- ĐÁNH GIÁ ĐẠM TRONG HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI AO NUÔI CÁ TRA THÂM CANH. - Mục tiêu của nghiên cứu này là khảo sát diễn biến đạm trong hệ thống đất ngập nước thiết kế dòng chảy ngầm ngang và ngầm dọc trong việc xử lý nước bể nuôi cá Tra (Pangasianodon hypophthalmus) thâm canh tuần hoàn kín. - Thực vật được trồng trong hệ thống là Bồn bồn (Typha orientalis), và hệ thống đối chứng không trồng cây. - Nước đầu vào (hay nước từ bể cá) và nước đầu ra của hệ thống xử lý được thu trong 15 tuần để theo dõi diễn biến nồng độ NO 2 -N, NO 3 -N, NH 4 -N, và TKN. - Nhìn chung, nồng độ đạm trong nước của hệ thống chảy ngầm ngang (ĐNN NN) có trồng cây đều thấp hơn 3 hệ thống còn lại. - Ngoài ra, hệ thống chảy ngầm đứng có nồng độ NO 2 -N và NO 3 -N khá cao và tăng dần theo thời gian, có thể ảnh hưởng đến sinh trưởng của cá. - Điều đặc biệt ở nghiên cứu này là hệ thống tuần hoàn kín nên hạn chế được việc xả nước thải ra ngoài môi trường và tăng hiệu quả sử dụng nước góp phần giảm ô nhiễm môi trường.. - Hệ thống xử lý bằng đất ngập nước (ĐNN) kết hợp với nuôi trồng thủy sản tuần hoàn đã được nghiên cứu ở ĐBSCL với kết quả khả thi trong xử lý đạm (Trang, 2009;. - Do đó, nghiên cứu này được thực hiện nhằm tìm hiểu về diễn biến nồng độ các dạng đạm trên hai loại hình ĐNN chảy ngầm theo phương ngang và phương thẳng đứng theo thời gian.. - Bốn hệ thống ĐNN chảy ngầm theo phương ngang (NN) và bốn hệ thống ĐNN chảy ngầm theo phương dọc (ND) đã được thiết kế và vận hành trên 6 tháng bởi Lê Minh Long (2011) và Nguyễn Thị Thảo Nguyên (2011). - Tuy nhiên, có một số chỉnh sửa trong hệ thống để giảm bớt những hạn chế gặp phải trong thí nghiệm cũ như: hộc đầu vào bể ngầm ngang được đổ đá (Ø10-20mm) chiều cao ngang với mặt chất nền (20cm) (hạn chế hiện tượng tảo nở hoa ở hộc đầu vào), và bố trí lại mỗi hệ thống xử lý nước thải gồm một bể cá điều phối vào hai bể ĐNN cùng loại hình (Hình 1) có trồng cây và nghiệm thức không trồng cây được xem là đối chứng (để xác định rõ khả năng xử lý của mỗi loại hình ĐNN). - Mỗi hệ thống xử lý được bố trí 2 lần lặp lại để xử lý nước thải bể nuôi cá Tra thâm canh tuần hoàn kín.. - 2.2 Thiết kế hệ thống xử lý. - Mỗi hệ thống xử lý bao gồm: (1) Bể cá Tra. - Hình 1: Sơ đồ bố trí hệ thống chảy ngầm ngang có trồng cây (A), ngầm ngang không trồng cây (B), ngầm dọc có trồng cây (C), và ngầm dọc không trồng cây (D). - (2) Bể ĐNN chảy ngầm dọc (đường kính 80 cm, cao 70 cm) có lượng chất nền khoảng 190 L và hệ thống phân phối nước được thiết kế trên bề mặt. - Thực vật được trồng trong hệ thống là Bồn bồn (Typha orientalis).. - 2.3 Vận hành hệ thống. - Các hệ thống hoạt động nhờ bộ hẹn giờ, đối với hệ thống NN (được cài đặt 13 phút bơm, 26 phút nghỉ) với tốc độ bơm là. - 3.840 mL/phút, hệ thống chảy ngầm dọc (được cài đặt 50 phút nghỉ, 200 giây bơm), tốc độ nước từ bể cá là 22.400 mL/phút. - 2.4 Thu mẫu và phân tích chất lượng nước Mẫu nước được thu trong bể cá và vị trí đầu ra của các hệ thống có trồng cây và không trồng cây với tần suất thu mẫu tại tháng đầu tiên là mỗi tuần/lần, 3 tháng sau với tần suất 2 tuần/lần. - Nhìn chung, nồng độ các thông số chất lượng Bảng 1: Các chỉ tiêu lý, hóa của nước bể nuôi cá trước khi xử lý của các hệ thống. - Do đó, sự kết hợp hệ thống xử lý nước nuôi cá với bể nuôi cá trong quá trình canh tác trước khi xả thải ra môi trường ngoài là cần thiết.. - 3.2 Các thông số DO, pH, EC, và nhiệt độ Sau 15 tuần thí nghiệm, nồng độ oxy hòa tan (DO) trung bình của các bể cá (Bảng 2) được cải thiện hơn so với chất lượng nước trước khi xử lý (Bảng 1). - Không có sự khác biệt về nồng độ DO giữa các bể cá (đầu vào) (p>0,05;. - Bảng 2), nhưng sau khi qua các hệ thống ĐNN thì có sự thay đổi về nồng độ DO trong nước (p<0,05). - Đối với hệ thống NN nồng độ DO đầu ra thấp hơn DO đầu vào, nhưng đối với hệ thống ngầm dọc (ND) thì ngược lại (Bảng 2).. - Do hệ thống ND được thiết kế giống như một bể lọc trọng lực, nước thải được cung cấp gián đoạn (khô-ướt), tạo điều kiện cải thiện oxy trong nước đầu ra (Vymazal, 2007). - Đồng thời, hệ thống ND được thiết kế có ống thông khí từ trên xuống đáy nên lượng oxy cung cấp nhiều hơn từ không khí vào chất nền dẫn đến đầu ra DO của hệ thống ND cao hơn đầu vào. - Nồng độ DO đầu ra của hệ thống ngầm ngang không cây (NNKC) có giá trị trung bình thấp nhất. - Bảng 2: Giá trị trung bình DO, pH, EC, và nhiệt độ trong nước đầu vào và đầu ra của các hệ thống Thông. - Giá trị pH trong nước đầu ra sau khi qua các hệ thống xử lý tăng một ít so với nước đầu vào (Bảng 2). - Ở hệ thống ngầm ngang có cây (NNCC) có giá trị pH thấp ở cả đầu vào và đầu ra, có thể do các phản ứng phân hủy hiếm khí diễn ra trong hệ thống NNCC đã phóng thích ion H. - Giống như DO, không có sự khác biệt về giá trị EC trong nước bể nuôi cá giữa các hệ thống xử lý (p>0,05), tuy nhiên có sự khác biệt đối với EC trong nước đầu ra (Bảng 2). - Hệ thống. - ND có giá trị EC cao hơn hệ thống NN, có thể là do quá trình nitrate hóa diễn ra mạnh hơn trong hệ thống ND tạo ra nhiều ion NO 3. - Giữa các hệ thống, cây Bồn bồn trong hệ thống NN tái sinh và tăng trưởng tốt hơn ở hệ thống ND nên cây hấp thu các chất dinh dưỡng hòa tan trong nước thải như NH 4. - NO 3 - tạo sinh khối nhiều hơn, do đó cũng góp phần làm giá trị EC ở đầu ra của hệ thống NNCC thấp. - Tổng sinh khối khô của Bồn bồn (g/m 2 ) trên hệ thống NN và ND lần lượt là 2.190 g/m 2 và 198 g/m 2. - Do hệ thống vận hành liên tục, nước được bơm và tuần hoàn nhanh, nên không có sự khác biệt về nhiệt độ của nước đầu vào và đầu ra giữa các hệ thống xử lý (p>0,05).. - 3.3 Diễn biến nồng độ đạm trong hệ thống Cơ chế loại bỏ đạm trong hệ thống ĐNN kiến tạo bao gồm quá trình nitrate hóa, khử. - Tuy nhiên, ở hệ thống NN quá trình kị khí đóng vai trò quan trọng trong khi đó thì quá trình hiếu khí bị giới hạn do việc thiếu oxy nên không phù hợp cho quá trình nitrate hóa (Brix, 1990. - Điều này lý giải cho kết quả của nồng độ NO 2 -Nvà NO 3 -N trong hệ thống NN luôn thấp hơn hệ thống ND (p<0,001. - Do hệ thống ND theo thiết kế và chế độ bơm nạp nước tạo môi trường hiếu khí nên không khí được khuếch tán dễ dàng vào trong chất nền dẫn đến quá trình nitrate hóa chiếm ưu thế (Vymazal, 2007).. - Bảng 3: Giá trị trung bình NO 2 -N, NO 3 -N, NH 4 -N và TKN trong nước đầu vào và đầu ra của các hệ thống Thông. - Nồng độ NO 2 -N có xu hướng tăng theo thời gian (Hình 2a) ở đầu ra của hệ thống ND.. - Nồng độ NO 2 -N dao động trong khoảng 0,6 - 3,3 mg/Lvà 0,6- 1,7 mg/L lần lượt ở hệ thống ND có cây và ND không cây, trong khi đó ở 2 hệ thống NN nồng độ NO 2 -N dao động rất ít từ 0,01 đến 0,34 mg/L. - Ở hệ thống ND có cây NO 3 -N dao động từ 5,2 đến 124,8 mg/L và không cây là mg/L. - Diễn biến trên ngược lại với nồng độ NO 3 -N trong hệ thống NN, có xu hướng giảm dần do NO 3 -N bị khử trong điều kiện yếm khí.. - Nhìn chung diễn biến nồng độ NO 2 -N và NO 3 -N trong nước đầu ra ở tất cả các bể xử lý có xu hướng giống với chất lượng nước đầu vào. - Có sự tích lũy NO 2 -N và NO 3 -N trong hệ thống ND theo thời gian (Hình 2a và 2b), điều này có thể gây ảnh hưởng đến tăng trưởng của cá. - Theo Schimittou (2004), ngưỡng nitrite sẽ gây độc cho cá là 0,1 mg/L và gây hiện tượng máu nâu khi nồng độ khoảng 0,5 mg/L. - Kết quả cho thấy nồng độ NO 2 -N trung bình ở hệ thống ND luôn >0,5 mg/L, và. - >3 mg/L ở hệ thống ngầm dọc có cây (NDCC) vào tuần cuối thí nghiệm gây ảnh hưởng đến cá, cá bị stress và cá chết trong thời điểm này được ghi nhận. - nồng độ NO 3 -N được ghi nhận trong hệ thống ND vượt gấp 6 lần ngưỡng thích hợp, do đó bên cạnh áp lực từ NO 2 -N, thì sự tích lũy NO 3 -N trong hệ thống ND cũng không. - Tóm lại, nồng độ NO 2 -N và NO 3 -N trong nước bể cá của. - hệ thống NN thích hợp cho cá Tra hơn ở hệ thống ND.. - Hình 2: Diễn biến các thông số NO 2 -N (a), NO 3 -N (b), NH 4 -N (c) và TKN (d) của các hệ thống Ghi chú. - NNCC: hệ thống ngầm ngang có cây. - NNKC: hệ thống ngầm ngang không cây;. - NDCC: hệ thống ngầm dọc có cây;- NDKC: hệ thống ngầm dọc không cây.. - Nhìn chung, nồng độ đạm amôn (NH 4 -N) và đạm tổng (TKN) trong nước bể cá (đầu vào) và nước đầu ra đều có xu hướng chung là tăng dần về cuối thí nghiệm (Hình 2c và 2d). - Do sự tích lũy thức ăn dư thừa, phân cá, dẫn đến nồng độ chất hữu cơ và NH 4 -N tăng trong nước nuôi cá (Kiracofe, 2000).. - Chỉ có sự khác biệt về nồng độ NH 4 -N và TKN đầu ra giữa hệ thống NN có trồng cây và hệ thống NN không trồng cây (p<0,05;. - Tại hệ thống NN không trồng cây, trong 5 đợt thu mẫu đầu (49 ngày) có nồng độ NH -N và TKN tăng rất chậm, hầu như có. - xu hướng giống như hệ thống NN có trồng cây nhưng từ đợt thu mẫu thứ 6 trở về sau thì nồng độ N tăng mạnh, do giai đoạn đầu tảo phát triển nhiều nên quá trình hấp thu N chiếm ưu thế nhưng sau đó tảo chết, đã phóng thích N lại môi trường nước làm tăng nồng độ N trong nước đầu ra của hệ thống NN không trồng cây. - Đối với hệ thống ND, nồng độ NH 4 -N trong hệ thống khá ổn định, duy trì trong khoảng 1-2 mg/L trong 15 tuần vận hành hệ thống. - Điều này cho thấy trong hệ thống ND quá trình nitrate hóa xảy ra mạnh đã hạn chế được sự tích lũy NH 4 -N và TKN trong nước (Hình 2c và 2d).. - Nồng độ NH 4 -N có mối quan hệ mật thiết với NH 3, là một dạng độc tố của thủy sinh vật.. - dựa vào nồng độ NH 4 -N, giá trị nhiệt độ và pH (Masser et al., 1999) tại thời điểm thu mẫu cuối cùng là 0,2 và 0,05 mg/L tương ứng trong nước bể cá của hệ thống chảy NNKC và 3 hệ thống còn lại. - Do đó nồng độ NH 3 trong nước sau khi xử lý của các hệ thống nghiên cứu nằm trong giới hạn cho phép cho sự phát triển của cá Tra theo thông tư 45/2010-BNNPTNT (≤0,3 mg/L).. - Điều này cho thấy việc sử dụng hệ thống ĐNN kiến tạo trong xử lý nước ao nuôi cá tuần hoàn mang tính khả thi, đặc biệt là hệ thống NNCC.. - 3.4 Nồng độ tổng đạm tích lũy trong hệ thống Nồng độ tổng đạm (TN) trong nước ao nuôi cá Tra qua nghiên cứu của Cao Văn Thích (2008) đều tăng về cuối thí nghiệm (Bảng 4).. - Tuy nhiên, có sự gia tăng nồng độ TN vào cuối tháng thứ 4 trong ao nuôi cá so với đầu vụ là 1,6 - 2 lần.. - Trong khi ở nghiên cứu hiện tại, nước ao nuôi hoàn toàn không thay mới, nhưng ở hệ thống NN không có sự tích lũy TN sau 4 tháng nghiên cứu. - Bên cạnh đó, có sự gia tăng nồng độ TN ở hệ thống ND do sự tích lũy NO 3 -N trong bể nuôi cá vào cuối vụ (Bảng 3). - Qua đó cho thấy, hệ thống NN giúp cải thiện chất lượng nước ao nuôi trong điều kiện tuần hoàn không thay nước.. - Bảng 4: Nồng độ tổng đạm trong nước ao cá Tra ở đầu vụ và cuối vụ. - Hệ thống ngầm dọc giúp cải thiện điều kiện oxy trong nước nuôi bể cá, tuy nhiên nồng độ NO 2 -N và NO 3 -N có xu hướng tăng dần theo thời gian, và ở cuối thí nghiệm đều nằm trong ngưỡng gây hại cho cá. - Riêng nồng độ NO 2 -N và NO 3 -N ít biến động theo thời gian trong hệ thống ĐNN chảy ngầm ngang.. - Có xu hướng tích lũy NH 4 -N và TKN theo thời gian, do hệ thống không thay nước.. - Tuy nhiên, nồng độ NH 4 -N và TKN đầu ra của hệ thống NN có trồng cây luôn duy trì ở mức thấp hơn các hệ thống còn lại. - Đặc biệt, nồng độ NH 3 trong các hệ thống không vượt ngưỡng cho phép yêu cầu chất lượng nước nuôi cá Tra.. - Do đó việc sử dụng hệ thống ĐNN kiến tạo giúp tăng hiệu quả sử dụng nước, không xả thải chất ô nhiễm, góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường.. - Có thể ứng dụng hệ thống đất ngập nước ngầm ngang để loại bỏ đạm trong nước thải ao nuôi cá Tra thâm canh. - Để phát huy tối đa hiệu suất xử lý đạm của nước thải ao nuôi cá Tra, nên thiết kế hệ thống đa cấp, kết hợp 2 loại hệ thống ngầm ngang và ngầm dọc nhằm tối ưu hóa các quá trình loại bỏ đạm.. - canh bằng hệ thống ĐNN kiến tạo. - Đánh giá khả năng xử lý lân của nước thải bể nuôi cá tra thâm canh bằng hệ thống đất ngập nước kiến tạo.