TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP HỒ CHÍ MINH KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH THÁI TRONG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN TẠI ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG GVHD PGS TS LÊ QUỐC TUẤN SVTH NGUYỄN THỊ TUYẾT HỒNG TP Hồ Chí Minh, tháng 09 năm 2017 i MỤC LỤC MỤC LỤC i DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH vi Chương 1 MỞ ĐẦU 1 Chương 2 TỔNG QUAN VỀ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI 2 2 1 Tổng quan về Đồng bằng sông Cửu Long 2 2 2 Tình hình nuôi trồng.
QUAN VỀ ĐỒNG BẰNG SÔNG CỬU LONG VÀ CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Tổng quan về Đồng bằng sông Cửu Long
Đồng bằng sông Cửu Long, một trong những đồng bằng lớn nhất Việt Nam, nằm ở hạ lưu sông Mê Kông với diện tích 4.055.400 ha và dân số 17.390.500 người Khu vực này có bờ biển dài trên 740 km và hải phận rộng 360.000 km², tiếp giáp với Campuchia, Đông Nam Bộ, biển Đông, Thái Bình Dương và vịnh Thái Lan Với đặc điểm ngập nước theo mùa và ngập mặn ven biển, hơn 90% diện tích đất tự nhiên ở đây mang lại lợi thế lớn cho phát triển kinh tế biển, khai thác và nuôi trồng thủy sản phục vụ nhu cầu tiêu dùng trong nước và xuất khẩu.
Tình hình nuôi trồng thủy sản tại Đồng bằng sông Cửu Long
Đồng bằng sông Cửu Long, vùng hạ lưu cuối cùng của sông Mê Kông, có diện tích gần 4 triệu ha và hàng năm nhận hơn 450 tỷ m³ nước từ sông Mê Kông cùng lượng mưa khoảng 2000mm Với nguồn nước ngầm phong phú và hệ thống kênh rạch chằng chịt, khu vực này trở thành một vùng đất ngập nước rộng lớn, tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển thủy sản.
Bảng 2.1: Hiện trạng diện tích nuôi trồng thủy sản toàn quốc giai đoạn 2001 - 2010 ĐVT: Ha
Vùng 2001 2005 2007 2008 2009 2010 Đồng bằng sông Hồng 85.600 107.800 117.200 121.200 124.900 127.571 Trung du miền núi phía Bắc 20.900 31.100 36.200 37.900 40.000 44.640
Bắc trung Bộ và duyên hải miền Trung 54.800 73.600 78.900 77.900 79.600 80.529 Tây Nguyên 5.700 8.300 9.300 10.700 11.100 19.150 Đông nam Bộ 41.500 51.800 53.400 52.700 51.500 54.680 Đồng bằng sông Cửu
( Nguồn: Tổng cục Thống kê, Sở NN&PTNT các tỉnh năm 2010)
Bảng 2.2: Hiện trạng sản lượng nuôi trồng thủy sản toàn quốc giai đoạn 2001 - 2010 Đvt: Tấn
Trung du miền núi phía Bắc 20.953 29.487 37.005 48.849 55.374 78.913
Bắc trung Bộ và duyên hải miền Trung 59.323 84.810 114.422 141.245 174.238 201.961 Tây Nguyên 8.012 10.958 11.344 13.017 16.122 18.864 Đông nam Bộ 45.259 62.376 78.138 89.412 91.308 104.943 Đồng bằng sông Cửu
(Nguồn: Tổng cục Thống kê, Sở NN&PTNT các tỉnh 2010)
Trong những năm gần đây, nuôi trồng thủy sản ở Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) đã phát triển mạnh mẽ nhờ tiềm năng đất ngập nước, với diện tích và sản lượng tăng nhanh chóng Cụ thể, năm 2001, diện tích nuôi trồng thủy sản đạt 546.800 ha, sản lượng đạt 444.394 tấn Đến năm 2003, diện tích này đã tăng lên 679.900 ha với sản lượng 634.798 tấn Đến năm 2010, diện tích nuôi trồng thủy sản đạt 769.048 ha, sản lượng lên tới 1.945.930 tấn, chiếm hơn 70,94% tổng sản lượng nuôi trồng thủy sản toàn quốc.
Nguồn gốc, thành phần và tác động tới môi trường của nước thải nuôi trồng thủy sản
Có 2 nguyên nhân chính gây ô nhiễm môi trường nước nuôi trồng thủy sản
- Do ảnh hưởng của nguồn nước thải công nghiệp
- Nguồn nước thải sinh hoạt
- Chất thải, xác vật nuôi
Hình 2.1: Hoạt động phát sinh nguồn thải gây ô nhiễm môi trường nước
2.3.2 Thành phần nước thải nuôi trồng thủy sản
Các hoạt động nuôi trồng thủy sản ở ĐBSCL đã tạo ra nhiều loại chất thải, bao gồm chất thải rắn, lỏng và khí, gây ô nhiễm môi trường Nguồn thải chính là bùn thải từ nuôi tôm công nghiệp, nuôi tôm thâm canh và nuôi cá tra công nghiệp, chứa thức ăn dư thừa thối rữa, hóa chất, thuốc kháng sinh, khoáng chất như Diatomit, Dolomit, lưu huỳnh, cùng với các chất độc hại từ đất phèn.
Lớp bùn trong các đầm, ao nuôi trồng thủy sản chủ yếu bao gồm các chất hữu cơ như prôtêin, lipids, axit béo với công thức chung CH3(CH2)nCOOH, photpholipids và sterol Những thành phần này đóng vai trò quan trọng trong quá trình phát triển và duy trì hệ sinh thái nước.
Vitamin D3, các hormone, carbohydrate, khoáng chất và vitamin có vai trò quan trọng trong môi trường nuôi trồng thủy sản Lớp bùn dưới nước thường trong tình trạng ngập nước và yếm khí, tạo điều kiện cho vi sinh vật yếm khí phát triển, phân hủy các hợp chất và sản sinh ra các chất độc hại như hydrosulphua (H2S) và amonia (NH3), gây nguy hiểm cho tôm cá Khí H2S có thể gây sốc và chết tôm, trong khi amonia từ phân hủy thức ăn tồn dư làm giảm độ pH của nước và ức chế sự phát triển của thực vật phù du Môi trường ô nhiễm khiến tôm cá dễ mắc bệnh, dẫn đến việc người nuôi sử dụng nhiều thuốc và hóa chất Các sản phẩm hóa chất như thuốc diệt nấm, khử trùng, diệt tảo, trừ cỏ, trừ sâu, diệt ký sinh trùng và kháng sinh được sử dụng rộng rãi trong nuôi trồng thủy sản, nhưng chính những hóa chất này lại góp phần làm ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng.
Sử dụng đúng các hóa chất trong bảo vệ sức khỏe động vật thủy sản là rất quan trọng, nhưng lạm dụng chúng có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng Điều này không chỉ tạo ra rủi ro cho người lao động mà còn dẫn đến tồn dư chất độc trong sản phẩm thủy sản, gây hại cho người tiêu dùng và làm giảm giá trị thương phẩm Hơn nữa, việc lạm dụng hóa chất còn tạo ra các chủng vi khuẩn kháng thuốc, làm giảm hiệu quả trong điều trị bệnh.
Hình 2.2: Nông dân xã Lương Thế Trân, huyện Cái Nước xử lý nguồn nước đọng, ô nhiễm ở đáy ao, chuẩn bị vụ tôm công nghiệp mới
Tóm lại, các chất ô nhiễm chủ yếu trong nước thải NTTS bao gồm:
- Các bon hữu cơ (gồm thức ăn, phân bón, chế phẩm sinh học )
- Nitơ được phân huỷ từ các prôtêin
- Phốt pho phân huỷ từ các prôtêin
Bảng 2.3: Thành phần nước thải nuôi cá tại Ô Môn, Cần thơ
STT Thông số Đơn vị Nồng độ QCVN 02-19
(Nguồn: Hội thảo: “Quản lý và xử lý ao nuôi thủy sản”, Sở TN MT An Giang, 8/2007)
2.3.3 Tác động tới môi trường
Nước thải chứa nhiều hợp chất nitơ, photpho và dinh dưỡng, tạo điều kiện cho vi khuẩn phát triển mạnh Sự hiện diện của carbonic và chất hữu cơ làm giảm lượng ôxy hòa tan, đồng thời tăng BOD, COD, sulfit hydrorgen, ammoniac và methan trong nước tự nhiên Ngoài ra, nuôi tôm còn gây ra hiện tượng lắng đọng bùn ở các khu vực lân cận như rừng ngập mặn và những vùng nước tù.
Sự tích tụ chất hữu cơ nặng trong ao nuôi vào cuối vụ đã dẫn đến hiện tượng tự ô nhiễm nghiêm trọng Đồng thời, việc rò rỉ nước thải và nước ao nuôi cũng gây ra hiện tượng mặn hóa đất nông nghiệp và ảnh hưởng đến nguồn nước ngầm xung quanh.
Việc nuôi tôm cá tập trung thường dẫn đến tình trạng thải chất thải hữu cơ, chất độc vi sinh và chất thải sinh hoạt, gây suy thoái môi trường, bùng phát dịch bệnh và giảm đa dạng sinh học Nếu không được xử lý đúng cách, chất thải từ nuôi trồng thủy sản sẽ gây ô nhiễm đất và nguồn nước, ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái ven biển và các hoạt động kinh tế khác trong khu vực Do đó, xử lý nước trong quá trình nuôi trồng thủy sản là cần thiết và có ý nghĩa quan trọng để bảo vệ môi trường.
Các biện pháp xử lý
2.4.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học
Phương pháp xử lý cơ học được áp dụng để tách các chất không hòa tan và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải Các công trình xử lý cơ học bao gồm nhiều thiết bị và quy trình khác nhau nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải.
Phương pháp xử lý cơ học có khả năng loại bỏ tới 60% tạp chất không hòa tan trong nước thải và giảm BOD đến 30% Để nâng cao hiệu quả xử lý, các công trình có thể áp dụng biện pháp thoáng sơ bộ và thoáng gió đông tụ sinh học, giúp đạt hiệu suất xử lý lên tới 75% về hàm lượng chất lơ lửng và 40-50% về BOD.
Các công trình xử lý cơ học bao gồm bể tự hoại, bể lắng hai vỏ và bể lắng có ngăn phân hủy, đều có chức năng lắng và phân hủy cặn lắng hiệu quả.
2.4.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý
Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý sử dụng các phản ứng vật lý và hóa học để loại bỏ tạp chất Các chất phản ứng được đưa vào nước thải nhằm tạo ra các biến đổi hóa học, hình thành cặn hoặc chất hòa tan không độc hại, giúp giảm thiểu ô nhiễm môi trường Giai đoạn xử lý hóa lý có thể được thực hiện độc lập hoặc kết hợp với các phương pháp cơ học, hóa học, và sinh học trong công nghệ xử lý nước thải toàn diện.
2.4.3 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
Phương pháp xử lý sinh học sử dụng vi sinh vật để phân hủy chất bẩn hữu cơ trong nước thải, bằng cách khai thác khả năng sống và hoạt động của chúng Các vi sinh vật này tiêu thụ hợp chất hữu cơ và khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng, từ đó tạo ra năng lượng và tăng sinh khối thông qua quá trình dinh dưỡng Quá trình phân hủy chất hữu cơ do vi sinh vật thực hiện được gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa, và phương pháp này có thể diễn ra trong điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí.
2.4.3.1 Hệ thống xử lý bằng phương pháp hiếu khí
Hệ thống xử lý nước thải sử dụng các tác nhân như vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm và một số vi sinh vật bậc thấp, thường được thực hiện qua bể thông khí sinh học hoặc đĩa lọc sinh học Ưu điểm của hệ thống này bao gồm thời gian xử lý nhanh chóng, khả năng phân hủy triệt để các chất ô nhiễm, xử lý hiệu quả khối lượng lớn nước thải có nồng độ ô nhiễm cao, tiết kiệm diện tích đất và dễ dàng kiểm soát mùi Tuy nhiên, chi phí xây dựng, lắp đặt thiết bị và vận hành của hệ thống này lại khá cao.
2.4.3.2 Hệ thống xử lý bằng phương pháp kỵ khí
Phương pháp sử dụng vi sinh vật kỵ khí để phân huỷ chất ô nhiễm hữu cơ là một giải pháp hiệu quả, nhưng không phù hợp cho xử lý ô nhiễm trong nuôi trồng thuỷ sản do chi phí xây dựng cao Dù vậy, hệ thống này mang lại lợi ích trong việc giải phóng nitơ, giúp giảm ô nhiễm NO3- (nitrat) cho nguồn nước mặt và nước ngầm.
2.4.3.3 Hệ thống làm sạch nước thải trong điều kiện tự nhiên
Hồ sinh học, hay còn gọi là hồ ôxy hóa và hồ chứa lắng, là hệ thống gồm từ 3 đến 5 hồ liên tiếp Trong các hồ này, nước thải được xử lý và làm sạch qua quá trình tự nhiên nhờ vào sự hoạt động của tảo và vi khuẩn Hồ sinh học bao gồm nhiều loại hồ khác nhau, mỗi loại đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện chất lượng nước.
- Hồ hiếu khí tự nhiên
- Hồ thông khí nhân tạo hay còn gọi là hồ được sục khí
Phương pháp xử lý sinh học là giải pháp hiệu quả để làm sạch hoàn toàn nước thải chứa chất hữu cơ hòa tan hoặc phân tán nhỏ Phương pháp này thường được sử dụng để loại bỏ các chất thô trong nước thải, đảm bảo nước được xử lý đạt tiêu chuẩn an toàn.
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH THÁI TRONG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN
Khái niệm công nghệ sinh thái
Công nghệ sinh thái trong nuôi trồng thủy sản áp dụng các mô hình sinh thái để tối ưu hóa quy trình nuôi trồng và xử lý nước thải, nhằm duy trì cân bằng sinh thái và bảo vệ môi trường.
Mô hình nuôi trồng sinh thái
3.2.1 Nuôi thủy sản kết hợp với các loại thân mềm
Việc sử dụng các loại thân mềm nhằm loại bỏ chất ô nhiễm thông qua quá trình chuyển hóa vật chất trong hệ sinh thái, chủ yếu dựa vào chuỗi thức ăn Thực vật, như tảo, thực vật phù du, rong câu và các loài thực vật ngập mặn, đóng vai trò là sinh vật hấp thụ dinh dưỡng như nitơ, phốt pho và cacbon để tổng hợp chất hữu cơ và tăng sinh khối Tiếp theo trong chuỗi thức ăn là động vật bậc 1, cụ thể là động vật ăn thực vật như ngao, vẹm và hàu, chúng tiêu thụ thực vật phù du và cải thiện điều kiện trầm tích đáy.
Nghiên cứu của Nunes và Parsons (1998) cho thấy một con vẹm có khả năng lọc từ 2 – 5 lít nước mỗi giờ, trong khi một chuỗi vẹm có thể lọc tới 90.000 lít nước mỗi ngày Bên cạnh đó, Jakob (1993) đã chỉ ra rằng sò (Crassostrea virginica) có thể phát triển nhanh khi được nuôi trong nước thải từ nuôi tôm, với mức tăng trưởng từ 0,04g lên 55g chỉ sau 4 tháng Nghiên cứu này khẳng định rằng nước thải từ nuôi tôm công nghiệp hoặc bán công nghiệp có thể đáp ứng nhu cầu tăng trưởng của sò, giúp cải thiện thu nhập cho người nuôi trong khi vẫn thực hiện chức năng xử lý nước thải.
Người dân đã sử dụng vẹm xanh (Perna viridis) bám trên các thanh tre để thả vào khu vực nước thải từ các trại nuôi tôm ra vịnh Thái Lan.
Nghiên cứu cho thấy trai và sò là hai loại động vật thân mềm có khả năng lọc hút hiệu quả các chất dinh dưỡng trong nước, đồng thời chịu được hàm lượng cao các chất hữu cơ Do đó, việc nuôi trai và sò trong các kênh nước thải của vùng nuôi tôm tập trung hoặc kết hợp nuôi trong các vuông tôm sẽ mang lại lợi ích kép Hình thức nuôi kết hợp này không chỉ tạo ra hai loại sản phẩm với năng suất cao mà còn góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường trong các khu vực nuôi tôm.
Hình 3.1: Hệ thống xử lý nước thải trong ao với bể hàu
3.2.2 Nuôi bán thâm canh kết hợp với trồng lúa
Ngày nay, áp lực từ sản xuất nông nghiệp thâm canh và việc sử dụng thuốc bảo vệ thực vật quá mức đã dẫn đến sự cạn kiệt nguồn lợi cá đồng tự nhiên Các biện pháp như đê bao khép kín để phòng chống triều cường, cùng với khai thác quá mức bằng nhiều hình thức, kể cả việc sử dụng thuốc độc và xung điện, đã làm tình hình trở nên nghiêm trọng hơn.
Việc chuyển đổi cơ cấu sản xuất nông nghiệp và xây dựng hệ thống sản xuất tại các vùng thường xuyên ngập nước, cũng như áp dụng mô hình cấy lúa mùa 1 - 2 vụ, là rất cần thiết để nâng cao hiệu quả kinh tế của nông hộ và cải thiện môi trường sinh thái.
Quá trình nuôi thực tế cho thấy mô hình luân canh tôm - lúa giúp cả hai loại cây phát triển tốt Sau khi nuôi tôm, việc trồng lúa sẽ tận dụng chất thải hữu cơ từ ao tôm, làm cho đất ruộng trở nên màu mỡ, giảm thiểu lượng phân bón cần thiết Để bảo vệ tôm, người nuôi cần áp dụng biện pháp phòng bệnh tổng hợp và hạn chế sử dụng thuốc bảo vệ thực vật, giảm từ 70-80% Nhờ đó, mô hình này không chỉ có chi phí thấp mà còn mang lại lợi nhuận cao hơn.
Nuôi tôm sau vụ lúa giúp khoáng hóa nền đáy ao, giảm độc tố và ngăn chặn lão hóa do ngập mặn kéo dài Điều này cắt giảm mầm bệnh, tạo môi trường ổn định cho tôm, giảm nhu cầu sử dụng thuốc và hóa chất, từ đó giảm chi phí sản xuất và tăng lợi nhuận.
Hệ thống canh tác tôm - lúa mang lại lợi ích quan trọng bằng cách hạn chế sử dụng hóa chất độc hại, tối ưu hóa việc sử dụng tài nguyên nước theo từng mùa và điều kiện tự nhiên Mô hình này không chỉ tạo ra sản phẩm sạch, đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm mà còn tuân thủ quy trình sản xuất nông nghiệp tốt, từ đó nâng cao giá trị hàng hóa cho tôm và lúa, đồng thời tăng cường tính bền vững của mô hình canh tác.
Hình 3.2: Mô hình luân canh tôm lúa
Mô hình canh tác cá - lúa, tương tự như mô hình tôm lúa, là một hệ thống sản xuất mới, trong đó cá giống được thả vào ruộng với cơ cấu phù hợp và được chăm sóc quản lý một cách hiệu quả.
Mô hình này thực hiện trong thời gian gieo sạ, thả cá vào ao ương bên cạnh với thức ăn công nghiệp Sau khoảng một tháng tuổi, cá sẽ được thả vào ruộng đang bắt đầu đẻ nhánh, từ đó chúng sẽ tự sinh trưởng nhờ vào thức ăn tự nhiên.
Mô hình kết hợp nuôi cá và trồng lúa tạo ra một hệ sinh thái khép kín, giúp giảm thiểu việc sử dụng hóa chất và phân bón, đồng thời nâng cao năng suất lúa và tốc độ phát triển của cá Qua đó, mô hình không chỉ tăng hiệu quả sản xuất trên mỗi đơn vị diện tích mà còn tạo thêm thu nhập cho người dân trong mùa lũ Sản phẩm từ mô hình này đảm bảo an toàn cho sức khỏe con người và môi trường, mở ra triển vọng nâng cao thu nhập cho nông dân vùng lũ và cải thiện môi trường sinh thái Do đó, cần nhân rộng mô hình này để cải thiện đời sống nông hộ, góp phần xóa đói giảm nghèo và xây dựng nông thôn mới.
Hình 3.3: Mô hình canh tác cá lúa
Hiện nay, vùng Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) có 8 tỉnh áp dụng mô hình canh tác cá - lúa và luân canh lúa - tôm, bao gồm Cần Thơ, Trà Vinh, Bạc Liêu, Sóc Trăng, Cà Mau, Bến Tre, Kiên Giang và Long An, với tổng diện tích khoảng 120.000 ha Trong số này, Kiên Giang có diện tích lớn nhất, khoảng 60.000 ha Mô hình tôm - lúa mang lại lợi nhuận từ 10 - 30 triệu đồng/ha, trong đó lợi nhuận từ nuôi tôm khoảng 23 - 27 triệu đồng/ha và từ trồng lúa khoảng 3 - 7 triệu đồng/ha Đối với nuôi cá, lợi nhuận đạt khoảng 17 - 20 triệu đồng/ha.
3.2.3 Đưa thực vật thủy sinh vào hệ thống nuôi trồng thủy sản
Nghiên cứu gần đây cho thấy thực vật thủy sinh như lục bình, lau, sậy, cỏ vertiver và một số loại tảo có khả năng loại bỏ các hợp chất hữu cơ và vô cơ trong nước thải Hệ thống ao nuôi liên hoàn kết hợp với thực vật thủy sinh giúp giảm đáng kể lượng chất thải, đặc biệt là NH4+, từ các ao nuôi.
Thực vật thủy sinh phát triển nhanh trong bể nước, và khi cá trưởng thành, chúng sẽ được chuyển sang ô bên cạnh để tránh ăn rễ cây Sự tuần hoàn nước giữa các ao nuôi động vật và thực vật thủy sinh giúp giảm thiểu việc thay nước, từ đó hạn chế sự lây lan dịch bệnh trong các khu vực nuôi thủy sản tập trung.
Hình 3.4:Mô hình thí nghiệm đưa thực vật thủy sinh vào ao nuôi
Hình 3.5:Mô hình trên lý thuyết đưa thực vật thủy sinh vào ao nuôi
Sử dụng chế phẩm sinh học
Chế phẩm sinh học là sản phẩm chứa vi khuẩn sống, giúp cải thiện sức khỏe cho con người và vật nuôi Trong nuôi trồng thủy sản, chúng được sử dụng để cải thiện môi trường nước và tăng cường sức khỏe cho tôm, cá nuôi.
3.3.1 Thành phần, hình thức, chủng loại của chế phẩm sinh học
Thành của chế phẩm sinh học:
Chế phẩm sinh học chủ yếu bao gồm vi khuẩn có lợi và các chất dinh dưỡng cần thiết để nuôi dưỡng chúng Các vi khuẩn này được phân lập từ nhiều nguồn như nước biển và rác thải, bao gồm các loài như Bacillus sp, Nitrosomonas và Nitrobacter Bên cạnh đó, các chất dinh dưỡng như đường, muối canxi và muối magie cũng đóng vai trò quan trọng Một số chế phẩm còn chứa các enzyme như protease, lipase và amylase, giúp hỗ trợ tiêu hóa và cải thiện khả năng hấp thu thức ăn.
Hình thức của chế phẩm sinh học:
Các chế phẩm sinh học có 02 dạng, dạng nước và dạng bột Thông thường, dạng bột có mật số vi khuẩn có lợi cao hơn so với dạng nước
Chủng loại của chế phẩm sinh học:
Có 02 loại, loại thứ nhất dùng để xử lý môi trường (loài vi khuẩn chủ yếu là Bacillus sp) và loại thứ hai là dùng trộn vào thức ăn cho tôm cá (loài vi khuẩn chủ yếu là Lactobacillus)
3.3.2 Tác dụng của chế phẩm sinh học
Làm sạch đáy ao nuôi bằng cách phân hủy các chất hữu cơ như thức ăn thừa, mùn bã hữu cơ và chất thải từ động vật thủy sản giúp duy trì sự tơi xốp cho đáy ao Việc này không chỉ ngăn ngừa tình trạng trơ đáy ao mà còn cải thiện môi trường sống cho các loài thủy sản qua các vụ nuôi.
- Giúp ổn định tảo và tạo được màu nước tốt cho ao nuôi là màu vỏ đậu xanh hoặc màu lá chuối non
- Chuyển hóa các khí độc gây độc cho cá như NH3, NO2, H2S… trong ao nuôi sang dạng không độc
Chế phẩm sinh học giúp ổn định pH và màu nước bằng cách hấp thu chất dinh dưỡng hòa tan, từ đó hạn chế sự phát triển của tảo Điều này không chỉ giảm chi phí xử lý nước trong quá trình nuôi trồng thủy sản mà còn tăng cường lượng oxy hòa tan, góp phần vào sức khỏe và sự phát triển của động vật thủy sản.
3.3.3 Một số chế phẩm sinh học dùng trong nuôi trồng thủy sản
3.3.3.1 Probiotic trong nuôi trồng thủy sản
Hình 3.8: Chế phẩm Bio-Probiotic
Tình trạng ô nhiễm môi trường trong nuôi trồng thủy sản đang trở nên nghiêm trọng do sự tích tụ của chất hữu cơ từ thức ăn thừa, phân và rác thải dưới đáy ao Các hóa chất và kháng sinh không được xử lý cũng góp phần vào ô nhiễm Lớp bùn đáy, hình thành từ cặn bã và chất hữu cơ, tạo điều kiện cho vi sinh vật gây thối và sinh ra các khí độc như amôniắc, nitrit, hydrogen, và sunphua Đồng thời, các vi sinh vật gây bệnh như Vibrio, Aeromonas, Ecoli, Pseudomonas, Proteus, Staphylococcus, cùng nhiều loại nấm và nguyên sinh động vật cũng phát triển trong môi trường ô nhiễm này.
Các vi sinh vật gây bệnh thường là một phần của hệ sinh vật bình thường trong môi trường như nước biển, ao hồ và sông rạch Chúng được coi là tác nhân gây bệnh thứ cấp hoặc gây bệnh cơ hội Khi sự cân bằng của hệ vi sinh vật trong ao nuôi bị phá vỡ, các vi sinh vật có hại sẽ phát triển mạnh mẽ và kết hợp với các yếu tố có hại khác, dẫn đến bệnh tật cho tôm cá.
Theo một số những công trình công bố gần đây, trong nuôi trồng thủy sản, cơ chế hoạt động của vi khuẩn Probiotics có thể theo các khía cạnh:
- Cạnh tranh loại trừ vi khuẩn gây bệnh hoặc tạo ra hoạt chất ức chế sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh
- Cung cấp chất dinh dưỡng cần thiết để tăng cường dinh dưỡng cho vật nuôi
- Cung cấp men tiêu hóa để gia tăng quá trình tiêu hóa ở vật nuôi
- Trực tiếp hấp thụ hoặc phân hủy vật chất hữu cơ hoặc chất độc trong nước cải thiện chất lượng nước
- Thay đổi quá trình trao đổi chất của vi khuẩn và/ hoặc kích thích hệ miễn dịch của vật chủ
Việc sử dụng chế phẩm sinh học để giảm thiểu việc dùng kháng sinh trong phòng và trị bệnh thủy sản là xu hướng đúng đắn, giúp ngăn ngừa sự phát triển của các dòng vi khuẩn kháng thuốc, từ đó bảo vệ sức khỏe vật nuôi và con người Tuy nhiên, hiệu quả của chế phẩm sinh học phụ thuộc vào nhiều yếu tố, trong đó tính năng của các dòng vi khuẩn là yếu tố quan trọng nhất Hiện tại, hiệu quả của probiotics chỉ được xác nhận trong các điều kiện môi trường được kiểm soát tốt như phòng thí nghiệm hoặc trại sản xuất giống, trong khi ở các ao nuôi ngoài trời với điều kiện môi trường biến động lớn, hiệu quả của probiotics vẫn chưa được chứng minh rõ ràng.
Tác dụng của men vi sinh:
Các lợi ích mang lại khi sử dụng men vi sinh gồm một hay nhiều điểm sau đây:
- Làm ổn định chất lượng nước và nền đáy trong ao nuôi tôm, cá
- Nâng cao sức khoẻ và sức đề kháng của tôm, cá
- Giảm thiểu ô nhiễm môi trường ao nuôi và xung quanh do nuôi thuỷ sản gây nên
- Nâng cao hiệu quả sử dụng thức ăn
Hình 3.9: Hình ảnh một số vi khuẩn trong men vi sinh
3.3.3.3 Chế phẩm EM trong nuôi trông thủy sản
Nhóm vi sinh vật trong chế phẩm EM
- Nhóm vi khuẩn quang hợp: Rhodopreudomonas
- Nhóm nấm: Aspergillus và Penicillium
Nhóm vi sinh vật này đóng vai trò quan trọng trong việc "tiêu thụ" các chất hữu cơ phát sinh từ quá trình sinh trưởng và phát triển của vật nuôi trong ao hồ Điều này giúp duy trì môi trường sống trong sạch và cân bằng sinh thái.
EM có khả năng phân giải các chất hữu cơ hòa tan và không hòa tan từ chất thải của tôm và thức ăn thừa ở đáy ao nuôi, giúp duy trì chất lượng nước và màu nước ổn định Ngoài ra, EM còn ức chế sự phát triển của vi sinh vật gây bệnh Đặc biệt, EM chỉ hoạt động hiệu quả trong môi trường nước, nơi các enzym được kích hoạt và bắt đầu quá trình phân giải mạnh mẽ khi tiếp xúc với nước.
Quá trình phân giải tạo ra các cơ chất nuôi dưỡng cho các chủng Rhodopseudomonas và Lactobacillus, giúp chúng phát triển nhanh chóng và phân hủy các chất thải, chất lơ lửng Kết quả là các chất này lắng xuống đáy ao, giữ cho môi trường nuôi trong sạch Quá trình này diễn ra liên tục theo chu kỳ khép kín, mang lại lợi ích tích cực cho môi trường nuôi trồng.
Hình 3.11: Một số vi khuẩn trong chế phẩm EM
Việc áp dụng chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thủy sản đã mang lại hiệu quả cao, đặc biệt là mô hình nuôi tôm quảng canh cải tiến tại xã Định Thành, Bạc Liêu Mô hình này, được triển khai từ năm 2012 thông qua sự phối hợp giữa Trung tâm Ứng dụng tiến bộ khoa học công nghệ tỉnh và Phòng nông nghiệp và phát triển nông thôn huyện Đông Hải, đã mở rộng diện tích lên 337,2ha Sau mỗi vụ thu hoạch, năng suất bình quân đạt 275kg/ha/6 tháng, tăng từ 30 - 50kg so với năm đầu thực hiện dự án (2012 - 2013), mang lại lợi nhuận gần 40 triệu đồng/ha/năm.
3.3.4 Ưu, nhược điểm của chế phầm sinh học trong nuôi trồng thủy sản Ưu điểm
Các vi sinh vật nhỏ có khả năng sinh sản nhanh chóng trong điều kiện thuận lợi, điều này làm cho việc ứng dụng chúng trong nuôi trồng thủy sản trở nên hiệu quả và tiện lợi.
- Việc sử dụng chế phẩm sinh học sẽ hạn chế được việc dùng các loại hóa chất trong nuôi thủy sản, hạn chế gây ô nhiễm môi trường nước
- Tác động chậm hơn so với việc dùng hóa chất
- Phải tạo điều kiện thuận lợi như nhiệt độ, độ ẩm cho các chủng vi sinh vật phát triển.
ỨNG DỤNG ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NUÔI TRỒNG THỦY SẢN
Khái niệm và phân loại đất ngập nước
4.1.1 Khái niệm Đất ngập nước (wetland) được hiểu là phần đất có chứa nước trong đất thường xuyên ở dạng bão hoà hoặc cận bão hòa Trong thiên nhiên, đất ngập nước hiện diện ở các vùng trũng thấp như các cánh đồng lũ, đầm lầy, ao hồ, kênh rạch, ruộng nước, vườn cây, rừng ngập nước mặn hoặc nước ngọt, các cửa sông tiếp giáp với biển Đất ngập nước tham gia tích cực vào chu trình thủy văn và có khả năng xử lý chất thải qua quá trình tự làm sạch bằng các tác động lý hóa và sinh học phức tạp
Việc xử lý nước thải qua đất ngập nước tự nhiên thường gặp khó khăn do tốc độ chậm và khó kiểm soát Để khắc phục vấn đề này, các nhà khoa học đã đề xuất xây dựng các khu xử lý nước thải qua đất, gọi là khu đất ngập nước kiến tạo (constructed wetland) Hệ thống này được thiết kế để hoạt động hiệu quả hơn trong việc xử lý nước thải, giảm diện tích cần thiết và cho phép quản lý quy trình vận hành một cách đơn giản.
Đất ngập nước kiến tạo là hệ thống kỹ thuật được thiết kế để tận dụng các quá trình tự nhiên của thực vật, đất và vi sinh vật nhằm xử lý nước thải Hệ thống này cải tiến hiệu quả xử lý so với các quy trình tự nhiên trong đất ngập nước, mang lại lợi ích môi trường và tiết kiệm chi phí.
Có 2 kiểu phân loại đất ngập nước kiến tạo cơ bản theo hình thức chảy: loại chảy mặt (Surface flow wetland) và loại chảy ngầm (Sub-surface flow wetland –
Hệ thống xử lý nước thải mặt (SSFW) có chi phí thấp hơn và khả năng điều hòa nhiệt độ khu vực tốt hơn so với hệ thống chảy ngầm, nhưng hiệu quả xử lý kém hơn, chiếm nhiều diện tích đất và có thể gây ra vấn đề về muỗi và côn trùng Đất ngập nước chảy ngầm được chia thành hai loại: chảy ngang và chảy thẳng đứng Việc lựa chọn kiểu chảy phù hợp phụ thuộc vào địa hình và năng lượng của máy bơm, và đôi khi cả hai hình thức xử lý được kết hợp với nhau.
Hình 4.1: Phân loại công nghệ đất ngập nước
Hình 4.2 : Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy theo chiều ngang (vẻ lại theo
Hình 4.3: Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo chiều đứng
Một số thực vật dùng trong hệ thống đất ngập nước
4 Vai trò của thực vật trong hệ thống đất ngập nước
Có hàng trăm loài thực vật ngập nước khác nhau, và việc ứng dụng chúng trong các hệ thống mô phỏng đất ngập nước để xử lý nước thải phụ thuộc vào đặc điểm thích nghi của từng loài Những loài thực vật này cần được trồng ở vùng đất ngập nước và phải chịu đựng các thông số cực hạn về hóa học đất cũng như nước, bao gồm cả nước thải.
Hàm lượng Oxygen (với môi trường chủ yếu là kỵ khí, có mặt H2S)
Thành phần độc tính của nước thải (phenol, chất hoạt động bề mặt, thuốc bảo vệ thực vật, kim loại nặng, v.v… )
Độ mặn ảnh hưởng đến khả năng sinh trưởng của thực vật đầm lầy, nhưng hầu hết các loài thực vật này có thể thích ứng với điều kiện yếm khí trong đất Chúng điều chỉnh quá trình thu nhận không khí vào rễ trong môi trường nước Nhiều thí nghiệm thực tế đã xác định được hàng chục loài thực vật có khả năng thích nghi với những điều kiện này.
Bảng 4.1: Các loài thực vật được sử dụng phổ biến để xử lý nước thải trong các hệ thống mô phỏng ngập nước
Giá trị pH tối ưu: 2 – 8
Ngưỡng chịu đựng độ mặn: < 45g/l
Typha latifolia Phân bố toàn cầu
Giá trị pH tối ưu: 4 – 10
Ngưỡng chịu đựng độ mặn: < 1g/l
Typha angustifolia Phân bố toàn cầu
Giá trị pH tối ưu: 4 – 10
Ngưỡng chịu đựng độ mặn: 15 – 30 g/l
Scripus sp (cây cỏ nến) Phân bố toàn cầu
Giá trị pH tối ưu: 4 – 9
Juncus sp (cây bấc, cây cói)
Giá trị pH tối ưu: 5 – 7.5
Ngưỡng chịu đựng độ mặn: 0 – 25 g/l, tùy vào loài
Carex sp (cây cói túi, cây lách)
Giá trị pH tối ưu: 5 – 7.5
Ngưỡng chịu đựng độ mặn: < 0.5g/l.
Các yêu cầu đối với phương pháp xử lý nước thải trong đất ngập nước
Nước thải đưa vào cánh đồng ngập nước cần tuân thủ các tiêu chuẩn sau: pH từ 6,5 đến 8,5, cặn lơ lửng dưới 150 mg/l, BOD5 dưới 150 mg/l, tổng muối không hòa tan không vượt quá 5g/l, và không được chứa các chất độc hại hay dầu mỡ.
Nước thải chứa nhiều trứng giun, sán và vi khuẩn gây bệnh cần được khử trùng trước khi xử lý Đối với nước thải có nồng độ chất ô nhiễm vượt mức cho phép, cần thực hiện xử lý sơ bộ để đảm bảo an toàn.
Trong quá trình vận hành, cần kiểm tra các thông số quan trọng như BOD, tổng nitơ (N), tổng photpho (P), chỉ số E.coli, lưu lượng nước thải, sự hiện diện của các loại thực vật bậc cao, hệ động vật đất và năng suất cây trồng.
Việc lựa chọn loại cây phù hợp rất quan trọng, phụ thuộc vào các yếu tố như khả năng xử lý nước thải sinh hoạt, giá trị thẩm mỹ, lợi ích kinh tế, tính sẵn có và khả năng tái sử dụng.
Trường Đại học Cần Thơ đã thực hiện khảo sát khả năng xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải từ ao nuôi cá nước ngọt bằng biện pháp đất ngập nước kiến tạo kiểu chạy ngầm nằm ngang từ năm 2003 đến nay Mô hình này cho thấy hiệu quả trong việc xử lý nước thải thông qua hệ thống đất ngập nước dòng chảy ngầm, góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng nước.
Các yếu tố ảnh hưởng
Chế độ dòng chảy là một nhân tố rất quan trọng trong hệ thống ĐNN nhân tạo, nó ảnh hưởng đến thời gian lưu nước, mực nước…
Sự thay đổi thời gian lưu nước hoặc chiều sâu mực nước có thể ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả xử lý
4.4.2 Chất lượng nước đầu vào
Chất lượng nước kém có thể gây tắc nghẽn hệ thống đất ngập nước nhân tạo, dẫn đến mùi hôi khó chịu và ảnh hưởng tiêu cực đến hiệu quả xử lý của hệ thống này.
Nước thải đưa vào đất ngập nước cần tuân thủ các tiêu chuẩn về pH từ 6,5 đến 8,5, cặn lơ lửng dưới 150 mg/l, BOD5 dưới 150 mg/l, tổng muối không hòa tan dưới 5g/l, và không được chứa các chất độc hại hay dầu mỡ.
4.4.3 Tái sử dụng nước nhằm hạn chế xả thải vào nguồn
Nước thải từ trại nuôi có thể được thu gom và sử dụng để tưới tiêu cho đồng cỏ và cây trồng, giúp nâng cao năng suất hoa màu mà không gây ô nhiễm cho các khu vực nuôi tôm, cá.
Thu sinh khối từ thực vật trong hệ thống nhằm khép kín vòng tuần hoàn vật chất, giảm phát sinh chất thải rắn
Bên cạnh việc xử lý được nước thải chúng ta còn thu được sinh khối của các thực vật này Ví dụ:
Cỏ Vetiver sau khi phát triển cao, ta có thể cắt bớt phần lá, có thể làm mỹ nghệ hoặc làm lá lợp mái, làm chất đốt
Thân và lá cỏ vetiver có thể được sử dụng làm lớp thảm thực vật quanh tán cây để giữ ẩm, diệt cỏ dại và bảo vệ đất dưới chuồng nuôi gia súc Tuy nhiên, khi sử dụng thảm thực vật để xử lý nước thải, cần lưu ý rằng các chất ô nhiễm sẽ tích tụ trong cây theo thời gian, làm giảm khả năng hút của chúng Khi cây chết, chất ô nhiễm sẽ trở lại môi trường Do đó, cần có giải pháp thu hoạch sinh khối thực vật để tạo thêm thu nhập và thay thế cây mới, vì cây mới có khả năng hút chất ô nhiễm tốt hơn.
Dự trữ dinh dưỡng
Các cơ chế chuyển hóa chính của chất dinh dưỡng bao gồm các quá trình vi sinh như nitrat hóa và phản nitrat hóa, cùng với các quá trình hóa lý như sự cố định phosphate bằng ion sắt và nhôm trong đất Thực vật có khả năng chịu đựng nồng độ cao của các chất dinh dưỡng và kim loại nặng, trong khi một số loài còn có khả năng tích lũy chúng trong mô bào.
4.6.1 Sự tích lũy carbon trong đất từ rễ
Thực vật tạo ra lối thông để vận chuyển carbon từ rễ vào môi trường đất, quá trình này được gọi là sự tích lũy carbon trong đất từ rễ Sản phẩm của quá trình này bao gồm chất dịch, chất nhầy từ cây và các tế bào chết, ảnh hưởng đến các quá trình sinh học trong đới rễ cây Hàm lượng carbon hữu cơ tiết ra từ rễ cây thường chiếm khoảng 10 – 40% trong sản phẩm quang hợp của các loài cây nông nghiệp Bản chất tự nhiên của các chất dịch này thường khác nhau.
Các hợp chất trong mô bào thực vật thường bị rỉ ra môi trường, đặc biệt từ rễ cây, bao gồm đường, vitamin như thiamine và riboflavin, cũng như các acid hữu cơ như acid malic và citric, amino acid, benzoic acid, và các dẫn xuất phenol Những hợp chất này được phân loại thành các nhóm chính và phụ, mỗi nhóm đảm nhận những vai trò khác nhau trong quá trình sinh trưởng và phát triển của cây.
4.6.2 Cố định các chất dinh dưỡng
Thiếu hụt dinh dưỡng có thể kích thích bài tiết acid hữu cơ và các hợp chất khác, làm tăng độ hòa tan của phosphate và sắt, từ đó nâng cao khả năng hấp thụ dinh dưỡng của thực vật (Hoffland et al., 1982) Điều này giúp thực vật trong hệ đất ngập nước có khả năng cố định các chất dinh dưỡng, góp phần giải quyết hiện tượng phú dưỡng hóa do nước thải chưa qua xử lý thải vào môi trường.
4.6.3 Ảnh hưởng của đới rễ cây
Các hợp chất như đường và amino acid có thể là cơ chất cho vi sinh vật Sự hiện diện của vitamin có thể thúc đẩy sự tăng trưởng của chúng Theo báo cáo của Helal và Sauerbeck, điều này được khẳng định.
Nghiên cứu năm 1989 chỉ ra rằng khoảng 80% khối lượng khô của các hợp chất hữu cơ từ chi Zea có thể chuyển hóa thành CO2 nhờ vào một số loài vi sinh vật trong đất, góp phần tăng cường sinh khối vật chất trong đới rễ cây Hơn nữa, có bằng chứng cho thấy phần xác thực vật cũng ảnh hưởng đến quá trình tự phân hủy vi sinh của một số sinh vật lạ chưa được xác định (Horswell et al., 1997).
4.6.4 Phóng thích oxygen từ rễ
Các loài thực vật bậc cao có khả năng thích ứng nhanh chóng với tình trạng thiếu oxy trong đới rễ, với một số loài nhạy cảm dẫn đến chết, trong khi những loài khác phát triển nhiều cơ chế thích nghi khác nhau (Vartapetian và Jackson, 1997) Đặc biệt, các loài thực vật đầm lầy có khả năng cung cấp thêm oxy cho rễ từ lá thông qua một loại mô bào đặc biệt gọi là mô thông khí, loại mô này chiếm đến 60% tổng thể tích mô bào của thực vật.
Sự chênh lệch nhiệt độ giữa bên trong lá non (T1) và môi trường xung quanh (T2) tạo ra dòng di chuyển không khí vào trong lá, được gọi là hiệu ứng Knudsen Khi T1 tăng, dòng không khí vào lá cũng tăng, giúp hạn chế dòng không khí quay trở lại môi trường và làm tăng áp suất bên trong lá (P1) Áp suất dư dương P1 kết hợp với áp suất dư âm P2 trong các mục tiêu hấp thụ oxy của rễ là do độ hòa tan CO2 cao hơn so với lượng O2 tiêu thụ qua dòng đối lưu không khí trong thực vật nhờ vào hệ thống mô thông khí Dòng đối lưu này nâng cao hiệu suất cung cấp O2 so với chỉ có khuếch tán O2, đảm bảo cung cấp đủ O2 cho quá trình vận chuyển đến rễ, đặc biệt là ở loài Phragmites Cuối cùng, khí thoát ra từ các lá già nhờ vào sự cân bằng áp suất giữa P1 của lá non và P0 của môi trường xung quanh lá già.
Oxygen không chỉ đóng vai trò trong hô hấp của rễ cây mà còn được các rễ trẻ phóng thích qua vách ngăn bộ rễ vào môi trường đất xung quanh.
Sự sản xuất oxy từ rễ cây trong môi trường đất thay đổi điều kiện oxy hóa – khử ở những khu vực thiếu oxy, từ đó kích thích các quá trình oxy hóa hữu cơ và vô cơ Quá trình này không chỉ nâng cao hiệu quả xử lý nước thải mà còn cải thiện chất lượng đất.
Chi phí hợp lý
Công nghệ đánh giá lựa chọn không chỉ dựa trên các vấn đề kỹ thuật mà còn cần xem xét tính kinh tế, điều này rất quan trọng cho khả năng ứng dụng trên quy mô lớn Hệ thống xử lý đất ngập nước nổi bật với chi phí đầu tư thấp hơn nhiều so với các hệ thống khác, mang lại lợi thế kinh tế đáng kể.
Chi phí để mua cỏ về trồng cũng ít hơn rất nhiều so với việc mua hóa chất xứ lý nước thải
Trồng cỏ và xử lý hệ thống là quy trình đơn giản, không cần kỹ năng cao Chỉ cần kỹ thuật viên hoàn thành khóa đào tạo về trồng và chăm sóc cỏ, họ có thể áp dụng kiến thức vào công việc ngay lập tức.
Chăm sóc hệ thực vật trong giai đoạn đầu là rất quan trọng, vì cây cần được nuôi dưỡng tốt để tránh chết do thiếu chất dinh dưỡng Khi cây đã phát triển đủ để phục vụ xử lý nước thải, việc chăm sóc sẽ giảm bớt.
- Chi phí vận hành thấp, tăng thêm lợi nhuận kinh tế ở các khu nuôi thâm canh do có thêm nguồn thu cho người nuôi trồng
- Thân thiện với sinh thái
Nhược điêm: Phải sử dụng diện tích lớn.
