ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA SINH – MÔI TRƯỜNG NGUYỄN ĐÀI TRANG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁ HÒA LAN (Xiphophorus spp.) LÀM SINH VẬT CẢNH BÁO SỚM Ô NHIỄM DO NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP Ngành: Quản lý tài nguyên và môi trường Người hướng dẫn: ThS. Nguyễn Văn Khánh Đà Nẵng - Năm 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Nguyễn Đài Trang LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy Nguyễn Văn Khánh đã hướng dẫn cho tôi trong suốt thời gian qua. Đồng thời tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Sinh – Môi trường, trường Đại học Sư Phạm, Đại học Đà Nẵng đã tạo điều kiện để tôi hoàn thành khóa luận này. Đà Nẵng, tháng 5 năm 2015 Sinh viên: Nguyễn Đài Trang MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU 1 1. Tính cấp thiết của đề tài 1 2. Mục tiêu đề tài 2 3. Ý nghĩa khoa học của đề tài 2 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU 3 1.1. TÌNH HÌNH Ô NHIỄM NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI VÀ TRONG NƯỚC 3 1.1.1. Tình hình ô nhiễm nước trên thế giới 3 1.1.2. Tình hình ô nhiễm nước ở Việt Nam 5 1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CÁC SINH VẬT CẢNH BÁO SỚM Ô NHIỄM 7 1.2.1. Sinh vật cảnh báo 8 1.2.2. Các nghiên cứu liên quan trên Thế giới và trong nước 11 CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 15 NGHIÊN CỨU 15 2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 15 2.1.1. Cá Hòa lan (Xiphophorus spp.) 15 2.1.2. Hóa chất thí nghiệm - Natri hipoclorit (NaOCl) 16 2.1.3. Nước sạch thí nghiệm độc học 16 2.1.4. Nước thải công nghiệp thí nghiệm 16 2.2. PHẠM VI NGHIÊN CỨU 19 2.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 19 2.4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 19 2.4.1. Phương pháp hồi cứu số liệu 19 2.4.2. Phương pháp bố trí thí nghiệm 20 2.4.3. Phương pháp xử lý số liệu 23 CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 24 3.1. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THEO DÕI HÀNH VI CỦA CÁ TRONG NATRI HIPOCLORIT (NAOCl) 24 3.1.1. Nhiệt độ, pH và oxy hòa tan trong thời gian làm thí nghiệm 24 3.1.2. Kết quả thí nghiệm theo dõi hành vi của cá trong Natri hipoclorit (NaOCl) 25 3.2. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THEO DÕI HÀNH VI CỦA CÁ TRONG NƯỚC THẢI 30 3.2.1. Nhiệt độ, pH và oxy hòa tan trong thời gian làm thí nghiệm 30 3.2.2. Kết quả thí nghiệm độc tính cấp tính LC 50 và theo dõi hành vi của cá trong môi trường nước thải 31 CHƯƠNG 4. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BEWS Hệ thống sinh học cảnh báo sớm (Biological early warning systems) BMWP Phương pháp quan trắc sử dụng động vật không xương sống cỡ lớn (Biological Monitoring Working Party) ĐVKXS Động vật không xương sống IABS Hệ thống phân tích hình ảnh giám sát sinh học (image analysis biomonitoring system) KLN Kim loại nặng LC 50 Nồng độ mà tại đó gây chết 50% số cá thể sinh vật NOAEC Nồng độ cao nhất mà tại đó không quan sát thấy phản ứng, ảnh hưởng của độc chất (no observed adverse effect concentration) OECD Tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế (Organization for Economic Cooperation and Development) TCCP Tiêu chuẩn cho phép DANH MỤC BẢNG BIỂU Số hiệu Tên bảng Trang 2.1. Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm 17 2.2. Tính chất nước thải tại Công ty Cổ phần Dệt may 29/3 Đà Nẵng 17 3.1. Nhiệt độ, pH và oxy hòa tan trong thời gian làm thí nghiệm theo dõi hành vi của cá Hòa lan trong NaOCl 24 3.2. Kết quả quãng đường di chuyển của cá trong thí nghiệm với 20, 40, 60, 80% nồng độ LC50 của NaOCl 26 3.3. Nhiệt độ, pH và oxy hòa tan trong thời gian làm thí nghiệm theo dõi hành vi của cá Hòa lan trong môi trường nước thải 31 3.4. Tỷ lệ chết ở các nồng độ của nước thải trên cá Hòa lan 32 3.5. Kết quả quãng đường di chuyển của cá thí nghiệm với nước thải 32 3.6. Quãng đường di chuyển của cá ở thí nghiệm với các nồng độ LC 50 của NaOCl và nước thải 35 DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ Số hiệu hình vẽ Tên hình vẽ Trang 1.1. Sơ đồ phân tích giám sát sinh học hình ảnh hệ thống (IABS) 12 1.2. Mô hình thí nghiệm sử dụng loài cá Vược mặt trời (Lepomis macrochirus) sử dụng làm sinh vật cảnh báo 13 2.1. Cá loại cá Hòa lan (Xiphophorus spp.) 15 2.2. Chuẩn bị cho cá Hòa lan thích nghi trong môi trường nước sạch trước khi tiến hành thí nghiệm 20 2.3. Thí nghiệm độc tính cấp tính LC 50 của cá trong nước thải 21 2.4. Thí nghiệm theo dõi hành vi cá Hòa lan trong 80% nước thải 22 2.5 Hình ảnh hoạt động bơi của cá Hòa lan truyền từ camera đến máy tính trung tâm 23 3.1. Quãng đường di chuyển trung bình của cá Hòa lan và giới hạn hành vi bơi của cá trong điều kiện môi trường bình thường 26 3.2. Quãng đường dịch chuyển trung bình của cá Hòa lan khi tiếp xúc trong 20, 40, 60, 80% nồng độ LC 50 của NaOCl và mẫu đối chứng 27 3.3. Quãng đường di chuyển trung bình của cá Hòa lan trong thời gian tiếp xúc với từng nồng độ dưới gây chết của NaOCl (với a-20% LC 50 , b-40% LC 50 , c-60% LC 50 và d- 80% LC 50 ) và mẫu đối chứng tương ứng 27 3.4. Quãng đường di chuyển trung bình của cá Hòa lan trong 20% và 40% nồng độ LC 50 của NaOCl 29 3.5. Quãng đường di chuyển của cá Hòa lan trong môi trường đối chứng với 80% nước thải (a), đối chứng với 100% nước thải (b), và 80% với 100% nước thải (c) 34 3.6. Quãng đường di chuyển của cá Hòa lan trong nồng độ 20% LC 50 của NaOCl với 80% nước thải 35 3.7. Quãng đường di chuyển của cá Hòa lan trong nồng độ 80% LC 50 của NaOCl với 100% nước thải 36 1 MỞ ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Những năm gần đây, quá trình công nghiệp hóa ở Việt Nam phát triển mạnh mẽ. Sự phát triển này đem lại nhiều mặt tích cực nhưng cũng kéo theo nhiều mặt tiêu cực là sử dụng cạn kiệt nguồn tài nguyên, làm suy thoái môi trường. Trong đó, ô nhiễm nguồn nước do nước thải công nghiệp đang ngày gia tăng và trở thành mối đe dọa đến đời sống và sức khỏe cộng đồng. Công nghệ giám sát chất lượng nước thải công nghiệp ở Việt Nam được đánh giá chủ yếu bằng các phương pháp lý, hóa qua các thông số như giá trị pH, COD, BOD, kim loại nặng Tuy nhiên, phương pháp này nếu thực hiện liên tục sẽ gây tốn kém về kinh tế mà chỉ đánh giá được mức độ ô nhiễm và chưa thể hiện được độc tính của nước thải tác động lên môi trường sinh thái. Phương pháp giám sát sinh học có thể khắc phục những hạn chế đó, với chi phí thấp dựa vào sử dụng sinh vật rẻ tiền có sẵn tại địa phương, cho kết quả thường xuyên hơn về ảnh hưởng ô nhiễm đối với sức khỏe môi trường. Việc giám sát chất lượng nước thông qua phân tích, đánh giá hành vi của sinh vật cảnh báo về độc học sinh thái là vấn đề có ý nghĩa quan trọng về mặt khoa học và thực tế [6], [7], [17]. Việc đánh giá độc tính với ý tưởng là khi nguồn nước bị ô nhiễm, các chất ô nhiễm sẽ ảnh hưởng lên hoạt động của các sinh vật sống trong đó. Từ đó, bằng cách quan sát sự thay đổi hành vi của vi sinh vật ta có thể xác định sự ô nhiễm và các chất gây ô nhiễm [34]. Từ cơ sở khoa học, thử nghiệm độc tính của NaOCl trên một số loài cá sử dụng làm sử dụng làm sinh vật cảnh báo sớm ô nhiễm môi trường nước, chúng tôi tiến hành đề tài: “Nghiên cứu sử dụng cá Hòa Lan (Xiphophorus spp.) làm sinh vật cảnh báo sớm ô nhiễm do nước thải công nghiệp” nhằm phân tích các phản ứng sinh học đặc trưng của sinh vật cảnh báo đối với sự thay đổi chất lượng nguồn nước thải. 2 2. Mục tiêu đề tài 2.1. Mục tiêu tổng quát Cảnh báo sớm các nguy cơ ô nhiễm nguồn nước cho các nhà máy dệt nhuộm của thành phố Đà Nẵng. 2.2. Mục tiêu chi tiết - Xác định đặc điểm, thành phần của đối tượng thí nghiệm; - Xác định ngưỡng gây độc bằng LC 50 của cá trong nước thải ô nhiễm; - Xác định các thay đổi hành vi của cá Hòa lan trong môi trường thật và giả ô nhiễm. 3. Ý nghĩa khoa học của đề tài Kết quả nghiên cứu góp phần tạo cơ sở sinh học cho việc nghiên cứu hệ thống phát hiện và cảnh báo sớm các nguy cơ ô nhiễm nguồn nước dựa vào phân tích các phản ứng sinh học của sinh vật cảnh báo trong môi trường nước thải công nghiệp. [...]... thải công nghiệp và sinh hoạt, chiếm khoảng 15% lượng nước sông Cầu vào mùa cạn [17] Nước thải khu công nghiệp Thái Nguyên biến nước sông Cầu thành màu đen, mặt nước sủi bọt trên chiều dài hàng chục cây số Khu công nghiệp Việt Trì xả mỗi ngày hàng ngàn mét khối nước thải xuống sông Hồng làm nước bị nhiễm bẩn đáng kể Khu công nghiệp Biên Hòa và thành phố Hồ Chí Minh tạo ra nguồn nước thải công nghiệp. .. xáo trộn hay ô nhiễm môi trường; (4) Như một công cụ tích lũy sinh học là các loài tích lũy sinh học bao gồm hóa chất trong mô của chúng; (5) Các sinh vật thử nghiệm là các sinh vật chọn lọc có thể được sử dụng như là các chất trong thí nghiệm để xác định sự hiện diện hoặc nồng độ chất ô nhiễm [10] b Nguyên lý sử dụng sinh vật làm sinh vật cảnh báo Ở mỗi sinh vật sự “căng thẳng” là điều không thể tránh... nhiều chất ô nhiễm trong rất nhiều hợp chất có trong môi trường [23] 1.2.1 Sinh vật cảnh báo a Sinh vật cảnh báo là gì? Sinh vật cảnh báo là loài sinh vật chỉ thị mẫn cảm với điều kiện sinh lý và sinh hóa, nghĩa là chúng hoặc hiện diện hoặc có những phản ứng khác thường hoặc thay đổi số lượng cá thể các loài chỉ thị do môi trường bị ô nhiễm hay môi trường sống bị xáo trộn Các sinh vật chỉ thị môi trường... đổi khác: các sông lớn và nước ngầm nhiều nơi không còn dùng làm nước sinh hoạt được nữa, 5000 km sông của Pháp bị ô nhiễm mãn tính [5] Ở Hà Lan, các nhà máy, xí nghiệp hóa chất dọc theo sông Rhine và sông Meuse đã làm ô nhiễm nguồn nước các sông này [1] Người ta đã phát hiện ra các loại hóa chất độc hại dùng trong nông nghiệp và những kim loại nặng trong nước uống bắt nguồn từ hai con sông này Trong... trường có chất ô nhiễm giả định và nước thải công nghiệp thực tế 2.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.4.1 Phương pháp hồi cứu số liệu Tiến hành thu thập và tổng hợp các tài liệu về độc học sinh thái, các nghiên cứu ứng dụng, đặc tính Sinh lý – Sinh thái của cá Hòa lan và nghiên cứu thành phần nước thải của mẫu đại diện 20 2.4.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm a Thí nghiệm theo dõi hành vi của cá trong Natri... học cảnh báo sớm hoạt động có hiệu quả ở Việt Nam 15 CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 2.1.1 Cá Hòa lan (Xiphophorus spp.) Cá Hòa lan hay còn gọi là cá Mún lùn, Hồng mi, Hạt lưu; tên tiếng anh là Moon fish, Platy fish; thuộc họ cá Khổng tước (Poeciliidae), bộ cá Sóc (Cyprinodontiformes) Cá Hòa lan là loài cá khỏe, ăn tạp, dễ nuôi, sống ở mọi tầng nước, ... gây ô nhiễm [10] Những sinh vật này được gọi là sinh vật chỉ thị ô nhiễm Trong hệ thống BEWS, sinh vật cảnh báo là cảm biến chính – có chức năng cung cấp những dấu hiệu để cảnh báo sớm sự biến động môi trường Để ghi nhận những phản ứng nhanh chóng, chức năng sinh lí hay hành vi của sinh vật sẽ được sử dụng như là những thông số đáp ứng Những thông số này phải phản ánh được sự thay đổi điều kiện môi... trong khu vực cửa sông Cu Đê, TP Đà Nẵng [9] Bên cạnh đó, một số nghiên cứu sử dụng các loài động vật không xương sống (ĐVKXS) trong hệ thống BMWP làm sinh vật chỉ thị ô nhiễm môi trường nước [36] Ngoài ra, trong lĩnh vực nghiên cứu về hành vi của sinh vật đối với độc chất có nghiên cứu của Nguyễn Văn Công và cs về sự ảnh hưởng của hoạt chất Cypermethrin (nhóm thuốc bảo vệ thực vật) lên tỷ lệ sống,... BOD, DO ) các chất khoáng và hữu cơ gây ô nhiễm Phương pháp thứ ba thường sử dụng các vi khuẩn mà sự có mặt của chúng trong nước cho phép kết luận về sự có mặt của các chất ô 12 nhiễm [28], [41] Một cách tương tự, nhiều nghiên cứu quan tâm đến việc dùng cá như một sinh vật chỉ thị (biomarker) cho việc giám sát ô nhiễm nguồn nước bằng cách phân tích hàm lượng của một số kim loại nặng chứa trong các mô... nghiên cứu dựa trên khả năng tích lũy sinh học của sinh vật chỉ thị như các loài hai mảnh vỏ bước đầu cho kết quả khả quan về khả năng giám sát ô nhiễm các KLN cho môi trường cửa sông Nghiên cứu của Lưu Đức Hải và cs (2010) về tích lũy KLN thủy ngân ở cửa Đại (Hội An) cho thấy Trầm tích tại khu vực cửa Đại chưa có dấu hiệu ô nhiễm Hg và có thể sử dụng loài Ngao dầu làm sinh vật chỉ thị ô nhiễm Hg Một nghiên . loài cá sử dụng làm sử dụng làm sinh vật cảnh báo sớm ô nhiễm môi trường nước, chúng tôi tiến hành đề tài: Nghiên cứu sử dụng cá Hòa Lan (Xiphophorus spp. ) làm sinh vật cảnh báo sớm ô nhiễm do. ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KHOA SINH – MÔI TRƯỜNG NGUYỄN ĐÀI TRANG NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG CÁ HÒA LAN (Xiphophorus spp. ) LÀM SINH VẬT CẢNH BÁO SỚM Ô NHIỄM DO NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP Ngành: Quản. (IABS) 12 1.2. Mô hình thí nghiệm sử dụng loài cá Vược mặt trời (Lepomis macrochirus) sử dụng làm sinh vật cảnh báo 13 2.1. Cá loại cá Hòa lan (Xiphophorus spp. ) 15 2.2. Chuẩn bị cho cá Hòa