Nghiên cứu quá trình nitrat hóa và khử nitrat đồng thời xảy ra trong môi trường nước mặn bằng kỹ thuật màng vi sinh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HỌ VÀ TÊN TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Thanh Hà Nguyễn Thanh Hà Nghiên cứu trình nitrat hóa khử nitrat đồng thời xảy môi trường nước mặn kỹ thuật màng vi sinh CHUYÊN NGÀNH Công nghệ môi trường LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Lê Văn Cát KHOÁ 2009 Hà Nội – Năm 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Họ tên tác giả luận văn: Nguyễn Thanh Hà TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN: “Nghiên cứu q trình nitrat hóa khử nitrat đồng thời xảy môi trường nước mặn kỹ thuật màng vi sinh” Chuyên ngành : Công nghệ Môi trường LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Công nghệ môi trường NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : Tiến Sĩ Lê Văn Cát Hà Nội – Năm 2012 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sỹ khoa học: “Nghiên cứu q trình nitrat hóa khử nitrat đồng thời xảy môi trường nước mặn kỹ thuật màng vi sinh.” thực với hướng dẫn TS Lê Văn Cát Đây chép cá nhân, tổ chức Các kết thực nghiệm, số liệu, nguồn thông tin luận văn tơi tiến hành, trích dẫn, tính tốn đánh giá Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm nội dung mà tơi trình bày luận văn Hà Nội, ngày 28 tháng 03 năm 2012 HỌC VIÊN Nguyễn Thanh Hà   MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Danh mục bảng Bảng Nhu cầu sử dụng nước nuôi trồng thủy sản Bảng Chỉ tiêu chất lượng nước dinh dưỡng khống cho ni cá nước mặn Bảng Tỷ lệ % NH3 tổng nitơ amoni phụ thuộc vào nhiệt độ pH Bảng Độ chọn lọc trao đổi ion 13 Bảng Các nhóm vi khuẩn nitrat hóa 22 Bảng Chất lượng nước nuôi tôm huyện Ngọc Hiển 31 Bảng Kết xây dựng đường chuẩn NH4+ 42 Bảng Kết xây dựng đường chuẩn nitrit 44 Bảng Kết xây dựng đường chuẩn NO3- 46 Bảng 10 Lượng chất ức chế q trình nitrat hóa 49 Bảng 11 Ảnh hưởng nồng độ muối đến hiệu xử lý amoni vi 56 sinh nồng độ amoni ban đầu khoảng mg/l - vật liệu mang k/thước: 1x1x1cm Bảng 12 Ảnh hưởng nồng độ muối đến hiệu xử lý amoni vi 59 sinh nồng độ amoni ban đầu khoảng mg/l - vật liệu mang k/thước: 2x2x2cm Bảng 13 Ảnh hưởng nồng độ muối đến hiệu xử lý NO3- vi 62 sinh nồng độ amoni ban đầu khoảng mg/l - vật liệu mang k/thước: 1x1x1cm Bảng 14 Hiệu suất khử nitrat hệ với độ muối khác - thí 65 nghiệm với vật liệu mang k/thước: 1x1x1cm Bảng 15 Ảnh hưởng nồng độ muối đến hiệu xử lý NO3- vi sinh nồng độ amoni ban đầu khoảng mg/l - vật liệu mang k/thước: 2x2x2cm 66 Bảng 16 Hiệu suất khử nitrat hệ với độ muối khác - thí 68 nghiệm với vật liệu mang kích thước: 2x2x2cm Bảng 17: tải lượng ôxy amoni khử nitrat cột lọc vật liệu: 1x1x1cm 68 Bảng 18: tải lượng ôxy amoni khử nitrat cột lọc vật liệu: 2x2x2cm 69 Bảng 19: giá trị mật độ vi sinh tổng đơn vị thể tích vật liệu mang 69 Danh mục hình vẽ, đồ thị Hình Chu trình nitơ mơi trường nước Hình Chu trình nitơ mơi trường ni trồng thủy sản Hình Phản ứng dạng lưu thể Hình Hệ thống xử lý nước thải theo kỹ thuật đĩa quay sinh học 19 Hình Hình ảnh vi khuẩn nitrosomonas 23 Hình Hình ảnh vi khuẩn nitrobacter 24 Hình Qui trình ni tơm giống 26 Hình Qui trình cơng nghệ ni thâm canh tơm sú 27 Hình Sơ đồ thí nghiệm - Hệ lọc sinh học ngập nước tầng tĩnh 35 Hình 10 Bề mặt ban đầu giá thể vật mang vi sinh dạng xốp (ảnh 38 SEM) Hình 11 Bề mặt giá thể cấy vi sinh 40, 41 Hình 12 Đường chuẩn amoni 42 Hình 13 Đường chuẩn nitrit 44 Hình 14 Đường chuẩn NO3Hình 15 Sự thay đổi nồng độ amoni theo thời gian với độ muối khác 57 nồng độ amoni ban đầu khoảng mg/l - vật liệu k/thước 1x1x1cm Hình 16 Ảnh hưởng độ muối đến tốc độ ơxy hố amoni vi sinh 58 nồng độ amoni ban đầu khoảng mg/l - vật liệu k/thước 1x1x1cm Hình 17 Sự thay đổi nồng độ amoni theo thời gian với độ muối khác 60 nồng độ amoni ban đầu khoảng mg/l - vật liệu k/thước 2x2x2cm Hình 18 Ảnh hưởng độ muối đến tốc độ ôxy hoá amoni vi sinh 61 nồng độ amoni ban đầu khoảng mg/l - vật liệu k/thước 2x2x2cm Hình 19 Ảnh hưởng độ muối đến hiệu khử nitrat vi sinh 63 nồng độ amoni ban đầu khoảng mg/l - vật liệu k/thước 1x1x1cm Hình 20 Ảnh hưởng độ muối đến hiệu khử nitrat vi sinh 67 nồng độ amoni ban đầu khoảng mg/l - vật liệu k/thước 2x2x2cm MỞ ĐẦU CHƯƠNG – TỔNG QUAN 1.1 Nhu cầu sử dụng nước nuôi trồng thuỷ sản 1.2 Các hợp chất nitơ nước nuôi thuỷ sản độc tính chúng động vật thuỷ sinh 1.2.2 Chu trình nitơ nước ni trồng thuỷ sản 1.2.3 Tiêu chuẩn chất lượng dinh dưỡng khống ni trồng thủy sản 1.2.4 Độc tính hợp chất nitơ động vật thủy sinh 1.3 Nghiên cứu xử lý amoni nước ni thuỷ sản 1.3.1 Tình hình nghiên cứu nước 1.3.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.4 Khái quát phương pháp xử lý hợp chất nitơ 10 1.4.1 Phương pháp clo hóa tới điểm đột biến 10 1.4.2 Phương pháp ozon hóa với xúc tác Br- 11 1.4.3 Phương pháp trao đổi ion 12 1.4.4 Phương pháp sinh học 13 1.5 Lựa chọn công nghệ xử lý amoni cho nước nuôi trồng thuỷ sản 19 1.5.1 Trao đổi amoni zeolit 19 1.5.2 Sử dụng formalin 20 1.5.3 Kỹ thuật lọc sinh học ngập nước 20 1.6 Phương thức quy trình ni thuỷ sản 26 1.6.1 Phương thức nuôi thủy sản 26 1.6.2 Qui trình ni trồng thủy sản 26 1.7 Chất lượng nước nuôi trồng thuỷ sản 27 1.7.1 Một số thông số đánh giá chất lượng nước nuôi trồng thủy 27 sản 1.7.2 Kết phân tích mẫu nước nuôi tôm số huyện vùng bán 31 đảo 2.1 Đối tượng phương pháp nghiên cứu 33 2.1.2 Đối tượng nghiên cứu 33 2.1.2 Phương pháp nghiên cứu 33 2.1.3 Mơ hình thực nghiệm 34 2.2 Phương pháp phân tích số tiêu nước 41 2.2.1 Phương pháp phân tích N-NH4+ 41 2.2.2 Phương pháp phân tích N-NO2- 43 2.2.4 Phương pháp phân tích tổng nitơ 46 2.2.5 Phương pháp xác định CODMn 47 2.2.6 Xác đinh số BOD 48 2.2.7 Phương pháp xác định độ kiềm 49 2.2.8 Xác định clorua chuẩn độ nitrat bạc với thị kalicromat 51 2.2 Xác định tổng nitơ Kjeldahl 52 2.2.10 Xác định độ cứng 53 CHƯƠNG - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Nghiên cứu ảnh hưởng độ muối lên khả ơxy hố amoni 55 vi sinh vật nước nuôi thuỷ sản 3.1.1 Trường hợp 1: Ảnh hưởng độ muối dung dịch đến hiệu 56 xử lý amoni vi sinh nồng độ amoni ban đầu khoảng mg/l với cột lọc sử dụng vật liệu mang kích thước 1x1x1cm 3.1.2 Ảnh hưởng độ muối dung dịch đến hiệu xử lý amoni 59 vi sinh nồng độ amoni ban đầu khoảng mg/l với cột lọc sử dụng vật liệu mang có kích thước 2x2x2cm 3.2 Nghiên cứu ảnh hưởng độ muối lên khả khử nitrat 62 vi sinh vật nước nuôi thuỷ sản 3.2.1 Ảnh hưởng nồng độ muối dung dịch đến hiệu khử 62 NO3- vi sinh vật nồng độ amoni ban đầu khoảng mg/l với cột lọc sử dụng vật liệu mang có kích thước 1x1x1cm 3.2.2 Ảnh hưởng nồng độ muối dung dịch đến hiệu xử lý NO3- vi sinh vật nồng độ amoni ban đầu khoảng mg/l với cột lọc sử dụng vật liệu mang có kích thước 2x2x2cm CHƯƠNG – KẾT LUẬN VÀ KIỄN NGHỊ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 MỞ ĐẦU Trong 10 năm trở lại đây, ngành nuôi trồng Thủy sản có bước phát triển nhanh ổn định, góp phần quan trọng vào tăng trưởng kinh tế quốc dân Từ chỗ nghề sản xuất phụ, mang tính chất tự cấp tự túc, nuôi trồng thủy sản trở thành ngành sản xuất hàng hố tập trung với trình độ kỹ thuật tiên tiến, phát triển tất thuỷ vực nước ngọt, nước lợ, nước mặn Diện tích nuôi trồng thủy sản tăng đặn qua năm từ năm 1981 tới Từ 230 nghìn năm 1981, đến diện tích ni đạt triệu Nuôi trồng thuỷ sản bước trở thành ngành sản xuất hàng hoá chủ lực, phát triển rộng khắp có vị trí quan trọng hướng đến xây dựng vùng sản xuất tập trung Gắn liền với phát triển này, thực trạng xuống cấp chất lượng nguồn nước dành cho nuôi trồng thuỷ sản gia tăng Chất lượng nước nuôi trồng xuống cấp gây giảm phát triển vật nuôi, giảm suất nuôi trồng gây ô nhiễm thuỷ vực Để tăng suất nuôi trồng, người ni sử dụng nhiều thức ăn tổng hợp, hố chất chế phẩm sinh học Hoá chất sử dụng thường xuyên gây nhiều ảnh hưởng đến môi trường, gián tiếp gây thiệt hại cho vụ Các chất gây ô nhiễm gồm: amoni, phốt pho, chất kháng sinh Chất gây nhiễm amoni (trong môi trường nước mặn phôtpho kết tủa dạng muối phôtphat) Do nước thải nuôi thủy sản cần xử lý amoni trước tái sử dụng lại thải mơi trường Amoni dễ bị chuyển hố vi sinh vật nên phù hợp với phương pháp xử lý sinh học Trong phương pháp xử lý sinh học phương pháp lọc sinh học đáp ứng hầu hết yêu cầu làm nước thải nuôi trồng thủy sản (nước sau xử lý tuần hoàn lại để nuôi trồng thủy sản) Việc sử dụng phương pháp lọc sinh học hiếu khí có nhiều ưu xét phương diện kinh tế lẫn môi trường, lọc sinh học khơng cần nhiều diện tích xây dựng hệ thống xử lý nước thải hồ sinh học, chất thải có nồng độ nhiễm không cao, nên việc sử dụng bể aeroten bể mêtan giai đoạn tốn không hợp lý [11] Để xử lý amoni phương pháp sinh học, sử dụng hai q trình ơxy hố amoni khử nitrat thực hai chủng vi sinh khác có tên Nitrifyer Denitrifyer Thơng thường, hai trình nghiên cứu, tiến hành độc lập điều kiện khác nhau, gây khó khăn công tác vận hành thiết bị xử lý lãng phí vật chất, lượng vận hành xử lý Xu hướng nghiên cứu kết hợp hai trình nitrat hóa khử nitrat đồng thời xảy môi trường phản ứng Nghiên cứu dựa sở tốc độ khuyếch tán nitrat vào bên màng vi sinh lớn ôxy Xuất phát từ thực tế trên, với mong muốn hướng đến giải số vấn đề nêu, định chọn đề tài: “Nghiên cứu q trình nitrat hóa khử nitrat đồng thời xảy môi trường nước mặn kỹ thuật màng vi sinh” sinh cao hợp chất chứa nito nước thí nghiệm dạng đơn giản, dễ ơxy hố Thực tế chủng vi sinh làm nhiệm vụ ơxy hố amoni khử nitrat thông thường sử dụng nguồn nito dạng vơ (amoni, nitrat, nitrit), cịn dạng hợp chất chứa nito phức tạp khác kể vô hữu thường trở thành đối tượng “trơ” vi sinh vật nói trên, chất dạng bị “trôi” khỏi hệ thống xử lý lắng xuống theo bùn thải 3.2 NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ MUỐI LÊN LÊN KHẢ NĂNG KHỬ NITRAT CỦA VI SINH VẬT ĐỐI VỚI NƯỚC NUÔI THỦY SẢN 3.2.1 Ảnh hưởng nồng độ muối dung dịch đến hiệu khử NO3bằng vi sinh vật nồng độ amoni ban đầu khoảng mg/l với cột lọc sử dụng vật liệu mang có kích thước 1x1x1cm Bảng 13 Ảnh hưởng nồng độ muối đến hiệu xử lý NO3- vi sinh nồng độ amoni ban đầu khoảng mg/l - vật liệu mang k/thước: 1x1x1cm Thời NH4+(mg/l) Độ muối Độ muối Độ muối Độ muối (00/00) (100/00) (20/00) (300/00) 6,78 6,5 6,8 6,8 0,02 0,0293 0,08 0,07 0,023 0,025 0,02 0,012 0,01 0,012 0,021 0,018 0,054 0,04 gian (h) Thời NO2- (mg/l) Độ muối Độ muối Độ muối Độ muối (00/00) (100/00) (20/00) (300/00) 0,023 0,0165 0,006 0,002 0,0033 gian(h) 62 0,008 0 0,003 0,0014 0,0013 0,003 0 NO3- (mg/l) Thời Độ muối Độ muối Độ muối Độ muối (00/00) (100/00) (20/00) (300/00) 0 0,003 0,09 0,0023 1,36 1,45 1,4 1,28 0,53 0,64 0,63 0,59 0,27 0,14 0,312 0,19 0,063 0,04 0,033 0,048 gian (h) Hiệu khử nitrat hệ thí nghiệm minh hoạ đồ thị sau: 1.6 Nồng độ 0/1000 Nồng độ 10/1000 1.4 Nồng độ 20/1000 Thời gian lưu (giờ) 1.2 Nồng độ 40/1000 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10 Nồng độ nitrat (mg/l) Hình 19 Ảnh hưởng độ muối đến hiệu khử nitrat vi sinh nồng độ amoni ban đầu khoảng mg/l - vật liệu k/thước 1x1x1cm ™ Nhận xét: Hệ hai cột lọc sinh học khảo sát sau nuôi cấy vi sinh tháng Thời gian đầu ni cấy, hệ có biểu tích luỹ nitrit ổn 63 định bắt đầu khảo sát tượng tích luỹ nitrit khơng xảy Nồng độ nitrit mẫu thí nghiệm khơng đáng kể Hiện tượng giải thích dựa sở tốc độ phát triển vi sinh vật ơxy hố amoni thành nitrit (nitrosomonas) chậm so với vi sinh vật ơxy hố nitrit thành nitrat (nitrobacter), nồng độ nitrit thường thấp hệ thống vào ổn định (bị sử dụng nhanh vi sinh vật nitrobacter) Kết thí nghiệm cho thấy để đạt hiệu ơxy hoá amoni xuống sâu (0,02mg/l) hệ cần lưu với thời gian trung bình giờ, để khử hết nitrat sinh cần thời gian lưu lâu hơn, từ đến Dựa số liệu phân tích nhận xét ảnh hưởng việc thay đổi nồng độ muối biểu không rõ rệt trình khử nitrat qua lần thí nghiệm Như vậy, tác động ức chế muối lên vi sinh vật thực trình khử nitrat (Denitrifyer) kỹ thuật lọc sử dụng vật liệu mang không đáng kể - Vậy kết thí nghiệm cho thấy giả thiết ban đầu hiệu trình khử nitrat bị ức chế tỷ lệ với nồng độ muối nước khơng đúng, mà phụ thuộc chủ yếu vào thời gian lưu lớp vật liệu mang Từ bảng số liệu thí nghiệm thu được, tiến hành xác định hiệu khử nitrat thí nghiệm hiệu loại bỏ nito nước theo mối quan hệ: Hiệu suất khử = (Tổng nito đầu vào - Tổng nito đầu ra) / Tổng nito đầu vào * 100% Tổng nito mẫu nước thí nghiệm xác định tổng hợp chất amoni, nitrat, nitrit (do thành phần TKN khơng tồn nước thí nghiệm) 64 Bảng 14 Hiệu suất khử nitrat hệ với độ muối khác - thí nghiệm với vật liệu mang k/thước: 1x1x1cm Thời Độ muối Độ muối Độ muối Độ muối gian lưu 00/00 100/00 200/00 300/00 79,68 77,25 78,52 80,17 91,87 89,65 90,87 91,04 95,85 97,64 95,28 97,20 98,74 99,06 98,74 98,70 (h) ™ Kết luận: - Thí nghiệm áp dụng kỹ thuật lọc sinh học tầng tĩnh với vật liệu mang dạng xốp có kích thước 1x1x1cm mơi trường nước có độ muối (mặn) thay đổi cho thấy hiệu ôxy hố amoni cao - Tuy khả ơxy hố vi sinh vật chịu ảnh hưởng độ muối (hiệu ơxy hố giảm dần tương ứng với gia tăng nồng độ muối nước) song kéo dài thời gian lưu phản ứng hệ lọc tới hiệu ơxy hố đạt cao tương đối nhau, 95% - điều chứng minh hồn tồn chuyển hố amoni môi trường nước mặn chủng vi sinh vật nitrifyer - Khác với vi sinh thực q trình ơxy hố amoni (nitrifyer), vi sinh thực q trình khử nitrat (denitrifyer) khơng chịu ảnh hưởng thay đổi nồng độ muối nước, chứng hiệu khử nitrat khác khơng đáng kể lần thí nghiệm với nước không chứa muối với độ muối tăng dần Song kết thí nghiệm rằng, để đạt hiệu khử nitrat cao tương đương với ơxy hố amoni, thời gian lưu phản ứng cần thiết hệ lọc khơng hai lần so với thời gian cần thiết để ơxy hố hết amoni, khoảng đến lưu 65 - Số liệu tính tốn hiệu suất khử nitrat hiệu xử lý loại bỏ nito nước cần xử lý Q trình khử nitrat thí nghiệm trình khử nội sinh (sử dụng chất hữu từ phân huỷ nội sinh làm chất khử) thực đồng thời với q trình ơxy hố amoni - điều chứng tỏ hiệu cao kỹ thuật áp dụng xử lý loại bỏ thành phần nito 3.2.2 Ảnh hưởng nồng độ muối dung dịch đến hiệu xử lý NO3bằng vi sinh vật nồng độ amoni ban đầu khoảng mg/l với cột lọc sử dụng vật liệu mang có kích thước 2x2x2cm Bảng 15 Ảnh hưởng nồng độ muối đến hiệu xử lý NO3- vi sinh nồng độ amoni ban đầu khoảng mg/l - vật liệu mang k/thước: 2x2x2cm Thời NH4+(mg/l) Độ muối Độ muối Độ muối Độ muối (00/00) (100/00) (20/00) (300/00) 6,78 6,52 6,8 6,8 0,021 0,018 0,054 0,04 0,02 0,022 0,034 0,02 0,015 0,017 0,019 0,011 0,015 0,01 0,011 gian(h) Thời NO2- (mg/l) Độ muối Độ muối Độ muối Độ muối (00/00) (100/00) (20/00) (300/00) 0,015 0,006 0,0035 0,009 0,002 0,0082 0,0068 0,0033 0,008 0,004 0,0022 0,003 0,0014 0,0012 0 0,0013 gian(h) 66 NO3- (mg/l) Thời Độ muối Độ muối Độ muối Độ muối (00/00) (100/00) (20/00) (300/00) 0 0,003 0,017 0,0042 1,11 0,87 1,05 1,032 0,375 0,401 0,32 0,42 0,097 0,14 0,192 0,19 0,039 0,029 0,066 0,07 gian(h) Hiệu khử nitrat hệ thí nghiệm minh hoạ đồ thị sau: 1.2 Nồng độ 0/1000 Nồng độ 10/1000 Nồng độ 20/1000 Thời gian lưu (giờ) Nồng độ 40/1000 0.8 0.6 0.4 0.2 0 10 Nồng độ nitrat (mg/l) Hình 20 Ảnh hưởng độ muối đến hiệu khử nitrat vi sinh nồng độ amoni ban đầu khoảng mg/l - vật liệu k/thước 2x2x2cm ™ Nhận xét: - Như đánh giá trên, với thời gian lưu trung bình giờ, khả chuyển hoá amoni thành nitrat cột lọc với vật liệu kích thước 2x2x2cm đạt hiệu cao 95% Nitrit khơng tích luỹ hệ thời gian khảo sát - Về hiệu khử nitrat, giá trị phân tích mẫu thí nghiệm khơng có muối với nồng độ muối thay đổi nằm xen kẽ nhau, không biểu thị xu hướng 67 tách biệt rõ ràng (biểu thị biểu đồ) - điều cho thấy việc thay đổi nồng độ muối lần thí nghiệm (từ 00/00 tới 300/00) không biểu thị ảnh hưởng đáng kể lên khả khử nitrat cột lọc - Thời gian lưu trung bình để cột khử nitrat giá trị 0,2mg/L cần tới để đạt giá trị 0,1mg/L Bảng 16 Hiệu suất khử nitrat hệ với độ muối khác - thí nghiệm với vật liệu mang kích thước: 2x2x2cm Thời Độ muối Độ muối Độ muối Độ muối gian lưu 00/00 100/00 200/00 300/00 83,32 86,27 83,71 8421 94,18 93,39 94,75 93,54 98,31 97,54 96,88 97,04 99,18 99,40 99,03 98,79 ™ Xác định tải lượng ơxy hố amoni khử nitrat thí nghiệm Tải lượng ơxy hoá xác định chênh lệch nồng độ đầu vào đơn vị thời gian lưu thể tích phản ứng Tải lượng khử nitrat tương ứng với hiệu loại bỏ nito nước, xác định chênh lệch tổng nito đầu vào đầu đơn vị thời gian lưu thể tích phản ứng Thể tích phản ứng thí nghiệm quy thể tích vật liệu mang cần thiết để đạt giá trị tải lượng thí nghiệm Bảng 17: tải lượng ôxy amoni khử nitrat cột lọc vật liệu: 1x1x1cm Tải lượng Độ muối Độ muối Độ muối Độ muối 00/00 100/00 200/00 300/00 Đơn vị Ơxy hố 8,933333 6,864 5,973333 5,982222 g/m3.ngày Khử nitrat 1,99043 1,908741 2,020593 1,9912 g/m3.ngày 68 Bảng 18: tải lượng ôxy amoni khử nitrat cột lọc vật liệu: 2x2x2cm Tải lượng Độ muối Độ muối Độ muối Độ muối 00/00 100/00 200/00 300/00 Đơn vị Ơxy hố 8,933333 6,922667 5,996444 6,008889 g/m3.ngày Khử nitrat 1,996978 1,922963 2,001333 1,994341 g/m3.ngày ™ Xác định mật độ vi sinh hai cột lọc sinh học Mật độ vi sinh phân tích, xác định thí nghiệm mật độ vi sinh tổng (không xác định tỷ lệ thành phần vi sinh ôxy hoá amoni (nitrifyer) vi sinh khử nitrat (denitrifyer)) Do có khác biệt nồng độ thành phần amoni, nitrit nitrat khác theo chiều cao vật liệu lọc nên tiến hành lấy mẫu phân tích mật độ vi sinh theo điểm, tương ứng với phần đáy lớp vật liệu (nước vào), phần lớp vật liệu lọc phần đỉnh lớp vật liệu lọc (nước khỏi cột lọc) Kết giá trị thông số mật độ vi sinh hai cột lọc trạng thái ổn định thể bảng đưới Bảng 19: giá trị mật độ vi sinh tổng đơn vị thể tích vật liệu mang Mật độ vi sinh (kg/m3 vật liệu lọc) Vật liệu lọc Phần đáy cột Phần cột Phần đỉnh cột 1x1x1cm 7,81 4,877 3,994 2x2x2cm 6,368 4,99 4,228 ™ Kết luận: So sánh kết trình ôxy hoá amoni khử nitrat hai cột lọc với kích thước vật liệu mang khác điều kiện thay đổi nồng độ muối rút kết luận sau: - Q trình ơxy hố amoni chịu ảnh hưởng kìm hãm tỷ lệ với gia tăng nồng độ muối nước, thời gian lưu cần thiết để ơxy hố hết amoni nước 69 khác độ muối khác thông số quan trọng để thiết kế hệ thống xử lý amoni nước - Ở nồng độ muối cao, (200/00 300/00) hệ thí nghiệm cần thời gian lưu trung bình để chuyển hố hết amoni thành nitrat - Quá trình khử nitrat thực vi sinh denitrifyer chịu tác động tồn nồng độ muối nước (dưới 300/00) Kết thí nghiệm cho thấy khả đạt hiệu cao phương pháp khử nitrat nội sinh Phương pháp xử lý không cần tiến hành bổ sung chất hữu cho mục đích khử nitrat cho thấy khả phù hợp, ứng dụng cao vào thực tiễn xử lý nước thải nuôi trồng thuỷ sản, giúp tiết kiệm chi phí đơn giản quản lý vận hành - Từ hai bảng hiệu suất khử nitrat hai cột lọc cho thấy: khoảng thời gian lưu giá trị trung bình hiệu suất khử nitrat cột lọc sử dụng vật liệu mang kích thước 2x2x2cm có cao khơng tạo chênh lệch đáng kể (có ý nghĩa thiết kế hệ thống vận hành thực tế) so với cột lọc sử dụng vật liệu mang 1x1x1cm Thời gian lưu cần thiết để hai cột lọc đạt hiệu suất xử lý loại bỏ nito mong muốn khoảng đến - Ảnh hưởng kích thước vật liệu mang lên hiệu hai q trình ơxy hố khử nitrat khơng biểu rõ rệt - Từ kết luận trên, ta tin tưởng triển vọng thành cơng áp dụng kỹ thuật xử lý loại bỏ thành phần nito nước vào mục đích xử lý tái sử dụng nước nuôi trồng thuỷ sản nông nghiệp bảo vệ môi trường 70 CHƯƠNG - KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ Kết luận - Luận văn đánh giá ảnh hưởng kìm hãm độ muối lên tốc độ ơxy hố khử nitrat nước nuôi trồng thuỷ sản Đánh giá ảnh hưởng thời gian lưu phản ứng kích thước vật liệu mang lên hiệu hai trình - Q trình ơxy hố amoni thực chủng vi sinh Nitrifyer chịu ảnh hưởng kìm hãm ảnh hưởng kìm hãm tỷ lệ với nồng độ muối nước Quá trình khử nitrat thực chủng vi sinh Denitrifyer không chịu ảnh hưởng đáng kể thay đổi độ muối nước - Thí nghiệm chứng minh khả kết hợp đồng thời q trình ơxy hố amoni khử nitrat môi trường phản ứng - Mục đích cuối luận văn khảo sát khả xử lý loại bỏ thành phần nitơ nước nuôi trồng thuỷ sản Các thông số khảo sát, đánh giá đo ứng dụng để thiết kế hệ thống xử lý/tái sử dụng nước nuôi trồng thuỷ sản phục vụ sản suất bảo vệ môi trường - Mặt khác, luận văn chưa đánh giá ảnh hưởng đầy đủ yếu tố liên quan tới hiệu q trình: thơng số DO; tồn chất kháng sinh sẵn có nước ni trồng thuỷ sản; tìm kiếm khả thúc đẩy trình khử nitrat diễn nhanh Kiến nghị - Cần tiếp tục nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố có liên quan khác tới hiệu loại bỏ amoni nước (DO, chất kháng sinh, thúc đẩy tốc độ khử nitrat) - Tiến hành thử nghiệm kỹ thuật loại nước nuôi trồng thuỷ sản thực tế nhằm tiếp cận khắc phục bất ổn xảy ra, nâng cao tính khả thi triển khai ứng dụng vào thực tiễn 71 - Với thiếu sót, tồn trên, tác giả hy vọng có hội để tiếp tục theo đuổi hướng nghiên cứu tương lai với mong muốn phát triển, hoàn thiện ứng dụng tốt vào thực tiễn xử lý/tái sử dụng nước nuôi trồng thuỷ sản bảo vệ môi trường 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Lê Văn Cát, Đỗ Thị Hồng Nhung, Ngô Ngọc Cát (2006), Nước nuôi thủy sản – Chất lượng giải pháp cải thiện chất lượng, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội Lê Văn Cát (2007), Xử lý nước thải giàu hợp chất Nitơ Phốt pho, NXB Khoa học tự nhiên công nghệ, Hà Nội Lê Văn Cát (2002) Hấp phụ trao đổi ion kỹ thuật xử lý nước nước thải NXB Thống kê, Hà Nội Nguyễn Thị Dung (1999), Hóa học mơi trường nước ni tơm vùng bán đảo Cà Mau, Báo cáo khoa học Trung tâm Khoa học tự nhiên Công nghệ quốc giaViện Công nghệ hóa học Nguyễn Văn Hà (2006) Nghiên cứu xây dựng qui trình chế tạo thiết bị xử lý nước thải để tái sử dụng trại xử lý tôm giống Viện Công nghệ môi trường- Viện Khoa học kĩ thuật Việt Nam Trịnh Lê Hùng (2006), Kỹ thuật xử lý nước thải, NXB Giáo dục, Hà Nội Nguyễn Quang Huy, Như Văn Cẩn ctv (2003), ”Phát triển kĩ thuật sản xuất giống cá Giò (Rachycentron canadum)”, Tuyển tập báo cáo khoa học hội thảo tồn quốc ni trồng thuỷ sản, Viện Nghiên cứu Nuôi trồng thuỷ sản I, tháng 11- 2003 Trịnh Xn Lai (2000) Tính tốn thiết kế cơng trình xử lý nước thải NXB Xây dựng Hà Nội Trương Trọng Nghĩa (2004), Áp dụng hệ thống tuần hồn nước cho sản xuất giống tơm sú Báo cáo khoa học Trường Đại học Cần thơ 10 Lương Đức Phẩm (2002) Công nghệ xử lý nước thải phương pháp sinh học- NXB Giáo dục, Hà Nội 11 Trịnh Ngọc Tuấn, “Nghiên cứu trạng khai thác, nuôi trồng thuỷ sản Việt Nam đề xuất phương pháp xử lý nước thải”, Trung tâm Quan trắc Cảnh báo môi trường Dịch bệnh Thủy sản, Viện Nghiên cứu Nuôi trồng Thủy sản 73 Tiếng Anh 12 Boyd C E & Tuker C S (1998), Pond aquaculture water quality management, Klwer Academic publishers Boston/Dordrecht/London 13 Boyd C E (1990), Water quality in ponds for aquaculture, Aburn University, Alabama, pp 80 – 87, pp.156 – 382 14 Boyd C E & Tuker C S (1992), Water quality and pond soil analysis for aquaculture, Aburn University, Alabama, pp 78 – 81, pp 102 – 108 15 Boran Kartal, Mariana Koleva, Roumen Arsov, Wouter van der Star, Mike S.M Jetten, Marc Strous (2006), “Adaptation of a freshwater anammox population to hight salinity wastwater”, Journal of Biotechnology, 8pp Website: http://www.elsevier.com/locate/jbiotec 16 Davis, D.A., Arnold, C.R (1998), “The design, management and production of a recirculating raceway system for the production of marine shrimp”, Aquaculture Eng, 17(3) pp 193-211 17 Douglas G Drennan II, K.C Hosler, Mark Francis, Dallas Weaver, Ed Aneshansley, Gregory Beckman, Chandler H Johnson, Chad M Cristina (2006), “Standardized evaluation and rating of biofilters II Manufacturer’s and use’ s perspective”, Aquacultural engineering, 34(3), pp 403-416 18 Losordo Thomas M (1998), Recirculating aquaculture tank production systems, An Overview of critical considerations, SRAC Publication No 451,6 pp Website: http://www biofilters.com 19 Manasveta et al (1989), “ Maturation and larviculture of penaeid prawns in closed recirculating seawater system”, Aquacult Eng, 8(5) 357-368 20 Martine somville (1984), “Use of Nitrifying Activity Measurements for Describing the Effect of Salinity on Nitrification in the Scheldt Estuary”, Applied and environmental microbiology, 47(2), pp 424-426 21 Michael P M., James R and Thomas M Losordo (1992), Recirculatingaquaculture tank production systems, Manegement of recirculating systems, SRAC Publication No 452, pp Website://www.biofilter.com 74 22 Michael P M., James R and Thomas M Losordo (1994), Aquaculture water reuse systems: engineering design and management, Development in aquaculture and fisheries science 27, 1994, pp 238 - 241, pp 285, pp 292 –295 23 Millamena et al (1991), Performance of recirculating system for prawn hatchery and broodstock maturation tanks, Aquacult Eng, 10, 161-171 24 Omar Sánchez, Estrella Aspé, María C Martí and Marlene Roeckel(2005),“Rate of ammonia oxidation in a synthetic saline wastewater by a nitrifying mixedculture”, Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 80, pp 12611267 25 Reid, B., Anrold, C.R (1992), “The intensive culture of the penaeid shrimp Penaeus vannamei Boone in a recirculating raceway system”, J World Aquac Soc 23, 146-153 26 Robert M Durborow, David M Crosby and Martin W Brunson (1997a), Nitrite in Fish Ponds, SRAC Publication No 462 Website:http://www biofilters.com 27 Robert M Durborow, David M Crosby and Martin W Brunson (1997b): Ammonia in Fish Ponds, SRAC Publication No 463 Website: http://www biofilters.com 28 Ruth Francis-Floyd, Craig Watson (1990), Ammonia, Department of Fisheries and Aquatic Sciences, Florida Cooperative Extension Service, Institute of Food and Agricultural Sciences, University of Florida, First published: May 1990, Revised: June 1996, Reviewed: February 2005, 4pp Website: http://edis.ifas.ufl.edu 29 Shulin Chen, Jian Ling, Jean-Paul Blancheton (2006), “Nitrification kinetic of biofilm as affected by water quality factors”, Aquacultural Engineering, 34(3),p p 179-197 30 Smith Math (2003), Biofilters for aquaculture, USA, 18pp Website:http//www.biofilter.com 31 Su - Jun Tsai, Jiann - Chu Chen (2002), Acute toxicity of nitrate on Penaeus monodon juveniles at different salinity levels, Department of aquaculture, national Tawan Ocean University, Keelung Taiwan, 202, People,s Republic of 75 China, Aquaculture 213, pp 163 - 170 32 Timothy A Hovanec and Edward F, Delong (1996), “ Comparative Analyis of Nitrifying Bacteria Associated with Freshwater and Marine Aquaria”, Applied and environmental microbiology, 62(8), p p 2888-2896 33 Tomasso, J.R., (1994), “Toxicity of nitrogenous wastes to aquaculture animals”, Rev Fish Sci 2, 291-314 34 Van Rijn (1996), “The potential for integrated biological treatment system in recirculating fish culture-a review”, Aquaculture 139 (3-4), pp 181-201 35 Wheaton Fred (2003), Biological filtration: Design and operation, Agricultural engineering department, The University of Maryland College Park, Maryland, 18pp Website: http://aquatic Org/publicat/sate/il-in/ces/ces–240_ biofilter.htm 36 William A Wurts (2005), “Daily pH Cycle and Ammonia Toxicity”, World Aquaculture, 34(2): 20-21, State Specialist for Aquaculture, Kentucky State University CEP at the UK Research and Education Center, P.O Box 469, 4pp Website://www toxicity for aquaculture com 37 William A Wurts (2005), “Daily pH Cycle and Ammonia Toxicity”, World Aquaculture, 34(2): 20-21, State Specialist for Aquaculture, Kentucky State University CEP at the UK Research and Education Center, P.O Box 469, 4pp Website://www toxicity for aquaculture com 76 ... nêu, định chọn đề tài: ? ?Nghiên cứu q trình nitrat hóa khử nitrat đồng thời xảy môi trường nước mặn kỹ thuật màng vi sinh? ?? CHƯƠNG 1- TỔNG QUAN 1.1 NHU CẦU SỬ DỤNG NƯỚC TRONG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN... Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sỹ khoa học: ? ?Nghiên cứu q trình nitrat hóa khử nitrat đồng thời xảy môi trường nước mặn kỹ thuật màng vi sinh. ” thực với hướng dẫn TS Lê Văn Cát Đây chép cá... (nhận điện tử phản ứng sinh hóa) để sản xuất lượng - Để khử nitrat, vi sinh vật cần có chất khử (nitrat chất oxy hóa) , chất khử chất hữu vô H2, S, Fe2+ - Quá trình khử nitrat xảy theo bốn bậc liên