GIỚI THIỆU

Xử lý nước thải môi trường nước ao nuôi có thể sử dụng thực vật, nhất là các loại sống thủy sinh. Trong đó, rau Nhút (Neptunia oleracea) là loại cây tiềm năng hỗ trợ cho việc hấp thu các chất dinh dưỡng dư thừa trong ao nuôi. Đây là loài thủy sinh thực vật sống nổi trên mặt nước, có sức sống cao và có khuynh hướng sống tự nhiên trong môi trường nước mặt ao hồ, kênh gạch, có nhiễm hữu cơ nhẹ hoặc được người dân trồng làm thực phẩm do nó dễ thích nghi với môi trường. Theo Suppadit và cs (2005), rau Nhút có khả năng xử lý nitơ và photpho trong nước thải ao nuôi sau 30 ngày thí nghiệm. Tuy nhiên, mối liên hệ về sự phát triển của rau Nhút và xử lý các chất dinh dưỡng rất ít được nghiên cứu.

Với mục tiêu tận dụng nguồn dinh dưỡng thừa từ ao nuôi cá để trồng rau thuỷ canh giúp tăng thu nhập kinh tế đồng thời giải quyết tình trạng ô nhiễm môi trường nước hay hiện tượng phú dưỡng từ việc giải phóng nitơ, photpho có trong ao nuôi ra môi trường xung quanh, nghiên cứu đã được thực hiện với đề tài “Mô hình hóa khả năng sinh trưởng rau Nhút sống trong môi trường nước thải ao nuôi cá rô phi và cá điêu hồng”.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu

Rau Nhút có tên khoa học là Neptunia Oleracea, thuộc họ đậu, là loại cây nổi ngang mặt nước, thân có phao xốp màu trắng, lá kép.

Nước thải được lấy từ ao nuôi cá rô phi, cá điêu hồng tại xã An Thạnh Trung, huyện Chợ Mới, tỉnh An Giang.

Thiết kế nghiên cứu

Mô hình thí nghiệm hồ thủy sinh được xây dựng với kích thước bể có tỷ lệ giữa chiều dài và chiều rộng 1:1, chiều dài (L) x chiều rộng (R) x chiều cao (H) (mm) = 1000 x 1000 x 400 (chiều cao ngập nước 200 mm), diện tích bề mặt S = 1 m2, thể tích phần ngập nước V = 200 lít. Thí nghiệm được bố trí gồm 3 nghiệm thức: (1) Nghiệm thức 1 – NT1: Rau Nhút + nước thải; (2) Nghiệm thức 2 – NT2: Rau Nhút + nước máy; (3) Nghiệm thức 3 – NT3: Nước thải. Sau đó, chọn 50 cây rau Nhút khoẻ mạnh, không sâu bệnh, mỗi cây dài 25 cm để trồng vào các nghiệm thức trên.

Mỗi bể thí nghiệm được thiết kế với dòng chảy bán liên tục. Thời gian lưu nước bán liên tục trong bể là 6 ngày, sau 6 ngày thì tiến hành thay nước 1 lần.

Bảng 1: Các thông số của mô hình trồng rau Nhút

Phương pháp thực nghiệm

Thu mẫu nước

Nghiên cứu tiến hành khảo sát các chỉ tiêu: pH, tổng nitơ (TN), tổng photpho (TP) có trong nước. Mẫu nước được thu và phân tích ở thời điểm thí nghiệm ngày 0, 6, 12, 18, 24, 30, 36, 42 ngày.

Theo dõi sự biến thiên nhiệt độ: Nhiệt độ nước trong các bể được đo hằng ngày tại 5 vị trí khác nhau, sau đó tính trung bình cho từng bể.

Xác định sự tăng trưởng của rau Nhút

Đo kích thước và cân trọng lượng rau hằng ngày cho đến khi thu hoạch rau. Đo chiều dài/cân trọng lượng rau (6 ngày/lần), đo/cân từ 5 nhánh rau, tính trung bình mỗi đợt.

Phương pháp mô hình hóa khả năng sinh trưởng của cây rau Nhút

Từ số liệu phân tích về trọng lượng của rau Nhút, tổng nitơ, tổng photpho, nhiệt độ và chỉ số lá, chúng tôi lập phương trình mô hình hóa về sự sinh trưởng của rau Nhút với biến Y như sau

Y = f (nitơ, photpho, thời gian, nhiệt độ nước, chỉ số lá)

Trong đó, tính toán cân bằng nước cho mỗi bể sử dụng phương pháp Euler với các công thức như sau

dVt = Vt vào – (Vt bốc hơi + Vt hấp thu + Vt ra)

Vt+1 = dVt + Vt

Trong đó: Vt vào, Vt bốc hơi, Vt hấp thu, Vt ra là lượng nước bơm ra.

Mô hình cân bằng nước được đánh giá dựa vào RSR (RMSE – observations standard deviation ratio) (Moriasi, 2007) như sau:

Yiobs là thể tích từ đo đạc thực tế, Yisim là thể tích mô phỏng và Ymean là thể tích trung bình từ đo đạc thực tế. RSR < 0.7 thì mô hình đạt yêu cầu (Moriasi, 2007).

KẾT QUẢ THẢO LUẬN

Sự biến động các thông số chất lượng nước theo thời gian

TN (mg/L)

Kết quả nghiên cứu cho thấy mô hình trồng rau Nhút bằng nước thải ao nuôi cá (NT1) có hiệu quả xử lý nitơ tổng đạt tới 35,51-62,53%. Ở NT2, hiệu quả xử lý từ 44,37-86,41%. Ở NT3, do không có trồng rau Nhút nên có hiệu quả xử lý từ 24,61-35,52%. Kết quả này chứng minh: (1) khi không có sự hiện diện của rau Nhút, hàm lượng nitơ tổng có trong nước thải vẫn giảm xuống theo thời gian và (2) rau Nhút làm tăng khả năng loại bỏ nitơ tổng theo thời gian với số liệu được chứng minh từ thí nghiệm trong khoảng 10,9 – 27,01%. So sánh với kết quả nghiên cứu của Châu Minh Khôi và cs (2012) trên lục bình và cỏ vetiver, khả năng hấp thu nitơ tổng của rau Nhút có phần kém hơn lục bình (hiệu quả loại bỏ nitơ tổng 29,2%) và cỏ vetiver (hiệu quả loại bỏ nitơ tổng 31,8%).

Bảng 2. Kết quả RSR bể NT1

Bảng 3. Kết quả RSR bể NT2.

Photpho tổng (mg/L)

Có sự thay đổi nồng độ TP rõ rệt giữa các nghiệm thức. Sau 42 ngày thí nghiệm, hiệu quả xử lý TP đạt từ 30,93 – 66,25 %, 20,41 – 77,89 %, 15,26 – 20,98 % tương ứng với nghiệm thức NT1, NT2, NT3. Sự giảm nồng độ của TP của NT1 (nước thải trồng rau Nhút) nhanh hơn NT3 (nước thải không trồng rau Nhút), có thể là do bộ rễ của rau Nhút đã tạo giá bám cho vi sinh vật phát triển, từ đó tăng phân hủy TP hữu cơ thành lân vô cơ để rau Nhút có thể hấp thu và chuyển hóa thành sinh khối. So với các kết quả nghiên cứu tương tự trên lục bình và vetiver (Châu Minh Khôi và cs, 2012) và trên rau Nhút + nước ao nuôi tôm (Tawadchai Suppadit và cs, 2008), hiệu quả loại bỏ photpho tổng trong nước thải ao nuôi cá của rau Nhút tương đối thấp. Cụ thể, phần trăm xử lý photpho tổng trên lục bình 61,6%, vetiver 63,7% (Châu Minh Khôi và cs, 2012), trên rau Nhút + nước thải ao nuôi tôm là 58,26% (Tawadchai Suppadit và cs, 2008) so với 15,67 – 45,27% hiệu quả loại bỏ photpho tổng của nghiên cứu này (Hình 1, 2 và 3).

Khả năng phát triển sinh khối của rau Nhút

Trọng lượng sinh khối

Các kết quả thí nghiệm trên cho thấy rau nhút có khả năng hấp thu N và P cũng như điều chỉnh pH. Mặc dù hiệu quả xử lý N và P của rau Nhút thấp hơn một ít so với lục bình và cỏ vertiver nhưng bù lại rau Nhút có thể chuyển hóa các chất dinh dưỡng này thành sinh khối có thể ăn được. Do vậy, giá trị sinh khối của rau Nhút có ý nghĩa lớn. Kết quả trong nghiên cứu của chúng tôi cho thấy rằng: ở NT1 (nước thải trồng rau Nhút) thì cây sinh trưởng tốt hơn so với NT2 nước máy trồng rau Nhút, trọng lượng trung bình cây tăng từ 17,55 g lên 29,25 g. Trong khi đó ở NT2 nước máy trồng rau Nhút thì trọng lượng trung bình từ ngày 0 đến ngày 42 (kết thúc thí nghiệm) thay đổi không đáng kể.

Chiều dài thân

Từ kết quả cho thấy rau Nhút ở NT1 sinh trưởng nhanh hơn so với NT2, chiều dài trung bình tăng từ 25 cm lên 41,86 cm (tăng gần 1,67 lần so với thời điểm ban đầu) (Hình 8). Trong khi đó ở NT2 nước máy trồng rau Nhút chiều dài trung bình ít thay đổi (tăng 1,25 lần).

Mô hình hóa khả năng sinh trưởng của rau Nhút trong môi trường nước thải ao nuôi cá.

Mô phỏng cân bằng thể tích nước trong bể NT1 và NT2.

- Lượng nước cân bằng trong bể NT1.

dVt = Vt vào – (Vt bốc hơi + Vt hấp thu + Vt ra)

Trong đó: Vt vào, Vt bốc hơi, Vt hấp thu, Vt ra là số liệu quan sát thực tế: Vt+1 = dVt + Vt

Tại ngày 0 lúc đầu chưa có nước trong bể nên Vt = 0.

Kết quả RSR = 0,68 (thời gian mô phỏng 42 ngày) nằm trong khoảng 0,6 < RSR < 0,7 nên mô hình phù hợp (Moriasi, 2007). Kết quả mô phỏng cho thấy nghiên cứu đã duy trì được lượng nước cân bằng trong quá trình thí nghiệm, ổn định hệ thống và không làm ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của rau Nhút.

- Lượng nước cân bằng trong bể NT2.

Kết quả RSR = 0,5 (thời gian mô phỏng là 42 ngày) nằm trong khoảng 0,5 < RSR < 0,6 nên mô hình phù hợp (Moriasi, 2007). Sự biến thiên thể tích nước cho thấy lượng nước được duy trì ổn định tại NT2 tương tự như đối với NT1 đảm bảo giảm thiểu tác động của mực nước đến sự sinh trưởng của rau Nhút.

Mô hình sinh trưởng của rau Nhút, trường hợp sử dụng hiệu của khối lượng đầu vào và đầu ra.

Khi lượng nước được duy trì ổn định, chúng tôi xây dựng hàm hồi quy dự đoán về sinh khối rau Nhút như sau

Y = f (nitơ tổng, photpho tổng, thời gian, nhiệt độ nước, chỉ số lá)

Kết quả hồi quy sử dụng phần mềm R, so sánh anova đối với hai NT1 và NT2 cho thấy sinh khối Y1 thực sự có ý nghĩa thống kê. Các biến TN, TP, NGAY có khác biệt ở mức ý nghĩa 0,05. Lập phương trình tuyến tính lần lượt giữa sinh khối với nitơ, với photpho, với ngày. Phương trình hồi quy đối với NT1 có dạng

Y = 0,22 (TN) – 3,06 (TP) + 0,32 (NGAY) + 17,55

Vì sinh khối rau Nhút lúc mới bắt đầu trồng là D = 17,55 gam/cây, nên phương trình trên có hệ số là 17,55. Hệ số tương quan đạt được là R2 = 0,976. Phương trình này cho thấy sinh khối có tương quan thuận với lượng tổng nitơ, tổng photpho trong nước và thời gian (ngày). Nghĩa là khi lượng TN, TP và NGAY trong nước tăng thì sinh khối tăng và ngược lại.

KẾT LUẬN

Rau Nhút có khả năng sống và phát triển tốt trong môi trường nước thải ao nuôi cá. Sau khi tiến hành nghiên cứu mô hình trên giá thể rau Nhút đối với nước thải ao nuôi cá, thu được một số kết quả bước đầu như sau:

Tổng lượng đạm trong nước thải không có sự khác biệt rõ rệt giữa nghiệm thức có trồng rau và không trồng rau. Ở NT1 hiệu quả xử lý nitơ tổng từ 30,51 - 62,53 %, hiệu quả xử lý photpho tổng từ 30,93 – 66,25 %. Ở NT3 hiệu quả xử lý nitơ tổng từ 24,61 – 35,52 %, hiệu quả xử lý photpho tổng từ 15,26 – 20,98 %.

Kết quả nghiên cứu còn cho thấy sinh khối và chiều dài cây ở NT1 tăng đáng kể so với NT2. Ở NT1 trọng lượng rau tăng 11,7 gam/cây và chiều dài rau tăng 16,86 cm/cây. Ở NT2 trọng lượng rau 0,41 gam/cây và chiều dài rau tăng 6,7 cm/cây.

Phương trình hồi quy đối với NT1: Y = 0,22 (TN) – 3,06 (TP) + 0,32 (NGAY) + 17,55

Kết quả nghiên cứu chứng minh khả năng hấp thụ N và P trong nước thải ao nuôi của rau Nhút. Qua đó cho thấy, trồng rau Nhút trong các ao nuôi có thể được xem là một giải pháp giúp giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước. Tuy nhiên, cần khảo sát thêm các thông số khác như: SS, BOD, COD, N-NH4+, PO4-,… để có kết luận tổng thể hơn về khả năng hấp thu chất ô nhiễm của rau Nhút. Hơn nữa, rau Nhút là một loại thực phẩm phổ biến. Vì vậy, để đảm bảo an toàn thực phẩm cần khảo sát các chỉ số về vi sinh (coliform, trứng giun sáng) có trong nước thải theo thời gian.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Châu Minh Khôi và cs. (2012). Khả năng xử lý ô nhiễm đạm, lân hữu cơ hòa tan trong nuớc thải ao nuôi cá tra của lục bình (eichhorina crassipes) và cỏ vetiver (vetiver zizanioides). Tạp chí Khoa học trường Đại học Cần Thơ. 21b, 151-160.

2. Moriasi, D.N., et al. (2007) Model Evaluation Guidelines for Systematic Quantification of Accuracy in Watershed Simulations. Transactions of the ASABE, 50, 885-900.

3. Suppadit, T.; W. Phoochinda; S. Phutthilerphong and C. Nieobubpa. (2008). Treatment of effluent from shrimp farms using watermeal (Wolffia arrhiza). ScienceAsia 34 (2008): 163–168.

4. Udomkarn. (1989). Efects of ozonnation on COD elimination of substituted aromatic compounds in aqueouts solution. Department of chemistry, 1330 Adara-TURKEY, 21-26.

ThS. NGÔ THÚY AN, KS. TĂNG QUANG VINH, ThS. NGUYỄN VĂN TUẤN,

                TS. NGUYỄN TRẦN NHẪN TÁNH

                Khoa Kỹ thuật – Công nghệ – Môi trường, Trường Đại học An Giang.

                TS. NGUYỄN TRẦN THIỆN KHÁNH

                Phòng Quản lý Khoa học và Sau đại học, Trường Đại học An Giang.