Nghiên cứu xử lý nước thải ao nuôi tôm bằng phương pháp đất ngập nước kết hợp diệt khuẩn bằng nano bạc

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
-------------------------------

NGUYỄN ÂU LẠC

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI AO NUÔI TÔM BẰNG
PHƢƠNG PHÁP ĐẤT NGẬP NƢỚC KẾT HỢP DIỆT
KHUẨN BẰNG NANO BẠC

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Học
Mã số chuyên ngành: 60520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2015


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
---------------------------------

NGUYỄN ÂU LẠC

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI AO NUÔI TÔM BẰNG
PHƢƠNG PHÁP ĐẤT NGẬP NƢỚC KẾT HỢP DIỆT
KHUẨN BẰNG NANO BẠC

Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học
Mã số: 60520301

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP.HỒ CHÍ MINH, tháng 12 năm 2015


ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA-ĐHQG-HCM
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học: ......................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 1: ............................................................................

Cán bộ chấm nhận xét 2: ............................................................................

Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Trƣờng Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp.
HCM ngày . . . . . tháng . . . . năm . . . . .
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. ..............................................................
2. ..............................................................
3. ..............................................................
4. ..............................................................
5. ..............................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trƣởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã đƣợc sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƢỞNG KHOA…………

i

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: Nguyễn Âu Lạc

MSHV: 13050188

Ngày, tháng, năm sinh: 09/09/1990

Nơi sinh: Trà Vinh

Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học

Mã số: 60.520.301

I. TÊN ĐỀ TÀI: “Nghiên cứu xử lý nƣớc thải ao nuôi tôm bằng phƣơng pháp đất
ngập nƣớc kết hợp diệt khuẩn bằng nano bạc”.

II.NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
 Xây dựng mô hình đất ngập nƣớc.
 Khảo sát hiệu quả xử lý nƣớc thải tổng hợp của mơ hình ĐNN với các tải

lƣợng khác nhau.
 Điều chế nano bạc.
 Khảo sát hiệu quả xử lý nƣớc thải ao nuôi tôm của mô hình ĐNN kết hợp với
diệt khuẩn bằng nano bạc.
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:

19/01/2015

III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 04/12/2015
IV. CÁN BỘ HƢỚNG DẪN :

TS. Hồ Thị Thanh Vân – TS. Đinh Thị Nga

Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 2015
Cán bộ hƣớng dẫn

Trƣởng Khoa

GS.TS. Phan Thanh Sơn Nam
ii

Trƣởng Bộ Môn


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến hai cô TS. Hồ Thị Thanh Vân và TS.
Đinh Thị Nga đã hƣớng dẫn tận tình và giúp đỡ tôi để thực hiện luận văn. Đồng thời
tôi xin cảm ơn thầy cơ Khoa Kỹ Thuật Hóa Học Trƣờng Đại Học Bách Khoa TP
Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt luận văn này.
Tơi xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô Trƣờng Đại Học Tài Ngun Và Mơi

Trƣờng Thành Phố Hồ Chí Minh đã giúp đỡ và tạo môi trƣờng làm việc và nghiên
cứu thuận tiện để tơi có thể thực hiện tốt nghiên cứu của mình.
Cảm ơn bạn Nguyễn Thị Bích Dun, em sinh viên Trần Phan Anh Tuấn và
gia đình đã ln bên cạnh ủng hộ, động viên và giúp đỡ trong những lúc tơi gặp khó
khăn. Đó là động lực để tơi có thể hồn thành tốt việc nghiên cứu của mình.
Xin chân thành cảm ơn tất cả!

iii


ABSTRACT
The aquaculture plays a major role in proving the needed protein. However,
there have beeb reports of negative impacts of shrimp famring which include high
environmental pollution such as COD, TDS, N-total, N – amonia, P – total and
bacterials. Therefore, shrimp effluent had to be retained for treatment. Numerous
studies on the wetlands and are asscociated with vegetation, sediment and their microbial
communities. Furthermore, antibacterial properties of AgNPs have been demonstrated as

potential agents for many applications. In this work, we have studied the ―Study the
wastewater treatment of shrimp pond by combining the contructed wetlands
(CWs) system with antibacterial agents using silver nanparticles (Ag NPs)” The
wastewater passes through a sand medium on which plants are rooted. The reeds
were planted in the model with density of 25 trees per a square meter . After two
months for stable model and reeds growth, the wastewater treatment process is
surveyed by the synthesis wastewater with various HLR ( hydraulic loading rates)
such as 62,5 KgCOD/ha*day and 100KgCOD/ha*day. After the wastewater removes
from the CWs system, the waste water will be treated by using the antibacterials Ag
NPs agents. The result showed that the wastewater treatment and antibacterials
ability of the combining CWs and Ag NPs was demonstrated as effective process due
to wastewater after treatment will meet the requirement of Water Quality standard

QCVN 8 : 2008/BTNMT.

iv


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

v

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 dƣới sự hƣớng dẫn của cô TS. Hồ Thị Thanh Vân và
TS. Đinh Thị Nga tại phịng thí nghiệm hóa học trƣờng đại học Tài Ngun Và Mơi
Trƣờng thành phố Hồ Chí Minh. Những kết quả tơi trình bày là những kết quả của tơi
hồn tồn khơng sao chép của bất kỳ tác giả nào. Những ý tƣởng và kết quả nghiên
cứu của những tác giả khác đều đƣợc trích dẫn lại.
TP. HCM, ngày ….tháng 12 năm 2015

Nguyễn Âu Lạc

vi


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ..............................................................................................................iii
ABSTRACT ................................................................................................................. iv
TÓM TẮT ..................................................................................................................... v
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................ vi
MỤC LỤC ................................................................................................................... vii
DANH SÁCH BẢNG BIỂU ....................................................................................... xv
DANH MỤC KÝ HIỆU TỪ VIẾT TẮT ................................................................... xvi
PHẦN I: TỔNG QUAN ................................................................................................ 1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NI TƠM .............................................. 1
1.1. Tình hình ni tơm ở việt nam ........................................................................... 1
1.2. Thực trạng ô nhiễm nguồn nƣớc ao nuôi tôm .................................................... 2
1.3. Các yếu tố môi trƣờng ảnh hƣởng tới nuôi tôm ................................................. 4
1.3.1. DO ................................................................................................................ 4

1.3.2. Độ pH ........................................................................................................... 4
1.3.3. Nồng độ muối và tổng chất rắn hòa tan TDS .............................................. 4
1.3.4. Hàm lƣợng amonia ...................................................................................... 4
1.3.5. Nitrit và nitrat .............................................................................................. 5
1.3.6. Phốt pho ....................................................................................................... 5
1.3.7. Vi sinh vật . .................................................................................................. 5
1.4. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải ao nuôi tôm .................................................. 6
1.4.1. Phƣơng pháp sử dụng hệ vi sinh vật ............................................................ 6
vii


1.4.2. Phƣơng pháp sử dụng hệ động thực vật để hấp thụ các chất ô nhiễm ......... 7
1.4.3. Hồ sinh học .................................................................................................. 8
CHƢƠNG 2: MƠ HÌNH ĐẤT NGẬP NƢỚC KIẾN TẠO VÀ HOẠT TÍNH
KHÁNG KHUẨN CỦA NANO BẠC.......................................................................... 9
2.1. Đất ngập nƣớc kiến tạo ....................................................................................... 9
2.1.1. Khái niệm về đất ngập nƣớc kiến tạo .......................................................... 9
2.1.2. Phân loại đất ngập nƣớc kiến tạo ............................................................... 10
2.1.2.1. Đất ngập nƣớc kiến tạo có dịng chảy tự do trên mặt đất .................. 10
2.1.2.2. Đất ngập nƣớc kiến tạo có dịng chảy ngầm dƣới đất ........................ 11
2.2. Nano bạc ........................................................................................................... 13
2.2.1. Tổng quan về nano bạc .............................................................................. 13
2.2.2. Cơ chế kháng khuẩn của bạc .................................................................... 13
2.2.3. Phƣơng pháp tổng hợp nano bạc ............................................................... 17
2.2.3.1. Phƣơng pháp từ trên xuống (top – down) ........................................... 17
2.2.3.2. Phƣơng pháp từ dƣới lên (bottom – up). ............................................. 17
2.2.4. Ứng dụng của nano bạc ............................................................................. 18
2.2.4.1. Trong diệt khuẩn: ................................................................................ 18
2.2.4.2. Trong xúc tác: ..................................................................................... 19
2.2.4.3. Trong xử lý nƣớc thải: ........................................................................ 19

2.2.4.4. Trong ngành dệt .................................................................................. 20
CHƢƠNG 3 : TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI
NƢỚC VỀ XỬ LÝ NƢỚC THẢI AO NUÔI TÔM ................................................... 21
3.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ................................................................... 21
3.2. Tình hình nghiên cứu trong nƣớc ..................................................................... 27
viii


PHẦN II : THỰC NGHIỆM ....................................................................................... 31
CHƢƠNG 4: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................................................... 31
4.1. Mục tiêu nghiên cứu ......................................................................................... 31
4.2. Nội dung nghiên cứu ........................................................................................ 31
4.3. Phƣơng pháp nghiên cứu .................................................................................. 32
4.3.1. Thành phần nƣớc thải tổng hợp ................................................................. 32
4.3.2. Xây dựng mơ hình đất ngập nƣớc kiến tạo ................................................ 33
4.3.3. Khảo sát hiệu quả xử lý nƣớc thải tổng hợp bằng mơ hình ĐNN ............. 34
4.3.4. Khảo sát hiệu quả xử lý nƣớc thải ao ni bằng mơ hình ĐNN ............... 35
4.3.5. Điều chế nano bạc ..................................................................................... 36
4.3.6. Khảo sát ảnh hƣởng thời gian phản ứng đến kích thƣớc hạt Ag NPs ....... 37
4.3.7. Khảo sát khả năng diệt khuẩn của nano bạc .............................................. 38
4.3.8. Đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc thải ao ni tơm bằng mơ hình ĐNN kết
hợp diệt khuẩn bằng nano bạc ............................................................................. 39
CHƢƠNG 5: CÁC PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ................................................... 41
5.1. Đo phổ hấp thụ UV-Vis.................................................................................... 41
5.2. Phƣơng pháp XRD ........................................................................................... 41
5.3. Phƣơng pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) ...................................... 42
5.4. Phƣơng pháp ICP/Ms (Inductivey Coupled Plasma mass spectrometry) ........ 42
5.5. Phƣơng pháp DLS (Laser Scattering Particle Size Distribution Analyze) ...... 43
5.6. Phƣơng pháp MPN ( MOST PROBABLE NUMBER) .................................. 45
5.7. Phƣơng pháp khối lƣợng xác định hàm lƣợng chất rắn lơ lững ....................... 46

5.8. Xác định COD bằng phƣơng pháp chuẩn độ oxy hóa khử theo SM 5220 ....... 46

ix


5.9. Xác định N – tổng bằng phƣơng pháp chuẩn độ axit – bazo theo TCVN 6638 –
2000 ......................................................................................................................... 47
5.10. Xác định P – tổng phƣơng pháp so màu theo SM 4500 -

. ............... 48

5.11. Phần mềm sử dụng ......................................................................................... 48
PHẦN III : KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN .................................................................... 49
CHƢƠNG 6: KẾT QUẢ MƠ HÌNH ĐẤT NGẬP NƢỚC ......................................... 49
6.1. Khả năng xử lý nƣớc thải tổng hợp của mô hình ĐNN ................................... 49
6.1.1. Sự biến đổi pH ........................................................................................... 49
6.1.2. Sự biến đổi tổng chất rắn hòa tan ( TDS) .................................................. 51
6.1.3. Sự biến đổi COD........................................................................................ 52
6.1.4. Sự biến đổi P – tổng................................................................................... 54
6.1.5. N –Amonia và N - tổng ............................................................................. 55
6.2. Xử lý nƣớc thải thật bằng mơ hình ĐNN. ........................................................ 57
6.2.1. Sự thay đổi pH của nƣớc ........................................................................... 61
6.2.2. Sự biến đổi TDS ........................................................................................ 62
6.2.3. Sự biến đổi COD........................................................................................ 63
6.2.4. Nitơ tổng và nitơ amonia ........................................................................... 66
6.2.5. Khả năng diêt khuẩn của mơ hình ĐNN .................................................... 68
CHƢƠNG 7: KẾT QUẢ TỔNG HỢP NANO BẠC ................................................. 69
7.1. Phổ UV-Vis ...................................................................................................... 69
7.2. Phân tích cấu trúc hạt ....................................................................................... 71
7.3. Kết quả TEM .................................................................................................... 72

7.4. Cơ chế phản ứng ............................................................................................... 73
7.5. Diệt khuẩn bằng nano bạc ................................................................................ 75
x


7.5.1. Diệt khuẩn nƣớc thải ao nuôi tôm trƣớc khi xử lý bằng mơ hình ĐNN .... 75
7.5.2. Diệt khuẩn nƣớc thải ao nuôi tôm sau khi xử lý bằng mơ hình ĐNN ....... 76
7.6. Đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc nƣớc ao ni tơm bằng mơ hình ĐNN kết hợp
diệt khuẩn bằng nano bạc. ....................................................................................... 78
CHƢƠNG 8: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................. 82
8.1. Kết luận ............................................................................................................ 82
8.2. Kiến nghị .......................................................................................................... 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 83
CƠNG TRÌNH THAM GIA ...........................................................................................
PHỤ LỤC ........................................................................................................................

xi


DANH SÁCH HÌNH ẢNH

Hình 1. 1: Diện tích và sản lƣợng nuôi tôm 5 tháng đầu năm 2014 của ĐBSCL ......... 1
Hình 1. 2: Nhiều ao, hồ ni tơm ở xã Mỹ Thắng bỏ hoang vì mơi trƣờng bị ơ nhiễm
nghiêm trọng ................................................................................................................. 2
Hình 1. 3: Nƣớc thải từ ao ni tơm ............................................................................. 3
Hình 1. 4: Mơ hình xử lý nƣớc thải bằng vi sinh vật .................................................... 7
Hình 1. 5: Mơ hình xử lý nƣớc thải sử dụng hệ động thực vật ..................................... 8
Hình 1. 6: Mơ hình hồ sinh học..................................................................................... 8
Hình 2. 1: Đất ngập nƣớc ở đồng bằng sơng Cửu Long ............................................... 9
Hình 2. 2: ĐNN có dịng chảy tự do trên bề mặt đất .................................................. 10

Hình 2. 3:ĐNN kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang .............................................. 11
Hình 2. 4: ĐNN kiến tạo chảy ngầm theo chiều đứng ................................................ 12
Hình 2. 5: ĐNN kiến tạo kết hợp dịng chảy ngang và dọc ........................................ 12
Hình 2. 6: Hạt nano bạc............................................................................................... 13
Hình 2. 7: Tác động của ion bạc lên vi khuẩn............................................................. 14
Hình 2. 8: Ion bạc vơ hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn ........................ 15
Hình 2. 9: Ion bạc liên kết với các bazơ của DNA ..................................................... 15
Hình 2. 10:Một số lồi vi sinh vật điển hình bị diệt bằng nano bạc ........................... 16
Hình 2. 11: Dung dịch bạc nano lỏng và kỹ thuật laser hồng ngoại (a) và hạt nano
đƣợc sấy khơ (b) .......................................................................................................... 17
Hình 2. 12: Ứng dụng của nano bạc để diệt sạch vi khuẩn gây mùi trong tủ lạnh ..... 18
Hình 2. 13: Ứng dụng của nano bạc trong xử lý nƣớc thải ......................................... 19
Hình 2. 14: Khẩu trang nano bạc ............................................................................... 20
xii


Hình 3. 1: Mơ hình kết hợp ao lắng, ao ni hào và ao tảo ........................................ 22
Hình 3. 2: Mơ hình thiết bị phản ứng sinh học với thảm vi sinh vật kiến tạo. ........... 22
Hình 3. 3: Mơ hình kết hợp cơng nghệ sinh học và q trình tự nhiên....................... 23
Hình 3. 4: Mơ hình xử lý nƣớc thải ni tơm SBR..................................................... 25
Hình 3. 5: Mơ hình kết hợp tơm – cá – rong biển ...................................................... 26
Hình 3. 6: Cây bèo tây................................................................................................. 26
Hình 3. 7: Đồ thị biểu diễn khả năng xử lý BOD5 và COD của F, H, C .................... 27
Hình 4. 1: Mơ hình đất ngập nƣớc kiến tạo ................................................................ 33
Hình 4. 2: Mơ hình thực nghiệm đất ngập nƣớc kiến tạo ........................................... 34
Hình 4. 3: Quy trình xử lý nƣớc thải tổng hợp bằng mơ hình ĐNN ........................... 35
Hình 4. 4: Quy trình xử lý nƣớc thải ao ni tơm bằng mơ hình ĐNN ...................... 36
Hình 4. 5: Quy trình điều chế nano bạc ..................................................................... 37
Hình 4. 6: Quy trình khảo sát ảnh hƣởng thời gian phản ứng tới kích thƣớc Ag NPs 38
Hình 4. 7: Quy trình khảo sát khả năng diệt khuẩn của nano bạc............................... 39

Hình 4. 8: Quy trình đánh giá hiệu quả xử lý nƣớc thải ao ni tơm bằng mơ hình
ĐNN kết hợp với diệt khuẩn bằng nano bạc ............................................................... 40
Hình 5. 1: Máy quang phổ hấp thụ UV-Vis Shimazu TCC-240A .............................. 41
Hình 5. 2: Nguyên tắc tán xạ tia X của phổ EDX ....................................................... 42
Hình 5. 3: Sơ đồ nguyên lý hệ thống quang học trong thiết bị đo DLS...................... 44
Hình 5. 4: máy đo phân bố kích thƣớc hạt HORIBA LA - 950 .................................. 44
Hình 5. 5: Các thao tác trong phƣơng pháp MPN....................................................... 45
Hình 6. 1: Sự biến đổi pH của nƣớc thải đầu ra .......................................................... 50
Hình 6. 2: Sự biến đổi TDS ......................................................................................... 52
Hình 6. 3: Sự biến đổi COD của nƣớc thải sau khi xử lý ........................................... 54
xiii


Hình 6. 4: Sự biến đổi P- tổng..................................................................................... 55
Hình 6. 5: Biểu đồ hiệu suất xử lý nitơ tổng và amoni của mơ hình ĐNN................. 57
Hình 6. 6: Ao ni tơm trƣớc khi thả ni tơm .......................................................... 58
Hình 6. 7: Ao ni tơm thẻ chân trắng ........................................................................ 58
Hình 6. 8: Nƣớc thải ao tôm trƣớc (a) và sau (b) khi qua mơ hình ĐNN ................... 59
Hình 6. 9: Sự thay đổi nhiệt độ của nƣớc trong mơ hình ............................................ 60
Hình 6. 10: Sự thay đổi pH của nƣớc thải trƣớc và sau khi xử lý............................... 61
Hình 6. 11: Kết quả xử lý TDS trong nƣớc thải của mơ hình ĐNN ........................... 62
Hình 6. 12: Kết quả xử lý COD trong nƣớc thải của mơ hình ĐNN .......................... 64
Hình 6. 13: Hiệu quả xử lý N- tổng và N - Amonia của mơ hình ĐNN ..................... 66
Hình 7. 1: Phổ hấp thụ UV-Vis của hạt nano bạc ở những thời gian phản ứng khác
nhau (a) 1,0 h; b) 1,5 h; c) 2,0 h .................................................................................. 69
Hình 7. 2: Màu sắc của hạt nano bạc ở những thời gian phản ứng khác nhau ........... 70
Hình 7. 3: Kết quả XRD của Ag NPs với thời gian phản ứng khác nhau ................... 71
Hình 7. 4: Ảnh TEM và DLS của Ag NPs ở những thời gian phản ứng khác nhau .. 72
Hình 7. 5: Ảnh TEM của Ag NPs ở 1 giờ với thang đo khác nhau 20 nm (a) và 50
nm (b) .......................................................................................................................... 73

Hình 7. 6: Cơ chế hình thành Ag NPs đƣợc bao phủ bởi những ion citrat ................. 74
Hình 7. 7: Sự phát triển kích thƣớc hạt của Ag NPs .................................................. 74
Hình 7. 8: biểu đồ hiệu quả xử lý vi khuẩn của keo bạc với nồng độ khác nhau ....... 76
Hình 7. 9: Kết quả diệt khuẩn của nano bạc với nồng độ và thời gian tiếp xúc khác
nhau ............................................................................................................................. 78

xiv


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Bảng 1. 1: Tình trạng tơm chết tại ĐBSCL, Nguồn Tổng cục thống kê ....................... 3
Bảng 3. 1: Kết quả xử lý nƣớc thải ao nuôi tôm bằng ao lắng trầm tích ................... 24
Bảng 4. 1: Thành phần nƣớc thải tổng hợp ................................................................ 32
Bảng 6. 1: Kết quả pH đầu vào và đầu ra ................................................................... 49
Bảng 6. 2: Kết quả TDS đầu vào và đầu ra ................................................................. 51
Bảng 6. 3: Kết quả xử lý COD ở các tải lƣợng khác nhau .......................................... 53
Bảng 6. 4: Kết quả xử lý P – tổng ở các tải lƣợng khác nhau ..................................... 54
Bảng 6. 5: Kết quả xử lý nitơ tổng và amoni của mơ hình ĐNN................................ 56
Bảng 6. 6: Kết quả xử lý nƣớc thải của mơ hình ĐNN ............................................... 63
Bảng 6. 7: Hiệu quả xử lý COD theo tải lƣợng ô nhiễm ............................................ 64
Bảng 6. 8: Hiệu quả xử lý tải lƣợng ơ nhiễm N của mơ hình .................................... 67
Bảng 7. 1: Kết quả UV-Vis của các hạt nano bạc ....................................................... 70
Bảng 7. 2: Hoạt tính kháng khuẩn của keo bạc ........................................................... 75
Bảng 7. 3: Kết quả kháng khuẩn của nano bạc ........................................................... 77
Bảng 7. 4:Kết quả xử lý nƣớc thải của mơ hình ĐNN ................................................ 78
Bảng 7. 5: Khả năng diệt khuẩn của mơ hình ĐNN và nano bạc ............................... 79
Bảng 7. 6: Hiệu quả diệt khuẩn của nano bạc trong nƣớc thải trƣớc và sau khi xử lý
bằng mơ hình ĐNN ..................................................................................................... 79
Bảng 7. 7: Kết quả xử lý nƣớc thải bằng mơ hình ĐNN kết hợp diệt khuẩn bằng nano
bạc ............................................................................................................................... 80

xv


DANH MỤC KÝ HIỆU TỪ VIẾT TẮT

ĐBSCL

Đồng bằng sông Cửu Long

ĐNN

Đất ngập nƣớc

BOD

Biochemical oxygen demand

TSS

Total suspended solids

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

xvi


PHẦN I: TỔNG QUAN
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NI TƠM
1.1. Tình hình ni tơm ở việt nam
Nghề ni trồng thủy sản đƣợc khởi nguồn ở nƣớc ta từ những năm 1970.
Hiện nay, nuôi trồng thủy sản là một trong những ngành kinh tế trọng điểm của cả
nƣớc và không ngừng gia tăng về diện tích, sản lƣợng cũng nhƣ thu nhập. Tổng sản
lƣợng thủy sản nuôi trồng ở nƣớc ta năm 2012 là 3,27 triệu tấn, chiếm 55,2% tổng
sản lƣợng thủy sản, trong đó sản lƣợng tơm là 488.000 tấn cá tra và 1,24 triệu tấn.
Đến hết tháng 8 năm 2013, ƣớc tính diện tích ni tơm cả nƣớc đạt 600.000 ha,
trong đó diện tích ni tơm sú là 570.000 ha, tơm 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 (hình 1.1) cho thấy: diện tích ni 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
lƣợng tơm lại có sự biến động đáng kể. Điển hình tại Bạc Liêu, sản lƣợng đã giảm
hơn 19%, trong khi các tỉnh còn lại tăng từ 19-63%. Đối với các tỉnh vùng Đơng

Nam bộ, tình hình ni tơm sú của 2 tỉnh Bà Rịa–Vũng Tàu và thành phố Hồ Chí
Minh chƣa có dấu hiệu khả quan, sản lƣợng tôm giảm so với cùng kỳ năm trƣớc.

Hình 1. 1: Diện tích và sản lượng ni tơm 5 tháng đầu năm 2014 của ĐBSCL
1


Nam Bộ là khu vực có diện tích và sản lƣợng ni tơm ven biển lớn nhất cả
nƣớc, điển hình là các tỉnh: Tiền Giang, Bạc Liêu, Cần Thơ, Sóc Trăng… Mặc dù
có sự biến động nhƣng xét về mặt tổng thể thì hiệu quả từ việc ni tơm 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 ngƣời lao động trong cả nƣớc.
1.2. Thực trạng ô nhiễm nguồn nƣớc ao nuôi tôm
Việc gia tăng hoạt động nuôi tôm trong những thập niên gần đây khiến diện
tích ni tơm tồn cầu đƣợc mở rộng, các công nghệ nuôi trồng thủy sản cũng đƣợc
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 nhƣ: tải lƣợng nƣớc thải, bùn thải
từ q trình ni tơm ngày càng cao và khơng đƣợc xử lý triệt để gây nên vấn đề ô
nhiễm môi trƣờng và dịch bệnh cho tôm hoặc lây nhiễm nguồn bệnh từ tôm nuôi
sang các loại thủy sản tự nhiên trong vùng (hình 1.2). Phần lớn bùn thải đƣợc sinh
ra do thức ăn dƣ thừa và phân tôm thải ra đƣợc lắng đọng và tích tụ dƣới đáy ao.
Lớp bùn này chứa hàm lƣợng chất hữu cơ và các chất dinh dƣỡng cao dễ bị phân
hủy kỵ khí tạo ra các khí độc nhƣ H2S, NH3 gây hại đến q trình sinh trƣởng của
tơm và ảnh hƣởng đến mơi trƣờng sinh thái.

Hình 1. 2: Nhiều ao, hồ ni tơm ở xã Mỹ Thắng bỏ hoang vì mơi trường bị ô
nhiễm nghiêm trọng
2

Bảng 1. 1: Tình trạng tơm chết tại ĐBSCL, Nguồn Tổng cục thống kê
Năm

2006

2008

2009

2010

Tình Trạng
Các tỉnh Nam Bộ đã có gần 2 tỷ con tôm sú giống bị chết. Mức độ
thiệt hại, phổ biến ở các địa phƣơng là 10% -20%.
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.
Hơn 1.000 ha diện tích ni tơm sú ở các tỉnh bị bệnh chết.
Diện tích ni tơm có mức độ thiệt hại từ 20 - 80%, khoảng
40.000ha.

Nƣớc thải ni tơm chứa lƣợng thức ăn cịn sót lại, phân và chuyển hố dinh
dƣỡng của tơm (ƣớc lƣợng có khoảng 63 – 78 % nitơ và 76 – 80 % phốt pho trong
thức ăn của tơm bị thất thốt vào mơi trƣờng hình 1.3). Do đó, đặc trƣng của nƣớc
thải này là nồng độ nitơ và phốt pho cao. Nếu các nguồn nitơ và phốt pho này
không đƣợc xử lý trƣớc khi thải ra môi trƣờng hay trƣớc khi chuẩn bị cho vụ ni
tiếp theo thì sẽ gây hiện tƣợng phú dƣỡng hóa mơi trƣờng nƣớc nguồn tiếp nhận
cũng nhƣ tạo môi trƣờng 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 tơm.

Hình 1. 3: Nước thải từ ao ni tơm
3


1.3. Các yếu tố môi trƣờng ảnh hƣởng tới nuôi tơm
1.3.1. DO
DO là lƣợng oxi hịa tan cần cung cấp cho hoạt động sống của tôm và một số
sinh vật trong nƣớc. 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 nƣớc [1,2].
1.3.2. Độ pH
Độ pH rất quan trọng, sự thay đổi của nó ảnh hƣởng 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
lƣợng nƣớc khác. Cụ thể nhƣ 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 hƣởng đến quá trình
trao đổi chất của tơm, cá và khả năng hấp thu nƣớc qua mang. Độ pH đạt giá trị
trong khoảng 6,5–8,8 là an tồn cho sự phát triển của tơm, nhƣng giá trị tối ƣu là
7,5– 8,5. Đối với nƣớc nuôi tôm, giá trị tổng kiềm khoảng 100 mgCaCO3/l sẽ đảm
bảo cho mơi trƣờng nƣớc ít biến đổi lớn trong ngày. Độ kiềm thích hợp cho tơm
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 lƣợng của các ion hòa tan chứa trong 1 kg nƣớc là nồng độ muối
hay độ mặn của nƣớc. 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 nƣớc.
Nồng độ muối thích hợp cho tơm phát triển là: 0- 40‰ (thích hợp nhất là 1525‰). Tơm phát triển nhanh nhƣng sức đề kháng yếu ở nồng độ muối thấp và
ngƣợc lại ở nồng độ muối cao đó là nó sẽ phát triển chậm song sức đề kháng cao.
1.3.4. Hàm lƣợng amonia
Amonia (NH3) độc với con ngƣời và với tôm cũng vậy. Trong môi trƣờng
nƣớc nuôi tôm nó đƣợc hình thành từ q trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ nhƣ

4


phân bón, thức ăn dƣ thừa, xác phiêu sinh động thực vật, chất bài tiết của tôm… Để
đảm bảo môi trƣờng sống tốt cho tôm phải xử lý NH3 tới ngƣỡng thích hợp cho
tơm. Ví dụ: đối với tơm sú ngƣỡng thích hợp là nhỏ hơn 0,03 mg/l và hàm lƣợng
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 nƣớc hoặc sinh ra trong quá trình phân
hủy các chất trong nƣớc thải. Nitrit gây độc là do tạo thành chất methemoglobin và
giảm sự chuyển oxy tới tế bào. Với tôm sú ngƣỡng ghi nhận an tồn đó là nhỏ hơn 1
mg/l. Bên cạnh đó, nitrat gây ảnh hƣởng độc đối với tôm. Theo khuyến cáo của các
nhà khoa học hàm lƣợng nitrat trong môi trƣờng nuôi nên thấp hơn 60 mg/l [1,4].
Nhƣ vậy để tơm có thể phát triển tốt thì cần phải đảm bảo các yếu tố mơi trƣờng
nằm trong ngƣỡng hoạt động của nó và mơi trƣờng sống của nó khơng bị biến
động.
1.3.6. Phốt pho
Trong nƣớc, lân tồn tại dƣới các loại muối orthophossphat hòa tan nhƣ
,

và

hay dƣới dạng phosphat ngƣng 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 hịa tan nhờ hoạt động của vi sinh vật. Phốt
pho trong nƣớc là nguồn dinh dƣỡng cho thực vật thủy sinh và thúc đẩy q trình
phú dƣỡng hóa gây ơ nhiễm trầm trọng hơn [2,5].
1.3.7. Vi sinh vật [ 6].
Vi sinh vật là những cơ thể sống có kích thƣớc rất nhỏ mà mắt thƣờng khơng

nhìn thấy đƣợc. Chúng gồm có đại diện của thực vật nhƣ: tảo nấm nấm men, vi
khuẩn và hệ này đƣợc gọi là hệ vi thực vật và đại diện của động vật: động vật
nguyên sinh đƣợc gọi là hệ vi động vật. Các vi sinh vật trong môi trƣờng nƣớc bao
gồm sinh vật nổi chúng phát triển trong lớp nƣớc mỏng ở trạng thái lơ lửng và sinh
vật đáy sống nhờ bùn đất ở đáy nguồn nƣớc. Trong quá trình sống và phát triển vi
sinh vật thƣờng gây ra hai hiện tƣợng đáng chú ý:
5


-

Hiện tƣợng phú dƣỡng hóa: các vi sinh thực, động vật phát triển trên lớp bề
mặt của các vật thể dƣới nƣớc và tạo thành các màng, vết bám vi sinh vật rất
đặc trƣng của q trình phú dƣỡng hóa.

-

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

1.4. Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải ao nuôi tôm
Hiện nay cùng với tốc độ gia tăng nhanh diện tích ni trồng thủy sản đặc biệt
là ni tơm, thì vấn đề xử lý nƣớc thải ao nuôi tôm rất đƣợc quan tâm nhằm tăng
năng suất cũng nhƣ hiệu quả kinh tế. Vì vậy, đã thúc đẩy nhiều nhà khoa học vào
nghiên cứu đƣa ra những phƣơng pháp xử lý nƣớc thải ao nuôi đạt hiệu quả cao và
phù hợp với điều kiện từng vùng. Hiện nay, có 2 hƣớng chính để xử lý nƣớc thải ao
ni tơm là: sử dụng hệ vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong nƣớc thải và
sử dụng hệ động thực vật thủy sinh để hấp thụ các chất hữu cơ.
1.4.1. Phƣơng pháp sử dụng hệ vi sinh vật
Có một số lồi vi sinh vật có khả năng sử dụng các chất hữu cơ và một số chất

khoáng làm nguồn dinh dƣỡng và tạo năng lƣợng, sinh trƣởng nhờ vậy sinh khối
của chúng tăng lên. Các vi sinh vật này đƣợc sử dụng để phân huỷ các chất ô nhiễm
hữu cơ và vơ cơ có trong chất thải từ nƣớc thải thủy sản. Quá trình phân hủy này
đƣợc gọi là quá trình phân hủy ơxy hóa sinh hóa.
Một số chế phẩm vi sinh thƣờng dùng để cải thiện môi trƣờng nƣớc ao nuôi
tôm, cá nhƣ 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 trƣởng vi sinh, các enzym ngoại bào tổng hợp, các chất dinh dƣỡng sinh học và
khoáng chất kích hoạt sinh trƣởng ban đầu và xúc tác hoạt tính. Chúng có khả năng
tiêu thụ các chất hữu cơ phát sinh trong quá trình sinh trƣởng và phát triển của vật
ni trong ao hồ. Hay nói cách khác, chúng có tác dụng phân giải chất hữu cơ hịa
tan và khơng hịa tan từ phân tơm, các thức ăn thức ăn thừa tích tụ đáy ao ni, tạo
đƣợc sự ổn định, duy trì chất lƣợng nƣớc và cả màu nƣớc trong ao hồ. Mặt khác,
6


chế phẩm này còn giúp giảm thiểu đƣợc các vi sinh vật gây bệnh nhƣ Vibrio,
aeromonas, E.coli…, làm tăng thêm lƣợng oxy hịa tan trong mơi trƣờng nƣớc ao
ni và giảm thiểu lƣợng ammoniac [1,4,6].

Hình 1. 4: Mơ hình xử lý nước thải bằng vi sinh vật
1.4.2. Phƣơng 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 q trình chuyển hóa vật chất trong hệ sinh thái thông qua chuỗi thức ăn.
Thông thƣờng, ngƣời ta sử dụng thực vật làm các sinh vật hấp thụ các chất dinh
dƣỡng là nitơ và phốt pho, carbon để tổng hợp các chất hữu cơ làm tăng sinh khối
(sinh vật tự dƣỡng), 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 nƣớc ven biển là các loại ngao, vẹm,

hàu các lồi này có thể tiêu thụ các thực vật phù du và cải thiện điều kiện trầm tích
đáy. Các lồi cá ăn thực vật phù du và mùn bã hữu cơ nhƣ: cá măng, cá đối cũng
đƣợc thử nghiệm sử dụng ở các kênh thoát nƣớc thải (Micheal J. Phillips, 1995).

7