môi trường nước khác nhau đòi hỏi mõi loài thực vật đòi hỏi phải có sự tiến hóa và tính thích nghi cao. Chính sự tiến hóa và thích nghi này mà những loài thực vật thủy sinh có những đặt điểm riêng, khác với thực vật trên cạn. Thực vật sống trên cạn thiếu nước hoặc không có nước sẽ hạn chế phát triển, thậm chí sẽ bị tiêu diệt. Đặt điểm này đối với thực vật thủy sinh càng dễ nhận biết. Trong trường hợp quá nhiều nước, thực vật sống trên cạng sẽ bị thói rễ và cũng sẽ chết .Trong khi đó nhiều loài thực vật thủy sinh chỉ có thể sống ngập trong nước .Tùy theo điều kiện cụ thể mà có những nhóm thực vật thủy sinh khác nhau. Một điểm khác cũng cần lưu ý rằng. Không phải tất cả các loài thực vật thủy sinh điều có thể sử dụng để xử lý nước. Chỉ có ít trong số thực vật thủy sinh mới có những tính chất phù hợp cho việc xử lý môi trường ô nhiễm. Thực vật thủy sinh dùng để xử lý môi trường nước bị ô nhiễm được chia làm ba nhóm lớn. 2.1.2.1 Nhóm thực vật thủy sinh ngập nước (submerged plant) Những thực vật sống trong nước (phát triển trong bề mặt nước) được gọi là thực vật thủy sinh ngập nước. Đặt điểm của loài thực vật thủy sinh ngập nước là chúng tiến hành quang hợp hay các quá trình trao đổi chất hoàn toàn trong lòng nước. Khi thực vật thủy sinh sống hẳn trong lòng nước, có rất nhiều quá trình xảy ra không giống như thực vật sống trên cạn. Những quá trình đó bao gồm. .Thứ nhất Ánh sáng từ mặt trời không trực tiếp tác động vào diệp lục có ở lá mà ánh sáng mặt trời đi qua một lớp nước. Một phần ánh sáng mất đi do sự hấp thụ bởi một số các chất hữu cơ có trong nước. Chính vì thế, phần lớn những thực vật thủy sinh sống ngập nước bắt buộc phải thích nghi với điều kiện ánh sáng kiểu này. Mặt khác, ánh sáng mặt trời chỉ có thẻ đâm xuyên vào nước với mức chiều sâu nhất định. Quá mức độ đó, tốc độ ánh sáng sẽ yếu dần đến lúc bị triết tiêu. Điều đó cho thấy các loài thực vật ngập nước chỉ sống ở một khoảng chiều sâu nhất định của nước,hay mói cách khác là chúng chỉ có thể phát triển ở vùng nước có ánh sáng mặt trời. Không có ánh sáng mặt trời xuyên qua thì không có thực vật phát triển. Như vậy ánh sáng mặt trời đâm xuyên qua vào nước phụ thuộc vào hai yếu tố: +Độ đục của nước +Chiều sâu của nước Ánh sáng mặt trời có tác dụng tốt nhất ở chiều sâu của nước 50cm trở lại.Chính vì thế,mà chúng ta thấy phần lớn các thực vật ngập nước phát triển nhiều ở chiều sâu này (tính từ bề mặt nước ) .Thứ hai Khí CO2 trong nước không nhiều như trong không khí.Khả năng CO2 có trong nước từ những nguồn sau: - Từ quá trình hô hấp của VSV - Từ quá trình phản ứng hóa học - Từ quá trình hòa tan của không khí Các quá trình hô hấp thải CO2 thường xảy ra trong điều kiện thiếu oxy. Các phản ứng hóa học xảy ra trong môi trường nước chứa nhiều cacbonat. Khả năng hòa tan CO2 từ không khí rất hạn chế. Chúng chỉ xảy ra ở bề mặt nước và khả năng này thường giới hạn ở độ dày của nước khoảng 20 cm kể từ bề mặt nước. Chính vì những hạn chế này mà các loài thực vật thủy sinh thường phải thích nghi hết sức mạnh với môi trường CO2. . Thứ ba: Việc cạnh tranh CO2 trong nước xảy ra rất mạnh giữa các thực vật thủy sinh và tảo, kể cả với VSV quang năng. Ở những lưu vực nước không chuyển động có sự hạn chế rất lớn CO2, nhưng ở những chỗ có dòng chảy hay sự khoáy động, lượng CO2 từ không khí sẽ tăng lên. Những thực vật ngập nước sẽ tồn tại ở 2 dạng. Một dạng thực vật có rễ bám vào đất hút chất dinh dưỡng trong đất, thân và lá ngập trong nước. Một dạng rễ thân lá lơ lửng trong lòng nước. 2.1.2.2. Nhóm thực vật trôi nổi (floating plants) Thực vật trôi nổi phát triển rất nhiều ở các nước nằm trong vùng nhiệt đới. Các loài thực vật này phát triển trên bề mặt nước, bao gồm 2 phần: phần lá và thân mềm nổi trên bề mặt nước. Đây là phần nhận ánh sáng mặt trời trực tiếp. Phần dưới nước là rễ, rễ các loài thực vật này là rễ chùm. Chúng phát triển trong lòng môi trường nước, nhận các chất dinh dưỡng trong nước và chuyển lên lá, thực hiện quá trình quang hợp. Các loài thực vật trôi nổi phát triển và sinh sản rất mạnh, nhiều khi chúng gây ra những vấn nạn sinh khối. Nhóm thực vật này gồm 3 loài như sau: bèo lục bình (water hyacinth), bèo tấm (duck week), rau diếp nước (water lettuce). Những loài thực vật này nổi trên mặt nước và chúng thường chuyển động trên mặt nước theo gió thổi và theo dòng chảy của nước. Ở những khu vực nước không chuyển động như ao hồ, chúng sẽ chuyển động theo sông nước và theo dòng chảy. Khi thực vật loài này chuyển động sẽ kéo theo rễ của chúng quét trong dòng nước, các chất dinh dưỡng sẽ thường xuyên tiếp xúc với rễ và được hấp thụ qua rễ. Mặt khác, rễ của các loài thực vật này như những cá thể rất tuyệt vời để VSV bám vào đó, phân hủy hay tiến hành quá trình vô cơ hóa các chất hữu cơ trong nước thải. So với thực vật ngập nước, thực vật trôi nổi có khả năng xử lý các chất ô nhiễm rất cao. Ở nhiều nước nhiệt đới, các loài thực vật trôi nổi này, đặc biệt là loài lục bình phát triển rất nhanh ở các dòng sông. Một mặt lục bình làm giảm khả năng gây ô nhiễm của nước, mặt khác chúng làm tắc nghẽn dòng chảy và gây ra hiện tượng ùn tắc giao thông. 2.1.2.3. Thực vật nửa ngập nước (ermergent plants) Đây là loài thực vật có rễ bám vào đất và 1 phần thân ngập trong nước. Một phần thân và toàn bộ lá của chúng lại nhỏ hẳn trên mặt nước. Phần rễ bám vào đất ngập trong nước, nhận các chất dinh dưỡng trong đất, chuyển chúng lên lá trên mặt nước để tiến hành quá trình quang hợp. Thuộc các loài này là các loài cỏ nước và các loài lúa nước. Việc làm sạch môi trường nước đối với các loài thực vật này chủ yếu ở phần lắng ở đáy lưu vực nước. Những vật chất lơ lửng thường ít hoặc không được chuyển hóa. Các loài thân cỏ thuộc nhóm này bao gồm: cỏ đuôi mèo (cattails), sậy (reed), cỏ lõi bấc (bulrush). Các loài thực vật thủy sinh trong quá trình phát triển phụ thuộc vào các điều kiện môi trường nước như sau: + Nhiệt độ + Ánh sáng + pH của nước + Chất dinh dưỡng và cơ chất có trong nước + Các chất khí hòa tan trong nước + Độ mặn (hàm lượng muối) có trong nước + Dòng chảy của nước + Sinh thái của nước 2.1.3. Những ưu điểm trong việc sử dụng thực vật thủy sinh để làm sạch môi trường nước Ngày nay, có nhiều nước dung thực vật thủy sinh để xử lý nước thải và ô nhiễm. Hiệu quả xử lý tuy chậm nhưng rất ổn định đối với những loại nước có COD và BOD thấp, không chứa độc tố. Những kết quả nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều nước đã đưa ra những ưu điểm cơ bản như sau: -Chi phí cho xử lý bằng thực vật thủy sinh không cao -Quá trình công nghệ không đòi hỏi công nghệ phức tạp -Hiệu quả xử lý ổn định đối với nhiều loại nước ô nhiễm thấp -Sinh khối tạo ra do quá trình xử lý được ứng dụng vào nhiều mục đích khác nhau như: +Làm nguyên liệu cho thủ công nghiệp mỹ nghệ như cói, đáy, lục bình, cỏ +Làm thực phẩm cho người như củ sen, củ sung, rau muống +Làm thực phẩm cho gia súc như rau muống, sen, bèo tây, bèo tấm + Làm phân xanh, tất cả các loài thực vật thủy sinh sau khi thu nhận từ quá trình xử lý trên điều là nghiên liệu sản xuất phân xanh rất hiệu quả. + Sản xuất khí sinh học (biogas) -Bộ rễ thân cây ngập nước, cây trôi nổi được coi như là một giá thể rất tốt (hay được coi như là một chất mang) đối với VSV. Vi sinh vật bám vào rễ, vào thân cây ngập nước hay các loài thực vật trôi nổi. Nhờ sự vận chuyển (đặt biệt là thực vật trôi nổi) sẽ đưa vi sinh vật cùng đi theo. Chúng di chuyển từ vị trí này đến vị trí khác ở khu vực nước bị ô nhiễm, làm tăng khả năng chuyển hóa vật chất trong nước. Như vậy, hiệu quả xử lý nước trong trường hợp này sẽ cao hơn khi không có thực vật thủy sinh. Ở đây ta cũng coi mối quan hệ của VSV và thực vật thủy sinh như mối quan hệ cộng sinh. Mối quan hệ cộng sinh này đã đem lại sức sống tốt cho cả hai nhóm sinh vật và tác dụng xử lý sẽ tăng cao. Sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước ô nhiễm trong nhiều trường hợp không cần cung cấp năng lượng. Do đó việc ứng dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước ô nhiễm ở những vùng không có điện, điều có thể thực hiện dễ dàng. 2.1.4.Những nhược điểm khi sử dụng thực vật thủy sinh để làm sạch môi trường nước Việc dùng thực vật thủy sinh để xử lý nước ô nhiễm có những nhược điểm nhất định,trong đó có hai nhược điểm rất quan trọng: +Diện tích cần dùng để xử lý nước thải lớn.Vì thực vật và VSV tiến hành quá trình quang hợp nên luôn cần thiết để có ánh sáng. Sự tiếp xúc giữa thực vật và ánh sáng trong điều kiện có đủ chất dinh dưỡng càng nhiều thì quá trình chuyển hóa càng tốt. Do đó, diện tích bề mặt tiếp xúc này sẽ cần nhiều. Điều đó sẽ rất khó khăn khi ta tiến hành xử lý nước ô nhiễm nước ở đô thì vốn rất khó khăn về đất. Tuy nhiên nó lại rất thích hợp cho những vùng nông thôn, kể cả những vùng không có điện. + Trong điều kiện các loài thực vật phát triển mạnh ở các nguồn nước thải, bộ rễ của chúng như những chất mang rất hữu ích cho VSV bám vào đó. Trong trường hơp không có thực vật thủy sinh (đặt biệt là các loài thực vật trôi nổi), các loài thực vật sẽ không có chỗ bám vào.Chúng sẽ rất dễ dàng trôi theo dòng nước hoặc bị lắng xuống đáy. Ở đây là hai vấn đề cần hiểu rõ. Thứ nhất, rễ của các loài thực vật thủy sinh sẽ đóng vai trò tích cực trong việc tăng trưởng của VSV nếu VSV đó không phải là những VSV gây bệnh, chúng cũng đóng vai trò không tích tịch cực đối với VSV gây bệnh. Trong trường hợp này cac loài VSV gây bệnh sẽ phát triển rất mạnh ở bộ rễ và những vùng xung quanh của thực vật, chúng là những tác nhân gây ô nhiễm môi trường rất mạnh. Ngoài bộ rễ ra, các loài thực vật thủy sinh còn chiếm không gian rất lớn,ngăn cản ánh sáng chiếu sâu vào lòng nước. Khi đó VSV không bị tiêu diệt bởi tác động ánh sáng mặt trời. Thảm thực vật thủy sinh phủ kín vào nước được coi như vật cản và hấp thụ rất hữu hiệu tia tử ngoài và hồng ngoại của ánh sáng mặt trời. Tác dụng này không chỉ tạo điều kiện cho các VSV có ích phát triển mà cả những VSV gây bệnh phát triển. Do đó hiện tượng trên vừa có lợi vừa có hại, có lợi là các VSV có ích (những VSV phân giả các chất hữu cơ, vô cơ) phát triển, làm sạch môi trường nước, có hại là các VSV gây bệnh phát triển rất mạnh sẽ làm nước bị ô nhiễm tăng mạnh hơn. Hiểu biết được bản chất tự nhiên này giúp ta tìm biện pháp tích cực trong công nghệ xử lý sau này. 2.1.5 Năng xuất sinh khối của thực vật thủy sinh Ở điều kiện nước không bị ô nhiễm,năng xuất sinh khối của thực vật thủy sinh rất cao. Ở đó, thực vật không bị tác động xấu của các yếu tố vật lý, hóa học và sinh học. Các kết quả nghiên cứu của nhiều nhà khoa học cho thấy các loài thực vật thủy sinh ngập nước, năng xuất sinh khối thường đạt 3-18 tấn chất khô/ha/năm. Các thực vật thủy sinh nữa ngập nước có năng xuất sinh khối thường đạt 27-77 tấn chất khô/ha/năm. Các loài lục bình có sinh khối rất cao, chúng co năng xuất sinh khối khoảng 135-199 tấn chất khô/ha/năm. Cá biệt ở những vùng thuận lợi có thể đạt 600kg chất khô/ha/năm.Trong khi đó các loài thực vật sống trên cạn thường có sinh khối cao hơn giá trị trung bình của các loài thực vật thủy sinh. Để đánh giá được khả năng sinh khối của các loài thực vật thủy sinh, người ta đã đưa ra công thức tính toán như sau: N1=N0.Xt Trong đó: N1- số lượng cây sau một thời gian kiểm tra N0- số lượng cây ban đầu t-Khoảng thời gian trong ngày X- Hệ số tăng hàng ngày Ngoài ra,người ta cũng xác định khả năng tăng trưởng bằng cách đo chiều cao cây và nhánh cây, số lượng lá được tạo ra hàng ngày, một phương pháp chính xác nhất là người ta thu hoạch toàn bộ số sinh khối thực vật ở thời điểm phát triển cao nhất trong chu kỳ của chúng,phơi khô hoặc sấy khô đến trọng lượng không đổi cân trọng lượng của sinh khối đó. Từ đó, ta tính được năng xuất sinh khối thu được trên một diện tích cây phát triển trong một thời gian phát triển của chúng. Những số liệu về năng xuất sinh khối cho phép ta có số liệu để so sánh năng suất sinh khối giữa các loài thực vật với nhau và cho phép ta dự đoán và tính toán khả năng sử dụng chúng trong xử lý ô nhiễm cũng như sử dụng sinh khối này làm thức ăn gia súc,thực phẩm cho người hay làm phân bón. Những số liệu về năng suất sinh khối còn cho ta đánh giá khả năng làm bền vững sinh thái hay làm thay đổi hệ sinh thái do chúng gây ra. Ngoài các số liệu về năng xuất sinh khối còn cho ta biết mức độ ô nhiễm của nước, khả năng làm sạch của chúng từ đó cho chúng ta thiết lập được công nghệ xử lý. Để đánh giá khả năng chuyển hóa vật chất trong nước,người ta thường phải phân tích một mẫu rất lớn.Các mẫu này thường được lấy ở các phần của thực vật và trong nước ô nhiễm.Từ đó xác định sự giảm vật chất và xác định khả năng tích lũy vật chất đó trong các thành phần cây.Đây là công việc rất phúc tạp đòi hỏi người nghiên cứu phải có tính cẩn thận và có lý thuyết sâu về sinh lý thực vật. Trong nhiều trường hợp,thực vật thủy sinh gây ra những tác động không tốt cho môi trường, đặt biệt là sinh thái môi trường. Người ta cũng nhiều lần thấy hiện tượng phát triển quá mức bình thường của lục bình ở những dòng sông ở những đầm, ao, hồ. Lục bình phát triển rất nhanh đến mức trong khoảng một thời gian ngắn, chúng có thể lấp đầy bề mặt nước. Khi đó nước sẽ không được mặt trời chiếu sáng, lượng các chất khí hòa tan trong nước thay đỏi nghiêm trọng, ảnh hưởng rất lớn đến các VSV sống trong nước. Ngoài ra do sự phát triển quá mức của lục bình sẽ làm hạn chế tốc độ dòng chảy từ đó làm thay đổi căn bản sinh thái dòng chảy. 2.1.6 Các quá trình trao đổi chất ở thực vật thủy sinh Thực vật thủy sinh giống như các loài thực vật khác, điều tiến hành quá trình hô hấp, quá trình quang hợp và các quá trình khác. Trong đó quá trình tổng hợp protein được xem là quá trình rất quan trọng. 2.1.6.1 Quá trình hô hấp ở thực vật Tất cả quá trình trao đổi chất của VSV được tập trung trong tế bào quá trình hô hấp cũng vậy, quá trình này được coi như quá trình phản ứng enzyme rất đặt trưng. Các hợp chất hữu cơ có trong tế bào protein, polysaccharit, lipit, axit amin sẽ bị oxy hóa tạo ra CO2 và H2O, các loài khí khác và năng lượng. Năng lượng được tao ra sẽ được tích lũy trong phân tử AND(Adenosine Triphotphat).Năng lượng được dự trữ trong ATP sẽ được tế bào sử dụng dần trong suốt quá trình sống của thực vật. Phương trình tổng quát của quá trình hô hấp được trình bày như sau: C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O+ATP Ở đây,đường glucose là vật chất được sử dụng trong quá trình hô hấp thường xuyên nhất. Khi gặp Oxy, chúng sẽ được chuyển thành carbondioxide và nước. Năng lượng được giải phóng sẽ được giữ lại trong các cầu nối của phân tử ATP. Thực ra quá trình này rất phức tạp, chúng thường xảy ra thứ bậc. -Ở giai đoạn 1:Quá trình đường phân sẽ xảy ra ở cytorol. Khi đó một phân tử đường sẽ tạo thành hai phân tử acid pyruvic. -Ở giai đoạn 2:Các axit pyruvic sẽ đi vào quá trình Kreb ở matrix của ty thể. Tại đây quá trình chuyển hóa glucose sẽ được hoàn tất. Quá trình đường phân và chu trình Kreb là các quá trình phân hủy glucose, các hợp chất hữu cơ khác để giải phóng năng lượng trong quá trình này, lượng ATP được tạo thành không nhiều. Các hợp chất cao năng khác như NADH(dạng khử của NAD+) và FADH2 (dạng khí của FAD) được hình thành khá nhiều. .Quá trình đường phân : Đường phân là quá trình sinh hóa bắt đầu bằng sự phân giải glucose và kết thúc bằng sự tạo thành axit pyruvic.Toàn bộ quá trình được tóm tắt như sau: Glucoso ATP Glucoso – 6 – photphate Fructose– 6 – photphate ATP Fructose– 1,6 – diphotphate Glyceraldehyde– 3 – photphate 2Pi 2 NADH 1,3 axit diphophoglyceric 2 NADH 3 – axit photphoglyceric H2O Axit phophoenolpyruvic 2 ATP Axit pryruvic Hình 2.2:Quá trình đường phân Quá trình đường phân xảy ra trong bào tương. Kết thúc quá trình đường phân, phân tử glucose(6cacbon) bị tách thành 2 phân tử axit pyruvic (3 cacbon). Quá trình này,tế bào thu được 2 phân tử ATP và hai phân NADH. Thực ra đường phân tạo được bốn phân tử ATP, nhưng do có hai phân tử ATP được sử dụng để hoạt hóa glucose trong giai đoạn đầu của đường phân nên tế bào chỉ thu được hai phân tử ATP. Ở gia đoạn đầu, kể từ glucose đến glyceraldehyde_3- photphotphate là quá trình nhận năng lượng.Quá trình tạo năng lượng dự trữ khi hô hấp đươngc tóm tắt như sau: Hình 2.3 Tóm tắt quá trình đường phân .Chu trình Kreb: Sau khi được tạo thành,axit pryruvic sẽ được kết tán từ cytosol vào matris của ty thể.Tại ty thể,chu trình Kreb được xảy ra và axit pyruvic sẽ được chuyển thành acetyl-CoA.Đây là phản ứng xảy ra trước khi xảy ra chu trình Kreb. Quá trình này được tóm tắt như sau: 2NAD+ 2NADH + H+ 2- Axit Pyruvic Acetyl-CoA CoA CO2 Hình 2.4 Sự tạo thành Acetyl- CoA Một phân tử glucose sẽ tạo thành hai phân tử axit pyruvic,từ đó sẽ tạo thành hai phân tử acetyl-CoA.Các phân tử acetyl-CoA sẽ đi vào chu trình Kreb. Mỗi một vòng của chu trình Kreb (bắt đầu từ một acetyl- CoA) chỉ tạo ra một phân tử ATP ở giai đoạn tạo thành succinate,nhưng lại tạo ra nhiều phân tử giàu năng lượng khác khác (3 phân tử NADH và 1 phân tử FADH2).Từ một phân tử glucose ban đầu qua chu trình Kreb sẽ tạo ra được 2 ATP,6NADH,2FADH2.Nếu tất cả quá trình đường phân và chu trình Kreb sẽ tạo ra 4ATP,10 NADH,2FADH2. Giai đoạn này là giai đoạn cuối của chuổi chuyển điện tử hô hấp.Giai đoạn này là giai đoạn cuối của phản ứng trong quá trình hô hấp của tế bào.Sự chuyển điện từ từ NADH và NADH2 đến oxy phân tử được diễn ra trong chỗi chuyển điện tử. Các enzym và các chất mang điện tử tổ chức thành 4 phức hợp được đánh số từ I đến IV và hai chất chuyên chở linh động ở màng trong ty thể. Đó là chất ubiquinoni(UQ) và cytochrome C(cyt.C). Các phức hợp vận chuyển điện tử được tổ chức theo cách đặt biệt để được oxy hóa NADH, succinate à sự khử oxy được xảy ra ở matrix. Toàn bộ chuỗi điện tử được mô tả như sau: Các điện từ từ NADH bắt đầu đi vào chuỗi vạn chuyển điện tử qua phức hợp I(NAD-H-ubiquinone oxidoreductase). Phức hợp I chuyển điện tử từ NADH đến ubiquinone.Ubiquinone không luôn luôn kết hợp với I nhưng nó là chất chuyển chở điện từ từ phức hợp I đến phức hợp III (cytochrome Creductase). Phức hợp III có chứa cytochrome bể và C1.cytochrome C là một protein ngoại biên (nằm cạnh màng) có nhiệm vụ vận chuyển điện từ từ phức hợp III đến IV. Phức hợp IV được coi như một cytochrome oxydase.Phức hợp này có chứa cytochrome a và a3sau đó điện tử được chuyển đến chất nhận cuối và 2 H+ từ môi trường xung quanh để tạo ra H2O.H2O là một trong những sản phẩm cuối cùng của hô hấp tế bào. 1/2O2+2H++2e- H2O Phần lớn các phân tử có liên quan trong chuỗi vận chuyển điện tử đều nằm trong các phức hợp protein xuyên màng, chỉ có hai chất chuyển điện tử linh động nằm ngoài các phức hợp này đó là ubiquinone và cytochrome C Thành phần của phức hợp II gồm các succinate dehydrogenase của chu trình kreb. Enzym này có coenzyme là FAD, xúc tác phản ứng oxy hóa succinic thành fumaric. FADH2 được tạo ra sẽ chuyển điện tử của nó vào hệ thống vận chuyển điện tử. 2.1.6.2 Sự quang hợp ở thực vật Quang hợp là một quá trình rất đặc biệt, phổ biến nhiều ở tất cả các loài thực vật và ở một số loài VSV. Quá trình quang hợp này xảy ra ở lục lạp.Sắt tố quang hợp nhận năng lượng mặt trời tiến hành oxy hóa nước,giải phóng oxy và khử CO2 để tạo thành chất hữu cơ, chủ yếu là gluxit. Quá trình quang hợp xảy ra qua hai giai đoạn:giai đoạn sáng và giai đoạn tối Giai đoạn sáng (pha sáng):Ở giai đoạn này, các phản ứng xảy ra trong màng thylakoid, kết quả của quá trình chuyển hóa này, sẽ tạo ra các hợp chất cao năng ATP và NADH. Giai đoạn tối (pha tối): Ở giai đoạn này, các pahnr ứng xảy ra trong stroma. Các phản ứng này cần cung cấp năng lượng từ ATP và NADH để tổng hợp ra gluxit. Toàn bộ hai giai đoạn này được tóm tắt như sau: Bảng2.1 Sơ đồ tổng quát quá trình quang hợp ở pha sáng và pha tối Pha sáng(xảy ra ở màng thylakoid) Pha tối (xảy ra ở stroma) O2 H2O 2H+ 1/6 (C6H12O6) + H2O 4e 2H+ 2NADH 2NADPH 4e 2H+ 2NADH 2NADP+ 3ATP + 3Pi 3ATP + 3H2O 3ADP + 3Pi a/Các sắc tố quang hợp: Các sắc tố có ở lá loài thực vật làm nhiệm vụ hấp thụ năng lượng mặt trời. Các loài sắc tố này ở trạng thái hoạt động thường không bền và năng lượng được giải phóng dưới dạng nhiệt năng,quang năng hoặc được sử dụng qua các phản ứng quang hóa . Các sắc tố quang hợp đều nằm trong màng thylakoid của lục lạp. Năng lượng mặt trời được hấp thụ chủ yếu nhờ diệp lục tố có trong lục lạp của lá. Ngoài ra, các loại carotenoid cũng có khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời trong quá trình quang hợp. Diệp lục tố : Trong các loài sắc tố, diệp lục tố là loài có ý nghĩa quan trọng nhất. Diệp lục tố được cấu tạo gồm hai phần: -phần đầu là porphyrin -Phần đuôi là hydrocacbon Phần đầu porphyrin là một tetrapyrrole vòng.Chúng được cấu tạo từ bốn vòng pyrrole có chứa nito,sắp xếp thành vòng khép kín. Diệp lục tố được chia làm bốn loại: -Diệp lục tố a: Diệp lục tố a có ở tất cả các thực vật bậc cao, Ở tảo và ở một số loài VSV tự dưỡng quang năng. Diệp lục tố a thu nhận chủ yếu ánh sáng vùng lam-tím đỏ. -Diệp lục tố b: Diệp lục tố a có ở tất cả các thực vật bậc cao và ở tảo lục.Diệp lục tố b thu nhận ánh sáng ở vùng lam-cam. Diệp lục tố b có cấu trúc giống diệp lục tố a, chỉ khác ở nhóm formyl thay thế nhóm mety ở vòng hai. -Diệp lục tố c: Diệp lục tố c có mặt ở tảo cát,tảo nâu,chúng không có đuôi phytol. -Diệp lục tố d:Diệp lục tố d có ở hồng tảo.Chúng có cấu trúc giống diệp lục tố a,chỉ có khác ở nhóm – O –CHO thay thế nhóm – CH =CH2 ở vòng một. Hình 2.5 Cấu trúc chung của các diệp lục tố Các loại carotenoit: Các loại carotenoit thường là các sắc tố màu vàng cam. Chúng có mặt ở hầu hết các cơ quan quang hợp. Sắc tố này thay thế sắc tố màu xanh lá khi tiết trời chuyển sang màu thu, chúng nhận ánh sáng màu lam lục. Trong toàn bộ các loại sắc tố, sắc tố a đóng vai trò quan rọng nhất. Chúng tham gia trực tiếp quá trình quang hợp. Diệp lục tố b và carotenoit không tham gia trực tiếp vào phản ứng trong ph._.a sáng. Chúng có thể nhận ánh sáng ở những bước sóng mà diệp lục tố a không nhân được và chuyển năng lượng ánh sáng mà chúng hâp thụ cho diệp lục tố a. b/Phản ứng phân hóa của diệp lục tố : Khi một phân tử sắc tố hấp thụ một quang tử, một điện tử của sắc tố sẽ đạt đến mức thế năng cao và được chuyển từ một vĩ đạo ban đầu bằng một vĩ đạo khác có năng lượng cao hơn(điện tử được kích hoạt). Trạng thái năng lượng này thường không bền, vì thế ngay lập tức điện tử được kích hoạt sẽ trở lại trạng thái cân bằng ban đầu theo một trong ba cách sau: -Điện tử được kích hoạt lại trạng thái căn bản bằng cách phóng thích năng lượng ở dạng nhiệt năng và ánh sáng có độ dài sóng dài hơn (hiện tượng phát huỳnh quang) như trong trường hợp diệp lục tố bị cô lập trong một dung dịch. -Điện tử đang bị kích hoạt sẽ phóng thích năng lượng để trở lại trạng thái căn bản. -Sau khi nhận quang tử, diệp lục tố sẽ chuyển các điện tử được kích hoạt của chúng sang một phần tử kế bên. Phần tử kế bên này nhận điện tử và sẽ bị khử, còn sắc tố ban đầu bị oxy hóa, sau đó sắc tố trở lại trạng thái ban đầu bằng cách nhận một điện tử từ một chất cho. Sự chuyển điện tử đã được tích lũy năng lượng mặt trời từ diệp lục tố đến chất nhận điện tử thứ nhất là bước đầu tiên của phản ứng sáng. Từ chất điện tử thứ nhất, điện tử sẽ qua nhiều chất nhận điện tử khác trong chuỗi vận chuyển điện tử quang hợp để tạo ra ATP và NADH. Trong chuỗi vận chuyển quang hợp xảy ra ở màng thylakoid có hai mắt xích rất quan trọng, đó là hai phức hợp có khả năng thu nhận ánh sáng được gọi là hệ thống quang học (photosystem). Hai hệ thống này được đánh số thứ tự là PSI và PSII. Trong chuỗi vận chuyển điện tử này còn có mặt của một cụm protein phức hợp (multi protein). Phức hợp này còn được gọi là phức hợp cytochrome. Trong hệ thống quang học này chỉ có diệp lục tố a có khả năng phóng thích điện từ đã được kích hoạt của nó cho chất nhận thứ nhất để khởi động các phản ứng sáng của quá trình quang hợp. Mỗi hệ thống quang hợp bao gồm: -Một cặp phân tử diệp lục tố a hoạt động, còn được goi là trung tâm phản ứng quang hóa. -Các phân tử sắc tố khác được gọi là anten thu nhận ánh sáng. Chúng có nhiệm vụ thu nhận các proton và chuyển năng lượng từ các phân tử này sang phân tử khác đến trung tâm phản ứng, còn được gọi là phức hợp thu nhận ánh sáng. Thông thường, một phức hợp anten chứa 300 – 400 phân tử diệp lục tố liên kết với nhau trên mang thylakoid nhờ protein.Tùy loài thực vật, mỗi một phức hợp anten còn chứa các sắc tố phụ khác nhau giúp thực vật thu nhân ánh sáng ở các bước sóng khác nhau. Khi một phân tử diệp lục tố trong phức hợp anten nhận quang tử thì điện tử của diệp lục tố này trở nên bị kích hoạt, năng lượng kích hoạt này nhanh chóng được truyền từ phân tử này sang phân tử khác bởi sự truyền năng lượng cộng hưởng cho tới phân tử diệp lục a trong trung tâm phản ứng. Sau khi nhận năng lượng, trung tâm phản ứng của mỗi hệ thống quang học sẽ phóng điện tử được kích hoạt cho chất nhận thứ nhất của nó trong chuỗi vận chuyển điện tử. Sau đó điện tử này sẽ được đưa vào chuỗi vận chuyển điện tử quang hợp trong màng thylakoid. c/ Sự tạo thành ATP Ở giai đoạn sáng của quá trình quang hợp, một phần năng lượng được tạo ra trong chuỗi vận chuyển điện tử được sử dụng để bơm các ion H+ xuyên qua màng thylakoid theo hướng từ stroma và khoảng trong thylakoid. Sự bơm ion H+ này tạo ra một sự chênh lệch nồng độ ion H+ ở hai bên màng thylakiod, dẫn đến sự phát sinh hiện tưởng thẩm thấu qua màng.DO đó, các ion hydro có khuynh hướng di chuyển ngược lại từ khoảng trong thylakiod trở ra ngoài stroma xuyên qua kênh H+ của ATP – synthase. Khi ion H+ qua kênh ATP – synthase đươch hoạt hóa để xúc tác sự photphoryl hóa ADP tạo ra ATP. Quá trình này được gọi là quang photphoryl hóa vì khi đó năng lượng khởi đầu có nguồn gốc từ ánh sáng mặt trời. Quá trình tạo ATP trong hoạt động hô hấp cũng xảy ra tương tự như trong hoạt động quang hợp, nhưng chỉ khác ở chỗ là năng lượng hô hấp được lấy từ NADH. Như vậy, tổng giai đoạn này, chất nhận điện tử cuối cùng là NADP+, không phải là oxy như trong quá trình hô hấp của tế bào. ATP và NADH – H được tạo ra trong giai đoạn sáng được sử dụng kế tiếp trong giai đoạn quang hợp để cung cấp năng lượng cho sự tổng hợp đường ở chu trình Calvin. d/Chu trình Calvin: Chu trình Calvin xảy ra trong hiện tượng không có ánh sáng mặt trời (giai đoạn tối). Ở giai đoạn sáng,ATP và NADPH được tạo ra và chúng được sử dụng trong chu trình Klvin để tổng hợp các chất hữu cơ cho thực vật, đặt biệt là sự tổng hợp gluxit. Trong pha tối, CO2 được thu nhận được bởi chất nhận có sẵn trong tế bào lá và tạo ra phân tử giàu năng lượng glycealdehyd – 3 photphate (G3P). Khi đó tế bào sử dụng G3P để tổng hợp ra glucose và các chất cần thiết khác. Chu trình Klavin trải qua bốn giai đoạn: +Giai đoạn cố định carbon: Ba phân tử CO2 kết hợp với ba phân tử đường năm carbon (chất nhận) ribulose biphotphate (RuBP) để cho ra sáu phân tử axit hữu cơ. (axit 3 - photphoglyceric (3 PGA -) 3 carbon). Giai đoạn này được xúc tác bởi enzyme ribulose biphotphate carboxylase/oxygenase (rubisco). Enzyme này hiện diện trong tất cả ở các lục lạp trong lá + Giai đoạn photphoryl hóa và khử: Ở giai đoạn này,tế bào sử dụng năng lượng từ phân tử ATP và oxy hóa sáu phân tử NADP – H để khử 6 phân tử 3 – PGA tạo ra sáu phân tử giàu năng lượng glyceraldehyd – 3 photphate (G3P) – ba carbon. + Giai đoạn phóng thích G3P để tạo glucose: Ở giai đoạn này, chu trình phân thích ra một phân tử và giữ lại năm phân tử G3P để tái tạo ribulose diphotphate. G3P được phóng thích ra khỏi chu trình và được tế bào sử dụng để tạo ra glucose (sau carbon). Để tạo ra được một phân tử glucose, tế bào cần hai phân tử G3P. +Giai đoạn tạo RuBP: Ở giai đoạn này, năm phân tử G3P sẽ được chuyển hóa để tạo ra ba phân tử RuBP sẽ đi vào vòng quay mới của chu trình Calvin. Như vậy, để giải phóng được hai phân tử G3P, tạo ra một phân tử glucose thì chu trình Calvin phải thực hiện sáu lần quay vòng. Quá trình quang hợp là quá trình rất phức tạp và nó xảy ra ở cả pha sáng và pha tối. Trong pha sáng, phân tử nước được sử dụng để cung cấp điện tử và ion H+ cho quá trình tạo ra ATP và NADH. Những hợp chất cao phân tử này là nguồn năng lượng để thực hiện các phản ứng của chu trình Calvin. sau chu trình Calvin là các sản phẩm hữu cơ và ADP,NADP+ sẽ được trở lại cho pha sáng của quá trình quang hợp. Toàn bộ phản ứng trong chu trình Calvin được tóm tắt như sau: 6CO2 + 6 ribulose – 1,5 diphotphate 12 axit phophoglyceric (APG) 12 APG + 12 ATP +12 NADPH + 12 H+ 12 triose photphate + 12 ADP + 12NADP+12Pi 10 triose photphate + 6ATP 6 riboluse + 1,5 diphotphate + 6 ADP + 4Pi 2 tribulose photphate hexose + 2Pi 6 CO2 + 18 ATP + 12 NADPH + 12 H+ C6H12O6 + 18 NADPH + 18 Pi + 12 NADP+ Ý nghĩa của quá trình quang hợp ở thực vật chính là sự chuyển hóa của các chất vô cơ để tạo thành các chất hữu cơ, trong đó hàm lượng các chất ở môi trường giảm và chúng được chuyển thành sinh khối thực vật và tạo ra những chất khí thải vào trong môi trường. Hình 2.6 Chu trình Calvin 2.1.6.3 Quá trình tổng hợp protein Protein là một trong những thành phần quan trọng của thực vật. Protein là chuỗi polypeptit chúng được tạo thành từ axit amin nối với nhau bằng liên kết peptit (CO–NH2 ).Các axit amin được tế bào tổng hợp ra hoặc được cung cấp từ môi trường bên ngoài.Thực vật chỉ đồng hóa các chất hữu cơ ở dạng vô cơ hòa tan. Do đó, các axit amin có trong tế bào thực vật chủ yếu do sinh tổng hợp nên. Quá trình tổng hợp protein xảy ra ở polyribosome. Polyribosome chuỗi các ribosome được tạo bởi sợi ARN (axit ribonucleic). Quá trình tổng hợp protein là một quá trình rất phức tạp, các loại protein khác nhau ở số lượng các axit amin và thứ tự sắp xếp các axit amin trong phân tử protein lại được quyết định bởi AND (axit deoxyribonucleic). AND nằm trong nhân và hoạt động trong nhân của tế bào. Protein được tổng hợp ở polyribosome, chúng nằm ngoài nhân. Chất chuyển thông tin tử AND đến protein là ARN được tổng hợp trong nhân, nhận toàn bộ mật mã từ AND và chuyển mật mã này tới ribosome để tổng hợp ra protein. Toàn bộ quá trình này được tóm tắt như sau: Phiên mã Dịch mã ADN mARN Protein (Tái tạo) AND là đại phân tử,được cấu tạo từ hai sợi xoắn kép.Trong thành phần của AND bao gồm: đường pentose,H3PO4,base chứa nito (adenine,guanine,cytosine,uracil). Ở đây có ba điểm khác nhau trong cấu tạo của AND và ARN: -ADN có cầu nối hydro,ARN không có cầu nối hydro -AND có hai sợi xoắn với nhau ,ARN chỉ là một sợi -AND chứa đường deoxyribose -AND và ARN đều chứa adenine,guanine,cytosine nhưng khác nhau ở chỗ AND chứa thymine,còn ARN chứa uracil. Hình 2.7 Các base chứa nitogen Các base chứa nito đóng vai trò quan trọng để tạo ra các chất nucleotide trong phân tử AND,Những nucleotide này quyết định chất của protein.Các nucleotide trong protein được cấu tạo như hình sau: Hình 2.8 Các nucleotit Trong tế bào AND tong tai ở chuỗi xoắn kép này có hình dạng không gian sau: Hình 2.9 Sơ đồ cấu trúc không gian của AND Trong cấu trúc khong gian tên, các base chứa nito bắt cặp với nhau bằng cầu nối hydro theo nguyên lý A bắt cặp với T,G bắt cặp với C.Sự bắt cặp các baso chứa nito này tạo ra sự chặt chẽ và truyền thông tin di truyền. Hình 2.10 sự bắt cặp bổ sung của các base của hai mạch đơn Sự bắt cặp base chứa nito theo một nguyên tắt cố định quyết định số lượng và thứ tự sắp xếp các axit amin trong cấu trúc protein. ADN có khả năng tái tạo ADN để giữ thông tin di truyền. ADN truyền mật mã này sang ARN và ARN truyền mật mã sang cho protein. Như vậy việc tổng hợp protein được quyết định bởi AND. ARN tồn tại trong tế bào ở ba dạng: ARN thông tin (mARN), ARN vận chuyển (tARN) và ARN ribosome (rARN). Trong đó ARN thông tin đóng vai trò quan trọng nhất.ARN vạn chuyển có cấu tạo rất đặt biệt. Chúng có hai đầu, một đầu xoắn axit amin và một đầu chứa bộ ba nucleotide. Bộ ba này là đối mã bộ ba nằm ở ARN thông tin trên ribosome. Nhờ đó mà các axit amin được lắp ghép vào đúng vị trí của chúng trong chuỗi protein. Hình 2.11 RNA vận chuyển Quá trình tổng hợp protein được tiến hành qua từng bước như sau: -Axit amin được hoạt hóa nhờ enzyme hoạt hóa và năng lượng từ ADT.Axit min được hoạt hóa sẽ gắng vào vị trí ở môt đầu tARN. Mỗi tARN sẽ gắn cới một axit amin. -ARN này sẽ chuyển axit amin mà gắn nó vào vị trí được xác định bởi bộ ba đối mã trên tARN với mARN trên polyribosome. -Quá trình tổng hợp protein được bắt đầu bằng methiomin. Axit amin này được mã hóa bởi bộ ba AUG. -Quá trình kết thúc tổng hợp protein bởi ba bộ ba không mã hóa cho một axit amin nào là UAA,UGA và UAG. -Quá trình tổng hợp protein xảy ra liên tục ở trong tế bào. Nhờ đó các phản ứng sinh hóa mới được thực hiện và nhờ đó,tế bào mới tiến hành phân chia và phát triển,trong đó những protein – enzyme chiếm số lượng rất lớn và đóng vai trò quyết định trong phản ứng hóa học chuyển hóa vật chất. Tóm lại,quá trình tổng hợp protein xảy ra trong tế bào thực vật như quá trình tạo sinh khối của thực vật. Tất cả vật chất tạo ra sinh khối thực vật được lấy từ các chất hoặc hợp chất vô cơ từ môi trường sống. Dựa vào những cơ chế trên, người ta sử dụng thực vật thủy sinh như tác nhân chuyển hóa vật chất trong nước thải thành sinh khối thực vật và làm giảm ô nhiễm trong nước thải. 2.1.7 Khả năng chuyển hóa chất hữu cơ trong nước thải của thực vật thủy sinh. Các loài thực vật thủy sinh thường rất nhạy cảm với pH, chất độc, nồng độ các chất hữu cơ cao. Do đó, trong nước thải chứa nhiều độc tố pH quá kiềm hay quá axit đều ảnh hưởng rất xấu đến sự phát triển của chúng. Ngoài ra, sự phát triển của các loài thực vật thủy sinh tuy nhanh hơn các loài thực vật khác nhưng lại chậm hơn các loài VSV. Do đó, nếu so sánh khả năng chuyển hóa chất hóa học có trong nước thải giữ thực vật và VSV thì thực vật thường chậm hơn rất nhiều. Sở dĩ có hiện tượng này, ngoài tốc độ sinh trưởng và sinh sản của VSV cao hơn thực vật,còn một đặt điểm rất quan trọng khác là tốc độ chuyển hóa vật chất trong ngày và đêm của VSV rất cao. Chúng có thể chuyển hóa năng lượng vật chất so với khối lượng vật chất so với khối lượng của chúng thường không cao. Tuy nhiên, các loài thực vật thủy sinh có những ưu điểm rất đặt biệt mà ở VSV không có được,đó là khả năng hấp thụ kim loại nặng, khả năng ổn định sinh khối trong điều kiện tự nhiên, khả năng cộng sinh trong môi trường nước và mức độ dễ dàng trong thu nhận sinh khối thực vật cũng như sử dụng sinh khối này trong nhiều mục đích khác nhau. 2.1.8 Khả năng làm giảm kim loại nặng và vi lượng trong nước thải Các loài thực vật thủy sinh có khả năng hấp thụ kim loại nặng rất tốt.Các thí nghiệm của S.K.Jain,P.Vasudevan và N.K.Jha (1987) ở Ấn Độ cho thấy các loài bèo hao dâu đều có khả năng làm giảm năng lượng kim loại nặng rất cao.Các kết quả thí nghiệm của các tác giả trên được trình bày trong bảng sau: Bảng 2.2 khả năng làm giảm sắt của bèo dâu lemm minor (Aspirodela polyrliza và Azolla pinata) Bèo dâu lemna minor và Aspirodela polyrliza Hàm lượng sắt trước TN (ppm) 1,0 2,0 4,0 8,0 Hàm lượng sắt sau TN (ppm) 0,12-0,30 0,16- 0,41 0,3-0,72 1,4-6,63 Hàm lượng đồng trước TN (ppm) 1,0 2,0 4,0 8,0 Hàm lượng đồng sau TN (ppm) 0,1-0,51 0,18-1,13 0,47-2,01 1,19-4,32 Azolla pinata Hàm lượng sắt trước TN (ppm) 1,0 2,0 4,0 8,0 Hàm lượng sắt sau TN (ppm) 0,05-0,11 0,1-0,17 0,15-0,28 1,20-1,75 Hàm lượng đồng trước TN (ppm) 1,0 2,0 4,0 8,0 Hàm lượng đồng sau TN (ppm) 0,09-0,51 0,15 0,36-1,53 0,84-2,83 (Nguồn: Công nghệ sinh học môi trường – Nguyễn Đức Lượng {436}) Các kết quả nghiên cứu đều cho thấy, các loại cây thực vật thủy sinh đều có khả năng làm giảm kim loại nặng và các nguyên tố vi lượng rất cao. Các nguyên tố vi lượng được thực vật thủy sinh hấp thụ sẽ chuyển háo trong tế bào thực vật và chúng tham gia vào các thành phần của tế bào thực vật. Sắt: Sắt được thực vật hấp thụ sẽ kết hợp với protein enzyme sẽ tạo ra một loạt các enyme hô hấp như: Xitocrom (citocromocydase, catalase, perocydase) và tham gia xúc tác sinh tổng diệp lục.Trong thực vật,sắt thường kém linh động,nếu cây thiếu sắt sẽ trở nên vàng úa. Ở môi trường nước có pH kiềm, sắt khó được hấp thụ. Khi đó sắt sẽ kết hợp với axit photphoric và hợp chất khác hoặc sẽ bị kết tủa boeir hoạt động của vi khuẩn. Đồng: đồng tham gia vào nhóm ngoại của polyphenolocydase axcocbinocydase,lactase.Đây là những enyme tham gia vào những phản ứng không có ánh sáng của thực vật và những phản ứng khác. Trong nước ô nhiễm,lượng đồng vượt quá 0,4 mg/l sẽ gây độc cho thực vật thủy sinh. Kẽm: kẽm tham gia vào thành phần của en carboalhydrase,photphatase,enolase,và một số enzyme protease. Mangan :Các loài thủy sinh thực vật hấp thụ mangan ở dạng oxit mangan hóa trị hai, Mangan tác động rất mạnh vào hoạt tính của một loại enzyme peptidase,ferase,photphatase,carbocylase và một số desmolase khác.Chúng tham gia vào sự hình thành H2O2 và tham gia vào tổng hợp diệp lục và làm tăng sự đồng hóa nito.Chúng đóng vai trò rất quan trọng trong sự điều chỉnh quá trình oxy hóa và sắt khử.Trong môi trường nước.Tỷ lệ mangan/sắt từ 1/2 = 1/3,cây hấp thụ tốt nhất.Một số kim loại thường gây độc cho thực vật thủy sinh.Trong số đó đáng lưu ý nhất là chì,cadmi,thủy ngân… Cd: có ảnh hưởng đến sự phát triển của cây lúa nước nhiều hơn ảnh hưởng của pb trên cây lúa nước. Nộng độ Hg thấp, thấy khả năng xuất hiện khả năng sinh trưởng. Nồng độ càng cao, Hg càng gây tác động xấu đối với thực vật thủy sinh. Tương tự như vậy khi nghiên cứu tác động của kim loại nặng 0,1 ppm,rau muống vẫn phát triển rất tốt. Nhưng nồng độ kim loại nặng đến 0,5ppm, sự ảnh hưởng của rau muốn bị ảnh hưởng rất nghiêm trọng. Kim loại nặng bị tách ra khỏi môi trường nước theo những hướng sau: -Thực vật nhận kim loại từ môi trường nước, đưa chúng vào sinh khối thực vật.Sinh khối thực vật được thu hoạch và đưa ra khỏi môi trường nước. Do đó, kim loại nặng đẫ dược chuyển từ môi trường nước vào sinh khối thực vật,kết quả là nước giảm lượng kim loại nặng .Tuy nhiên,nếu sinh khối này chứa quá nhiều kim loại nặng lại được sử dụng như một nguồn thực phẩm,sẽ gây độc cho người và động vật. -Tham gia vào quá trình thay đổi ion,quá trình hấp thụ,lắng đọng xuống bùn đáy và chuyển thành các hợp chất hữu cơ. - Kết tủa dưới dạng oxit,hydroxit,cacbonate,photphate và sulfite. 2.1.9 Thực vật thủy sinh và hiện tượng phú dưỡng. Hiện tưởng phú dưỡng hóa là hiện tượng phát triển rất mạnh ở các loài rong,tảo và các loài thực vật thủy sinh khi trong môi trường nước chứa nhiều nito và photpho. Khi xuất hiện hiện tượng phú dưỡng hóa sẽ làm thay đổi rất lớn hệ sinh thái môi trường nước và ảnh hưởng xấu đến môi trường nước .Khi đó,nước sẽ nghèo oxy và cá dưỡng khí khác,làm đảo lộn hệ sinh thái nước. Hiện tượng phú dưỡng hóa xảy ra trong thiên nhiên có thể do con người gây ra (phú dưỡng nhân tạo) và cũng xó thể do thiên nhiên sự phát sinh (Phú dưỡng tự nhiên). Phú dưỡng tự nhiên có thể xảy ra ngay cả trong môi trường nước được coi là khá sạch.Trong trường hợp này, nước ở trạng hái nghèo dinh dưỡng chuyển sang trạng thái giàu dinh dưỡng, thời gian tồn tại hện tượng này khá lâu. Đây là quá trình tích lũy chất dinh dưỡng trong nước. Phần lớn các trầm tích hưu cơ được tạo ra do hiện tượng phú dưỡng dạng này. Phú dưỡng nhân tạo là hiện tượng phát triển khá mạnh của tảo,rong và thực vật thủy sinh do con người gây ra. Trong quá trình sống và hoạt động sống, con người thải vào môi trường nước quá nhiều các chất hữu cơ và chất vô cơ.Các chất này làm tăng nhanh sự tích tụ vật chất và ở một thời điểm nào đó sẽ làm tăng nhanh quá trình phát triển của tảo,rong và các thực vật thủy sinh. Phú dưỡng nhân tạo thường được tạo ra rất nhanh,chỉ trong một khoảng thời gian ngắn sinh khối trong môi trường nước sẽ đạt đến mức tối đa. Ở mức độ tăng sinh khối này sẽ làm gia tăng hiện tượng giảm oxy hòa tan có trong nước,dẫn đến hiện tượng suy giảm sinh khối và càng làm tăng nhanh mức độ phân giải của sinh khối. Khi môi trường nước thiếu dưỡng khí sẽ làm giảm khả năng làm sạch của nước trong thiên nhiên.Kết quả là nước tăng mùi khí khó chịu, pH của nước giảm. Trong các nguyên nhân gây ra sự giảm oxy trong nước có sự phân hủy của tảo. Do đó khi môi trường nước xuất hiện hiện tượng phú dưỡng là điềm báo nước bị ô nhiễm nặng. 2.1.10 Khả năng chuyển hóa một số chỉ tiêu quan trọng của môi trường nước bởi thực vật thủy sinh. BOD5 Trong môi trường nước BOD5 không chỉ được chuyển hóa bởi VSV mà còn được chuyển hóa bằng thực vật thủy sinh. Sự biến động BOD5 trong môi trường nước khi thực vật thủy sinh phát triển có sự giao động rất lớn, Sự dao động của BOD5 phụ thuộc vào từng loại thực vật thủy sinh và phụ thuộc vào khí hậu trong năm,tức là phụ thuộc vào thời gian mà sinh vật phát triển. Các loài VSV bám và rễ và thân, mầm thực vật thủy sinh ngập trong nước đóng vai trò quan trọng nhất trong quá trình làm thay đổi BOD5 trong môi trường nước.Thực vật làm giảm BOD5 trực tiếp rất khó diễn ra.Sự tạo ra BOD5 trong hệ thống thực vật thủy sinh có thể là kết quả sau: -Các thành phần hữu cơ được tách ra từ các tế bào thực vật trong quá trình sinh trưởng của chúng. -Các thành phần hữu cơ được tách ra từ quá trình mục nát. Lượng BOD5 được tạo ra 3 – 1 mg/l trong thời gian thực vật phát triển và 5 – 20mg/l trong quá trình chủng bị thối rửa. Trong rất nhiều trường hợp, lượng BOD5 có thể đạt tới 30mg/l. Chất rắn (solid). Thực vật thủy sinh có thời gian tồn tại trong nước rất lâu, do đó các chất rắn dạng keo trong nước được chuyển hóa nhờ VSV bám vào đó trong môi trường nước. Ngoài ra, chất rắn dạng keo bị biến đổi do sự va chạm vào các thực vật thủy sinh, đáy hồ, sông và các chất rắn lơ lửng khác. Các chất rắn lơ lửng được chuyển hóa bởi sự thối rửa yếm khí hoặc hiếu khí. Hàm lượng chất rắn lơ lửng tạo ra khoảng < 20mg/l (thường nhỏ hơn 10mg/l) Chuyển hóa nito. Nito chuyển hóa trong môi trường nước do một số nguyên nhân cơ bản: -Thực vật nhận từ các chất chứa nito có trong môi trường để tạo ra sinh khối,sau đó sinh khối lại được loài người,động vật sử dụng. -Bị mất theo dạng ammoniac. -Vi khuẩn tham gia quá trình nitrit hóa và phản ứng nitrit hóa. Hai quá trình này xảy ra do VSV thực hiện. Trong ba hướng chuyển hóa nito,hướng nitrit hóa và phản ứng nitrit hóa bởi VSV đóng vai trò quan trọng nhất. Quá trình phản ứng nitrit hóa xảy ra trong điều kiện thiếu oxy.Khi đó N2 được giải phóng khỏi các hợp chất hóa học và được chuyển hóa thành dạng khí,thoát vào không khí.Phản ứng chuyển hóa thường xảy ra trong môi trường trung tính.Phản ứng này xảy ra như sau: 6NO3 + 5CH3OH 5CO2 + 3N2 + 7H2O + 6 OH- Phản ứng trên xảy ra phụ thuộc vào: -Khả năng chuyển hóa của vi khuẩn.Khả năng này phụ thuộc không chỉ ở từng loại vi khuẩn và còn phụ thuộc vào độ PH,nhiệt độ,nguồn cacbon có trong môi trường. -Khả năng hoạt động bùn lắng trong lưu vực. -Tiền năng N2 được tạo ra thoát vào không khí và hấp thụ của thực vật. Ở những vùng nước thải mới,thực vật dễ nhận nito hơn nước thải tồn tại lâu trong thiên nhiên.Điều đó có thể hiểu là nước thải tồn tại lâu trong điều kiện tự nhiên thường chứ ít nito vô cơ và trong loại nước thải này có nhiều NO3,trong khi đó,ở nước thải mới thải ra chứa nhiều NH4+ . Chuyển hóa photpho: Photpho trong nước thải có thể được chuyển hóa bởi các nguyên nhân sau: -Chuyển hóa do VSV -Chuyển hóa do thực vật thủy sinh -Chuyển hóa do quá trình hấp thụ hoa học -Chuyển hóa do hiện tượng mưa,tuyết Trong đó, chuyển hóa photpho do VSV thường rất quan trọng,chuyển hóa do thực vật thủy sinh có một ý nghĩa rất lớn. Cả hai quá trình chuyển hóa trên giống nhau ở chỗ là photpho khi được chuyển hóa vào tế bào thực vật đều tham gia vào thành phần của DNA (axit deoxyribonucleic),ARN (axit ribonucleic),ATP (adenosine triphotphate),ADP (adenosine diphotphate),AMP (adesine monophotphate).Các hợp chất khác chứa photpho và cả trong thành phần các enzyme oxy hóa có trong tế bào.Tất cả những hợp chất trên nằm trong tế bào,trong sinh khối của thực vật,tức là ta tách photpho ra khỏi môi trường nước. Virus và vi sinh vật gây bệnh: Trong xử lý nước thải bằng VSV thủy sinh thấy lượng virus và VSV gây bệnh đều có chiều hướng giảm dần theo thời gian,hiện tượng này thấy hầu hết các nơi xử lý.Nguyên nhân tạo ra hiện tượng này hiện nay chưa có một nguyên cứu nào đưa ra thật chính xác.Tuy nhiên,nhiều người đưa ra những tác động chính làm giảm lượng virus và VSV gây bệnh như sau: -Tác động do yếu tố vật lý,trong đó khả năng tác động của tia tử ngoại của ánh sáng mặt trời,các yếu tố vật lý tìm ẩn trong bùn. -Tác động do yếu tố hóa học,trong đó đáng lưu ý là các quá trình oxy hóa,quá trình khử và các chất độc hóa học. -Tác động do yếu tố sinh học,trong đó đáng lưu ý là do đấu tranh sinh học giữa các loài VSV với nhau và các độc tố được tách ra từ thực vật trong quá trình phát triển của chúng. 2.1.11 Phương pháp ứng dụng thực vật thủy sinh trong quá trình xử lý nước thải. Nước thải có lượng COD,BOD5 cao và chứa nhiều kim loại nặng,các chất độc hại không thể áp dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước thải,có hàm lượng COD,BOD5 thấp và không chứa các chất độc hại có ảnh hưởng xấu đến sinh lý thực vật.Thực vật thủy sinh đã được sử dụng nhiều trong xử lý nước thải ở nhiều nước.Sau một thời gian sử dụng thực vật thủy sinh vào quá trình xử lý nước thải,các nhà khoa học đã rút ra được những ưu điểm và nhược điểm sau: Ưu điểm: Việc ứng dụng thực vật thủy sinh có bốn ưu điểm rất cơ bản -Sử dụng thực vật thủy sinh vào xử lý không đòi hỏi kỹ thuật cao.Nhiều trường hợp giống như kỹ thuật canh tác một loại cây nào đó trong sản xuất nông nghiệp. -Sử dụng thực vật thủy sinh vào sử lý môi trường ít chi phí đầu tư,không đòi hỏi máy móc thiết bị phức tạp và đắt tiền. -Sử dụng thực vật thủy sinh vào trong xử lý môi trường vừa có hiệu quả xử lý,vừa thu nhận được sinh khối phục vụ cho chăn nuôi,làm phân bón hay sản xuất năng lượng tái sinh. - Sử dụng thực vật thủy sinh vào xử lý môi trường tạo ra một thảm thực vật có ý nghĩa rất lớn đến sự điều hòa môi trường không khí. Nhược điểm: Mặc dù không ít những ưu điểm không phải của VSV nào cũng có trong việc ứng dụng để xử lý môi trường.Việc ứng dụng thực vật thủy sinh để xử lý môi trường có những nhược điểm cần phải khắc phục như sau: -Sử dụng thực vật thủy sinh vào việc ứng dụng xử lý môi trường cần diện tích rất lớn. Như vậy,ở những diện tích hẹp không thể áp dụng phương pháp này được.Đặt biệt ở những vùng đông dân cư khu công nghiệp hay đô thị,phương pháp này càng khó thực hiện khi mà ở khu vực đó không thuận lợi cho việc thu hoạch và xử lý sinh khối cho thực vật thủy sinh. -So với VSV,các quá trình trao đổi chất,sinh trưởng,sinh sản của thực vật chậm hơn rất nhiều. Do đó, việc chuyển hóa vật chất có trong nước thải bởi thực vật thủy sinh thường rất chậm và hiệu suất chuyển hóa kém hơn. Chính vì thế,thời gian xử lý sẽ kéo dài hơn so với xử lý bằng VSV. -Nhiều trường hợp sinh khối phát triển quá giới hạn,tạo ra hiện tượng khó kiểm soát,đặt biệt là những thực vật trôi nổi như lục bình,bèo hoa dâu,… tạo ra sự lan rộng sang vùng sinh thái khác,làm mất ổn định sinh thái vùng đó. Mặc dù có những khó khăn nhất định khi ứng dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước thải,nhiều nơi trên thế giới vẫn sử dụng chúng như tác nhân chính như việc xử lý nước thải.Nhưng kết quả và kinh nghiệm đó được trình bày như sau: Phương pháp xử dụng bèo lục bình để xử lý nước thải: Bèo lục bình là loài thực vật thủy sinh thuộc dạng thực vật trôi nổi. Rễ của chúng ngập sâu trong nước,thân và lá phát triển trong không khí. Chúng có khả năng phát triển rất mạnh,nhất là ở vùng nhiệt đới. Trong khi phát triển,chúng cần sự ánh sáng nhiều,do đó khi sử dụng chúng như tác nhân xử lý phải chọn những điểm có ánh sáng liên tục trong ngày. Phương pháp xử dụng lục bình để xử lý nước thải được xử dụng nhiều ở Ấn Độ do chính các nhà khoa học người Ấn Độ thiết kế công nghệ. Ngoài ra, chúng còn được xử dụng nhiều ở Châu Phi do các nhà khoa học ở Châu Âu chuyển giao công nghệ.Toàn bộ quy trình công nghệ sử dụng lục bình để xử lý nước thải được tiến hành như sau: (Theo V.RIBOSOME.joglekar,V.G.Sonar etal,1998) Nước thải Xử lý sơ bộ Hồ sinh học nuôi lục bình Kiểm soát nước ô nhiễm Thu nhận sinh khối lục bình Nước thải vào môi trường Sản xuất khí CH4 Chất thải làm phân bón CH4 làm nhiên liệu Hình 2.12: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải bằng lục bình Bảng 2.3 Khả năng tạo sinh khối và khả năng xử lý nước thải của bèo lục bình STT Các chỉ số phân tích Trước xử lý Sau xử lý % Chuyển hóa 1 2 3 4 5 Các chỉ số lý học PH Độ đục Chất rắn tổng hợp Chất rắn lơ lửng Chất rắn hòa tan 7,5 352 1470 190 820 7,1 5,0 1350 220 670 0,6 98,6 8,2 - 18,3 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Các chỉ số hóa học DO COD BOD Nito tổng số Photpho tổng số Carbon tổng số Chloride Na Ca K < 0,1 280 187,5 22,5 5 36 150 140 33 29 8,2 80 20 2,5 2,5 15,6 124 152 30 18,6 - 71,4 89,3 50 88,9 56,7 17,3 - 9,1 35,9 16 Chỉ số hóa học Tổng số vi sinh vật 1340 x108 117 x 108 91,3 (Nguồn: Công nghệ sinh học môi trường-Nguyễn Đức Lượng) Hệ thống hồ sinh học này có thể xử lý 1250 m3/ngày,khả năng giảm COD là 71,4%,BOD là 98,3%,khả năng làm giảm lượng nito là 50% và Photpho là 88,9%,làm giảm lượng VSV đến 91,3%. Sinh khối bèo lục bình được thu hoạch hàng ngày và được xay nhỏ.Lục bình sau khi xay nhỏ sẽ được chuyển vào hệ thống lên men yếm khí để sản xuất khí CH4: loại một bể,loại hai bể,loại ba bể. Kiểu một bể thường được thiết kế và lắp đặt theo mô hình lên men trôi nổi (floating gas hold).loại này thường thiết kế theo hình trụ,phía trên có nắp thiết kế có thể lên,xuống tùy theo lượng khí có trong bể. Kểu hệ thống hai bể được thiết kế và lắp đặt như sau: bể thứ nhất là loại bể cố định và bể thứ hai là loại bể trôi nổi.Hai bể này nối với nhau bằng ống dẫn nước. Bảng 2.4 Sự phụ thuộc lượng CH4 vào sinh khối lục bình STT Tháng trong năm Lượng sinh khối lục bình sử dụng trong tháng (kg) Lượng khí CH4 thu được/tháng (m3) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tháng1 Tháng2 Tháng3 Tháng4 Tháng5 Tháng6 Tháng7 Tháng8 Tháng9 Tháng10 Tháng11 Tháng12 4800 1600 1900 2500 2575 2600 Không xác định 900 1672 1150 600 2550 64,25 58,96 64,47 68,96 85,44 82,88 Không xác định 90,53 73,31 43,81 40,76 60,32 Tổng số 22847 733,33 (Nguồn: Công nghệ sinh học môi trường-Nguyễn Đưc Lượng) Trung bình 1kg sinh khối thu được 32 lit khí CH4.Sau khi lên men CH4,người ta còn thu được một lượng chất rắn hữu cơ ở đáy các bể lên men,chất rắn này có giá trị dinh dưỡng khá cao.Phần lớn vật chất có trong lục bình sau lên men đều giảm nhưng hợp chất này thuộc nhóm những hợp chất dễ tiêu đối với cây trồng. Bảng 2.5 Thành phần hóa học của lục bình và chất lắng cặn sau lên men CH4 STT Chỉ số % trọng lượng khô Bèo lục bình Chất lắng cặn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Chất rắn tổng số Chất rắn bay hơi C N P (P2O5) K (K2O3) Cellulose Hemicellulose Chất Béo Lignin 4,0 83,3 48,3 3,37 1,0 5,14 0,0 8,18 2,1 3,0 2,29 57,00 33,06 1,94 0,57 4,15 5,0 1,77 Không xác định Không xác định Sử dụng bèo hoa dâu cũng là một loại bèo có khả năng làm sạch môi trường nước tự nhiên: Các nhà khoa học Israel,G.Oron và D.Porath thuộc trường đại học Ben-Guron (1996) đã nghiên cứu ứng dụng bèo hoa dâu để xử lý nước thải.Các nhà khoa học ở trường này sử dụng bèo hoa dâu Lemna gibba xử lý nước thải sinh hoạt.Bể được xây dựng để xử lý có chiều sâu 20-30 cm, sau 10 ngày họ thu được 10-15g sinh khối bèo khô/m2/ngày. Hàm lượng protein trong bèo khoảng 30%,bèo thu nhận được có chất lượng rất tốt cho chăn nuôi. Nước sau khi xử lý đủ tiêu chuẩn dùng để tưới cho rau và cây ăn quả. Một công ty khác ở Mỹ như công ty Lemna đã thiết kế hệ thống xử lý với quy mô rất lớn.Toàn bộ hệ thống xử lý này rộng 10ha.Công ty này dùng bèo hoa dâu để xử lý nước thải và thu nhận sinh khối bèo hoa dâu. Sinh khối nèo hoa dâu ._.n hơn 50% một năm. Năm 2000, giá trị sản xuất công nghiệp của quận là 529,4 tỉ. Năm 2002 là 902,7 tỉ. Năm 2003 là 1.119,6 tỉ và năm 2004 đạt 1.444,12 tỉ đồng. Trong 10 tháng đầu năm 2007, giá trị sản lượng công nghiệp trên địa bàn Thủ Đức đạt trên 2.146 tỷ đồng. Trong quý 1/2008, giá trị sản xuất công nghiệp - tiểu thủ công nghiệp trên địa bàn quận là 723,94 tỷ đồng. Trên địa bàn quận có khu chế xuất Linh Trung và nhiều công ty hàng đầu thành phố như: công ty cổ phần Kinh Đô, nhà máy Coca Cola Việt Nam.... 3.1.4 Nông nghiệp Thủ Đức có diện tích đất nông nghiệp tương đối lớn, lại được phù sa sông Sài Gòn bồi đắp, hoạt động sản xuất nông nghiệp ở đây cũng tương đối thuận lợi. Những nông sản thế mạnh của quận là: mai vàng, bon sai, hoa lan, cây cảnh, xoài, thanh long và các loại rau, củ, quả. Thủ Đức cũng thành công lớn trong “chương trình bò sữa”. Những năm gần đây, đất sản xuất lúa của Thủ Đức ngày càng bị thu hẹp do tốc độ đô thị hóa nhanh và dành cho phát triển công nghiệp, thương mại nên năm 2004 chỉ còn khoảng 1.400 ha. Nhưng do chuyển dịch cơ cấu cây trồng theo hướng sản xuất hàng hóa, cho nên số đất chuyển đổi ấy mang lại hiệu quả kinh tế gấp nhiều lần so với trồng lúa. 3.1.5 Giao thông Thủ Đức nằm ở cửa ngõ ra vào phía Đông của thành phố Hồ Chí Minh. Ba con đường lớn chạy qua quận đều thuộc quốc lộ: xa lộ Hà Nội, quốc lộ 13 và xa lộ vành đai ngoài (xa lộ Đại Hàn cũ). Nhiều năm qua, nhất là từ khi trở thành quận, nhiều tuyến đường trong quận được mở, nâng cấp, toàn bộ cầu khỉ được thay bằng cầu bê tông. Những con đường mới, những cây cầu đã nối vùng gò đồi với vùng bưng, tạo điều kiện cho hàng hóa lưu thông, qua đó thúc đẩy sản xuất công – nông nghiệp cùng phát triển. Đường sắt quốc gia chạy qua quận Thủ Đức đang được nâng cấp, kể cả ga Bình Triệu, ga Sóng Thần, tạo cho Thủ Đức thêm một lợi thế quan trọng để phát triển kinh tế - xã hội. Bao bọc phía Tây quận là sông Sài Gòn, rất thuận lợi cho giao thông đường thủy, phục vụ vận chuyển hàng hóa nông sản và thực phẩm của các công ty lớn trên địa bàn như Công ty xi măng Hà Tiên 1, Công ty Cơ điện Thủ Đức và Khu chế xuất Linh Trung, Khu công nghiệp Bình Chiểu. Quận Thủ Đức cũng có điều kiện lý tưởng xây dựng một số cảng sông. 3.2 Nội dung nghiên cứu : 3.2.1 Đối tượng nghiên cứu Phân tích mẫu nước của bốn dịa điểm khác nhau gồm có ba ao nuôi cá tự nhiên và một đoạn kênh thuộc các địa diểm khác nhau của quận Thủ Đức và quan sát những thực vật thủy sinh trong ao nuôi Tổng quan về đặt tính của địa điểm trên trong quận Ao 1: Diện tích 15m2 , chiều cao mực nước trong hồ khoảng 1,2 m Nước trong ao được lưu trữ và có cá sống tự nhiên Nước từ sông dẫn vào Thực vật thủy sinh trong ao gồm có: bèo, rau muống cây cỏ nước mọc rất nhiều Hình 2.16 Hiện trạng nơi lấy nước của ao 2 Ao 2: Diện tích khoảng 15m2, chiều cao mực nướ trung bình khoảng 1,2m Nước được lưu trữ để nuôi cá trong ao Nước sông dẫn vào Thực vật thủy sinh trong ao gồm có: cây sung, bèo Hình 2.17 Hiện trạng nơi lấy mẫu nước của ao 2 Kênh 3: là một đoạn của khúc sông, có diện tích mực nước khoảng 2m Nước di chuyển mỗi ngày nhưng thường rất chậm Thực vật thủy sinh trong ao rất nhiều gồm có các cây dừa nước,bèo và cỏ nước mọc rất nhiều Hình 2.18 Hiện trạng nơi lấy mẫu nước của ao 3 Ao 4: diện tích khoảng 20m2 nằm trước nhà dân cư, chiều cao mực nước khoảng 1,6m Nước đọng lại trong ao Thực vật thủy sinh trong ao gồm có bèo dâu,cỏ nước, rau muống Hình 2.19 Hiện trạng nơi lấy mẫu nước của ao 4 3.2.2 Bố trí thí nghiệm 3.2.2.1 Địa điểm lấy mẫu: Địa điểm được chọn được chọn lấy mẫu nước là các ao và kênh được giới thiệu ở trên. Khu vự lấy mẫu nước nằm trong khu dân cư nhưng thưa thớt 3.2.2.2 Lấy mẫu nước : Sau khi xác định được dịa điểm lấy mẫu nước, tiến hành lấy mẫu. Quá trình lấy mẫu nước như sau: Dụng cụ lấy mẫu là bình nhựa dung tích 20 lit, có nắp đậy,được rửa sạch phơi khô. Tiến hành lấy mẫu và ghi nhận những thông tin có liên quan đến mẫu lên thành bình nhựa (tên mẫu, ngày lấy mẫu, nhận xét sơ bộ về mẫu…) 3.2.2.3 Bảo quản mẫu nước: Trong thời gian chờ vận chuyển mẫu từ nơi lấy mẫu đến PTN Mẫu được bảo quản ở nhiệt độ thường Thời gian bảo quản là 72h (3 ngày) 3.2.2.4 Phương pháp phân tích mẫu nước -Địa điểm phân tích mẫu : Phòng thí nghiệm tại trường ĐH kỹ thuật công nghệ TP HCM -Trình tự phân tích và phương pháp phân tích : Trình tự phân tích và phương pháp phân tích được thể hiện trong bản sau (ưu tiên các chỉ tiêu dễ thay đổi ) Bảng 3.1 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu STT Chỉ Tiêu 1 PH So bằng giây quỳ 2 DO mg/l Phương pháp Winkler 3 SS mg/l Lọc bằng giấy lọc 4 COD mg/l Phương pháp đun kín 5 BOD5 mg/l Đo hàm lượng DO ban đầu và sau năm ngày ủ ở 200C, lượng oxy chênh lệch chính là COD 6 NO3-N mg/l Làm đường chuẩn và so màu ở máy PH -Ý nghĩa môi trường: PH là thuật ngữ chỉ độ acid hay bazo của một dung dịch, PH ảnh hưởng đến các quá trình sinh học trong nước và ảnh hưởng đến sự ăn mòn, hòa tan các vật liệu. Trong kỹ thuật môi trường, PH quan tâm đến những lĩnh vực môi trường như quá trình keo tụ quá trình làm mềm nước, quá trình khử trùng, làm ổn định nước…. Trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học, Chỉ tiêu PH được duy trì trong giới hạn tối ưu để sinh vật phát triển , thường 6.5 – 7.5. H2O H+ +OH- pH = - lg[H+] pH + pOH = 14 Dùng giấy quì hoặc máy để đo độ PH Oxy hòa tan (DO) -Ý nghĩa môi trường DO (Oxy hòa tan) là yếu tố xác định sự thay đổi xảy ra do vi sinh vật kị khí hay hiếu khí. Đây là chỉ tiêu quan trọng nhất liên quan đến việc kiểm soát ô nhiễm dòng chảy. Ngoài ra, DO còn là cơ sở để kiểm tra BOD nhằm đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp. Tất cả các quá trình xử lý hiếu khí phụ thuộc vào sự hiện diện của DO trong nươc thải, Việc xác định DO thích hợp cho vi sinh vật hiếu khí phát triển. DO cũng là yếu tố ăn mòn sắt thép, đặt biệt là trong hệ thống cấp nước và lò hơi. Cách xác định : Phương pháp Winkler cải tiến dựa trên sự oxi hóa Mn+2 thành Mn+4 bởi lượng oxi hòa tan trong nước. Chất rắn lơ lửng (SS) Chất rắn trong nước bao gồm chất rắn tồn tại ở dạng lơ lửng và dạng hòa tan. Trong nước có hàm lượng chất rắn cao gây cảm quan không tốt và các bệnh đường ruột cho con người. Cách xác định : Chủng bị giấy lọc sợi thủy tinh đã sấy khô ở 100oC trong 1h, cân giấy lọc xác định khối lượng ban đầu m3 (mg) -Lọc một thể tích mẫu phù hợp qua giấy lọc (mẫu đã trộn điều trước khi lọc) -Sấy giấy lọc ở 1000C để làm bay hơi nước . Để nguội trong bình hút ẩm đến nhiệt độ phòng . Cân xác đinh khối lượng m4 (mg) Chất rắn lơ lửng (mg/l) = (m4 - m3) x 1000/V mẫu (ml) Nhu cầu oxy hoa học (COD) Ý nghĩa môi trường: COD là nhu cầu oxy cần để oxy hóa các chất hữu cơ trong điều kiện môi trường oxy hóa mạnh và nhiệt độ cao. COD là một trong những chỉ tiêu đặc trưng dùng để kiểm tra ô nhiễm của nguồn nước thải sinh hoạt và nước thải công nhiệp. Đặt biệt là những công trình xử lý nươc thải. Cách xác định: Dùng phương pháp đun kín : (với mẫu COD >50 mg/l) Rửa sạch ống nghiệm có nút văn kín với H2SO4 20% trước khi sử dụng . Chọn thể tích mẫu và thể tích hóa chất dùng tương đương trong bản 2 Cho mẫu vào ống nghiệm, thêm dung dịch K2CrO7 0,0167M vào, cẩn thận thêm H2SO4 reagent vào. Đậy nút vặn ngay, đặt ống nghiệm trong rổ inox sau đó cho vào lò sấy ở 1500C trong 2 giờ. Để nguội đến nhiệt độ phòng , đổ vào erlen, tráng COD bằng nước cất đổ vào erlen sau đó thêm khoảng 1 -2 giọt chỉ thị feroin và định phân bằng Fas 0,1 M. Nhu cầu oxy sinh học (BOD) Ý nghĩa môi trường: Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5) là lượng oxi cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong điều kiện hiếu khí. BOD5 là một trong những chỉ tiêu để đánh giá mức độ ô nhiễm của các chất thải sinh hoạt , nước thải công nghiệp và khả năng tự làm sạch của nguồn nước. Cách xác định: Sử dụng chai DO có V = 300 ml. Đo hàm lượng DO ban đầu và sau năm ngày ủ ở 200C. Lượng oxy chênh lệch do vi sinh vật sử dụng chính là BOD5 3.3 Kết quả phân tích : Kết quả phân tích 36 mẫu nước gồm 6 chỉ tiêu hóa lý của 4 nơi lấy mẫu được thống kê ở các bảng sau: Bảng 3.2 kết quả phân tích của mẫu ao 1 Số mẫu Chỉ tiêu Ngày Số mẫu PH DO SS COD BOD5 N-NO3 26/05/2010 1 (7h52’) 6.3 4.5 80 19 10 3.17 2 (14h52’) 6.5 3.7 83 23 13 3.04 TB 6.4 4.1 82 21 11 3.11 5/6/2010 1 (8h26) 6.1 3.8 62 34 21 6.05 2 (15h30) 6.3 4.0 68 32 23 6.30 TB 6.2 3.9 65 33 22 6.18 12/6/2010 1 (8h40’) 6.2 3.4 70.0 50 26 5.60 2 (15h30’) 6.4 3.4 70.2 48 28 5.62 TB 6.3 3.4 70.1 49 27 5.61 20/6/2010 1 (8h40’) 5.9 4.6 95.2 35 21 2.40 2 (15h30’) 6.5 4.8 97.7 37 23 2.46 TB 6.4 4.7 96.4 38 22 2.43 QCVN08- 2008 TCVN 6492-1999 TCVN 5499-1995 TCVN 6625-2000 TCVN 6491-1999 TCVN 6001-1995 TCVN 6178-1996 Bảng 3.3 kết quả phân tích của mẫu ao 2 Số mẫu Chỉ tiêu Ngày Số mẫu PH DO SS COD BOD5 N-NO3 26/5/2010 1 (8h9’) 6.1 4.6 95 42 26 7.07 2 (15h9’) 6.3 4.9 92 44 24 7.31 TB 6.2 4.7 93 43 25 7.19 5/6/2010 1 (8h35) 6.4 4.6 51.6 39 23 1.92 2 (15h36) 6.2 4.6 57.3 35 21 2.25 TB 6.3 4.6 54.5 37 22 2.09 12/6/2010 1 (8h47’) 5.8 4.4 56 39 23 2.40 2 (15h36’) 6.2 4.6 60 42 26 2.46 TB 5.9 4.5 58 40 24.5 2.43 20/6/2010 1 (8h34’) 6.5 4.9 86 45 23 8.17 2 (15h35’) 6.7 4.9 84 48 25 8.19 TB 6.6 4.9 85 48 26 8.18 TCVN TCVN 6492-1999 TCVN 5499-1995 TCVN 6625-2000 TCVN 6491-1999 TCVN 6001-1995 TCVN 6178-1996 Bảng 3.4 kết quả phân tích của mẫu ao 3 Số mẫu Chỉ tiêu Ngày Số mẫu PH DO SS COD BOD5 N-NO3 26/5/2010 1 (8h7’) 6.5 4.8 92 35 21 6.04 2 (15h) 5.9 4.6 98 35 21 6.47 TB 6.2 4.7 95 35 21 6.26 5/6/2010 1 (8h39’) 5.9 3.8 30.2 44 25 5.9 2 (15h38’) 6.1 3.6 64.4 42 23 6.16 TB 6.0 3.7 47.3 43 24 6.03 12/6/2010 1 (8h50’) 6.1 4.9 11.8 33 20 1.83 2 (15h40’) 6.1 4.7 12.2 31 18 2.45 TB 6.1 4.8 12.0 32 19 2.14 20/6/2010 1 (8h37’) 7.0 5.0 60 47 24 4.68 2 (15h41’) 6.4 5.6 74 49 26 4.62 TB 6.7 5.6 67 48 25 4.65 TCVN TCVN 6492-1999 TCVN 5499-1995 TCVN 6625-2000 TCVN 6491-1999 TCVN 6001-1995 TCVN 6178-1996 Bảng 3.5 kết quả phân tích của mẫu ao 4 Số mẫu Chỉ tiêu Ngày Số mẫu PH DO SS COD BOD5 N-NO3 26/5/2010 1 (8h15’) 6.8 3.5 119.4 52 28 8.17 2 (15h03’) 6.2 4.1 119.1 54 30 8.39 TB 6.5 3.8 119.2 53 29 8.28 5/6/2010 1 (8h47’) 6.0 4.5 49.9 33 20 2.40 2 (15h44’) 6.2 4.5 52.4 31 18 2.48 TB 6.1 4.5 51.2 32 19 2.45 12/6/2010 1 (8h55’) 6.1 3.8 92.37 24 12 9.79 2 (15h46’) 5.9 4.0 92.07 16 9 9.91 TB 6.0 3.9 92.22 20 10.5 9.85 20/6/2010 1 (8h40) 6.7 5.4 102 38 22 3.14 2 (15h45’) 6.9 5.2 124 40 24 3.16 TB 6.8 5.3 113 39 23 3.15 TCVN TCVN 6492-1999 TCVN 5499-1995 TCVN 6625-2000 TCVN 6491-1999 TCVN 6001-1995 TCVN 6178-1996 3.3.1 Thảo luận kết quả 3.3.1.1 Đánh giá chất lượng nước -Cơ sở đánh giá: Dựa vào Quy Chuẩn Việt Nam 2008 (QCVN08-2008) của bộ tài nguyên môi trường. Quy chuẩn này quy định giá trị giới hạn các thông số chất lượng nước mặt. - Quy chuẩn này áp dụng để đánh giá và kiểm soát chất lượng của nguồn nước mặt, làm căn cứ cho việc bảo vệ và sử dụng nước một cách phù hợp. - Nước mặt nói trong Qui chuẩn n ày là nước chảy qua hoặc đọng lại trên mặt đất: sông, suối, kênh, mương, khe, rạch, hồ, ao, đầm,…. Đánh giá chất lượng mẫu nước : Căn cứ vào giới hạn tối đa cho phép của 6 chỉ tiêu được qui định trong QCVN08-2008 thì kết quả phân tích của 36 mẫu nước trong 4 ao, kênh ở quận Thủ Đức cho ta kết quả sau: +Chỉ tiêu nằm trong giới hạn cho phép là 36/96 giá trị phân tích +Chỉ tiêu vượt giới hạn cho phép 60/96 giá trị phân tích được Trong đó hầu hết các chỉ tiêu PH, DO, COD, BOD5 quy chuẩn cho phép hoặc thấp hơn quy chuẩn cho phép. Xét độ mỗi chỉ tiêu trên mỗi ao a/ Chỉ tiêu pH Hình 3.1 Đồ thị biểu diện giá trị pH của ao số 1 Nhận xét: Theo QCVN08-2008 thì độ PH trong ao 1 dao động từ 6.2 đến 6.4 so với quy chuẩn thì độ pH trong ao này chưa đạt tiêu chuẩn cho phép. Hình 3.2 Đồ thị biểu diện giá trị pH của ao số 2 Nhận xét; Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008). Chỉ số pH trong ao 2 qua bốn ngày cho ta thấy độ pH tốt nhất vào ngày 20/6, nhưng nói chung so theo quy chuẩn về độ pH trong các hồ tự nhiên, thì độ pH như trên nằm trong điệu kiện cho phép. Hình 3.3 Đồ thị biểu diện giá trị pH của ao số 3 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008). Độ pH của ao 3 giao động từ 6 đến 6.7, theo quy chuẩn thì độ pH nói trên cũng đạt quy chuẩn nhưng trong đó ngày 20/6 thì độ pH đạt, còn ngày 5/6 thì độ Ph chỉ đạt được 6 hơi thấp khoảng 6.5 là tốt nhất. Hình 3.4 Đồ thị biểu diện giá trị pH của ao số 4 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008). Độ pH của ao số 4 hầu hết không đạt giá trị cho phép trong tiêu chuẩn. Giá trị biểu thị tốt nhất vào ngày 26/5. Nhận xét chung: hầu hết giá trị pH trong các ao, hồ tự nhiên của quận Thủ Đức mà đã phân tích ở trên thì đa số các giá trị pH điều đạt giá trị cho phép, dựa trên quy chuẩn (QCVN08-2008). b/ Các chỉ tiêu về nồng độ oxy hòa tan DO Hình 3.5 Đồ thị biểu diện giá trị DO của ao số 1 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008).Hàm lượng DO trong ao 1 điều thấp hơn so với quy chuẩn. Giá trị DO đạt giá trị tốt nhất vào ngày 20/6 hàm lượng DO đạt được 4.7. Hình 3.6 Đồ thị biểu diện giá trị DO của ao số 2 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008).Hàm lượng DO trong ao 2 này điều không đạt được quy chuẩn cho phép. Hàm lượng DO thể hiện tốt nhất vào ngày 20/6. Hình 3.7 Đồ thị biểu diện giá trị DO của ao số 3 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008).Hàm lượng DO trong ao 3 biến đổi theo chiều hướng giảm rồi lại tăng. Hàm lượng DO thấp nhất vào ngày 5/6 và đạt quy chuẩn vào ngày 20/6. Hình 3.8 Đồ thị biểu diện giá trị DO của ao số 4 Nhận xét : Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008). Hàm lượng DO điều thấp hơn so với quy chuẩn cho phép. Chỉ có ngày 20/6 đạt quy chuẩn cho phép Nhận xét chung: về hàm lượng DO trong cả bốn ao trên: Đa số lượng DO điều thấp hơn với quy chuẩn, chỉ có một số ngày thể hiện cũng gần đạt quy chuẩn cho phép. c/Các chỉ tiêu về chất rắn lơ lửng (SS) Hình 3.9 Đồ thị biểu diện giá trị SS của ao số 1 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008). Thì chất lượng nước ngọt bảo vệ đời sống thủy sinh) thì giá trị SS so với quy chuẩn điều đạt. Hàm lượng SS biểu thị tốt nhất vào ngày 5/6 Hình 3.10 Đồ thị biểu diện giá trị SS của ao số 2 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008).Tất cả các giá trị SS của Ao2 điều đạt tiêu chuẩn cho phép. Hàm lượng SS thể hiện tốt nhất vào ngày 5/6. Hình 3.11 Đồ thị biểu diện giá trị SS của ao số 3 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008). Hàm lượng chất rắn lơ lửng của Ao 3 điều đạt tiêu chuẩn cho phép. Hàm lượng SS thể hiện tốt nhất vào ngày 12/6. Hình 3.12 Đồ thị biểu diện giá trị SS của ao số 4 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008). Hàm lượng DO trong ao 4 cao nhất so với các ao còn lại. Có lúc vượt chỉ tiêu, hàm lượng DO biểu thì tốt nhất vào ngày 5/6. Nhận xét chung: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008). Tất cả các ao trên hàm lượng SS điều đạt quy chuẩn cho phép đối với nguồn nước mặt hàm lượng DO như vậy là đạt theo quy chuẩn. d/ Chỉ tiêu về COD Hình 3.13 Đồ thị biểu diện giá trị COD của ao số 1 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008). Hàm lượng COD trong ao1 điều cao hơn so với quy chuẩn. Hàm lượng COD thể hiện tốt nhất vào ngày 26/5 Hình 3.14 Đồ thị biểu diện giá trị COD của ao số 2 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008). Hàm lượng COD trong ao 2 điều vượt tiêu chuẩn, cao gần như gấp 3 lần quy chuẩn. Lượng COD thể hiện tốt nhất vào ngày 5/6. Hình 3.15 Đồ thị biểu diện giá trị COD của ao số 3 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008).Theo quy chuẩn thì lượng COD trong ao 3 đều vượt tiêu chuẩn. Hàm lượng COD thể hiện tốt nhất vào ngày 12/6 Hình 3.16 Đồ thị biểu diện giá trị COD của ao số 4 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008). So với quy chuẩn thì hàm lượng COD thể hiện trong ao 4 điều cao nhiều lần so với quy chuẩn. Hàm lượng COD thể hiện tốt nhất vào ngày 12/6. e/ Các chỉ tiêu về nồng độ oxy hòa tan (BOD5) Hình 3.17 Đồ thị biểu diện giá trị BOD5của ao số 1 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008). So với tiêu chuẩn thì giá trị của BOD5 điều cao hơn so với quy chuẩn cho phép. Giá trị BOD5 thể hiện tốt nhất vào ngày 26/5 Hình 3.18 Đồ thị biểu diện giá trị BOD5của ao số 2 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008). Hàm lượng BOD5 trong ao 3 cũng điều vượt so với quy chuẩn. Giá trị BOD5 thể hiện tốt nhất vào ngày 5/6. Hình 3.19 Đồ thị biểu diện giá trị BOD5của ao số 3 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008). Hàm lượng BOD5 trong ao 3 cao hơn với quy chuẩn cho phép. Hàm lượng BOD5 thể hiện tốt nhất vào ngày 12/6. Hình 3.20 Đồ thị biểu diện giá trị BOD5của ao số 4 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008). Theo quy chuẩn thì hàm lượng BOD5 trong ao 4 cũng cao hơn so với quy chuẩn. Giá trị BOD5 thể hiện tốt nhất vào ngày 12/6. Nhận xét chung: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008). Các giá trị của BOD5 trong bốn ao điều cao hơn so với tiêu chuẩn cho phép. f/ Chỉ tiêu NO3-N Hình 3.21 Đồ thị biểu diện giá trị NO3-Ncủa ao số 1 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008).Theo quy chuẩn thì hàm lượng NO3-N điều đạt tiêu chuẩn. Giá trị đạt tốt nhất vào ngày 20/6. Hình 3.22 Đồ thị biểu diện giá trị NO3-Ncủa ao số 2 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008).Hàm lượng NO3-N trong ao 2 điều đạt quy chuẩn. Giá trị NO3-N thể hiện tốt nhất vào ngày 5/6. Hình 3.23 Đồ thị biểu diện giá trị NO3-Ncủa ao số 3 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008).Hàm lượng NO3-N trong ao 3 điều đạt quy chuẩn. Giá trị NO3-N biểu hiện tốt nhất vào ngày 12/6. Hình 3.24 Đồ thị biểu diện giá trị NO3-Ncủa ao số 4 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008).Hàm lượng NO3-N trong ao 4 điều đạt tiêu chuẩn. Giá trị NO3-N biểu hiện tốt nhất vào ngày 5/6. 3.3.1.2 So sánh kết quả phân tích Xét mỗi chỉ tiêu trên bốn ao: a/ Chỉ tiêu pH Hình 3.25 Đồ thị biểu diễn giá trị pH của ao 1,ao 2, ao 3, ao 4 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008).Thì độ pH ở tất cả các ao chưa đạt quy chuẩn cho phép. Độ pH biểu thị tốt nhất và đạt quy chuẩn ở ao 3. b/ Chỉ tiêu DO Hình 3.26 Đồ thị biểu diễn giá trị DO của ao 1,ao 2, ao 3, ao 4 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008).Hàm lượng DO của 2 ao không đạt quy chuẩn cho phép.Chỉ có hàm lượng DO đạt tiêu chuẩn cho phép ở ao 3 và ao 4. c/ Chỉ tiêu SS Hình 3.27 Đồ thị biểu diễn giá trị SS của ao 1,ao 2, ao 3, ao 4 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008). Hàm lượng SS của bốn ao trên điều đạt tiêu chuẩn. Hàm lượng SS biểu hiện tốt nhất ở ao 3. d/ Chỉ tiêu COD Hình 3.28 Đồ thị biểu diễn giá trị pH của ao 1,ao 2, ao 3, ao 4 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008). Cả bốn ao trên điều vượt quy chuẩn cho phép. Giá trị COD tốt nhất biểu hiện ở ao 4. e/ Chỉ tiêu BOD5 Hình 3.29 Đồ thị biểu diễn giá trị BOD5 của ao 1,ao 2, ao 3, ao 4 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008). Giá trị BOD5 trong bốn ao trên điều vượt tiêu chuẩn cho phép. Giá trị BOD5 thể hiện tốt nhất ở ao 4. f/ Chỉ tiêu NO3-N Hình 3.30 Đồ thị biểu diễn giá trị NO3-N của ao 1,ao 2, ao 3, ao 4 Nhận xét: Theo Quy chuẩn (QCVN08-2008). Tất cả các giá trị NO3-N của bốn ao điều đạt tiêu chuẩn cho phép. Giá trị NO3-N thể hiện tốt nhất ở ao 2. Tóm lại: Mặc dù các mẫu nước lấy trên địa bàn quận Thủ Đức vào khoảng tháng 5 – 6 là những tháng đầu mùa mưa, nhưng kết quả phân tích cũng phản ánh phần nào chất lượng nước tại đây. Sự biểu hiện các qua các thông số (PH, DO, SS, COD,BOD5, NO3-N). Những chỉ tiêu vượt tiêu chuẩn cho phép, một trong những rào cản chất lượng đối với nguồn nước ao hồ, phục vụ cho nuôi trồng thủy sản…,thì nếu dùng nước cho nhu cầu nuôi trồng thủy sản và với những mục đích khác thì phải điều chỉnh lại nguồn nước cho phụ hợp với tiêu chuẩn thì việc nuôi trồng thủy sản mới đạt kết quả và làm cho môi trường khỏi bị ô nhiễm. Qua quá trình nghiên cứu ở bốn áo hồ trong quận Thủ Đức bằng các phương pháp phân tích (pH, DO, SS, COD, BOD5, NO3-N) cho chúng ta thấy rằng hầu hết ở các ao, hồ trong tự nhiên hay các ao hồ dùng trong việc bảo vệ thực vật thủy sinh, nuôi trồng thủy sản… thì qua bốn ao ta nghiên cứu ở trên thì trong những hồ có thực vật thủy sinh thủy như bèo, cây sậy, cỏ nước… chất lượng nước phân tích ở các ao trên đều tốt hơn so với những ao không có hoặc có ít thực vật thủy sinh. Điều này chứng tỏ trong các ao mà có những cây thủy sinh thì nhờ có những cây thủy sinh này đã một phần nào đã làm cho nguồn nước được sạch hơn, những mà số lượng những thực vật thủy sinh trong các ao này thì cần phải phù hợp. Vì vậy nếu trong việc bảo tồn các thực vật thủy sinh hay phục vụ cho nuôi trồng thủy sản thì cần nắm rõ điều này để phục vụ cho mục dích của công việc tốt hơn đồng thời cùng đem lại hiệu quả cao trong nuôi trồng thủy sản và nhờ đó nó cũng giúp ích cho môi trường xung quanh là làm hạn chế phần nào gây ô nhiễm môi trường, đem lại cuộc sống tốt đẹp cho người dân xung quanh. 3.3.2 Nguyên nhân gây ô nhiễm khu vực nghiên cứu -Mẫu nước có pH thấp: Hầu hết các mẫu nước phân tích đều có pH của nước thấp hơn so với tiêu chuẩn cho phép, đều này có thể do có sự gia tăng mức độ axit hóa. Khả năng do nhiều nguyên nhân như phân bón, nước thải sinh hoạt của dân trong vùng… -Mẫu nước có hàm lượng DO thấp : Hầu hết các mẫu nước phân tích dều có DO thấp hơn so với tiêu chuẩn cho phép, có thể là do việc xả nước thải sinh hoạt, nước mưa chảy tràng lôi kéo theo nhiều chất hữu cơ, lá cây rụng vào nguồn tiếp nhận. Vi sinh vật sử dụng oxy để tiêu thụ các chất hữu cơ làm cho lượng oxy giảm…. -Mẫu nước có COD, BOD5 cao: Hầu hết các mẫu nước phân tích điều có COD cao hơn so với tiêu chuẩn cho phép,có thể do phân bón hóa học , thuốc trừ sâu, nước thải sinh hoạt, thức ăn cho cá chứa nhiều chất hữu cơ… CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.1 Kết luận Chương 1 Giới thiệu đề tài Trong chương này vào giai đoạn đầu em tìm tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu, để tìm hiểu và đặt vấn đề cho đề tài, tìm hiểu về mục tiêu và nội dung của đề tài, để nắm được yêu cầu của bài nghiên cứu để từ đó thiết lập ra đối tượng, giới hạn của đề tài. Sa cùng là thiết lập bố cục đề tài một cách hợp lý. Chương 2 Tổng quan về khả năng tự làm sạch nguồn nước của hệ thống thủy sinh trong điều kiện tự nhiên Trong chương này em vận dụng những tài liệu tìm được để giới thiệu chung về khả năng của thực vật thủy sinh trong nước và khả năng chuyển hóa của chúng trong môi trường nước để từ đó hiểu rõ hơn về thực vật thủy sinh để phục vụ tốt cho quá trình nghiên cứu. Sau đó phân loại những thực vật thủy sinh trong môi trường nước và môi trường trên cạn, nắm được khả năng thích nghi và công dụng của những thực vật thủy sinh này, để từ đó nghiên cứu và tìm ra những giải pháp hữu ích cho đời sống. Phân biệt được những nhóm thực vật trôi nổi, thực vật ngập nước… Nắm được những ưu điểm và nhược điểm của thực vật thủy sinh trong nước để vận dụng làm sạch môi trường nước. Cần hiểu và nắm rõ năng xuất sinh khối của thực vật, quá trình trao đổi chất của thực vật thủy sinh, quá trình hô hấp ở thực vật và sau đó hiểu và nắm được sự quan hợp ở thực vật Nắm được quá trình tổng hợp protein bởi vì protein là một thành phần quan trọng của thực vật. Biết được khả năng chuyển hóa chất hữu cơ của thực vật thủy sinh trong nước thải, khả năng làm giảm kim loại nặng và vi lượng trong nước thải. Biết được hiện tượng hiện tượng phú dưỡng hóa ở các thực vật thủy sinh trong môi trường nước, để từ đó khắc phục những hiện tương phú dưỡng có thể xảy ra ở các con sông hoặc đoạn kênh. Khả năng chuyển hóa một số chỉ tiêu quan trọng của môi trường nước bởi các thực vật thủy sinh như là BOD5, chất rắn, chuyển hóa nito…để từ đó hiểu và ứng dụng thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải. Từ những vấn đề trên ta biết được sự ảnh hưởng đến sức khỏe con người khi vận dụng thực vật thủy sinh trong xử lý nước thải. Tiếp theo ta tìm hiểu được các phương pháp sinh học xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên: phương pháp cánh đồng tới công cộng và bãi lọc, cánh đồng tới công nghiệp, hồ sinh học, hồ sinh vật hiếu khí, hồ sinh vật kỵ khí, hồ hiếu khí tùy tiện. Ứng dụng hồ sinh học trong đời sống, phục vụ cho môi trường nuôi trồng thủy sản. Tìm hiểu được một số thực vật có khả năng làm sạch nguồn nước… Chương 3 nghiên cứu và đánh giá khả năng tự làm sạch nguồn nước của một số thực vật trong nước ở các ao, hồ ở quận Thủ Đức. Tìm hiểu khái quát về quận Thủ Đức. Tình hình kinh tế xã hội, điều kiện tự nhiên, khí hậu thời tiết, công nghiệp tiểu thủ công nghiệp, giao thông. Để từ đó nắm được vùng mà mình nghiên cứu để lựa chọn và lấy mẫu phân tích cho phù hợp phục vụ quá trình nghiên cứu được chính xác. Tiếp theo trong chương này về nội dung nghiên cứu, tìm hiểu đối tượng nghiên cứu và đi vào thực tế lấy mẫu phân tích. Xác định các vị trí lấy mẫu trong khu cực cần nghiên cứu sau đó chọn thời điểm thích hợp để lấy mẫu. Chọn ngày thời tiết tương đối tốt ít mưa, khí hậu trog lành… Mua canh 2L để đựng mẫu. Sau đó bảo quản mẫu và đưa đến phòng thí nghiệm của trường để phân tích các chỉ tiêu (pH, DO, SS, COD, BOD5, NO3-N). Phân tích qua từng ngày khoảng cách các ngày là khoảng 7 – 10 ngày lại đem về phân tích lấy các số liệu qua từng thời điểm, một ngày thì lấy hai lần vào buổi sáng và chiều, phân tích lấy chỉ số trung bình của ngày đó làm số liệu cuối cùng. Những số liệu trên sau khi phân tích được thì em vẽ đồ thị biểu hiện các chỉ tiêu trên đồ thị qua mỗi ngày và so với quy chuẩn của bộ để biết được chất lượng nước nơi lấy mẫu. Sau đó tổng hợp các giá trị tốt nhất của mỗi ao để tổng hợp vẽ trên đồ thị chung của bốn ao và so sánh các ao với nhau để xem ao nào có giá trị tốt nhất. Từ đó rút ra được kết luận chung cho các ao mà chúng ta lấy mẫu. để biết được các ao có thủy sinh thực vật: bèo, cây cỏ nước… và ao không có hoặc có ít các thực vật thủy sinh, từ đó rút ra kết luận chính xác về đề tài đang nghiên cứu. Kết luận chung về đề tài đang nghiên cứu Dựa trên kết quả phân tích các mẫu nước dựa trên thực thực nghiệm cho ta rút ra được một số kết luận sau: Nhìn chung, hầu hết các ao mà chung ta phân tích điều bị ô nhiễm bởi những chỉ tiêu PH, DO, COD, BOD5 điều vượt tiêu chuẩn cho phép, trừ hai chỉ tiêu SS, NO3-N thì lại nằm trong giới hạn cho phép. Thực vật thủy sinh rất đa dạng phong phú và có mặt ở hầu hết cac kênh rạch, ở các vùng ao hồ, ở khu vực nghiên cứu, nhiều nhất là các cây bèo lục bình, các cây cỏ nước… những cây này tất có hữu ích cho việc nuôi trồng thủy snr vì chúng có khă năng làm sạch nguồn nước một cách rất tốt, nhất là những chất ô nhiễm hữu cơ từ thức ăn. Có những cây bèo lục bình ,cỏ nước thì trong hồ sẽ sạc hơn so với những ao mà không có những thực vật thủy sinh này. Những thực vật thủy sinh này chúng nhận những chất hữu cơ thành những những thức ăn cho chúng tồn tạ và phát triển vì vậy những chất này sẽ ít có trong các ao hồ, làm cho hồ sạch hơn. Dựa vào kết quả nghiên cứu ở trên cho ta kết luận rằng các thực vật thủy sinh trong nước rất có ích cho việc nuôi trồng thủy sản dựa vào khả năng xử lý ô nhiễm của các cây thủy sinh này, mà phương pháp phổ biến nhất để xử lý là dùng hồ sinh học :Hồ sinh vật là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi là hồ oxy hóa, hồ ổn định nước thải,… Trong hồ sinh vật diễn ra quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ nhờ các loài vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật khác. 4.2 Kiến nghị -Trong quá trình phân tích các mẫu nước trên địa bàn quận Thủ Đức cho ta thấy một đặt điểm rằng nước ở các ao hồ ở đây điều không đạt tiêu chuẩn cho phép, đối với mục đích dùng cho việc chăn nuôi thì phải thực hiện nghiêm chỉnh những giải pháp xử lý ô nhiễm, trong hồ phải có những thủy sinh thực vật để nguồn nước trong hồ sẽ sạch hơn, nhưng không để thủy sinh thực vật quá nhiều sẽ dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hóa. - Cần có quy chế bảo vệ môi trường trong các ao nuôi trồng thủy sản, cần có những biện pháp khắc phục những ao nuôi có nguy cơ ô nhiễm. - Trong nuôi trồng thâm canh, nuôi trồng công nghiệp, vấn đề bảo vệ môi trường cần được tập trung xử lý chất thải nuôi trồng thủy sản. - Đồng thời, cần có những nghiên cứu khoa học về những loài thực vật thủy sinh có khả năng làm sạch nguồn nước một cách hiệu quả, để áp dụng vào việc xử lý nước thải bằng thủy sinh thực vật trong nuôi trồng thủy sản. - Cần tuyên truyền tập huấn, tổ chức các hội nghị, lớp tập huấn cho bà con ngư dân, chủ đầm nuôi, cơ sở sản xuất kinh doanh thức ăn, thuốc BVTV về tác hại các loại thuốc BVTV , kháng sinh bị cấm đối với sức khỏe của con người và hình thức xử phạt nghiêm minh đối với những cơ sở nuôi trồng thủy sản có những dấu hiệu vi phạm đối với môi trường - Thành lập các tổ chức, nhóm quản lý cộng đồng cùng giải quyết các vấn đề ô nhiễm vùng nước, dịch bệnh. - Tăng cường các hoạt động kiểm tra giám sát tại các cơ sở sản xuất và kinh doanh thức ăn, thuốc BVTV, phổ biến các văn bản vi phạm pháp luật trong hoạt động kinh doanh, sản xuất thưc săn, thuốc thú y thủy sản, xử lý nghiêm minh những trường hợp vi phạm - Nâng cao ý thức của người dân trong việc bảo vệ môi trường và biết cách vận dụng tốt những kiến thức đã được tập huấn trước đó… TPHCM, ngày 22/06/2010 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt 1.Th.S Lâm Vĩnh Sơn (2008), bài giảng Kỹ Thuật Xử Lý Nước Thải, Trường ĐH Kỹ Thuật Công Nghệ, TP. HCM. 2.PGS.TS. Hoàng Hưng (Chủ Biên), Th.S. Nguyên Thị Kim Loan, Con Người Và Môi Trường. 3.Th.S. Đinh Hải Hà, Giáo Trình Thực Hành : Hóa Môi Trường 4.PGS.Ts. Đặng Kim Chi, Hóa Học Môi Trường 5.PGS.Ts Nguyên Đức Phẩm (2007), Công nghệ xử lý nước thải bằng biện Pháp sinh học, NXB Giáo Dục.TP.HCM. 6.Nguyễn Đức Lượng và Nguyễn Thị Thùy Dương (2003), Công Nghệ Sinh Học Môi Trường, NXB Giáo Dục, TP. HCM PHỤ LỤC Bản đồ quận Thủ Đức Một số hình ảnh phân tích trong phòng thí nghiệm. Phân tích COD trong phòng thí nghiệm Những mẫu phân tích DO Quy chuẩn Việt Nam 08- 2008 của Bộ Tài Nghiên và Môi Trường ._.