xử lý nước thải nuôi trồng thủy sản bằng phương pháp sinh học

Các tạp chất trên có khả năng gây hại cho vực nhận nước: giảm chất lượng nước, gây tổn hại sinh cảnh, làm suy giảm đa dạng sinh học, nhiễm mặn đất, lan truyền bệnh, biến đổi gien của vi

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

- -

HOÀNG VĂN PHONG

XỬ LÝ NƯỚC THẢI NUÔI TRỒNG THUỶ SẢN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

- -

HOÀNG VĂN PHONG

XỬ LÝ NƯỚC THẢI NUÔI TRỒNG THUỶ SẢN

BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

Chuyên ngành: Hoá môi trường

Mã số: 60.44.41

Luận văn Thạc sỹ khoa học

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Đình Bảng

HÀ NỘI – 2011

MỤC LỤC

Lời cam đoan Error! Bookmark not defined Lời cảm ơn! Error! Bookmark not defined

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT iii

DANH MỤC BẢNG iii

DANH MỤC HÌNH iv

ĐẶT VẤN ĐỀ Error! Bookmark not defined CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1

1.1 Hiện trạng và nhu cầu thực tiễn 1

1.2 Một số đặc điểm sinh học cua biển (Scylla serrata) 2

1.3 Tình hình sản xuất giống cua 4

1.4 Những nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sinh trưởng và tỷ lệ sống của ấu trùng cua 5

1.5 Tình hình sử dụng chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thuỷ sản trên thế giới 10

1.5.1 Khái niệm về chế phẩm vi sinh và cơ chế tác dụng 10

1.5.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng chế phẩm vi sinh trong NTTS 13

CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 17

2.1 Đối tượng, phạm vi, thời gian và địa điểm nghiên cứu 17

2.2 Phương pháp nghiên cứu 17

2.2.1.Phương pháp tiếp cận 17

2.2.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm 18

2.3 Sơ đồ các nội dung nghiên cứu 23

2.4 Phương pháp phân tích một số yếu tố môi trường nước: 24

2.4.1 Phương pháp phân tích N-NH4 + 24

2.4.2 Phương pháp phân tích N-NO2 - 25

2.4.3 Phương pháp phân tích N-NO3 - 25

2.4.4 Phương pháp phân tích tổng Nitơ 26

2.4.5 Phương pháp xác định CODMn 27

2.4.6 Xác định chỉ số BOD 28

2.4.7 Phương pháp xác định độ kiềm 29

2.5 Phương pháp thu thập, phân tích và xử lý số liệu 31

CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 32

3.1 Đánh giá chất lượng nước thải từ các trại sản xuất giống cua xanh tại Hải Phòng 32

3.2 Kết quả xử lý nước thải bằng chế phẩm vi sinh 33

3.2.1 Biến động các yếu tố thuỷ lý 33

3.2.2 Kết quả xử lý chất hữu cơ trong nước thải bằng chế phẩm vi sinh 33

3.3 Nghiên cứu sử dụng chế phẩm vi sinh trong trại sản xuất giống cua xanh (Scylla serata) 39

3.3.1 Biến động các yếu tố môi trường thuỷ lý 39

3.3.2 Biến động amoni (NH4+) và nitrite (NO2-), nitrat (NO3-) 40

3.3.3 Tỷ lệ sống của ấu trùng cua trong thí nghiệm 49

3.3.4 Tỷ lệ sống của Megalopa sang Cua bột 50

CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 53

4.1.Kết luận 53

4.2 Đề xuất 54

CHƯƠNG V TÀI LIỆU THAM KHẢO 55

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BOD Biological Oxygen Demand

COD Chemical Oxygen Demand

DO Disovel Oxygen

TAN Total Amoni

VSV Vi sinh vật

Me Megalope

CT Công thức

TN Thí nghiệm

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Địa điểm thu mẫu nước thải 18

Bảng 2.2 Thành phần và công dụng chế phẩm Lymnozyme 19

Bảng 2.3: Bố trí thí nghiệm 20

Bảng 2.4 Lập đường chuẩn phân tích tổng Nitơ 27

Bảng 2.5 Lượng ức chế quá trình nitrat hoá 29

Bảng 3.1: Thông số chất lượng nước thải 32

Bảng 3.2: Biến động một số yếu tố môi trường trong bể thí nghiệm 33

Bảng 3.3: Kết quả phân tích NH4+ (mg/l) 34

Bảng 3.4: Kết quả phân tích NO2- (mg/l) 35

Bảng 3.5: Kết quả phân tích NO3- (mg/l) 36

Bảng 3.6: Kết quả phân tích BOD5 (mgO2/l) 37

Bảng 3.7: Kết quả phân tích COD (mg/l) 38

Bảng 3.8: Kết quả theo dõi biến động NO2- (mg/l) 40

Bảng 3.9: Kết quả theo dõi biến động NO3- (mg/l) 42

Bảng 3.10: Kết quả theo dõi biến động NH4+ (mg/l) 43

Bảng 3.11: Kết quả theo dõi biến động N tổng số (mg/l) 44

Bảng 3.12: Kết quả theo dõi biến động BOD5 (mgO2/l) 45

Bảng 3.13: Kết quả theo dõi biến động COD (mg/l) 47

Bảng 3.14 Môi trường nước hệ thống sản xuất cua giống 48

Bảng 3.15: Tỷ lệ sống của ấu trùng trong thí nghiệm 49

Bảng 3.16: Thời gian biến thái của ấu trùng cua biển 50

Bảng 3.17: Tỷ lệ sống từ ấu trùng Megalopas sang cua bột 50

Bảng 3.18 Các thông số sản xuất (1 chu kỳ sản xuất giống) 51

Bảng 3.19 Chi phí sản xuất 51

Bảng 3.20 Tổng thu 52

Bảng 3.21 Doanh thu và hiệu quả kinh tế 52

DANH MỤC HÌNH Hình 2.1: Sơ đồ bề mặt mô hình hệ thống bể lọc ngập nước 21

Hình 2.2: Sơ đồ mặt đứng mô hình hệ thống bể lọc ngập nước 21

Hình 2.3: Sơ đồ mặt đứng hệ thống hoàn lưu 21

Hình 2.4: Sơ đồ khối nội dung nghiên cứu 23

Hình 3.1: Biến động hàm lượng NH4+ trong 5 ngày thử nghiệm 34

Hình 3.3: Biến động hàm lượng NO2- trong 5 ngày thử nghiệm 35

Hình 3.4: Biến động hàm lượng NO3- trong 5 ngày thử nghiệm 36

Hình 3.5: Biến động hàm lượng BOD trong 12 ngày thử nghiệm 37

Hình 3.6: Biến động hàm lượng COD trong 5 ngày thử nghiệm 38

Hình 3.7: Biến động các yếu tố môi trường trong bể ương 39

Hình 3.8: Biến động hàm lượng NO2- trong bể ương 41

Hình 3.9: Biến động hàm lượng NO3- trong bể ương 41

Hình 3.10: Biến động hàm lượng NH4+ trong bể ương 44

Hình 3.11: Biến động hàm lượng N tổng số trong bể ương 45

Hình 3.12: Biến động hàm lượng BOD5 ở các bể thí nghiệm 46

Hình 3.13: Biến động hàm lượng COD theo tuần nuôi 47

Hình 3.14: Tỷ lệ sống qua mỗi giai đoạn của ấu trùng cua biển 49

Hình 3.15: Tỷ lệ sống qua mỗi giai đoạn của ấu trùng cua biển 50

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Hiện trạng và nhu cầu thực tiễn

Khoảng năm ngàn trại nuôi giống thủy sản đang hoạt động cung cấp trên 20

tỉ tôm giống và các loại giống nuôi khác cho nuôi trồng thủy sản hàng năm Phần lớn các trạm nuôi giống sử dụng nước mặn hoặc nước lợ trong sản xuất giống (Lê Văn Cát và ctv, 2008)

Hình thức nuôi phổ biến đang áp dụng hiện nay là thay nước nuôi hàng ngày với một tỉ lệ nhất định nào đó phụ thuộc vào loài nuôi và chế độ nuôi Phần lớn nước nuôi được thải thẳng ra ngoài môi trường, không qua xử lý Nước thải chứa thức ăn thừa, chất bài tiết, phân, vi khuẩn gây bệnh, kháng sinh Các tạp chất trên

có khả năng gây hại cho vực nhận nước: giảm chất lượng nước, gây tổn hại sinh cảnh, làm suy giảm đa dạng sinh học, nhiễm mặn đất, lan truyền bệnh, biến đổi gien của vi sinh do kháng sinh và đôi khi gây hiện tượng phú dưỡng cho vực nước nhận [Woolard, Irvine., 1995; Dahl và ctv., 1997; Furumai và ctv., 1998; Dincer

Nước nuôi giống thủy sản nói riêng hoặc nuôi trồng thủy sản nói chung có mức độ ô nhiễm không quá nặng nề như các ngành sản xuất khác nhưng những chất

ô nhiễm lại là chất gây độc trực tiếp cho loài nuôi với nồng độ rất thấp, điển hình nhất là amoniac, thành phần phân hủy từ chất thải Xử lý nước thải vì vậy tập trung vào xử lý amoni, cụ thể là chuyển hóa chúng thành dạng nitrat thông qua quá trình nitrat hóa bằng con đường vi sinh vật [Woolard CR, Irvine RL ,1995; World Bank 2001; Vredenbregt và ctv., 1997; Dincer và ctv., 1999] So với các loại nước thải khác, tính chất đặc thù của nước nuôi thủy sản có nồng độ amoni thấp, độ muối

cao, thường chứa các chất ức chế (sử dụng trong khi nuôi, ví dụ kháng sinh) nhưng yêu cầu mức độ làm sạch rất cao nếu nhằm mục đích tái sử dụng

Các yếu tố trên ức chế rất mạnh đến hiệu quả hoạt động xử lý của vi sinh vật

tự dưỡng (loại chuyển hóa amoni thành nitrat) vốn đã là chủng loại có tốc độ phát triển chậm [Hunik và ctv 1993; Catalan-Sakairi và ctv 1997]

Khó khăn khác khi sử dụng công nghệ sinh học trong xử lý nước nuôi là sản xuất theo thời vụ (vùng miền bắc), qui mô sản xuất nhỏ, chủng loại vật nuôi đa dạng ngay trong một cơ sở sản xuất

Những đặc điểm trên đây sẽ tác động đến hiệu quả sử dụng công nghệ xử lý nước thải, dẫn đến: chi phí xây dựng và vận hành hệ thống xử lý cao, khó ổn định

1.2 Một số đặc điểm sinh học cua biển (Scylla serrata)

Phân bố: Scylla serrata có sự phân bố rộng rãi nhất và là loài duy nhất cho đến

nay được ghi nhận ở vùng biển Ấn Độ, Tây Thái Bình Dương, biển Đỏ, vịnh Rachard, Nam Phi, Đông và Tây Úc, biển Arafura, Darwin, Timor, Indonesia, biển Thái Bình Dương, Fiji, Solomon Island, New Coledonia, Philippines, Okinawa Japan, Đài Loan, biển Nam Trung Hoa, Singapore, Malaysia, Cambodia, Việt

Nam (Keenan và ctv 1998) Scylla serrata phân bố phổ biến ở vùng vĩ độ cao nơi

có nhiệt độ thấp hơn vùng biển nước ta (Hoàng Đức Đạt 1992)

Tập tính sống của cua biển

Trong giai đoạn ấu trùng Zoae, ấu trùng sống ở biển, đến giai đoạn Megalops chuyển vào sống ở vùng nước lợ Ấu trùng trải qua nhiều giai đoạn lột xác biến thái thành cua con (2 – 3cm) Cua con sống trong những bãi rong ở rừng ngập mặn thuộc vùng hạ triều cho đến khi lớn hơn (7 – 13cm) Cua di chuyển tới các vùng quang đãng hơn, cua sống ở tầng đáy và di chuyển tới vùng triều để kiếm mồi Khi trưởng thành, cua phát dục và giao vĩ đẻ trứng trong vùng nước lợ Phôi phát triển nở ra ấu trùng ở vùng biển sâu (Keenan and A Blackshaw (Editors), 1999.)

Vòng đời phát triển của cua biển

Vòng đời cua biển trải qua nhiều giai đoạn khác nhau và mỗi giai đoạn có tập tính sống, cư trú khác nhau:

- Ấu trùng Zoae và Megalops: Sống trôi nổi và nhờ dòng nước đưa vào ven

bờ biến thái thành cua con

- Cua con: Bắt đầu sống bò trên đáy và đào hang để sống hay chui rúc vào gốc cây, bụi rậm đồng thời với việc chuyển từ đời sống trong môi trường nước mặn sang nước lợ ở rừng ngập mặn, vùng cửa sông hay ngay cả vùng nước ngọt trong quá trình lớn lên

- Cua đến giai đoạn thành thục: Có tập tính di cư ra vùng nước mặn ven biển sinh sản Cua có khả năng bò lên cạn và di chuyển rất xa Đặc biệt, vào thời kỳ sinh sản, cua có khả năng vượt cả rào chắn để ra biển sinh sản

* Về độ muối: Ấu trùng Zoae thích hợp với độ muối từ 25‰ - 30‰, cua con

và cua trưởng thành thích nghi và phát triển tốt trong phạm vi 2‰ - 38‰ Tuy nhiên, trong thời kỳ đẻ trứng đòi hỏi độ muối từ 22‰ - 32‰

* Về nhiệt độ, pH: cua biển là loài phân bố rộng, tuy nhiên nhiệt độ thích hợp nhất từ 250

C - 300C Cua chịu đựng pH từ 7.5 - 9.2 và thích hợp nhất là 8.2 - 8.8 Cua thích sống nơi nước chảy nhẹ, dòng chảy thích hợp nhất trong khoảng 0.06m/s - 1.6m/s (Keenan and A Blackshaw (Editors), 1999)

* Về sinh cảnh nơi cư trú: cua biển thích sống những nơi có nhiều thực vật thuỷ sinh, những vùng bán ngập, có bờ để đào hang, tìm nơi trú ẩn, nhất là thời kỳ lột xác Vùng rừng ngập mặn cửa sông, ven biển là nơi có nhiều cua biển sinh sống (Keenan et al 1999)

ăn cỡ to hơn, giai đoạn này chúng có thể ăn thịt tôm, nhuyễn thể nghiền nát Giai đoạn cua con chuyển dần sang ăn tạp như rong tảo, giáp xác nhuyễn thể cá hay ngay cả xác chết động vật Giai đoạn trưởng thành cua ăn rong, tảo, cá, giáp xác,

nhuyễn thể và xác động vật chết Trước và ngay sau khi lột xác cua ngừng ăn ((Jayamanne, S C and Jinadasa, J., 1991))

1.3 Tình hình sản xuất giống cua

Tình hình sản xuất giống cua thế giới

Năm 1983, Heasman, M.P và Fielder D.R đã thử nghiệm cho cua đẻ ở

phòng thí nghiệm và nuôi đại trà cua xanh (Scylla serrata) từ giai đoạn Zoea đến

cua bột, kết quả nghiên cứu cho thấy rằng: Cần duy trì chất lượng nước bằng hệ thống lọc nước tuần hoàn, nhiệt độ nước 270C, độ mặn 30 ± 2‰, mật độ thức ăn từ

3 – 5con/l (Nauplius của Artemia) được coi là các điều kiện thích hợp trong quá trình ương nuôi ấu trùng Với điều kiện này thì thời gian chuyển giai đoạn từ Zoea đến cua bột là 30 ngày, tỷ lệ sống giai đoạn Zoea đạt từ 1- 4% (Nguyễn Cơ Thạch 2000)

Đến năm 2002, quy trình kỹ thuật sản xuất giống thành công nhưng tỷ lệ sống còn thấp Tỷ lệ sống cao nhất từ giai đoạn Z1 đến giai đoạn cua đầu tiên (C1) cao nhất ở các thể tích nuôi nhỏ (<100 lit) là 1% (Ong, 1964), 4% (Duplesis, 1971), 15% (Marichamy và Rajapackiam 1992) Đối với quy mô lớn (0.1 – 1m3), tỷ lệ sống trung bình từ Z1 đến Megalopas Scylla serrata 3 – 5 ngày tuổi là 3% , và 24.3% đối với loài S tranquebarica (Yunus,T, L Ahmad, Rusdi, and D.Makatutu

1994)

Tình hình sản xuất giống cua ở Việt Nam

Để giải quyết vấn đề cua giống, Bộ khoa học công nghệ - Môi trường và Bộ thuỷ sản đã giao nhiệm vụ cho các Viện nghiên cứu triển khai nghiên cứu từ những năm 1980 Nhưng ở thời điểm đó các tác giả như Nguyễn Văn Chung, Scrome, Starobogator chủ yếu tập chung nghiên cứu về định loại loài và một số đặc điểm sinh học làm cơ sở cho những nghiên cứu sau này Trong những năm đầu của thập

kỷ 90, các tác giả như Hoàng Đức Đạt, Đoàn Văn Đẩu, Nguyễn Cơ Thạch đã tiến hành nghiên cứu các đặc điểm sinh học, sinh sản và sản xuất giống nhân tạo cua xanh nhưng kết quả còn hạn chế

Năm 1998, Bộ Khoa Học Công Nghệ - Môi trường đã giao cho Trung tâm nghiên cứu thuỷ sản III thực hiện đề tài “Nghiên cứu sinh sản nhân tạo và xây dựng

quy trình kỹ thuật sản xuất giống nhân tạo loài cua xanh Scylla serrata”

Cũng trong thời gian này, Trường Đại Học Cần Thơ cũng nghiên cứu sinh sản nhân tạo thành công giống cua xanh Scylla serrata và bước đầu thử nghiệm nuôi cua thương phẩm từ nguồn giống nhân tạo (Trương Quốc Thái - Nguyễn Cơ Thạch 2000)

Qua nhiều lần thí nghiệm tỷ lệ sống từ 10 – 15% từ Zoea 1 đến Cua 1 trong các bể composite hình trụ nón 30 – 500l Ở quy mô sản xuất thử nghiệm trong bể

có thể tích 1 – 4m3

tỷ lệ sống đạt 2 – 5% từ Zoea 1 đến Cua 1 (Trương Trọng Nghĩa

và Trần Ngọc Hải 2002) Đến năm 2003, quy trình đã bước đầu hình thành và được áp dụng rộng rãi trên cả nước

1.4 Những nghiên cứu về ảnh hưởng của các yếu tố môi trường đến sinh trưởng và tỷ lệ sống của ấu trùng cua

Ấu trùng cua đòi hỏi chất lượng nước sạch, không có tác nhân gây bệnh (vi khuẩn, ký sinh trùng ) Nước biển khi đưa vào bể ương phải được lọc qua lưới kích cỡ 1 micromet và sau đó khử trùng bằng Clo diệt khuẩn và trung hoà bởi Sodium thiosulphate (Mann et al 1999b; Parado-Estepa và Quinitio năm 1998; Quinitio et al, 2001; Williams et al, 1998; Williams et al , 1999b;) Một số nghiên cứu cho biết nước trong hệ thống ương ấu trùng cua biển được xử lý bằng Ozone và sau đó tái tuần hoàn thông qua lọc sinh học, có cấy vi khuẩn nitrat (Baylon và Failaman năm 1999; Williams et al, 2002) hoặc tái sử dụng bằng cách lọc qua than hoạt tính và khử trùng bằng ánh sáng tia cực tím (Đạt, 1999b) Nước dùng trong bể ương cần được để ổn định vài ngày trước khi đưa vào ương ấu trùng (Mann et al, 1999b và Parado-Estepa Quinitio, 1998), bổ sung tảo cải thiện chất lượng nước (Mann, 1999b; Williams et al, 2002)

Nhiệt độ

Cua là nhóm động vật biến nhiệt, nhiệt độ cơ thể của chúng chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ của nước (môi trường sống), dù chúng có vận động thường xuyên thì kết quả vận động sinh nhiệt không đáng kể Nhiệt độ quá cao hoặc quá

thấp đều không thuận lợi cho đời sống của cua Nếu nhiệt độ vượt quá giới hạn cho phép có thể dẫn đến ấu trùng chết thậm chí chết hàng loạt Do đó mỗi loài cua có ngưỡng nhiệt độ khác nhau Sự thay đổi đột ngột của nhiệt độ (ngay cả trong phạm

vi thích hợp) cũng có thể khiến cho cua bị sốc (stress) mà chết Trong quá trình vận chuyển, nuôi dưỡng cần chú ý sự chênh lệch nhiệt độ và nhất là sự thay đổi nhiệt

độ đột ngột Nếu nhiệt độ chênh lệch 50C/ngày đêm có thể làm cho ấu trùng bị sốc

và chết, tốt nhất không để nhiệt độ chênh lệch quá 30C, biên độ dao động nhiệt độ trong ngày không quá 50C

Scylla serrata có khả năng chịu nhiệt độ thấp hơn 12°C (Hill, 1974) Ấu trùng phát triển ở 25 - 30°C, nhiệt độ trong phạm vi 29 - 30°C rút ngắn thời gian phát triển (Đạt, 1999b; Li et al, 1999; Mann et al, 2001; Quinitio et al , năm 1999; Quinitio et al, 2001; Djunaidah et al, 1998) Ấu trùng rất nhạy cảm với những thay đổi đột ngột về nhiệt độ, đặc biệt là trong giai đoạn đầu dễ bị tổn thương khi biên

Giai đoạn Z1 và Z2 ấu trùng tính hướng quang mạnh mẽ và tập trung vào nơi

có ánh sáng Trong giai đoạn sau của phát triển (Z3 - Me), nhu cầu về cường độ ánh sáng cao hơn (1800 - 4000 lux) (Mann et al, 2001) Tỷ lệ sống của ấu trùng thấp khi không có đủ ánh sáng cần thiết, cường độ ánh sáng yếu (50 lux), đặc biệt sau giai đoạn Z3 Ánh sáng tự nhiên rất cần thiết cho sự phát triển ấu trùng (Takeuchi và cộng sự, 2000; Williams et al, 1998)

Thời gian cần ánh sáng cho ấu trùng từ 12 đến 18 giờ (Nghia et al., 2001b),

ít nhất 12 giờ (Mann et al, 2001; Quinitio et al, 2001).(Djunaidah, et al, 1998)

Oxy hoà tan

Tôm sống trong nước nên hàm lượng oxy hoà tan trong nước rất cần thiết cho đời sống của cua Nhu cầu oxy phụ thuộc vào từng loài, từng giai đoạn phát triển, trạng thái sinh lý, nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng thì lượng tiêu hao oxy của ấu trùng cua cũng tăng lên Nhu cầu oxy hoà tan trong nước tối thiểu của cá là 3mg/l, với tôm, cua là 4mg/l Trường hợp oxy hoà tan thấp hơn mức gây chết kéo dài làm cho vật nuôi bị sốc, ảnh hưởng xấu đến tỷ lệ sống, tăng trưởng và phát dục của chúng

Trong điều kiện tự nhiên, nước ở các thuỷ vực không có Clo Clo xuất hiện

do sự nhiễm bẩn, nguồn gốc chính là các chất thải nhà máy, xí nghiệp công nghiệp Trong các bể ương giống sử dụng Clorine khử trùng ao liều lượng cao 15- 30 mg/l (15- 30ppm) do đó có lượng Clo dư thừa Trong nước Clo thường ở dạng HOCl hoặc Cl-:

Cl2 + H2O HOCl + Cl- + H+

MT kiềm HOCl H+ + OCl-

MT axit OCl- (O) + Cl-

Oxy nguyên tử là chất oxy hoá mạnh, có thể ảnh hưởng đến mang tôm, cua ngay cả khi hàm lượng Clo thấp

Với pH = 6 thì 96% Clo hoà tan tồn tại dưới dạng HOCl Với pH=9 thì 97% HOCl bị hấp thụ Clo dưới dạng HOCl độc hơn OCl-

Trong hệ thống nuôi và sản xuất giống có nhiều chất hữu cơ sẽ xảy ra phản ứng kết hợp của Clo dư thừa với NH3, chuyển thành Cloramine:

Amoniac - NH3

Amoniac - NH3 được tạo thành trong nước do các chất thải của nhà máy hoá chất, sự phân giải các chất hữu cơ trong nước và sản phẩm trao đồi chất của sinh vật nói chung, tôm cua nuôi nói riêng

Bảng 1: So sánh tỷ lệ % NH3 khác nhau trong nước ngọt và nước lợ nhiệt độ 240

Ấu trùng cua xanh (S Serrata) có thể chịu được mức tương đối cao đối với

nồng độ chất thải có chứa nitơ Nồng độ gây chết 50% trong 24 giờ (LC50) của tổng Ammonia (TAN) là 39,7 ± 2,0 mg/l ở pH = 8.2 (Churchill, 2003) Trương

Trọng Nghĩa (2005) cho biết ấu trùng giai đoạn Zoae của cua S paramamosain có

thể tồn tại ở nồng độ 5 mg/l NH3-N trong hệ thống tuần hoàn TAN cần được duy

trì dưới 1 mg/l trong bể ương ấu trùng Zoae 1 của cua S serrata (Quinitio và

-Hb + NO2- = Met-Hb Phản ứng này sắt trong nhân Hemoglobin của máu cá bị oxy hoá thành sắt, kết quả methemoglobin mất khả năng vận chuyển oxy Nitrite gây độc máu cá và chuyển thành màu nâu ở giáp xác cấu tạo hemocyanin là Cu trong nhân thay sắt Phản ứng của Nitrite với hemocyanin kém, nhưng Nitrite cũng có thể gây độc cho giáp xác Nồng độ gây chết 50% 96h (LC50- 96h) ở tôm cua nước ngọt từ 8,5- 15,4mg/l Tôm càng xanh chậm phát triển ở nồng độ nitrite 1,8-6,2mg/l (theo Colt,1981) Nước lợ do có nồng độ canxi và clo cao nên độc tố của nitrite giảm,

postlarvae tôm sú (P.monodon) có LC50-24h là 204mg/l và LC50- 96h là 45mg/l

(Chen và Chin, 1988)

Đối với ấu trùng cua xanh (Scylla serrata), Quinitio và Parado-Estepa, 2001

cho biết mức độ an toàn, nuôi ấu trùng cua bùn được tính toán là 4,16, 6,30, 2,55, 2,99 và 6,99 mg/l Nitrit-N tương ứng với các giai đoạn Zoea 1, 2, 3 , 4 và 5

1.5 Tình hình sử dụng chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thuỷ sản trên thế giới

Trong những năm gần đây, phong trào nuôi thủy sản đang phát triển mạnh theo hướng thâm canh, để bền vững đòi hỏi phải có giải pháp tốt trong quản lý ao

và sinh vật nuôi Chế phẩm vi sinh được sử dụng khá nhiều hiện nay trong nghề nuôi thủy sản, nhất là trong sản xuất giống và nuôi thương phẩm tôm cua dù kết quả được ghi nhận khá khác nhau Bên cạnh đó cũng có một số kết quả nghiên cứu

về chế phẩm vi sinh trong thời gian gần đây nhưng phần lớn dựa trên các nghiên cứu thực nghiệm Hiện có xu hướng dùng vi sinh vật hay dẫn xuất của chúng trong nuôi trồng thủy sản để khống chế dịch bệnh, cải thiện dinh dưỡng vật nuôi và cải thiện chất lượng nước và bùn đáy Vai trò và cơ chế tác động của chế phẩm vi sinh

và giá trị “thật” của nó cũng chưa được đánh giá đầy đủ, phần lớn cơ chế được suy diễn dựa trên các nghiên cứu trên người và động vật Trong nuôi trồng thuỷ sản vì thế cần rất nhiều nghiên cứu để tìm ra cơ chế tác động đúng đắn

1.5.1 Khái niệm về chế phẩm vi sinh và cơ chế tác dụng

Các khái niệm về chế phẩm vi sinh: Hiện có nhiều loại chế phẩm vi sinh khác nhau

sử dụng trong nuôi trồng thủy sản và tên gọi của chúng cũng phân loại không hoàn toàn chính xác Thuật ngữ ”probiotics” được dùng khá phổ biến nhưng nhiều trường hợp vẫn chưa chính xác Các khái niệm và tên gọi về việc các sản phẩm chứa vi sinh vật được gọi tên khác nhau tùy vào chức năng hoặc là tác dụng của chúng

a) Probiotics: Fuller (1989) định nghĩa là thức ăn bổ sung có bản chất vi sinh vật

sống có tác động có lợi đối với vật chủ nhờ cải thiện sự cân bằng hệ vi sinh trong ruột của chúng

b) Bio-remediation: Là chế phẩm cải tạo môi trường được dùng như là một giải

pháp công nghệ sinh học để xử lý các sự cố như tràn dầu, chất thải sinh hoạt,…bằng cách cấy các vi sinh vật từ ngoài vào để giảm các chất hữu cơ Trong

ao nuôi thủy sản thì “bio-remediation” là chế phẩm có tác dụng làm giảm các chất thải hữu cơ để không gây ô nhiễm môi trường qua sử dụng các sinh vật kích thước

nhỏ và lớn (Thomas và ctv., 1992)

c) Bio-control: Là chế phẩm ức chế tác nhân gây bệnh, là một biện pháp khống chế

sinh học bằng cách dùng các sinh vật này để khống chế các sinh vật khác, hay nói khác đi là dùng các sinh vật đối kháng trong số các sinh vật (Maeda và ctv., 1997) Tuy nhiên, khi tạo một sản phẩm mà có nhiều chức năng khác nhau thì dùng một trong các tên nêu trên, nhất là thuật ngữ “probiotics” là không phù hợp Boyd

(2005) đề nghị dùng thuật ngữ “microbial products” cho các sản phẩm dùng để cải

thiện nền đáy và chất lượng môi trường nước

Cơ chế tác động của chế phẩm vi sinh

a/ Tiết ra các hợp chất ức chế: Nhiều nghiên cứu chứng minh rằng có nhiều dòng vi khuẩn in-vitro kìm hãm được các mầm bệnh trong nuôi trồng thủy sản (Moriatty, 1999;Gibson và ctv., 2002 Những nghiên cứu này cũng chứng minh khả năng kìm hãm vi khuẩn của những dòng vi khuẩn thông thường dễ tìm thấy trong môi trường (Fuller, 1989) Những quần thể sinh vật này có thể tiết vào môi trường những chất

có tính sát khuẩn hoặc kìm hãm quần thể vi sinh khác, nhằm gián tiếp cạnh tranh dinh dưỡng và năng lượng có sẵn trong môi trường Sự hiện diện những vi khuẩn này sản sinh chất kìm hãm, có thể tiết trong ruột, trên bề mặt cơ thể vật chủ hay ra môi trường nước làm rào cản sự nhân lên của vi khuẩn cơ hội gây ức chế các vi sinh vật gây bệnh Trong sản xuất những dòng vi khuẩn có khả năng tiết ra chất kìm hãm mầm bệnh được ứng dụng trong các nghiên cứu về vi sinh vật hữu ích Sản phẩm có thể là chất kháng sinh, siderophores, men phân hủy, H2O2, acid hữu cơ,…(Sugita et al., 1997; Bruno et al., 1993 ) Thành phần chất tiết ra khó có thể xác định được nên được gọi chung là chất ức chế Vi khuẩn lactic từ lâu được biết

là loại tiết ra chất kháng vi khuẩn (bacteriocin) chống lại các vi khuẩn Gram (+)

(không chuyên biệt) Phần lớn các vi khuẩn gây bệnh trong thủy sản là nhóm Gram (-) Vì vậy, tác động ức chế của vi khuẩn lactic trong nuôi trồng thủy sản bị hạn chế nhưng nó là vi khuẩn không có hại và là đối tượng cạnh tranh chỗ cư trú Nhiều vi khuẩn khác cũng tiết ra chất ức chế chống lại các vi khuẩn gây bệnh như

Aeromonas hydrophila và Vibrio parahaemolyticus (Nair et al.,1985)

b) Cạnh tranh dinh dưỡng và năng lượng: Nhiều quần thể vi sinh vật cùng tồn tại trong cùng một hệ sinh thái thì sẽ có sự cạnh tranh về dinh dưỡng và năng lượng

Cạnh tranh trong giới vi sinh vật chủ yếu là xảy ra ở nhóm dị dưỡng như cạnh tranh các chất hữu cơ mà chủ yếu là nguồn carbon và năng lượng Rico-Mora (1998) đã cho một dòng vi khuẩn được chọn lọc có khả năng phát triển trên môi trường nghèo hữu cơ Tác giả cấy vi khuẩn này vào bể nuôi tảo khuê cùng với Vibrio alginolyticus thì vi khuẩn Vibrio này không phát triển và thử nghiệm in-vitro không thấy có sự ức chế Do đó chứng tỏ vi khuẩn được chọn lọc cạnh tranh lấn át Vibrio trong điều kiện nghèo hữu cơ Do vậy những dòng vi khuẩn chọn lọc sẽ có ưu thế trong việc cạnh tranh năng lượng và dinh dưỡng

c) Cạnh tranh nơi cư trú: Cạnh tranh chỗ bám trong ruột của vật chủ có ảnh hưởng rất quan trọng đến sức khoẻ của vật chủ Việc bám dính được vào lớp màng nhầy của ruột là rất cần thiết để vi khuẩn thiết lập quần thể trong hệ ruột của cá (Olsson

et al., 1992, Westerdahl et al., 1991) Khả năng bám dính lên thành ruột là tiêu chuẩn lựa chọn đầu tiên của vi khuẩn hữu ích Sự bám dính trên màng ruột có thể là chuyên biệt (các điểm hay các phân tử tiếp nhận), không chuyên biệt (dựa trên các yếu tố hóa lý)

d) Tương tác với thực vật thủy sinh: Theo các nghiên cứu gần đây một số dòng vi khuẩn có khả năng tiêu diệt một số loài tảo, đặc biệt là tảo gây ra hồng triều (Fukami et al., 1997) Những dòng vi khuẩn này có thể không tốt đối với ương ấu trùng bằng nước xanh, tuy nhiên sẽ có lợi khi tảo phát triển quá mức trong ao nuôi Nhiều dòng vi khuẩn khác có khả năng kích thích sự phát triển của tảo (Fukami et al., 1997)

e) Cải thiện chất lượng nước: Cải thiện chất lượng nước là một cơ chế tác động của

“vi sinh vật hữu ích” trong thủy sản khi đưa vi sinh vật hữu ích vào nước giúp cải thiện chất lượng nước mà không có tác động trực tiếp lên cơ thể vật nuôi, thường liên quan đến các nhóm Bacillus (Verschuere et al., 2000) Nhóm vi khuẩn Gram (+) thường phân hủy vật chất hữu cơ thành CO2 tốt hơn nhóm Gram (-) (Stanier et al., 1963) Duy trì mật độ vi khuẩn Gram (+) trong ao nuôi sẽ hạn chế được sự tích lũy vật chất hữu cơ trong ao trong suốt quá trình nuôi, ổn định quần thể tảo nhờ sự sản sinh CO2 từ quá trình phân hủy các vật chất hữu cơ

Ngoài ra, những cơ chế tác động về việc cung cấp chất dinh dưỡng đa lượng và

vi lượng, đóng góp enzym tiêu hoá và một số cơ chế khác đối với men vi sinh chưa được nghiên cứu đầy đủ (Verschuere et al., 2000)

1.5.2 Tình hình nghiên cứu sử dụng chế phẩm vi sinh trong NTTS

Cơ sở khoa học của việc sử dụng các chế phẩm vi sinh là tạo được sự cân bằng giữa sức khỏe của động vật nuôi tốt, môi trường được cải thiện và số lượng vi sinh gây bệnh được khống chế Nghiên cứu và ứng dụng các vi sinh vật có lợi để sản xuất các chế phẩm sinh học phục vụ nuôi trồng thủy sản mới chỉ được đề cập trong những năm cuối của thế kỷ XX, khi nuôi trồng thủy sản trở thành nền kinh tế mũi nhọn ở nhiều quốc gia Tuy vậy, đến nay kết quả thu được cũng hết sức khả quan, ngày càng có nhiều ứng dụng hiệu quả và thiết thực đóng góp vào việc tăng năng suất và chất lượng thương phẩm của thủy sản thu hoạch (Vaseeharan và Ramasamy, 2003)

Yasudo và Taga (1980) dự đoán một số vi khuẩn được tìm thấy là hữu ích, chúng không chỉ làm thực phẩm mà còn như bộ điều khiển sinh học đối với bệnh

và kích hoạt tái tạo chất dinh dưỡng Cuối những năm 1980 mới có công bố lần đầu

về kiểm soát sinh học trong nuôi trồng thuỷ sản, kể từ đó nỗ lực nghiên cứu đã liên tục được cải thiện và thành công (Verschuere và ctv., 2000) Năm 1989, Maeda và

Nagami công bố kết quả theo dõi các dòng vi khuẩn có hoạt tính ức chế Vibrio và

cải thiện tốc độ sinh trưởng của ấu trùng tôm, cá Kết quả cho thấy mật độ vi khuẩn

Vibrio spp gây ra tổn thất lớn trong sản xuất ấu trùng đã giảm đi nhiều, tỷ lệ sống

của ấu trùng cao hơn so với khi không bổ sung các dòng vi khuẩn trên Tác giả cho

rằng khi bổ sung các dòng vi khuẩn này sẽ kìm hãm tốc độ sinh trưởng của Vibrio spp., nấm và các loài sinh vật là tác nhân gây bệnh khác Từ kết quả nghiên cứu tác

giả cho thấy khả năng sử dụng vi khuẩn và nguyên sinh động vật trong việc kiểm soát hệ sinh thái ao nuôi để duy trì môi trường ao nuôi tốt hơn và tăng sản lượng thu hoạch

Năm 1993, Smith và Davey báo cáo về một loài vi khuẩn Pseudomonas dòng phát sáng có tác động ức chế cạnh tranh tới tốc độ sinh trưởng của A salmonicida - là một tác nhân gây bệnh cá Các kết quả nghiên cứu cho thấy loại vi

khuẩn này còn có khả năng kìm hãm tốc độ sinh trưỏng của A salmonicida trong

môi trường nuôi Khi tiến hành thử nghiệm về ngưỡng chịu đựng của cá hồi Đại Tây Dương đối với loài vi khuẩn trên cho thấy tần xuất lây nhiễm gây ra do stress

đã giảm giữa nhóm cá được tắm trong dung dịch có chứa Pseudomonas phát sáng

so với lô đối chứng,

Austin và ctv (1995) báo cáo về dòng chế phẩm sinh học của Vibrio alginolyticus không gây ra bất kỳ tác động có hại nào lên cá hồi Bằng việc sử dụng

phương pháp cấy chéo, loại chế phẩm này cho thấy khả năng ức chế các tác nhân gây bệnh cá Khi bổ sung vi khuẩn đã được làm lạnh khô vào môi trường có một số

loài vi khuẩn gây bệnh như V ordalii, V angilarum, A Samonicida và Y ruckeri,

cho thấy số lượng các tế bào vi khuẩn nuôi cấy luôn giảm nhanh so với đối chứng

Hiện nay, việc thử nghiệm chế phẩm sinh học dòng Vibrio đang được khuyến khích

và có tiềm năng lớn trong việc áp dụng vào nuôi trồng thủy sản như một phương pháp kiểm soát dịch bệnh,

Kennedy và ctv (1998) sử dụng vi khuẩn probiotic trong ương ấu trùng cá biển Kết quả cho thấy các ứng dụng của vi khuẩn probiotic làm tăng tỷ lệ sống, tốc

độ sinh trưởng ấu trùng cá Carnevali và ctv (2004) phân lập Lactobacillus fructivorans từ ruột cá Tráp (Sparus aurata) và sau đó sử dụng như loại chế phẩm

sinh học ương ấu trùng đã làm tăng tỷ lệ sống của cá Gildberg và ctv (1997) thí nghiệm ở cá hương của cá tuyết ăn thức ăn bổ sung vi khuẩn axit lactic

(Carnobacterium divergens), kết quả sau 3 tuần nuôi vi khuẩn axit lactic trong ruột

đã làm tăng sức đề kháng đối với chủng gây độc Vibrio anguillarum

Lara-Flores và ctv (2003) sử dụng hai vi khuẩn và nấm men probiotic,

Saccharomyces cerevisiae làm kích thích tăng trưởng cá rô phi (Oreochromis niloticus) Kết quả của nghiên cứu này chỉ ra rằng bổ sung probiotic làm gia tăng

tốc độ sinh trưởng của cá Ngoài ra, nghiên cứu cho rằng nấm men là một phụ gia thích hợp kích thích tăng trưởng cá rô phi Sakai (1999), Sealay và Gatlin (2001) tiến hành hoạt hoá các vi sinh vật tự nhiên và các sản phẩm của chúng như lipolysaccharis và β - glucans để kích thích các tế bào trung gian của hệ thống miễn dịch ở các loài khác nhau Khi đưa các sản phẩm vào cơ thể bằng đường miệng

không làm suy thoái hệ tiêu hoá, như vậy có thể sử dụng chúng như một chất kích thích miễn dịch tiềm năng để nâng cao khả năng đề kháng của vật nuôi

Rengpipat (2000) nghiên cứu sử dụng Bacillus S11 để làm sạch môi trường

ao nuôi thấy rằng hàm lượng NH4+ trong ao nuôi chỉ khoảng 0,5 mg/l trong khi đó

ao không xử lý hàm lượng NH4

+

lên tới 1,67 mg/l Đồng thời khi so sánh sử dụng

thức ăn bổ sung cho tôm sú (Penaeus monodon) ở giai đoạn Post Larvae là chủng Bacillus S11 và Artemia, tác giả cũng nhận thấy tôm sử dụng chế phẩm Bacillus S11 có tốc độ sinh trưởng và phát triển nhanh hơn Sau hai tuần sử dụng Bacillus S11 làm thức ăn bổ sung cho tôm sú thấy tỷ lệ sống đạt 89%, ao không sử dụng chỉ đạt 85% Khi tôm sú (Penaeus monodon) bị nhiễm vi khuẩn Vibrio harveyi, sử

dụng chế phẩm sinh học cho tỷ lệ sống là 40% so với 13% không sử dụng chế phẩm

Gullian và ctv (2002) phân lập được 80 chủng vi khuẩn có trong gan tụy của tôm tự nhiên khoẻ mạnh (30g/con) ở Manglaralto-Ecuador Kết quả xác định ba

chủng vi khuẩn Vibrio P62, Vibrio P63 và Bacillus P64 có tác dụng ức chế chống lại vi khuẩn Vibrio harveyi (S2) Tỷ lệ ức chế chống lại Vibrio harveyi đạt được các

giống P62, P63 và P64 là 54%, 19% và 34% Wang và ctv (2005) nghiên cứu xác định hiệu quả của việc sử dụng chế phẩm sinh học trong các ao nuôi tôm thẻ chân

trắng Penaeus tại Hải Nam, Trung Quốc Kết quả cho thấy các chế phẩm sinh học

có thể cải thiện mật độ vi khuẩn có lợi, làm giảm nồng độ nitơ và phốt pho, và tăng

sản lượng tôm Mật độ vi khuẩn Bacillus sp., vi khuẩn nitrat hoá, và vi khuẩn

khoáng hóa protein được tìm thấy là cao hơn đáng kể trong ao được thí nghiệm so

với ao đối chứng (P <0,05) Trong ao đối chứng, mật độ Vibrios trung bình lên đến

2,09 × 103 cfu / ml, trong khi đó chỉ là 4,37 x 102 cfu/mL trong ao thí nghiệm (P

<0,05) Sử dụng chế phẩm sinh học cũng tăng lên đáng kể hàm lượng hòa tan ôxy (P <0,05) và giảm hàm lượng phốt pho, nitơ vô cơ tổng số và COD (nhu cầu ôxy hóa học) (P <0,05) Năng suất trung bình 8.215 ± 265 kg / ha thu được trong ao được thí nghiệm với tỷ lệ chuyển đổi thức ăn (FCR) 1,13 ± 0,05 và tỷ lệ sống của tôm 81,00 ± 6,25%; trong khi ao đối chứng đạt 4.985 ± 503 kg / ha, FCR 1,35 ± 0,12 và tỷ lệ sống 48,67 ± 3,51% Kết quả đã chỉ ra rằng việc bổ sung các chế phẩm

sinh học thương mại đã một ảnh hưởng đáng kể về chất lượng nước ao nuôi tôm và năng suất tôm

Wang (2007) sử dụng chế phẩm sinh học gồm vi khuẩn Bacillus sp trộn với

thức ăn cho tôm để nghiên cứu tốc độ tăng trưởng và hoạt động của enzyme tiêu

hóa trên tôm thẻ chân trắng Penaeus Vi khuẩn quang hợp đã được thêm vào chế độ

ăn của tôm như chế phẩm sinh học ở ba nồng độ: T1 - 2 g / kg (1 g / kg vi khuẩn quang hợp đông khô tế bào (PSB) và 1 g / kg đông khô vi khuẩn Bacillus sp (BS)); T2 - 10 g / kg (5 g / kg PSB và 5 g / kg BS), và T3 - 20 g / kg (10 g / kg PSB và 10

g / kg BS) Sau 28 ngày nuôi, tôm cho ăn với chế độ ăn bổ sung chế phẩm sinh học cho thấy tăng trưởng tốt hơn đáng kể so với ao đối chứng Các enzyme tiêu hóa cũng khác nhau đáng kể (P <0,05) giữa ao thí nghiệm và đối chứng Các hoạt động của protease, lipase và xenlulaza đều cao hơn so với đối chứng

Sử dụng chế phẩm sinh học là việc áp dụng công nghệ sinh học giúp nâng cao và đảm bảo sản lượng như phương thức phòng bệnh tốt hơn, rẻ hơn và hiệu quả hơn so với việc sử dụng các kháng sinh Các sản phẩm sinh học hoạt động như một phần trong tổng thể quản lý hoạt động sản xuất giống và nuôi thương phẩm bền vững nhằm chống lại nguồn gây bệnh trong qui trình nuôi

CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng, phạm vi, thời gian và địa điểm nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu

- Nước thải từ trại sản xuất giống nhân tạo cua biển (Scylla serata)

- Chế phẩm sinh học: chế phẩm Lymnozym

Phạm vi nghiên cứu

Các nghiên cứu được triển khai tại Trạm nghiên cứu thuỷ sản nước lợ - Trung tâm Quốc gia giống Hải sản miền Bắc trong hệ thống sản xuất giống nhân tạo cua xanh

Địa điểm nghiên cứu:

Trạm nghiên cứu Thủy sản Nước lợ Hải Thành – Dương Kinh – Hải Phòng

Thời gian nghiên cứu: Tháng 4/2011 đến 9/2011

2.2 Phương pháp nghiên cứu

2.2.1 Phương pháp tiếp cận

 Đánh giá chất lượng nước thải từ các trại sản xuất giống hải sản

Thông qua thu mẫu nước thải từ các trại sản xuất giống hải sản khu vực Hải Phòng, tiến hành phân tích các thông số môi trường để đánh giá chất lượng nước thải

 Thử nghiệm sử dụng chế phẩm vi sinh xử lý nước thải trại sản xuất giống cua xanh trên bể kính

Trên cơ sở phân tích tác dụng của các loại chế phẩm sinh học sử dụng trong trại sản xuất giống thuỷ sản, lựa chọn loại chế phẩm vi sinh phù hợp để thực nghiệm trong bể kính Đánh giá hiệu quả xử lý môi trường của chế phẩm, kết quả thu được là cơ sở để áp dụng vào sản xuất

 Thực nghiệm sử dụng chế phẩm vi sinh trong xử lý nước trại sản xuất giống cua xanh

Trên cơ sở tác dụng của chế phẩm vi sinh và hướng dẫn sử dụng kết hợp với quy trình công nghệ sản xuất giống cua, thử nghiệm sử dụng chế phẩm vi sinh trong từng công đoạn của quy trình sản xuất Theo dõi diễn biến chất lượng nước,

tốc độ sinh trưởng, tỷ lệ sống và chất lượng của ấu trùng và cua giống để đánh giá tác dụng và hiệu quả của phương pháp sử lý sinh học

 Đánh giá hiệu quả kinh tế của việc xử lý nước trại giống bằng phương pháp

vi sinh

Phân tích hiệu quả của việc sử lý nước trại sản xuất giống cua bằng phương pháp vi sinh thông qua hạch toán chi phí sản xuất: tổng thu – tổng chi So sánh với một số phương pháp đang áp dụng hiện nay

2.2.2 Phương pháp bố trí thí nghiệm

 Đánh giá chất lượng nước thải từ các trại sản xuất giống cua biển:

- Địa điểm: Thí nghiệm được triển khai tại Trạm Nghiên cứu Thuỷ sản Nước

lợ - Dương Kinh – Hải Phòng

Bảng 2.1 Địa điểm thu mẫu nước thải

Trại sản xuất giống hải sản Bàng La – Đồ Sơn 18/4/2011 BL Trại sản xuất giống hải sản Trung Hiếu – Đồ Sơn 18/4/2011 TH Trại sản xuất giống Thái Thiên – Dương Kinh 18/4/2011 TT + Bảo quản mẫu: Mẫu được bảo quản trong chai

+ Các chỉ tiêu phân tích: pH, S‰, t0, NH4+- N, NO2-, NO3-, BOD5, COD, Nts, Pts

 Thí nghiệm xử lý nước thải trại sản xuất giống hải sản bằng phương pháp vi sinh trên quy mô bể kính

- Địa điểm: Trạm Nghiên cứu nuôi trồng Thuỷ sản Nước lợ - Dương Kinh – Hải Phòng

- Thời gian thí nghiệm: 05 ngày

- Nguồn nước thải: từ các trại sản xuất giống cua biển Bàng La – Đồ Sơn Đây

là cơ sở có quy mô sản xuất giống cua lớn nhất tại khu vực Hải Phòng

- Chế phẩm vi sinh: Sử dụng chế phẩm vi sinh Lymnozyme có nguồn gốc nhập khẩu từ Hoa Kỳ, hiện dùng phổ biến ở Mỹ và đang được thử nghiệm tại Việt Nam (Danh mục hoá chất và chế phẩm sinh học – Bộ Nông nghiệp & phát triển nông thôn, 11/3/2010)

Phân huỷ các chất hữu cơ lơ lửng trong nước, ổn định màu nước, độ pH trong môi trường

bể ương và ao nuôi tôm, cá

- Bố trí thí nghiệm:

+ Thí nghiệm trong các bể kính có dung tích 40 lít (40 x 40 x 60) gồm có 04 bể (03 bể sử dụng chế phẩm vi sinh Lymnozyme và 01 bể đối chứng không sử dụng chế phẩm vi sinh)

+ Các bể thí nghiệm có hệ thống sục khí bằng đá bọt (01 viên/bể) nhằm duy trì hàm lượng ôxy hoà tan > 5mg/l

- Quản lý chăm sóc thí nghiệm:

+ Chế phẩm sinh học Lymnozyme được hoà vào nước sạch trong thời gian 24h trước khi sử dụng

+ Thu và phân tích mẫu: Định kỳ 24h tiến hành thu mẫu 1 lần Các chỉ tiêu phân tích: pH, S0/00, t0, NH4+- N, NO2-, NO3-, BOD5, COD, Nts, Pts

 Thực nghiệm sử dụng chế phẩm vi sinh xử lý nước trại sản xuất giống cua biển quy mô sản xuất

Bố trí thí nghiệm

- Địa điểm: Trạm Nghiên cứu Thuỷ sản Nước lợ - Dương Kinh – Hải Phòng

- Quy mô thí nghiệm: Thí nghiệm được triển khai tại Xưởng sản xuất cua giống thuộc Trạm Nghiên cứu Nuôi trồng thuỷ sản Nước lợ

- Thời gian thực hiện: Thí nghiệm được tiến hành 03 đợt sản xuất (mỗi đợt có thời gian từ 45 ngày), đợt 1 bắt đầu từ 2/5/2011, đợt cuối cùng 6/9/2011

- Bổ sung lượng nước bốc hơi vào bể lọc sinh học

- Thay nước khi nước bị ô nhiễm

- Cấu tạo hệ thống bể lọc sinh học: gốm có bể lọc sinh học ngập nước, hệ thống hoàn lưu

(1) Hệ thống bể lọc sinh học ngập nước

- Cao trình đáy bể lọc thấp hơn bể ương nuôi bể được xây hình chữ nhật kéo dài và chia làm 4 ngăn (hình 1) Đường đi của nước, nước thải vào từ bề mặt chảy xuống đáy rồi từ đáy chuyển lên đỉnh bể lọc và sau đó được cấp vào bể nuôi (hình 2) Ngăn số 1 và 2 có hình vuông, kích thước như nhau, cạnh 1,0 – 1,2m Nước thải đầu tiên sẽ được chảy vào 2 ngăn này, ngăn số 3 là ngăn lọc chính, nhiệm vụ loại trừ triệt để các chất BOD5, NH4+, NO2- Ngăn số 4 là bể chứa nước sau lọc có kích

thước bằng ½ ngăn 1 và 2 Chiều đầy vật liệu lọc 1,0 – 1,2m, khoảng chống thoát

nước ở đáy 10 – 12cm

Hình 2.1: Sơ đồ bề mặt mô hình hệ thống bể lọc ngập nước

Hình 2.2: Sơ đồ mặt đứng mô hình hệ thống bể lọc ngập nước

(2) Hệ thống hoàn lưu lọc sinh học

- Hệ thống là sự kết nối giữa bể lọc và bể nuôi tạo thành một khối liên hoàn

Mục đích là phát huy cao nhất công suất bể lọc sinh học, vận hành tự động an toàn,

chi phí điện năng thấp

Hình 2.3: Sơ đồ mặt đứng hệ thống hoàn lưu

- Thu thập số liệu:

+ Thu số liệu môi trường nước bể ương ấu trùng: Định kỳ hàng ngày theo dõi các

chỉ tiêu: pH, Nhiệt độ, Độ muối, Ôxy hoà tan Định kỳ 03 ngày/lần thu mẫu và

phân tích các chỉ tiêu môi trường: NH4+, NO2-, NO3-, BOD5, COD

+ Đánh giá chất lượng nước trong toàn bộ chu kỳ sản xuất, so sánh với tiêu chuẩn ngành và các phương pháp khác

 Đánh giá hiệu quả kinh tế của việc xử lý nước trại giống bằng phương pháp

vi sinh

Chỉ tiêu này liên quan đến lợi nhuận của hai phương thức sản xuất giống cua

sử dụng chế phẩm vi sinh, lọc tuần hoàn và đối chứng sử dụng hoá chất, thay nước định kỳ Tổng hợp đầy đủ các khoản chi phí đầu vào gồm chi phí cua mẹ, nước mặn, nhân công, nguyên vật liệu, thức ăn … Thu nhập qua bán sản phẩm Tính toán lợi nhuận mỗi mô hình nuôi

Lợi nhuận: tổng thu – tổng chi

Tỷ suất lợi nhuận = Lợi nhuận / Tổng chi phí

Lợi nhuận biên = Lợi nhuận / Doanh thu

2.3 Sơ đồ các nội dung nghiên cứu

Hình 2.4: Sơ đồ khối nội dung nghiên cứu

Theo dõi tỷ lệ sống, tốc

độ sinh trưởng ấu trùng

Thu mẫu, đánh giá chất lượng

nước thải trại sản xuất cua

Nghiên cứu sử dụng chế phẩm sinh học trong sản xuất cua giống

Tổng quan tài liệu

ương Đánh giá hiệu quả

xử lý nước thải

2.4 Phương pháp phân tích một số yếu tố môi trường nước:

2.4.1 Phương pháp phân tích N-NH4 +

Nguyên tắc: Phản ứng của amoni và hypoclorite tạo ra mono-cloramin, khi có phenol và xúc tác sodium nitroprusside tạo thành hợp chất indophenol màu xanh đậm Đo màu ở bước sóng 640 nm

+ Mẫu đưa về nằm trong khoảng đường chuẩn

+ Lấy 5 ml mẫu vào ống thuỷ tinh

+ Thêm 3ml thuốc thử Phenol-sodium nitroprusside

+ Lắc trên máy rung 30 giây

+ Thêm 3 ml dung dịch hypoClorite

+ Lắc trên máy rung 30 giây

+ Điều nhiệt ở 30 - 400

C trong 20 - 30 phút + Đo ở bước sóng 640 nm

2.4.2 Phương pháp phân tích N-NO2 -

(1) Nguyên tắc

Phản ứng giữa nitrit và hỗn hợp sunfanilamide với naphtylenediamine tạo ra phức màu hồng ở pH = 2,0 - 2,5 Đo màu ở bước sóng 540 nm

(2) Chuẩn bị thuốc thử và dung dịch chuẩn

- Dung dịch sunfanilamide: cân 0,6g NH2C6H4SO2NH2 hoà tan trong 50 ml nước cất cất hai lần nóng, làm lạnh thêm 40 ml HCl đặc và định mức đến 100 ml (thuốc thử Griss A)

- Dung dịch naphtylenediamine dihypoCloride: cân 0,1g

C10H7NHCH2NH2.2HCl hoà tan trong 100 ml nước cất cất hai lần (thuốc thử Griss B) Đựng trong chai màu nâu (Nếu dung dịch chuyển sang màu nâu thì không dùng nữa)

- Các dung dịch thuốc thử phải được bảo quản trong tủ lạnh

- Chuẩn bị các ống thuỷ tinh có thể tích chứa khoảng 15ml

- Chuẩn bị dung dịch gốc N-NO2- có nồng độ 250mg N-NO2-/l Hoà tan 1,23g NaNO2 trong 1000ml nước cất hai lần

- Chuẩn bị dung dịch chuẩn N-NO2- có nồng độ 1mg N-NO2-/l từ dung dịch gốc bằng cách pha loãng nồng độ

(3) Cách tiến hành

- Chuẩn bị dung dịch mẫu nằm trong khoảng giới hạn < 0,1 mg/l

- Lấy 10 ml mẫu vào trong ống thuỷ tinh

- Thêm 0,5 ml sunfanilamide

- Trộn đều và giữ yên trong 5 phút

- Thêm 0,5 ml naphtylenediamine dihypoCloride

- Trộn đều và giữ yên trong 10 phút

(2) Chuẩn bị thuốc thử

Hoà tan 1g Brucide ((C23H26O4N2)2.H2SO4.7H2O) + 0,1g axit sulfanil (H2NC6H4SO3H) + 3ml HCl vào 70ml nước cất nóng, làm lạnh tới nhiệt độ phòng sau đó định mức đến 100ml với nước cất hai lần

(3) Lập đường chuẩn

Chuẩn bị các ống thuỷ tinh có nút, dung tích khoảng 20 ml

Chuẩn bị dung dịch gốc Hoà tan 6,071g NaNO3 đã sấy khô ở 1050C/3h trong 100ml nước cất hai lần, định mức đến 1000ml Dung dịch có nồng độ là 1g N-NO3-/l

Chuẩn bị dung dịch chuẩn 1mg N-NO3-/l từ dung dịch gốc 1g N-NO3-/l (4) Cách tiến hành

1 Chuẩn bị mẫu nằm trong khoảng đường chuẩn < 1 mg/l

2 Lấy 5 ml mẫu vào ống

3 Thêm 1ml dung dịch NaCl

4 Lắc trên máy rung 5 giây

1 Lấy 50 ml mẫu vào bình chịu nhiệt 10ml

2 Thêm 10ml dung dịch A (4g NaOH + 3g K2S2O8)/100ml nước cất

3 Nút chặt và đun nóng trong nồi autoclave ở 1200

C trong 30 phút

4 Sau đó lấy 30 ml mẫu vào bình định mức 50ml (nếu mẫu có vẩn đục thì lọc bỏ)

5 Thêm 6,5ml HCl (HCl:H2O = 1:15)

6 Lắc và định mức tới 50ml bằng nước cất hai lần

(2) Lập đường chuẩn

- Chuẩn bị đường chuẩn gồm 4 điểm bằng 4 bình định mức 50 ml

- Dung dịch gốc 100mg/l: Hoà tan 0,722g KNO3 bằng nước cất sau đó định mức lên 1000ml, đựng dung dịch trong chai màu nâu, bảo quản trong tủ lạnh

- Dung dịch chuẩn 10mg/l: Pha loãng dung dịch gốc ra 10 lần

- Cách tiến hành: Lấy thể tích dung dịch chuẩn theo tỷ lệ vào 4 bình định mức, sau đó thêm vào mỗi bình 0,5ml HCl, định mức tới 50ml bằng nước cất, lắc đều Sau đó đem đo ở bước sóng 220nm trên máy UV-VIS Cách tiến hành được tóm tắt trong bảng sau:

Bảng 2.4 Lập đường chuẩn phân tích tổng Nitơ

2KMnO4 + 3H2SO4 + 5H2C2O4 = K2SO4 + 2MnSO4 + 10CO2 + 8H2O

(3) Phương pháp tiến hành

- Lấy 100ml mẫu kiểm nghiệm vào bình nón thêm 0,5ml NaOH 1,36g/ml, 10ml KMnO4 0,02N đun nhẹ hỗn hợp sao cho giữ ở khoảng 800C trong khoảng 10 phút, nhắc ra khỏi bếp thêm 10 ml H2SO41,27g/ml và 20ml Axit oxalic 0,02N Đem chuẩn độ bằng dung dịch KMnO4 0,02N đến khi xuất hiện màu hồng nhạt, ghi lại thể tích KMnO4 0,02N tiêu tốn

Tương tự làm song song với một mẫu trắng nhưng thay mẫu bằng nước cất 2 lần

(4) Tính toán

COD =

V

n b

a ) 8 1000 ( 

(mg O2/l) Trong đó:

a: Thể tích KMnO4 0,02N tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu thực b: Thể tích KMnO4 0,02N tiêu tốn khi chuẩn độ mẫu trắng n: Nồng độ KMnO4

V: Thể tích mẫu kiểm định

2.4.6 Xác định chỉ số BOD

Nguyên lý của phép đo: Thiết bị BOD là một hệ kín gồm các bình chứa mẫu

và các sensor trong bình chứa mẫu phía trên bề mặt dung dịch chứa một thể tích không khí xác định Trong thời gian ủ mẫu vi sinh vật sử dụng oxy hoà tan trong mẫu do vậy mà áp suất trong bình giảm Sensor đo sự thay đổi áp suất, xác định được giá trị BOD

Trong quá trình ủ mẫu khí CO2 thoát ra, nhưng lượng CO2 này không gây ảnh hưởng đến áp suất trong bình đo vì toàn bộ lượng khí CO2 sinh ra được hấp thụ hết bởi KOH

Các bước tiến hành đo BOD

- Điều chỉnh pH của dung dịch về khoảng 6.5 - 7.5 bằng dung dịch axit hoặc bằng kiềm

- Lấy một thể tích chính xác mẫu vào bình đo bằng phễu (nếu cần)

- Cho con khuấy từ vào chai chứa mẫu

- Thêm vào mẫu phân tích chất ức chế (ankylthioure) theo tỷ lệ trong bảng dưới đây

Bảng 2.5 Lƣợng ức chế quá trình nitrat hoá Khoảng đo BOD (mg/l) Thể tích mẫu (ml) Số giọt ankyl Thioure

- Cho 3-4 giọt KOH 45% vào nắp cao su mở miệng chai

- Đặt sensor lên miệng nút chặt

Bắt đầu quá trình đo như sau:

+ Ấn nút Esc để bật hệ thống đo

+ Chọn chai cần đo BOD bằng các phím +/-

+ Đặt các điều kiện đo: ấn nút Start để chọn các điều kiện đo Khi đó trên màn hình sẽ hiển thị khoảng giá trị BOD và thể tích mẫu tương ứng, để thay đổi ta dùng các phím +/- Chọn giá trị thích hợp sau đó nhấn Enter Tiếp theo máy tự động chuyển sang chế độ chọn ngày cũng dùng các phím +/- rồi nhấn Enter Tắt máy bằng phím Esc Trong thời gian ủ mẫu mãy sẽ tự động giữ nhiệt độ ổn định là