ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG LOẠI BỎ CHẤT Ô NHIỄM AO NUÔI CÁ TRA (Pangasianodon hypophthalmus) BẰNG LỤC BÌNH (Eichhornia crassipes) TRÊN MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC DÒNG CHẢY MẶT

giả khả năng loại bỏ chất ô nhiễm trong nước thải ao nuôi cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) bằng hệ thống đất ngập nước kết hợp lục bình (Eichhornia crassipes)” được thực hiện.. Ở[r]

Tạp chı́ Khoa học Trường Đại học Cầ n Thơ Số chun đề: Mơi trường Biến đổi khí hậu (2015): 58-70 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG LOẠI BỎ CHẤT Ô NHIỄM AO NI CÁ TRA (Pangasianodon hypophthalmus) BẰNG LỤC BÌNH (Eichhornia crassipes) TRÊN MƠ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC DỊNG CHẢY MẶT Phạm Quốc Ngun1, Đồn Chí Linh2, Trương Quốc Phú3 Nguyễn Văn Công4 Khoa Tài nguyên Môi trường, Trường Đại học Đồng Tháp Phân viện Thủy sản Minh Hải Khoa Thủy sản, Trường Đại Học Cần Thơ Khoa Môi trường & Tài nguyên Thiên nhiên, Trường Đại học Cần Thơ Thông tin chung: Ngày nhận: 08/08/2015 Ngày chấp nhận: 17/09/2015 Title: Assessment of removal pollutants ability from wastewater intensive catfish (Pangasianodon hypophthalmus) by constructed wetlands combined water Hyacinth (Eichhornia crassipes) Từ khóa: Lục bình, nước thải ao ni cá tra, sục khí, vi khuẩn, đất ngập nước Keywords: Eichhornia crassipes, wastewater intensive catfish, aeration, bacteria, constructed wetlands ABSTRACT To minimize pollutants from wastewater fish pond before discharging into the environment and figure out appropriate treatment methods, the experiment was carried out with treatments, including: (1) Waste water (control), (2) Waste water + Eichhornia crassipes, (3) Waste water + E Crassipes and aeration, and (4) Waste water + E Crassipes + aeration and bacteria; each treatment was done with four containers (size 63x43x50 cm) characterized by three time repeated with flow rate of 150L/day/system Samples were collected to evaluate at the time of 32, 64 and 96 days in each container The results showed that in all containers of the control treatments and treatments no 2, the N-NH4+, NO2- and CO2 concentrations were higher than that defined in the National Technical Regulation on Wastewate The treatments no brings high-performance treatments; indicators N-NH4+, H2S and CO2, industry standards achieved in the first container, indicator NO2- targets achieved after industry standards through container It shows very clearly the functions Eichhornia crassipes in removing wastewater pollutants catfish ponds in the constructed wetlands surface flow Fresh weight after 96 days of in the first container and treatments compared with the corresponding initial increase of 21.7; 31 and 26.4 times E Crassipes died in ascending order container 2, 3, for the treatments has aeration The treatment has effective best handled in the first container TĨM TẮT Để giảm thiểu chất nhiễm từ nước thải ao nuôi cá tra trước đưa ngồi mơi trường tìm phương pháp xử lý thích hợp, thí nghiệm bố trí với nghiệm thức: (1) nước thải (đối chứng), (2) nước thải + lục bình, (3) nước thải + lục bình + sục khí, (4) nước thải + lục bình + sục khí + vi sinh, nghiệm thức có bốn ngăn với lần lặp lại, ngăn có kích thước 63x43x50 cm, với lưu lượng nạp 150L/ngày/hệ thống Sau bố trí thí nghiệm mẫu thu để đánh giá thời điểm 32, 64 96 ngày ngăn Kết nghiên cứu cho thấy, nghiệm thức đối chứng nghiệm thức lục bình có hàm lượng NNH4+, NO2- CO2 cao chưa đạt quy chuẩn ngành sau qua ngăn Các nghiệm thức lục bình + sục khí nghiệm thức lục bình + sục khí + vi sinh mang lại hiệu suất xử lý cao; tiêu N-NH4+, H2S CO2, đạt quy chuẩn ngành ngăn đầu tiên, tiêu NO2- đạt quy chuẩn ngành sau qua ngăn Điều thể rõ vai trị lục bình việc loại bỏ chất nhiễm nước thải ao nuôi cá tra hệ thống đất ngập nước dịng chảy mặt Trọng lượng tươi lục bình sau 96 ngày ngăn nghiệm thức so với ban đầu tăng tương ứng 21,7; 31 26,4 lần Lục bình chết theo thứ tự tăng dần ngăn 2, 3, nghiệm thức có sục khí Nghiệm thức có hiệu xử lý tốt ngăn 58 Tạp chı́ Khoa học Trường Đại học Cầ n Thơ Số chun đề: Mơi trường Biến đổi khí hậu (2015): 58-70 sử dụng để xử lý nước thải sinh hoạt (Nguyễn Xuân Lộc, 2008; Ngô Thu ̣y Diễm Trang ctv., 2010) nước thải chăn nuôi (Trương Thi ̣ Nga ctv., 2007), nước thải thủy sản (Lê Anh Tuấn, 2008) GIỚI THIỆU Đồng sông Cửu Long (ĐBSCL) vùng nuôi cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) lớn Việt Nam Theo tổng cục Thuỷ sản (2013), diện tích ni cá tra ĐBSCL đạt 5.400 ha; sản lượng đạt 1,141 triệu tấn; kim ngạch xuất 1,4 tỷ USD năm 2010; diện tích ni sản lượng cá tra ước đạt 6.000 - 6.300 1,2 1,3 triệu tấn; kim ngạch xuất từ 1,45 - 1,55 tỷ USD năm 2011; đến năm 2013 diện tích ni đạt 5.910 ha; sản lượng cá thu hoạch đạt 1,255 triệu tấn, kim ngạch xuất đạt 1,74 tỷ USD Theo quy hoạch Bộ Nông nghiệp Phát triển nông thôn (2010) đến năm 2015 diện tích ni cá tra vùng đạt 11.000 đến năm 2020 13.000 ha; suất đạt 1,8 triệu tấn/ha Hoạt động nuôi cá tra đóng góp đáng kể vào nguồn thu ngân sách Nhà nước, giúp cải thiện thu nhập người dân Tuy nhiên, hoạt động làm giảm chất lượng môi trường nước lượng thức ăn dư thừa Các nghiên cứu ghi nhận với diện tích ao nuôi 5.600 ha, sản lượng cá ước đạt 1,5 triệu lượng chất thải mơi trường khoảng triệu có 900 ngàn chất hữu cơ, 29 ngàn N 9,5 ngàn P tính vật chất khơ (Trương Quốc Phú, 2007) Thêm vào hàm lượng NH4+, H2S nitrite ao ni cao, NH4+ giao động khoảng 1,61- 7,56 mg/L (Phạm Quốc Nguyên ctv., 2014), H2S thời điểm giao mùa khômưa mức cao 0,096 ± 0,181 mg/L (Huỳnh Trường Giang ctv., 2008), nitrite dao động khoảng 0,19 - 0,91 mg/L (Phạm Quốc Nguyên ctv., 2014) Trong đó, nồng độ H2S từ 0,01 0,05 mg/L gây chết thủy sinh vật (Boyd, 1990) Lục bình (E Crassipes) thực vật ngập nước sống trôi nổi, phổ biến ĐBSCL sử dụng xử lý nước thải chăn nuôi (Trương Thi ̣Nga ctv., 2007) Bên cạnh đó, lồi thực vật có khả sống điều kiện ngập nước phổ biến ĐBSCL (Nguyễn Thị Hồng Nhân ctv., 2010) Sử dụng lục bình xử lý nước có nồng độ dinh dưỡng cao ghi nhận hiệu số nghiên cứu Christian ctv (2005), Châu Minh Khôi ctv (2012) Tuy nhiên, ứng với đặc trưng loại nước thải kết hợp với loại hình đất ngập nước khác có ưu nhược điểm riêng chế loại bỏ dinh dưỡng (Vymazal, 2007) Do đó, viê ̣c triể n khai nghiên cứu đề tài “Đánh giả khả loại bỏ chất ô nhiễm nước thải ao nuôi cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) hệ thống đất ngập nước kết hợp lục bình (Eichhornia crassipes)” thực PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Địa điểm thời gian nghiên cứu Nghiên cứu thực Khoa Môi trường Tài nguyên Thiên nhiên – Trường Đại học Cần Thơ từ tháng 01 năm 2014 đến tháng 05 năm 2014 2.2 Bố trí thí nghiệm Thí nghiệm bố trí với nghiệm thức, lần lặp lại, bố trí kiểu hồn tồn ngẫu nhiên Các nghiệm thức bao gồm nghiệm thức (1) nước thải (đối chứng) (ĐC), (2) nước thải + lục bình (LB), (3) nước thải + lục bình + sục khí (LB+SK), (4) nước thải + lục bình + sục khí + vi sinh (LB+SK+VS) Ở nghiệm thức nước thải chảy qua ngăn theo nguyên tắc bậc thang Các ngăn (thùng) nối với ống dẫn PVC Ø 21 (Hình 1) Bên cạnh đó, qua q trình thay nước hàng ngày lượng nước thải từ ao nuôi cá lớn Theo Pha ̣m Quố c Nguyên (2008) số lần thay nước vào tháng cuối vụ từ 1-2 lần/ngày theo chế độ triều, lượng nước thay khoảng 30% lượng nước ao nuôi, ao ni có ̣ sâu m thể tích nước thải lần thay nước m3/m2 diện tích bề mặt ao Do vậy, lượng nước thải (10.000 m3/ngày/ha) giàu dinh dưỡng không xử lý gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng cho thủy vực lân cận Thí nghiệm sử dụng bể nuôi cá 1,2 m3/bể, nước thải từ bể nuôi cá đưa vào bể phân phối (trộn nước thải cho đồng nhất) sau cho vào nghiệm thức minh họa Hình Mỗi ngăn (thùng) (63 x 43 x 50 cm) trồng lục bình với diện tích 0,27 m2/ngăn x 04 ngăn để đánh giá khả xử lý nước thải đáp ứng Thông tư 44/2010/TTBNNPTNT Hệ thống đất ngập nước kiến tạo sử dụng để xử lý nhiều loại nước thải với chi phí đầu tư bảo trì thấp, vận hành đơn giản (Hans Brix., 1994) Ở ĐBSCL, hệ thống đất ngập nước kiến tạo 59 Tạp chı́ Khoa học Trường Đại học Cầ n Thơ Bể nuôi cá Số chuyên đề: Mơi trường Biến đổi khí hậu (2015): 58-70 Bể phân phối nghiệm thức X X 50 cm ngăn X ngăn X ngăn X ngăn 63 cm X: vị trí thu mẫu Hình vẽ khơng theo tỷ lệ Hình 1: Hệ thống bố trí thí nghiệm Lục bình thả vào ngăn với mật độ bình 0,4 kg/bể/ngày (dạng viên nổi), nhằm mục cây/ngăn (0,27 m2) với kích cỡ gần đồng dạng đích giữ ổn định trung bình tiêu nằm (chiều dài thân 9-27 cm, dài rễ từ 5-22 cm) Rửa khoảng (3,3 ± 0,07 mg/L N-NH4+; 0,9 ± 0,05 đất rễ, cân trọng lượng, đo chiều dài mg/L PO43-; 1,05 ± 0,05 mg/L H2S; 71,6 ± 5,4 rễ trước đưa vào hệ thống Lục bình với vai mg/L SS; 24,3 ± 0,5 mg/L CO2 Hệ thống vận trò hấp thu chất dinh dưỡng, rễ có chức hành chảy liên tục, nước thải từ bể nuôi cá lọc làm giá bám cho vi sinh vật trộn bể phân phối (gồm bể thơng nhau) để có lượng nước thải đầu vào đồng Đối với nghiệm thức có sục khí trì nghiệm thức DO>6 mg/L (lưu lượng khí L/phút/ngăn) Riêng Nước đầu vào nghiệm thức điều nghiệm thức lục bình + sục khí + vi sinh cấy chỉnh lưu lượng Q=150 L/ngày Nước sau dịng vi sinh chuyển hóa nitơ Bacillus sp dịng AGT.077.03 vi sinh tích lũy polyphosphate qua hệ thống xử lý thải môi trường Bacillus subtilis dòng DTT.001L, dòng vi sinh 2.4 Các tiêu theo dõi phân tích cấy với mật độ 107/mL Theo dõi tiêu lý hóa sinh sinh 106/mL Các dòng vi sinh Viện Nghiên trưởng (trọng lượng; chiều dài rễ) trước cứu & Phát triển Cơng nghệ Sinh học-Trường Đại bố trí sau 96 ngày), chiều dài lục bình học Cần Thơ cung cấp Theo Lê Hoàng Việt (2003) khảo sát 32 ngày/lần thời gian phân đôi vi sinh từ 5-10 Do đó, với thể tích ngăn 135 L, lưu lượng Q=150 Sinh trưởng lục bình L/ngày thời gian tồn lưu theo lý thuyết sau:  Giai đoạn thí nghiệm: quan sát cây, ghi 135 nhận lại biến đổi hình thái 0,9 21,6 việc thích ứng với điều kiện thí nghiệm Khi 150 có thay đổi rõ rệt hình thái như: héo, màu sắc thay đổi ghi nhận lại tất Do đó, thời gian tồn lưu nước theo lý thuyết thay đổi ngăn 21,6 cho hệ thống 86,4 (3,6 ngày)  Giai đoạn kết thúc thí nghiệm: cân trọng lượng, chiều dài rễ Như vậy, không cần cấy thêm vi sinh vận hành hệ thống 2.3 Vận hành hệ thống Chỉ tiêu lý hóa: Các tiêu khảo sát chất lượng nước gồm: Nhiệt độ, pH, DO, N-NH4+, N-NO2-, N-NO3-, H2S, CO2 SS Cá nuôi bể composite (V = 1,2 m3/bể) với mật độ 50 cá/m3/bể, lượng thức ăn trung 60 Tạp chı́ Khoa học Trường Đại học Cầ n Thơ Số chuyên đề: Mơi trường Biến đổi khí hậu (2015): 58-70 chất ô nhiễm qua ngăn Một số tiêu DO, pH, nhiệt độ đo trực tiếp Đối với tiêu khác, mẫu thu vào chai nhựa L/vị trí, thời gian thu mẫu từ 8-9 sáng, mẫu sau thu trữ lạnh 40C phân tích ngày 2.5 Phương pháp thu, phân tích xử lý số liệu Mẫu thu đợt với tần suất 32 ngày/đợt với vị trí (Hình 1) đầu vào ngăn nhằm mục đích đánh giá khả loại bỏ Bảng 1: Các phương pháp phân tích mẫu Chỉ tiêu Nhiệt độ pH DO N-NH4+ N-NO2N-NO3H2S CO2 SS Đơn vị o C Phương pháp Máy HORIBA Model W-2000s Máy HORIBA Model W-2000s Máy HORIBA Model W-2000s Sắc ký ION-THERMO DIONEX ICS 1100 Sắc ký ION-THERMO DIONEX ICS 1100 Sắc ký ION-THERMO DIONEX ICS 1100 Phương pháp Methylene Blue 4500-S2- D Phương pháp trung hoà với NaOH chuẩn Phương pháp khối lượng độ, pH, DO, nitrat, SS chưa vượt quy chuẩn Việt Nam 08: 2008/BTNMT Thông tư 44/2010/TTBNNPTNT (gọi chung quy chuẩn ngành) Các tiêu nitrit, NH4+, CO2, H2S vượt quy chuẩn Thông tư mức độ thấp Hàm lượng CO2, nitrit 24,21 mg/L 0,06 mg/L Trong đó, hàm lượng nitrit vượt quy chuẩn lần, CO2 vượt lần Chỉ tiêu vượt Thông tư cao H2S vượt gần 21 lần với nồng độ 1,05 mg/L Một tiêu khác vượt quy chuẩn cao NH4+ vượt lần với nồng độ 1,28 mg/L Do đó, lượng nước điều kiện thực tế không xử lý thải trực tiếp môi trường ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái thủy vực lân cận mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L Phương pháp xử lý số liệu Số liệu phân tích phương sai one-way ANOVA Univariate với phép thử Duncan để so sánh khác biệt giá trị trung bình thơng số nghiệm thức, qua ngăn thời điểm phần mềm SPSS 22 Sự khác biệt mức ý nghĩa thống kê p0,05 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Đặc tính nước thải bể ni cá cung cấp cho thí nghiệm Thành phần nước thải từ bể ni cá tra có dấu hiệu nhiễm chưa cao Các tiêu nhiệt Bảng 2: Đặc tính nước thải từ bể ni cá tra Chỉ tiêu lý hóa Nhiệt độ pH DO N-NH4 N-NO2N-NO3CO2 H2S SS Đơn vị đo Trung bình ±St.E o C mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 28,46 7,62 5,49 3,37 0,06 0,11 24,21 1,05 71,66 Nhỏ Lớn 22,30 6,93 1,59 2,93 0,003 0,01 19,36 0,54 20,03 32,00 8,86 8,67 4,74 0,27 0,37 29,92 1,63 130,01 ±0,12 ±0,02 ±0,09 ±0,07 ±0,01 ±0,01 ±0,51 ±0,55 ±5,42 Thông Tư 44/2010/TT-BNNPTNT 5-9 ≥2