Tiểu luận đánh giá hiệu quả xử lý nước thải trong nuôi trồng thủy sản bằng hệ aquaponic

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
KHOA XÂY DỰNG MÔI TRƯỜNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Tên đề tài: Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải
trong nuôi trồng thủy sản bằng hệ Aquaponics

Giảng viên hướng dẫn: Th.S MẠC DUY HƯNG
K.S NGUYỄN THỊ THU PHƯƠNG
Sinh viên thực hiện : LÊ THỊ HỒNG THÊM
MSSV
: K125520320069
Lớp
: K48KTM.01
Khóa
: 2012 – 2017

Thái Nguyên, tháng 6 năm 2017


Đồ án tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới
các thầy cô giáo trường Đại học Kỹ thuật Cơng nghiệp nói chung và các thầy cơ giáo khoa
Xây dựng và Môi trường, bộ môn Kỹ thuật Mơi trường nói riêng đã tận tình giảng dạy,
truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu, và đã tạo điều kiện thuận lợi để
em hoàn thành tốt khóa học.

Đặc biệt, em xin trân trọng cảm ơn giảng viên hướng dẫn - Th.S. Mạc Duy Hưng và K.S
Nguyễn Thị Thu Phương đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt
quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp. Trong thời gian làm việc với thầy cô, em không ngừng
tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổ ích mà cịn học tập được tinh thần làm việc, thái độ làm
việc nghiêm túc, hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học tập và
công tác sau này.
Sau cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè đã động viên, đóng
góp ý kiến và giúp đỡ trong q trình học tập, nghiên cứu và hồn thành đồ án tốt nghiệp.
Do trình độ lý luận cũng như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên đồ án tốt nghiệp
của em khơng thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được những ý kiến đóng
góp của quý thầy cô để kiến thức của em trong lĩnh vực này được hồn thiện hơn.
Sau cùng, em xin kính chúc quý thầy cô luôn dồi dào sức khỏe, niềm tin để tiếp tục
thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau.
Em xin trân trọng cảm ơn!
Thái Nguyên, tháng 6 năm 2017
Sinh viên thực hiện

Lê Thị Hồng Thêm

GVHD: Th.S Mạc Duy Hưng
K.S Nguyễn T.Thu Phương

SVTH: Lê Thị Hồng Thêm


Đồ án tốt nghiệp

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký, ghi rõ họ tên)

GVHD: Th.S Mạc Duy Hưng
K.S Nguyễn T.Thu Phương

SVTH: Lê Thị Hồng Thêm


Đồ án tốt nghiệp

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN......................................................................................... 3
1.1. Nguồn gốc, đặc trưng của nước thải nuôi trồng thủy sản ........................................ 3
1.2. Tổng quan về Aquaponics ........................................................................................ 4
1.2.1. Lịch sử phát triển. ................................................................................................ 4
1.2.2. Một số mô hình Aquaponics phổ biến ................................................................... 5
1.3. Thành phần và nguyên tắc hoạt động của hệ Aquaponics ....................................... 8
1.3.1. Thành phần của hệ Aquaponics ............................................................................ 8
1.3.2. Nguyên tắc hoạt động của hệ Aquaponics .......................................................... 10
1.3.3. Khả năng xử lý chất thải của thực vật trong hệ Aquaponics .............................. 13
1.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý chất thải trong hệ Aquaponics ........ 16
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG, PHƯƠNG PHÁP VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 17
2.1. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................... 17
2.2. Phương pháp nghiên cứu........................................................................................ 17
2.2.1. Phương pháp khảo sát thực tế............................................................................. 17
2.2.2. Phương pháp phân tích tổng hợp tài liệu ........................................................... 17
2.2.3. Phương pháp xây dựng mơ hình ......................................................................... 17
2.2.4. Phương pháp đo nhanh ......................................................................................... 17
2.2.5. Phương pháp phân tích trong phịng thí nghiệm ................................................ 18
2.3. Thiết kế hệ Aquaponics .......................................................................................... 18
2.3.1. Bể cá .................................................................................................................... 19
2.3.2. Bể trồng cây ........................................................................................................ 21
2.3.3. Bể lọc ................................................................................................................... 27
2.3.4. Bể điều hịa .......................................................................................................... 28

2.4. Vận hành mơ hình .................................................................................................. 29
2.5. Kế hoạch lấy mẫu ................................................................................................... 30
2.6. Mơ hình Aquaponics so sánh ................................................................................. 30
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU.................................................................. 32
3.1. Hiệu quả xử lý nước thải của mô hình nghiên cứu ................................................ 32
3.1.1. Đánh giá chất lượng nước thải đầu vào ............................................................. 32

GVHD: Th.S Mạc Duy Hưng
K.S Nguyễn T.Thu Phương

SVTH: Lê Thị Hồng Thêm


Đồ án tốt nghiệp
3.1.2. Đánh giá chất lượng nước thải sau khi xử lý ...................................................... 33
3.1.2.1. Diễn biến giá trị pH trong mơ hình.................................................................. 33
3.1.2.2. Diễn biến nồng độ NH4+/NH3 trong mơ hình..................................................... 35
3.1.2.3. Diễn biến nồng độ DO trong mơ hình.............................................................. 38
3.1.2.4. Diễn biến nồng độ TDS trong mơ hình ............................................................ 40
3.1.3. So sánh hiệu quả xử lý nước thải với các cơng trình đã có trước đó ................. 42
3.1.4. So sánh sự phát triển của cây cà chua trong hệ Aquaponics ............................. 44
3.2. Điều kiện thời tiết – khí hậu khu vực nghiên cứu .................................................. 44
3.3. Đánh giá hiệu quả kinh tế....................................................................................... 46
3.3.1. Tính tốn chi phí ................................................................................................. 46
3.3.2. Tính tốn tổng chi phí đầu tư .............................................................................. 46
3.3.3. Hạch toán hiệu quả kinh tế ................................................................................. 47
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................... 49
1. Kết luận ..................................................................................................................... 49
2. Kiến nghị ................................................................................................................... 49
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 50

GVHD: Th.S Mạc Duy Hưng
K.S Nguyễn T.Thu Phương

SVTH: Lê Thị Hồng Thêm


Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1: Thành phần bùn thải trong nuôi tôm công nghiệp.......................................... 3
Bảng 1.2: Thành phần bùn thải đáy ao nuôi cá tra. ......................................................... 4
Bảng 1.3: Thành phần nước thải nuôi tôm công nghiệp ................................................. 4
Bảng 2.1: Các thiết bị đo nhanh .................................................................................... 18
Bảng 2.2: Bảng phân phối tỉ lệ thức ăn cho cá.............................................................. 20
Bảng 2.3: Các thông số thiết kế bể cá ........................................................................... 21
Bảng 2.4: Các thông số thiết kế bể trồng cây................................................................ 27
Bảng 2.5: Các thông số thiết kế bể lọc .......................................................................... 28
Bảng 2.6: Các thơng số thiết kế bể điều hịa ................................................................. 29
Bảng 2.7: Bảng thiết bị phụ trợ ..................................................................................... 29
Bảng 3.1: Kết quả phân tích một số chỉ tiêu hóa - lý của nước thải đầu vào ................ 32
Bảng 3.2: Bảng so sánh các chỉ tiêu hóa lý của mơ hình với các mơ hình đã có ......... 42
Bảng 3.3: Tốc độ sinh trưởng, phát triển của cá và rau trong mô hình nghiên cứu ...... 46
Bảng 3.4: Lợi ích kinh tế sau 1 tháng chạy mơ hình..................................................... 46
Bảng 3.5: Chi phí đầu tư cho mơ hình .......................................................................... 47
Bảng 3.6: Hiệu quả kinh tế của mơ hình ....................................................................... 47

GVHD: Th.S Mạc Duy Hưng
K.S Nguyễn T.Thu Phương

SVTH: Lê Thị Hồng Thêm


Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1: Mơ hình tưới ngập – xả cạn ............................................................................ 6
Hình 1.2: Mơ hình thốt nước cạn .................................................................................. 7
Hình 1.3: Mơ hình thốt nước sâu................................................................................... 8
Hình 1.4: Mơ hình ni cá kết hợp với trồng rau (Aquaponics) ................................... 10
Hình 1.5: Nguyên tắc hoạt động của hệ Aquaponics .................................................... 11
Hình 1.6: Chu trình chuyển hóa Nitơ trong hệ Aquaponics ......................................... 12
Hình 2.1: Mơ hình bố trí các cơng trình xử lý trong hệ Aquaponics ............................ 19
Hình 2.2: Thùng xốp ni cá......................................................................................... 19
Hình 2.3: Cá rơ phi đơn tính ......................................................................................... 20
Hình 2.4: Thức ăn cho cá .............................................................................................. 21
Hình 2.5: Khay nhựa trồng cây ..................................................................................... 22
Hình 2.6: Sỏi nhẹ trồng cây........................................................................................... 23
Hình 2.7: Bản thiết kế siphon ........................................................................................ 23
Hình 2.8: Siphon ........................................................................................................... 24
Hình 2.9: Nguyên tắc hoạt động của bộ cảm biến 2 điện cực....................................... 25
Hình 2.10: Bộ điều khiển trung tâm .............................................................................. 26
Hình 2.11: Rau muống nước ......................................................................................... 26
Hình 2.12: Bơng lọc nước thủy sản............................................................................... 28
Hình 2.13: Mơ hình Aquaponics của Bác Mai Sương – Hà Nội .................................. 31
Hình 3.1: Đồ thị thể hiện sự thay đổi giá trị pH qua các cơng trình xử lý sau ba ngày
vận hành hệ thống .......................................................................................... 33
Hình 3.2: Đồ thị thể hiện diễn biến giá trị pH qua các công trình xử lý của mơ hình thí
nghiệm sau 20 ngày vận hành hệ thống ......................................................... 34
Hình 3.3: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ NH4+/NH3 qua các công trình xử lý của

mơ hình thí nghiệm sau ba ngày vận hành hệ thống...................................... 35
Hình 3.4: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ NH4+/NH3 trung bình qua các cơng
trình xử lý của mơ hình thí nghiệm sau 20 ngày vận hành mơ hình ............. 36
Hình 3.5: Đồ thị thể hiện hiệu quả xử lý NH4+/NH3 trung bình qua các cơng trình xử lý
của mơ hình thí nghiệm ................................................................................. 37

GVHD: Th.S Mạc Duy Hưng
K.S Nguyễn T.Thu Phương

SVTH: Lê Thị Hồng Thêm


Đồ án tốt nghiệp
Hình 3.6: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ DO qua các cơng trình xử lý của mơ
hình thí nghiệm sau ba ngày vận hành mơ hình ............................................ 38
Hình 3.7: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ DO trung bình qua các cơng trình xử lý
của mơ hình thí nghiệm sau 20 ngày vận hành mơ hình ............................... 39
Hình 3.8: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ TDS qua các công trình xử lý của mơ
hình thí nghiệm sau ba ngày vận hành hệ thống ............................................ 40
Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn sự thay đổi nồng độ TDS trung bình qua các cơng trình xử
lý của mơ hình thí nghiệm sau 20 ngày vận hành hệt hống........................... 41
Hình 3.10: Đồ thị thể hiện hiệu quả xử lý TDS trung bình qua các cơng trình xử lý của
mơ hình thí nghiệm ........................................................................................ 42
Hình 3.11: Đồ thị so sánh hiệu quả xử lý NH4+/NH3 của mơ hình thí nghiệm và các mơ
hình đã nghiên cứu trước đó .......................................................................... 43
Hình 3.12: Cà chua trồng trong hệ Aquaponics ............................................................ 44
Hình 3.13: Cà chua trồng trên đất ................................................................................. 44

GVHD: Th.S Mạc Duy Hưng
K.S Nguyễn T.Thu Phương

SVTH: Lê Thị Hồng Thêm


Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC VIẾT TẮT
Tên đầy đủ

STT

Từ viết tắt

1

NTTS

2

SS

3

BOD

Nhu cầu oxy hóa sinh học

4

TDS

Chất rắn hịa tan

5

COD

Nhu cầu oxy hóa hóa học

6

QCVN

7

BTNMT

8

DO

Oxy hịa tan

9

NH3

Amoniac

10

NH4+

Amoni

GVHD: Th.S Mạc Duy Hưng
K.S Nguyễn T.Thu Phương

Nuôi trồng thủy sản
Chất rắn lơ lửng

Quy chuẩn Việt Nam
Bộ tài nguyên môi trường

SVTH: Lê Thị Hồng Thêm


Đồ án tốt nghiệp

MỞ ĐẦU
Một không gian với vườn rau xanh mướt, cá tung tăng bơi lội là một điều ước ao
của biết bao người trong cuộc sống hối hả ngày nay. Đặc biệt là người dân thành phố,
nơi mà diện tích đất sử dụng hạn hẹp, vườn rau - ao cá giữa thành phố chỉ là câu
chuyện ước mơ.
Mặt khác, an toàn vệ sinh thực phẩm cũng đang là một trong những vấn đề nhức
nhối của xã hội hiện nay. Việc các thực phẩm như thủy sản, rau củ có chứa chất cấm,
chất bảo vệ thực vật khơng rõ nguồn ngốc vẫn lưu hành ở nhiều nơi, đặc biệt ở các
thành phố lớn như: Hà Nội, Hồ Chí Minh ... đã và đang gây ra tâm lý hoang mang, lo
lắng cho người tiêu dùng. Nhiều người tìm đến các cửa hàng rau, thịt sạch, an tồn,
thực phẩm có truy xuất nguồn gốc rõ ràng. Tuy nhiên, các cửa hàng như vậy khơng

phải ở đâu cũng có và người tiêu dùng khơng phải ai cũng có điều kiện để thường
xun đến các cửa hàng này. Do đó, để có được thực phẩm sạch nhiều gia đình đã tự
sản xuất một phần thực phẩm sử dụng hàng ngày bằng nhiều cách khác nhau như:
trồng rau trong thùng xốp, trồng rau thủy canh, ni gà vịt, … Tuy nhiên vẫn chưa
hồn tồn đáp ứng được nhu cầu về thực phẩm của gia đình.
Hiện nay, tại Việt Nam đang áp dụng một số mơ hình trồng rau sạch tại gia đình
như: mơ hình khí canh, mơ hình thủy canh, mơ hình trồng rau - ni cá. Tuy nhiên,
những mơ hình này quy mơ cịn nhỏ và chưa được đánh giá tồn diện trong đó có mơ
hình Aquaponics. Aquaponics là một cơng nghệ phù hợp với các nơi có đất trồng khan
hiếm và thiếu các nguồn nước. Đây chính là trường hợp của Việt Nam, nơi mà nguồn
nước đang dần trở nên khan hiếm, bị tích trữ ở các hồ với mục tiêu làm thủy điện là
chính. Sử dụng hệ thống Aquaponics có thể khắc phục được những khó khăn về nguồn
nước đang diễn ra tại rất nhiều địa phương, nhất là tại vùng trung du và miền núi. Có
thể thấy ở vùng cao, vận hành các hệ thống Aquaponics rất tiết kiệm (không sử dụng
phân bón), thuận lợi nhờ dịng chảy từ nguồn nước mưa, nước suối, từ nguồn sỏi đá có
sẵn và sử dụng năng lượng điện hoặc năng lượng thiên nhiên (gió, mặt trời…) sẽ mở
ra một cơ hội mới khơng những cho sản xuất rau quả mà còn cho cả nghề cá của các
địa phương nghèo nơi đây. Vì vậy, với mong muốn đáp ứng được những nhu cầu cấp
thiết trên và đặc biệt là tìm hiểu, vận dụng kiến thức của bản thân về hệ thống
Aquaponics trong lĩnh vực xử lý nước thải nói chung, xử lý nước thải trong ni trồng
thủy sản nói riêng và kết hợp với kết quả nghiên cứu của đề tài: “Nghiên cứu khả năng

GVHD: Th.S Mạc Duy Hưng
K.S Nguyễn T.Thu Phương

1

SVTH: Lê Thị Hồng Thêm

Đồ án tốt nghiệp
xử lý chất thải của cá bằng hệ thống Aquaponics” đang được nhóm nghiên cứu của tác
giả thực hiện, tác giả đã tiến hành thực hiện đề tài: “Đánh giá hiệu quả xử lý chất
thải trong nuôi trồng thủy sản bằng hệ Aquaponis” nhằm đưa ra được phần nào câu
trả lời cho những vấn đề trên.
Cấu trúc của đồ án gồm:
Chương 1. Tổng quan
Chương 2. Đối tượng, phương pháp và nội dung nghiên cứu
Chương 3. Kết quả nghiên cứu
Kết luận và kiến nghị

GVHD: Th.S Mạc Duy Hưng
K.S Nguyễn T.Thu Phương

2

SVTH: Lê Thị Hồng Thêm


Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1. Nguồn gốc, đặc trưng của nước thải nuôi trồng thủy sản
Ngày nay, nhu cầu sử dụng thực phẩm thủy hải sản tăng lên dẫn tới việc khai
thác thủy sản quá mức ở đại dương, ni trồng thủy sản (NTTS) ngày càng có vị trí
quan trọng. Đối với ni thủy sản nước ngọt, hình thức nuôi lồng bè và kết hợp với
khai thác cá trên sông đang ngày càng phổ biến. Nhiều vùng tập trung NTTS theo kiểu
thâm canh cơng nghiệp, hình thức và đối tượng nuôi khá phong phú làm tăng giá trị
kinh tế của các mơ hình ni nước ngọt [13].
Nguồn nước cung cấp cho NTTS chủ yếu là nước sông, hồ ngồi ra cịn có nước

thải sinh hoạt, cơng nghiệp xả trực tiếp váo kênh mương, sông hồ là nơi sinh sống của
các thủy sinh vật. Kết quả điều tra nghiên cứu những năm gần đây của Viện nghiên
cứu NTTS 1 cho thấy hàm lượng BOD, COD, NO2 … trong nước của những thủy vực
đều cao hơn tiêu chuẩn cho phép đối với đời sống thủy sinh vật [4].
Hiện nay, có rất nhiều loại sản phẩm thuốc, hóa chất và chế phẩm sinh học được
dùng rộng rãi trong NTTS. Những hóa chất trên có vai trị quan trọng trong việc bảo
vệ sức khỏe động vật thủy sản nếu như sử dụng đúng, nhưng khi lạm dụng dẫn đến
những hậu quả khôn lường, làm giảm giá trị thương phẩm và còn tạo các chủng vi
khuẩn kháng thuốc làm giảm hiệu quả trong điều trị bệnh, tồn dư các chất độc trong
sản phẩm thủy sản gây hại cho người tiêu dùng [4].
Bảng 1.1: Thành phần bùn thải trong nuôi tôm công nghiệp [16].
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9

Thành phần
Si
Ca
K
Fe
H2 S
N-NH3
N-NO3

N-NO2
PO4

Đơn vị
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg
mg/kg

Giá trị
27,84
13,26
5,64
11,21
8,30
36,1
0,3
0,1
1,8

Bùn thải trong quá trình NTTS chứa các nguồn thức ăn dư thừa thối rữa bị phân
hủy, các hóa chất và thuốc kháng sinh, các loại khống chất Diatomit, Dolomit, lưu
huỳnh lắng đọng, các chất độc hại có trong đất phèn Fe2+, Fe3+, Al3+, SO42- . Lớp bùn
này có chiều dày từ 0,1-0,3m trong tình trạng ngập nước yếm khí tạo thành các sản
GVHD: Th.S Mạc Duy Hưng

K.S Nguyễn T.Thu Phương

3

SVTH: Lê Thị Hồng Thêm


Đồ án tốt nghiệp
phẩm phân hủy độc hại như H2S, NH3, CH4, Mecaptan…thải ra trong quá trình vệ sinh
và nạo vét ao nuôi tác động xấu đến môi trường xung quanh, ảnh hưởng đến chất
lượng thủy sản nuôi trồng [14].
Bảng 1.2: Thành phần bùn thải đáy ao nuôi cá tra [15].
STT
1
2
3
4
5
6

Thành phần
pH
TOC
Nitơ
Phốtpho
Tổng N
Tổng P

Đơn vị

Giá trị
4,37 – 5,39
1,56 – 1,89
24
24
0,13 – 0,19
0,12 – 0,18

%
%
%
%
%

Thành phần bùn thải trong NTTS là nguồn gây ô nhiễm môi trường khá nghiêm
trọng cần phải được xử lý triệt để nhằm phát triển bền vững nghề ni trồng thủy sản.
Bên cạnh đó, nước thải ni trồng thủy sản cũng chứa các thành phần độc hại có thể
gây ơ nhiễm mơi trường cần được xử lý. Điển hình như ngành ni tơm, thành phần
nước thải ni tơm được trình bày trong bảng dưới đây:
Bảng 1.3: Thành phần nước thải nuôi tôm công nghiệp [16]
STT

Thành phần

Đơn vị

Giá trị

1

BOD5

mg/l

12 -35

2

COD

mg/l

20- 50

3

N

mg/l

12 -70

4

P

mg/l

12 – 70

5

TSS

mg/l

12 -70

6

NH3

mg/l

0,5 – 1

7

Coliform

MNP/100ml

102 – 104

Nguồn nước thải nuôi trồng thủy sản trong một vụ ni (ni tơm thường 2
vụ/năm, ni cá 1 vụ/năm) có thể đạt đến 15.000 - 25.000 m3/ha tùy thuộc vào quy
trình ni các loại thủy sản... có chứa nhiều thành phần độc hại và các nguồn dịch
bệnh phải được xử lý triệt để trước khi thải ra nguồn tiếp nhận [14].
1.2. Tổng quan về Aquaponics
1.2.1. Lịch sử phát triển.

Sự phát triển của Aquaponics thời sơ khai:

GVHD: Th.S Mạc Duy Hưng
K.S Nguyễn T.Thu Phương

4

SVTH: Lê Thị Hồng Thêm


Đồ án tốt nghiệp
Aquaponics là một thuật ngữ được đặt ra trong năm 1970, nhưng thực tế đã có
nguồn gốc từ cổ đại – mặc dù có một số cuộc tranh luận về sự xuất hiện đầu tiên của
nó. Người Aztec trồng một hệ thống đảo nông nghiệp được gọi là chinampas một số
nhà nghiên cứu cho rằng đó là hình thức đầu tiên của Aquaponics nơng nghiệp.
Trong các hệ thống chinampa đầu tiên, nước thải giàu dinh dưỡng được hút từ kênh
Chinampa và các thành phố lân cận sau đó được sử dụng để tưới cho cây và tận dụng
phân động vật để làm thức ăn cho cá.
Ở nhiều quốc gia phương Đơng các lồi cá ni như cá chạch phương Đông,
lươn, cá chép, cá diếc cũng như ốc sên được tìm thấy trong ao ruộng.
Ở Châu Á, hệ thống này xuất hiện sớm nhất ở Nam Trung Quốc, Thái Lan và
Indonesia, ở đó tơm cá được thả trong ruộng lúa. Người Trung Quốc cổ đại đã sử dụng
một hệ thống ni trồng thủy sản được tích hợp trong đó cá, cá da trơn, vịt và chúng
đã cùng tồn tại trong mối quan hệ cộng sinh. Vịt được nuôi nhốt trong lồng trên các ao
cá và cá ăn chất thải từ những con vịt. Trong vùng nước nông, cá da trơn sống trong
các chất thải chảy từ ao cá. Cuối cùng, nước từ các ao nuôi cá sẽ được dùng để tưới
tiêu cho lúa, rau và các loại cây trồng [26, 30].
Sự phát triển của Aquaponics hiện đại:
Hiện nay, Aquaponics được phát triển mạnh tại nhiều nơi trên thế giới như một
giải pháp mới trong nuôi trồng thuỷ sản nhằm giảm ô nhiễm do nguồn nước, đồng thời

tạo ra nhiều sản phẩm có giá trị khác.
Năm 1969, John và Nancy Todd và William McLarney thành lập viện Alchemy
mới nhằm xây dựng một nhà kính cung cấp rau, cá cho quanh năm cho một gia đình
bốn người. Năm 1970, Tiến sĩ James Rakocy tại trường Đại học Virgin và nhiều nhà
nghiên cứu đã sử dụng thực vật như một bộ lọc tự nhiên trong hệ thống trại nuôi
cá. Đến năm 1997, Rakocy và các đồng nghiệp của ông đã phát triển việc sử dụng thủy
canh trong một hệ thống Aquaponics quy mơ lớn. Các nghiên cứu sau đó đã hồn thiện
và đưa vào thương mại hoá, đặc biệt hệ thống này đã trở thành một giải pháp tối ưu
giải quyết cả hai vấn đề khan hiếm nước, và điều kiện đất đai khan hiếm tại Úc,
Bangladesh [23, 28].
Tại Việt Nam, mơ hình Aquaponics được phát triển trong vài năm gần đây. Tuy
nhiên, mơ hình này phát triển với quy mơ nhỏ tại các hộ gia đình từ một vài cơng ty
chuyên cung cấp hệ thống Aquaponics và chưa được phát triển trên quy mơ lớn [2].
1.2.2. Một số mơ hình Aquaponics phổ biến
 Mơ hình thốt nước tưới ngập – xả cạn

GVHD: Th.S Mạc Duy Hưng
K.S Nguyễn T.Thu Phương

5

SVTH: Lê Thị Hồng Thêm


Đồ án tốt nghiệp
Đây là loại hình cơ bản nhất và thích ứng với hầu hết các loại cây trồng trong
Aquaponics.
Trong loại hình này cây được trồng trong một khay chứa đầy giá thể (độ sâu
khoản 30cm), đáy khay có kht lỗ thốt nước và lắp vào nó một bộ ngắt nước
(shiphon bell) – Nước từ hồ cá thông qua bộ lọc và hệ thống bơm cung cấp cho khay,

khi lượng nước đạt mức xả của shiphon (do chúng ta quy định – thường thấp hơn 3cm
so với bề mặt giá thể) nước sẽ được xả hoàn toàn đến điểm ngắt của siphon (do chúng
ta quy định – thường cao hơn 3cm so với đáy khay) nước sạch được đưa ngược về hồ
cá và quá trình cứ thế tiếp diễn [24, 26, 33].

Hình 1.1: Mơ hình tưới ngập – xả cạn
Mơ hình tưới ngập – xả cạn phù hợp cho hầu hết các loại cây – tạo được điểm
bám vững chắc cho các cây có thân cao, q trình nước dâng lên – rút xuống vừa cung
cấp đủ nước cho cây vừa cung cấp được oxy cho rễ cây hô hấp. Giá thể cũng đóng vai
trị là nơi cư trú của các vi sinh vật – góp phần chuyển hóa Amoniac (NH3) thành Nitrit
(NO2) sau đó thành Nitrate (NO3) cung cấp cho cây. Tuy nhiên, mơ hình này dễ bị tụ
khí ở những góc khuất, thời gian dài chất thải rắn và tàn dư từ rễ, lá, thân cây tích tụ
trong khay làm cản trở lưu thông của nước – ảnh hưởng đến hệ.
 Mơ hình thốt nước cạn
Đây là phương pháp trồng rau sạch bằng ống ngang với dòng nước cạn, các chất
dinh dưỡng từ hồ cá được chảy ngang qua ống, rau được đặt trong các lỗ hổng được
khoét sẳn ở phần trên của ống nước.

GVHD: Th.S Mạc Duy Hưng
K.S Nguyễn T.Thu Phương

6

SVTH: Lê Thị Hồng Thêm


Đồ án tốt nghiệp
Loại này sử dụng các ống nhựa đường kính khoản 11cm mặt trên khét nhiều lổ
nhỏ khoảng 6cm để trồng rau – Nước được bơm liên tiếp ở một đầu ống và thốt ra ở
đầu cịn lại, các ống có thể đặt đứng hoặc đặt ngang, có thể nối tiếp nhiều ống với nhau

nếu đặt ngang. Loại này cũng có thể sử dụng các chậu nhỏ gắn lên tường [24, 26, 33].

Hình 1.2: Mơ hình thốt nước cạn
Mơ hình này có thể bố trí cặp theo tường nhà, sắp xếp thành nhiều tầng – phù
hợp làm tường xanh, tiết kiệm diện tích…Tuy nhiên, phương pháp này phức tạp và tốn
kém hơn so với phương pháp tưới ngập - xả cạn và hạn chế các loại cây thân cao… rễ
cây khơng có điểm bám nên dể đổ ngã. Ngồi ra, phương pháp này cịn địi hỏi cách
thành phần cơ khí và lọc sinh học riêng biệt để loại bỏ các chất rắn lơ lửng và oxy hóa
các chất thải hịa tan.
 Mơ hình thốt nước sâu
Loại này sử dụng các khay, máng chứa đầy nước – độ sâu từ 30 – 35cm, trên
khay có khét một dường ống xả tràng để nước thốt về hồ cá.
Trong loại hình này cây được trồng trong một miếng xốp đặt trên chum nhựa,
xốp thả nổi trên mặt nước – phần đáy của chung tiếp nước giúp rễ cây hút nước. Nước
được bơm vào một đầu khay và thoát ra ở ống xả tràn lắp ở đầu còn lại [24, 26, 33].

GVHD: Th.S Mạc Duy Hưng
K.S Nguyễn T.Thu Phương

7

SVTH: Lê Thị Hồng Thêm


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.3: Mơ hình thốt nước sâu
Mơ hình này giúp giảm được chi phí đầu tư do khơng dùng giá thể, khơng bị tích
tụ khí, dể thu hoạch và có thể triển khai cho các dự án thương mại lớn, cho năng suất
cao. Tuy nhiên, mơ hình này khơng trồng đươc các loại cây có thân cao, đầu tư hệ

thống lọc phức tạp, phải sủi khí liên tục để rễ cây hô hấp.
1.3. Thành phần và nguyên tắc hoạt động của hệ Aquaponics
1.3.1. Thành phần của hệ Aquaponics
 Cá
Cá là một thành phần không thể thiếu trong hệ Aquaponics. Cá cung cấp thực
phẩm giàu đạm, chất thải của cá là nguồn dinh dưỡng dồi dào của cây trồng.
Có rất nhiều lồi cá khác nhau có thể ni trong hệ thống Aquaponics, tùy thuộc
vào điều kiện khí hậu thời tiết khu vực sinh sống và các vật tư sẵn có. Tuy nhiên, cần
phải chú ý rằng cá tơm ni trong hệ thống bắt buộc phải là lồi nước ngọt, vì cây
trồng trong hệ thống chỉ có thể phát triển khi được cung cấp nước ngọt. Ngoài ra, nên
xác định mục đích của việc phát triển Aquaponics để chọn lồi cá phù hợp. Chẳng hạn
như ni cá để ăn thịt hay chỉ để làm cảnh. Điều này rất quan trọng và nên xác định
trước khi xây dựng hệ thống để đảm bảo cá phát triển tốt nhất [29, 32].
Các lồi cá có thể ni trong hệ thống Aquaponics bao gồm: nhóm cá da trơn (cá
trê, cá tra, …); nhóm cá rơ phi, điêu hồng; cá tai tượng; nhóm cá rơ đồng, cá lóc, cá
sặc rằn; nhóm cá chép, một số lồi khác là tơm càng xanh, baba, rùa,… Tuy nhiên,

GVHD: Th.S Mạc Duy Hưng
K.S Nguyễn T.Thu Phương

8

SVTH: Lê Thị Hồng Thêm


Đồ án tốt nghiệp
ni tơm sẽ khó khăn hơn rất nhiều so với ni cá và địi hỏi phải nắm một số kỹ thuật
cơ bản nhất định để có thể chăm sóc tơm ni trong hệ thống của mình [21, 26].
 Cây trồng
Cây trồng là một thành phần không thể thiếu trong hệ thống Aquaponics, cung

cấp nguồn thực phẩm tươi, góp phần lọc nước cho cá (hấp thụ Nitrate) và hầu như tất
cả các loại cây trồng đều có thể thích ứng tốt với Aquaponics. Tuy nhiên, sự phát triển
của cây trồng trong hệ thống Aquaponics còn phụ thuộc rất nhiều vào việc thiết kế và
vận hành hệ thốngvà quan trọng nhất là mật độ cá nuôi và mật độ cây trồng phải phù
hợp và cân bằng. Nếu cây trồng phát triển tốt thì có nghĩa là với mật độ cá đó đủ cung
cấp dinh dưỡng cho cây trong hệ thống Aquaponics, ngược lại cần phải tăng mật độ cá
nuôi lên [30].
Vấn đề khí hậu thời tiết ở khu vực sinh sống cũng rất quan trọng trong việc lựa
chọn cây trồng phù hợp.
Các loại cây có thể trồng trong hệ thống Aquaponis bao gồm [21, 33]:
+ Nhóm rau cải ăn lá: rau muống, xà lách, cải xanh, bắp cải, cải gổ, mồng tơi, rau
dền, các loại rau mùi như hành, quế, ngị,…tất cả đều phát triển tốt trong Aquaponics
+ Nhóm cây họ đậu: đậu xanh, đậu nành, đậu đũa, đậu bắp, đậu phộng (lạc)
+ Nhóm cây lấy quả: cà chua, ớt, cà tím, dưa leo (dưa chuột), khổ qua (mướp
đắng
+ Nhóm hoa, cây cảnh: hoa mười giờ, hoa huệ tây, cây phát tài, cây hồng môn,
cây bách thủy tiên, …
 Nước
Nước là thành phần không thể thiếu trong hệ Aquaponics cũng như sự sống của
chúng ta. Nước tạo môi trường sống cho cá và là điều kiện thiết yếu của cây trồng.
Cũng giống như nước dùng trong nuôi trồng thủy sản và trồng cây thông thường,
nước sử dụng trong hệ thống Aquaponics phải là nước khơng chứa hóa chất độc hại,
có rất ít hoặc khơng có chất rắn lơ lửng, tránh sử dụng nguồn nước khử trùng bằng
chlorine để có thể quan sát cá, kiểm soát chất thải dưới đáy bể và xem lượng thức ăn
có thể dư thừa trong bể [33].
Cả nước ngọt hay nước mặn, nước lợ đều có thể dùng trong hệ thống
Aquaponics. Tuy nhiên nước ngọt được dùng phổ biến hơn, nước mặn lợ thường sử
dụng rất ít vì có ít lồi cây có thể trồng trong nước mặn lợ, thường người ta trồng rong
biển trong hệ thống Aquaponics nước mặn lợ [22].

GVHD: Th.S Mạc Duy Hưng
K.S Nguyễn T.Thu Phương

9

SVTH: Lê Thị Hồng Thêm


Đồ án tốt nghiệp
 Vi sinh vật
Vi sinh vật giữ một vai trò quan trọng trong hệ thống Aquaponics. Hệ vi sinh vật
tự phát triển và giúp vận hành hệ thống ổn định mà không cần bổ sung vi sinh vật từ
bên ngoài vào. Các vi khuẩn sẽ phát triển mạnh trong các bể trồng cây và giúp chuyển
hóa các chất thải từ bể nuôi cá thành dạng dinh dưỡng phù hợp cho cây trồng phát
triển. Đặc biệt, chúng ta khơng cần phải cung cấp phân bón hóa học vào hệ thống vì
điều này có thể làm phá vỡ sự cân bằng của quần thể vi sinh vật trong hệ thống và ảnh
hưởng đến sự phát triển của cá.
Có hai loại vi khuẩn khác nhau tham gia vào quá trình chuyển hóa chất thải từ cá
thành chất dinh dưỡng cho cây trồng là Nitrosomonas và Nitrobacter. Vi khuẩn
Nitrosomonas sẽ chuyển hóa amoniac thành nitrit. Nitrit sau đó sẽ được chuyển hóa
thành nitrate nhờ vi khuẩn Nitrobacter, các lồi thực vật sau đó có thể tiêu thụ nitrate
để phát triển [3, 21, 26].
1.3.2. Nguyên tắc hoạt động của hệ Aquaponics
Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu về hệ thống Aquaponic. Tuy nhiên ở mỗi
vùng khí hậu cần có những nghiên cứu cho phù hợp.

Hình 1.4: Mơ hình ni cá kết hợp với trồng rau (Aquaponics)
Aquaponics là sự kết hợp giữa nuôi trồng thủy sản (Aquaculture) và trồng cây
thủy canh (Hydroponics) trong cùng một hệ thống sản xuất nông nghiệp giúp chúng ta

GVHD: Th.S Mạc Duy Hưng
K.S Nguyễn T.Thu Phương

10

SVTH: Lê Thị Hồng Thêm


Đồ án tốt nghiệp
thu được cùng lúc hai sản phẩm cá tươi và rau sạch. Aquaponics bao gồm các thành
phần chính sau [23]:
- Bể ni cá
- Hệ thống thủy canh để trồng cây
- Hệ thống lọc nước
- Bơm nước hoàn tồn tự động

Hình 1.5: Ngun tắc hoạt động của hệ Aquaponics
Trong hệ thống Aquaponics chất thải từ cá được các vi sinh vật chuyển hóa thành
chất dinh dưỡng thành thế phân bón cho cây trồng. Nguồn nước được tuần hồn liên
tục qua hệ thống trồng rau thủy canh, tại đây nước được làm sạch nước và trả lại cho
bể cá.
Aquaponics được duy trì nhờ vào 5 yếu tố chính đó là: cá, hệ vi sinh vật, cây,
nước, ôxy và 3 điều kiện hỗ trợ: ánh sáng, thức ăn cho cá, năng lượng điện [34].
Bể trồng rau có ba vùng [22]:
- Hiếu khí: Ơxy được tạo ra do q trình quang hợp của các loại thủy thực vật và ơxy
từ khí quyển khuếch tán vào lớp nước bề mặt bể cá tạo nên vùng hơ hấp hiếu khí thực
vật cịn đóng vai trò giá thể cho vi sinh vật.
GVHD: Th.S Mạc Duy Hưng
K.S Nguyễn T.Thu Phương

11

SVTH: Lê Thị Hồng Thêm


Đồ án tốt nghiệp
- Thiếu khí và lớp yếm khí:
Lớp phía dưới có ít hoặc khơng có oxy được phân cấp thành lớp.
- Xử lý chất hữu cơ.
Chất hữu cơ được chuyển hóa thơng qua các q trình: yếm khí, thiếu khí và
hiếu khí [28].
- Xử lý nitơ

Hình 1.6: Chu trình chuyển hóa Nitơ trong hệ Aquaponics
Ngồi khả năng hấp thu hợp chất nitơ của thực vật, các quá trình có liên quan đến
tách loại hợp chất nitơ gồm: nitrat hóa, khử nitrat và bay hơi amoniac vào khí quyển.
Q trình Nitrat hố là một q trình tự dưỡng, vi sinh vật sử dụng Amoni
(NH4+) như là cơ chất cho quá trình tổng hợp sinh khối. Quá trình này xảy ra trong
điều kiện hiếu khí, do vậy nó thường xuất hiện trên bề mặt của bể trồng cây. Quá trình
Nitrat hố từ NH4+ được chia làm hai bước và có liên quan tới hai nhóm vi sinh vật, đó
là vi khuẩn Nitrosomonas và vi khuẩn Nitrobacter. Ở giai đoạn đầu tiên amoni được
chuyển thành nitrit và ở bước thứ hai nitrit được chuyển thành nitrat [25].
- Giai đoạn nitrit hóa: Chuyển hóa NH4+ thành NO2- bởi nhóm vi khuẩn Nitrite hóa.
NH4+ + 1,5 O2 --> NO2 + 2H+ + H2O
Vi khuẩn tham gia mạnh nhất trong q trình Nitrite hóa là vi khuẩn hóa vơ cơ tự
dưỡng, là lồi vi khuẩn hiếu khí bắt buộc. Khi chúng chuyển hóa NH4+ thành NO2- sẽ

GVHD: Th.S Mạc Duy Hưng
K.S Nguyễn T.Thu Phương

12

SVTH: Lê Thị Hồng Thêm


Đồ án tốt nghiệp
sinh ra năng lượng, năng lượng này sẽ được các vi khuẩn nitrite hóa sử dụng cho hoạt
động sống của mình. Sự có mặt của các nhóm vi khuẩn nitrite hóa giúp loại bỏ được
NH4+.
- Giai đoạn nitrat hóa: Chuyển NO2- thành NO3- bởi nhóm vi khuẩn nitrate hóa.
NO2+0,5O2 -->NO3
Sau q trình nitrite hóa thì các vi khuẩn thuộc nhóm nitrate hóa sẽ thực hiện giai đoạn
tiếp theo, chuyển hoá NO2- thành NO3- (là sản phẩm cuối cuả q trình nitrat hóa). Các
vi khuẩn tham gia vào q trình nitrate hóa cũng là vi khuẩn hóa vơ cơ tự dưỡng.
Quá trình khử nitrat xảy ra chỉ trong điều kiện thiếu oxy, dưới đáy của bể trồng
cây và cần phải có đủ lượng chất hữu cơ cần thiết. Trong môi trường thiếu ôxy các loại
vi khuẩn khử nitrit và nitrat Denitrificans (dạng kị khí tuỳ tiện) sẽ sử dụng ơxy của
nitrat (NO3-) và nitrit (NO2-) để ơxy hố chất hữu cơ. Nitơ phân tử N2 tạo thành trong
quá trình này sẽ thốt ra khỏi nước. Q trình lên men yếm khí các chất hữu cơ sẽ tạo
ra nguồn carbon cung cấp cho quá trình khử nitrat này [10].
- Xử lý photpho.
Trong bể trồng cây, phốt pho được xử lý và loại bỏ theo các quá trình sau: hợp chất của
photpho được thực vật và vi sinh vật sử dụng như là nguồn dinh dưỡng cho sự phát triển và
sinh trưởng. Phốt pho được chuyển hóa từ các dạng hợp chất vô cơ, hữu cơ vào sinh khối vi
sinh vật, thực vật sống [10].

- Xử lý kim loại nặng.
Tách kim loại nặng ra khỏi môi trường đất hoặc nước có thể thực hiện qua sáu
cơ chế chủ yếu: bay hơi, lắng đọng ngoại bào, tạo phức ngoại bào, tích lũy trong tế
bào, phản ứng oxy hóa khử và hấp phụ trên bề mặt tế bào.

Thực vật và sinh vật bậc thấp trong bể trồng cây có khả năng tích lũy một số
kim loại nặng trong tế bào, kể cả các loại cần thiết cho cơ thể chúng và loại không cần
thiết. Một số loại vi khuẩn, thực vật, tảo, nấm có khả năng hấp thu một số kim loại từ
mơi trường theo cơ chế hóa lý (hấp phụ) hoặc trao đổi [25].
- Xử lý mầm bệnh.
Các nguồn mầm bệnh trong nước thải bao gồm vi khuẩn gây bệnh, vi rút, và ký
sinh trùng (giun sán). Cơ chế xử lý mầm gây bệnh gồm: lọc, hấp phụ, bức xạ, tiêu diệt
hoặc ức chế lẫn nhau, tùy thuộc loại mầm bệnh [10].
1.3.3. Khả năng xử lý chất thải của thực vật trong hệ Aquaponics
Cây trồng trong hệ Aquaponics có rất nhiều vai trị khác nhau. Chúng chuyển hóa
chất thải thành chất dinh dưỡng, tạo môi trường cho sinh vật phân hủy các chất hữu
GVHD: Th.S Mạc Duy Hưng
K.S Nguyễn T.Thu Phương

13

SVTH: Lê Thị Hồng Thêm


Đồ án tốt nghiệp
cơ. Ngồi ra thực vật cịn hấp thụ khí CO2, giải phóng khí oxy, làm cải thiện chất
lượng mơi trường sống xung quan khu vực đó. Một số vai trò của thực vật trong
Aquaponics được thể hiện cụ thể dưới đây:
 Hệ thống rễ cây
Rễ cây có thể tạo ra điều kiện chuyển giao khí giữa bể trồng cây và khơng khí
bên ngồi. Thơng qua cơ chế hô hấp ở rễ mà oxy được đưa vào bể trồng cây. Lượng
oxy hòa tan được rễ cây chuyển vào nước thải phụ thuộc vào lượng oxy hòa tan trong
nước, khơng khí và nhiệt độ lá, tình trạng tăng trưởng của cây.
Cơ chế mà thực vật đóng góp cho quá trình xử lý nước thải một phần là nhờ hiệu
ứng vật lý của cấu trúc rễ kết hợp với sục khí. Sự tăng trưởng của hệ thống rễ ảnh

hưởng đến một số chế độ thủy lực của dòng chảy. Một số hiệu ứng có thể kể đến bao
gồm: giảm vận tốc dòng chảy, tăng sự lắng đọng.
Oxy được chuyển xuống rễ, chính điều này đã tạo điều kiện thuận lợi cho q
trình phân hủy hiếu khí các hợp chất hữu cơ. Oxy làm tăng q trình nitrat hóa, hỗ trợ
sự lắng đọng của kim loại nặng do tạo điều kiện kết tủa tốt (kết tủa Fe và Mn,
Sunphua), hoặc quá trình oxy hóa các hợp chất có hại.
Hệ thống rễ cây như là giá thể cho các loài vi sinh vật bám vào. Các cành và rễ
ngập trong nước của thực vật là bề mặt bám dính cho vi sinh vật phát triển, nhờ vậy
mà số lượng vi sinh vật tăng lên đáng kể trong vùng rễ. Brix và Vymaza đã chỉ ra tầm
quan trọng của vùng rễ như sau: vùng rễ tạo điều kiện cải thiện cho các vi sinh vật
khác nhau trong bể trồng cây. Vi sinh vật đóng góp quan trọng trong q trình xử lý
các chất ô nhiễm, vì vậy bất kỳ sự thay đổi của các yếu tố như thành phần, khả năng
phân hủy sinh học, nồng độ chất ơ nhiễm đều có tác động đáng kể trên tồn bộ q
trình.
Ngồi ra, rễ cây trong bể trồng cây cịn giải phóng ra khí và các dịch tiết khác
ngồi oxy như những chất chuyển hóa yếm khí, axit hữu cơ, phytometallophores, chất
kháng sinh, phytometallophores và phytochelatins…Các chất bài tiết này thúc đẩy
hình thành phức (chelation) kim loại nên ngăn cản độc tính của kim loại.
Như vậy, rễ cây chính là nơi trao đổi oxy giữa bể trồng cây và mơi trường bên
ngồi. Rễ cung cấp dịch tiết khí, chính dịch tiết lỏng và tiết khí có thể là một chìa khóa
trong q trình trao đổi chất đối với thực vật. Q trình hơ hấp của rễ đã được chứng
minh có một tác động đáng kể với quá trình biến đổi các chất trong bể trồng cây, bao
gồm ảnh hưởng đến thế oxy hóa khử, điều này rất quan trọng trong việc chuyển hóa
một số chất như nito, phytotoxins, và tăng cường hoạt động của vi sinh vật. Quá trình

GVHD: Th.S Mạc Duy Hưng
K.S Nguyễn T.Thu Phương

14

SVTH: Lê Thị Hồng Thêm


Đồ án tốt nghiệp
hô hấp ở rễ cũng làm tăng tiềm năng oxy hóa khử của vật liệu lọc từ đó hỗ trợ sự lắng
cặn và làm tăng q trình nitrat hóa [1, 3, 5].
 Sự hấp thụ ở thực vật
Nước và các chất dinh dưỡng được hấp thụ vào cây qua lơng hút của rễ cây. Rễ
cây có những đặc điểm phù hợp với chức năng này như: rễ phát triển đâm sâu, lan toả
hướng đến nguồn nước, dinh dưỡng trong mơi trường sống. Rễ sinh trưởng liên tục,
hình thành nên số lượng lớn các lơng hút, do đó, làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa rễ và
môi trường sống giúp rễ cây hấp thụ ion khoáng và nước đạt hiệu quả cao nhất. Lông
hút rất dễ gãy và tiêu biến ở môi trường quá ưu trương, quá axit hay thiếu oxy.
Nước và chất dinh dưỡng được cây hấp thụ qua hai cơ chế đó là cơ chế thụ động và cơ
chế chủ động. Đặc điểm của hai cơ chế được thể hiện cụ thể dưới đây [21, 29, 30]:
 Cơ chế thụ động
Rễ cây có thể hút các chất khống bằng các cơ chế ít nhiều mang tính thụ động
dựa trên quá trình khuyếch tán và thẩm thấu, quá trình hút bám trao đổi, quá trình phân
phối theo cân bằng nồng độ các chất…
Cơ chế hút khoáng thụ động này khơng có tính chọn lọc, khơng phụ thuộc vào
hoạt động sinh lý của cây, các chất khoáng đi vào rễ nhờ sự chênh lệch nồng độ các
ion trong rễ và ngồi mơi trường.
 Cơ chế chủ động
Sự hút chủ động các nguyên tố khoáng bởi hệ rễ liên quan đến quá trình trao
đổi chất của tế bào. Mối tương quan giữa q trình hút khống và hơ hấp: Nhiều
nghiên cứu đã xác định rằng khi hút ion nitrat có kèm theo sự thải CO2 và các sản
phẩm cuối của hô hấp (các ion H+, HCO3-) đã đảm bảo sự trao đổi liên tục một lượng
tương đương các anion và cation của mơi trường ngồi. Nhiều nghiên cứu khác đều
cho thấy có mối liên quan chặt chẽ giữa cường độ hơ hấp và q trình hút khống và đi
đến kết luận: Hô hấp là điều kiện cần thiết cho sự hút chất dinh dưỡng bởi hệ rễ.

Thuyết chất mang đã giải thích cơ chế hút chủ động các nguyên tố khống có
liên quan trực tiếp đến sự trao đổi chất của tế bào hút. Thuyết chất mang dựa trên quan
niệm về sự có mặt trên bề mặt chất nguyên sinh, một màng không thấm đối với các ion
tự do và không cho các ion đã xâm nhập vào tế bào tự khuyếch tán tra ngoài. Trên bề
mặt của màng chất nguyên sinh trong quá trình trao đổi chất hình thành nên những
chất khơng chỉ có khả năng tương tác với các ngun tố khống của mơi trường ngồi
mà cịn vận chuyển chúng qua màng như phức hệ ion - chất mang, sau khi xâm nhập
qua màng, phức hệ ấy được phân giải. Ion giải phóng tham gia tương tác với các phân

GVHD: Th.S Mạc Duy Hưng
K.S Nguyễn T.Thu Phương

15

SVTH: Lê Thị Hồng Thêm


Đồ án tốt nghiệp
tử của chất nguyên sinh, còn chất mang lại quay trở lại bề mặt màng và lại thực hiện
tiếp tục vận chuyển các nguyên tố khoáng. Theo quan niệm này, chất mang là phương
tiện vận chuyển, nhờ đó mà ion chui qua được màng ngăn cách giữa mơi trường trong
và ngồi, cịn các ion tự do thì không vượt qua được.
Một số yếu tố ngoại cảnh ảnh hưởng đến sự hấp thụ nước và ion khoáng ở rễ
như: áp suất thẩm thấu của dung dịch đất, độ pH, độ thoáng của đất….
1.3.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý chất thải trong hệ Aquaponics
- Oxy hòa tan: cũng như con người, cá cần oxy để sống. Do đó, việc đảm bảo hàm
lượng oxy thích hợp cho tôm cá phát triển cần được chú ý. Hàm lượng oxy hòa tan
thường thấp vào lúc sáng sớm và phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như mật độ tôm cá
trong hệ thống, nhiệt độ nước, độ mặn, … Nên có bộ dụng cụ kiểm tra hàm lượng oxy
hàng ngày để đảm bảo điều kiện tốt nhất cho cá tôm phát triển (4 – 8 mgO2/l) [8].

- Nhiệt độ nước: Nhiệt độ nước rất quan trong trong hệ thống. Nhiệt độ cao quá sẽ
làm cá tôm bị sốc và có thể chết, nó cũng ảnh hưởng đến sự phát triển của cây trồng.
Ngược lại, khi nhiệt độ xuống thấp cũng gây hại cho tôm cá và cây trồng trong hệ
thống aquaponics. Nên theo dõi nhiệt độ thường xuyên và có biện pháp giữ ổn định
nhiệt độ cho hệ thống Aquaponics nằm trong khoảng 18 – 30ᵒC [25, 29, 34].
- pH: pH cũng là một yếu tố quan trọng cần quan tâm theo dõi trong hệ thống. Giá trị
pH thường thấp vào ban đêm và sáng sớm. Nên giữ pH ổn định trong khoảng 5,5 -8 là
tốt nhất [25, 29].
- Dinh dưỡng trong nước: Cả dinh dưỡng dạng NO3/NH4+ (macro nutrients) và vi
lượng (micro nutrients) đều cần thiết cho cây trồng trong hệ thống Aquaponics. Phần
lớn nguồn dinh dưỡng này đến từ chất thải của cá và một phần hòa tan từ thức ăn của
cá. Trong một số trường hợp (thường là do chất lượng thức ăn của cá tôm kém) cần
thiết phải bổ sung thêm một số nguyên tố vi lượng cần thiết cho cây trồng [8, 34].

GVHD: Th.S Mạc Duy Hưng
K.S Nguyễn T.Thu Phương

16

SVTH: Lê Thị Hồng Thêm