CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1. Tính cần thiết của đề tài Với lợi thế về điều kiện tự nhiên, địa hình bằng phẳng, sông ngòi chằng chịt, lượng nước mưa và nước ngầm phong phú, tạo thuận lợi cho Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) có tiềm năng tuyệt vời cho sản xuất nuôi trồng thủy sản. Theo Tổng cục Thống kê (2010) ĐBSCL có diện tích mặt nước nuôi trồng thủy sản 737,600 ha, chiếm 70.6% trên cả nước. Hiện tại đã có một vài loài thủy sản đã được thương mại hóa sản xuất tại ĐBSCL, trong đó phải kể đến các loại cá da trơn mà đặc biệt là cá tra.
Cá tra (Pangasius hypophthalmus) ban đầu chủ yếu là nuôi trong ao nhỏ, sau đó được mở rộng quy mô ao nuôi vào đầu năm 2000 đến nay, khi kỹ thuật nhân giống nhân tạo cho cá da trơn được ứng dụng thành công. Trong 10 tháng đầu năm 2011 doanh thu xuất khẩu cá tra đạt trị giá 1.49 tỷ USD, đã đem lại lợi ích kinh tế to lớn cho vùng ĐBSCL. Tuy nhiên, theo tính toán gần đúng, muốn có 1 kg cá tra thành phẩm người nông dân phải sử dụng 3 - 5 kg thức ăn (Thành N. Thực tế chỉ khoảng 17% thức ăn được cá hấp thu và phần còn lại hòa lẫn vào môi trường nước tạo thành các chất hữu cơ phân hủy.
Từ đó cho thấy rằng lượng chất thải từ ao nuôi cá thải ra môi trường rất lớn bao gồm cả chất thải rắn và nước thải. Nguồn ô nhiễm này đã làm suy giảm nghiêm trọng chất lượng nước mặt ở hầu hết các sông rạch tại ĐBSCL. Khi ô nhiễm nguồn nước vượt quá khả năng tự làm sạch của tự nhiên thì sẽ dẫn đến hậu quả tất yếu của dịch bệnh xảy ra cho thủy sản, ảnh hưởng gián tiếp đến sức khỏe con người và hủy hoại môi trường sinh thái của khu vực. Để ngăn ngừa, giảm thiểu tác động của việc nuôi cá tra đến môi trường và hòa nhập với xu hướng phát triển kinh tế bền vững, ở một số địa phương tại ĐBSCL đã đưa ra các công trình nghiên cứu nhằm xử lý nguồn nước ô nhiễm phát sinh bằng nhiều biện pháp xử lý khác nhau: sử dụng công nghệ sinh học hiếu khí, hồ sinh học, đất ngập nước kiến tạo, cánh đồng tưới.Các biện pháp kể trên đều Trang 2 đem lại tính thiết thực và giải pháp xử lý hiệu quả đối với nước thải nuôi cá tra, tuy nhiên các biện pháp xử lý truyền thống đòi hỏi vùng có diện tích đất rộng và yêu cầu về chất lượng nước sau xử lý không cao, khả năng tái sử dụng nước thải là rất thấp, kém bền vững.
Trong xu hướng phát triển kinh tế xã hội của nước ta hiện nay, vấn đề đặt ra là phải tìm giải pháp xử lý nguồn nước ô nhiễm vừa hiệu quả cao, vừa kinh tế và phù hợp với đòi hỏi chất lượng nước ngày càng cao của xã hội. Trên thế giới, công nghệ MBR đã được nghiên cứu nhiều cho xử lý nhiều loại nước thải khác nhau (nước thải dệt nhuộm, nước thải giấy, nước thải đô thị, nước thải công nghiệp, nước rỉ rác). Ưu điểm của công nghệ MBR so với bùn hoạt tính là có khả năng đáp ứng được yêu cầu tái sử dụng nước do hiệu quả xử lý tốt, chiếm diện tích nhỏ, dễ mở rộng quy mô hệ thống…Tuy nhiên, khuyết điểm của công nghệ MBR là sự bẩn màng. Cho nên, đã có nhiều nghiên cứu nhằm phát triển các ưu điểm của công nghệ MBR vào lĩnh vực xử lý tái sử dụng nước thải nước thải để góp phần vào việc sử dụng hiệu quả và tiết kiệm nguồn nước, đồng thời giảm đi khuyết điểm của nó để mang lại hiệu quả về kỹ thuật và kinh tế.
Một số nghiên cứu phát triển công nghệ MBR bằng cách kết hợp với các loại giá thể lơ lửng gọi là sponge MBR, điển hình một số nghiên cứu như sau: Sombatsompop và cộng sự (2006) đã nghiên cứu so sánh hiệu quả xử lý của các hệ thống MBR với các loại giá thể khác nhau và điều kiện vận hành khác nhau (HRT, MLSS). Kết quả thu được hiệu suất xử lý của hệ thống sponge MBR là cao hơn so với MBR thông thường và MBR với giá thể cố định, ở HRT 8, 6, 4 và 2 giờ, hiệu suất xử lý chất hữu cơ đạt 97- 98%. Điều này cho thấy công nghệ MBR với giá thể sponge di động đã phát huy tác dụng tăng cường hiệu quả xử lý của hệ thống MBR thông thường. Nghiên cứu của Jamal Khan và cộng sự (2011) cũng so sánh hiệu quả xử lý của MBR với sponge MBR.
Kết quả cho thấy rằng hiệu quả loại bỏ các TN và TP trong sponge MBR là 89% và 58% cao hơn trong MBR thông thường. Từ kết quả trên suy ra rằng sự hiện diện của giá thể giúp sinh khối phát triển phức tạp bên trong các giá thể sponge trong bể MBR, giúp cải thiện khả năng xử lý TN và TP trong nước thải. Basu và Huck (2005) đã nghiên cứu ảnh hưởng Trang 3 của giá thể trong hệ thống MBR nhúng chìm. Trong nghiên cứu tập trung đánh giá tốc độ bẩn màng và chất lượng nước thải sau khi qua màng.
Kết quả là tốc độ bẩn màng tăng gấp đôi khi không có các giá thể trong bể. Tác giả cũng cho rằng các giá thể này tăng cường cọ rửa bề mặt màng và giúp tăng trưởng các màng sinh học trên các giá thể, cải thiện hiệu quả xử lý của hệ thống MBR. Ở Việt Nam công nghệ màng vẫn chưa phổ biến và các nghiên cứu trên đối tượng nước thải ao nuôi cá tra vẫn chưa có nghiên cứu nào trước đây. Đối với công nghệ màng nếu ta cân bằng giữa hiệu quả chi phí và kỹ thuật thì sẽ mang lại lợi ích rất lớn cho ngành nuôi trồng thủy sản định hướng phát triển bền vững trong tương lai.
Đối với nghề nuôi cá tra bền vững ở Việt Nam thì đang cần được quan tâm đến vấn đề môi trường do các chất thải phát sinh. Năm 2011 đã có Bộ Tiêu chuẩn mới về việc nuôi cá tra và thủy sản nói chung do WWF thực hiện, đề cập đến vấn đề chứng nhận nuôi cá tra có trách nhiệm được gắn nhãn của ASC nhằm chứng nhận sản phẩm có độ tin cậy về mặt môi trường và xã hội. Do đó các doanh nghiệp chế biến cá tra xuất khẩu đang đẩy mạnh mô hình khai thác và chế biến khép kín, đảm bảo vấn đề về môi trường và xã hội, hướng đến chứng nhận ASC là cơ sở cho việc ứng dụng công nghệ xử lý hiện đại vào nuôi trồng thủy sản. Ở Việt Nam đã có các công trình nghiên cứu xử lý nước thải ao nuôi cá tra bằng đất ngập nước kiến tạo, cánh đồng tưới nông nghiệp…Tuy nhiên, đề tài nghiên cứu về áp dụng công nghệ màng lọc sinh học có giá thể (sponge MBR) để xử lý nước thải ao nuôi cá tra nhằm mục đích tái sử dụng vẫn chưa có nghiên cứu nào trước đây.
Nồng độ ô nhiễm trong nước thải ao nuôi cá tra không quá lớn nhưng lưu lượng thải rất lớn, do đó khả năng gây ô nhiễm môi trường rất cao. Trong thực tế người nông dân thường không xử lý nước thải từ ao nuôi cá tra mà thải thẳng ra sông, và sau đó lại bơm nước sông này lên ao nuôi, do nguồn nước đã bị ô nhiễm làm cho chất lượng cá tra nuôi trong ao cũng bị ảnh hưởng. Chính vì vậy, việc lựa chọn hướng nghiên cứu xử lý nước thải từ ao nuôi nhằm mục đích tái sử dụng của đề tài là mới và cần thiết. Trước thực trạng và yêu cầu đặt ra như trên, những nghiên cứu mới mang tính thời đại cần phải được triển khai, do đó đề tài “Ứng dụng công nghệ màng lọc Trang 4 sinh học có giá thể (Attached Growth Membrane Bioreactor) xử lý nước thải ao nuôi cá tra” được tiến hành nghiên cứu nhằm xây dựng cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc xử lý nước thải ao nuôi cá tra cho vùng ĐBSCL định hướng phát triển bền vững.
Mục tiêu nghiên cứu Đề tài này nhằm phát triển mô hình xử lý nước thải ao nuôi cá tra theo hướng tái sử dụng lại nước thải bằng việc ứng dụng công nghệ sinh học màng có giá thể lơ lửng (sponge MBR). Các mục tiêu cụ thể của đề tài bao gồm: - Đánh giá khả năng xử lý nước thải ao nuôi cá tra của hệ thống sponge MBR ở các thời gian lưu nước (thông lượng) khác nhau; - Đánh giá đặc tính bẩn màng của hệ thống sponge MBR trong các điều kiện vận hành trên; - Đánh giá tiềm năng tái sử dụng nước thải ao nuôi cá tra sau xử lý của hệ thống sponge MBR. Phạm vi nghiên cứu Mô hình thực nghiệm được tiến hành trên quy mô pilot, đặt tại khu thực nghiệm nuôi thủy sản trong khuôn viên của trường Đại học An Giang, tỉnh An Giang. Nước ao nuôi cá tra được lấy từ ao cá ở dọc bờ Nam rạch Tầm Bót thuộc địa bàn thành phố Long Xuyên, An Giang (Hình 1.
Ao nuôi có diện tích 800 m2, độ sâu 1.5 - 2 m, mật độ thả cá là 30 con/m2. Trọng lượng của cá được xác định lúc bắt đầu làm nghiên cứu (15/07/2011) là 200 - 500 g/con và lượng thức ăn 30 kg/ngày. Hệ thống sponge MBR hoạt động với các thời gian lưu nước khác nhau: 8, 4, 2.7 và 2 giờ tương ứng với thông lượng là 5, 10, 15 và 20 L/m2. Các giá thể dạng sponge được thêm vào bể MBR với số lượng chiếm 20% thể tích bể MBR.
Đánh giá chất lượng nước thải đầu vào và đầu ra của hệ thống sponge MBR ở điều kiện vận hành khác nhau như trên. Các thông số phân tích bao gồm: pH, DO, COD, TSS, độ đục, độ màu, NH4+, NO2-, NO3-, TP, SVI30, MLSS, MLVSS, áp suất chuyển màng (TMP), trở lực màng.1: Ảnh vệ tinh vị trí ao cá trong nghiên cứu Trang 6 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Vấn đề ô nhiễm môi trường của nghề nuôi cá tra 2. Sơ lược về cá tra Cá tra (Pangasius hypophthalmus), là loài cá da trơn, thân dài, lưng xám đen, bụng hơi bạc, miệng rộng, có 2 đôi râu dài.
Cá tra sống chủ yếu ở nước ngọt và chịu đựng được nước lợ nhẹ có độ muối thấp hơn 1 ‰, độ pH thích hợp trong khoảng 6.5, độ cứng nước 2,0 – 29 dGH và nhiệt độ thích hợp từ 220C đến 260C. Cá tra có cơ quan hô hấp phụ và còn có thể hô hấp bằng bóng khí và da nên có thể sống trong môi trường nước có hàm lượng oxy hòa tan thấp.