Nghiên cứu quá trình nitrat hóa và khử nitrat đồng thời xảy ra trong môi trường nước mặn bằng kỹ thuật màng vi sinh

- Nguyễn Thanh Hà HỌ VÀ TÊN TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Thanh Hà Nghiên cứu quá trình nitrat hóa và khử nitrat đồng thời xảy ra trong môi trường nước mặn bằng kỹ thuật màng vi sinh.
- LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG CHUYÊN NGÀNH Công nghệ môi trường NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS.
- Họ và tên tác giả luận văn: Nguyễn Thanh Hà TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN: “Nghiên cứu quá trình nitrat hóa và khử nitrat đồng thời xảy ra trong môi trường nước mặn bằng kỹ thuật màng vi sinh” Chuyên ngành : Công nghệ Môi trường LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Công nghệ môi trường NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : Tiến Sĩ Lê Văn Cát Hà Nội – Năm 2012 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài luận văn thạc sỹ khoa học: “Nghiên cứu quá trình nitrat hóa và khử nitrat đồng thời xảy ra trong môi trường nước mặn bằng kỹ thuật màng vi sinh.” là do tôi thực hiện với sự hướng dẫn của TS Lê Văn Cát.
- Nhu cầu sử dụng nước trong nuôi trồng thủy sản 3 Bảng 2.
- Chất lượng nước nuôi tôm ở huyện Ngọc Hiển 31 Bảng 7.
- Ảnh hưởng của nồng độ muối đến hiệu quả xử lý amoni của vi sinh khi nồng độ amoni ban đầu khoảng 7 mg/l - vật liệu mang k/thước: 1x1x1cm.
- Ảnh hưởng của nồng độ muối đến hiệu quả xử lý amoni của vi sinh khi nồng độ amoni ban đầu khoảng 7 mg/l - vật liệu mang k/thước: 2x2x2cm.
- Ảnh hưởng của nồng độ muối đến hiệu quả xử lý NO3- bằng vi sinh khi nồng độ amoni ban đầu khoảng 7 mg/l - vật liệu mang k/thước: 1x1x1cm.
- Hiệu suất khử nitrat của hệ với các độ muối khác nhau - thí nghiệm với vật liệu mang k/thước: 1x1x1cm.
- Ảnh hưởng của nồng độ muối đến hiệu quả xử lý NO3- bằng vi sinh khi nồng độ amoni ban đầu khoảng 7 mg/l - vật liệu mang k/thước: 2x2x2cm.
- Hiệu suất khử nitrat của hệ với các độ muối khác nhau - thí nghiệm với vật liệu mang kích thước: 2x2x2cm.
- 68 Bảng 17: tải lượng ôxy amoni và khử nitrat cột lọc vật liệu: 1x1x1cm 68 Bảng 18: tải lượng ôxy amoni và khử nitrat cột lọc vật liệu: 2x2x2cm 69 Bảng 19: giá trị mật độ vi sinh tổng trên đơn vị thể tích vật liệu mang 69 Danh mục các hình vẽ, đồ thị Hình 1.
- Chu trình nitơ trong môi trường nước 5 Hình 2.
- Chu trình nitơ trong môi trường nuôi trồng thủy sản 5 Hình 3.
- Hệ thống xử lý nước thải theo kỹ thuật đĩa quay sinh học 19 Hình 5.
- Bề mặt ban đầu của giá thể vật mang vi sinh dạng xốp (ảnh SEM) 38 Hình 11.
- Bề mặt của giá thể đã được cấy vi sinh 40, 41 Hình 12.
- Sự thay đổi nồng độ amoni theo thời gian với các độ muối khác nhau khi nồng độ amoni ban đầu khoảng 7 mg/l - vật liệu k/thước 1x1x1cm 57 Hình 16.
- Ảnh hưởng của độ muối đến tốc độ ôxy hoá amoni của vi sinh khi nồng độ amoni ban đầu khoảng 7 mg/l - vật liệu k/thước 1x1x1cm 58 Hình 17.
- Sự thay đổi nồng độ amoni theo thời gian với các độ muối khác nhau khi nồng độ amoni ban đầu khoảng 7 mg/l - vật liệu k/thước 2x2x2cm 60 Hình 18.
- Ảnh hưởng của độ muối đến tốc độ ôxy hoá amoni của vi sinh 61 khi nồng độ amoni ban đầu khoảng 7 mg/l - vật liệu k/thước 2x2x2cm Hình 19.
- Ảnh hưởng của độ muối đến hiệu quả khử nitrat của vi sinh khi nồng độ amoni ban đầu khoảng 7 mg/l - vật liệu k/thước 1x1x1cm 63 Hình 20.
- Ảnh hưởng của độ muối đến hiệu quả khử nitrat của vi sinh khi nồng độ amoni ban đầu khoảng 7 mg/l - vật liệu k/thước 2x2x2cm 67 MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN 3 1.1.
- Nhu cầu sử dụng nước trong nuôi trồng thuỷ sản 1.2.
- Các hợp chất nitơ trong nước nuôi thuỷ sản và độc tính của chúng đối với động vật thuỷ sinh 4 1.2.2.
- Chu trình nitơ trong nước nuôi trồng thuỷ sản 5 1.2.3.
- Tiêu chuẩn chất lượng của các dinh dưỡng khoáng trong nuôi trồng thủy sản 5 1.2.4.
- Độc tính của các hợp chất nitơ đối với động vật thủy sinh 6 1.3.
- Nghiên cứu xử lý amoni trong nước nuôi thuỷ sản 9 1.3.1.
- Tình hình nghiên cứu trong nước 9 1.3.2.
- Khái quát về phương pháp xử lý hợp chất nitơ 10 1.4.1.
- Phương pháp sinh học 13 1.5.
- Lựa chọn công nghệ xử lý amoni cho nước nuôi trồng thuỷ sản 19 1.5.1.
- Sử dụng formalin 20 1.5.3.
- Phương thức và quy trình nuôi thuỷ sản 26 1.6.1.
- Phương thức nuôi thủy sản 26 1.6.2.
- Qui trình nuôi trồng thủy sản 26 1.7.
- Chất lượng nước nuôi trồng thuỷ sản 27 1.7.1.
- Một số thông số cơ bản đánh giá chất lượng nước nuôi trồng thủy sản 27 1.7.2.
- Kết quả phân tích mẫu nước nuôi tôm ở một số huyện ở vùng bán đảo 31 2.1.
- Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 33 2.1.2.
- Đối tượng nghiên cứu 33 2.1.2.
- Phương pháp nghiên cứu 33 2.1.3.
- Phương pháp phân tích một số chỉ tiêu trong nước 41 2.2.1.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của độ muối lên khả năng ôxy hoá amoni của vi sinh vật đối với nước nuôi thuỷ sản 55 3.1.1.
- Trường hợp 1: Ảnh hưởng của độ muối trong dung dịch đến hiệu quả xử lý amoni của vi sinh khi nồng độ amoni ban đầu khoảng 7 mg/l với cột lọc sử dụng vật liệu mang kích thước 1x1x1cm.
- Ảnh hưởng của độ muối trong dung dịch đến hiệu quả xử lý amoni của vi sinh khi nồng độ amoni ban đầu khoảng 7 mg/l với cột lọc sử dụng vật liệu mang có kích thước 2x2x2cm.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của độ muối lên khả năng khử nitrat của vi sinh vật đối với nước nuôi thuỷ sản 62 3.2.1.
- Ảnh hưởng của nồng độ muối trong dung dịch đến hiệu quả khử NO3- bằng vi sinh vật khi nồng độ amoni ban đầu khoảng 7 mg/l với cột lọc sử dụng vật liệu mang có kích thước 1x1x1cm.
- Ảnh hưởng của nồng độ muối trong dung dịch đến hiệu quả xử lý NO3- bằng vi sinh vật khi nồng độ amoni ban đầu khoảng 7 mg/l với cột lọc sử dụng vật liệu mang có kích thước 2x2x2cm.
- CHƯƠNG 4 – KẾT LUẬN VÀ KIỄN NGHỊ 71 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 1 MỞ ĐẦU Trong hơn 10 năm trở lại đây, ngành nuôi trồng Thủy sản đã có những bước phát triển nhanh và ổn định, góp phần quan trọng vào sự tăng trưởng của nền kinh tế quốc dân.
- Từ chỗ là một nghề sản xuất phụ, mang tính chất tự cấp tự túc, nuôi trồng thủy sản đã trở thành một ngành sản xuất hàng hoá tập trung với trình độ kỹ thuật tiên tiến, phát triển ở tất cả các thuỷ vực nước ngọt, nước lợ, nước mặn.
- Diện tích nuôi trồng thủy sản tăng đều đặn qua từng năm từ năm 1981 tới nay.
- Nuôi trồng thuỷ sản đang từng bước trở thành một trong những ngành sản xuất hàng hoá chủ lực, phát triển rộng khắp và có vị trí quan trọng và đang hướng đến xây dựng các vùng sản xuất tập trung.
- Gắn liền với sự phát triển này, thực trạng xuống cấp chất lượng nguồn nước dành cho nuôi trồng thuỷ sản cũng gia tăng.
- Chất lượng nước nuôi trồng xuống cấp gây giảm sự phát triển của vật nuôi, giảm năng suất nuôi trồng và gây ô nhiễm các thuỷ vực.
- Để tăng năng suất nuôi trồng, người nuôi sử dụng nhiều thức ăn tổng hợp, hoá chất và chế phẩm sinh học hơn.
- Hoá chất sử dụng thường xuyên đã gây ra nhiều ảnh hưởng đến môi trường, gián tiếp gây thiệt hại cho những vụ tiếp theo.
- Do vậy nước thải nuôi thủy sản cần xử lý amoni trước khi tái sử dụng lại hoặc thải ra môi trường.
- Amoni dễ bị chuyển hoá bởi vi sinh vật nên phù hợp với phương pháp xử lý sinh học.
- Trong các phương pháp xử lý sinh học thì phương pháp lọc sinh học đáp ứng được hầu hết các yêu cầu làm sạch nước thải nuôi trồng thủy sản (nước sau xử lý được tuần hoàn lại để nuôi trồng thủy sản).
- Việc sử dụng phương pháp lọc sinh học hiếu khí có nhiều ưu thế xét cả về phương diện kinh tế lẫn môi trường, vì lọc sinh 2học không cần nhiều diện tích xây dựng hệ thống xử lý nước thải như các hồ sinh học, chất thải ra có nồng độ ô nhiễm không quá cao, nên việc sử dụng các bể aeroten và bể mêtan trong giai đoạn hiện nay là quá tốn kém và không hợp lý [11].
- Để xử lý amoni bằng phương pháp sinh học, chúng ta sử dụng hai quá trình là ôxy hoá amoni và khử nitrat được thực hiện bởi hai chủng vi sinh khác nhau có tên là Nitrifyer và Denitrifyer.
- Thông thường, hai quá trình này được nghiên cứu, tiến hành độc lập trong các điều kiện khác nhau, gây khó khăn trong công tác vận hành thiết bị xử lý và lãng phí vật chất, năng lượng vận hành xử lý.
- Xu hướng nghiên cứu mới là kết hợp hai quá trình nitrat hóa và khử nitrat đồng thời xảy ra trong một môi trường phản ứng.
- Nghiên cứu dựa trên cơ sở tốc độ khuyếch tán của nitrat vào bên trong màng vi sinh lớn hơn của ôxy.
- Xuất phát từ thực tế trên, với mong muốn hướng đến giải quyết một số vấn đề đã nêu, tôi quyết định chọn đề tài: “Nghiên cứu quá trình nitrat hóa và khử nitrat đồng thời xảy ra trong môi trường nước mặn bằng kỹ thuật màng vi sinh”.
- NHU CẦU SỬ DỤNG NƯỚC TRONG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN Nguồn lợi thuỷ sản trong tự nhiên ngày càng ít đáp ứng đầy đủ nhu cầu của con người.
- Để thỏa mãn, ngành nuôi trồng thuỷ sản phát triển rất nhanh trong thời gian gần đây ở các nước cũng như ở Việt Nam và đã trở thành một ngành công nghiệp.
- Phần lớn các loài thủy sản có giá trị kinh tế đều được ương, nuôi trong ao hồ, bể hoặc lồng, tùy theo từng giống, mật độ nuôi, tỷ lệ lưu chuyển nước, lượng mưa, sự bốc hơi và cường độ nuôi thủy sản đòi hỏi mức độ cung cấp lượng nước sạch khác nhau.
- Nuôi trồng thủy sản sẽ phải đối mặt với nhiều khó khăn, hoạt động nuôi trồng thủy sản làm gia tăng tác động bất lợi đến môi trường thủy sinh và cạnh tranh với nguồn lợi tài nguyên nước và đất”.
- Vì vậy để tránh tác động bất lợi đến môi trường, nước thải từ hoạt động nuôi trồng thủy sản cần được xử lý trước khi thải ra môi trường hoặc tuần hoàn lại nước nuôi, nhằm hạn chế ô nhiễm vùng xung quanh và các vụ nuôi tiếp theo.
- Nhu cầu sử dụng nước trong nuôi trồng thủy sản Loài và hệ thống nuôi Quốc gia Năng suất (kg/ha/năm) Nhu cầu nước (l/kg) Nuôi cá rô phi trong ao Đài Loan Nuôi cá rô phi trong ao Đài Loan Nuôi cá nheo trong ao Mỹ Nuôi cá nheo nước chảy Mỹ Nuôi cá hồi vân nước chảy Mỹ Nuôi cá hồi trong bể và ao Anh - 252.000 Nuôi tôm he trong ao Đài Loan Nguồn : Phillips và ctv, 1991 trích Boyd .
- CÁC HỢP CHẤT NITƠ TRONG NƯỚC NUÔI THỦY SẢN VÀ ĐỘC TÍNH CỦA CHÚNG ĐỐI VỚI ĐỘNG VẬT THỦY SINH 1.2.1 Nguồn gốc hình thành amoni trong nước nuôi trồng thủy sản Ô nhiễm nguồn nước nuôi trồng nặng nề và thường trực là do hoạt động sản xuất nuôi trồng.
- Trong quá trình sản xuất, nhất là nuôi thâm canh, một lượng rất lớn thức ăn, phân vô cơ, phân hữu cơ được đưa vào ao hồ nhằm tăng năng suất sản phẩm, nhưng do hiệu quả sử dụng của các thành phần đó thấp nên lượng dư và các chất bài tiết từ tôm cá lớn nên mức độ ô nhiễm ngày càng tăng nếu không có giải pháp hữu hiệu.
- Ô nhiễm môi trường do yếu tố sản xuất sẽ làm mất cân bằng sinh thái nghiêm trọng, thậm chí đến mức không thể nuôi tiếp vụ sau khi chưa áp dụng các biện pháp xử lý triệt để.
- Kinh nghiệm chỉ ra là: lợi nhuận thu được từ nuôi trồng thủy sản không tỷ lệ thuận với suất đầu tư (bón phân, thức ăn).
- Khi tăng suất đầu tư, sản lượng thủy sản tăng lên nhưng chỉ tăng rất chậm.
- Nguyên nhân của suy giảm lợi nhuận khi tăng suất đầu tư chủ yếu là do tác động xấu đến môi trường nuôi trồng: tăng cường thức ăn, phân bón gây ra hiện tượng phú dưỡng dẫn đến sự phát triển bùng nổ của tảo, thực vật phù du làm cạn kiệt nguồn oxy trong nước, tăng nồng độ các chất gây độc [2].
- Nguồn nước thải từ các ao hồ nuôi thường ô nhiễm khá nặng nề nên cần hết sức hạn chế thải ra các vùng xung quanh hoặc trước khi thải cần được xử lý để đảm bảo an toàn cho khu vực nuôi trồng xung quanh.
- Do lượng nước thải từ ao hồ rất lớn và kinh phí xử lý khá cao nên việc lựa chọn các giải pháp thích hợp, đặc biệt về mặt giá thành sẽ là tiêu chí quan trọng để có thể áp dụng trong thực tiễn.
- 5Muốn đạt được tiêu chí đó, việc hiểu biết tổng thể về chất lượng nước, sự biến động liên tục của môi trường nước khi có mặt của các yếu tố tác động là vấn đề quan trọng nhất.
- Chu trình nitơ trong nước nuôi trồng thủy sản Hình 1.
- Chu trình nitơ trong môi trường nước (Ruth Francis-Floyd và Craig Watson, 1990) Hình 2.
- Chu trình nitơ trong môi trường nuôi trồng thủy sản 1.2.3.
- Tiêu chuẩn chất lượng của các dinh dưỡng khoáng trong nuôi trồng thủy sản Dinh dưỡng khoáng là một trong những yếu tố không thể thiếu để kích thích sự tăng trưởng và phát triển của động vật phù du trong ao nuôi.
- Chỉ tiêu chất lượng nước các dinh dưỡng khoáng cho nuôi cá nước mặn Thông số Nồng độ (mg/L) N-NH3 < 0,04 N-NO2- 1,0 N-NO3.
- Độc tính của các hợp chất nitơ đối với động vật thủy sinh Nước thải nuôi trồng thủy sản có chứa một lượng lớn các hợp chất hữu cơ dễ chuyển hoá sinh học và lượng lớn các hợp chất chứa nitơ có thể tồn tại ở các dạng nitơ hữu cơ, NH4+, NO2-, NO3-.
- Do trong nước nuôi trồng thủy sản chứa lượng lớn thức ăn thừa, phân và chất bài tiết của thủy sản được vi sinh vật phân hủy thành amoniac (NH3 và NH4+) (Losodor 1998) [19].
- Wurts cho rằng: NH3 thường được giải phóng trực tiếp ra môi trường nước từ mang cá, cuối vụ nuôi trồng lượng NH3 cao hơn, vì khi đó lượng thức ăn thừa và sản phẩm bài tiết của tôm cá là lớn nhất.
- Hàm lượng amoni trong nước phải được kiểm soát cẩn thận, vì amoni gây độc cao đối với tôm, cá.
- Amoni tồn tại ở hai dạng khác nhau trong nước là NH3 và NH4+.
- Hai dạng này có mặt đồng thời trong nước và chuyển từ dạng này sang dạng khác theo phương trình phản ứng: OHNHOHNH2423.
- Vi sinh thuộc nhóm nitrosomonas, nitrobacter sp sẽ tác động đến amonia để biến thành nitrit.
- Sự tồn tại của NH4+ trong nước phụ thuộc vào pH, ở pH = 7 tồn tại chủ yếu ở dạng NH4+ nhưng khi pH = 8,75 có đến 30% ở dạng NH3 rất độc đối với cá.
- và Turker C.S Nitrit (N-NO2) Trong ao nuôi cũng như trong hệ thống xử lý, N-NH4+ và NH3 được vi khuẩn nitơ sử dụng như chất dinh dưỡng và nguồn năng lượng cho quá trình sinh trưởng, 8đồng thời chuyển hóa thành N-NO2 và N-NO3 (Boyd .
- Trong nước mặn và nước lợ, hàm lượng ion Ca2+ và Cl- cao, hai ion này có xu hướng làm giảm tính độc của nitrit (Tomassco vµ ctv, 1979, trÝch tõ Michael vµ Losordo 1994) [23].
- Nitrate (N- NO3) Nitrat thường không gây độc cho động vật thủy sinh nhưng khi nồng độ nitrat trong môi trường nước quá cao gây tác động đến động vật thủy sinh .
- khi hàm lượng nitrat trong môi trường nuôi cao sẽ không có lợi cho nuôi trồng thủy sản”.
- Đối với cá nước mặn nồng độ N-NO3 nên ít hơn 500 mg/l (Pierce et al., 1993).

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt