Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ngành nuôi trồng thủy sản tại Việt Nam, đặc biệt là nghề nuôi tôm nước lợ và tôm thâm canh, có tốc độ phát triển nhanh chóng và mang lại giá trị kinh tế đáng kể. Tuy nhiên, sự gia tăng về quy mô và mật độ thâm canh đã kéo theo các tác động tiêu cực nghiêm trọng đến môi trường nước tiếp nhận. Nước thải từ các ao nuôi tôm chứa hàm lượng lớn chất hữu cơ chưa phân hủy, chất rắn lơ lửng, các hợp chất nitơ, photpho, khí độc và tồn dư hóa chất điều trị.

Theo các số liệu nghiên cứu được tác giả tổng thuật trong văn bản:

  • Chỉ khoảng 17% trọng lượng khô của thức ăn nhân tạo cung cấp cho ao nuôi được chuyển hóa thành sinh khối của tôm; phần còn lại (khoảng 83%) thải trực tiếp ra môi trường dưới dạng phân và thức ăn dư thừa thối rữa.
  • Thức ăn thừa là nguyên nhân chính dẫn đến sự gia tăng nồng độ nitơ (chiếm 30 - 40%). Ước tính có khoảng 63 - 78% nitơ và 76 - 80% photpho cung cấp trong thức ăn bị thất thoát ra môi trường xung quanh.
  • Đối với các ao nuôi thâm canh công nghiệp, chất thải đáy ao có thể chứa trên 45% nitrogen và 22% chất hữu cơ khác. Tùy thuộc vào mức độ thâm canh và nguồn thức ăn, cứ nuôi mỗi tấn tôm sẽ phát thải khoảng 16,8 – 157,2 kg Nitơ (N) và 2,3 – 45,9 kg Phốt pho (P) ra môi trường qua quá trình thay nước, xả thải khi thu hoạch và nạo vét bùn đáy.
  • Việc sử dụng hóa chất và chế phẩm sinh học (CPSH) diễn ra phổ biến: Theo thống kê của Mai Văn Tài được trích dẫn trong văn bản, có ít nhất 373 loại hóa chất và CPSH được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản tại Việt Nam, trong đó có 186 loại (gồm 32 loại kháng sinh) dùng trong nuôi tôm thịt và 98 loại (gồm 39 loại kháng sinh) dùng trong sản xuất tôm giống.
  • Sự phát tán mầm bệnh qua đường nước thải: Báo cáo công tác phòng chống dịch bệnh thủy sản năm 2013 cho thấy dịch hoại tử gan tụy cấp (AHPNS) đã xuất hiện tại 192 xã thuộc 57 huyện của 18 tỉnh/thành phố với tổng diện tích 5.705 ha (2.424 ha tôm thẻ và 3.282 ha tôm sú); bệnh đốm trắng xuất hiện tại 278 xã thuộc 93 huyện của 28 tỉnh/thành phố, tăng gấp 4 lần so với năm 2012.

Trước thực trạng phần lớn nước thải ao tôm xả trực tiếp ra sông, rạch mà không qua xử lý, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ đất ngập nước nhân tạo dòng chảy đứng sử dụng thực vật thủy sinh (cỏ Vetiver) được đặt ra như một giải pháp xử lý sinh học thân thiện với môi trường, chi phí đầu tư và vận hành thấp, phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa của Việt Nam.

Mục tiêu nghiên cứu: Đánh giá khả năng và hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải nuôi tôm của mô hình đất ngập nước nhân tạo dòng chảy ngầm theo chiều đứng sử dụng cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides).

Nhiệm vụ nghiên cứu:

  1. Khảo sát, thu thập và phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước thải đầu vào từ ao nuôi tôm thực tế theo các giai đoạn sinh trưởng khác nhau của tôm (30 ngày, 60 ngày, 90 ngày).
  2. Thiết kế, lắp đặt và vận hành mô hình thí nghiệm đất ngập nước nhân tạo dòng chảy đứng có trồng cỏ Vetiver với hệ thống vật liệu lọc 4 tầng (cát vàng, đá mịn, sỏi nhỏ, đá 1x2 cm).
  3. Phân tích, đánh giá hiệu suất loại bỏ các thông số ô nhiễm chính bao gồm: pH, chất rắn lơ lửng (SS), nhu cầu oxy hóa học (COD), amoni ($NH_4^+$) và photphat ($PO_4^{3-}$) ở các mốc thời gian lưu nước 24 giờ và 48 giờ.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Đối tượng nghiên cứu: Nước thải phát sinh từ ao nuôi tôm và mô hình đất ngập nước dòng chảy đứng trồng cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides).
  • Phạm vi không gian: Mẫu nước thải được thu thập trực tiếp tại các ao nuôi tôm ở thôn Trường Định, xã Hòa Liên, huyện Hòa Vang, thành phố Đà Nẵng; thực vật cỏ Vetiver được thu thập tại Trường Cao đẳng Công nghệ Đà Nẵng; các thí nghiệm và phân tích hóa lý được thực hiện tại phòng thí nghiệm Khoa Hóa, Trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng.
  • Phạm vi thời gian: Lấy mẫu nước theo 3 đợt nuôi tôm thực tế từ tháng 8/2017 đến tháng 10/2017 (Đợt 1: ngày 20-22-24/8/2017; Đợt 2: ngày 20-22-24/9/2017; Đợt 3: ngày 20-22-24/10/2017). Thời gian thực hiện đề tài từ ngày 01/07/2017 đến ngày 23/04/2018.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và khái niệm khoa học

  • Khái niệm nước thải: Theo Nghị định số 80/2014/NĐ-CP, nước thải là nước đã bị thay đổi đặc điểm, tính chất do sử dụng hoặc do các hoạt động của con người xả vào hệ thống thoát nước hoặc ra môi trường.
  • Khái niệm đất ngập nước: Theo Công ước Ramsar, đất ngập nước bao gồm những vùng đầm lầy, than bùn, vực nước tự nhiên hoặc nhân tạo, ngập nước tạm thời hoặc thường xuyên, nước đứng hay nước chảy, nước ngọt, nước lợ hoặc nước mặn, kể cả các vực nước biển có độ sâu không quá 6m khi triều kiệt.
  • Mô hình đất ngập nước nhân tạo dòng chảy đứng (Vertical Subsurface Flow Constructed Wetland): Nước thải được phân phối đều trên bề mặt và chảy ngấm theo phương thẳng đứng qua các tầng vật liệu lọc (cát, sỏi, đá) xuống hệ thống ống thu gom dưới đáy. Ưu điểm nổi bật của dòng chảy đứng là khả năng chuyển hóa và khuếch tán oxy từ không khí vào lớp nền cao, tăng cường điều kiện hiếu khí cho vi sinh vật phân giải chất hữu cơ và nitrat hóa amoni, đồng thời tiết kiệm diện tích mặt bằng so với mô hình dòng chảy ngang.
  • Đặc tính thực vật cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides): Thuộc họ Hòa thảo (Gramineae), thân thảo mọc thành bụi dày đặc, thân cọng cứng hóa gỗ, cao từ 1,5 – 2 m. Bộ rễ dạng chùm phát triển thẳng đứng sâu vào lòng đất từ 3 – 4 m, rộng đến 2,5 m sau 2 năm trồng, không mọc bò lan, rễ chứa tinh dầu (2 - 2,5% trọng lượng khô). Cây có sức chống chịu biên độ nhiệt từ -10°C đến 48°C, chịu ngập úng tới 45 ngày ở độ sâu 0,6 – 0,8 m, không phát tán hạt xâm lấn do nhân giống vô tính.
                    CƠ CHẾ XỬ LÝ TRONG ĐẤT NGẬP NƯỚC

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

1. Thiết kế và cấu tạo mô hình thí nghiệm

  • Vỏ mô hình: Thùng xốp cách nhiệt kích thước 50 cm x 30 cm x 40 cm (Dài x Rộng x Cao).
  • Hệ thống cấp và thu nước: Thùng chứa nước thải đầu vào dung tích 20 lít; ống phân phối nước đầu vào bằng nhựa PVC đục lỗ đặt nằm dọc theo chiều dài mô hình, cách bề mặt lớp vật liệu trên cùng 3 cm; ống thu nước đầu ra bằng nhựa PVC đục lỗ hình xương cá bố trí sát đáy thùng xốp, nối với van điều chỉnh lưu lượng và ống thông khí.
  • Cấu trúc vật liệu lọc 4 tầng (sắp xếp từ trên xuống dưới):
    • Tầng 1 (trên cùng): Cát vàng mịn, chiều dày 4 cm.
    • Tầng 2: Đá mịn, chiều dày 6 cm.
    • Tầng 3: Sỏi nhỏ, chiều dày 6 cm.
    • Tầng 4 (đáy): Đá kích thước 1x2 cm, chiều dày 8 cm.
  • Bố trí thực vật: Cỏ Vetiver được tách thành từng bụi nhỏ, cấy với khoảng cách 5 – 6 cm/bụi. Cây được nuôi thuần hóa và thích nghi với môi trường nước thải nuôi tôm trong 15 ngày trước khi tiến hành chu kỳ thí nghiệm chính thức.

2. Phương pháp lấy mẫu và phân tích chỉ tiêu

Mẫu nước thải được lấy trực tiếp tại ao nuôi tôm bằng can nhựa vào lúc 7h30 sáng theo 3 đợt sinh trưởng của tôm. Các phương pháp phân tích hóa lý được thực hiện theo tiêu chuẩn:

  • Xác định pH: Đo bằng máy đo pH điện tử (pH meter) sau khi hiệu chuẩn bằng các dung dịch đệm tiêu chuẩn.
  • Xác định chất rắn lơ lửng (SS): Phương pháp khối lượng. Lọc 100 ml mẫu qua giấy lọc đã sấy khô và biết trước khối lượng ($P_1$), sấy giấy lọc chứa cặn ở nhiệt độ 105 – 110°C trong tủ sấy từ 1 – 2 giờ đến khối lượng không đổi ($P_2$), cân trên cân phân tích để tính hàm lượng SS.
  • Xác định COD: Phương pháp trắc quang đo mật độ quang sau khi oxy hóa hóa học. Mẫu được đun hoàn lưu ở 150°C trong 2 giờ với dung dịch chuẩn $K_2Cr_2O_7$ trong môi trường axit $H_2SO_4$ đậm đặc (chứa chất xúc tác $Ag_2SO_4$ và chất che chắn ion clorua $HgSO_4$). Đường chuẩn COD được lập bằng dung dịch Kali hidrophtalat ($C_8H_5KO_4$) ở các nồng độ 10, 50, 100, 200, 500 ppm.
  • Xác định Photphat ($PO_4^{3-}$): Phương pháp so màu đo quang UV-VIS tạo phức màu xanh molipden. Mẫu phản ứng với thuốc thử hỗn hợp gồm Amoni molipdat $(NH_4)6Mo_7O{24}\cdot4H_2O$, Kali natri tatrat $KNaC_4H_4O_6\cdot4H_2O$, Axit ascobic và $H_2SO_4$ 5N; đo mật độ quang sau khi để ổn định màu 20 phút. Đường chuẩn $PO_4^{3-}$ được thiết lập từ dung dịch gốc $KH_2PO_4$.
  • Xác định Amoni ($NH_4^+$): Phương pháp so màu đo quang UV-VIS sử dụng thuốc thử Nessler trong môi trường kiềm ($HgCl_2$, $KI$, $NaOH$) kết hợp dung dịch muối Rochelle (Kali natri tatrat) để loại bỏ kết tủa tạp chất; đo mật độ quang ở bước sóng xác định sau 10 – 15 phút phản ứng. Đường chuẩn $NH_4^+$ được xây dựng từ dung dịch chuẩn $NH_4Cl$.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 hệ thống hóa các cơ sở lý luận và tình hình thực tiễn liên quan đến đề tài:

  • Đặc trưng ô nhiễm nước thải nuôi trồng thủy sản: Phân tích nguồn gốc phát sinh bùn đáy, khí độc ($H_2S, NH_3, CH_4$) và dinh dưỡng dư thừa (N, P). Nêu rõ các rủi ro môi trường do xả thải mầm bệnh (AHPNS, đốm trắng) và dư lượng 373 loại hóa chất/chế phẩm sinh học.
  • Tổng quan công nghệ đất ngập nước nhân tạo: Trình bày định nghĩa theo Ramsar, phân loại hệ thống dòng chảy mặt và dòng chảy ngầm (dòng chảy ngang và dòng chảy đứng). Phân tích chi tiết các cơ chế vật lý (lắng, lọc), hóa học (hấp phụ, kết tủa, oxy hóa khử) và sinh học (chuyển hóa vi sinh, hấp thụ thực vật) diễn ra trong chất nền bãi lọc.
  • Đặc tính sinh học và sinh thái của cỏ Vetiver: Khái quát phân loại học họ Gramineae, hình thái thân - lá - rễ, biên độ chịu nhiệt (-10°C đến 48°C), khả năng chịu ngập úng và hấp thu dinh dưỡng.
  • Tình hình nghiên cứu trong nước và quốc tế:
    • Trên thế giới: Tổng hợp ứng dụng bãi lọc ngầm dòng chảy đứng tại Na Uy, Đan Mạch (hiệu suất tách BOD đạt 95%, nitrat hóa đạt 90%), Thụy Điển; nghiên cứu của Đại học King Mongkut (Thái Lan) phối hợp Đại học Tulane (Hoa Kỳ) trên nước thải chế biến thủy sản (loại bỏ BOD 91-99%, SS 52-90%, TN 72-92%, TP 72-77%); các dự án xử lý nước thải chăn nuôi và công nghiệp bằng cỏ Vetiver tại Australia và Quảng Đông (Trung Quốc).
    • Tại Việt Nam: Điểm qua các nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của Trường Đại học Xây dựng Hà Nội, Đại học Quốc gia Hà Nội; dự án xử lý nước thải chế biến thủy sản tại Quảng Ninh (hợp tác với Đại học Barcelona); nghiên cứu của Đại học Bách khoa TP.HCM xử lý nước thải ao tôm nhiễm chloramphenicol (giảm 50% COD, 90% cặn lơ lửng, 40% kháng sinh); công bố của nhóm tác giả Đại học Khoa học Huế về xử lý nước thải bằng cỏ Vetiver (DO tăng 67,12%, COD giảm 1,92 lần, N giảm 1,94 lần, P giảm 2,503 lần, đạt TCVN 5945-2005 loại B).

Chương 2: Đối tượng và phương pháp nghiên cứu

Chương 2 mô tả chi tiết quy trình thực nghiệm và phương pháp phân tích:

  • Địa điểm và phương thức thu thập mẫu: Thu mẫu nước thải ao nuôi tôm tại thôn Trường Định, xã Hòa Liên, huyện Hòa Vang, TP. Đà Nẵng theo 3 đợt nuôi (ngày thứ 29-33, 59-63, 89-93).
  • Hóa chất và trang thiết bị: Thống kê 13 loại hóa chất tinh khiết ($K_2Cr_2O_7, H_2SO_4, HgSO_4, Ag_2SO_4, C_8H_5KO_4, (NH_4)6Mo_7O{24}\cdot4H_2O, NaOH, C_6H_8O_6, KNaC_4H_4O_6, NH_4Cl, HgCl_2, KI, KH_2PO_4$) và các thiết bị chính (máy đo pH, tủ sấy, cân phân tích, bếp đun COD, máy đo quang UV-VIS, bếp cách thủy).
  • Quy trình phân tích từng chỉ tiêu: Trình bày chi tiết công thức pha chế thuốc thử, quy trình lập dãy dung dịch chuẩn, dải nồng độ đo và cách tính toán cho 5 thông số pH, SS, COD, $PO_4^{3-}, NH_4^+$.
  • Quy cách xây dựng mô hình thí nghiệm: Bản vẽ chi tiết kích thước thùng xốp (50x30x40 cm), tỷ lệ phân lớp 4 tầng vật liệu lọc (tổng chiều dày 24 cm), bố trí hệ thống ống cấp nước đục lỗ bề mặt, ống thu đáy xương cá có van điều tiết và ống thở, mật độ cấy cỏ Vetiver và chế độ thuần hóa 15 ngày.

Chương 3: Kết quả và thảo luận

Chương 3 trình bày các số liệu thực nghiệm và đánh giá diễn biến chất lượng nước:

  • Hình ảnh và diễn biến sinh trưởng thực tế: Ghi nhận quá trình lắp đặt vật liệu lọc, cấy cỏ Vetiver, sự phát triển của hệ thống rễ và chồi cỏ sau 15 ngày thích nghi với nước thải nuôi tôm.
  • Chương trình lấy mẫu 3 đợt:
    • Đợt I: Lấy vào các ngày 20, 22, 24/8/2017 (tương ứng ngày thứ 29, 31, 33 của chu kỳ nuôi tôm, tôm nuôi được khoảng 30 ngày).
    • Đợt II: Lấy vào các ngày 20, 22, 24/9/2017 (tương ứng ngày thứ 59, 61, 63 của chu kỳ nuôi tôm, tôm nuôi được khoảng 60 ngày).
    • Đợt III: Lấy vào các ngày 20, 22, 24/10/2017 (tương ứng ngày thứ 89, 91, 93 của chu kỳ nuôi tôm, tôm chuẩn bị thu hoạch).
  • Đánh giá chất lượng nước thải đầu vào: Phân tích sự gia tăng nồng độ ô nhiễm theo thời gian nuôi tôm. Ở giai đoạn đầu (ngày 29-33), tải lượng ô nhiễm ở mức thấp đến trung bình; càng về cuối vụ nuôi (ngày 89-93), do lượng phân tôm và thức ăn dư thừa tích tụ lớn, các chỉ tiêu COD, SS, $NH_4^+, PO_4^{3-}$ đều tăng cao rõ rệt.
  • Đánh giá hiệu quả xử lý đầu ra: So sánh các chỉ tiêu chất lượng nước sau thời gian lưu nước 24 giờ và 48 giờ. Kết quả cho thấy thời gian lưu 48 giờ mang lại hiệu suất làm sạch cao hơn rõ rệt so với 24 giờ trên tất cả các chỉ tiêu phân tích.

Kết quả và đóng góp

Kết quả phân tích chất lượng nước đầu vào

Dữ liệu phân tích thực nghiệm các mẫu nước thải nuôi tôm đầu vào tại thôn Trường Định (Hòa Vang, Đà Nẵng) trong đợt thu mẫu thứ nhất được tổng hợp như sau:

Ký hiệu mẫu Ngày lấy mẫu Giai đoạn nuôi Nhiệt độ nước (°C) pH COD (mg/l) SS (mg/l) NH4+ (mg/l) PO43- (mg/l)
N29 20/8/2017 Ngày thứ 29 30,5 6,7 70 58 3,10 2,00
N31 22/8/2017 Ngày thứ 31 30,0 6,7 70 62 3,14 2,05
N33 24/8/2017 Ngày thứ 33 30,0 6,7 72 65 3,20 2,10

Ghi chú: Kết quả các đợt II (ngày 59, 61, 63) và đợt III (ngày 89, 91, 93) phản ánh xu hướng nồng độ các chất ô nhiễm tăng dần theo thời gian sinh trưởng của tôm.

Đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình

  1. Xử lý chất rắn lơ lửng (SS): Hàm lượng SS giảm đáng kể sau khi qua hệ thống nhờ cơ chế lọc cơ học qua 4 tầng vật liệu lọc (cát mịn, đá mịn, sỏi, đá 1x2) kết hợp quá trình lắng trọng lực trong bãi lọc.
  2. Xử lý nhu cầu oxy hóa học (COD): Mô hình dòng chảy đứng cung cấp oxy dồi dào qua bề mặt thoáng và hệ thống rễ cỏ Vetiver, kích thích vi sinh vật hiếu khí phân giải chất hữu cơ hòa tan, giúp nồng độ COD đầu ra giảm mạnh sau 24 giờ và đạt mức tối ưu sau 48 giờ lưu nước.
  3. Xử lý Amoni ($NH_4^+$) và Photphat ($PO_4^{3-}$): Nồng độ $NH_4^+$ giảm nhờ quá trình nitrat hóa diễn ra mạnh mẽ trong điều kiện thoáng khí của dòng chảy đứng và sự hấp thụ dinh dưỡng của cỏ Vetiver. Photphat được loại bỏ đồng thời qua quá trình hấp phụ trên bề mặt vật liệu lọc, kết tủa vô cơ và tích lũy vào sinh khối thực vật.
  4. Ảnh hưởng của thời gian lưu nước: Thời gian lưu 48 giờ cho hiệu suất xử lý vượt trội hơn thời gian lưu 24 giờ trên tất cả các thông số, giúp các chỉ tiêu nước thải sau xử lý tiệm cận quy chuẩn xả thải cho phép.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Ứng dụng mô hình đất ngập nước nhân tạo dòng chảy ngầm theo chiều đứng sử dụng cỏ Vetiver để xử lý nước thải tại các vùng nuôi tôm tập trung quy mô vừa và nhỏ, nơi có diện tích đất tự nhiên thích hợp.
  • Cần duy trì thời gian lưu thủy lực tối thiểu từ 24 đến 48 giờ để đảm bảo hiệu suất phân giải hữu cơ và chuyển hóa nitơ, photpho.
  • Định kỳ theo dõi, bảo dưỡng hệ thống phân phối nước và vệ sinh các tầng vật liệu lọc trên bề mặt nhằm chống hiện tượng bồi lắng bùn gây tắc nghẽn dòng ngấm.

Đóng góp của khóa luận

  • Cung cấp bộ số liệu thực nghiệm thực tế về nồng độ các chất ô nhiễm chính (pH, SS, COD, $NH_4^+, PO_4^{3-}$) trong nước thải ao nuôi tôm tại huyện Hòa Vang, TP. Đà Nẵng theo 3 chu kỳ nuôi (30, 60 và 90 ngày).
  • Khẳng định khả năng thích nghi và hiệu quả xử lý nước thải nuôi tôm lợ/mặn của cỏ Vetiver trong cấu trúc đất ngập nước dòng chảy đứng quy mô phòng thí nghiệm, bổ sung cơ sở dữ liệu thực nghiệm cho các nghiên cứu công nghệ sinh học xử lý ô nhiễm thủy sản tại khu vực miền Trung.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của nghiên cứu

  • Quy mô thực nghiệm: Nghiên cứu mới dừng lại ở quy mô mô hình phòng thí nghiệm (thùng xốp thể tích nhỏ 50x30x40 cm), chưa tiến hành thử nghiệm pilot ngoài hiện trường đầm nuôi thực tế với các biến động thủy triều và thời tiết phức tạp.
  • Tốc độ xử lý và diện tích mặt bằng: Phương pháp đất ngập nước sinh học có tốc độ xử lý chậm hơn các phương pháp hóa lý truyền thống, đòi hỏi diện tích đất nhất định để bố trí hệ thống xử lý khi áp dụng cho các trang trại nuôi tôm quy mô công nghiệp lớn.
  • Khả năng bão hòa của vật liệu: Cơ chế giữ photpho và kim loại nặng phụ thuộc vào khả năng hấp phụ của lớp vật liệu lọc; sau thời gian vận hành dài hạn, các tầng lọc sẽ đạt trạng thái bão hòa và đòi hỏi phải nạo vét, thay thế.
  • Ảnh hưởng của nhiệt độ: Hệ vi sinh vật và cỏ Vetiver nhạy cảm với điều kiện nhiệt độ; vào mùa đông hoặc thời tiết lạnh, hoạt tính sinh học phân giải BOD/COD và quá trình nitrat hóa có thể bị suy giảm.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Mở rộng quy mô thử nghiệm mô hình pilot ngoài hiện trường tại các đầm nuôi tôm xã Hòa Liên, Hòa Vang.
  • Khảo sát tối ưu hóa thêm các mốc thời gian lưu thủy lực khác nhau (36h, 72h) và nghiên cứu chu kỳ bão hòa của các tầng vật liệu lọc.
  • Đánh giá khả năng kết hợp đa dạng các loài thực vật thủy sinh chịu mặn khác cùng với cỏ Vetiver để tăng cường hiệu quả cảnh quan và khả năng xử lý đa thành phần ô nhiễm.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo hữu ích cho các đối tượng và mục đích cụ thể sau:

  • Sinh viên và học viên chuyên ngành: Là tài liệu tham khảo cho sinh viên các ngành Hóa học, Công nghệ Môi trường, Quản lý Tài nguyên và Môi trường, Nuôi trồng Thủy sản khi thực hiện đồ án, khóa luận tốt nghiệp về xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học.
  • Giá trị quy trình thực nghiệm: Cung cấp quy trình chi tiết về cách thiết kế mô hình bãi lọc ngầm dòng chảy đứng 4 tầng vật liệu, kỹ thuật cấy và thuần hóa cỏ Vetiver trong môi trường nước mặn/lợ.
  • Giá trị phương pháp phân tích: Cung cấp các quy trình chuẩn bị hóa chất, lập đường chuẩn đo quang UV-VIS xác định các chỉ tiêu COD (với $K_2Cr_2O_7$/Kali hidrophtalat), $PO_4^{3-}$ (với Amoni molipdat/axit ascobic) và $NH_4^+$ (với thuốc thử Nessler/muối Rochelle).

Câu hỏi thường gặp

1. Mô hình đất ngập nước dòng chảy đứng trong khóa luận có cấu tạo các tầng vật liệu lọc như thế nào? Mô hình được bố trí trong thùng xốp kích thước 50 cm x 30 cm x 40 cm, gồm 4 lớp vật liệu lọc được rửa sạch và sắp xếp theo chiều từ trên xuống dưới:

  • Tầng 1: Lớp cát vàng mịn dày 4 cm.
  • Tầng 2: Lớp đá mịn dày 6 cm.
  • Tầng 3: Lớp sỏi nhỏ dày 6 cm.
  • Tầng 4: Lớp đá kích thước 1x2 cm dày 8 cm bố trí ở đáy cùng hệ thống ống thu nước đục lỗ hình xương cá.

2. Mẫu nước thải nuôi tôm được thu thập tại đâu và theo những thời điểm nào trong vụ nuôi? Mẫu nước được lấy trực tiếp tại các ao nuôi tôm ở thôn Trường Định, xã Hòa Liên, huyện Hòa Vang, TP. Đà Nẵng vào lúc 7h30 sáng theo 3 đợt sinh trưởng của tôm:

  • Đợt 1: Các ngày 20, 22, 24/8/2017 (ngày nuôi thứ 29, 31, 33 - tôm nuôi được khoảng 30 ngày).
  • Đợt 2: Các ngày 20, 22, 24/9/2017 (ngày nuôi thứ 59, 61, 63 - tôm nuôi được khoảng 60 ngày).
  • Đợt 3: Các ngày 20, 22, 24/10/2017 (ngày nuôi thứ 89, 91, 93 - tôm nuôi được khoảng 90 ngày, chuẩn bị thu hoạch).

3. Cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides) được lấy từ đâu và có những đặc tính sinh học gì phù hợp cho mô hình? Cỏ Vetiver được thu thập tại Trường Cao đẳng Công nghệ Đà Nẵng. Cỏ có các đặc tính sinh học phù hợp gồm: hệ thống rễ chùm ăn sâu 3 - 4 m đan xen chặt chẽ, sinh trưởng nhanh, khả năng hấp thụ nitơ và photpho cao, chịu được ngập úng tới 45 ngày, biên độ chịu nhiệt rộng (-10°C đến 48°C), không bò lan và nhân giống vô tính nên không phát tán thành cỏ dại xâm lấn. Cây được thuần hóa 15 ngày trong nước thải trước khi chạy thí nghiệm.

4. Khóa luận sử dụng những phương pháp hóa lý nào để phân tích các chỉ tiêu COD, $NH_4^+$, $PO_4^{3-}$, SS và pH?

  • pH: Đo trực tiếp bằng máy đo pH điện tử (pH meter).
  • SS: Phương pháp khối lượng qua lọc mẫu và sấy cặn ở 105 – 110°C trong 1 – 2 giờ.
  • COD: Phương pháp trắc quang đo mật độ quang sau khi đun phân hủy mẫu ở 150°C trong 2 giờ với $K_2Cr_2O_7$, $H_2SO_4$ đặc, xúc tác $Ag_2SO_4$ và che $Cl^-$ bằng $HgSO_4$; đường chuẩn lập từ Kali hidrophtalat.
  • $PO_4^{3-}$: Phương pháp so màu đo quang UV-VIS phức xanh molipden với thuốc thử Amoni molipdat và Axit ascobic; đường chuẩn lập từ $KH_2PO_4$.
  • $NH_4^+$: Phương pháp so màu đo quang UV-VIS với thuốc thử Nessler và muối Rochelle; đường chuẩn lập từ $NH_4Cl$.

5. Tại sao mô hình dòng chảy đứng (vertical flow) lại có ưu thế hơn dòng chảy ngang trong việc xử lý nước thải nuôi tôm? Hệ thống dòng chảy đứng cho phép nước thải chảy từ trên xuống qua các tầng lọc, tạo điều kiện cho không khí khuếch tán liên tục và cung cấp lượng oxy hòa tan lớn vào trong lớp nền. Khả năng chuyển hóa oxy cao giúp tăng cường quá trình phân giải hiếu khí các hợp chất hữu cơ (giảm COD), thúc đẩy quá trình nitrat hóa chuyển hóa $NH_4^+$ thành $NO_3^-$, đồng thời mô hình dòng chảy đứng có diện tích chiếm đất nhỏ hơn so với hệ thống dòng chảy ngang.


Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Nguyễn Ngọc Tín đã thiết kế, chế tạo và vận hành thành công mô hình đất ngập nước nhân tạo dòng chảy ngầm theo chiều đứng sử dụng cỏ Vetiver (Vetiveria zizanioides) kết hợp hệ tầng lọc 4 lớp để xử lý nước thải nuôi tôm. Kết quả thực nghiệm trên các mẫu nước thải thu thập tại huyện Hòa Vang (Đà Nẵng) qua 3 giai đoạn nuôi tôm đã làm rõ quy luật biến thiên của các chất ô nhiễm và chứng minh hiệu quả loại bỏ rõ rệt các chỉ tiêu SS, COD, $NH_4^+$ và $PO_4^{3-}$, đặc biệt ở thời gian lưu nước 48 giờ. Công trình cung cấp cơ sở khoa học và dữ liệu thực nghiệm có giá trị cho việc ứng dụng các giải pháp sinh học chi phí thấp, thân thiện môi trường trong kiểm soát ô nhiễm nuôi trồng thủy sản.