Khả năng loại bỏ tác nhân phú dưỡng môi trường nước của cây Ngổ trâu (Enydra fluctuans Lour) và cây Bèo tây (Eichhornia crassipes (Mart.) Solms)

Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

VIỆN SINH THÁI VÀ TÀI NGUYÊN SINH VẬT

NGUYỄN VĂN THỊNH

KHẢ NĂNG LOẠI BỎ TÁC NHÂN PHÚ DƢỠNG MÔI TRƢỜNG

NƢỚC CỦA CÂY NGỔ TRÂU (ENYDRA FLUCTUANS LOUR) VÀ

CÂY BÈO TÂY(EICHHORNIA CRASSIPES (MART.) SOLMS)

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC SINH HỌC

Chuyên ngành: Sinh học thực nghiệm

Mã số: 60 42 30

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. NCVC. Trần Văn Tựa

HÀ NỘI - 2010

i

LỜI CẢM ƠN

Hoàn thành Luận văn tốt nghiệp Thạc sĩ Khoa học Sinh học, tôi nhận

được sự giúp đỡ của các thầy, cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp và gia đình.

Với tình cảm chân thành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới sự giúp đỡ

của các thầy, cô giáo: Viện Sinh thái và Tài nguyên sinh vật; Viện Công

nghệ Sinh học, Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, đã góp ý và tạo

điều kiện thuận lợi cho tôi được thực hiện Luận văn.

Đặc biệt, xin trân trọng cảm ơn TS.NCVC. Trần Văn Tựa- Trưởng

phòng Thủy sinh học Môi trường, Viện Công nghệ Môi trường, người thầy

đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo tận tình tôi trong suốt thời gian nghiên cứu

khoa học.

Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ quý báu của TS. Dương Thị Thủy, Viện

Công nghệ Môi trường; Th.S. Đào Sỹ Đức, khoa Hóa- Trường Đại học

Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc gia Hà Nội; HVCH. Nguyễn Trung Kiên,

Đại học Bách Khoa Hà Nội. Cùng các cô chú, anh chị phòng Thủy sinh học

Môi trường và phòng Vi sinh học môi trường, Viện Công nghệ Môi trường

trong thời gian tôi tiến hành đề tài.

Sự góp ý, chia sẻ của bạn bè, gia đình và đồng nghiệp là nguồn động

viên, khích lệ lớn cho tôi hoàn thành Luận văn tốt nghiệp này.

Tác giả

Nguyễn Văn Thịnh

ii

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU............................................................................................................ i

CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN............................................................................. 3

1.1. Đôi nét về môi trƣờng nƣớc phú dƣỡng..................................................... 3

1.1.1. Khái niệm về ô nhiễm ............................................................................. 3

1.1.2. Các khái niệm liên quan đến phú dƣỡng hoá.......................................... 3

1.2. Nguyên nhân và hậu quả của sự phú dƣỡng .............................................. 5

1.2.1. Nguyên nhân ........................................................................................... 5

1.2.2. Hậu quả của sự phú dƣỡng...................................................................... 9

1.3. Các phƣơng pháp chống lại sự phú dƣỡng nƣớc ..................................... 12

1.4. Vai trò của thực vật thủy sinh trong xử lý nƣớc phú dƣỡng.................... 15

1.5. Một số mô hình công nghệ sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý nƣớc.... 17

1.5.1. Hệ thống dòng chảy trên bề mặt (surface flow wetlands: SF): hay hệ

thống bề mặt nƣớc thoáng (free water surface: FWS).................................... 19

1.5.2. Hệ thống dòng chảy ngầm hay công nghệ vùng rễ............................... 20

1.5.3. Hệ thống thực vật nổi (Floating aquatic plant systems) ....................... 20

1.6. Một số nghiên cứu sử dụng TVTS trong xử lý nƣớc thải ở Việt Nam.... 21

1.7. Khả năng xử lý nƣớc thải của thực vật nghiên cứu ................................. 22

CHƢƠNG 2. THỰC NGHIỆM ...................................................................... 25

2.1. Cây ngổ trâu và bèo tây............................................................................ 25

2.2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................. 25

2.3. Thời gian và địa điểm nghiên cứu............................................................ 25

2.4. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm............................................................... 25

2.4.1. Hóa chất................................................................................................. 25

2.4.2. Dụng cụ ................................................................................................. 26

2.5. Phƣơng pháp nghiên cứu.......................................................................... 26

2.5.1. Phƣơng pháp đánh giá chất lƣợng nƣớc................................................ 26

iii

2.5.2. Phƣơng pháp bố trí thí nghiệm.............................................................. 27

2.5.3. Phƣơng pháp phân tích và xử lý số liệu................................................ 28

CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.................................................. 30

3.1. Ảnh hƣởng của một số yếu tố môi trƣờng đến sinh trƣởng của bèo tây và

ngổ trâu............................................................................................................ 30

3.1.1. Ảnh hƣởng của pH ............................................................................... 30

3.1.2. Ảnh hƣởng của N-NH4

+

....................................................................... 32

3.1.3. Ảnh hƣởng của N-NO3

-

........................................................................ 33

3.1.4. Ảnh hƣởng của P-PO4

3-

........................................................................ 35

3.2. Nghiên cứu khả năng xử lý N và P của bèo tây và ngổ trâu trong điều

kiện phòng thí nghiệm..................................................................................... 37

3.2.1. Khả năng xử lý N-NH4

+

....................................................................... 37

3.2.2. Nghiên cứu khả năng xử lý P-PO4

3

....................................................... 41

3.3. Khả năng xử lý các nhân tố phú dƣỡng môi trƣờng nƣớc (nƣớc phú

dƣỡng) của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot .............................................. 44

Thông số.......................................................................................................... 45

3.3.1. Các chỉ tiêu đặc trƣng của nƣớc hồ khu vực Cổ Nhuế sử dụng trong

thực nghiệm..................................................................................................... 45

3.3.2. So sánh khả năng loại bỏ một số tác nhân gây phú dƣỡng của cây bèo

tây và ngổ trâu ở quy mô pilot ........................................................................ 47

3.3.3. Hiệu quả xử lý COD ............................................................................ 48

3.3.4. Hiệu quả xử lý T-N .............................................................................. 51

3.3.5. Hiệu quả xử lý T-P............................................................................... 54

3.3.6. Hiệu quả xử lý TSS.............................................................................. 56

3.3.7. Hiệu quả xử lý Chl.a ............................................................................ 59

3.3.8. Khả năng loại bỏ vi sinh vật................................................................. 61

3.3.9. Hiệu quả loại bỏ vi tảo và vi khuẩn lam .............................................. 62

3.3.10. Thảo luận chung................................................................................ 64

iv

3.3.11. Đề xuất quy trình xử lý nƣớc phú dƣỡng sử dụng cây bèo tây và ngổ trâu64

KIẾN NGHỊ .................................................................................................... 67

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 68

PHỤ LỤC........................................................................................................ 78

v

CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN

BOD Nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand)

COD Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)

CT Công thức

Chl.a Diệp lục tố (Chlophyll a)

DO Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen)

F- Coliform Fecal Coliform

HSXL Hiệu suất xử lý

KC Không cây

MPN Most Probable Number

T- Coliform Total Coliform

T-N Nitơ tổng số

T-P Phospho tổng số

TSS Tổng lƣợng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solids)

TVTS Thực vật thủy sinh

VKL Vi khuẩn lam

vi

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang

Bảng 1.1. Đặc điểm chung của các hồ giàu và nghèo dinh dƣỡng .........................4

Bảng 1.2. Đánh giá độ phì nhiêu của nƣớc hồ ................................................................4

Bảng 2.1. Danh mục các hóa chất sử dụng trong nghiên cứu .................................25

Bảng 2.2. Danh mục các thiết bị sử dụng trong nghiên cứu....................................26

Bảng 3.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ pH đến sinh

trƣởng của bèo tây và ngổ trâu.............................................................................31

Bảng 3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ N-NH4

+

tới sinh

trƣởng của ngổ trâu và bèo tây .............................................................................32

Bảng 3.3. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ N-NO3

-

tới sinh

trƣởng của bèo tây và ngổ trâu.............................................................................34

Bảng 3.4. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ P-PO4

3-

............................35

Bảng 3.5. Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý N-NH4

+

của bèo tây và ngổ

trâu trong điều kiện phòng thí nghiệm..............................................................38

Bảng 3.6. Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý N-NO3

-

của bèo tây và ngổ

trâu trong điều kiện phòng thí nghiệm..............................................................40

Bảng 3.7. Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý P-PO4

3-

của bèo tây và ngổ

trâu trong điều kiện phòng thí nghiệm. .............................................................42

Bảng 3.8. Các thông số của quy trình xử lý nƣớc phú dƣỡng bằng bèo

tây và ngổ trâu ở quy mô pilot..............................................................................45

Bảng 3.9. Các chỉ tiêu đặc trƣng của nƣớc hồ khu vực Cổ Nhuế, Hà Nội ........46

Bảng 3.10. So sánh khả năng loại bỏ một số tác nhân gây phú dƣỡng của

vii

bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot.....................................................................47

Bảng 3.11. Hiệu suất xử lý COD của bèo tây và ngổ trâu trong quy trình

xử lý nƣớc phú dƣỡng ở quy mô pilot...............................................................49

Bảng 3.12. Hiệu suất xử lý T-N của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot...........52

Bảng 3.13. Hiệu suất xử lý T-P của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot............54

Bảng 3.14. Hiệu suất xử lý TSS của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot...........57

Bảng 3.15. Hiệu suất xử lý Chl.a của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot ........59

Bảng 3.16. Khả năng loại bỏ F- Coliform và T- Coliform (MPN/100 ml) .......62

Bảng 3.17. Hiệu quả loại bỏ vi tảo và vi khuẩn lam...................................................62

viii

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 3.1. Ảnh hƣởng của pH tới sinh trƣởng của bèo tây và ngổ trâu........... 31

Hình 3.2. Ảnh hƣởng của N-NH4+ tới sinh trƣởng của bèo tây và ngổ

trâu....................................................................................................... 33

Hình 3.3. Biểu đồ biểu diễn ảnh hƣởng của nồng độ N-NO3- tới sinh

trƣởng của ngổ trâu và bèo tây............................................................ 34

Hình 3.4. Kết quả nghiên cứu ảnh hƣởng của nồng độ P- PO43- tới sinh

trƣởng của ngổ trâu và bèo tây............................................................ 36

Hình 3.5. Khả năng xử lý N-NH4+ của bèo tây trong phòng thí nghiệm ...... 39

Hình 3.6. Khả năng xử lý N-NH4+của ngổ trâu trong phòng thí nghiệm...... 39

Hình 3.7. Khả năng xử lý N-NO3- của bèo tây trong phòng thí nghiệm ....... 41

Hình 3.8. Khả năng xử lý N-NO3- của ngổ trâu trong phòng thí nghiệm...... 41

Hình 3.9. Khả năng xử lý P-PO43- của bèo tây trong phòng thí nghiệm....... 43

Hình 3.10. Khả năng xử lý P-PO43- của ngổ trâu trong phòng thí nghiệm ... 43

Hình 3.11. Khả năng loại bỏ một số tác nhân gây phú dƣỡng của cây bèo

tây và ngổ trâu ở quy mô pilot ............................................................ 47

Hình 3.12. Hiệu suất xử lý COD của bèo tây và ngổ trâu với tải lƣợng

100 L/m2/ngày ở quy mô pilot ........................................................... 50

Hình 3.13. Hiệu suất xử lý COD của ngổ trâu và bèo tây với tải lƣợng

200 L/m2/ngày ở quy mô pilot ........................................................... 50

Hình 3.14. Hiệu suất xử lý T-N của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot

với tải lƣợng 100 L/m2/ngày .............................................................. 52