Nghiên cứu sử dụng chuỗi thức ăn là tảo và Daphnia để xử lý nước thải chăn nuôi

Nghiên cứu sử dụng chuỗi thức ăn là tảo và Daphnia để xử lý nước thải chăn nuôi Nghiên cứu sử dụng chuỗi thức ăn là tảo và Daphnia để xử lý nước thải chăn nuôi Nghiên cứu sử dụng chuỗi thức ăn là tảo và Daphnia để xử lý nước thải chăn nuôi luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp luận văn tốt nghiệp,luận văn thạc sĩ, luận văn cao học, luận văn đại học, luận án tiến sĩ, đồ án tốt nghiệp

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học bách khoa Hà nội

=======================

Luận văn thạc sĩ khoa học

Nghiên cứu sử dụng chuỗi thức ăn là

tảo và Daphnia để xử lý nước thảI

chăn nuôi

ngành: Công nghệ MôI trường

Lê thanh Huyền Người hướng dẫn khoa học: Giáo sư, Tiến sĩ Đặng Kim Chi

Hà nội 2006

Bộ giáo dục và đào tạo Trường đại học bách khoa Hà nội

Mục lục

1.1.5 Một số công trình xử lý nước thải bằng tảo 12 1.1.6 Ngành tảo thích hợp cho xử lý nước thải bằng chuỗi thức ăn 15

1.2 Các nghiên cứu về Daphnia trong xử lý nước thải 17

1.2.4 Daphnia trong xử lý nước thải bằng chuỗi thức ăn 23

1.3 Các nghiên cứu về chuỗi thức ăn để xử lý nước thải

1.4 Các vấn đề về chuỗi thức ăn để xử lý nước thải chưa được

nghiên cứu

30

1.4.1 Trong nước 31

Chương II: Đối tượng, phạm vi , nội dung và phương pháp

3B Chương III: Kết quả nghiên cứu và thảo luận

3.3.1 Đánh giá sự phát triển của tảo trong hệ thống 61

3.3.2 Đánh giá sự phát triển của Daphnia trong hệ thống 63

3.5 ảnh huởng của số giờ chiếu sáng đến hiệu quả xử lý 81

Phụ lục 1: Các hình ảnh về quá trình nghiên cứu

Phụ lục 2: Các kết quả nghiên cứu đã có về sử dụng chuỗi thức

ăn để xử lý nước thải

Phụ lục 2: các số liệu về điều kiện nhiệt độ tại Hải Phòng từ

1/2006 – 6/2006

Các từ viêt tắt

TN - tổng nitrogen

TP - tổng phôt pho

DIP - phôt pho hoà tan

BOD - nhu cầu ô xy hoá sinh học

COD - nhu cầu ô xy hoá hoá học

Chla: Chlorophyll a

HRT - thời gian lưu nước trong hệ thống TKN - tổng kjeldahl nitrogen

Danh mục các bảng:

Bảng 1 Hệ số nồng độ sinh khối của kim loại trong tế bào tảo

Bảng 2: Các hệ số hoá lý của nước thải trong công trình xử lý bằng tảo tại Phú

Đô

Bảng 3: Hiệu quả xử lý nướcthải làng nghề làm bún

Bảng 4 Chất lượng nước thải đầu vào của công trình xử lý nước thải bằng chuỗi

thức ăn tại Hàn Quốc

Bảng 5 Tốc độ phát triển sinh khối của tảo

Bảng 6: Số lượng Daphnia trong thời gian gây nuôi

Bảng 7: Mật độ tảo trong các bình gây nuôi Daphnia

Bảng 8: Khả năng tiêu thụ tảo trung bình của cá thể Daphnia

Bảng 9: Sinh khối tảo trong hệ thống xử lý

Bảng 10: Hiệu quả loại bỏ sinh khối của Daphnia

Bảng 11 : Số lượng cá thể Daphnia trong hệ thống xử lý

Bảng 12 Các chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải đầu vào, đầu ra

Bảng 13: Hiệu quả xử lý các chỉ tiêu của hệ thống

Bảng 14: ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu quả xử lý

Bảng 15: ảnh hưởng của số giờ chiếu sáng đến hiệu quả xử lý

Danh mục các sơ đồ

Sơ đồ 1 Cơ chế xử lý nước thải của tảo

Sơ đồ 2 Sơ đồ hệ thống thí nghiệm tại xí nghiệp chăn nuôi Đồng Hiệp

Danh mục các đồ thị

Đồ thị 1: Sự thay đổi nồng độ Chla của nước thải trong 10 ngày nuôi cấy tảo tại

4 bình nước thải pha với nước hồ có tảo (các tỷ lệ pha loãng 100%, 90%, 60%, 50% nước thải với tương ứng 0%, 10%, 40%, 50% nước hồ)

Đồ thị 2: Sự thay đổi chỉ tiêu BOD của nước thải trong 10 ngày nuôi cấy tảo tại

4 bình nước thải pha với nước hồ có tảo (các tỷ lệ pha loãng 100%, 90%, 60%, 50% nước thải với tương ứng 0%, 10%, 40%, 50% nước hồ)

Đồ thị 3: Sự thay đổi chỉ tiêu COD của nước thải trong 10 ngày nuôi cấy tảo tại

4 bình nước thải pha với nước hồ có tảo (các tỷ lệ pha loãng 100%, 90%, 60%, 50% là nước thải với tương ứng 0%, 10%, 40%, 50% nước hồ)

Đồ thị 4: Sự thay đổi chỉ tiêu TN của nước thải trong 10 ngày nuôi cấy tảo tại 4

bình nước thải pha với nước hồ có tảo (các tỷ lệ pha loãng 100%, 90%, 60%, 50% là nước thải với tương ứng 0%, 10%, 40%, 50% nước hồ)

Đồ thị 5: Sự thay đổi chỉ tiêu TP của nước thải trong 10 ngày nuôi cấy tảo tại 4

bình nước thải pha với nước hồ có tảo (các tỷ lệ pha loãng 100%, 90%, 60%, 50% là nước thải với tương ứng 0%, 10%, 40%, 50% nước hồ)

Đồ thị 6: Sự thay đổi của pH của nước thải trong 10 ngày nuôi cấy tảo tại 4 bình

nước thải pha với nước hồ có tảo (các tỷ lệ pha loãng 100%, 90%, 60%, 50% là nước thải với tương ứng 0%, 10%, 40%, 50% nước hồ

Đồ thị 7: Tỷ lệ loại bỏ BOD, COD, TP, TN khỏi nước thải trong 10 ngày nuôi

cấy tảo tại 4 bình nước thải pha với nước hồ có tảo (các tỷ lệ pha loãng 100%, 90%, 60%, 50% nước thải với tương ứng 0%, 10%, 40%, 50% nước hồ)

Đồ thị 8: Sự thay đổi của số lượng cá thể Daphnia trong 1 tuần khi ban đầu thả

100 con Daphnia trong 100ml nước có nồng độ Chla lần lượt là 1900 mg/mP

Đồ thị 9: Tỷ lệ gia tăng số lượng cá thể Daphnia trong 1 tuần khi ban đầu thả

100 con Daphnia trong 100ml nước có nồng độ Chla lần lượt là 1900 mg/mP

Đồ thị 10: Sự thay đổi Chla trong nước thải trong 1 tuần khi ban đầu thả 100

con Daphnia có kích cỡ 1,5mm, 2mm, 3mm trong 100ml nước có nồng

độ Chla là 1900 mg/mP

3

Đồ thị 11: Sự thay đổi Chla trong nước thải trong 1 tuần khi ban đầu thả 100

con Daphnia có kích cỡ 1,5mm, 2mm, 3mm trong 100ml nước có nồng

độ Chla là 1200 mg/mP

3

Đồ thị 12: Sự thay đổi Chla trong nước thải trong 1 tuần khi ban đầu thả 100

con Daphnia có kích cỡ 1,5mm, 2mm, 3mm trong 100ml nước có nồng

độ Chla là 600 mg/mP

3

Đồ thị 13: Sự thay đổi của nồng độ Chla trong 3 ngày của nước thải nuôi tảo khi

thả 100 con Daphnia (3 loại kích cỡ khác nhau) trong 100ml nước có nồng độ Chla ban đầu là 600 mg/m3

Đồ thị 14: Khối lượng tảo do 1 cá thể Daphnia tiêu thụ trong 1 ngày với các

điều kiện về mật độ tảo khác nhau và kích thước của cá thể khác nhau

Đồ thị 15: Mật độ Chla trong nước thải đầu vào, bể tảo, bể Daphnia trong 6

tháng vận hành hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi bằng chuỗi thức ăn là tảo và Daphnia

Đồ thị 16: Lượng Chla trong do Daphnia tiêu thụ trong 6 tháng vận hành hệ

thống xử lý nước thải chăn nuôi bằng chuỗi thức ăn là tảo và Daphnia

Đồ thị 17: Số cá thể Daphnia trong 6 tháng vận hành hệ thống xử lý nước thải

chăn nuôi bằng chuỗi thức ăn là tảo và Daphnia

Đồ thị 18: Chỉ tiêu BOD trong nước đầu vào và đầu ra trong 6 tháng vận hành

hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi bằng chuỗi thức ăn là tảo và Daphnia

Đồ thị 19 : Chỉ tiêu COD trong nước đầu vào và đầu ra trong 6 tháng vận hành

hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi bằng chuỗi thức ăn là tảo và Daphnia

Đồ thị 20: Chỉ tiêu TN trong nước đầu vào và đầu ra trong 6 tháng vận hành hệ

thống xử lý nước thải chăn nuôi bằng chuỗi thức ăn là tảo và Daphnia

Đồ thị 21: Chỉ tiêu TP trong nước đầu vào và đầu ra trong 6 tháng vận hành hệ

thống xử lý nước thải chăn nuôi bằng chuỗi thức ăn là tảo và Daphnia

Đồ thị 22: Chỉ tiêu pH trong nước đầu vào và đầu ra trong 6 tháng vận hành hệ

thống xử lý nước thải chăn nuôi bằng chuỗi thức ăn là tảo và Daphnia

Đồ thị 23: Hiệu quả xử lý các chỉ tiêu BOD, COD, TP, TN trong 6 tháng vận

hành hệ thống xử lý nước thải chăn nuôi bằng chuỗi thức ăn là tảo và Daphnia

Đồ thị 24: Mối quan hệ giữa nhiệt độ không khí trung bình và hiệu quả xử lý

các chỉ tiêu BOD và COD của hệ thống trong 6 tháng vận hành

Đồ thị 25: Mối quan hệ giữa nhiệt độ không khí trung bình và hiệu quả xử lý

các chỉ tiêu TN, TP của hệ thống trong 6 tháng vận hành

Đồ thị 26: Mối quan hệ giữa số giờ chiếu sáng trong tháng và hiệu quả xử lý các

chỉ tiêu TN, TP của hệ thống trong 6 tháng vận hành

Đồ thị 27: Mối quan hệ giữa số giờ chiếu sáng trong tháng và hiệu quả xử lý các

chỉ tiêu TN, TP của hệ thống trong 6 tháng vận hành

Danh mục các hình ảnh

Hình 1 Các hình ảnh của tảo Chlorella

Hình 2 Các hình ảnh của tảo Scenedesmus,

Hình 3 Các hình ảnh của tảo Oocystis sp,

Hình 4 Các hình ảnh của tảo Golenkinia

Hình 5 Hình ảnh của Daphnia

Hình 6 Các hình ảnh về quá trình hoạt động của hệ thống

Lời cảm ơn

Để hoàn thành luận văn này, trước hết tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô trong Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường, những người đã dạy và truyền đạt kiến thức cho tôi trong hai năm tôi theo học lớp cao học ngành Công nghệ môi trường của trường Đại học Bách khoa

Hà nội

Đặc biệt, tôi xin được gửi lời biết ơn chân thành nhất đến Giáo viên hướng dẫn là Giáo sư, tiến sĩ Đặng Kim Chi, người đã tận tình dạy dỗ tôi

và hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn cao học của mình

Tôi xin được gửi lời cảm ơn đến lãnh đạo và các đồng nghiệp trong cơ quan tôi, Sở khoa học và Công nghệ Hải Phòng, những người đã tạo

điều kiện tốt nhất để tôi theo học và hoàn thành luận văn

Tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn đến Ban chủ nhiệm đề tài hợp tác quốc tế về khoa học và Công nghệ giữa Việt Nam và Hàn quốc về “Sử dụng các vùng đất ngập nuớc để xử lý nước thải” đặc biệt là Tiến sĩ Hoàng Ngọc Tuấn, Chủ nhiệm đề tài đã tạo mọi cơ hội cho tôi thực hiện nghiên cứu của mình cùng các giáo sư và bạn bè tại khoa Môi trường, trường Đại học Kangwon Hàn Quốc những người đã hướng dẫn chia sẽ kinh nghiệm cho tôi trong quá trinh thực hiện luận văn

Tôi xin được chân thành cảm ơn những nhà khoa học, những người

đã có các công trình nghiên cứu mà các kết quả tôi đã sử dụng trong các trích dẫn của luận văn này

Cuối cùng, tôi xin được cảm ơn những người thân yêu, gần gũi nhất với tôi, đó là gia đình tôi, đã động viên, khích lệ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Lời cam đoan

Tôi xin cam đoan rằng tất cả các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này trung thực và chưa được sử dụng để bảo

vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan rằng tất các sự giúp đỡ đều đã được cảm

ơn và các trích dẫn đã được chỉ rõ nguồn gốc

Mở đầu

Đặt vấn đề

Các hệ thống xử lý nước thải hiện nay phần lớn áp dụng các phương pháp hóa lý Các phương pháp này biến đổi các hợp chất ô nhiễm hoà tan trong nước thải thành các chất ổn định có thể tách ra khỏi dòng thải [6] Với phương thức trên, công nghệ môi trường đã mang lại hiệu quả xử lý rõ rệt và

đã cơ bản giải quyết được vấn đề ô nhiễm nước thải

Tuy công nghệ môi trường hiện nay đã cơ bản giải quyết được vấn đề

ô nhiễm nước thải nhưng nó thường có chi phí xây dựng và vận hành cao, tiêu tốn về năng lượng, nguyên liệu, đòi hỏi đầu tư lớn, có cơ chế vận hành phức tạp, đòi hỏi kỹ thuật và chuyên môn cao

Chính vì thế, cho đến nay một số nhà quản lý, nhà doanh nghiệp và các hộ gia đình vẫn cho rằng xử lý ô nhiễm môi trường nói chung xử lý nước thải nói riêng là vấn đề khó quản lý, khó tiếp cận Do đó, nhiều đô thị, nhiều khu dân cư, nhiều cơ sở sản xuất không xây dựng các hệ thống xử lý nước thải hoặc có xây dựng nhưng không hoặc ít vận hành các hệ thống này [21]

Thực tế trên đòi hỏi có những phương pháp xử lý nước thải với phương thức vận hành đơn giản, gần với tự nhiên và tiết kiệm chi phí cũng như năng lượng, nguyên liệu Đòi hỏi này càng cấp thiết hơn trong xu thế bảo tồn thiên nhiên đang là điểm nóng được quan tâm hàng đầu của toàn nhân loại

Các nhà khoa học đã quan tâm đến quá trình làm sạch dòng nước của

tự nhiên Quá trình này đã và đang được tìm hiểu, được đưa vào áp dụng, được tận dụng tối đa với mục tiêu làm sạch dòng nước bảo vệ môi trường, mang lại

đa dạng sinh học cho hệ sinh thái, sự phát triển bền vững cho con người

Các thuỷ vực là nơi quá trình làm sạch dòng nước của tự nhiên đang diễn ra mạnh mẽ Các thực vật phù du và động vật phù dù, hai thành phần cơ bản của hệ sinh thái thuỷ vực là những mắt xích của quá trình trên [7] Cơ chế

mà động thực vật phù du làm sạch dòng nước là các chất dinh dưỡng trong

nước được sử dụng để gia tăng sinh khối của thực vật phù du, sau đó sinh khối này được sử dụng làm thức ăn cho các động vật phù du Thông qua chuỗi thức

ăn này, với hai bậc dinh dưỡng là thực vật phù du và động vật phù du nước thải đã được làm sạch với cơ chế sản xuất – tiêu thụ của hệ sinh thái [5]

Tuy nhiên, hiện nay khả năng làm sạch nước thải của chuỗi thức ăn hầu như chỉ đang phát triển một cách hoàn toàn tự nhiên, tuân theo những quy luật điều chỉnh của tự nhiên Những khả năng tiềm ẩn của nó vẫn chưa được

đánh giá và khai thác triệt để

Làm cách nào để chuỗi thức ăn phát huy được cao nhất vai trò xử lý nước thải của nó? Liệu có thể tìm thấy một chuỗi thức ăn đóng vai trò như một

Sử dụng chuỗĩ thức ăn để xử lý nước thải được quan tâm bởi tính bền vững và những lợi thế rộng rãi của nó về mặt kinh tế và đa dạng sinh học [44,

75, 46]

Nhưng, các nghiên cứu về chuỗi thức ăn để xử lý nước thải tại Việt Nam còn ít Đây hầu như là một vấn đề còn mới, những nghiên cứu chuyên sâu chưa nhiều, đặc biệt những nghiên cứu cho điều kiện khí hậu nhiệt đới còn chưa có Việc sử dụng chuỗĩ thức ăn để xử lý nước thải chưa được coi là một phương pháp xử lý nước thải tại Việt Nam

Tại Việt Nam nói chung, Hải Phòng nói riêng, các thuỷ vực đang có mặt ở khắp mọi nơi Các thuỷ vực đang làm sạch một khối lượng khổng lồ nước thải của các đô thị, khu công nghiệp, khu dân cư, các làng quê nông thôn Khả năng làm sạch nước thải của chuỗi thực ăn là tảo và Daphnia trong

các thuỷ vực chưa được nghiên cứu, đo đó chưa có các giải pháp để khai thác

và phát triển tiềm năng xử lý nước thải này

Xuất phát từ nhu cầu thực tế, dựa trên cơ sở khoa học và các nghiên cứu đã thành công, được sự đồng ý của Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường và Giáo viên hướng dẫn là GS.TS Đặng Kim Chi, tôi chọn Đề tài

“Nghiên cứu sử dụng chuỗi thức ăn làtảo và Daphnia để xử lý nước thải

chăn nuôi” cho luận văn tốt nghiệp cao học ngành công nghệ môi trường của

mình

Mục tiêu của đề tài

Nghiên cứu sử dụng tảo và Daphnia xử lý nước thải ử Việt Nam nhằm phát triển một phương pháp xử lý nước thải chi phí tháp, theo hướng thân thiện với môi trường

ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiến

(1) Xây dựng các hệ thống xử lý nước thải bằng chuỗi thức ăn là tảo

và Daphnia trong các điều kiện phù hợp

(2) Đưa ra thông tin để có các giải pháp nâng cao hiệu quả làm sạch dòng nước tại các thuỷ vực thông qua chuỗi thức ăn là tảo và Daphnia

Giới hạn của đề tài

Giới hạn về không gian: địa điểm nghiên cứu là thuỷ vực nước ngọt

Thành phố Hải Phòng

Giới hạn về thời gian: thời gian thực hiện dề tài từ tháng 1 năm 2004

đến tháng 10 năm 2006; thời gian triển khai thực nghiệm từ tháng 1 năm 2006

đến tháng 5 năm 2006

Giới hạn về nội dung:

Nội dung 1: Xác định khả năng sinh trưởng, phát triển của tảo

Nội dung 2: Xác định khả năng sinh trưởng,phát triển của Daphnia

Nội dung 3: Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải chăn nuôi bằng tảo và

Daphnia

Nội dung 4: Đánh giá ảnh hưởng của điều kiện nhiệt độ đến hiệu quả

xử lý nước thải chăn nuôi bằng chuỗi thức ăn là tảo và Daphnia

Nội dung 5: Đánh giá ảnh hưởng của số giờ chiếu sáng đến hiệu quả xử

lý nước thải chăn nuôi bằng chuỗi thức ăn là tảo và Daphnia

Nội dung 6: Đề xuất các biện pháp khắc phục các điều kiện không

thích hợp để xử lý nước thải bằng chuỗi thức ăn là tảo và Daphnia

Chương I Tổng quan

1.1 Các nghiên cứu về tảo trong xử lý nước thải

1.1.1 Năng suất sinh học sơ cấp của thuỷ vực

Thuỷ vực là một hệ sinh thái luôn luôn vận động trong mối quan hệ trao đổi vật chất và năng lượng giữa môi trường bên trong và bên ngoài thuỷ vực Tại đây không ngừng diễn ra các quá trình tạo thành, phân huỷ lại tạo thành Vật chất đi từ vô cơ sang dạng hữu cơ rồi lại trở lại dạng vô cơ tạo nên một chu trình vật chất trong thuỷ vực[7]

Thực vật hấp thụ các chất khoáng để sinh trưởng và phát triển Phân tích mẫu thực vật cho thấy: qua sấy khô + đốt mẫu C, O, H, N bay đi dưới dạng COR 2 R, HR 2 RO, NOR 2 R Phần còn lại là tro thực vật trong đó có nhiều nguyên tố khoáng như P, K, Na, Ca, Mg, S, Fe, Mn, Bo

Nguồn gốc: C, H, O thực vật lấy từ COR 2 R, HR 2 RO trong không khí, N, P lấy từ đất, nước

Hàm lượng C =45%, O= 42%, H = 6,5%, N = 1,5%, 5% là các

nguyên tố khoáng

Các nguyên tố khoáng được chia làm 3 nhóm:

Nhóm nguyên tố đa lượng gồm: C, O, N, S, K, Mg, Ca, Fe, Cl, Si Nhóm nguyên tố vi lượng gồm: Cu, Mo, Bo, Co, Mn

Nhóm nguyên tố siêu vi lượng gồm: Au, Ag, Ra, Cs

Như vậy, thực vật cần đến 19 nguyên tố bao gồm: C, H, O, N, S, P, K,

Mg, Ca, Fe, Cl, Mn, Mo, Cu, B, Zn, Na, Si để phục vụ cho sự sinh trưởng và phát triển của nó [9]

Các thực vật sử dụng các chất vô cơ, chất dinh dưỡng như nitơ, phốt pho, cácbon và các chất khoáng sẽ tổng hợp lên các chất hữu cơ làm gia tăng sinh khối hay còn gọi là năng xuất sinh học sơ thấp của thuỷ vực Các thực vật này được gọi là các sinh vật tự dưỡng Phổ biến và quan trọng nhất trong chúng là các loài tảo [6]

1.1.2 Các thông tin chung về tảo

Từ thời cổ xưa, trong hệ thống tự nhiên, Linnae dùng từ Algae để chỉ các loại thực vật sống trong nước Các tài liệu của Việt Nam dùng từ tảo hay

có người dùng từ Rong hay Algae để gọi các thực vật bậc thấp sống trong nước Tảo được định nghĩa như sau:

Tảo là những thực vật bậc thấp, nghĩa là những thực vật bào tử, có tản (cơ thể không phân tành thân, rễ, lá) tế bào của chúng chứa diệp lục và sống chủ yếu trong nước [8]

Tảo là một cơ thể sống có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau, kích thước từ micromet đến hàng met, có thể dạng đơn bào, cộng đơn bào, dạng sợi, dạng bản, hay cơ thể đa bào; chúng chứa các sắc tố có khả năng quang hợp tự dưỡng, chúng là một hệ thống tự trị có khả năng sinh trưởng phát triển tạo ra các sản phẩm dinh dưỡng:protein, gluxit, lipid, ngoài ra OR 2 R

là sản phẩm quan trọng trong hoạt động quang hợp [6]

Theo giáo trình phân loại thực vât học của Hoàng Thi Sản [7] “Pascher (1931)phân chia tảo 8 ngành: Chrysophyla (tảo vàng ánh), Rhodophyta (tảo

đỏ), Phaeophyta (tảo nâu), Pyrrophyta (tảo giáp), Euglenophyta (tảo mắt), Chlaorophyta (tảo lục), Charaphyta (tảo vòng) và Cyanophyta (tảo Lam)”

Trong nghiên cứu về tảo của trường Đại họcBritish Columbia, Canada[94]tảo gồm 8 ngành trên và thêm 2 ngành nữa là Bacillariophyta (tảo silic)

và Xantophyta (tảo vàng lục)

Trong giáo trình phân loại thực vật học [7] có nêu “West và Fritsch (1927) và Frithc (1935) lại gộp tất cả tảo (kể cả tảo lam) vào 1 ngành với 11 lớp khác nhau, Chadefaud (1960) dựa trên những dẫn liệu về tế bào học đặc biệt là tế bào hoá học đã phân chia tảo (trừ tảo Lam) thành 3 ngành

Sau Chadefaud một số nhà tảo học đã sửa đổi hệ thống này một chút ít

Ba ngành đó là:

- Rhodophyta tảo đỏ với 1 lớp;

- Hromophyta (tảo màu) gồm 5 lớp là tảo vàng lục, tảo vàng ánh, tảo

silic, tảo nâu, tảo giáp;

- Chlaorophyta (tảo lục)với 3 lớp là tảo lục, tảo tiếp hơp và tảo vòng”

Cách phân loại như trên được chấp nhận trong đa số tài liệu về phân loại thực vật nói chung và phân loại tảo nói riêng [7]

1.1.3 Vai trò của tảo trong tự nhiên

Trong các loài thực vật thuỷ sinh tảo là loài quan trọng nhất Tảo được coi là một bộ quan trọng trong giới thực vật đồng thời cũng là một bộ phận quan trọng tổ thành giới tự nhiên

Tảo tạo một sinh khối khổng lồ bằng con đường quang hợp tự dưỡng Mặc dù kích thước của tảo nhỏ nhưng khả năng sản sinh chất hữu cơ trong giới tự nhiên của nó lớn hơn so với thực vật trên cạn Toàn bộ thực vật lục địa chỉ tổng hợp được 1,9,10P

10

P tấn cácbon hữu cơ trong 1 năm Trong đó, với toàn

bộ diện tích của biển các loại tảo biển có thể tổng hợp ra 13,5 x 10P

10

P tấn cácbon hữu cơ Tảo là tác nhân chính hấp thụ COR 2 Rvà nhả OR 2 R điều hoà sự cân bằng khí trong khí quyển và giữ được nhịp sống bình thường cho nhân loại [6]

Trong thuỷ vực, tảo là loài phổ biến nhất ở đâu có nước là ở đó có tảo Có thể tìm thấy tảo có ở khắp mọi nơi trên trái đất Ngoài ra, tảo còn là các sinh vật môi trường Một số loài được sử dụng để chỉ thị ô nhiễm môi trường, làm sạch và xử lí nước thải, rác thải, phân huỷ sinh học, oxy hoá khử các kim loại [95]

Trong nông nghiệp, tảo có vai trò quan trọng trong việc cố định đạm làm gia tăng độ phì cho đất, làm phân bón cho cây Ngoài ra, tảo còn có vai trò kích thích sinh trưởng, làm gia tăng lượng sữa, trứng nên một số nơi còn dùng tảo để nuôi gia súc giá cầm [95]

Tảo có giá trị dinh dưỡng cao được sử dụng làm thức ăn, dược phẩm, Tảo được sử dụng làm thức ăn cho thuỷ sản, cùng nhiều ứng dụngkhác [95]

Tảo có tác động lớn đến hệ sinh thái thuỷ vực nói riêng và đến đời sống vật chất trên trái đất nói chung, tảo là thành viên đầu tiên trong một loạt chuỗi thức ăn ở thuỷ vực

1.1.4.Vai trò của tảo trong lĩnh vực xử lý nước thải

Tảo đã và đang là đối tượng được quan tâm nghiên cứu để sử dụng trong lĩnh vực xử lý nước thải

Quá trình tảo làm sạch dòng nước được thể hiện trong sơ đồ sau:

Việc dùng vi tảo để xử lý nước thải có những ưu thế riêng biệt

Khả năng xử lý các hợp chất vô cơ: Tảo được sử dụng hiệu quả để xử

lý nước thải có nồng độ chất vô cơ cao (NHR 4 R, NOR 3 R, POR 3 R) do tốc độ hấp thụ các chất dinh dưỡng đặc biệt là phốt pho và khả năng gia tăng sinh khối nhanh một cách đáng ngạc nhiên của nó [4, 40, 41] Mặt khác, tảo hấp thụ chất vô cơ

đồng thời tạo ra lượng ôxy cần thiết hỗ trợ đắc lực cho quá trình ôxy hóa sinh học của vi khuẩn và động vật thủy sinh Vai trò cụ thể của một số vi tảo trong

xử lý nước thải công nghiệp, nông nghiệp, sinh hoạt được trình bày trong nhiều tài liệu nước ngoài [22, 27, 31, 38, 40, 41, 42, 52, 53,71, 72, 75, 77, 80,

81, 82] những kết quả bước đầu về việc sử dụng vi tảo để xử lý nước thải có

chứa hợp chất vô cơ cao cũng được phản ánh ở một số công trình trong nước [2, 3, 4, 10, 11, 13, 15, 17, 18] Kết quả cho thấy sinh khối tảo thực sự có hiệu quả để xử lý nước thải có nồng độ chất vô cơ cao

Theo các nghiên cứu [32, 40, 70, 74], lượng Phốt pho mà tảo tiêu thụ

để hình thành nên tế bào của tảo lớn Tỷ lệ Phốt pho được tiêu thụ và lượng sinh khối gia tăng của tảo vào khoảng 0,2 g.gP

(1) làm thế nào để loại bỏ sinh khối tảo ra ngoài nước thải

(2) làm thể nào để phân lập và chọn lọc các chủng, loài vi tảo có khả năng xử lý tốt nhất

(3) nghiên cứu xây dựng các quy trình công nghệ đơn giản và hiệu quả để xử lý nước thải bằng vi tảo

Trong các vấn đề trên, vấn đề cần được ưu tiên nhất là làm thế nào để loại bỏ sinh khối tảo ra ngoài nước thải nếu không sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng của tảo trong nước

Khả năng xử lý kim loại nặng: Ngoài khả năng có thể xử lý ô nhiễm

hợp chất vô cơ, tảo còn được sử dụng để xử lý kim loại nặng trong nước thải Theo Nora F.Y Tam et.al [67] để xử lý kim loại nặng trong nước thải nhiều loại sinh khối có thể hấp thu (sorption) kim loại nặng trong nước, trong số đó

có sinh khối vi tảo

Nhiều loại vi tảo có khả năng thu nhận kim loại nặng ở mức độ cao, nồng độ kim loại nặng tích lũy bên trong các cấu trúc tế bào của chúng có thể cao gấp hàng nghìn lần nồng độ trong tự nhiên [93]

Diện tích bề mặt riêng của sinh khối vi tảo vô cùng lớn làm cho chúng loại trừ và tái thu hồi kim loại nặng trong nước thải hiệu quả [67]

Sự hấp thu sinh học các ion kim loại nhờ tảo tốt hơn so với sự kết tủa hóa học Điều này là do tảo có khả năng thích nghi cao với sự thay đổi pH và nồng độ kim loại nặng Sự hấp thu sinh học các ion kim loại nhờ tảo cũng tốt hơn so phương pháp trao đổi ion và thẩm thấu ngược Điều này là do tảo có khả năng nhạy cảm với sự hiện diện của chất rắn lơ lửng, các chất hữu cơ, và

sự hiện diện của các kim loại khác [93]

Các công trình sử dụng tảo để xử lý nước thải có khả năng xử lý một thể tích lớn nước thải với tốc độ nhanh [67]

Do tảo có tính chọn lọc cao nên nồng độ kim loại nặng còn lại sau xử

lý bằng tảo có thể chỉ còn thấp hơn 1ppm trong nhiều trường hợp [67]

Hệ thống xử lý sinh học không cần các thiết bị hóa chất đắt tiền, dễ vận hành, phù hợp với các điều kiện hóa lý khác nhau nên giá thành thấp (chỉ bằng khoảng một phần muời giá thành của phương pháp trao đổi ion [67]

Theo nghiên cứu [67], vi tảo có thể là một lựa chọn đơn giản và hiệu

quả để loại trừ kim loại nặng trong nước thải công nghiệp

Các nghiên cứu hiện có [58, 93] đã đưa ra các loại tảo có khả năng hấp thu kim loại nặng cao là loài tảo thuộc chi Chlorella, Stichococcus, Anabaena,

Aphanocapsa, Nostoc, trong đó cao nhất là loài tảo thuộc chi Chlorella Các

số liệu cụ thể trong bảng 1

Khả năng xử lý mầm bệnh: một ưu thế nữa của tảo trong lĩnh vực xử

lý nước thải là tảo có thể xử lý tốt các mầm bệnh có trong nước thải Vi tảo có tác dụng diệt khuẩn gây bệnh bằng cách chúng tiết vào môi trường các chất kháng sinh, thay đổi pH môi trường hoặc trong quá trình cạnh tranh dinh

dưỡng, tạo mức độ sản xuất ban đầu cho thủy vực thông qua phương thức sinh trưởng tự dưỡng và tạp dưỡng [18, 56]

Cung cấp ôxy cho thuỷ vực: ngoài các ưu thế đặc biệt trên, trong hoạt

động quang hợp của mình, vi tảo còn thu nhận một lượng lớn khí COR 2 R và sản xuất ra một lượng OR 2 Rtương ứng Cứ tạo ra 1 g sinh khối tảo hấp thụ COR 2 R và tạo ra 1,5 - 1,9 g OR 2 R [4] Điều này có tác dụng lớn trong quá trình làm giảm hiệu ứng nhà kính và quá trình ngăn ngừa, khắc phục tình trạng phì dưỡng (eutrophication) của môi trường nước [3]

Kết luận: Tảo là đối tượng được quan tâm nghiên cứu để xử lý nước

thải Lý do là:

(1).tảo xử lý hiệu quả các loại nước thải có nồng độ chất vô cơ cao; (2) tảo có khả năng hấp kim loại nặng trong nước thải rât lớn;

(3) tảo có thể xử lý tốt các mầm bệnh có trong nước thải;

(4) tảo thu nhận COR 2 R và sản xuất ra một lượng lớn khí OR 2

Tuy vậy, việc sử dụng tảo để xử lý nước thải vẫn gặp một số khó khăn trong áp dụng thực tế Cần có những nghiên cứu cụ thể hơn để nâng cao hiệu quả xử lý, mở rộng phạm vị áp dụng của phương pháp này

1.1.5 Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải bằng tảo

Trong và ngoài nước đã có một số công trình nghiên cứu xử lý nước thải bằng tảo được triển khai

Theo Đặng Đình Kim (1998) [4] “tại ấn độ, người ta đã dùng vi tảo với thực vật thủy sinh làm sạch nước thải thành phố Thí nghiệm sau 29 ngày

đây là hệ thống đơn giản thích hợp với nước thải chứa nhiều chất hữu cơ và dinh dưỡng

Tại ấn độ [34] người ta đã dùng vi tảo xử lý ô nhiễm nước thải nhà máy giấy chứa lignin Mức lignin giảm từ 93 mg.lP

-1

P xuống còn 25mg.lP

-1

P Tại Hàn Quốc, Soon Rae Kim (2004) [75], đã tiến hành nuôi cấy tảo trong các mẫu nước thải khác nhau với các chỉ tiêu về BOD, TP, TN khác nhau Kết quả, tảo đã phát triển tốt trong các mẫu nước thải, hiệu quả xử lý BOD và TP, TN đạt từ 76 – 80% Phân tích hàm lượng Chla trong nước thải

là Spirulina nhằm hai mục đích là làm sạch môi trường và thu sinh khối tảo

cho chăn nuôi) Vi tảo Spirulina tận dụng các chất vô cơ trong nước thải và

COR 2 R từ lò lên men methan để gia tăng sinh khối

Trần Văn Tựa và cs, Nguyễn Hữu thước và cs (2000) [16] đã dùng vi tảo Chlorella và Spirulina để làm giảm ô nhiễm các chất hữu cơ chủ yếu là

các axit amin có trong nước thải ươm tơ Sinh khối thu được dùng làm thức ăn chăn nuôi

Dương Đức Tiến và cs đã dùng tảo để xử lý nguồn NHR 4 R trong nước thải của nhà máy phân đạm Bắc Giang (1998) [4] Nguồn nước này có chứa lượng Amôn cao Đặc biệt là nước thải từ phân xưởng urê Các tác giả thành công trong việc tận dụng nguồn amôn để sản xuất sinh khối vi tảo

Trong nghiên cứu của Đặng Đình Kim, Lê Gia Hy (1998) [4] một công trình xử lý nước thải có sử dụng tảo đã được xây dựng cho làng nghề chuyên sản xuất bún với sản lượng khoảng 20 tấn.ngàyP

-1

P Lượng nước thải từ sản xuất bún, chăn nuôi lợn và sinh hoạt lên đến 900mP

-3

P.ngàyP

-1

P đêm người ta đã xử lý bằng quy trình gồm:

bước 1 xử lý kị khí

bước 2 xử lý hiếu khí

bước 3 dùng các loại vi tảo (vi tảo có sẵn trong tập đoàn giống và vi tảo phân lập trực tiếp từ nguồn nước thải này)

bước 4 dùng thực vật thủy sinh để xử lý

Hiệu quả xử lý xử lý nước thải của công trình được đưa trong bảng sau:

Bảng 3 Các chỉ số thuỷ lí, thuỷ hoá của nước thải làm bún

Cao Văn Sung và CS, Đặng Đình Kim và CS, Nguyễn Thị Phương Chi

và Ngô Đình Quang Bính đã sử dụng tảo để xử lý nước thải trong sản xuất dây, sợi (1998) [4] Trồng đay là nghề sản xuất truyền thống ở một số tỉnh ở

Đồng bằng Bắc bộ Trong quá trình ngâm đay để lấy sợi người phải ngâm bẹ

đay vào ao Các chất hữu cơ từ bẹ đay bị phân hủy làm thối rữa gây ô nhiễm môi trường Kết quả cho thấy nước ngâm đay có màu đen sẫm, sủi bọt, mùi thối nồng nặc Tại các thủy vực ngâm đay, các nhóm động vật đáy và động vật nổi không thể sống được Phương pháp sinh học ứng dụng để xử lý ô nhiễn nước ngâm đay dã được áp dụng là:

(1).Xử lý kị khí và đưa thêm một số chủng vi sinh vật phân hủy lignin

để rút ngắn thời gian ngâm đây

(2) Xử lý hiếu khí để giảm BOD và COD

(3) Dùng vi tảo hỗn hợp Chlorella và thực vật hủy sinh xử lý giai

đoạn cuối trước thải đổ vào mương chung

Hiệu quả xử lý xử lý nước thải của công trình xử lý nước thải trong sản xuất dây sợi được đưa trong bảng sau:

Bảng 3 : Hiệu quả xử lý xử lý nước thải sản xuất dây sợi

POR 4 RP

-3- 100% 104,8 92,4 27,3 103,8 52,4 8,66 Total P 100% 119,0 86,2 70,7 113,0 55,2 14,3

Ghi chú:1 Đối chứng: 2 Chlorella hỗn hợp,

3.Chlorella hỗn hợp + Bèo tây

Nguồn: Tạp chí Công nghệ Môi trường- Viện Tài nguyênvà Môi trường Nhà xuất bản Nông nghiệp, 2000

Nora F.Y Tam et.al (2000) [67] đã dùng tảo Chlorella để xử lý nước thải Kết quả cho thấy Chlorella sinh trưởng tốt trong các nguồn nước thải

sinh hoạt với giải COD 200 - 400 mg.lP

-1

P, sinh khối đạt 400 - 1000 mg.mP

-3

P tảo khô sau 5-6 ngày Tảo Chlorella thể hiện khả năng hấp thụ COD và BOD cao

đối với nước thải sinh hoạt, hiệu quả xử lý có thể làm COD giảm 84%, BOD giảm 90%.Tảo Chlorella có khả năng loại bỏ N-NHR 4 RP

+

P, POR 4 RP

-3

P ra khỏi nước thải sinh hoạt cao Chất lượng nước thải sau quá trình xử lý bằng tảo Chlorella có

thể đạt tiêu chuẩn TCVN 5942-1995 với hiệu quả xử lý NHR 4 RP

+

P giảm 99%,POR 4 RP

3

-P

-giảm 98% Tảo Chlorella còn có khả năng hấp thụ Cu và Zn trong môi

trường nước thải tổng hợp Hiệu quả loại bỏ Cu 94 - 95% sau 20 ngày và loại

bỏ Zn 97% sau 16 ngày

1.1.6 ứng dụng tảo trong xử lý nước thải bằng chuỗi thức ăn

Theo các nghiên cứu [5, 22, 38, 66, 70, 71] các loại tảo được dùng trong

xử lý nước thải cần đáp ứng các yêu cầu sau:

(1) khả năng hấp thụ COD và BOD cao

(2) khả năng xử lý các chất vô cơ và các thành phần ô nhiễm khác cao (3) dễ loại bỏ sinh khối ra khỏi nước thải

Để đáp ứng được yêu cầu (3) tốt nhất là tảo được sử dụng làm thức ăn cho động vật thuỷ sinh, nghĩa là tham gia vào chuỗi thức ăn Trong đó các nghiên cứu trong lĩnh vực xử lý nước thải[22, 25, 57, 63, 75, 77] đã chỉ ra rằng nên sử dụng tảo làm thức ăn cho Daphnia Theo các nghiên cứu trên, đáp ứng yêu cầu này phải có 3 yếu tố:

lý nước thải bằng chuỗi thức ăn Do vậy, ngành tảo được sử dụng làm đối tượng nghiên cứu cho phương pháp xử lý nước thải bằng chuỗi thức ăn là thường là ngành tảo lục (Chlaorophyta)

Thoe một số nghiên cứu về khả năng tiêu thụ tảo của các động vật thuỷ sinh, trong ngành tảo lục, loài tảo thích hợp để cho xử lý nước thải bằng chuỗi thức ăn là tảo Chlorella (hay rong tiểu cầu) [64, 76, 82]

Chlorella là loại tảo thuộc bộ Chlaorococcales lớp

Protococcophyceae ngành tảo lục Tảo Chlorella là loại tảo có cấu tạo đơn

bào, hình cầu nhỏ, thể màu lõm hình chữ U chiếm gần hết ngăn tế bào Tảo

Chlorella là một loại tảo có hàm lượng chất dinh dưỡng cao, trong tế bào có

tới 74% protein, có khả năng quang hợp mạnh [8]

Ngoài ra còn có một số loài tảo thích hợp để cho xử lý nước thải bằng chuỗi thức ăn là tảo Scenedesmus, Oocystis sp, Golenkinia[22,76,84] Đây là

các loài tảo khác thuộc bộ Chlaorococcales, là các loại tảo có các đặc điểm về

tế bào gần giống như Chlorella

Các loài tảo kể trên đã được nuôi trồng ở nhiều nơi như ở viện nghiên cứu Hải sản Hải Phòng, quốc doanh nuôi cá Hoà Bình, Thái Bình

Các loại tảo này thuộc họ tảo có khả năng hấp thụ các chất dinh dưỡng

để tổng hợp sinh khối lớn, trong tế bào của chúng chứa nhiều acid amin cần thiết, vitamin và các chất dinh dưỡng có giá trị Mặt khác, kích thước và hình dạng, cấu tạo của các loại tảo này thích hợp để sử dụng làm thức ăn cho các loại động vật phù dù và tôm cá [7]

1.1.7 Phương pháp chọn tảo

Trong nghiên cứu này, không áp dụng phuơng pháp chọn tảo theo cách phân lập và cố định tảo mà lấy các loài tảo có sẵn trong khu vực nghiên cứu Mục đích là giảm bớt những khâu kỹ thuật phức tạp, đòi hỏi chuyên môn sâu Bên cạnh đó, hệ thống xử lý nước thải với các chủng loại tảo tự nhiên sẽ gần với một hệ sinh thái tự nhiên hơn

Đạt được hai mục đích trên sẽ làm cho các kết quả nghiên cứu có khả năng áp dụng trong thực tế cao hơn và phạm vi áp dụng lớn hơn; làm cho xử lý nước thải thân thiện hơn với môi trường, dễ nắm bắt hơn với con người Những kết quả nghiên cứu sẽ hữu ích cho việc quản lý, cải thiện chất lượng nước tại các thủy vực ở Việt Nam

Tuy nhiên, vấn đề đặt ra là làm thế nào để không cần tiến hành phân lập và cố định tảo mà vẫn lấy các loại tảo thích hợp (Chlorella, Scenedesmus,

Oocystis sp, Golenkinia)

Các nghiên cứu về tảo Việt Nam [7, 8, 12] đã cho thấy, trong các điều kiện của Việt Nam, tại các ao, hồ chứa của các thuỷ vực nước ngọt có ánh sáng, ở tầng nước nông và đứng có màu xanh lục đặc trưng của tảo sẽ tìm thấy loại tảo cần nghiên cứu Các thuỷ vực không thể tìm thấy các loại tảo này là các thuỷ vực nước mặn, nước lợ thuỷ vực có dòng chảy xiết hoặc thuỷ vực nước có màu nâu, màu đỏ, màu xanh lam

Mét sè h×nh ¶nh vÒ c¸c lo¹i t¶o :

1.2 các thông tin về Daphnia

1.2.1 Khái quát chung về các động vật phù du

Các động vật phù du là đối tượng chủ yếu tiêu thụ sinh khối tảo trong các thuỷ vực [25, 43 49, 56, 74, 79, 83], hay nói cách khác là tiêu thụ năng suất sinh học sơ cấp của thuỷ vực tạo nên năng suất sinh học thứ cấp của chuỗi thức ăn

Các nhóm động vật phù du quan trọng và phổ biến tại Việt Nam là

động vật đơn bào Protozoa, động vật luân trùng Rotatoria, động vật ngành râu

Cladocera và động vật chân chèo Copepoda.[7]

Nhóm động vật đơn bào (Protozoa), nhóm động vật này, điển hình là

Euglena acus, Phacus longicaudus, đều là thức ăn cho ấu trùng tôm cá Trong

các hồ tại Việt Nam chỉ có một số lượng nhỏ động vật đơn bào, vì chúng cần nhiều hợp chất vô cơ và hữu cơ hòa tan Chúng có nhiều trong các ao hồ miền

đồng bằng [1]

Nhóm động vật luân trùng (Rotatoria) còn được gọi là trùng bánh xe,

vì phần đầu có hai cơ quan bắt mồi có lông di chuyển, trông tựa như hai vòng bánh xe đang quay Tất cả đều là thức ăn tốt cho ấu trùng tôm cá [1] Thức ăn của nhóm luân trùng là khuê tảo, chủ yếu là Melosira

Nhóm động vật ngành râu (Cladocera)gồm những sinh vật như cá thể

rận nước Moina macrocopa, Daphnia, được sử dụng rộng rãi để nuôi cá cảnh Các nhà khoa học gọi nó là một mắt xích thường xuyên trong chuỗi thức ăn của nhiều thủy sinh vật [49] Hồ tại Việt Nam có khá nhiều loài thuộc nhóm râu ngành: như hồ Xuân Hương có lúc chứa tới 8,600 cá thể Moina trong một lít nước Nhưng đó còn kém hồ Đa Nhim: hồ này chứa tới 36,000 cá thể Sida

crystallina trong một lít nước [1] Các động vật ngành này là thức ăn tốt cho

tôm cá [44]

Nhóm động vật chân chèo (Copepoda) cũng là nhóm động vật phiệu

sinh quan trọng, nó luôn luôn xuất hiện trong nước, ăn các thực vật thuỷ sinh nhỏ sau đó lại làm mồi nuôi sống nhiều thủy sinh vật khác Người ta đã ví chân chèo trong nước như đồng cỏ trên cạn, nuôi sống muôn vàn động vật ăn

cỏ Các hồ ở Việt nam cũng có các động vật chân chèo, như các giống Mongolodiaptomus, Eodiaptomus, số lượng khoảng vài trăm cá thể trong

một lít, trong trường hợp các hồ nhân tạo lượng chân chèo lên cao, có thể tới 46,000 cá thể trong một lít nước[1]

1.2.2 Bộ giáp xác râu chẻ

Trong các loài thực vật phiệu sinh, bộ giáp xác râu chẻ là loài động vật phổ biến nhất Các tài liệu đã được công bố [1, 6,7 ] ở Bắc Việt Nam gặp 45 loài ở Việt Nam gặp 50 loài [1] thuộc bộ này Đây là những loài có kích thước lớn so với các loại động vật phù du và phàm ăn Nó là loài có khả năng tiêu thụ thức ăn lớn và tạo thành sinh khối nhiều nhất [22, 35, 43, 44, 46, 49, 56, 57] lý do này đã khiến cho các nhà khoa học quan tâm đến loài này và làm cho nó trở thành đối tượng cho nghiên cứu và thử nghiệm cả trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản và xử lý nước thải

Bộ giáp xác râu chẻ có tên khoa học là Cladocera Về hệ thống phân loại đây là một bộ thuộc ngành chân khớp Arthrropoda; phân ngành có mang

Brranchiata; lớp giáp xác Crustacea, lớp phụ chân lá Branchiopoda [7] Hầu

hết các sinh vật thuộc bộ Cladocera có chiều dài từ 2 - 3 mm Cladocera là

một nhóm sinh vật phân bố rộng trong tất cả các loại hình thủy vực, nhưng lại

dễ dàng quan sát và phân loại Cladocera thường gặp trong các hồ nước ngọt như hồ ao, vũng nước ngay cả những hồ trên núi cao [1]

Theo Geller (1981) “Cladocera được biết tới như một loài thức ăn tốt cho ấu trùng của tôm cá với ưu thế như sau:

(1) thức ăn nhỏ, đường kính hợp với miệng cá

(2) thức ăn bổ dưỡng

(3) tiêu hóa tốt cho ấu trùng cá

(4).sử dụng các loại thức ăn nổi và di chuyển hoặc lơ lửng

(5) có thể dễ dàng đạt số lượng lớn

(6) dễ dàng tìm thấy ở mọi nơi.”

Đã có thí nghiệm [57] dùng Cladocera để nuôi cá vàng, kết luận rằng Cladocera ấu trùng là thức ăn tốt nhất cho ấu trùng cá Chính vì vậy mà nhiều

loài trong bộ giáp xác râu chẻ đã được nuôi theo phương pháp công nghiệp để cung cấp cho ấu trùng cá như các trê, tai tượng, chộp

Tất cả các loài trong bộ giáp xác râu chẻ đều có đặc điểm chung là có cơ quan vận động là đôi râu thứ 2, đôi râu này phân ra làm hai nhánh (chẻ ra làm 2 nhánh vì thế có tên là bộ giáp xác râu chẻ) Đó là những động vật nhỏ, phân bố chủ yếu trong các thủy vực nước ngọt, là thành phần động vật nổi quan trọng của khu hệ thủy sinh vật nước ngọt [44]

Cơ thể của loài này không phân đốt rõ ràng nhưng hầu hết đều có phần

vỏ giáp bao lấy đầu và ngực Phần ngực được bao bằng một tấm vỏ gấp lại ở lưng trông giống như hai mãnh vỏ Nhìn mặt sau của vỏ đa dạng, có thể có hình oval, hình tròn hay hình kéo dài hoặc hình có góc cạnh.Trên mặt vỏ có hình hay chạm trổ hình mạng lưới hay hình kẻ sọc hoặc những dạng khác Nhiều loài ở phần sau có gai và cạnh bụng có tơ, mặt trong của cạnh Bụng có những đường vẽ mảnh mai Cơ thể được bao bọc bởi vỏ giáp Vỏ giáp này

được dính liền ở phần lưng và tách ra ở phần bụng Sự phân đốt của cơ thể không rõ ràng, cơ thể được chia làm 3 phần đó là đầu, ngực, bụng Cladocera vận động theo kiểu giật từng cơn [56, 65, 60]

Trứng của Cladocera

Trứng cái (trứng mùa hè) chúng được xuất hiện trong điều kiện môi trường thuận lợi Đó chính là sự sinh sản đơn tính của cá thể cái Tất cả các trứng này lại nở ra những cá thể cái Số lượng nhiễm sắc thể là 1n Kích thước của trứng cái thường từ 94 - 95 micromet Số lượng trứng thay đổi, dao độ từ 5

10 trứng 1 lần [54]

Trứng đực có nhiễm sắc thể là 2n Kích thước nhỏ khoảng từ 60 - 80 micromet và có một màng mỏng bao quanh Trứng đực xuất hiện nhiều lần xuất hiện nhiều lần trong năm [54],

Trứng nghỉ (trong mùa đông) môi trường sống trở lên không thuận lợi như mật độ quần thể cao, thức ăn thiếu, nhiệt độ thấp xuất hiện trứng nghỉ, số lượng nhiễm sắc thể là n Kích thước lớn từ 0,5 - 0,65 mm, thông thường mỗi cá thể chỉ có một trứng nghỉ [54]

Hình thức sinh sản của Cladocera

Trong vòng của Cladocera có hình thức sinh sản vô tính và hữu tính tùy theo điều kiện sống mà hình thức nào chiếm ưu thế

Hỡnh thức sinh sản đơn tớnh xuất hiện trong suốt qua trỡnh sống và xuất hiện quanh năm, với hỡnh thức này chỉ sinh ra trứng cỏi Cỏc noón nguyờn bào được giảm phõn một lần trong buồng trứng và sau đú theo ống dẫn trứng đi vào buồng phụi Buồng phụi là một khoang trống nằm ở phần lưng, nú được đúng hay mở nhờ vào đuụi bụng Tựy theo loài và điều kiện mụi trường sống

mà trong buồng phụi cú từ 2-40 trứng thường thỡ cú 10-20 Trứng sinh sản nở trong buồng phụi này và sẽ đưa ra ngoài chỳng trưởng thành [54]

Hỡnh thức sinh sản hữu tớnh xuất hiện mụi trường con trứng đực Số lượng trứng đực thường chỉ chiếm khoảng 5% trong quần thể nhưng cũng cú lờn đến 50% điều kiện mụi trường thuận lợi những con cỏi của quần thể sẽ sinh ra cỏc trứng cỏi, những trứng cỏi này sẽ nở ra những con cỏi Qua nhiều thế hệ trứng cỏi như vậy, gặp điều kiện mụi trường thuận lợi sẽ xuất hiện con đực và con cỏi mang trứng nghỉ [54]

Trứng nghỉ là trứng được thụ tinh nằm trong buống trứng, điều kiện sống của mụi trường khụng thớch hợp cho sự phỏt triển của Cladocera trứng

mẹ bị chết và trứng thụ tinh được chỡm xuống đấy Nhờ cú vỏ dầy và chắc trứng được bảo vệ để cú thể chịu đựng được những điều kiện khắc nghiệt của mụi trường Gặp điều kiện thuận lợi, những trứng này sẽ nở hàng loạt để cho

ra những cỏ thể non mới đồng thời khộp kớn vũng đời của Clacedora[54]

Chinh do sự hình thành trứng nghỉ và hình thức sinh sản đặc biệt nên

Cladocera có thể được mang đi khắp nơi và trở thành loài phân bố rộng

1.2.3 Daphnia

Trong các loài của bộ giáp xác râu chẻ, tại Việt Nam Daphnia là một

trong những loài phổ biến nhất Chúng được tìm thấy trong tất cả các ao hồ nước ngọt của Việt Nam và có tên phổ thông là loài rận nước [1]

Từ trước tới nay, Daphnia là loài được sử dụng nhiều nhất để làm thức

ăn nuôi thả thuỷ sản và nó cũng là một trong những loài chiếm đa số trong các

động vật thuỷ sinh [59]

Daphina ngoài những đặc điểm chung về sinh dưỡng, sinh sản, cấu tạo

chung như đã đề cập đến trong các thông tin về nhóm giáp xác râu chẻ, nhưng

do vai trò của chúng, Daphnia còn được các nhà khoa học, nhà chuyên môn

nghiên cứu sâu hơn và cụ thể hơn Các nghiên cứu [1, 51, 65, 93, 94] cho biết các yêu cầu về điều kiện môi trường sống của Daphnia như sau:

Về độ mặn : Daphnia là loài động vật nước ngọt, 99% các loài

Daphnia được tìm thấy trong nước ngọt, một số ít loài được tìm thấy trong

nước mặn nhưng độ mặn mà Daphnia có thể thích nghi chỉ từ 1,5 – 3,0%0

[94]

Về ô xy hoà tan : Daphnia là một loài có thể sống trong môi trường

nươc bẩn, có nồng độ chất hữu cơ và vô cơ cao Daphnia thích nghi với tất cả các loại nước có nồng độ oxy hoà tan giao động từ mức 0 đến mức bão hoà

Daphnia thích hợp với môi trường có sục khí với các bọt khí nhỏ [93, 94]

Kim loại nặng và hoá chất: Daphnia nhạy cảm với sự có mặt của các

kim loại nặng và hoá chất trong nước, bao gồm: đồng, kẽm, thuốc trừ sâu nước

xà phòng Đặc biệt Daphnia nhạy cảm với chronic Nồng độ cao của các chất này trong nước thải có thể làm Daphnia bị chết (23, 74, 93, 94])

pH: Khoảng pH mà Daphnia có thể tồn tại và phát triển được tương

đối rộng Môi trường pH mà Daphnia có thể sinh trưởng và phát triển là từ 6,5

đến 10 NgưỡngpH tối ưu nhất đối với Daphnia là 7,2 – 8,5 [94]

Nhiệt độ : Daphina có thể duy trì được sự sống trong khoảng nhiệt độ

Thức ăn : Loại thức ăn thích hợp và lý tưởng nhất cho Daphnia là tảo

Daphnia sẽ sinh trưởng và phát triển trong bất kỳ môi trường nào có tảo Việc

duy trì tốt mật độ tảo trong nước là điều kiện cần thiết và quan trọng để duy trì

sự sinh trưởng và phát triển của Daphnia Mật độ của Daphnia trong thuỷ vực tương ứng với mật độ của tảo trong thuỷ vực [51]

Gây nuôi : Có thể nuôi Daphnia trong bể ciment hay bể plastic với

thức ăn là bột hạt bông vải, phân động vật, phân bón cho nông nghiệp, nấm men, sữa bột khô và nhất là mãnh vụn hữu cơ lơ lững tạo môi trường giàu thức

ăn Liều lượng có thể sử dụng là 20 m.lP

-1

Pnấm men cho 4 l nước trong một tuần [1, 94]

Hình thức thu thập và bảo quản: Có thể thu thập Daphnia bằng cách

dùng lưới phiệu sinh với mắt lưới khoảng 2,5m vớt ở các thủy vực có nhiều tảo Cũng có thể thu thập bằng cách lấy bùn trong đáy ao đem về phòng thí nghiệm cho vào lọ có môi trường tốt để trứng nghỉ trong bùn nở ra và phát triển Hoá chất cố định tốt nhất là cồn 95 độ, có thể cho thêm 5% glycerin để giữ máu trong cơ thể không bị phân hủy [1, 94]

1.2.4 Daphnia trong xử lý nước thải bằng chuỗi thức ăn

Trong lĩnh vực xử lý nước thải, Daphnia là loài được nghiên cứu để

làm sạch nước thải cùng với tảo Các nghiên cứu [22, 25, 36, 43, 44, 19, 56,

74, 79, 83] đã chỉ ra rằng Daphnia là loài có ưu thế nhất trong lĩnh vực xử lý nước thải kết hợp với tảo

Các lý do để lựa chọn Daphnia là loài động vật thủy sinh cùng với tảo

để xử lý nước thải gồm 5 yếu tố Nội dung cụ thể của các yếu tố này được trình bày trong phần tiếp theo sau

Daphnia thích nghi được với môi trường nước thải

Daphnia có mức độ đề kháng cao đối với môi trường nước có nồng độ

các chất hữu cơ cao, có nồng độ oxy hoà tan thấp [94] Mặt khác những xét

nghiệm sinh học về sự sinh sản của Daphnia đối với các mẫu nước thải có

nồng độ chất hữu cơ và sự có mặt của tác nhân gây rối loạn nội tiết tố cho thấy tốc độ sinh sản và phát triển của Daphnia vẫn được duy trì cao ngay cả trong

nước thải có nồng độ các chất hữu cơ lớn [35]

Daphnia có khả năng tiêu thụ tảo lớn

Các nghiên cứu [63, 69, 74] cho biết Daphnia là một trong những loài

có mức độ tiêu thụ tảo lớn nhất trong các loài động vật phù du Với sự có mặt của Daphnia có kích thước 3mm lượng tảo được tiêu thụ cảu một cs thể Daphnia có thể lên tới 73,10P

trưởng và phát triển trong bất kỳ môi trường nào có tảo [75]

Daphnia có tốc độ gia tăng sinh khối cao

Tốc độ gia tăng sinh khối của Daphnia thể hiện qua 2 chỉ tiêu: chỉ tiêu gia tăng về số cá thể, chỉ tiêu gia tăng về khối lượng

Chỉ tiêu gia tăng số lượng cá thể của Daphnia lớn Theo các nghiên

cứu [54] về Daphnia, tốc độ gia tăng về số lượng cá thể của Daphnia đã được xác định từ 0,1- 0,3 cá thể trên 1 cá thể trong 1 ngày

Chi tiêu gia tăng về khối lượng của Daphnia cũng lớn Theo Soon –

Rae Kim, (2004) [75], chỉ tiêu gia tăng khối lượng khô của Daphina đã được xác định là có thể đạt tới 120 mg trọng lượng khô trong 1mP

-3

Pnước thải giàu tảo trong 1 ngày và tỷ lệ giữa lượng tảo tiêu thụ và sinh khối gia tăng của

Daphnia đã được tính toán là 110,4mg D.mg.ChlaP

-1

Daphnia chịu được độ pH cao

Một đặc điểm nổi bật của Daphnia là trong môi trường pH cao từ 9,5 - 10,5 loài này vẫn sinh trưởng và phát triển tốt [59]

Xuất phát từ việc phương pháp xử lý nước thải bằng chuỗi thức ăn, bậc sinh vật sơ cấp là tảo, và, môi trường tảo phát triển pH thường lên cao có vượt qua 10 Do vậy, đặc diểm chịu được môi trường pH cao là đặc điểm quan trọng để Daphnia được chọn làm bậc sinh vật thứ cấp trong chuỗi thức ăn để

xử lý nước thải [62, 63, 72]

Daphnia có sinh khối không có độc tố

Nghiên cứu của Aderma, D.M.M (1978) [23] đã chỉ ra rằng được sử dụng trong chuỗi thức ăn để xử lý nước thải từ chăn nuôi, sinh khối thu được của Daphnia là một trong những nguồn thức ăn đảm bảo chất lượng cho nuôi

trồng thuỷ sản Do đó, sinh khối của Daphnia thu được từ hệ thống xử lý nước thải có thể sử dụng làm thức ăn cho tôm, cá Với đặc điểm trên, chuỗi thức ăn

để xử lý nước thải sẽ được kế tiếp bằng các chuỗi thức ăn khác mà không gây

ô nhiễm môi trường

Lưu ý trong sử dụng Daphnia cho xử lý nướcthải

Bên cạnh 5 yếu tố là lợi thế trong xử lý nước thải của Daphnia như đã trình bày ở trên, Daphnia có một số đặc điểm có thể coi là yếu điểm và cần

được lưu ý trong quá trình sử dụng chúng để xử lý nước thải Yếu điểm đó là

sự nhạy cảm của Daphnia với các kim loại nặng và hoá chất

Với các đặc điểm trên, Daphnia thích hợp để sử dụng trong chuỗi thức

ăn để xử lý loại nước thải có nồng độ chất vô cơ cao và không thích hợp sử dụng chuỗi thức ăn để xử lý loại nước thải có kim loại nặng và hoá chất

Các nhà nghiên cứu đã phân Daphnia ra làm 7 nhóm tuy nhiên 2 loài chính thường gặp là: Daphnia pulex, Daphnia Người ta phân biệt 2 loài này chủ yếu nhờ kích thước các cá thể Với Daphnia pulux kích thước của cá thể

đực thường vào khoảng 1,5 mm, kích thước cá thể cái là 2,5- 3,5 mm Với

Daphina , kích thước của cá thể đực khoảng 2 mm kích thước của cá thể cái từ

3 –5 mm

¶nh cña Daphina

1.3 Nghiên cứu về chuỗi thức ăn để xử lý nước thải

1.3.1 Nghiên cứu ngoài nước

Nghiên cứu chung

quả cao về mặt sinh thái và môi trường

Chuỗi thức ăn gồm tảo và Daphnia loại bỏ rất hiệu quả N và P ra khỏi nước thải Ngoài ra chuỗi thức ăn còn loại bỏ rất nhiều thành phần ô nhiễm khác ra khỏi nước thải Năng lượng mặt trời sẽ được sử dụng để phát triển sinh khối tảo đồng thời sẽ tiêu thụ N và P trong nước thải Mặt khác sự phát triển của tảo sẽ làm cho pH của nước thải tăng đáng kể Trong điều kiện (10,5-11,5) ammonia, HR 2 RS và một số độc tố khác sẽ được loại bỏ khỏi nước thải, các hợp chất của Mg-Ca-N-P sẽ được lắng đọng xuống đáy Mùi hôi thối được khử bỏ

Các nghiên cứu trên đã đưa ra một số kết quả cụ thể sau:

Loại nước thải thích hợp: Loại nước thải thích hợp, đuợc xử lý hiệu

quả bằng chuỗi thức ăn là tảo và Daphnia là nước thải sinh hoạt, nước thải

chăn nuôi

Loại nước thải không thích hợp: Loại nước thải không thích hợp để

xử lý bằng chuỗi thức ăn là tảo và Daphnia là các loại nước thải có hoá chất

và nồng độ kim loại nặng cao

Loại tảo thích hợp: Các loại tảo Chlorella, tảo Scenedesmus, Oocystis

sp, Golenkinia là các loại tảo thích hợp cho xử lý nước thải bằng chuỗi thức

ăn

Nghiên cứu thực nghiệm về vấn đề này được biết đến nay chỉ có nghiên cứu của tác giả Son - Rae Kim [75] khoa môi trường, trường Đại học quốc gia Hàn Quốc Nghiên cứu này đã được công bố năm 2004 Một số kết quả nghiên cứu chính được tổng hợp và trích dẫn tiếp sau đây:

Nội dung của nghiên cứu gồm:

(1) đánh giá hiệu quả của quá trình xử lý nước thải bằng chuỗi thức ăn trong các điều kiện tự nhiên của Hàn Quốc

(2) xác định thời gian lưu nước tối ưu của nước thải trong hệ thống xử

lý nước thải chăn nuôi bằng chuỗi thức ăn là tảo và Daphnia

Hệu quả xử lý nước thải của hệ thống

Hệ thống xử lý nước thải vận hành dựa vào sự biển đổi năng lượng và chất dinh dưỡng thông qua chuỗi thức ăn đã được vận hành trong thời gian 60 ngày liên tục Hiệu quả xử lý nước thải của hệ thống này được tổng hợp cụ thể trong các Đồ thị phần phụ lục 1