KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 1.[r]
(1)NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KHÍ OXY HỊA TAN (DO)
TRONG NƯỚC THẢI NUÔI TÔM CHÂN TRẮNG (Litopenaeus vannamei)
Ở XÃ ĐIỀN MÔN, HUYỆN PHONG ĐIỀN, TỈNH THỪA THIÊN HUẾ
Trương Văn Đàn, Nguyễn Quang Lịch, Lê Công Tuấn, Phạm Văn Lai Trường Đại học Nông Lâm Huế
TÓM TẮT
Nghiên cứu phương pháp xử lý khí DO nước thải ni tôm chân trắng cát tiến hành qua công đoạn: công đoạn sàng lọc công đoạn tiến hành thí nghiệm Ở cơng đoạn sàng lọc kết cho thấy tầng cấp có độ nghiêng trước 50 (+50) hiệu với mức tăng DO trung bình 1,833 ± 0,300 mg/L sau xử lý có ý nghĩa thống kê so với góc nghiêng khác (p < 0,05) Máng nghiêng kích thước lổ 8mm, 12mm, 16mm kích thước lổ 12mm cho hiệu xử lý cao với mức tăng DO 1,222 ± 0,169 mg/L trung bình sau
xử lý Trong mật độ lổ 49 lổ, 81 lổ, 145 lổ mật độ 145 lổ tốt với mức tăng DO 1,222 ± 0,188 mg/L trung bình sau xử lý Với độ nghiêng 50, 100, 150 độ nghiêng 50 tốt với mức tăng DO 0,944 ± 0,130 mg/L trung bình sau xử lý Sàng lọc thời gian buổi trưa, DO tăng trung bình cao với 1,565 ± 0,115 mg/L sau thí nghiệm có ý nghĩa thống kê so với buổi sáng chiều (p < 0,05) Sàng lọc phương pháp theo nhóm nhóm tia nước, phương pháp tầng cấp tốt so với phương pháp máng nghiêng Trong nhóm quạt nước phương pháp quạt nhím hiệu phương pháp quạt chân vịt Sau kết thúc giai đoạn sàng lọc, đề tài tiến hành cơng đoạn thí nghiệm với phương pháp tầng cấp, quạt nhím, sục khí đối chứng (khơng xử lý) để thí nghiệm chọn phương pháp tốt xử lý khí DO Trong cơng đoạn thí nghiệm, nghiên cứu sử dụng phương pháp tầng cấp, quạt nhím sục khí cho việc xử lý khí DO nước thải ni tơm chân trắng Kết thí nghiệm cho thấy phương pháp tầng cấp cho hiệu xử lý tốt so với phương pháp khác với mức ý nghĩa thống kê p < 0,05 Hàm lượng oxy hịa tan (DO) tăng lên trung bình 2,333 ± 0,289 mg/L sau xử lý phương pháp tầng cấp Trong bểđối chứng lượng DO tăng lên 0,333 ± 0,118 mg/L
xử lý
Từ khóa: khí oxy hịa tan, sục khí, quạt nhím, quạt chân vịt, tầng cấp, xử lý học, tôm chân trắng I ĐẶT VẤN ĐỀ
Thừa Thiên Huế với lợi bờ biển kéo điều kiện thuận lợi cho việc đánh bắt, khai thác nuôi trồng thủy sản Đặc biệt có hệđầm phá Tam Giang - Cầu Hai có nhiều hấp dẫn
mặt khoa học, có tiềm lớn tài nguyên thiên nhiên phục vụ phát triển kinh tế xã hội, đồng thời nơi hứng chịu nhiều rủi ro, thiên tai (Lê Văn Thăng, 2008) Trong năm gần
đây địa bàn tỉnh Thừa Thiên Huếđã hình thành nhiều vùng nuôi tôm tập trung với quy mô từ 10 đến 50 (Sở NN&PTN, 2010) Tuy nhiên hầu hết vùng ni chưa có phương pháp quản lý xử lý chất thải Nguồn chất thải từ vùng nuôi tôm thường thải trực tiếp môi trường không qua xử lý làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến hệ sinh thái, gây ô nhiễm môi trường đồng thời nguyên nhân làm phát sinh mầm bệnh cho tôm (Nguyen Quang Lich, Le Cong Tuan et al., 2011) Mặc dù vùng ni tơm có quy hoạch nhiên khơng có hệ thơng xử lý nước thải tơm bị dịch bệnh, tơm chết thải trực tiếp vào môi trường điều để lại hậu nặng nề cho nghề nuôi tôm điạ bàn tỉnh Thừa Thiên Huế (Sở NN&PTNT, 2010)
Theo kết nghiên cứu số nghiên cứu nuôi tôm sau thu hoạch thải môi trường nước 133 kg nitơ (TN) 43 kg phospho (TP) chất thải, tiết tôm thức ăn dư thừa (Funge-Smith and Briggs, 1998) Ngoài sản phẩm chất thải đạm khác từ nước tiểu tiết phân, số chất thải chứa nitơ tích lũy từ mảnh vụn hữu sinh vật chết, thức ăn thừa, từ nitơ khí bầu khí làm cho nồng độ DO nước thải giảm xuống (Timmons, 2002; Siikavuopio, 2009)
Trong năm qua có nhiều mơ hình nghiên cứu xử lý nước thải nuôi tôm nhiều phương pháp khác Tuy nhiên phần lớn mơ hình sử dụng mơ hình ni kết hợp đối tượng tôm - cá, tôm – cá - thực vật (Hauser, 1984) hay ứng dụng thiết bị
(2)đó phương pháp xử lý sinh học cho thấy có hiệu khả ứng dụng cao Tuy nhiên nước thải nuôi tôm lượng DO thấp giới hạn thích nghi đối tượng vào tháng cuối vụ Chính việc làm tăng lượng DO nước thải nhằm ứng dụng vào hệ
thống xử lý kết hợp học sinh học có ý nghĩa cần thiết Hiện có số nghiên cứu sử dụng kỹ thuật xử lý khí DO chủ yếu áp dụng cho xử lý nước thải sinh hoạt nước thải công nghiệp, nghiên cứu áp dụng cho nước thải ni trồng thủy sản cịn thiếu phạm vi phịng thí nghiệm (Isla Molleda, 2008; Jongsuphaphong v Sirianuntapiboon, 2010; Gonỗalves v Gagnon, 2011) Nhng nghiên cứu chưa áp dụng vào thực tiễn thiếu thơng số kỹ thuật chi phí sản xuất vận hành thiết bị cao chưa có mơ hình xử lý khí DO cho ni tơm điều kiện mởđược tiến hành Do vậy, nghiên cứu tiến hành tìm phương pháp làm tăng khí DO nước thải nuôi tôm điều kiện mở nhằm góp phần cung cấp dẫn liệu khoa học đưa vào áp dụng thực tế nghề nuôi tôm chân trắng phát triển nhanh tỉnh duyên hải Miền Trung, Việt Nam
II VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu tiến hành từ tháng 11/2010 đến tháng 06/2011 xí nghiệp nuôi tôm
Điền Môn thuộc công ty cổ phần Trường Sơn, Thừa Thiên Huế 1 Vật liệu nghiên cứu
Các thí nghiệm thực hệ thống ao lót bạt có dung tích 1m3
Thiết bị tầng cấp làm gỗ, với thiết kế cấp có tổng diện tích bề mặt 0,25m2được cố định vào ao lót bạt Nước bơm từ ao lên bậc cấp bơm nước hiệu Guangdong_Risheng Group Co Ltd China Model Hx-2.4, lưu lượng bơm 2800 l/h công suất 50W thông qua ống nhựa PVC đường kính 21mm
Máng nghiêng đưa vào thí nghiệm có diện tích 50cm x 50cm = 250 cm2 Trên máng khoan lổ với số lổ kích thước lổ khác
Quạt nhím cấu tạo gồm có trục quạt, cánh quạt hệ thống truyền động cho quạt Trục quạt làm ống nhựa chịu nhiệt đường kính ø 43 mm dài 40 cm, cánh quạt làm ống nhựa tổng hợp đường kính ø 21mm, chiều dài cánh tính từ bề mặt trục đến đầu cánh 12,5cm với tổng số cánh 24 lắp vào trục quạt theo hình Quạt chuyển động động cơđiện 3pha, công suất 250W thông qua hệ thống truyền động trục cácđăng tự
chế Động điện thay đổi tốc độ từ 33-250 vịng/phút Tuy nhiên q trình thí nghiệm chúng tơi chọn tốc độ quạt 100 vòng/phút tốc độ sử dụng phổ biến cho loại quạt làm tăng DO ao nuôi tôm
Quạt chân vịt quạt nhím sử dụng phổ biến thực tế nên đề tài áp dụng kỹ
thuật thiết kế thực tế rút ngắn tỷ lệđể phù hợp với điều kiện thí nghiệm Số cánh quạt
được bố trí trục quạt Chiều dài trục 50cm, chiều dài cánh 12,5cm, tổng số cánh quạt nhím 24 cánh, quạt chân vịt 25 cánh
(3)2 Phương pháp bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm trải qua công đoạn: Công đoạn sàng lọc công đoạn tiến hành thí nghiệm
Sơđồ 1.Sơ đồ bố trí thí nghiệm
Thí nghiệm sàng lọc: Các phương pháp nhóm thành nhóm: tia nước quạt nước sơ đồ Tầng cấp sàng lọc thông số độ nghiêng với độ nghiêng: nghiêng trước 50 (+50) – nằm ngang (00) – nghiêng sau 50 (-50) Máng nghiêng sàng lọc tiêu chí: số lổ (49 lổ - 81 lổ - 149 lổ), kích thước lổ (8mm – 12mm – 16mm) độ nghiêng máng (nghiêng 50 – nghiêng 100 – nghiêng 150) Quạt nhím, quạt chân vịt sục khí phương pháp thực tếđã
được áp dụng nên thí nghiệm đề tài khơng tiến hành sàng lọc mà áp dụng kỹ thuật thiết kế thực tế rút ngắn tỷ lệđể phù hợp với điều kiện thí nghiệm
Các thiết bịđược bố trí vào ao thí nghiệm để tiến hành sàng lọc thơng số thiết bị, sàng lọc thời gian sàng lọc phương pháp tốt nhóm Mỗi phương pháp tốt nhóm với thơng số thiết bị tối ưu sẽđược sử dụng cơng đoạn thí nghiệm
Cơng đoạn tiến hành thí nghiệm: Với ao thí nghiệm ao bố trí thiết bị xử lý ao đối chứng bố trí hình 1:
CƠNG ĐOẠN TIẾN HÀNH
THÍ NGHIỆM
Phương pháp quạt chân vịt/ quạt nhím Phương pháp
máng nghiêng/ tầng
cấp
Không xử lý (đối chứng)
Phương pháp sục khí đáy Máng
nghiêng
Tầng cấp
Quạt chân vịt
Quạt nhím
CƠNG ĐOẠN
SÀNG LỌC
Nhóm phương pháp tia nước
Nhóm phương pháp quạt
(4)Ao lắp tầng cấp Ao lắp quạt nhím
Ao sục khí Ao đối chứng
Hình 1 Bố trí hệ thống ao thí nghiệm
Để bố trí thí nghiệm nghiên cứu, đề tài sử dụng phương pháp ngẫu nhiên hoàn toàn (CRD) Sau thí nghiệm sàng lọc, nghiên cứu chọn phương pháp để tiến hành thí nghiệm Các thiết bị quạt nhím, tầng cấp, sục khí ao đối chứng bố trí ngẫu nhiên vào ao lót bạt Thí nghiệm lặp lại lần thời gian 3h/nghiệm thức đểđánh giá, so sánh hiệu phương pháp xử lý
3 Phương pháp thu phân tích mẫu nước
Mẫu nước thu hàng thí nghiệm điểm ao, sau tiến hành phân tích trường Các tiêu chất lượng nước theo dõi q trình thực thí nghiệm là: nhiệt độ (T0C), pH, DO (mg/L) đo trực tiếp từ mẫu nước trường theo phương pháp sau đây:
- Nhiệt độđược đo nhiệt kế
- Trị số pH nước đo trường máy đo pH xách tay (pH meter 14 - P, TOA, Nhật Bản), độ xác đến 0,1
- Hàm lượng oxy hòa tan đo máy đo oxy xách tay DO - meter ISY Mỹ, độ
chính xác đến 0,1 mg/l 4 Phân tích xử lý số liệu
Số liệu sau thu thập phân tích xử lý phần mềm thống kê SPSS 16.0 để
(5)III KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 1 Kết thí nghiệm sàng lọc 1.1 Sàng lọc thông số thiết bị
Sau tiến hành sàng lọc thông số thiết bị, đề tài thu kết sau:
Tầng cấp sàng lọc độ nghiêng +50, 00 –50 thấy độ nghiêng +50 hiệu với mức tăng DO trung bình 1,833 ± 0,300 mg/L sau xử lý có ý nghĩa thống kê so với góc nghiêng khác (p < 0,05) Các yếu tố mơi trường khác (nhiệt độ, pH) khơng có biến động lớn độ nghiêng tầng cấp bảng nằm giới hạn đầu nước thải
Bảng Biến động yếu tố môi trường góc nghiêng khác tầng cấp Thiết bị
Yếu tố
Nghiêng trước 5o (+ 5o)
TB± S (Min ÷ Max.)
Nằm ngang (0o)
TB± S (Min ÷ Max.)
Nghiêng sau 5o (- 5o)
TB± S (Min ÷ Max.)
DO (mg/L) 1,833 ± 0,300a (1,0 ÷ 1,5)
0,667 ± 0,167b (0,5 ÷ 1,00)
0,833 ± 0,167b (0,5 ÷ 1,00)
Nhiệt độ(oC) 27,12 ± 0,875a
(25,50 ÷ 28,50)
27,70 ± 0,110a (27,50 ÷ 27,27)
28,16 ± 0,333a (27,50 ÷ 28,50) pH 8,52 ± 0,043a
(8,45 ÷ 8,60)
8,45 ± 0,050a (8,37 ÷ 8,55)
8,59 ± 0,033a (8,52 ÷ 8,62)
Máng nghiêng: Qua bảng cho thấy kích thước lổ 8mm, 12mm, 16mm kích thước lổ
12mm cho hiệu xử lý cao với mức tăng DO 1,222 ± 0,169 mg/L trung bình sau xử
lý có ý nghĩa thống kê so với kích thước lổ khác (p < 0,05)
Bảng Biến động thông số môi trường kích thước lổ khác nhau
Thiết bị Yếu tố
8mm TB± S (Min ÷ Max.)
12mm TB± S (Min ÷ Max.)
16mm TB± S (Min ÷ Max.) DO (mg/L) 0,667 ± 0,167
b
(0,5 ÷ 1,0)
1,222 ± 0,169a (1,5 ÷ 2,0)
1,667 ± 0,167b (1,0 ÷ 1,5)
Nhiệt độ(oC) 26,29 ± 0,000a
(24,50 ÷ 27,25)
25,25 ± 0,000a (24,25 ÷ 27,13)
26,13 ± 0,000a (25,00 ÷ 27,13)
pH 8,66 ± 0,000a (8,65 ÷ 8,68)
8,51 ± 0,000a (8,35 ÷ 8,65)
8,63 ± 0,000a (8,55 ÷ 8,70)
Trong mật độ lổ 49 lổ, 81 lổ, 145 lổ mật độ 145 lổ tốt với mức tăng DO 1,222 ± 0,188 mg/L trung bình sau xử lý có ý nghĩa thống kê so với mật độ lổ khác (p < 0,05) bảng
Bảng 3 Biến động yếu tố môi trường mật độ lổ khác
Thiết bị Yếu tố
49 lổ TB± S (Min ÷ Max.)
81 lổ TB± S (Min ÷ Max.)
145 lổ TB± S (Min ÷ Max.) DO (mg/L) 0,667 ± 0,167b
(0,5 ÷ 1,0)
0,833 ± 0,167b (0,5÷ 1,0)
1,222 ± 0,188a (1,5÷ 2,0)
Nhiệt độ(oC) 25,95 ± 0,469a
(25,12 ÷ 26,75)
26,33 ± 0,397a (25,87 ÷ 27,12)
26,91 ± 0,650a (25,75 ÷ 28,00) pH 8,38 ± 0,098a
(8,25 ÷ 8,57)
8,31 ± 0,046a (8,22 ÷ 8,37)
8,42 ± 0,052a (8,32 ÷ 8,50)
(6)Bảng 4. Biến động yếu tố môi trường sử dụng máng nghiêng có góc khác
Thiết bị Yếu tố
Nghiêng 5o
TB± S (Min ÷ Max.)
Nghiêng 10o
TB± S (Min ÷ Max.)
Nghiêng 15o
TB± S (Min ÷ Max.) DO (mg/L) 0,944 ± 0,130
a
(0,5 ÷ 1,5)
0,633± 0,167b (0,5÷ 1,0)
0,50 ± 0,000b (0,5÷ 0,5) Nhiệt độ(oC) 25,08 ± 0,291a
(24,62 ÷ 25,62)
25,91 ± 0,291a (25,62 ÷ 26,50)
25,12 ± 0,36a (24,50 ÷ 26,50) pH 8,54 ± 0,096a
(8,40 ÷ 8,72)
8,58 ± 0,008a (8,57 ÷ 8,60)
8,58 ± 0,030a (8,50 ÷ 8,60)
Các yếu tố môi trường nhiệt độ, pH khơng có biến động lớn thí nghiệm sàng lọc máng nghiêng
Như vậy, tầng cấp đưa vào thí nghiệm sẽđược bố trí nghiêng trước 5o Máng nghiêng sẽđược chọn với thông số sau: nghiêng 5o, mật độ 145 lổ/máng kích thước lổ 12mm
1.2 Sàng lọc thời gian
Vào thời điểm khác ngày yếu tố mơi trường nhiệt độ, pH, DO… có
biến động khác nhau, kết hợp với tác động thiết bị xử lý làm thay đổi lượng DO yếu tố khác nước theo hướng khác thời gian Thí nghiệm tiến hành sàng lọc thời gian qua buổi: sáng, trưa chiều
Bảng Biến động yếu tố môi trường vào thời gian ngày
Thiết bị Yếu tố
Buổi sáng TB± S (Min ÷ Max.)
Buổi trưa TB± S (Min ÷ Max.)
Buổi chiều TB± S (Min ÷ Max.) DO (mg/L) 1,05 ± 0,095b
(1,25 ÷ 1,58)
1,565 ± 0,115a
(2,00 ÷ 2,25)
1,201 ± 0,073b
(1,58 ÷ 1,83) Nhiệt độ(oC) 26,67 ± 0,252b
(26,21 ÷ 27,08)
27,80 ± 0,390a (27,06 ÷ 28,38)
26,39 ± 0,121b (26,15 ÷ 26,54) pH 8,22 ± 0,037b
(8,18 ÷ 8,30)
8,64 ± 0,160a (8,34 ÷ 8,89)
8,32 ± 0,049b (8,23 ÷ 8,39)
Từ bảng cho thấy buổi trưa, DO tăng trung bình cao với 1,565 ± 0,115 mg/L sau thí nghiệm có ý nghĩa thống kê so với buổi sáng chiều (p < 0,05)
Nhiệt độ pH vào buổi trưa cao sơ với buổi sảng buổi chiều có ý nghĩa thống kê (p < 0,05) Điều dễ dàng nhận thấy buổi trưa trình quang hợp diễn mạnh mẽ nên chất cho quang hợp CO2được sử dụng tối đa sản phẩm quang hợp oxy
tạo lớn Chính làm cho pH tăng cao Nhiệt độ tăng cao phù hợp với quy luật biến đổi nhiệt độ ngày
Do đó, thời gian xử lý tốt ngày buổi trưa (11-14 giờ) 1.3 Sàng lọc phương pháp theo nhóm thí nghiệm
Sau sàng lọc máng nghiêng, tầng cấp với thông số tối ưu xử lý nước thải
Đối với máng nghiêng, thơng số tối ưu sử dụng kích thước lổ 12mm, mật độ lổ 149 lổ/máng,
độ nghiêng máng 50 Tương tự tầng cấp, thông số tối ưu bố trí tầng cấp nghiêng trước 50 Đề tài áp dụng thơng sốđó vào việc sàng lọc phương pháp để chọn phương pháp tối ưu theo nhóm Biến động yếu tố mơi trường theo phương pháp sau:
(7)0,05 DO tăng trung bình sau xử lý tầng cấp 2,333 ± 0,289 mg/L Các yếu tố mơi trường khác khơng có biến động lớn
Trong nhóm quạt nước phương pháp quạt nhím hiệu phương pháp quạt chân vịt có ý nghĩa thống kê với p < 0,05 Mức DO tăng trung bình xử lý phương pháp quạt nhím (2,000 ± 0,186 mg/L) Các yếu tố nhiệt độ pH khơng có sai khác phương pháp
Như vậy, nhóm tia nước tầng cấp sẽđược chọn nhóm quạt nước quạt nhím sẽđược chọn đểđưa vào thí nghiệm
2 Thí nghiệm khả làm tăng hàm lượng DO phương pháp + Mức tăng hàm lượng DO
Trung bình sau xử lý hàm lượng DO tăng trung bình phương pháp có khác nhau, mức tăng DO trung bình cao phương pháp tầng cấp 2,333 ± 0,289 mg/L; kếđến phương pháp quạt nhím 2,000 ± 0,1 mg/L sục khí 0,667 ± 0,118 mg/L
ao đối chứng hàm lượng DO tăng lên chỉđạt 0,333 ± 0,118 mg/L Giá trị tăng DO biến động lớn từ 0,0 ÷ 3.5 mg/L Tuy nhiên, mức tăng DO xử lý khác Ở xử lý mức tăng DO phương pháp cao sau giảm dần vào xử lý thể bảng
Bảng 6. Hàm lượng DO sau xử lý phương pháp Phương pháp xử lý
Thời gian
xử lý
Tầng cấp (mg/l)
Quạt nhím (mg/l)
Sục khí (mg/l)
Đối chứng (mg/l) 2,302±0,338 2,016±0,344 2,708±0,26 2,234±0,139 6,517±0,072 4,576±0,314 3,880±0,159 3,098±0,43 7,272±0,082 4,692±0,46 4,951±0,130 4,634±0,028 7,973±0,196 5,895±0,372 5,788±0,162 5,128±0,053 Trung bình 2,333±0,289a 2,000±0,100a 0,667±0,118b 0,333±0,118b
Để so sánh khả làm tăng hàm lượng DO nước thải phương pháp xử lý phương pháp phân tích One-Way Anova tiến hành Kết phân tích cho thấy so sánh tầng cấp với quạt nhím tầng cấp có khả làm tăng DO cao so với quạt nhím khơng có ý nghĩa thống kê với p > 0,05; so sánh tầng cấp với sục khí đối chứng kết cho thấy khác biệt rõ ràng tầng cấp có hiệu cao việc làm tăng hàm lượng DO với mức ý nghĩa thống kê p = 0,001 p = 0,002 (p < 0,05)
Nguyên nhân lượng DO tăng lên phương pháp tầng cấp cao cấu tạo tầng cấp gồm có bậc, nước thải qua bậc tạo tia nước nhiều thời gian tia nước tiếp
Đồ thị 2. Mức tăng DO phương pháp xử lý nhóm tia nước