Khóa luận Nghiên cứu ứng dụng rong Ceratophyllum demersum để xử lý Nitơ, Photpho trong nước thải sinh hoạt chợ đầu mối nông sản Thủ Đức

và tổng hàm lượng N2 Nồng độ oxy hòa tan Nhiệt độ pH trong nước thải II.6. Quá trình khử photpho Photpho là thành phần khoáng rất quan trọng trong tế bào VSV và là yếu tố dinh dưỡng thiết yếu trong sự phát triển của thực vật và động vật. Đối với nhiều loài VSV, lượng photpho có trong tế bào chiếm đến 50% tổng lượng khoáng. Photpho có mặt VK Nitrosomonas VK Nitrobacter 26 trong nhiều thành phần quan trọng của tế bào như trong axit nucleotid, photpho protein, photpholipid ở các hợp chất cao năng, và coenzyme quan trọng như ADP, ATP, UDP, UTP, XDP, NAD, NADP, flavin, tiamin, biotin. Do đó, việc phân hủy các hợp chất hữu cơ và vô cơ chứa photpho mang ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp nguyên liệu cho quá trình tạo ra những chất trên cho VSV đó. Ở môi trường nước, các hợp chất chứa photpho còn có tác dụng như chất đệm môi trường, tránh hiện tượng thay đổi quá nhanh pH. Như vậy, việc chuyển hóa các nguồn photpho trong môi trường nước do VSV tham gia là chủ yếu, chúng chuyển hóa các dạng photpho không hòa tan thành các dạng hòa tan và từ đó thực vật mới có khả năng hấp thụ. Trong bể aerotank, khử BOD đồng thời cũng xảy ra quá trình khử photpho. Khử photpho xảy ra khi lắng cặn theo tế bào. Người ta loại bỏ tế bào cùng photpho chứa trong đó. Lượng photpho được loại ra khỏi nước thải dựa vào sự đồng hóa của VSV. Về mặt lý thuyết, quá trình khử photpho tốt nhất thường xảy ra trong điều kiện yếm khí. Nhưng trong thực tế, người ta thường xử lý quy trình yếm khí tiếp nối quy trình hiếu khí. Trong bể aerotank, các hợp chất photpho hòa tan được khuyếch tán vào trong tế bào VSV. Tại đây xảy ra phản ứng tổng hợp chất hữu cơ xây dựng tế bào. Toàn bộ quá trình có thể tóm tắt như sau: Sơ đồ 2.4 Phản ứng tổng hợp tế bào Tham gia ATP tổng Axit nucleic hợp Photpholipid Hợp chất photpho 27 Trong khi đó photpholipid là một trong hai thành phần quan trọng của màng tế VSV. Như vậy, hợp chất photpho được chuyển vào trong tế bào và biến thành những thành phần quan trọng của tế bào. Phần nhỏ tế bào sẽ theo dòng chảy xả ra môi trường. Phần lớn được lắng xuống theo đáy bùn và được tách riêng để xử lý. Ngoài các quá trình đề cập ở trên, trong nước thải sinh hoạt còn có quá trình chuyển hóa lưu huỳnh. Chất này ảnh hưởng mạnh đến sự hình thành sulfua- chất gây mùi thối, khó chịu và ức chế hoạt động của những sinh vật khác. Hàm lượng này thường chứa khoảng 5- 8mg/l. III. Các phương pháp xử lý nước thải Nước thải trong chợ là hỗn hợp nhiều chất có hàm lượng ô nhiễm cao, nhất thiết phải xử lý trước khi thải ra môi trường. Việc xử lý nhằm loại bỏ hàm lượng chất rắn và khoáng hóa chất hữu cơ có trong nước thải. Hiện nay có một số phương pháp xử lý như sau: III.1. Phương pháp sinh học Thực chất biện pháp sinh học là sử dụng khả năng hoạt động của VSV để phân hủy các hợp chất bền hữu cơ trong nước thải. Phương pháp này thường được sử dụng để làm sạch các chất hữu cơ hòa tan hoặc các chất phân tán nhỏ, keo. Do vậy, phương pháp này chỉ sử dụng khi đã loại bỏ những chất rắn thô ra khỏi nước thải. Phương pháp này có thể khử được các hợp chất sunfit, muối amonitrat ( các chất chưa bị oxi hóa hoàn toàn). Sản phẩm của quá trình phân hủy sinh hóa các chất ô nhiễm này sẽ là CO2, H2O, N2, SO4 -2… Quá trình phân hủy có thể diễn ra theo sơ đồ sau: 28 Sơ đồ 2.5 Sự chuyển hóa vật chất hữu cơ trong tự nhiên Các nghiên cứu cho thấy VSV có thể phân hủy tất cả các chất hữu cơ thiên nhiên và các chất tổng hợp nhân tạo, chủ yếu là do vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh. Mức độ phân hủy và thời gian phân hủy phụ thuộc trước hết vào cấu tạo của các chất hữu cơ, độ hòa tan trong nước, và hàng loạt các yếu tố ảnh hưởng khác. Các VSV thường tham gia vào quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học như: Vi khuẩn Nitrosomonas tham gia chuyển hoá NH4 + thành axit nitric. Chúng có dạng hình cầu hay hình bầu dục ngắn. Chúng thuộc dạng vi khuẩn gram (-), không sinh bào tử. Chúng có tiêm mao dài nên chuyển động được. Vi khuẩn Nitrosospira có vai trò tương tự như Nitrosomonas. Chúng có hình thái thay đổi rất mạnh tùy thuộc vào điều kiện môi trường chúng tồn tại. Nhìn chung, đa số chúng có hình dấu phẩy. Vi khuẩn Nitrobacter trong quá trình oxy hóa nitrit thành nitrat. Chúng thuộc vi khuẩn gram (-) và không tạo bào tử. Chúng cũng có thể sử dụng được CO2 làm nguồn carbon và không cần các hợp chất hữu cơ trong quá trình phát triển của mình. Vi khuẩn hiếu khí C H N P S Vi khuẩn kỵ khí CH4 NH3 hợp chất photpho hữu cơ H2S CO2 H2O -NO2 -NO3 -PO4 -SO4 Các hợp chất hữu cơ Oxy không khí 29 Đặc biệt trong quá trình phản nitrat hóa tập hợp rất nhiều VSV khác nhau để thực hiện quá trình này như: - Chromobacterium denitrificans: loài này không tạo bào tử, chúng thuộc loài yếm khí tùy tiện, có khả năng khử nitrat thành N2 tự do. - Achromobacter stutzeri: loài này thường tạo thành chuỗi dài. Chúng có khả năng làm đông tụ sữa và có khả năng lên men một số đường tạo thành chất khí. - Pseudomonas fluorescens: loài trực khuẩn có khả năng chuyển động. Trong thiên nhiên chúng tạo thành chuỗi. - Bacterium pyocyaneum: loài này có khả năng oxy hóa nitrat thành N2. Trong môi trường chúng thường tạo sắc tố màu xanh. Ngoài ra trong nước thải còn có vi khuẩn Bacillus và Pseudomonas. Chúng là những VSV đóng vai trò chủ yếu trong quá trình chuyển hóa các hợp chất hữu cơ trong nước. Trong loài Bacillus còn có nhiều giống như Bacillus mycoides và Bacillus megatherium var photphotium có khả năng chuyển hóa mạnh. Các giống như Bacillus cereus và Bacillus asterosporus cũng có khả năng chuyển hóa tốt. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học chủ yếu bao gồm các quá trình sau: Quá trình hiếu khí Quá trình kị khí Quá trình thiếu khí Quá trình tùy tiện 30 Ngoài ra, các quá trình phụ có thể được kết hợp cùng với các quá trình trên để nâng cao hiệu quả xử lý như: Quá trình sinh trưởng lơ lửng Quá trình sinh trưởng dính bám Xử lý cùng với bùn hoạt tính Tùy điều kiện cụ thể như địa hình, tính chất, khối lượng chất thải, khí hậu, mặt bằng nơi cần xử lý, và kinh phí cho phép với công nghệ thích hợp, người ta sẽ chọn một trong những phương pháp trên hay kết hợp với nhau để xử lý đạt hiệu quả cao nhất. Ưu điểm của phương pháp sinh học:  Có thể xử lý nước thải ô nhiễm ở các mức độ khác nhau.  Hệ thống có thể tự điều chỉnh theo từng chất nhiễm bẩn và nồng độ của chúng  Thiết kế và trang thiết bị đơn giản Nhược điểm của phương pháp sinh học:  Đầu tư cơ bản cho việc xây dựng khá tốn kém.  Phải có chế độ công nghệ làm sạch đồng bộ và hoàn chỉnh.  Các chất hữu cơ khó phân hủy và chất vô cơ có độc tính đều ảnh hưởng đến thời gian và hiệu quả làm sạch. Các chất có độc tính còn tác động lên cả quần thể sinh vật, làm giảm hiệu suất xử lý của quá trình.  Để xử lý nước thải, ta có thể pha loãng nước thải có nồng độ chất bẩn cao. Điều này sẽ làm gia tăng lượng chất thải và cần nhiều diện tích mặt bằng hơn để xử lý. Tuy vậy, các phương pháp sinh học vẫn được dùng phổ biến rộng rãi và tỏ ra rất thích hợp cho quá trình làm sạch nước thải chứa các chất hữu cơ dễ phân hủy. III.2. Phương pháp hóa lý 31 Phương pháp này được ứng dụng trong trường hợp các chất ô nhiễm là các chất hữu cơ. Nếu chất bẩn có nguồn gốc vô cơ thì phương pháp này không phù hợp. Các phương pháp bao gồm lọc, đông tụ, keo tụ, tuyển nổi, hấp phụ, trao đổi ion, thẩm thấu ngược…để loại ra khỏi nước thải các hạt phân tán lơ lửng ( rắn và lỏng), các chất vô cơ và hữu cơ hòa tan. Ưu điểm của phương pháp hóa lý sau: Có khả năng loại các chất độc hữu cơ không bị oxi hóa sinh học Hiệu quả xử lý cao hơn Kích thước hệ thống xử lý nhỏ hơn Độ nhạy đối với sự thay đổi tải trọng thấp hơn Có thể tự động hóa hoàn toàn Không cần theo dõi hoạt động của sinh vật Có thể thu hồi những chất khác nhau Khuyết điểm Thiết kế và trang thiết bị phức tạp Đòi hỏi hiểu biết về kỹ thuật khá cao Chi phí đầu tư và bảo quản thiết bị rất tốn kém III.3. Các phương pháp hóa học Thực chất phương pháp này là đưa vào nước thải những chất phản ứng để gây tác động với các chất tạp bẩn, biến đổi hóa học và tạo cặn lắng đối với các chất hòa tan không độc hoặc không gây ô nhiễm môi trường. Các phương pháp hóa học trong xử lý nước thải gồm có: trung hòa, oxy hóa và khử ví dụ như phương pháp trung hòa, phương pháp keo tụ, phương pháp điện hóa học. Người ta thường sử dụng phương pháp hóa học để khử các chất hòa tan trong hệ thống khép kín. Đôi khi các phương pháp này được dùng để xử lý sơ bộ trước khi xử lý sinh học hay sau công đoạn này như là phương pháp xử lý lần cuối để thải vào nguồn nước. 32 Ưu điểm Dùng để xử lý chất thải độc hại hay nước thải công nghiệp rất hiệu quả. Có khả năng thu hồi được những chất cần thiết trong nước thải. Khuyết điểm Phương pháp đắt tiền do tất cả các phương pháp đều dùng tác nhân hóa học III.4. Phương pháp hóa sinh Phương pháp này xử lý nước thải dựa trên khả năng hoạt động của vi sinh. Phương pháp được ứng dụng để loại các chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ ra khỏi nước thải. Khi tiếp xúc với các chất hữu cơ, vi sinh vật phân hủy chúng một phần thành nước, khí CO2, ion nitric, và ion sulphat...Phần khác tạo thành khí sinh học. Sự phân hủy này gọi là oxy hóa sinh học. Có hai phương pháp xử lý sinh hóa là hiếu khí và yếm khí. Phương pháp hiếu khí dựa vào việc sử dụng nhóm vi sinh hiếu khí. Hoạt động của chúng cần có oxy và nhiệt độ khoảng 20 – 400C. Khi thay đổi nồng độ oxy và nhiệt độ thì thành phần và khối lượng vi sinh thay đổi. Trong xử lý hiếu khí, các vi sinh được cất trong bùn hoạt tính hoặc trong màng sinh học. Các phương pháp yếm khí diễn ra không cần oxy, chúng được ứng dụng chủ yếu để khử chất cặn độc. Ưu điểm Đơn giản và dễ thiết kế Dễ dàng ứng dụng vào trong thực tiễn Có giá trị kinh tế cao Khuyết điểm Hiệu quả vẫn chưa cao 33 Do quá trình xử lý dựa vào vi sinh nên khi hệ thống VSV kém phát triển sẽ dẫn đến hiệu quả xử lý kém Các chất cặn bã rất độc nên tốn thêm khoảng chi phí để xử lý cặn III.5. Các chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm chất thải III.5.1. Độ pH pH của các loại nước có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sinh học xảy ra trong nước bao gồm quá trình trao đổi chất, quá trình sinh sản và phát triển của VSV động vật và thực vật. Nó còn ảnh hưởng đến quá trình vật lý xảy ra trong môi trường nước như quá trình chuyển màu, quá trình chuyển trạng thái rắn,lỏng, khí của vật chất, quá trình hòa tan, kết lắng của vật chất. Ngoài ra, pH còn ảnh hưởng rất mạnh đến tất cả phản ứng hóa học xảy ra trong môi trường nước. Vì thế, việc đo pH rất cần thiết để điều khiển quá trình lý học, hóa học, và sinh học như đã trình bày. Đồng thời giá trị pH còn cho ta biết thực trạng trước và sau khi bị tác động của nước tự nhiên và nước bị ô nhiễm, hoặc dùng thông số này để so sánh các loại nước với nhau. Thông số pH được đo bằng máy đo pH III.5.2. Hàm lượng chất rắn Chất rắn là thành phần không hòa tan trong nước. Gồm 2 dạng là chất rắn vô cơ và chất rắn hữu cơ. Chất rắn vô cơ có dạng muối hòa tan hoặc không tan như đất đá ở dạng huyền phù hay lơ lửng. Chất rắn hữu cơ như xác VSV, tảo, động vật nguyên sinh, động vật phù du… Tùy vào kích thước ta có thể xác định được mức độ ô nhiễm Để đo hàm lượng chất rắn lơ lửng ta cân phần cặn trên giấy lọc đã được sấy đến trọng lượng không đổi ở nhiệt độ 103oC-105oC (mg/L) 34 III.5.3. Màu Màu là chỉ số đánh giá sự hiện diện của các chất tạo màu tan trong nước (màu thực tế) và sự có mặt của các chất màu lơ lửng trong nước (màu biểu kiến). Bản chất của nước là không màu. Nước có màu là do các chất bẩn gây nên. Màu sắc làm giảm giá trị cảm quan của nước, giá trị thẩm mỹ khi sử dụng nước, ảnh hưởng đến sản phẩm khi nước có màu trong sản xuất. Ngoài ra, màu nước giúp ta nhận biết mức độ ô nhiễm, thậm chí mức độ độc hại của nước. Có nhiều phương pháp xác định sự ô nhiễm màu, trong đó phương pháp được sử dụng nhiều nhất là phương pháp so màu với các dung dịch chuẩn là Cioraphantinat cob. III.5.4. Lượng oxy hòa tan Oxy là nguyên liệu rất quan trọng cần thiết cho những sinh vật hiếu khí. Thiếu oxy thì mọi quá trình trao đổi sẽ bị ngưng trệ và sinh vật sẽ chết. Trong điều kiên tự nhiên oxy hòa tan trong nước khoảng 8- 10mg/lít. Các chất gây ô nhiễm trong nước thường làm giảm khả năng hòa tan của oxy. Để xác định lượng oxy hòa tan người ta thường dùng phương pháp iot (hay còn gọi là phương pháp Winkle). Phương pháp này dựa vào quá trình oxi hóa Mn2+ thành Mn4+ trong môi trường kiềm. Mn4+ có khả năng oxi hóa I- thành I2 trong môi trường acid. Như vậy lượng I2 được giải phóng tương đương với lượng oxi hòa tan trong nước. Lượng I2 sẽ được xác định bằng phương pháp chuẩn độ với dung dịch Na2S2O3 Oxy là một yếu tố cần thiết cho sự sống nên nó được coi như là một thông số rất quan trọng trong việc đánh giá chất lượng nước, mức oxy hóa hay mức ô nhiễm nước. Ngoài ra oxy còn là yếu tố quan trọng trong kiểm soát ăn mòn sắt thép, đặc biệt là đường ống phân phối nước. 35 Hiện nay người ta thường dùng hai phương pháp xác định lượng oxy hòa tan trong nước là IOF và phương pháp đo trực tiếp bằng điện cực oxy với màng nhạy cảm bằng máy đo. III.5.5. Chỉ số BOD (nhu cầu oxy sinh hóa –Biochemical Oxygen Demand) Nhu cầu oxy sinh hóa là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước nhờ VSV. Quá trình này gọi là quá trình oxy hóa sinh học. Quá trình chuyển hóa này phụ thuộc vào rất nhiều những yếu tố sau: Bản chất các chất hữu cơ Số lượng các chất hữu cơ Số lượng và loài sinh vật tham gia Các chất độc, các chất kiềm hãm sinh vật Mục đích của việc xác định hàm lượng oxy hòa tan là: Dùng để tính toán lượng oxy cần thiết oxy hóa các chất hữu cơ dễ phân hủy trong nước thải Làm cơ sở cho việc tính toán các công trình xử lý ô nhiễm nước và nước thải Đánh giá chất lượng nước trước và sau khi xử lý Đánh giá hiệu suất xử lý của một số quá trình 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 lượng oxy cần thiết trong 5 ngày đầu ở nhiệt độ 20oC trong bóng tối (để tránh hiện tượng quang hợp trong nước). Chỉ số này được gọi là BOD5. Và phương pháp thường dùng là phương pháp pha loãng mẫu nước bằng cách bổ sung vào một số chất khoáng và làm bão hòa oxy hòa tan. Sau đó đem đi chuẩn độ lượng oxy này. Hạn chế của phương pháp phân tích BOD  Mật độ VSV trong mẫu phân tích cần phải lớn 36  Cần xử lý sơ bộ những chất độc hại trước khi phân tích  Chỉ đo được hàm lượng các chất hữu cơ bị phân hủy bằng con đường sinh học  Thời gian phân tích khá dài (5 ngày) III.5.6. Chỉ số COD (nhu cầu oxy hóa hóa học –Chemical Oxygen Demand) Chỉ số này được sử dụng rộng rãi như là tiêu chuẩn cho hàm lượng chất hữu cơ trong xử lý chất thải. COD là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa hóa học các chất hữu cơ thành CO2 và H2O. Lượng oxy này tương đương với hàm lượng chất hữu cơ có thể bị oxy hóa, được xác định khi sử dụng một tác nhân hóa học mạnh trong môi trường axit. Phương pháp phổ biến nhất để xác định COD là phương pháp bricromate. III.5.7. Hàm lượng nitơ Hàm lượng nitơ trong môi trường giúp ta xác định khả năng sử dụng phương pháp sinh học xử lý ô nhiễm môi trường nước, và mức độ ô nhiễm nước. Vì thế, thông số nitơ là thông số quan trọng trong đánh giá chất lượng nước. Nitơ thường tồn tại trong ở các dạng hợp chất protein và các sản phẩm phân hủy như amôn, nitrit, nitrat…Đặc biệt trong nước thải tỉ lệ BOD5 với nitơ và photpho có ảnh hưởng rất lớn đến khả năng xử lý nước thải ô nhiễm. Người ta thường sử dụng nitơ tổng số để xác định mức độ ô nhiễm. Phương pháp thường dùng là Kjeldahl, nitơ amoniac được xác định bằng phương pháp so màu hoặc chuẩn độ. Và nitơ nitrit xác định bằng phương pháp so màu. III.5.8. Hàm lượng photpho Trong môi trường nước, photpho tồn tại ở dạng: H2PO4 - , HPO4 - , PO4 3-, dạng polyphotphat, và photpho hữu cơ. Chỉ tiêu photpho có ý nghĩa quan trọng trong xử lý nước để kiểm soát sự hình thành cặn rỉ, ăn mòn và khả năng xử lý bằng sinh học. 37 Photpho trong môi trường nước sẽ thúc đẩy các loài sinh vật thủy sinh sinh trưởng và phát triển mạnh. Sau đó, tảo và các VSV tự phân, thối rửa và làm ô nhiễm thứ cấp. Việc thiếu oxy hòa tan dẫn đến gây hại ngược lại thực vật thủy sinh. Như đã nói tỉ số BOD5 với nitơ và photpho có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình xử lý. Vì thế người ta thường xác định tổng photpho để chọn phương pháp xử lý thích hợp cho đạt hiệu quả cao nhất. Tổng photpho được đo bằng cách chuyển tất cả về dạng photphat và sau đó sẽ phản ứng với amoniummolydate tạo phức màu xanh và đo ở bước sóng 670nm. III.5.9. Một số thông số khác Ngoài ra để xác định mức độ ô nhiễm của nước thải, người ta có thể căn cứ vào những thông số sau: Độ đục Hàm lượng Sulphat Thông số sinh học Các kim loại nặng Tuy nhiên, do tính giới hạn của đề tài cho nên chúng tôi không thực hiện kiểm tra hết tất cả các thông số này. III.6. Một số tiêu chuẩn chất lượng nước- TCVN 6984:2001 Thông số TCVN 6984:2001 pH BOD5 (20 o C) COD Chất rắn lơ lửng Tổng Nitơ 6- 8,5 ≤45 mg/l ≤90 mg/l ≤100 mg/l ≤60 mg/l 38 Tổng Photpho ≤8 mg/l Bảng 2.1 Tiêu chuẩn chất lượng theo TCVN 6984-2001 (Nguồn: Viện sinh học nhiệt đới TPHCM) IV. Đặc tính của rong Ceratophyllum demersum (hornwort) IV.1. Hình dạng Là loài rong giòn, dễ gãy, mọc thành từng chùm dày đặc, sống ngập nước. Ngoài ra, rong còn một số đặc điểm sau: Không có rễ thực sự, nhưng có lá và sợi đóng vai trò giống như rễ bám vào trầm tích cát hay phù sa. Thân phân nhánh, dài, mềm dẽo, có thể dài lên đến 6m. Lá màu xanh, dài từ 15- 40mm, phân nhánh và có răng cưa. Ra bông từ khoảng tháng mười một đến tháng ba hằng năm. Hình 2.1 Rong thực tế Hình 2.2 Rong nuôi trong bể xử lý IV.2. Môi trường sống của rong - Rong phát triển ở những vùng cống, rãnh, ao hồ, sông có tốc độ dòng chảy chậm hoặc ở những vùng nước đọng. - Phát triển tốt ở vùng khí hậu nhiệt đới, và ở độ sâu 2- 10m. 39 - Phát triển tốt trong môi trường nuớc có độ kiềm nhẹ, giàu Nitơ và những chất dinh dưỡng khác. - Ngoài ra, rong có thể phát triển tốt trong điều kiện ánh sáng yếu nhưng không thể tồn tại ở môi trường quá lạnh giá hay khô hạn. IV.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của rong - Ánh sáng: ảnh hưởng đến sự nảy mầm, sinh sản bào tử, và phát triển của rong. - Nhiệt độ: ảnh hưởng một cách trực tiếp hay gián tiếp đến sự phân bố và đặc tính của rong. - Các nhân tố hóa học trong môi trường nước: những nơi giàu chất dinh dưỡng thì rong phát triển tốt và ngược lại. - Độ pH của nước: rong phát triển tốt ở pH 7.5- 9. - Dòng nước: sự di chuyển mang những chất dinh dưỡng từ nơi khác đến. IV.4. Năng suất sinh khối của thực vật Ở điều kiện nước không bị ô nhiễm, năng suất sinh khối của thực vật thủy sinh khá cao. Ở đó, thực vật sẽ không bị tác động xấu bởi các nhân tố vật lý, hóa học hay sinh học. Các kết quả nghiên cứu cho thấy các loài thủy sinh ngập nước có năng suất sinh khối thường đạt khoảng 3- 18 tấn khô/ ha.năm. Để đánh giá khả năng tạo sinh khối của thực vật thủy sinh, người ta còn đưa ra công thức tính toán sau: Nt = No. X t Trong đó Nt: số lượng cây sau một thời gian kiểm tra No: số lượng cây ban đầu T: khoảng thời gian trong ngày X: hệ số tăng hằng ngày 40 Ngoài ra, người ta có thể xác định khả năng tăng trưởng bằng cách đo chiều cao cây, nhánh cây được tạo ra. Một phương pháp chính xác nhất là người ta thu thập toàn bộ sinh khối thực vật ở thời phát triển cao nhất trong chu trình phát triển cao nhất của chúng, phơi khô, hoặc sấy khô đến trọng lượng không đổi và cân trọng lượng của sinh khối đó. Từ đó, ta tính được năng suất sinh khối thu được trên diện tích cây trong một khoảng thời gian phát triển của chúng. Những số liệu về năng suất sinh khối cho phép ta: So sánh năng suất giữa các loài thực vật với nhau. Dự đoán chính xác hay tính toán khả năng xử lý ô nhiễm. Sử dụng sinh khối này cho mục đích làm phân bón, thức ăn gia súc. Đánh giá khả năng bền vững sinh thái hay sự thay đổi sinh thái do chúng gây ra. Đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường và khả năng xử lý môi trường. IV.5. Những nghiên cứu ứng dụng rong trong xử lý nước thải Trước tình hình ô nhiễm ngày càng cao do dân số tăng nhanh cùng với sự phát triển của xã hội và lợi ích lâu dài của việc phát triển bền vững môi trường, các nghiên cứu xử lý nước thải bằng thực vật ngày càng được các nhà khoa học khắp nơi trên thế giới quan tâm. - Tác giả Merezhko etal tại Nhật đã nghiên cứu hiệu quả tác động của Ceratophyllum demersum lên sự di chuyển của nitrate và pH của môi trường đó. Kết quả cho thấy tác dụng của rong này lên nitrate rất nhanh chóng. Từ nồng độ nitrate ban đầu là 350 ppm, giảm phân nửa từ 4 đến 5 ngày. Và giảm chỉ còn 75 ppm sau 8 đến 9 ngày. Tỉ lệ giảm nitrate rất cao. Khả năng xử lý của thực vật thủy sinh này còn có khả năng cao hơn nếu nồng độ nitrate ban đầu thấp. - Và thí nghiệm này được tác giả Toetz, DW thực hiện tiếp 1971 dựa trên cơ sở đó phát triển rộng hơn và sâu hơn. Ví dụ như tác giả nghiên cứu thêm tác động của ánh sáng lên rong Ceratophyllum demersum và các loài thực vật thủy sinh khác. 41 IV.6. Ưu và nhược điểm của phương pháp xử lý chất thải bằng thực vật thủy sinh Ưu điểm Ngày nay ở Việt Nam cũng như nhiều nước trên thế giới đã sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước thải và nước ô nhiễm. Hiệu quả xử lý tuy chậm nhưng lại rất ổn định đối với những loại nước có hàm lượng COD, BOD thấp và không chứa độc tố. Những kết quả nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều nước đã đưa ra những ưu điểm cơ bản sau: Chi phí cho xử lý dạng này thường không cao Quá trình công nghệ không đòi hỏi phức tạp Hiệu quả xử lý ổn định với nhiều loại nước thải có mức độ ô nhiễm thấp Sinh khối tạo ra sau quá trình xử lý có thể ứng dụng vào nhiều mục đích khác nhau như:  Làm thức ăn cho gia súc  Làm thức ăn cho thủy hải sản  Dùng sản xuất năng lượng tái sinh  Làm phân xanh, phân bón sau khi xử lý Bộ rễ ngập nước, trôi nổi được xem như là giá thể rất tốt (giống như chất mang) đối với VSV. VSV sẽ bám vào bộ rễ hay thân cây ngập nước nhờ đó sẽ trôi theo cùng thực vật thủy sinh. Chúng sẽ di chuyển từ vị trí này đến vị trí khác ở khu vực nước ô nhiễm, làm tăng khả năng chuyển hóa vật chất trong nước cũng như hiệu quả xử lý nước thải. Ở đây chúng ta cần xem mối quan hệ của vi sinh vật và thực vật thủy sinh là mối quan hệ cộng sinh. Mối quan hệ này đem lại sức sống tốt hơn cho cả hai và tăng hiệu quả xử lý. 42 Sử dụng thực vật thủy sinh để xử lý nước thải ô nhiễm trong nhiều trường hợp không cần cung cấp năng lượng. Do đó, việc ứng dụng để xử lý tương đối dễ dàng. Sử dụng TVTS vào trong xử lý môi trường có ý nghĩa rất lớn trong việc điều hòa môi trường không khí, tạo ra thảm thực vật xanh. Nhược điểm Thực vật thường tiến hành quá trình quang hợp nên cần thiết phải có ánh sáng. Trong điều kiện có đầy đủ chất dinh dưỡng thì quá trình chuyển hóa xảy ra tốt hơn. Để có thể hấp thụ ánh sáng hoàn toàn cần phải có diện tích tiếp xúc lớn. Điều này khó tiến hành xử lý trong khu vực đô thị nhưng lại thích hợp ở những vùng sâu, vùng xa. Bộ rễ của thực vật thủy sinh là giá bám của nhiều loài VSV, trong đó có cả VSV gây bệnh. Thảm thực vật khi phát triển rất dày, sẽ phủ kín bề mặt nước. Thảm này sẽ là vật cản hữu hiệu đối với tia tử ngoại và hồng ngoại của ánh sáng mặt trời, tạo điều kiện cho cả sinh vật gây bệnh và không gây bệnh phát triển. Thời gian xử lý kéo dài hơn so với xử lý VSV. So với VSV thì các quá trình trao đổi chất, sinh trưởng và sinh sản của thực vật thường chậm hơn rất nhiều. Do đó việc chuyển hóa vật chất trong nước thải thường tiến hành rất chậm và hiệu suất chuyển hóa cũng thấp hơn so với VSV. Sinh khối phát triển quá mức sẽ khó kiểm soát và gây khó khăn cho những vùng lân cận, giao thông đường thủy và hệ thống cống rãnh. 43 IV.7. Hiện tượng phú dưỡng ở thực vật thủy sinh Hiện tượng phú dưỡng là hiện tượng phát triển mạnh của loài rong, tảo trong môi trường chứa nhiều nitơ và photpho. Khi xuất hiện hiện tượng phú dưỡng sẽ làm thay đổi rất lớn đến hệ sinh thái nước và thường làm ảnh hưởng xấu đến môi trường nước. Khi đó nước sẽ nghèo oxy và các dưỡng khí khác, làm đảo lộn hệ sinh thái nước. Có hai dạng là phú dưỡng tự nhiên và phú dưỡng nhân tạo. Phú dưỡng tự nhiên là quá trình tích lũy các chất dinh dưỡng, các trầm tích hữu cơ trong nước