BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN THAM GIA XÉT GIẢI THƯỞNG "TÀI NĂNG KHOA HỌC TRẺ VIỆT NAM" NĂM 2013 DÀNH CHO SINH VIÊN NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI TỪ AO NUÔI CÁ TRA THÂM CANH BẰNG CÁC LOẠI THỰC VẬT THƯỢNG ĐẲNG THỦY SINH SỐNG TRƠI NỔI Thuộc nhóm ngành khoa học: Khoa học Nông nghiệp (NN) i MỤC LỤC Trang DANH SÁCH BẢNG iii DANH SÁCH HÌNH iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .iv PHẦN I MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Giới thiệu 1.2 Mục tiêu đề tài 1.3 Nội dung đề tài CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Sơ lược thực vật thượng đẳng thủy sinh sống trôi 2.2 Tổng quan tình hình nuôi cá tra ảnh hưởng nước thải cá tra đến môi trường 2.2.1 Tình hình ni cá tra 2.2.2 Ảnh hưởng nước thải cá tra đến môi trường 2.3 Đặc tính thành phần nước thải từ ao nuôi cá tra thâm canh 2.4 Các biện pháp xử lý nước thải thủy sản 11 2.5 Tổng quan tình hình nghiên cứu ngồi nước 12 2.5.1 Trong nước 12 2.5.2 Ngoài nước 14 CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16 3.1 Thời gian địa điểm nghiên cứu 16 3.2 Vật liệu thí nghiệm 16 3.2.1 Thực vật thượng đẳng thủy sinh sống trôi 16 3.2.2 Nguồn nước thí nghiệm: 16 3.2.3 Cá tra thí nghiệm: 17 3.3 Phương pháp nghiên cứu 17 ii 3.3.1 Bố trí thí nghiệm: 17 3.3.2 Phương pháp thu, bảo quản phân tích mẫu 19 3.3.3 Phương pháp xử lý số liệu 20 PHẦN II 21 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 21 CHƯƠNG 1: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 21 1.1 Nhiệt độ 21 1.2 pH 22 1.3 Oxy hòa tan (DO) 23 1.4 Nhu cầu oxy hóa học (COD) 24 1.5 Nhu cầu oxy sinh học (BOD) 25 1.6 Tổng chất rắn lơ lững (TSS) 27 1.7 Tổng chất rắn bay (TVS) 28 1.8 Tổng đạm amoni (TAN) 29 1.9 Nitrat (NO3-) 31 1.10 Tổng đạm (TN) 32 1.11 Lân hòa tan (PO43-) 34 CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 37 2.1 Nhiệt độ pH 37 2.2 Oxy hòa tan (DO) 37 2.3 Nhu cầu oxy hóa học (COD) sinh học (BOD) 38 2.4 Tổng đạm amoni (TAN) nitrat (NO3-) 39 2.5 Tổng đạm (TN) 40 2.6 Lân hòa tan (PO43-) 41 PHẦN III 43 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 43 3.1 KẾT LUẬN 43 3.2 KIẾN NGHỊ 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO 44 iii DANH SÁCH BẢNG Trang Bảng 1: Phương pháp thu, bảo quản phân tích mẫu 19 DANH SÁCH HÌNH Hình 1: Thực vật thượng đẳng thủy sinh sống trôi Hình 2: Thu thập thực vật thượng đẳng thủy sinh sống trôi chuẩn bị cho thí nghiệm 16 Hình 3: Bố trí Thí nghiệm 18 Hình 4: Bố trí Thí nghiệm 19 Hình 5: Hệ thống thí nghiệm 19 Hình 6: Diễn biến nhiệt độ nghiệm thức 21 Hình 7: Diễn biến pH nghiệm thức 22 Hình 8: Sự biến động oxy hịa tan (DO) nghiệm thức 23 Hình 9: Biến động nhu cầu oxy hóa học (COD) nghiệm thức 25 Hình 10: Biến động nhu cầu oxy sinh học (BOD) nghiệm thức 26 Hình 11: Biến động tổng chất rắn lơ lững (TSS) nghiệm thức 28 Hình 12: Biến động tổng chất rắn bay (TVS) nghiệm thức 29 Hình 13: Biến động tổng đạm amoni (TAN) nghiệm thức 31 Hình 14: Biến động nitrat (NO3-) nghiệm thức 32 Hình 15: Biến động tổng đạm (TN) nghiệm thức 33 Hình 16: Biến động lân hòa tan (PO43-) nghiệm thức 35 Hình 17: Hiệu suất xử lý nước thải cá tra bèo tai tượng (P tratiotes) 36 Hình 18: Diễn biến nhiệt độ (A) pH (B) nghiệm thức 37 Hình 19: Biến động oxy hịa tan (DO) nghiệm thức 38 Hình 20: Biến động nhu cầu oxy hóa học (A) sinh học (B) nghiệm thức 39 Hình 21: Sự biến động tổng đạm amoni (A) nitrat (B) nghiệm thức 40 Hình 22: Sự biến động lân hịa tan (PO43-) nghiệm thức 41 Hình 23: Hiệu suất xử lý nghiệm thức bổ sung 25% bèo tai tượng (P tratiotes) 42 iv DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BOD: Nhu cầu oxy sinh học Cd: Cadmium COD: Nhu cầu oxy hóa học Cr: Crom Cu: Đồng ĐBSCL: Đồng sơng Cửu Long DO: Oxy hịa tan ISS: Vật chất vô lơ lửng N: Nitơ NH3: Amonia NH4+: Amonium N-NO2-: Nitrit NO3-: Nitrat OSS: Vật chất hữu lơ lửng P: Photpho ppm: Phần triệu P-PO43-: Lân hòa tan TAN: Tổng đạm amoni TN: Tổng đạm TP: Tổng lân TSS: Tổng chất rắn lơ lửng TVS: Tổng chất rắn bay Zn: Kẽm PHẦN I MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Giới thiệu Cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) đối tượng nuôi chủ lực vùng đồng sông Cửu Long (ĐBSCL) Nuôi cá tra thâm canh ao đất sử dụng thức ăn viên công nghiệp gây ô nhiễm trầm trọng môi trường nước lượng thức ăn dư thừa, chất thải dạng phân, chất tiết tích tụ lại nước đáy ao bơm thải trực tiếp sơng ngịi kênh rạch khơng qua xử lý Kết chất dinh dưỡng, vật chất hữu làm suy giảm đáng kể chất lượng nước phía hạ lưu khu vực xung quanh ao nuôi Sự phát triển nhanh nghề nuôi cá da trơn có ảnh hưởng đến chất lượng nước phát sinh dịch bệnh, mực nước sơng thấp dịng chảy chậm suốt mùa khô (Nguyen Thanh Phuong, 1998) Th o nghiên cứu Trương Quốc Ph (2012) q trình ni cá tra có 42,7% lượng nitơ cá hấp thụ, cịn lại 57,3% bị đào thải mơi trường ngồi khoảng 50,4% lắng tụ trầm tích lớp bùn đáy 6,9% hoà tan vào nước Th o ước tính sản xuất kg cá tra thải mơi trường 25,2 g nitơ 12,6 g photpho Để hạn chế tích tụ dinh dưỡng ao cá tra người nuôi phải thay nước thường xuyên từ làm suy giảm chất lượng nước nguồn Quy hoạch phát triển đến năm 2020 sản lượng cá tra nuôi ĐBSCL 1.850.000 lượng chất thải tương ứng 2.368.000 chất hữu cơ, có 93.240 nitơ; 19.536 photpho 651.200 BOD (Chi cục Thủy sản Tiền Giang- http://www.tiengiang.gov.vn, cập nhật 10/08/2009) Với lượng thải khơng có giải pháp xử lý phù hợp gây nhiễm trầm trọng vùng ni cá tra nói riêng mơi trường nước vùng ĐBSCL nói chung Vì vậy, bên cạnh phát triển nghề nuôi cá tra, việc giải vấn đề ô nhiễm môi trường nuôi cần thiết cho việc phát triển nông nghiệp bền vững tương lai Thực tế có nhiều biện pháp xử lý nước thải mang lại hiệu nhanh chóng biện pháp vật lý (lắng, lọc…) hay biện pháp hóa học (kết tủa, kết bơng, ozon…), kể việc sử dụng vi sinh vật để phân hủy Tuy nhiên, biện pháp cần chi phí cao thực nên việc áp dụng vào sở sản xuất cá tra hạn chế; việc tìm giải pháp mang lại hiệu chi phí thấp cần thiết Nhiều nhà nghiên cứu kết luận chất thải từ hoạt động nuôi cá tra lớn, chủ yếu dạng dễ phân hủy sinh học điều kiện khu vực nuôi cá nằm vùng nông thôn, gần khu sản xuất nông nghiệp nên giải pháp áp dụng để xử lý nước thải từ hoạt động nuôi cá thiết nghĩ nên hướng sử dụng công nghệ sinh học tự nhiên đơn giản (Hiện đại hóa- http://hiendaihoa.com, cập nhật 05/08/2010) Thực vật thủy sinh giải pháp hữu hiệu cho vấn đề nan giải này, vai trò ch ng xử lý nước thải nghiên cứu nước Trương Thị Nga ctv (2007) nghiên cứu sử dụng bèo tai tượng (P stratiotes) bèo tai chuột (S cucullata) để xử lý nước thải từ hoạt động chăn nuôi gia s c kết đạt khả quan Bèo cịn có tác dụng cung cấp oxy làm cải thiện oxy hoà tan mơi trường nước thải, góp phần làm nguồn nước Một số loại bèo dùng làm phân xanh, thức ăn cho cá, gia s c, gia cầm Wafaa et al (2007) cho thấy bèo (L gibba) xử lý chất ô nhiễm nước thải cách hiệu quả; ngồi bèo cịn có khả loại bỏ hợp chất hữu cơ, số kim loại nặng, phiêu sinh vật số vi khuẩn bất lợi nước thải Một nghiên cứu gần Châu Minh Khôi ctv (2012) cho thấy khả xử lý ô nhiễm đạm, lân hữu hịa tan nước thải ao ni cá tra lục bình (E crassipes) đáng kể Sau ngày trồng lục bình lượng N hữu mơi trường trồng lục bình giảm 96,8% lượng P hữu giảm 97% Từ nghiên cứu cho thấy khả làm nước thực vật thượng đẳng thủy sinh sống trôi đáng kể Tuy nhiên nghiên cứu trước dừng lại hai lồi chưa có nghiên cứu đánh giá, so sánh hiệu nhiều lồi; chưa có nghiên cứu đánh giá hiệu xử lý dựa diện tích ch phủ thực vật thượng đẳng thủy sinh sống trơi từ có đề xuất cụ thể việc xử lý nước thải đặc biệt nước thải từ hoạt động nuôi cá tra thâm canh uất phát từ thực tế này, nhóm sinh viên ch ng thực nghiên cứu: Đánh giá khả xử lý nước thải từ ao nuôi cá tra thâm canh bốn loài thực vật thượng đẳng thủy sinh sống trôi khác nhau, bao gồm bèo tai tượng (Pistia stratiotes), bèo tai chuột (Salvinia molesta), bèo (Lemna minor), lục bình (Eichhornia crassipes) Đây lồi thực vật thượng đẳng thủy sinh sống trơi phổ biến ĐBSCL 1.2 Mục tiêu đề tài Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu sử dụng lồi thực vật thượng đẳng thủy sinh sống trơi việc xử lý nước thải từ ao nuôi cá tra thâm canh, nhằm cải thiện môi trường nước, giảm thiểu nhiễm mơi trường, góp phần phát triển nghề nuôi cá tra bền vững ĐBSCL Mục tiêu cụ thể: Đánh giá hiệu xử lý nước thải từ ao ni cá tra thâm canh bốn lồi thực vật thượng đẳng thủy sinh sống trôi phổ biến; từ có đề xuất sử dụng lồi thực vật thượng đẳng thủy sinh sống trôi phù hợp mật độ ch phủ hợp lí nhằm đạt hiệu tốt việc xử lý nước thải từ mơi trường ni cá tra, góp phần hạn chế nhiễm nguồn nước khu vực nuôi chất lượng nước mặt ĐBSCL 1.3 Nội dung đề tài Để đạt mục tiêu đề ra, nghiên cứu thực thí nghiệm thực nghiệm Thí nghiệm thực nghiệm so sánh hiệu xử lý nước thải từ ao ni cá tra thâm canh bốn lồi thực vật thượng đẳng thủy sinh sống trôi nổi, bao gồm bèo tai tượng (P stratiotes), bèo tai chuột (S molesta), bèo (L minor), lục bình (E crassipes) Kết th c Thí nghiệm 1, lồi thực vật thượng đẳng thủy sinh sống trôi cho kết xử lý phù hợp dùng bố trí cho Thí nghiệm nhằm đánh giá hiệu xử lý qua diện tích ch phủ bề mặt nước thải cá tra thâm canh Nội dung đề tài sở đề xuất áp dụng vào thực tiễn sản xuất Cải thiện chất lượng nước cho nuôi trồng thủy sản nước phát triển bền vững CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Sơ lược thực vật thượng đẳng thủy sinh sống trôi Lượng phù sa màu mỡ sông M kong mang lại cho ĐBSCL thảm thực vật đa dạng ĐBSCL có diện tích 39.000 km2 đất canh tác định cư 24.000 km2 lại 5000 km2 rừng (đa số ngập nước), lượng thực vật thủy sinh phong ph Trong số lồi phổ biến bèo tai tượng (P stratiotes), bèo tai chuột (S molesta), bèo (L minor) lục bình (E crassopes) (Hình 1) Bèo tai tượng (Pistia stratiotes) Bèo tai chuột (Salvinia molesta) Bèo (Lemna minor) Lục bình (Eichhornia crassipes) Hình 1: Thực vật thượng đẳng thủy sinh sống trôi (Ảnh: Tác giả, 2012) Bèo tai tượng (P stratiotes) hay gọi bèo cái, đại phù bình, bèo ván, bèo tía, thủy phù liên, đại phiêu thuộc Phân họ Aroideae, họ Areceae, ch ng có mặt gần vùng nước khu vực nhiệt đới cận nhiệt đới thông qua phổ biến tự nhiên hay nhờ người Bèo vị thuốc dùng dân gian, thường dùng (nước sắc) để rửa mụn nhọt, mẩn ngứa, ho, h n, xuyễn, lợi tiểu tiện Công dụng loại bèo xử lý ô nhiễm chưa nghiên cứu sâu (Học tập chia sẻ kiến thức-http://luongk29.blogspot.com, cập nhật 9/10/2012) Bèo tai chuột (S molesta) hay bèo tổ ong thuộc họ Salviniaceae, sống nước ngọt, mặt nước, thường mọc môi trường nước tĩnh chảy chậm, loại bèo có tốc độ mọc nhanh, hình thành nên thảm dày, ch phủ hồn toàn mặt nước Bèo tai chuột dùng lọc nước giếng ăn, lọc nước chậu thủy cảnh, số nơi dùng loại bèo cho lợn ăn (Học tập chia sẻ kiến thứchttp://luongk29.blogspot.com, cập nhật 9/10/2012) Bèo (L minor) phân họ họ Aracea, ch ng có nguồn gốc hầu hết châu Phi, châu Á, châu Âu Bắc Mỹ, môi trường nước nơi có dịng nước chảy chậm Bèo có vai trị quan trọng việc khắc phục tình trạng dư thừa chất dinh dưỡng dạng khoáng; chất dư thừa ao hồ biện pháp sinh học ch ng phát triển nhanh hấp thụ phần lớn chất này, cụ thể nitrat phốtpho, góp phần làm giảm tỷ lệ bay nước Ngồi bèo cịn dùng làm thức ăn cho cá tra, vịt thả vườn vùng nông thôn (Học tập chia sẻ kiến thức-http://luongk29.blogspot.com, cập nhật 9/10/2012) Lục bình (E crassipes) cịn gọi bèo tây, thuộc họ Pontedriaceae, có xuất xứ từ châu Nam Mỹ, du nhập Việt Nam khoảng năm 1905, tiếng Việt có tên bèo tây Ở dạng tự nhiên, loại bèo có tác dụng hấp thụ kim loại nặng (như chì, thủy ngân strontium) Do đặc thù vùng sông nước, phương tiện thủy lại tấp nập sông nên người dân nhiều vùng nông thôn sử dụng lục bình cơng cụ để chắn sóng, chóng sạt lở làm nơi tr ẩn nhiều loại cá Khi lục bình đủ lớn, người ta tiến hành chặt lấy thân, phơi khô làm đồ thủ công mỹ nghệ, non dùng làm thức ăn cho lợn; già, gốc, rể đêm ủ oai mục để làm phân xanh Bên cạnh bèo tây cịn dùng thuốc dân gian có cơng dụng giảm đau vùng da bị sưng (Học tập chia sẻ kiến thứchttp://luongk29.blogspot.com, cập nhật 9/10/2012) 2.2 Tổng quan tình hình ni cá tra ảnh hưởng nước thải cá tra đến môi trường 2.2.1 Tình hình ni cá tra Đồng sơng Cửu Long có khoảng 600.000 diện tích mặt nước ngọt, nơi có tiềm lớn cho việc ni loài cá nước như: cá tra, basa, vồ đém, h , tơm xanh, cá rơ đồng… đó, cá tra (P hypophthalmus) nuôi chủ lực, đối tượng sản xuất thủy sản quan trọng hàng đầu ĐBSCL nước Cuối thập 32 lượng 4,8mg/L, khả loại bỏ NO3- khác nghiệm thức sử dụng loại thực vật thượng đẳng khác Ở nghiệm thức đối chứng lượng NO3- không đáng kể, điều cho thấy thực vật có khả hấp thu NO3- cao làm giảm thành phần dinh dưỡng nước, hàm lượng NO3- nghiệm thức xử lý thực vật thủy sinh dao động khoảng 0,9-2,6mg/L Th o qui định QCVN 08:2008-BTNMT hàm lượng N-NO3- nước mặt sử dụng cho việc bảo vệ động thực vật thủy sinh (Cột A2) 5mg/L Kết chứng minh nước thải từ ao nuôi cá tra sau xử lý thực vật thượng đẳng thủy sinh sống trơi có hàm lượng N-NO3- đạt chuẩn, thải vào môi trường Đối chứng Bèo tai tượng Bèo tai chuột a 14.0 Lục bình a 12.0 NO3- (mg/L) Bèo 10.0 a 8.0 6.0 a b 4.0 b b 2.0 b b b b b b b b c c c c c 0.0 Ngày xử lý 12 Hình 14: Biến động nitrat (NO3-) nghiệm thức 1.10 Tổng đạm (TN) Trong suốt thí nghiệm hàm lượng TN tất nghiệm thức giảm rõ rệt Sau ngày xử lý, hàm lượng TN khơng có khác biệt ý nghĩa (p>0,05) nghiệm thức đối chứng, bèo tai tượng, bèo tai chuột, lục bình Nghiệm thức bèo có hàm lượng TN cao có ý nghĩa so với nghiệm thức lại (p