intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước sông cái bởi vi sinh vật

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:161

Thêm vào BST
Báo xấu
14
lượt xem 3
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật "Nghiên cứu quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước sông cái bởi vi sinh vật" trình bày các nội dung chính sau: Đánh giá hiện trạng ô nhiễm chất hữu cơ trong nước sông Cái; Xác định tốc độ phân hủy chất hữu cơ của nhóm vi khuẩn hiếu khí trong nước sông Cái; Xác định các loài vi khuẩn hiếu khí có vai trò chủ đạo tham gia vào quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước sông Cái.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước sông cái bởi vi sinh vật

  1. 1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ NGUYỄN VĂN SƠN NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC SÔNG CÁI BỞI VI SINH VẬT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT Hà Nội - 2023
  2. 2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ QUỐC PHÒNG VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ QUÂN SỰ NGUYỄN VĂN SƠN NGHIÊN CỨU QUÁ TRÌNH PHÂN HỦY CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC SÔNG CÁI BỞI VI SINH VẬT Ngành: Kỹ thuật môi trường Mã số: 9520320 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS Phùng Chí Sỹ 2. TS Nguyễn Thế Tiến Hà Nội - 2023
  3. i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả và số liệu trình bày trong luận án này là hoàn toàn trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác, các dữ liệu tham khảo được trích dẫn đầy đủ. Hà Nội, ngày 16 tháng 10 năm 2023 Tác giả luận án Nguyễn Văn Sơn
  4. ii LỜI CẢM ƠN Luận án này được hoàn thành tại Viện Nhiệt đới môi trường/Viện KH-CN quân sự. Trong quá trình nghiên cứu, tôi đã nhận được sự giúp đỡ quý báu của các thầy cô, các nhà khoa học, các đồng nghiệp, bạn bè và gia đình. Lời đầu tiên, tôi xin trân trọng cảm ơn thầy PGS.TS Phùng Chí Sỹ và thầy TS Nguyễn Thế Tiến, là những người thầy đã tận tâm hướng dẫn khoa học, truyền cho tôi tri thức cũng như chỉ bảo, giúp đỡ, động viên, khích lệ và tạo mọi điều kiện tốt nhất để tôi hoàn thành bản luận án này. Xin trân trọng cảm ơn Ban Giám đốc Viện KH-CN quân sự, Phòng Đào tạo/Viện KH-CN quân sự, Chỉ huy Viện Nhiệt đới môi trường cùng các cán bộ của Viện Nhiệt đới môi trường đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Các cán bộ tại Phòng Quan trắc và phân tích môi trường đã trực tiếp cùng tôi thực hiện một phần nghiên cứu hay gián tiếp hỗ trợ tôi đều là những nguồn động viên khích lệ to lớn cho tôi trong suốt thời gian qua. Tôi đặc biệt chân thành cảm ơn đối với các thầy, cô, các nhà khoa học công tác trong và ngoài Quân đội, đã giảng dạy và tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong thời gian theo học và làm việc tại Viện Nhiệt đới môi trường/Viện KH- CN quân sự. Và cuối cùng, không thể có gì so sánh hơn những tình cảm quý của bạn bè và gia đình đã luôn bên cạnh ủng hộ tôi trong suốt quá trình học tập. Những tình cảm nhận được chắc chắn còn là niềm hạnh phúc to lớn hơn rất nhiều so với sự thành công của kết quả nghiên cứu này. Trân trọng!
  5. iii MỤC LỤC Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT .................................. vi DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................. viii DANH MỤC CÁC HÌNH ................................................................................. x MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ............................................................................. 4 1.1. Tổng quan về khả năng tự làm sạch của dòng sông .................................. 4 1.1.1. Khái niệm về khả năng tự làm sạch của dòng sông ................................ 5 1.1.2. Cơ chế của quá trình tự làm sạch dòng sông .......................................... 5 1.1.3. Vai trò của loài vi khuẩn có khả năng phân hủy chất hữu cơ ................. 7 1.1.4. Sự khả kiến của quá trình tự làm sạch dòng sông................................. 10 1.1.5. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tự làm sạch dòng sông ................ 12 1.2. Các phương pháp xác định hệ số tốc độ phân hủy chất hữu cơ trong nước sông và phân loại vi sinh vật .................................................................. 14 1.2.1. Các phương pháp xác định hệ số tốc độ phân hủy chất hữu cơ trong nước sông ........................................................................................................ 14 1.2.2. Các phương pháp phân loại vi sinh vật ................................................. 20 1.3. Các kết quả nghiên cứu về khả năng tự làm sạch của dòng sông ............ 23 1.3.1. Nghiên cứu khả năng tự làm sạch của dòng sông dựa vào đặc trưng dòng chảy ........................................................................................................ 23 1.3.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến sự loại bỏ chất ô nhiễm trong dòng sông ........................................................................................................ 26 1.3.3. Nghiên cứu hệ số tốc độ phân hủy chất hữu cơ trong nước sông ......... 28 1.4. Đặc điểm tự nhiên, vai trò, chức năng, chế độ thủy văn thủy lực, dòng chảy, các nguồn thải và chất lượng nước sông Cái ......................................... 37 1.4.1. Đặc điểm tự nhiên, vai trò, chức năng, chế độ thủy văn thủy lực, dòng chảy của sông Cái................................................................................... 37
  6. iv 1.4.2. Các nguồn thải và chất lượng nước sông Cái ....................................... 40 CHƯƠNG 2. VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ............... 46 2.1. Vật liệu và thiết bị .................................................................................... 46 2.1.1. Mẫu nước sông ...................................................................................... 46 2.1.2. Hóa chất................................................................................................. 47 2.1.3. Thiết bị EZ-Oxyro 4R Respirometer .................................................... 48 2.1.4. Thiết bị MALDI Biotyper Microflex LT/SH ........................................ 48 2.2. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................... 48 2.2.1. Phương pháp lựa chọn giá trị đo của các yếu tố ảnh hưởng ................. 48 2.2.2. Phương pháp lấy mẫu và tạo mẫu nước sông ....................................... 52 2.2.3. Phương pháp xác định BOD ................................................................... 56 2.2.4. Phương pháp xác định tốc độ phân hủy chất hữu cơ ............................ 57 2.2.5. Phương pháp xây dựng phương trình tương quan giữa hệ số tốc độ phân hủy chất hữu cơ và độ mặn, DO, nhiệt độ, pH ....................................... 60 2.2.6. Phương pháp phân lập vi sinh ............................................................... 61 2.2.7. Phương pháp phân loại bằng khối phổ protein MALDI-TOF .............. 63 2.2.8. Phương pháp xác định các loài vi khuẩn hiếu khí có vai trò chủ đạo tham gia vào quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước sông ...................... 64 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .................................................. 65 3.1. Xác định tốc độ phân hủy chất hữu cơ trong nước sông ......................... 65 3.1.1. Xác định BOD (y) trong 20 ngày .......................................................... 65 3.1.2. Xác định độ dốc BOD (y’) .................................................................... 71 3.1.3. Xác định hệ số tốc độ phân hủy chất hữu cơ ........................................ 72 3.1.4. Xác định phương trình động học phân hủy chất hữu cơ ....................... 74 3.2. Xác định ảnh hưởng của các yếu tố đến tốc độ phân hủy chất hữu cơ trong nước sông ............................................................................................... 76 3.2.1. Ảnh hưởng của độ mặn ......................................................................... 76 3.2.2. Ảnh hưởng của DO ............................................................................... 79
  7. v 3.2.3. Ảnh hưởng của nhiệt độ ........................................................................ 82 3.2.4. Ảnh hưởng của pH ................................................................................ 85 3.3. Đánh giá mức độ đa dạng cộng đồng vi khuẩn hiếu khí trong nước sông ................................................................................................................. 88 3.3.1. Số dòng khuẩn lạc hiếu khí ................................................................... 88 3.3.2. Tổng khuẩn lạc hiếu khí ........................................................................ 91 3.4. Xác định các loài vi khuẩn hiếu khí có vai trò chủ đạo tham gia vào quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước sông ............................................ 92 3.4.1. Định danh các loài vi khuẩn hiếu khí.................................................... 92 3.4.2. Xác định các loài vi khuẩn hiếu khí có vai trò chủ đạo tham gia vào quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước sông ............................................ 95 KẾT LUẬN ................................................................................................... 103 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ .............. 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................. 106 PHỤ LỤC 1. CÁC TÍNH TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN XÁC ĐỊNH TỐC ĐỘ PHÂN HỦY CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC SÔNG CÁI................ 117 PHỤ LỤC 2. CÁC TÍNH TOÁN LIÊN QUAN ĐẾN XÁC ĐỊNH ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐẾN TỐC ĐỘ PHÂN HỦY CHẤT HỮU CƠ TRONG NƯỚC SÔNG CÁI .................................................................. 126 PHỤ LỤC 3. SỐ LƯỢNG VI KHUẨN HIẾU KHÍ TRONG NƯỚC SÔNG CÁI .................................................................................................... 138 PHỤ LỤC 4. HÌNH THÁI KHUẨN LẠC CỦA CÁC LOÀI VI KHUẨN HIẾU KHÍ TRONG NƯỚC SÔNG CÁI ...................................................... 144
  8. vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT C : Số khuẩn lạc đếm được trên hộp petri d : Hệ số pha loãng mẫu DL : Khuếch tán ôxy trong nước Do : Ôxy hoà tan tại thời điểm t=0 Dt : Ôxy hoà tan tại thời điểm t dy : Nhu cầu ôxy sinh hóa gia tăng trên một đơn vị thời gian e : Cơ số e F : Hệ số tự làm sạch H : Chiều sâu mực nước k1 : Hệ số tốc độ phân hủy chất hữu cơ tính theo cơ số 10 K1 : Hệ số tốc độ phân hủy chất hữu cơ tính theo cơ số e k2 : Hệ số tốc độ hòa tan ôxy vào nước qua mặt thoáng La : BOD toàn phần giai đoạn 1 Lt : BOD còn lại sau thời gian t ngày m/z : Tỷ lệ khối lượng và điện tích N : Số khuẩn lạc có trong 1ml mẫu huyền phù ban đầu n1, n2 : Số hộp petri ở hai độ pha loãng liên tiếp đã chọn S : Độ mặn t : Thời gian V : Vận tốc dòng nước y : Nhu cầu ôxy sinh hóa
  9. vii BOD : Nhu cầu ôxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand) COD : Nhu cầu ôxy hóa học (Chemical Oxygen Demand) DO : Ôxy hòa tan (Dissolved Oxygen) KT-XH : Kinh tế - xã hội MALDI- : Phương pháp phân loại vi sinh vật bằng khối phổ protein TOF (Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization/Time of Flight) NA : Môi trường vi sinh Nutrient agar PCR-RFLP : Kỹ thuật sinh học phân tử (PCR-Restriction Fragment Length Polymorphism) PMF : Phương pháp PMF xác định khối lượng peptide (Peptide mass fingerprint) uBOD : Nhu cầu ôxy hoá sinh học toàn phần WQI : Chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index)
  10. viii DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Một số loài vi khuẩn có khả năng phân hủy chất hữu cơ ................. 9 Bảng 1.2. So sánh các phương pháp xác định tốc độ phân hủy chất hữu cơ trong nước sông ............................................................................................... 20 Bảng 1.3. Giá trị K1 tại các độ mặn khác nhau ............................................... 30 Bảng 1.4. Giá trị K1 của sông Ribeirao Vermelho .......................................... 31 Bảng 1.5. Giá trị K1 của sông Brantas ............................................................ 31 Bảng 1.6. Giá trị K1 của sông Cikapundung ................................................... 32 Bảng 1.7. Giá trị K1 của sông Citarum ........................................................... 33 Bảng 1.8. Giá trị K1 của suối Al-Robat và Al-Jubyla ..................................... 35 Bảng 1.9. Giá trị K1 tại các vị trí khác nhau trên sông Cu Đê ........................ 36 Bảng 1.10. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến giá trị K1 ......................................... 36 Bảng 2.1. Các mẫu nước sông......................................................................... 46 Bảng 2.2. Các hóa chất chính sử dụng cho quá trình nghiên cứu ................... 47 Bảng 2.3. Các mẫu tổ hợp nước sông ............................................................. 54 Bảng 2.4. Điều kiện biên giới hạn trong nghiên cứu ...................................... 56 Bảng 3.1. Giá trị BOD ở 20oC của nước sông Cái ở thời điểm tháng 8/2019 .................................................................................................... 65 Bảng 3.2. Giá trị BOD ở 20oC của nước sông Cái ở thời điểm tháng 12/2019 .................................................................................................. 66 Bảng 3.3. Giá trị BOD ở 20oC của nước sông Cái ở thời điểm tháng 4/2020 .................................................................................................... 68 Bảng 3.4. Tỉ lệ BOD5/BOD10 và BOD5/BOD20 của nước sông Cái ............... 70 Bảng 3.5. So sánh tỉ lệ BOD5/BOD10 và BOD5/BOD20 của nước sông Cái với các sông khác ............................................................................................ 70 Bảng 3.6. Hệ số tốc độ phân hủy chất hữu cơ ở 20oC của nước sông Cái tính theo cơ số e (K1)....................................................................................... 72
  11. ix Bảng 3.7. Hệ số tốc độ phân hủy chất hữu cơ ở 20oC của nước sông Cái tính theo cơ số 10 (k1) ..................................................................................... 73 Bảng 3.8. So sánh giá trị K1 của sông Cái với các sông khác ........................ 74 Bảng 3.9. BOD toàn phần của giai đoạn 1 (La) ở 20oC của nước sông Cái ... 74 Bảng 3.10. Tỉ lệ BOD5/La của nước sông Cái................................................. 75 Bảng 3.11. Giá trị BOD ở 20oC của nước sông Cái ở các độ mặn khác nhau......................................................................................................... 76 Bảng 3.12. Hệ số tốc độ phân hủy chất hữu cơ ở 20oC của nước sông Cái ở các độ mặn khác nhau .................................................................................. 77 Bảng 3.13. Giá trị BOD ở 20oC của nước sông Cái ở các DO khác nhau ...... 79 Bảng 3.14. Hệ số tốc độ phân hủy chất hữu cơ ở 20oC của nước sông Cái ở các DO khác nhau ........................................................................................ 80 Bảng 3.15. Giá trị BOD của nước sông Cái ở các nhiệt độ khác nhau ........... 82 Bảng 3.16. Hệ số tốc độ phân hủy chất hữu cơ của nước sông Cái ở các nhiệt độ khác nhau.................................................................................................... 84 Bảng 3.17. Giá trị BOD ở 20oC của nước sông Cái ở các pH khác nhau ....... 85 Bảng 3.18. Hệ số tốc độ phân hủy chất hữu cơ ở 20oC của nước sông Cái ở các pH khác nhau ......................................................................................... 87 Bảng 3.19. Tần suất xuất hiện của các dòng khuẩn lạc hiếu khí trong 30 mẫu nước sông Cái .......................................................................................... 90 Bảng 3.20. Định danh các loài vi khuẩn hiếu khí trong nước sông Cái ......... 92 Bảng 3.21. Phân loại chi, họ, bộ, lớp, ngành, giới của các loài vi khuẩn hiếu khí trong nước sông Cái .......................................................................... 94 Bảng 3.22. Đặc điểm sinh trưởng và hình thái khuẩn lạc của 25 loài vi khuẩn hiếu khí trong nước sông Cái ............................................................... 96
  12. x DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1. Đường cong biểu diễn DO .............................................................. 11 Hình 1.2. Đồ thị xác định k1 và La cho khoảng thời gian đo BOD là 3 ngày (không tính pha thích nghi) ............................................................................. 15 Hình 1.3. Đồ thị xác định k1 và La cho khoảng thời gian đo BOD là 5 ngày (không tính pha thích nghi) ............................................................................. 16 Hình 1.4. Đồ thị xác định k1 và La cho khoảng thời gian đo BOD là 7 ngày (không tính pha thích nghi) ............................................................................. 17 Hình 1.5. Đồ thị xác định k1 và La cho khoảng thời gian đo BOD là 5 ngày (có tính pha thích nghi) ................................................................................... 18 Hình 1.6. Giá trị BOD trong 5 ngày theo các độ mặn khác nhau ................... 29 Hình 1.7. Giá trị BOD trong 20 ngày của sông Ribeirao Vermelho ở mùa đông và mùa hè ............................................................................................... 30 Hình 1.8. Giá trị BOD trong 30 ngày của sông Brantas ................................. 31 Hình 1.9. Giá trị BOD trong 10 ngày của sông Citarum ................................ 33 Hình 1.10. Giá trị BOD trong 13 ngày của suối Al-Robat và Al-Jubyla........ 35 Hình 1.11. Vị trí sông Cái trên địa bàn tỉnh Đồng Nai ................................... 37 Hình 1.12. Vị trí cụ thể của sông Cái .............................................................. 38 Hình 1.13. Mặt cắt của sông Cái tại điểm N3 ................................................. 39 Hình 1.14. Mực nước của sông Cái tại điểm N3 ............................................ 39 Hình 1.15. Lưu lượng nước của sông Cái tại điểm N3 ................................... 40 Hình 1.16. Các nguồn thải có khả năng tiềm tàng tác động đến chất lượng nước của sông Cái trong tương lai .................................................................. 41 Hình 1.17. Diễn biến BOD5 của nước sông Cái từ tháng 1/2019-12/2019..... 41 Hình 1.18. Diễn biến COD của nước sông Cái từ tháng 1/2019-12/2019 ...... 42 Hình 1.19. Diễn biến TSS của nước sông Cái từ tháng 1/2019-12/2019 ....... 42 Hình 1.20. Diễn biến N-NH4+ của nước sông Cái từ tháng 1/2019-12/2019 . 43
  13. xi Hình 1.21. Diễn biến N-NO2- của nước sông Cái từ tháng 1/2019-12/2019 .. 43 Hình 1.22. Diễn biến N-NO3- của nước sông Cái từ tháng 1/2019-12/2019 .. 44 Hình 1.23. Diễn biến P-PO43- của nước sông Cái từ tháng 1/2019-12/2019 .. 44 Hình 2.1. Diễn biến độ mặn của nước sông Cái từ tháng 1/2019-12/2019 .... 48 Hình 2.2. Diễn biến phân phối số liệu độ mặn của nước sông Cái từ tháng 1/2019-12/2019 ............................................................................................... 49 Hình 2.3. Diễn biến DO của nước sông Cái từ tháng 1/2019-12/2019 .......... 49 Hình 2.4. Diễn biến phân phối số liệu DO của nước sông Cái từ tháng 1/2019-12/2019 ............................................................................................... 50 Hình 2.5. Diễn biến nhiệt độ của nước sông Cái từ tháng 1/2019-12/2019 ... 50 Hình 2.6. Diễn biến phân phối số liệu nhiệt độ của nước sông Cái từ tháng 1/2019-12/2019 ............................................................................................... 51 Hình 2.7. Diễn biến pH của nước sông Cái từ tháng 1/2019-12/2019 ........... 51 Hình 2.8. Diễn biến phân phối số liệu pH của nước sông Cái từ tháng 1/2019-12/2019 ............................................................................................... 52 Hình 2.9. Vị trí các điểm lấy mẫu nước theo chiều dài của sông Cái............. 53 Hình 2.10. Phương thức lấy mẫu tổ hợp nước sông Cái ................................. 53 Hình 2.11. Thiết bị EZ-Oxyro 4R Respirometer ............................................ 56 Hình 2.12. Sơ đồ nguyên lý đo BOD của EZ-Oxyro 4R Respirometer ......... 57 Hình 2.13. Đường cong biểu diễn BOD theo thời gian .................................. 58 Hình 2.14. Quy trình pha loãng mẫu ............................................................... 61 Hình 2.15. Tủ ấm ủ vi sinh và tủ cấy vô trùng................................................ 61 Hình 3.1. Diễn biến phân phối số liệu BOD ở 20oC của nước sông Cái ở thời điểm tháng 8/2019 ................................................................................... 66 Hình 3.2. Diễn biến phân phối số liệu BOD ở 20oC của nước sông Cái ở thời điểm tháng 12/2019 ................................................................................. 67 Hình 3.3. Diễn biến phân phối số liệu BOD ở 20oC của nước sông Cái ở thời điểm tháng 4/2020 ................................................................................... 69
  14. xii Hình 3.4. Giá trị y và y’ ở 20oC của nước sông Cái ở thời điểm 8/2019........ 71 Hình 3.5. Giá trị y và y’ ở 20oC của nước sông Cái ở thời điểm 12/2019...... 71 Hình 3.6. Giá trị y và y’ ở 20oC của nước sông Cái ở thời điểm 4/2020........ 72 Hình 3.7. Giá trị y và y’ ở 20oC của nước sông Cái ở độ mặn khác nhau ...... 77 Hình 3.8. Mối tương quan giữa K1, k1 và S ở 20oC của nước sông Cái ......... 78 Hình 3.9. Giá trị y và y’ ở 20oC của nước sông Cái ở các DO khác nhau...... 80 Hình 3.10. Mối tương quan giữa K1, k1 và DO ở 20oC của nước sông Cái.... 81 Hình 3.11. Giá trị y và y’ của nước sông Cái ở các nhiệt độ khác nhau ........ 83 Hình 3.12. Mối tương quan giữa K1, k1 và T của nước sông Cái ................... 85 Hình 3.13. Giá trị y và y’ ở 20oC của nước sông Cái ở các pH khác nhau .... 87 Hình 3.14. Mối tương quan giữa K1, k1 và pH ở 20oC của nước sông Cái..... 88 Hình 3.15. Số dòng khuẩn lạc hiếu khí ở nước sông Cái................................ 89 Hình 3.16. Tổng khuẩn lạc hiếu khí ở nước sông Cái .................................... 91 Hình 3.17. Số lượng loài Bacillus atrophaeus ở nước sông Cái .................... 97 Hình 3.18. Số lượng loài Bacillus cerecus ở nước sông Cái .......................... 98 Hình 3.19. Số lượng loài Bacillus megaterium ở nước sông Cái ................... 98 Hình 3.20. Số lượng loài Bacillus pumilus ở nước sông Cái .......................... 99 Hình 3.21. Số lượng loài Lactobacillus amylovorus ở nước sông Cái ........... 99 Hình 3.22. Số lượng loài Pseudomonas putida ở nước sông Cái ................. 100 Hình 3.23. Số lượng loài Pseudomonas libanensis ở nước sông Cái ........... 100 Hình 3.24. Tổng số lượng của 7 loài vi khuẩn hiếu khí có ý nghĩa quan trọng phân hủy chất hữu cơ trong nước sông................................................ 101
  15. 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài luận án Đánh giá khả năng tự làm sạch của dòng sông đóng vai trò hết sức quan trọng trong bảo vệ chất lượng nguồn nước phục vụ cho phát triển kinh tế - xã hội và an ninh quốc phòng. Đây là hướng nghiên cứu được quan tâm nhiều trong những năm gần đây tại Việt Nam. Việc nghiên cứu quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước sông bởi vi sinh vật nhằm nâng cao hiệu quả, tính chính xác, độ tin cậy trong đánh giá khả năng tự làm sạch của dòng sông. Trong những năm gần đây, tại Việt Nam, khái niệm về khả năng tự làm sạch của dòng sông được đề cập thường xuyên hơn trong các tài liệu nghiên cứu. Một số nghiên cứu về khả năng tự làm sạch của dòng sông được thực hiện với công cụ sử dụng chính để đánh giá khả năng tự làm sạch của dòng sông là các mô hình toán như: MIKE, BASINS, SWAT, QUAL2 (QUAL2EU, QUAL2K), WASP7… [9], [12], [17], [25]. Một trong những yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng đến kết quả đánh giá khả năng tự làm sạch của dòng sông chính là các hệ số thực nghiệm [25]. Có nhiều nhóm hệ số thực nghiệm khác nhau như: Nhóm các hệ số phân hủy hữu cơ (hệ số ôxy hóa, hệ số thủy phân hữu cơ), nhóm các hệ số dinh dưỡng (hệ số thủy phân nitơ hữu cơ, hệ số nitro hóa, hệ số phi nitro hóa, hệ số thủy phân phốt pho hữu cơ), nhóm các hệ số phiêu sinh thực vật (hệ số phát triển tối đa, hệ số hô hấp, hệ số chết), nhóm các hệ số tảo đáy (hệ số hô hấp, hệ số bài tiết, hệ số chết), hệ số vi khuẩn gây bệnh, hệ số mảnh vụn tế bào [25]. Đối với quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong nước sông, hệ số thực nghiệm này chính là hệ số phân hủy chất hữu cơ bởi vi khuẩn hiếu khí [25]. Hiện nay, tại Việt Nam, các hệ số thực nghiệm này được chọn theo gợi ý của mô hình khi áp dụng đánh giá khả năng tự làm sạch của một dòng sông nào đó [17], [25]. Tại Việt Nam, đã có một số ít công trình nghiên cứu có xác định hệ số phân hủy chất hữu cơ trong nước sông bởi nhóm vi khuẩn hiếu khí nhưng quy mô thực hiện với số lượng mẫu ít, thời gian thực hiện ngắn và chưa xem xét ảnh hưởng của các yếu tố như: Nhiệt độ, pH, độ mặn, ôxy hòa tan (DO) đến tốc độ phân hủy chất hữu cơ trong nước sông [14], [19]. Sông Cái là một nhánh của sông Đồng Nai, chảy qua địa bàn các xã Đại Phước, Long Tân và Phú Thạnh của huyện Nhơn Trạch, tỉnh Đồng Nai. Sông Cái với chiều dài khoảng 10km, chiều rộng 350-400m, độ sâu giữa dòng 15- 20m tùy theo từng vị trí. Sông Cái có các chức năng: Vận tải (giao thông thủy, vận chuyển phù sa), sản xuất (cung cấp nước cho sinh hoạt và tưới tiêu), bảo vệ (thoát lũ, tiếp nhận và đồng hóa các chất ô nhiễm, điều hòa vi khí hậu). Với các chức năng nêu trên cho thấy sông Cái có vai trò hết sức quan trọng đối với khu vực [22], [27], [29]. Sông Cái được lựa chọn làm đối tượng thực hiện cho nghiên cứu của luận án do vai trò hết sức quan trọng của sông Cái và sông này có chiều dài khoảng 10km (không quá dài và quá ngắn).
  16. 2 Vì vậy, nghiên cứu của luận án nhằm xác định hệ số phân hủy chất hữu cơ với sự ảnh hưởng của một số yếu tố, xác định các loài vi khuẩn hiếu khí có vai trò chủ đạo tham gia vào quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước sông, từ đó làm cơ sở đề xuất các giải pháp bảo vệ chất lượng nguồn nước sông cũng như đề xuất những chiến lược bảo vệ nguồn nước mặt phục vụ cho các mục đích sử dụng nguồn nước an toàn và hiệu quả. Do vậy đề tài luận án có tính cấp thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn. 2. Mục tiêu nghiên cứu - Xác định tốc độ phân hủy chất hữu cơ của nhóm vi khuẩn hiếu khí trong nước sông Cái. - Đánh giá mức độ đa dạng của cộng đồng vi khuẩn hiếu khí, xác định các loài vi khuẩn hiếu khí có vai trò chủ đạo tham gia vào quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước sông Cái. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu của luận án là khả năng phân hủy chất hữu cơ trong nước sông của nhóm vi khuẩn hiếu khí. - Phạm vi nghiên cứu: Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước sông bởi nhóm vi khuẩn hiếu khí có xem xét ảnh hưởng của các yếu tố như: Nhiệt độ, pH, độ mặn, ôxy hòa tan. Các mẫu thực hiện cho sông Cái, là một nhánh của sông Đồng Nai thuộc địa bàn tỉnh Đồng Nai. 4. Nội dung nghiên cứu Để đạt được các mục tiêu nêu trên, các nội dung nghiên cứu chủ yếu được thực hiện bao gồm: - Đánh giá hiện trạng ô nhiễm chất hữu cơ trong nước sông Cái. - Xác định tốc độ phân hủy chất hữu cơ của nhóm vi khuẩn hiếu khí trong nước sông Cái. - Xác định ảnh hưởng của các yếu tố như nhiệt độ, pH, độ mặn, ôxy hòa tan (DO) đến tốc độ phân hủy chất hữu cơ trong nước sông Cái. - Đánh giá mức độ đa dạng của cộng đồng vi khuẩn hiếu khí trong nước sông Cái. - Xác định các loài vi khuẩn hiếu khí có vai trò chủ đạo tham gia vào quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước sông Cái. 5. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp kế thừa: Kế thừa các kết quả nghiên cứu liên quan đến khả năng tự làm sạch của dòng sông, quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước sông bởi vi sinh vật, đặc biệt là vi khuẩn hiếu khí, kỹ thuật phân lập vi sinh và phân loại vi sinh vật bằng khối phổ protein MALDI-TOF. - Phương pháp thu mẫu, phân tích: Các mẫu nước sông được thu mẫu,
  17. 3 phân tích nhằm xác định hiện trạng ô nhiễm chất hữu cơ trong nước sông, hệ số tốc độ phân hủy chất hữu cơ trong nước sông bởi vi khuẩn hiếu khí cũng như xem xét ảnh hưởng của các yếu tố như nhiệt độ, pH, độ mặn, ôxy hòa tan (DO) đến hệ số tốc độ phân hủy chất hữu cơ trong nước sông. - Phương pháp xử lý số liệu thống kê: Các số liệu thu thập, đo đạc, phân tích sẽ được xử lý thông qua các thuật toán xác suất thống kê. - Phương pháp xác định tốc độ phân hủy chất hữu cơ trong nước sông bởi nhóm vi khuẩn hiếu khí và xem xét ảnh hưởng các yếu tố như nhiệt độ, pH, độ mặn, ôxy hòa tan (DO) đến tốc độ phân hủy chất hữu cơ trong nước sông. Phương pháp được áp dụng để xác định tốc độ phân hủy chất hữu cơ trong nước sông Cái là phương pháp Slope. - Phương pháp phân lập vi sinh được áp dụng để xác định mức độ đa dạng của cộng đồng vi khuẩn hiếu khí trong nước sông. Phương pháp phân loại vi sinh vật bằng khối phổ protein MALDI-TOF được áp dụng để xác định các loài vi khuẩn hiếu khí có vai trò chủ đạo tham gia vào quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước sông. 6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án - Ý nghĩa khoa học: Xác định tốc độ phân hủy chất hữu cơ trong nước sông bởi nhóm vi khuẩn hiếu khí, đồng thời xác định các loài vi khuẩn hiếu khí đóng vai trò chủ đạo trong phân hủy chất hữu cơ trong nước sông, bổ sung vào cơ sở dữ liệu thống kê chất lượng nước sông, thành phần vi khuẩn hiếu khí, các yếu tố ảnh hưởng. - Ý nghĩa thực tiễn: Nâng cao hiệu quả, tính chính xác, độ tin cậy trong đánh giá khả năng tự làm sạch của dòng sông, từ đó làm cơ sở khoa học để đưa ra các giải pháp bảo vệ chất lượng nguồn nước sông cũng như đề xuất những chiến lược bảo vệ nguồn nước mặt phục vụ cho các mục đích sử dụng nguồn nước an toàn và hiệu quả. 7. Bố cục của luận án Ngoài các phần Mở đầu, Kết luận, Danh mục các công trình khoa học đã công bố, Tài liệu tham khảo và Phụ lục, luận án được kết cấu thành 3 chương nội dung chính như sau: - Chương 1. Tổng quan. - Chương 2. Vật liệu và phương pháp thực nghiệm. - Chương 3. Kết quả và thảo luận.
  18. 4 Chương 1 TỔNG QUAN 1.1. Tổng quan về khả năng tự làm sạch của dòng sông Bảo vệ, sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên nước là vấn đề sống còn và cấp bách của nhân loại. Quản lý, bảo vệ nguồn nước sông ngày càng trở thành vấn đề được quan tâm hàng đầu. Để đảm bảo việc khai thác, sử dụng các nguồn tài nguyên nước một cách bền vững, việc nghiên cứu đánh giá tác động do các hoạt động phát triển kinh tế - xã hội và an ninh quốc phòng đến chất lượng nguồn nước càng phải được nghiên cứu sâu rộng. Đánh giá khả năng tự làm sạch của dòng sông đóng vai trò hết sức quan trọng trong bảo vệ chất lượng nguồn nước phục vụ cho phát triển kinh tế - xã hội và an ninh quốc phòng. Đây là hướng nghiên cứu được quan tâm nhiều trên thế giới và trong những năm gần đây tại Việt Nam. Do đó, đây là đối tượng quan tâm của nhiều công trình nghiên cứu khoa học. Trong dòng sông, sự thay đổi nồng độ của các chất ô nhiễm nói chung và chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học nói riêng dưới tác động của các yếu tố tự nhiên được xem là khả năng tự làm sạch, đây cũng là một trong những chức năng quan trọng của môi trường tự nhiên. Khả năng tự làm sạch của dòng sông được xem như là sự phục hồi của dòng chảy bởi các quá trình tự nhiên khi bị ô nhiễm. Từ khái niệm này nhiều câu hỏi liên quan được đặt ra như: Cơ chế của sự phục hồi hay còn gọi là khả năng tự làm sạch ? Các yếu tố nào liên quan và gây ảnh hưởng đến cơ chế này ? Khả năng tự làm sạch của dòng sông có bị giới hạn không ? Phương pháp nào để đánh giá khả năng tự làm sạch của dòng sông? Các công trình nghiên cứu đã thực hiện phần nào cũng góp phần làm sáng tỏ các câu hỏi đặt ra của các nhà khoa học. Thông qua các kết quả nghiên cứu có thể nói rằng quá trình tự làm sạch của dòng sông là quá trình rất phức tạp, diễn ra đồng thời của các quá trình vật lý, hóa học, sinh học và sự ảnh hưởng qua lại của các yếu tố này [51]. Sự lan truyền, chuyển hóa chất hữu cơ trong dòng sông là quá trình phức tạp, phụ thuộc nhiều yếu tố diễn ra trong dòng chảy. Việc xem xét tính toán sự lan truyền, chuyển hóa và phân bố chất hữu cơ trong dòng chảy sông theo thời gian đòi hỏi tiến hành các nghiên cứu thực nghiệm trên đối tượng cụ thể. Khi dòng sông được phục hồi thông qua quá trình tự làm sạch khi đó các chất ô nhiễm được loại bỏ khỏi dòng sông. Các quá trình loại bỏ và các yếu tố ảnh hưởng đến sự loại bỏ các chất ô nhiễm là một trong những mắc xích góp phần làm sáng tỏ các nội dung liên quan đến khả năng tự làm sạch của dòng sông [51], [56]. Chất lượng nước sông được đánh giá thông qua nhiều thông số khác nhau. Một trong những thông số được quan tâm là chất hữu cơ bao gồm chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học. Các nghiên cứu liên quan đến khả năng tự làm sạch của dòng sông thường sử dụng thông số BOD để theo dõi đánh giá và là thông số quan trọng để đánh giá chất lượng nước. Khi nói đến BOD là nói đến DO vì
  19. 5 DO trong nước là nguồn cung cấp ôxy cho các vi khuẩn hiếu khí hoạt động phân huỷ chất ô nhiễm hữu cơ. Nói cách khác, BOD là nguyên nhân chính làm giảm DO trong nước và làm suy giảm chất lượng nước. Do đó, có thể nói BOD và DO là thông số quan trọng trong đánh giá quá trình tự làm sạch của dòng sông. Hệ số tự làm sạch được tính toán dựa trên tỉ lệ giữa hệ số tốc độ hòa tan ôxy vào nước qua mặt thoáng (K2) và hệ số tốc độ tiêu thụ ôxy do quá trình phân hủy chất hữu cơ (K1). Các dòng sông khác nhau có hệ số K1, K2 khác nhau và các hệ số này được xác định thông qua quá trình nghiên cứu thực nghiệm [105]. Trong những năm gần đây, tại Việt Nam, khái niệm về khả năng tự làm sạch của dòng sông được đề cập thường xuyên hơn trong các tài liệu nghiên cứu. Một số công trình nghiên cứu về khả năng tự làm sạch của dòng sông được thực hiện với công cụ sử dụng chính để đánh giá khả năng tự làm sạch của dòng sông là các mô hình toán như: MIKE, BASINS, SWAT, QUAL2 (QUAL2EU, QUAL2K), WASP7… [9], [12], [17], [25]. 1.1.1. Khái niệm về khả năng tự làm sạch của dòng sông Khả năng tự làm sạch của dòng sông được các tác giả khác nhau định nghĩa khác nhau. - C. C. Lee và Shun Dar Lin (2007) [56] cho rằng khả năng tự làm sạch của dòng sông là khả năng loại bỏ, giảm thiểu các chất ô nhiễm thông qua các quá trình biến đổi vật lý, hóa học, sinh học xảy ra trong dòng chảy. Khả năng tự làm sạch dòng sông đóng vai trò hết sức quan trọng trong giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước, bảo vệ chất lượng nước sông. - Penrug Phangsombut (2005) [92] cho rằng quá trình tự làm sạch của dòng sông là quá trình phân hủy tự nhiên các chất ô nhiễm hữu cơ bởi vi khuẩn để phục hồi lại chất lượng nước. Quá trình tự làm sạch của dòng sông là quá trình biến đổi vật lý, hóa học và sinh học xảy ra trong môi trường nước, nhờ đó mà hệ sinh thái được phục hồi. - Benoit (1971) [51] cho rằng tự làm sạch của dòng sông là như sự phục hồi của dòng chảy bởi các quá trình tự nhiên khi bị ô nhiễm. Từ các khái niệm ở trên cho thấy quá trình tự làm sạch của dòng sông là tập hợp các quá trình tự nhiên trong dòng chảy sông làm giảm nồng độ các chất ô nhiễm hướng tới phục hồi trạng thái ban đầu của dòng sông. 1.1.2. Cơ chế của quá trình tự làm sạch dòng sông Cơ chế tự làm sạch của dòng sông thông qua các quá trình khác nhau như: Quá trình vật lý, quá trình hóa học và quá trình sinh học [19]. * Các quá trình vật lý: - Sự pha loãng nồng độ chất ô nhiễm: Chất ô nhiễm được pha loãng nồng độ nhờ các quá trình khuếch tán, đối lưu, chảy rối xảy ra trong môi trường nước.
  20. 6 Nhờ các quá trình này, chất ô nhiễm được vận chuyển xa nguồn thải và đồng thời giảm nồng độ so với ban đầu trong dòng thải. - Sự hấp phụ của chất ô nhiễm lên bề mặt hạt rắn: Một số chất ô nhiễm, đặc biệt là các chất hữu cơ gây mùi, có khả năng hấp phụ vào các hạt rắn lơ lửng và bị kéo xuống đáy sông trong quá trình lắng đọng của các hạt rắn. - Sự lắng đọng của các hạt rắn lơ lửng: Trong quá trình vận chuyển, phân tán trong môi trường nước, các hạt rắn lơ lửng lắng dần xuống đáy sông dưới tác dụng của trọng lực. Nhờ đó, hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước sông giảm đi. - Sự bay hơi: Một số chất ô nhiễm dễ bay hơi sẽ bay hơi vào không khí làm cho nồng độ của chúng trong nước giảm dần. * Các quá trình hóa học: Quá trình trung hòa, keo tụ, kết tủa, ôxy hóa khử, hấp thụ, trao đổi ion… * Các quá trình sinh học: - Sự phân hủy của vi sinh vật: Vi sinh vật được xem là nhân tố chính của quá trình tự làm sạch nước tự nhiên. Chúng phân hủy và sử dụng các chất hữu cơ hòa tan để xây dựng tế bào cho cơ thể và biến thành các chất vô cơ trong nước. + Phân hủy hiếu khí: Các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học sẽ bị ôxy hóa nhờ hoạt động của các vi sinh vật hiếu khí trong môi trường nước với sự có mặt của ôxy, tạo thành CO2 và nước. + Phân hủy kỵ khí: Nhờ hoạt động của các vi sinh vật kỵ khí, các chất hữu cơ bị chuyển hóa trong quá trình lên men tạo thành CO2 và một số khí khác như: CH4, NH3, H2S. - Sự quang hợp của thực vật nước: Các thực vật nước (tảo, cỏ dại, lục bình…) sử dụng các nguyên tố dinh dưỡng tồn tại dưới dạng các chất ô nhiễm hữu cơ hoặc vô cơ để phát triển. Đồng thời, quá trình quang hợp của chúng sẽ sản sinh ra ôxy cho quá trình ôxy hóa các chất ô nhiễm. Nhờ đó nồng độ của các chất ô nhiễm giảm đi. Trong nước có nhiều loại vi sinh vật như: Vi khuẩn, nấm mốc, nấm men, xạ khuẩn, vi rút (siêu vi khuẩn). Trong những loại này, vi khuẩn đóng vai trò quan trọng hay chủ đạo trong quá trình phân hủy chất hữu cơ, làm sạch nguồn nước sông [8]. Vi khuẩn là vi sinh vật đơn bào, kích thước rất nhỏ từ 0,3-5 m; có dạng hình cầu, hình que, hình sợi xoắn. Chúng đứng riêng rẽ hoặc xếp thành đôi, thành 4 tế bào hoặc hình thành khối với 8 tế bào, xếp thành chuỗi hoặc thành chùm. Vi khuẩn sinh sản bằng cách chia đôi tế bào. Theo phương thức dinh dưỡng, vi khuẩn được chia làm 2 nhóm: Vi khuẩn dị dưỡng và vi khuẩn tự dưỡng [8].
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.01: Bộ Luận Văn Thạc Sĩ Quản Trị Kinh Doanh MBA
165 tài liệu
2069 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
7=>1