5 XỬ LÝ VÀ TÁI SỬ DỤNG NƯỚC 1 Xử lý và tái sử dụng nước
5.2 Hệ thống tuần hoàn
5.2.1 Loại thải chất rắn lơ lửng
Để loài bỏ các hạt vật chất lơ lửng trong nước có thể áp dụng biện pháp lắng hay lọc cơ học như: lọc qua lưới, lọc cát...
Hình 6-24. Lọc cát chảy theo trọng lực. Theo F. W. Wheaton (1977). Trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi (2001)
Quản lý chất lượng nước
Hình 6-25. Các kiểu lọc cát.
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản 5.2.2 Loại thải chất hữu cơ hoà tan
Để loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan có thể dùng biện pháp lọc hóa học. Lọc hoá học là phương pháp tập trung lượng chất hữu cơ hoà tan (DOC) bằng quá trình hấp thu xảy ra giữa bề mặt tiếp xúc giữa chất rắn-chất lỏng hay bề mặt chất khí-chất lỏng. Hiệu quả trong việc loại bỏ chất hữu cơ hòa tan được áp dụng để loại bỏ những chất không phân hủy sinh học hoặc khó loại bỏ bởi lọc sinh học hoặc lọc cơ học thông thường. Những chất này bao gồm các sản phẩm tự nhiên như chất mùn và hợp chất phenolic,
các chất gây ô nhiễm nhân tạo như các hydrocacbon khử chclorine (dầu và thuốc trừ
sâu).
Bề mặt khí - chất lỏng: làm sủi bọt
Cơ chế liên quan đến sự hấp thụ các hợp chất sulfat hữu cơ (hữu cơ phân cực) trên bề mặt bọt khí nổi lên qua cột nước và hình thành bọt váng trên mặt nước (được minh họa theo sơđồ sau).
Hình 6-26. Minh họa bằng lược đồ một bọt khí hút bám các đầu hoạt tính bề mặt của các phân tử DOC. Theo C.W. Lin & Yang Yi (2001)
Quản lý chất lượng nước
Hình 6-27. Sơđộ hệ thống tạo bọt tách chất hữu cơ hòa tan. Theo F. W. Wheaton (1977). Trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi (2001)
Hình 6-28. Các hệ thống tạo bọt tách chất hữu cơ hòa tan (protein skimmer) Giao diện giữa chất rắn - chất lỏng:
Cacbon hoạt tính được tạo ra từ chất có cacbon xốp (than đá, xương, vỏđậu sau
2
quá trình nén ở nhiệt độ cao). Diện tích bề mặt của than hoạt tính lớn cỡ 1 km /kg, ở dạng bột hoặc hạt, loại hạt lớn hơn 0, 1 mm thì rẻ hơn và dễ thao tác hơn.
Than hoạt tính và lọc nên được áp dụng sau lọc sinh học và cơ học. Phẫu diện ngang và phương pháp sử dụng than hoạt tính được trình bày dưới đây:
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản
Hình 5-19. Phẫu diện cắt ngang của than hoạt tính được phóng đại. Số liệu từ F. W. Wheaton (1977). Trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi (2001)
Hình 5-30. Lọc than hoạt tính Trao đổi ion
Trao đổi ion là một quá trình mà các ion được trao đổi giữa dung dịch và vật chất trao đổi ion (thường ở dạng rắn hay dạng gel). Chất trao đổi ion thường là nhựa thông,
Quản lý chất lượng nước
zeolite, montmorillonite, keo đất hay đất mùn. Chất trao đổi ion gồm các chất mang
ion dương gọi là cation và chất mang ion âm gọi là anion. Chất trao đổi ion có thể thực hiện 2 quá trình ngược nhau là phóng thích hoặc hấp thụ ion tùy thuộc nồng độ của các ion trong dung dịch. Trao đổi ion là phương pháp được áp dụng rộng rải trong công nghiệp và trong đời sống như làm sạnh nước, làm mềm nước cứng... (http://en.wikipedia.org/wiki/Ion_exchange; 28/6/2006)
5.2.3 Lọc sinh học
Nước sau khi sử dụng sẽ tích tụ nhiều chất thải vô cơ và hữu cơ, để làm sạch nước và tái sử dụng người nuôi áp dụng biện pháp lọc sinh học. Lọc sinh học là sử dụng các sinh vật sống để làm sạch nước trong đó nhóm vi khuẩn dị dưỡng và tự dưỡng đóng vai trò quan trọng. Nhờ sự hoạt động của vi khuẩn dị dưỡng chất hữu cơ bị phân hủy
thành các chất vô cơ như: CO , H O, NH , PO , SO ... Quá trình này được gọi là
quá trình khoáng hóa hay vô cô hóa. NH 3 sinh ra do quá trình khoáng hóa hay từ quá
-
trình bài tiết của động vật tiếp tục được chuyển hóa thành NO nhờ hoạt động của các
3
nhóm vi khuẩn hóa tự dưỡng, qua trình này được gọi là quá trình nitrate hóa. Nhờ quá
trình nitrate hóa chuyển hóa các chất độc (NH , NO ) thành chất không độc (NO )
cải thiện chất lượng nước.
Tuy nhiên, trong nuôi trồng thủy sản phương pháp lọc sinh học chủ yếu được sử dụng để lọc làm giảm NH và NO bởi gì quá trình này diễn ra trong khoảng thời gian ngắn. Trong khi đó, quá trình khoáng hóa (phân hủy hữu cơ) thường diễn ra trong khoảng thời gian dài hơn nên không thểứng dụng trong các trong các lãnh vực sản xuất có chu kỳ ngắn (sản xuất giống cá, tôm). Hơn nữa, các chất hữu cơ có thểđược làm sạnh bằng phương pháp lọc cơ học hay hóa học. Lọc sinh học gồm 2 loại sau:
- Lọc ướt: lọc được đặt ngập dưới mực nước với dòng chảy hướng xuống, hướng lên hoặc chảy ngang
- Lọc khô (trickling filter):
Quá trình nitrate hoá gồm 2 pha:
NH + 3/2 O ⇔ NO + 2H + H O + 76kcal
NO + 1/2 O ⇔ NO - + 24kcal
Theo lý thuyết, các phản ứng trên đòi hỏi 4,75 kg O 2để chuyển hoá 1 kg NH 3. Quá trình hình thành và diễn tiến đặc trưng của các dạng nitơ trong thời gian lọc bắt đầu hoạt động được trình bày theo lược đồ sau:
3- 4 2- 4 2- 2 2 3 4 - 2 3 - 3 - 3 2 + - + 4 2 2 2 - 2 2 3 131
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản
NH3 NO -
NO2 - 3
Hình 6-31. Diễn tiến của các dạng đạm vô cơ khác nhau trong thời gian lọc sinh học bắt đầu hoạt động. Theo F. W. Wheaton (1977). Trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi (2001)
Tốc độ bài tiết ra NH 3 bởi động vật thủy sinh trong hệ thống có liên quan đến sinh khối (W), tỉ lệ cho ăn hàng ngày (F), % hàm lượng protein của thức ăn và hệ số chuyển hoá protein (N). Như vậy lượng amonia sản sinh ra hàng ngày bởi đối tượng
nuôi có thểđược tính toán như sau:
NH 3 (g/kg/ngày) = W x F x P/6.25 x (1-N)
Thí dụ, sinh khối cá 10 kg, tỉ lệ cho ăn hàng ngày 2% sinh khối, hàm lượng protein 20%, hệ số chuyển hoá protein 60%. Như vậy, lượng NH 3 sản sinh ra là 10 kg x 0,02 x (0,2 x 6,25) x (1- 0,6) = 2,56 g
NH 3 từ quá trình trao đổi chất được bài tiết bởi động vật thủy sinh qua:
- sự khuếch tán từ máu vào nước qua mang,
+ - sự vận chuyển trao đổi của NH với Na,