(LUẬN án TIẾN sĩ) nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nitơ vô cơ trong quản lý môi trường nuôi trồng thủy sản ven biển

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Lê Thanh Huyền NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NITƠ VÔ CƠ TRONG QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN VEN BIỂN LUẬN ÁN TIẾN SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2022 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Lê Thanh Huyền NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NITƠ VÔ CƠ TRONG QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN VEN BIỂN Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên môi trường Mã số: 9850101 LUẬN ÁN TIẾN SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Đỗ Mạnh Hào GS.TS Lê Mai Hương Hà Nội - 2022 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận án “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nitơ vô quản lý môi trường nuôi trồng thuỷ sản ven biển” cơng trình riêng thân tơi Các số liệu kết luận án trung thực, chưa sử dụng luận án khác Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Lê Thanh Huyền LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, xin chân thành cảm giúp đỡ quý báu Ban Giám đốc Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Tài nguyên Môi trường Biển, Sở Khoa học Cơng nghệ thành phố Hải Phịng Khoa Khoa học Công nghệ Biển tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trình học tập thực luận án Xin chân thành cảm ơn TS Đỗ Mạnh Hào GS.TS Lê Mai Hương, người thầy tận tình hướng dẫn giúp đỡ, động viên tạo điều kiện để tác giả hoàn thành luận án Xin cảm ơn thành viên đề tài “Nghiên cứu xây dựng mô hình ni tơm thẻ chân trắng hệ thống tuần hoàn (RAS) phù hợp với điều kiện vùng ven biển Hải Phòng” đồng hành hỗ trợ tác giả trình thực đề tài nghiên cứu Cuối cùng, tác giả muốn dành lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, cha, mẹ, anh chị em đồng nghiệp, bạn bè quan - người tận tụy giúp đỡ, động viên tác giả trình thực luận án./ Nghiên cứu sinh Lê Thanh Huyền LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com iii MỤC LỤC MỤC LỤC iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT v DANH MỤC HÌNH vi DANH MỤC BẢNG viii MỞ ĐẦU 1 Lý lựa chọn đề tài 2.Mục tiêu nghiên cứu 3 Phạm vi đối tượng nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn Điểm luận án Bố cục Luận án CHƯƠNG TỔNG QUANVẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình NTTS nước lợ giới Việt Nam 1.1.1 Tình hình NTTS nước lợ giới 1.1.2 Tình hình NTTS nước lợ Việt Nam Hải Phòng .6 1.2 Ơ nhiễm hợp chất nitơ vơ nuôi trồng thuỷ sản nước lợ 1.3 Vai trị vi sinh vật q trình chuyển hố chất nhiễm nitơ vơ 11 1.3.1 Chu trình chuyển hố nitơ sinh học đầm ni thuỷ sản nước lợ 11 1.3.2 Q trình nitrate hố .13 1.3.3 Quá trình khử nitrate .17 1.3.4 Quá trình tạo màng nitrate hóa 19 1.4 Các giải pháp xử lý chất ô nhiễm nitơ vô nuôi thuỷ sản nước lợ vi sinh vật .23 1.4.1 Giải pháp tăng cường sinh học .24 1.4.2 Giải pháp kích thích sinh học 26 1.4.3 Giải pháp lọc sinh học 30 CHƯƠNG TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 35 2.1 Địa điểm, thời gian đối tượng nghiên cứu 35 2.1.1 Địa điểm nghiên cứu .35 2.1.2 Thời gian nghiên cứu 35 2.1.3 Đối tượng nghiên cứu .35 2.2 Phương pháp nghiên cứu 35 2.2.1 Các bước nghiên cứu 35 2.2.2.Phương pháp hồi cứu, kế thừa tài liệu liên quan .36 2.2.3.Làm giàu quần xã vi khuẩn nitrate hoá 36 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com iv 2.2.4 Đánh giá hiệu xử lý amoni nitrite màng lọc nitrate hoá hệ thống ni hải sản hồn lưu quy mơ 100m3 44 2.2.5 Phương pháp quan trắc 48 2.2.6 Phương pháp đánh giá hiệu hệ thống RAS quy trình ni 48 2.2.7 Phương pháp xử lý số liệu 51 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53 3.1 Nghiên cứu làm giàu tạo màng giá thể bám vi khuẩn nitrate hóa định hướng ứng dụng nuôi trồng thủy sản 53 3.1.1.Làm giàu quần xã vi khuẩn nitrate hoá 53 3.1.2 Đa dạng hình thái quần xã vi khuẩn nitrate hố .59 3.1.3 Đa dạng di truyền quần xã vi sinh vật 61 3.1.4 Cô đặc tạo chế phẩm .63 3.1.5 Nghiên cứu lựa chọn giá thể bám 63 3.2 Nghiên cứu, đánh giá hiệu xử lý ammonia nitrite hệ thống lọc tuần hồn ni thuỷ sản quy mơ nhỏ 65 3.2.1 Kích hoạt màng nitrate hố 66 3.2.2 Kết nghiên cứu tôm thẻ chân trắng .67 3.2.3 Kết nghiên cứu cá rô phi .69 3.3 Đánh giá hiệu xử lý ammonia nitrite màng lọc nitrate hố hệ thống ni hải sản hồn lưu quy mô 100m3 72 3.3.1 Kích hoạt màng nitrate hố (break in) 72 3.3.2 Chất lượng môi trường 73 3.4 Thảo luận quy trình làm giàu đa bước hiệu xử lý ô nhiễm 85 3.4.1 Quy trình làm giàu đa bước 85 3.4.2 Hiệu quần xã vi khuẩn nitrate hệ thống RAS 90 3.5 Đề xuất giải pháp quản lý mơi trường NTTS Hải Phịng từ kết nghiên cứu luận án 93 3.5.1.Cơ sở đề xuất giải pháp 93 3.5.2 Đề xuất giải pháp quản lý môi trường nuôi trồng thủy sản ven biển .96 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 101 Kết luận 101 Kiến nghị 102 DANH SÁCH CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 1065 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1056 PHỤ LỤC LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BOD: Nhu cầu oxy hóa sinh học BTNMT: Bộ Tài nguyên môi trường COD: Nhu cầu ô xy hóa hóa học DNA: Deoxy Ribonucleic Acid PCR: Polymerase Chain Reaction NN&PTNT: Nông nghiệp phát triển nông thôn NGS: New Generation Sequencing NTTS: Nuôi trồng thủy sản QCVN: Quy chuẩn Việt Nam rRNA: Ribosomal Ribonucleic Acid RAS: Recirculating Aquaculture System (Quy trình ni tuần hồn nước) SEM: Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử quét) TAN: Total Ammonia Nitrogen TN: Thí nghiệm VASEP: Hiệp hội xuất thủy sản Việt Nam LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com vi DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sự tích tụ chất nhiễm nitơ vơ đầm ni tơm Hình 1.2 Chu trình nitơ vi sinh vật hệ sinh thái tự nhiên 12 Hình 1.3 Sơ đồ giai đoạn nitrite hóa 13 Hình 1.4 Sơ đồ giai đoạn nitrate hoá 15 Hình 2.1 Sơ đồ bước nghiên cứu 36 Hình 2.2 Sơ đồ bước ni trồng thủy 43 Hình 2.3 Sơ đồ hệ thống lọc đa mô đun mơ hình ni tơm thẻ chân trắng cơng nghệ tuần hoàn 43 Hình 3.1 Mức tiêu thụ chất tốc độ loại bỏ chất tổ hợp vi sinh vật nitrate hóa q trình làm giàu bước 54 Hình 3.2 Mức tiêu thụ chất tốc độ loại bỏ chất tổ hợp vi sinh vật nitrate hóa trình làm giàu bước 55 Hình 3.3 Mức tiêu thụ chất tốc độ loại bỏ chất tổ hợp vi sinh vật nitrate hóa q trình làm giàu bước 56 Hình 3.4 Mức tiêu thụ chất tốc độ loại bỏ chất tổ hợp vi sinh vật nitrate hóa trình làm giàu bước 57 Hình 3.5 Mức tiêu thụ chất tốc độ loại bỏ chất tổ hợp vi sinh vật nitrate hóa q trình làm giàu bước 58 Hình 3.6 So sánh mức tiêu thụ chất tốc độ loại bỏ chất bước làm giàu 58 Hình 3.7 Sự đa dạng hình dạng tế bào tổ hợp vi sinh vật làm giàu dạng lơ lửng60 Hình 3.8 Sự đa dạng hình dạng tế bào tổ hợp vi sinh vật làm giàu dạng dính bám 61 Hình 3.9 Đa dạng di truyền quần xã vi khuẩn nitrate hố sau đặc (a): cô đặc phương pháp lắng đọng; (b): cô đặc phương pháp ly tâm 62 Hình 3.10 Đánh giá hiệu xử lý TAN nitrite loại lọc sinh học khác nhau64 Hình 3.11 Biến động nồng độ TAN bể nuôi tôm thẻ chân trắng 68 Hình 3.12 Biến động nồng độ nitrite bể nuôi tôm thẻ chân trắng 68 Hình 3.13 Biến động nồng độ nitrate bể nuôi tôm thẻ chân trắng 69 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com vii Hình 3.14 Biến động nồng độ TAN (mg/l) thời gian nuôi rô phi 70 Hình 3.15 Biến động nồng độ N-NO2- (mg/l) thời gian nuôi rô phi 71 Hình 3.16 Tỷ lệ sống sót (%) cá rô phi thời gian nuôi thả 71 Hình 3.17 Biến động hàm lượng TAN, nitrite nitrate q trình kích hoạt hệ lọc sinh học 73 Hình 3.18 Biến động nồng độ TAN bể nuôi tôm thẻ chân trắng 73 Hình 3.19 Biến động nồng độ nitrite bể ni tơm thẻ chân trắng 74 Hình 3.20 Biến động nồng độ nitrate bể nuôi tôm thẻ chân trắng 75 Hình 3.21 Biến động nồng độ COD bể nuôi tôm thẻ chân trắng 75 Hình 3.22 Biến động nồng độ BOD5 bể nuôi tôm thẻ chân trắng 76 Hình 3.23.Biến động mật độ vi khuẩn tổng số bể ni tơm thẻ chân trắng 76 Hình 3.24 Biến động mật độ vi khuẩn Vibrio bể nuôi tơm thẻ chân trắng 77 Hình 3.25 Hệ thống lọc mơ hình thực nghiệm ni tơm thẻ chân trắng 82 Hình 3.26 Hệ thống bể ni mơ hình thực nghiệm ni tơm thẻ chân trắng 83 Hình 3.27 Đánh giá sinh trưởng tơm thẻ chân trắng ao lắng 84 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com viii DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Các tiêu tần suất quan trắc 47 Bảng 3.1 Đặc điểm hình thái tổ hợp vi khuẩn nitrate hóa làm giàu 59 Bảng 3.2 Đánh giá mức độ đa dạng giàu có quần xã vi khuẩn nitrate hố 62 Bảng 3.3 So sánh đánh giá số đặc điểm quan trọng giá thể lọc sinh học nghiên cứu 65 Bảng 3.4 Tăng trưởng khối lượng tôm 78 Bảng 3.5 Tăng trưởng chiều dài tôm 78 Bảng 3.6 Tỷ lệ sống, hệ số chuyển hoá thức ăn (FCR) suất vụ nuôi 79 Bảng 3.7 Tốc độ nitrate hoá hệ lọc sinh học mật độ 300 con/m3 79 Bảng 3.8 Hiệu kinh tế mơ hình ni tơm quy mô 100m3, mật độ 300 con/m3 80 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com t-Test: Two-Sample Assuming Equal Variances Variable Variable Mean Variance Observations 3 Pooled Variance 0.5 Hypothesized Mean Difference df t Stat 1.732051 P(T