MỞ ĐẦU 1.1. Đặt vấn đề Nước sạch, vệ sinh môi trường đã trở thành vấn đề toàn cầu liên quan đến mọi nhà, mọi người, đến sư phát triển bền vững của mỗi quốc gia trước mắt cũng như lâu dài. Chính vì vậy Liên hợp quốc đã nhấn mạnh đến sự "Liên kết toàn cầu vì sự sống ", "Hãy cho trái đất một cơ hội", "Nước- hai tỷ người đang khao khát", đã nói lên tất cả. Chúng ta không thể phủ nhận vai trò của nước đối với sự sống. Vì vậy từ khi ra đời, con người đã biết sử dụng các hình thức để lấy nước ăn uống và sinh hoạt. Xã hội loài người phát triển từ hoang dã đến văn minh, cho đến nay chưa phải mọi người - đặc biệt là vùng nông thôn đã ý thức sâu sắc mối liên hệ giữa chất lượng nước và sức khỏe con người. Để đánh giá chất lượng nước khoa học ngày nay sử dụng hệ thống các chỉ tiêu thủy lí thủy hóa, bên cạnh đó còn sử dụng các loài vi tảo. Trong hệ sinh thái nước, vi tảo có vai trò cực kì quan trọng, đặc biệt là trong quá trình tuần hoàn vật chất, là một trong những nguồn chính tạo năng suất sơ cấp, vì vậy tảo được xem là "trái tim của thủy vực". Giữa chất lượng nước và vi tảo có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Việc cung cấp nước sạch đầy đủ và có chất lượng tốt cho nhân dân là nhiệm vụ quan trọng trong công tác chăm sóc sức khỏe ban đầu. Chương trình cung cấp nước sạch, thanh khiết môi trường là một vấn đề lớn được Đảng, Nhà nước, ngành Y tế và toàn thể nhân dân quan tâm. Công tác giám sát và kiểm tra chất lượng nước sinh hoạt là một hoạt động tích cực nhằm bảo đảm sự hài hòa giữa môi trường và sức khỏe . Tuy nhiên việc khảo sát chất lượng nước và phát hiện sự có mặt cũng như quy luật phát triển và đa dạng của các loài vi tảo của hồ chứa nước Bộc Nguyên (nơi cung cấp nước cho cả thành phố Hà Tĩnh và các vùng phụ cận, có tiềm năng du lịch) chưa được nghiên cứu nhiều, chính vì vậy chúng 1 tôi thực hiện đề tài: "Chất lượng nước và thành phần loài vi tảo ở hồ chứa nước Bộc Nguyên - Hà Tĩnh " 1.2. Mục tiêu của đề tài - Cung cấp những dẫn liệu về chất luợng nước. - Nghiên cứu sự đa dạng về thành phần loài vi tảo. - Tìm hiểu mối liên quan giữa các yếu tố sinh thái với sự phân bố và thành phần loài vi tảo. 1.3. Nội dung nghiên cứu - Điều tra một số chỉ tiêu chất lượng nước của hồ Bộc Nguyên: Nhiệt độ nước, độ trong, pH, hàm lượng DO, COD, NH 4 + , PO 4 3- . - Xác định thành phần loài, số lượng tế bào vi tảo và sự biến động của chúng. - Xem xét mối quan hệ giữa thành phần loài với một số yếu tố sinh thái. 2 Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Chất lượng nước trong các thủy vực trên thế giới và ở Việt Nam: 1.1.1 Các thông số đánh giá chất lượng nước: Đánh giá chất lượng cũng như mức độ ô nhiễm nước cần phải dựa vào một số thông số cơ bản so sánh với các chỉ tiêu cho phép về thành phần hóa học và sinh học đối với từng loại nước sử dụng cho mục đích khác nhau.[12], [17] Các thông số cơ bản đánh giá chất lượng nước là: độ pH, màu sắc, độ đục, hàm lượng chất rắn, các chất lơ lững, kim loại nặng, oxi hòa tan và đặc biệt là hai chỉ số COD và BOD. Ngoài các chỉ số về hóa học trên, cần phải chú ý đến các chỉ tiêu sinh học: vi tảo, E.coli…[17] - Độ pH là một trong những chỉ tiêu xác định đối với nước cấp và nước thải. Chỉ số này cho thấy cần phải trung hòa hay không và tính lượng hóa chất cần thiết trong quá trình xử lý đông keo tụ, làm tăng, giảm vận tốc các phản ứng hóa sinh xảy ra trong nước. - Hàm lượng chất rắn: Các chất rắn có trong nước là: + Các chất vô cơ: Muối hòa tan, đất đá dạng huyền phù,… + Các chất hữu cơ: Xác vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh,…các chất hữu cơ tổng hợp như : phân bón, chất thải công nhiệp,… Chất rắn làm trở ngại cho việc sử dụng và lưu chuyển nước, làm giảm chất lượng nước sinh hoạt và sản xuất, gây trở ngại cho nuôi trồng thủy sản. - Độ cứng: Nước tự nhiên thường được phân thành nước cứng và nước mềm. Độ cứng của nước thường không được coi là ô nhiễm vì không gây hại cho sức khỏe con người, nhưng độ cứng lại ảnh hưởng đến công nghệ. Nước thải không cần quan tâm đến chỉ số này.[20] 3 - Độ đục: Độ đục do các hạt lơ lững các chất hữu cơ phân hủy hoặc giới thủy sinh phân hủy gây ra. Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng và quang hợp các loài thủy sinh, giảm thẩm mĩ và chất lượng nước khi sử dụng. - Oxi hòa tan (DO - Dissolved oxigen): Oxi hòa tan trong nước rất cần thiết cho sinh vật hiếu khí. Bình thường oxi hoà tan trong nước khoảng 8-10 mg/l, chiếm 70- 85% khi oxi bảo hòa. Mức oxi hòa tan trong nước tự nhiên và nước thải phụ thuộc vào mức độ ô nhiễm chất hữu cơ, vào hoạt động của giới thủy sinh, các hoạt động sinh hóa, hóa học và vật lý của nước. Trong môi trường nước bị ô nhiễm nặng, oxi được dùng nhiều cho các quá trình sinh hóa và xuất hiện tượng thiếu oxi trầm trọng. Phân tích chỉ số oxi hòa tan là một trong những chỉ tiêu quan trọng đánh giá sự ô nhiễm của nước và giúp ta đề ra các biện pháp xử lý thích hợp. - Chỉ số nhu cầu oxi sinh hóa (BOD - Biochemical oxygn Demand). Nhu cầu oxy sinh hóa hay là nhu cầu oxi sinh học là lượng oxi cần thiết để oxi hóa các hợp chất hữu cơ có trong nước bằng vi sinh vật ( chủ yếu là vi khuẩn hoại sinh, hiếu khí. Quá trình này gọi là quá trình oxi hóa sinh học, đòi hỏi nhiều thời gian, vì phải phụ thuộc vào bản chất của hợp chất hữu cơ, loại vi sinh vật, nhiệt độ,… Xác định BOD được dùng rộng rãi trong kỷ thuật môi trường để: + Tính gần đúng lượng oxy cần thiết oxy hóa các chất hữu cơ dễ phân hủy có trong nước thải. + Làm cơ sở tính toán kích thước các công trình xử lý. + Xác định hiệu suất xử lý của một số quá trình. + Đánh giá chất lượng nước sau khi xử lý được phép thải vào các nguồn nước. Trong thực tế, người ta không thể xác định lượng oxy cần thiết để phân hủy hoàn toàn chất hữu cơ bằng phương pháp sinh học, mà chỉ xác định trong 5 4 ngày đầu tiên ở nhiệt độ 20 0 C trong bóng tối (để tránh hiện tượng quang hợp trong nước). Chỉ số này gọi là BOD 5 . [17] - Chỉ số COD (Nhu cầu oxy hóa học - Chemical oxygen Demand): Chỉ số này được dùng rộng rãi để đặc trưng cho hàm lượng chất hữu cơ của nước thải và sự ô nhiễm của nước tự nhiên. COD là lượng oxi cần thiết cho quá trình oxi hóa toàn bộ các chất hữu cơ có trong mẫu nước thành CO 2 và nước. - Hàm lượng nitơ (N): Hợp chất nitơ có trong nước thải là các hợp chất prôtêin và các sản phẩm phân hủy: amôn, nitrat, nitrit,… - Hàm lượng phospho (P): Phospho tồn tại trong thủy vực với các dạng H 2 PO 4 - , HPO 4 -2 , PO 4 -3 , các polyphosphat, phosphat hữu cơ. Đây là một nguồn dinh dưỡng cho thực vật dưới nước, gây ô nhiễm và góp phần thúc đẩy hiện tượng phú dưỡng ở các thủy vực. Hàm lượng phospho có thể thừa trong nước thủy vực làm cho các loài tảo, các loài thực vật lớn phát triển mạnh gây tắc thủy vực. Hiện tượng tảo sinh trưởng mạnh( hiện tượng nước nở hoa) do dư thừa dinh dưỡng, thực chất là hàm lượng P quá cao. Sau đó tảo và các loại vi sinh vật bị phân hủy, thối rữa làm nước bị ô nhiễm thứ cấp, thiếu oxi hòa tan và làm cho tôm cá bị chết. - Chỉ số LC 50 ( Nồng độ thấp nhất gây ức chế 50% sinh vật thí nghiệm). - Chỉ thị về sinh học: Sinh vật và môi trường tồn tại trong một mối cân bằng động. Trong những điều kiện cụ thể khác nhau có những loài hay những nhóm loài sinh vật đặc trưng có thể sử dụng làm làm chỉ thị sinh học để đánh giá chất lượng môi trường, đặc biệt là thủy vực. Những chỉ thị sinh vật được quan tâm là vi khuẩn, động vật không xương sống, Phytoplankton…[12],[17] 5 Sự có mặt của vi khuẩn Coliform thể hiện nguồn nước bị nhiễm phân, được đặc trưng bởi chỉ thị Total Coliform và Faecal coliforms.[15] Nhiều nhà khoa học cho rằng sự ô nhiễm môi trường nước về bản chất là một hiện tượng sinh học. Nhiều quốc gia châu Âu đã sử dụng hệ thống BMWP (Biological Monitoring Working Party) để đánh giá mức độ ô nhiễm nước qua quan trắc động vật đáy không xương sống lớn.[12] Căn cứ vào thông số vật lý, hóa học, sinh học người ta đưa ra các mức phân loại ô nhiễm khác nhau. Hệ thống phân loại này không giống nhau ở các quốc gia. Đánh giá chất lượng nước mặt người ta có thể dựa vào bảng sau: Bảng 1.1: Hệ thống đánh giá tổng hợp nguồn nước mặt TT Trạng thái PH NH 4 + NO - 3 PO 3- 4 DO % COD BOD 5 1 Nước rất sạch 7-8 < 0,05 <0,1 <0,01 100 <6 <2 2 Nước sạch 6,5-8,5 0,06-0,4 0,1-0,3 0,01-0,05 100 6-20 2-4 3 Nước hơi bẩn 6-9 0,4-1,5 0,3-1 0,05-0,1 50-90 20-80 4-6 4 Nước bẩn 5-9 1,5-3 1-4 0,10,15 20-50 50-70 6-8 5 Nước bẩn nặng 4-9,5 3-5 4-8 0,15 5-20 70-100 8-10 6 Nước rất bẩn 3-10 >5 >8 >0,3 <5 >100 >10 (Trích Kỹ thuật môi trường, NXB Giáo Dục, 2002, trang 143) [4] Để đánh giá tổng hợp lâu dài nguồn ô nhiễm đối với nguồn nước người ta sử dụng phương pháp sinh thái học. Theo phương pháp này Hynes (1971) đã phân vùng nước bị nhiễm bẩn thành 4 nhóm theo sự phân bố của hệ thống sinh vật cùng với một số chỉ tiêu lý hóa: Vùng Oligosaprobic: vùng không nhiễm bẩn Vùng Beta - mesosaprobic: vùng ô nhiễm nhẹ. Vùng Alfa - mesosaprobic: vùng ô nhiễm Vùng Poly - saprobic: vùng ô nhiễm nặng. 1.1.2. Vài nét về chất lượng nước trong các thủy vực thế giới và ở Việt Nam : 1.1.2.1. Chất lượng nước trong các thủy vực thế giới: 6 Nước không chỉ quan trong đối với mỗi cá nhân mà là cả xã hội, không chỉ là yếu tố sống còn trong quá khứ, hiện tại mà cả tương lai. Nhà triết học cổ đại Hy Lạp Emepedocles đã cho rằng có 4 yếu tố khởi nguyên cấu tạo nên mọi vật là : khí, nước, lửa, đất. Các nền văn minh lớn đều bắt nguồn từ lưu vực các dòng sông lớn trên thế giới. [7] Theo các nhà khoa học ước tính có khoảng 1,4 tỷ km 3 nước bao phủ bề mặt trái đất, lượng nước này nếu bao phủ trên bề mặt trái đất sẻ có độ dày khoảng 0,3-0,4m. Nhà bác học Retet Colia đã nêu một hình ảnh so sánh: nếu coi trái đất là một quả cầu đường kính 10m thì nước ở đại dương chứa hết trong cái bể 225l, nước băng hai cực chứa hết trong một xô 5l, nước ngọt trên mặt đất đổ đầy một chai, lượng nước ngầm mà loài người sử dụng trong một năm chỉ vừa một ly.[7] Nhu cầu nước ngày càng tăng lên, thời trung cổ trung bình mỗi người sử dụng 25l nước/ngày, ngày nay trung bình mỗi người tiêu thụ 200-300l nước/ngày. Theo thống kê về tình hình ô nhiễm nước trên thế giới cho thấy phần lớn các sông hồ ở Châu Âu đều bị nhiễm bẩn, điển hình là dòn sông Rein đang bị biến thành "cống nước công cộng", mỗi năm nước đục thêm và đen dần. Sông Volga ở Nga cũng chịu cảnh tương tự. Sông Hoàng Phố ở Thượng Hải hàng năm có 299 ngày nước sông đều thối và đen. Ở Trung Quốc trong số 532 con sông được khảo sát thì có 436 dòng sông bị ô nhiễm ở mức độ khác nhau. Tại các con sông ở ngoài Châu Âu trung bình hàm lượng muối nitrat vượt mức cho phép là 2,5 lần, còn ở khu vực Châu Âu thì vượt quá 45 lần so với nước tự nhiên và nồng độ photphat gấp 3,5 lần mức cho phép. Hàng trăm dặm trên các con sông ở thành phố New York đã không có sự sống do chất thải của nhiều nhà máy đổ vào. Ở Malaixia có 10 con sông ô nhiễm đến mức cá không thể sống được. Ở Peru các chất thải đã làm ô nhiễm dòng sông Rimac (nguồn cung cấp nước cho thủ đô) nên hàm lượng Pb, Cr, As, Zn,… rất cao, nhiều con sông khác cũng nhiễm kim loại nặng. Đáng chú ý là các mẫu tôm, cua, cá, sò ở vịnh Giacacta ( Inđonexia) 7 theo WHO thì lượng chì vượt quá 4%, thủy ngân vượt quá 38%, cadini vượt quá 76%. Ở Mỹ La Tinh lượng chất độc từ các bãi thải xâm nhập vào nước ngầm cứ 15 năm lại tăng gấp đôi.[7], [18] 1.1.2.2. Chất lượng nước trong các thủy vực Việt Nam: Việt Nam là nước đang phát triển nhưng tình trạng ô nhiễm đã đến mức báo động, đặc biệt là các khu công nghiệp, khu đô thị lớn. Việt Nam có nguồn tài nguyên nước tương đối dồi dào. Đạt trung bình đầu người tới 17000m 3 /năm. Với tốc độ đô thị hóa, công nghiệp hóa, sự gia tăng dân số nhanh chóng thì áp lực lên tài nguyên nước ngày càng gia tăng. Theo tính toán năm 2000 nhu cầu nước của Việt Nam là 100 tỷ m 3 /năm, dự báo năm 2010 là 103 tỷ m 3 /năm. [20] Kết quả khảo sát 12 hồ (Nghĩa Tân, Đống Đa, Hào Nam, Văn Chương, Thành Công, Giảng Võ, Thiền Quang, Thủ Lệ, Trung Tự, Bảy Mẫu) nằm trong khu vực Hà Nội chất lượng nước đều ô nhiễm với mức độ khác nhau. Trong đó hồ Thủ Lệ, Thiền Quang, Nghĩa Tân ít ô nhiễm hơn về hàm lượng NH 4 + , PO 4 3- so với các hồ khác. Tại các hồ ô nhiễm, BOD 5 , vượt quá mức cho phép 10mg/l Theo kết quả nghiên cứu môi trường nước ở nông thôn của sở khoa học và công nghệ Ninh Thuận trên địa bàn 8 thôn thuộc 5 huyện các chỉ số cao hơn vài chục lần số với mức cho phép. Ở các khu công nghiệp, đô thị tập trung đông dân cư như ở thành phố Hồ Chí Minh, khu công nghiệp Việt Trì, Biên Hòa .nước ao hồ, sông bị ô nhiễm nghiêm trọng. Ở Hà Nội cứ mỗi ngày đêm thãi ra 300.000m 3 nước thãi nên làm cho các dòng sông Kim Ngưu, Tô Lịch, sông Nhuệ…có màu sẫm, mùi hôi thối và tanh, DO thấp (có khi bằng 0), BOD 5 trên 50mg/l, NH + 4 trên 10mg/l, NO 2 tăng vọt, H 2 S gần 30 mg/l. Ước tính tổng lượng chất thải sinh hoạt thành phố Hà Nội là: 16.500 tấn / năm đối với BOD 5 ; COD: 3680 tấn/năm; SS: 20.000 tấn/năm ; nitơ: 3.300 tấn/ năm và phốtphát 400 tấn/năm. Ở Hồ Chí Minh mức độ ô nhiễm còn trầm trọng hơn rất nhiều: 33.000 tấn/năm đối với BOD5; COD: 106.000 8 tấn/năm; SS: 58.000 tấn/năm; nitơ: 9.570 tấn/năm và phốtphát 1.160 tấn/năm. Khu công nghiệp hóa chất Việt Trì, Lâm Thao thải ra sông Hồng 35 triệu m 3 nước thải hàng năm.[18] Ngoài ra việc sử dụng phân bón, thuốc bảo vệ thực vật cũng gây ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng nước và sinh vật thủy sinh. Hiện nay chúng ta sử dụng khoảng 15.000- 25.000 tấn thuốc trừ sâu, khoảng 200 loại thuốc diệt cỏ, diệt chuột sự tồn tại các chất này trong đất gây nguy cơ tiềm tàng ô nhiễm nước mà chưa đánh giá hết được.[7] Tóm lại nước uống, sinh họat…được cung cấp đầy đủ, không bị ô nhiễm là nhu cầu cơ bản của cuộc sống, là yếu tố thiết thực cho việc chăm sóc sức khỏe ban đầu. Nó góp phần kiểm soát bệnh tật đặc biệt là thương hàn, tả lị, theo WHO thì 1/3 dân số thiếu nước uống, hậu quả là 80% bệnh tật trên thế giới là liên quan đến thiếu nước, vệ sinh kém, đã làm 2500 người chết mỗi ngày vì các bệnh đó, ở các nước đang phát triễn có trên 6 triệu trẻ em dưới 5 tuổi chết mỗi ngày vì tiêu chảy, 18 triệu người lớn chết mỗi ngày về các bệnh liên quan đến vệ sinh nước. 2.3. Tình hình nghiên cứu vi tảo trong thủy vực dạng hồ và hồ chứa ở Việt Nam: 2.3.1. Đặc điểm của các thủy vực dạng hồ và hồ chứa: Hồ và hồ chứa là dạng thủy vực nước đứng hoặc vận động không đáng kể, có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo. - Đặc tính lý hóa của các thủy vực nước đứng nói chung và dạng hồ nói riêng khác nhau tùy thuộc vào nhiều yếu tố tự nhiên và nhân tạo: + Các yếu tố tự nhiên bao gồm các yếu tố tự nhiên ban đầu như khí hậu, địa hình, thành tạo địa chất, sau đó tạo nên những yếu tố hệ quả là hình thái hồ, chế độ thủy học, đặc điểm vùng lưu vực, độ sâu, nguồn các chất ngoại lai… 9 + Các yếu tố nhân tạo như phương thức sử dụng đất, các hoạt động kinh tế - xã hội ở vùng lưu vực từ đó dẫn đến nguồn gây ô nhiễm (point source) và khuếch tán (diffuse source). [19] Trong các thủy vực dạng hồ, hồ chứa là các dạng thủy vực còn trẻ. Bên cạnh nguyên nhân tạo thành hồ, có sự sai khác căn bản giữa hồ tự nhiên miền núi và hồ tự nhiên đồng bằng, giữa hồ và hồ chứa, sự khác nhau này như sau: Bảng 1.2: Một số sai khác giữu hồ tự nhiên và hồ nhân tạo: Các yếu tố Hồ chứa nhân tạo Hồ tự nhiên - Vùng lưu vực Thường hẹp, kéo dài Thường tròn, hồ là trung 10 . " ;Chất lượng nước và thành phần loài vi tảo ở hồ chứa nước Bộc Nguyên - Hà Tĩnh " 1.2. Mục tiêu của đề tài - Cung cấp những dẫn liệu về chất luợng nước. . nước, độ trong, pH, hàm lượng DO, COD, NH 4 + , PO 4 3- ) và thành phần loài, số lượng tế bào vi tảo ở hồ chứa nước Bộc Nguyên - Hà Tĩnh. 2.1.2. Thời gian