CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI AO NUÔI TÔM
3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Xử lý nước thải bằng đất ngập nước kiến tạo đã được áp dụng khoảng 100 năm nay ở Mỹ, châu Âu và gần đây nhất là các nước châu Á, châu Úc. Tại các nước phát triển, xử lý chất thải sau khi nuôi thủy sản đã đƣợc quan tâm nghiên cứu và triển khai áp dụng từ rất lâu. Lần đầu tiên, mô hình đất ngập nước kiến tạo được đưa vào xử lý nước thải bởi Dr. Kathel Seidel ở Đức vào năm 1950. Đến năm 1960, thì hệ thống ĐNN kiến tạo mới đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới [32]. Việc nghiên cứu đất ngập nước kiến tạo khá nhiều trong khoảng hơn 20 năm nay, đặc biệt là các công trình của Kadlec và Knight (1996), Moshiri (1993), US-EPA (1988) … cho thấy hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm nhƣ BOD5, COD, DO, TSS, phốt pho, Coliform… có giảm đáng kể trong nước thải. Ưu điểm của phương pháp này là xử lý nước thải hiệu quả, diện tích sử dụng nhỏ, mô hình dễ xây dựng, kiểm soát được quá trình, chi phí vận hành thấp, dễ thực hiện.
Năm 2001, nhóm của Wiliam Dennision đã thử nghiệm thành công khả năng xử lý nước thải ao nuôi tôm bằng sự kết hợp của quá trình lắng, quá trình xử lý trong ao nuôi hào và hấp thụ chất ô nhiễm bằng những loại tảo lớn (hình 3.1). Nước thải ao nuôi tôm đƣợc xử lý qua 3 giai đoạn:
- Giai đoạn đầu: nước thải ao nuôi tôm được xử lý một phần trong ao lắng tự nhiên sau 24 giờ.
- Giai đoạn 2: sau khi qua ao lắng nước thải được đưa vào bể lọc bằng hàu. Trong giai đoạn này cặn bẩn lơ lững, thực vật phù du, vi sinh vật và các chất dinh dƣỡng của chúng thì đƣợc xử lý sau 48 giờ.
- Giai đoạn cuối: thì các chất dinh dƣỡng hòa tan đƣợc hấp thụ bởi những tảo lớn trong bể tảo sau 72 giờ.
Sau khi qua hệ thống xử lý kết hợp hiệu quả xử lý chất ô nhiễm của mô hình
22
tương ứng như sau: TSS (88%), tổng – N (72%), tổng - P ( 86%), N- Amonia (24%), N - (70%), P - (65%), vi khuẩn (30%) [33].
Hình 3. 1: Mô hình kết hợp ao lắng, ao nuôi hào và ao tảo [33]
Hai năm sau đó, năm 2003, J. Panigua – Michel cùng cộng sự đã cải tiến quá trình xử lý sinh học nước thải ao nuôi tôm bằng cách dùng các tấm vi sinh vật kiến tạo. Trong đó quá trình xử lý dựa vào sự cố định những vi sinh vật biển tự nhiên thành từng mảng trên các bông thủy tinh để làm giảm mức độ phân tán của nitơ trong nước thải của ao nuôi tôm ( hình 3.2). Mô hình này đã cho hiệu suất xử lý amonia khá tốt vào khoảng 97%, nitrat là 97% chỉ sau 20 ngày xử lý [34].
Hình 3. 2: Mô hình thiết bị phản ứng sinh học với thảm vi sinh vật kiến tạo [34].
23
Songsanjinda.P đã nghiên cứu kết hợp công nghệ sinh học và quá trình tự nhiên để xử lý nước thải ao nuôi tôm và tái sử dụng. Năm 2004, tác giả đã kết hợp nhiều mô hình để xử lý nước thải ao nuôi tôm để tái sử dụng theo quy trình khép kín như hình 3.3. Với mô hình này, nước thải ao nuôi tôm qua hệ thống xử lý liên tục.
Đầu tiên, chúng sẽ vào ao lắng để loại bỏ một phần ô nhiễm. Sau đó, nước thải được bơm qua ao nuôi cá để xử lý sinh học. Cuối cùng nước thải được bơm vào ao xử lý sinh học bằng rong biển. Sau quá trình xử lý nước được bơm về hồ chứa và cung cấp lại cho ao nuôi tôm [35].
Hình 3. 3: Mô hình kết hợp công nghệ sinh học và quá trình tự nhiên [35]
Darooncho (1991) khi trồng rong biển trong nước thải nuôi tôm tại 2 tỉnh Chanthaburi và Songkhala –Thái Lan cho thấy lƣợng amoni và BOD bị hấp thu bởi rong biển là 100% và 39% sau 24 giờ. Theo kết quả điều tra của dự án PD/A CRSP năm 2002 ở Thái Lan, việc nuôi kết hợp tôm nước lợ với cá rô phi đang trở nên phổ biến trong vài năm gần đây (Yang Yi & K. Fitzsimmons, 2002). Năm 2005, Xiongfei cùng các cộng sự đã nghiên cứu xây dựng khu nuôi tôm công nghiệp sử dụng nhuyễn thể hai vỏ để xử lý nước thải sau khi nuôi tại Trung Quốc. Tỷ lệ về
24
diện tích tương ứng ao tôm: ao nhuyễn thể: khu vực chứa nước dự trữ là 1,0: 0,8:
0,4. Hiệu quả của hệ thống này đạt đƣợc là 40,0 – 83,6% P-PO4; 45 – 89% TSS; 22 – 24% N-NO3; 19 – 64% TAN và tiền lãi từ thu nhuyễn thể cũng bằng tiền lãi từ thu hoạch tôm.
Bên cạnh việc xử lý nước thải, nhóm tác giả F.R. Miranda đã nghĩ ra một sáng kiến mới đó là dùng chính nước thải ao nuôi tôm để tưới cho hoa màu vào năm 2008. Kết quả cho thấy rằng: so với tưới bằng nước sông, thì hoa màu được tưới bằng nước thải ao nuôi tôm hiệu suất của hoa màu không tăng cũng không giảm.
Đồng thời giúp giảm pH, Canxi, magie trong đất và tăng tỉ lệ trao đổi natri [36].
Bảng 3. 1: Kết quả xử lý nước thải ao nuôi tôm bằng ao lắng trầm tích
Xử lý nước thải ao nuôi tôm đã không ngừng nhận được sự quan tâm của các nhà khoa học trên toàn thế giới. Do đó, năm 2011, L.Nyanti cùng với cộng sự đã tiến hành xử lý nước thải ao nuôi tôm bằng ao lắng trầm tích trong vùng nhiệt đới.
Mục tiêu của nghiên cứu này là để xác định chất lượng nước thải ra sau khi lưu trữ trong ao lắng trầm tích sau 76 giờ với hiệu quả xử lý của ao ở những độ sâu khác nhau. Kết quả chứng minh rằng chất lượng nước ở độ sâu bằng 1/3 chiều sâu của bể
25
thì tốt hơn so với ở độ sâu 2/3 chiều sâu bể. Trong khi đó hiệu suất trung bình của bể đƣợc biểu diễn trong bảng 3.1.
Để tăng khả năng xử lí nitơ lên 95 %, Clayton Kern cùng cộng sự đã sử dụng bể phản ứng liên tục (SBR) để xử lý nước thải ao nuôi tôm theo (hình 3.4). Mô hình này đã đƣợc vận hành một cách thành công vào năm 2012. Trong đó, SBR đƣợc kết nối với quá trình bùn hoạt tính trong từng bể phản ứng với những điều kiện kị khí và hiếu khí. Khi đó, những vi sinh vật trong bùn hoạt tính sẽ thực hiện quá trình nitrit hóa và khử nitơ [37].
Hình 3. 4: Mô hình xử lý nước thải nuôi tôm SBR [37]
Theo thời gian, các nhà khoa họa đã cố gắn hoàn thiện khả năng xử lý của mô hình, đồng thời cũng chú trọng hơn đến yếu tố hiệu suất. Để mang lại kết quả tốt nhất mà không gây lãng phí nguồn thức ăn còn sót lại trong nước thải ao nuôi tôm, Shewin Attasat cùng cộng sự đã sử dụng cá rô phi và rong biển vào năm 2013.
Nước thải ao nuôi tôm được đưa vào ao nuôi cá rô phi, tại đây lượng thức ăn thừa và thực vật phù du sẽ là thức ăn của cá rô phi, sau đó nước thải sẽ tiếp tục được xử lý ở ao nuôi rong biển (hình 3.5). Kết quả xử lý của mô hình cho thấy 88% lƣợng N thì đƣợc xử lý bởi hệ thống trên [38].
26
Hình 3. 5: Mô hình kết hợp tôm – cá – rong biển [38]
Năm 2008, Tawadchai và những cộng sự đã sử dụng cây bèo tây (hình 3.6) để xử lý nước thải ao nuôi tôm sú. Tác giả đã nghiên cứu mối liên hệ giữa sinh khối bèo tây và thời gian xử lý, sự thay đổi trong các thông số chất lượng nước và cân bằng N được đánh giá để xử lý nước thải ao nuôi tôm sú trong khu vực có độ mặn thấp. Kết quả cho thấy rằng, cứ khoảng 12 g bèo tây trên mỗi lít nước thải ao nuôi tôm sau 30 ngày xử lý là điều kiện tốt nhất cho sự phát triển của bèo tây cũng nhƣ chất lượng nước thải xử lý về nhu cầu oxy sinh học, chất rắn lơ lửng, phốt pho tổng, nitrat, amonia, nitơ tổng [39].
Hình 3. 6: Cây bèo tây
Năm 2010, nhóm nghiên cứu thuộc trường đại học Sarawak ở Malaysia đã khảo sát khả năng xử lý nước thải ao nuôi tôm bằng cây lục bình. Để tiến hành thí nghiệm này, nước thải của ao nuôi tôm mới thu hoạch được đặt ngoài trời trong bể
27
thủy tinh với ba diện tích bao phủ lục bình khác nhau: bao phủ hòa toàn (F), phân nửa (H) và không bao phủ (C) trong vòng 76 giờ. Kết quả cho thấy rằng khi khả năng bao phủ của lục bình giảm thì khả năng xử lý nước thải cũng giảm. Điển hình là hàm lƣợng amoni nito trong F giảm từ 1,8 mg/L xuống còn 0,2 mg/L trong 46 giờ. Trong khi đó, nồng độ của chúng chỉ dưới 0,6 mg/L trong H và C. Khả năng xử lý của F theo thứ tự NO3-N>NO2-N>TP> TAN>TN>RP>BOD5>COD khoảng 52,2 đến 100%. Nhƣng trong H thì khoảng này chỉ còn 45,5 đến 95,2% và trong C vào khoảng 18,5 đến 74,9%. Khả năng xử lý cao nhất trong F, sau đó đến H và cuối cùng là C. Nhƣ vậy, kết quả chỉ ra rằng, mặt dù thời gian xử lý ngắn, nhƣng khả năng xử lý cao khi dùng cây lục bình [40].