Luận văn thạc sĩ nghiên cứu kết hợp phương pháp vi sinh và xúc tác quang sử dụng vật liệu tio2 phủ trên một số pha nền để xử lý nước thải hồ nuôi tôm

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

TÔ TÚ TRÂN

NGHIÊN CỨU KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP VI SINH VÀ
XÚC TÁC QUANG SỬ DỤNG VẬT LIỆU TiO2 PHỦ TRÊN
MỘT SỐ PHA NỀN ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
HỒ NUÔI TÔM

LUẬN VĂN THẠC SĨ HÓA LÝ THUYẾT & HÓA LÝ

Bình Định – Năm 2020

e


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUY NHƠN

TÔ TÚ TRÂN

NGHIÊN CỨU KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP VI SINH VÀ
XÚC TÁC QUANG SỬ DỤNG VẬT LIỆU TiO2 PHỦ TRÊN
MỘT SỐ PHA NỀN ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
HỒ NUÔI TÔM

Chuyên ngành: Hóa Lý Thuyết & Hóa Lý
Mã số

: 8440119

Người hướng dẫn: TS. HOÀNG ĐỨC AN

e


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan cơng trình này là kết quả nghiên cứu của riêng tôi. Các
số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được cơng bố trong
bất cứ một cơng trình nghiên cứu nào.

e


LỜI CẢM ƠN
Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo TS. Hoàng Đức An, thầy
đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, chỉ bảo và động viên em hoàn thành tốt luận
văn này.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Nguyễn Tấn Lâm đã đóng góp
định hướng giúp em hồn thiện luận văn.
Trong q trình thực hiện luận văn, em đã nhận được rất nhiều sự quan
tâm và tạo điều kiện của các Thầy, Cô khoa Hóa và Trung tâm thí nghiệm thực
hành A6 – Trường Đại học Quy Nhơn. Em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành
tới quý Thầy, Cô.
Em xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè và tập thể lớp Cao học Hóa
K21 đã ln động viên, khích lệ tinh thần trong suốt quá trình học tập và nghiên
cứu khoa học.
Mặc dù đã rất cố gắng trong thời gian thực hiện luận văn nhưng vì cịn hạn

chế về kiến thức cũng như thời gian, kinh nghiệm nghiên cứu nên không tránh
khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự thơng cảm và những ý kiến
đóng góp quý báu từ quý Thầy, Cơ để luận văn được hồn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

e


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ....................................................................................... 1
2. Mục tiêu đề tài ........................................................................................... 2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................. 3
4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 3
5. Cấu trúc luận văn ....................................................................................... 4
Chương I. TỔNG QUAN ................................................................................ 5
1.1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NI TÔM TRÊN THẾ GIỚI VÀ
VIỆT NAM .................................................................................................... 5
1.1.1. Trên thế giới ..................................................................................... 5
1.1.2. Tại Việt Nam ................................................................................... 6
1.1.3. Tại tỉnh Bình Định ........................................................................... 7
1.2. NHỮNG HẠN CHẾ, BẤT CẬP VÀ THÁCH THỨC CỦA NGÀNH
NUÔI TÔM ................................................................................................... 9
1.2.1. Chịu tác động nặng nề của ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu
..................................................................................................... 9
1.2.2. Tác động do sử dụng hóa chất và thức ăn nuôi tôm ...................... 10
1.2.3. Tác động của bùn đáy .................................................................... 11
1.3. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI HỒ NUÔI TÔM .. 12
1.3.1. Phương pháp vật lý ........................................................................ 12
1.3.2. Phương pháp sinh học .................................................................... 13

1.3.3. Phương pháp hóa học ..................................................................... 15
1.4. GIỚI THIỆU VỀ TITAN DIOXIT KÍCH THƯỚC NANO BIẾN TÍNH
PHỦ TRÊN PHA NỀN VÀ ỨNG DỤNG .................................................. 18
1.4.1. Vật liệu TiO2 .................................................................................. 18
1.4.2. Tính chất xúc tác quang của TiO2 ................................................. 21

e


1.4.2.1. Khái niệm phản ứng quang xúc tác .................................................21
1.4.2.2. Cơ chế phản ứng xúc tác quang hóa ................................................22

1.4.3. Vật liệu TiO2 biến tính ................................................................... 26
1.4.4. Vật liệu nano TiO2 biến tính phủ trên các pha nền ........................ 27
1.4.5. Ứng dụng........................................................................................ 30
1.4.5.1. Ứng dụng xúc tác quang hóa xử lý mơi trường ..............................30
1.4.5.2. Ứng dụng trong các lĩnh vực sơn tự làm sạch .................................33
1.4.5.3. Các ứng dụng khác của TiO2 ...........................................................34

1.5. CHẾ PHẨM SINH HỌC ...................................................................... 34
1.5.1. Giới thiệu về chế phẩm sinh học.................................................... 34
1.5.2. Tác dụng của chế phẩm sinh học ................................................... 36
1.5.3. Cơ chế hoạt động của chế phẩm sinh học ...................................... 38
1.5.4. Chế phẩm vi sinh Remediate ......................................................... 38
Chương II. THỰC NGHIỆM ....................................................................... 41
2.1. THIẾT BỊ, HÓA CHẤT, DỤNG CỤ ................................................... 41
2.1.1. Thiết bị ........................................................................................... 41
2.1.2. Hóa chất ......................................................................................... 41
2.1.3. Dụng cụ .......................................................................................... 41
2.1.4. Giới thiệu về vật liệu composite BiOI/TiO2 .................................. 42

2.1.4.1. Hình thái cấu trúc của vật liệu.........................................................42
2.1.4.2. Đặc trưng liên kết hóa học của vật liệu ...........................................44
2.1.4.3. Tính chất hấp thụ quang của vật liệu ...............................................45

2.2. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ............................................................ 46
2.2.1. Phương pháp xác định pH theo TCVN 6492:2011 (ISO 10523 :
2008) về chất lượng nước ........................................................................ 46
2.2.2. Phương pháp xác định NH4+ theo TCVN 2662:1978 về chất lượng
nước

................................................................................................... 47

e


2.2.3. Phương pháp xác định Nito tổng theo SMEWW 4500 - N.C (2012)
................................................................................................... 48
2.2.4. Phương pháp xác định COD theo TCVN 6491:1999 (ISO
6060:1989) về chất lượng nước ............................................................... 49
2.2.5. Phương pháp xác định BOD5 theo TCVN 6001:1995 (ISO 5815:
1989) về chất lượng nước ........................................................................ 51
2.2.6. Phương pháp xác định TSS theo TCVN 6625:2000 (ISO
11923:1997) về chất lượng nước ............................................................. 53
2.2.7. Phương pháp xác định PO43- theo SMEWW 4500 - P.E (2012) ... 53
2.3. KHẢO SÁT HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG CỦA VẬT LIỆU .... 56
2.3.1. Khảo sát thời gian đạt cân bằng hấp phụ ....................................... 56
2.3.2. Khảo sát hoạt tính quang xúc tác ................................................... 56
2.3.3. Phân tích định lượng tetracyclin (TC) ........................................... 57
2.3.2.1. Nguyên tắc ........................................................................................57
2.3.2.2. Xây dựng đường chuẩn xác định nồng độ TC..................................57

2.4. NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI HỒ NUÔI TÔM
TRÊN CƠ SỞ VẬT LIỆU COMPOSITE BiOI/TiO2 ................................. 58
2.4.1. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản mẫu ........................................ 58
2.4.2. Nghiên cứu điều kiện, thời gian và nồng độ chế phẩm vi sinh xử lý
nước thải hồ nuôi tôm hiệu quả nhất ....................................................... 58
2.4.3. Ảnh hưởng của khối lượng chất xúc tác BiOI/TiO2 trên một đơn vị
diện tích đến hoạt tính quang xúc tác của vật liệu khi sử dụng nguồn sáng
đèn

................................................................................................... 59

2.4.4. Ảnh hưởng của khối lượng chất xúc tác BiOI/TiO2 trên một đơn vị
diện tích đến hoạt tính quang xúc tác của vật liệu khi sử dụng nguồn sáng
mặt trời ................................................................................................... 60
2.4.5. Nghiên cứu kết hợp vật liệu TiO2 biến tính phân tán trên pha nền và
phương pháp vi sinh để xử lý nước thải hồ nuôi tôm .............................. 61

e


Chương III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ................................................. 63
3.1. ĐÁNH GIÁ HOẠT TÍNH XÚC TÁC QUANG CỦA VẬT LIỆU TiO2
BIẾN TÍNH ĐƯỢC PHÂN TÁN TRÊN PHA NỀN .................................. 63
3.1.1. Khảo sát thời gian cân bằng hấp phụ ............................................. 63
3.1.2. Khảo sát các yếu tố thực nghiệm ảnh hưởng đến hoạt tính quang xúc
tác của vật liệu ......................................................................................... 64
3.2. ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC THẢI BAN ĐẦU ..................... 67
3.3. NGHIÊN CỨU ĐIỀU KIỆN, THỜI GIAN VÀ NỒNG ĐỘ CHẾ PHẨM
VI SINH XỬ LÝ NƯỚC THẢI HỒ NUÔI TÔM HIỆU QUẢ NHẤT ...... 69

3.4. NGHIÊN CỨU CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG XỬ
LÝ NƯỚC THẢI NUÔI TÔM CỦA VẬT LIỆU BiOI/TiO2 PHÂN TÁN
TRÊN PHA NỀN ........................................................................................ 73
3.4.1. Ảnh hưởng của khối lượng chất xúc tác BiOI/TiO2 trên một đơn vị
diện tích đến hoạt tính quang xúc tác của vật liệu khi sử dụng nguồn sáng
đèn 73
3.4.1.1. Kết quả khảo sát pH .........................................................................74
3.4.1.2. Kết quả khảo sát NH4+ .....................................................................75
3.4.1.3. Kết quả khảo sát BOD5 ....................................................................76
3.4.1.4. Kết quả khảo sát COD .....................................................................78

3.4.2. Ảnh hưởng của khối lượng chất xúc tác BiOI/TiO2 trên một đơn vị
diện tích đến hoạt tính quang xúc tác của vật liệu khi sử dụng nguồn sáng
mặt trời ................................................................................................... 80
3.4.2.1. Kết quả khảo sát pH .........................................................................80
3.4.2.2. Kết quả khảo sát NH4+ .....................................................................81
3.4.2.3. Kết quả khảo sát BOD5 ....................................................................83
3.4.2.4. Kết quả khảo sát COD .....................................................................84

3.4.3. Đánh giá khả năng tái sử dụng của vật liệu ................................... 88

e


3.5. HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI HỒ NUÔI TÔM BẰNG PHƯƠNG
PHÁP KẾT HỢP ......................................................................................... 89
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................... 94
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 96
PHỤ LỤC ..................................................................................................... 104
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN THẠC SĨ (Bản sao) .......... 115

e


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AOPs

Advanced Oxidation Processes (Các quá trình oxi hóa nâng cao)

BNNPTNT

Bộ nơng nghiệp phát triển nơng thơn

BOD

Biochemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy sinh hố)

BTNMT

Bộ tài ngun môi trường

CB

Condution band (Vùng dẫn)

COD

Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hóa học)

Eg

Band gap energy (Năng lượng vùng cấm)

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

TC

Tetracyclin

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

THMs

Trihalomethanes

TSS

Total Suspended Solids (Tổng chất rắn lơ lửng)

TT-BNN

Thơng tư – Bộ nơng nghiệp

VB

Valance band (Vùng hóa trị)

e


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1. Diện tích ni tơm ở các khu vực thuộc tỉnh Bình Định năm 2017..
........................................................................................................................... 9
Bảng 1. 2. Áp dụng các cơng trình cơ học xử lý nước thải ........................... 13
Bảng 1. 3. Áp dụng các q trình hóa học trong xử lý nước thải .................. 16
Bảng 2. 1. Sự phụ thuộc của mật độ quang A vào nồng độ NH4+ (mg/L).......48
Bảng 2. 2. Kết quả xây dựng đường chuẩn COD (mg/L) ............................... 50
Bảng 2. 3. Nồng độ và thể tích mẫu octophosphat ......................................... 54
Bảng 2. 4. Sự phụ thuộc của mật độ quang A vào nồng độ TC (mg/L) ......... 57
Bảng 3. 1. Kết quả phân tích nước thải hồ ni tơm.......................................67
Bảng 3. 2. Hiệu quả xử lý nước thải hồ nuôi tôm trên cơ sở kết hợp phương
pháp vi sinh với phương pháp oxy hóa nâng cao (3 h) ................................... 90

e


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1. 1. Bản đồ hành chính tỉnh Bình Định .................................................. 8
Hình 1. 2. Cấu trúc tinh thể các dạng thù hình của TiO2 ............................... 19
Hình 1. 3. Hình khối bát diện của TiO2 .......................................................... 19
Hình 1. 4. Sơ đồ nguyên lý cơ chế quang xúc tác của TiO2 ........................... 23
Hình 1. 5. Giản đồ năng lượng của anatase và rutile ..................................... 25
Hình 1. 6. Vi khuẩn Bacillus subtilis .............................................................. 35
Hình 1. 7. Vi khuẩn Nitrosomonas ................................................................. 36
Hình 1. 8. Vi khuẩn Nitrobacter ..................................................................... 36
Hình 1. 9. Chế phẩm vi sinh Remediate ......................................................... 39

Hình 2. 1. Ảnh SEM của vật liệu (a) BiOI; (b) TiO2 và (c) composite
BiOI/TiO2........................................................................................................42
Hình 2. 2. Giản đồ XRD của các mẫu vật liệu ................................................ 43
Hình 2. 3. Phổ FT-IR của các mẫu vật liệu ..................................................... 44
Hình 2. 4. (a) Phổ UV-Vis-DRS và (b) xác định năng lượng Eg của các mẫu
vật liệu ............................................................................................................. 45
Hình 2. 5. Đồ thị đường chuẩn NH4+ .............................................................. 48
Hình 2. 6. Đồ thị đường chuẩn COD .............................................................. 51
Hình 2. 7. Đồ thị đường chuẩn TC có nồng độ 0,1 – 12 mg/L ....................... 58
Hình 2. 8. Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu điều kiện, thời gian và nồng độ chế
phẩm vi sinh để xử lý nước thải hồ ni tơm hiệu quả nhất ........................... 59
Hình 2. 9. Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu khối lượng xúc tác trên một đơn vị
diện tích của vật liệu TiO2 biến tính phân tán trên pha nền trong xử lý nước
thải hồ ni tơm............................................................................................... 59
Hình 2. 10. Sơ đồ thí nghiệm nghiên cứu nguồn sáng khi xử lý quang xúc tác
của vật liệu TiO2 biến tính phân tán trên pha nền trong xử lý nước thải hồ
nuôi tôm........................................................................................................... 61

e


Hình 2. 11. Sơ đồ xử lý nước thải hồ ni tơm trên cơ sở kết hợp phản ứng
oxy hóa nâng cao với phương pháp vi sinh .................................................... 62
Hình 3. 1. Sự thay đổi giá trị C/Co theo thời gian t (phút) của mẫu vật liệu
BiOI/TiO2 phân tán trên pha nền ở các khối lượng khác nhau……………...63
Hình 3. 2. Sự thay đổi C/Co theo thời gian với các khối lượng chất xúc tác khi
sử dụng nguồn sáng đèn .................................................................................. 64
Hình 3. 3. Sự thay đổi C/Co theo thời gian với các khối lượng chất xúc tác khi
sử dụng nguồn sáng mặt trời ........................................................................... 65
Hình 3. 4. Hiệu suất quang phân hủy tetracyclin với các khối lượng chất xúc

tác khi sử dụng nguồn sáng đèn và mặt trời.................................................... 65
Hình 3. 5. Hiệu quả xử lý pH của chế phẩm vi sinh theo thời gian xử lý ...... 69
Hình 3. 6. Hiệu quả xử lý COD của chế phẩm vi sinh theo thời gian xử lý ... 70
Hình 3. 7. Hiệu quả xử lý BOD5 của chế phẩm vi sinh theo thời gian xử lý.. 70
Hình 3. 8. Hiệu quả xử lý TSS của chế phẩm vi sinh theo thời gian xử lý .... 71
Hình 3. 9. Hiệu quả xử lý N-tổng của chế phẩm vi sinh theo thời gian xử lý 71
Hình 3. 10. Hiệu quả xử lý PO43- của chế phẩm vi sinh theo thời gian xử lý . 72
Hình 3. 11. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị pH với các khối lượng
xúc tác khác nhau trên một đơn vị diện tích khi sử dụng nguồn sáng đèn ..... 74
Hình 3. 12. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nồng độ NH4+ với các khối
lượng xúc tác khác nhau trên một đơn vị diện tích khi sử dụng nguồn sáng
đèn ................................................................................................................... 75
Hình 3. 13. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị BOD5 với các khối lượng
xúc tác khác nhau trên một đơn vị diện tích khi sử dụng nguồn sáng đèn ..... 77
Hình 3. 14. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị COD với các khối lượng
xúc tác khác nhau trên một đơn vị diện tích khi sử dụng nguồn sáng đèn ..... 78

e


Hình 3. 15. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị pH với các khối lượng
xúc tác khác nhau trên một đơn vị diện tích khi sử dụng nguồn sáng mặt trời
......................................................................................................................... 80
Hình 3. 16. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của nồng NH4+ với các khối lượng
xúc tác khác nhau trên một đơn vị diện tích khi sử dụng nguồn sáng mặt trời
......................................................................................................................... 82
Hình 3. 17. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị BOD5 với các khối lượng
xúc tác khác nhau trên một đơn vị diện tích khi sử dụng nguồn sáng mặt trời
......................................................................................................................... 83
Hình 3. 18. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của giá trị COD với các khối lượng

xúc tác khác nhau trên một đơn vị diện tích khi sử dụng nguồn sáng mặt trời
......................................................................................................................... 85
Hình 3. 19. Hiệu suất xử lý nồng độ COD, NH4+ của vật liệu BiOI/TiO2...... 89
Hình 3. 20. So sánh khả năng xử lý kháng sinh tetracyclin trong nước thải hồ
nuôi tôm của 2 phương pháp vi sinh và oxy hóa nâng cao ............................. 90
Hình 3. 21. Cơ chế diệt khuẩn của phản ứng quang xúc tác dị thể trên cơ sở
vật liệu Bi2WO6/BiOI ...................................................................................... 92

e


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Đất nước ta đang trên đường cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa theo định
hướng xã hội chủ nghĩa, nền kinh tế đang từng bước hịa nhập theo sự phát triển
của thế giới. Cũng vì thế mà sự cạnh tranh ngày càng diễn ra quyết liệt, vì vậy
thách thức đặt ra cho nước ta là khơng nhỏ, địi hỏi phải phát huy được những
ngành nghề được coi là thế mạnh cho sự phát triển kinh tế của quốc gia. Việc
phát triển nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là nghề nuôi tôm xuất khẩu trong những
năm gần đây đã trở thành một ngành kinh tế mũi nhọn, mang lại nhiều lợi ích
kinh tế, góp phần xóa đói giảm nghèo, nâng cao đời sống cho người dân. Chính
vì vậy, các vùng ven biển có xu hướng chuyển đổi đất canh tác sang các mơ
hình ni tơm. Tuy nhiên, việc phát triển hệ thống hồ nuôi không quy hoạch,
khơng có hệ thống xử lý nước thải đã gây ra sự ô nhiễm nguồn nước, ảnh hưởng
đến môi trường sống của động thực vật thủy sinh và sức khỏe con người.
Trong vài thập kỷ qua, đã có nhiều nghiên cứu về các phương pháp xử lí
nước thải ni tơm. Trong đó, phương pháp kết hợp biện pháp hóa học và sinh
học được chú ý vì mang lại hiệu quả cao. Bên cạnh đó, việc sử dụng các hợp

chất có hoạt tính xúc tác quang trong những năm gần đây như: TiO2, ZnO, CdS,
Fe2O3,... để chuyển hóa các hợp chất hữu cơ khó phân hủy sang dạng ít hoặc
khơng độc hại đang thu hút được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. Trong
số đó, vật liệu TiO2 với kích thước nano nổi lên với những tính chất ưu việt như
khả năng chuyển hóa các hợp chất hữu cơ mà đặc biệt là sự chuyển hóa dư
lượng kháng sinh có trong nguồn thải, ngồi ra TiO2 khơng độc hại, bền vững
về mặt hóa học và có giá thành thấp.
Với trữ lượng đã được thăm dò và đánh giá khoảng hàng chục triệu tấn
ilmenite nằm dọc ven biển các tỉnh, trong đó Bình Định là một trong bốn tỉnh
được đánh giá có trữ lượng quặng titan lớn của cả nước, khoảng 2,5 triệu tấn

e


2

[6, 16]. TiO2 được tổng hợp từ nguồn quặng có năng lượng vùng cấm cao. Giải
pháp mở rộng khả năng xúc tác quang hóa của TiO2 là việc sử dụng kĩ thuật
doping để đưa các kim loại chuyển tiếp như (Ni, Cr, W,…) [43] hoặc các phi
kim như (N, C, S,…) vào mạng lưới tinh thể của TiO2 để làm giảm năng lượng
vùng cấm [47, 88]. Ngoài ra, để đạt mục đích thu hồi vật liệu xúc tác và giảm
giá thành của sản phẩm, cần cố định chất xúc tác lên chất nền có diện tích bề
mặt lớn. Các chất này có những đặc điểm như: gắn kết tốt với xúc tác, khơng
có tác dụng phân hủy xúc tác, có ái lực hấp phụ với chất ô nhiễm như: xi măng,
sợi thủy tinh, SiO2,… hy vọng mang lại nhiều ưu điểm vượt trội. Bên cạnh đó,
việc sử dụng các chủng vi sinh vật đặc hiệu có tác dụng phân giải chất dinh
dưỡng trong nước thải giúp cải thiện chất lượng nguồn nước để xử lý nguồn
nước thải là xu hướng hiện nay trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng.
Để tăng hiệu quả xử lý đối với nguồn nước thải, việc ứng dụng chế phẩm sinh
học kết hợp hoạt tính xúc tác quang của vật liệu TiO2 đang được xem là hướng

đi phù hợp hiện nay. Từ những phân tích trên, chúng tơi thực hiện đề tài
“Nghiên cứu kết hợp phương pháp vi sinh và xúc tác quang sử dụng vật liệu
TiO2 phủ trên một số pha nền để xử lý nước thải hồ nuôi tôm”.
2. Mục tiêu đề tài
- Đánh giá chất lượng nước thải hồ nuôi tơm.
- Xác định khối lượng vật liệu TiO2 biến tính phân tán trên pha nền trong
xử lý nước thải hồ nuôi tôm.
- Xác định nguồn sáng phù hợp trong phản ứng quang xúc tác phân hủy
các hợp chất hữu cơ của vật liệu TiO2 biến tính phân tán trên pha nền trong xử
lý nước thải hồ nuôi tôm.
- Nghiên cứu khả năng chuyển hóa các hợp chất hữu cơ (nito, phospho,...)
trong nước thải ao nuôi tôm của vật liệu composite TiO2 phủ trên pha nền.

e


3

- Nghiên cứu khả năng phân giải kháng sinh (tetracyclin, ciprofloxacin)
trong nước thải ao nuôi tôm của vật liệu composite TiO2 phủ trên pha nền.
- Nghiên cứu kết hợp vật liệu composite TiO2 phủ trên pha nền và chế
phẩm vi sinh để xử lý nước thải ao nuôi tôm đạt tiêu chuẩn xả thải.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
* Đối tượng nghiên cứu:
- Nước thải ao nuôi tôm: được lấy tại thành phố Quy Nhơn và các vùng
lân cận.
- Vật liệu TiO2 đã được biến tính phủ trên pha nền xi măng.
- Chế phẩm vi sinh Remediate ứng dụng trong xử lý nước.
* Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu thực hiện trên quy mơ phịng thí nghiệm.

4. Phương pháp nghiên cứu
- Tổng hợp và thu thập tài liệu liên quan đến đề tài.
- Chất lượng nước thải hồ nuôi tôm được đánh giá thông qua các chỉ tiêu:
+ pH: xác định pH dung dịch
+ NH4+: xác định hàm lượng amoni
+ N-tổng: xác định hàm lượng của nitơ dưới dạng nitơ hữu cơ và nitơ
vô cơ
+ COD: xác định nhu cầu oxy hóa học
+ BOD5: xác định nhu cầu oxy sinh hóa trong 5 ngày
+ TSS: xác định tổng chất rắn lơ lửng trong nước thải
+ PO43-: xác định hàm lượng phospho dưới dạng octophospho
+Kháng sinh: xác định hàm lượng kháng sinh tetracyclin trong nước
thải hồ nuôi tôm
- Phương pháp xử lý số liệu: Sử dụng phần mềm Excel và R

e


4

5. Cấu trúc luận văn
Luận văn được kết cấu gồm các phần:
Mở đầu
Chương 1. Tổng quan lý thuyết
Chương 2. Phương pháp thực nghiệm
Chương 3. Kết quả và thảo luận
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Phụ lục

e


5

Chương I. TỔNG QUAN
1.1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NI TƠM TRÊN THẾ GIỚI VÀ
VIỆT NAM
Nghề ni tơm trên thế giới xuất hiện cách đây nhiều thế kỷ, nhưng nuôi
tôm hiện đại mới chỉ bắt đầu vào những năm 1930 sau khi Motosaku Fujinaga
cơng bố cơng trình nghiên cứu về sản xuất giống nhân tạo lồi tơm he Nhật Bản
[77]. Cùng với sự phát triển của khoa học, qui trình sản xuất tơm bột được hồn
chỉnh vào năm 1964. Sự chủ động được con giống đảm bảo chất lượng giúp
cho nghề ni tơm phát triển nhanh chóng và bùng nổ vào thập niên 90 [71].
1.1.1. Trên thế giới
Trên thế giới có hai khu vực ni tơm lớn nhất là tây bán cầu (gồm các
nước Châu Mỹ Latinh) và đông bán cầu (gồm các nước Nam Á và Đông Nam
Á). Theo Nguyễn Văn Hảo, 2000 thì năm 1997 ở khu vực tây bán cầu, Ecuador
đạt được 130.000 tấn chiếm 66% tổng sản lượng tôm nuôi của khu vực. Khu
vực đông bán cầu sản lượng tôm nuôi đạt 462.000 tấn chiếm 70% tơm ni trên
thế giới. Trong đó, Thái Lan là nước đứng đầu, kế đến là Indonesia, Trung
Quốc, Ấn Độ, Bangladesh, Việt Nam.
Các lồi tơm được ni nhiều nhất là là tôm chân trắng (Penaeus
vannamei), tôm sú (Penaeus monodon), tôm chân trắng Trung Quốc (P.
chinensis). Nuôi tôm đem lại lợi nhuận cao đã tạo nên những cơn “sốt tơm” kéo
theo đó là các cơn “sốt đất” và “sốt vàng”. Chỉ trong vòng 2 – 3 năm người dân
đã chuyển gần như tồn bộ vốn đất của họ sang ao tơm. Nhu cầu thị trường đối
với tôm vẫn không ngừng tăng cao trong thời gian qua làm cho tơm có một giá
trị hấp dẫn và ngành ni tơm thâm canh có đầu ra ổn định. Lợi nhuận hấp dẫn
và giá trị xuất khẩu cao của tơm ni đã tác động đến chính sách phát triển của

một số nước ni tơm. Chính điều này đã làm cho nghề nuôi tôm được mở rộng
và giá thành sản xuất tôm cũng thấp hơn các nước cạnh tranh rất nhiều.

e


6

Nghề nuôi tôm ở các nước châu Á tuy phát triển rất mạnh, đạt được kết
quả bước đầu, nhưng đã phải sớm đối đầu với vấn đề dịch bệnh và sự suy thối
của mơi trường ni. Thường các vùng ni tơm chỉ cho lợi nhuận cao trong
vịng 2 đến 4 năm đầu, sau đó do bệnh dịch bộc phát, mơi trường suy thối, con
tơm dễ bị bệnh, bệnh dịch tràn lan gây nhiều thiệt hại to lớn cho người nuôi và
làm giảm diện tích, sản lượng tơm ni. Ngun nhân chính của việc giảm năng
suất trầm trọng trên được xác định do phát triển ni nóng vội, các khu vực
ni chỉ tập trung vào phát triển diện tích ni và tăng sản lượng trong các ao
nuôi mà bỏ qua việc xử lý chất thải phát sinh trong q trình ni. Sau một thời
kỳ ni có hiệu quả, mơi trường trong khu ni dần bị suy thối dẫn đến tơm
ni dễ bị mắc bệnh.
Trước tình hình đó các nước đã thực hiện đầu tư nghiên cứu tìm các giải
pháp để vực lại nghề ni, trong đó tập trung vào vấn đề quản lý và bảo vệ môi
trường trong các khu nuôi được chú ý. Trung Quốc phải mất 10 năm để tổ chức
lại nghề nuôi, dựa trên điều kiện thực tế của từng tiểu vùng để đưa ra mơ hình
và quy trình ni thích hợp và Trung Quốc đã trở thành nước có sản lượng tơm
ni lớn nhất trên thế giới.
1.1.2. Tại Việt Nam
Vào thập kỷ 70, ở miền Bắc và miền Nam Việt Nam đều tồn tại hình thức
ni tơm quảng canh. Theo Ling (1973) và Rabanal (1974), diện tích nuôi tôm
ở đồng bằng sông Cửu Long thời kỳ này đạt khoảng 70.000 ha. Ở Miền Bắc,
trước năm 1975 có khoảng 15.000 ha nuôi tôm nước lợ. Nghề nuôi tôm Việt

Nam thực sự phát triển từ sau năm 1987 và nuôi tôm thương phẩm phát triển
mạnh vào những năm đầu thập kỷ 90 của thế kỷ trước. Đến giữa thập kỷ 90
(1994 – 1995), phát triển nuôi tôm ở Việt Nam có phần chững lại do gặp phải
nạn dịch bệnh tơm. Trong các năm 1996 – 1999, bệnh dịch có giảm nhưng vẫn
tiếp tục gây thiệt hại cho người nuôi.

e


7

Từ năm 1999, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành Quyết định số
224/1999/QĐ-TTg ngày 08/12/1999 phê duyệt Chương trình phát triển ni
trồng thủy sản thời kỳ 1999-2010 (Chương trình 224) và Nghị quyết số
09/2000/NQ-CP ngày 15/6/2000 (Nghị quyết 09) về một số chủ trương và chính
sách về chuyển dịch cơ cấu kinh tế và tiêu thụ sản phẩm nông nghiệp. Những
chính sách này có tầm quan trọng đặc biệt, thúc đẩy quá trình chuyển dịch cơ
cấu kinh tế trong lĩnh vực nơng nghiệp nói chung và ni trồng thủy sản nói
riêng. Giai đoạn 2001-2010, tốc độ tăng sản lượng thủy sản đạt 9,89%, thì ni
trồng thủy sản đạt tới 17,96%, giá trị xuất khẩu thủy sản cũng tăng bình quân
12,23%/năm. Chương trình này cũng đã đánh dấu sự ra đời của phương thức
nuôi tôm công nghiệp và thu hút đầu tư của các doanh nghiệp [2].
Năm 2016, Việt Nam xuất khẩu tôm sang 90 thị trường, giảm so với 92
thị trường của năm 2015, đạt kim ngạch 3,150 tỷ USD, tăng 6,7% so với năm
2015. Trong đó, tơm chân trắng chiếm 62,1%, tôm sú chiếm gần 29,5%. Việt
Nam đứng thứ 3 về sản xuất tôm trên thế giới (sau Trung Quốc và Indonesia),
với sản lượng từ 600.000 - 650.000 tấn/năm, và đã xuất khẩu tới gần 100 quốc
gia và vùng lãnh thổ. Việt Nam hiện là nhà cung cấp tôm lớn thứ nhất vào Nhật
Bản, thứ 3 vào Hoa Kỳ, và thứ 4 vào EU, đồng thời dẫn đầu các nước cung cấp
tôm trên thế giới về số lượng doanh nghiệp được cấp chứng nhận BAP 4 sao.

Xuất khẩu Việt Nam sang 10 thị trường lớn vẫn tăng trưởng khả quan. Xuất
khẩu sang Trung Quốc tăng 24,3%, sang Hoa Kỳ, EU, Nhật Bản, Hàn Quốc
tăng lần lượt là 7,9%, 9,4%, 2,7% và 13,6% [2].
1.1.3. Tại tỉnh Bình Định
Tỉnh Bình Định nằm trong vùng Duyên hải Nam Trung bộ với tổng diện
tích tự nhiên 605.058 ha (hình 1.1). Bình Định có địa hình đồng bằng ven biển
phân bố kéo dài theo hướng song song với bờ biển tạo nên vòng cung ôm lấy
vùng trung du và núi phía tây của tỉnh. Kiểu địa hình này phổ biến ở huyện

e


8

Hoài Nhơn, Phù Mỹ, Phù Cát, Tuy Phước,... vùng này có diện tích 198.453 ha,
chiếm 32% đất tồn tỉnh. Sát ven biển là khu vực cồn cát, lác đác gặp các hòn
núi đảo sườn dốc nằm ngang trên bờ biển, tiếp sau khu vực cồn cát có nhiều
đầm, vịnh, cửa biển. Những đầm phá lớn như đầm Trà Ổ, đầm Đề Gi, đầm Thị
Nại. Dạng địa hình đầm phá sẽ đem lại nguồn lợi kinh tế đáng kể nếu được chú
ý nghiên cứu đầu tư vào việc nuôi trồng khai thác các nguồn lợi thủy hải sản.

Hình 1. 1. Bản đồ hành chính tỉnh Bình Định

Bình Định, cũng như một số tỉnh miền Trung khác, nuôi tôm nước lợ phát
triển mạnh kể từ năm 2005. Diện tích ni tơm thẻ chân trắng đã tăng từ 102
ha năm 2005 lên 385 ha năm 2017, tốc độ tăng là do có sự phát triển diện tích
tại vùng ni trên cát của huyện Phù Cát, Phù Mỹ và chuyển đổi diện tích từ

e

9

nuôi tôm sú sang nuôi tôm thẻ chân trắng tại TP. Quy Nhơn, huyện Tuy Phước
và huyện Hoài Nhơn. Diện tích ni tơm sú, tăng từ 953 ha năm 2005 lên
1447,9 ha năm 2017 [13] (bảng 1).
Bảng 1. 1. Diện tích ni tơm ở các khu vực thuộc tỉnh Bình Định năm 2017

TT Huyện, TP

Diện
tích có
(ha)

Diện tích
ni tơm
(ha)

Diện tích ni
tơm thẻ chân
trắng (ha)

Diện tích
ni tơm
sú (ha)

1

Quy Nhơn

208,30

223,20

16,80

206,40

2

Tuy Phước

971,10

969,30

86,80

882,50

3

Phù Cát

295,30

144,50

36,50

108,00

4

Phù Mỹ

522,10

375,00

124,00

251,00

5

Hồi Nhơn

237,90

120,90

120,90

0,00

Tổng cộng

2234,70

1832,90

385,00

1447,90

1.2. NHỮNG HẠN CHẾ, BẤT CẬP VÀ THÁCH THỨC CỦA NGÀNH
NUÔI TÔM
Tuy đang nắm trong tay những thuận lợi, nhưng bản thân ngành thủy sản
cũng đang phải đối mặt với những thách thức không nhỏ. Đầu tiên là những
vấn đề tác động trực tiếp đến ngành nuôi tôm:
1.2.1. Chịu tác động nặng nề của ô nhiễm môi trường và biến đổi khí hậu
Ngành thủy sản đang bị tác động mạnh của biến đổi khí hậu. Vào đầu năm
2016, do thời tiết nắng nóng và xâm nhập mặn, một số tỉnh như Trà Vinh, Kiên
Giang, Bến Tre, Cà Mau, Bạc Liêu đã bị thiệt hại khoảng 2.000 ha [12].
Tình trạng các đập thủy điện ở thượng nguồn giữ và xả nước của dịng
sơng Mekong khơng theo quy luật cũng đang khiến chất lượng nước và độ mặn
của nước biến động bất thường. Khoảng 80% diện tích ni tơm ở đồng bằng
sông cửu long là tự phát, nuôi quy mô nhỏ. Thiếu quy hoạch đã gây ô nhiễm

e


10

môi trường nghiêm trọng, ảnh hưởng đến đời sống của người dân địa phương.
Kéo theo hàng loạt vấn đề xã hội như ô nhiễm nguồn nước phục vụ sinh hoạt
và sản xuất của cộng đồng, mâu thuẫn lợi ích trong việc chia sẻ các nguồn tài
nguyên thiên nhiên có ảnh hưởng đến sinh kế của người dân,... [8].
1.2.2. Tác động do sử dụng hóa chất và thức ăn ni tơm

Trong q trình ni tơm phần lớn lượng thức ăn mà người ta dùng để cho
tôm ăn rất giàu thành phần đạm, trong q trình chuyển hóa một phần được thải
ra từ phân, còn một phần thức ăn dư thừa bị phân hủy là nguyên nhân gây nhiễm
bẩn nguồn nước trong ao nuôi, gây hiện tượng phú nhưỡng. Đây là điều kiện
rất thuận lợi cho các loài tảo độc, các loài kí sinh cũng như các lồi vi sinh vật
gây hại cho tơm phát triển, từ đó hình thành các dịch bệnh nguy hiểm như
bệnh vi khuẩn phát sáng, bệnh đốm trắng, bệnh co thân, bệnh vỏ trắng,… làm
giảm năng suất và chất lượng ao tơm hay gây thất thu tồn bộ ao tôm nếu không
khống chế kịp thời.
Tại một số ao nuôi, người ta thường cho tôm ăn thức ăn tươi sống như cá,
nhuyễn thể, trứng nghiền, tôm con chưa ăn hết được mà còn tạo điều kiện cho
vi sinh vật gây bệnh, có hại phát triển, vơ tình phá vỡ cơ cấu sinh thái nước ao.
Trong ao nuôi tôm cịn có chứa một ít dư lượng của các chất kháng sinh, dược
phẩm, thuốc trị liệu và kích thích tố. Do thiếu kiến thức về kĩ thuật nuôi thủy
sản nên người nuôi tôm đã dùng kháng sinh bừa bãi khi tôm bị bệnh, trộn vào
thức ăn cho tôm ăn. Các loại kháng sinh thường dùng là kháng sinh dùng cho
thú y như tetracylin, penecilin, streptonycine,… với liều lượng sử dụng không
được hướng dẫn cụ thể. Việc sử dụng kháng sinh bừa bãi, khơng đúng cách có
thể dẫn đến nhiều tác hại như: vi khuẩn kháng thuốc khiến việc phòng trị bệnh
khơng cịn tác dụng, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người sử dụng,... Ngoài
ra, việc điều trị bằng kháng sinh và hóa chất, đặc biệt khi dùng quá nhiều hóa
chất sẽ tiêu diệt phần lớn các vi khuẩn có lợi trong nước hồ, chứ không chỉ các

e


11

vi khuẩn gây bệnh. Các kháng sinh và hoá chất không thể sử dụng để phục hồi
sự suy giảm chất lượng nước và mơi trường sinh thái.

Lượng hóa chất mà người đã sử dụng để bón phân gây màu cho nước, điều
chỉnh pH, nhiệt độ,… nếu không được quản lý tốt, sử dụng hợp lý sẽ gây tác
động rất lớn đến với môi trường nuôi tôm. Việc sử dụng thuốc điều trị và hoá
chất gây tác động bất lợi đối với sinh vật phù du và sinh vật đáy do ảnh hưởng
độc tố sinh thái học của chúng. Bón vơi quá nhiều làm tăng pH, tăng độ kiềm
trong hồ, từ đó làm tăng tính độc của NH3 và làm tơm khó lột vỏ. Thêm vào đó,
nước thải ra ngồi mang theo một lượng lớn hợp chất nito, phospho và các chất
dinh dưỡng khác, gây nên sự siêu dinh dưỡng và rộng dinh dưỡng, kèm theo sự
tăng sức sản xuất ban đầu và nở rộ của vi khuẩn. Sự có mặt của các hợp chất
carbonic và chất hữu cơ sẽ làm giảm oxy hoà tan và tăng BOD, COD, sulfit
hydrogen, ammoniac và hàm lượng methane trong vực nước tự nhiên [14].
1.2.3. Tác động của bùn đáy
Sau mỗi vụ nuôi do lượng chất ăn dư thừa, chất thải của tơm tích tụ ở đáy
hồ sẽ tạo thành một lớp mùn bã hữu cơ. Đây chính là nơi chứa nhiều tác nhân
gây bệnh và sản sinh ra một số khí độc. Chính những tác nhân trên khơng những
làm ảnh hưởng đến q trình phát triển của tơm mà cịn tác động làm suy thối
lớp đất ở đáy hồ ni tơm. Lớp bùn đáy hồ này thiếu oxy và chứa nhiều chất
nguy hiểm như NH3, H2S,… làm tôm bị căng thẳng, thể hiện qua việc kém ăn,
mức tăng trưởng giảm, dễ bị mắc bệnh do vi khuẩn và dẫn đến việc tôm chết
hàng loạt.
Bùn đáy sinh ra trong q trình ni sau mỗi vụ canh tác không được xử
lý mà chỉ hốt đổ lên trên bề mặt thành hồ nuôi và để khô tự nhiên do đó gây ra
mùi hơi thối hữu cơ nồng nặc trong thời gian khá dài. Trong đất có nhiều mùn
bã hữu cơ, quá trình phân hủy chất hữu cơ sẽ tạo ra một số khí độc như NH 3,
clo khi sử dụng sẽ tác dụng với NH3 cho ra các loại chất độc tồn lưu rất lâu

e