Nghiên cứu xây dựng hệ thống xử lý nước nuôi trồng thủy sản tuần hoàn bằng màng lọc sinh học để ứng dụng nuôi con giống thủy sản

Nghiên cứu xây dựng hệ thống xử lý nước nuôi trồng thủy sản tuần hoàn bằng màng lọc sinh học để ứng dụng nuôi con giống thủy sản Nghiên cứu xây dựng hệ thống xử lý nước nuôi trồng thủy sản tuần hoàn bằng màng lọc sinh học để ứng dụng nuôi con giống thủy sản luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

=======* & *======

PHẠM VĂN VŨ

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC NUÔI TRỒNG THỦY SẢN TUẦN HOÀN BẰNG MÀNG LỌC SINH HỌC,

ĐỂ ỨNG DỤNG NUÔI CON GIỐNG THỦY SẢN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Hà Nội - 2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

=======* & *======

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC NUÔI TRỒNG THỦY SẢN TUẦN HOÀN BẰNG MÀNG LỌC SINH HỌC,

ĐỂ ỨNG DỤNG NUÔI CON GIỐNG THỦY SẢN

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS KHUẤT HỮU THANH

HỌC VIÊN: PHẠM VĂN VŨ

Hà Nội – 2013

LỜI CAM ĐOAN

Tôi là Phạm Văn Vũ xin cam đoan nội dung trong luận văn “Nghiên cứu xây dựng

hệ thống xử lý nước nuôi trồng thủy sản tuần hoàn bằng màng lọc sinh học, để ứng dụng nuôi con giống thủy sản” là công trình nghiên cứu và sáng tạo do chính tôi

thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Khuất Hữu Thanh Các số liệu, kết quả trình bày trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa công bố trong bất cứ công trình khoa học nào khác

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được luận văn này, ngoài sự cố gắng nỗ lực bản thân, tôi đã nhận được sự ủng hộ, giúp đỡ tận tình của thầy cô giáo, gia đình, các cơ quan, đồng nghiệp và bạn bè

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Khuất Hữu Thanh - Viện

Công nghệ sinh học & Công nghệ thực phẩm, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

đã tận tình chỉ bảo tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn tới các thầy cô giáo thuộc Viện Công nghệ sinh học & Công nghệ thực phẩm – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và thực hiện luận văn

Tôi xin chân thành cảm ơn tới ban lãnh đạo Viện Kinh tế và Quy hoạch thủy sản – Tổng cục Thủy sản, đã tạo điều kiện thuận lợi để tôi tham gia khóa học tập trung và hoàn thiện luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã tạo điều kiện, quan tâm, động viên và góp ý cho tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

Phần 1 TỔNG QUAN 2

1.1 Tổng quan về phát triển nuôi trồng thủy sản trên thế giới và Việt Nam 2

1.1.1 Nuôi trồng thủy sản trên thế giới 2

1.1.2 Nuôi trồng thủy sản ở Việt Nam 3

1.2 Tình hình ô nhiễm môi trường trong nuôi trồng thủy sản 5

1.3 Các nhân tố gây ô nhiễm 6

1.4 Thành phần nước thải nuôi trồng thủy sản 8

1.4.1 Các chất hữu cơ trong nước thải nuôi trồng thủy sản 8

1.4.2 Các hợp chất vô cơ trong nước thải nuôi trồng thủy sản 11

1.4.3 Vi sinh vật trong nước thải nuôi trồng thủy sản 12

1.5 Các phương pháp xử lý nước thải 15

1.5.1 Cơ sở kỹ thuật trong xử lý nước thải bằng con đường sinh học nhờ vi sinh vật 15

1.5.2 Phương pháp vật lý và hóa học xử lý nước nuôi trồng thủy sản 17

1.5.3 Phương pháp sinh học trong xử lý nước nuôi trồng thủy sản 19

1.5.3.1 Xử lý bằng bể hiếu khí (quá trình bùn hoạt tính) 19

1.5.3.2 Phương pháp sử dụng công nghệ lọc sinh học trong xử lý nước nuôi trồng thủy sản 21

1.5.3.3 Xử lý thiếu khí 24

1.5.3.4 Xử lý kỵ khí 25

1.5.4 Phương pháp tổng hợp trong xử lý nước nuôi trồng thủy sản 26

1.5.5 Một số công nghệ xử lý nước thải nuôi trồng thủy sản bằng phương pháp

sinh học 27

1.5.6 Vi sinh vật trong xử lý nước thải 29

1.5.6.1 Vi sinh vật phân giải hợp chất hữu cơ 29

1.5.6.2 Vi sinh vật chuyển hóa nito 31

1.6 Những chỉ số cơ bản đánh giá nước nuôi tôm, cá 34

1.7 Chế phẩm vi sinh vật trong xử lý nước nuôi trồng thủy sản 35

1.7.1 Sử dụng vi sinh vật trong sản xuất chế phẩm vi sinh 35

1.7.2 Một số vi sinh vật thường sử dụng trong chế phẩm vi sinh xử lý nước nuôi trồng thủy sản 36

1.7.2.1 Vi khuẩn Bacillus 36

1.7.2.2 Hệ vi khuẩn nitrat hóa 37

1.7.3 Công nghệ sản xuất chế phẩm 39

1.7.4 Chất mang trong chế phẩm sinh học 40

Phần 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 42

2.1 Vật liệu và đối tượng 42

2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 42

2.1.2 Hóa chất thí nghiệm 42

2.1.3 Thiết bị 42

2.1.4 Môi trường 43

2.1.4.1 Môi trường nuôi cấy chủng Bacillus sp 43

2.1.4.2 Môi trường nhân giống và lên men Nitrosomonas sp và Nitrobacter sp 44

2.1.4.3 Môi trường thử hoạt tính enzym các chủng Bacillus sp 44

2.1.4.4 Thành phần môi trường lên men các chủng Bacillus sp 45

2.2 Phương pháp nghiên cứu 45

2.2.1 Phương pháp vi sinh vật 45

2.2.1.1 Phương pháp phân lập 45

2.2.1.2 Xác định hoạt tính enzym vi sinh vật bằng phương pháp khuếch tán đĩa thạch 45

2.2.1.3 Nghiên cứu đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hóa của các chủng vi khuẩn 46

2.2.2 Thiết kế hệ thống bể lọc sinh học 47

2.2.3 Vật liệu lọc 50

2.2.4 Phương pháp xác định một số chỉ tiêu trong nước thải 50

Phần 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 52

3.1 Phân lập và tuyển chọn chủng giống vi sinh vật 52

3.1.1 Kết quả phân lập 52

3.1.2 Khảo sát hoạt tính protease, amylase, cellulase các chủng từ tự nhiên 53

3.1.3 Kết quả phân lập từ các mẫu chế phẩm 55

3.2 Nghiên cứu điều kiện lên men các chủng vi khuẩn Bacillus sp 57

3.2.1 Nghiên cứu thành phần môi trường dinh dưỡng thích hợp với các chủng Bacillus sp 57

3.2.2 Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ lắc đến khả năng sinh trưởng của vi khuẩn hiếu khí 59

3.2.3 Xác định điều kiện pH thích hợp 60

3.2.4 Xác định điều kiện nhiệt độ thích hợp cho lên men thu sinh khối vi khuẩn Bacillus sp 60

3.2.5 Xác định thời gian lên men thích hợp 61

3.2.6 Tạo chế phẩm sinh học các chủng Bacillus sp 63

3.3 Lên men Nitrosomonas sp và Nitrobacter sp và tạo chế phẩm vi khuẩn nitrat hóa 65

3.3.1 Lên men thu sinh khối 65

3.3.2.Hoàn thiện chế phẩm 66

3.4 Nghiên cứu mô hình hệ thống màng lọc sinh học 68

3.4.1 Thời gian lưu của nước xử lý trong hệ thống 68

3.4.2 Sự biến động chỉ tiêu COD 69

3.4.3 Sự biến động BOD qua các thời gian xử lý 71

3.4.4 Biến động hàm lượng chất rắn không tan TSS 72

Phần 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 73

4.1 Kết luận 73

4.2 Kiến nghị 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74

PHỤ LỤC 78

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

BOD (Biochemical oxygen demand) Nhu cầu oxy sinh học

COD (Chemical Oxygen Demand) Nhu cầu oxy hóa học

CFU (Colony forming unit) Đơn vị khuẩn lạc

MRS (de Man, Rogosa and Sharpe) Môi trường dinh dưỡng MRS

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: Diện tích NTTS toàn quốc giai đoạn 2006-2010 4

Bảng 1.2: Yêu cầu chất lượng của nước nuôi trồng thủy sản 12

Bảng 1.3: QCVN 08:2008/BTNMT (trích dẫn) 29

Bảng 1.4: Ảnh hưởng của pH đến sự sinh trưởng và phát triển của tôm cá 34

Bảng 3.1: Kết quả phân lập các chủng vi sinh vật 53

Bảng 3.2: Hoạt tính enzym của các chủng vi sinh vật phân lập từ tự nhiên 54

Bảng 3.3: Hoạt tính enzym của các chủng vi sinh vật phân lập các chế phẩm 55

Bảng 3.4 c điểm h nh thái huẩn lạc của các chủng vi sinh vật tuyển ch n56 Bảng 3.5 Ảnh hưởng của môi trường dinh dưỡng đến mật độ của các chủng vi huẩn tuyển ch n 58

Bảng 3.6: Ảnh hường của nhiệt độ sấy đến mật độ vi huẩn bacillus sp sau sấy63 Bảng 3.7 : Mật độ vi huẩn Nitrosomonas sp và Nitrobacter sp sau 72 giờ lên men66 Bảng 3.8: Mật độ vi huẩn nitrat hóa sau hi sấy 66

Bảng 3.9: Sự biến động COD ở hệ thống ( hông bổ sung vi sinh vật) 70

Bảng 3.10: Sự biến động COD qua các thời gian xử lý 70

Bảng 3.11: Biến động BOD qua các thời gian xử lý 71

Bảng 3.12: Sự biến động hàm lượng TSS qua thời gian xử lý 72

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ

2 Hình 2 1: Mô hình hệ thống l c sinh h c nghiên cứu 48

Hình 2.2: Sơ đồ nguyên lý hệ thống màng l c sinh h c nghiên cứu 48

3 Hình 3.1: Kết quả thử hoạt tính trên các môi trường 55

4 H nh 3.2: c điểm hình thái khuẩn lạc một số chủng phân lập 57

5 Hình 3.3: Ảnh hưởng của tốc độ lắc đến mật số vi khuẩn 59

6 Hình 3.4: Ảnh hưởng của pH đến khả năng tạo sinh khối của các

chủng Bacillus sp

60

7 Hình 3.5: Mật độ vi khuẩn các chủng Bacillus sp lên men ở các

8 Hình 3.6: Ảnh hưởng của thời gian lên men thích hợp cho Bacillus

sp

62

9 H nh 3.3: Sơ đồ quy trình tạo chế phẩm Bacillus sp 64

10 H nh 3.4: Sơ đồ quy trình tạo chế phẩm nitrit hóa và nitrat hóa 67

MỞ ĐẦU

Ngành nuôi trồng thủy sản đang thu hút nhiều người tham gia và cũng đóng góp đáng kể vào sự tăng trưởng kinh tế Tuy nhiên, nuôi trồng thủy sản cũng đang phải đối mặt với thực trạng hết sức khó khăn hiện nay là suy giảm môi trường và dịch bệnh, gây thiệt hại kinh tế cho người nuôi Trong nuôi trồng thủy sản, thức ăn không hết, chất thải và sự chuyển hóa dinh dưỡng là nguồn gốc chủ yếu của sự ô nhiễm nước nuôi thủy sản

Việc sử dụng kháng sinh, các hóa chất bừa bãi đã gây nên sự kháng thuốc ở

vi sinh vật đồng thời triệt tiêu những quần thể vi sinh vật có lợi cho môi trường ao nuôi và cũng là một trong những yếu tố gây mất cân bằng hệ sinh thái ao nuôi Do vậy, ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường nuôi trồng thủy sản, môi trường sinh thái và sức khỏe con người

Từ thực trạng trên, chúng tôi nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu xây dựng hệ thống xử lý nước nuôi trồng thủy sản tuần hoàn bằng màng lọc sinh học, để ứng dụng nuôi con giống thủy sản“ là một trong những giải pháp mang tính sinh thái,

bền vững và cấp thiết để giải quyết vấn đề ô nhiễm nước trong nuôi trồng thủy sản

Nội dung đề tài:

- Phân lập và tuyển chọn các chủng vi sinh vật có hoạt tính enzym (protease, amylase, cellulase) cao phục vụ cho việc phân giải hợp chất hữu cơ trong trong hệ thống xử lý nước nuôi thủy sản

- Nghiên cứu điều kiện lên men thu sinh khối vi sinh vật

- Tạo chế phẩm sinh học bằng việc kết hợp nhóm vi khuẩn Bacillus, Nitrosomonas, Nitrobacter xử lý nước nuôi trồng thủy sản

- Xây dựng hệ thống xử lý nước nuôi trồng thủy sản tuần hoàn bằng màng lọc sinh học

Phần 1 TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan về phát triển nuôi trồng thủy sản trên thế giới và Việt Nam 1.1.1 Nuôi trồng thủy sản trên thế giới

Tổng sản lượng thủy sản trên toàn cầu năm 1950 chỉ đạt 20,76 triệu tấn, bao gồm 0,64 triệu tấn từ nuôi trồng và 20,12 triệu tấn từ khai thác Nhưng đến năm

2007, con số này đã tăng lên 143,6 triệu tấn, trong đó khai thác và nuôi trồng (không kể nuôi rong, tảo biển) đạt tương ứng là 92 triệu tấn và 51,6 triệu tấn

Theo đánh giá của FAO, năm 2007, khai thai thác thủy sản và nuôi trồng thủy sản cung cấp nguồn thực phẩm thủy sản cho thế giới là 110,4 triệu tấn Mức tiêu thụ theo đầu người toàn thế giới là 16,7 kg (trọng lượng tươi) Trong đó, nuôi trồng thủy sản chiếm 47% Xét tổng thể, sản phẩm thủy sản cung cấp cho hơn 2,9 tỷ người với mức tiêu thụ ít nhất 15 % protein đạm động vật trong các bữa ăn

Trung Quốc là nước có sản lượng thủy sản lớn nhất đạt 51,5 triệu tấn năm

2007, trong đó 17,1 triệu tấn từ khai thác và 34,4 triệu tấn từ nuôi trồng Tuy nhiên, năm 2008, Trung Quốc đã dự kiến điều chỉnh lại số liệu thống kê về khai thác và nuôi trồng căn cứ vào kết quả Tổng điều tra Nông nghiệp năm 2007, trong đó lần đầu tiên có nội dung liên quan đến khai thác và nuôi trồng Số liệu mới sẽ giảm hơn

10 % (tương ứng với hơn 2 triệu tấn sản lượng khai thác và hơn 3 triệu tấn từ nuôi trồng Năm 2007, số liệu sơ bộ về sản lượng thủy sản thế giới (không kể Trung Quốc) là 96 triệu tấn, tăng xấp xỉ 3% đối với khai thác và 7% đối với nuôi trồng so với năm 2006

Nuôi trồng thủy sản tiếp tục tăng trưởng nhanh trong thời gian qua Tuy nhiên, đã có dấu hiệu tốc độ tăng của nuôi trồng thủy sản toàn cầu gần đạt đến mức cao nhất, mặc dù ở một số khu vực và một số loài vẫn tiếp tục có tốc độ tăng cao Năm 2007, nuôi trồng thủy sản đóng góp 47% nguồn thực phẩm thủy sản của thế giới, đạt sản lượng 51,7 triệu tấn với giá trị là 78,8 tỷ USD Tốc độ tăng từ 2004 -

2006 đạt 6,1 % về khối lượng và 11% về giá trị Nếu tính cả sản lượng rong, tảo

biển, sản lượng nuôi trồng thủy sản thế giới năm 2006 đạt 66,7 triệu tấn với giá trị 85,9 tỷ USD

Năm 2007, Việt Nam vẫn tiếp tục đứng ở vị trí thứ 3 sau Trung Quốc và Ấn

Độ về nuôi thủy sản 10 nước có sản lượng nuôi thủy sản lớn nhất chiếm 82,98 % tổng sản lượng toàn thế giới năm 2005 (gần 42,9 triệu tấn so với tổng sản lượng 48,5 triệu tấn) và tăng lên 88,38 % năm 2006 (hơn 45,6 triệu tấn so với tổng sản lượng 51,6 triệu tấn) Trong số 10 nước đứng đầu, có 4 nước thuộc khối ASEAN theo thứ tự là Việt Nam (3), Thái Lan (4), In-đô-nê-xia (5) và Phi-lip-pin (10)

1.1.2 Nuôi trồng thủy sản ở Việt Nam

Ngành thủy sản Việt Nam trong hơn 10 năm qua đã có bước phát triển vượt bậc, trở thành một trong những nước có tốc độ phát triển thủy sản nhanh trên thế giới Trong đó, nuôi trồng thủy sản có tốc độ phát triển nhanh, góp phần quan trọng trong việc nâng cao sản lượng, giá trị xuất khẩu và tạo nhiều công ăn việc làm cho người dân, đặc biệt là vùng nông thôn ven biển

Nếu năm 1985, sản lượng thủy sản đạt 1,16 triệu tấn thì năm 2010 đạt hơn 5,0 triệu tấn (tăng gần 4,31 lần) Trong đó, khai thác hải sản tăng 2,45 lần, tốc độ tăng trưởng bình quân đạt 3,48 %/năm; nuôi trồng thủy sản tăng lên 9,17 lần, tốc độ tăng trưởng bình quân đạt 9,68 %/năm Tốc độ tăng trưởng bình quân của sản lượng thủy sản đạt 6,14 %/năm trong giai đoạn 1985-2010 [34]

Nuôi trồng thủy sản đang từng bước thực hiện nuôi có điều kiện (tuân thủ quy định điều kiện; quản lý các yếu tố đầu vào: con giống; thức ăn; các loại chế phẩm sinh học, sản phẩm cải tạo và xử lý môi trường, thuốc ngư y; kiểm soát môi trường dịch bệnh vùng nuôi) đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm và từng bước áp dụng các quy định về truy xuất nguồn gốc sản phẩm

Đến năm 2010, diện tích NTTS toàn quốc 1095,6 nghìn ha tăng gần 1,66 lần

và sản lượng tăng 4,67 lần so với năm 2000 (sản lượng NTTS năm 2000 là 0,6 triệu tấn) [34] Nuôi trồng thủy sản đã tạo ra nhiều mặt hàng có sức cạnh tranh cao, xuất

khẩu sang nhiều thị trường trong khu vực và thế giới, mang lại giá trị kim ngạch xuất khẩu ngày càng lớn

Bảng 1.1: Diện tích NTTS toàn quốc giai đoạn 2006-2010 [36] ( v: ha)

Vùng Năm 2006 Năm2007 Năm 2008 Năm 2009 Năm 2010

Đồng bằng sông Hồng 113.100 117.200 121.200 124.900 127.571 Trung du miền núi phía bắc 33.800 36.200 37.900 40.000 44.640 Bắc trung bộ và Duyên hải miền

trung 77.600 78.900 77.900 79.600 80.529 Tây nguyên 8.500 9.300 10.700 11.100 19.150 Đông Nam bộ 52.300 53.400 52.700 51.500 54.680 Đồng bằng sông Cửu Long 691.200 723.800 752.206 737.600 769.048

Tổng cộng 976.500 1.018.800 1.052.606 1.044.700 1.095.618

Đối tượng nuôi khá đa dạng và được bổ sung liên tục qua các năm Đối tượng nuôi chủ lực trong giai đoạn vừa qua là tôm sú, tôm chân trắng, cá tra, tôm càng xanh, nghêu, sò huyết, ốc hương, cua biển, rong biển và nhóm cá nước ngọt truyền thống Trong đó, cá tra và tôm sú chiếm 60% - 65% tổng sản lượng thủy sản nuôi trồng hàng năm của cả nước

Nuôi trồng thủy sản ngày càng được mở rộng; hình thức nuôi quảng canh, quảng canh cải tiến từng bước được thay thế bằng hình thức nuôi bán thâm canh, thâm canh và nuôi công nghiệp; sản phẩm nuôi trồng được kiểm soát và đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm Nuôi trồng thủy sản đã phát triển rộng khắp trên 3 vùng sinh thái (nước ngọt, nước lợ và nước mặn) với các hình thức nuôi quảng canh, quảng canh cải tiến, bán thâm canh và thâm canh; trong đó hình thức nuôi thâm canh, nuôi quảng canh cải tiến theo mô hình nuôi sinh thái đang được phát triển và đang từng bước thực hiện nuôi có điều kiện Nhiều mô hình nuôi đang được áp dụng phù hợp với điều kiện sinh thái của từng vùng như: nuôi ít thay nước, nuôi tuần hoàn khép kín, nuôi luân canh, xen canh trong ao đầm Các mô hình nuôi biển

đang phát triển đa dạng và hiệu quả Hình thức nuôi quảng canh cải tiến đang từng bước thay thế hình thức nuôi thâm canh và bán thâm canh: tôm sú 5 - 10 tấn/ha/vụ, tôm chân trắng 10 - 20 tấn/ ha/vụ, rô phi 15 - 20 tấn/ha/vụ, năng suất cá tra thông thường cũng đạt được 150 - 200 tấn/ha, cao nhất có thể đạt tới 600 tấn/ha/vụ, nuôi

rô đồng đạt năng suất 10-20 tấn/ha/vụ, nuôi cua trong rừng ngập mặn cho năng suất 1,0 tấn/ha/năm, nuôi lồng bè trên biển, nuôi các loài nhuyễn thể và trồng rong biển…[12]

Hệ thống giống thủy sản đã được hình thành bao gồm 6 trung tâm giống quốc gia, 16 trung tâm giống cấp 1, 5 vùng sản xuất giống tập trung và hệ thống các trung tâm giống tỉnh, hiện đang thực hiện các nhiệm vụ nghiên cứu, tuyển chọn tạo giống mới, giống có chất lượng cao phục vụ sản xuất có hiệu quả [34]

1.2 Tình hình ô nhiễm môi trường trong nuôi trồng thủy sản

Hiện nay trong nuôi trồng thủy sản trên địa bàn cả nước phát triển rất nhanh, vùng Đồng bằng Sông Hồng, vùng duyên hải miền trung và đặc biệt là vùng Đồng bằng sông Cửu Long trở thành trọng điểm về nuôi trồng thủy sản Sự phát triển nuôi trồng thủy sản mạnh mẽ lại kéo theo các tác động môi trường diễn ra ở quy mô ngày càng lớn và hết sức đa dạng Có thể kể đến những tác động đến môi trường từ nuôi trồng thủy sản như: môi trường đất, môi trường nước và các hệ sinh thái trong phát triển nuôi trồng thủy sản bị biến đổi gây suy thoái, ô nhiễm môi trường Với đặc điểm về địa lý vùng Đồng bằng sông Cửu Long là vùng tập trung nhiều các loại đất phèn tiềm tàng và phèn hoạt động Khi bị đào đắp ao nuôi thủy sản, đào kênh rạch cấp thoát nước, vệ sinh ao nuôi sau mùa thu hoạch đã làm cho tăng phèn tiềm

ẩn bị tác động bởi quá trình oxy hóa sẽ diễn ra quá trình lan truyền phèn mạnh, làm giảm độ pH nước, gây ô nhiễm môi trường và dịch bệnh tôm, cá trong nuôi trồng thủy sản

Các nguồn thải ra sông rạch đã tác động làm cho môi trường nước bị biến đổi Chất lượng nước trong các ao nuôi thủy sản bị suy giảm, xét ngược lại quá trình này có thể các nguồn thải ra sông rạch này lại chính từ các khu công nghiệp, trong

đó cũng không loại trừ các khu công nghiệp chế biến thủy sản, nông, lâm sản Bởi các nhà máy chế biến này luôn phải dùng rất nhiều nước trong quá trình rửa thực phẩm

Vùng Đồng bằng sông Cửu Long dịch bệnh đã phát sinh trên diện rộng ở các loại cá, tôm nuôi diễn biến rất phức tạp, gây nhiều thiệt hại đối với người nuôi trồng thủy sản Nuôi cá nước ngọt trên sông ô nhiễm môi trường làm cá tra, cá ba sa chết hàng loạt ở một số bè cá trên sông; dịch bệnh trên các ao hồ và cá đồng một số tỉnh lưu vực sông Tiền, sông Hậu, dịch bệnh tôm nuôi đã phát sinh trên 20-60% diện tích nuôi ở các tỉnh ven biển Cà Mau, Bạc Liêu, Sóc Trăng, Tiền Giang bên cạnh đó là những thiệt hại về những vùng nuôi trồng thủy hải sản vùng đồng bằng sông Hồng Cùng với tác động môi trường do chất thải trong sản xuất chế biến công nghiệp, nước thải sinh hoạt ở các khu dân cư và đô thị cũng góp phần tác động đến chất lượng môi trường nước ảnh hưởng đến cả kinh tế và môi trường sinh thái [16]

Hiện nay, quá trình chuyển dịch trồng lúa sang nuôi trồng thủy sản diễn ra quy mô lớn ở vùng mặn hóa ven biển làm gia tăng xâm nhập mặn ở các vùng ven biển Tác động làm suy giảm rừng ngập mặn ven biển tiếp tục diễn ra ảnh hưởng đến các hệ sinh thái rừng ngập mặn Nuôi cá bè trên sông rạch, nuôi thâm canh thủy sản vùng ngọt hóa đã gây nên các tác động đến chất lượng môi trường nước ở đây

Đối với nuôi biển, chất lượng nước ven bờ Việt Nam bị chi phối rất lớn bởi các vùng cửa sông nước lợ, vì vậy môi trường nước bị tác động ô nhiễm rất lớn bởi các chất thải ven bờ đưa ra vùng biển Các chất ô nhiễm trong nước rất độc hại cho

ấu trùng tôm, cua và cá biển, nếu không được xử lý tốt sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả sản xuất Hơn nữa khi biết được thực trạng ô nhiễm nước biển ven bờ sẽ giúp cho các trại sản xuất giống và các cơ sở nuôi trồng thủy sản định hướng được phương pháp xử lý nước trước khi cấp cho quá trình sản xuất

1.3 Các nhân tố gây ô nhiễm

Tình trạng ô nhiễm môi trường đang xảy ra nghiêm trọng trong nuôi trồng thủy sản do phần lớn các chất hữu cơ dư thừa từ thức ăn, phân và các rác thải khác

đọng lại dưới đáy ao nuôi Ngoài ra, còn các hóa chất, kháng sinh được sử dụng trong quá trình nuôi trồng cũng dư đọng lại mà không được xử lý Cụ thể các nhân

tố tác động gây ra ô nhiễm môi trường nuôi trồng thủy sản như sau [16]:

Tác động do sử dụng hoá chất và thức ăn nuôi

Trong quá trình nuôi trồng thủy sản phần lớn lượng thức ăn mà người nuôi trồng thủy sản dùng để cho ăn rất giàu thành phần đạm, trong quá trình chuyển hóa một phần được thải ra từ phân, còn một phần thức ăn dư thừa bị phân hủy là nguyên nhân gây nhiễm bẩn nguồn nước trong ao nuôi, gây hiện tượng phú nhưỡng Đây là điều kiện rất thuận lợi cho các loài tảo độc, các loài kí sinh cũng như các loài vi sinh vật gây hại cho thủy sản phát triển, từ đó hình thành các dịch bệnh nguy hiểm làm giảm năng suất và chất lượng ao nuôi hay gây thất thu toàn bộ ao nuôi nếu không khống chế kịp thời Tại một số ao nuôi, người ta thường cho đối tượng nuôi ăn thức

ăn tươi sống như cá, nhuyễn thể, trứng nghiền… khi thức ăn chưa dùng hết sẽ tạo điều kiện cho vi sinh vật gây bệnh, có hại phát triển, vô tình phá vỡ cơ cấu sinh thái nước ao

Tác động của bùn đáy

Sau mỗi vụ nuôi do lượng chất ăn dư thừa, chất thải của vụ nuôi trồng tích

tụ ở đáy ao sẽ tạo thành một lớp mùn bã hữu cơ Việc hình thành lớp bùn đáy do tích tụ lâu ngày của các chất hữu cơ, cặn bã là nơi sinh sống của các vi sinh vật gây thối, các vi sinh vật sinh các khí độc như: amonia, nitrit, hydrogen, sunphua Các vi

sinh vật gây bệnh như: Vibrio, Aeromonas, E.coli, Pseudomonas, Proteus, Staphylococcus nhiều loại nấm và nguyên sinh động vật Những yếu tố này khi tồn

đọng trong ao nuôi sẽ gây ra ô nhiễm môi trường cho nước nuôi trồng thủy sản

Tác động của việc lan truyền ô nhiễm từ thượng lưu và biển

Việc lan truyền ô nhiễm từ thượng lưu và biển có thể tạo ra do các nguyên nhân sau:

- Lan truyền ô nhiễm từ nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp;

- Lan truyền ô nhiễm từ hoạt động nuôi trồng thủy sản, chăn nuôi;

- Lan truyền ô nhiễm từ khai thác, vận chuyển dầu khí và hoạt động của tàu thuyền;

- Lan truyền ô nhiễm do kim loại nặng;

- Lan truyền ô nhiễm từ mùi trong môi trường nước;

- Lan truyền ô nhiễm từ thuốc bảo vệ thực vật

Tác động từ các nhân tố khác

Ô nhiễm môi trường nuôi trồng thủy sản xuất phát từ nhiều nguyên nhân, nhân tố khác nhau Ngoài các tác nhân kể trên, việc gây ra ô nhiễm trong môi trường nuôi còn được kể tới từ nhân tố dịch bệnh trong thủy sản Khi dịch bệnh phát sinh nếu nghiêm trọng sẽ gây chết tỉ lệ rất lớn đối tượng nuôi trong ao Điều này thể hiện rất rõ với đối tượng tôm, nhiều dịch bệnh diễn ra nhiều khi gây chết hàng loạt tôm trong ao nuôi Hệ quả là gây là sự ô nhiễm môi trường vùng nuôi nghiêm trọng

Ngoài ra, nhân tố ảnh hưởng đến môi trường nuôi cũng bị ảnh hưởng nhiều của biến đổi khí hậu, từ các nhân tố ngoại vi, ví như hiện tượng mưa, bốc hơi nước… Khi mưa làm cho nước đục do đất bị rửa trôi từ bờ đê bao là một trong những nguyên nhân gây cho tảo chết và không tái phát triển được Mưa nhiều làm cho môi trường nước trong ao nuôi bất ổn định, oxi hòa tan thường xuống thấp (3 – 5 ppm)

và biên độ biến động nhiệt lớn Trong những ngày áp thấp nhiệt đới, không có nắng trong nhiều ngày liên tiếp làm cho tảo chết hàng loạt gây nhiễm bẩn hữu cơ Điều này tạo điều kiện cho mầm bệnh phát triển, gây các sốc bất lợi cho nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là nuôi tôm

1.4 Thành phần nước thải nuôi trồng thủy sản

1.4.1 Các chất hữu cơ trong nước thải nuôi trồng thủy sản

Trong nước thải nuôi trồng thủy sản chứa nhiều hợp chất hữu cơ, đó là sản phẩm tạo thành từ các thức ăn thừa trong quá trình cho ăn, các sản phẩm từ sự trao

đổi chất của vật nuôi, phân và các rác thải trong ao nuôi, bao gồm: protein, hydratcacbon, chất béo, các sản phẩm phân hủy của chúng… Những chất này có thể được oxy hóa bởi vi sinh vật để thu năng lượng và vật liệu xây dựng tế bào hoặc được lưu trữ dưới dạng glycogen hoặc các dạng khác

Các chất hữu cơ thường là thành phần gây ô nhiễm chủ đạo trong nước thải nuôi trồng thủy sản và sự có mặt của chúng sẽ làm giảm hàm lượng oxy hòa tan trong nước thải Quá trình chuyển hóa sinh học các thành phần chất hữu cơ này ở vi sinh vật bắt đầu từ quá trình thủy phân ngoại bào vật liệu hữu cơ trên thành các đơn

vị cấu trúc tương ứng (các loại đường, acid amin, glycerin và các acid béo…), tiếp theo là quá trình vi sinh vật sử dụng các vật liệu này để phát triển sinh khối hoặc chuyển hóa tiếp tục thành các chất thứ cấp (để thu nhận năng lượng hay để thu nhận vật liệu cấu trúc tế bào) và cuối cùng là giai đoạn chuyển hóa tiếp tục các cấu tử thứ cấp này thành các chất an toàn và thân thiện với môi trường

Protein và quá trình chuyển hóa protein trong nước thải

Protein là những đại phân tử được cấu tạo theo nguyên tắc đa phân mà các đơn phân là các acid amin được kết hợp lại với nhau bằng liên kết peptid Muốn phân giải protein, đầu tiên các vi sinh vật phải tiết ra các enzym phân giải protein ngoại bào và làm chuyển hóa các protein thành các hợp chất có phân tử nhỏ hơn, đó

là các polypeptid và olygopeptid Sau đó các chất này tiếp tục được thủy phân thành acid amin nhờ các peptidase ngoại bào hoặc được xâm nhập ngay vào tế bào vi sinh vật sau đó mới được chuyển hóa thành các acid amin Một phần các acid amin này được vi sinh vật sử dụng trong quá trình tổng hợp protein của chúng, một phần khác được tiếp tục phân giải theo những theo những con đường khác nhau để sinh NH3,

CO2 và nhiều sản phẩm khác [15]

Tinh bột và quá trình chuyển hóa tinh bột trong nước thải

Tinh bột là loại polysacarit chủ yếu trong hạt, củ, trong quả Hợp chất cao phân tử này được cấu tạo bởi nhiều gốc glucose, mối liên kết giữa các gốc được gọi

là dây nối α – glucozid Tinh bột được cấu tạo bởi hai thành phần có cấu trúc khác nhau: amylose và amylopeptin [15]

Trong nước thải nuôi trồng thủy sản, hàm lượng tinh bột khá cao và được xuất phát từ nhiều nguồn khác nhau, mặc dù tinh bột là chất dễ bị phân hủy trong điều kiện tự nhiên, nhưng nếu lượng tinh bột bị chịu sự phân hủy diễn ra trong điều kiện yếm khí thì nó có thể tạo ra nhiều sản phẩm không mong muốn như H2S,

NH3… Khi có cơ chất cho vi sinh vật là tinh bột, lúc này trong nước thải nuôi trồng thủy sản cũng xuất hiện rất nhiều loại vi sinh vật có khả năng tổng hợp ra các enzym phân giải tinh bột –amylase Amylase thủy phân tinh bột để tạo thành các sản phẩm chủ yếu như: dextrin, mantose, glucose…

Lipid và quá trình chuyển hóa lipid

Lipid là nhóm hợp chất hữu cơ tự nhiên rất phổ biến trong tế bào động thực vật, có thành phần hóa học và cấu tạo khác nhau nhưng có tính chất chung là không hòa tan trong nước mà hòa tan trong các dung môi không phân cực Lipid là hợp chất cấu tạo quan trọng của màng sinh học: là nguồn cung cấp năng lượng, nguồn cung cấp vitamin A,D, E, K cho cơ thể [19] Dựa vào thành phần hóa học có thể chia lipid thành 2 nhóm: lipid đơn giản và lipid phức tạp

Trong nước thải nuôi trồng thủy sản, hàm lượng lipid không cao và chủ yếu tồn tại ở dạng lipid đơn giản là triglycerit có cấu tạo từ glycerol và acid béo Lipid được nhiều loại vi sinh vật sử dụng làm nguồn thức ăn cacbon và nguồn năng lượng So với các loại cơ chất khác thì đây là loại cơ chất được đồng hóa với tốc độ chậm Để sử dụng nguồn năng lượng này, lipid sẽ bị các vi sinh vật phân giải thành các glycerol và acid béo dưới tác dụng của lipase Sau khi được phosphoryl hóa, glycerol sẽ được tiếp tục oxy hóa thành dihydroxyacetone phosphat và bị phân giải trong con đường đường phân Trong khi đó các acid béo thường bị oxy hóa trong con đường β – oxy hóa sau khi chuyển thành các este của coenzymA Trong quá trình này, các acid béo bị phân giải thành acetyl – CoA, sau đó acetyl – CoA đi vào chu trình Krebs Kết thúc quá trình này, lipid bị phân hủy thành CO2, H2O [15]

1.4.2 Các hợp chất vô cơ trong nước thải nuôi trồng thủy sản

Các hợp chất vô cơ trong nước thải nuôi trồng thủy sản bao gồm khá nhiều loại, tồn tại trong nhiều dạng hợp chất khác nhau, trong đó hàm lượng các hợp chất nito vô cơ tồn tại khá phổ biến

Các hợp chất nito vô cơ

Nito vô cơ tồn tại ở 3 dạng chính: ion amoni (NH4+), nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-) Dưới tác dụng của nhiều yếu tố hóa lý và do hoạt động của một số sinh vật các dạng nito này chuyển hóa lẫn nhau, tích tụ lại trong nước và có tính độc hại với

ao nuôi thủy sản Các hợp chất nito vô cơ này chủ yếu xuất phát từ quá trình biến đổi hợp chất hữu cơ có bản chất protein Quá trình chuyển hóa sinh học nguồn nito hữu cơ trong tự nhiên nhờ vi khuẩn, trong điều kiện hiếu khí thường dừng lại ở muối nitrat (do các vi khuẩn nitrat hóa) Nếu có một hàm lượng lớn NO3- trong nước sẽ gây hiện tượng phú dưỡng, trước hết nó tăng cường sự sinh trưởng và phát triển của tảo và vi sinh vật phù du làm giảm độ xuyên của ánh sáng mặt trời, ngăn cản sự quang hợp trong các lớp nước phía dưới Mặt khác, sau khi tảo và các sinh vật phù du chết đi sẽ bị các vi sinh vật khác phân hủy và giải phóng ra NH4+

Trong ao hồ nuôi, amoni xuất hiện như một sản phẩm do sự biến dưỡng của động vật trong nước cũng như từ sự phân hủy các chất hữu cơ dưới tác dụng của vi khuẩn Trong nước amoni được phân chia làm hai nhóm: nhóm NH3 (khí hòa tan)

và nhóm NH4+ (ion hóa) Chỉ có dạng NH3 (khí hòa tan) là gây độc cho ao hồ Dưới tác dụng của vi khuẩn, amoni sẽ bị biến đổi thành nitrit (NO2) (bởi vi khuẩn

Nitrosomonas), NO3 (bởi vi khuẩn Nitrobacter) Hình thức nitrat thường ít hại,

nồng độ nitrat cho phép trong nước nuôi trồng thủy sản 15mg/l (QCCN 08:2008/BTNMT)

Ngoài ra gồm một số nguyên tố kim loại và các hợp chất phospho tồn tại khá phổ biến trong nước nuôi trồng thủy sản

Bảng 1.2: Yêu cầu chất lượng của nước nuôi trồng thủy sản [1]

1.4.3 Vi sinh vật trong nước thải nuôi trồng thủy sản

Hệ vi sinh vật trong nước thải nuôi trồng thủy sản khá phong phú, phụ thuộc nhiều vào đối tượng nuôi trong ao Chúng có thể bao gồm cả vi khuẩn, nấm, tảo và nguyên sinh động vật… vi sinh vật trong nước thải của quá trình nuôi trồng thủy sản có thể là hữu ích, có thể là gây bệnh

* Vi sinh vật hữu ích:

Là những vi sinh vật có khả năng làm giảm các chất ô nhiễm góp phần làm sạch môi trường như phân hủy các hợp chất hữu cơ, sử dụng các nguyên tố khoáng, tiêu diệt vi sinh vật gây bệnh trong nước thải và không độc hại với con người cũng như sinh vật thủy sinh Những vi sinh vật hữu ích này thường được khai thác, tuyển chọn để ứng dụng vào xử lý nước thải Trong thực tế, người ta đã khai thác được rất nhiều vi sinh vật hữu ích ứng dụng vào để xử lý nước thải, chủ yếu là các loài vi

khuẩn như: Bacillus, Pseudomonas, Clostridium, Nitrosomonas, Nitrobacter…[3]

Ngoài vi khuẩn còn có nhiều loài nấm men (Saccharomyces, Candida…), nấm mốc (Aspergillus…), tảo, nguyên sinh động vật sẵn có trong nước thải cũng

được coi là vi sinh vật hữu ích khi chúng có tác dụng chuyển hóa các chất gây ô nhiễm trường, làm giảm sự ô nhiễm của nước thải Không những là vi sinh vật hữu ích trong xử lý nước, ngày nay chúng còn được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác

nhau: xử lý chất thải nông nghiệp thành phân bón, xử lý rác thải hữu cơ, làm sạch

bể tự hoại…[27]

* Vi sinh vật gây bệnh:

Trong nước thải của quá trình nuôi trồng thủy sản cũng tìm thấy được một số loài vi sinh vật, chúng gây bệnh cho các vật nuôi thủy sản trong ao, cho thực vật và các vi sinh vật hữu ích khác, thậm chí gây bệnh cho con người khi sử dụng các thủy sinh vật tại các vùng nuôi có nhiễm các vi sinh vật gây bệnh Có thể kể tên một số

loài vi sinh vật gây bệnh như: trực khuẩn đường ruột (Escherichia), vi khuẩn gây bệnh thương hàn Salmonella, vi khuẩn gây bệnh tả (Vibrio cholerae), vi khuẩn bệnh

lỵ (Shigella) [30]

- Vi khuẩn Escherichia coli (E coli) là vi sinh vật hiếu khí có hình que hai

đầu tròn, kích thước dài ngắn khác nhau, thường từ 2 -3 µm x 0.5 µm Không có khả năng hình thành bào tử, có khả năng hình thành giáp mạc (vỏ nhầy) khi gặp môi trường tốt [5]

Trực khuẩn đường ruột E.coli thường là loại vi khuẩn đối kháng với vi khuẩn

gây thối rữa Chúng có khả năng sinh tổng hợp các chất kháng sinh như Colinin làm chết các vi sinh vật gây bệnh khác Do đó, khi dùng chất kháng sinh làm chết trực

khuẩn đường ruột E.coli thì sẽ làm cho vi khuẩn gây thối rữa và những vi khuẩn gây

bệnh khác phát triển Nhóm trực khuẩn đường ruột đặc biệt rất nguy hiểm ở chỗ chúng rất dễ thích nghi với cơ thể người, chúng bền vững với cả dịch vị của người Trong điều kiện tự nhiên như nước, đất, kể cả thực phẩm, ở da, chúng có thể tồn tại hàng tuẩn thậm chí hàng mấy tháng

- Vi khuẩn Salmonella:

Salmonella được tìm thấy cả trong các động vật máu nóng và lạnh, chúng

được tìm thấy nhiều ở các loại thủy sinh vật Trong số các vi khuẩn này, có loại chỉ gây bệnh đối với người, có loại gây bệnh cả đối với người lẫn động vật [10],[28]

- Vi khuẩn gây bệnh tả Vibrio cholera:

Đây là một điển hình của bệnh gây truyền nhiễm qua nước, vi khuẩn Vibrio cholera là loại phẩy khuẩn 1.5 – 2 µm, đôi khi dạng giống trực khuẩn hoặc có khi

ngắn giống cầu khuẩn Nó bắt màu tốt, gram âm, không giáp mạc, không tạo nha bào, nếu soi tươi thì rất di động Là loại hiếu khí, dễ dàng nuôi cấy trên các môi trường kiềm yếu, không bền vững đối với môi trường acid [5],[10]

Phẩy khuẩn tả Vibrio cholera rất nhạy với nhiệt độ cao Đun nóng tới 520C sau 30 phút là chết, ngược lại rất thích nghi với nhiệt độ thấp Ở nước sông, nước giếng chúng bảo tồn được 3 tháng, nước cấp sinh hoạt được 1 tháng Nước thải là môi trường tốt nhất đối với chúng nên chúng tồn tại được với thời gian lâu hơn, có thể tới 7 tháng Ở nước biển phẩy khuẩn tả còn có thể sống lâu hơn, có thể sinh sản với tốc độ cao hơn ở nước ngọt Phẩy khuẩn tả bị tiêu diệt ở dung dịch acid cacbonic 1% trong 5 phút, ở dung dịch thủy ngân 0.1% thì chết ngay trong nước không có chất hữu cơ hoặc với đồng độ Clo 0.01% thì chúng cũng bị tiêu diệt sau

là tác nhân gây bệnh, gây chết hàng loạt ở tôm [32]

Ngoài các vi khuẩn gây bệnh đường ruột còn có các vi sinh vật gây bệnh

khác cư trú trong nước như: vi khuẩn Leptospira (gây bệnh sốt da vàng và sốt rét), Amip Eltamoeba histolytica (gây bệnh lỵ)…

Một số vi sinh vật còn được coi là vi sinh vật chỉ thị trong nước như vi sinh

vật chỉ thị ô nhiễm Coliforms Coliforms được xem là nhóm vi sinh vật chỉ thị, số

lượng hiện diện của chúng trong nước được dùng để chỉ thị khả năng hiện diện của

các vi sinh vật gây bệnh khác Nhiều nghiên cứu cho thấy rằng khi số Coliforms cao

thì khả năng hiện diện của các vi sinh vật gây bệnh khác cũng cao

Trong nước nuôi trồng thủy sản với các thông số đo vượt quá mức giới hạn của quy chuẩn nước mặt đối với các loài thủy sinh đều cho là bị ô nhiễm, như đối chiếu với QCVN 08:2008/BTNMT Trong luận văn này xử lý nước thải được đánh giá ở mức độ ô nhiễm vừa, nghĩa là BOD trong khoảng 200-400 mg/l, COD trong khoảng 150-1.500mg/l

Sơ đồ trao đổi chất hữu cơ nhờ các vi sinh vật hiếu khí và kỵ khí trình bày theo phương trình sau [7]:

- Trong điều kiện hiếu khí các vi sinh vật phân giải chất hữu cơ tạo thành các sản phẩm cần thiết cho sự sinh trưởng như sau:

Mục đích làm sạch nước thải là tách các hợp chất hữu cơ và vô cơ để nồng

độ của chúng không vượt quá mức cho phép Phụ thuộc vào tính nhiễm bẩn và nồng

độ của chúng có thể sử dụng các biện pháp làm sạch nước thải khác nhau Nhưng phổ biến nhất là các phương pháp cơ học (lắng, lọc), cơ lý (kết lắng, trung hòa, để lắng), lý học (trao đổi ion, hấp phụ), trao đổi nhiệt và sinh hóa học Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng, tùy phạm vi ứng dụng mà có thể sử dụng một vài phương pháp sẽ cho loại bỏ hoàn toàn được các chất nhiễm bẩn

Biện pháp sinh học làm sạch nước thải là quá trình công nghệ được sử dụng rộng rãi nhất trong nhiều lĩnh vực công nghiệp có lượng lớn nước nhiễm bẩn, song với nồng độ các chất thấp Làm sạch nước thải bằng biện pháp sinh học là dùng các loại vi sinh vật sử dụng các chất dinh dưỡng có trong nước thải làm nguồn năng lượng Chúng phân hủy các chất thành CO2, nước, muối khoáng và một số chất thành NO3, NO2

Biện pháp sinh học làm sạch nước thải có các ưu điểm sau:

1) Có thể xử lý nước thải có phổ nhiễm bẩn các chất hữu cơ rộng

2) Hệ thống có thể tự điều chỉnh phổ các chất nhiễm bẩn và nồng độ các chất nhiễm bẩn

3) Thiết kế các trang thiết bị đơn giản

4) Chi phí cho phần thực nghiệm không cao

Nhưng có các nhược điểm sau:

1) Đầu tư cơ bản cho việc xây dựng các thiết bị của hệ thống làm sạch cao 2) Phải có chế độ công nghệ làm sạch hoàn chỉnh

3) Một vài chất hữu cơ có độc tính ảnh hưởng đến quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính làm giảm hiệu suất làm sạch

4) Cần làm loãng các nguồn nước có nồng độ các chất hữu cơ cao, do vậy làm tăng lượng nước thải

Tuy còn có nhược điểm song phương pháp làm sạch bằng biện pháp sinh học vẫn là phương pháp phổ biến hiện nay và được áp dụng rộng rãi nhất Phụ thuộc vào điểu kiện sống của vi sinh vật, hiếu khí và kỵ khí

1.5.2 Phương pháp vật lý và hóa học xử lý nước nuôi trồng thủy sản

Khi xử lý nước thải trong nuôi trồng thủy sản theo phương pháp hóa lý, người ta có nhiều phương pháp: Phương pháp đông tụ, phương pháp trung hòa, phương pháp oxy hóa khử… Người ta sử dụng phương pháp hóa lý trong xử lý nước nuôi trồng thủy sản bởi trong nước thải còn dư lượng các chất thải vô cơ, các ion kim loại nặng… mà vi sinh vật không loại trừ được những chất này Tuy nhiên, thực tế khi công nghệ nuôi phát triển nên vấn đề các chất thải này cũng ít có trong môi trường nuôi Do vậy, hệ thống xử lý nước nuôi trồng thủy sản ngày nay chủ yếu

áp dụng theo phương pháp sử dụng công nghệ sinh học [7]

Để xử lý nước nuôi trồng thủy sản theo phương pháp hóa lý, người ta thường

sử dụng các phương pháp sau:

Phương pháp đông tụ

Mục đích: để tăng nhanh quá trình lắng các chất lơ lửng phân tán nhỏ, keo, người ta dùng phương pháp đông tụ, khi đó nồng độ chất màu, mùi, lơ lửng sẽ giảm xuống

Các chất đông tụ thường dùng là nhôm sunfat, sắt sunfat, sắt clorua,

Al2(SO4)3 khi vào nước sẽ tác dụng với bicacbonat trong nước tạo thành Al(OH)3 dạng bông và sẽ hấp phụ , kết dính các hạt huyền phù, các chất ở dạng keo

lơ lửng trong nước thải Các bông này sẽ lắng xuống đáy ở dạng cặn

Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2 2Al(OH)3 + 3CaSO4 + CO2

Khi dùng các muối sắt:

2FeCl3 + 3Ca(OH)2 3CaCl2 + 2Fe(OH)3

Hiệu suất đông tụ cao nhất khi pH 4-8,5 Để tạo các bông lớn, để lắng người

ta dùng thêm chất trợ đông Đó là chất cao phân tử tan trong nước và dễ phân ly

thành ion, gồm chất trợ đông tụ loại anion và cation Hay dùng là poliacrylamit

(CH2CHCONH2)n , natri silicat hoạt tính,

Giới hạn sử dụng: chọn lựa hóa chất, liều lượng tối ưu, thứ tự cho vào nước,

lượng cặn tạo thành, phải được tiến hành bằng thực nghiệm, thường dùng

1-5mg/l

Điều kiện: để phản ứng diễn ra hoàn toàn và tiết kiệm, cần phải: khuấy đều

có thể sử dụng các loại máy trộn khác nhau Loại hay dùng: cánh quạt cơ giới thì

nước thải sẽ chuyển động vòng và tạo bông dễ dàng ở toàn bộ thể tích [7]

Phương pháp trung hòa

Trong nước thải nuôi trồng thủy sản có chứa nhiều axit hoặc kiềm để ngăn

ngừa hiện tượng xâm thực ở các công trình thoát nước và tránh cho các quá trình

sinh hóa ở các công trình làm sạch và trong hồ, sông không bị phá hoại, người ta

phải trung hòa các loại nước thải đó Trung hòa còn với mục đích làm cho một số

muối kim loại nặng lắng xuống và tách ra khỏi nước Trung hòa nước thải có thể

thực hiện bằng nhiều cách khác nhau [8]:

- Trộn lẫn nước thải acid với nước thải kiềm;

- Bổ sung các tác nhân hóa học;

- Lọc nước acid qua vật liệu có tác dụng trung hòa;

- Hấp thụ khí acid bằng nước kiềm hoặc hấp phụ amoniac bằng nước acid

Công nghệ ưu tiên: tính đến khả năng trung hòa lẫn nhau giữa các loại nước thải chứa axit và kiềm Quá trình trung hòa được thực hiện trong các bể trung hòa kiểu làm việc liên tục hay gián đoạn theo chu kỳ Nước thải sau khi trung hòa có thể cho lắng ở các hồ lắng tập trung và nếu điều kiện thuận lợi, các hồ này có thể tích

có thể trữ được cặn lắng trong khoảng 10-15 năm

Thể tích cặn lắng phụ thuộc vào nồng độ axit, ion kim loại nặng trong nước thải, vào dạng và liều lượng hóa chất, vào mức độ lắng trong, Ví dụ: khi trung hòa nước thải bằng vôi sữa chế biến từ vôi thị trường chứa 50% CaO hoạt tính sẽ tạo nhiều cặn nhất Việc lựa chọn biện pháp trung hòa phụ thuộc vào lượng nước thải, chế độ xả thải, nồng độ, hóa chất có ở địa phương

Đối với nước thải sản xuất, việc trung hòa bằng hóa chất khá khó khăn vì thành phần và lưu lượng nước thải trong các trạm trung hòa dao động rất lớn trong ngày đêm Ngoài việc cần thiết phải xây dựng bể điều hòa với thể tích lớn còn phải có thiết bị tự động điều chỉnh lượng hóa chất vào Thông số chính để điều chỉnh phổ biến là đại lượng pH Trong thực tế cần phải tiến hành thực nghiệm với từng loại nước thải để tiến hành biện pháp trung hòa vì trong nước thải này chứa nhiều hợp chất hữu cơ, axit, muối phân ly yếu có ảnh hưởng đến việc đo pH bằng điện hóa học

Ngoài ra còn có các phương pháp hấp phụ, phương pháp tuyển nổi và phương pháp trao đổi ion

1.5.3 Phương pháp sinh học trong xử lý nước nuôi trồng thủy sản

1.5.3.1 Xử lý bằng bể hiếu khí (quá trình bùn hoạt tính)

Công nghệ xử lý nước thải bằng bể hiếu khí (bùn hoạt tính) là quá trình xử lý sinh học hiếu khí, trong đó vi sinh vật tạo thành (trong bùn hoạt tính) được hồi lưu nước thải trong bể có sục khí Để đảm bảo có oxy thường xuyên và trộn đều với

nước thải với bùn hoạt tính, người ta cung cấp oxy bằng hệ thống khuấy trộn và thổi khí, hoặc cung cấp oxy tinh khiết Công nghệ này dựa trên cơ sở của hệ thiết bị “Bể hiếu khí- bể lắng thứ cấp”

Nguyên lý của quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính là trong bể hiếu khí, hệ sinh vật trong bể được cung cấp các chất hữu cơ và oxy Các loại vi sinh vật

sử dụng chất hữu cơ và chuyển hóa chúng bằng các quá trình trao đổi chất hiếu khí – một phần chuyển thành vi sinh vật mới, phần còn lại chuyển thành CO2, nước và chất khoáng Theo dòng nước thải từ bể hiếu khí đến bể lắng, vi sinh vật tạo bông

và kết lắng trong bùn hoạt tính Từ bể lắng, một phần bùn hoạt tính được hổi lưu lại

bể hiếu khí để duy trì hoạt tính của vi sinh vật, còn bùn hoạt tính thừa được đưa vào

bể nén và tách bùn Người ta sử dụng bùn hoạt tính để tách protein đơn bào, tách các chất có hoạt tính sinh học hoặc làm phân bón cho cây trồng

Bể hiếu khí có cấu tạo như nồi lên men thông thường, song quá trình lên men theo chế độ lên men liên tục dạng chemostat Hai điểm của hệ thống xử lý bùn hoạt tính khác so với lên men thông thường là [7]:

- Thứ nhất, thành phần vi sinh vật không phải là giống thuần khiết mà là quần thể vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, động vật nguyên sinh và các cơ thể khác

- Thứ hai, bùn hoạt tính bao gồm cả tế bào chết, các mảnh vỡ của tế bào và các

tế bào trẻ hoạt động và phát triển bằng cách phân tán nhỏ trong môi trường lên men

Quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính bao gồm các bước có thể tóm tắt như sau:

1) Hấp phụ các chất hữu cơ hòa tan, dạng keo và huyền phù vào trong hoặc trên mặt các hạt bùn hoạt tính

2) Các chất hữu cơ được phân hủy đến sản phẩm cuối cùng như CO2, H2O, khoáng chất và sinh khối vi sinh vật mới

3) Sự chuyển hóa các chất bởi các loại vi sinh vật và kết lắng bùn hoạt tính

có sự tham gia của các loài động vật nguyên sinh và các loại ăn thịt khác trong nước

xử lý

4) Oxy hóa amoniac đến nitrit và sau đó đến nitrat bằng vi khuẩn nitrit hóa 5) Trong trường hợp không cung cấp đủ năng lượng, tế bào của vi sinh vật sẽ xẩy ra hiện tượng tự phân

Bể hiếu khí được thiết kế tùy thuộc vào thành phần nước thải đầu vào, vốn đầu tư…

1.5.3.2 Phương pháp sử dụng công nghệ lọc sinh học trong xử lý nước nuôi trồng thủy sản

Công nghệ lọc sinh học là công nghệ sử dụng hệ thống các thiết bị nuôi các

vi sinh vật phát triển có sinh khối cao, các vi sinh vật đó sẽ thực hiện nhiệm vụ tiêu thụ các hợp chất hữu cơ và dinh dưỡng trong nước thải khi đi qua hệ thống nuôi thải

ra sẽ được làm sạch chất lượng nước Để nuôi được sinh khối cao các vi sinh vật trong hệ thống thiết bị người ta thường sử dụng các vật liệu dạng hạt, dạng tấm, dạng vòng… làm giá mang cho các vi khuẩn phát triển dính bám trên bề mặt vật liệu tạo thành màng lọc sinh học (biofim) Các vật liệu lọc (đá cuội, san hô, than hoạt tính) khi đã có vi sinh vật phát triển dính bám trên bề mặt được gọi là vật liệu lọc sinh học

Hình 1.1: Cấu tạo của màng l c sinh h c

- Màng lọc sinh học thường được phân chia thành hai lớp: lớp bên ngoài hiếu khí, lớp bên trong yếm khí, các chất dinh dưỡng và hữu cơ khi đi qua màng lọc sinh học trong quá trình lọc sinh học Theo thời gian chiều dày của lớp hiếu khí và yếm khí sẽ thay đổi phụ thuộc độ sâu phân bố vật liệu làm giá mang và đường đi của nước thải trong bể lọc Nếu điều kiện cung cấp oxy hòa tan trong nước thải rất tốt thì màng lọc sinh học sẽ có lớp hiếu khí dày hơn và ngược lại trong điều kiện cung cấp oxy hòa tan kém thì lớp yếm khí sẽ dày hơn Các chất hữu cơ và dinh dưỡng từ nước thải sẽ được thẩm thấu và hấp phụ vào màng lọc sinh học để các tập đoàn vi khuẩn trong màng lọc sẽ tiêu thụ bằng quá trình oxy hóa sinh học Nghĩa là các chất hữu cơ và dinh dưỡng là thức ăn nuôi dưỡng các tập đoàn vi khuẩn trong màng lọc sinh học được gọi là cơ chất Các chất hữu cơ bị oxy hóa thành khí CO2, các chất dinh dưỡng khoáng NH4+, NO2-, NO3- thành khí Nito (N2) tự do Các màng lọc sinh học đều phát triển tăng cao chiều dày của màng theo thời gian Khi đó các chất hữu

cơ, dinh dưỡng và oxy hòa tan không đủ thẩm thấu vào lớp trong cùng giữa màng lọc sinh học và vật liệu làm giá mang sẽ làm cho các tập đoàn vi khuẩn thiếu thức

ăn và chết dần Vì vậy, sự dính bám và liên kết giữa màng lọc sinh học và giá mang

bị lỏng lẻo, không chặt dẫn đến màng lọc bắt đầu bị bong ra khỏi giá mang Đây là hiện tượng bị tróc màng lọc và bản thân màng lọc lại trở thành cơ chất làm thức ăn cho các tập đoàn vi khuẩn mới, trẻ khỏe hơn trong bể lọc sinh học Bề mặt vật rắn làm giá mang sẽ lại phát triển màng lọc sinh học mới, trẻ hơn và tiêu thụ các chất dinh dưỡng và hữu cơ trong nước thải lớn hơn Hiện tượng này xẩy ra liên tục hàng ngày của tất cả các màng lọc sinh học có trong bể lọc sinh học và cũng là quy luật phát triển tự nhiên [4]

Do đó, chức năng và nhiệm vụ của các màng lọc sinh học tùy thuộc vào mô hình thiết kế mà thực hiện được các nhiệm vụ làm sạch nước thải như sau:

- Loại trừ Amoniac NH3, Amoni NH4+, và NO2- thành NO3-;

- Loại trừ Nitrit NO2-, NO3- thành khí Nito (N2);

- Loại trừ các chất rắn hữu cơ (BOD5, COD) lơ lửng và hòa tan thành khí cacbonic (CO2)

Như vậy, lọc sinh học thực chất là hệ thống thiết bị nuôi sinh khối lớn các vi khuẩn có lợi phát triển trên các vật liệu làm giá mang Các tập đoàn vi khuẩn đó được nuôi dưỡng bằng chính các chất hữu cơ và dinh dưỡng trong nước thải sau nuôi Chính vì vậy, nước thải sau nuôi khi đi qua bể lọc sinh học sẽ được làm sạch

và cấp trở lại các bể nuôi bởi hệ thống thiết bị hoàn lưu

Hệ thống hoàn lưu lọc sinh học [4]

Hệ thống hoàn lưu lọc sinh học (Recirculating Biofiltration System) là hệ thống thiết bị tự động và bán tự động đưa nước thải sau ương nuôi vào bể lọc sinh học và cung cấp nước sau lọc đã được làm sạch trở lại hệ thống bể ương nuôi giống hải sản Cứ như vậy tạo thành một hệ thống hoàn lưu nước cho ương nuôi giống tôm, cua, cá biển Các chất thải ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng khoáng liên tục được làm sạch bằng màng lọc sinh học và chất lượng nước liên tục được duy trì bảo đảm chất lượng cho quá trình ương nuôi

- Hệ thống hoàn lưu phải đảm bảo cung cấp oxy hòa tan liên tục đáp ứng được nhu cầu hoạt động sống, phát triển của vi khuẩn trong hể lọc sinh học đạt sinh khối lớn nhất để thực hiện tối đa các phản ứng sinh hóa học Thực chất là quá trình sinh địa hóa diễn ra bên trong một bể lọc sinh học

- Hệ thống thải nước vào và cấp nước ra khỏi bể lọc sinh học luôn cân bằng loại trừ được các chất hữu cơ rắn lơ lửng và hòa tan, cấp thêm oxy, loại bỏ các khí

CO2 , N2, và các dạng khí độc khác H2S, NH4…

Như vậy, hệ thống hoàn lưu là công nghệ các thiết bị đồng bộ, trong đó có

bể lọc sinh học là trái tim của hệ thống để thực hiện xử lý nước thải sau nuôi Quá trình sinh địa hóa bởi hệ thống tự động duy trì chất lượng nước cho các bể ương nuôi giống và sản xuất các loại hải sản

Lọc sinh học là một trong số các phương pháp xử lý nước nhằm nâng cao chất lượng nước trước khi sử dụng hoặc trước khi thải ra môi trường xung quanh

Hệ thống lọc sinh học đầu tiên được thiết lập để xử lý nước thải dân sự tại Trại thực nghiệm Lawrence của Mỹ và vào năm 1891 và 1893 ở Anh Ở nhiều nước trên thế giới hệ thống lọc sinh học được áp dụng rộng rãi để xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp Tuy nhiên, những ứng dụng hệ thống hoàn lưu lọc sinh học cho nuôi

và lưu giống cá mới được nghiên cứu trong ba thập kỷ gần đây và phát triển mạnh trong hơn 30 năm qua tại Mỹ, Anh, Úc, Canada, Nhật Bản, Đài Loan và Trung Quốc

Hầu hết các loài cá có giá trị kinh tế cao sống ở nước lạnh và nước ấm đều nuôi trong ao hồ, bể hoặc lồng Với hệ thống nuôi cá giống truyền thống đòi hỏi cung cấp một lượng nước sạch rất lớn Tổng số lượng nước đòi hỏi và cung cấp cho sản xuất phụ thuộc vào mức độ lưu chuyển nước, lượng mưa, sự bốc hơi và cường

độ nuôi Các chất thải trong nước thải sau nuôi thường ở hai dạng: dạng lơ lửng và dạng hòa tan Phần lớn là các chất hữu cơ trong nước thải tồn tại ở dạng chất rắn lơ lửng, khi áp dụng hệ thống hoàn lưu lọc sinh học, các chất rắn sẽ được loại bỏ dễ dàng Các chất hòa tan sẽ được xử lý rất hiệu quả bằng màng lọc sinh học

Các hợp chất NO, NO2-, NO3- chuyển hóa thành sản phẩm N2 bay ra khỏi

môi trường nước nhờ các chủng vi khuẩn phản nitrat hóa như: Achromobacter, Aerobacter, Brevibacterrium, Flavobacterium, Proteus, Algaligenes…

1.5.3.4 Xử lý kỵ khí

Xử lý kỵ khí là quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy nhờ vi sinh vật kỵ khí (chủ yếu là vi khuẩn) tạo ra sản phẩm là một hỗn hợp khí gồm: CH4, CO2, H2S, trong đó CH4 chiếm thể tích lớn nhất Lượng

CH4 tạo thành phụ thuộc vào nồng độ hợp chất hữu cơ trong nước thải, ngoài ra còn phụ thuộc rất lớn vào nhiệt độ môi trường, pH, thời gian lưu…

Có nhiều nhóm vi sinh vật khác nhau tham gia vào quá trình kỵ khí Phản ứng chung của quá trình như sau:

Chất hữu cơ CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S

Một số nhóm vi sinh vật tham gia quá trình chuyển hóa này như:

- Nhóm vi khuẩn thủy phân: nhóm này phân hủy các hợp chất hữu cơ phức tạp (protein, cellulose, lignin, lipid) thành những đơn phân tử hòa tan như acid amin, glucose, acid béo, glycerol Ở xử lý kỵ khí thì quá trình thủy phân xảy ra tương đối chậm và có thể giới hạn khả năng thủy phân kỵ khí của một số chất thải

có nguồn gốc cellulose, có chứa lignin

- Nhóm vi khuẩn lên men acid: nhóm này chuyển hóa đường, acid amin, acid béo để tạo thành acid hữu cơ như acetic, propionic, formic…, các alcol như ethanol, glycerol và CO2, H2

- Nhóm vi khuẩn metan: nhóm này chia thành 2 nhóm phụ

Nhóm vi khuẩn metan hydrogenotrophic nghĩa là sử dụng hydrogen hóa tự

dưỡng chuyển hóa hydro và CO2 thành metan

CO2 + H2 CH4 + H2O

Nhóm vi khuẩn metan acetotrophic, còn gọi là vi khuẩn phân giải acetat, chúng chuyển hóa acid thành metan và CO2

CH3COOH CH4 + CO2

- Nhóm vi khuẩn acetic: nhóm này bao gồm các vi khuẩn như Syntrobacter wolinii và Syntrophomanas wolfei chuyển hóa các acid béo và alcol thành acetat,

hydrogen và CO2 mà chúng được vi khuẩn metan sử dụng tiếp theo

1.5.4 Phương pháp tổng hợp trong xử lý nước nuôi trồng thủy sản

Để quá trình xử lý cho môi trường nước sau quá trình nuôi trồng thủy sản hiệu quả hơn, người ta có thể kết hợp nhiều phương pháp là tổng hợp của nhiều quá trình xử lý

Xử lý cơ h c

Xử lý cơ học là nhằm loại bỏ các tạp chất không hoà tan chứa trong nước thải và được thực hiện ở các công trình xử lý: song chắn rác, bể lắng cát, bể lắng, bể lọc các loại

Song chắn rác, lưới chắn rác làm nhiệm vụ giữ lại các chất bẩn kích thước lớn có nguồn gốc hữu cơ

Bể lắng cát được thiết kế trong công nghệ xử lý nước thải nhằm loại bỏ các tạp chất vô cơ, chủ yếu là cát chứa trong nước thải Bể lắng làm nhiệm vụ giữ lại các tạp chất lắng và các tạp chất nổi chứa trong nước thải Khi cần xử lý ở mức độ cao (xử lý bổ sung) có thể sử dụng các bể lọc, lọc cát,

Về nguyên tắc, xử lý cơ học là giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi xử lý tiếp theo

Xử lý sinh h c

Dùng công nghệ sinh học để xử lý, với đặc điểm của nước thải sau quá trình nuôi trồng thủy sản cần phải loại trừ các chất sau:

- Loại trừ Amoniac NH3, Amoni NH4+, và NO2- thành NO3-;

- Loại trừ Nitrit NO2-, NO3- thành khí Nito (N2);

- Loại trừ các chất rắn hữu cơ (BOD5, COD) lơ lửng và hòa tan thành khí cacbonic (CO2)

Xử lý hóa lý

Trong nước thải ra sau quá trình nuôi trồng thủy sản tại một số vùng nuôi trong thành phần có thể chứa các ion kim loại nặng, các chất vô cơ Như vậy, người

ta sẽ dùng đến các phương pháp hóa lý để xử lý các thành phần chất này

1.5.5 Một số công nghệ xử lý nước thải nuôi trồng thủy sản bằng phương pháp sinh học

Lọc bằng đệm cát lỏng và lọc bởi các bản lọc (tấm nhựa, vải)

- Lọc bằng đệm cát lỏng là loại lọc sinh học mà nước thải sau nuôi giầu hữu cơ

và NH4+, NO-2 sẽ được bơm áp lực qua hệ thống lọc cát lỏng từ phía đáy Với dòng chảy áp lực làm cho lớp lọc cát trở thành lỏng nhão, có nhiều khoảng trống rộng giũa các hạt cát Khoảng trống đó để nước thải đi qua khoảng trống rộng hay hẹp phụ thuộc vào kích thước, hình dạng và trọng lượng của các hạt cát Khi nước thải đi qua bề mặt các hạt cát lập tức phát triển các màng lọc và hệ thống lọc bằng lớp cát lỏng có chức năng lọc sinh học bảo đảm chất lượng nước cho nuôi trồng thủy sản

- Lọc bằng hạt cũng là lọc sinh học xử lý và duy trì chất lượng nước phổ biến cho nuôi trồng thủy sản Chúng bao gồm một bồn lớn chứa những hạt lọc bằng nhựa nằm ở giữa Nước thải được bơm áp lực từ phía dưới đi lên qua lưới lọc chắn ở dưới loại bỏ vật lơ lửng sau đó đi qua các hạt lọc Trên các hạt lọc sẽ phát triển các màng lọc sinh học có tác dụng loại trừ BOD, NH4+ tạo ra lớp nước sạch phía trên cấp trở lại hệ thống các bể nuôi

Lọc sinh học ngập nước

Lọc sinh học ngập nước là rất phổ biến cho các cơ sở nuôi cá biển trên thế giới Với một lớp đá lọc có thể dễ dàng thu xếp thành một hệ thống lọc sinh học trong nuôi trồng thủy sản Những hệ thống đó có thể vận hành theo mô hình nước chảy xuôi hoặc chảy ngược, thậm chí chạy vòng quanh hoặc cắt ngang qua các lớp lọc Lọc ngập nước

là toàn bộ vật liệu lọc luôn luôn ngập trong nước có nước thải chảy qua Các màng lọc sinh học dính bám trên vật liệu lọc sẽ khử được BOD, NH4+ và khử được cả NO3 thành

N2 thoát ra Mô hình lọc ngập nước rất hiệu quả cho Aquaculture và Aquarium Chìa khóa quan trọng nhất của hệ thống này là vật liệu lọc và đường đi của nước qua vật liệu lọc Đường đi của nước được định hình là một máng oxy hóa dài và được chia ra thành nhiều ngăn để nước qua lọc chảy từ trên xuống và chảy từ dưới lên Chính mô hình này khả năng loại trừ BOD, NH4+ , NO-2 NO-3, PO43- rất tốt Nếu tải lượng thấp thì sử dụng

mô hình dòng đơn nếu tải lượng cao có thể sử dụng dòng kép hoặc đa dòng

Do đường đi gấp khúc, các chất lơ lửng có thể tích tụ bên trong khe hở vật liệu lọc làm cho bể lọc bị tắc cục bộ hoặc toàn bộ Những nơi bị tắc sẽ làm cho vi khuẩn hiếu khí bị chết được thay thế bởi hệ vi khuẩn kị khí dẫn đến suy giảm chất lượng nước đối với nuôi trồng thủy sản Vì vậy, cần tăng cường tốc độ dòng chảy mạnh để chống tắc hoặc sục khí để tạo cho lớp vật liệu lọc thông thoáng

Ngoài ra, còn kiểu lọc sinh học áp dụng khá phổ biến trong ương và nuôi trồng

thủy sản.: Đĩa lọc sinh học RBC (Rototing Biological Contactors); Trống lọc sinh học

Mục đích trong xử lý nước thải là đưa các thông số đánh giá chất lượng nước thải về theo quy chuẩn phù hợp cho mục đích xử lý Trong xử lý nước nuôi trồng thủy sản, chúng tôi đưa về theo quy chuẩn của nước mặt QCVN 08:2008/BTNMT, áp dụng cho đối tượng thủy sinh vật có điều kiện sống phù hợp

1.5.6 Vi sinh vật trong xử lý nước thải

1.5.6.1 Vi sinh vật phân giải hợp chất hữu cơ

Có thể nói phần lớn vi sinh vật đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình chuyển hóa sinh hóa, chúng có tác dụng làm giảm hàm lượng các chất hữu cơ trong nước thải, đồng thời giúp làm ổn định nồng độ các chất hữu cơ trong các dòng chảy Các loài vi sinh vật chiếm ưu thế trong từng quá trình xử lý sinh hóa phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tính chất dòng vào, điều kiện môi trường, quá trình thiết kế và vận hành hệ thống Người ta đã xác định được nhiều loài vi sinh vật có năng lực chuyển hóa các chất trong nước thải nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là chuyển hóa chất hữu

cơ, bao gồm: vi khuẩn, vi nấm, vi tảo, nguyên sinh động vật Các vi sinh vật này đều có nguồn gốc từ tự nhiên, qua quá trình phân lập và tuyển chọn sau đó được đưa vào ứng dụng thực tế Hầu hết các công trình xử lý nước thải đều có đại diện của tất cả các nhóm vi sinh vật nhưng phổ biến hơn cả là vi khuẩn

Các loài vi sinh vật khác nhau tồn tại và phát triển trong hệ thống xử lý nước thải, thông qua năng lực trao đổi chất đã phân hủy hay chuyển hóa các thành phần ô