Nghiên cứu xử lý bùn đáy ao nuôi cá tra làm phân bón

- Tối ưu hóa các điều kiện trong quá trình sử dụng chế phẩm sinh học BIOVINA phân giải bùn thải xử lý mẫu nguyên liệu được xử lý sơ bộ với vật liệu phối trộn.. Với đặc tính nước thải lớn

PHẠM NGUYỄN YẾN TRINH

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ BÙN ĐÁY AO NUÔI CÁ TRA

LÀM PHÂN BÓN

Chuyên ngành: Hóa sinh

Mã số: 60 42 30

LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS NGUYỄN ĐỨC LƯỢNG

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH – 2011

Trải qua một khoảng thời gian khơng quá dài và chẳng thể nào gọi là ngắn, giờ đây khi hồn tất luận văn tốt nghiệp tơi cảm thấy mình cần phải nỗ lực nhiều hơn nữa với con đường tương lai phía trước, quyển luận văn này chỉ là bước mở đầu cho hành trình nghiên cứu khoa học của tơi

Mặc dù gặp nhiều khĩ khăn và vướng mắc trong khoảng thời gian này, nhưng trên tất cả tơi đã cố gắng hồn thành nhiệm vụ của mình Tơi trưởng thành hơn sau khĩa học, thành cơng của tơi cĩ rất nhiều sự động viên, sự quan tâm, và hỗ trợ của thầy cơ, bạn bè, đồng nghiệp, và gia đình

Với quý thầy cơ Trường Đại học Khoa học Tự nhiên Tp.HCM – Em chân thành cảm ơn thầy cơ đã tận tình truyền đạt, dạy bảo, và xây dựng những kiến thức

cơ bản cần thiết cho em trong quá trình học tập và nghiên cứu của mình

Với người hướng dẫn khoa học của tơi PGS TS Nguyễn Đức Lượng

– Con đơi khi cĩ nhiều lỗi lầm, nhưng thầy luơn nhẹ nhàng khuyên bảo, động viên,

và khích lệ cho con đi đến cuối đoạn hành trình

Với bạn bè và đồng nghiệp của tơi – Tơi gửi những lời yêu thương và cảm ơn chân thành đến các bạn, những người luơn bên cạnh tơi hỏi thăm và chia sẻ những khĩ khăn vướng mắc

Những lúc tơi chơi vơi, suy nghĩ khơng định hướng – gia đình là nơi tiếp cho tơi sức mạnh, nghị lực, và niềm tin – tơi gửi đến những người thân yêu bên cạnh mình lời yêu thương và sự trân trọng

Xin chân thành cảm ơn./.

LỜI MỞ ĐẦU

Ngay từ thời cổ đại, con người đã phát hiện và biết cách dùng phân bĩn – bắt đầu từ phân hữu cơ 1.500 năm trước cơng nguyên, nơng dân Trung Quốc, Hy Lạp,

La Mã cổ đại đã biết sử dụng cỏ, tro đốt, thân lá cây đậu và sau đĩ là phân chuồng

để bĩn ruộng Đến tận thế kỷ 18 lồi người vẫn cho rằng cây hút thức ăn từ mùn trong đất vì vậy chỉ cần bĩn phân hữu cơ cho cây [3]

Sự hiểu biết hiện đại về dinh dưỡng cây trồng bắt đầu vào thế kỷ 19 sau những nghiên cứu của Justus von Leibig – nhà bác học người Đức – học thuyết của Leibig bác bỏ thuyết mùn mà khẳng định vai trị của muối khống trong dinh dưỡng thực vật, đồng thời đề ra lý thuyết cần thiết phải bĩn trả lại tất cả những chất khống mà cây trồng đã lấy đi mới đảm cho thu hoạch mùa màng [49] Việc khẳng định phân hữu cơ khơng cung cấp trực tiếp dinh dưỡng cho cây mà phải gián tiếp qua các chất khống – sản phẩm của quá trình phân giải chất hữu cơ đã tạo ra tiền đề vững chắc cho các cơng trình nghiên cứu sau này, làm bùng nổ nền cơng nghiệp phân bĩn hĩa học trên tồn thế giới

Tuy nhiên, sau hơn nữa thế kỷ sử dụng rộng rãi đến mức lạm dụng phân hĩa học, các nước tiên tiến trên thế giới bắt đầu nhận ra mặt trái của vấn đề là các chất hĩa học dùng trong nơng nghiệp đã gây ơ nhiễm mơi trường trầm trọng, khi bĩn nhiều và lâu dài xuống ruộng, các chất hĩa học đã phá hủy mơi trường sinh thái đất, tồn dư trong đất làm vơ cơ hĩa đất và gây tồn lưu dư lượng hĩa chất trong rau xanh, ngũ cốc

Để khắc phục được các nhược điểm của phân hĩa học, nền nơng nghiệp thế giới mở ra theo hướng nơng nghiệp hữu cơ mà hạt nhân là ứng dụng cơng nghệ sinh học Phân hữu cơ sinh hĩa ra đời và phát triển, đĩ là một sản phẩm sinh học được chế biến trên nền các nguyên liệu, phụ phế phẩm cĩ nguồn gốc hữu cơ, một loại phân bĩn tổng hợp cả về mặt hĩa học và sinh học, nhằm đáp ứng đầy đủ các yêu cầu của cây trồng và đất trồng Phân hữu cơ sinh hĩa tự nĩ mang trong mình tính

chiến lược của giai đoạn phát triển nền nông nghiệp hiện nay, nó là hướng phát triển tất yếu cho nhu cầu của sản xuất nông nghiệp của thế kỷ 21 Vì vậy, ngay sau thành công của “cuộc cách mạng về công nghiệp phân hóa học” thì cuộc “cách mạng về công nghệ sinh học” đang phát triển trên quy mô toàn cầu, ứng dụng công nghệ vi sinh để sản xuất phân bón đã tạo ra một hướng đi mới trong chiến lược quản lý dinh dưỡng cây trồng tổng hợp

Theo quyết định số 102/2008/QĐ-BNN của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn ngày 17/10/2008 về việc phê duyệt quy hoạch phát triển sản xuất và tiêu thụ cá tra vùng đồng bằng sông Cửu Long đến năm 2010 và định hướng đến năm

2020 thì tốc độ tăng trưởng diện tích trong vùng trong các năm tới trung bình khoảng 4,2%/năm Cụ thể đến năm 2015 diện tích nuôi cá tra của vùng đạt 11.000

ha tập trung chủ yếu ở Đồng Tháp 2.550 ha, An Giang với 2.450 ha, và Cần Thơ Đến năm 2020 diện tích nuôi cá tra của vùng là 13.000 ha và sản lượng nuôi đến năm

2020 sẽ có thể đạt 1,8 triệu tấn [4]

Sự gia tăng liên tục về qui mô diện tích, mật độ nuôi và sản lượng cá tra, vấn

đề về môi trường nuôi, chất thải… sẽ là vấn đề tất yếu song hành cùng việc phát triển nhanh về diện tích ao nuôi và kỹ thuật thâm canh Và đấy cũng chính là mối lo lớn của các nhà quản lý ngành nuôi trồng thủy sản cùng các nhà chuyên môn liên quan đến vấn đề môi trường Nếu không được kiểm soát và không có biện pháp xử

lý thích hợp thì việc nuôi cá tra thâm canh sẽ trở thành vấn đề rất phức tạp đối với

sự phát triển bền vững của nghề nuôi

Để giảm ô nhiễm nguồn nước, Luật Môi trường ban hành năm 1995 nghiêm cấm việc thải trực tiếp nước thải chưa qua xử lý vào sông rạch Người vi phạm sẽ bị phạt hoặc cơ sở sản xuất bị đóng cửa cho đến khi họ khắc phục được Việc thải bùn vào sông rạch cũng bị nghiêm cấm theo luật định Tuy vậy, dường như ít có ai chấp hành luật lệ Chấp hành đúng theo luật mà không tính đến hiệu quả kinh tế của việc

xử lý và tái chế sẽ gây ảnh hưởng khó khăn cho ngành nuôi thuỷ sản Việc đề ra chiến lược hữu hiệu cho người nuôi cá, để họ có thể xử lý nước và chất thải rắn đạt tiêu chuẩn mà không cần chi phí cao là điều cực kỳ cần thiết

Trong một vài trường hợp thì chất thải được bơm vào ruộng lúa, nhưng trong thực tế việc sử dụng trực tiếp chất thải rắn ao cá lúa có khuynh hướng bị đỗ ngã kết quả là làm cho năng suất lúa bị giảm sút Tuy nhiên, trong một vài trường hợp nếu biết cách sử dụng chất thải một cách hợp lý và cân bằng với lượng phân vô cơ có thể làm cho năng suất lúa gia tăng Giải pháp kết hợp nuôi thủy sản vào hệ thống sản xuất nông nghiệp hiện có được biết là làm gia tăng sức sản xuất, bền vững về sinh môi, và cải thiện độ phì của đất do tái chế chất thải (Bartone & Arlosoroff (1987)) [2], [61]

Hơn thế nữa việc sử dụng hợp lý phân hữu cơ có thể làm giảm nhu cầu sử dụng phân hóa học (Falahi-Ardakani et al (1987)) [64]

Bùn đáy ao nuôi cá giàu dinh dưỡng có hàm lượng carbon hữu cơ cao và các

dưỡng chất (Pillay (1992)) [67] đặc biệt là đạm, lân và kali [2], [19], [70] “Nghiên cứu xử lý bùn đáy ao nuôi cá tra làm phân bón” nhằm mục đích tái chế chất thải

rắn tận thu nguồn dinh dưỡng và hàm lượng chất hữu cơ, tái chế chất thải rắn – là phương pháp khá phổ biến ở những nước phát triển – từ ao nuôi cá thâm canh tạo sản phẩm phục vụ con người nhằm giảm tải ô nhiễm môi trường sinh thái cụ thể là giảm tải ô nhiễm nguồn nước mặt do việc xả chất thải ao cá

Mục tiêu của nghiên cứu đề tài nhằm:

- Xử lý bùn thải ao nuôi cá tra làm phân bón nhằm giảm thiểu nguy cơ gây ô nhiễm môi trường

Nội dung nghiên cứu lần lượt được thực hiện:

- Phân tích, đánh giá sơ bộ thành phần tích tụ trong chất thải ao nuôi cá

- Xử lý, ổn định chất lượng nguyên liệu trước khi tiến hành giai đoạn ủ phân

- Tối ưu hóa các điều kiện trong quá trình sử dụng chế phẩm sinh học BIOVINA phân giải bùn thải xử lý mẫu nguyên liệu được xử lý sơ bộ với vật liệu phối trộn

- Đánh giá chất lượng mẫu phân thành phẩm với tiêu chuẩn qui định hiện hành

MUÏC LUÏC

Trang

Trang phụ bìa

Lời cảm ơn

Danh mục bảng

Danh mục biểu đồ

Danh mục sơ đồ

Danh mục hình

LỜI MỞ ĐẦU

PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước thuộc lĩnh vực đề tài 1

1.2 Điều kiện phát triển của sản phẩm cá tra 3

1.2.1 Thị trường trong nước 3

1.2.2 Thị trường thế giới 3

1.2.3 Khả năng cạnh tranh trong nước, khu vực và quốc tế 4

1.3 Thực trạng nghề nuôi cá tra tỉnh Đồng Tháp 5

1.3.1 Hiện trạng và định hướng quy hoạch phát triển nghề nuôi cá tra tỉnh Đồng Tháp 5

1.3.2 Vấn đề môi trường từ nghề nuôi cá tra thâm canh 10

1.3.3 Vấn đề chất thải rắn trong quá trình nuôi cá tra thâm canh 12

1.3.4 Các giải pháp hạn chế tác động của nghề nuôi đến môi trường 16

1.3.5 Các tồn tại, hạn chế trong công tác quy hoạch và quản lý môi trường tỉnh Đồng Tháp 18

1.4 Tổng quan về phân hữu cơ sinh hóa 19

1.4.1 Khái niệm về phân bón 19

1.4.2 Phân hữu cơ sinh hóa – Một hướng đi chiến lược cho sản xuất nông nghiệp 20

1.4.2.1 Khái niệm phân hữu cơ sinh hóa 20

1.4.2.2 Vai trò của phân hữu cơ sinh hóa 20

1.5 Tổng quan về các quá trình hóa học – vi sinh vật học chính xảy ra trong quá trình ủ nguyên liệu 22

1.5.1 Thành phần nguyên liệu ủ 23

1.5.2 Sự chuyển hóa vật chất trong quá trình phân giải các chất hữu cơ 24

1.5.2.1 Quá trình phân giải chất hữu cơ và hình thành chất mùn 24

1.5.2.2 Quá trình khoáng hóa chất hữu cơ (vô cơ hóa) 26

i- Hydratcarbon 26

ii- Protein 28

iii- Chất béo 29

1.5.2.3 Quá trình mùn hóa 31

1.5.3 Quá trình phát triển vi sinh vật học 35

PHẦN 2: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 38

2.1 Địa điểm nghiên cứu 38

2.2 Vật liệu 38

2.2.1 Đối tượng thí nghiệm 38

2.2.2 Các vật liệu độn 38

2.2.3 Chế phẩm sinh học 39

2.2.4 Các môi trường, thuốc thử 39

2.3 Nội dung thực hiện 40

2.3.1 Xác định thành phần hóa học cần thiết (trong ứng dụng làm phân) tích tụ trong bùn thải ao nuôi cá 40

2.3.2 Xử lý bùn với chất độn trước khi ủ với chế phẩm sinh học 40

2.3.3 Ủ mẫu bùn xử lý sơ bộ bằng chế phẩm sinh học BIOVINA 40

2.3.4 Đánh giá chất lượng mẫu phân thành phẩm 41

2.4 Phương pháp thực hiện 41

2.4.1 Phương pháp lấy mẫu bùn đáy ao ban đầu 41

2.4.2 Phương pháp lựa chọn vật liệu độn 41

2.4.2.1 Khảo sát mức ảnh hưởng của các vật liệu độn khác

nhau đến hàm lượng nước tự nhiên trong bùn đáy ao cá 41

2.4.2.2 Khảo sát tỉ lệ phối trộn thích hợp giữa bùn với vật liệu độn 42

2.4.2.3 Tối ưu thông số thời gian ủ với chất độn 42

2.4.3 Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến quá trình ủ với chế phẩm sinh học 42

2.4.3.1 Ảnh hưởng thời gian đến quá trình ủ lên men 42

2.4.3.2 Ảnh hưởng tỉ lệ giống đến quá trình ủ lên men 42

2.4.3.3 Ảnh hưởng pH đến quá trình ủ lên men 42

2.4.4 Phương pháp ủ mẫu 43

2.4.5 Phương pháp xác định tổng số vi sinh vật 43

2.4.6 Phương pháp hóa học 46

2.4.6.1 Phương pháp xác định pH 46

2.4.6.2 Xác định chất khô và hàm lượng nước theo khối lượng – Phương pháp khối lượng 46

2.4.6.3 Xác định hàm lượng tro và tổng cacbon hữu cơ 47

2.4.6.4 Phương pháp xác định nitơ tổng số 49

2.4.6.5 Các phương pháp khác 50

2.5 Phương pháp xử lý số liệu 51

2.6 Phương pháp bố trí thí nghiệm 51

PHẦN 3: KẾT QUẢ VÀ BIỆN LUẬN 52

3.1 Đánh giá hàm lượng các thành phần hóa học cần thiết trong ứng dụng làm phân trên mẫu bùn đáy ao cá tra thâm canh 52

3.2 Khảo sát sự thay đổi độ ẩm mẫu bùn đáy ao trong quá trình xử lý chất độn 54

3.2.1 So sánh mức ảnh hưởng của các vật liệu độn khác nhau đến độ ẩm mẫu bùn đáy ao trong quá trình phối trộn 54

3.2.2 Khảo sát thông số độ ẩm trong mẫu bùn theo thời gian và tỉ lệ

phối trộn bùn với mạt dừa 56

3.2.2.1 Khảo sát tỉ lệ phối trộn giữa bùn với mạt dừa 56

3.2.2.2 Tối ưu hóa thông số thời gian trong quá trình phối trộn sơ bộ với chất độn mạt dừa 58

3.2.3 Khảo sát các thành phần hóa học cần thiết trong mẫu bùn nguyên liệu (bùn trộn mạt dừa) để đưa vào ủ với chế phẩm vi sinh vật 60

3.3 Khảo sát các thông số ảnh hưởng đến quá trình ủ với chế phẩm vi sinh vật 61

3.3.1 Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình lên men 62

3.3.2 Ảnh hưởng tỉ lệ giống đến quá trình lên men 65

3.3.3 Ảnh hưởng pH đến quá trình lên men 67

3.4 Đánh giá chất lượng mẫu phân thành phẩm 69

3.4.1 Một số chỉ tiêu hóa học trong mẫu bùn đáy ao cá sau quá trình xử lý 69

3.4.2 So sánh thành phẩm với sản phẩm thương mại trên thị trường 71

PHẦN 4: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 72

4.1 Kết luận 72

4.2 Đề nghị 73

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74 PHỤ LỤC

Danh mục bảng

Trang

Bảng 1.1 Diện tích nuơi cá tra vùng đồng bằng sơng Cửu Long và tỉnh

Đồng Tháp giai đoạn 1997- 7T/2008, và quy hoạch đến năm

2020 6

Bảng 1.2 Sản lượng cá tra nuơi vùng đồng bằng sơng Cửu Long và tỉnh Đồng Tháp giai đoạn 1997- 7T/2008, và quy hoạch đến năm 2020 8

Bảng 1.3 Ước lượng chất thải phát sinh từ 1 ha nuơi cá tra 15

Bảng 2.1 Thành phần hĩa học của cám trấu 38

Bảng 2.2 Thành phần hĩa học chủ yếu trong mạt dừa 39

Bảng 3.1 Một số chỉ tiêu hĩa học và vi sinh trong mẫu bùn đáy ao nuơi cá 52

Bảng 3.2 Độ ẩm trong mẫu bùn đáy ao cá khi xử lý bằng các chất độn khác nhau 54

Bảng 3.3 Kết quả sự thay đổi độ ẩm nguồn nguyên liệu (bùn phối trộn với mạt dừa) 56

Bảng 3.4 Sự thay đổi độ ẩm theo khối ủ sơ bộ bùn với mạt dừa theo thời gian 58

Bảng 3.5 Một số chỉ tiêu hĩa học và vi sinh trong mẫu bùn đáy ao cá 60

Bảng 3.6 Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình ủ lên men 62

Bảng 3.7 Ảnh hưởng của tỉ lệ giống đến quá trình lên men 65

Bảng 3.8 Ảnh hưởng pH đến quá trình lên men 67

Bảng 3.9 Một số chỉ tiêu hĩa học của bùn đáy ao cá sau quá trình xử lý 69

Bảng 3.10 Thành phần hĩa học và vi sinh vật sinh ở mẫu phân thành phẩm 70

Bảng 3.11 So sánh thành phẩm với sản phẩm thương mại khác 71

Danh múc bieơu ñoắ

Trang

Biểu đồ 1.1 Diễn biến diện tích nuôi câ tra vùng đồng bằng sông Cửu Long

vă tỉnh Đồng Thâp giai đoạn 1997-7T/2008, vă quy hoạch đến

năm 2020 7

Biểu đồ 1.2 Sản lượng câ tra nuôi vùng đồng bằng sông Cửu Long vă tỉnh Đồng Thâp giai đoạn 1997- 7T/2008, vă quy hoạch đến năm 2020 9

Biểu đồ 3.1 So sânh một số thănh phần hóa học cần thiết cho quâ trình lăm phđn trong mẫu bùn đây ao câ với nguồn nguyín liệu phổ biến than bùn 53

Biểu đồ 3.2 Sự thay đổi độ ẩm trong mẫu bùn đây ao câ khi xử lý bằng câc chất độn khâc nhau 55

Biểu đồ 3.3 Ảnh hưởng tỉ lệ phối trộn đến độ ẩm khối nguyín liệu 57

Biểu đồ 3.4 Sự thay đổi độ ẩm của khối ủ sơ bộ theo thời gian 59

Biểu đồ 3.5 So sânh sự thay đổi câc thănh phần hóa học chủ yếu giữa mẫu trước vă sau xử lý chất độn 61

Biểu đồ 3.6 Khảo sât sự ảnh hưởng của thời gian đến quâ trình ủ lín men 63

Biểu đồ 3.7 Khảo sât sự ảnh hưởng của tỉ lệ giống đến quâ trình lín men 66

Biểu đồ 3.8 Khảo sât sự ảnh hưởng pH đến quâ trình lín men 68

Danh muïc hình

Trang

Hình 1.1 Cá tra 1 Hình 1.2 Hệ thống dãy ao nuôi cá tra thâm canh cồn Mương Điều, xã Tân Khánh

Trung, Lấp Vò, Đồng Tháp 10 Hình 1.3 Chất thải từ các ao nuôi thủy sản bơm thẳng ra sông 13 Hình 1.4 Giải pháp hồ sinh học kết hợp với cánh đồng tưới nông nghiệp 17

Danh múc sô ñoắ

Trang

Sơ đồ 1.1 Quâ trình chuyển hóa chất hữu cơ 24

Sơ đồ 1.2 Quâ trình khoâng hóa vă tổng hợp chất mùn 25

Sơ đồ 1.3 Quâ trình khoâng hóa chất hữu cơ (vô cơ hóa) 26

Sơ đồ 1.4 Con đường tích lũy chất hữu cơ (theo Brady (1990)) 31

Sơ đồ 1.5 Con đường hình thănh mùn (theo Stevenson (1982)) 33

Phần 1 : TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu trong và ngồi nước thuộc lĩnh vực đề tài

Cá tra cĩ tên khoa học là Pangasianodon hypophthalmus (Sauvage (1878)), thuộc họ Pangasiidae (họ Cá tra) Cá tra phân bố ở lưu vực sơng Mê-kơng, cĩ mặt

ở cả 4 nước Lào, Việt Nam, Campuchia và Thái lan Vì là lồi cá kinh tế phổ biến khu vực Châu Á nên cĩ rất nhiều nhà khoa học trong nước cũng như trên thế giới quan tâm nghiên cứu về nhĩm đối tượng này

Hình 1.1 Cá tra

Trước đây, các nghiên cứu tập trung vào vấn đề hệ thống phân loại như nghiên cứu của Roberts, T.R và C Vidthayanon (1991) [68], Pouyaud L., R.Gustiano and G.G.Teugel (2004) [69], Ferraris C.J (2007) [65], Trương Thủ Khoa and Trần Thị Thu Hương (1993) [18] trong việc định danh cập nhật tên khoa học của lồi cá tra

Kế đĩ, nghiên cứu sinh sản nhân tạo cá tra được bắt đầu từ năm 1978 và cá ba

sa từ 1990 Năm 1995 cĩ thể được xem là mốc đánh dấu cho sự phát triển của nghề

nuơi cá da trơn khi lần đầu tiên cá basa (Pangasius bocourti) được cho sinh sản

nhân tạo thành cơng từ cơng trình nghiên cứu của Philip Cacot (chuyên gia người Pháp) và các cán bộ trường Đại học Cần Thơ, sau đĩ các lồi cá khác cũng đã được

sinh sản nhân tạo thành cơng như cá tra (Pangasianodon hypophthalmus), cá hú (P conchophilus)… chủ động giải quyết con giống cho nghề nuơi cá da trơn và hiện

nay cơng nghệ sinh sản nhân tạo cũng được chuyển giao đến người dân

Và các vấn đề về bệnh học trên cá, dinh dưỡng, thức ăn, chất lượng con giống; gần đây là vấn đề đánh giá tác động môi trường của nghề nuôi cá đặc thù này có nhiều nghiên cứu trong nước và ngoài nước được tiến hành như nghiên cứu Pillay (1992) [67], các công trình nghiên cứu xử lý nước ao nuôi cá bằng lục bình

(Eichhornia crassipes) và rau muống (Ipomea aquatic) của Barry (1998) [62],

Trương Thị Nga (2007) [30], và Lê Uyển Thanh (2009) [38]… về vấn đề xử lý nước thải

Bên cạnh nước thải, vần đề chất thải rắn ao nuôi cá cũng được quan tâm và đẩy mạnh như:

- Nghiên cứu của Ths Cao Văn Thích (2008) về tích lũy vật chất dinh dưỡng trong ao nuôi cá thâm canh [40]

- Nghiên cứu khảo sát sử dụng trực tiếp bùn đáy ao cá trên ruộng lúa được các Sở khoa học và công nghệ các tỉnh đồng bằng sông Cửu Long triển khai cho nông dân thực hiện Tuy nhiên áp dụng chất thải rắn ao cá có hiện tượng tích tụ ở những chỗ trũng, nơi dư thừa đạm làm cho lúa có khuynh hướng bị đỗ ngã năng suất giảm hoặc mất giá Giải pháp không khả thi và hiện nay hầu như rất ít nông hộ sử dụng

- Nghiên cứu sử dụng bùn đáy ao cá trong sản xuất phân trùn

- Nghiên cứu phối trộn sử dụng bùn thải một cách hợp lý và cân bằng với lượng phân vô cơ có thể làm cho năng suất lúa gia tăng Giải pháp kết hợp nuôi thủy sản vào hệ thống sản xuất nông nghiệp làm gia tăng sức sản xuất, bền vững về sinh môi, và cải thiện độ phì của đất (Richard Bell,

Richard Mc Culloch, Cao Văn Phụng – Dự án CARD 023/06 VIET,

nghiệp ngoài cây lúa Chính vì vậy, vấn đề nghiên cứu được đặt ra trong phạm vi đề tài này thành công sẽ cung cấp cho người nuôi cá tra thâm canh ở đồng bằng sông Cửu Long phương pháp xử lý, tái chế sử dụng lại bùn thải, đưa vào phục vụ nhu cầu

đa dạng trong nông nghiệp, giảm thiểu chất thải phát sinh và đảm bảo hướng phát triển bền vững của nghề nuôi cá tra trong vùng nói chung và tỉnh Đồng Tháp nói riêng

1.2 Điều kiện phát triển của sản phẩm cá tra

1.2.1 Thị trường trong nước

Thị trường nội địa là thị trường tiềm năng chưa được khai thác hết do các doanh nghiệp chưa thiết lập được hệ thống phân phối ổn định Một khó khăn nữa là

do thói quen của người tiêu dùng Việt Nam chỉ ưa thích sản phẩm tươi sống bán ở chợ, không quen với thực phẩm chế biến sẵn hoặc qua sơ chế Tuy nhiên, trong nhịp sống công nghiệp, người nội trợ sẽ không có nhiều thời gian để sử dụng các thực phẩm tươi cho gia đình như trước thì nhu cầu thực phẩm chế biến sẵn sẽ được nhiều người sử dụng vì ít tốn thời gian chế biến và hợp vệ sinh

1.2.2 Thị trường thế giới

Theo dự báo của Trung tâm Thủy sản Thế giới, đến năm 2020, nhu cầu thủy

sản toàn thế giới vào khoảng 183 triệu tấn, trong đó các nước đang phát triển sẽ chiếm tới 77% tổng lượng tiêu thụ thủy sản toàn cầu và 79% tổng sản lượng thủy sản thế giới Nhu cầu trung bình đầu người năm 2010 trên toàn thế giới đối với tất

cả các sản phẩm thủy sản là 18,4kg/người/năm và 19,1kg/người/năm vào năm 2015 [4], [54]

Như vậy, từ năm 1997 đến năm 2020, tiêu thụ thủy sản ở các nước đang phát triển sẽ tăng từ 62,7 triệu tấn lên 98,6 triệu tấn (tăng 57%), trong khi các nước phát triển sẽ chỉ tăng 4% từ 28,1 triệu tấn lên 29,2 triệu tấn Trong tổng mức tăng về nhu cầu sản phẩm thủy sản thì khoảng 46% mức tăng là do sự gia tăng dân số, số còn lại 54% là do sự phát triển kinh tế [4]

Nhu cầu về thức ăn cho động vật và gia cầm làm từ thủy sản và dầu cá sẽ là 0,5% từ năm 2010 cho đến năm 2015, lượng thủy sản cần thiết để đáp ứng nhu cầu

sản xuất thức ăn cho động vật và cho các mục đích phi thực phẩm khác trên toàn thế giới khoảng 45.432 triệu tấn vào năm 2015 [4]

Trong số các mặt hàng thủy sản, các mặt hàng cá da trơn, cá hồi, cá ngừ và cá biển vẫn đóng vai trò chính Xu hướng và nhu cầu tiêu thụ thủy sản thế giới từ nay đến năm 2020 tiếp tục tăng mạnh Riêng sản phẩm cá tra đang được các nước nhập khẩu quan tâm xem như là sản phẩm thay thế cá thịt trắng có nguồn gốc từ các vùng biển, nhờ giá cá tương đối thấp, chất lượng thơm ngon, sản lượng dồi dào và ổn định Các nhà máy chế biến thủy sản tại châu Âu rất cần nguyên liệu cá tra Việt Nam để chế biến và cung cấp cho các thị trường Mặt khác, thị trường thủy sản trên thế giới đang ngày được mở rộng ra toàn thế giới như: Ba Lan, Nga, các nước Nam

Mỹ, khu vực châu Á… Đặc biệt, khi Việt Nam gia nhập WTO xuất khẩu cá tra sẽ

dễ dàng hơn, sản lượng tiêu thụ sẽ còn tăng mạnh từ nay cho đến năm 2020; và khối lượng tiêu thụ có thể tăng thêm nếu cá tra Việt Nam vẫn giữ được lợi thế so sánh bởi vì thực tế hiện nay nhu cầu phụ thuộc rất lớn vào mức giá cạnh tranh và chất lượng chấp nhận được [4], [54]

1.2.3 Khả năng cạnh tranh trong nước, khu vực và quốc tế [4], [54]

So sánh với giá cá tra sản xuất tại Việt Nam thì giá cá thế giới cao hơn, giá cá tra trung bình của Việt Nam giai đoạn 2000-2005 chỉ từ 0,6-0,8 USD/kg, trong khi giá của cá da trơn và cá thịt trắng nuôi khác đều trên 1 USD/kg Theo số liệu cập nhật đến tháng 7 năm 2008, giá cá tra bình quân của Việt Nam tăng lên 14.200đ/kg (khoảng 0,9 USD) nhưng vẫn thấp hơn giá thế giới

Như vậy cá tra của Việt Nam có lợi thế về giá cộng với sản lượng ngày càng sút giảm của nghề khai thác cá trắng nên cá tra sẽ tiếp tục có lợi thế trên thị trường thế giới

Trong ngành sản xuất cá tra tỉnh Đồng Tháp có những lợi thế so sánh: chất lượng nguồn nước tốt, người nuôi có nhiều kinh nghiệm, hệ thống sản xuất giống cá tra phát triển mạnh, hệ thống nhà máy chế biến thủy sản, nhà máy chế biến thức ăn phát triển đồng bộ, đủ năng lực để giải quyết nhu cầu sản xuất và tiêu thụ cá tra

trong tỉnh Những yếu tố trên đã giúp ngành sản xuất cá tra của tỉnh Đồng Tháp có sức cạnh tranh cao so với các tỉnh trong khu vực và cả nước

Thị trường thế giới và trong nước vẫn rất rộng mở cho ngành thủy sản nói chung và nghề nuôi cá tra nói riêng Dân số không ngừng tăng lên, kinh tế vẫn theo chiều hướng phát triển và sản phẩm thủy sản vẫn là thực phẩm được ưa chuộng

là con cá tra [54]

Đến cuối tháng 6/2010 diện tích nuôi trồng thuỷ sản trên toàn tỉnh là 5.002,22

ha, trong đó diện tích nuôi cá tra 1.416,08 ha Ước tính đến cuối năm 2010 diện tích nuôi thủy sản là 8.690 ha, đạt 100,3% kế hoạch, trong đó cá tra 1.872 ha [57]

Bảng 1.1 Diện tích nuôi cá tra vùng đồng bằng sông Cửu Long

và tỉnh Đồng Tháp giai đoạn 1997- 7T/2008, và quy hoạch đến năm 2020

TĐTTGĐ: Tốc độ tăng trưởng giai đoạn (%/năm)

(Nguồn: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn [4])

Song song với tốc độ tăng trưởng về diện tích nuôi cá tra trong tỉnh là sự gia tăng về sản lượng nuôi, tốc độ tăng trưởng bình quân trong giai đoạn 2006-2008 là 25,86%/năm Năm 2006, sản lượng cá tra nuôi toàn tỉnh là 158.156 tấn Năm 2007, sản lượng cá tra nuôi của toàn tỉnh là 201.017 tấn, đạt 127,1% kế hoạch, tăng hơn 42.861 tấn so với năm 2006 Năm 2008, sản lượng cá tra nuôi toàn tỉnh là ước đạt 250.516 tấn, đạt 104,38% kế hoạch, tăng 49.499 tấn so với năm 2007 [54]

Biểu đồ 1.1 Diễn biến diện tích nuôi cá tra vùng đồng bằng sông Cửu Long

và tỉnh Đồng Tháp giai đoạn 1997-7T/2008, và quy hoạch đến năm 2020

Bảng 1.2 Sản lượng cá tra nuôi vùng đồng bằng sông Cửu Long

và tỉnh Đồng Tháp giai đoạn 1997- 7T/2008, và quy hoạch đến năm 2020

Đơn vị tính: tấn

Địa phương/Năm

Đồng bằng sông Cửu Long

TĐTTGĐ: Tốc độ tăng trưởng giai đoạn (%/năm)

(Nguồn: Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn [4])

Sản lượng cá tra tỉnh Đồng Tháp chiếm trên 80% tổng sản lượng thuỷ sản tỉnh Kim ngạch xuất khẩu cá tra của tỉnh đã không ngừng tăng trưởng và vươn lên đứng

đầu các nhóm hàng xuất khẩu, gấp hai lần so với mặt hàng nông sản [54]

Nghề nuôi trồng thủy sản nói chung trong đó nghề nuôi cá tra nói riêng luôn giữ vai trò quan trọng thúc đẩy nền kinh tế của tỉnh nhà, là một ngành kinh tế mũi nhọn tạo ra nguồn nguyên liệu quan trọng cho nền công nghiệp chế biến, tăng kim ngạch xuất khẩu

Thực tế nghề nuôi thủy sản mang lại lợi nhuận nhiều hơn so với trồng trọt và chăn nuôi nên người dân chuyển sang nghề nuôi thủy sản với mức độ thâm canh ngày càng cao Theo số liệu thống kê của Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn tỉnh Đồng Tháp năm 2008, trên địa bàn toàn tỉnh hiện có 16 doanh nghiệp nuôi thủy sản và 756 hộ nuôi cá thể với tổng diện tích nuôi cá tra xuất khẩu là 1.271 ha, trong

đó số hộ nuôi có diện tích nuôi trên 1 ha là 199 hộ, số hộ nuôi có diện tích nuôi dưới

Biểu đồ 1.2 Sản lượng cá tra nuôi vùng đồng bằng sông Cửu Long

và tỉnh Đồng Tháp giai đoạn 1997- 7T/2008, và quy hoạch đến năm 2020

1 ha là 557 hộ Trên 80% số cơ sở nuôi cá tra này hiện vẫn chưa có bố trí ao xử lý chất thải theo quy định [56], [72], [73], [74]

1.3.2 Vấn đề môi trường từ nghề nuôi cá tra thâm canh

Bên cạnh những thành quả đã đạt được do phát triển nuôi trồng thủy sản thì tình hình nuôi trồng thuỷ sản trong tỉnh ngày càng trở nên phức tạp Hầu hết các hộ nuôi không có ao xử lý nước thải, cũng như khu vực xử lý bùn thải, họ thải trực tiếp

ra sông, kênh rạch Thêm vào đó, việc cấp thoát nước phục vụ cho nuôi thủy sản trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp vẫn còn nhiều bất cập và chất lượng nước ở các kênh, rạch nhỏ đã có dấu hiệu ô nhiễm cục bộ [55], [58], [59]

Hiện nay, theo quy hoạch các vị trí được chọn làm ao nuôi cá tra thâm canh thường ưu tiên chọn các cồn, bãi bồi; các ao nuôi ven các tuyến sông lớn (sông Tiền

và sông Hậu); hay các ao ven các sông nhánh-kênh trục nhằm tận dụng được nguồn nước lên xuống của thủy triều để thay nước cho ao nuôi, vận chuyển hàng hóa và tiêu thụ sản phẩm [4]

Hình 1.2 Hệ thống dãy ao nuôi cá tra thâm canh cồn Mương Điều,

xã Tân Khánh Trung, Lấp Vò, Đồng Tháp Thường vị trí các cù lao, cồn bãi nằm kẹp giữa các con sông lớn, những nơi có cường độ trao đổi nước cao, có điều kiện môi trường tốt là những vị trí rất hấp dẫn với các nhà đầu tư Họ không cần dùng máy bơm để cấp hay thoát nước, nước thay hàng ngày theo thủy triều đảm bảo nước trong ao không quá ô nhiễm để cá sinh trưởng và phát triển Mỗi ao nuôi thường có 1 cống hở có kích thước từ 2-4 m để vừa cấp và thoát nước Vùng nuôi cá tra ao trên cồn, bãi 100% các ao nuôi hiện nay

không có ao lắng và ao xử lý nước cấp và nước thải, nước thay ra đổ trực tiếp ra sông [4]

Hoặc tùy vị trí khác nhau mà ao được bố trí 1 cống thoát nước và 01 cống cấp nước, hoặc sử dụng máy bơm để cấp nước Thường nước cấp, thoát tự động theo sự lên xuống của thủy triều, có nhiều vùng nước cấp bằng máy bơm Chế độ thay nước thay đổi theo thời gian nuôi, theo mật độ nuôi Tỷ lệ nước thay và tần suất thay nước trong ao cũng tăng dần theo thời gian nuôi Giai đoạn đầu (mới thả cá) 5-7 ngày thay nước một lần, thay 15% nước trong ao nuôi, đến cuối vụ tỉ lệ thay nước là 30% lượng nước trong ao và mỗi ngày thay nước một lần [4]

Với những ưu đãi của thiên nhiên về điều kiện tự nhiên và nguồn lợi thủy sản, vùng đồng bằng sông Cửu Long một lần nữa người nuôi bắt môi trường và toàn xã hội phải gánh chịu sự xả thải trực tiếp các chất thải rắn và lỏng ra môi trường sông nước Về lâu dài, đây chính là nguyên nhân gây tác động trực tiếp lại nghề nuôi cá tra trong vùng đồng bằng sông Cửu Long

Đánh giá chung cho thấy [55], [58], [59]:

- Tại các vùng nuôi thủy sản xuất khẩu, đa số các hộ nuôi theo quy hoạch

đã được phê duyệt, với diện tích các ao nuôi trung bình từ 6.000-12.000

m2/ao

- Việc kiểm soát nước thải của các hộ nuôi gặp nhiều khó khăn do hầu hết các vùng nuôi đều chưa có quy hoạch chi tiết, chưa có quy định vùng cấp nước riêng và vùng xả nước thải

- Việc bố trí số lượng, diện tích ao nuôi chưa phù hợp với từng vùng nuôi, với khả năng tiếp nhận của các kênh, rạch, dòng sông xung quanh các khu vực nuôi

- Đa số các hộ nuôi thả với mật độ khá dày so với quy định của ngành thủy sản, trong đó không cân đối giữa mật độ thả cá và lượng thức ăn cho cá

Do vậy, lượng thức ăn thường bị dư thừa do cá tiêu thụ không hết Đây là một trong những nguyên nhân chính làm tích tụ và gây ô nhiễm nguồn nước

- Đối với những hộ nuôi ven sông Tiền và sông Hậu, do lưu lượng nước các con sông này tương đối lớn, khả năng tự làm sạch của dòng sông còn tốt, nên ít ô nhiễm Tuy nhiên, các vùng như: khu vực nuôi xã Tân Khánh Trung (huyện Lấp Vò); xã Tân Khánh Đông (Thị xã Sa Đéc); đuôi cồn An Nhơn, An Hiệp (huyện Châu Thành); xã Bình Thạnh (huyện Cao Lãnh) Việc cấp thoát nước phục vụ cho nuôi thủy sản của các vùng này còn nhiều bất cập và chất lượng nước ở các kênh, rạch nhỏ đã có dấu hiệu ô nhiễm cục bộ Thêm vào đó là hầu hết các hộ nuôi không có ao xử

lý nước thải, cũng như khu vực xử lý bùn thải, họ phải thải trực tiếp ra sông, kênh rạch làm hạn chế dòng chảy và ô nhiễm nguồn nước mặt

1.3.3 Vấn đề chất thải rắn trong quá trình nuôi cá tra thâm canh

Nuôi thủy sản thâm canh chứa đựng nhiều tiềm năng không ổn định và đầy rủi

ro Thực tế đã cho thấy nuôi cá theo hình thức thâm canh đã có tác động rất lớn đến môi trường do thức ăn dư thừa, chất thải dạng phân và chất bài tiết bị tích góp lại trong nước và nền đáy [55], [58], [59] Dưới hoạt động của vi sinh vật và các quá trình phân huỷ, chất thải chuyển thành amoni, nitrat, photphat… các chất khoáng đã kích thích sự phát triển của tảo dẫn đến hiện tượng nở hoa trong ao Và tác động ngược trở lại các độc tố phát sinh từ quá trình phân huỷ chất thải trong khi nuôi và

sự tàn lụi của tảo làm cho môi trường nuôi nhanh chóng bị suy thoái, các đối tượng nuôi dễ bị stress và chết do mắc bệnh, thiếu oxi hay tăng độc tính của các chất chuyển hoá [1], [8], [20], [21], [37]

Theo dự án quy hoạch vùng đồng bằng sông Cửu Long, diện tích nuôi cá tra sẽ tăng dần trong thời gian tới và sản lượng nuôi đến năm 2020 sẽ có thể đạt 1,8 triệu tấn Với sản lượng này áp lực đối với môi trường ngày càng cao, thường sau một vụ thu hoạch, người nuôi thường rút bùn đáy từ ao nuôi ra ngoài, lượng bùn đáy này được được thải trực tiếp ra môi trường Vì thế, sự thải các chất bùn đáy từ ao nuôi

sẽ làm tăng sự lắng động bùn đáy ở các kênh rạch làm dòng chảy bị hạn chế, do đó càng làm tăng khả năng ô nhiễm [8], [37], [55], [58], [59], [70]

Hình 1.3 Chất thải từ các ao nuôi thủy sản

bơm thẳng ra sông Các công nghệ về sản xuất con giống, thức ăn, quy trình nuôi thủy sản thâm canh ngày càng hoàn thiện, quy mô nuôi ngày càng tăng Hoạt động này sẽ gây ra

áp lực tác động tiêu cực đến môi trường Nuôi thâm canh được coi như một quá trình cuối đường ống bao gồm một lượng lớn các vật liệu được đưa vào sau đó chỉ một lượng nhỏ vật nuôi được thu hoạch phần còn lại được coi như là chất thải ra môi trường bên ngoài

Thức ăn công nghiệp có thành phần dinh dưỡng cao đặc biệt là giàu protein, photpho sẽ là nguồn tác động mạnh mẽ đến môi trường Theo kết quả nghiên cứu về mức độ tích lũy và lượng vật chất dinh dưỡng thải ra từ ao nuôi cá tra thâm canh đã được thực hiện tại Công ty Cổ phần Thủy sản Sông Hậu do Ths Cao Văn Thích (2008) thực hiện, cho thấy (phụ lục 5.1): [40]

• Vật chất khô, nitơ, photpho tích lũy trong cá chiếm 32,6%; 42,7%; 29,8% theo thứ tự

• Lượng thải ra môi trường:

+ Vật chất khô thải ra môi trường là 67,4% (bao gồm 5% trong nước; 45,63% trong bùn đáy và 16,74% mất đi do bay hơi hoặc thẩm thấu)

+ Lượng nitơ thải ra môi trường là 57,3% (5,43% trong nước; 50,4% tích lũy trong bùn đáy và 1,5% thất thoát do bay hơi hoặc thẩm thấu)

+ Lượng photpho thải ra môi trường là 70,2% (1,8% trong nước; 64,5% trong bùn đáy và 3,9% thất thoát do bay hơi hoặc thẩm thấu)

• Vậy, để sản xuất 1 kg cá cần cung cấp 1.420g vật chất khô, trong đó chứa 43,8g nitơ và 18g photpho Lượng vật chất khô, nitơ và photpho chứa trong cá tương ứng với các giá trị 490g; 18,3g; 5,2g theo thứ tự Lượng vật chất khô, nitơ, photpho thải ra môi trường tương ứng là 920g; 25,2g; 12,6g theo thứ tự

• Từ kết quả thu được quy ra nuôi 1ha với năng suất nuôi trung bình hiện nay khoảng 500tấn/vụ Lượng vật chất khô cần cung cấp là 713 tấn, trong đó cá tích lũy được 245 tấn, thải ra môi trường 460 tấn Lượng nitơ cung cấp 21,9 tấn, cá tích lũy 9,13 tấn, thải ra môi trường 12,6 tấn Lượng photpho cung cấp 9 tấn, cá tích lũy 2,62 tấn, thải ra môi trường 6,3 tấn

Ngoài ra các nghiên cứu của Boyd (1990), Gross và cộng sự (1998) cho thấy

cá da trơn chỉ hấp thu được 27-30% nitơ, 16-30% photpho và khoảng 25% chất hữu

cơ đưa vào từ thức ăn Các nghiên cứu của Yang (2004) khi thử nghiệm nuôi cá da trơn trong 90 ngày cho thấy cá chỉ hấp thu được khoảng 37% hàm lượng nitơ và 45% hàm lượng photpho trong thức ăn cho vào ao nuôi Như vậy, để đạt được sản lượng trung bình khoảng 150 tấn cá/ha với hệ số chuyển đổi thức ăn FRC là 1,6 cần

sử dụng lượng thức ăn tối thiểu là 240 tấn và lượng chất hữu cơ thải ra môi trường

là 192 tấn [63], [70]

Bảng 1.3 Ước lượng chất thải phát sinh từ 1 ha nuôi cá tra

Cách tính Khối lượng (tấn)

Thức ăn sử dụng Thức ăn chứa 5%N, 1,2%P,

Chất thải phát sinh Bằng 80% thức ăn khô 192

Chất thải dạng N 37% N được cá hấp thu 7,6

Chất thải dạng P 45% P được cá hấp thu 1,58

Chất thải dạng BOD5 0,22 kg BOD5/kg thức ăn

Khả năng phú dưỡng của tảo Bằng 2- 3 lần lượng thức ăn sử dụng 480-720

Nguồn: Dương Công Chinh, Đồng An Thụy - TT Nghiên cứu Môi trường & XLN

Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam (2009) [70]

Như vậy, theo quy hoạch phát triển đến năm 2020 sản lượng cá tra nuôi trồng tại đồng bằng sông Cửu Long sẽ là 1,85 triệu tấn thì lượng chất thải tương ứng là 1,468 triệu tấn chất hữu cơ trong đó có 58.275 tấn N; 12.210 tấn P và 407.000 tấn BOD5 (Dương Công Chinh (2009)) [70] Con số trên là một giá trị khổng lồ đối với các vùng nuôi tập trung, với lượng thải trên nếu không có giải pháp hạn chế sẽ là hiểm họa đối với môi trường nước vùng đồng bằng sông Cửu Long nói chung; và đặc biệt nghiêm trọng đối với dân cư quanh vùng người sẽ phải sử dụng nguồn nước này

Hơn nữa điều này sẽ ảnh hưởng lớn quá trình kiểm soát sức khỏe cá nuôi trong

ao, ảnh hưởng đến tính bền vững nghề nuôi cá tra ao thâm canh Giải pháp bảo vệ chất lượng cá trong ao là biện pháp thay nước Như vậy chất dinh dưỡng, tảo cùng các chất ô nhiễm đã được cho ra khỏi ao và thay thế bởi nguồn nước có chất lượng

tốt hơn có tác dụng cải tạo môi trường trong ao nuôi Nhưng giải pháp thay nước cũng không loại bỏ được hiểm họa của chính nó Với việc thải bỏ chất thải không được quản lý và kiểm soát trong điều kiện cơ sở hạ tầng phát triển cấp thoát cho khu nuôi không được đảm bảo thì chất thải từ khu nuôi này sẽ theo nguồn nước cấp vào các khu nuôi khác Trên cơ sở đó để bảo vệ môi trường, hạn chế tác động từ bên ngoài biện pháp duy nhất là chất thải từ các khu nuôi thâm canh đều phải được xử

™ Giải pháp quy hoạch

Trên cơ sở của quy hoạch tổng thể của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn các địa phương cần phải xây dựng ngay quy hoạch chi tiết cho các vùng nuôi của địa phương mình dựa trên cơ sở điều kiện tự nhiên, cơ sở hạ tầng của các khu vực Các khu vực nuôi cần phải được quy hoạch đồng bộ với hệ thống cấp nước và thoát nước riêng biệt Với định hướng quy hoạch các khu vực nuôi cá tra sẽ nằm ven các sông Tiền, sông Hậu hay các sông lớn trong các vùng nên vấn đề cấp có thể rất thuận lợi nhưng cần phải thật sự chú trọng đến giải pháp tiêu thoát nước thải cho các khu nuôi không ảnh hưởng đến nguồn cấp

™ Giải pháp về khoa học kỹ thuật

Nghiên cứu xây dựng quy trình nuôi cá tra thân thiện với môi trường bao gồm giảm hệ số chuyển đổi thức ăn (FCR) hạn chế các ảnh hưởng của thức ăn tự chế đến môi trường nước

Đầu tư nghiên cứu làm rõ về thành phần chất thải theo thời gian nuôi cá, xác định rõ tải lượng các chất ô nhiễm từ các ao nuôi trên cơ sở đó tính toán diện tích và cách thức xử lý cho phù hợp

Với đặc tính nước thải lớn, thành phần chủ yếu là chất dễ phân huỷ sinh học, hàm lượng đạm cao, các vùng nuôi nằm gần các khu sản xuất nông nghiệp nên giải pháp thủy lợi cho vấn đề này là dẫn nước thải từ khu nuôi sử dụng cho các khu sản xuất nông nghiệp sẽ có tính khả thi và phù hợp với hầu hết điều kiện về đất đai, cơ

sở hạ tầng và trình độ quản lý trong vùng đồng bằng sông Cửu Long

Đầu tư nghiên cứu và xây dựng thử nghiệm mô hình xử lý chất thải phát sinh

từ nuôi cá tra Chú trọng đến giải pháp hồ sinh học kết hợp với cánh đồng tưới nông nghiệp trong đó phải làm rõ được vấn đề điều kiện áp dụng, cách thức, tỷ lệ diện tích, thời gian lưu, các vấn đề nước thải phú dưỡng, cân bằng dinh dưỡng trong nước thải khi sử dụng cho cánh đồng tưới nông nghiệp

Hình 1.4 Giải pháp hồ sinh học kết hợp với cánh đồng tưới nông nghiệp

™ Các giải pháp về quản lý

Tích cực phối hợp hoạt động giữa các ban, ngành, đoàn thể trong công tác tuyên truyền, phổ biến và nâng cao nhận thức cho các hộ nuôi thủy sản trong việc quản lý, bảo vệ môi trường

Tăng cường hơn nữa công tác tập huấn và nêu cao ý thức tuân thủ các hộ nuôi thủy sản về quy trình kỹ thuật và biện pháp bảo vệ môi trường nước tự nhiên, môi trường ao nuôi bằng cách chừa diện tích nhất định làm ao xử lý nước thải, bùn thải, cấp nước theo quy trình khép kín Không được xả nước thải chưa qua xử lý ra môi trường bên ngoài

Yêu cầu các hộ nuôi thủy sản tuân thủ đúng các quy định pháp luật về bảo vệ môi trường Hoạt động nuôi thủy sản phải đảm bảo tuân thủ đúng quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất, quy hoạch phát triển nuôi trồng thủy sản phải được cấp có thẩm quyền phê duyệt.[55], [57], [73]

1.3.5 Các tồn tại, hạn chế trong công tác quy hoạch và quản lý môi trường tỉnh Đồng Tháp [54]

Trong định hướng phát triển nghề nuôi cá tra, cùng với việc ban hành Quyết định 593 về việc quản lý quy hoạch vùng nuôi cá tra, Ủy ban nhan dân tỉnh Đồng Tháp cũng đã ban hành Quyết định số 20/2007/QĐ-UBND ngày 09/03/2007 quy định về việc bảo vệ môi trường đối với hoạt động chăn nuôi gia súc, gia cầm và nuôi trồng thuỷ sản trên địa bàn tỉnh Ngành Nông nghiệp đã phối hợp với Ngành Tài nguyên & Môi trường tổ chức triển khai thực hiện quyết định này tại các huyện, thị, thành Sở Nông nghiệp & Phát triển Nông thôn cũng có tiếp công văn số 799/SNN-KHTH ngày 10/08/2007 để hướng dẫn các huyện, thị, thành thực hiện quy hoạch chi tiết vùng phát triển cá tra, basa, và tổ chức các lớp tập huấn bảo vệ môi trường cho các hộ nuôi

Tuy nhiên, qua hơn một năm triển khai thực hiện Quy hoạch vùng phát triển

cá tra tỉnh Đồng Tháp, trong Báo cáo tóm tắt “Quy hoạch cá tra tỉnh Đồng Tháp đến năm 2020” kèm theo Quyết định số 262/QĐ-UBND.HC ngày 12/03/2009 về

việc phê duyệt “Quy hoạch cá tra tỉnh Đồng Tháp đến năm 2020” đã có những tồn tại, hạn chế liên quan đến công tác quy hoạch và môi trường cụ thể như sau:

- Công tác quản lý quy hoạch còn yếu kém, một số huyện, thị không xây dựng quy hoạch chi tiết vùng nuôi, việc phát triển vùng nuôi ngoài quy hoạch, đặc biệt là nuôi cá tra ao hầm ngoài quy hoạch diễn ra ở nhiều nơi Hiện nay, diện tích nuôi cá tra trong vùng quy hoạch 1.138 ha, chiếm tỷ lệ 78,54% và diện tích ngoài quy hoạch 311,4 ha, chiếm 21,46% (trong đó có diện tích 64 ha do tận dụng các ao có sẳn trong quá trình thi công các cụm dân cư, đường giao thông, chủ yếu ở Thanh Bình, Tam Nông) Như vậy, tính đến nay, diện tích vùng quy hoạch chưa khai thác sử dụng là 1.504 ha [54]

- Tình hình ô nhiễm môi trường vùng nuôi cá tra chưa có chuyển biến lớn, hầu hết các doanh nghiệp và hộ nuôi cá đều chưa xây dựng vùng xử lý nước thải, khu vực xử lý bùn đáy ao

- Vấn đề xây dựng mối liên kết chặt chẽ giữa nhà máy chế biến và người nuôi

cá chưa được các ngành, các địa phương quan tâm đúng mức

- Việc quy hoạch tổng thể phát triển vùng cá tra nguyên liệu xuất khẩu khu vực đồng bằng sông Cửu Long chậm được ban hành, mỗi tỉnh trong khu vực tự quy hoạch về vùng nuôi, nhà máy chế biến thuỷ sản, thức ăn thuỷ sản, dẫn đến tình trạng mất cân đối giữa cung và cầu

1.4 Tổng quan về phân hữu cơ sinh hóa

1.4.1 Khái niệm về phân bón

Phân bón là chất bổ sung có chứa một hoặc nhiều chất dinh dưỡng khoáng thiết yếu đối với cây trồng, nó có tác dụng thúc đẩy sự sinh trưởng, phát triển của cây trồng hoặc cải tạo đất

Các dinh dưỡng khoáng được chia thành 3 nhóm:

o Nguyên tố đa lượng: N, P, K

o Nguyến tố trung lượng: Ca, Mg, S, Fe …

o Nguyến tố vi lượng: Cu, Zn, Mn, Bo, Mo, …

o Một số nguyến tố khác như: Coban, Na, Si có vai trò chất dinh dưỡng trong một vài vụ

Tất nhiên tác dụng lớn nhất là của các nguyên tố đa lượng được bón cho cây dưới dạng phân đa lượng

Phân đạm giúp cây tăng thêm lá, nhánh, hạt, quả

Phân lân kích thích sự phát triển của rễ, giúp cây trồng trưởng thành nhanh Phân K làm tăng sản lượng và chất lượng nông phẩm, làm cứng cây, tăng sức

chống đỡ với dịch bệnh và hạn hán (Phân chứa S làm cân bằng độ màu mỡ của đất, đóng góp vào việc cải tạo những vùng đất mặn, kiềm tính, đất bị vôi hóa…)

Như vậy, 3 loại phân bón trên có tác dụng phối hợp, nhờ vậy tăng thu hoạch của cây trồng và bất cứ loại cây nào cũng cần 3 loại phân bón nói trên (với liều lượng tùy theo độ phì sẵn có của đất và loại cây) Mặt khác, khi bón cho cây các chất dinh dưỡng cung cấp phải cân đối, thừa một nguyên tố cũng có hại [48]

1.4.2 Phân hữu cơ sinh hóa – Một hướng đi chiến lược cho sản xuất nông nghiệp [14], [36], [48]

1.4.2.1 Khái niệm phân hữu cơ sinh hóa

Phân hữu cơ sinh hóa là loại phân bón sử dụng các loại nguyên liệu, phụ phế liệu có nguồn gốc hữu cơ được sản xuất bằng cả công nghệ sinh học và hóa học: (i) Công nghệ sinh học có sự tham gia của vi sinh vật với vai trò xúc tác quá trình phân giải nguyên liệu; (ii) Công nghệ hóa học bổ sung các nguyên tố dinh dưỡng hóa học

đa lượng, trung lượng, và vi lượng dùng để tạo nên sản phẩm cụ thể

Sử dụng phân hữu cơ sinh hóa, cùng một lúc chúng ta đưa vào đất canh tác 3 loại phân: phân hóa học, phân hữu cơ, phân vi sinh [36]

1.4.2.2 Vai trò của phân hữu cơ sinh hóa

Nhu cầu lượng thực ngày càng tăng theo tốc độ tăng trưởng dân số trên thế giới, với tốc độ tăng dân số hiện nay buộc nông nghiệp phải sản xuất nhiều hơn Cùng với sự phát triển hội nhập hóa kinh tế toàn cầu, các sản phẩm nông nghiệp trở thành hàng hóa trao đổi giữa các quốc gia và các châu lục Với sự đòi hỏi ấy, phân hữu cơ không thể đáp ứng được nhu cầu của sản xuất nông nghiệp Vì vậy, trong

vài chục năm trở lại đây, phân bón sinh hóa hữu cơ tổng hợp đã chiếm lĩnh chủ yếu trong các loại phân đã được sử dụng trong sản xuất nông nghiệp của hầu hết các nước trên thế giới

Với cách mạng xanh trong nông nghiệp, các giống cây trồng có năng suất cao

ra đời với tính chịu phân cao, đòi hỏi nhiều dinh dưỡng, do đó người sản xuất phải bón nhiều phân hóa học như urea, NPK, DAP… và sử dụng thuốc trừ sâu bệnh Việc sử dụng phân hóa học và thuốc trừ sâu bệnh dẫn đến tình trạng lẩn quẩn khó thoát của đất đai bị bạc màu, nước bị ô nhiễm, vai trò của sinh vật đất (như giun đất)

và vi sinh vật đất giảm hẳn, trong khi đó các loài sâu bệnh lại tăng kháng thuốc Vì vậy muốn có năng suất cao lại phải dùng phân hóa học và thuốc trừ sâu nhiều hơn

Đó là chưa kể chất lượng nông sản bị giảm do gia tăng tồn lưu chất độc

Con đường mà những nước phát triển đã đi với sự sử dụng các sản phẩm hóa học và lạm dụng các loại hóa chất đã phá hoại tự nhiên, phá vỡ sự cân bằng sinh thái, gây ô nhiễm môi trường Nhưng chúng ta cũng không thể hủy bỏ ngay việc sử dụng phân hóa học mà đi theo hướng canh tác hoàn toàn hữu cơ vì nếu chỉ sử dụng các loại phân sinh học (phân chuồng, phân xanh…) sẽ không thể nâng cao nhanh chóng năng suất và tổng sản lượng cây trồng, nhưng nếu chỉ sử dụng phân hóa học thì năng suất tăng đến giới hạn nhất định và khi sử dụng không đúng lại làm ô nhiễm môi trường Vì thế, để bảo vệ môi trường và duy trì được sự cân bằng sinh thái, tạo ra được năng suất và sản lượng cần thiết cho xã hội, chúng ta cần có sự kết hợp hài hòa giữa việc sử dụng phân hóa học và các hóa chất với các sản phẩm hữu

cơ trong nông nghiệp

Vấn đề được đặt ra ở đây là phải kết hợp được tính tác dụng nhanh và hàm lượng dinh dưỡng cao của phân bón hóa học với khả năng cải tạo đất của phân hữu

cơ và phân vi sinh, đồng thời sử dụng hợp lý các chất điều hòa kích thích tăng trưởng cây trồng và các nguyên tố vi lượng

Phân sinh hóa hữu cơ (Bio organic fertilizer) là sản phẩm sinh học và được bổ

sung khá đầy đủ các nguyên tố và các hoạt chất quan trọng mà cây trồng cần và đất

thiếu, nó có thể điều chỉnh được hàm lượng dinh dưỡng cho phù hợp với từng loại cây trồng trên mỗi vùng đất canh tác khác nhau

Quan trọng hơn cả là phân sinh hóa hữu cơ giải quyết được vấn đề đảm bảo sinh thái, bảo vệ môi trường và sự phát triển của một nền nông nghiệp bền vững Hiệu quả mang lại do sử dụng phân sinh hóa hữu cơ là rất lớn, nhiều nước trên thế giới đã sử dụng rộng rãi loại phân bón mới này để tái tạo lại độ phì nhiêu của vùng đất bạc màu do khai thác không hợp lý, để cải tạo những vùng đất hoang hóa thành đất canh tác, để tăng năng suất và chất lượng nông sản trong điều kiện thâm canh cao

1.5 Tổng quan về các quá trình hóa học – vi sinh vật học chính xảy ra trong quá trình ủ nguyên liệu [28], [32], [66]

Quá trình ủ phân được sử dụng trong nghiên cứu này là quá trình ủ phân compost – một quá trình biến đổi sinh học được sử dụng rất rộng rãi, là quá trình sản xuất khép kín, không chất thải Quá trình này đã được thiên nhiên thực hiện hàng triệu năm nay, chỉ có điểm khác là nếu cứ để thiên nhiên tiến hành các quá trình chuyển hóa xảy ra rất chậm và nhiều trường hợp hoàn toàn không triệt để, có khi lại có tác dụng ngược lại Việc tận dụng nguồn chất thải này làm phân bón cho cây trồng là một quá trình tái tạo vật chất trong thiên nhiên, các loại cây trồng không có khả năng sử dụng trực tiếp các chất hữu cơ, chúng chỉ có thể sử dụng các chất vô cơ được chuyển hóa từ các chất hữu cơ, công việc chuyển hóa các chất hữu

cơ thành các chất vô cơ do các loài vi sinh vật thực hiện, các quá trình này được gọi

là các quá trình vô cơ hóa hay quá trình khoáng hóa Sản phẩm tạo thành ở dạng mùn ổn định, không mang mầm bệnh gọi là phân compost – sử dụng làm phân bón cho cây trồng

Nếu không có vi sinh vật và không có quá trình vô cơ hóa này, cây trồng sẽ không thể phát triển được Do đó việc sản xuất phân hữu cơ có chất lượng cao phải

là quá trình sử dụng hoạt động sống của vi sinh vật Ngoài các vi sinh vật ra, người

ta còn sử dụng giun đất để sản xuất phân hữu cơ Khi nhận các chất hữu cơ, các loài giun sẽ sử dụng các chất hữu cơ có trong phân để tiến hành các quá trình trao đổi

chất và sẽ đưa ra khỏi hệ tiêu hóa của mình các chất hữu cơ đã qua xử lý, loại phân này không có mùi hôi và sử dụng trong trồng trọt rất có hiệu quả

1.5.1 Thành phần nguyên liệu ủ

Trong nguyên liệu ủ có 3 thành phần chính :

• Nguyên liệu hữu cơ: ở đây là bùn và mạt dừa

• Chế phẩm sinh học BIOVINA do của bộ môn Công nghệ sinh học trường Đại học Bách khoa sản xuất dùng trong xử lý nước thải, chất thải hữu cơ Bùn thải được hình thành do quá trình lắng tụ thức ăn dư thừa, chất thải dạng phân, chất bài tiết, và các thành phần không hòa tan khác tích góp lại trong nước và nền đáy Thành phần của bùn ao rất phức tạp chứa 65-70% chất hữu cơ, nhiều vi sinh vật cả vi sinh vật gây bệnh và các nguyên tố dinh dưỡng dùng làm phân bón rất tốt Vì do chứa nhiều chất hữu cơ dễ gây hôi thối làm ô nhiễm môi trường không khí, chứa nhiều vi khuẩn cả vi khuẩn gây bệnh, độ ẩm lớn, sử dụng bùn tươi làm phân bón không có lợi và khó vận chuyển

Nên giải pháp đưa ra là thêm vào các vật liệu độn chủ yếu là các nguyên liệu thải bỏ như mạt dừa, rơm rạ, lõi bắp ngô, mạt cưa, trấu, cám gạo, thân cây cỏ, phân chuồng… là các chất liệu hữu cơ có hàm lượng hydratcarbon cao; ngoài tác dụng độn làm giảm độ ẩm, còn có tác dụng như một chất hữu cơ và như một chất xốp tạo điều kiện xâm nhập oxi không khí

Về mặt hóa học, những chất trong nguyên liệu có thể xếp vào một trong hai nhóm lớn:

o Nhóm chất đạm

o Nhóm chất không có đạm

Một phần trong nhóm hợp chất đạm ở dạng hòa tan, nhưng phần lớn không hòa tan và chỉ hòa tan qua quá trình phân giải của vi sinh vật Nếu nguồn nguyên liệu có thêm nước giải của súc vật thì sẽ có thêm nhiều hợp chất chứa đạm hòa tan, phần lớn ở dạng urea, acid uric, acid hippuric và muối amon

Những hợp chất đạm không hòa tan chủ yếu là những hợp chất protein trong phân chuồng và chất độn

Những hợp chất không đạm gồm nhiều loại hydratcarbon (cellulose, hemicellulose, …), những hợp chất tan trong ete (mỡ, sáp, nhựa,…) và lignin

Trong quá trình ủ VSV công phá những nguyên liệu này thành vật chất hữu cơ

có trọng lượng phân tử thấp hơn, dễ tiêu thụ hơn và các chất khoáng hòa tan, dạng dinh dưỡng cây trồng dễ hấp thụ

1.5.2 Sự chuyển hóa vật chất trong quá trình phân giải các chất hữu cơ

Quá trình phân hủy diễn ra rất phức tạp, theo nhiều giai đoạn và tạo nhiều sản phẩm trung gian, có thể mô tả tổng quát như sau:

Sơ đồ 1.1 Quá trình chuyển hóa chất hữu cơ 1.5.2.1 Quá trình phân giải chất hữu cơ và hình thành chất mùn

Các chất hữu cơ có quá trình biến đổi phức tạp với sự tham gia trực tiếp của các sinh vật và chịu ảnh hưởng của các điều kiện trong khối ủ Một phần trong chúng bị khoáng hoá hoàn toàn tạo thành các chất khoáng đơn giản, một phần được các sinh vật đất sử dụng để tổng hợp protein, lipit, đường và các hợp chất khác xây dựng cơ thể chúng, một phần sẽ trải qua quá trình biến đổi phức tạp và tái tổng hợp thành các hợp chất cao phân tử được gọi là chất mùn

Nói một cách khác, các chất hữu cơ sẽ chịu tác động của 2 quá trình xảy ra đồng thời là quá trình khoáng hoá và quá trình mùn hoá Tuỳ theo điều kiện và hoạt động của sinh vật mà một trong hai quá trình trên có thể chiếm ưu thế

Các hợp chất mùn sau khi được hình thành cũng chịu tác động phân giải chậm

để tạo thành các chất khoáng

Sơ đồ 1.2 Quá trình khoáng hoá và tổng hợp chất mùn

Khoáng hóa chậm

Khoáng hóa

1.5.2.2 Quá trình khoáng hoá chất hữu cơ (vô cơ hoá)

Sơ đồ 1.3 Quá trình khoáng hóa chất hữu cơ (vô cơ hóa)

Khoáng hoá là quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ thành các chất khoáng đơn giản như CO2, H2O, NO3-, NH4+, Ca2+, Mg2+, K+

Đây là quá trình biến đổi phức tạp và trải qua nhiều giai đoạn khác nhau Trước hết chất hữu cơ phức tạp bị phân giải thành các chất hữu cơ đơn giản hơn gọi

là các sản phẩm trung gian Quá trình phân giải này gồm có hai sự kiện chính: (i) sự phá vỡ các hợp chất hydratcarbon cũng như các hợp chất béo; (ii) sự khoáng hóa các hợp chất có đạm

i- Hydratcarbon

Có công thức chung Cn(H2O)m có chứa nhiều những hydroxyl (OH) và carbonyl (C=O) Hydratcarbon có thể chia làm 3 loại: monosaccharit, disaccharit, polysaccharit

Monosaccharit chủ yếu là pentose và hexose

Quá trình thối rữa

(không tỏa nhiệt)

PENTOSE C5H10O5 là một loại đường trong chất pentosane, có nhiều trong rơm rạ (30%)

Trong điều kiện hiếu khí nó phân giải như sau:

HEXOSE C6H12O6 có rất nhiều trong tế bào thực vật (ở dạng glucose, fructose, mannose) Trong hầu hết các loại lá cây đều có loại đường này

Trong điều kiện hiếu khí nó phân giải như sau:

Disaccharit (như saccharose, mantose, lactose) khi ủ thì bị thủy phân ra các

loại monosaccharit và cũng biến đổi tiếp theo như trên:

C12H22O11 + H2O l 6C6H12O6

Polysaccharit do sự tổng hợp nhiều monosaccharit mà ra, công thức chung là

(C6H10O5)2n Nó bao gồm các chất như tinh bột, cellulose, hemicelluloses, lignin…