NGHIÊN cứu đặc điểm SINH học của một số CHỦNG VI KHUẨN OXY hóa SULFUR ở VÙNG VEN BIỂN hải PHÒNG để ỨNG DỤNG xử lý KHÍ độc h2s TRONG NUÔI TRỒNG THỦY sản

Mục đích...2 VIỆN SINH NÔNG HỌ VÀ TÊN: NGUYỄN THỊ HƯƠNG NGÀY SINH: 30 - 05 - 1994 LỚP: CÔNG NGHỆ SINH HỌC K13 NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA MỘT SỐ CHỦNG VI KHUẨN OXY HÓA SULFUR Ở VÙNG

MỤC LỤC

Phần 1: MỞ ĐẦU 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU 2

1.2.1 Mục đích 2

VIỆN SINH NÔNG HỌ VÀ TÊN: NGUYỄN THỊ HƯƠNG NGÀY SINH: 30 - 05 - 1994 LỚP: CÔNG NGHỆ SINH HỌC K13 NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM SINH HỌC CỦA MỘT SỐ CHỦNG VI KHUẨN OXY HÓA SULFUR Ở VÙNG VEN BIỂN HẢI PHÒNG ĐỂ ỨNG DỤNG XỬ LÝ KHÍ ĐỘC H2S TRONG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN Chuyên ngành: Công nghệ sinh học [ Người hướng dẫn khoa học: TS Trần Đình Lân Học vị: Tiến sĩ Chức danh khoa học: Tiến sĩ Khoa học Giáo viên hướng dẫn: Th.S Vũ Thị Lan Phương

Học vị: Thạc Sĩ

Hải Phòng, năm 2016

1.2.2 Yêu cầu 2

Phần 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 3

2.1 TÌNH HÌNH NUÔI TRỒNG THỦY SẢN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 3 2.1.1 Tình hình nuôi trồng thủy sản trên thế giới 3

2.1.2 Tình hình nuôi trồng thủy sản tại Việt Nam 6

2.2.1 Tình trạng ô nhiễm trong NTTS 9

2.2.2 Ảnh hưởng của khí sulfur trong NTTS 10

2.2.3 Xử lí ô nhiễm trong nuôi trồng thủy sản 11

2.3 VI KHUẨN OXY HÓA SULFUR VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÍ SULFUR 14

2.3.1 Đặc điểm vi khuẩn oxy hóa sulfur 14

2.3.2 Cơ sở của quá trình xử lí sulfur bằng vi khuẩn oxy hóa sulfur 15

2.3.3 Ứng dụng của quá trình oxy hoá sulfur trong xử lí môi trường bằng vi sinh vật 18

Phần 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21

3.1 ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU, ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN NGHIÊN CỨU 21

3.1.1 Đối tượng,vật liệu 21

3.1.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu 21

3.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 21

3.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 21

3.3.1 Phương pháp thu mẫu 22

3.3.2 Môi trường phân lập và làm giàu 23

3.3.3 Phương pháp phân tích đặc điểm sinh học 25

3.3.4 Đặc điểm sinh lý 26

3.3.5 Đặc điểm sinh hóa 27

3.3.6 Phương pháp bảo quản và giữ mẫu 32

3.3.7 Khả năng xử lý h2s trong môi trường ô nhiễm 32

3.3.8 Phương pháp xử lí số liệu 33

Phần 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 34

4.1 ĐẶC ĐIỂM MÔI TRƯỜNG TỰ NHIÊN CỦA KHU VỰC NGHIÊN CỨU 34

4.2 PHÂN LẬP, TUYỂN CHỌN, NGHIÊN CỨU VỀ MỘT SỐ CHỦNG VI KHUẨN OXY HÓA HỢP CHẤT SUNFUR 34

4.2.1 Phân lập vi khuẩn oxy hóa sulfur 34

4.2.2 Khả năng làm giảm pH các hợp chất sunfur và của các chủng phân lập 35

4.2.3 Khả năng ôxy hóa các hợp chất sulfur của một số chủng đã phân lập 36

4.3 NGHIÊN CỨU ĐẶC ĐIỂM TẾ BÀO VÀ PHÂN LOẠI VI KHUẨN CHỌN LỌC CÓ HOẠT TÍNH CAO 39

4.3.1 Đặc điểm của các chủng vi khuẩn được lựa chọn 39

4.4 NGHIÊN CỨU MỘT SỐ YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG SINH TRƯỞNG VÀ OXY HÓA CÁC HỢP CHẤT KHỬ CỦA LƯU HUỲNH CỦA CÁC CHỦNG LỰA CHỌN 42

4.4.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ 42

4.4.2 Ảnh hưởng của độ mặn (sức chịu mặn) 43

4.4.3 Ảnh hưởng của pH 45

4.4.4 Ảnh hưởng của oxy hòa tan 47

4.4.5 Ảnh hưởng của nguồn nitơ 48

4.5 KHẢ NĂNG XỬ LÝ H2S TRONG MÔI TRƯỜNG Ô NHIỄM 50

4.5.1 Kết quả thí nghiệm 50

Phần 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 53

5.1 KẾT LUẬN 53

5.2 KIẾN NGHỊ 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến TS Trần Đình Lân – Trạm nghiên cứu biển Đồ Sơn- Viện Tài Nguyên và Môi Trường Biển, là người thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo giúp đỡ cho em những kiến thức,

những kinh nghiệm, lời khuyên quý báu, tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em trongquá trình thực hiện đề tài khóa luận.

Em cũng xin được cảm ơn toàn thể các anh, các chị trong Trạm nghiên cứu biển

Đồ Sơn, giúp đỡ và tạo điều kiện cho em có cơ hội được thực tập tại đơn vị và giúp

đỡ nhiều trong quá trình thực tập

Em xin chân thành cảm ơn ThS Vũ Thị Lan Phương đã nhiệt tình chỉ bảo, giúp

đỡ em rất nhiều trong suốt quá trình thực hiện đề tài

Bên cạnh đó, em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô Trạm nghiên cứu biển ĐồSơn cùng với Lãnh đạo Viện Tài Nguyên và Môi Trường Biển đã tạo điều kiện giúp

đỡ tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu tại trường cũng như viện

Cuối cùng, em xin được gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, đặc biệt là ba mẹ

đã luôn ở bên động viên, giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và thực hiện khóaluận này

Hải Phòng, ngày 4 tháng 5 năm 2016

Bảng 4.2: Đặc điểm hình thái khuẩn lạc của 11 chủng thu được 35

Bảng 4.4: Khả năng oxy hóa các hợp chất khử của lưu huỳnh của các chủng vi khuẩn sau 7 ngày nuôi cấy 37

Bảng 4.5: Khả năng sinh trưởng của các chủng vi khuẩn trên môi trường thiosulfate (đo bằng OD600) 38

Bảng 4.6: Đặc điểm khuẩn lạc và tế bào của chủng vi khuẩn được chọn 40

Bảng 4.7: Một số đặc tính sinh hóa của các chủng 41

Bảng 4.8: Kết quả ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng sinh trưởng và oxy hóa các hợp chất khử của lưu huỳnh của các chủng lựa chọn 42

Bảng 4.9: Kết quả ảnh hưởng của độ mặn đến khả năng sinh trưởng và oxy hóa các hợp chất khử của lưu huỳnh của các chủng lựa chọn 44

Bảng 4.10 Kết quả ảnh hưởng của pH đến khả năng sinh trưởng và oxy hóa các hợp chất khử của lưu huỳnh của các chủng lựa chọn 45

Bảng 4.11: Kết quả ảnh hưởng của ôxy hoà tan đến khả năng sinh trưởng và oxy hóa các hợp chất khử của lưu huỳnh của các chủng lựa chọn 47

Bảng 4.12: Kết quả ảnh hưởng của hợp chất nitơ đến khả năng sinh trưởng và oxy hóa các hợp chất khử của lưu huỳnh của các chủng lựa chọn 49

Bảng: 4.13 Mật độ tế bào của vi sinh vật trong quá trình thí nghiệm mô phỏng 50

Bảng 4.14 Khả năng xử lý H2S trong thí nghiệm của vi khuẩn 51

Bảng 4.15: Sự thay đổi pH trong thí nghiệm của vi khuẩn 51

Bảng 4.16: Khả năng xử lý sulfur của các chủng vi sinh vật sau 4h và 8h 51

DANH MỤC HÌNH VÀ BIỂU Đ Hình 2.1: Vòng tuần hoàn lưu huỳnh (theo J.G.Black) 16

Biểu đồ 3.1: Đường chuẩn xác định nồng độ sunfat 25

Hình 3.2: Mô hình thí nghiệm mô phỏng 33

Hình 4.1 Khả năng làm giảm pH của một số loại vi khuẩn đã phân lập 36

Biểu đồ 4.2: Khả năng sinh trưởng của các chủng vi khuẩn trên môi trường

thiosulfate 39

Biểu đồ 4.3 Khả năng oxy hóa các hợp chất khử của lưu huỳnh của các chủng vi khuẩn sau 7 ngày nuôi cấy 39

Biểu đồ 4.5: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng sinh trưởng của 1 số chủng vi khuẩn 43

Biểu đồ 4.6: Ảnh hưởng của độ mặn đến khả năng oxy hóa các hợp chất khử của lưu huỳnh của các chủng vi khuẩn 45

Biểu đồ 4.8: Ảnh hưởng của pH đến khả năng oxy hóa các hợp chất khử của lưu huỳnh của các chủng vi khuẩn 46

Biểu đồ 4.10: Ảnh hưởng của DO đến khả năng oxy hóa các hợp chất khử của lưu huỳnh của các chủng vi khuẩn 48

Biểu đồ 4.11: Ảnh hưởng của DO đến khả năng sinh trưởng của các chủng vi khuẩn 48

Biểu đồ 4.12: Ảnh hưởng của nguồn nito đến khả năng oxy hóa các hợp chất khử lưu huỳnh của ác chủng vi khuẩn 50

Biểu đồ 4.13 Ảnh hưởng của nguồn nito đến khả năng sinh trưởng của vi các chủng vi khuẩn 50

Biểu đồ 4.14 Khả năng xử lý H2S trong thí nghiệm của vi khuẩn 52

52

Biểu đồ 4.15 Sự thay đổi pH trong thí nghiệm của vi khuẩn 52

Biểu đồ: 4.16 Khả năng xử lý sulfur của các chủng vi sinh vật sau 4h và 8h 52

DANH MỤC VIẾT TẮT

1 ATP: Adenozin Diphotphat

2 NTTS: Nuôi trồng thủy sản

3 FAO: Agriculture Organization of the United Nation (Tổ chức lương thực

và Nông nghiệp Liên Hiệp Quốc)

4 GHCP: Giới hạn cho phép

5 RNM: Rừng ngập mặn

6 BOD: Nhu cầu sinh hóa

7 DO: hàm lượng oxy trong nước

8 ĐC: Đối chứng

9 MĐTB: Mật độ tế bào

10 OD: Mật độ hấp thụ quang ở bước sóng nhất định (OD 600, OD 420)

11 [SO42-]: Hàm lượng ion sunfat trong nước

12 [H2S]: Hàm lượng hydrogen sulfide trong nước

Phần 1: MỞ ĐẦU

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Vấn đề ô nhiễm môi trường nói chung và ô nhiễm nước nói riêng luôn là vấn đềnhức nhối của toàn thế giới Vấn đề này ngày càng trầm trọng, đe dọa trực tiếp sựphát triển kinh tế - xã hội bền vững, sự tồn tại, phát triển của các thế hệ hiện tại vàtương lai Xã hội ngày càng phát triển, cùng với sự phát triển ồ ạt các khu, cụm,điểm công nghiệp, các làng nghề thủ công truyền thống cũng có sự phục hồi và pháttriển mạnh mẽ, những khu đô thị, tất yếu dẫn đến môi trường ngày một suy thoáiloại nặng, các vi sinh vật gây bệnh và đặc biệt các hợp chất chứa lưu huỳnh Nhưtrong nuôi trồng thủy sản nguyên nhân gây ô nhiễm phần lớn các chất hữu cơ dưthừa từ thức ăn, phân và các rác thải khác đọng lại dưới đáy ao nuôi Ngoài ra, còncác hóa chất, kháng sinh được sử dụng trong quá trình nuôi trồng cũng dư đọng lại

mà không được xử lý Việc hình thành lớp bùn đáy do tích tụ lâu ngày của các chấthữu cơ, cặn bã là nơi sinh sống của các vi sinh vật gây thối, các vi sinh vật sinh cáckhí độc như như NH3, NO2, H2, H2S, CH4 Sự ô nhiễm này không chỉ ảnh hưởng

xấu đến hệ sinh thái mà còn gây ra tác động không tốt đến sức khỏe con người Vìvậy, vấn đề bảo vệ môi trường, bảo vệ nguồn nước đang là nhiệm vụ cấp bách trêntoàn thế giới

Trong những năm qua, đã có nhiều công trình nghiên cứu cho thấy việc ứngdụng các biện pháp sinh học vào xử lý các nguồn nước thải giàu chất hữu cơ – đặcbiệt là các nguồn nước thải có chứa các hợp chất của lưu huỳnh – đã mang lại hiệuquả cao và an toàn cho môi trường

Trong một số trường hợp, các hợp chất oxy hoá lưu huỳnh có thể bị oxy hóathành sulphur Một số loài vi sinh vật có khả năng tận dụng nguồn năng lượng này

để chuyển hóa ATP thành năng lượng Trong điều kiện hiếu khí, nhiều nhóm vikhuẩn có thể oxy hóa các hợp chất oxy hoá lưu huỳnh thành thiosulfat, sulphur như

các loài vi khuẩn thuộc các chi: Micromonas spp., Bacillus spp., Pseudomonas

spp và Klebsiella spp, Thiobacilus …

Trên thế giới, việc sử dụng các nhóm vi khuẩn trên tham gia xử lý ô nhiễm (đặcbiệt là việc loại bỏ hydro sulfur trong nước) đã được biết đến qua nhiều nghiên cứucũng như ứng dụng thực tế

Ở Việt Nam, việc ứng dụng vi sinh vật vào xử lý nước được đánh giá khá hiệuquả, xong lĩnh vực này vẫn han chế Trước tình hình ô nhiễm môi trường ở mức báođộng như hiện nay thì việc nghiên cứu các nhóm vi sinh vật để đưa vào ứng dụng là

rất cần thiết Vì vậy em đã thực hiện nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu đặc điểm sinh

học của một số chủng vi khuẩn oxy hóa sulfur ở vùng ven biển Hải Phòng để ứng dụng xử lý khí độc H 2 S trong nuôi trồng thủy sản.”

1.2 MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU

1.2.1 Mục đích

Tuyển chọn và xác định đặc điểm của các chủng vi khuẩn có hoạt tính oxy hóasulfur nhằm đưa ra cơ sở cho việc áp dụng nhóm vi khuẩn này vào xử lí H2S trongđầm nuôi thủy sản tại Hải Phòng, nhằm tối ưu hoá quá trình oxy hóa sulfur tự nhiêncủa hệ thống ao nuôi, đảm bảo môi trường trong sạch cho nuôi trồng hiệu suất cao

và bền vững

1.2.2 Yêu cầu

Phân lập chủng vi khuẩn có hoạt tính oxy hóa sulfur

Tuyển chọn chủng vi khuẩn có hoạt tính oxy hóa sulfur cao

Xác định đặc điểm sinh học của các chủng vi khuẩn oxy hóa sulfur phân lậpđược

Thử nghiệm đánh giá khả năng xử lý H2S của vi khuẩn oxy hóa sulfur trong thínghiệm mô phỏng

Phần 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 TÌNH HÌNH NUÔI TRỒNG THỦY SẢN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM

2.1.1 Tình hình nuôi trồng thủy sản trên thế giới

Tổng sản lượng khai thác và NTTS trên toàn thế giới đạt khoảng 142 triệu tấnvào năm 2008 trong đó sản lượng từ NTTS (bao gồm cả nước ngọt và nước mặn)vào khoảng 52 triệu tấn, chiếm 46% tổng sản lượng Bảng 1 cho thấy sản lượng từNTTS liên tục tăng từ năm 2004 đến 2009 [1]

Bảng 2.1: Sản lượng NTTS thế giới trong các năm 2004 - 2009 (triệu tấn)(Nguồn: FAO, 2010)

4

200 5

200 6

2000 7

200 8

200 9

Ghi chú: không bao gồm sản lượng rong biển, số liệu ước tính tạm thời

NTTS vẫn là một ngành sản xuất thực phẩm động vật tăng nhanh nhất, lượngcung cấp thực phẩm bình quân tính trên đầu người từ năm 1970 là 0,7kg/ người chođến năm 2008 là 7,8 kg/người, tăng bình quân hàng năm 6,6% Nếu không tính đếnsản lượng rong biển, sản lượng từ NTTS chỉ đạt dưới một triệu tấn trong những nămđầu 1950 đã tăng lên 52,5 triệu tấn vào năm 2008, đạt tổng giá trị là 98,4 tỉ đô la

Mỹ [1]

Sản lượng từ NTTS chủ yếu làm nguồn cung cấp thực phẩm cho con người.Trên toàn thế giới đã tăng từ 42,6% (năm 2006) lên đến 45,7% (năm 2008) sảnlượng từ NTTS làm thực phẩm Riêng Trung Quốc, lượng thực phẩm thủy hải sảntrong năm 1970 chỉ chiếm 23,6% và tăng lên đến 80,2% trong năm 2008 Riêng cácnước còn lại, lượng thực phẩm thủy hải sản cũng tăng từ 4,8% trong năm 1970 lên26,7% trong năm 2008 Mặc dù nghề NTTS có thể có truyền thống lâu đời ở một sốnước, nhưng nhìn chung trên toàn thế giới thì đây còn là một nghề non trẻ, mới

được phát triển nhanh trong khoảng 50 năm qua NTTS chủ yếu phát triển ở khuvực Châu Á - Thái Bình Dương, chiếm 89% về giá trị sản lượng và 79% về giá trịkinh tế Trong đó, phải kể đến Trung Quốc là quốc gia rất mạnh về NTTS, chiếm62% tổng sản lượng toàn cầu và 52% tổng giá trị Tỉ lệ tăng trưởng trung bình vềsản lượng trên toàn thế giới giữa năm 2006 và năm 2008 là 5,3% [1]

Bảng 2.2: Các nước có sản lượng NTTS cao nhất thế giới (Nguồn: FAO, 2010)

92 triệu tấn Trong số này, Trung Quốc chiếm 66,7% tổng sản lượng nuôi, các nướcChâu Á khác chiếm 22,8%, và các nước khác còn lại ở Châu Âu, Châu Mỹ, Úc…chiếm 10,5% Nghề NTTS nội địa tiếp tục đóng góp chính cho nghề nuôi thủy sảnnói chung, với hơn 61% sản lượng và 53% tổng giá trị sản phẩm nuôi trồng Nuôithủy sản nước ngọt chiếm 58% sản lượng và 48% giá trị, nuôi biển chiếm 34% sản

lượng và 36% giá trị Trong khi đó, nuôi nước lợ với tỷ lệ sản lượng thấp 8% nhưngcho tỷ lệ giá trị đến 16% do nuôi chủ yếu các loài tôm có giá trị cao Cơ cấu nhómloài nuôi cho thấy, năm 2006, cá nước ngọt cho sản lượng cao nhất là 27,8 triệu tấn,đạt giá trị 29,5 triệu USD; động vật thân mềm và rong biển cho sản lượng và giá trịtương đương nhau Trong khi đó, giáp xác có sản lượng chỉ 4,5 triệu tấn nhưng đạtgiá trị đến 17,95 triệu USD [1] [2]

Đối tượng NTTS rất phong phú Theo Pillay, đã có 465 loài thực vật thủy sinh rong tảo là đối tượng nuôi trồng [3] FAO đã liệt kê 107 loài cá, 21 loài giáp xác và

-43 loài nhuyễn thể được nuôi từ năm 1994[4] Số lượng này chắc chắn được tănglên hàng năm Tuy nhiên, tùy từng nơi với mục đích nuôi khác nhau mà đối tượngnuôi cũng khác nhau Châu Á, Trung Quốc và Nam Á nuôi chủ yếu là các loài cáchép, trong khi Đông Á nuôi chủ yếu các loài cá biển có giá trị cao Vùng Châu Mỹ

la tinh và Caribê, nuôi chủ yếu cá hồi và tôm; Vùng Bắc Mỹ nuôi chủ yếu cá hồi đạidương Một số loài thủy sản quan trọng được nuôi gồm cá hồi Đại Tây Dương, cátrắm, cá mè hoa, cá chình Châu Âu, cá chình Nhật Bản, cá hồi vân, cá rô phi vằn,tôm càng xanh, tôm sú, tôm he chân trắng, hầu Mỹ, hầu Thái Bình Dương, rongmứt, rong bẹ, rong sụn v.v

Số liệu thống kê từ các báo cáo tổng quan các nước trên thế giới về diện tích aonuôi nước ngọt và nước mặn tại một số nước của FAO cho biết Trung Quốc là nước

có diện tích lớn nhất với 5.583.276 ha ao nuôi thủy sản nước ngọt và 676.184 hanước lợ [6] [7]

Bảng 2.3: Diện tích ao nuôi nước ngọt và nước lợ tại một số nước trên thế giới

2.1.2 Tình hình nuôi trồng thủy sản tại Việt Nam

Việt Nam trong thập niên 1990 và 3 năm đầu của thế kỉ 21, sản lượng thủy sảnnuôi trồng có tốc độ tăng trưởng rất cao, vượt xa tốc độ tăng trưởng của khai thác.Trong thập niên cuối của thế kỷ trước, Việt Nam đã trở thành một trong 10 nước cósản lượng cá nuôi lớn nhất thế giới, sau Trung Quốc, Ấn Độ, Inđônêxia, Nhật Bản,Thái Lan, Banglađesh

Ở Việt Nam, nghề nuôi thủy sản cũng phát triển rất năng động Nghề nuôi thủysản truyền thống bắt đầu từ thập niên 1960, tuy nhiên trong vòng 10 năm nay, nghềnuôi thủy sản có tốc độ phát triển rất nhanh chóng Theo thống kê của Bộ Thủy sảntrong năm 1999 cả nước có tổng cộng trên 524.619 ha NTTS, đạt sản lượng480.767 tấn Năm 2005, cả nước có gần 1.000.000 ha nuôi thủy sản, đạt sản lượng1.437.356 tấn, trong đó, sản lượng nuôi thủy sản nước lợ - măn là 546.716 tấn, sảnlượng nuôi nước ngọt đạt 890.650 tấn Năm 2008, tổng sản lượng NTTS tại ViệtNam đạt 2.448.000 tấn, tăng 15% so với năm 2007 Sản lượng thuỷ sản nuôi trồngnăm 2009 ước tính đạt 2.569,9 nghìn tấn, tăng 4,2% so với năm trước, chủ yếu docác địa phương tiếp tục chuyển đổi và mở rộng diện tích nuôi trồng theo hướng kết

hợp đa canh, đa con Bên cạnh đó, mô hình nuôi thuỷ sản lồng, bè tiếp tục pháttriển, đặc biệt là nuôi lồng, bè trên biển ở các tỉnh: Kiên Giang, Quảng Nam, NinhThuận, Phú Yên, Hải Phòng [2]

Hiện nay, đối tượng nuôi và mô hình nuôi thủy sản ở Việt Nam khá phong phú.Tuy nhiên, chủ lực nhất vẫn là nuôi cá tra thâm canh ở vùng nước ngọt và nuôi tôm

ở vùng nước lợ ven biển Đặc biệt, năm 2008, sản lượng nuôi cá tra và basa đạt trên1.200.00 tấn và sản lượng tôm nuôi đạt 380.680 tấn, cá biển đạt 3.510 tấn, nhuyễnthể đạt 114.570 tấn, rong biển đạt 20.260 tấn, tôm nước ngọt đạt 6.400 tấn, cá nướcngọt và một số loài khác đạt 255.272 tấn, đạt giá trị kim ngạch xuất khẩu trên 2 tỉ đô

la Mỹ Một số loài nuôi thủy sản quan trọng đang được nuôi rộng rãi tại một số tỉnhthành là cá nước ngọt nhập nội (cá rô phi, cá mè trắng, mè hoa, trắm cỏ, các loài cátrôi Ấn Độ, trê phi ), cá nước ngọt bản địa (mè vinh, thát lát, bống tượng, cá rô, cálóc, cá sặc ), cá da trơn (tra, basa), cá biển (cá trắm, bống mũn, cá kèo, cá chình, cágiò ), giáp xác (tôm sú, tôm chân trắng, tôm càng xanh, cua biển, tôm hùm ),nhuyễn thể (nghêu, sò, tu hài, ốc hương, ngọc trai, hầu ), và rong biển (rong sụn,rong câu ) Các đối tượng nuôi được phát triển trên cả nước, tùy vào từng địaphương mà phát triển nuôi nước ngọt, nước lợ hoặc nước mặn Tính đến hết ngày10/12/2010 tổng sản lượng giống sản xuất cá tra cả nước đạt 2,359 tỷ con, sảnlượng cá thu hoạch đạt 1.140.390 tấn, xuất khẩu đạt 538,2 nghìn tấn, đạt giá trị 1,15

tỷ USD, tăng 6,6% về khối lượng và 2,4% về giá trị Nuôi tôm nước lợ đạt 469.893tấn, trong đó tôm sú đạt 333.174 tấn, tôm chân trắng đạt 136.719 tấn

Diện tích NTTS là một ngành được phát triển nhanh và mạnh trong khoảng 2thập kỷ trở lại đây cả về sản lượng và diện tích Việt Nam là một quốc gia có đường

bờ biển dài 3260km với 12 đầm phá, 112 cửa sông, nhiều eo biển, vũng vịnh Tổngdiện tích mặt 8 nước tự nhiên khoảng 1.700.000 ha trong đó bao gồm 120.000 ha làcác ao nhỏ, hồ, kênh rạch; 340.000 ha là các hồ chứa lớn; 580.000 ha là các ruộnglúa có thể NTTS và 660.000 ha là các vùng triều Theo thống kê có khoảng 300.000đến 400.000 ha các eo biển, vũng vịnh, đầm phá nằm dọc theo bờ biển có thể sửdụng NTTS nhưng chưa được quy hoạch hoàn thiện Hiện nay, tổng số loài nuôinước ngọt là 544 loài, nuôi nước lợ và mặn là 186 loài Với tiềm năng mặt nước rất

phong phú và đa dạng, các hình thức và thủy vực nuôi trên cả nước được chia thànhnuôi nước ngọt (nuôi ao, nuôi lồng), nuôi ven biển (nuôi ao, đầm, lồng) Việt Nam

có nhiều tiềm năng để phát triển nuôi trồng thuỷ sản ở khắp mọi miền đất nước cả

về nuôi biển, nuôi nước lợ và nuôi nước ngọt Đến năm 2003, trên cả nước đã sửdụng 612.778 ha nước mặn, lợ và 254.835 ha nước ngọt để nuôi thuỷ sản [2]

Trong đó, đối tượng nuôi chủ lực là tôm với diện tích 580.465 ha Đồng bằngsông Cửu Long có diện tích NTTS lớn nhất nước, tốc độ cũng tăng nhanh nhất sovới các vùng miền khác trong cả nước Gần đây, mô hình nuôi cá tra ao đã đạt đếndiện tích trên dưới 6.000 ha, với sản lượng xuất khẩu đạt gần 600.000 tấn trong năm

2008 (gấp 3 lần sản lượng tôm xuất khẩu) Diện tích nuôi tôm sú năm 2009 ước tínhđạt 549,1 nghìn ha, giảm 10,7% so với năm trước, một số diện tích nuôi tôm sú đãchuyển đổi sang nuôi tôm thẻ chân trắng cho năng suất và thu nhập cao hơn Đếnnay diện tích nuôi tôm thẻ chân trắng năm nay ước tính đạt 13,5 nghìn ha, tăng75,5% so với năm 2008; sản lượng đạt 63 nghìn tấn, gấp trên 2 lần Tính chung sốlồng bè nuôi thuỷ sản năm 2009 của cả nước đạt 98,4 nghìn chiếc, tăng 12,6 nghìnchiếc (tăng 14,7%) so với năm 2008 Diện tích NTTS 6 tháng đầu năm 2010 đạt972.5 nghìn ha, tăng 3,2% so với cùng kỳ năm trước, bao gồm 312 nghìn ha nuôi cá(3,749 ha cá tra), tăng 8% và 623.5 nghìn ha nuôi tôm, tăng 3% Đồng bằng sôngCửu Long chiếm 70% - 75% diện tích và sản lượng nuôi trồng, tập trung chủ yếuvào cá tra, basa, tôm sú và tôm thẻ chân trắng Trong đó, An Giang, Đồng Tháp,Cần Thơ là các tỉnh có sản lượng lớn về cá tra và Cà Mau, Bạc Liêu, Sóc Trăng cóthế mạnh về tôm Thống kê đến 10/12/2010, diện tích nuôi cá tra và basa đạt 5.400

ha, diện tích nuôi tôm sú đạt 613.718 ha, diện tích nuôi tôm he chân trắng 25.397ha

2.2 TÌNH HÌNH Ô NHIỄM TRONG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN

diện tích ao nuôi lớn Nuôi cá ruộng là điển hình cho hình thức này Hình thức này

ít gây ô nhiễm môi trường

Hình thức nuôi bán thâm canh là hình thức nuôi bón phân để phát triển thức ăn

tự nhiên hay cho ăn thêm thức ăn bổ sung có chất lượng thấp, thức ăn tự nhiên vẫnđóng vai trò quan trọng Mật độ thả nuôi cao hơn do điều kiện dinh dưỡng được cảithiện nên năng suất cũng cao hơn; Ví dụ các ao nuôi cá Hình thức này bắt đầu xuấthiện ô nhiễm môi trường nước

Hình thức nuôi thâm canh chủ yếu dựa vào thức ăn cung cấp thêm, thức ănthường có chất lượng cao (thức ăn viên, thức ăn đầy đủ) Mật độ thả thường rất cao

và năng suất cao Ví dụ: nuôi cá lồng Sự gia tăng thâm canh thường gây ra mức độ

ô nhiễm cao hơn rất nhiều so với hai hình thức quảng canh và bán thâm canh Cụthể nó làm giảm DO của nước và tích lũy nhiều hydro sulfur trong nước Bệnh dịchtrong hình thức này cũng xuất hiện nhiều hơn hai hình thức kia Trong loại hìnhnuôi tôm thâm canh và nuôi công nghiệp trên cát, một lượng lớn thức ăn, phân vô

cơ, phân hữu cơ được đưa vào đầm nuôi nhằm tăng năng suất sản phẩm Hiệu quả

sử dụng của các thành phần bổ sung này thường khá thấp, ví dụ: lượng thức ăn đưavào chỉ được hấp thụ khoảng 25 – 30% Lượng chất hữu cơ không được hấp thụ nàytích tụ trong nước làm cho vi sinh vật chuyển hóa chậm chạp khiến nước đục, hôithối do hàm lượng vượt quá giới hạn cho phép Việc lạm dụng các chất kháng sinh,chất bảo vệ thực vật làm cho nước ao đầm chứa nhiều thành phần độc hại Với mật

độ vi sinh vật hữu ích thấp dẫn đến khả năng tự làm sạch của các ao đầm này là rấtkhó Bên cạnh đó, việc gia tăng quá mức diện tích nuôi trồng và quy hoạch bừa bãi

NH4+, NO3-, NO2-, H2S và phát sinh dịch bệnh

Tham khảo số liệu từ Trung tâm Quốc gia Quan trắc, Cảnh báo Môi trườngBiển - Viện Nghiên cứu Hải sản thuộc hoạt động quan trắc chất lượng môi trườngmột số vùng nuôi biển trong thời gian tháng 9 - 10/2008 như sau: Khu vực nuôi cálồng bè Hải Phòng: Hàm lượng muối dinh dưỡng N-NO2- : 0,009 - 0,142mg/l; N-

NO3- :0,050 - 0,403mg/l; N-NH4 :0,003 - 0,069 mg/l; P-PO43- : 0,014 - 0,041mg/l.Nước biển khu vực nuôi cá lồng tại Bến Bèo, Tùng Gấu, gần cảng Cát Bà bị ônhiễm với chỉ số tai biến dinh dưỡng = 0,76 ở mức nguy cơ tai biến môi trường, ô

nhiễm nhất là NO2 - với hàm lượng vượt GHCP 1,0 - 7,1 lần; mật độ Coliform tạiBến Bèo, Tùng Gấu vượt GHCP 1,8 - 2,2 lần [2]

2.2.2 Ảnh hưởng của khí sulfur trong NTTS.

Trong quá trình nuôi, các chất thải được máy quạt nước gom tụ vào giữa đáy ao(đối với ao đáy bùn đất thì một lượng chất thải vẫn còn phân bố xung quanh nềnđáy) Đống chất thải này phân thành 2 lớp Lớp ngoài rất mỏng (khoảng 5 mm)được oxy hoá nên có màu tương đối sáng, có chức năng bao phủ và hạn chế khí độcthoát ra ngoài Lớp bên dưới có màu đen, chất thải ở điều kiện thiếu oxy nên vikhuẩn khử lưu huỳnh tạo ra khí độc H2S

Hydrosulfur (H2S) là chất khí, mùi trứng thối, hòa tan trong nước, khi tan thểhiện tính acid yếu Nó được hình thành trong lớp đấy bùn, ao dưới điều kiện yếmkhí, độc tính cao đối với thủy động vật, H2S là một hợp chất không bền trong môitrường nước có chứa oxy và trong khoảng pH gần vùng trung hòa nó bị oxy hóathành SO42- theo con đường hóa học hoặc vi sinh H2S cũng có thể bốc hơi vàokhông khí khi nước được sục khí mạnh nhưng không nhiều do độ hòa tan của nótrong nước cao hơn nhiều so với các loại khí khác Khi tiếp xúc với một kim loạinặng như Fe, Zn, Cu sẽ tạo thành các hợp chất sulfide có độ hòa tan thấp, kết tủa vàlắng các hợp chất trên thường có màu đen trong đáy bùn, ao

Nước từ đáy bùn, ao có thể chứa lượng lớn H2S sinh ra từ quá trình khử trong môi trường yếm khí H2S có thể bị khuếch tán tới lớp nước mặt và dễ tích tụ ởlớp nước sâu sát đáy Mặc dù dễ phân hủy trong môi trường yếm khí nhưng do tốc

SO42-độ phản ứng chậm nên chúng vẫn tồn tại trong nước dưới điều kiện hiếu khí ở mộtthời điểm nhất định nào đó

H2S là một chỉ tiêu quan trọng trong đánh giá chất lượng nước Tuy H2Skhôngảnh hưởng trực tiếp tới sức khỏe của các loại tôm, cá nuôi trong nước nhưng nếu ởmột hàm lượng cao, nó sẽ gây hại cho hệ sinh thái ao đầm và ảnh hưởng tới chấtlượng và sản lượng nuôi trồng bởi H2S là một chất khí cực độc đối với thủy sinhvật, tác dụng độc của nó là liên kết với sắt trong thành phần của hemoglobine,không có sắt thì hemoglobine không có khả năng vận chuyển oxy cung cấp cho các

tế bào, thủy sinh vật sẽ chết vì thiếu oxy Độ độc của H2S đối với cá phụ thuộc vào

nhiều yếu tố như pH, nhiệt độ của nước Theo Bonn và Follis (1957) (trích dẫn bởiBoyd, 2000) thì ở nhiệt độ 25-30oC, pH nước bằng 6,8 thì nồng độ H2S gây chết50% cá sau 3 giờ thí nghiệm (LC50-3 giờ) là 0,8 mg/L Còn pH bằng 7 thì LC50-3giờ của khí H2S đối với cá Nheo bột Mỹ là 1,0 - 1,3 mg/L đối với cá tiền trưởngthành và 1,4 mg/L đối với cá trưởng thành Ở những nồng độ thấp hơn, khí H2Skhông gây độc hại trực tiếp nhiều đối với cá mà làm tiêu hao nhiều oxy của môitrường (để oxy hóa hoàn toàn 1mg khí H2S thành SO42- phải tiêu tốn đến 1,3 mg oxycủa môi trường Trong mùa hè, khí H2S thường được hình thành nhiều ở nến đáythủy vực, hạn chế sự phát triển của nhiều loại động vật đáy, hạn chế thức ăn tựnhiên của một số loài cá, năng suất cá nuôi bị giảm Vào mùa đông, sự tích lũy khí

H2Sở đáy ao nhiều bùn gây nên hiện tượng thiếu oxy có thể dẫn đến cá chết, nhất làcác ao nước tù [2] [15]

2.2.3 Xử lí ô nhiễm trong nuôi trồng thủy sản.

 Phương pháp sử dụng hệ vi sinh vật [1]

Có một số loài vi sinh vật có khả năng sử dụng các chất hữu cơ và một số chấtkhoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng, sinh trưởng và nhờ vậy sinh khốicủa chúng tăng lên Các vi sinh vật này được sử dụng để phân huỷ các chất ô nhiễmhữu cơ và vô cơ có trong chất thải từ NTTS Quá trình phân hủy này được gọi làquá trình phân hủy ôxy hóa sinh hóa Có thể phân phương pháp này thành hai loại(Trần Văn Nhân và Ngô Thị Nga, 1999) là:

Phương pháp hiếu khí: là phương pháp sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí.

Ðể đảm bảo hoạt động sống của chúng cần cung cấp oxy liên tục cho chúng và duytrì ở nhiệt độ khoảng 20 - 40 độ C

Phương pháp yếm khí: là phương pháp sử dụng các vi sinh vật yếm khí Trong

xử lý nước thải công nghiệp, phương pháp xử lý yếm khí được sử dụng rộng rãi

 Phương pháp sử dụng hệ động thực vật để hấp thụ các chất ô nhiễm.

Bản chất của việc sử dụng hệ động, thực vật để loại bỏ các chất ô nhiễm dựatrên cơ sở quá trình chuyển hóa vật chất trong hệ sinh thái thông qua chuỗi thức ăn

Thông thường người ta sử dụng thực vật làm các sinh vật hấp thụ các chất dinhdưỡng là nitơ và photpho, cacbon để tổng hợp các chất hữu cơ làm tăng sinh khối(sinh vật tự dưỡng), đó là tảo hay thực vật phù du, rong câu và các loài thực vậtngập mặn khác.

Kế tiếp trong chuỗi thức ăn là các động vật bậc 1 - động vật ăn thực vật Ðiểnhình của các động vật bậc 1 ở vùng nước ven biển là các loại ngao, vẹm, hàu cácloài này có thể tiêu thụ các thực vật phù du và cải thiện điều kiện trầm tích đáy Cácloài cá ăn thực vật phù du và mùn bã hữu cơ như cá măng, cá đối cũng được thửnghiệm sử dụng ở các kênh thoát nước thải (Micheal J Phillips, 1995)

Rừng ngập mặn (RNM) là một hệ sinh thái ở vùng đất ngập nước rất phổ biến ởven biển Việt nam Có thể sử dụng RNM như một bể lọc sinh học các chất ô nhiễmhữu cơ từ chất thải đô thị, công nghiệp và nuôi trồng thủy sản Theo tính toán lýthuyết, ở điều kiện Việt Nam, 1ha RNM mỗi năm tăng trưởng 56 tấn sinh khối và

có thể hấp thụ được 219 kg nitơ, 20 kg photpho (Jesper Clausen, 2002) Ngoài ra,RNM với bộ rễ có cấu tạo đặc biệt là nơi bẫy các trầm tích có chứa các kim loạinặng, các hóa chất bảo vệ thực vật Thực vật ngập mặn cùng với toàn bộ hệ sinhthái trong RNM là một bể lọc sinh học đối với các chất thải từ hoạt đông nuôi trồngthủy sản ven biển

Trong thực tế, để đảm bảo đạt hiệu suất xử lý cao các chất ô nhiễm với chi phívận hành tối thiểu, người ta thường sử dụng kết hợp nhiều phương pháp, kết hợpnhiều hệ thống và các tác nhân khác nhau Tùy theo hàm lượng chất ô nhiễm trongnước thải và điều kiện cụ thể của từng khu vực

 Hệ thống xử lý bằng phương pháp hiếu khí (Aerobic methods).

Tác nhân tham gia vào hệ thống xử lý này bao gồm các vi khuẩn, xạ khuẩn,nấm và một số vi sinh bậc thấp Các dụng cụ thường là bể thông khí sinh học(Aeroten) hoặc các đĩa lọc sinh học

Quá trình xử lý diễn ra như sau:

- Bùn hoạt tính (vi sinh vật ở trạng thái huyền phù) có trong nước thải từ cácđầm nuôi tôm được đưa vào hệ thống xử lý

Tiến hành sục khí làm cho nước được bão hòa oxy và bùn hoạt tính ở trạng thái

lơ lửng Có thể áp dụng các thiết bị sục khí như:

Sục khí bằng sục đầu khuếch tán

Sục khí và chất lỏng bằng khuấy cơ học

Sục khí bằng kết hợp giữa khuấy nước bằng cánh quạt tuabin và hệ thốngkhuếch tán

Ðĩa lọc sinh học: gồm một loạt các đĩa tròn lắp trên cùng một trục cách nhau

một khoảng nhỏ Khi trục quay, một phần đĩa ngập trong hồ/bể chứa nước thải,phần còn lại tiếp xúc với không khí Các vi khuẩn bám trên đĩa lọc phân huỷ cácchất hữu cơ có trong nước thải

Ưu điểm của hệ thống: thời gian xử lý diễn ra nhanh hơn, các chất ô nhiễmđược phân hủy triệt để, có thể xử lý được một khối lượng lớn nước thải với nồng độchất ô nhiễm cao, không cần sử dụng nhiều diện tích đất, kiểm soát vấn đề mùi mộtcách dễ dàng Tuy nhiên, chi phí xây dựng, lắp đặt thiết bị và vận hành cao

 Hệ thống xử lý bằng phương pháp kỵ khí (Anaerobic methods) hay còn gọi là bể metan.

Phương pháp này sử dụng các vi sinh vật kỵ khí để phân huỷ chất ô nhiễm hữu

cơ Hệ thống này không thích hợp cho xử lý ô nhiễm môi trường trong nuôi trồngthuỷ sản do chi phí xây dựng cao Tuy nhiên hệ thống này lại có ưu điểm là có thểgiải phóng nitơ, giảm gây ô nhiễm NO3- cho nước mặt và nước ngầm

Các hệ thống làm sạch nước thải trong điều kiện tự nhiên

 Hồ sinh học: được gọi là hồ ôxy hóa hay hồ chứa lắng, bao gồm một chuỗi

từ 3 đến 5 hồ Trong hồ, nước thải được làm sạch bằng quá trình tự nhiên thông quacác tác nhân là tảo và vi khuẩn Hồ sinh học bao gồm các loại hồ:

a Hồ hiếu khí tự nhiên (Aerobic pond): độ sâu từ 0,2 - 0,4 m, diện tích đất rất

lớn, chi phí vận hành gần như bằng 0

Tải lượng BOD: 250 kg- 300 kg/ngày cho một diện tích hồ rộng khoảng 1 ha

Nước thải được đưa vào và thoát ra theo đường chéo của hồ sẽ tăng hiệu suất xử

lý hơn

b Hồ kỵ khí (Anaerobic pond- Metan pond): độ sâu nước 2,4 -3,6 m, thời gian

lưu nước từ 2-5 ngày Diện tích nhỏ hơn chỉ khoảng 10-20% diện tích hồ hiếu khí.Nhiệt độ tối ưu: 30-350C, pH: 6,5-7,5, thời gian tối ưu là 5 ngày

2.3 VI KHUẨN OXY HÓA SULFUR VÀ ỨNG DỤNG TRONG XỬ LÍ SULFUR.

2.3.1 Đặc điểm vi khuẩn oxy hóa sulfur.

Nhóm vi khuẩn oxy hóa sulfur được phát hiện năm 1887 do nhà khoa họcSergeri Winogradsky Ông đã tham gia nghiên cứu các đặc điểm sinh hóa của vikhuẩn oxy hóa lưu huỳnh trong các phòng thí nghiệm tại Bary Các vi khuẩn oxyhóa lưu huỳnh luôn gắn liền với sự xuất hiện của các hydro sulfur tự do trong tựnhiên Nhóm vi khuẩn oxy hóa sulfur sống chủ yếu trong môi trường hiếu khí vàmột số chủng lại sống trong điều kiện kị khí Chính vì vậy chúng đa dang đặc điểmhình thái: thường là dạng khuẩn lạc tròn, có màu trắng đục, màu vàng, màu hồnghoặc vàng đậm Có chủng thì bề mặt bóng, mép nhăn, nhớt và ăn sâu vào mặt thạch.Các loài vi khuẩn có khả năng oxy hoá các hợp chất lưu huỳnh vô cơ ở trạngthái khử như là sulfide (S2-), sulfur (S0) và thiosulfate (S2O32-) thành các hợp chấtsulfate được gọi là nhóm vi khuẩn oxy hoá sulfur hay nhóm vi khuẩn sulfur [15]Nhóm vi khuẩn này thuộc nhiều đơn vị phân loại với các đặc tính trao đổi chấtrất khác nhau Có thể chia thành 2 nhóm chính là vi khuẩn sulfur có màu (bao gồm

vi khuẩn sulfur tía và sulfur xanh) và vi khuẩn sulfur không màu (colorless sulfurbacteria)

Vi khuẩn sulfur có màu là nhóm vi khuẩn mà sắc tố quang tổng hợp gắn vàomàng nội chất và nối với màng tế bào chất Hầu hết tất cả các loài thuộc nhóm nàyđều có sắc tố bacteriochlorophyll a và carotenoid 1, 3 hoặc 4 Dưới điều kiện kỵkhí, tất cả các loài vi khuẩn này đều có khả năng trao đổi chất quang địa tự dưỡngvới sulfide hoặc sulfur là chất nhận điện tử Nhiều loài có khả năng sử dụnghydrogen phân tử như làm chất cho điện tử thay thế sulfur dạng khử Tất cả các loại

thuộc nhóm này cũng có khả năng đồng hoá các chất hữu cơ như acetate vàpyruvate Nhiều loài có đặc điểm trao đổi chất là quang tự dưỡng bắt buộc trongđiều kiện kỵ khí Một số loài có khả năng sinh trưởng dị dưỡng dưới điều kiện vihiếu khí đến hiếu khí hoàn toàn Vi khuẩn sulfur có màu gồm nhiều loài vi khuẩn

khác nhau thuộc giống Chromatium, Thiocystis, Thiospirillum, Ectothiorhodospira,

Chlorobium, v.v (Nobert Pfenning và Hans G Truper, 1989).

Vi khuẩn sulfur không màu là vi khuẩn sinh trưởng tự dưỡng hay dị dưỡng dướiđiều kiện hiếu khí trong tối và sử dụng các hợp chất sulfur dạng khử làm nguồnnăng lượng Nhóm vi khuẩn này gồm hàng loạt các giống vi khuẩn thuộc các nhóm

phân loại khác nhau Chúng bao gồm các giống Thiobacterium, Thiobacillus,

Thiosphaera, Beggiatoa, Sulfolobus, Thermothrix, v.v (Kuenen, 1989).

2.3.2 Cơ sở của quá trình xử lí sulfur bằng vi khuẩn oxy hóa sulfur.

a Chu trình chuyển hóa lưu huỳnh trong nước.

Chu trình lưu huỳnh trong nước là một vòng tuần hoàn quan trọng nhất đối vớicuộc sống thủy sinh Đây là cơ sở lý luận của việc sử dụng các loại vi khuẩn oxyhoá lưu huỳnh và khử lưu huỳnh để xử lý ô nhiễm H2S trong nước

Trong môi trường tự nhiên, lưu huỳnh tồn tại ở các dạng khác nhau, từ lưuhuỳnh phân tử ở dạng khí tới các hợp chất hữu cơ phức tạp như hydro sulfur,thiosulfate có trong môi trường Trong ao đầm NTTS, lưu huỳnh ở dạng hợp chất,trong thức ăn, sản phẩm bài tiết và xác chết của tôm, cá và bị phân hủy thành, SO32-,

S2O3- hoặc SO42- bởi vi khuẩn oxy hoá sulfur Quá trình đó còn gọi là quá trình oxyhoá sulfur Sau đó được chuyển thành dạng H2S bởi vi khuẩn khử sulfur Các hợpchất sulfur được chuyển thành dạng lưu huỳnh phân tử thông qua quá trình khửsulfat

Hình 2.1: Vòng tuần hoàn lưu huỳnh (theo J.G.Black).

Vi khuẩn quang hợp dùng hợp chất lưu huỳnh làm chất cho electron để chuyển

hóa lưu huỳnh Đó là chức năng của Thiobacillus và các vi sinh vật tự dưỡng hóa

năng tương tự Ngược lại, khi sulfate khuếch tán đến môi trường có trạng thái khửthì chúng sẽ tạo cơ hội cho những nhóm vi sinh vật khác tiến hành khử sulfateChẳng hạn, khi tồn tại một chất khử hữu cơ có thể sử dụng được thì vi

khuẩn Desulfovibrio sẽ dùng sulfate để làm chất oxy hóa, sử dụng sulfate như chất

nhận electron ngoại lai để hình thành sulfid tích lũy lại trong môi trường Đó là ví

dụ điển hình của quá trình khử dị hóa (dissimilatory reduction) và hô hấp kỵ khí.Ngược lại, việc khử sulfate trong quá trình sinh tổng hợp amino acid và proteinđược coi là một quá trình khử đồng hóa (assimilatory reduction) Nhiều visinhvậtkhác cũng được biết đến là loại khử dị hóa lưu huỳnh nguyên tố, đó

là Desulfuromonas, cổ khuẩn ưa nhiệt, và cả các vi khuẩn lam trong các trầm tích

có độ muối cao Sulfit là một dạng trung gian quan trọng khác, nó có thể bị nhiều

loại vi sinh vật oxy hóa khử thành sulfid, đó là các vi khuẩn như Alteromonas,

Clostridium và Desulfomaculum Vi khuẩn Desulfovibrio thường được coi là loại kỵ

khí bắt buộc Tuy nhiên các nghiên cứu gần đây cho biết khi chúng tồn tại trongmôi trường có mức oxy hòa tan là 0,04% thì chúng cũng có thể dùng oxy để hô hấp.Ngoài ra, các vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh thuộc nhóm tự dưỡng quang năng rất

quan trọng như có thể tác động mạnh trong điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt dưới

chiều sâu của nước, một nhóm lớn các vi khuẩn khác nhau có thể thực hiện quanghợp hiếu khí không sinh oxy Trong môi trường nước biển và nước ngọt phát hiệnthấy các vi khuẩn quang hợp hiếu khí không sinh oxy này sử dụng sắc tố

bacterioclorophyl a và carotenoid, chúng thường là thành phần chính của quần lạc

vi sinh vật Các chi: Erythromonas, Roseococcus,Porphyrobacter và Roseobacter

b Cơ sở sinh học của quá trình xử lý sulfur.

Trong môi trường nước tự nhiên sulfur tồn tại dưới dạng khí H2S được hòa tantrong nước Khi đó quá trình lưu hóa hay oxy hóa lưu huỳnh (sulfur oxydation) có

sự tham gia của vi khuẩn lưu hóa và vi khuẩn lưu hùynh ôxy hóa H2S, S, FeSO4

thành gốc sulfat và năng lượng

- Vi khuẩn lưu hóa: Những lòai thuộc chi Thiobacillus có thể oxy hóa S hoặc

sulfid để thu năng lượng, sinh ra H2SO4, đồng hóa CO2 và tổng hợp nên chất hữu cơ,

thường bên trong tế bào không chứa trữ các hạt lưu huỳnh, như Thiobacillus

Vi khuẩn Thiobacillus ferrooxydans chịu được acid mạnh, Fe2(SO4)3 lại là chất

dễ hòa tan, vì vậy có thể dùng vi khuẩn này để tách được đồng, sắt ra từ các dạng xỉquặng hay quặng nghèo:

FeS + 7 Fe2(SO4)3 + 8 H2O → 15 FeSO4 + 8 H2SO4

Cu2S + 2 Fe 2(SO4)3 → 2Cu SO4 + 4 FeSO4 + S

Vi khuẩn lưu huỳnh: Có thể oxy hóa H2S thành S và tích trữ hạt S trong tế bào.Khi môi trường thiếu H2S, chúng sẽ oxy hóa tiếp S thành H2SO4 năng lượng sinh rađược dùng để cố định CO2

2 H2S + O2 → 2S + 2 H2O+ năng lượng

Hiện nay có nhiều biện pháp xử lý, biện pháp sinh học được đặc biệt quan tâm

xử lý So với các biện pháp vật lý, hoá học biện pháp sinh học chiếm vai trò quantrọng về qui mô cũng như giá thành đầu tư, do chi phí năng lượng cho một đơn vịkhối lượng chất khử là ít nhất Đặc biệt xử lý bằng biện pháp sinh học sẽ không gâytái ô nhiễm môi trường mà nhược điểm của biện pháp xử lý bằng hoá học mắc phải.Biện pháp xử lý sinh học sử dụng đặc điểm của vi sinh vật là khả năng đồng hoáđược nhiều nguồn cơ chất khác nhau từ tinh bột, cellulose, hợp chất nitơ, kim loạinặng …Thực chất của phương pháp này là nhờ hoạt động sống của vi sinh vật (sửdụng một số hợp chất hữu cơ, chất khoáng có trong nước ô nhiễm làm nguồn dinhdưỡng và năng lượng) để biến đổi các chất hữu cơ cao phân tử trong nước ô nhiễmthành các hợp chất đơn giản hơn, ít ảnh hưởng đến môi trường hơn

Trong nuôi trồng thuỷ sản sulfur là thành phần được quan tâm nhiều bởi vì tầmquan trọng của nó trong các chất cặn thiếu khí Trong điều kiện hiếu khí, lưu huỳnhhữu cơ bị phân hủy thành sulfide rồi sau đó bị oxy hóa thành sulfate Sulfate tan rấtmạnh trong nước và phân tán trong các cặn bã Sự oxy hóa sulfide liên quan đến các

vi sinh vật trong lớp bùn Trong điều kiện kỵ khí, sulfate được sử dụng là chất nhậnđiện tử trong quá trình trao đổi chất của vi sinh vật Quá trình này dẫn đến việc sảnsinh ra khí H2S H2S được sản sinh qua nhiều bước trung gian liên quan đến quátrình khử của vi sinh vật

H2S là thành phần tan trong nước nên sự tích lũy H2S trong nước là nguyênnhân gay hủy hoại mang và các triệu chứng khác ở tôm và cá H2S ở dạng tự do làmột chất cực kỳ độc với tôm và cá ở nồng độ bình thường trong nước tự nhiên cũngnhư nước ao nuôi Các thử nghiệm sinh học trên nhiều loài đã chứng minh rằng, ởbất kỳ nồng độ H2S nào trong nước đều ảnh hưởng lớn đến sự sản xuất động vậtthủy sản

Một số vi khuẩn sống ở tầng đáy có khả năng xử lý H2S được sử dụng rộng rãitrong nuôi trồng thủy sản để duy trì điều kiện nước ao nuôi Một trong những chủng

có hiệu quả trong việc xử lý H2S là Rhodopseudomonas (sản phẩm Rhodo Bacil).

Quá trình loại bỏ H2S được thực hiện theo quá trình như sau:

Việc xử lý sinh học với độc tính của H2S vi khuẩn có thể nuôi cấy để tạo sinhkhối và được đưa vào ao dưới dạng probiotic

Một số chế phẩm sinh học (men vi sinh) thường được sử dụng trong ao vớiniềm tin sẽ làm giảm nguy cơ độc tính của hydrogen sulfide thông qua quá trìnhđiều chỉnh sinh học, giảm thiểu lớp bùn tích tụ ở đáy ao, dẫn đến giảm nguồn hìnhthành hydrogen sulfide

Đã có nhiều nghiên cứu hướng đến việc nâng cao chất lượng nước ao nuôi bằngcách ứng dụng các enzyme hoặc các vi sinh vật có lợi vào trong ao nuôi, gọi là

“điều chỉnh sinh học” Điều chỉnh sinh học được định nghĩa là quá trình sử dụngmột lượng vi sinh vật có lợi - chế phẩm sinh học và các enzyme phù hợp để thảxuống các ao nuôi nhằm tăng cường sự phân hủy chất hữu cơ và loại bỏ các tạpchấp khác không cần thiết trong ao, giảm sự tích tụ của các chất cặn bã và bùn đáy,làm tăng lượng oxy hòa tan trong nước ao nuôi nhờ vậy chất lượng nước trong aonuôi được cải thiện, giúp tăng sản lượng nuôi

Vi khuẩn quang hợp phá vỡ hydrogen sulfide ở đáy ao đã được sử dụng rộng rãitrong nuôi trồng thủy sản để duy trì môi trường nước thích hợp Các vi khuẩn nàybao gồm bacteria - chlorophyll hấp thụ ánh sang và thực hiện quá trình quang hợptrong điều kiện kỵ khí Chúng là các vi khuẩn lưu huỳnh màu tía có thể phát triểntrong điều kiện kỵ khí ở đáy ao Vi khuẩn quang hợp không lưu hình màu tím có thểphân hủy các chất hữu cơ, H2O, NO2 và các chất thải độc hại trong ao Vi khuẩn lưuhuỳnh màu tía phân nhỏ hydrogen sulfide để tận dụng bước sóng của ánh sángkhông bị thực vật phù du hấp thụ Vi khuẩn lưu huỳnh màu tía lấy các hạt electron

từ hydrogen sulfide ở mức năng lượng thấp hơn H2O chia nhỏ sinh vật quang tựdưỡng, do vậy đòi hỏi cường độ ánh sáng thấp hơn cho quá trình quang hợp

Phần 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP

NGHIÊN CỨU

3.1 ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU, ĐỊA ĐIỂM VÀ THỜI GIAN NGHIÊN CỨU

3.1.1 Đối tượng, vật liệu

Nhóm vi khuẩn oxy hóa sulfur được thu thập ở các địa điểm ở vùng ven biểnHải Phòng

3.1.2 Địa điểm và thời gian nghiên cứu

Địa điểm nghiên cứu: Trạm nghiên cứu biển Đồ Sơn

Địa điểm lấy mẫu: khu vực đầm nuôi trồng thủy sản, rừng ngập mặn tại Bàng

La, và khu vực đền Bà Đế

Thời gian nghiên cứu: Tháng 12/2015- 5/2016

3.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.

- Thu mẫu tại một số điểm ở Hải Phòng

- Phân lập và tuyển chọn một số chủng vi khuẩn oxy hóa sulfur

- Nghiên cứu một số đặc điểm sinh học của một số chủng vi khuẩn

oxy hóa sulfur có hoạt tính cao

3.3.1 Phương pháp thu mẫu.

Lấy mẫu phân tích VSV phải đảm bảo nguyên tắc là vô trùng, tránh sự nhiễmtạp, lấy xong phải cho mẫu vào phích lạnh đựng mẫu (vì sinh sản của VSV cựcnhanh, nếu không bảo quản trong điều kiện lạnh ngay, số liệu phân tích sẽ khôngchính xác)

Tốt nhất khi mẫu đã về tới phòng thí nghiệm cần xử lý mẫu và phân tích ngay.Nếu không kịp phân tích thì phải bảo quản mẫu ở tủ lạnh, nhiệt độ < 3 0C Mẫuđược bảo quản không quá 30 ngày, tốt nhất phân tích càng sớm càng tốt

 Phương pháp đo thông số môi trường

Nhiệt độ nước và pH được đo bằng máy đo pH (704, Metrohm, Đức)

Mt nuôi tăng

Tìm kl đặc trưng, cấy 3 pha thuần khiết, giữ giốngCấy mt đĩa thạch

Thử khả năng làm giảm pH của

một số chủng

Chuyển vào mt dịch thể

2-tăng lên trong mt Chọn kl có hoạt tính cao

Giữ giống

Xác định hình thái, testsinh hóa, sinh lí, phân loại

ô nhiễm

Độ mặn (S‰) được đo bằng máy khúc xạ kế cầm tay (Atago, Nhật Bản)

DO được đo bằng máy đo ôxy (YSI-58, Mỹ)

3.3.2 Môi trường phân lập và làm giàu.

Vi khuẩn ôxy hoá sulfur sau khi được làm giàu bằng môi trường Thiosulfatedịch sẽ được phân lập trên thạch đĩa bằng phương pháp cấy trải và ria cấy 3 pha.Chọn khuẩn lạc đặc trưng dựa trên đặc điểm hình thái, kích thước, màu sắc để thuầnkhiết và test hoạt tính để nghiên cứu khả năng xử lý H2S trong môi trường nước bị ônhiễm

Môi trường Thiosulfate dịch thể phân lập vi khuẩn oxy hóa sulfur

Làm môi trường thạch thì thêm 2-3% khối lượng thạch theo thể tích môi trườngdịch thể

Khi làm môi trường, chú ý điều chỉnh pH về 7 -7,2

Các loại môi trường sau khi pha cần hấp khử trùng 1210C,15 phút, dry: 15 phút

Trong các thử nghiệm phân lập được lấy từ các mẫu khác nhau của vi khuẩnoxy hóa lưu huỳnh vừa bị oxy hóa Trong số đó, chủng phân lập được lựa chọn dựatrên khả năng giảm độ pH tốt hơn trên xanh bromophenol chứa sulfur oxy hóa tròndịch thể bằng cách thay đổi màu sắc của các môi trường nuôi cấy từ màu xanh tímsang màu vàng nhạt dần Những vi khuẩn này được coi là vi khuẩn lưu huỳnhnguyên tố ôxi hóa hiệu quả Các sulfur oxy hóa của vi khuẩn phân lập được từ cácmẫu đã thu thập có thể làm giảm độ pH lên đến 4,3-4,2 từ pH ban đầu 8,0 môitrường thiosulphate trong vòng 1 tuần Giảm độ pH của môi trường phát triển của vikhuẩn lưu huỳnh oxy hóa cũng đã được báo cáo bởi Donati et al [14] Việc giảm độ

pH của môi trường là do sự sản xuất axit sunfuric

 Xác định nồng độ SO 4 2- theo phương pháp tạo thành theo qui định của Hiệp Hội Cộng Đồng sức khỏe Mỹ đối với nước và nước thải.

Nguyên tắc: Lượng SO42- cần xác định kết hợp với ion Ba2+ để tạo thành kết tủaBaSO4 sau đó được xác định thông qua mật độ quang ở bước sóng 420nm

Hóa chất: Thuốc thử: Hòa tan 75g NaCl với 50 ml glycerol, 30 ml axitclohydric đặc, 100 ml isopropyl và 100 ml nước cất

Stock MgSO4 1000 ppm: Hòa tan 0,1025 MgSO4.7H2O trong 50 ml nước cất

Xây dựng đường chuẩn sulfate

Từ dung dịch stock tạo ra 6 ống nghiệm tiêu chuẩn với nồng độ 10, 20, 40, 60,

80, 100 mg/l Bổ sung vào mỗi ống nghiệm tiêu chuẩn 5 ml nước cất và 2,5ml thuốcthử, rồi khuấy nhẹ

Mẫu đối chứng là nước cất và tiến hành tương tự như mẫu thí nghiệm Bổ sungvào mỗi ống nghiệm 0,75g BaCl2 rồi khuấy nhẹ trong vòng 1 phút