Thạc Sĩ Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn nhằm xây dựng, thử nghiệm bộ chỉ thị sinh học phục vụ quan tr

1

ĐẶT VẤN ĐỀ
Hiện nay, chất lượng môi trường sống của chúng ta đang ngày càng suy giảm do
ảnh hưởng từ các hoạt động phát triển kinh tế xã hội. Ô nhiễm môi trường đang gia tăng
và đã trở nên trầm trọng ở một số tỉnh thành phố trong cả nước, gây ảnh hưởng đến sức
khoẻ và làm xáo trộn cuộc sống của người dân.
Nhằm cảnh báo trước các hiện tượng môi trường ô nhiễm, ở Việt Nam và trên
thế giới đã sử dụng nhiều biện pháp khác nhau để quan trắc, đánh giá chất lượng môi
trường hay mức độ ô nhiễm của từng khu vực dựa trên các chỉ thị đặc trưng của môi
trường, khu vực đó.
Theo Warren - một chuyên gia đầu ngành về việc sử dụng các chỉ thị đánh giá
chất lượng môi trường cho rằng “môi trường tại một địa điểm quyết định phần lớn
những cá thể nào có khả năng cư trú ở điểm đó, và những sinh vật ở đó sẽ là những chỉ
thị sinh học cho sự thay đổi môi trường”.
Cùng với quá trình phát triển kinh tế, chất lượng nước cũng đang ngày càng bị
suy giảm và ô nhiễm. Mức độ ô nhiễm được đánh giá thông qua sinh vật chỉ thị. Sự
thay đổi của các điều kiện môi trường có ảnh hưởng tới thành phần động thực vật
trong quần xã và khi đó một trong những loài động thực vật đặc trưng cho môi trường
nước tại một khu vực bất kỳ sẽ là sinh vật chỉ thị (hay còn gọi là chỉ thị sinh học) cho
mức độ ô nhiễm chất lượng nước của khu vực.
Vì vậy việc xây dựng báo cáo tổng quan về chỉ thị sinh học và các chỉ thị sinh
học đặc trưng cho môi trường nước và nước chảy sẽ giúp ta hiểu rõ hơn bản chất về
chỉ thị sinh học, các đặc tính cũng như việc vận dụng chúng trong thực tiễn, đặc biệt là
ứng dụng trong đánh giá mức độ ô nhiễm của môi trường nước thông qua các chỉ thị
sinh học đặc trưng của từng môi trường nước. 2
I. TỔNG QUAN VỀ CHỈ THỊ SINH HỌC
I.1. Chỉ thị sinh học (biological indicators)
Chỉ thị sinh học gồm các sinh vật được sử dụng để quan trắc chất lượng môi
trường và hệ sinh thái. Chúng có thể là một loài hoặc nhóm loài mà các chỉ số về chức
năng, mật độ và sự tồn tại của chúng được sử dụng để xác định tính nguyên vẹn của
môi trường và hệ sinh thái. Ví dụ như nhóm động vật thân giáp và những loài giáp xác
nhỏ khác là đại diện cho nhiều môi trường nước khác nhau. Các loài sinh vật được
dùng quan trắc sự thay đổi (hoá sinh, vật lý hoặc các xáo trộn khác) có thể chỉ thị cho
một vấn đề trong phạm vi giới hạn của hệ sinh thái đó.
Các chỉ thị sinh học có thể cho chúng ta thấy các ảnh hưởng tích luỹ của mức
độ ô nhiễm khác nhau của các hệ sinh thái và vấn đề này có thể xuất hiện trong bao lâu
khi các biện pháp hoá học và vật lý không thể đánh giá được.
Lợi ích và các loại Chỉ thị sinh học (CTSH)
Mỗi sinh vật trong hệ sinh thái có khả năng để thông báo chất lượng môi trường
sống của chúng. CTSH được dùng để:
- Quan trắc trạng thái ô nhiễm và tác động của nó đến hệ sinh thái nơi các sinh
vật đó sinh sống.
- Quan trắc quá trình tự làm sạch của môi trường.
- Phát hiện những htay đổi trong môi trường tự nhiên.
- Khảo sát các chất như nước uống khi có mặt chất gây ô nhiễm.
Các dạng CTSH
Thực vật: sự xuất hiện hay vắng mặt những loại thực vật nhất định hoặc các
dạng sống thực vật trong 1 hệ sinh thái có thể cung cấp đầu mối quan trọng về chất
lượng môi trường.
Địa y thường được tìm thấy trên đá và thực vật mục nát, cơ thể là dạng cộng
sinh giữa tảo và nấm, chúng phản ứng với sự thay đổi của môi trường nhiệt đới về cấu
trúc rừng, chất lượng không khí và khí hậu, như hàm lượng SO 2 quá cao, ô nhiễm
sulfur và nitơ.
Động vật chỉ thị: sự tăng hay giảm mật độ đọng vật có thể chỉ ra nguy cơ hệ
sinhthais bị phá hủy do ô nhiễm. Ví dụ, nếu sự ô nhiễm làm suy giảm nguồn thức ăn
quan trọng, những loài động vật phụ thuộc vào nguồn thức ăn đó sẽ bị giảm về số
lượng. ngoài việc quan trắc kích thước và số lượng của các loài nhất định, quá trình
trao đổi chất của sinh vật, sự chỉ thị bao gồm công tác quan trắc nồng độ chất độc có
trong mô của động vật, tỷ lệ thay đổi trong quần thể động vật gia tăng. 3
Vi sinh vật chỉ thị: dùng như vật chỉ thị cho chất lượng nước cũng như hệ thái
trên mặt đất. Khảo sát trên số lượng lớn cho thấy vi sinh vật dễ thu thập hơn các loài
động vật khác. Một số vi sinh vật sinh ra những protein mới khi trong môi trường ô
nhiễm cadimium hay benzen. Những protein đặc biệt này dùng như hệ thống cảnh báo
sớm để phát hiện những mức độ ô nhiễm thấp.
Những CTSH này hoạt động như thế nào?
Những thay đổi về sinh lý và thích ứng đặc biệt của sinh vật chỉ thị (SINH
VậTCT) dùng phát hiện những thay đổi về chất lượng môi trường. Những thay đổi
khác nhau giữa cơ thể này với cơ thể khác. Việc sử dụng các sinh vật như SINH
VậTCT liên quan nhiều khoa học khác. Di truyền học bảo tồn động vật hoang dã là 1
ví dụ các phương pháp truyền thống có thể được kết hợp với công nghệ sinh học
(CNSH) nhanh như thế nào để mang lại kết quả chính xác, và thu thập thông tin không
có từ các phương pháp thường. Bảo tồn vốn gen động vật hoang dã kết hợp với khảo
sát truyền thống các quần thể động vật hoang dã, như Gấu trúc, với các nguyên tắc
khoa học trong di truyền học để mang lại thông tin về chất lượng hệ sinh thái.
Sự thay đổi về quần thể và cách thích ứng ở 1 loài được các nhà khoa học quan
sát thấy nhưng, những sự thay đổi về sinh lý cần phải dùng đến các kiểm tra đặc biệt.
Các xét nghiệm sinh học cần có các mẫu sinh vật để phát hiện những thay đổi của môi
trường. Những kiểm tra này có thể dùng để đảm bảo độ an toàn của nước uống hoặc
đảm bảo chất lượng dòng sông. Trong tương lai, khoa học tìm ra các phương thức mới
để dùng vi sinh vật, lúc đó sẽ mở rộng các thử nghiệm đối với đất và không khí.
Đặc tính của các chỉ thị sinh học
Không phải mọi loài sinh vật đều có thể sử dụng làm sinh vật chỉ thị. Craston
và cộng sự (1996) đã đánh giá các loài có thể được sử dụng làm chỉ thị sinh học thông
qua 11 tiêu chí sau:
ã Dễ thu mẫu;
ã Chi phí/ha;
ã Phương pháp chuẩn có sẵn;
ã Có các tiêu chí diễn giải;
ã Khả năng đặc trưng cho thuỷ vực;
ã Sai số phép đo;
ã Đáp ứng với ô nhiễm;
ã Ổn định trong quá trình đo đạc; 4
ã Có thể bản đồ hoá;
ã Có tính ứng dụng tổng quát hoặc dự báo;
ã Có số liệu tham khảo;
Ở nước ta việc nghiên cứu các sinh vật làm chỉ thị môi trường, đặc biệt là trong
việc đánh giá chất lượng môi trường nước hiện nay đã đạt được một số thành công
nhất định. Tuy nhiên, đến nay vẫn chưa có sự thống nhất về tiêu chuẩn để lựa chọn các
sinh vật chỉ thị hoặc chỉ thị sinh học nói chung, vì nó phụ thuộc nhiều vào đặc trưng
của từng khu vực, chế độ dòng chảy và các hoạt động có tác động đến khu vực nghiên
cứu. Do đó, việc lựa chọn sinh vật làm sinh vật chỉ thị hay chỉ thị sinh học sẽ phải dựa
trên các tiêu chuẩn cơ bản sau:
ã Là loài dễ nhận dạng và được xác định rõ ràng;
ã Loài dễ thu mẫu ngoài thiên nhiên, có số lượng nhiều, kích thước vừa phải
ã Loài có phân bố rộng (tối ưu là phân bố toàn cầu);
ã Loài có nhiều dẫn liệu về sinh thái cá thể của đối tượng qua thử nghiệm
sinh học;
ã Loài có giá trị kinh tế (hoặc là nguồn dịch bệnh);
ã Dễ tích tụ các chất ô nhiễm;
ã Loài dễ nuôi trong phòng thí nghiệm;
ã Loài ít biến dị tức ít bị tác động /biến đổi bởi sự thay đổi của điều kiện
môi trường.
(Nguồn: Lê Văn Khoa, Nguyễn Xuân Quýnh, Nguyễn Quốc Việt, 2007, Chỉ thị
sinh học môi trường, NXB Giáo dục)
I.2. Sinh vật chỉ thị (bioindicators)
Sinh vật chỉ thị là những sinh vật có yêu cầu nhất định về điều kiện sinh thái liên
quan đến nhu cầu dinh dưỡng, hàm lượng oxy, cũng như khả năng chống chịu một hàm
lượng nhất định các yếu tố độc hại trong môi trường sống và khi đó sự hiện diện của
chúng biểu thị một tình trạng điều kiện sinh thái của môi trường sống nằm trong giới
hạn nhu cầu và khả năng chống chịu của đối tượng sinh vật đó.
Như vậy, sinh vật chỉ thị được hiểu là sinh vật chỉ được phát hiện trong một môi
trường có mức ô nhiễm nhất định. Nhưng quan trọng nó phải đặc trưng, không xuất
hiện trong "ngưỡng" ô nhiễm khác. Nhìn chung sinh vật chỉ thị thường được dùng là
các loại dễ thay đổi về thành phần loài và mật độ cá thể khi môi trường có sự thay đổi. 5
Bioindicators là những sinh vật như địa y, vi khuẩn, được dùng để quan trắc
chất lượng môi trường. Những sinh vật được đánh giá sự thay đổi có thể chỉ ra những
vấn đề của hệ sinh thái chúng, biểu hiện bằng những thay đổi về hóa học, vật lý, thích
ứng của chúng.
Đặc điểm cơ bản của sinh vật chỉ thị (bioindication)
Tính chỉ thị môi trường của sinh vật dựa trên khả năng chống chịu của sinh vật
với yếu tố vô sinh của môi trường sống, trong tác động tổng hợp của chúng. Do vậy,
muốn sử dụng một loài sinh vật làm chỉ thị, cần hiểu biết đầy đủ về đặc tính sinh thái
của loài, các điều kiện môi trường sống đối với loài đó.
Tính chỉ thị môi trường của sinh vật được thể hiện ở các bậc khác nhau: cá thể,
quần thể, nhóm loài và quần xã;
Phương pháp sử dụng chỉ thị sinh học trong giám sát, quan trắc và kiểm tra chất
lượng môi trường nước, tức sử dụng sinh vật chỉ thị đánh giá môi trường có thuận lợi,
hiệu quả hơn so với phương pháp lý hoá học nhờ khai thác khả năng tích tụ các chất ô
nhiễm trong cơ thể sinh vật và giá trị biểu thị tác động tổng hợp các yếu tố môi trường
của sinh vật.
Các kiểu sinh vật chỉ thị
Sinh vật cảm ứng (Biosensors): là những sinh vật chỉ thị có thể tiếp tục hiện
diện trong môi trường ô nhiễm thích ứng, phù hợp với tính chất sinh vật chỉ thị song
có thể có ít nhiều biến đổi, do tác động của chất ô nhiễm như giảm tốc độ sinh trưởng,
giảm khả năng sinh sản, biến đổi tập tính .
Sinh vật tích tụ (Bioaccumulators): là những sinh vật chỉ thị, không chỉ có tính
chất chỉ thị cho môi trường thích ứng, mà còn có khả năng tích tụ một số chất ô nhiễm
nào đó trong cơ thể chúng với hàm lượng cao hơn nhiều lần so với ở môi trường ngoài
(kim loại nặng, chất organochlorine .). Nhờ đó, bằng phương pháp phân tích hoá sinh
hữu cơ mô cơ thể chúng, người ta có thể phát hiện, đánh giá các chất ô nhiễm này dễ
dàng hơn nhiều so với phương pháp phân tích thuỷ hoá.
I.3. Dấu hiệu sinh học (biomarkers)
Dấu hiệu sinh học là những công cụ phân tử trong Sinh thái học, sinh lý học, vi
sinh vật học môi trường và những ngành khoa học khác đưa ra những điều kiện môi
trường xung quanh 1 cơ thể hoặc 1 tế bào.
Biomarkers được hiểu theo cách cổ điển là những cơ thể đã từng điều khiển sự
tăng trưởng hay sự thay đổi môi trg xung quanh hay hệ sinh thái. Đó có thể là thực vật,
động vật hay vi khuẩn mà sinh ra những tín hiệu phân tử nhất định khi phản ứng với
những sự thay đổi của điều kiện môi trường. Trong sinh y học và công nghệ Sinh học, 6
1 chỉ thị sinh học có thể cho thấy tín hiệu phân tử của chính nó như là 1 công cụ để
đánh giá tình trạng sinh lý của 1 cơ thể. Chỉ thị sinh học càng ngày càng phổ biến hơn
trong sinh y để phát hiện ra những sự thay đổi sinh lý với 1 cơ thể thấy ở vết thương
hay bệnh tật. Thật hữu ích khi phản ứng là mức độ thay đổi trong những điều kiện môi
trường như hóa học, nhiệt độ, giảm sức chịu đựng hay chấn thương nhưng chúng
chắc hẳn luôn luôn là kết luận đáng tin cậy và biểu thị tình trạng của tế bào hay cơ thể
Theo quan điểm hiện nay, dấu hiệu sinh học là những thể hiện của sự phản ứng
sinh học của sinh vật đối với tác động lý hoá học của chất ô nhiễm trong môi trường.
Dấu hiệu sinh học có 2 loại chính: dấu hiệu sinh lý-sinh hoá và dấu hiệu sinh thái.
Dấu hiệu sinh lý-sinh hoá: là dấu hiệu dễ nhận thấy và có giá trị nhất là các
chỉ số liên quan tới khả năng sống sót, sự sinh trưởng của cá thể (chỉ số ăn mồi, tiêu
hoá, hô hấp), sự sinh sản của quần thể (sinh trưởng, tỷ lệ sống của ấu trùng),.
Dấu hiệu sinh thái: thể hiện sự biến đổi của cấu trúc quần thể hoặc quần xã dưới tác
động của chất ô nhiễm. Có nhiều chỉ số được dùng để đánh giá sự biến đổi này:
- Chỉ số thiếu hụt số loài: được xác định trong trường hợp có số liệu khảo sát
định kỳ về thành phần loài có trong một khu sinh cư. Sự thiếu hụt loài này có thể kéo
theo sự thiếu hụt loài khác. Thường người ta chú ý đến các loài có số lượng nhiều, dễ
thu mẫu, dễ quan sát, tránh các loài hiếm gặp, có thể thiếu hụt do sai sót trong kỹ thuật
thu mẫu.
- Chỉ số đa dạng sinh học: là chỉ số mang tính chất tổng hợp số lượng loài và số
cá thể vào một giá trị chung, để đơn giản hoá sự phức tạp của cấu trúc quần xã sinh
vật. Có rất nhiều loại chỉ số đa dạng sinh học do các tác giả khác nhau đưa ra, song
thường có sự tương quan giữa các loại chỉ số đa dạng khác nhau khi tính toán cùng
một cơ sở dữ liệu.
Chỉ số này đánh giá 3 mặt của cấu trúc quần xã: về số lượng loài (độ phong
phú), tổng số lượng sinh vật của mỗi loài có mặt (mật độ phong phú), và tính đồng
nhất phân bố giữa các loài (tính đồng đều).
Chỉ số đa dạng có 1 số nhược điểm là không cung cấp thông tin về bản chất
chất gây ô nhiễm, sự phản hồi quần xã với ô nhiễm không thường xuyên tuyến tính, 1
số loài có thể tăng tính đa dạng, không phân biệt được quần xã chống chịu ô nhiễm và
quần xã chống chịu ô nhiễm.
- Chỉ số loài ưu thế: cũng là một chỉ số có ý nghĩa để đánh giá mức độ ô nhiễm.
Các kết quả cho thấy khi mức độ ô nhiễm nặng, một số loài phát triển ưu thế về số
lượng, thường là các loài kích thước nhỏ, lớn nhanh như nhóm giun ít tơ nước ngọt.
Tính chất chỉ thị khác nhau ở các mức phân loại sinh thái trong tự nhiên. 7
I.4. Các kiểu chỉ thị sinh học
Đối tượng sinh vật là sinh vật chỉ thị có thể là các loài (loài chỉ thị) hoặc các tập
hợp loài (nhóm loài chỉ thị).
Chỉ thị hệ sinh thái: đo năng suất sơ cấp, quá trình hô hấp của quần xã. Hệ sinh
thái nước ngọt dễ bị tổn thương hơn hệ sinh thái nước ngọt.
Cấu trúc quần xã chỉ thị: tính chất chỉ thị không dừng ở loài mà từng nhóm
loài, từng quần xã sinh vật trong một vùng sinh cư. Sự biến đổi môi trường nước đã tác
động đến cấu trúc quần xã sinh vật nào đó (sinh vật nổi, sinh vật đáy, cá, rong .). Sự
thay đổi của môi trường thể hiện qua các chỉ số sinh học như: BMWP, IBI, ASPT .
(đối với quần xã sinh vật thủy vực).
Quần thể sinh vật chỉ thị: sự biến đổi môi trường thể hiện ở sự có mặt, không có
mặt của một loài, một nhóm loài mà còn thể hiện ở sự biến đổi về số lượng, cấu trúc
quần thể các loài chỉ thị.
Cá thể sinh vật chỉ thị là những dấu hiệu mang tính chỉ thị về sinh lý, sinh hoá,
tập tính, tổ chức tế bào của cá thể sinh vật chỉ thị.
II. CHỈ THỊ SINH HỌC ĐẶC TRƯNG CHO MÔI TRƯỜNG NƯỚC
II.1. Sinh vật chỉ thị
II.1. 1. Chỉ thị loài sinh vật
Loài sinh vật chỉ thị môi trường là loài phải có đặc tính rất nhạy cảm (sensitive)
với môi trường hoặc rất có khả năng chống chịu (tolerant) với môi trường, hoặc có khả
năng tích luỹ các độc tố trong cơ thể. Những loài này vắng mặt hoặc có mặt, có những
biến đổi về hình thái, số lượng, sinh lý, tập tính, hoặc được phân tích hàm lượng một
số độc tố trong mô cơ thể, được xem xét để đánh giá chất lượng môi trường nước ở đó.
Các loài có khả năng chống chịu như muỗi lắc (Chironomus riparins), giun ít tơ
(Tubifex tubifex, Limnodrilus hoffmeisteri) thường được xem là loài chỉ thị cho nước bị
ô nhiễm hữu cơ. Hầu hết ấu trùng của các loài côn trùng cánh úp (Plecoptera) được
xem là các loài chỉ thị cho môi trường nước sạch (thường ở các suối sạch đầu nguồn).
Nhiều loài thuỷ sinh vật có khả năng tích tụ các muối kim loại trong cơ thể
chúng rất cao, cao hơn nhiều so với các chất này có trong môi trường nước. Các loài
động vật thân mềm có khả năng tích tụ các muối Co, Cd, Cu, sứa có khả năng tích luỹ
muối Zn, trùng phóng xạ có khả năng tích tụ Sr. Ngoài ra, các kết quả nghiên cứu đã
cho thấy các nhóm thực vật thuỷ sinh bậc cao có bộ rễ chùm trong tầng nước như các
loài bèo, thực vật ngập trong nước có bộ rễ trong lớp trầm tích đáy rất có khả năng hấp
thụ nhiều nhóm kim loại nặng có trong nước và trầm tích đáy. Chính nhờ khả năng 8
này, nhiều nhóm thực vật bậc cao kể trên, đặc biệt loài bèo Nhật bản (lục bình) được
sử dụng để làm sạch nước.
Các chất phóng xạ cũng có thể được các thuỷ sinh vật tích luỹ trong cơ thể suốt
thời gian sống, khi chết, lắng xuống đáy sẽ bị đất hấp thụ, không trở lại môi trường
nước nữa. Điều này rất có ý nghĩa đối với tự lọc sạch các chất phóng xạ trong nước bị
ô nhiễm bởi chất phóng xạ, đặc biệt đối với các chất phóng xạ có thời gian tự phân huỷ
ngắn như Itrium 91, Cerium 144. Giữ vai trò quan trọng trong hoạt động này là sinh
vật nổi, trong đó, thực vật nổi có khả năng tích tụ nhiều hơn động vật nổi. Các đặc tính
tích tụ chất độc của một số loài thuỷ sinh vật như trên là cơ sở để lựa chọn sinh vật chỉ
thị môi trường.
Các vi sinh vật chỉ thị việc nhiễm bẩn nguồn nước bởi phân
Vi khuẩn (VK) Coliform là gì?
VK Coliform là các sinh vật mà có mặt trong môi trường và có trong phân của
các động vật máu nóng và người. VK Coliform gần như không gây ra bệnh tật. tuy
nhiên, sự có mặt chúng trong nước uống cho thấy sinh vật gây bệnh có thể có trong
nước. Hầu hết các mầm bệnh có thể gây ô nhiễm nước bắt nguồn từ phân người hay
động vật. Việc xét nghiệm nước uống với tất cả các mầm bệnh có thể thì rất phức tạp
và tốn thời gian, tiền bạc. Nhưng khá dễ dàng và không đắt đỏ để kiểm tra VK
coliform. Nếu VK coliform được tìm thấy trong mẫu nước, người vận hành hệ thống
nước kiểm tra để tìm thấy nguồn gây ô nhiễm và phục hồi nước uống an toàn. Có 3
nhóm VK Coliform khác nhau, mỗi nhóm có 1 giới hạn mức độ nguy hiểm khác nhau.
Coliform tổng số, coliform phân, và E. Coli
Coliform tổng số, coliform phân, và E. Coli là tất cả chỉ thị cho chất lượng nước
uống. nhóm coliform tổng số là tập hợp lớn nhất của các loại VK. Coliform phân là
những loại của coliform tổng số hầu hết tồn tại trong phân. E.coli là nhóm nhỏ
coliform phân. Khi 1 mẫu nước được gửi tới phòng thí nghiệm, nó được kiểm tra
coliform tổng số. nếu có mặt coliform tổng số, mẫu đó sẽ được kiểm tra cả coliform
phân và E.coli, tùy vào phương pháp kiểm tra của phòng thí nghiệm.
VK coliform tổng số thường được tìm thấy trong môi trường (thực vật, đất )
và nhìn chung đều không có hại. Nếu chỉ phát hiện VK coliform tổng số trong nước,
thì nó có thể có từ môi trường. ô nhiễm phân thì không thể. Tuy nhiên, nếu ô nhiễm
môi trường có thể lan ra hệ thống, đó có thể là cách cho mầm bệnh lan ra hệ thống. vì
vậy, việc tìm ra nguồn gốc và giải quyết vấn đề là rất quan trọng.
VK coliform phân là nhóm nhỏ trong coliform tổng số. chúng xuất hiện với số
lượng lớn ở ruột và phân người, động vật. sự xuất hiện của coliform phân trong mẫu 9
nước uống thường cho thấy sự ô nhiễm phân, có nghĩa rằng có nguồn mầm bệnh nguy
hiểm lớn xuất hiện khi phát hiện có coliform tổng.
E. coli là nhóm nhỏ trong nhóm coliform phân. Hầu hết VK E. coli đều không
có hại và được tìm thấy với số lượng lớn trogn ruột người và động vật máu nóng. Tuy
nhiên, 1 vài loài có thể gây bệnh. sự hiện diện của E. coli trong mẫu nước cho thấy sự
ô nhiễm phân, có nghĩa ở đó có mức nguy hiểm lớn của mầm bệnh. 1 chú ý với E. coli:
sự bùng nổ E. coli bao phủ 1 vùng. Phần lớn sự bao phủ gây ra do 1 chuỗi VK E. coli
gọi là E. coli O157:H7. Khi mẫu nước được thông báo rằng có E.coli không có nghĩa
rằng có sự nguy hiểm và thực tế, nó có thể không xuất hiện. tuy nhiên, nó chỉ ra sự ô
nhiễm thời gian gần đây.
Nhóm vi khuẩn coliform chủ yếu bao gồm các giống như Citrobacter,
Enterobacter, Escherichia, Klebsiella và cả Fecal. Chỉ tiêu tổng coliform không thích
hợp để làm chỉ tiêu chỉ thị cho việc nhiễm bẩn nguồn nước bởi phân. Tuy nhiên việc
xác định số lượng Fecal coliform có thể sai lệch do có một số vi sinh vật (không có
nguồn gốc từ phân) có thể phát triển ở nhiệt độ 44oC. Do đó số lượng E. coli được coi
là một chỉ tiêu thích hợp nhất cho việc quản lý nguồn nước.
Fecal streptococci: nhóm này bao gồm các vi khuẩn chủ yếu sống trong đường
ruột của động vật như Streptococcus bovis và S. equinus; một số loài có phân bố rộng
hơn hiện diện cả trong đường ruột của người và động vật như S.faecalis và S.faecium
hoặc có 2 biotype (S. faecalis và liquefaciens và loại S.faecalis có khả năng thủy phân
tinh bột). Các loại biotype có khả năng xuất hiện cả trong nước ô nhiễm và không ô
nhiễm. Việc đánh giá số lượng Faecal streptococci trong nước thải được tiến hành
thường xuyên; tuy nhiên nó có các giới hạn như có thể lẫn lộn với các biotype sống tự
nhiên; F. streptococci rất dễ chết đối với sự thay đổi nhiệt độ. Các thử nghiệm về sau
vẫn khuyến khích việc sử dụng chỉ tiêu này, nhất là trong việc so sánh với khả năng
sống sót của Salmonella. Ở Mỹ, số lượng 200 F. coliform/100 mL là ngưỡng tới hạn
trong tiêu chuẩn quản lý các nguồn nước tự nhiên để bơi lội.
Clostridium perfringens: đây là loại vi khuẩn chỉ thị duy nhất tạo bào tử trong
môi trường yếm khí; do đó nó được sử dụng để chỉ thị các ô nhiễm theo chu kỳ hoặc
các ô nhiễm đã xảy ra trước thời điểm khảo sát do độ sống sót lâu của các bào tử.
Trong việc tái sử dụng nước thải chỉ tiêu này được đánh giá là rất hiệu quả, do các bào
tử của nó có khả năng sống sót tương đương với một số loại vi rút và trứng ký sinh
trùng.
Việc phát hiện, xác định từng loại vi sinh vật gây bệnh khác rất khó, tốn kém
thời gian và tiền bạc. Do đó để phát hiện nguồn nước bị ô nhiễm bởi phân người ta
dùng các chỉ định như là sự hiện diện của Fecal Coliforms, Fecal Streptocci, 10
Clostridium perfringens và Pseudomonas acruginosa. Cũng cần phải nói thêm rằng
mối quan hệ giữa sự chết đi của các vi sinh vật chỉ thị và vi sinh vật gây bệnh chưa
được thiết lập chính xác. Ví dụ khi người ta không còn phát hiện được Fecal Coliform
nữa thì không có nghĩa là tất cả các vi sinh vật gây bệnh đều đã chết hết. Trong quá
trình thiết kế các hệ thống xử lý các nhà khoa học và kỹ thuật phải hạn chế tối đa các
ảnh hưởng của chất thải tới sức khoẻ cộng đồng. Mỗi nước, mỗi địa phương thường có
những tiêu chuẩn riêng để kiểm tra khống chế. Khi kinh phí và điều kiện có giới hạn
người ta thường dùng chỉ tiêu E. coli hoặc Tổng Coliform để xác định chất lượng các
loại nước thải. Số lượng coliform hay E. coli được biểu diễn bằng số khả hữu MPN
(Most Probable Number).
Đôi khi chúng ta cần phải xác định là nguồn nước bị nhiễm bẩn bởi phân người
hay phân gia súc để có những biện pháp quản lý thích hợp. Khi đó người ta thường sử
dụng tỉ lệ Fecal coliform trên Fecal streptococci.
Tảo Chlorella sinh trưởng tốt trong các nguồn nước thải đã được nghiên cứu
trong giải COD dao động từ 200-700 mg/l. Trong các nghiên cứu tảo Chlorella phát
triển tốt nhất trong nước thải sinh hoạt với giải COD từ 200-400 mg/l, sinh khối đạt
400-1000mg tảo khô/sau 5-6 ngày. Tảo Chlorella thể hiện khả năng phân hủy COD và
BOD rất cao đối với nước thải sinh hoạt trong điều kiện nuôi trong các bể ở điều kiện
phòng thí nghiệm, COD giảm 84%, BOD giảm 90%. Tảo Chlorella có khả năng loại
bỏ N-NH4+, PO43-của nước thải sinh hoạt rất cao. Giá trị các chỉ số này trong nước
sau xử lý đạt TCVN 5942-1995 về nước mặt trong những thí nghiệm trong phòng thí
nghiệm. N-NH4+ giảm 99% ,PO43- giảm 98%. Tảo Chlorella có khả năng hấp thụ Cu
và Zn trong môi trường nước thải tổng hợp. Hiệu quả loại bỏ Cu đạt 94-95% sau 20
ngày và hiệu quả loại bỏ Zn đạt 97% sau 16 ngày.
Bèo dâu: cơ thể cộng sinh giữa tảo và dương xỉ, có khả năng hấp thụ Covà Eu
được hấp thụ đều nằm ở phần lá bèo. Vi khuẩn làm cố định đạm Nostoc và
Glocotrichia bón cho rau có tác dụng làm tăng sinh khối rau muống trong khi hàm
lượng đạm tổng số có mẫu thí nghiệm tương tự đối chứng các tảo này cũng làm tăng
năng suất của rau cải trồng trong dung dịch lên 10%.
II.1.2. Các quần xã chỉ thị
Hiện nay, để thấy được diễn biến chất lượng nước (các thành phần lý-hóa),
người ta quan tâm tới thu thập và phân tích các thông số về nơi cư trú của quần xã thực
vật bám (periphyton), động vật đáy cỡ lớn và cá. Nhiều nước đã đào tạo các nhà sinh
học động vật đáy thực nghiệm, có thể tích lũy các dẫn liệu cơ bản về động vật không
xương sống (KXS) đáy cỡ lớn và xem việc quan trắc sinh vật đáy là một biện pháp
đánh giá rất có nhiều tiện ích.