nghiên cứu hiện trạng môi trường nước biến động thành phần loài vi khuẩn lam độc trong hồ núi cốc và giải pháp xử lý

Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của xã hội, trong vài chục năm trở lại đây, sự ô nhiễm bởi các nguồn nước thải công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt, nuôi trồng thuỷ sản kéo theo sự nở r

Trang 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

VŨ THỊ NGUYỆT

NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC, BIẾN ĐỘNG THÀNH PHẦN LOÀI VI KHUẨN LAM ĐỘC TRONG HỒ NÚI CỐC VÀ

GIẢI PHÁP XỬ LÝ

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội – 2012

Trang 2

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ LỢI

VŨ THỊ NGUYỆT

NGHIÊN CỨU HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC, BIẾN ĐỘNG THÀNH PHẦN LOÀI VI KHUẨN LAM ĐỘC TRONG HỒ NÚI CỐC VÀ GIẢI PHÁP XỬ LÝ

Chuyên ngành : Khoa học môi trường

Trang 3

Luận văn Thạc sỹ Ngành: Khoa học Môi trường

1.1.3 Các loài VKL độc, độc tố và tác động độc hại của chúng lên sức

kh ỏe con người, vật nuôi và môi trường sinh thái.60T 8

2.2.2 Các khu v ực có phát triển của vi khuẩn lam độc và những nghiên

c ứu đã có về hiện tượng VKL độc ở Việt Nam.60T 15

2.2 Phương pháp thu thập các số liệu về chất lượng nước thải từ các nguồn

th ải trong lưu vực60T 28

Trang 5

4.4.2.1 Qu ản lý tổng hợp tài nguyên nước nhằm đảm bảo khối lượng

nước cho các nhu cầu sử dụng60T 87

Trang 6

B ảng 4.6: Giá trị dinh dưỡng của nước mặt Hồ Núi Cốc chịu ảnh hưởng trực tiếp

của nước thải khu khách sạn.U 82

Trang 7

- trung bình hồ Núi Cốc từ năm 2009 - 2011U 37

Trang 8

Hình 3.29: Phân tích hợp phần (Principal Component Analysis) dựa trên các thông

số thuỷ lý, thuỷ hoá và thủy sinh tại hồ Núi Cốc 4/2009-11/2011.U 63

Hình 4.5: Giá trị trung bình của hàm lượng các chất dinh dưỡng của các mẫu nước

thải sản xuất công nghiệp – dịchU 78

60TU

Hình 4.6: Giá trị trung bình của hàm lượng các kim loại nặng của các mẫu nước

thải sản xuất công nghiệp –dịch vụU 79

60TU

Hình 4.7: Giá trị trung bình của BOD và COD trong các mẫu nước thải sản xuất –

dịch vụU 80

Học viên: Vũ Thị Nguyệt Lớp: CH18MT

Trang 9

Trang 10

LỜI CẢM ƠN

Trước hết, với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành tới: TS Dương Thị Thủy, cán bộ nghiên cứu Viện Công nghệ môi trường và PGS,TS Lê Đình Thành, giảng viên Trường Đại học Thủy Lợi, đã trực

tiếp hướng dẫn tôi rất tận tình, cho tôi những kiến thức và kinh nghiệm quý báu, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong quá trình thực hiện, hoàn thành luận văn

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban Lãnh đạo Khoa Môi trường, trường Đại học Thủy lợi, cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa, trong trường đã dạy cho tôi những kiến thức, kỹ năng quan trọng

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới Lãnh đạo Phòng Thủy sinh học môi trường, Lãnh đạo Viện Công nghệ môi trường đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi được

học tập và nghiên cứu

Tôi chân thành cảm ơn đồng nghiệp của tôi, những cán bộ của Phòng Thủy sinh học Môi trường đã giúp đỡ và ủng hộ để tôi hoàn thành tốt luận văn

Tôi xin cảm ơn gia đình, người thân và bạn bè đã động viên và giúp đỡ tôi trong

thời gian qua

Hà Nội, tháng 6 năm 2012

Học viên

Vũ Thị Nguyệt

Trang 11

Luận văn Thạc sỹ 1 Ngành: Khoa học Môi trường

MỞ ĐẦU

1 Tính c ấp thiết và ý nghĩa của đề tài nghiên cứu

Ở Việt Nam v64Tiệc gia tăng dân số, phát triển các ngành công nghiệp, nông nghiệp đã và đang làm gia tăng nguồn dinh dưỡng đáng kể trong các thủy vực Khi nguồn nước mặt giàu dinh dưỡng đặc biệt là phốt pho thường dẫn đến sự thay đổi

của quần xã thực vật nổi và quần xã có xu hướng thống trị bởi vi khuẩn lam (hay còn gọi là hiện tượng nở hoa của nước) “Nở hoa” của vi khuẩn lam (VKL) gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng nước như gây mùi khó chịu, làm giảm, thậm chí làm cạn

kiệt hàm lượng ôxy hòa tan trong nước, làm giảm đa dạng sinh học và gây tắc nghẽn các hệ thống cấp nước Ngoài ra, vi khuẩn lam có khả năng sản sinh các chất

có độc tố 64Tđược xếp vào loại các hợp chất rất độc có nguồn gốc sinh học Sự có mặt các chất có độc tố này trong các thủy vực phục vụ cung cấp nước nuôi trồng thủy

sản và nước sinh hoạt là một mối nguy hiểm tiềm tàng đối với sức khỏe con người,

thủy sản và động vật nuôi trong lưu vực

Trong các hồ chứa của nước ta, hồ Núi Cốc thuộc lưu vực sông Công, có

diện tích mặt nước vào loại trung bình (2500 ha ứng với mức nước dâng bình thường), diện tích hứng nước của lưu vực đến tuyến đập chính là 535kmP

2 P

, hồ chứa

với dung tích đạt 175,5 triệu mP

3 P

, dung tích hoạt động là 168 triệu mP

3 P

Theo QĐ số 234/TTg ngày 6/10/1971 của Thủ tướng chính phủ, Hồ Núi Cốc có các nhiệm vụ chính:

- Cấp nước sinh hoạt cho cộng đồng dân cư thành phố Thái Nguyên

- Cấp nước cho các hoạt động công nghiệp khu vực thành phố Thái Nguyên

- Tưới cho 12.000 ha ruộng lúa của các huyện Phổ Yên, Đồng Hỷ và Phú Bình,

kết hợp nuôi cá và làm du lịch Hiện nay còn có thêm thủy điện với công suất lắp máy 1,5 MW

Khác với những thuỷ vực nhân tạo lớn như hồ Hoà Bình, Thác Bà… được xây dựng với mục đích chính là thuỷ điện Hồ Núi Cốc là hồ nhân tạo có diện tích

vừa phải để điều tiết và thực hiện chức năng cấp nước sinh hoạt, tưới tiêu, nuôi Học viên: Vũ Thị Nguyệt Lớp: CH18MT

Trang 12

trồng thuỷ sản và du lịch Loại thuỷ vực này có ở hầu khắp các tỉnh trong nước, bởi

vậy tính điển hình của hồ Núi Cốc rất lớn, hơn nữa, với sự phát triển kinh tế xã hội

hiện nay của khu vực, vai trò và ý nghía của thuỷ vực này càng được coi trọng Theo các nghiên cứu gần đây chất lượng môi trường nước và hệ sinh thái hồ Núi Cốc đã và đang bị suy giảm Các kết quả khảo sát trong những năm gần đây cho thấy môi trường nước hồ đã xuất hiện các yếu tố gây phì dưỡng: hàm lượng nitrat và phốtphát trong nước hồ tương đối cao [16,17] Đối với hồ chứa được xây

dựng đa mục đích như hồ Núi Cốc, nếu bị phú dưỡng thì sự phát triển mạnh của

thực vật phù du (TVPD) nói chung và tảo độc nói riêng rất dễ xảy ra và khi đó quá trình xử lý để cung cấp nước uống sẽ gặp nhiều khó khăn hơn cả về kinh tế và công nghệ Những nghiên cứu sơ bộ đầu tiên về thực vật nổi tại hồ cho thấy VKL độc, đặc biệt là chi Microcystis xuất hiện thường xuyên Đôi khi chúng tạo nên hiện tượng nở rộ thực vật nổi với mật độ tế bào có thể đạt tới 5,6 x 10P

5 P

tế bào.LP

-1 P

[6]

Vì vậy việc “nghiên cứu hiện trạng môi trường nước, biến động thành phần

loài VKL độc trong hồ Núi Cốc và giải pháp xử lý” là cần thiết và cấp bách hiện

nay Đây là cơ sở khoa học cho việc quản lý, giảm thiểu sự có mặt cũng như tác động xấu của VKL độc tới môi trường, nuôi trồng thủy sản và sức khỏe của con người của hồ chứa nói trên, cũng như các hồ chứa loại vừa và lớn ở miền Bắc Việt Nam

2 M ục đích nghiên cứu của đề tài luận văn

- Đưa ra được hiện trạng và diễn biến chất lượng nước của hồ Núi Cốc

- Xác định được các yếu tố ảnh hưởng đến biến động thành phần loài, số lượng VKL độc trong mối liên quan với điều kiện môi trường

- Đề xuất một số biện pháp quản lý chất lượng nước hồ Núi Cốc có tính thực

tế và khả thi

Trang 13

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

- Đối tượng nghiên cứu: Thực vật phù du trong đó có nhóm VKL và VKL

độc tại hồ Núi Cốc

- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu trong thời gian từ năm 2009 đến năm

2010

4 Phương pháp nghiên cứu và công cụ sử dụng

* Phương pháp nghiên cứu:

đến đề tài, thu thập tất cả các số liệu về điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội khu vực nghiên cứu, hiện trạng khai thác sử dụng nước và các nguồn thải

trạng chất lượng nước và số liệu về thành phần, mật độ thực vật nổi và VKL độc

kê, phương pháp phân tích tương quan v.v để xử lý số liệu, nghiên cứu mối quan hệ

giữa các yếu tố trong quá trình làm luận văn

ảnh hưởng của các yếu tố môi trường tới sự phát triển của VKL độc và đề xuất các

giải pháp quản lý bền vững tài nguyên nước hồ Núi Cốc

* Công cụ ứng dụng:

- Tin học: sử dụng tin học trong tính toán cho kết quả nhanh hơn, chính xác hơn

5 N ội dung của luận văn tập trung vào 4 nội dung như sau:

1 Khảo sát và đánh giá hiện trạng chất lượng nước hồ Núi Cốc

Trang 14

2 Xác định các yếu tố môi trường liên quan đến sự biến động thành phần loài cũng như biến động số lượng VKL độc

3 Ảnh hưởng của các nguồn thải trong lưu vực tới chất lượng nước hồ

4 Đề xuất một số giải pháp quản lý chất lượng nước hồ Núi Cốc

Với 4 nội dung như trên, ngoài phần mở đầu và phần kết luận luận văn còn

có 4 chương như sau:

Chương 1: Tổng quan về nghiên cứu vi khuẩn lam và giải pháp ngăn ngừa, xử lý Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Chương 3: Kết quả nghiên cứu

Chương 4: Ảnh hưởng của các nguồn thải tới chất lượng nước hồ và đề xuất một số

biện pháp quản lý chất lượng nước hồ

Trang 15

CHƯƠNG 1

VÀ GIẢI PHÁP NGĂN NGỪA, XỬ LÝ

1.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

1.1.1 Sự xuất hiện của VKL độc trong các thủy vực nước

Trong môi trường nước ngọt, vi khuẩn lam (VKL) - còn được gọi là tảo lam

là nhómvi tảo duy nhất sản ra độc tố Sự nở rộ VKL tại các thuỷ vực không phải là

hiện tượng mới Con người nhận biết nó từ khoảng thế kỷ thứ 12 (Codd, 1996) Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của xã hội, trong vài chục năm trở lại đây, sự ô nhiễm

bởi các nguồn nước thải công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt, nuôi trồng thuỷ sản kéo theo sự nở rộ của VKL, chủ yếu là VKL độc trong các thuỷ vực khác nhau xảy

ra ngày càng thường xuyên hơn và đã trở thành mối đe doạ cho các ngành công nghiệp nuôi trồng và khai thác thuỷ hải sản, các hoạt động giải trí dưới nước, sức khoẻ con người và là nguyên nhân gây chết động vật nuôi cũng như động vật hoang

dã và cả của con người ở nhiều nơi trên toàn thế giới [6,8] Hiện tượng phú dưỡng

tại các thuỷ vực nội địa dưới tác động của các yếu tố tự nhiên (hiện tượng xói mòn,

rửa trôi,,,,) hoặc do các hoạt động của con người (sự phát triển công nghiệp, nông nghiệp, thuỷ sản, quá trình đô thị hoá,,,) đang là mối quan tâm bức thiết trong công tác quản lý môi trường nước tại nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là tại các nước đang phát triển Một nghiên cứu mới đây của ILEC/Viện nghiên cứu hồ Biwa cho

thấy tại khu vực châu Á – Thái Bình Dương, 54% hồ hoặc hồ chứa bị phú dưỡng

Tỷ lệ này tại châu Âu, châu Phi, Bắc và Nam Mỹ là 53, 28, 48 và 41 %, tương ứng (Chorus, Bartram 1999) Nguồn thải từ các đô thị (công nghiệp, sinh hoạt) đã đóng góp một lượng đáng kể các chất dinh dưỡng đổ vào hệ thống các sông hồ Nước thải công nghiệp ở các ngành sản xuất khác nhau với thể tích nước thải và mức độ xử lý nước thải khác nhau là nguồn dinh dưỡng cho các thủy vực Ví dụ, ngành chế biến

thực phẩm và ngành công nghiệp len thường có nước thải chứa nhiều nitơ và Học viên: Vũ Thị Nguyệt Lớp: CH18MT

Trang 16

phốtpho….Tại các đô thị, bột giặt chứa phốtpho từ nước thải sinh hoạt là một trong

số những nguồn phốtpho rất quan trọng đổ vào các thủy vực Theo Zaimes và Schultz, 2002, lượng các chất dinh dưỡng đổ vào các hệ thủy văn có nguồn gốc từ nông nghiệp lớn hơn lượng dinh dưỡng có nguồn gốc từ nguồn thải điểm Ở Mỹ, vào những năm đầu thập niên 1980, đất trồng trọt, đồng cỏ và đất đồi đã góp phần chuyển tải 68% tổng P từ nguồn thải phân tán tới môi trường nước mặt Ở Châu Âu, khoảng 37-82% tổng nitơ và 27-38% tổng phốtpho được chuyển tải vào môi trường nước mặt từ các hoạt động nông nghiệp Trong 270 dòng sông được quan trắc ở Đan Mạch, 94% tổng nitơ và 52% tổng phốtpho có nguồn gốc từ nguồn thải phân tán, chủyếu từ các hoạt động nông nghiệp Như vậy, có thể thấy rằng các hoạt động

của con người có ảnh hưởng lớn tới quá trình chuyển tải các chất dinh dưỡng từ đất vào môi trường nước mặt

Sự ô nhiễm dinh dưỡng ngày càng nghiêm trọng tại các thuỷ vực nước ngọt luôn đi kèm với hiện tượng nở hoa nước (water blooms) mà bản chất là sự phát triển

ồ ạt của thực vật nổi, chủ yếu là các VKL Phần lớn (50 -75%) các VKL gây nở hoa nước có khả năng sản ra độc tố, gọi là độc tố VKL (ĐTVKL) ĐTVKL được xếp vào loại các hợp chất độc nhất có nguồn gốc sinh học Các chất độc này ảnh hưởng đến sức khoẻ con người, thuỷ sản, vật nuôi, huỷ hoại nguồn nước mặt và các hoạt động du lịch, thể thao dưới nước (Codd, 1996; 1997)

1.1.2 Các y ếu tố môi trường liên quan đến sự xuất hiện và phát triển mạnh của VKL độc

Hiện tượng nở rộ VKL cũng như khả năng sản ra độc tố của VKL xảy ra do tác động kết hợp của các yếu tố môi trường Việc xác định các yếu tố môi trường có liên quan đến sự phát triển bùng phát của vi tảo trong thuỷ vực có ý nghĩa rất quan

trọng về mặt khoa học và thực tiễn Nguyên nhân dẫn đến sự nở hoa của nước bao

gồm: nồng độ các chất dinh dưỡng trong thuỷ vực cao, đặc biệt là các muối đa lượng Nitơ và Phốt pho như nồng độ amonium nitrogen cao (Blomqvist và cs, 1994); nhiệt độ nước ấm; cường độ chiếu sáng, pH cao, hàm lượng COR 2 R thấp

Trang 17

(Zimba và cs, 2006) Tuy nhiên nhiệt độ cao và hàm lượng các chất dinh dưỡng cao trong các thủy vực được coi là những yếu tố môi trường quan trọng nhất quyết định

sự phát triển lấn át của VKL trong thủy vực, trong đó tỷ lệ T-N/T-P thấp (< 29) là

yếu tố chủ đạo kích thích sự phát triển của VKL trong khi tỷ lệ N-NOR 3 R/ T-P thấp (< 5) được coi là yếu tố đáng tin cậy để dự báo sự nở rộ của VKL (Rapala, 1998) Trong khi ảnh hưởng của các yếu tố dinh dưỡng như N & P đối với sự phát triển

của VKL đã được công bố nhiều thì còn rất ít nghiên cứu về ảnh hưởng của những

yếu tố kim loại đến sự nở rộ VKL Một số nghiên cứu của Rapala (1998) cho thấy

Mo, Fe và Zn là những yếu tố kích thích sự phát triển của VKL Khả năng sản sinh độc tố của VKL cũng chịu ảnh hưởng rất mạnh mẽ của các yếu tố môi trường Phản ứng của các loài VKL với các yếu tố môi trường khác nhau cũng rất khác nhau Một

số VKL tăng cao khả năng sản độc tố ở những điều kiện stress, tuy nhiên tuyệt đại

đa số VKL sản ra nhiều độc tố ở những điều kiện sinh trưởng tối ưu Chẳng hạn nhiệt độ sinh trưởng tối ưu của một số chủng VKL thuộc các chi Microcystis,

o P

C Hàm lượng độc tố cũng như độc tính cao

nhất thường đạt ở nhiệt độ từ 20-25P

o P

C Ở nhiệt độ cao hơn, độc tính có thể giảm đi 6

lần (Rapala, 1998), Thông thường độc tính gan và độc tính thần kinh của các chủng VKL thường cao nhất ở ánh sáng tối ưu hoặc dưới tối ưu một chút (12-14,5 µmol,

ở pH kiềm hoặc axit nhẹ (Rapala, 1998) Các yếu tố dinh dưỡng như N, P đều có tác động lên sự sản độc tố của VKL, Hàm lượng độc tố microcystins (MCs) tăng tỷ lệ thuận với hàm lượng T-P và P hoà tan (Wang và cộng sự, 2003) Hàm lượng MCs

trong Oscillatoria agardhii tăng lên 2 lần trong các tế bào sinh trưởng trên môi trường có hàm lượng P cao (5,5 mg P,LP

-1 P

) so với tế bào sinh trưởng trên môi trường

ít P (0,01 P,LP

-1 P

) Hàm lượng MCs của Microcystis aeruginosa và Oscillatoria

của Nodularia spumigena (là VKL có khả năng cố định Nitơ) lại cao nhất trong môi

Trang 18

trường không chứa hoặc chứa rất ít nitơ vô cơ Ngoài ra, sự nở hoa nước chịu ảnh hưởng mạnh mẽ và đồng thời không chỉ của các điều kiện ngoại cảnh như các các

yếu tố dinh dưỡng, tính chất thuỷ lý, thuỷ hoá của cột nước, điều kiện thời tiết, mà còn cơ chế bên trong tế bào của các loài gây nở hoa đảm bảo cho khả năng phát triển chiếm ưu thế trong những điều kiện stress [7,9] Đối với tảo silic - nhóm tảo có nhiều loài thường được sử dụng làm các chỉ thị sinh học cho ô nhiễm môi trường nước, ngoài các thông số như nitơ (N), phốtpho (P), silic (Si), các tỷ số Si/N và Si/P cũng rất được quan tâm Trong các thủy vực bị phú dưỡng (giàu hàm lượng P

và N), hàm lượng silic sẽ bị giảm mạnh trong suốt quá trình phát triển mạnh mẽ của

tảo Khi tỉ số N/P trong thuỷ vực lớn hơn 16 và các tỉ số (Si/N; Si/P) nhỏ hơn 1 thì silic sẽ trở thành yếu tố giới hạn sự phát triển của tảo, khi đó tảo silic (sử dụng silic cho sự phát triển của chúng) sẽ không phát triển được và thay vào đó là sự phát triển của các loài tảo khác, chủ yếu là VKL tạo nên hiện tượng nở rộ VKL (Cyanobacterial blooms), trong đó có nhiều loài có khả năng sản ra độc tố

1.1.3 Các loài V KL độc, độc tố và tác động độc hại của chúng lên sức khỏe con người, vật nuôi và môi trường sinh thái

Cho đến nay người ta đã phát hiện được khoảng 60 loài VKL độc nước ngọt

chủ yếu thuộc các chi Microcystis, Anabaena, Aphanizomenon, Oscillatoria,

xuất hiện thường xuyên ở hầu khắp các thủy vực nước ngọt trên thế giới Các độc tố

do VKL sản ra được chia thành những nhóm chính sau theo tác động của chúng :

- Các độc tố gan (Hepatotoxins) như microcystins, nodularins Đây là những peptide mạch vòng cấu tạo từ 7 axit amin (microcystins hay MCs) có cấu trúc chung

là vòng D- Ala- L-X-D- MeAsp-L-Z-Adda-D-glu-Mdha, trong đó L-X và L-Z là các amino axit biến đổi hoặc 5 axit amin (nodularin hay NOD) cũng chứa 3 loại axit amin giống như trong phân tử MCs là Me-AspP

1 P

, AddaP

3 P

D-GluP

4 P

Nhiều loài VKL có khả năng sản ra microcystin trong đó

chi Microcystis là những cơ thể chủ yếu sản ra độc tố này Cho đến nay khoảng hơn

Trang 19

70 loại MCs khác nhau đã được phát hiện trong khi cơ thể duy nhất sản ra NOD là

- Các độc tố thần kinh (Neurotoxins), Saxitoxins (PSPs), Anatoxin–a, Anatoxin–a(S), Homoanatoxin–a, thường do đại diện của chi Anabaena như A, flos-

- Các độc tố tế bào: Cylindrospermopsin do đại diện duy nhất là

- Các độc tố gây ngứa da, tiêu chảy (Aplysiatoxins, debromoaplysiatoxins,

các lipopolysacharides (LPS) thường do các loài VKL như Lyngbya majuscula,

Tác động độc hại của VKL độc và độc tố của chúng lên sức khỏe con người,

vật nuôi và môi trường sinh thái đã được chứng minh bằng nhiều ví dụ trên thực tế qua hiện tượng nhiễm độc cấp tính hoặc trường diễn của người và vật nuôi cũng

như qua các nghiên cứu độc tố học Những ví dụ rõ rệt nhất là tại Trung tâm thẩm tích máu ở Caruaru, Brazil (1996) 117 trên tổng số 136 bệnh nhân (86%) đã bị nhiễm độc khi được thẩm tích máu bằng nước cất có nhiễm microcystin, trong đó

100 người bị suy gan cấp và 50 người trong số đó đã bị chết (Chorus & Bartram,1999) Tại Australia, 140 trẻ em và 10 người lớn phải nhập viên khẩn cấp

với những triệu chứng suy gan, tiêu chảy ra máu và suy thận Thủ phạm là C,

trong nguồn nước họ sử dụng với mật độ tới 300,000 tế bào/l (Hawkins &Griffiths, 1993) Tại Canada (1959) 13 người bị nhiễm độc và nhiều vật nuôi bị chết do bơi và

uống phải nước trong hồ nhiễm nhiều tế bào Microcystis spp, và Anabaena

độc sau khi bơi và luyện tập trong nước hồ có mật độ Microcystis spp, dày đặc

(Turner và cộng sự, 1990) và ở Australia (1995) 852 người tham gia hoạt động giải trí tiếp xúc với nước đã mắc phải các triệu chứng nhiễm độc trong 7 ngày sau đó (Pilotto và cộng sự 1997)

Trang 20

Việc gia súc nhiễm độc và chết do VKL gây ra đã được thông báo ở nhiều

nơi trên thế giới, Một số ví dụ điển hình trình bày trên bảng sau (trích dẫn từ nguồn Chorus & Batram, 1999):

Gorham, 1978 Canada Chim nước Nhiễm độc thần kinh,

Person và cs,1984

Phần lan Chim nước,

cá, chuột xạ

Nhiễm độc gan, hỏng mang cá

Planktothrix agardhii

Eriksson và cs,

1986

Na Uy Gia súc có

sừng

Nhiễm độc gan, MCs M aeruginosa Skulberg, 1979

Anh Chó chăn cừu Nhiễm độc gan, MCs M.aeruginosa Pearson và cs, 1990 Scotland Chó Nhiễm độc thần kinh,

1.1.4 Các giải pháp ngăn ngừa và xử lí tảo độc.

Việc giám sát VKL độc và độc tố của chúng tại các thuỷ vực nước mặt làm nguồn cung cấp nước sinh hoạt cho cộng đồng dân cư đã được thực hiện chặt chẽ từ nhiều thập kỷ nay tại các nước phát triển (Australia, Mỹ, Anh, Nhật, Canada…) Để

giảm thiểu tác động độc hại của VKL độc và độc tố VKL những giải pháp xử lí tức

Trang 21

thì thường được sử dụng khi thủy vực đã bị ô nhiễm nặng (tức là khi đã xuất hiện

hiện tượng nở hoa nước) Khi đó người ta sử dụng những phương pháp hóa học như dùng các chất diệt tảo, hóa chất (CuSOR 4 R), để diệt tảo kết hợp với những phương pháp cơ học (hớt váng, che mái…) Tuy nhiên những phương pháp này khá tốn kém

và khó tiến hành triệt để, đặc biệt là trong những thủy vực lớn Việc ngăn ngừa và

giảm thiểu tác động của các tác nhân môi trường , đặc biệt là các yếu tố dinh dưỡng lên sự phát sinh, phát triển của tảo độc là giải pháp khoa học và kinh tế hơn việc xử

lí nước đã bị ô nhiễm tảo độc và độc tố của chúng Đây là những phương pháp thân thiện môi trường theo hướng phát triển môi trường sinh thái bền vững Một trong

những biện pháp này là tiến hành kiểm tra những nguồn gây ô nhiễm dinh dưỡng từ bên ngoài vào hồ, ví dụ: sự rửa trôi và xói mòn từ những vùng canh tác nông lâm nghiệp, xói mòn do sự tàn phá rừng và từ nguồn nước thải sinh hoạt, công nghiệp…

để có những đối pháp thích hợp như trồng rừng, sử dụng thảm cỏ hoặc các giải đất

hẹp quanh hồ để ngăn ngừa xói mòn và rửa trôi, đồng thời có biện pháp sử dụng phân bón hợp lý, giảm mất mát phân và nâng cao hiệu quả, lập trạm xử lí nước thải trước khi thải ra hồ đối với các nguồn tập trung…

Để ngăn ngừa hiện tượng phú dưỡng và sự nở rộ độc hại của VKL, ở nhiều nước trên thế giới, đặc biệt là những nước trong khu vực Châu Á - Thái Bình Dương kỹ thuật Công nghệ sinh học - sinh thái đã và đang được phát triển và hiện đang được ứng dụng rộng rãi ở Nhật Bản, Thái Lan, Trung Quốc…

Công nghệ sinh học - sinh thái dựa trên cơ sở hoạt động của các hệ thống sinh thái tự nhiên và nhân tạo (bao gồm động - thực vật và vi sinh vật), thân thiện với môi trường, đòi hỏi ít năng lượng, có tính phổ cập cao (Y Inamori, 2002) và rất khả thi đối với điều kiện nước ta, trong đó phương pháp sử dụng thực vật thuỷ sinh (TVTS) được coi là có hiệu quả cả về kinh tế và xã hội

TVTS sử dụng nitơ, phốtpho và các nguyên tố vi lượng khác trong trao đổi

chất Tại các nước phát triển như Mỹ, Pháp, Nhật Bản, Đức, Hàn Quốc…,các công nghệ xử lý nước thải sử dụng TVTS đã được phát triển rất thành công Tại Pháp

Trang 22

chẳng hạn, năm 1993 đã có tới 2600 trạm xử lý nước thải kết hợp sử dụng ao ổn định Bắt đầu từ những năm 1980 rất nhiều cơ sở xử lí nước thải tại các bang nước

Mỹ đã phát triển và ứng dụng công nghệ xử lí ô nhiễm với việc sử dụng các loài

thực vật nổi và hệ thống hồ ổn định Phương pháp xử lí ô nhiễm hữu cơ và vô cơ tại vùng rễ của một số TVTS - còn gọi là “Phương pháp vùng rễ”, đã được các nhà khoa học Đức nghiên cứu và triển khai có hiệu quả tại nhiều nơi Các nhà khoa học

Nhật Bản đã thiết kế những hệ thống làm sạch nước ô nhiễm sử dụng hệ sinh thái TVTS dưới dạng Bio-park để giảm bớt ô nhiễm các hồ lớn, thông qua đó kiểm soát

hiện tượng nở hoa của nước do vi tảo phát triển trong đó có tảo độc (Greenway, 2003; Seabloom, 2003; Rittmann, 2001; Ran et al., 2004)

Các loại hình công nghệ chủ yếu xử lý ô nhiễm nước có sử dụng loài TVTS như sau:

1 Sử dụng hồ có mặt thoáng tự do, TVTS trong trường hợp này có rễ bám đất, thân và lá nổi bên trên mặt nước Độ sâu của nước khoảng 10 - 45 cm Các loại TVTS điển hình được sử dụng là Lau, Sậy, cỏ Lác, cỏ Nến, Cải soong…Trong trường hợp này TVTS tham gia trực tiếp vào giai đoạn xử lý bậc hai hoặc giai đoạn

cuối của qui trình

2.“Phương pháp vùng rễ” hoặc công nghệ xử lý nước thải chảy qua vùng rễ

của TVTS Ưu thế của công nghệ là không cần diện tích lớn và khử được mùi hôi Trong trường hợp này TVTS thường là lau, sậy, cỏ lác đâm rễ chìm trong nền cát -

sỏi với độ sâu khoảng 0,5 - 1 m Nước thải chảy qua hệ thống lỗ trong nền cát - sỏi

và được khử độc nhờ hệ thống rễ cây và hệ vi sinh vật bám quanh rễ Trong phương pháp vùng rễ có 2 dạng công nghệ là dòng chảy ngang và dòng thẳng đứng

3 Hệ thống thực vật nổi Đây là công nghệ được nghiên cứu kỹ nhất và được ứng dụng nhiều nhất TVTS điển hình tham gia quy trình xử lý ô nhiễm là bèo Tây, bèo Cái, bèo Tấm, rau Muống… Ngoài việc tham gia loại bỏ các chất hữu cơ,

chất thải rắn, nitơ, phôtpho, kim loại nặng, các tác nhân gây bệnh…các loài TVTS

Trang 23

này tham gia trực tiếp việc hạn chế phát sinh hiện tượng nước nở hoa trong ao hồ do

cạnh tranh ánh sáng với thực vật phù du

Trong thực tiễn sử dụng, tuỳ theo điều kiện cụ thể có thể áp dụng một loại hình hay phối hợp với nhau

Ngay tại châu Á, công nghệ sinh thái sử dụng TVTS đang được ứng dụng ở nhiều nước (Nakazato, 1998; Oshima và cs, 2001) Tại Nhật Bản, nhiều hồ lớn (ví

dụ hồ Kasumigaura, hồ lớn thứ 2 của Nhật) đã có các hệ thống TVTS kiểu đảo nổi

để làm sạch nước Tại Trung Quốc, các hồ như Xuan Wu Hu Tai Hu đã xây dựng các đảo nổi TVTS để giảm thiểu sự phì dưỡng nước hồ Tại Thái Lan TVTS nổi sử

dụng tại các lạch sông ở ngoại ô Băng Cốc

Trong công nghệ sinh thái, vai trò chủ yếu của TVTS là:

- Làm giá thể cho vi sinh vật sinh sống: Quần thể vi sinh vật là động lực cho quá trình xử lý

- Tạo điều kiện cho quá trình nitrat hoá và phản nitrat hoá

- Chuyển hoá nước và chất ô nhiễm

- Sử dụng chất dinh dưỡng thành sinh khối

- Nguồn che sáng: Sự có mặt của thực vật thuỷ sinh giúp điều hoà nhiệt độ của nước và ngăn chặn sự phát triển của các nhóm tảo, qua đó hạn chế được sự dao động lớn

của pH và lượng ôxi hoà tan giữa ban ngày và ban đêm

Việc làm sạch nước bắt đầu bằng VSV tạo thành lớp màng sinh học (biofilms) trên bề mặt của rễ TVTS VSV phân giải các chất hữu cơ trong nước và làm trong nước, sau đó TVTS hấp thu chất dinh dưỡng như N và P

Trong tự nhiên, việc sử dụng thực vật thuỷ sinh cho xử lý nước thải có thể được tiến hành trong các kênh rạch với độ sâu từ 20 – 50 cm hoặc trong các ao có

độ sâu từ 50 cm – 2m Để xác định loài thực vật cho xử lý nước thải cần phải xem xét đến đặc điểm sinh trưởng, khả năng chống chịu của thực vật, các nhân tố môi trường Ngoài ra cũng cần xem xét đến đặc điểm của nước thải, yêu cầu về chất

Trang 24

lượng dòng thải, loại hệ thuỷ sinh, cơ chế loại bỏ ô nhiễm, lựa chọn quy trình, thiết

kế quy trình, độ tin cậy của quá trình (Greenway, 2003; Silvana, 1994) [15].

2.2 Tình hình nghiên cứu ở Việt Nam

2.2 1 Ô nhiễm môi trường nước tại Việt Nam (hiện tượng phú dưỡng)

Phú dưỡng là một quá trình tự nhiên xảy ra ở mọi nơi, mọi lúc mà hồ tồn tại,

có thể ảnh hưởng lớn do các hoạt động của con người [10]

Sự phú dưỡng tự nhiên có khuynh hướng xảy ra đều đặn nhưng rất chậm, thường là qua một giai đoạn hàng trăm năm Những hoạt động của con người thường gây ra sự phú dưỡng nhanh chóng do các chất thải sinh hoạt, hệ thống thoát nước nông nghiệp và các chất thải công nghiệp thực phẩm hoặc sự phân hủy các sản

phẩm của chúng được đổ vào các hồ và hồ chứa

Hiện tượng phú dưỡng chỉ thực sự rõ ràng trong khoảng 30 năm trở lại đây, với sự bùng nổ mạnh mẽ của tảo, sự xuất hiện những “tấm thảm tảo” dày trên bề

mặt hồ cùng với sự sinh trưởng của một số loài thực vật bậc cao khác

Theo quan điểm khoa học, hồ phú dưỡng có đặc điểm là thường nông và có một vùng bờ rộng lớn với sự sinh trưởng mạnh mẽ của các loài thực vật Hàm lượng các chất dinh dưỡng cơ bản trong hồ cao, hàm lượng trung bình hàng năm của các dạng nitơ vô cơ lớn hơn 0,3mg/l, photpho vô cơ lớn hơn 0,015mg/l Độ kiềm thay đổi từ 50–100mg/l, nước có độ cứng vừa Các hồ này là môi trường sống lí tưởng của rất nhiều loại thực vật nổi, một số loài có thể nở hoa phổ biến và thường xuyên trong mùa sinh trưởng Nhìn chung, tổng sản lượng sơ cấp trong những hồ phú dưỡng dao động từ 0,5–5,0g chất hữu cơ khô/mP

2 P

/ngày trong mùa sinh trưởng thuận lợi nhất, trong khi sản lượng sơ cấp của cacbon hữu cơ là 480tấn/kmP

2 P

/năm [10] Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ làm giàu chất dinh dưỡng (sự phú dưỡng) của hồ gồm có các yếu tố tự nhiên và nhân tạo Các yếu tố tự nhiên gồm đặc điểm địa hóa của thủy vực, kiểu đất, kích thước của thủy vực, thời gian lưu giữ nước trong hồ, thành phần nước ngầm và các điều kiện khí hậu Các yếu tố nhân tạo gồm

Trang 25

nước thải sinh hoạt, các dòng nước chảy qua các vùng canh tác nông nghiệp, các hoạt động khai thác mỏ, các chất thải công nghiệp, các dòng thải ở vùng đô thị, các chất dinh dưỡng dò rỉ từ các hệ thống cống rãnh và từ các bãi rác, nước từ nhà máy

hệ thống cống rãnh của đô thị, các bể tự phân hủy, nước thải và chất thải công nghiệp, các nhà máy xử lý nước thải được đổ vào hồ, sông, suối làm cho lượng photpho và nitơ trong hồ quá dư thừa, dẫn đến sự phú dưỡng của hồ Những chất này kích thích sự tăng trưởng của một số loài thực vật có rễ ở nước, các thực vật thủy sinh khác và đặc biệt là tảo Một số tảo sống ở tầng nước mặt có khả năng phát triển số lượng cá thể rất nhanh ở những khoảng thời gian nhất định tạo thành dạng kết tự xốp có thể nhìn thấy được gọi là “nở hoa” và có thể bao phủ trên một vùng diện tích rất lớn của hồ và hồ chứa, thậm chí ở trong suối

2.2.2 Các khu vực có phát triển của vi khuẩn lam độc và những nghiên cứu đã có

về hiện tượng VKL độc ở Việt Nam

Những khảo sát về phân loại thực vật phù du trong các thủy vực ở Việt nam không nhiều, có thể kể đến các công trình của Hoàng Quốc Trương (1962-1963), Shirota (1966), Trương Ngọc An (1993) Các nghiên cứu về VKL ở Việt Nam bắt đầu từ những năm 1960 Danh mục thành phần loài của 205 loài và dưới loài VKL phân bố ở nước ngọt, mặn và đất được thống kê trong các nghiên cứu của các tác

giả Cao (1964), Phùng Thị Nguyệt Hồng (1992) và Dương Đức Tiến (1996) Nghiên cứu về vi tảo gây hại ở Việt nam mới chỉ bắt đầu trong vài năm gần đây

Trang 26

Nguyễn Ngọc Lâm và Đoàn Như Hải (1996) đã báo cáo về sự nở hoa của tảo hai roi

loài tảo có khả năng gây hại khác trong vịnh Vân Phong Nguyễn Thị Minh Huyền

và Chu Văn Thuộc (1997) đã đề cập đến các loài tảo có khả năng gây hại trong vịnh

Bắc Bộ Công bố có hệ thống và đầy đủ về tảo độc hại ở Việt nam từ trước đến này

là công trình của Larsen và cs, 2004 “Nghiên cứu các loài vi tảo có khả năng độc

hại trong các thủy vực ven bờ ở Việt nam” Công trình này mô tả 70 loài dựa trên

những quan sát mẫu vật thu thập từ các thủy vực ven bờ Việt Nam Yoshida và cs

(2000) đã tìm thấy độc tố của loài tảo giáp Alexandrium minitum trong các ao nuôi

tôm ở Quảng Ninh

Ngoài các nghiên cứu mang tính chất điều tra sự phân bố của tảo độc trong môi trường nước biển ven bờ và một số vùng nuôi thủy sản tập trung ven biển được

tiến hành tại Viện Hải dương học Nha Trang và Viện tài nguyên biển, thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam kể trên thì các nghiên cứu về tảo độc nước ngọt còn là mảng đề tài khá mới và chưa được đề cập nhiều Những nghiên cứu đầu tiên

về VKL độc ở Việt nam là đề tài khoa học cấp viện Khoa học Việt nam, được tiến hành trong giai đoạn 1998-2003 do Viện Công nghệ môi trường (trước đây là phòng Công nghệ tảo, Viện Công nghệ Sinh học) thực hiện Bước đầu, đề tài chỉ mới tập trung khảo sát điều tra phân loại về thành phần loài, biến động số lượng vi khuẩn lam và thực vật phù du trong trong một số hồ ở Hà Nội, các ao nuôi cá trọng điểm

và tại hồ chứa Dầu Tiếng, Trị An Nở hoa của các loài VKL độc chủ yếu là các loài thuộc các chi Microcystis, Anabaena, Aphanizomenon, Oscillatoria được ghi nhận

thường xuyên tại các ao nuôi cá Đình Bảng và Thanh Liệt (Đặng Hoàng Phước

Hiền và cs., 2002) Nghiên cứu độc tính của các mẫu VKL gây nở hoa nước ngoài

tự nhiên và một số mẫu được phân lập trong phòng thí nghiệm bằng phương pháp

thử sinh học trên Artemia salina cho thấy nhiều mẫu có độc tính đối với động vật

thí nghiệm Độc tố microcystin với các dạng (MC-RR, -YR, -YR, -LA, -LW, -LF)

đã được tìm thấy trong các mẫu nước nở hoa và một số chủng VKL phân lập từ các

thủy vực nghiên cứu trên với hàm lượng dao động từ 0,002 – 3,58 mg/g trọng lượng

Trang 27

khô (Đặng Hoàng Phước Hiền và cs, 2000; Hummert và cs 2001; Đặng Hoàng Phước Hiền và cs, 2003) Trần Thị Tho và các cộng sự cũng đã ghi nhận sự có mặt

của một số loài tảo gây hại trong đó nhấn mạnh đến sự phát triển bùng phát của một

số loài VKL trong các ao nuôi tôm thâm canh Mật độ tế bào VKL Aphanizomenon

nhân) Trong một nghiên cứu khác, sự hiện diện của VKL độc, độc tính và độc tố microcystin trong các mẫu nước nở hoa và phân lập từ các thủy vực nước ngọt (trong đó có một số hồ và hồ chứa là nguồn cung cấp nước sinh hoạt cho cộng đông dân cư) miền bắc Việt Nam đã được khẳng định (Đặng Hoàng Phước Hiền và cs, 2008.) Theo Christensen và cs, 2006 và Đào Thanh Sơn và cs, 2010, độc tố microcystin với 4 dạng khác nhau cũng đã được tìm thấy trong nước hồ Trị An Tai

Huế, hiện tượng nở hoa do VKL cũng thường xuyên bắt gặp ở sông Hương, hồ

chứa Hoa mỹ (thành phố Huế) Nguyễn Thị Thu Liên và cs, (2007) đã xác định 6 loài VKL thuộc chi Microcystis và độc tố microcystin trong các mẫu nước nở hoa

và phân lập từ các thủy vực trên cũng đã khẳng định qua các phân tích ELISA và

HPLC [5]

2.2.3 C ác giải pháp ứng dụng để ngăn ngừa, giảm thiểu

Để ngăn ngừa, giảm thiểu tác động độc hại của vi khuẩn lam độc và độc tố vi khuẩn lam một số phương pháp kiểm soát đã được tiến hành bao gồm kiểm soát

bằng phương pháp hóa học, vật lý và sinh học Tuy nhiên mỗi phương pháp sử dụng đều có ưu điểm và nhược điểm nhất định Ở Việt Nam hiện nay mới chỉ áp dụng

biện pháp dùng đồng ở dạng CuSOR 4 R.5HR 2 RO để diệt tảo do khả năng ức chế quang

hợp, quá trình hấp thu P và cố định NR 2 R Ưu thế của giải pháp này là Cu tác động lên VKL mạnh hơn lên tảo lục, gây tác động nhanh và giá thành tương đối thấp, tuy nhiên giải pháp này có nhiều hạn chế do các tác động xấu lên môi trường, những sinh vật khác trong thuỷ vực, nhất là khu vực nuôi trồng thuỷ sản Thông thường sinh trưởng của tảo bị ức chế ở nồng độ 5-10 µgLP

-1 P

, tuy nhiên tại hiện trường để diệt

tảo nồng độ này cao hơn nhiều ( > 1mg.LP

-1 P

), đôi khi trong trường hợp nở hoa nước

mạnh nồng độ Cu tới 30-300mg Cu.LP

-1

P cũng không đạt hiệu quả mong muốn Học viên: Vũ Thị Nguyệt Lớp: CH18MT

Trang 28

(Stepánek &Cervenka, 1974) Do vậy giải pháp này cũng rất ít được ứng dụng Ngoài phương pháp trên tại một số hồ như hồ Hòa Bình khi có hiện tượng nở hoa

của nước đã sự dụng phương pháp cơ học như hớt váng tảo, phương pháp này đơn

giản nhưng tốn công và hiệu quả không cao Ngoài 2 phương pháp trên trong một vài năm gần đấy một số phương pháp công nghệ sinh thái sử dụng thực vật thuỷ sinh (bèo Tấm, bèo Lục bình, bèo Cái, Thủy trúc, Cải soong,…) cũng đã được nghiên cứu thử nghiệm Năm 2009, 2010 TS Trần Văn Tựa đã tiến hành nghiên

cứu sự dụng thực vật thủy sinh đển loại bỏ vi tảo và vi khuẩn lam có tiềm năng độc

tại hồ Núi Cốc Kết quả nghiên cứu đã đưa ra Hiệu quả loại bỏ vi tảo và vi khuẩn lam có tiềm năng độc như sau: Nói chung mô hình loại bỏ khá hiệu quả lượng vi tảo trong nước đầu vào Cụ thể với lô Cải soong loại được 55.4% VKL và 54.09% tổng

số vi tảo Ở lô Ngổ Trâu, hiệu quả loại bỏ cũng tương đương với Cải Soong với các

số liệu tương ứng là 51.64%; 54.12 % Vơi Rau Muống con số thu được có thấp hơn so với lô Cải Soong và Ngổ Trâu, với các giá trị tương ứng là 49.22 %và 47.39% [15] Tuy nhiên, phương pháp này mới chỉ là nghiên cứu ban đầu, cần phải

có nhiều nghiên cứu sâu hợn nữa nên chưa tạo được hiệu quả triệt để và tính khả thi

để nhân rộng chưa cao

2.2.4 Những tồn tại chưa giải quyết của các nghiên cứu đã có và hướng nghiên cứu của đề tài

Hồ Núi Cốc có diện tích mặt hồ rộng 25 km², đóng vai trò quan trong trong đời sống kinh tế xã hội của người dân Các hồ chứa này được xây dựng với nhiều

mục đích: thủy điện, tưới tiêu, cung cấp nước cho các hoạt động công nghiệp, nông nghiệp trong lưu vực, cung cấp nguốn nước mặt cho cộng đồng dân cư, nuôi

trồng thủy sản, du lịch Các nghiên cứu trước đây của chúng tôi cho thấy mức độ ô nhiễm dinh dưỡng tại hồ Núi Cốc cao Tần suất bắt gặp hiện tượng nở hoa nước chủ

yếu là VKL thuộc chi Microcystis thường xuyên và sự có mặt của độc tố VKL (microcystin) tại các hồ này là một thực tế đáng lo ngại Tuy nhiên, do tần suất quan

trắc thưa nên kết quả quan trắc tảo độc có được còn hạn chế và mang tính chất định tính Đánh giá mối nguy hiểm có thể xảy ra từ sự nở hoa của các loài VKL gây hại Học viên: Vũ Thị Nguyệt Lớp: CH18MT

Trang 29

không những chỉ dựa trên cơ sở về thành phần loài mà còn dựa trên sự phong phú

của loài Những công trình trước đây nghiên cứu về hồ Núi Cốc chưa đề cập đến các nghiên cứu định lượng các loài tảo độc hại trong thủy vực Hơn nữa, hiện tượng VKL phát triển mạnh mẽ tạo thành váng tại các thủy vực đã khảo sát có thể thay đổi

giữa các vị trí thu mẫu, mùa, tuần thậm chí trong ngày Sự thay đổi trên có thể là do

sự thay đổi trong thành phần loài, sản xuất độc tố với các dạng độc tính của cùng

một loài hay do ảnh hưởng của các nhân tố môi trường (Oberholster và cs., 2006) Chính vì vậy, cần phải có các đánh giá về biến động về số lượng và thành phần loài theo thời gian của VKL độc (chủ yếu là các loài thuộc chi Microcystis) để tìm quy

luật xuất hiện của nhóm VKL này trong mối tương quan với các yếu tố môi trường Hơn nữa đây là vấn đề rất cần thiết như là cơ sở khoa học cho việc quản lý, giảm thiểu tác động xấu của VKL độc tới môi trường, nâng cao hiệu quả nuôi trồng thủy

sản và sức khỏe của cộng đồng

Trang 30

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 Đối tượng nghiên cứu

- Thực vật phù du trong đó có nhóm VKL và VKL độc tại hồ Núi Cốc

2.2 Giới thiệu chung về hồ Núi Cốc

2.2.1 Điều kiện tự nhiên

Hồ Núi Cốc được tạo nên bởi đập ngăn tại km 56 trên sông Công (xã Phúc Trìu, TP Thái Nguyên) được xây dựng trong những năm 1973 – 1982 với dung tích

176 triệu mP

3

P

Vị trí địa lý của hồ Núi Cốc ở toạ độ 21º 34’ vĩ độ bắc, 105º 46’ kinh

độ đông Hồ giáp các xã Tân Thái (Đại Từ), Phúc Xuân, Phúc Trìu (TP.Thái Nguyên) Hồ có diện tích mặt hồ rộng 25 km², dung tích của hồ ước 20-176 triệu m³ Mặt hồ rộng với hơn 89 hòn đảo lớn nhỏ Khác với những thuỷ vực nhân tạo

lớn như hồ Hoà Bình, Thác Bà…hồ Núi Cốc được xây dựng với mục đích chính là thuỷ điện Hồ có diện tích vừa phải để điều tiết và thực hiện chức năng cấp nước sinh hoạt, tưới tiêu, nuôi trồng thuỷ sản và du lịch Loại thuỷ vực này có ở hầu khắp các tỉnh trong nước, bởi vậy tính điển hình của hồ Núi Cốc rất lớn, hơn nữa, với sự phát triển kinh tế xã hội hiện nay của khu vực, vai trò và ý nghĩa của thuỷ vực này càng được coi trọng Trong những năm gần đây, việc khai thác hồ chứa mang tính

chất tự phát, chưa có những quy hoạch cụ thể cùng với sự biến đổi khí hậu toàn cầu

đã tác động mạnh mẽ đến chất lượng nước hồ Nhiều thế mạnh của vùng hồ như nuôi trồng và đánh bắt thuỷ sản, trồng và bảo vệ rừng bị suy giảm do biến đổi chất lượng nước hồ

Việc đắp đập ngăn sông tạo thành hồ chứa đã làm thay đổi sâu sắc chế độ thuỷ văn - thuỷ lực của dòng chảy Tốc độ dòng chảy khi vào hồ bị giảm đột ngột

dẫn đến phần lớn phù sa bị lắng đọng lại trong hồ, làm biến đổi sinh thái lòng hồ và

ảnh hưởng đến hệ sinh thái càng lớn, đặc biệt chất lượng nước

Trang 31

2.2.2 Đặc điểm kinh tế xã hội

Trước những năm 1930, đây là khu vực cư trú của người Dao (Mán) với hoạt động kinh tế chủ yếu là nông nghiệp tự nhiên Nhưng từ những năm 1930 trở lại đây đặc biệt trong giai đoạn 1950 – 1960, một số lượng người kinh rất lớn từ khu

vực Đồng Bằng sông Hồng đã di cư lên, người Tày, Nùng ở khu vực Cao Bằng,

Lạng Sơn xuống, làm cho địa bàn cư trú của người dân tộc bản địa thu hẹp lại và lùi sâu vào những vùng núi cao phía Tây Đặc điểm của quá trình di dân này là nông – lâm nghiệp, hoạt động kinh tế chủ yếu của người dân trước và sau khi di cư là nông nghiệp Các cộng đồng di cư mang theo những tập quán sinh hoạt, sản xuất, nền văn hóa riêng của dân tộc mình đến vùng đất mới, trên cơ sở khai thác tổ hợp các điều

kiện tự nhiên mới, trong một không gian sinh hoạt, sản xuất mới Qua quá trình sinh

sống, sản xuất lâu dài các cộng đồng này không biệt lập với nhau mà có sự gắn kết, hòa nhập với nhau Kết quả là một bản sắc văn hóa mang tính tổng hòa từ những

nền văn hóa tưởng chừng khác biệt được tạo nê, nó thể hiện trong đời sống sản xuất, sinh hoạt, tinh thần của người dân Một minh chứng rõ ràng là qua những lễ hội đầu xuân của người dân trong vùng, ta thấy có sự xuất hiện của những trò chơi dân gian

của người Kinh (chọi gà, đánh đu), bên cạnh những trò của người Tày, Nùng (ném còn)… Đây là những nét văn hóa hết sức độc đáo, tạo nên sắc thái riêng và khả năng thu hút sự tò mò của du khách

Khu vực Hồ Núi Cốc, tỉnh Thái Nguyên có nhiều tiềm năng phát triển du

lịch sinh thái, tuy nhiên trước yêu cầu thực tiễn đòi hỏi phải có một chiến lược phát triển du lịch bền vững, đồng thời khai thác tối đa được các điều kiện tự nhiên, nhân văn sẵn có mang lại lợi ích tối đa cho cộng đồng địa phương, buộc chúng ta phải có

một phương pháp tổ chức du lịch mới, dựa trên cơ sở phân tích cấu trúc sinh thái

cảnh quan

Trang 32

2.3 Các phương pháp nghiên cứu

2.3.1 Vị trí và thời gian lấy mẫu

33.529 N, 105P

0 P

43.537 E)

- NC2: Gần đảo Cò (21P

0 P

35.008 N, 105P

0 P

41.311 E)

- NC3: Giữa hồ, gần cổng chùa (21P

0 P

34.100 N, 105P

0 P

42.723 E)

- NC4: Cửa sông Công (21P

0 P

36.018 N, 105P

0 P

40.220 E)

- NC5: Rẽ vào nhánh, gần trại vịt của trung tâm cai nghiện (21P

0 P

35.506 N, 105P

0 P

40.946 E)

+ Thời gian thu mẫu: Thời gian thu mẫu được tiến hành từ tháng 4 năm 2009 đến

tháng 11 năm 2011

Trang 33

2.3 2 Phương pháp thu mẫu và cố định mẫu

+ Phương pháp thu và cố định mẫu nước:

Các mẫu nước được lấy theo đúng tiêu chuẩn Việt Nam 5996-1995 và được

lọc ngay bằng giấy lọc GF/F (Whatman) Phần mẫu nước lọc được bảo quản riêng

biệt trong lọ nhựa (PE) để phân tích các chất dinh dưỡng; bảo quản trong lọ thủy tinh với axit Mẫu nước không lọc dùng để phân tích phốtpho tổng và coliforms Các mẫu khi chưa có điều kiện được phân tích ngay thì được bảo quản lạnh sâu

Với các mẫu nước để phân tích vsv được đựng trong các chai nhựa 500 ml

vô trùng Mẫu được phân tích ngay trong vòng 24 giờ sau khi đưa về phòng thí nghiệm Với các mẫu bùn được lấy bằng thiết bị lấy bùn chuyên dụng Bùn được đựng trong các túi nilon đưa về phòng thí nghiệm và được phân tích ngay trong vòng 24 giờ

Lưới thu mẫu thực vật nổi: Đây là loại chuyên dụng dùng để thu các loại sinh

vật nổi Lưới thu mẫu sinh vật nổi bao gồm nhiều loại, nhưng đều bắt nguồn từ 4

loại chính: lưới hình chóp đơn giản, lưới Hensen, lưới Apstein và lưới Juday Mặc

dù có sự sai khác nhất định, song cấu tạo của lưới gồm 3 phần chính:

• Phần miệng lưới: Gồm vòng đai miệng (đường kính từ 15-30cm), tiếp đến là bao vải hình chóp cụt Vòng đai miệng được nối với dây kéo lưới, còn phần

vải hình chóp cụt nối với thân lưới

• Phần thân lưới (phần lọc nước): Thân lưới có chiều dài gấp 2-3 lần đường kính miệng lưới (Karltangen, 1978), được làm từ loại vải đặc biệt có mắt lưới

cực nhỏ (5-25, thậm chí 315 micromet tuỳ theo lưới vớt TVN hay ĐVPD)

khả năng thoát nước phải cao Thân lưới nối với miệng lưới ở phía trên và

nối với ống đáy ở phía dưới (qua một manset bằng vải)

Trang 34

• Ống đáy: Thường là loại ống kim loại hay bằng nhựa (composite) có thể tích khoảng 150-200 ml (có thể giữ lại một lượng cả nước lẫn mẫu) Ngoài ra

phải có khoá điều chỉnh (đóng mở) để có thể lấy được mẫu ra, sau khi đã kéo lưới thu mẫu trong vực nước

Các dụng cụ khác: Xô (V=5L); Chậu (V=10-20L); Lọ (can) đựng mẫu (V=250-5000 ml, bằng nhựa hay thuỷ tinh có nắp vặn hay nút mài)

+ Dung dịch formalin 2-5%: Pha 95-98% nước cất và 2-5% formalin đặc + Dung dịch lugol:

Pha 100g KI với 1 lít nước cất (1)

50 gam Iod dạng tinh thể pha vào 100 ml axít acetic(2)

Trộn đều dung dịch (1) và dung dịch (2)

Khi sử dụng dung dịch lugol để bảo quản mẫu: cho 0,4 ml dung dịch lugol

vào 200 ml nước mẫu, nếu màu nước chuyển sang màu nâu nhạt là được Trong trường hợp nước chưa đổi màu thì tiếp tục bổ sung dung dịch lugol, nhưng không được vượt quá 0,8% (như vậy: khoảng 2 - 4ml dung dịch lugol/1000ml nước mẫu)

+ Phương pháp thu mấu TVN (phytoplankton):

a) Mẫu định tính (xác định thành phần loài TVN): Tại mỗi điểm thu mẫu

dùng lưới vớt thực vật nổi với kích thước mắt lưới từ 40 micromet kéo đứng để thu được tất cả các thực vật nổi phân bố trong cột nước hoặc đặt miệng lưới cách mặt nước 15-20cm rồi kéo lưới theo hình số tám hay ziczắc Mẫu sau khi thu được cố định ngay bằng dung dịch formol 2-5%

b) Mẫu định lượng (xác định mật độ tế bào): Một thế tích nhất định nước hồ

được thu và cố định bằng dung dịch Lugol axit Mẫu được để lắng trong tối và mẫu

phụ được thu sau 48h để lắng (Karlson, et al., 2010)

Trang 35

2.3.3 Phương pháp phân tích mẫu

+ Phương pháp đo các chỉ tiêu thủy lý

6 chỉ tiêu thủy lý (nhiệt độ, pH, độ đục, DO, độ dẫn, muối) được đo ngay tại

hiện trường bằng máy kiểm tra chất lượng nước TOA (Nhật Bản sản xuất)

+ Phương pháp phân tích thủy hóa

Các chỉ tiêu: NHR 4 RP

+ P

(mgN/l), NOR 3 RP

- P

(mgN/l), NOR 2 RP

- P

(mgN/l), POR 4 RP

3- P

(mgP/l), P

tổng (mgP/l) và Si hòa tanR R(mgSi/l) được xác định bằng phương pháp so màu trên

máy đo quang UV-Vis 2450, Shimadzu-Nhật

Xác định hàm lượng các chỉ tiêu nói trên dựa theo các phương pháp tiêu chuẩn của Mỹ [APHA, 1995] và theo các phương pháp tiêu chuẩn của phòng thí

nghiệm UMR Sisyphe, trường Đại học Paris VI (Pháp), cụ thể như sau:

C tạo ra một phức màu vàng Phép so màu được thực hiện ở bước

phản ứng với amoni molybdat tạo thành phức chất phốtphomolybdic Phức chất này phản ứng với axit ascobic cho dung dịch màu xanh Phức chất kali antimoin tartrat được cho thêm vào để thúc đẩy phản ứng và nhằm hạn chế ảnh hưởng của quá trình thuỷ

Trang 36

phân một số chất hữu cơ trong quá trình phản ứng Phép so màu được thực hiện ở

bước sóng 885 nm

Xác định SiOR2 R(mg/l): Các ion silicate SiOR 3 RP

2-Ptrong môi trường axit phản ứng

với molybdate tạo thành axit silico-molybdic có màu vàng Chất này bị khử bởi axit ascobic tạo thành anhydric silico-molybdic có màu xanh Ảnh hưởng của phốtphát trong mẫu sẽ được loại bỏ khi cho thêm axit oxalic Phép so màu được thực hiện ở bước sóng 610 nm

Xác định P tổng (mg/l): Xác định hàm lượng phốt pho tổng trong các mẫu

dựa vào phương pháp xác định hàm lượng phốtphát như đã nêu trên, sau khi đã tiến hành quá trình chuyển hoá toàn bộ phốtpho hữu cơ trong mẫu về dạng phốtphat vô

cơ trong môi trường axit với sự có mặt của natri persunphate NaR 2 RSR 2 ROR 8 R

- Định tính thực vật nổi (xác định tên khoa học dựa trên đặc điểm hình thái)

bằng phương pháp hình thái so sánh dưới kính hiển vi có độ phóng đại 400x và

1000 x, sử dụng trắc vi vật kính và trắc vi thị kính để đo kích thước trung bình của

tảo, quan sát chi tiết và mô tả chúng bằng hình vẽ, sau đó xác định loài theo các tài

liệu phân loại của Việt Nam, Nga, Đức, Pháp, Nhật, Anh Mỹ Phân loại VKL dựa vào hệ thống phân loại của Hoffmann và cs 2005 Tài liệu chính sử dụng để phân

loại VKL: Cronberg, G (2006), Komarek, J và cộng sự (1986, 1999, 2003 và 2005) [23-25]

- Phân tích định lượng thực vật nổi: Mật độ tế bào thực vật nổi được đếm

trên buồng đếm Sedgwick – Raffter (20mm * 50mm * 1mm) Số tế bào được đếm trong 1 ml [26]

Số lượng tế bào được tính theo công thức như sau:

NR 0 R/ml = C * A

1000 mm3 LxDxWxSE A Trong đó: C: Số lượng tế bào đếm được

Trang 37

L: Chiều dài của mỗi thước

D: Chiều sâu của thước

W: Chiều rộng của thước

S: Số thước đếm

hoặc: NR 0 R/ml = C * A

1000

số ô E Trong đó: C: Tổng số lượng tế bào đếm được trong tất cả số ô đếm

Số lượng tế bào/1ml = A

C x 1000

S x L x D x WE A x K K: Hệ số pha loãng

Lorezen (1967) Mẫu nước hồ được lọc qua giấy lọc GF/C với kích thước lỗ 45 µm (Whatman GF/C, Anh) Mẫu được chiết bằng acetone (90%)

- Phân tích độc tố microcytin: Để phân tích độc tố microcytin, một thể tích

nước hồ xác định được lọc qua giấy lọc GF/C (0,47 µm, Whatman) Mẫu giấy sau khi lọc cùng với sinh khối của các mẫu nước nở hoa (thành phần thực vật nổi chủ

yếu là Microcystis) được đông khô ở -55P

0 P

C trong 24 h và được giữ trong – 20P

0 P

C trước khi phân tích độc tố [21]

Tách chiết và phân tích độc tố: trích ly mẫu theo phương pháp của Fastner và

cs Mẫu VKL thu được trên màng lọc sợi thủy tinh được cắt nhỏ và l y trích lần thứ nhất trong dung dịch MeOH 70% chứa 5% axit axetic và 0,1% axit triflouraxetic Sau đó, mẫu được tiếp tục ly trích 3 lần liên tiếp trong MeOH 90% Sau mỗi bước

ly trích , mẫu được ly tâm (4500 vòng/phút, 10 phút, 4°C) Dịch chiết được gộp chung lại và cho bay hơi tự nhiên ở 35ºC Sau đó, mẫu được hòa tan trong MeOH

và ly tâm (14000 vòng/phút, 10 phút, 1ºC) Dịch trong được thu giữ và lưu trữ ở

-20ºC cho đến khi phân tích trên máy HPLC Độc tố microcystin được xác định theo phương pháp của Pflugmacher và cs [28]

Trang 38

2.2 P hương pháp thu thập các số liệu về chất lượng nước thải từ các nguồn thải trong lưu vực

Thu thập các số liệu về chất lượng nước thải từ các nguồn thải trong lưu vực theo các tài liệu nghiên cứu trước đây Trong thời gian gần đây, các báo cáo đề tài nghiên cứu liên quan đến chất lượng môi trường lưu vực hồ Núi Cốc của Sở Tài nguyên và môi trường tỉnh Thái Nguyên, Bộ Tài nguyên và môi trường … đã được thu thập để bổ sung vào cơ sở dữ liệu chất lượng nước thải

Đặc điểm (quy mô và chất lượng nước) các nguồn nước thải sản xuất công nghiệp, khai thác khoáng sản, du lịch dịch vụ trong lưu vực hồ Núi Cốc rất quan

trọng, nhằm xây dựng cơ sở dữ liệu, đánh giá ảnh hưởng của các tác động của con người tới chất lượng nước hồ

2.3 Phương pháp xử lý số liệu

- Sử dụng phần mền Acrgis 9.3 để xây dựng bản đồ mô tả sự phân bố của các

yếu tố thủy lý, thủy hóa trên hồ trong thơi gian nghiên cứu

- Sử dụng phương pháp phân tích hợp phần (PCA, Principal Component Analysis), phương pháp phân tích tương quan đa yếu tố để phân tích mối tương quan giữa VKL, thực vật nổi và các yếu tố môi trường (SPAD 5.1) Các số liệu về

biến động thành phần loài, mật độ tế bào sinh vật nổi được tính toán và vẽ biểu đồ

sử dụng phần mềm Microsoft Excel

- Sau khi thu thập số liệu từ các tài liệu nghiên cứu trước đây, kết hợp với kết

quả đo đạc để xây dựng cơ sở dữ liệu về chất lượng nước thải công nghiệp và nông nghiệp trong lưu vực Các kết quả phân tích được thể hiện qua các bảng tính và hình

vẽ về chất lượng nước một số nguồn thải trong lưu vực hồ Núi Cốc, từ đó so sánh các giá trị thu được với các giá trị tiêu chuẩn Việt Nam để xác định mức độ ô nhiễm

của các nguồn nước thải

Trang 39

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

3.1 Hiện trạng chất lượng nước qua các chỉ tiêu hóa lý và chất rắn lơ lửng

3.1 1 Nhiệt độ

Nhiệt độ nước hồ là yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của thực vật nổi

của hồ Mỗi loài thực vật nổi chỉ tồn tại và phát triển trong một giới hạn nhiệt độ

nhất định Ở trong khoảng nhiệt độ cực thuận thì chúng sinh trưởng và phát triển tốt

nhất

Hình 3.1: Phân bố nhiệt độ trung bình hồ Núi Cốc từ năm 2009 - 2011

Qua các đợt thu mẫu từ năm 2009 - 2011, ta thấy nhiệt độ nước hồ dao động

C với giá trị trung bình năm 26,7P

o P

C, thấp nhất là 17,9P

o P

C (tháng 3/2011) và cao nhất là 33,1P

O P

C (tháng 9/2009) (xem hình 3.1) Nhiệt độ nước hồ

chịu sự chi phối của nhiệt độ không khí

Trang 40

Sự chênh lệch nhiệt độ giữa các điểm nghiên cứu không đáng kể (p>0,05)

Tại các hồ và hồ chứa có độ sâu lớn, sự phân tầng về nhiệt độ trong mùa hè biểu

hiện rõ nhất giữa tầng mặt và tầng đáy (Đặng Ngọc Thanh và cs, 2002) Tuy nhiên,

tại hồ Núi Cốc chúng tôi ghi nhận không có sự phân tầng về nhiệt độ đáng kể giữa

tầng mặt và tầng 5m (p>0,05) Phần lớn thời gian nghiên cứu (trừ tháng 1/2010, tháng 3/2011) nhiệt độ ở mức >20°C là nhiệt độ thích hợp cho sự sinh trưởng và phát triển của các thực vật nổi cũng như VKL phát triển [15]

3.1.2 pH

Độ pH của thủy vực có vai trò rất lớn đối với sự phát triển của thủy sinh vật, đặc biệt tới khả năng hấp thụ chất dinh dưỡng Nếu pH quá thấp hoặc quá cao sẽ làm rối loạn quá trình trao đổi muối và nước giữa cơ thể sinh vật với môi trường ngoài do sự thay đổi độ thẩm thấu của màng tế bào

Hình 3.2: Phân bố pH trung bình hồ Núi Cốc từ năm 2009 -2011

Định dạng
Số trang	107
Dung lượng	2,96 MB