Luận án tiến sĩ môi trường biến động nh3 nh4 + và h2s trong ao nuôi, ảnh hưởng của chúng lên cá tra (pangasianodon hypophthalmus) và biện pháp giảm thiểu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ PHẠM QUỐC NGUYÊN BIẾN ĐỘNG NH3/NH4+ VÀ H2S TRONG AO NUÔI, ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG LÊN CÁ TRA (Pangasianodon hypophthalmus) VÀ BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC MÃ SỐ: 62440303 Cần Thơ, 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ PHẠM QUỐC NGUYÊN BIẾN ĐỘNG NH3/NH4+ VÀ H2S TRONG AO NUÔI, ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG LÊN CÁ TRA (Pangasianodon hypophthalmus) VÀ BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGÀNH MÔI TRƯỜNG ĐẤT VÀ NƯỚC MÃ SỐ: 62440303 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGs Ts NGUYỄN VĂN CÔNG PGs Ts TRƯƠNG QUỐC PHÚ Cần Thơ, 2017 ii LỜI CẢM TẠ Tôi xin chân thành cảm ơn Bộ môn Khoa học Môi trường, Khoa Môi trường Tài nguyên Thiên nhiên, Trường Đại học Cần Thơ, đặc biệt Quý Thầy Cô bạn tạo điều kiện tốt cho tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Xin kính gửi đến PGs Ts Nguyễn Văn Công PGs Ts Trương Quốc Phú lời cảm ơn chân thành sâu sắc nhất, năm qua Thầy ân cần hướng dẫn, động viên, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho học tập, nghiên cứu bồi dưỡng kiến thức hoàn thành luận án Tôi xin gửi lời cảm ơn đến em học viên cao học ngành Khoa học Môi trường Quản lý Môi trường, trường Đại học Cần Thơ khóa 16, 17 19 nhiệt tình giúp đỡ để tơi hồn thành luận án Một lần nữa, tơi chân thành cảm ơn gia đình ba mẹ, vợ, em, bạn đồng nghiệp luôn động viên chia giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành luận án Xin chân thành cảm ơn! iii CAM KẾT Tôi xin cam kết luận án hoàn thành dựa kết nghiên cứu kết nghiên cứu chưa dùng cho luận án cấp khác Cần Thơ, ngày… tháng… năm 2017 Phạm Quốc Nguyên iv MỤC LỤC LỜI CẢM TẠ iii CAM KẾT iv MỤC LỤC v DANH SÁCH BẢNG x DANH SÁCH HÌNH xii CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu .1 1.2 Mục tiêu nghiên cứu 1.2.1 Mục tiêu tổng quát 1.2.2 Mục tiêu cụ thể 1.3 Nội dung nghiên cứu .2 1.4 Ý nghĩa luận án 1.5 Điểm luận án CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Đặc điểm sinh học cá tra 2.1.1 Hệ thống phân loại 2.1.2 Đặc điểm hình thái cấu tạo 2.1.3 Đặc điểm phân bố sinh thái 2.1.4 Sinh trưởng dinh dưỡng 2.2 Tình hình ni cá tra ĐBSC 2.3 Đạm ao nuôi thủy sản 2.3.1 Nguồn gốc chuyển hóa đạm ao ni thủy sản 2.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng chuyển hóa đạm ao ni thủy sản 10 2.3.3 Ảnh hưởng nhiệt độ pH đến tỷ lệ NH3/NH4+ thủy vực ao nuôi thủy sản 11 2.3.4 Ảnh hưởng NH3/NH4+ đến cá 13 2.4 H2S ao nuôi thủy sản 18 2.4.1 Nguồn gốc chuyển hóa H2S thủy vực 18 2.4.2 Ảnh hưởng pH nhiệt độ đến nồng độ H2S 18 2.4.3 Độc tính H2S cá nước 20 2.5 Hiện trạng quản lý nước thải ao nuôi cá tra thâm canh 22 2.6 Xử lý nước thải ao nuôi thủy sản thực vật thủy sinh 22 2.6.1 Khả xử lý nước thải ao nuôi thủy sản thực vật thủy sinh 22 2.6.2 Khả xử lý nước thải từ ao nuôi thủy sản lục bình 23 CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 26 3.1 Thời gian địa điểm nghiên cứu .26 3.2 Đối tượng nghiên cứu 26 3.3 Phương pháp nghiên cứu .27 v 3.3.1 Phương pháp khảo sát diễn biến thông số chất lượng nước ao nuôi cá tra thâm canh 27 3.3.1.1 Hình thức ni đặc điểm ao nghiên cứu 27 3.3.1.2 Phương pháp thu mẫu 28 3.3.2 Phương pháp xác định nồng độ T N tổng sunfua gây chết cá tra 29 3.3.2.1 Xác định nồng độ TAN gây chết 50% cá tra 29 3.3.2.2 Xác định nồng độ tổng sunfua gây chết 50% cá tra 31 3.3.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm ảnh hưởng TAN lên tăng trọng cá tra 33 3.3.3.1 Phương pháp thí nghiệm ảnh hưởng TAN lên tăng trọng 33 3.3.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm xử lý nước thải cá tra lục bình 35 3.3.4.1 Bố trí thí nghiệm xử lý nước thải cá tra lục bình 35 3.3.4.2 Vận hành hệ thống xử lý nước thải cá tra lục bình 36 3.4 Phương pháp phân tích tiêu 37 3.5 Phương pháp tính tốn xử lý số liệu .39 3.5.1 Phương pháp tính tốn kết 39 3.5.2 Phương pháp xử lý số liệu 40 CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41 4.1 Biến động thông số môi trường nước ao nuôi cá tra thâm canh 41 4.1.1 Biến động thông số nhiệt độ, pH DO ao nuôi 41 4.1.1.1 Biến động nhiệt độ ao nuôi 41 4.1.1.2 Biến động pH ao nuôi 43 4.1.1.3 Biến động DO ao nuôi 45 4.1.2 Biến động TAN NH3-N ao nuôi cá tra thâm canh .47 4.1.2.1 Biến động TAN ao nuôi 47 4.1.2.2 Biến động NH3-N ao nuôi 50 4.1.3 Biến động NO2 N NO3 N ao nuôi cá tra thâm canh .52 4.1.3.1 Biến động NO2 N ao nuôi 52 4.1.3.2 Biến động NO3 N ao nuôi cá tra thâm canh 53 4.1.4 Biến động nồng độ H2S ao nuôi cá tra thâm canh 55 4.2 Độc cấp tính TAN tổng sunfua cá tra 57 4.2.1.1 Các yếu tố mơi trường thí nghiệm độc cấp tính T N cá tra 57 4.2.1.2 Tỷ lệ chết cá tra giống theo thời gian tiếp xúc với nồng độ TAN 58 4.2.1.3 Ước tính LC50-96 T N cá tra theo thời gian 60 4.2.2 Xác định LC50-24 tổng sunfua 61 4.2.2.1 Các yếu tố môi trường thời gian thí nghiệm .61 4.2.2.2 Tỷ lệ chết cá tra giống theo thời gian tiếp xúc với nồng độ tổng sunfua 61 4.2.2.3 Ước lượng nồng độ tổng sunfua gây chết 50% cá tra theo thời gian 63 4.3 Ảnh hưởng TAN lên tăng trọng cá tra 65 4.3.1 Các yếu tố mơi trường thí nghiệm 65 4.3.2 Ảnh hưởng TAN lên tăng trọng cá tra .65 4.3.2.1 Khối lượng cá theo thời gian 65 vi 4.3.2.2 Tốc độ tăng trưởng tương đối cá 67 4.3.2.3 ượng thức ăn cá tiêu thụ (FI) 69 4.3.2.4 Hệ số chuyển hóa thức ăn (FCR) cá 70 4.3.3 Ảnh hưởng TAN lên tiêu huyết học cá 73 4.4 Khả loại bỏ chất ô nhiễm nước thải ni cá tra lục bình 74 4.4.1 Đặc tính nước thải từ bể ni cá tra trước xử lý 74 4.4.2 Diễn biến yếu tố thủy lý hóa hệ thống xử lý nước thải 75 4.4.2.1 Diễn biến nhiệt độ hệ thống xử lý nước thải 75 4.4.2.2 Diễn biến DO hệ thống xử lý nước thải 75 4.4.2.3 Diễn biến pH hệ thống xử lý nước thải 76 4.4.2.4 Diễn biến NH4+-N hệ thống xử lý nước thải 76 4.4.2.5 Diễn biến NO2- hệ thống xử lý nước thải 77 4.4.2.6 Diễn biến NO3 N hệ thống xử lý nước thải 78 4.4.2.7 Diễn biến H2S hệ thống xử lý nước thải 79 4.4.2.8 Diễn biến CO2 hệ thống xử lý nước thải 80 4.4.2.9 Diễn biến SS hệ thống xử lý nước thải 81 4.4.2.10 Diễn biến PO43 P hệ thống xử lý nước thải 81 4.4.2.11 Diễn biến BOD5 hệ thống xử lý nước thải 82 4.4.3 Sự sinh trưởng phát triển lục bình hệ thống xử lý nước thải 83 4.5 Thảo luận chung 86 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 89 5.1 Kết luận 89 5.2 Đề xuất 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 PHỤ LỤC 101 vii TÓM TẮT Đồng sông Cửu ong vùng nuôi cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) trọng điểm Việt Nam Cá nuôi mật độ cao nên làm phát sinh nhiều sản phẩm tiết Sản phẩm dạng NH3/NH4+ (TAN) chuyển hóa thành NO2-N Sự phân hủy chất hữu ao làm phát sinh H2S Các dạng gây tác động đến cá ao nuôi Luận án nghiên cứu biến động dạng đạm vô cơ, H2S ao nuôi thâm canh ảnh hưởng TAN H2S lên cá tra giải pháp xử lý nước trước thải môi trường Biến động dạng đạm vô cơ, H2S thông số liên quan ao nuôi cá tra thâm canh khảo sát 24 với tần suất giờ/lần vào thời điểm 30, 110 195 ngày sau ni quận Ơ Môn - TP Cần Thơ Nồng độ TAN gây chết 50% cá tra pH 6, xác định theo phương pháp nước tĩnh, không thay nước Nồng độ H2S gây chết cá tra xác định giá trị pH (6, 8) theo phương pháp thay nước định kỳ Ảnh hưởng TAN pH 6,5-7,0 pH 7,5-8,0 đến sinh trưởng cá tra triển khai ngày điều kiện phịng thí nghiệm Đất ngập nước kiến tạo kết hợp lục bình nghiên cứu xử lý nước thải bể ni cá tra điều kiện phịng thí nghiệm Kết cho thấy nhiệt độ, pH, DO ao nuôi cá tra thâm canh khác biệt theo thời gian ngày, độ sâu thời gian nuôi (p , 5) T N tăng dần theo thời gian nuôi (p< , 5), có giá trị trung bình sau , 11 195 ngày nuôi 1,4, 3,2 5,7 mg/ , nồng độ T N cao 9,19 mg/L NO2 N NO3 N giảm dần theo thời gian ni (p< , 5); nồng độ trung bình NO2 N NO3 N sau 30 ngày nuôi 1,15 1,78 mg/L; sau 110 ngày nuôi 0,34 1,21 mg/L sau 195 ngày nuôi 0,42 mg/L 0,27 mg/L Nồng độ TAN gây chết 50% cá 96 pH 6, 1.599, 327 67 mg/L Đối với tổng sunfua hydro nồng độ gây chết 50% cá 24 điều kiện pH 6, 2,61, 6,44 7,83 mg/ Ở pH 6,5-7, 90 ngày ni, lượng thức ăn bình quân ngày cá tiêu thụ (FI) TAN 10 mg/ 87,2 đối chứng, tốc độ tăng trưởng (SGR) khối lượng tươi 116,9 7,8 đối chứng Ở pH 7,5-8,0, FI nghiệm thức TAN 6,5 mg/L 95,9 đối chứng, SGR khối lượng tươi 112,8 111,1 đối chứng Các tiêu huyết học hematocrit Na+ có khuynh hướng giảm dần gia tăng nồng độ T N Qua nghiên cứu cho thấy cá tra chịu đựng T N H 2S cao cao nhiều so với nồng độ ao nuôi Ở nồng độ T N vừa phải cá tra tăng trưởng tốt Đất ngập nước kiến tạo kết hợp lục bình sục khí có hiệu suất xử lý chất ô nhiễm nước ao nuôi cá tra thâm canh cao, tiêu NH4+-N, H2S CO2, đạt quy chuẩn ngành thời gian lưu nước 21,6 (ngăn đầu tiên), tiêu NO2 N đạt quy chuẩn ngành sau lưu nước 43,2 (qua ngăn) Các nghiệm thức có sục khí tỷ lệ lục bình chết tăng dần qua ngăn (theo thời gian lưu) Từ khóa: Cá tra, chất lượng nước, LC50, pH, H2S, TAN, pH, tăng trưởng viii ABSTRACT Mekong Delta is the major area of striped catfish (Pangasianodon hypophthalmus) aquaculture in Vietnam The fish is cultured with high density leading to rise of waste products They are in the forms of NH3/NH4+ (TAN) or in the transformation form of NO2 N Organic degradation releases H2S These forms affect fish growth in the ponds The thesis study on the dynamic of inorganic nitrogen and H2S in intensive aquaculture, effects of total ammonium nitrogen (TAN) and H2S on catfish and wastewater treatment solution Dynamic of the inorganic nitrogen, H2S and relevant parameters were observed every three hours during 24 hours at 30, 110 and 195 days after culturing in intensive ponds in O Mon district, Cantho city LC50 of TAN at pH 6, and were evaluated by static water and non-renewed water condition LC50 of H2S was also evaluated at the three above pH values by periodically renewed water Effects of TAN on catfish growth at pH 6.5-7.0 and pH 7.5-8.0 were conducted for 90 days in lab condition Water hyacinth was planted in the containers to treat catfish wastewater in lab-scale The results showed that temperature, pH, and DO in the ponds were varied during a day, depth of the pond, and culturing periods (p0.05) during culturing period and depth TAN concentration gradually increased during culturing period (p