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
Số hóa bởi Trung tâm Học Liệu – Đại học Thái Nguyên
http://www.lrc-tnu.edu.vn
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
i
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
ii
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-PO43- ........................................................................ 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-PO43 ....................................................... 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
iii
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
iv
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
v
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-PO43- ............................ 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-PO43- 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
vi
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
vii
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
viii
Hình 3.15. Hiệu suất xử lý T-N của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot
với tải lƣợng 200 L/m2/ngày .............................................................. 53
Hình 3.16. Hiệu suất xử lý T-P của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot
với tải lƣợng 100 L/m2/ngày .............................................................. 55
Hình 3.17. Hiệu suất xử lý T-P của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot
với tải lƣợng 200 L/m2/ngày .............................................................. 55
Hình 3.18. Hiệu suất xử lý TSS của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot
với tải lƣợng 100 L/m2/ngày .............................................................. 58
Hình 3.19. Hiệu suất xử lý TSS của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot
với tải lƣợng 200 L/m2/ngày .............................................................. 58
Hình 3.20. Hiệu suất xử lý Chl.a của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot
với tải lƣợng 100 L/m2/ngày .............................................................. 60
Hình 3.21. Hiệu suất xử lý Chl.a của bèo tây và ngổ trâu ở quy mô pilot
với tải lƣợng 200 L/m2/ngày .............................................................. 60
Hình 3.22. Hiệu quả loại bỏ vi tảo và vi khuẩn lam ....................................... 63
ix
MỞ ĐẦU
Nƣớc là một trong những nguồn tài nguyên quý giá của nhân loại.
Nƣớc giữ những vai trò thiết yếu trong sinh hoạt, sản xuất, đồng thời tham gia
trực tiếp vào tất cả các quá trình sống, từ đơn giản đến phức tạp.
Trong những năm gần đây các cụm từ: môi trƣờng, ô nhiễm môi
trƣờng, sinh thái học và bảo vệ môi trƣờng thƣờng đƣợc nhắc đến không chỉ
riêng ở Việt Nam chúng ta mà đã vang lên nhƣ lời cảnh tỉnh trên toàn Thế
giới. Mỗi ngày con ngƣời đã đƣa hàng triệu tấn chất thải vào môi trƣờng nói
chung, môi trƣờng nƣớc nói riêng: phần nhiều trong số này là các thành phần
mang tính độc hại. Đặc biệt, vấn đề ô nhiễm dinh dƣỡng trong các thủy vực
đang làm cho chất lƣợng nƣớc thay đổi theo chiều hƣớng bất lợi, kể cả cho
các mục đích sử dụng nƣớc và hệ sinh thái. Một trong những hậu quả chính
của ô nhiễm dinh dƣỡng là hiện tƣợng phú dƣỡng.
Phú dƣỡng (eutrophication)- một dạng suy giảm chất lƣợng nƣớc
thƣờng xảy ra ở các hồ và hồ chứa, với hiện tƣợng nồng độ các chất dinh
dƣỡng nitơ (N), phospho (P) trong hồ tăng cao, tỷ lệ P/N cao do sự tích luỹ
tƣơng đối P so với N, làm bùng phát các loại thực vật nƣớc (nhƣ rong, tảo ...),
tăng các chất lơ lửng, chất hữu cơ, làm suy giảm lƣợng oxy trong nƣớc, gây ô
nhiễm môi trƣờng, cân bằng sinh thái bị thay đổi, ảnh hƣởng xấu đến sức
khoẻ và cuộc sống của con ngƣời.
Đã có một số nghiên cứu nhằm giảm thiểu hiện trạng nƣớc phú dƣỡng
bằng các loài thực vật thủy sinh. Phƣơng pháp này tuy không giải quyết triệt
để đƣợc các thành phần gây ô nhiễm nhƣng chi phí lại thấp, đối tƣợng nghiên
cứu phổ biến, thân thiện với con ngƣời. Tuy nhiên, tùy theo điều kiện từng
vùng và mức độ phú dƣỡng môi trƣờng nƣớc khác nhau mà việc lựa chọn loài
thực vật thủy sinh thích hợp là rất quan trọng.
Xuất phát từ thực tế nêu trên, với mong muốn góp phần nghiên cứu và
1
giải quyết vấn đề ô nhiễm nguồn nƣớc phú dƣỡng, đề tài “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), đã đƣợc tiến
hành với các nội dung sau:
- Ảnh hƣởng của một số yếu tố môi trƣờng nhƣ nồng độ N-NO3-, NNH4+, P-PO43-, pH đến sự sinh trƣởng của bèo tây và ngổ trâu;
- Khả năng loại bỏ nitơ và phospho của bèo tây và ngổ trâu trong điều
kiện phòng thí nghiệm;
- Hiệu quả xử lý một số yếu tố phú dƣỡng của nƣớc ao, hồ tự nhiên của
hệ thống bèo tây và ngổ trâu ở qui mô pilot;
- Đề xuất quy trình xử lý nƣớc phú dƣỡng bằng công nghệ sinh thái sử
dụng ngổ trâu và bèo tây.
2
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Đôi nét về môi trƣờng nƣớc phú dƣỡng
1.1.1. Khái niệm về ô nhiễm
Theo định nghĩa của Tổ chức y tế Thế giới: sự ô nhiễm (hoặc sự nhiễm
bẩn) là việc chuyển các chất thải hoặc năng lƣợng vào môi trƣờng đến mức
có khả năng gây hại đến sức khoẻ con ngƣời, đến sự sinh trƣởng và phát triển
của sinh vật và làm suy giảm chất lƣợng môi trƣờng.
Trong đó ô nhiễm các thủy vực là một quá trình diễn ra có nguyên nhân
và có hậu quả của nó. Ô nhiễm nƣớc của các thủy vực có thể ở hai dạng: do
mất cân bằng trong tự nhiên và do các chất độc.
Ô nhiễm bởi sự mất cân bằng trong quá trình tự nhiên có thể phân biệt
2 dạng: sự mất cân bằng trong chu trình dinh dƣỡng, đặc biệt trong trƣờng
hợp quá nhiều chất dinh dƣỡng gọi là phú dƣỡng, mức độ nặng hơn nữa là
phì dƣỡng (hypertrophication); quá trình lắng đọng axit, gây chua hóa môi
trƣờng nƣớc tự nhiên trong chu trình thủy văn gây mƣa axit.
Ô nhiễm do các chất độc khác nhau bao gồm các chất hoàn toàn phi tự
nhiên do con ngƣời gây ra nhờ sự cố tràn dầu, các hóa chất bảo vệ thực vật,
phân bón hóa học, các chất thải có kim loại nặng (Đặng Ngọc Thanh và cộng
sự, 2007).
1.1.2. Các khái niệm liên quan đến phú dƣỡng hoá
Từ phú dƣỡng với nghĩa tổng quát là „„giàu dinh dƣỡng‟‟ đƣợc
Naumann đƣa ra năm 1919 (Lê Huy Bá và cộng sự, 2000), khi trình bày khái
niệm về sạch và giàu dinh dưỡng. Ông phân biệt: hồ sạch là hồ chứa ít tảo,
thực vật lơ lửng; còn hồ phú dƣỡng là hồ giàu thực vật trôi nổi.
Sự phú dƣỡng hóa đƣợc định nghĩa nhƣ là sự làm giàu nƣớc quá mức
bởi những chất dinh dƣỡng vô cơ cùng với dinh dƣỡng có nguồn gốc thực
3
vật. Thông thƣờng đó là muối nitrat và phosphat. Chúng gây nên sự gia tăng
các sản phẩm sơ cấp. Sự phú dƣỡng hóa đƣợc gọi là nhân tạo nếu do các hoạt
động của con ngƣời gây nên và gọi là tự nhiên nếu không phải do con ngƣời
gây ra (Lê Huy Bá và cộng sự, 2000; Brittin Wesley E., và cộng sự, 1972;
Ellis K.V., và cộng sự, 1989; Larkin P.A., và cộng sự, 1974; Palmer C.
Mervin…,1980; Wilber Charles G.., 1971). Những đặc điểm chung của các
hồ giàu, nghèo dinh dƣỡng và chỉ dẫn để đánh giá độ phì nhiêu của nƣớc hồ
đƣợc thể hiện qua Bảng 1.1 và 1.2
Bảng 1.1. Đặc điểm chung của các hồ giàu và nghèo dinh dƣỡng
Nghèo dinh dƣỡng
Phú dƣỡng hóa
Độ sâu
Sâu
Nông
Oxy trong nƣớc mùa hè
Có
Không
Tảo
Nhiều loại, mật độ và
Ít loại, mật độ và năng suất
năng suất thấp, chủ yếu là
cao, chủ yếu là
Chlorophyceae
Cyanobacteria
Tảo nở hoa
Ít
Nhiều
Nguồn dinh dƣỡng thực vật
Ít
Nhiều
Động vật
Ít
Nhiều
Cá
Cá hồi và cá tráng
Cá nƣớc ngọt
(Nguồn: Lê Huy Bá và cộng sự, 2000)
Quá trình biến đổi về mặt vật lý, hóa học, sinh học xảy ra trong ao, hồ
tự nhiên, cửa sông hay hồ chứa khi chúng nhận đƣợc lƣợng dinh dƣỡng cao
(chủ yếu là muối nitơ và phospho) từ sự xói mòn hay từ các dòng nƣớc mặt
của các vùng xung quanh đổ vào thủy vực. Sự phú dƣỡng của thuỷ vực đƣợc
đặc trƣng bởi hiệu suất sản sinh cao do đƣợc cung cấp đầy đủ chất dinh
dƣỡng. Ngƣợc với loại thuỷ vực nghèo dinh dƣỡng (oligotrophic), không sản
sinh do ít các chất dinh dƣỡng, ngoài ra còn có loại thuỷ vực dinh dƣỡng
trung bình (mesotrophic) là loại trung gian của hai loại trên (Bộ Khoa học
Công nghệ và Môi trƣờng, 1995; Robert G, Wetzel, 1975).
4
Bảng 1.2. Đánh giá độ phì nhiêu của nƣớc hồ
Chỉ tiêu
Nghèo dinh
Vừa dinh
Phú dƣỡng
dƣỡng
dƣỡng
hóa
P tổng cộng (µg/l)
< 10
10- 20
> 20
N tổng cộng (µg/l)
< 200
200- 500
> 500
Độ trong (m)
> 3,7
3,7- 2,0
< 2,0
Oxy hòa tan trong khối nƣớc (mg/l)
> 80
10- 80
< 10
Diệp lục (µg/l)
<4
4- 10
>10
Sản lƣợng thực vật trôi nổi
7- 25
75- 250
350- 700
(gC/m2.ngày)
Nguồn: Kraonew, 1994 (Lê Huy Bá và cộng sự, 2000))
Theo quan điểm khoa học, hồ phú dƣỡng có đặc điểm thƣờng là nông
với sự sinh trƣởng và phát triển mạnh mẽ của các loài thực vật. Hàm lƣợng
các chất dinh dƣỡng cơ bản trong hồ cao, hàm lƣợng trung bình hàng năm
của các dạng nitơ vô cơ lớn hơn 0,3 mg/l và hàm lƣợng phospho vô cơ trung
bình năm lớn hơn 0,015 mg/l. Độ kiềm dao động từ 50- 100 mg/l. Các hồ này
là môi trƣờng sống lý tƣởng của rất nhiều loài thực vật nổi, một số loài có thể
nở hoa phổ biến và thƣờng xuyên trong mùa sinh trƣởng. Nhìn chung tổng
sản lƣợng sơ cấp trong những hồ phú dƣỡng dao động từ 0,5- 5,0 g chất hữu
cơ khô/m2/ngày trong mùa sinh trƣởng thuận lợi nhất, trong khi sản lƣợng sơ
cấp của các bon hữu cơ là 480 tấn/km2/năm (Wilber Charles G.., 1971).
1.2. Nguyên nhân và hậu quả của sự phú dƣỡng
1.2.1. Nguyên nhân
Có nhiều nguyên nhân gây lên sự phú dƣỡng của hồ nƣớc. Tuy nhiên,
sự phú dƣỡng có khuynh hƣớng xảy ra đều đặn nhƣng rất chậm thƣờng là qua
một giai đoạn hàng trăm năm. Yếu tố quan trọng từ những hoạt động của con
ngƣời thƣờng gây ra sự phú dƣỡng nhanh chóng (Wilber Charles G.., 1971).
Khi nghiên cứu về môi trƣờng và hệ sinh thái hồ, trong tổng lƣợng các
5
nguồn nƣớc thải đến hồ, nguồn phospho và nitơ luôn đƣợc quan tâm nhiều
nhất bởi hai nguồn này là cơ sở vật chất ban đầu, là xuất phát điểm quyết định
chất lƣợng môi trƣờng nƣớc và trầm tích đáy. Các kết quả nghiên cứu từ trƣớc
tới nay về đầm hồ học đã tổng kết các nguồn dinh dƣỡng tiềm năng đến hồ
bao gồm:
- Nguồn dinh dƣỡng ngoại lai (External Sources)
- Nguồn dinh dƣỡng tại chỗ (Internal Sources)
Hình 1.1. Con đường chuyển tải các nguồn gây phú dưỡng tới hồ
Khí quyển
Cống thải
Vùng lƣu vực
(nguồn điểm)
(đất đô thị, đất nông
nghiệp, đất hoang tự
nhiên…)
(nguồn không điểm)
Hồ
Nƣớc ngầm
Trầm tích đáy
(theo Rying, Rast, 1989 ) (Hồ Thanh Hải và cộng sự, 1998)
Nguồn dinh dƣỡng ngoại lai đƣợc phân biệt bởi nguồn điểm (Point
Sources) và nguồn không điểm (Non-point Sources). Nguồn dinh dƣỡng điểm
là nguồn gây ô nhiễm có thể xác định đƣợc vị trí, lƣu lƣợng cụ thể, ví dụ nhƣ
các nguồn nƣớc thải từ đô thị, nƣớc thải công nghiệp, nƣớc thải sinh
hoạt…Nguồn không điểm là nguồn không xác định đƣợc cụ thể vị trí, lƣu
lƣợng, ví dụ nƣớc chảy tràn ở khu đô thị, nông thôn, nƣớc mƣa bị ô nhiễm
6
(Lê Thị Thanh Hƣơng, 1998 ; Đặng Ngọc Thanh và cộng sự, 2007).
Nguồn dinh dƣỡng nội tại trong hồ (Internal sources): là sản phẩm của
quá trình quang hợp, trao đổi chất và năng lƣợng trong chu trình sống của các
loài sinh vật thủy sinh. Các yếu tố nhƣ nhiệt độ, ánh sáng, sự thoát nƣớc chậm
gây ứ đọng cũng có thể là nguyên nhân gây nên hiện tƣợng nở hoa của tảo.
Các nguồn gây ô nhiễm cụ thể gồm:
- Nước thải đô thị : khoảng 70- 90% tổng lƣợng nƣớc sử dụng của đô thị chảy
vào đƣờng cống thoát nƣớc;
- Nước thải sinh hoạt: phát sinh từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, cơ
quan, trƣờng học, chứa các chất thải trong quá trình sinh hoạt;
- Nước thải công nghiệp: từ các cơ sở sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công
nghiệp, giao thông vận tải… Nƣớc thải công nghiệp không có thành phần cơ
bản giống nhau, nó phụ thuộc vào ngành sản xuất, ví dụ: nƣớc thải của các xí
nghiệp chế biến thực phẩm thƣờng chứa một lƣợng lớn các chất hữu cơ. Tùy
theo mức độ xử lý, nƣớc thải công nghiệp sẽ đƣợc hòa vào hệ thống thoát
nƣớc chung hay hệ thống thoát nƣớc riêng (Brault Jean Loius, 1999);
- Các nguồn từ nông thôn: gồm nguồn nông nghiệp, lâm nghiệp và dân cƣ.
Trong đó nguồn nông nghiệp là nguồn quan trọng nhất (Brittin Wesley E., và
cộng sự, 1972).
Từ các nguồn gây ô nhiễm, nguồn phospho dƣới dạng muối phosphat
(PO43-) là nguyên tố dinh dƣỡng quan trọng đối với sự phát triển của thực vật
và vi sinh vật. Các chất này có thể thâm nhập vào nƣớc thông qua các quá
trình tự nhiên nhƣ: các dòng nƣớc lũ chảy qua rừng, đầm lầy, sự xói mòn đất,
các chất thải của chim và bò sát sống quanh hồ, sự cố định nitơ của các vi
sinh vật… Khi bị phân hủy dƣới tác dụng của vi sinh vật nồng độ các ion dinh
dƣỡng tăng cao, gây ra sự phát triển của tảo ( Nguyễn Hữu Phú, 2001; Brittin
Wesley E., và cộng sự, 1972; Canale R.P., và cộng sự, 1973; Muraray, 1994;
7
Mervat E. and Logan A.W., 1996).
Bên cạnh muối nitơ và phospho, một số chất khác nhƣ: các kim loại vi
lƣợng, các vitamin, các axit amin cũng tham gia vào việc gây nên sự phú
dƣỡng (Brittin Wesley E., và cộng sự, 1972).
Một số hồ trên thế giới có hàm lƣợng các chất gây phú dƣỡng khá cao,
tại Mỹ, lƣợng phospho nhân tạo trung bình vào khoảng 2,1 kg/ngƣời/năm
tƣơng đƣơng với khoảng 1/6 lƣợng nitơ. Hồ Washington nằm ở Tây Bắc nƣớc
Mỹ, có diện tích 87,6 km2 và chỗ sâu nhất là 76,5 m, trong hồ các kết quả
nghiên cứu cho thấy lƣợng phosphat vào mùa đông tăng đáng kể, mật độ thực
vật trôi nổi vào mùa hè tăng vài lần trong những năm 1950, loài tảo lam
Oscillatoria rubescens nở hoa dày đặc và có thể quan sát dễ dàng (Lê Huy Bá
và cộng sự, 2000; Đặng Ngọc Thanh2 và cộng sự, 2007).
Hồ Neagh ở Bắc Ailen, có diện tích 383 km2, độ sâu trung bình 8,6 m.
Nƣớc hồ bị phú dƣỡng quá mạnh, lƣợng phosphat và nitrat ở vịnh Kinnego
trong hồ cao gấp 3 lần so với mức cao nhất của hồ Washington, lƣợng diệp
lục α cao gấp 8 lần. Ở giữa khối nƣớc hồ, các nồng độ này có thể thấp hơn đôi
chút nhƣng dù sao đây cũng là hồ có độ dinh dƣỡng cao bậc nhất trên thế giới
(Lê Huy Bá và cộng sự, 2000).
Hồ Erie là một ví dụ điển hình về phú dƣỡng của các hồ Canada và
thƣờng đƣợc gọi là hồ chết, mỗi ngày hồ nhận 20.000 pound (9080 kg)
phosphat, mỗi pound (0,454 kg) phosphat lại có thể kích thích sự phát triển
của 700 pound (317,8 kg) tảo (Larkin P.A., và cộng sự, 1974).
Tại Việt Nam, theo thống kê, khoảng 90% cơ sở sản xuất và hầu hết các
khu công nghiệp, hệ thống xử lý nƣớc chƣa đảm bảo yêu cầu nƣớc thải đầu ra.
Nƣớc thải của các ngành công nghiệp sản xuất phân bón, thực phẩm, chế biến
thủy hải sản… không những làm tăng hàm lƣợng các ion dinh dƣỡng vô cơ
mà làm tăng thêm hàm lƣợng nhiều chất ô nhiễm nguy hiểm khác. Lƣợng
8
phân dƣ thừa trong trồng trọt không hấp thụ hết sẽ giữ lại trong đất, một phần
trong đó bị rửa trôi đi vào các nguồn nƣớc mặt và nƣớc ngầm. Ngƣời ta đã
xác định đƣợc rằng, trong điều kiện lý tƣởng về nhiệt độ, thời tiết và kỹ thuật
chỉ có 50-70% lƣợng phân bón đƣợc cây sử dụng, 2-20% bị mất do bay hơi,
15-20% đƣợc giữ lại trong đất do liên kết với các hạt sét, hạt keo, 2-10% bị
rửa trôi đi vào các nguồn nƣớc. Trong điều kiện khí hậu nóng ẩm, lại là nƣớc
nông nghiệp nên tỷ lệ rửa trôi và mất mát chắc chắn còn lớn hơn rất nhiều
(Đào Văn Bảy và cộng sự, 2005; Lâm Ngọc Thụ và cộng sự, 2005).
1.2.2. Hậu quả của sự phú dƣỡng
Sự phú dƣỡng gây ra những biến đổi rõ rệt tới hệ sinh thái, ảnh hƣởng
đến môi trƣờng nƣớc, con ngƣời và cảnh quan môi trƣờng sống. Các ảnh
hƣởng quan trọng nhất có thể là:
Làm cho sự cân bằng oxy bị phá vỡ. Mức quá bão hòa oxy xảy ra vào
thời gian đƣợc chiếu sáng ban ngày, lúc tảo nở hoa thực hiện quá trình quang
hợp, nhƣng vào ban đêm nồng độ oxy hòa tan lại giảm xuống ở mức rất thấp
thậm chí bằng 0 do sự hô hấp của tảo. Mặt khác nồng độ oxy hòa tan thấp vào
ban đêm cũng do nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) của các sinh vật phân hủy các
tảo chết. Điều này ảnh hƣởng nghiêm trọng đến đời sống các thủy sinh vật
sống trong hồ, đặc biệt là cá (Brittin Wesley E., và cộng sự, 1972; Ellis K.V.,
và cộng sự, 1989; Larkin P.A., và cộng sự, 1974; Palmer C. Mervin…,1980;
Wilber Charles G.., 1971). Các điều kiện kị khí khá phổ biến ở các tầng nƣớc
sâu của nhiều hồ phú dƣỡng. Do sự phân hủy kị khí ở nƣớc mà sunfat bị khử
thành hydrosunfua (H2S) gây độc cho tất cả các sinh vật sống ở tầng nƣớc sâu
(Ellis K.V., và cộng sự, 1989; Palmer C. Mervin…,1980).
Theo Andersen P, 1996, hiện tƣợng nở hoa của tảo độc trong hồ phú
dƣỡng là hiện tƣợng mật độ của một hoặc một số loài tảo độc tăng bất thƣờng,
đạt tới mức có thể gây nguy hại tới các sinh vật khác. Sự nở hoa của tảo độc
9
phát triển (dạng bọt có mùi,vị và nhìn thấy đƣợc), chúng có thể tiết độc chất
ra môi trƣờng nƣớc, tạo nên một lớp váng dày, có khi lên đến vài cm trên bề
mặt thủy vực. Làm thay đổi màu nƣớc, giảm hiệu suất của các chuỗi thức ăn
vì những sinh vật ăn tảo bình thƣờng không thể ăn chúng đƣợc và khi tàn lụi
chúng sẽ gây ra mùi hôi thối, ô nhiễm môi trƣờng, có thể gây thiệt hại với
ngành du lịch (Nguyễn Xuân Nguyên và cộng sự, 2004; Nelson D.L., Cox M.
M., 2000).
Về mặt sức khỏe, hầu hết cả con ngƣời, động vật nuôi, chim...đều rất
nhạy cảm với độc tố do tảo độc, hại sinh ra. Thông thƣờng đó là các chất rất
độc đối với con ngƣời nhƣ: Hepatotoxin (gây ung thƣ gan), Neurotoxin (gây
độc thần kinh), hay chỉ đơn thuần là các chất gây dị ứng da và mắt (Đặng
Diễm Hồng, 2006). Khi tầng nƣớc mặt bị che phủ bởi các lớp váng tảo nở
hoa, ngƣời ta phải lấy nƣớc cấp ở tầng sâu hơn. Nếu sử dụng nƣớc cấp này có
thể gây ra một số vấn đề nghiêm trọng : gây tắc các ống lọc nƣớc, làm giảm
tuổi thọ của hệ thống ống dẫn nƣớc. Trong tầng nƣớc sâu, các sản phẩm của
sự phân hủy kị khí làm cho nƣớc có vị và mùi khó chịu, mặt khác do tiềm
năng oxy hóa khử giảm, nƣớc có nồng độ sắt hóa trị thấp và các muối magan
cao (Ellis K.V., và cộng sự, 1989; Jones Gary J., 1994; Tiffany L.H.., 1968;
Wilber Charles G.., 1971).
Tổ chức y tế Thế giới (WHO) đã qui định đối với nồng độ độc tố của
tảo độc, hại (nếu có) trong nƣớc uống cho con ngƣời là không vƣợt quá 1µg.11
. Trên Thế giới, có rất nhiều bằng chứng cho thấy những thiệt hại do tảo độc,
hại nở hoa gây nên rất lớn. Theo thống kê, hàng năm trên Thế giới có khoảng
2000 ngƣời bị ngộ độc (trong đó số ngƣời chết chiếm khoảng 15%) do tiêu
thụ các động vật thân mềm hai mảnh vỏ hoặc do ăn phải các loài cá bị nhiễm
độc tố tảo (Hallegraeff G.M và cộng sự,1995). Thí dụ: Trong khoảng thời
gian từ tháng 9/1988 đến tháng 3/1989 tại các vịnh Villareal, Carigara và
10
- Xem thêm -
.PDF 
94 
142 
87 
