NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CHẤT MANG ỨNG DỤNG CHO LỌC SINH HỌC doc

NGHIÊN CỨU LỰA CHỌN CHẤT MANG ỨNG
DỤNG CHO LỌC SINH HỌC ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC
NUÔI THỦY SẢN HOÀN LƯU



I. Mở đầu

Một trong những khó khăn lớn của các trại sản xuất
giống hải sản là hiện tượng con giống chết hàng loạt
trong thời gian ngắn do bị nhiễm bệnh hoặc do thay nư
ớc
có thành phần hóa lý không phù hợp. Thực tế cho đến
nay vẫn chưa có mô hình xử lý nước thật sự hiệu quả để
tái sử dụng nước cho trại giống ở nước ta mặc dù việc
này hoàn toàn có khả năng thực hiện được và nhiều nước
trên thế giới đã tiến hành. Trong các phương pháp hóa lý
và sinh học đang được áp dụng để xử lý nước từ các trại
giống, phương pháp lọc sinh học có nhiều ưu đi
ểm do chi
phí thấp, xử lý môi trường hiệu quả và an toàn.
Hiện nay, chỉ có rất ít trại giống ở nước ta sử dụng công
nghệ lọc sinh học nhưng hiệu quả ứng dụng không cao
do trong quá trình vận hành các trại chưa tuân thủ
nghiêm ngặt các công đoạn của quy trình xử lý. Lọc sinh
học rất dễ trở thành con dao hai lưỡi nếu các đi
ều kiện về
tuần hoàn nước, pH, hàm lư
ợng DO và vật liệu lọc không
thích hợp cho vi sinh vật bám dính.
Trong phạm vi bài báo này, chúng tôi chỉ đề cập tới

nghiên cứu lựa chọn vật liệu cố định thích hợp cho vi
sinh vật bám dính như một trong những khâu quan trọng
của hệ lọc sinh học.
II.Vật liệu và phương pháp nghiên cứu
1. Vật liệu
- Ba loại chất mang để thử nghiệm là lô nhựa, sỏi nhẹ và
san hô.
- Nước dùng nuôi thuỷ sản lấy từ Trạm Quý Kim, Hải
Phòng, độ mặn 15 %o có bổ sung thêm (NH4)2SO4-
0,11 g/l; K2HPO4- 0,013 g/l; đường saccharosa - 0,06
g/l; sắt - EDTA - 0,1 m/l.
2. Phương pháp
- Xác định pH và t0C bằng máy đo pH-320 WTW-Ðức,
DO bằng máy đo ôxy 330- Ðức, và N-NH+4, N-NO-2,
N-NO-3 theo tài liệu Standard methods for examination
of water and wastewater (American Public Health
Association)
- Ðể so sánh thử nghiệm hiệu quả của các chất mang
khác nhau, chúng tôi sử dụng hệ lọc sinh học gồm một
cột lọc tầng sôi và một cột lọc nhỏ giọt đối với mỗi chất
mang (hình 1). Trong quá trình thí nghiệm, bơm liên tục
nước ở bể nuôi vào đáy cột lọc tầng sôi, đồng thời bổ
sung khí nén nhằm cấp thêm ôxy cho vi khuẩn sống
trong hệ thống lọc chìm sinh học. Trong cột lọc tầng sôi,
nước được vận chuyển từ dưới lên trên rồi phun lên chất
mang của cột lọc nhỏ giọt. Khi nước chảy liên tục trong
hệ thống, trên bề mặt của chất mang sẽ dần dần hình
thành màng sinh học bao gồm các vi khuẩn hiếu khí, tuỳ
tiện và kỵ khí.
- Ðánh giá hiệu quả của chất mang thông qua hiệu quả

chuyển hóa N-NH+4, N-NO-2, N-NO-3.
III. Kết quả và thảo luận
1. So sánh hi
ệu quả của quá trình nitrat hoá ở cột lọc sinh
học có chất mang là lô nhựa, sỏi nhẹ và san hô
Tiến hành thí nghiệm ở nhiệt độ khoảng 15,8 - 25,80C;
pH 7,36 - 8,95 và DO 5,33 - 7,56 mg/l. Ðây là điều kiện
tương đối thuận lợi cho hệ vi sinh vật trong cột lọc sinh
học hoạt động.
Bảng1: Biến động của NH+4, NO-2, NO-3 trong quá
trình xử lý nước nuôi thuỷ sản bằng cột lọc sinh học có
các chất mang khác nhau
Chất mang
Lô nhựa Sỏi nhẹ San hô
Mẫ
u
phâ
n
tích

NH+
4
%
giả
m
N
O-
2
N
O-

3
NH+
4
%
giả
m
NO
-
2
NO
-
3
NH+
4
%
giả
m
NO
-
2
NO
-
3
1
26,1
0
0,00

0,4
8

0,5
6
35,2
2
0,00

2,40

3,20

30,0
0
0,00

0,00

0,00

2
23,1
6
11,2
6
1,2
0
0,9
0
25,7
8
26,8

0
6,10

6,90

14,3
2
52,2
6
10,0
0
0,87

3
19,8
0
24,1
3
1,3
6
0,4
6
23,8
0
32,4
2
2,75

2,89

12,8
2
57,2
6
10,4
1
0,95

4
18,8
0
27,9
6
0,3
8
0,9
8
20,2
0
42,6
4
5,00

5,26

10,0
0
66,6
6
10,5

3
1,16

5
12,9
6
50,3
4
0,3
5
0,6
2
7,72

78,0
8
1,62

3,50

9,30

69,0
0
10,6
5
1,25

6
9,80

62,4
5
0,7
1
0,2
3
4,29

87,8
1
2,67

11,1
8
20,8
0
0,00

11,1
5
1,37

7
5,70

78,1
6
0,1
2

0,9
7
3,00

91,4
8
2,30

13,0
6
16,6
0
20,1
9
13,0
0
1,63

8
5,32

79,6
1
0,6
7
0,4
0
0,31

99,1

1
3,97

9,73

3,90

81,2
5
15,6
0
11,7
8
9
32,4
0
0,00

0,2
5
0,3
2
30,9
0
0,00

13,8
5
2,00

1,45

93,0
2
34,2
0
12,9
0
10
23,3
0
28,0
8
0,2
3
0,3
2
5,80

81,2
2
15,1
0
4,40

22,9
3
0,00

60,2

0
14,9
0
11
15,7 51,50,2 0,1
5,33

82,714,1
6,60

10,2 55,562,524,9
0 4 2 3 5 0 0 1 6 0
12
11,6
6
64,0
1
0,7
7
0,1
3
4,91

84,1
1
18,8
0
3,85

3,46

84,9
1
78,6
0
30,4
0
13
11,0
4
65,9
2
0,2
0
0,4
2
3,36

89,1
2
14,9
7
3,80

0,50

97,8
1
85,2
0

5,80

14
9,20

71,6
0
0,1
0
0,0
5
0,57

98,1
5
20,2
0
5,18

22,4
0
0,00

51,3
0
12,3
0
15
25,7
0

0,00

1,3
0
0,2
1
0,46

98,5
1
16,7
0
4,21

12,8
5
42,6
3
25,1
0
20,8
5
16
19,4
0
24,5
1
0,4
3
0,1

0
21,4

0,00

23,9
0
2,00

0,28

98,7
5
21,9
5
33,3
0
17
17,3
9
32,3
3
0,4
6
0,2
5
8,84

58,6
9

30,6
0
5,20

27,8
0
0,00

41,8
0
39,2
0
18
16,7
8
34,7
0
0,5
5
0,4
2
0,18

99,1
5
33,5
0
11,4
8
8,86

68,1
2
46,7
0
50,8
0
19
15,7
0
38,9
1
0,5
2
1,2
4
15,8
0
0,00

44,6
0
6,04

1,10

96,0
4
60,9
0

93,3
0
20
13,6
3
46,9
6
1,0
5
0,3
6
10,0
7
36,2
6
52,0
0
4,92

18,1
0
0,00

56,3
0
110,
6
21
11,0
0

57,1
9
0,5
5
0,9
8
4,75

69,9
3
66,0
0
10,2
5
8,20

54,6
9
59,5
0
133,
7
22
10,7
5
58,1
7
0,2
3
1,0

4
0,25

98,4
1
70,0
0
12,0
0
1,08

94,0
3
61,6
0
125,
8
* Ghi chú: Thời điểm bổ sung NH+4 ứng với % giảm là
0,00 trong bảng.
Nhận xét:
- Lô nhựa:
Trong quá trình thí nghiệm, đã bổ sung NH4 làm 3 đợt
với lượng NH4 ban đầu biến động từ 26 - 32 mg/l. Kết
quả trình bày trên bảng 1 cho thấy hiệu quả giảm NH4
chỉ đạt trung bình 47,77% trong khi hàm lượng NO2- và
NO3- lại sinh ra rất ít ( NO2-= 0,10 - 1,36 mg/l; NO3- =
0,05 - 1,24 mg/l).
- Sỏi nhẹ:
Ðã bổ sung NH4 làm 4 đợt. Kết quả cho thấy hiệu quả
giảm NH4 trung bình cho cả 4 đợt là 75,25%, tăng

27,48% so với cột lọc sinh học có chất mang là lô nhựa.
Tuy nhiên, hiệu quả chuyển hoá NO2- và NO3- còn ch
ưa
tốt.
- San hô:
Ðã bổ sung NH4- làm 6 đợt. Kết quả cho thấy hiệu quả
giảm NH4 trung bình 70,75%, tăng 22,98% so với cột
lọc có chất mang là lô nhựa. Tuy nhiên, hiệu quả chuyển
hoá NO2- và NO3- trong môi trường hầu như không đạt
yêu cầu.
Từ những đánh giá trên, đã chọn sỏi nhẹ là chất mang
cho thí nghiệm tiếp theo mặc dù khả năng chuyển hoá
NO-2 và NO-3 chưa tốt vì: sỏi nhẹ cho hiệu quả ôxy hoá
NH+4 cao nhất; là vật liệu có diện tích bề mặt đặc trưng
lớn trên một đơn v
ị thể tích; là vật liệu rất dễ mua với giá
thành hạ. Ðồng thời, có thể nâng cao hiệu suất loại bỏ
NO-2 và NO-3 bằng việc hoàn thiện cột lọc nhỏ giọt và
thay đổi tốc độ phun nước để có thời gian lưu hợp lý, tạo
điều kiện cho vi sinh vật bám dính tốt trên bề mặt của
sỏi.
2.Thí nghiệm xử lý amôn bằng cột lọc sinh học có chất
mang là sỏi nhẹ
Trong thí nghiệm này, hệ lọc sinh học vẫn gồm cột lọc
tầng sôi và cột lọc nhỏ giọt, nhưng cấu trúc của cột lọc
nhỏ giọt có thay đổi. Theo dõi thí nghiệm liên tục trong
thời gian 60 ngày, duy trì các đi
ều kiện cần thiết cho hoạt
động của cột lọc. Ðưa amôn vào môi trường dưới dạng
NH4Cl nồng độ 2 mg/l và bổ sung liên tục theo kết quả

phân tích.
Nhận xét:
Thời gian khởi động của cột lọc sinh học khoảng 3 tuần.
Từ ngày thứ 22 trở đi, tốc độ nitrat hoá đã nhanh hơn
nhiều. Chỉ sau 24 giờ đã đạt hiệu quả oxy hóa NH+4 từ
31 - 58%. Sau 48 giờ xử lý, hiệu quả giảm đạt từ 85 -
90%. Ðiều này chứng tỏ sau thời gian chạy khởi động,
lượng vi khuẩn Nitrosomonas sp. đã ổn định và cho hiệu
quả giảm amôn khá tốt.
Do sinh khối Nitrobacter sp. còn quá ít ở giai đoạn đầu
nên lượng NO-2 trong môi trường đã tăng nhanh sau 8
ngày thí nghiệm ( 84,50 - 70 mg/l). Ðến ngày thứ 25, khi
lượng vi khuẩn Nitrobacter sp. trong cột lọc đã phát triển
mạnh và ổn định, việc chuyển hoá NO-2 đã diễn ra
nhanh và hàm lượng NO-2 chỉ dao động ở mức từ 0,1 -
0,79 mg/l.
Trong quá trình thí nghiệm, đã duy trì hàm lượng NO-3
ở
khoảng thích hợp từ 0,61 - 21,2 mg/l. Kết quả thí nghiệm
phần nào đã chứng minh rằng việc thay đổi cấu trúc của
cột lọc nhỏ giọt, cùng với việc phun đều lên toàn bộ chất
mang đã tạo điều kiện thuận lợi cho màng sinh học hình
thành trên bề mặt của các viên sỏi, tạo điều kiện tốt cho
các vi khuẩn yếm khí thực hiện quá trình khử nitrat.
IV. Kết luận
1- Hệ lọc sinh học bao gồm cột lọc tầng sôi và cột lọc
nhỏ giọt với chất mang khác nhau cho hiệu quả xử lý
amôn trung bình khác nhau: lô nhựa đạt 47,77%; sỏi nhẹ
đạt 75,25%; san hô đạt 70,75%. Kết quả thí nghiệm cho
thấy sử dụng sỏi nhẹ làm vật liệu cố định vi sinh vật

trong hệ lọc có triển vọng nhất.
2- Hệ lọc sinh học với cột lọc tầng sôi và cột l
ọc nhỏ giọt
cải tiến sử dụng sỏi nhẹ đã thực hiện quá trình nitrat hoá
khá tốt với hiệu quả ôxy hoá amôn sau 48 giờ đạt từ 85 -
90%; Hiệu quả chuyển hoá NO-2, NO-3 cao, đạt hàm
lượng NO-2 trong môi trường ở mức 0,1 - 0,79 mg/l;
NO-3 ở mức 0,61 - 21,2 mg/l.
Tài liệu tham khảo
1- Menasveta P., A.W. Fast, S. Piyatitivorakul, S.
Rungsupa. 1991. An
Improved, closed seawater Recirculation Maturation
System for Giant Tiger Prawn (Penaeus monodon
Fabricius). Aquacultural Engineering 10: 173-181.
2- Menasveta P., Aranyakanonda P., Rungsupa, S. &
Moree, N. 1989. Maturation and larviculture of penaeid
Prawns in closed recirculating seawater system.
Aquacultural Engineering, 8: 357-368.
3- Rogers, G.L., Klemetson, S.L. 1985. Ammonia
removal in selected aquaculture water reuse biofilters.
Aquacultural Engineering 4: 135-154.
4- Borendeur, J. 1989. Fixed-biofilm reactors aplied to
waste water treatment and aquacultural water
recirculating systems. Ph.D Dissertation. Univ.
Wageningen. The Netherlands, 171 pp.
5- Nguyễn Việt Thắng. 1996. Lọc sinh học- hướng sử
dụng trong sản xuất giống và nuôi tôm. NXB Nông
nghiệp T/p Hồ Chí Minh, 39 trang.