Nghiên cứu sử dụng cá Hòa Lan (Xiphophorus spp.) làm sinh vật cảnh báo sớm ô nhiễm do nước thải công nghiệp.

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.
3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU
1.1. TÌNH HÌNH Ô NHIỄM NƯỚC TRÊN THẾ GIỚI VÀ
TRONG NƯỚC
1.1.1. Tình hình ô nhiễm nước trên thế giới
Trong thập niên 60, ô nhiễm nước lục địa và đại dương gia tăng với
nhịp độ đáng lo ngại. Tiến độ ô nhiễm nước phản ánh trung thực tiến độ phát
triển công nghệ khoa học kỹ thuật. Có thể kể đến vài dẫn chứng tiêu biểu:
Ở Anh, vào đầu thế kỷ 19, sông Tamise rất sạch nhưng nó trở thành
ống cống lộ thiên vào giữa thế kỷ này. Các con sông khác cũng với tình trạng
tương tự trước khi người ta có biện pháp bảo vệ nghiêm ngặt [44]. Năm 1965,
nước sông Derwet của nước Anh được cảnh báo bị ô nhiễm cadimi nặng vì
trong cơ thể các con sò ở vùng này chứa hàm lượng cadimi rất cao.
Ở Pháp, nơi mà các vấn đề môi trường được quan tâm tương đối sớm,
nhưng cũng không khác những nơi khác là mấy. Dân Paris còn uống nước
sông Seine đến cuối thế kỷ 18, sau đó vấn đề 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 thời gian lũ lụt
kim loại tập trung lớn nhất (0,03 g/m
2
Cd, 0,7 g/m
2
Cr, 1,1 g/m

2
Pb và 5,0
g/m
2
Zn) [22], làm mỗi người dân ở đây phải hấp thụ đến 150 - 350 µg/ngày
(tiêu chuẩn vệ sinh cho phép của Tổ chức Y tế thế giới là 60 - 70 µg/ngày).
Ô nhiễm nước ngày càng gia tăng với sự ra đời và phát triển của cuộc
cách mạng công nghiêp, khi các nhà máy bắt đầu phát thải các chất ô nhiễm
4



trực tiếp vào sông suối. Năm 1969, các cơ sở công nghiệp đã thải hơn 3.700
pounds dầu và chất thải hóa học vào con sông Cuyahoga của Ohio tạo nên
ngon lửa bùng cháy dữ dội, và từ đó nơi đây trở thành biểu tượng của ô nhiễm
công nghiệp phá hủy tài nguyên thiên nhiên của Mỹ [42].
Ngoài ra, nguồn nước còn chịu mối đe dọa liên tục từ các thảm họa môi
trường do con người gây nên, như vụ tràn dầu Exxon Valdez năm 1989, đã
đổ khoảng 40 triệu lít dầu thô xuống vùng biển ngoài khơi Prince William
Sound ở Alaska, tạo nên vết dầu loang 3000 km
2
, ngay lập tức giết chết hàng
trăm ngàn loài chim, cá và động vật khác, tàn phá các khu vực lân cận nhiều
năm sau [42].
Khoảng 70% nước mặt ở Ấn Độ đã bị nhiễm bẩn. Tại sông Ganga, mỗi
sáng, có 70.000 người xuống tắm nhưng ngày nay chính phủ đã cấm hoạt
động này do nước sông bị ô nhiễm bởi tro hỏa táng người chết [8]. Có tới
60% nước sinh hoạt ở Sukinda (Ấn Độ) chứa Cr hóa trị 6 với nồng độ lớn hơn
hai lần so với các tiêu chuẩn quốc tế. Theo ước tính của một nhóm y tế Ấn
Độ, 84,75% số người chết ở khu mỏ này đều liên quan đến các bệnh do Cr

gây ra [12].
Ô nhiễm kim loại nặng (KLN) ở nhiều vùng cửa sông, ven biển trên thế
giới đã được biết đến từ lâu bởi tính độc hại đe dọa đến sự sống của sinh vật
thủy sinh, gây nguy cơ cho sức khỏe con người. Ô nhiễm Pb và Zn là một
trong những điều đáng quan tâm do ảnh hưởng độc hại của chúng lên sinh
thái tại các cửa sông ở Úc, với hàm lượng rất cao 1000 µg/g Pb, 2000 µg/g Zn
có thể tìm thấy trong các trầm tịch bị ô nhiễm. Bryan et al. (1985) đã xác định
Pb vô cơ trong trầm tích cửa sông ở Anh biến động từ 25 µg/g trong khu vực
không bị ô nhiễm đến hơn 2700 µg/g trong cửa sông Gannel nơi nhận chất
thải từ nơi khai thác mỏ Pb [19]. Hàm lượng Cd cũng được xác nhận ở Anh
tại các cửa sông không bị ô nhiễm với hàm lượng 0,2 µg/g, tại các cửa sông bị
ô nhiễm nặng hàm lượng này có thể lên đến 10 µg/g [19]. Sông Duele ở Pháp
5



là một trong những con sông bị ô nhiễm rất nặng do hứng chịu ô nhiễm từ nhà
máy luyện kim. Hàm lượng KLN trong trầm tích sông này rất cao 480 µg/g
[19]. Độc chất Hg trong môi trường thực sự đã trở thành vấn đề nghiêm trọng
sau trường hợp đầu tiên được xác định ở Nhật Bản vào năm 1950. Người dân
ở một tỉnh nhỏ Mirnamata đã bị ngộ độc khi ăn cá có chứa mức metyl Hg cao
[1], [19].
1.1.2. Tình hình ô nhiễm nước ở Việt Nam
Việt Nam là một nước đang phát triển, quá trình công nghiệp hóa, đô
thị hóa diễn ra mạnh mẽ đã góp phần đáng kể trong việc phát triển nền kinh tế
của đất nước nhưng cùng với sự phát triển đó các vấn đề về môi trường chưa
được quan tâm nên tình trạng ô nhiễm nguồn nước diễn ra ngày một tăng cao
[11]. Như tổng lượng nước thải ở khu vực thành phố Thái Nguyên, chủ yếu là
nước 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 và sinh hoạt rất lớn,
làm nhiễm bẩn tất cả các sông rạch ở đây và cả vùng phụ cận [18].
Đến nay, cả nước có trên 1000 bệnh viện, mỗi ngày thải ra hàng trăm
ngàn m3 nước thải chưa qua xử lý hoặc xử lý không đạt tiêu chuẩn; là nguồn
nước thải chứa nhiều thành phần nguy hiểm có khả năng gây các bệnh truyền
nhiễm, là nguồn ô nhiễm nghiêm trọng đối với môi trường [20].
Tình hình ô nhiễm nước thải từ hoạt động nông nghiệp tại khu vực
nông thôn cũng đáng lo ngại do dư lượng hóa chất bảo vệ thực vật và phân
khoáng là nguyên nhân quan trọng gây ô nhiễm nguồn nước. Lĩnh vực chăn
nuôi, theo khảo sát của Cục Thú y, tại thành phố Hồ Chí Mình chỉ có 47,5%
6



số hộ chăn nuôi có xử lý nước thải, trong đó có 84,9% chỉ xử lý sơ bộ qua hồ
tự lắng, sau đó đổ thẳng ra nguồn tiếp nhận, 52,5% số hộ chăn nuôi không có
bất cứ biện pháp xử lý nào. Ngoài phân, nguồn khí thải CO
2
phát tán do hơi
thở của vật nuôi (ước chừng 2,8 tỷ tấn/năm/tổng đàn gia súc thế giới) cũng
làm tăng sự ô nhiễm môi trường [6]. Hoạt động của trên 1450 làng nghề trong
cả nước, tạo ra lượng chất thải lớn, xả vào môi trường bừa bãi, không được xử
lý, gây nên tình trạng ô nhiễm trầm trọng nguồn nước, đặc biệt là các làng
nghề làm giấy, dệt nhuộm, giết mổ gia súc. Bắc Ninh hiện có khoảng 60 làng
nghề, tập trung chủ yếu dọc hai bên sông, hàng ngày thải trực tiếp các chất
thải xuống sông, lượng Fe, Cr, Cn và độ màu thải ra môi trường đều vượt 2 –
8,6 lần cho phép [8].

Theo kết quả nghiên cứu của phòng Khoa học kỹ thuật phân tích thuộc
Viện Hóa học – Trung tâm khoa học tự nhiên và công nghệ quốc gia (tháng
1/2010) cho thấy rằng: chất lượng nước tại lưu vực sông Nhuệ - sông Đáy
nằm ở hữu ngạn sông Hồng đang ở mức báo động [2]. Kết quả phân tích mẫu
nước tại sông Nhuệ cho thấy nước bị ô nhiễm rất nghiêm trọng, hàm lượng
COD trung bình đạt từ 180 – 200 mg/l, BOD trung bình đạt từ 100 – 150 mg/l
vượt quá tiêu chuẩn loại A từ 10 – 20 lần, vượt tiêu chuẩn loại B từ 8 – 15
lần. Hàm lượng DO thấp dưới 4 mg/l, nước có màu đen đặc, có váng và có
mùi hôi tanh ảnh hưởng rất lớn đến môi trường không khí. Nước sông Đáy
vào mùa kiệt, các chất hữu cơ như BOD đạt từ 18 – 26 mg/l, vượt tiêu chuẩn
loại A từ 1,3 – 1,8 lần, hàm lượng NH
4
đạt từ 0,5 – 0,75 mg/l, vượt quá tiêu
chuẩn cho phép loại A từ 5 – 7 lần.
Hệ thống sông Hương, sông Vu Gia ở miền Trung có chất lượng nước
tương đối ổn định, các chỉ tiêu đều đảm bảo cung cấp nước cho sinh hoạt
[11]. Tuy nhiên, tại thành phố Đà Nẵng, chất lượng nước đoạn hạ lưu hệ
thống sông Vu Gia bị ô nhiễm do nước thải sinh hoạt và công nghiệp, nồng độ
7



các chất đều vượt quá TCCP đối với nguồn nước mặt loại A, thậm chí một vài
điểm vượt tiêu chuẩn cho phép đối với nguồn nước mặt loại B.
Theo nghiên cứu của Phạm Thị Nga và cs. (Trung tâm Địa chất và
Khoáng sản Biển) về hiện trạng KLN trong trầm tích Vịnh Đà Nẵng cho thấy:
hàm lượng As trung bình là 5ppm cao hơn nhiều so với hàm lượng trung bình
của As trong trầm tích biển nông thế giới, và đã xuất hiện những khu vực ô
nhiễm Hg ở mức trung bình 0,2ppm. Hàm lượng Pb là 40ppm cao hơn nhiều
so với mức tiêu chuẩn Canada (32ppm). Sở Tài nguyên và Môi trường thành

phố Đà Nẵng công bố kết quả kiểm tra nguồn nước tại vịnh Mân Quang và
Âu thuyền Thọ Quang bị ô nhiễm, hàm lượng KLN vượt từ 1 đến 33 lần [16].
Chất lượng nước tại nhiều con sông lớn trên thế giới và Việt Nam bị ô
nhiễm khá nghiêm trọng, mỗi chất thải công nghiệp ứng với mỗi nồng độ và
liều lượng hóa chất khác nhau. Do đó, cần có những biện pháp để khắc phục
và phòng ngừa những tác động tiêu cực đến chất lượng nước, nâng cao khả
năng cung cấp nước, phục vụ cho sự phát triển kinh tế - xã hội của con người.
1.2. TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CÁC SINH VẬT CẢNH BÁO
SỚM Ô NHIỄM
Giám sát nồng độ hóa chất là phương pháp thường được sử dụng để
giám sát các chất hóa học trong môi trường. Mặc dù phương pháp này đã
được áp dụng rộng rãi nhưng nó lại không cung cấp những thông tin hữu ích
cho việc giám sát môi trường [31], [43], [45]. Để nâng cao hiệu quả chương
trình giám sát, cần thiết phải thu thập thông tin về càng nhiều hóa chất (trong
nước uống và nước mặt) càng tốt và tạo ra được kết quả tức thời, liên tục để
cảnh báo sớm [30]. Hai hướng đi mới được coi là lời giải đáp cho vấn đề trên
là phương pháp giám sát lý hóa liên tục và phương pháp giám sát sinh học.
Phương pháp giám sát lý hóa liên tục tự động đánh giá những đặc tính
lí hóa của một hay một nhóm chất độc có thể cung cấp những báo động sớm
8



khi điều kiện môi trường có những thay đổi bất thường. Nhưng ứng dụng này
lại bị hạn chế bởi sự giới hạn của những cảm biến (sensor) và công cụ giám
sát thích hợp, hiệu quả cho sự phân tích các chất ô nhiễm cần theo dõi. Mặc
dù phương pháp này đã phần nào thỏa mãn nhu cầu giám sát liên tục nhưng
vẫn chưa có sự liên kết chặt chẽ về mặt sinh thái để đưa ra được những cảnh
báo chính xác nhất.
Ngược lại, công nghệ giám sát sinh học lại sử dụng những sinh vật như

những cảm biến để phát hiện ô nhiễm. Nó phụ thuộc vào bản chất của sinh vật
được sử dụng và mức nồng độ có nghĩa trong môi trường cũng như phụ thuộc
vào ngưỡng mà sinh vật bị chất độc tác dụng. Điều này tạo nên mối tương
quan nồng độ - phản ứng và tính nhạy cảm riêng của mỗi sinh vật. Hầu hết
một sinh vật nhạy cảm đối với nhiều hợp chất, do đó, có thể coi sinh vật là
một nguồn cảm biến sinh học (biosensor) vô cùng đa dạng, cho phép các nhà
quản lí lựa chọn đối tượng thích hợp cho mục tiêu giám sát. Tuy nhiên, các
sinh vật này sẽ không cung cấp thông tin xác định hóa chất gây độc cụ thể và
phản ứng của chúng thường chỉ mang tính chất bán định tính bởi sự ảnh
hưởng của nhiều yếu tố môi trường. Một phản ứng sinh thái của sinh vật
thường là để đáp ứng lại một hay 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 khác
nhau có thể xếp thành các nhóm theo những tiêu chí như: (1) Tính nhạy cảm
là các loài mẫn cảm đặc trưng có những phản ứng khác thường với những
9



điều kiện môi trường không thích hợp có thể sử dụng như là công cụ cảnh báo
sớm; (2) Như một công cụ thăm dò là những loài xuất hiện tự nhiên trong môi
trường có thể dùng đo đạc sự phản ứng và thích nghi đối với sự thay đổi của
môi trường; (3) Như một công cụ khai thác là các loài có thể chỉ thị cho sự
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 khỏi, nhưng
phản ứng không đặc trưng của sinh vật đến bất kỳ yếu tố nào ảnh hưởng đến
nó, ở giới hạn thấp hơn hoặc "ngưỡng căng thẳng" có thể được xác định. Sự
căng thẳng bao gồm căng thẳng do các chất độc hại, ban đầu sẽ gợi lên một
"phản ứng báo động" nhưng không một sinh vật nào có thể duy trì trạng thái
mãn tính báo động đó và cuối cùng vào giai đoạn thích ứng hoặc phản kháng
[39]. Một sinh vật phản ứng sự căng thẳng bằng nhiều cách, bao gồm cả
những thay đổi trong mô hình chuyển động.
Vận động là một tính năng đặc trưng không thể bỏ qua của nhiều sinh
vật như là một yếu tố sinh lý quan trọng trong sự sống còn. Những thay đổi
trong hành vi di chuyển của sinh vật có thể được sử dụng như một chỉ số thích
hợp trong đánh giá rủi ro độc học sinh thái [32]. Sự thay đổi hành vi của sinh
vật liên quan đến áp lực và tiếp xúc với độc tố cung cấp thông tin mới mà
không thể được thu được từ phương pháp độc học truyền thống, trong đó bao
gồm các hiệu ứng tiếp xúc gây chết trong thời gian ngắn và trung bình, khả
năng tử vong [21].
Do đó mỗi sinh vật cảnh báo khi bị tác động bởi môi trường ô nhiễm sẽ
biểu hiện các dấu hiệu sinh học. Dựa vào việc phát hiện và đánh giá, giám sát
10



các dấu hiệu sinh học đó, có thể phân tích được mức độ ô nhiễm của môi
trường.
Nguyên tắc cơ bản nhất của tất cả các hệ thống sinh học cảnh báo sớm
là chọn sinh vật phù hợp cho đối tượng cần được giám sát [23]. Việc lựa chọn
này dựa trên khả năng phản ứng của sinh vật đối với các điều kiện môi trường

khác nhau để phản ánh chất lượng môi trường sống của chúng. Những sinh
vật bị các chất ô nhiễm hoặc các chất tự nhiên có mặt nhiều trong môi trường
tác động và thông qua các biểu hiện, những thay đổi bất thường, chúng sẽ chỉ
thị cho bản chất và mức độ 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 trường, đặc biệt là đối
với sự gia tăng nồng độ của một hay nhiều chất độc hại trong nước. Những
phản ứng hành vi được lựa chọn bao gồm: sự di chuyển, lẩn trốn, các hành vi
bất thường, trong khi những thông số sinh lí được quan tâm là: tốc độ hô hấp,
nhịp tim, hoạt động quang hợp, sự phát quang. Dữ liệu từ việc quan sát sẽ
được ghi lại một cách tự động và liên tục. Bộ phận cảm ứng sơ cấp thực hiện
chức năng này có thể là những thiết bị điện, điện từ, điện hóa, quang điện…
Sau khi thu thập, dữ liệu được phân tích và đánh giá trên bằng những phần
mềm cài đặt sẵn. Khi phát hiện sự thay đổi đáng kể trong phản ứng sinh thái
vượt khỏi tiêu chuẩn đã được định sẵn, hệ thống sẽ tự động đánh dấu và sinh
ra một báo động [23]. Nhiều hệ thống sẽ tạo thành một mạng lưới và dấu hiệu
bất thường sẽ được báo đến người quản lí ngay tức thì. Nếu sự báo động được
sử dụng để kết luận về chất lượng một mẫu nước, phân tích hóa học có thể
11



được tiến hành ngay sau đó để tìm ra nguyên nhân bằng cách định tính, định
lượng những chất ô nhiễm.
c. Tiêu chí lựa chọn sinh vật cảnh báo
Việc lựa chọn sinh vật cảnh báo phụ thuộc vào những khía cạnh thực tế

lẫn tính logic. Ngoài việc phải thỏa mãn các tiêu chuẩn để là một sinh vật chỉ
thị, sinh vật cảnh báo còn phải đáp ứng được một số điều kiện sau [10]:
- Đã được định loại rõ ràng;
- Có nhiều dẫn liệu về sinh thái cá thể của đối tượng qua thử
nghiệm sinh học;
- Phải mẫn cảm và có phản ứng ổn định với chất gây ô nhiễm hoặc
hiểu quả trong nghiên cứu, khả năng phơi nhiễm đối với chất gây ô nhiễm:
- Có phân bố rộng và phong phú quanh năm;
- Có ý nghĩa rộng về sinh thái, kinh tế;
- Phải ở trạng thái khỏe mạnh và không dễ bị nhiễm bệnh, kí sinh;
- Phải dễ bảo quản trong phòng thí nghiệm, có tính biến dị di
truyền thấp;
Với những yêu cầu trên, những loài bản địa đặc trưng luôn là những sự
lựa chọn hàng đầu cho các hệ thống giám sát [23].
1.2.2. Các nghiên cứu liên quan trên Thế giới và trong nước
Để phát hiện các chất ô nhiễm trong nguồn nước, người ta có thể sử
dụng nhiều phương pháp khác nhau, trong đó tập trung chính vào ba nhóm
sau: phương pháp vật lí, phương pháp hóa học và phương pháp sinh vật chỉ
thị (bioindicator). Phương pháp vật lý cho phép đo đạc các tính chất vật lý
bằng cảm biến (nhiệt độ, màu sắc, mùi…), trong khi đó phương pháp hóa học
có thể giúp xác định về mặt định lượng (pH, 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 của cá [35].
Theo nghiên cứu của L. Boynton (Đại học Texas, Mỹ), tác giả đã ghi
hình vi sinh vật phát sáng bằng camera nối với máy tính [33]. Khi sự phát
sáng của vi sinh vật giảm đi, ta có thể xác định được các chất ô nhiễm có
trong nguồn nước như CuSO
4
, ZnSO
4
.

Hình 1.1. Sơ đồ phân tích giám sát sinh học hình ảnh hệ thống (IABS)
Trong số rất nhiều sinh vật có thể được sử dụng để thử nghiệm nước
thải dệt may, loài cá cá Ngựa vằn (Danio rerio) được xem là đối tượng hiệu
quả cho việc kiểm soát thông qua phân tích vì hành vi bơi của nó và có thể dễ
dàng quan sát và định lượng trong các hệ thống kiểm soát [38]. Phát hiện hoạt
động bất thường dựa trên so sánh phản ứng của cá tiếp xúc với hóa chất độc
và quan sát cá đối chứng trong môi trường nước sạch [47]. Magalha et al. đã
nghiên cứu phản ứng hành vi của loài cá Ngựa vằn [25] bởi chất độc sinh thái
sodium hypochlorite (NaOCl) dựa vào hệ thống phân tích hình ảnh giám sát
sinh học (IABS - image analysis biomonitoring system).
13







Hình 1.2. Mô hình thí nghiệm sử
dụng loài cá Vược mặt trời

(Lepomis macrochirus) sử dụng
làm sinh vật cảnh báo.
Hệ thống có thể được sử dụng để phát hiện một phổ rộng các chất độc
gấy ô nhiễm bằng sự nhạy cảm của sinh vật chỉ thị. Hệ thống áp dụng trong 9
tháng đối với nhà máy sản xuất nước và đã phát hiện các lỗi trong quá trình
vận hành nhà máy làm gia tăng đáng kể dư lượng Clo trong nước cấp. Công
trình này được tài trợ của Quân đội Mỹ (U.S. Army Center for Environmental
Health Research) nằm trong chương trình "Sáng tạo Chiến lược để đánh giá
nguy cơ sức khỏe từ phơi nhiễm trong môi trường hóa chất độc hại” [46].
Gần đây, các nhà nghiên cứu tại đại học Melbourne (Úc) cũng sử dụng
hệ thống cảm biến sinh học cho việc ghi nhận hành vi của sinh vật để nhận
biết sự ô nhiễm của nguồn nước [29] với xử lý thời gian thực (real time). Đặc
điểm nổi bật của nghiên cứu này là việc phát hiện ô nhiễm được kết hợp với
bản đồ số và hệ thống định vị để từ đó phát ra cảnh báo đến các địa điểm cần
thiết. Hệ thống này đã cho các kết quả bước đầu đầy hứa hẹn.
Các nghiên cứu giám sát sinh học ở Việt Nam có các 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 cứu khác của Nguyễn Văn Khánh và cs.
(2010) về hàm lượng As, Pb tích lũy trong loài Hến (Corbicula sp.) và Hàu
14



sông (Ostrea rivularis Gould, 1861) tại cửa sông Cu Đê, TP. Đà Nẵng kết quả
cho thấy tích lũy KLN As và Pb trong loài Hến và Hàu sông. Hàm lượng As ở
cả hai loài Hến và Hàu sông đều vượt TCCP của Bộ Y tế (Hến: 15,45±5,30

µg/g và Hàu sông: 1,23±1,08 µg/g). Mặc dù hàm lượng Pb trong bùn đáy của
sông Cu Đê chưa có dấu hiệu ô nhiễm, nhưng hàm lượng Pb tích lũy trong
loài Hến vượt TCCP 1,5 lần (3,58±2,69 µg/g). Hàm lượng Pb trong loài Hầu
sông vẫn nằm trong TCCP (1,04±0,81 µg/g). Sự tương quan thuận giữa hàm
lượng As, Pb trong bùn đáy và loài Hến (Corbicula sp.) và loài Hầu sông
(Ostrea rivularis G.) cho thấy có thể sử dụng hai loài này làm sinh vật chỉ thị
cho ô nhiễm As và Pb 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, tần suất đớp khí trời và sinh trưởng cá rô đồng được thực hiện trong
điều kiện phòng thí nghiệm [3] và nhiều nghiên cứu khác [7], [13].
Đặc điểm khác biệt của phương pháp mới này là chứa một hệ thống
cảm biến để ghi nhận hình ảnh liên tục của sinh vật và truyền về trung tâm xử
lý để từ đó có thể phát hiện các hiện tượng bất thường để đưa ra cảnh báo
sớm. Dù đã có những kết quả tốt ở nhiều quốc gia trên thế giới nhưng cho đến
nay vẫn chưa có một hệ thống chuẩn quốc tế nào được đề xuất. Lí do của vấn
đề này nằm trong bản chất của hệ thống cảnh báo sinh học – sinh vật cảnh
báo: một số sinh vật có thể thích nghi tại khu vực địa lý này nhưng có thể
không tồn tại tại khu vực khác. Ngoài ra, cùng một loài sinh vật nhưng cũng
có nhiều loại khác nhau, nên rất khó nhận biết sự khác nhau trong hành vi.
Những vấn đề trên là yêu cầu đặt ra khi lựa chọn những tiêu chuẩn để thiết lập
một hệ thống sinh 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, ưa môi trường nước hơi cứng (15 – 30 dH), kiềm (pH: 7,0 – 8,3),
lợ nhẹ, cá thích hợp sống với nhiều cây thủy sinh và có không gian rộng và ở
nhiệt độ thấp (18-25
o
C). Cá đẻ con, mắn đẻ và dễ sinh sản. Cá thường bị tạp
giao giữa các loài trong giống [14].

Nguồn: Fishviet.com
Hình 2.1. Cá loại cá Hòa lan (Xiphophorus spp.)
16



Có nhiều kiểu hình cá khác nhau:
- Cá Hòa lan có hình dạng thang, kích thước và tỉ lệ chiều dài thân
so với cao thân nhỏ hơn, đặc biệt đa dạng về màu sắc (đỏ vàng cam trắng xám
xanh đen) và kiểu phối hợp màu sắc.
- Cá Hột lựu (Mún lùn) là dạng hòa lan với thân ngắn, cao lung,
bụng tròn, kích thước nhỏ. Màu phổ biến là màu đỏ hoặc đốm đen.
- Cá Hồng mi có kích thước nhỏ từ 2 – 2,5 cm, thân thon dài, tròng
mắt đỏ rực, viền mắt to tròn sang lấp lánh, thân có hai màu đỏ và trắng [14].
Giống cá được mua từ cửa hàng cá cảnh trên địa bàn thành phố Đà
Nẵng, thuần dưỡng trong bể 80 lít trong vòng 1 tuần.
2.1.2. Hóa chất thí nghiệm - Natri hipoclorit (NaOCl)

Là dung dịch không màu hoặc màu phớt vàng, có mùi đặc trưng, dung
dịch có tính kiềm, độc. NaOCl là muối của acid yếu HClO và bazơ mạnh
NaOH, được sử dụng nhiều trong đời sống sinh hoạt và trong công nghiệp.
2.1.3. Nước sạch thí nghiệm độc học
Sử dụng nước cấp của thành phố Đà Nẵng, nước được để trên 24h
trước khi dùng cho thí nghiệm để khử bớt Clo.
2.1.4. Nước thải công nghiệp thí nghiệm
Nước thải dùng thí nghiệm là nước thải đã qua xử lý của Công ty Cổ
phần Dệt may 29/3 Đà Nẵng – 60 Mẹ Nhu, quận Thanh Khê, TP. Đà Nẵng.
a. Thành phần của nước thải dệt nhuộm
Nước thải dệt nhuộm có thành phần rất đa dạng, chia làm 3 loại chính:
+ Nước thải chứa phẩm nhuộm hoạt tính;
+ Nước thải chứa phẩm nhuộm Sunfua;
+ Nước thải do tẩy giặt.
17



Bảng 2.1. Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm
Kết quả
Chỉ tiêu Đơn vị
Nước thải
hoạt tính
Nước thải
sunfua
Nước thải
tẩy
pH 10-11 >11 >12
COD mg/l 450-1500 10000-40000 9000-30000
BOD

5
mg/l 200-800 200-10000 4000-17000
Tổng Nitơ mg/l 5-15 100-1000 200-1000
Tổng Photpho

mg/l 0,7-3 7-30 10-30
SS mg/l - - 120-1300
Độ màu Pt-Co 7000-50000 10000-50000 500-2000
Độ đục FAU 140-1500 8000-200000 1000-5000
Nguồn: Phòng Quản lý Môi trường – Sở Khoa học Công nghệ Môi trường TP. HCM
b. Tính chất nước thải tại Công ty Cổ phần Dệt may 29/3 Đà Nẵng
Bảng 2.2. Tính chất nước thải tại Công ty Cổ phần Dệt may 29/3 Đà Nẵng

TT
(No)

Chỉ tiêu
(Test Properties)

Phương pháp
thử nghiệm
(Test Method)
ĐVT
(Unit)

Kết quả
(Test
Results)
QCVN
13:2008/

BTNMT
1

Nhiệt độ Đo trực tiếp
0
C 24 40
2

pH Đo trực tiếp - 6,7 5,5 – 9
3

Mùi Cảm quan - Không mùi
Không
khó chịu
4

Màu sắc Đo trực tiếp Co-Pt 8 150
5

BOD
5
TCVN 6001-1:2008

mg/l 26 50