1.1. Phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh thái
1.1.2. Xử lý nước thải bằng Động vật thủy sinh
1.1.2.1. Khái niệm Động vật thủy sinh
Động vật thủy sinh (ĐVTS) là những loài động vật sinh sống ở dưới nước. Do điều kiện khí hậu của nước ta thích hợp cho các loài động vật thủy sinh sinh trưởng và phát triển như: các loài cá, các loài tôm, cua, ốc, hến, ngao, ngêu, vẹm, hàu... chúng vừa tạo ra hệ sinh thái đa dạng vừa đem lại lợi ích cao về kinh tế, mặt khác chúng còn góp phần cải thiện môi trường nước đặc biệt là môi trường nước thải.
1.1.2.2.Vai trò của Động vật thủy sinh trong xử lý nước thải
Hiện nay, một số loài động vật thủy sinh được sử dụng để xử lý một số loại nước thải như: nước thải sinh hoạt, nước thải nông nghiệp, nước thải công nghiệp thực phẩm và công nghiệp chế biến thức ăn gia súc.
Dựa vào nguồn thức ăn và đặc điểm của từng loại động vật thủy sinh mà chúng được phân bố ở các tầng khác nhau:
- Tầng mặt: cá mè, cá trắm...
- Tầng giữa: cá chép, cá trôi, tôm...
- Tầng đáy: cá rô, cá trê, cua, nghêu, ngao, ốc, hàu, vẹm....
Đặc điểm chung của các loại nước thải là có chứa nhiều các chất hữu cơ (photpho, nitơ), các chất rắn hòa tan, các kim loại nặng (Fe, Cr, Mn, As), các vi sinh vật, sinh vật phù du (giun sán, lăng quăng, rong, rêu, tảo...), các hóa chất tổng hợp.
Cơ chế loại bỏ chất gây ô nhiễm nước bởi động vật thủy sinh là do chúng có thể sử dụng các chất trên làm dinh dưỡng vì vậy chúng có tác dụng cải tạo môi trường nước.
Ví dụ như:
- Cá trắm cỏ: thức ăn chủ yếu là các loại cỏ, rong và động vật phù du như tôm, tép, ấu trùng cá. Trong điều kiện chăn nuôi nhân tạo, cá trắm cỏ có thể ăn các loại thức ăn nhân tạo (sản phẩm phụ của việc chế biến ngũ cốc như cám hay thức ăn viên).
- Cá mè hoa: có tác dụng làm sạch ao hồ, góp phần chống ô nhiễm môi trường nước vì cá mè hoa ăn sinh vật phù du và mùn bã hữu cơ, vi khuẩn là nguồn gốc gây ra mùi hôi thối tại các ao, hồ ở nông thôn.
- Cá trôi: cũng có tác dụng làm sạch ao hồ vì nguồn thức ăn của nó là các mảnh vụn hữu cơ, các loại tảo bám.
- Cá chép: cá chép có khả năng sinh sống trong những môi trường đã bị ô nhiễm sau nhiều năm không điều chỉnh lượng chất thải công nghiệp. Chúng ăn các loại rong trong ao hồ.
- Cá rô phi có thể sống được trong ao, đìa có màu nước đậm, mật độ tảo dày, có hàm lượng chất hữu cơ cao, thiếu oxy. Khi còn nhỏ, cá rô phi ăn sinh vật phù du (tảo và động vật nhỏ) là chủ yếu (cá 20 ngày tuổi, kích thước khoảng 18mm). Khi cá trưởng thành ăn mùn bả hữu cơ lẫn các tảo lắng ở đáy ao, ăn ấu trùng, côn trùng, thực vật thủy sinh làm sạch môi trường. Trong thiên nhiên cá thường ăn từ tầng đáy có mức sâu từ 1-2m.
- Cá rô đồng: là loại động vật ăn tạp. Chúng có thể ăn cả các loài động vật thân mềm, cá con và thực vật, kể cả cỏ. Chúng có thể ăn các chất hữu cơ và vô cơ được coi là “bẩn” trong nước.
- Cá măng: ăn phiêu sinh thực vật. Vì thế cá cũng có cấu trúc mang với rất nhiều lược mang có tác dụng lọc và tập trung thức ăn. Tuy nhiên cá con rất ít ăn phiêu sinh thực vật, phần lớn là mùn bã hữu cơ và các chất vẩn trong nước hay đáy thủy vực (Banno,1980). Sau 3 tuần tuổi, cá măng có đặc tính ăn
các loại như tảo lam, tảo lục, tảo khuê, giáp xác, ấu trùng côn trùng, giun đất và các chất bẩn.
- Hàu là một loại động vật rộng nhiệt, rộng muối, sống bám lên nền đá, vách đá, ven bờ biển hoặc các cửa sông, nơi có dòng chảy và thủy triều thường xuyên lên xuống, có thực vật phù du phong phú làm thức ăn. Trong môi trường tự nhiên, hàu có khả năng lọc sinh học do đó chúng góp phần xử lý, làm sạch các cặn bã hữu cơ, hạn chế ô nhiễm nước.
- Vẹm có vai trò lọc mùn bã hữu cơ làm sạch môi trường, lọc tảo đơn bào, lọc thực vật phù du đơn bào.
Cá trắm Cá Mè Cá măng
Hàu Vẹm Cá rô đồng
Hình 1.8. Một số loài động vật thủy sinh có khả năng xử lý nước thải
Cơ sở của biện pháp sử dụng hệ động- thực vật thủy sinh để loại bỏ các chất ô nhiễm này là dựa trên quá trình chuyển hóa vật chất trong hệ sinh thái thông qua chuỗi thức ăn. Thông thường người ta sử dụng thực vật làm các sinh vật hấp thụ các chất dinh dưỡng là nitơ và photpho, cacbon để tổng hợp các chất hữu cơ làm tăng sinh khối (sinh vật tự dưỡng), đó là tảo hay thực vật phù du, rong câu và các loài thực vật ngập mặn khác. Kế tiếp trong chuỗi thức ăn là các động vật tiêu thụ bậc 1- động vật ăn thực vật. Điển hình của các động vật ở vùng nước ven biển là các loại: ngao, vẹm, hàu. Còn ở vùng nước ngọt là
các loại: cá trai, ốc, hến. Các loại này có thể tiêu thụ các thực vật phù du và cải thiện điều kiện trầm tích đáy. Các nghiên cứu của Jones và đồng nghiệp (2001- 2002) cho thấy loài sò đá Sydney (Saccotrea commercialis) có khả năng làm giảm đáng kể hàm lượng các chất lơ lửng, mùn bã hữu cơ, nitơ tổng số, photpho tổng số,vi khuẩn tổng số trong nước thải từ các ao nuôi tôm thâm canh. Hàm lượng chất rắn lơ lửng có thể giảm 49%, số lượng vi khuẩn giảm 58%, nitơ tổng giảm 58-80%, photpho tổng giảm 67%.
Các loài cá ăn thực vật phù du và mùn bã hữu cơ như: cá măng, cá đối cũng được thử nghiệm sử dụng ở các kênh thoát nước thải (Micheal J.Philips, 1995).
1.1.2.3. Một số ứng dụng sử dụng ĐVTS xử lý ô nhiễm nước a. Ứng dụng hệ thống đất ngập nước để xử lý nước thải thủy sản
Do hoạt động nuôi trồng thủy sản ven biển diễn ra ở vùng nước mặn- lợ, vì vậy có thể sử dụng các hệ thống đất ngập nước để xử lý ô nhiễm nước như sau:
- Hệ thống dựa vào thực vật, động vật thủy sinh như rong câu, cá, ngao, vẹm, hàu.
- Hệ thống này thường là vùng đất ngập nước có độ sâu 0,9-1,5m cùng với hệ sinh vật thủy sinh. Có thể xử lý các chất ô nhiễm bằng một số quá trình như:
+ Quá trình quang hợp của các thực vật dưới nước như rong câu, vi tảo làm tăng oxy hòa tan,giảm CO2, tăng pH, tăng quá trình bay hơi của NH4, lắng đọng của photpho.
+ Các động vật thủy sinh bậc 1 như các loại cá ăn thực vật phù du, các động vật đáy như ngao, vẹm, hàu ăn thực vật phù du và các chất mùn bã hữu cơ.
+ Vi sinh vật tham gia tích cực vào quá trình phân hủy hiếu khí-kỵ khí các chất ô nhiễm trong ao nuôi thủy sản và cung cấp các chất dinh dưỡng vô cơ cho hoạt động của thực vật trong nước.
Hệ thống này được ứng dụng xử lý nước thải cho khu nuôi tôm quảng canh cải tiến và bán thâm canh ở xã Thạch Bàn, huyện Thạch Hà, Hà Tĩnh.
b. Ứng dụng trong cải tạo nước hồ tự nhiên
Việc kết hợp song song hệ động- thực vật thủy sinh để cải tạo nước cho thấy hiệu quả xử lý cao.
Công ty đầu tư khai thác hồ Tây đã thả 5 hecta bèo Tây xuống các hồ trong khu vực thành phố Hà Nội và kết quả nước hồ xanh trở lại. Ngoài ra, việc thả những loại động vật thủy sinh như trai, ốc, vẹm, hàu, ngao... tiêu thụ các thực vật phù du và cải thiện điều kiện trầm tích đáy. Mỗi con trai trung bình có thể lọc 2-3 m3/ngày. Bởi vậy mà hồ Tây là một trong những hồ sạch nhất Hà Nội hiện nay.
Mô hình xử lý nước thải sử dụng động vật thủy sinh cho hiệu quả khá cao, chi phí thấp, dễ vận hành, tận dụng được các thủy sinh động vật trong tự nhiên.