BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

-----------------------------

Nguyễn Cẩm Tú

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ MUỐI

ĐẾN HIỆU QỦA XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC THẢI NUÔI TÔM

SIÊU THÂM CANH

LUẬN VĂN THẠC SỸ

KỸ THUẬT HÓA HỌC, VẬT LIỆU, LUYỆN KIM VÀ MÔI TRƯỜNG

Hà Nội – năm 2021

BỘ GIÁO DỤC VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC

VÀ ĐÀO TẠO VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

Nguyễn Cẩm Tú

Lớp: ENT2019B, Khóa 2019-2021

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ MUỐI

ĐẾN HIỆU QỦA XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC THẢI NUÔI

TÔM SIÊU THÂM CANH

Chuyên ngành : Kỹ Thuật Môi Trường

Mã số: 8 52 03 20

LUẬN VĂN THẠC SỸ

KỸ THUẬT HOÁ HỌC, VẬT LIỆU, LUYỆN KIM VÀ MÔI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1: TS. TRẦN MẠNH HẢI

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 2: PGS.TS. NGUYỄN HOÀI CHÂU

Hà Nội – 2021

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan:

Những nội dung trong luận văn “Nghiên cứu ảnh hưởng của độ muối

đến hiệu quả xử lý amoni trong nước thải nuôi tôm siêu thâm canh” là do tôi

thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Trần Mạnh Hải và PGS.TS Nguyễn Hoài

Châu.

Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chính xác.

Tôi xin chịu trách nhiệm hoàn toàn về những nội dung mà tôi trình bày

trong luận văn này.

Hà Nội, ngày tháng năm 2021

Học viên

Nguyễn Cẩm Tú

ii

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc nhất, tôi xin gửi lời

cảm ơn tới TS. Trần Mạnh Hải và PGS.TS Nguyễn Hoài Châu – người đã

truyền cho tôi tri thức cũng như tâm huyết nghiên cứu khoa học, người đã tận

tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện để tôi hoàn thành bản luận văn này.

Tôi xin chân thành cảm ơn các anh, chị, em trong phòng Ứng dụng và

chuyển giao công nghệ - Viện Công nghệ môi trường đã tạo điều kiện rất thuận

lợi và giúp đỡ tôi về cơ sở vật chất cũng như kinh nghiệm để tôi thực hiện luận

văn.

Tôi cũng xin chân thành cảm ơn ban lãnh đạo, các thầy cô tại Học Viện

Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn Lâm Khoa học và Công Nghệ Việt Nam

đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian tôi học tập cao học.

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới gia đình, người thân, và

bạn bè đã luôn tin tưởng động viên, chia sẻ và tiếp sức cho tôi có thêm nghị lực

để tôi vững bước và vượt qua khó khăn trong cuộc sông, hoàn thành bài luận

văn này.

Học viên

Nguyễn Cẩm Tú

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. i

LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. ii

MỤC LỤC ....................................................................................................... iii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.......................................................................... v

DANH MỤC BẢNG ...................................................................................... vii

DANH MỤC HÌNH ....................................................................................... vii

MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU ........................................................ 4

1.1. TÌNH HÌNH NUÔI TÔM SIÊU THÂM CANH TẠI VIỆT NAM ............ 4

1.1.1. Sơ lược về tình hình phát triển nuôi tôm siêu thâm canh ....................... 4

1.1.2. Nước thải nuôi tôm STC ......................................................................... 4

1.2. XỬ LÝ NƯỚC THẢI NUÔI TÔM SIÊU THÂM CANH ....................... 10

1.2.1. Các quá trình vi sinh sử dụng trong xử lý nước thải ............................. 11

1.2.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước ......................................................... 14

1.2.3. Tình hình nghiên cứu trong nước .......................................................... 19

1.2.4. Xử lý bằng quá trình vi sinh bám dính trên vật liệu mang cố định ...... 22

1.2.4.1 Nguyên lý của phương pháp ............................................................... 23

1.2.4.2. Ưu nhược điểm của phương pháp ...................................................... 26

CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN

CỨU ................................................................................................................ 28

2.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ......................................... 28

2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................ 28

2.2.1. Phương pháp nghiên cứu tổng thể......................................................... 28

2.2.2. Hệ thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của độ muối .............................. 28

iv

2.2.3. Hệ thí nghiệm xử lý tuần hoàn nước nuôi tôm ..................................... 29

2.2.3. Nuôi cấy vi sinh .................................................................................... 30

2.2.4. Thiết bị và phương pháp phân tích ....................................................... 31

2.5. Phương pháp xử lý và phân tích số liệu ................................................... 32

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................... 33

3.1. Kết quả thí nghiệm ở độ mặn 10‰ .......................................................... 33

3.2. Kết quả thí nghiệm ở độ mặn 20‰ .......................................................... 36

3.3. Kết quả thí nghiệm ở độ mặn 30‰ .......................................................... 39

3.4. Thảo luận chung ....................................................................................... 42

3.5. Kết quả thí nghiệm xử lý tuần hoàn nước nuôi tôm ................................ 44

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 48

Kết luận ........................................................................................................... 48

Kiến nghị ......................................................................................................... 48

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 49

v

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

AHPNS Acute Hepatopancreatic

Necrosis Syndrome

Hội chứng hoại tử gan tụy cấp

tính

BAF Biological Aerated Filter Lọc sinh học hiếu khí

BHT Bùn Hoạt Tính

BNNPTNT Bộ Nông Nghiệp và Phát

Triển Nông Thôn

BOD Biochemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy sinh hóa

CFU Colony Forming Unit Đơn vị hình thành khuẩn lạc

CS Cộng sự

COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học

DO Dissolve Oxygen Lượng oxy hòa tan trong nước

ĐBSCL Đồng Bằng Sông Cửu Long

FAO Food and Agriculture

Organization

Tổ chức Lương thực và Nông

nghiệp Liên Hợp Quốc

FCR Feed Conversion Ratio Tỷ lệ khối lượng thức ăn/ khối

lượng tôm nuôi thu được

FBBR Fixed Bed Biofilm Reactor Lò phản ứng sinh học

LC50 Lethal concentration Nồng độ gây tử vong 50%

HK Hiếu khí

KK Kỵ khí

MBR Membrane Bioreactor Thiết bị phản ứng sinh học-

màng

MBBR Moving bed biofilm reactor Thiết bị lọc sinh học với lớp

vật liệu mang chuyển động

MAB Chế phẩm vi sinh chịu mặn

vi

PAC Poly Aluminium Chloride Poly Aluminium Clorua

PVC Polyvinyl Chloride Poly vinyl Clorua

QCVN Quy chuẩn Việt Nam

STC Siêu Thâm Canh

TOC Total Organic Carbon Tổng Các bon hữu cơ

TSS Total Suspended Solids Tổng chất rắn lơ lửng

TN Total Nitrogen Tổng Nitơ

TP Total Phosphorus Tổng Phốt Pho

XLNT Xử lý nước thải

UV Ultraviolet Tia tử ngoại (tia cực tím)

UF Ultrafilter Siêu lọc

VSV Vi Sinh Vật

RCRA Resource Conservation and

Recovery Act

Đạo luật Bảo tồn và Phục hồi

Tài Nguyên

WHO World Health Organization Tổ chức y tế thế giới

YK Yếm Khí

vii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1. 1. Chất lượng nước bùn đáy [5] ........................................................... 7

Bảng 1. 2. Chất lượng nước trong ao nuôi tôm siêu thâm canh [5] .................. 7

Bảng 1. 3. Thông số hóa lý của nước trong 84 ngày [18] ............................... 16

Bảng 2. 1. Hàm lượng các chất để pha nước thải ........................................... 30

Bảng 2. 2. Thông số và phương pháp phân tích ............................................. 31

vii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1. 1. Sơ đồ quy trình nuôi tôm và xử lý chất thải [5] .............................. 6

Hình 1. 2. Cân bằng giữa amonia (NH3) và amoni (NH4+) ở 200C [8] ............. 9

Hình 1. 4. Sơ đồ các quá trình chuyển hóa bằng vi sinh Yếm khí .................. 12

Hình 1. 6. Cấu tạo màng vi sinh vật ................................................................ 23

Hình 2. 1. Sơ đồ hệ thí nghiệm xử lý amoni bằng quá trình vi sinh hiếu khí

bám dính trên vật liệu mang cố định ............................................................... 29

Hình 2. 2. Sơ đồ hệ thí nghiệm xử lý amoni bằng quá trình vi sinh hiếu khí

bám dính trên vật liệu mang cố định ............................................................... 30

Hình 3. 1. Nồng độ amoni trong nước thải đầu ra ở độ mặn 10 ‰ ................ 33

Hình 3. 2. Nồng độ nitrit trong nước thải đầu ra ở độ mặn 10 ‰. ................. 33

Hình 3. 3. Nồng độ nitrat trong nước thải đầu ra ở độ mặn 10 ‰. ................. 34

Hình 3. 4. Nồng độ amoni, nitrit và nitrat trong nước sau xử lý ở các mức tải

lượng tại độ mặn 10 ‰. .................................................................................. 34

Hình 3. 5. Nồng độ amoni trong nước thải đầu ra ở độ mặn 20 ‰. .............. 36

Hình 3. 6. Nồng độ nitrit trong nước thải đầu ra ở độ mặn 20 ‰. ................ 36

Hình 3. 7. Nồng độ nitrat trong nước thải đầu ra ở độ mặn 20 ‰. ................. 37

Hình 3. 8. Nồng độ amoni, nitrit, nitrat - nước thải đầu ra - độ mặn 20 ‰. .. 37

Hình 3. 9. Nồng độ amoni trong nước thải đầu ra ở độ mặn 30 ‰. ............... 39

Hình 3. 10. Nồng độ nitrit trong nước thải đầu ra ở độ mặn 30 ‰. .............. 40

Hình 3. 11. Nồng độ nitrat trong nước thải đầu ra ở độ mặn 30 ‰. ........ 40

viii

Hình 3. 12. Nồng độ amoni, nitrit, nitrat - nước thải đầu ra - độ mặn 30 ‰. 41

Hình 3. 13. Diễn biến nồng độ amoni trong bể nuôi tôm siêu thâm canh ...... 45

Hình 3. 14. Diễn biến nồng độ nitrat trong bể nuôi tôm siêu thâm canh ........ 46

Hình 3. 15. Diễn biến nồng độ amoni, nitrat và nitrat trong bể nuôi tôm siêu

thâm canh ........................................................................................................ 47

1

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.

4

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1. TÌNH HÌNH NUÔI TÔM SIÊU THÂM CANH TẠI VIỆT NAM

1.1.1. 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 10.000ha [4]. Xu hướng phát triển nuôi tôm

siêu thâm canh cũng là xu hướng chung của vùng ĐBSCL cũng như cả nước.

1.1.2. 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 m2 (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

↑ ↑ ↓ ↑

PAC:

20 – 30

g/m3

Ca(OCl)2:

20 – 30 g/m3

Để Clo tự do

giảm xuống ~ 1

ppm

Hút đáy hàng

ngày từ 10 đến

50% tổng lượng

nước

Cá biệt: 100%

(1) bổ

sung vi

sinh

(2) sục khí

(3) khử

trùng

Hình 1. 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 1.1.

7

Bảng 1. 1. Chất lượng nước bùn đáy [5]

STT Chỉ tiêu Đơn vị

tính

Kết quả QCVN 02 -

19:2014/BNNPTNT

1. Tổng N mgN/L 145 -

2. Amoni mgN/L 41 -

3. COD mg/L 1.200 ≤ 150

4. TSS mg/L 475 ≤ 100

Đáng chú ý là lượng phân tôm thải ra (chiếm khoảng 70% lượng thức ăn

đưa vào) được lấy ra khỏi ao nuôi hàng ngày bằng cách hút bùn đáy nhưng chất

lượng nước trong ao nuôi xấu dần theo thời gian, tuổi tôm càng cao chất lượng

nước càng xấu, lượng tôm chết hàng ngày càng tăng. Điều này là khá dễ hiểu,

bởi tôm càng lớn thì lượng thức ăn cần càng nhiều kéo theo đó là lượng chất

thải càng tăng. Lượng chất thải chiếm khoảng 70% lượng thức ăn cấp vào. Kết

quả khảo sát cho thấy, mặc dù ao nuôi được hút đáy (bằng cách xi phông đáy)

và bổ sung bằng nước mới (nước nguồn sau xử lý, lấy từ ao sẵn sàng) hàng

ngày với lượng từ 10 đến 50% (trung bình 30%) tùy theo độ tuổi của tôm nhưng

nước trong ao nuôi vẫn có hiện tượng “xấu dần” theo tuổi của tôm – Bảng 1.2.

Bảng 1. 2. Chất lượng nước trong ao nuôi tôm siêu thâm canh [5]

STT Chỉ tiêu Đơn vị

tính

Kết quả 45/2010/TT-

BNNPTNT

30 ngày 40

ngày

55

ngày

Tối

ưu Tối đa

1. NH4+ mgN/L 2,9 5,1 8,2 - -

2. NH3 mgN/L 0,37 0,65 0,87 < 0,1 < 0,3

8

STT Chỉ tiêu Đơn vị

tính

Kết quả 45/2010/TT-

BNNPTNT

30 ngày 40

ngày

55

ngày

Tối

ưu Tối đa

3. NO2- mgN/L 5,2 10,1 12,2 < 0,25 < 0,35

4. BOD5 mg/L 26 41 65 < 20 < 30

5. COD mg/L 65 100 145 - -

6. TSS mg/L 40 65 110 - -

7. Tổng Vi

khuẩn

CFU/m

L 1,85x105 3,1x105 1,1x106 - -

8. Vibrio tổng

số

CFU/m

L 3,0x103 1,5x104 5,9x104 - -

Nitơ là một chất dinh dưỡng thiết yếu cho tất cả các sinh vật, là một phần

của các phân tử quan trọng như protein, axit nucleic, adenosine phosphates,

pyridine nucleotide và sắc tố [6]. Tôm đào thải nitơ thông qua việc đi tiểu và

bài tiết. Thức ăn thừa và phân hủy tôm đã chết cũng góp phần gây ra chất thải

nitơ trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản [6] [7].

Theo FAO (2015) [8], NH3 trong nước gây độc cho cá ở hàm lượng trên

0,02 mgN/L (trong nước NH3 tồn tại song song với NH4+, nồng độ của chúng

bị ảnh hưởng bởi giá trị pH – Hình 2). Nitrite (NO2-) được hình thành ở bước

trung gian trong quá trình nitrat hóa và gây độc cho cá ở mức trên 2,0 mgN/L.

Nếu cá trong hệ thống tuần hoàn bị yếu, mặc dù nồng độ oxy vẫn ổn, nồng độ

nitrit cao có thể là nguyên nhân. Ở nồng độ cao, nitrite được vận chuyển qua

mang vào máu cá, nơi nó cản trở sự hấp thụ oxy. Bằng cách thêm muối vào

nước, đạt tới 0,3‰ sự hấp thu nitrite bị ức chế. Nitrate (NO3-) là sản phẩm cuối

9

cùng của quá trình nitrat hóa, và mặc dù nó được coi là vô hại, mức cao (trên

100 mgN/L) dường như có tác động tiêu cực đến tăng trưởng và chuyển đổi

thức ăn. Nếu việc trao đổi nước mới trong hệ thống được giữ ở mức rất thấp,

nitrat sẽ tích lũy và sẽ đạt mức độ không thể chấp nhận được. Pha loãng bằng

cách thay thế một lượng nước mới để NO3- đến mức thấp hơn và không có sự

cố là một cách.

Hình 1. 2. Cân bằng giữa amonia (NH3) và amoni (NH4+) ở 200C [8]

Cả amoniac (NH3) và nitrit (NO2) đều gây độc cho tôm ở nồng độ thấp.

Với tôm thẻ chân trắng, LC50 của NH4+ là 24,39 mgN/L (ở 96 giờ, pH 8,05, độ

mặn 15 ppt, nhiệt độ 23oC), LC50 của NO2 là 76,5 mgN/L (ở 96 giờ, pH 8,02,

độ mặn 12 ppt, nhiệt độ 18oC) [9].

Đã có nhiều mô hình xử lý nước thải và nước tuần hoàn được ứng dụng

bởi các đơn vị nuôi tôm. Bùn đáy thường được lắng và phân hủy sơ bộ trước

10

khi xả ra môi trường (chỉ có một số nhỏ đơn vị xử lý bằng hầm biogas hoặc xử

lý bằng vi sinh để làm phân bón). Các công nghệ xử lý đang áp dụng dựa trên

sự tiêu thụ cơ chất (hữu cơ, N, ...) của động thực vật thủy sinh và vi sinh vật

tùy tiện có sẵn trong nước. Hạn chế lớn nhất của phương pháp này là rất khó

giữ được sự ổn định của chất lượng nước sau xử lý do không kiểm soát được

mật độ vi sinh.

1.2. XỬ LÝ NƯỚC THẢI NUÔI TÔM SIÊU THÂM CANH

Như đã tổng quan ở Mục 1.1, các thông số ô nhiễm đặc trưng của nước

thải nuôi tôm STC cũng giống như các loại nước thải chăn nuôi khác ở các

thông số gây ô nhiễm đặc trưng đó là hữu cơ (BOD và COD) và ni tơ (NH4+,

NO2-).

Thông tin tham khảo từ các tài liệu chuyên ngành uy tín cho thấy, công

nghệ để xử lý nước thải đồng thời chứa TSS, BOD/COD, NH4+ và vi sinh vật

thì thường gồm các bước: (i) loại TSS → (ii) loại bỏ hữu cơ/ni tơ → (iii) khử

trùng [10] [11] [12].

Xử lý sinh học đã được sử dụng trong nhiều năm để loại bỏ nhiều chất gây

ô nhiễm [12] [13] [14] [15], xử lý bằng phương pháp sinh học có rất nhiều thuận

điểm thuận lợi như sau: hiệu suất xử lý đạt rất cao, có thể đến 90 - 99%, ít sử

dụng hoá chất, chi phí năng lượng cho một đơn vị thể tích nước cần xử lý thấp

so với các phương pháp khác và do những ưu điểm trên nên phương pháp sinh

học mang tính kinh tế rất cao. Do có cấu tạo đơn giản và khả năng tái tạo nhanh,

vi khuẩn có khả năng xử lý rất tốt các chất thải có nguồn gốc tự nhiên do con

người, súc vật thải ra, ngoài ra, quan trọng hơn, chúng còn có thể tự thay đổi

và thích nghi tốt với môi trường, vì vậy vi khuẩn tự nhiên nói riêng và vi sinh

nói chung có thể được "huấn luyện" để xử lý một số chất độc nhân tạo.

Với chất hữu cơ và các hợp chất của nitơ (ở dạng hòa tan và/hoặc cặn lơ

lửng) quá trình được áp dụng phổ biến nhất là sử dụng hoạt động của vi sinh

vật để chuyển hóa các chất ô nhiễm. Quá trình vi sinh yếm khí thường được áp

11

dụng với nước thải có COD khoảng 1000 và hiện nay cũng đã lan sang cả nước

thải có COD thấp hơn, sau yếm khí là quá trình vi sinh hiếu khí, và/hoặc xử lý

ni tơ. Công đoạn khử trùng được thực hiện chủ yếu bằng hóa chất (phổ biến là

các hợp chất chứa clo) hoặc tia tử ngoại UV (Ultraviolet), trong xử lý nước kỹ

thuật lọc màng UF (Ultrafilter) được sử dụng để lưa giữ vi sinh trong hệ xử lý

và lọc nước sinh hoạt.

Việc lựa chọn quá trình cũng như công nghệ xử lý phụ thuộc vào chất

lượng nước (thành phần, nồng độ) còn phụ thuộc vào lưu lượng nước cần xử

lý, ngoài ra còn nhiều yếu tố tác động khác (chi phí đầu tư, chi phí vận hành,

mức độ cần xử lý, ...).

1.2.1. Các quá trình vi sinh sử dụng trong xử lý nước thải

Các quá trình vi sinh sử dụng trong xử lý nước thải gồm: (i) Các quá trình

Hiếu khí; (ii) Các quá trính Yếm khí; và (iii) Các quá trình Thiếu khí.

(i) Các quá trình hiếu khí:

Chuyển hóa C (carbon hydrat):

Phương trình ôxi hóa 1 mol gluco (M =180 g) là:

C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O (E = 2.870 kJ) (1)

Nitrat hoá:

Khi trong hệ có amôni, sau khi hữu cơ bị ôxi hoá gần hết (BOD còn khoảng 10

– 30 mgN/L) sẽ xảy ra sự ôxi hoá amôni trước hết thành nitrit, sau thành nitrat.

Phản ứng nối tiếp như sau:

NH4+ + 1,5O2 → NO2

– + 2H+ + H2O + 84 kcal.mol-1 (2)

NO2– + 0,5O2 → NO3

– + 17 kcal.mol-1 (3)

Phương trình tổng là:

NH4+ + 2O2 → NO3

– + 2H+ + H2O (4)

12

Theo đó, 1 mol NH4+ tiêu thụ 2 mol O2 hay 1 g N-NH4

+ tiêu thụ 4,57 g O2; 1

mol NH4+ tạo thành 1 mol NO3

- và 2 mol H+; lượng H+ tạo ra phản ứng với độ

kiềm HCO3-, 1g N-NH4

+ tiêu thụ 7,14 g độ kiềm (quy về CaCO3).

(ii) Các quá trình yếm khí:

Phương trình tổng của phản ứng yếm khí phân huỷ chất hữu cơ như sau:

CcHhOoNnSs + 1/4(4c–h–2o+3n+2s)H2O → 1/8(4c –h+2o+3n+2s)CO2 +

1/8(4c + h – 2o – 3n – 2s)CH4 + nNH3 + sH2S (5)

Tính chung cho các chất thải, quá trình YK bao gồm 3 giai đoạn với sản

phẩm cuối là biogas (CH4 + CO2) được mô tả bằng sơ đồ rút gọn như Hình 1.4.

Hình 1. 3. Sơ đồ các quá trình chuyển hóa bằng vi sinh Yếm khí

So sánh hai quá trình:

- YK chậm hơn nhiều HK: ít tạo sinh khối

- YK không xử lí được tới chất lượng đầu ra cao, chỉ áp dụng như phương

tiện tiền xử lí

- YK thuận lợi vì sinh ít bùn, giảm chi phí xử lí bùn

- YK thu hồi năng lượng, rất quan trọng trong bối cảnh khủng hoảng năng

lượng, biogas được coi là nguồn năng lượng tái tạo

13

- YK sinh ra amôni, photphat nên không phải là phương tiện xử lí N, P; có

tiềm năng thu hồi N, P.

(iii) Các quá trình thiếu khí:

Về khía cạnh xử lí nước các quá trình thiếu khí (DO ~ 0 mgN/L) rất quan

trọng về khía cạnh khử nitrat, nitrit. Trước hết quá trình này cần chất khử (cho

điện tử), ví dụ:

CH3OH + H2O → CO2 + 6H+ + 6e– (6)

CH3COOH + 2H2O → 2CO2 + 8H+ + 8e– (7)

N-nitrat sẽ nhận điện tử và lần lượt qua các trạng thái sau:

2e- e- e- e-

NO3– → NO2

– → NO → 0,5N2O → 0,5N2 (8)

Như vậy tuỳ chất cho điện tử, ta có các phương trình ví dụ như sau:

5CH3OH + 6HNO3 → 5CO2 + 3N2 + 13H2O (9)

5CH3COOH + 8HNO3 → 10CO2 + 4N2 + 14H2O (10)

Chất cho điện tử cũng có thể là chính hữu cơ trong nước thải.

Về khía cạnh kỹ thuật xử lý:

Các kỹ thuật xử lý nước thải : Tùy yêu cầu chất lượng nước sau xử lí, công

nghệ vi sinh xử lí nước thải thường được phân cấp như sau : Xử lí cấp 1 (bao

gồm cả tiền xử lí) ; Xử lí cấp 2 ; và Xử lí cấp 3 (nâng cao).

Xử lí cấp 1: (bao gồm cả tiền xử lí) thường là các công đoạn, đôi khi rất

đơn giản như lược rác, lắng cát mang tính hỗ trợ, loại bỏ những yếu tố cơ học

(rác, cát sạn có thể gây tắc, hỏng bơm và hệ van, ống), điều hòa làm tăng độ tin

cậy và ổn định của các đơn vị xử lí đi sau. Lắng cấp 1, trong trường hợp nước

14

thải đầu vào quá đậm đặc (COD trên 1000 mgN/L) có thể áp dụng cả các kĩ

thuật yếm khí làm giảm tải cho xử lí cấp hai. Xử lí cấp 1 khó đạt các QCVN về

môi trường.

Xử lí cấp 2: thường là công nghệ sinh học để xử lí các ô nhiễm hữu cơ.

Công nghệ sinh học là công nghệ xử lí ô nhiễm sinh thái nhất, hầu như không

sử dụng hoá chất, nước thải sau xử lý có thể đạt chất lượng rất cao. Quá trình

thường dùng là quá trình sinh học hiếu khí. Chất thải duy nhất là bùn vi sinh

(sinh khối). Xử lí cấp 2 thường đạt QCVN loại B, đôi khi đạt loại A về các chỉ

tiêu hữu cơ (BOD/COD) nhưng không xử lí được N, P và một số thông số khác.

Kĩ thuật xử lí cấp 2 thường là kĩ thuật bùn hoạt tính cổ điển (BHT).

Xử lí cấp 3: Để xử lý được N, P, BHT được nâng cấp thành công nghệ

BHT tiên tiến (advanced treatment) hoặc xử lí cấp 3.

Việc lựa chọn quá trình cũng như công nghệ xử lý phụ thuộc vào chất

lượng nước (thành phần, nồng độ) còn phụ thuộc vào lưu lượng nước cần xử

lý, ngoài ra còn nhiều yếu tố tác động khác (chi phí đầu tư, chi phí vận hành,

mức độ cần xử lý, ...).

1.2.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước

Các phương pháp xử lý chất thải cho nuôi trồng thủy sản phần lớn được

điều chỉnh từ xử lý nước thải đô thị. Nhiều nghiên cứu về hệ thống xử lý tuần

hoàn nước cho nuôi tôm thương phẩm đã được đề xuất; Trên thế giới, công

nghệ xử lý sử dụng quá trình vi sinh bám dính trên vật liệu mang cố định đã

được nghiên cứu và phát triển từ rất lâu, đến nay công nghệ đã được ứng dụng

cho rất nhiều loại nước thải khác nhau. Vì vậy, ở đây tôi chỉ giới thiệu một số

nghiên cứu tiêu biểu có thể tham khảo để thực hiện đề tài.

C.R. Arnold (1992) [16] đã sử dụng bể lọc sinh học (tổng diện tích bề mặt

lọc là 720 m2; diện tích bề mặt của vật liệu lọc 1.281,5 m2/m3) để xử lý tuần

15

hoàn nước cho 2 mương nuôi tôm hậu ấu trùng với mật độ là 2.132 và 970

con/m3 (nuôi trong nhà kính), thể tích mương tương ứng là 28 m3 và 38 m3. Sau

95 ngày thí nghiệm với lượng nước trao đổi trong 1 tuần bằng 4 lần thể tích

mương, độ mặn của nước tăng từ 20 ‰ lên 35‰, DO trong khoảng 4,2 đến 8

mgN/L, pH trong khoảng 7,2 đến 8, NH3 và NO2- luôn nhỏ hơn 0,2 mgN/L.

Năm 2006, Ramin Nabizadeh và các cộng sự đã thực hiện nghiên cứu sử

dụng màng sinh học cố định có sục khí (ASFFR) trong điều kiện amoni, hữu

cơ thay đổi đồng thời và ảnh hưởng của nó đối với quá trình nitrat hóa. Tải

lượng hữu cơ COD thay đổi trong khoảng từ 1,93 đến 5,29 g/m2. ngày và NH4

– N trong khoảng 116 đến 318 mg/ m2. ngày. Kết quả của nghiên cứu cho thấy

tính linh hoạt của ASFFRs dưới các tải trọng hữu cơ thay đổi. Hơn nữa, để đạt

được quá trình nitrat hóa hoàn toàn và ứng dụng tối ưu của hệ xử lý, các yêu

cầu về chất hữu cơ và amoni phải được đáp ứng đầy đủ để bảo vệ đời sống thủy

sinh khỏi các nguy cơ ô nhiễm tiềm ẩn [23].

Jiang Min và cs (2010) [17] đã nghiên cứu các hệ thống nuôi tôm thẻ chân

trắng kiểu truyền thống (traditional ponds), nuôi sinh thái (eco-culture ponds)

và nuôi thâm canh có sử dụng hệ thống xử lý nước tuần hoàn cho ao nuôi 700

m2 (Bảng 7), trình tự xử lý gồm các bước: (i) lắng cặn → (ii) lọc thô → (iii)

sục hỗn hợp oxy và ozon → (iv) tách bọt. Kết quả cho thấy trong ao nuôi thâm

canh nồng độ T-N, NO2-, NO3

-, PO43-, T-P và CODMn đều thấp hơn so với ao

nuôi kiểu truyền thống (traditional ponds, 85 com/m2) và nuôi sinh thái (eco-

culture ponds, 112 com/m2) và DO cao hơn. Kết quả phân tích thành phần dinh

dưỡng trong nước thải ở hệ thống tuần hoàn nước trong nhà cho thấy: ở giai

đoạn đầu thì 94,95% tổng nitơ và 97,06% phốt pho từ thức ăn, 4,75% nitơ và

2,93% phốt pho có nguồn gốc từ nước (Vì tôm non rất nhỏ, chúng chỉ chiếm

0,30% và 0,01% đầu vào). Sau 100 ngày nuôi, 34,24% đầu vào được lưu giữ

16

trong mô tôm, 53,84% ở trong nước và 0,825% ở trong các sinh vật. Tôm chỉ

giữ lại 16,84% phốt pho trong khi tỷ lệ không đếm được khá cao ở mức 34,53%.

FAO (2015) [8] đã đưa ra hướng dẫn về hệ thống tuần hoàn nước cho nuôi

cá (có thể áp dụng cho nuôi tôm, sò, ...). Theo đó, hệ thống xử lý tuần hoàn

gồm các công đoạn: (i) Lọc cặn → Lọc sinh học (ngập nước) → (iii) Lọc sinh

học nhỏ giọt để loại khí → (iv) Làm giàu oxy → (v) Khử trùng (UV).

Gede Suantika (2018) [18] đã sử dụng hệ thống tuần hoàn nước nuôi tôm

theo trình tự: (i) bể lắng → (ii) skimmer protein → (iii) bể than hoạt tính 50 L

→ (iv) bộ lọc sinh học để tuần hoàn nước cho 12 bể nuôi tôm thể tích mỗi bể

100 L, mật độ tôm 500, 750 và 1000 con/m3, thời gian nuôi tôm 84 ngày. Chất

lượng nước trong các bồn nuôi trong 84 ngày được tổng hợp trong Bảng 1.3.

Bảng 1. 3. Thông số hóa lý của nước trong 84 ngày [18]

Thông số

Mật độ thả

500 PL/m3 750 PL/m3 1000 PL/m3

DO (mgN/L) 5,95-8,24 5,75-8,14 5,67-8,32

Temperature (OC) 28,35-

30,40

28,20-

30,38

28,40-

30,45

pH 6,80-8,00 6,78-7,90 6,70-7,90

NH4+ (mgN/L) 0-0,52 0-0,71 0-0,67

NO2- (mgN/L) 0-0,53 0-0,66 0-0,64

NO3- (mgN/L) 0-62,86 0-66,12 0-58,20

17

Hầu hết các kỹ thuật xử lý nước thải được chứng minh cho đến nay đã bị

giới hạn trong các hệ thống tương đối nhỏ và chưa được chứng minh là có thể

chuyển sang các hệ thống quy mô lớn [19]. Việc xử lý nước thải này rất phức

tạp bởi tính chất nước mặn của nước thải và việc tái sử dụng nước này sẽ gây

ra vấn đề do nồng độ amoniac và nitrit độc hại [9].

Về ảnh hưởng của muối (độ mặn): Các nghiên cứu cho thấy, khi nồng độ

mặn tăng thì hoạt động của vi sinh vật giảm và hiệu suất xử lý giảm. Với nồng

độ mặn từ 3 tới 20 g/l, thời gian lưu bùn từ 3 đến 20 ngày thì tải lượng hữu cơ

đạt từ 0,5 đến 2 kg COD/kg VSS.ngày [20]. Hiệu suất loại bỏ TOC giảm 35 và

37% ở nồng độ mặn 10 và 20 g/l, hiệu suất xử lý BOD và nitrat hóa đều giảm

[21]. Với nước thải sinh hoạt pha nước biển được xử lý bằng quá trình đĩa quay

sinh học thì hiệu suất xử lý đạt 61% và 64% với tải lượng hữu cơ 0,04 và 0,08

m³/m²/ngày [22] [23]. Hoạt động của vi sinh giảm mạnh khi tăng độ mặn, sinh

khối phục hồi trong khoảng thời gian vài tuần trong các bể phản ứng với có

nồng độ mặn 10 và 20 g/L; Ở nồng độ 30 g/l hiệu suất loại bỏ BOD bị giảm

khoảng 30%, tuy nhiên bùn phát triển ở nồng độ mặn trong khoảng 35 đến 45

g/l không có xu hướng lắng, bùn phát triển ở nồng độ mặn cao có cacbon hydrat

và protein thấp nhưng lipid cao [24]. Trong một bể phản ứng có 30 g/L hoạt

động của vi sinh vật được ghi nhận gia tăng nhẹ sau khi thêm muối 5 tuần; với

nồng độ mặn 40 g/L hoạt động của vi sinh vật hoàn toàn không phục hồi [25].

Năm 2019, Betina Lukwambe và các cộng sự thực hiện nghiên cứu đánh

giá ảnh hưởng bộ lọc sinh học đến cộng đồng thực vật phù du trong nước thải

nuôi trong thuỷ sản trong quá trình xử lý hệ thống sinh học đã mang lại nhiều

kết quả khả quan. Sự đa dạng của thực vật phù du có ảnh hưởng lớn đến các

yếu tố sinh hóa trong quá trình xử lý và chuyển hóa nước thải giàu nitơ thành

sinh khối có giá trị cao. Trong các khu vực lọc sinh học, các nhóm vi khuẩn

dạng tảo có hại bị hạn chế (Nitriliruptoraceae, Bacillales và Rhodobacteraceae)

18

và khả năng loại bỏ chất dinh dưỡng cao hơn đáng kể so với khu vực không có

lọc sinh học. Các bộ lọc sinh học đã thúc đẩy đáng kể tác dụng phục hồi cân

bằng N và P bằng cách giảm 82,34% tổng nitơ (TN) và 81,64% tổng lượng phốt

pho (TP) tải ở bề mặt nước thải. Bên cạnh các yếu tố sinh học, sử dụng bộ lọc

sinh học còn có thể kiểm soát được các yếu tố về phi sinh học (NO3-, DO, TN,

OC) và các yếu tố sinh vật (diệp lục và tảo lục). [34]

Cũng trong năm 2019, Zhifeng Hu và các cộng sự thực hiện nghiên cứu “xử

lý nitơ trong nước thải sinh hoạt dựa trên các bộ lọc sinh học hiếu khí/thiếu khí

(EABF) và các đặc điểm của cộng đồng vi sinh vật chức năng”. Hiệu suất loại

bỏ NH4+-N, TN và COD lần lượt là 97,6%, 86,9% và 85,3% với DO là 3,5

mgN/L, HRT trong 12 giờ và tỷ lệ hồi lưu là 5,5:1. Sự khác biệt đã được quan

sát thấy trong các cộng đồng vi sinh vật: Thiobacillus, Denitratisoma và

Saprospiraceae là vượt trội. Nitrosomonadaceae, Nitrospira, Ferritrophicum và

Acidovorax chiếm ưu thế trong các quần xã chu trình nitơ và sắt [35].

Năm 2020, Md Javed Foysal và các cộng sự thực hiện nghiên cứu ứng dụng

hệ lọc sinh học trong xử lý nước thải thuỷ sản với mục đích điều chỉnh chất

lượng nước, tình trạng sức khỏe, các chỉ số miễn dịch và hệ vi sinh vật đường

ruột của tôm nước ngọt (marron). Đề tài đã thu được các kết quả khả quan việc

bổ sung vật liệu Bio-Ball và Water-wash so với chỉ sử dụng sỏi vào hệ thống

nuôi cấy, giảm đáng kể vi khuẩn Vibrio gây bệnh cho tôm. Diện tích bề mặt

của các bộ lọc sinh học đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường môi

trường vi sinh vật trong nước bằng cách sản xuất màng sinh học vi khuẩn có

thể đẩy nhanh quá trình hữu cơ phân hủy chất thải. Bio-Ball và Water-wash có

thể được sử dụng như một phương pháp xử lý nước tiềm năng đề cập đến bộ

lọc sinh học trong bể nuôi trồng thủy sản để có sức khỏe tốt hơn và tình trạng

miễn dịch của marron [36].

19

1.2.3. Tình hình nghiên cứu trong nước

Tại Việt Nam, có thể nói các vấn đề liên quan đến thông số nitơ được bắt

đầu quan tâm từ những năm 2000. Các nghiên cứu mang tính bắt đầu và không

tập trung, có thể liệt kê một số công trình như:

Năm 2002, trong chương trình nghiên cứu công nghệ sinh học KC04, đề

tài KC04.02 (do Phòng công nghệ Tảo- Viện Công nghệ sinh học, nay là phòng

Công nghệ sinh học môi trường – Viện Công nghệ môi trường thực hiện). Đề

tài đã tiến hành nghiên cứu xử lý nước nuôi tôm bằng phương pháp lọc sinh

học với chất mang là san hô, sỏi nhẹ và quả cầu nhựa. Thực nghiệm được tiến

hành 3 đợt, mỗi đợt 20 ngày. Nước dùng trong thí nghiệm được lấy từ Trạm

nghiên cứu nuôi trồng thủy sản nước lợ Quý Kim – Hải phòng. Kết quả cho

thấy:

- Với cột LSH sử dụng chất mang là quả cầu nhựa thì tốc độ chuyển hóa

amoni (NH4+) chậm hơn cột sử dung vật liệu mang là sỏi nhẹ và san hô,

nhưng quá trình khử nitrat lại tốt nên hàm lượng NO3- còn lại khoảng

0,46 mgN/L.

- Cột lọc sử dụng vật liệu mang vi sinh là sỏi nhẹ và san hô, hiệu suất

chuyển hóa NH4+ đạt khoảng 97%, nhưng quá trình khử nitrat lại kém,

NO3- còn lại trong nước khoảng 7,7 đến 38,2 mgN/L. Hàm lượng nitrit

còn lại rất cao (25,2 đến 40,7 mgN/L).

Đề tài ‘Nghiên cứu diễn biến môi trường nước do hoạt động nuôi tôm ở

tỉnh Bạc Liêu, Cà Mau ảnh hưởng tới môi trường và đề xuất các biện pháp

khắc phục”, Viện Khoa học thủy lợi miền Nam, 2001 – 2003 [26]; Đề tài đã

nghiên cứu đánh giá thành phần hóa lý, thủy sinh vật của chất lượng nước vùng

nghiên cứu, từ đó đề xuất một số giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước

do nuôi tôm.

20

Đề tài “Nghiên cứu xử lý bùn đáy ao nuôi tôm thâm canh”, Viện Nghiên

cứu nuôi trồng thủy sản I, 2003 – 2005 [27]. Nghiên cứu này đã chỉ ra một số

nguyên nhân gây suy thoái ao đầm nuôi và đã nêu ra một số giải pháp cái tạo

nền đáy ao nuôi tôm cũng như thử nghiệm một số chế phẩm sinh học từ bùn

đáy ao nuôi.

Đề tài “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống đồng bộ các thiết bị phục vụ

nuôi tôm thương phẩm thâm canh quy mô trang trại”, KC07.27 do Đại học

Thủy sản thực hiện năm 2004 – 2006 [28]. Đề tài này đã thiết kế và chế tạo

đồng bộ các thiết bị cho 3 mô hình nuôi tôm thương phẩm thâm canh quy mô

trang trại: (i) 20-45 con giống/m2; (ii) 30-65 con giống/m2; (iii) 70-175 con

giống/m2;

Đề tài “Nghiên cứu xây dựng quy trình và chế tạo thiết bị xử lý nước thải

để tái sử dụng trong các trại sản xuất tôm giống”, Viện Công nghệ môi trường

(2006) [29]. Kết quả chính đạt được gồm:

- Đã phân lập, tuyển chọn được 04 chủng vi khuẩn có khả năng chuyển

hóa amoni thành nitrit và 3 chủng vi khuẩn chuyển hóa nitrit thành

nitrat.

- Thử nghiệm xử lý nước thải từ quá trình sản xuất tôm giống (tại Trung

tâm nghiên cứu nuôi trồng thủy sản – Trường Đại học Thủy sản Nha

Trang) bằng kỹ thuật lọc sinh học với vật liệu mang vi sinh là sỏi nhẹ

keramzit và cầu nhựa, quy mô phòng thí nghiệm.

- Dựa trên kết quả thí nghiệm, đề tài đã xây dựng mô hình công suất 30

đến 50 m3/ngày. Kết quả cho thấy tải lượng amoni đạt 0,11 đến 0,14

kg/m3/ngày. Với nồng độ amoni trong nước đầu vào khỏang 3 mgN/L

thì nồng độ các chất NH4+, NO2

- và NO3- sau xử lý tương ứng là 0,2;

0,034 và 3,8 mgN/L.

- Nước sau lọc sinh học được khử trùng bằng dung dịch anolyte với

21

lượng 5 g/m3, nước sau xử lý được đưa vào bể nuôi tôm post (mật độ

50.000 con/m3). Kết quả kiểm đếm cho thấy tỷ lệ tôm sống và kích

thước tôm post tương đương với bể nuôi bằng nước thày mới.

Dự án “Hoàn thiện công nghệ chế tạo và quy trình sử dụng hệ thống đồng

bộ các thiết bị kỹ thuật phục vụ mô hình nuôi tôm thương phẩm thâm canh quy

mô trang trại”, KC.07.DA 04/06-10 do Trường đại học Nha Trang thực hiện

[30]. Dự án đã hoàn thiện thiết kế, công nghệ chế tạo và quy trình sử dụng hệ

thống đồng bộ các thiết bị kỹ thuật phục vụ mô hình nuôi tôm thương phẩm

thâm canh (50-80 con giống/m2) quy mô trang trại. Đã thử nghiệm thành công

02 mô hình nuôi tôm thương phẩm thâm canh.

Đề tài “Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật công trình thủy lợi phục vụ

nuôi trồng thủy sản tại các vùng sinh thái khác nhau”, KC07.06, Viện Khoa

học thủy lợi Việt Nam, 2007 – 2010 [31]. Đề tài này đã đưa ra các giải pháp

tổng thể về kỹ thuật công trình phục vụ nuôi trồng thủy sản chung cho các vùng

sinh thái nước ngọt, nước lợ và vùng sinh thái mặn ven biển. Đề tài cũng đã đề

xuất giải pháp thoát nước, còn vấn đề xử lý thì chưa đề cập tới.

Đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tiên tiến, phù hợp xử lý suy thoái

môi trường nước nhằm sử dụng bền vững tài nguyên cho các vùng nuôi tôm

các tỉnh ven biển Bắc bộ và vùng nuôi cá tra ở đồng bằng sông Cửu Long”,

KC08.26/11-15 do Viện môi trường nông nghiệp thực hiện [32]. Nội dung

nghiên cứu liên quan mà Đề tài đã thực hiện là “Nghiên cứu công nghệ xử lý

nước cấp, nước thải (ngọt, lợ) bằng cỏ cây và chế phẩm vi sinh”, thí nghiệm

tiến hành tại Viện Môi trường nông nghiệp. Các kết quả có liên quan của đề

này là:

- Đã xây dựng được 04 bộ hồ sơ thiết kế sơ bộ hệ thống thủy lợi phục vụ

nuôi tôm ven biển Bắc bộ và nuôi cá tra vùng ĐBSCL;

- Lựa chọn được giải pháp khoa học và công nghệ phục vụ công nghệ

22

nuôi tuần hoàn nước, cho vùng ven biển Bắc Bộ và đồng bằng sông

Cửu Long.

- Để xử lý nước thải cần có ao chứa và áp dụng công nghệ sinh thái sử

dụng một số loài thực vật như bèo tây, sậy, hay thuỷ trúc cho các vùng

nước ngọt và rong đuôi chó cho các vùng nước lợ.

Gần đây là đề tài cấp Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn “Nghiên

cứu đề xuất giải pháp, công nghệ xử lý và cấp thoát nước (mặn, ngọt) chủ động

cho các khu nuôi tôm thẻ chân trắng tập trung vùng ven biển Bắc Trung Bộ”;

Viện nước, tưới tiêu và môi trường thực hiện giai đoạn 2015 – 2017 [33]. Trên

cơ sở kết quả khảo sát, đánh giá các mô hình đang áp dụng, đã đề xuất: (i) giải

pháp, công nghệ cấp, thoát nước; (ii) giải pháp, công nghệ trong xử lý nước cho

các vùng nuôi tôm thẻ chân trắng tập trung; và (iii) thiết kế mẫu (thiết kế cơ sở)

mô hình cấp, thoát và xử lý nước cho khu nuôi tôm thẻ chân trắng quy mô từ

1ha trở lên trên cát và vùng triều vùng ven biển Bắc Trung Bộ.

Có thể thấy tại Việt Nam, đã có nhiều nghiên cứu để xử lý các hợp chất

hữu cơ, ni tơ và phốt pho, xong hầu hết mới chỉ ở khía cạnh khoa học hàn lâm.

Mặc dù các nghiên cứu đó đã thành công về mặt công nghệ xử lý nước xong

mới chỉ dừng lại ở môi trường nước ngọt, tải thể tích với nitơ đạt khoảng 1 đến

1,3 kg N/m3.ngày [12] [34]. Với nước mặn vấn đề là hoàn toàn khác và cần

đánh giá được ảnh hưởng của yếu tố độ mặn đến quá trình loại bỏ hữu cơ và

các hợp chất của nitơ. Một số nghiên cứu về vấn đề này cho thấy hiệu quả xử

lý nitơ tổng giảm đáng kể khi nước đầu vào là nước mặn, tải thể tích với nitơ

đạt khoảng 0,1 đến 0,14 kg N/m3.ngày [29], giảm khoảng 10 lần so với trong

môi trường nước ngọt.

1.2.4. Xử lý bằng quá trình vi sinh bám dính trên vật liệu mang cố định

Nước thải nuôi tôm STC có hàm lượng các chất ô nhiễm thuộc dạng thấp

(so với các loại nước thải cùng tính chất) với COD khoảng dưới 100, amoni

23

khoảng 5 đến 20 (xét theo quan điểm xử lý nước thải thải động vật nói chung)

thì để đảm bảo được chất lượng nước sau xử lý thì các yếu tố cần thiết là : (1)

phải tăng mật độ và hoạt tính vi sinh ; và (2) kiểm soát được sinh khối trong hệ

thống xử lý. Để lưu giữ và kiểm soát mật độ vi sinh, các giải pháp kỹ thuật khả

thi hiện nay là : (1) sử dụng các chủng vi sinh phù hợp với nhu cầu xử lý, cạnh

tranh được với các vi sinh trong môi trường tự nhiên ; (2) sử dụng vật liệu mang

để vi sinh bám dính và sinh trưởng trên vật liệu – quá trình màng sinh học

(biofilm) ; và (3) sử dụng quá trình lọc màng để giữ vi sinh (quá trình này còn

được gọi là sinh học màng MBR- Membrane Bioreactor).

1.2.4.1 Nguyên lý của phương pháp

Hình 1. 4. Cấu tạo màng vi sinh vật

Khi sử dụng các vật liệu mang để vi khuẩn bám dính lên ta có kĩ thuật vi

khuẩn cố định, hay vi khuẩn bám dính. Trong kĩ thuật này vật liệu mang đóng

vai trò rất quan trọng. Nó vừa là chỗ để vi khuẩn bám, vừa là phương tiện để

tăng cường tiếp xúc lỏng (nước thải)/ rắn (màng vi khuẩn), và cả khí trong

trường hợp phản ứng hiếu khí. Như vậy vật liệu phải có độ thông thoáng tốt (%

thể tích rỗng), phải có bề mặt riêng lớn (m2/m3) để tạo tiếp xúc tốt tối đa, phải

bền cơ-lí-hoá-vi sinh và có giá thành chấp nhận được. Do vi khuẩn thực hiện

24

quá trình xử lí được cố định trên bề mặt vật liệu dưới dạng màng mỏng nên ta

còn gọi là kĩ thuật màng vi sinh, ta cũng còn gọi là kĩ thuật lọc sinh học [35].

Màng sinh học gồm 4 lớp:

+ Lớp ngoài cùng lớp là lớp hiếu khí, rất dễ thấy loại trực khuẩn Bacillus.

+ Lớp trung gian là các vi khuẩn tùy tiện, như Pseudomonas, Alcaligenes,

Flavobacterium, Micrococus và cả Bacillus.

+ Lớp sâu bên trong màng là kị khí, thấy có vi khuẩn kị khí khử lưu huỳnh

và khử nitrat Desulfovibrio.

+ Phía dưới cùng của màng là lớp quần thể vi sinh vật với sự có mặt của

động vật nguyên sinh và một số sinh vật khác. Các loài này ăn vi sinh vật và sử

dụng một phần màng sinh học để làm thức ăn tạo thành các lỗ nhỏ của màng

trên bề mặt chất mang. Quần thể vi sinh vật của màng sinh học có tác dụng như

bùn hoạt tính.

Nhìn chung ở vùng trên cùng của vật liệu lọc có sinh khối nhiều nhất và

màng lọc cũng là dày nhất, ở vùng giữa ít hơn và vùng dưới nữa là ít nhất. Màng

vi sinh vật sẽ tăng dần lên và dày thêm, các tế bào bên trong màng ít tiếp xúc

với cơ chất và ít nhận được oxi phải chuyển sang phân hủy kị khí [36].

Màng sinh học có thể oxi hóa được tất cả các hợp chất hữu cơ dễ phân

hủy có trong nước thải. Màng này dần dần bịt các khe giữa các vật liệu lọc giữ

lại các tạp chất, các thành phần sinh học có trong nước làm cho vận tốc nước

qua lọc chậm dần và hệ xử lý làm việc có hiệu quả hơn. Nó hấp phụ giữ lại các

vi khuẩn cũng như các tạp chất hóa học. Nó oxi hóa các chất hữu cơ có trong

nước và nước được dần dần làm sạch. Nếu lớp màng quá dày ta có thể dùng

nước rửa, sục nước để loại bỏ màng và nước sẽ chảy nhanh hơn, hiệu quả của

hệ lọc có giảm nhưng dần dần lại được hồi phục. Vận tốc lọc tốt nhất là vào

khoảng 11000 m3/0,4 ha. ngày. Hiệu quả của hệ lọc chậm có thể giữ được tới

25

99% vi khuẩn có trong nước. Cơ chế hoạt động có thể chia thành các giai đoạn

như sau:

Quá trình tiêu thụ cơ chất làm sạch nước

Lớp màng vi sinh vật phát triển trên bề mặt vật liệu đệm tiêu thụ cơ chất

như chất hữu cơ, oxi, nguyên tố vết…từ nước thải tiếp xúc với màng cho hoạt

động của mình. Quá trình tiêu thụ cơ chất như sau: Đầu tiên cơ chất từ chất

lỏng tiếp xúc với bề mặt màng sau đó chuyển vận vào màng sinh học theo cơ

chế khuếch tán phân tử. Trong màng sinh học diễn ra quá trình tiêu thụ cơ chất

và quá trình trao đổi chất của vi sinh vật trong màng. Đối với những loại cơ

chất ở chất rắn dạng lơ lủng có phân tử khối lớn không thể khuếch tán vào màng

được chúng sẽ phân hủy thành dạng phân tử khối nhỏ hơn tại bề mặt màng sau

đó mới tiếp tục quá trình vận chuyển và tiêu thụ trong màng sinh học giống như

trên. Sản phẩm cuối cùng của quá trình trao đổi được vận chuyển ra khỏi màng

vào trong chất lỏng. Qúa trình vận chuyển được mô tả bởi công thức sau:

Chất hữu cơ + oxi + vi lượng → sinh khối của vi sinh vật + sản phẩm cuối

Khi một trong những thành phần cần thiết cho vi sinh vật tiêu thụ bị

thiếu, những phản ứng sinh học sẽ xảy ra không đều. Nếu một trong những cơ

chất bị hết ở một trong những chiều sâu nào đó của màng vi sinh vật, tại đó

những phản ứng sinh học có liên quan đến cơ chất này sẽ không xảy ra và cơ

chất này được gọi là cơ chất quá trình. Các nguyên tố vết như nito, photpho, và

kim loại vi lượng nếu không có đủ trong nước thải theo tỉ lệ phản ứng sinh học

sẽ trở thành yếu tố giới hạn trong màng sinh học.

Quá trình sinh trưởng, phát triển và suy thoái của màng vi sinh vật

Quy luật chung trong sự phát triển của màng vi sinh vật bởi quá trình

tiêu thụ cơ chất có trong nước thải và làm sạch nước thải như sau: Quá trình vi

sinh vật phát triển bám dính trên bề mặt đệm được chia làm 3 giai đoạn

26

Giai đoạn thứ nhất, khi màng vi sinh vật còn mỏng và chưa bao phủ hết

bề mặt rắn. Trong điều kiện này tất cả vi sinh vật phát triển như nhau, cùng điều

kiện, sự phát triển giống như quá trình vi sinh vật lơ lửng.

Giai đoạn thứ hai độ dày màng trở lên lớn hơn bề dày hiệu quả. Trong

giai đoạn thứ hai tốc độ phát triển là hằng số, bởi vì bề dày lớp màng hiệu quả

không thay đổi bất chấp sự thay đổi của toàn bộ lớp màng, và tổng lượng vi

sinh đang phát triển cung không thay đổi trong trong suốt quá trình này. Lượng

cơ chất tiêu thụ chỉ dùng để duy trì sự trao đổi chất của vi sinh vật, và không

có sự gia tăng của sinh khối.

Trong giai đoạn thứ ba bề dày của lớp màng trở nên ổn định, khi đó tốc

độ phát triển màng cân bằng với tốc độ suy giảm bởi sự phân hủy nội bào, phân

hủy theo dây chuyền thực phẩm hoặc bị rửa trôi bởi lực cắt dòng chảy. Trong

quá trình phát triển của màng vi sinh vật phát triển cả về số lượng và chủng loại

[35].

1.2.4.2. Ưu nhược điểm của phương pháp

a. Ưu điểm:

Những ưu điểm chính của quy trình lọc sinh học hiếu khí (BAF) bao gồm

[12]:

- (1) yêu cầu diện tích tương đối nhỏ.

- (2) khả năng xử lý hiệu quả nước thải loãng.

- (3) không bị các vấn đề liên quan đến đặc tính lắng bùn.

- (4) vận hành đơn giản.

- và (5) ít bị ảnh hưởng của thời tiết và nhân viên vận hành. Ngoài ra,

nhiều quá trình lọc chất rắn diễn ra nên chất lượng nước sau xử lý cao.

b. Nhược điểm:

Những nhược điểm của chúng bao gồm [12]:

27

- (1) hệ thống phức tạp hơn về bảo trì các thiết bị đo đạc và kiểm soát.

- (2) hạn chế về kinh tế khi áp dụng cho các cơ sở quy mô lớn hơn.

- (3) nói chung là chi phí vốn cao hơn trừ khi quỹ đất hạn chế hoặc không

có sẵn.

- và (4) dễ bị ảnh hưởng khi nước thải đầu vào nhiều chất rắn. Thiết kế

và chi phí của quy trình BAF và FBBR bị tác động trực tiếp bởi lưu

lượng thủy lực. Cân bằng dòng chảy cần được xem xét đối với dòng

chảy đỉnh thủy lực cao do các hiện tượng thời tiết ẩm ướt.

28

CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG

PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

- Đối tượng nghiên cứu

Nước thải nuôi tôm siêu thâm canh và hệ xử lý nước thải bằng quá trình

vi sinh hiếu khí bám dính trên vật liệu mang cố định.

- Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu ảnh hưởng của độ mặn và tải lượng amoni đầu vào đến hiệu

quả quá trình nitrat hóa. Thực nghiệm được tiến hành trong phòng thí nghiệm.

2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.2.1. Phương pháp nghiên cứu tổng thể

Để đạt được 2 mục tiêu nghiên cứu của đề tài, thực nghiệm được tiến hành

theo các công đoạn sau:

- Chế tạo hệ thí nghiệm.

- Nuôi cấy vi sinh.

- Tăng dần độ mặn ở các mức 10, 20 và 30‰.

- Tại mỗi độ mặn sẽ tiến hành với mức tài lượng amoni tăng dần từ 0,014;

0,028; 0,049 và 0,07 (nồng độ amoni tính theo nitơ là 5, 10, 17,5 và 25

mg/l; lưu lượng bơm cấp nước 0,816 lít/giờ).

- Định kỳ lấy mẫu để phân tích các chỉ tiêu amoni (NH4+), nitrit (NO2

-)

và nitrat (NO3-); các thông số pH, DO, TDS được xác định bằng phương

pháp đo nhanh.

2.2.2. Hệ thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của độ muối

Hệ thí nghiệm được xây dựng theo sơ đồ Hình 2.1. Cột thí nghiệm được

chế tạo từ bằng ống nhựa PVC, chiều cao H = 1,5 m, đường kính trong d = 15,4

cm. Vật liệu mang vi sinh là sỏi nhẹ keramzit kích thước 8 đến 16 mm của

29

Công ty Vinatap Việt Nam, thể tích vật liệu mang 7 lít. Chủng vi khuẩn được

cung cấp bởi Viện Vi sinh vật và Công nghệ sinh học – Đại học Quốc gia Hà

Nội.

Hình 2. 1. Sơ đồ hệ thí nghiệm xử lý amoni bằng quá trình vi sinh hiếu khí

bám dính trên vật liệu mang cố định

Không khí được cấp vào bằng máy thổi khí theo chiều từ dưới lên, DO

trong suốt quá trình được duy trì ở mức trên 5 mg/l. Nước đưa vào theo chiều

từ trên xuống với lưu lượng 0,816 lít/giờ, nước sau xử lý được lắng để giữ bùn

vi sinh trước khi thải ra ngoài.

2.2.3. Hệ thí nghiệm xử lý tuần hoàn nước nuôi tôm

Tôm sau post được lấy từ trang trại nuôi tôm thẻ chân trắng STC, mật độ

thả trong bồn nuôi là 200 con/m3. Nước trong bồn nuôi được hút ra để xử lý

theo trình tự như Hình 2.2; hàng ngày theo dõi các giá trị pH, DO; mỗi 3 ngày

tiến hành lấy mẫu để phân tích các thông số NH4+, NO2

-, NO3- và hữu cơ. Trên

30

cơ sở số liệu thu được sẽ điều chỉnh lưu lượng nước cần xử lý nếu nồng độ các

thông số vượt mức cho phép.

Hình 2. 2. Sơ đồ hệ thí nghiệm xử lý amoni bằng quá trình vi sinh hiếu khí

bám dính trên vật liệu mang cố định

2.2.3. Nuôi cấy vi sinh

Vi sinh được cho thích nghi và phát triển bằng nước thải giả (pha bằng

muối, đường glucozơ và amoni clorua), hàm lượng các chất tính cho 1 lít nước

thải được nêu trong Bảng 2.1.

Định kỳ 3 ngày lấy mẫu 1 lần để xác định các thông số pH, amoni, nitrit

và nitrat. Khi kết quả đo nồng độ các thông số nitơ ổn định trong 2 đến 3 lần

đo liên tiếp thì tiến hành nâng mức tải lượng amoni đầu vào bằng cách tăng

nồng độ amoni lên các mức 10, 17,5 và 25 mg/l. Sau mỗi dải tải lượng amoni

sẽ tiến hành nâng độ mặn từ 10.000 mg/l lên mức 30.000 mg/l.

31

Bảng 2. 1. Hàm lượng các chất để pha nước thải

TT Tên hóa chất Đơn vị tính Khối lượng

1. NaCl mg/l 10.000 – 30.000

2. Glucose mg/l 93,75

3. NH4Cl mg/l 14,86 – 73,30

4. NaH2PO4 mg/l 3,78

5. NaHCO3 mg/l 82,62

2.2.4. Thiết bị và phương pháp phân tích

Các phương pháp phân tích được lựa chọn theo Standard Methods for

Examonation of Water and Wasterwater (SMEWW) [37]. Ngoài ra, trong quá

trình thực nghiệm có sử dụng phương pháp Testkit của HACH để xác định các

thông số amoni, nitrit và nitrat.

Các thông số, phương pháp và thiết bị phân tích được tổng hợp trong bảng

sau:

Bảng 2. 2. Thông số và phương pháp phân tích

Stt Thông số phân tích Phương pháp phân tích Thiết bị

1. pH SMEWW 4500-H+ B HI 9811-5, Hana

2. DO SMEWW 4500-O G EUTECH DO 450,

Thermo Scientific

3. TDS SMEWW 2520 B HI 9811-5, Hana

4. Amoni - SMEWW 4500-NH3 F

32

Stt Thông số phân tích Phương pháp phân tích Thiết bị

- HACH, Method 10023

(khoảng xác định 0 – 2,5

mg/l).

- HACH, Method 10031

(khoảng xác định 0 – 50

mg/l).

Máy so màu DR3900,

HACH

5. Nitrit - SMEWW 4500-NO2- B

- HACH, Method 8153

(khoảng xác định 0 – 150

mg/l).

- HACH, Method 8507

(khoảng xác định 0,005 –

0,35 mg/l).

6. Nitrat - SMEWW 4500-NO3- B

- HACH, Method 8039

(khoảng xác định 0 – 30

mg/l).

2.5. Phương pháp xử lý và phân tích số liệu

Kết quả thí nghiệm được xử lý qua phần mềm Excel trên máy tính như

tính giá trị trung bình, tỷ lệ %. Các bước tính toán và vẽ đồ thị được thực hiện

trên phần mềm Excel.

33

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Kết quả thí nghiệm ở độ mặn 10‰

Hình 3. 1. Nồng độ amoni trong nước thải đầu ra ở độ mặn 10 ‰

Hình 3. 2. Nồng độ nitrit trong nước thải đầu ra ở độ mặn 10 ‰.

34

Hình 3. 3. Nồng độ nitrat trong nước thải đầu ra ở độ mặn 10 ‰.

Hình 3. 4. Nồng độ amoni, nitrit và nitrat trong nước sau xử lý ở các mức tải

lượng tại độ mặn 10 ‰.

35

Kết quả thử nghiệm ở các mức tải lượng amoni đầu vào 0,014; 0,028;

0,049 và 0,07 kgN/m3/ngày (nồng độ amoni đầu vào tương ứng là 5, 10, 17,5

và 25 mgN/l) với độ mặn 10‰ được thể hiện ở các Hình 3.1; 3.2; 3.3 và 3.4.

Theo đó, ở các mức tải lượng thí nghiệm 0,014; 0,028; 0,049 và 0,07

kgN/m3/ngày thì:

- Hiệu suất nitrat hóa đạt rất cao, khoảng 99,9%, nồng độ amoni trong

nước sau xử lý lần lượt là < 0,01; <0,01; 0,01 – 0,02 và 0,01 – 0,02

mgN/l.

- Với nồng độ amoni đầu vào là 5 mgN/L và 10 mgN/l thì nồng độ amoni

trong nước sau xử lý là < 0,01 mgN/l; nồng độ nitrit đều dưới giới hạn

phát hiện (< 0,005 mgN/l); nồng độ nitrat ở cuối giai đoạn đạt tương

ứng khoảng 4,5 - 4,6 mgN/l và 8,3 – 8,8 mgN/l.

- Ở nồng độ amoni đầu vào cao hơn, 17,5 mgN/L và 25 mgN/l thì nồng

độ amoni trong nước sau xử lý khoảng 0,01 – 0,02 mgN/l; nồng độ nitrit

khoảng 0,01 mgN/l; nồng độ nitrat đạt 14,8 – 16,2 mgN/l ở nồng độ

amoni đầu vào 17,5 mgN/l và 20,8 – 21,6 mgN/l.

- Tổng hợp kết quả thí nghiệm ở độ mặn 10‰ được thể hiện trên Hình

3.4. Theo đó, nồng độ nitrat trong nước sau xử lý tăng dần theo nồng

độ amoni đưa vào và thời gian xử lý. Nguyên nhân của việc nitrit và

nitrat tăng ở đầu mỗi giai đoạn nhưng sau đó nitrit giảm và nitrat tăng

có thể do trong quá trình nitrat hóa, 80% năng lượng (giải phóng từ quá

trình oxy hóa amoni thành nitrit) được sử dụng để tạo thành CO2,

khoảng 2 – 11% được sử dụng cho quá trình tổng hợp sinh khối, điều

này giải thích cho lý do vì sao hiệu suất tạo sinh khối của quá trình nitrat

hóa nhỏ. Hiệu suất sinh khối tối đa của vi khuẩn nitrat hóa khoảng 0,1

– 0,15 g/g NH4+-N [12].

36

3.2. Kết quả thí nghiệm ở độ mặn 20‰

Hình 3. 5. Nồng độ amoni trong nước thải đầu ra ở độ mặn 20 ‰.

Hình 3. 6. Nồng độ nitrit trong nước thải đầu ra ở độ mặn 20 ‰.

37

Hình 3. 7. Nồng độ nitrat trong nước thải đầu ra ở độ mặn 20 ‰.

Hình 3. 8. Nồng độ amoni, nitrit, nitrat - nước thải đầu ra - độ mặn 20 ‰.

38

Kết quả thử nghiệm ở các mức tải lượng amoni đầu vào 0,014; 0,028;

0,049 và 0,07 kgN/m3/ngày (nồng độ amoni đầu vào tương ứng là 5, 10, 17,5

và 25 mgN/l) với độ mặn 20‰ được thể hiện ở các Hình 3.5; 3.6; 3.7 và 3.8.

Theo đó, ở độ mặn 20‰ và với các mức tải lượng thí nghiệm 0,014; 0,028;

0,049 và 0,07 kgN/m3/ngày kết quả đạt được như sau:

- Hiệu suất chuyển hóa amoni cũng đạt rất cao, từ 99,5 đến 99,9%, nồng

độ amoni trong nước sau xử lý lần lượt là < 0,01 – 0,02; 0,01 – 0,02;

0,01 – 0,05 và 0,11 – 0,15 mgN/l. Hiệu suất có giảm đôi chút so với ở

độ muối 10, giảm tối đa 0,5% ở tải lượng 1,68 kg/m3/ngày (tương ứng

với nồng độ amoni trong nước đầu vào là 25 mgN/l).

- Cùng giống như ở độ mặn 10‰, nồng độ nitrit trong nước sau xử lý ở

mức tải lượng 0,34 và 0,67 (tương ứng với amoni trong nước đầu vào

là 5 và 10 mgN/l) thì nồng độ nitrit trong nước sau xử lý cũng dưới giới

hạn phát hiện (<0,005 mgN/l). Ở mức tài lượng đầu vào cao hơn là 1,18

và 1,67 kg/m3/ngày (tương ứng với amoni trong nước đầu vào là 17,5

và 25 mgN/l) thì nồng độ nitrit trong nước sau xử lý tương ứng là 0,010

– 0,080 mgN/l và 0,13 – 0,19 mgN/l. So với ở độ mặn 10‰ thì nồng độ

nitrit trong nước sau xử lý tăng lên đáng kể (tối đa 0,020 ở độ mặn

10‰). Tuy nhiên, so với yêu cầu về chất lượng nước cấp cho ao nuôi

tôm (<0,3 mg/l - 45/2010/TT-BNNPTNT và QCVN 02 -

19:2014/BNNPTNT) và nồng độ NO2 <0,35 mg/l (45/2010/TT-

BNNPTNT) thì mức nồng độ này vẫn đáp ứng được yêu cầu về chất

lượng nước cấp.

- Với nitrat, nồng độ nitrat cũng tăng đều theo nồng độ amoni đưa vào, ở

các mức nồng độ amoni đầu vào là 5, 10, 17,5 và 25 mgN/l thì nồng độ

nitrat trong nước sau xử lý đạt tương ứng là 3,9, 8,1, 15,3 và 20,4 mgN/l.

39

Tổng hợp kết quả thí nghiệm ở độ mặn 10‰ được thể hiện trên Hình 3.8.

Theo đó, mặc dù hiệu quả xử lý amoni giảm khi tải lượng amoni và độ mặn

tăng lên nhưng lượng amoni được xử lý vẫn đạt rất cao. So sánh kết quả với

một số nghiên cứu trước đây cho thấy, với nồng độ và tải lượng amoni tương

tự, tải lượng amoni được xử lý đạt từ 0,1 đến 0,13 kg /m3/ngày [12] [16].

3.3. Kết quả thí nghiệm ở độ mặn 30‰

Kết quả thử nghiệm ở các mức tải lượng amoni đầu vào 0,014; 0,028;

0,049 và 0,07 kg/m3/ngày (nồng độ amoni đầu vào tương ứng là 5, 10, 17,5 và

25 mgN/l) với độ mặn 30‰ được thể hiện ở các Hình 3.9; 3.10; 3.11 và 3.12.

Theo đó, ở độ mặn 30‰ và với các mức tải lượng thí nghiệm 0,014; 0,028;

0,049 và 0,07 kgN/m3/ngày kết quả đạt được như sau:

- Hiệu suất chuyển hóa amoni tuy có giảm so với ở độ mặn 20 và 10‰

xong vẫn đạt rất cao, từ 97,5% đến 99,4%, với nồng độ amoni đầu vào

tương ứng là 5, 10, 17,5 và 25 mgN/l thì nồng độ amoni trong nước sau

xử lý tối đa lần lượt là 0,05; 0,16; 0,48 và 0,76 mgN/l.

Hình 3. 9. Nồng độ amoni trong nước thải đầu ra ở độ mặn 30 ‰.

40

Hình 3. 10. Nồng độ nitrit trong nước thải đầu ra ở độ mặn 30 ‰.

Hình 3. 11. Nồng độ nitrat trong nước thải đầu ra ở độ mặn 30 ‰.

41

- So với ở độ mặn 20‰ hiệu suất có giảm đôi chút so với ở độ muối 30‰,

giảm tối đa 2% ở tải lượng 0,049 và 0,07 kgN/m3/ngày (tương ứng với

nồng độ amoni trong nước đầu vào là 17,5 và 25 mgN/l).

- So với ở độ mặn 10‰ thì hiệu suất giảm ở độ mặn 30‰ giảm tối đa là

2,7 và 3% ở tải lượng 0,049 và 0,07 kgN/m3/ngày (tương ứng với nồng

độ amoni trong nước đầu vào là 17,5 và 25 mgN/l)

Hình 3. 12. Nồng độ amoni, nitrit, nitrat - nước thải đầu ra - độ mặn 30 ‰.

- Cùng giống như ở độ mặn 10 và 20‰, nồng độ nitrit trong nước sau xử

lý ở mức tải lượng 0,014 và 0,028 (tương ứng với amoni trong nước

đầu vào là 5 và 10 mgN/l) thì nồng độ nitrit trong nước sau xử lý cũng

dưới giới hạn phát hiện (<0,005 mgN/l). Ở mức tài lượng đầu vào cao

hơn là 0,049 và 0,07 kg/m3/ngày (tương ứng với amoni trong nước đầu

vào là 17,5 và 25 mgN/l) thì nồng độ nitrit trong nước sau xử lý tối đa

42

tương ứng là 0,023 mgN/l và 0,036 mgN/l. So với ở độ mặn 10‰ thì

nồng độ nitrit trong nước sau xử lý tăng đáng kể (tối đa 0,020 ở độ mặn

10‰ và 0,036 mgN/l ở độ mặn 30‰). Tuy nhiên, nồng độ nitrit là giảm

so với ở độ mặn 20‰ (tối đa 0,23 ở độ mặn 20‰ và 0,036 mgN/l ở độ

mặn 30‰). So với yêu cầu về chất lượng nước cấp cho ao nuôi tôm

(<0,3 mg/l - 45/2010/TT-BNNPTNT và QCVN 02 -

19:2014/BNNPTNT) và nồng độ NO2 <0,35 mg/l (45/2010/TT-

BNNPTNT) thì mức ở mức tải lượng 0,07 kgN/m3/ngày nồng độ nitrit

trong khoảng tải lượng và độ mặn thí nghiệm đều đạt yêu cầu về chất

lượng nước cấp.

- Với nitrat, nồng độ nitrat cũng tăng đều theo nồng độ amoni đưa vào, ở

các mức nồng độ amoni đầu vào là 5, 10, 17,5 và 25 mgN/l thì nồng độ

nitrat trong nước sau xử lý đạt cũng đạt mức tương đương như ở độ mặn

10 và 20‰.

3.4. Thảo luận chung

Nitơ là một chất dinh dưỡng thiết yếu cho tất cả các sinh vật, là một phần

của các phân tử quan trọng như protein, axit nucleic, adenosine phosphates,

pyridine nucleotide và sắc tố [6]. Tuy nhiên, trong nuôi tôm siêu thâm canh,

tôm đào thải nitơ thông qua việc đi tiểu và bài tiết, thức ăn thừa và phân hủy

tôm đã chết cũng góp phần gây ra chất thải nitơ trong các hệ thống nuôi trồng

thủy sản [6] [7]. Theo FAO (2015) [8], NH3 trong nước gây độc cho cá ở hàm

lượng trên 0,02 mg/l (trong nước NH3 tồn tại song song với NH4+, nồng độ của

chúng bị ảnh hưởng bởi giá trị pH – Hình 1.2). Do đó nồng độ amoni trong

nước cần duy trì ở mức thấp. Ở các mức tải lượng thí nghiệm là 0,014; 0,028;

0,049 và 0,07 kg/m3/ngày thì nồng độ amoni trong nước sau xử lý cao nhất tại

mức lượng 1,68 kg/m3/ngày (ứng với nồng độ amoni trong nước đầu vào 25

mg/l), tại các độ mặn thí nghiệm 10, 20 và 30‰ thì nồng độ amoni trong nước

sau xử lý tương ứng là 0,02, 0,16 và 0,76 mg/l. Theo FAO (2015) [8] thì tại giá

trị pH từ 8,5 hàm lượng khí amoniac (NH3) trong nước chiếm khoảng 10% so

43

với nồng độ ion amoni (NH4+) và đạt tối đa 0,076 mg(NH3)/l. Do đó, để hạn

chế sự hình thành NH3 trong nước thì cần tăng tối đa hiệu suất quá trình nitrat

hóa và duy trì pH khoảng 7,5, đây cũng là giá trị pH yêu cầu đối với nước nuôi

tôm.

Nitrite (NO2-) được hình thành ở bước trung gian trong quá trình nitrat hóa

và gây độc cho cá ở mức trên 2,0 mg/L [8]. Cả amoniac (NH3) và nitrit đều gây

độc cho tôm ở nồng độ thấp. Với tôm thẻ chân trắng, LC50 của NH3 là 24,39

mg/l (ở 96 giờ, pH 8,05, độ mặn 15 ppt, nhiệt độ 230C), LC50 của NO2 là 76,5

mg/l (ở 96 giờ, pH 8,02, độ mặn 12 ppt, nhiệt độ 180C) [9]. Yêu cầu đối với

nước nuôi tôm là nồng độ NO2 thấp hơn 0,35 mg/l. Do đó, quá trình nitrit và

nitrat hóa là rất quan trọng trong việc xử lý nước thải nuôi tôm, để amoni và

nitrit không tích tụ trong hệ thống tuần hoàn nước nông nghiệp. Nồng độ nitrit

ở tất cả các tải lượng và độ mặn thí nghiệm đều khá nhỏ, giá trị cao nhất đạt

được tại độ mặn 20‰ và tải lượng amoni 0,07 kg/m3/ngày là 0,23 mgN/l. Tuy

nhiên, tại độ mặn 30‰ thì nồng độ nitrit trong nước sau xử lý có xu hướng ổn

định hơn và dao động trong khoảng 0,009 đến 0,03 mg/l.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrat gồm: (i) Hàm lượng oxy hòa

tan – DO (Dissolved Oxygen), (ii) pH, (iii) chất độc, (iv) kim loại, (v) amonia

tự do và axit nitrơ HNO2, (vi) vi khuẩn oxi hóa amoni và độ mặn [38] [39] [40].

Các nghiên cứu cho thấy, khi nồng độ mặn tăng thì hoạt động của vi sinh vật

giảm và hiệu suất xử lý giảm. Với nồng độ mặn từ 3 tới 20 g/l, thời gian lưu

bùn từ 3 đến 20 ngày thì tải lượng hữu cơ đạt từ 0,5 đến 2 kg COD/kg VSS.ngày

[20]. Hiệu suất loại bỏ TOC giảm 35 và 37% ở nồng độ mặn 10 và 20 g/l, hiệu

suất xử lý BOD và nitrat hóa đều giảm [21]. Hoạt động của vi sinh giảm mạnh

khi tăng độ mặn, sinh khối phục hồi trong khoảng thời gian vài tuần trong các

bể phản ứng với có nồng độ mặn 10 và 20 g/L; Ở nồng độ mặn 30 g/l hiệu suất

loại bỏ BOD bị giảm khoảng 30%. Ở nồng độ mặn trong khoảng 35 đến 45 g/l

bùn không có xu hướng lắng [24], với nồng độ mặn 40 g/L hoạt động của vi

sinh vật hoàn toàn không phục hồi [25]. Kết quả thí nghiệm cũng cho thấy, ở

tất cả các mức tải lượng thì nồng độ nitrit sau xử lý đều khá thấp và có thể đáp

ứng được tiêu chuẩn nước nuôi tôm. Kết quả nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, có

44

thể sử dụng quá trình nitrat hóa với các mức tải lượng nêu trên để xử lý nước

thải từ hoạt động nuôi tôm siêu thâm canh nhằm mục đích tái sử dụng. Tuy

nhiên, cần không chế giá trị pH ở mức thích hợp cũng như cân bằng các khoáng

chất thiết yếu khác cho tôm phát triển bình thường.

Đối chiếu kết quả nghiên cứu thu được với các tiêu chuẩn về nước cấp cho

nuôi tôm thâm canh về giá trị các thông số pH, nồng độ NH3 (<0,3 mg/l -

45/2010/TT-BNNPTNT và QCVN 02 - 19:2014/BNNPTNT) và nồng độ NO2

<0,35 mg/l (45/2010/TT-BNNPTNT) ta thấy nước sau xử lý hoàn toàn có thể

được tái sử dụng làm nước cấp cho nuôi tôm. Tuy nhiên, các thông số khác liên

quan (độ kiềm, vi sinh, . . .) cần được đánh giá cụ thể hơn, vì quá trình nitrat

hóa amoni tiêu thụ độ kiềm, tỷ lệ khối lượng độ kiềm:amoni theo lý thuyết cần

là 7,6:1 [12]. Tuy nhiên, về khía cạnh vi sinh thì nước sau xử lý bằng quá trình

vi sinh bám dính dễ khử trùng hơn, với nước thải chưa xử lý thì lượng clo tiêu

tốn để khử trùng để đạt đến tổng vi khuẩn bằng 0 ở thời gian tiếp xúc 90 phút

là 20 mg/l, trong khi đó với nước thải đã xử lý thì lượng clo tiêu tốn là 15 mg/l

(giảm 20%) và thời gian tiếp xúc là 60 phút (giảm 33,3%) [5]. Mặt khác, theo

G. Tchobanoglous, et al, (2014) [12] thì khi khử trùng bằng các hợp chất chứa

clo, một lượng lớn clo hoạt tính sẽ phản ứng với amoni tạo thành các hợp chất

cloramin, để phản ứng hết với 1 mg amoni cần 7,6 mg Clo hoạt tính.

3.5. Kết quả thí nghiệm xử lý tuần hoàn nước nuôi tôm

Thí nghiệm được thực hiện với tôm thẻ chân trắng, tôm đưa về có đội tuổi

14 ngày, với mật độ 200 con/m3, thời gian thí nghiệm 46 ngày liên tục, độ mặn

của nước 11‰. Kết quả thử nghiệm xử lý được thể hiện trong hình 3.13; 3.14;

và 3.15.

Kết quả thí nghiệm cho thấy:

- nồng độ amoni và nitrat trong nước thải sau xử lý có sự tăng dần theo

thời gian nuôi tôm. Nồng độ amoni trong nước sau xử lý cao nhất đạt

1,12 mg/L ở ngày thứ 46 và thấp nhất đạt 0,08 mg/L tại ngày thứ 4 (thấp

hơn 14 lần so với ngày 46). Nồng độ nitrat có sự thay đổi từ 5,1 – 23

mg/L trong 46 ngày xử lý.

45

- Nồng độ nitrit trong nước sau xử lý đều khá thấp, dao động trong

khoảng 0,06 - 0,1 mgN/l và không có sự biến đổi nhiều theo thời gian.

Hình 3. 13. Diễn biến nồng độ amoni trong bể nuôi tôm siêu thâm canh

46

Hình 3. 14. Diễn biến nồng độ nitrat trong bể nuôi tôm siêu thâm canh

47

Hình 3. 15. Diễn biến nồng độ amoni, nitrat và nitrat trong bể nuôi tôm siêu

thâm canh

Kết quả nghiên cứu đạt cho thấy, quá trình vi sinh hiếu khí trên vật liệu

mang cố định hoàn toàn có thể được nghiên cứu phát triển để ứng dụng vào

trong thực tế để xử lý nước thải nuôi tôm siêu thâm canh nhằm mục đích xả

thải hoặc tái sử dụng.

48

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

Kết luận

Dựa vào kết quả thí nghiệm ta nhận thấy, sử dụng vi sinh vật bám dính

hay màng sinh học cố định (FBBR) là một một phương pháp hiệu quả để xử lý

amoni trong nước thải có độ mặn cao.

Với nồng độ amoni đầu vào là 5, 10, 17,5 và 25 mgN/l, thời gian lưu nước

4,72 giờ thì hiệu suất nitrat hóa trung bình đạt được ở độ mặn 10 ‰ là 99,9 –

100%, ở độ mặn 20‰ là 99,5 – 99,8% và ở độ mặn 30‰ hiệu suất đạt được là

97,5 – 99,4%.

Với tải lượng amoni là 0,014; 0,028; 0,049 và 0,07 kg/m3/ngày (nồng độ

amoni trong nước đầu vào tương ứng là 5, 10, 17,5 và 25 mgN/l) thì hiệu suất

nitrat hóa trung bình đạt được ở độ mặn 10 ‰ là 99,9 – 100%, ở độ mặn 20‰

là 99,5 – 99,8% và ở độ mặn 30‰ hiệu suất đạt được là 97,5 – 99,4%. Ảnh

hưởng của độ mặn đến hiệu suất nitrat hóa là không nhiều.

Nồng độ nitrit có sự gia tăng theo mức tăng tải lượng đầu vào, ở các mức

tải lượng thí nghiệm thì nồng độ nitrit trong nước sau xử lý có sự gia tăng đáng

kể khi độ mặn tăng từ 10 đến 30‰, nồng độ nitrit trong nước sau xử lý tối đa

là 0,020 mg/l (độ mặn 10‰), 0,23 mg/l (độ mặn 20‰) và 0,36 (độ mặn 30‰).

Quá trình vi sinh hiếu khí bám dính trên vật liệu mang cố định có hiệu quả

cao trong việc xử lý amoni từ nước thải nuôi tôm siêu thâm canh cho mục đích

tái sử dụng hoặc xả thải.

Kiến nghị

Nghiên cứu này mới chỉ khai thác một khía cạnh là nitrat hóa amoni ở độ

mặn tương tự như độ mặn khi nuôi tôm siêu thâm canh. Để có thể ứng dụng

quá trình vi sinh hiếu khí bám dính trên vật liệu mang cố định một cách hiệu

quả cần xem xét đến khía cạnh xử lý các chất hữu cơ, khả năng loại bỏ vi khuẩn

Vibro. Ngoài ra, để có thể tái sử dụng thì các yếu tố vi lượng cũng cần được

quan tâm.

49

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] “Tổng quan ngành thủy sản Việt Nam,” Hiệp hội chế biến và xuất khẩu

thủy sản Việt Nam, Số 7 đường Nguyễn Quý Cảnh, Phường An Phú,

Quận 2, Tp. Hồ Chí Minh, Oct. 28, 2019.

[2] “Tình hình nuôi tôm và cá tra 3 tháng đầu năm,” Tổng cục thủy sản, Số

10 Nguyễn Công Hoan, Ba Đình, Hà Nội, Mar. 31, 2019.

[3] “Báo cáo ngành thủy sản,” Công ty CP chứng khoán Nhất Việt, May 30,

2018.

[4] “Giải pháp phát triển bền vững ngành tôm,” Tổng cục thủy sản, Số 10

Nguyễn Công Hoan, Ba Đình, Hà Nội, May 10, 2018.

[5] Trần Mạnh Hải và cs, “Một số kết quả bước đầu trong xử lý nước thải

nuôi tôm siêu thâm canh,” Tạp Chí Khoa Học Kỹ Thuật Thủ Lợi Và Môi

Trường, vol. 71, pp. 124–131, 2020.

[6] D. S. Hagopian and J. G. Riley, “A closer look at the bacteriology of

nitrification,” Aquac. Eng., vol. 18, no. 4, pp. 223–244, Oct. 1998, doi:

10.1016/S0144-8609(98)00032-6.

[7] S. J. Cripps and A. Bergheim, “Solids management and removal for

intensive land-based aquaculture production systems,” Aquac. Eng., vol.

22, no. 1–2, pp. 33–56, May 2000, doi: 10.1016/S0144-8609(00)00031-5.

[8] Jacob Bregnballe, “A Guide to Recirculation Aquaculture.” FAO and

EUROFISH International Organisation, 2015.

[9] Christopher N. Lyles, “Shrimp Production and Biological Treatment of

Shrimp Wastewater in the United States,” in New Horizons in

Biotechnology, Asiatech, 2018.

[10] J. C. Crittenden, R. R. Trussell, D. W. Hand, K. J. Howe, and G.

Tchobanoglous, MWH’s Water Treatment: Principles and Design.

Hoboken, NJ, USA: John Wiley & Sons, Inc., 2012.

[11] 10 States Standards - Recommended Standards for Wastewater Facilities,

2014th ed. Health Research, Inc., Health Education Services Division,

2014.

50

[12] G. Tchobanoglous et al., Eds., Wastewater engineering: treatment and

resource recovery, Fifth edition. New York, NY: McGraw-Hill

Education, 2014.

[13] H. Yu, G. Gu, and L. Song, “Posttreatment of Effluent from Coke-Plant

Wastewater Treatment System in Sequencing Batch Reactors,” J.

Environ. Eng., vol. 123, no. 3, pp. 305–308, Mar. 1997, doi:

10.1061/(ASCE)0733-9372(1997)123:3(305).

[14] D. M. Shiskowski and D. S. Mavinic, “Biological treatment of a high

ammonia leachate: influence of external carbon during initial startup,”

Water Res., vol. 32, no. 8, pp. 2533–2541, Aug. 1998, doi:

10.1016/S0043-1354(97)00465-X.

[15] G. Zhu, Y. Peng, S. Wang, S. Wu, and B. Ma, “Effect of influent flow

rate distribution on the performance of step-feed biological nitrogen

removal process,” Chem. Eng. J., vol. 131, no. 1–3, pp. 319–328, Jul.

2007, doi: 10.1016/j.cej.2006.12.023.

[16] B. Reid and C. R. Arnold, “The Intensive Culture of the Penaeid Shrimp

Penaeus vannamei Boone in a Recirculating Raceway System,” J. World

Aquac. Soc., vol. 23, no. 2, pp. 146–153, Jun. 1992, doi: 10.1111/j.1749-

7345.1992.tb00763.x.

[17] Jiang Min, Liu Liping, Dai Xilin, Yu Gending, Qu Rui, Li Shikai, James

S. Diana, “Development of Indoor Recirculating Culture Systems for

Intensive Shrimp Production in China,” Tech. Rep. Investig. 2009–2011,

pp. 60–81.

[18] G. Suantika et al., “Application of Indoor Recirculation Aquaculture

System for White Shrimp (Litopenaeus vannamei) Growout Super-

Intensive Culture at Low Salinity Condition,” J. Aquac. Res. Dev., vol.

09, no. 04, 2018, doi: 10.4172/2155-9546.1000530.

[19] D. E. Brune, G. Schwartz, A. G. Eversole, J. A. Collier, and T. E.

Schwedler, “Intensification of pond aquaculture and high rate

photosynthetic systems,” Aquac. Eng., vol. 28, no. 1–2, pp. 65–86, Jun.

2003, doi: 10.1016/S0144-8609(03)00025-6.

51

[20] “Effects of high sodium chloride concentrations on activated sludge

treatment,” Water Sci. Technol., vol. 31, no. 9, 1995, doi: 10.1016/0273-

1223(95)00407-E.

[21] F. J. Ludzack and D. K. Noran, “Tolerance of high salinities by

conventional wastewater treatment processes,” J. - Water Pollut. Control

Fed., vol. 37, no. 10, pp. 1404–1416, Oct. 1965.

[22] N. E. Kinner and P. L. Bishop, “Closure to ‘ Treatment of Saline

Domestic Wastewater Using RBC’s ’ by Nancy E. Kinner and Paul L.

Bishop (August, 1982),” J. Environ. Eng., vol. 109, no. 4, pp. 984–984,

Aug. 1983, doi: 10.1061/(ASCE)0733-9372(1983)109:4(984).

[23] J.-L. Wang, X.-M. Zhan, Y.-C. Feng, and Y. Qian, “Effect of salinity

variations on the performance of activated sludge system,” Biomed.

Environ. Sci. BES, vol. 18, no. 1, pp. 5–8, Feb. 2005.

[24] F. Kargi and A. R. Dincer, “Effect of salt concentration on biological

treatment of saline wastewater by fed-batch operation,” Enzyme Microb.

Technol., vol. 19, no. 7, pp. 529–537, Nov. 1996, doi: 10.1016/S0141-

0229(96)00070-1.

[25] M. Linarić, M. Markić, and L. Sipos, “High salinity wastewater

treatment,” Water Sci. Technol., vol. 68, no. 6, pp. 1400–1405, Sep.

2013, doi: 10.2166/wst.2013.376.

[26] Lê Thị Riêng, “Nghiên cứu diễn biến môi trường nước do hoạt động nuôi

tôm ở tỉnh Bạc Liêu, Cà Mau ảnh hưởng tới môi trường và đề xuất các

biện pháp khắc phục.” Viện Khoa học thủy lợi miền Nam, 2004.

[27] Đặng Đình Kim, “Nghiên cứu xử lý bùn đáy ao nuôi tôm thâm canh.”

Viện nghiên cứu NTTT I, 2006.

[28] Phạm Hùng Thắng, “Nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống đồng bộ các

thiết bị phục vụ nuôi tôm thương phẩm thâm canh quy mô trang trại.”

Đại học Thủy sản, 2007.

[29] Nguyễn Văn Hà, “Nghiên cứu xây dựng quy trình và chế tạo thiết bị xử

lý nước thải để tái sử dụng trong các trại sản xuất tôm giống.” Viện Công

nghệ môi trường, 2006.

52

[30] Phạm Hùng Thắng, “Hoàn thiện công nghệ chế tạo và quy trình sử dụng

hệ thống đồng bộ các thiết bị kỹ thuật phục vụ mô hình nuôi tôm thương

phẩm thâm canh quy mô trang trại.” Trường đai học Nha Trang, 2011.

[31] Hà Lương Thuần, “Nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật công trình thủy lợi

phục vụ nuôi trồng thủy sản tại các vùng sinh thái khác nhau.” Viện Khoa

học Thủy lợi Việt Nam, 2011.

[32] Nguyễn Hồng Sơn, “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ tiên tiến, phù hợp

xử lý suy thoái môi trường nước nhằm sử dụng bền vững tài nguyên cho

các vùng nuôi tôm các tỉnh ven biển Bắc bộ và vùng nuôi cá tra ở đồng

bằng sông Cửu Long.” Viện môi trường nông nghiệp, 2016.

[33] Hà Văn Thái, “Nghiên cứu đề xuất giải pháp, công nghệ xử lý và cấp

thoát nước (mặn, ngọt) chủ động cho các khu nuôi tôm thẻ chân trắng tập

trung vùng ven biển Bắc Trung Bộ.” Viên nước, tưới tiêu và môi trường,

2018.

[34] Nguyễn Hoài Châu, “Xây dựng công nghệ khả thi xử lý amoni và asen

trong nước sinh hoạt.” Viện Công nghệ môi trường, 2005.

[35] Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, Giáo trình công nghệ xử lý nước thải.

Nxb. Khoa học và Kỹ thuật, 2002.

[36] Nguyễn Văn Phước, Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp.

Nxb. Xây dựng, 2010.

[37] L. L. Bridgewater et al., Eds., Standard methods for the examination of

water and wastewater, 23rd edition. Washington, DC: American Public

Health Association, 2017.

[38] P. Antoniou et al., “Effect of temperature and ph on the effective

maximum specific growth rate of nitrifying bacteria,” Water Res., vol.

24, no. 1, pp. 97–101, Jan. 1990, doi: 10.1016/0043-1354(90)90070-M.

[39] “The sharon process: An innovative method for nitrogen removal from

ammonium-rich waste water,” Water Sci. Technol., vol. 37, no. 9, 1998,

doi: 10.1016/S0273-1223(98)00281-9.

[40] M. S. Moussa, Nitrification in Saline Industrial Wastewater, 0 ed. CRC

Press, 2014. doi: 10.1201/9781482283969.

53

PHỤ LỤC

Công trình công bố

(Bài báo đã được phản biện đồng ý, đang chờ chấp nhận đăng)