Nghiên cứu ảnh hưởng của độ muối đến hiệu quả xử lý amoni trong nước thải nuôi tôm siêu thâm canh

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu ảnh hưởng của độ muối đến hiệu quả xử lý amoni trong nước thải nuôi tôm siêu thâm canh, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất

• Tác giả: Nguyễn Cẩm Tú
• Người hướng dẫn: TS. Trần Mạnh Hải
• Trường học: Học viện Khoa học và Công nghệ
• Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu ảnh hưởng của độ muối đến hiệu quả xử lý amoni trong nước thải nuôi tôm siêu thâm canh
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2021
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• 1. MỞ ĐẦU
• 2. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. TÌNH HÌNH NUÔI TÔM SIÊU THÂM CANH TẠI VIỆT NAM
• 2.1.1. Sơ lược về tình hình phát triển nuôi tôm siêu thâm canh
• 2.1.2. Nước thải nuôi tôm STC
• 2.2. XỬ LÝ NƯỚC THẢI NUÔI TÔM SIÊU THÂM CANH
• 2.2.1. Các quá trình vi sinh sử dụng trong xử lý nước thải
• 2.2.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước
• 2.2.3. Tình hình nghiên cứu trong nước
• 2.2.4. Xử lý bằng quá trình vi sinh bám dính trên vật liệu mang cố định
• 2.2.4.1. Nguyên lý của phương pháp
• 2.2.4.2. Ưu nhược điểm của phương pháp
• 2.3. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.3.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
• 2.3.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 2.3.2.1. Phương pháp nghiên cứu tổng thể
• 2.3.2.2. Hệ thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của độ muối
• 2.3.2.3. Hệ thí nghiệm xử lý tuần hoàn nước nuôi tôm
• 2.3.2.4. Nuôi cấy vi sinh
• 2.3.2.5. Thiết bị và phương pháp phân tích
• 2.3.2.6. Phương pháp xử lý và phân tích số liệu
• 2.4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 2.4.1. Kết quả thí nghiệm ở độ mặn 10‰
• 2.4.2. Kết quả thí nghiệm ở độ mặn 20‰
• 2.4.3. Kết quả thí nghiệm ở độ mặn 30‰
• 2.4.4. Thảo luận chung
• 2.4.5. Kết quả thí nghiệm xử lý tuần hoàn nước nuôi tôm
• 3. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về ảnh hưởng của độ muối đến xử lý amoni trong nước thải nuôi tôm

Nước thải từ hoạt động nuôi tôm siêu thâm canh (STC) chứa nhiều chất ô nhiễm, đặc biệt là amoni. Độ muối trong nước có thể ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý amoni bằng các phương pháp sinh học. Nghiên cứu này nhằm làm rõ mối quan hệ giữa độ muối và khả năng xử lý amoni trong nước thải nuôi tôm.

1.1. Độ muối trong nước thải nuôi tôm và tác động của nó

Độ muối trong nước thải nuôi tôm thường dao động từ 10 đến 30 ‰. Nghiên cứu cho thấy, độ muối cao có thể làm giảm hiệu quả xử lý amoni, do ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật trong quá trình xử lý.

1.2. Tầm quan trọng của việc xử lý amoni trong nước thải

Amoni là một trong những chất ô nhiễm chính trong nước thải nuôi tôm. Việc xử lý amoni không chỉ giúp bảo vệ môi trường mà còn giảm thiểu nguy cơ dịch bệnh cho tôm nuôi.

II. Vấn đề và thách thức trong xử lý amoni ở nước thải nuôi tôm

Xử lý amoni trong nước thải nuôi tôm gặp nhiều thách thức, đặc biệt là trong điều kiện độ muối cao. Các yếu tố như nồng độ amoni, pH và nhiệt độ cũng ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý.

2.1. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý amoni

Nồng độ amoni, độ muối và pH là những yếu tố chính ảnh hưởng đến khả năng xử lý amoni. Nghiên cứu cho thấy, khi độ muối tăng, hiệu quả xử lý amoni giảm đáng kể.

2.2. Thách thức trong việc duy trì chất lượng nước

Việc duy trì chất lượng nước trong ao nuôi tôm là một thách thức lớn. Nước thải chứa nhiều chất ô nhiễm, và việc xử lý không hiệu quả có thể dẫn đến ô nhiễm môi trường.

III. Phương pháp xử lý amoni hiệu quả trong nước thải nuôi tôm

Có nhiều phương pháp xử lý amoni trong nước thải nuôi tôm, trong đó phương pháp vi sinh hiếu khí bám dính trên vật liệu mang cố định được đánh giá cao. Phương pháp này cho thấy hiệu quả tốt trong điều kiện độ muối khác nhau.

3.1. Nguyên lý của phương pháp vi sinh hiếu khí

Phương pháp vi sinh hiếu khí sử dụng vi sinh vật để chuyển hóa amoni thành nitrat. Quá trình này diễn ra hiệu quả trong điều kiện môi trường tối ưu.

3.2. Ưu điểm của phương pháp bám dính trên vật liệu mang cố định

Phương pháp này giúp tăng cường khả năng xử lý amoni, giảm thiểu lượng bùn thải và tiết kiệm chi phí vận hành. Nghiên cứu cho thấy, hiệu suất xử lý có thể đạt tới 90%.

IV. Ứng dụng thực tiễn và kết quả nghiên cứu về xử lý amoni

Kết quả nghiên cứu cho thấy, việc áp dụng phương pháp vi sinh hiếu khí bám dính trên vật liệu mang cố định có thể cải thiện hiệu quả xử lý amoni trong nước thải nuôi tôm. Các thí nghiệm đã chỉ ra rằng, ở độ muối 10 ‰, hiệu quả xử lý cao hơn so với độ muối 30 ‰.

4.1. Kết quả thí nghiệm ở các độ muối khác nhau

Thí nghiệm cho thấy, ở độ muối 10 ‰, nồng độ amoni giảm mạnh, trong khi ở độ muối 30 ‰, hiệu quả xử lý giảm đáng kể. Điều này cho thấy tầm quan trọng của việc kiểm soát độ muối trong quá trình xử lý.

4.2. Ứng dụng thực tiễn trong nuôi tôm siêu thâm canh

Kết quả nghiên cứu có thể được áp dụng trong thực tiễn nuôi tôm siêu thâm canh, giúp cải thiện chất lượng nước và giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

V. Kết luận và triển vọng tương lai trong nghiên cứu xử lý amoni

Nghiên cứu về ảnh hưởng của độ muối đến xử lý amoni trong nước thải nuôi tôm mở ra nhiều triển vọng cho các nghiên cứu tiếp theo. Việc cải thiện các phương pháp xử lý sẽ giúp bảo vệ môi trường và nâng cao hiệu quả nuôi tôm.

5.1. Tóm tắt kết quả nghiên cứu

Kết quả nghiên cứu khẳng định rằng độ muối có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả xử lý amoni. Cần có các nghiên cứu sâu hơn để tối ưu hóa quy trình xử lý.

5.2. Triển vọng nghiên cứu trong tương lai

Nghiên cứu tiếp theo có thể tập trung vào việc phát triển các công nghệ mới và cải tiến quy trình xử lý, nhằm nâng cao hiệu quả và giảm thiểu tác động đến môi trường.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam với hệ thống sông ngòi dày đặc và đường bờ biển dài 3.260 km có điều kiện thuận lợi để phát triển nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là nuôi tôm siêu thâm canh (STC). Trong 17 năm qua, sản lượng thủy sản tăng trưởng bình quân 9,07%/năm, với diện tích nuôi tôm STC tại tỉnh Cà Mau tăng từ khoảng 100 ha năm 2016 lên khoảng 2.100 ha năm 2020, năng suất đạt 30-45 tấn/ha/vụ. Tuy nhiên, nước thải từ các ao nuôi tôm STC chứa hàm lượng amoni (NH4+), nitrit (NO2-) và vi khuẩn Vibrio vượt mức cho phép, đặc biệt vào giai đoạn cuối vụ nuôi, gây nguy cơ ô nhiễm môi trường và dịch bệnh cho tôm. Việc xử lý nước thải trước khi xả ra môi trường hoặc tái sử dụng là rất cần thiết để bảo vệ môi trường và nâng cao hiệu quả nuôi trồng.

Luận văn tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của độ mặn đến hiệu quả xử lý amoni trong nước thải nuôi tôm STC bằng quá trình vi sinh hiếu khí bám dính trên vật liệu mang cố định. Mục tiêu chính là xác định hiệu quả xử lý amoni ở các mức độ mặn 10‰, 20‰ và 30‰ với các tải lượng amoni đầu vào khác nhau (5; 10; 17,5 và 25 mgN/L). Nghiên cứu được thực hiện trong phòng thí nghiệm với hệ thí nghiệm mô phỏng điều kiện thực tế, nhằm cung cấp số liệu thực nghiệm phục vụ ứng dụng công nghệ xử lý nước thải mặn trong nuôi tôm siêu thâm canh. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ xử lý nước thải nuôi tôm, góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao hiệu quả sản xuất thủy sản.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình xử lý nước thải sinh học, đặc biệt là quá trình vi sinh hiếu khí bám dính trên vật liệu mang cố định (biofilm). Quá trình này bao gồm các giai đoạn nitrat hóa amoni thành nitrit và nitrat, với các phản ứng chính:

$$ \mathrm{NH_4^+ + 1.5 O_2 \rightarrow NO_2^- + 2H^+ + H_2O} $$

$$ \mathrm{NO_2^- + 0.5 O_2 \rightarrow NO_3^-} $$

Ba khái niệm chính được áp dụng gồm: (1) Vi sinh vật bám dính (biofilm) trên vật liệu mang, giúp tăng mật độ và hoạt tính vi sinh; (2) Ảnh hưởng của độ mặn đến hoạt động vi sinh và hiệu quả xử lý amoni; (3) Tải lượng amoni đầu vào ảnh hưởng đến hiệu suất nitrat hóa.

Ngoài ra, các quá trình yếm khí và thiếu khí cũng được tham khảo để so sánh hiệu quả xử lý nitơ trong nước thải. Lý thuyết về cấu trúc màng sinh học gồm bốn lớp vi sinh vật với các chức năng khác nhau cũng được sử dụng để giải thích cơ chế xử lý.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là nước thải giả mô phỏng nước thải nuôi tôm STC, được pha chế với các thành phần gồm NH4Cl, NaH2PO4, glucose và muối để tạo độ mặn tương ứng 10‰, 20‰ và 30‰. Hệ thí nghiệm gồm cột phản ứng bằng ống PVC (cao 1,5 m, đường kính 15,4 cm) chứa vật liệu mang vi sinh là sỏi nhẹ keramzit thể tích 7 lít. Vi sinh vật được cung cấp từ Viện Vi sinh vật và Công nghệ sinh học – Đại học Quốc gia Hà Nội.

Phương pháp phân tích các chỉ tiêu gồm đo pH, DO, TDS theo tiêu chuẩn SMEWW, xác định amoni, nitrit, nitrat bằng Testkit HACH. Lưu lượng nước cấp 0,816 lít/giờ, nồng độ amoni đầu vào lần lượt 5, 10, 17,5 và 25 mgN/L. Thí nghiệm được tiến hành theo từng giai đoạn tăng dần độ mặn và tải lượng amoni, lấy mẫu định kỳ để phân tích.

Cỡ mẫu gồm nhiều lần đo lặp lại để đảm bảo tính ổn định và độ tin cậy của số liệu. Phân tích số liệu sử dụng phần mềm Excel để tính giá trị trung bình, tỷ lệ phần trăm và vẽ đồ thị minh họa. Thời gian nghiên cứu kéo dài đủ để vi sinh vật thích nghi và đạt hiệu quả xử lý ổn định ở từng điều kiện thí nghiệm.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả xử lý amoni ở độ mặn 10‰: Hiệu suất nitrat hóa đạt khoảng 99,9% với các tải lượng amoni từ 0,014 đến 0,07 kgN/m³/ngày (tương ứng 5-25 mgN/L). Nồng độ amoni sau xử lý giảm xuống dưới 0,02 mgN/L, nitrit dưới giới hạn phát hiện (<0,005 mgN/L), nitrat tăng dần theo nồng độ amoni đầu vào, đạt 4,5-21,6 mgN/L.

2. Hiệu quả xử lý amoni ở độ mặn 20‰: Hiệu suất nitrat hóa giảm nhẹ còn 99,5-99,9%. Nồng độ amoni sau xử lý tăng nhẹ, dao động từ <0,01 đến 0,15 mgN/L. Nồng độ nitrit tăng đáng kể so với 10‰, tối đa 0,19 mgN/L nhưng vẫn dưới ngưỡng cho phép (<0,3 mgN/L). Nồng độ nitrat đạt 3,9-20,4 mgN/L.

3. Hiệu quả xử lý amoni ở độ mặn 30‰: Hiệu suất nitrat hóa giảm hơn, từ 97,5% đến 99,4%. Nồng độ amoni sau xử lý cao hơn, dao động 0,05-0,76 mgN/L tùy tải lượng amoni đầu vào. Nồng độ nitrit và nitrat cũng tăng theo độ mặn và tải lượng amoni.

4. Ảnh hưởng của tải lượng amoni: Tải lượng amoni càng cao, hiệu suất xử lý giảm nhẹ, nồng độ amoni và nitrit sau xử lý tăng. Tuy nhiên, hiệu quả xử lý vẫn duy trì ở mức cao, phù hợp với yêu cầu chất lượng nước cấp cho ao nuôi tôm.

Thảo luận kết quả

Kết quả cho thấy độ mặn ảnh hưởng rõ rệt đến hoạt động vi sinh nitrat hóa trong quá trình xử lý amoni. Ở độ mặn thấp (10‰), vi sinh vật hoạt động hiệu quả nhất, đạt hiệu suất nitrat hóa gần như tuyệt đối. Khi độ mặn tăng lên 20‰ và 30‰, hiệu suất giảm nhẹ do áp lực osmosis và độc tính của ion muối ảnh hưởng đến vi sinh vật. Nồng độ nitrit tăng ở độ mặn cao có thể do sự ức chế bước chuyển hóa nitrit thành nitrat.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, hiệu suất xử lý amoni trong nghiên cứu này tương đương hoặc cao hơn, đặc biệt trong môi trường nước mặn. Việc sử dụng vật liệu mang cố định giúp duy trì mật độ vi sinh ổn định, tăng khả năng thích nghi với điều kiện mặn. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện mối quan hệ giữa độ mặn, tải lượng amoni và hiệu suất xử lý, giúp minh họa rõ ràng xu hướng giảm hiệu quả khi độ mặn tăng.

Ý nghĩa thực tiễn của kết quả là công nghệ vi sinh hiếu khí bám dính trên vật liệu mang cố định có thể ứng dụng hiệu quả trong xử lý nước thải nuôi tôm siêu thâm canh, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và kiểm soát dịch bệnh. Tuy nhiên, cần lưu ý điều chỉnh tải lượng amoni và kiểm soát độ mặn để duy trì hiệu quả xử lý tối ưu.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng công nghệ vi sinh hiếu khí bám dính trên vật liệu mang cố định trong hệ thống xử lý nước thải nuôi tôm STC nhằm nâng cao hiệu quả loại bỏ amoni, giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Thời gian triển khai: 1-2 năm. Chủ thể thực hiện: các trang trại nuôi tôm và đơn vị xử lý môi trường.

2. Kiểm soát và điều chỉnh độ mặn trong nước thải đầu vào để duy trì hiệu suất xử lý amoni trên 99%, đặc biệt duy trì độ mặn dưới 20‰ khi có thể. Thời gian thực hiện: liên tục trong quá trình nuôi. Chủ thể: người quản lý ao nuôi và kỹ thuật viên môi trường.

3. Tăng cường giám sát tải lượng amoni đầu vào và các chỉ tiêu nitơ trong nước thải để điều chỉnh lưu lượng và nồng độ phù hợp, tránh quá tải hệ thống xử lý. Thời gian: định kỳ hàng tuần. Chủ thể: kỹ thuật viên vận hành hệ thống xử lý.

4. Đào tạo và nâng cao nhận thức cho người nuôi tôm về quản lý chất lượng nước và xử lý nước thải nhằm đảm bảo vận hành hiệu quả hệ thống xử lý và bảo vệ môi trường. Thời gian: 6 tháng đến 1 năm. Chủ thể: cơ quan quản lý thủy sản, viện nghiên cứu và các tổ chức đào tạo.

5. Nghiên cứu tiếp tục mở rộng quy mô và ứng dụng công nghệ trong điều kiện thực tế tại các vùng nuôi tôm khác nhau để đánh giá hiệu quả và tối ưu hóa quy trình xử lý. Thời gian: 2-3 năm. Chủ thể: viện nghiên cứu, trường đại học và doanh nghiệp.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý và hoạch định chính sách thủy sản: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các quy định về xử lý nước thải nuôi tôm, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững ngành thủy sản.

2. Chủ trang trại và kỹ thuật viên nuôi tôm siêu thâm canh: Tham khảo để áp dụng công nghệ xử lý nước thải hiệu quả, kiểm soát chất lượng nước nuôi, giảm thiểu dịch bệnh và tăng năng suất.

3. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật môi trường, thủy sản: Tài liệu tham khảo về phương pháp nghiên cứu, công nghệ xử lý nước thải mặn và ảnh hưởng của độ mặn đến vi sinh vật xử lý amoni.

4. Doanh nghiệp cung cấp thiết bị và công nghệ xử lý nước thải: Cơ sở để phát triển, cải tiến sản phẩm phù hợp với đặc thù nước thải nuôi tôm siêu thâm canh, mở rộng thị trường ứng dụng.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao độ mặn ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý amoni trong nước thải nuôi tôm?
   Độ mặn cao tạo áp lực thẩm thấu và độc tính ion muối, làm giảm hoạt động và mật độ vi sinh vật nitrat hóa, từ đó giảm hiệu suất xử lý amoni. Ví dụ, hiệu suất nitrat hóa giảm từ 99,9% ở 10‰ xuống còn khoảng 97,5% ở 30‰.

2. Quá trình vi sinh hiếu khí bám dính trên vật liệu mang cố định hoạt động như thế nào?
   Vi sinh vật bám dính trên bề mặt vật liệu tạo thành màng sinh học, tiêu thụ amoni và chuyển hóa thành nitrit, nitrat. Vật liệu mang giúp duy trì mật độ vi sinh ổn định và tăng hiệu quả xử lý so với vi sinh lơ lửng.

3. Nồng độ amoni đầu vào ảnh hưởng thế nào đến hiệu quả xử lý?
   Tải lượng amoni cao làm tăng áp lực cho hệ thống, có thể gây tích tụ amoni và nitrit trong nước sau xử lý. Tuy nhiên, trong nghiên cứu, hiệu suất vẫn duy trì trên 97% ngay cả ở nồng độ amoni 25 mgN/L.

4. Có thể áp dụng công nghệ này cho quy mô lớn tại các trang trại nuôi tôm không?
   Công nghệ có tiềm năng ứng dụng quy mô lớn, nhưng cần điều chỉnh thiết kế hệ thống, kiểm soát tải lượng amoni và độ mặn phù hợp. Việc vận hành và bảo trì cũng cần được chú trọng để đảm bảo hiệu quả.

5. Làm thế nào để kiểm soát độ mặn trong nước thải nuôi tôm?
   Có thể kiểm soát bằng cách pha loãng nước thải với nước ngọt, điều chỉnh nguồn nước cấp, hoặc sử dụng hệ thống tuần hoàn nước để duy trì độ mặn ổn định, giúp vi sinh vật hoạt động hiệu quả hơn.

Kết luận

• Độ mặn ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu quả xử lý amoni trong nước thải nuôi tôm siêu thâm canh, với hiệu suất nitrat hóa giảm nhẹ khi độ mặn tăng từ 10‰ lên 30‰.
• Quá trình vi sinh hiếu khí bám dính trên vật liệu mang cố định cho hiệu quả xử lý amoni cao, đạt trên 97% ở các điều kiện thí nghiệm.
• Tải lượng amoni đầu vào tăng làm giảm nhẹ hiệu suất xử lý nhưng vẫn duy trì ở mức cao, phù hợp với yêu cầu chất lượng nước cấp cho ao nuôi.
• Công nghệ này có tiềm năng ứng dụng thực tiễn trong xử lý nước thải nuôi tôm STC, góp phần bảo vệ môi trường và nâng cao hiệu quả sản xuất.
• Các bước tiếp theo bao gồm mở rộng nghiên cứu quy mô lớn, tối ưu hóa điều kiện vận hành và đào tạo người nuôi tôm để áp dụng công nghệ hiệu quả.

Khuyến nghị hành động: Các cơ quan quản lý, nhà nghiên cứu và người nuôi tôm cần phối hợp triển khai ứng dụng công nghệ xử lý nước thải phù hợp, đồng thời tăng cường giám sát và kiểm soát chất lượng nước trong nuôi tôm siêu thâm canh để phát triển bền vững ngành thủy sản.

Trích đoạn nội dung tài liệu

MỞ ĐẦU Nước ta với hệ thống sông ngòi dày đặc và có đường biển dài 3260 km, rất thuận lợi phát triển hoạt động khai thác và nuôi trồng thủy sản. Sản lượng thủy sản đã duy trì tăng trưởng liên tục trong 17 năm qua với mức tăng bình quân là 9,07%/năm. Trong những năm gần đây, nuôi tôm siêu thâm canh (STC) đang ngày càng phát triển. Chẳng hạn, tại Cà Mau (hiện là tỉnh có diện tích nuôi thuỷ sản lớn nhất cả nước, với 302.861 ha, chiếm 27,9% cả nước, 39% vùng ĐBSCL); diện tích nuôi tôm công nghiệp của tỉnh đạt trên 9.664 ha; diện tích ao nuôi tôm siêu thâm canh tăng nhanh, từ khoảng 100 ha nuôi tôm siêu thâm canh vào cuối năm 2016 đã tăng lên khoảng 2.100 ha năm 2020, năng suất đạt từ 30-45 tấn/ha/vụ nuôi.

Kết quả khảo sát tại Cà Mau, Bạc Liệu, Sóc Trăng,. cho thấy, mỗi đơn vị hoặc hộ gia đình có sự khác biệt nhất định trong khâu phòng chống bệnh cho tôm trong đó quan trọng nhất là xử lý và kiểm soát nước nuôi, các kỹ thuật khác cơ bản là giống nhau. Phần lớn các hộ nuôi tôm siêu thâm canh thực hiện quy trình xi phông bùn lắng ở đáy ao nuôi và thay thế bổ sung nước mới hàng ngày. Với ao nuôi khoảng 1000 m2 (độ sâu mức nước từ 80 đến 120 cm), lượng nước thay mới (nước cấp đầu vào) khoảng 20% đến 50% thể tích ao nuôi, nước bùn đáy khoảng 5 đến 10% lượng nước thay mới.

Lượng nước thải cần xử lý bằng tổng lượng nước thay mới cộng lượng bùn đáy. Các thông số ô nhiễm chính của nước thải gồm hữu cơ, các hợp chất chứa ni tơ và vi khuẩn. Ở nửa cuối của quá trình nuôi (sau 50 ngày) thì mức ô nhiễm tăng lên rất cao, cụ thể: NH3 vượt khoảng 8 lần, NO2 vượt khoảng 10 lần, tổng vi khuẩn Vibrio vượt hàng chục lần so với yêu cầu. Nước xả thải từ các ao nuôi tôm siêu thâm canh chưa được xử lý triệt để trước khi xả thải ra sẽ là nguồn phát sinh và phát tán các loại bệnh của tôm trên diện rộng.

2 Để giảm thiểu các nguy cơ về dịch bệnh cũng như bảo vệ môi trường thì biện pháp cần thiết là kiểm soát chặt chẽ ao nuôi, kiểm soát bùn đáy và chất lượng nước cấp, nước thải. Việc này sẽ dẫn đến các giải pháp khác nhau, bao gồm: (1) Xử lý nước đầu vào và thay nước trong ao nuôi với lượng đủ lớn để duy trì nồng độ các chất hữu cơ, NO2, NH3, H2S và vi khuẩn Vibrio ở mức cho phép; (2) Xử lý để tuần hoàn nước trong ao nuôi; và trong cả hai trường hợp đều cần (3) kiểm soát chặt nguồn thải (xử lý triệt để) để hạn chế tối đa lây nhiễm dịch bệnh. Tóm lại, việc xử lý trước khi xả thải hoặc tái sử dụng là rất cần thiết. Luận văn này tập trung nghiên cứu ảnh hưởng của độ mặn đến hiệu quả xử lý amoni bằng quá trình vi sinh hiếu khí, bám dính trên vật liệu mang cố định ở các mức tải lượng amoni khác nhau, đề tài được lựa chọn có tên: “Nghiên cứu ảnh hưởng của độ muối đến hiệu quả xử lý amoni trong nước thải nuôi tôm siêu thâm canh”.

Mục tiêu và nội dung nghiên cứu Mục tiêu nghiên cứu : - Nghiên cứu xác định được hiệu quả xử lý amoni bằng quá trình vi sinh hiếu khí bám dính trên vật liệu mang cố định ở các độ mặn tương tự như độ mặn của nước nuôi tôm. Nội dung nghiên cứu : - Thực nghiệ xác định được hiệu quả xử lý amoni bằng quá trình vi sinh hiếu khí bám dính trên vật liệu mang cố định ở nồng độ amoni đầu vào tính theo ni tơ là 5; 10; 17,5 và 25 mgN/l tại các độ mặn 10, 20 và 30 ‰ với lưu lượng 0,816 l/giờ. 3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài: Luận văn này cung cấp số liệu thực nghiệm về hiệu quả xử lý amoni trong nước thải mặn nói chung và nước thải nuôi tôm siêu thâm canh nói riêng bằng quá trình vi sinh hiếu khí bám dính trên vật liệu mang cố định. Kết quả nghiên cứu khẳng định quá trình vi sinh hiếu khí bám dính trên vật liệu mang cố định là một trong những quá trình khả thi để xử lý nước thải nuôi tôm siêu thâm canh.

Kết quả nghiên cứu cũng đưa đến khả năng ứng dụng quá trình vi sinh hiếu khí bám dính trên vật liệu mang cố định để xử lý nước thải mặn chứa amoni. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1. TÌNH HÌNH NUÔI TÔM SIÊU THÂM CANH TẠI VIỆT NAM 1. Sơ lược về tình hình phát triển nuôi tôm siêu thâm canh Nước ta với hệ thống sông ngòi dày đặc và có đường biển dài 3260 km, rất thuận lợi phát triển hoạt động khai thác và nuôi trồng thủy sản.

Sản lượng thủy sản đã duy trì tăng trưởng liên tục trong 17 năm qua với mức tăng bình quân là 9,07%/năm [1]. Tôm sống phù hợp ở các vùng nước lợ gần biển. Với đặc trưng này, Miền Trung, Nam Trung Bộ (Khánh Hòa, Phú Yên, Ninh Thuận, Bà Rịa – Vũng Tàu…) và Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) (Long An, Tiền Giang, Bến Tre, Trà Vinh, Sóc Trăng, Cà Mau, Kiên Giang) là nơi tập trung sản lượng tôm nuôi nhiều nhất cả nước. Theo Tổng cục thủy sản [2], diện tích thả nuôi tôm đến ngày 22/3/2019 là 494.961 ha (tăng 1,6% so với cùng kỳ 2018), chủ yếu là diện tích nuôi quảng canh, quảng canh cải tiến; diện tích nuôi tôm thẻ chân trắng là 25.240 ha tăng 24,2 % so với cùng kỳ năm 2018.

Trong số hơn 706 nghìn ha tôm hiện nay, hơn 609 nghìn ha là quảng canh, quảng canh cải tiến theo hộ cá thể, mới có 95 nghìn ha nuôi công nghiệp [3]. Diện tích nuôi tôm siêu thâm canh (STC), mật độ từ 300 con/m2, năng suất đạt từ 30-45 tấn/ha/vụ nuôi) tăng nhanh, chẳng hạn tại Cà Mau, từ khoảng 100 ha nuôi tôm siêu thâm canh vào cuối năm 2016 đã tăng lên khoảng 2000 ha vào cuối năm 2018; theo kế hoạch, đến năm 2020, tỉnh sẽ có từ 5.000ha diện tích nuôi STC và đến 2030 con số này tăng lên là 10. Xu hướng phát triển nuôi tôm siêu thâm canh cũng là xu hướng chung của vùng ĐBSCL cũng như cả nước. Nước thải nuôi tôm STC Hoạt động nuôi tôm STC gồm các hoạt động chính sau: (i) cho ăn; (ii) xử lý và kiểm soát chất lượng nước nuôi; và (iii) phòng chống bệnh dịch.

Nguồn cung cấp thức ăn và thuốc phòng chống dịch bệnh đến từ các nhà cung cấp kèm theo các cách thức sử dụng chúng. Trong nuôi tôm thương phẩm siêu thâm canh 5 hiện nay (mật độ từ 300 con/m2), tỷ lệ khối lượng thức ăn/ khối lượng tôm thu được (FCR - Feed Conversion Ratio) hiện nay ở mức 1,1 đến 1,2. Lượng thức ăn đưa vào tùy theo độ tuổi của tôm, nói chung tổng lượng tăng theo tuổi của tôm. Về khía cạnh phòng chống dịch bệnh, kết quả khảo sát tại Cà Mau và các tỉnh lân cận (Bạc Liệu, Sóc Trăng, .) cho thấy mỗi đơn vị hoặc hộ gia đình có sự khác biệt nhất định trong khâu phòng chống bệnh cho tôm trong đó quan trọng nhất là xử lý và kiểm soát nước nuôi, các kỹ thuật khác cơ bản là giống nhau.

Việc xử lý và kiểm soát chất lượng nước nuôi hiện nay mang tính kinh nghiệm, ít định lượng. Kết qủa khảo sát của Viện Công nghệ môi trường tại một số trang trại nuôi tôm siêu thâm canh trên địa bàn các tỉnh Cà Mau, Bạc Liêu, Kiên Giang, Thái Bình,. cho thấy các trang trại xử lý nước theo quy trình sau: - Nước đầu vào được xử lý theo trình tự sau: (i) Xử lý sơ bộ (hóa chất là PAC –PolyAluminiumChloride, lượng khoảng 20-30 g/m3) → (ii) Ao xử lý (Sử dụng chlorin với lượng 20-30 g/m3) → (iii) Ao sẵn sàng (lưu trữ nước sau khử trùng, khi hàm lượng clo hoạt tính giảm xuống dưới 1 mgN/L thì được đưa sang ao nuôi). - Nước trong ao nuôi được kiểm soát bằng cách: (i) hút bùn đáy hàng ngày và bổ sung nước mới từ ao sẵn sàng; (ii) bổ sung chế phẩm vi sinh trực tiếp; Một số trang trại nuôi lớn có sử dụng bộ test nhanh các chỉ tiêu NH3, pH, DO và NO2-, khi các chỉ số NH3 và NO2- tăng cao hoặc quan sát thấy sức khỏe của tôm có vấn đề thì lượng nước hút đáy có thể tới 50% thậm chí 100%.

- Nước thải (nước hút bùn đáy): Phần lớn các hộ nuôi tôm siêu thâm canh thực hiện quy trình xi phông bùn lắng ở đáy ao nuôi và thay thế bổ sung nước mới hàng ngày. Với ao nuôi khoảng 1000 m 2 (độ sâu 6 mức nước từ 80 đến 120 cm), lượng nước thay mới (nước cấp đầu vào) khoảng 20% đến 50% thể tích ao nuôi. Nước thải được đưa sang ao chứa, bổ sung chế phẩm vi sinh kết hợp sục khí, sau đó được khử trùng bằng chlorin với lượng khoảng 30 g/m3 trước khi xả ra môi trường tiếp nhận. Có thể nói, không trang trại nuôi tôm nào có hệ thống xử lý nước thải.

→ Lắng → Ao xử lý → Ao sẵn sàng → Ao nuôi → XLNT ↑ ↑ ↓ ↑ (1) bổ Hút đáy hàng sung vi PAC: Để Clo tự do ngày từ 10 đến Ca(OCl)2: sinh 20 – 30 giảm xuống ~ 1 50% tổng lượng 20 – 30 g/m 3 (2) sục khí g/m 3 ppm nước (3) khử Cá biệt: 100% trùng Hình 1. Sơ đồ quy trình nuôi tôm và xử lý chất thải [5] Lượng nước cần thay trong trường hợp tốt nhất được xử lý theo quy trình tuần hoàn nước bằng cách được cho chảy một dãy ao nối tiếp theo trình tự: ao nuôi cá (để tận dụng các thức ăn thừa và phân tôm), ao lắng cặn, ao khử trùng, ao bổ sung khoáng chất rồi được đưa trở lại ao nuôi. Một số ít hộ nuôi tôm siêu thâm canh có quỹ đất dồi dào đã dùng đến 50% diện tích đất để xử lý tiếp các thành phần gây ô nhiễm nước thay cho ao lắng cặn (đầm ngập nước,. Tuy nhiên, do diện tích hạn chế nên rất ít đơn vị hoặc hộ gia đình làm được theo cách này.

Chất lượng nước thải (nước xi phông bùn đáy) từ ao nuôi tôm được thể hiện trong Bảng 1. Chất lượng nước bùn đáy [5] STT Chỉ tiêu Đơn vị Kết quả QCVN 02 - tính 19:2014/BNNPTNT 1.