NGHIÊN cứu xử lý nước THẢI AO NUÔI tôm BẰNG PHƯƠNG PHÁP đất NGẬP nước kết hợp DIỆT KHUẨN BẰNG NANO bạc

TÓM TẮT
Việt nam là nước nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản là một trong những ngành
quan trọng đóng góp lớn vào thu nhập quốc dân. Nhờ địa hình và nguồn nước thuận
lợi cho việc nuôi trồng thủy sản, đồng bằng sông Cửu Long là một trong những khu
vực trọng điểm của cả nước. Đặc biệt là nghề nuôi tôm đã phát triển mạnh mẽ trong
những thập niên qua. Bên cạnh việc diện tích nuôi tăng nhanh thì vấn đề khó khăn
gặp phải là nước thải của ao nuôi sau khi thu hoạch tôm. Vì trong nước thải ao nuôi
tôm có hàm lượng ô nhiễm cao( COD, N – amonia, N- tổng, P- tổng, vi khuẩn gây
bệnh) với lượng ô nhiễm này khi được sử dụng cho vụ mùa sau sẽ ảnh hưởng đến
năng suất của vụ sau và gây ô nhiễm môi trường càng nghiêm trọng hơn. Để khắc
phục vấn đề trên thì nước thải ao nuôi tôm phải được xử lý trước khi thải ra sông
ngòi. Trong nghiên cứu này, mô hình đất ngập nước (ĐNN) kiến tạo kết hợp diệt
khuẩn bằng nano bạc được nghiên cứu để xử lý nước thải ao nuôi tôm. Mô hình ĐNN
thì được xây dựng với kích thước 1,2 x 0,3 x 0,4 m, trên mô hình được trồng sậy với
mật độ 25 cây/m2. Sau khi sậy được hai tháng tuổi thì bắt đầu xử lý nước thải tổng
hợp thì cho kết quả xử lý cao. Từ những kết quả đó chúng tôi tiến hành xử lý nước
thải ao nuôi tôm thật thì hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm khá cao. Nước thải sau khi
được xử lý bằng mô hình ĐNN tiếp tục được diệt khuẩn bằng nano bạc, trong nghiên
cứu này Ag NPs được tổng hợp bằng phương pháp khử hóa học với tác nhân khử là
natri citrat. Kết quả tổng hợp được kiểm tra bằng UV – Vis, XRD, TEM, DLS,
ICP/MS. Nước thải sau khi được xử lý bằng mô hình ĐNN và diệt khuẩn bằng nano
bạc thì đạt tiêu chuẩn thải ra môi trường và tái sử dụng cho các vụ nuôi tôm sau.

1


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng tất cả những kết quả trình bày trong luận văn này do
chính bản thân tôi đã thực hiện dưới sự hướng dẫn của cô TS. Hồ Thị Thanh Vân và
TS. Đinh Thị Nga tại phòng thí nghiệm hóa học trường đại học Tài Nguyên Và Môi
Trường thành phố Hồ Chí Minh. Những kết quả tôi trình bày là những kết quả của tôi

hoàn toàn không sao chép của bất kỳ tác giả nào. Những ý tưởng và kết quả nghiên
cứu của những tác giả khác đều được trích dẫn lại.
TP. HCM, ngày ….tháng 12 năm 2015

Nguyễn Âu Lạc

2


MỤC LỤC

DANH SÁCH HÌNH ẢNH

3


DANH SÁCH BẢNG BIỂU

DANH MỤC KÝ HIỆU TỪ VIẾT TẮT

ĐBSCL

Đồng bằng sông Cửu Long

ĐNN

Đất ngập nước

BOD

Biochemical oxygen demand

TSS

Total suspended solids

4


TDS

Total dissolved solids

COD

Chemical oxygen demand

DO

Demand oxygen

UV - Vis

Ultraviolet – visible spectroscopy

XRD

X- ray diffraction

TEM

Transmission electron microscopy

N

Nitơ

P

Phốt pho

ICP - Ms

Inductively Coupled Plasma mass spectrometry

DLS

Laser Scattering Particle Size Distribution
Analyze

Ag NPs

Silver nanoparticles

KPH

Không phát hiện

5

PHẦN I: TỔNG QUAN
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NUÔI TÔM
1.1. Tình hình nuôi tôm ở việt nam
Nghề nuôi trồng thủy sản được khởi nguồn ở nước ta từ những năm 1970.
Hiện nay, nuôi trồng thủy sản là một trong những ngành kinh tế trọng điểm của cả
nước và không ngừng gia tăng về diện tích, sản lượng cũng như thu nhập. Tổng sản
lượng thủy sản nuôi trồng ở nước ta năm 2012 là 3,27 triệu tấn, chiếm 55,2% tổng
sản lượng thủy sản, trong đó sản lượng tôm là 488.000 tấn cá tra và 1,24 triệu tấn.
Đến hết tháng 8 năm 2013, ước tính diện tích nuôi tôm cả nước đạt 600.000 ha,
trong đó diện tích nuôi tôm sú là 570.000 ha, tôm chân trắng là 25.200 ha. Vasep
trích dẫn báo cáo của các Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn khu vực Đồng
bằng sông Cửu Long 5 tháng đầu năm 2014 cho thấy: diện tích nuôi tôm giảm nhiều
nhất tại Bạc Liêu với mức 6,9%, tiếp đến là Trà Vinh giảm 4,2% và Cà Mau giảm
1,1%. Xét về diện tích thì tại Kiên Giang diện tích tăng đến 1,7%. Về sản lượng tôm
lại có sự biến động đáng kể. Điển hình tại Bạc Liêu, sản lượng đã giảm hơn 19%,
trong khi các tỉnh còn lại tăng từ 19-63%. Đối với các tỉnh vùng Đông Nam bộ, tình
hình nuôi tôm sú của 2 tỉnh Bà Rịa–Vũng Tàu và thành phố Hồ Chí Minh vẫn chưa
có dấu hiệu khả quan, sản lượng tôm sú đều giảm so với cùng kỳ năm trước.

6


Hình 1. 1: Diện tích và sản lượng nuôi tôm 5 tháng đầu năm 2014 của ĐBSCL
Nam Bộ là khu vực có diện tích và sản lượng nuôi tôm ven biển lớn nhất cả
nước, điển hình là các tỉnh: Tiền Giang, Bạc Liêu, Cần Thơ, Sóc Trăng… Mặc dù có
sự biến động nhưng xét về mặt tổng thể thì hiệu quả từ việc nuôi tôm đã và đang
mang lại lợi nhuận kinh tế cao, cung cấp nguồn nguyên liệu tôm cho xuất khẩu, giải
quyết việc làm cho hàng triệu người lao động trong cả nước.
1.2. Thực trạng ô nhiễm nguồn nước ao nuôi tôm

Việc gia tăng hoạt động nuôi tôm trong những thập niên gần đây khiến diện
tích nuôi tôm toàn cầu được mở rộng, các công nghệ nuôi trồng thủy sản cũng được
cải tiến về giống, nguồn thức ăn và kỹ thuật cho ăn. Tuy nhiên, chính sự phát triển
quá nhanh này lại phát sinh những mối nguy hại như: tải lượng nước thải, bùn thải
từ quá trình nuôi tôm ngày càng cao và không được xử lý triệt để gây nên vấn đề ô
nhiễm môi trường và dịch bệnh cho tôm hoặc lây nhiễm nguồn bệnh từ tôm nuôi
sang các loại thủy sản tự nhiên trong vùng. Phần lớn bùn thải được sinh ra do thức
ăn dư thừa và phân tôm thải ra được lắng đọng và tích tụ dưới đáy ao. Lớp bùn này
chứa hàm lượng chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng cao dễ bị phân hủy kỵ khí tạo
ra các khí độc như H2S, NH3 gây hại đến quá trình sinh trưởng của tôm và ảnh
hưởng đến môi trường sinh thái.

7


Hình 1. 2: Nhiều ao, hồ nuôi tôm ở xã Mỹ Thắng bỏ hoang vì môi trường bị ô
nhiễm nghiêm trọng
Bảng 1. 1: Tình trạng tôm chết tại ĐBSCL, Nguồn Tổng cục thống kê
Năm

Tình Trạng

2006

Các tỉnh Nam Bộ đã có gần 2 tỷ con tôm sú giống bị chết. Mức độ
thiệt hại, phổ biến ở các địa phương là 10% -20%.

2008

Tôm chết hàng loạt diễn ra trên 100.000ha, mức độ thiệt hại từ

20%-90%, giảm khoảng 60.000 - 70.000 tấn so với năm 2007.

2009

Hơn 1.000 ha diện tích nuôi tôm sú ở các tỉnh bị bệnh chết.

2010

Diện tích nuôi tôm có mức độ thiệt hại từ 20 - 80%, khoảng
40.000ha.

Nước thải nuôi tôm chứa lượng thức ăn còn sót lại, phân và chuyển hoá dinh
dưỡng của tôm (ước lượng có khoảng 63 – 78 % nitơ và 76 – 80 % phốt pho trong
thức ăn của tôm bị thất thoát vào môi trường). Do đó, đặc trưng của nước thải này là
nồng độ nitơ và phốt pho cao. Nếu các nguồn nitơ và phốt pho này không được xử
lý trước khi thải ra môi trường hay trước khi chuẩn bị cho vụ nuôi tiếp theo thì sẽ
gây hiện tượng phú dưỡng hóa môi trường nước nguồn tiếp nhận cũng như tạo môi

8


trường thuận lợi cho các vi sinh vật gây hại (Vibrio, Aeromonas, Ecoli,
Pseudomonas, Proteus,... nhiều loại nấm và động vật nguyên sinh) phát triển trong
ao nuôi gây bệnh cho tôm.

Hình 1. 3: Nước thải từ ao nuôi tôm
1.3. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng tới nuôi tôm
1.3.1. DO
DO là lượng oxi hòa tan cần cung cấp cho hoạt động sống của tôm và một số
sinh vật trong nước. Tôm phát triển mạnh ở DO > 4 mg/lít và đặc biệt thích hợp

với DO = 5 mg/lít. Chúng phát triển chậm khi DO dao động khoảng 2 -3 mg/lít và
có thể chết khi DO < 2 mg/lít. Do vậy, DO là một chỉ số quan trọng để đánh giá sự ô
nhiễm của nguồn nước [1,2].
1.3.2. Độ pH
Độ pH rất quan trọng, sự thay đổi của nó ảnh hưởng gián tiếp đến đời sống
thủy sinh vật. Vì khi pH thay đổi nó sẽ kéo theo sự thay đổi của các yếu tố chất
lượng nước khác. Cụ thể như nếu độ pH thấp sẽ làm giải phóng các kim loại từ đá
và các chất lắng đáy trong ao, hồ ... Các kim loại này sẽ ảnh hưởng đến quá trình
trao đổi chất của tôm, cá và khả năng hấp thu nước qua mang. Độ pH đạt giá trị
trong khoảng 6,5–8,8 là an toàn cho sự phát triển của tôm, nhưng giá trị tối ưu là
7,5– 8,5. Đối với nước nuôi tôm, giá trị tổng kiềm khoảng 100 mgCaCO 3/l sẽ đảm

9


bảo cho môi trường nước ít biến đổi lớn trong ngày. Độ kiềm thích hợp cho tôm
phát triển là từ 90 – 150 mg CaCO3/l [3].
1.3.3. Nồng độ muối và tổng chất rắn hòa tan TDS
Tổng hàm lượng của các ion hòa tan chứa trong 1 kg nước là nồng độ muối
hay độ mặn của nước. Trong đó đơn vị 0/00 hay ppt (phần nghìn) là kí hiệu để biểu
diễn đơn vị đo nồng độ (g/kg) của các muối hòa tan trong nước.
Nồng độ muối thích hợp cho tôm phát triển là: 0- 40‰ (thích hợp nhất là 1525‰). Tôm phát triển nhanh nhưng sức đề kháng yếu ở nồng độ muối thấp và
ngược lại ở nồng độ muối cao đó là nó sẽ phát triển chậm song sức đề kháng cao.
1.3.4. Hàm lượng amonia
Amonia (NH3) độc với con người và với tôm cũng vậy. Trong môi trường
nước nuôi tôm nó được hình thành từ quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ như
phân bón, thức ăn dư thừa, xác phiêu sinh động thực vật, chất bài tiết của tôm… Để
đảm bảo môi trường sống tốt cho tôm phải xử lý NH 3 tới ngưỡng thích hợp cho
tôm. Ví dụ: đối với tôm sú ngưỡng thích hợp là nhỏ hơn 0,03 mg/l và hàm lượng
lớn hơn 0,1 mg/l có thể gây chết [1,4].

1.3.5. Nitrit và nitrat
Nitrit là chất độc có sẵn trong nguồn nước hoặc sinh ra trong quá trình phân
hủy các chất trong nước thải. Nitrit gây độc là do tạo thành chất methemoglobin và
giảm sự chuyển oxy tới tế bào. Với tôm sú ngưỡng ghi nhận an toàn đó là nhỏ hơn 1
mg/l. Bên cạnh đó, nitrat gây ảnh hưởng độc đối với tôm. Theo khuyến cáo của các
nhà khoa học hàm lượng nitrat trong môi trường nuôi nên thấp hơn 60 mg/l [1,4].
Như vậy để tôm có thể phát triển tốt thì cần phải đảm bảo các yếu tố môi trường
nằm trong ngưỡng hoạt động của nó và môi trường sống của nó không bị biến
động.

10


1.3.6. Phốt pho
Trong nước, lân tồn tại dưới các loại muối orthophossphat hòa tan như , và
hay dưới dạng phosphat ngưng tụ dễ bị phân hủy thành orthophosphat hòa tan,
dạng lân hữu cơ hòa tan dễ dàng chuyển hóa lẫn nhau và chuyển thành dạng muối
orthophosphat hòa tan nhờ hoạt động của vi sinh vật. Phốt pho trong nước là nguồn
dinh dưỡng cho thực vật thủy sinh và thúc đẩy quá trình phú dưỡng hóa gây ô
nhiễm trầm trọng hơn [2,5].
1.3.7. Vi sinh vật [ 6].
Vi sinh vật là những cơ thể sống có kích thước rất nhỏ mà mắt thường không
nhìn thấy được. Chúng gồm có đại diện của thực vật như: tảo nấm nấm men, vi
khuẩn và hệ này được gọi là hệ vi thực vật và đại diện của động vật: động vật
nguyên sinh được gọi là hệ vi động vật. Các vi sinh vật trong môi trường nước bao
gồm sinh vật nổi chúng phát triển trong lớp nước mỏng ở trạng thái lơ lửng và sinh
vật đáy sống nhờ bùn đất ở đáy nguồn nước. Trong quá trình sống và phát triển vi
sinh vật thường gây ra hai hiện tượng đáng chú ý:
-

Hiện tượng phú dưỡng hóa: các vi sinh thực, động vật phát triển trên lớp bề
mặt của các vật thể dưới nước và tạo thành các màng, vết bám vi sinh vật rất
đặc trưng của quá trình phú dưỡng hóa.

-

Hiện tượng phủ kín thủy vực: là các loại thực vật nước phát triển trội ở các
khu vực cạn của nguồn nước

1.4. Các phương pháp xử lý nước thải ao nuôi tôm
Hiện nay cùng với tốc độ gia tăng nhanh diện tích nuôi trồng thủy sản đặc biệt
là nuôi tôm, thì vấn đề xử lý nước thải ao nuôi tôm rất được quan tâm nhằm tăng
năng suất cũng như hiệu quả kinh tế. Vì vậy, đã thúc đẩy nhiều nhà khoa học vào
nghiên cứu đưa ra những phương pháp xử lý nước thải ao nuôi đạt hiệu quả cao và
phù hợp với điều kiện từng vùng. Hiện nay, có 2 hướng chính để xử lý nước thải ao
nuôi tôm là: sử dụng hệ vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải và
sử dụng hệ động thực vật thủy sinh để hấp thụ các chất hữu cơ.
11


1.4.1. Phương pháp sử dụng hệ vi sinh vật
Có một số loài vi sinh vật có khả năng sử dụng các chất hữu cơ và một số chất
khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng, sinh trưởng nhờ vậy sinh khối
của chúng tăng lên. Các vi sinh vật này được sử dụng để phân huỷ các chất ô nhiễm
hữu cơ và vô cơ có trong chất thải từ nước thải thủy sản. Quá trình phân hủy này
được gọi là quá trình phân hủy ôxy hóa sinh hóa.
Một số chế phẩm vi sinh thường dùng để cải thiện môi trường nước ao nuôi
tôm, cá như Super VS, BRF-2 quakit … Thành phần sinh học của chế phẩm này
gồm nhiều chủng loại vi sinh, tập hợp các thành phần men ngoại bào của quá trình
sinh trưởng vi sinh, các enzym ngoại bào tổng hợp, các chất dinh dưỡng sinh học và

khoáng chất kích hoạt sinh trưởng ban đầu và xúc tác hoạt tính. Chúng có khả năng
tiêu thụ các chất hữu cơ phát sinh trong quá trình sinh trưởng và phát triển của vật
nuôi trong ao hồ. Hay nói cách khác, chúng có tác dụng phân giải chất hữu cơ hòa
tan và không hòa tan từ phân tôm, các thức ăn thức ăn thừa tích tụ đáy ao nuôi, tạo
được sự ổn định, duy trì chất lượng nước và cả màu nước trong ao hồ. Mặt khác,
chế phẩm này còn giúp giảm thiểu được các vi sinh vật gây bệnh như Vibrio,
aeromonas, E.coli…, làm tăng thêm lượng oxy hòa tan trong môi trường nước ao
nuôi và giảm thiểu lượng ammoniac [1,4,6].

12


Hình 1. 4: Mô hình xử lý nước thải bằng vi sinh vật
1.4.2. Phương pháp sử dụng hệ động thực vật để hấp thụ các chất ô nhiễm
Bản chất của việc sử dụng hệ động, thực vật để loại bỏ các chất ô nhiễm dựa
trên cơ sở quá trình chuyển hóa vật chất trong hệ sinh thái thông qua chuỗi thức ăn.
Thông thường, người ta sử dụng thực vật làm các sinh vật hấp thụ các chất dinh
dưỡng là nitơ và phốt pho, carbon để tổng hợp các chất hữu cơ làm tăng sinh khối
(sinh vật tự dưỡng), đó là tảo hay thực vật phù du, rong câu và các loài thực vật
ngập mặn khác [8].
Kế tiếp, trong chuỗi thức ăn là các động vật bậc một – động vật ăn thực vật.
Ðiển hình của các động vật bậc một ở vùng nước ven biển là các loại ngao, vẹm,
hàu các loài này có thể tiêu thụ các thực vật phù du và cải thiện điều kiện trầm tích
đáy. Các loài cá ăn thực vật phù du và mùn bã hữu cơ như: cá măng, cá đối cũng
được thử nghiệm sử dụng ở các kênh thoát nước thải (Micheal J. Phillips, 1995).

Hình 1. 5: Mô hình xử lý nước thải sử dụng hệ động thực vật

1.4.3. Hồ sinh học
Là một chuỗi từ 3 đến 5 hồ, nước thải được làm sạch bằng quá trình tự nhiên

thông qua các tác nhân là tảo và vi khuẩn. Mối quan hệ giữa vi sinh vật, thực vật
trong hồ sinh học là mối quan hệ thông qua oxy và các chất dinh dưỡng cơ bản.

13


Trong hồ luôn diễn ra các quá trình như quang hợp, khuếch tán oxy vào nước.
Nhưng quá trình quang hợp chỉ xảy ra trong điều kiện có ánh sáng, ánh sáng chiếu
vào nước phụ thuộc vào hai yếu tố cơ bản là chiều sâu của nước và sự tồn tại hàm
lượng chất hữu cơ lơ lửng nhiều hay ít [4,6].
Mô hình này có thể áp dụng cho những nơi có diện tích đất lớn, để xử lý nước
thải trong nuôi tôm sẽ cho hiệu quả về môi trường và kinh tế.

Hình 1. 6: Mô hình hồ sinh học
CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO VÀ HOẠT TÍNH
KHÁNG KHUẨN CỦA NANO BẠC
2.1. Đất ngập nước kiến tạo
2.1.1. Khái niệm về đất ngập nước kiến tạo
Theo Công ước Ramsar thì "Đất ngập nước (wetland) bao gồm: những vùng
đầm lầy, đầm lầy than bùn, những vực nước bất kể là tự nhiên hay nhân tạo, những
vùng ngập nước tạm thời hay thường xuyên, những vực nước đứng hay chảy, là
nước ngọt, nước lợ hay nước mặn, kể cả những vực nước biển có độ sâu không quá
6m khi triều thấp". Vùng Đồng bằng sông Cửu Long được xem là vùng đất ngập
nước rộng lớn của nước ta vì có đủ các yếu tố của định nghĩa này [9].

14


Hình 2. 1: Đất ngập nước ở đồng bằng sông Cửu Long
Đất ngập nước được xem là vùng đất giàu tính đa dạng sinh học, có nhiều tiềm

năng nông lâm ngư nghiệp nhưng rất nhạy cảm về mặt môi trường sinh thái. Chúng
tham gia tích cực vào chu trình thủy văn và có khả năng xử lý chất thải qua quá
trình tự làm sạch bằng các tác động lý hóa và sinh học phức tạp. Tuy nhiên, việc xử
lý nước thải qua đất ngập nước tự nhiên thường chậm, mất nhiều diện tích và khó
kiểm soát quá trình xử lý. Nên các nhà khoa học đã đề xuất ra giải pháp xây dựng
mô hình đất ngập nước kiến tạo nhằm tăng hiệu quả xử lý nước thải, giảm diện tích
và đặc biệt có thể quản lý được quá trình vận hành ở mức đơn giản.
2.1.2. Phân loại đất ngập nước kiến tạo
2.1.2.1. Đất ngập nước kiến tạo có dòng chảy tự do trên mặt đất
Đây là hệ thống có dòng chảy tự do trên mặt đất (hình 2.2), các loại thực vật vĩ
mô được sử dụng như lục bình, bèo tây, các loại cây sống dưới nước, hay các loại
thực vật có phần thân ở trên mặt nước còn bộ rễ ở dưới nước. Các loại thực vật giúp
xử lý các chất ô nhiểm, nhu cầu oxy hóa, các chất rắn hòa tan, chất rắn lơ lững, nitơ,
phốt pho. Sau đó lượng bùn giàu dinh dưỡng sẽ được lắng đọng dưới lớp đất. Thực
vật thì cung cấp oxy cho lớp bùn bằng rễ của nó, làm tăng các quá trình phân hủy
hiếu khí các chất ô nhiễm bởi các vi sinh vật [9].

15


Hình 2. 2: ĐNN có dòng chảy tự do trên bề mặt đất [10]
Loại chảy tự do sẽ mang lại ưu điểm là ít tốn kém, quy trình xử lý đơn giản và
tạo sự điều hòa nhiệt độ khu vực cao, nhưng lại vấp phải 3 nhược điểm lớn là: diện
tích đất sử dụng lớn nhưng hiệu quả xử lý kém, bên cạnh đó nó tạo môi trường
thuận lợi cho muỗi và côn trùng phát triển gây ảnh hưởng đến đời sống .
2.1.2.2. Đất ngập nước kiến tạo có dòng chảy ngầm dưới đất [11]
Loại thứ hai được phân chia thành 3 kiểu: chảy ngang, chảy thẳng đứng và kết
hợp chảy ngang và chảy đứng .
Loại chảy ngang (HF): nước thải thì được cho vào từ đầu vào với tốc độ chậm,
khi đó nước thải sẽ chãy xuyên qua các lổ xốp theo chiều ngang cho tới khi tới đầu

ra của mô hình (hình 2.3). Trong mô hình nước thải sẽ được xử lý bởi các quá trình
hiếu khí, kỵ khí, yếm khí. HF có thể loại bỏ các chất ô nhiễm COD, BOD, TSS, N,
P,.. từ nước thải.

16


Hình 2. 3: ĐNN kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang [11]
Loại chảy dọc (VF), trong hệ thống này nước thải được chảy từ trên xuống dưới
thấm qua lớp sỏi, cát và được thu gom bằng ống nước phía nền mô hình. Bên trên lớp sỏi,
cát được trồng các loại thực vật( hình 2.4). Với thiết kế này thì mô hình tương đối nhỏ hơn
so với mô hình dòng chảy ngang. Nó có thể loại bỏ các chất ô nhiểm như BOD 5, COD và
các vi sinh vật khỏi nước thải.

Hình 2. 4: ĐNN kiến tạo chảy ngầm theo chiều đứng [11]

17


Loại hydrid đây là sự kết hợp giữa dòng chảy ngang và chảy dọc, nhằm mục đích
tăng hiệu quả xử lý nước thải. Tùy vào mục đích xử lý mà thiết kế dòng chảy ngang trước
dòng chảy dọc hay dòng chảy dọc trước dòng chảy ngang (hình 2.5).

Hình 2. 5: ĐNN kiến tạo kết hợp dòng chảy ngang và dọc
Việc chọn kiểu hình tùy thuộc vào mục đính và địa hình. Trong luận văn này,
chúng tôi sẽ chọn kiểu chảy ngang. Bên cạnh đó, có rất nhiều loại cây trồng được sử
dụng để tham gia vào quá trình hấp thu các chất ô nhiễm trong nước thải ao nuôi
tôm như: cây sậy, lục bình, bèo…. Nhưng kết quả thực nghiệm xử lý nước thải ở
Đại học Cần Thơ năm 2000 cho thấy cây sậy và cát cho hiệu quả hấp thu nitơ (N)
rất cao, lên đến 90-92% và phốt pho lên đến 60-63%. Do đó, chúng tôi sẽ sử dụng

cây sậy trong mô hình của mình.
2.2. Nano bạc
2.2.1. Tổng quan về nano bạc
Nano bạc đã thu hút được sự quan tâm rất lớn của các nhà khoa học trong và
ngoài nước quan bởi chúng có khả năng tiêu diệt rất nhiều loài vi sinh vật gây bệnh
như: nấm, vi khuẩn với hiệu quả rất cao và tác dụng nhanh chóng. Đồng thời chính
khả năng khả năng phân tán ổn định trong các loại dung môi khác nhau (trong dung
môi phân cực như nước và trong các dung môi không phân cực như benzene,
toluene) [12,13].

18


Hình 2. 6: Hạt nano bạc
Ngoài ra, chúng có độ bền hóa học cao, không bị biến đổi dưới tác dụng của
ánh sáng và các tác nhân oxy hóa khử thông thường; bền nhiệt tốt; đặt biệt là chi phí
cho quá trình sản xuất thấp. Gần đây, các nhà khoa học trường đại học y khoa
Odense đã tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nano bạc đến sức khỏe con
người. Kết quả cho thấy hạt nano bạc không có tương tác mạnh với cơ thể con
người và cũng không là tác nhân gây độc. Tất cả những ưu điểm trên đã giúp chúng
được sử dụng rất phổ biến trong việc diệt khuẩn.
2.2.2. Cơ chế kháng khuẩn của bạc [13-19]
Các đặc tính kháng khuẩn của bạc bắt nguồn từ tính chất hóa học của ion Ag +.
Hiện nay, cơ chế diệt khuẩn của nano bạc được giải thích chủ yếu dựa trên sự tương
tác tĩnh điện giữa ion bạc mang điện tích dương và bề mặt tế bào vi khuẩn mang
điện tích âm và trên sự vô hiệu hóa nhóm thiol trong enzym vận chuyển ôxy, hoặc
trên sự tương tác của ion bạc với DNA dẫn đến sự đime hóa pyridin và cản trở quá
trình sao chép DNA của tế bào vi khuẩn.
Các nhà khoa học thuộc hãng Inovation của Hàn Quốc cho rằng: bạc tác dụng
trực tiếp lên màng bảo vệ của tế bào vi khuẩn. Màng này là một cấu trúc gồm các

glycoprotein được liên kết với nhau bằng cầu nối axit amin để tạo độ cứng cho
màng. Các ion bạc vừa mới được giải phóng ra từ bề mặt các hạt nano bạc tương tác
với các nhóm peptidoglican và ức chế khả năng vận chuyển oxy của chúng vào bên

19


trong tế bào, dẫn đến làm tê liệt vi khuẩn. Nếu các ion bạc được lấy ra khỏi tế bào
ngay sau đó, khả năng hoạt động của vi khuẩn có thể lại được phục hồi. Các tế bào
động vật cấp cao có lớp màng bảo vệ hoàn toàn khác so với tế bào vi sinh vật.
Chúng có hai lớp lipoprotein giàu liên kết đôi có khả năng cho điện tử do đó không
cho phép các ion bạc xâm nhập, vì vậy chúng không bị tổn thương khi tiếp xúc với
các ion bạc (hình 2.7).

.
Hình 2. 7: Tác động của ion bạc lên vi khuẩn
Cơ chế tác động của các ion bạc lên vi khuẩn cũng được các nhà khoa học
Trung Quốc làm việc trong hãng Anson mô tả như sau: khi ion Ag + tương tác với
lớp màng của tế bào vi khuẩn gây bệnh nó sẽ phản ứng với nhóm sunphohydril –SH
của phân tử enzym vận chuyển oxy và vô hiệu hóa enzym này dẫn đến ức chế quá
trình hô hấp của tế bào vi khuẩn theo phương trình sau:
2Ag+ + O2- --> 2Ag0 + O0
Bên cạnh đó, các ion bạc còn có khả năng ức chế quá trình phát triển của vi
khuẩn bằng cách sản sinh ra ôxy nguyên tử siêu hoạt tính trên bề mặt của hạt nano
bạc.

20


Hình 2. 8: Ion bạc vô hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn

Ngoài ra, các ion bạc còn có khả năng liên kết với các bazơ của DNA và trung
hòa điện tích của gốc phosphat do đó ngăn chặn quá trình sao chép DNA (hình 2.9).

Hình 2. 9: Ion bạc liên kết với các bazơ của DNA
Cho đến nay, quan điểm về cơ chế tác động của nano bạc lên tế bào vi sinh vật
được hầu hết các nhà khoa học thừa nhận đó là quá trình biến đổi các nguyên tử bạc
kim loại trên bề mặt hạt nano bạc thành các ion Ag + tự do và các ion tự do này sau
đó tác dụng lên vi khuẩn. Song song đó, các nhà khoa học đã đề xuất một số giả
thiết về cơ chế khử trùng của nano bạc như sau:
- Quá trình ôxy hóa nguyên sinh chất của tế bào vi khuẩn hoặc phá hủy
nguyên sinh chất bởi ôxy hòa tan trong nước với vai trò xúc tác của bạc.
- Quá trình vô hiệu hóa enzym có chứa các nhóm –SH và –COOH, phá vỡ cân
bằng áp suất thẩm thấu, hoặc tạo phức với axit nucleic dẫn đến làm thay đổi cấu
trúc DNA của tế bào vi sinh vật.
- Tác động gián tiếp lên phân tử DNA bằng cách tăng số lượng các gốc tự do
làm giảm hoạt tính của các hợp chất chứa ôxy hoạt động, làm rối loạn các quá
trình ôxy hóa cũng như phosphoryl hóa trong tế bào vi khuẩn.
21


- Ức chế quá trình vận chuyển các ion Na+ và Сa2+ qua màng tế bào.
Ngoài ra, một số nhà khoa học còn cho rằng ion bạc có khả năng vô hiệu hóa
các loài virut gây bệnh đậu mùa, bệnh cúm A-1, B, adenovirus và HIV, cho hiệu quả
điều trị tốt đối với các bệnh virut Marburg, virut bệnh đường ruột (enteritis) và
virut bệnh chó dại.Tuy nhiên, để có thể vô hiệu hóa hoàn toàn virut
bacteriophag đường ruột N163, virut Koksaki serotyp A-5, A-7, A-14 cần đến nồng
độ bạc cao hơn (0,5 – 5,0 mg/lít) so với trường hợp xử lý Escherichia, Salmonella,
Shigellia và các loài virut đường ruột khác (0,1 – 0,2 mg/lít).
Nano bạc thể hiện mạnh mẽ khả năng diệt nấm: tại nồng độ 0,1mg/lít, với mật
độ 105 tế bào/lít, nấm Candida albicans có thể bị vô hiệu hóa hoàn toàn sau 30

phút tiếp xúc.

Hình 2. 10: Một số loài vi sinh vật điển hình bị diệt bằng nano bạc [20]
2.2.3. Phương pháp tổng hợp nano bạc
Có hai phương pháp chung để chế tạo hạt nano kim loại: phương pháp từ trên xuống
(top – down) và phương pháp từ dưới lên (bottom – up).

22


2.2.3.1. Phương pháp từ trên xuống (top – down)
Phương pháp ăn mòn laser: Vật liệu ban đầu là một tấm bạc được đặt trong một
dung dịch có chứa chất hoạt động bề mặt. Một chùm laser xung có bước sóng 532
nm, độ rộng xung là 10 ns, tần số 10 Hz, năng lượng mỗi xung là 90 mj, đường kính
vùng kim loại bị tác dụng từ 1 – 3 mm. Dưới tác dụng của chùm laser xung, các hạt
nano có kích thước khoảng 10 nm được hình thành và được bao phủ bởi các chất
hoạt động bề mặt với nồng độ phù hợp (hình 2.11) [21,22].

Hình 2. 11: Dung dịch bạc nano lỏng và kỹ thuật laser hồng ngoại (a) và hạt nano
được sấy khô (b)]
2.2.3.2. Phương pháp từ dưới lên (bottom – up).
a. Phương pháp khử hóa học:

Sử dụng các tác nhân khử để khử các ion bạc thành các hạt nano bạc. Các tác
nhân khử được sử dụng NaBH4, natri citrat, hidro, hydroxyamin, hydrazine,
formaldehyd và các dẫn xuất của nó, EDTA và các mono sacharides [23-25].
Ag+ + X → Ag0 → Ag NPs
b. Phương pháp vật lý: [26,27]
Sử dụng các tác nhân vật lý như điện từ, tia UV, gramma khử ion bạc thành
nano bạc. Dưới tác dụng của các tác nhân này quá trình biến đổi của dung môi và

các chất phụ gia trong dung môi sẽ sinh ra các gốc hóa học có tác dụng khử ion bạc
thành hạt nano bạc theo phương trình sau: Ag+ Ag0

23


c. Phương pháp sinh học: [28,29]

Phương pháp này sử dụng các tác nhân như vi rút, vi khuẩn có khả năng khử
ion bạc tạo nguyên tử bạc kim loại. Dưới tác dụng của vi khuẩn, vi rút thì ion bạc sẽ
thành hạt nano bạc. Các tác nhân này thường là các vi khuẩn MKY3, các loại nấm
verticillium. Ưu điểm của phương pháp này đơn giản, thân thiện môi trường.
Ag+ Ag0
2.2.4. Ứng dụng của nano bạc
Hiện nay nano bạc được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau
như: dùng để diệt khuẩn, dùng như chất xúc tác cho phản ứng hóa học, trong ngành
dệt và đặt biệt là trong xử lý nước thải trong ao nuôi tôm.
2.2.4.1. Trong diệt khuẩn:
Như tủ lảnh nano bạc diệt khuẩn, khẩu trang nano bạc, đệm cao su nano bạc,
kem đánh răng nano bạc…Đây là một trong những ứng dụng quan trọng và phổ
biến nhất của chúng.

Hình 2. 12: Ứng dụng của nano bạc để diệt sạch vi khuẩn gây mùi trong tủ lạnh
2.2.4.2. Trong xúc tác:
Với diện tích bề mặt lớn và năng lượng bề mặt cao nên hữu ích với vai trò xúc
tác. Xúc tác nano bạc được ứng dụng trong việc oxi hóa các hợp chất hữu cơ,
chuyển hóa các ethylen thành ethylen oxit dùng cho các phản ứng khử các hợp chất
24

nitơ, làm phụ gia cải tiến khả năng xử lý NO và khí CO của các xúc tác FCC. Ngoài
ra, xúc tác nano bạc còn dùng làm xúc tác trong phản ứng khử thuốc nhuộm bằng
NaBH4…[30].
2.2.4.3. Trong xử lý nước thải:
Hạt nano bạc được biết đến với tính năng diệt khuẩn cao, không độc hại với
con người. Hiện nay người ta xử dụng PU có bao phủ bạc tạo ra loại màng lọc nước
có tính diệt khuẩn cao.

Hình 2. 13: Ứng dụng của nano bạc trong xử lý nước thải
2.2.4.4. Trong ngành dệt
Hạt nano bạc có khả năng diệt khuẩn cao, nên chúng được đưa vào xơ sợi thì
các hạt nano bạc phân tán và bám dính lên sợi. Chúng không gây tác hại cho da và
có khả năng diệt khuẩn rất cao. Chúng còn được đưa vào xơ sợi của ngành công
nghiệp dệt may như: cotton, polyeste/cotton, PP/PE, PAN, Polyamid, len, silk và
25