nghiên cứu quá trình tự làm sạch nguồn nước ở một số ao, hồ, ở quận thủ đức

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU1.1 Đặt vấn đềViệt nam là một quôc gia có diện tích đất ngập nước rất lớn .Theo thống kêcủa bộ thủy sản số liệu của ban chỉ đạo chương trình nuôi trồng thủy sản ,bộ thủys

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU1.1 Đặt vấn đề

Việt nam là một quôc gia có diện tích đất ngập nước rất lớn Theo thống kêcủa bộ thủy sản (số liệu của ban chỉ đạo chương trình nuôi trồng thủy sản ,bộ thủysản năm 2001): tổng diện tích mặt nước sử dụng cho ngành nuôi trồng thủy sản đếnngày 16 tháng 10 năm 2008 đất nuôi trồng thủy sản kể cả nước lệ hay nước mặn là28.036,92 ha.Hệ thống sông ngoài nhiều thuận lợi cho nhiều người dân vận dụng vàoviệc nuôi trồng thủy sản rất thuận lợi.Tuy nhiên bên cạnh việc phát triển ngành nuôitrồng thủy sản ngày càng phát triển cũng dẫn đến môi trường cũng ngày càng suygiảm và dẫn đến ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng,các tập tục lạc hậu của người dânnhư là thiếu quy hoạch,sử dụng bữa bãi thuốc, hóa chất, chế phẩm sinh học dẫn đếnmôi trường ngày càng bị ô nhiễm, việc xả hệ thống nước thải chưa được xử lý ra môitrường 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 ônhiễm môi trường là một vấn đề rất quan trọng.Trong một xã hôi ngày càng pháttriển 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, giáthành rẻ phù hợp khi xử lý nước ở các nghành nuôi tròng thủy sản

1.2 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

-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 đangnghiên 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, khảnăng tự làm sạch của một số ao hồ ở Thủ Đức từ đó có biện pháp xử lý cho nguồnnước 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 lýnguồn nước trong một số ao, hồ, dựa vào điều kiên đặt thù và môi trường sinh thái vàđiều kiện tự nhiên –kinh tế- xã hội ở quận Thủ Đức Tiến hành xác định địa điểm lấymẫu nước từ các ao hồ trong khu vực có các cây cỏ và bèo sinh sống Các mẫu nướcsau 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 lượngcủa nước mặt

Phương pháp luận được tóm tắt như sau:

Hình 1.1 Sơ đồ nghiên cứu

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

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 trườngnước phục vụ cho quá trình nghiên cứu Các thông tin được tập hợp và xử lý theochủ 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 tạikhu 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 baogồm :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, khảnăng của quá trình tự làm sạch của nước trong các ao hồ, từ đó ứng dụng trong quátrình 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 nghiệmbản thân và năng lực còn nhiều hạn chế và thiếu sót, nên kết quả phân tích đánhgiá,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

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 thốngthủy 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 thựcvật dưới nước cũng phát triển rất mạnh, thực vật ngập nước là thành phần then chốtcủa hệ sinh thái bởi vì chúng cung cấp lớp vỏ che chở cho sự sinh sản, nơi ẩn náucủa thú ăn mồi Theo đó, thực vật dưới nước tạo dựng nên những chức năng hữu íchcủa đất ngập nước, chúng có giá trị xã hội đáng kể như quản lý chất cặn và sự vậnchuyển các chất dinh dưỡng Những giá trị về giải trí và giá trị cảnh quan thẩm mỹđược 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 câymọc 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 hoàntoàn trong nước,cây ở nước chịu phạm vi rộng của sự tràng ngập luân phiên và điềukiện khô kiệt Những trận lụt định kì

Các loại thực vật sống ở trong nước chúng được gọi là thực vật thủy sinh Cácloài thủy sinh thuộc loài thảo mộc, thân mền Quá trình quang hợp của các loài thủysinh hoàn toàn giống các loài thực vật trên cạn Các chất dinh dưỡng được hấp thụhầu 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 khíkhổng 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 vậtchất trong nước sẽ chuyển qua bộ rễ của thực vật thủy sinh và đi lên lá Lá nhận ánhsáng mặt trời để tổng hợp chất hữu cơ Các chất hữu cơ này cùng với các chất khácxây 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 màkhông 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.Tácđộng của còn người giúp quá trình xảy ra rất nhanh Nếu không có sự hiểu biết sẽlàm chậm hoặc ngưng trễ của quá trình trên Nếu có sự hiểu biết sẽ làm tăng nhanhquá trình chuyển hóa trên.Việc làm tăng nhanh quá trình chuyển hóa trên ở các dạngnước thải nhờ VSV và nhờ thực vật thủy sinh là phương pháp được nhiều nhà khoahọc 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 sinhcũng phát triển rất phong phú ở nhiều lĩnh vực trên trái đất Để tồn tại trong môitrường nước khác nhau đòi hỏi mõi loài thực vật đòi hỏi phải có sự tiến hóa và tínhthích 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 sẽchết 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 Mộtđiểm khác cũng cần lưu ý rằng Không phải tất cả các loài thực vật thủy sinh điều cóthể sử dụng để xử lý nước Chỉ có ít trong số thực vật thủy sinh mới có những tínhchất 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 làthực vật thủy sinh ngập nước Đặt điểm của loài thực vật thủy sinh ngập nước làchúng tiến hành quang hợp hay các quá trình trao đổi chất hoàn toàn trong lòngnước

Khi thực vật thủy sinh sống hẳn trong lòng nước, có rất nhiều quá trình xảy rakhông giống như thực vật sống trên cạn Những quá trình đó bao gồm

+Độ đục của nước

+Chiều sâu của nước

Ánh sáng mặt trời có tác dụng tốt nhất ở chiều sâu của nước 50cm trởlại.Chính vì thế,mà chúng ta thấy phần lớn các thực vật ngập nước phát triển nhiều ởchiều sâu này (tính từ bề mặt nước )

- Từ quá trình hòa tan của không khí

Các quá trình hô hấp thải CO2 thường xảy ra trong điều kiện thiếu oxy Cácphản ứng hóa học xảy ra trong môi trường nước chứa nhiều cacbonat Khả năng hòatan CO2 từ không khí rất hạn chế Chúng chỉ xảy ra ở bề mặt nước và khả năng nàythường giới hạn ở độ dày của nước khoảng 20 cm kể từ bề mặt nước Chính vì nhữnghạn chế này mà các loài thực vật thủy sinh thường phải thích nghi hết sức mạnh vớimôi 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 bámvào 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 thânmềm nổi trên bề mặt nước Đây là phần nhận ánh sáng mặt trời trực tiếp Phần dướinước là rễ, rễ các loài thực vật này là rễ chùm Chúng phát triển trong lòng môitrường nước, nhận các chất dinh dưỡng trong nước và chuyển lên lá, thực hiện quátrình quang hợp Các loài thực vật trôi nổi phát triển và sinh sản rất mạnh, nhiều khichúng gây ra những vấn nạn sinh khối

Nhóm thực vật này gồm 3 loài như sau: bèo lục bình (water hyacinth), bèotấm (duck week), rau diếp nước (water lettuce) Những loài thực vật này nổi trên mặtnước và chúng thường chuyển động trên mặt nước theo gió thổi và theo dòng chảycủa nước Ở những khu vực nước không chuyển động như ao hồ, chúng sẽ chuyểnđộng theo sông nước và theo dòng chảy

Khi thực vật loài này chuyển động sẽ kéo theo rễ của chúng quét trong dòngnước, 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 VSVbám vào đó, phân hủy hay tiến hành quá trình vô cơ hóa các chất hữu cơ trong nướcthải So với thực vật ngập nước, thực vật trôi nổi có khả năng xử lý các chất ô nhiễmrất cao

Ở nhiều nước nhiệt đới, các loài thực vật trôi nổi này, đặc biệt là loài lục bìnhphát triển rất nhanh ở các dòng sông Một mặt lục bình làm giảm khả năng gây ônhiễm của nước, mặt khác chúng làm tắc nghẽn dòng chảy và gây ra hiện tượng ùntắc 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 Mộtphần thân và toàn bộ lá của chúng lại nhỏ hẳn trên mặt nước Phần rễ bám vào đấtngập trong nước, nhận các chất dinh dưỡng trong đất, chuyển chúng lên lá trên mặtnước để tiến hành quá trình quang hợp Thuộc các loài này là các loài cỏ nước và cácloài lúa nước Việc làm sạch môi trường nước đối với các loài thực vật này chủ yếu ởphần lắng ở đáy lưu vực nước Những vật chất lơ lửng thường ít hoặc không đượcchuyển 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 điềukiện 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 ônhiễm 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 nhiềunước 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 khácnhau 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 từquá 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 thâncây ngập nước hay các loài thực vật trôi nổi Nhờ sự vận chuyển (đặt biệt là thực vậttrôi 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 Nhưvậy, hiệu quả xử lý nước trong trường hợp này sẽ cao hơn khi không có thực vật thủysinh Ở đây ta cũng coi mối quan hệ của VSV và thực vật thủy sinh như mối quan hệcộng sinh Mối quan hệ cộng sinh này đã đem lại sức sống tốt cho cả hai nhóm sinhvật và tác dụng xử lý sẽ tăng cao

Sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước ô nhiễm trong nhiều trường hợpkhông cần cung cấp năng lượng Do đó việc ứng dụng thực vật thủy sinh để xử lýnước 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 điểmnhất 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 tiếnhành quá trình quang hợp nên luôn cần thiết để có ánh sáng Sự tiếp xúc giữa thựcvật và ánh sáng trong điều kiện có đủ chất dinh dưỡng càng nhiều thì quá trìnhchuyển hóa càng tốt Do đó, diện tích bề mặt tiếp xúc này sẽ cần nhiều Điều đó sẽrất khó khăn khi ta tiến hành xử lý nước ô nhiễm nước ở đô thì vốn rất khó khăn vềđất Tuy nhiên nó lại rất thích hợp cho những vùng nông thôn, kể cả những vùngkhông có điện

+ Trong điều kiện các loài thực vật phát triển mạnh ở các nguồn nướcthải, bộ rễ của chúng như những chất mang rất hữu ích cho VSV bám vào đó Trongtrường hơp không có thực vật thủy sinh (đặt biệt là các loài thực vật trôi nổi), cácloài thực vật sẽ không có chỗ bám vào.Chúng sẽ rất dễ dàng trôi theo dòng nướchoặc bị lắng xuống đáy

Ở đây là hai vấn đề cần hiểu rõ Thứ nhất, rễ của các loài thực vật thủy sinh sẽđóng vai trò tích cực trong việc tăng trưởng của VSV nếu VSV đó không phải lànhững VSV gây bệnh, chúng cũng đóng vai trò không tích tịch cực đối với VSV gâybệnh Trong trường hợp này cac loài VSV gây bệnh sẽ phát triển rất mạnh ở bộ rễ vànhững vùng xung quanh của thực vật, chúng là những tác nhân gây ô nhiễm môitrường rất mạnh

Ngoài bộ rễ ra, các loài thực vật thủy sinh còn chiếm không gian rất lớn,ngăncản ánh sáng chiếu sâu vào lòng nước Khi đó VSV không bị tiêu diệt bởi tác độngánh 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 dụngnày không chỉ tạo điều kiện cho các VSV có ích phát triển mà cả những VSV gâybệnh phát triển Do đó hiện tượng trên vừa có lợi vừa có hại, có lợi là các VSV cóích (những VSV phân giả các chất hữu cơ, vô cơ) phát triển, làm sạch môi trườngnước, có hại là các VSV gây bệnh phát triển rất mạnh sẽ làm nước bị ô nhiễm tăngmạnh hơn Hiểu biết được bản chất tự nhiên này giúp ta tìm biện pháp tích cực trongcông 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 sinhrất 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 thủysinh 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 xuấtsinh khối khoảng 135-199 tấn chất khô/ha/năm Cá biệt ở những vùng thuận lợi cóthể 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 giáđược khả năng sinh khối của các loài thực vật thủy sinh, người ta đã đưa ra côngthức 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 caocây và nhánh cây, số lượng lá được tạo ra hàng ngày, một phương pháp chính xácnhất là người ta thu hoạch toàn bộ số sinh khối thực vật ở thời điểm phát triển caonhất trong chu kỳ của chúng,phơi khô hoặc sấy khô đến trọng lượng không đổi cântrọng lượng của sinh khối đó Từ đó, ta tính được năng xuất sinh khối thu được trênmột 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 năngsuất sinh khối giữa các loài thực vật với nhau và cho phép ta dự đoán và tính toánkhả năng sử dụng chúng trong xử lý ô nhiễm cũng như sử dụng sinh khối này làmthức ăn gia súc,thực phẩm cho người hay làm phân bón Những số liệu về năng suấtsinh khối còn cho ta đánh giá khả năng làm bền vững sinh thái hay làm thay đổi hệsinh thái do chúng gây ra Ngoài các số liệu về năng xuất sinh khối còn cho ta biếtmức độ ô nhiễm của nước, khả năng làm sạch của chúng từ đó cho chúng ta thiết lậpđược công nghệ xử lý

Để đánh giá khả năng chuyển hóa vật chất trong nước,người ta thường phảiphân tích một mẫu rất lớn.Các mẫu này thường được lấy ở các phần của thực vật vàtrong nước ô nhiễm.Từ đó xác định sự giảm vật chất và xác định khả năng tích lũyvật chất đó trong các thành phần cây.Đây là công việc rất phúc tạp đòi hỏi ngườinghiên 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 tốtcho môi trường, đặt biệt là sinh thái môi trường Người ta cũng nhiều lần thấy hiệntượng 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 đếncác VSV sống trong nước Ngoài ra do sự phát triển quá mức của lục bình sẽ làm hạnchế 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 hợpprotein 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 đặttrưng 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 dựtrữ 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:

C 6 H 12 O 6 +6O 2 6CO 2 +6H 2 O+ATP

Ở đây,đường glucose là vật chất được sử dụng trong quá trình hô hấp thườngxuyên nhất Khi gặp Oxy, chúng sẽ được chuyển thành carbondioxide và nước Nănglượng được giải phóng sẽ được giữ lại trong các cầu nối của phân tử ATP Thực raquá 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 ATPđược tạo thành không nhiều Các hợp chất cao năng khác như NADH(dạng khử củaNAD+) 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 kếtthúc bằng sự tạo thành axit pyruvic.Toàn bộ quá trình được tóm tắt như sau:

Glucoso

Fructose– 6 – photphate

ATPFructose– 1,6 – diphotphateGlyceraldehyde– 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) Quátrình này,tế bào thu được 2 phân tử ATP và hai phân NADH Thực ra đườngphân tạo được bốn phân tử ATP, nhưng do có hai phân tử ATP được sử dụng đểhoạt hóa glucose trong giai đoạn đầu của đường phân nên tế bào chỉ thu được haiphân 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 thànhacetyl-CoA.Đây là phản ứng xảy ra trước khi xảy ra chu trình Kreb

Quá trình này được tóm tắt như sau:

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 thànhhai 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 mộtphân tử ATP ở giai đoạn tạo thành succinate,nhưng lại tạo ra nhiều phân tử giàunăng lượng khác khác (3 phân tử NADH và 1 phân tử FADH2).Từ một phân tửglucose 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 đoạnnày 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 Cácenzym 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) vàcytochrome C(cyt.C) Các phức hợp vận chuyển điện tử được tổ chức theo cách đặtbiệt 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 hợpI(NAD-H-ubiquinone oxidoreductase)

Phức hợp I chuyển điện tử từ NADH đến ubiquinone.Ubiquinone không luônluôn 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 ngoạibiên (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 chứacytochrome 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

1/2O 2 +2H + +2e- H 2 O

Phần lớn các phân tử có liên quan trong chuỗi vận chuyển điện tử đều nằmtrong các phức hợp protein xuyên màng, chỉ có hai chất chuyển điện tử linh độngnằm ngoài các phức hợp này đó là ubiquinone và cytochrome C

Thành phần của phức hợp II gồm các succinate dehydrogenase của chu trìnhkreb Enzym này có coenzyme là FAD, xúc tác phản ứng oxy hóa succinic thànhfumaric

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 thựcvật và ở một số loài VSV Quá trình quang hợp này xảy ra ở lục lạp.Sắt tố quang hợpnhận năng lượng mặt trời tiến hành oxy hóa nước,giải phóng oxy và khử CO2 để tạothành 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 năngATP 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 +

Các sắc tố quang hợp đều nằm trong màng thylakoid của lục lạp Năng lượngmặt trời được hấp thụ chủ yếu nhờ diệp lục tố có trong lục lạp của lá Ngoài ra, cácloại carotenoid cũng có khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời trong quá trình quanghợp

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 vòngpyrrole 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 sốloài 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.Diệplục 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 đuôiphytol

-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 hầuhết các cơ quan quang hợp Sắc tố này thay thế sắc tố màu xanh lá khi tiết trờichuyển 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 Chúngtham gia trực tiếp quá trình quang hợp

Diệp lục tố b và carotenoit không tham gia trực tiếp vào phản ứng trong phasáng Chúng có thể nhận ánh sáng ở những bước sóng mà diệp lục tố a không nhânđược 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 đạtđến 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 bằngban đầu theo một trong ba cách sau:

-Điện tử được kích hoạt lại trạng thái căn bản bằng cách phóng thích nănglượng ở dạng nhiệt năng và ánh sáng có độ dài sóng dài hơn (hiện tượng phát huỳnhquang) 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 cănbản

-Sau khi nhận quang tử, diệp lục tố sẽ chuyển các điện tử được kích hoạt củachúng sang một phần tử kế bên Phần tử kế bên này nhận điện tử và sẽ bị khử, cònsắc tố ban đầu bị oxy hóa, sau đó sắc tố trở lại trạng thái ban đầu bằng cách nhận mộtđiện tử từ một chất cho

Sự chuyển điện tử đã được tích lũy năng lượng mặt trời từ diệp lục tố đếnchất nhận điện tử thứ nhất là bước đầu tiên của phản ứng sáng Từ chất điện tử thứnhất, điện tử sẽ qua nhiều chất nhận điện tử khác trong chuỗi vận chuyển điện tửquang hợp để tạo ra ATP và NADH

Trong chuỗi vận chuyển quang hợp xảy ra ở màng thylakoid có hai mắt xíchrất quan trọng, đó là hai phức hợp có khả năng thu nhận ánh sáng được gọi là hệthống quang học (photosystem) Hai hệ thống này được đánh số thứ tự là PSI vàPSII 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 thíchđiện từ đã được kích hoạt của nó cho chất nhận thứ nhất để khởi động các phản ứngsáng 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 phảnứng quang hóa

-Các phân tử sắc tố khác được gọi là anten thu nhận ánh sáng Chúng cónhiệm vụ thu nhận các proton và chuyển năng lượng từ các phân tử này sang phân tửkhác đến trung tâm phản ứng, còn được gọi là phức hợp thu nhận ánh sáng Thôngthường, một phức hợp anten chứa 300 – 400 phân tử diệp lục tố liên kết với nhautrên mang thylakoid nhờ protein.Tùy loài thực vật, mỗi một phức hợp anten còn chứacác sắc tố phụ khác nhau giúp thực vật thu nhân ánh sáng ở các bước sóng khácnhau

Khi một phân tử diệp lục tố trong phức hợp anten nhận quang tử thì điện tửcủa 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 chotới 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 vậnchuyển điện tử Sau đó điện tử này sẽ được đưa vào chuỗi vận chuyển điện tử quanghợp 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 màngthylakoid theo hướng từ stroma và khoảng trong thylakoid Sự bơm ion H+ này tạo ramột sự chênh lệch nồng độ ion H+ ở hai bên màng thylakiod, dẫn đến sự phát sinhhiện tưởng thẩm thấu qua màng.DO đó, các ion hydro có khuynh hướng di chuyểnngược 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 sựphotphoryl hóa ADP tạo ra ATP Quá trình này được gọi là quang photphoryl hóa vìkhi 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 tronghoạt động quang hợp, nhưng chỉ khác ở chỗ là năng lượng hô hấp được lấy từNADH Như vậy, tổng giai đoạn này, chất nhận điện tử cuối cùng là NADP+, khôngphải 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 giaiđoạn 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 sửdụng trong chu trình Klvin để tổng hợp các chất hữu cơ cho thực vật, đặt biệt là sựtổng hợp gluxit

Trong pha tối, CO2 được thu nhận được bởi chất nhận có sẵn trong tếbào 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) ribulosebiphotphate (RuBP) để cho ra sáu phân tử axit hữu cơ (axit 3 - photphoglyceric (3PGA -) 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 tửNADP – H để khử 6 phân tử 3 – PGA tạo ra sáu phân tử giàu năng lượngglyceraldehyd – 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 đểtái 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 bàocần hai phân tử G3P

+Giai đoạn tạo RuBP:

Ở giai đoạn này, năm phân tử G3P sẽ được chuyển hóa để tạo ra baphân 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 tửglucose 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 phasáng và pha tối

Trong pha sáng, phân tử nước được sử dụng để cung cấp điện tử vàion H+ cho quá trình tạo ra ATP và NADH Những hợp chất cao phân tử này lànguồn năng lượng để thực hiện các phản ứng của chu trình Calvin sau chu trìnhCalvin là các sản phẩm hữu cơ và ADP,NADP+ sẽ được trở lại cho pha sáng của quátrình 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 cácchất vô cơ để tạo thành các chất hữu cơ, trong đó hàm lượng các chất ở môi trườnggiảm và chúng được chuyển thành sinh khối thực vật và tạo ra những chất khí thảivào 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 làchuỗi 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 trườngbên ngoài.Thực vật chỉ đồng hóa các chất hữu cơ ở dạng vô cơ hòa tan Do đó, cácaxit 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 cácribosome được tạo bởi sợi ARN (axit ribonucleic) Quá trình tổng hợp protein là mộtquá trình rất phức tạp, các loại protein khác nhau ở số lượng các axit amin và thứ tựsắp xếp các axit amin trong phân tử protein lại được quyết định bởi AND (axitdeoxyribonucleic) AND nằm trong nhân và hoạt động trong nhân của tế bào

Protein được tổng hợp ở polyribosome, chúng nằm ngoài nhân Chất chuyểnthông 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 quátrình 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 ANDbao 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 chỗAND 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 nucleotidetrong phân tử AND,Những nucleotide này quyết định chất của protein.Cácnucleotide 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 bằngcầu nối hydro theo nguyên lý A bắt cặp với T,G bắt cặp với C.Sự bắt cặp các basochứa 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 hợpprotein được quyết định bởi AND

ARN tồn tại trong tế bào ở ba dạng: ARN thông tin (mARN), ARN vậnchuyển (tARN) và ARN ribosome (rARN) Trong đó ARN thông tin đóng vai tròquan trọng nhất.ARN vạn chuyển có cấu tạo rất đặt biệt Chúng có hai đầu, một đầuxoắn axit amin và một đầu chứa bộ ba nucleotide Bộ ba này là đối mã bộ ba nằm ởARN thông tin trên ribosome Nhờ đó mà các axit amin được lắp ghép vào đúng vịtrí 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 từADT.Axit min được hoạt hóa sẽ gắng vào vị trí ở môt đầu tARN Mỗi tARN sẽ gắncới 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 nàyđược mã hóa bởi bộ ba AUG

-Quá trình kết thúc tổng hợp protein bởi ba bộ ba không mã hóa cho mộtaxit amin nào là UAA,UGA và UAG

-Quá trình tổng hợp protein xảy ra liên tục ở trong tế bào Nhờ đó các phảnứng sinh hóa mới được thực hiện và nhờ đó,tế bào mới tiến hành phân chia vàphát triển,trong đó những protein – enzyme chiếm số lượng rất lớn và đóngvai 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 trìnhtạo sinh khối của thực vật Tất cả vật chất tạo ra sinh khối thực vật được lấy từcác 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 nhânchuyển hóa vật chất trong nước thải thành sinh khối thực vật và làm giảm ônhiễm 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 độcác chất hữu cơ cao Do đó, trong nước thải chứa nhiều độc tố pH quá kiềm hay quáaxit 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 loàithực vật khác nhưng lại chậm hơn các loài VSV Do đó, nếu so sánh khả năngchuyển hóa chất hóa học có trong nước thải giữ thực vật và VSV thì thực vật thườngchậm hơn rất nhiều Sở dĩ có hiện tượng này, ngoài tốc độ sinh trưởng và sinh sảncủa VSV cao hơn thực vật,còn một đặt điểm rất quan trọng khác là tốc độ chuyểnhóa vật chất trong ngày và đêm của VSV rất cao Chúng có thể chuyển hóa nănglượng vật chất so với khối lượng vật chất so với khối lượng của chúng thường khôngcao

Tuy nhiên, các loài thực vật thủy sinh có những ưu điểm rất đặt biệt mà ởVSV không có được,đó là khả năng hấp thụ kim loại nặng, khả năng ổn định sinhkhối 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 trongnhiều 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 thínghiệm của S.K.Jain,P.Vasudevan và N.K.Jha (1987) ở Ấn Độ cho thấy các loài bèohao dâu đều có khả năng làm giảm năng lượng kim loại nặng rất cao.Các kết quả thínghiệm 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

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 cókhả 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 vàchúng 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 sinhtổng diệp lục.Trong thực vật,sắt thường kém linh động,nếu cây thiếu sắt sẽ trở nênvàng úa Ở môi trường nước có pH kiềm, sắt khó được hấp thụ Khi đó sắt sẽ kết hợpvới 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 sinhtrưởng 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 muốngvẫn phát triển rất tốt Nhưng nồng độ kim loại nặng đến 0,5ppm, sự ảnh hưởng củarau muốn bị ảnh hưởng rất nghiêm trọng Kim loại nặng bị tách ra khỏi môi trườngnước theo những hướng sau:

-Thực vật nhận kim loại từ môi trường nước, đưa chúng vào sinh khối thựcvật.Sinh khối thực vật được thu hoạch và đưa ra khỏi môi trường nước Do đó, kimloại nặng đẫ dược chuyển từ môi trường nước vào sinh khối thực vật,kết quả là nướcgiảm lượng kim loại nặng Tuy nhiên,nếu sinh khối này chứa quá nhiều kim loạinặng 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 bùnđáy 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 loàirong,tảo và các loài thực vật thủy sinh khi trong môi trường nước chứa nhiều nito vàphotpho

Khi xuất hiện hiện tượng phú dưỡng hóa sẽ làm thay đổi rất lớn hệ sinh tháimôi 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 tựnhiên)

Phú dưỡng tự nhiên có thể xảy ra ngay cả trong môi trường nước được coi làkhá sạch.Trong trường hợp này, nước ở trạng hái nghèo dinh dưỡng chuyển sangtrạng thái giàu dinh dưỡng, thời gian tồn tại hện tượng này khá lâu Đây là quá trìnhtích lũy chất dinh dưỡng trong nước Phần lớn các trầm tích hưu cơ được tạo ra dohiện tượng phú dưỡng dạng này

Phú dưỡng nhân tạo là hiện tượng phát triển khá mạnh của tảo,rong và thựcvật thủy sinh do con người gây ra Trong quá trình sống và hoạt động sống, conngười thải vào môi trường nước quá nhiều các chất hữu cơ và chất vô cơ.Các chấtnày làm tăng nhanh sự tích tụ vật chất và ở một thời điểm nào đó sẽ làm tăng nhanhquá trình phát triển của tảo,rong và các thực vật thủy sinh Phú dưỡng nhân tạothường được tạo ra rất nhanh,chỉ trong một khoảng thời gian ngắn sinh khối trongmôi trường nước sẽ đạt đến mức tối đa Ở mức độ tăng sinh khối này sẽ làm gia tănghiện 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 thiếudưỡng khí sẽ làm giảm khả năng làm sạch của nước trong thiên nhiên.Kết quả lànước tăng mùi khí khó chịu, pH của nước giảm Trong các nguyên nhân gây ra sựgiảm oxy trong nước có sự phân hủy của tảo

Do đó khi môi trường nước xuất hiện hiện tượng phú dưỡng là điềm báonước 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.

BOD 5

Trong môi trường nước BOD5 không chỉ được chuyển hóa bởi VSV mà cònđược 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 vậtthủy sinh và phụ thuộc vào khí hậu trong năm,tức là phụ thuộc vào thời gian mà sinhvật phát triển

Các loài VSV bám và rễ và thân, mầm thực vật thủy sinh ngập trong nướcđóng vai trò quan trọng nhất trong quá trình làm thay đổi BOD5 trong môi trườngnước.Thực vật làm giảm BOD5 trực tiếp rất khó diễn ra.Sự tạo ra BOD5 trong hệthống 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 trìnhsinh trưởng của chúng

-Các thành phần hữu cơ được tách ra từ quá trình mục nát Lượng BOD5 đượctạo ra 3 – 1 mg/l trong thời gian thực vật phát triển và 5 – 20mg/l trong quá trìnhchủng 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 rắndạng 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 sinhkhối,sau đó sinh khối lại được loài người,động vật sử dụng

6NO 3 + 5CH 3 OH 5CO 2 + 3N 2 + 7H 2 O + 6 OH

Phản ứng trên xảy ra phụ thuộc vào:

-Khả năng chuyển hóa của vi khuẩn.Khả năng này phụ thuộc không chỉ ởtừng loại vi khuẩn và còn phụ thuộc vào độ PH,nhiệt độ,nguồn cacbon có trong môitrường.

-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 lâutrong thiên nhiên.Điều đó có thể hiểu là nước thải tồn tại lâu trong điều kiện tự nhiênthường chứ ít nito vô cơ và trong loại nước thải này có nhiều NO3,trong khi đó,ởnước 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 dothực vật thủy sinh có một ý nghĩa rất lớn Cả hai quá trình chuyển hóa trên giốngnhau ở chỗ là photpho khi được chuyển hóa vào tế bào thực vật đều tham gia vàothành phần của DNA (axit deoxyribonucleic),ARN (axit ribonucleic),ATP(adenosine triphotphate),ADP (adenosine diphotphate),AMP (adesinemonophotphate).Các hợp chất khác chứa photpho và cả trong thành phần các enzymeoxy hóa có trong tế bào.Tất cả những hợp chất trên nằm trong tế bào,trong sinh khốicủa 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 gâybệnh đều có chiều hướng giảm dần theo thời gian,hiện tượng này thấy hầu hết cácnơi xử lý.Nguyên nhân tạo ra hiện tượng này hiện nay chưa có một nguyên cứu nàođưa ra thật chính xác.Tuy nhiên,nhiều người đưa ra những tác động chính làm giảmlượng virus và VSV gây bệnh như sau:

-Tác động do yếu tố vật lý,trong đó khả năng tác động của tia tử ngoại củaánh 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 oxyhóa,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 họcgiữa các loài VSV với nhau và các độc tố được tách ra từ thực vật trong quá trình pháttriển 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 độchại không thể áp dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước thải,có hàm lượngCOD,BOD5 thấp và không chứa các chất độc hại có ảnh hưởng xấu đến sinh lý thựcvật.Thực vật thủy sinh đã được sử dụng nhiều trong xử lý nước thải ở nhiều nước.Saumột thời gian sử dụng thực vật thủy sinh vào quá trình xử lý nước thải,các nhà khoahọc 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.Nhiềutrường hợp giống như kỹ thuật canh tác một loại cây nào đó trong sản xuất nôngnghiệp

-Sử dụng thực vật thủy sinh vào sử lý môi trường ít chi phí đầu tư,không đòihỏi 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 xửlý,vừa thu nhận được sinh khối phục vụ cho chăn nuôi,làm phân bón hay sản xuấtnăng 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 nàocũng 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 diệntích rất lớn

Như vậy,ở những diện tích hẹp không thể áp dụng phương pháp nàyđược.Đặt biệt ở những vùng đông dân cư khu công nghiệp hay đô thị,phương phápnày 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 vậtchậm hơn rất nhiều Do đó, việc chuyển hóa vật chất có trong nước thải bởi thực vậtthủy 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 khókiểm soát,đặt biệt là những thực vật trôi nổi như lục bình,bèo hoa dâu,… tạo ra sựlan 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 nhưviệc 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 củachúng ngập sâu trong nước,thân và lá phát triển trong không khí Chúng có khả năngphát triển rất mạnh,nhất là ở vùng nhiệt đới Trong khi phát triển,chúng cần sự ánhsáng nhiều,do đó khi sử dụng chúng như tác nhân xử lý phải chọn những điểm cóánh 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 Âuchuyển giao công nghệ.Toàn bộ quy trình công nghệ sử dụng lục bình để xử lý nướcthải 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 bìnhKiểm 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

7,15,01350220670

0,698,68,2-18,3

8,280202,52,515,6124152

71,489,35088,956,717,3-

16 Chỉ số hóa họcTổng 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 là71,4%,BOD là 98,3%,khả năng làm giảm lượng nito là 50% và Photpho là88,9%,làm giảm lượng VSV đến 91,3%

Sinh khối bèo lục bình được thu hoạch hàng ngày và được xay nhỏ.Lục bìnhsau 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 cóthể 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 cốđịnh 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 CH 4 vào sinh khối lục bình

STT Tháng trong năm

Lượng sinh khốilục bình sử dụngtrong tháng (kg)

Lượng khí CH4 thuđược/tháng (m3)

480016001900250025752600Không xác định900167211506002550

64,2558,9664,4768,9685,4482,88Không xác định90,5373,3143,8140,7660,32

(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 giảmnhưng 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 CH 4

Bèo lục bình Chất lắng cặn1

N

P (P2O5)

K (K2O3)CelluloseHemicelluloseChất BéoLignin

4,083,348,33,371,05,140,08,182,13,0

2,2957,0033,061,940,574,155,01,77Không xác địnhKhông 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 Guron (1996) đã nghiên cứu ứng dụng bèo hoa dâu để xử lý nước thải.Các nhà khoahọc ở trường này sử dụng bèo hoa dâu Lemna gibba xử lý nước thải sinh hoạt.Bểđược xây dựng để xử lý có chiều sâu 20-30 cm, sau 10 ngày họ thu được 10-15g sinhkhối bèo khô/m2/ngày

Hàm lượng protein trong bèo khoảng 30%,bèo thu nhận được có chất lượngrất 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 rấtlớn.Toàn bộ hệ thống xử lý này rộng 10ha.Công ty này dùng bèo hoa dâu để xử lýnước thải và thu nhận sinh khối bèo hoa dâu Sinh khối nèo hoa dâu thu nhận từphương pháp này có hàm lượng protein là 35% Nước sau khi xử lý được sử dụngcho trồng trọt và đổ vào hồ để nuôi cá,sinh khối bèo hoa dâu dùng để làm thức ăncho gia xúc

Thực vật nữa ngập nước

Thực vật nữa ngập nước thường có rễ ăn sâu vào lòng đất ở phía dướinước,thân thực vật ngập trong nước còn lá thì vươn khỏi mặt nước.Các loại thực vậtnày thường thấy là cỏ đuôi mèo (typha), cỏ lõi bấc (scipus) và cây họ sậy(phragmites) Những thực vật này thường phát triển ở những vùng đất ẩm ướt

(wetlants) Đất ảm ướt là một hệ thống phức hợp hóa,lý và sinh học xảy ra đan xennhau,tạo ra hệ sinh thái rất đặt biệt trong tự nhiên.

Các vùng đất ẩm thuộc loại đất kiến tạo (constructed wtlADN), là loại đất cólượng nước quanh năm,có điều kiện cho thực vật nữa ngập nước phát triển, đồng thời

có khả năng làm thấm rất tốt

Liên quan đến quá trình xử lý nước người ta chia đất ẩm kiến tạo thành hailoại : loại nước bề mặt tự do (Free wate surface – FWS) và dòng chảy dưới bề mặt(Subeurface Flow – SI)

Người ta thiết kế FWS bằng hệ thống hoặc kinh sinh học song song,phíadưới được xếp những lớp đá,sỏi để làm giá để cho cây ngập nước bám vào Chiềusâu cảu nước từ 0,1 – 0,6m,kể từ bề mặt đá hoặc sỏi

Hệ thống thiết kế SF còn được gọi là vùng rễ (root zone) hay bể lọc đá (rock – bedfieter) Đáy hệ thống này cũng được lấp đầy để làm giá đễ cho cây.Sự khác biệtgiữa FWS và FS ở chỗ,trong FS,nước không ngập lớp đá mà chỉ xấp xỉ bề mặt hoặcthấp hơn bề mặt đá Các kênh sinh học có độ dốc khoảng 1%

Ở Mỹ, người ta đã sử dụng khá nhiều hệ thống xử lý nước thải bằng thực vậtnữa ngập nước Bằng phương pháp này, 80% lượng nito và photpho đẫ được chuyểnhóa

Bảng 2.6 Tổng hợp khả năng chuyển hóa BOD 5 và SS của một số cơ sở bằng phương pháp FWS và SF trên thế giới.

STT Tên Dự Án Lưu

Lượngm3/ngày

Dạng BOD (mg/l) SS (mg/l) %giảm

Đầuvào

Đầu

vào

Đầura

BOD5

FWSSFSFFWSSFFWS

56118333662150

10304,6131824

11157574330140

85,54,5318,319

827586717184

939092737386

2.1.12 Sự ảnh hưởng đến sức khỏe con người khi ứng dụng thực vật thủy sinh

để xử lý nước thải

An toàn sinh học trong sử dụng các loài thực vật để xử lý nước thải được đặtbiệt quan tâm.Việc sử dụng các loài thực vật thủy sinh để ứng dụng trong xử lý nướcthải có một đặt điểm khá điểm hình Công nghệ xử lý này hoàn toàn thực hiện hệthống hở (open system) Hệ thống hở thường khó kiểm soát hơn hệ thống kín Ở đó

có những sự tương tác không chỉ là tương tác hoá học,vật lý và cả tương tác sinhhọc Công nghệ xử lý thường gây ra ba vấn đề rất quan trọng cần được quan tâm giảiquyết

Ảnh hưởng trực tiếp đến người vận hành kỹ thuật xử lý nước thải bởithực vật thủy sinh:

Trong trường hợp này người ta rất quan tâm đến khả năng nhiễm VSV gâybệnh từ các hồ xử lý Nguy cơ nhiễm bệnh từ VSV gây bẹnh rất lớn Hệ thống xử lý

ở điều kiện tự nhiên thông thường rất khó kiểm soát quá trình nhiễm VSV từ khôngkhí,nước thải và chính từ các bản thân thực vật thủy sinh mà ta dùng để xử lý.Trongkhí đó,ở các hệ thống kín như các bể lên men hoặc thùng lên men,ta hoàn toàn khôngchế được sự nhiễm VSV gây bệnh từ môi trường bên ngoài.Ở những hồ sinh học xử

lý bằng thực vật thủy sinh,các loài VSV gây bệnh có thể bám vào rễ,thân thực vậtngập trong nước hoặc chúng tồn tại ở bùn cặn dưới đáy,ánh sáng mặt trời không cótác dụng mạnh để tiêu diệt chúng.Mặt khác,vì là hệ thống hở,bề mặt thoáng rộng nên

hệ số thoát nhiệt cao, do đó chúng không bị tiêu diệt bởi nhiệt như quá trình lên menbởi VSV Điểm cuối cùng có khả năng liên quan đến khả năng tiêu diệt các VSV gâybệnh bởi chính các loại VSV đối kháng có trong quá trình xử lý nước thải bằng VSV Tất cả những điều trình bày trên cho thấy, nguy cơ nhiễm bẩn bởi các VSVgây bệnh trong xử lý nước bằng thực vật thủy sinh thường cao hơn các phương phápkhác

Ngoài ra, các loại giun, sán được đưa vào các hồ sinh học này từ các loàinước thải sinh hoạt rất nhiều.Các loài giun sán (nhất là loài fasciolopsisbuski,thườngthấy nhiều ở các nước châu Á) thường tồn tại rất lâu trong các hồ sinh học (Feachem

et al,1983).Nhưng trứng giun sán có thể gây ra những bệnh nguy hiểm cho con người

và động vật Chính vì thế,trước khi đưa nước thải vào xử lý cần phải kiểm tra các chỉtiêu về VSV và các loại trứng giun, sán Nếu có xử lý ở một hồ riêng, sau đó mớichuyển sang hồ sinh học để xử lý bằng các loài thực vật thủy sinh

Nước thải trong quá trình xử lý bằng thực vật thủy sinh có thể có chứa các chất độc từ phân hóa học và thuốc trừ sâu

Chất độc hóa học từ phân bón hoặc thuốc trừ sâu ảnh hưởng gián tiếp sứckhỏe của con người thông qua thực vật Thực vật hấp thụ các chất độc này và giữtrong sinh khối của nó, khi động vật ăn các loài thực vật này sẽ bị nhiễm độc Nhưvậy,các chất độc sẽ theo chuỗi thực phẩm và gây độc cho người và động vật Tương

tự như vậy, nếu trong nước thải chứa nhiều kim loại nặng thực vật sẽ hấp thụ kimloại nặng và chúng sẽ theo chuỗi thức ăn gây ngộ độc cho con người và gia súc.Trong trường hợp mà nước thải chứa quá nhiều chất độc hại trên,điều cần làm trướctiên là phải đưa chúng qua bể xử lý sơ bộ,sau đó mới đưa nước thải qua hồ sinh học

để xử lý bằng thực vật thủy sinh

Có thể có nhiều trường hợp sinh ra nhiều muỗi.

Trong nước thải được xử lý bằng thực vật thủy sinh sẽ có nhiều ấu trùngmuỗi anopheles và mansonia.Trong trường hợp này người ta thường tăng cường sốluượng cá trong hồ sinh học Cá sẽ là động vật rất hữu ích để loại bỏ ấu trùng của cácloài muỗi

2.2 Các phương pháp sinh học xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên

Nước ô nhiễm và nước thải chứa rất nhiều VSV,trong đó VSV chiếm tỷ lệcao nhất về cả số lượng và cả loài

Tác động của VSV vào nước ô nhiễm và nước thải theo chiều hướng có lợi và

có hại Việc tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình VSV có lợi và hạn chế cácVSV có hại là quá trình xử lý sinh học nước ô nhiễm và nước thải

Trong điều kiện tự nhiên,người ta tạo ra những điều kiện thuận lợi để tăngnhanh quá trình tự làm sạch sinh học nước ô nhiễm và nước thải,được gọi là phươngpháp xử lý ô nhiễm và nước thải trong điều kiện tự nhiên

Nhóm các phương pháp sinh học xử lý nước ô nhiễm và nước thải trong điềukiện tự nhiên dựa trên khả năng làm sạch sinh học trong môi trường đất và nguồnnước

Dựa trên nguyên tắc đó, người ta chia các nhóm phương pháp sinh học xử lýnước ô nhiễm và nước thải ra những phương pháp sau:

-phương pháp cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc

-Phương pháp cánh đồng tưới nông nghiệp

-Phương pháp hồ sinh học kỵ khí

-phương pháp hồ sinh học kỵ hiếu khí

-Phương pháp hồ sinh học hiếu khí

2.2.1 phương pháp đồng tưới công cộng và bãi lọc

Người ta sử dụng đồng tưới công cộng như một biện pháp tổ hợp các quátrình làm sạch.Ở đây sẽ xảy ra hàng loạt các quá trình hóa học,vật lý và sinh học rấtphức tạp

Việc sử dụng đồng tưới sinh học bao gồm hai mục đích như sau:

Xử lý và làm sạch nước ô nhiễm hay nước thải

Tận dụng các chất dinh dưỡng có trong nước ô nhiễm hay nước thải để trồngtrọt

Tuy nhiên,cũng cần phải hiểu rằng,không phải tất cả các nước thải ô nhiễmhay nước thải nào cũng có thể sử dụng phương pháp này được.Vì rằng nhiều nướcthải hay nước ô nhiễm chứa rất nhiều VSV gây bệnh và đặt biệt là chứa nhiều kimloại nặng hay các chất đọc nguy hiểm Những loại nước ô nhiễm thuộc loại nàykhông thể xử lý theo phương pháp này được mà phải áp dụng những phương pháprất đặt biệt để loại trừ chúng ra khỏi nước ô nhiễm và nước thải.Nếu sử dụng phươngpháp đồng tới công cộng mà không tính đến độc hại của nước ô nhiễm hay nước thải

sẽ gây ra những tác hại cho sức khỏe cho người xung quanh vùng xử lý

Phương pháo đồng tới công cộng thích hợp để xử lý nước thải sinh hoạt haynước thải công nghiệp chứa nhiều chất hữu cơ,không chứa VSV gây bệnh và các kimloại nặng

Trong nước thải sinh hoạt thường chứa nhiều chất dinh dưỡng cho cây trồngnhư đạm,lân,kali,muối khoáng,thậm chí cả chất kích thích sinh trưởng.Hàm lượngcác chất này phụ thuộc vào nguồn nước ô nhiễm hay nguồn nước thải

Trong nước thải sinh hoạt có chứa 15 – 25 mg/l kali.Các chất này nằng ởdạng hòa tan là chủ yếu Một lượng không lớn lắm của chúng nằm ở dạng lơ lửng, ta

có thể tham khảo bảng sau:

Bảng 2.7 Hàm lượng nito,lân,kali,trong nước thải sinh hoạt

STT Các chất Hàm lượng Trạng thái trong nước

thải(%)Hòa tan Lơ lửng1

2

3

NitoLânKali

15 – 603– 12

6 – 25

856095

15405

Nhiều thí nghiệm đã cho thấy,tỷ lệ N:P:K có trong nước thải là 5:1:2,tỉ lệ này

là thích hợp cho cây trồng Nếu nước thải không chứa VSV ngauy hại hay các kimloại nặng thì chúng là nguồn dinh dưỡng rất lý tưởng cho cây trồng phát triển

Nước thải công nghiệp cũng có thể sử dụng vào việc tưới cây Tuy nhiên,phần lớn nước thải công nghiệp chứa các kim loại nặng hoặc dầu mở Kim loại nặngtrong nước thải công nghiệp một mặt làm cây chết, mặt khác làm ô nhiễm sane phẩmnông nghiệp Chúng được tích lũy trong sản phẩm nông nghiệp và từ đó chúng gây

ra ngô độc thực phẩm Vì thế,việc sử dụng nước thải công nghiệp phải hết sức thậntrọng.

Một yếu tố nữa cũng cần được quan tâm khi sử dụng nước thải công nghiệp

là lượng dầu mở trong đó Các loại dầu mỡ thường ảnh hưởng đến sự hấp thụ chấtdinh dưỡng của rễ cây, vừa tiêu diệt VSV đất, Vừa làm giảm mạnh khả năng thẩmthấu cảu đất

Ngoài việc lựa chọn loại nước ô nhiễm hay nước thải để giúp ta lựa chọnphương pháp xử lý,thì vấn đề thứ hai rất quan trọng trong việc áp dụng phương phápnày là lựa chọn phương pháp xử lý

Trong việc lựa chọn địa điểm xử lý cần quan tâm những vấn đề quan trọngsau:

Thứ nhất: Vị trí của cánh đồng lọc hay cánh đồng tưới phải đảm bảo hai tiêuchuẩn

-Cách xa khu dân cư

-cuối chiều gió

Việc chọn vị trí của cánh đồng lọc hay cánh đồng tới cách xa khu dân cư làđiều bắt buộc,vì nếu gần khu dân cư sẽ có những ảnh hưởng rất xấu đến sinh hoạthàng ngày của người dân Trong quá trình xử lý theo phương pháp này có thể có sự ônhiễm không khí và nhiễm nguồn nước ngầm Những hiện tượng ô nhiễm này sẽ ảnhhưởng trực tiếp sức khỏe của người dân trong vùng

Vị trí của cánh đồng lọc hay cánh đồng tới phải ở cuối chiều gió,vì nếu ở đầuchiều gió, khi không khí bị ô nhiễm sẽ đẩy về phía khu dân cư và như vậy,khu dân

cư sẽ bị ô nhiễm không khí nặng

Ta có thể tham khảo bảng số liệu sau về quy trình khoảng cách giữa vị tríkhu dân cư và khu xử lý bãi lọc

2.2.2 Cánh đồng tưới công nghiệp:

Từ lâu người ta cũng nghĩ đến việc sử dụng nước thải như nguồn phân bón đểtưới lên các cánh đồng nông nghiệp ở những vùng ngoại ô

Theo chế độ nước tưới người ta chia thành hai loại:

-Thu nhận nước thải quanh năm

-Thu nước thải theo mùa

Khi thu hoạch,gieo hạt hoặc về mùa mưa người ta lại giữ trữ nước thải trongcác đầm hồ (hồ nuôi cá,hồ sin học,hề điều hòa,…) hoặc xả ra cánh đồng cỏ,cánhđồng trồng cây ưa nước hay vào vùng dự trữ

Chọn loại cánh đồng nào là tùy thuộc vào đặc điểm thoát nước của vùng vàloại cây trồng hiện có

Trước khi đưa vào cánh đồng,nước thải phải được xử lý sơ bộ qua song chắnrác,bể lắng cát hoặc bể lắng Tiêu chuẩn tưới lấy thấp hơn cánh đồng công cộng và

có ý kiến chuyên gia nông nghiệp

2.2.3 Hồ sinh học

Hồ sinh vật là hồ chứa nước thải được thiết kế sao cho các quá trình tự làmsạch tự nhiên phát huy tối đa khả năng hoạt động của chúng.Hồ sinh vật được ápdụng rộng rãi hơn đồng lọc và đồng tưới Ưu điểm lớn nhất của hồ sinh vật là chúngchiếm diện tích nhỏ hơn đồng lọc sinh học Ngoài những lợi ích trên,hồ sinh học còn

có tác dụng hữu ích sau:

-Nuôi trồng thủy sản

-Cung cấp nước cho cây trồng

-Điều hòa dòng chảy trong mùa mưa và hệ thống thoát nước đô thị

-Không đòi hỏi chi phí cao

-Bảo trì, điều hành đơn giản

Hồ sinh vật là các thủy thực vật có diện tích không lớn,ở đó các chất bẩn đượccác sinh vật chuyển hóa (chủ yếu do VSV) Về cơ chế,gần giống các quá trình làmsạch tự nhiên ở các khu vực Quá trình chuyển hóa vật chất trong hồ sinh học có thể

do VSV hoại sinh,VSV dinh dưỡng quang năng và cả thực vật thủy sinh Các quátrình này có thể xảy ra trong điều kiện thiếu oxy

Trong hồ sinh vật luôn luôn tồn tại các sinh vật sau:

-Các loài VSV: Các loài VSV có trog nước hồ tồn tại cả các loài hiếu khí,cácloài yếm khí và các loài tùy tiện Khi ta cho nước thải vào hồ sinh vật với vận tốcnhỏ,các chất có tỷ trọng lớn sẽ lắng xuống đáy, các phẩm hữu cơ có tỷ trọng nhỏ sẽtồn tại lơ lửng trong nước, cả hai phần này điều được VSV phân hủy

Ở phần trên,gần sát mặt nước tồn tại nhiều VSV hiếu khí Ở đây oxy đượccung cấp ở quá trình hòa tan từ không khí do quá trình chuyển động của sóng,của