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

Việt nam là nước nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản là một trong những ngành quan trọng đóng góp lớn vào thu nhập quốc dân. Nhờ địa hình và nguồn nước thuận lợi cho việc nuôi trồng thủy sản, đồng bằng sông Cửu Long là một trong những khu vực trọng điểm của cả nước. Đặc biệt là nghề nuôi tôm đã phát triển mạnh mẽ trong những thập niên qua. Bên cạnh việc diện tích nuôi tăng nhanh thì vấn đề khó khăn gặp phải là nước thải của ao nuôi sau khi thu hoạch tôm. Vì trong nước thải ao nuôi tôm có hàm lượng ô nhiễm cao( COD, N – amonia, N tổng, P tổng, vi khuẩn gây bệnh) với lượng ô nhiễm này khi được sử dụng cho vụ mùa sau sẽ ảnh hưởng đến năng suất của vụ sau và gây ô nhiễm môi trường càng nghiêm trọng hơn. Để khắc phục vấn đề trên thì nước thải ao nuôi tôm phải được xử lý trước khi thải ra sông ngòi. Trong nghiên cứu này, mô hình đất ngập nước (ĐNN) kiến tạo kết hợp diệt khuẩn bằng nano bạc được nghiên cứu để xử lý nước thải ao nuôi tôm. Mô hình ĐNN thì được xây dựng với kích thước 1,2 x 0,3 x 0,4 m, trên mô hình được trồng sậy với mật độ 25 câym2. Sau khi sậy được hai tháng tuổi thì bắt đầu xử lý nước thải tổng hợp thì cho kết quả xử lý cao. Từ những kết quả đó chúng tôi tiến hành xử lý nước thải ao nuôi tôm thật thì hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm khá cao. Nước thải sau khi được xử lý bằng mô hình ĐNN tiếp tục được diệt khuẩn bằng nano bạc, trong nghiên cứu này Ag NPs được tổng hợp bằng phương pháp khử hóa học với tác nhân khử là natri citrat. Kết quả tổng hợp được kiểm tra bằng UV – Vis, XRD, TEM, DLS, ICPMS. Nước thải sau khi được xử lý bằng mô hình ĐNN và diệt khuẩn bằng nano bạc thì đạt tiêu chuẩn thải ra môi trường và tái sử dụng cho các vụ nuôi tôm sau.

TÓM TẮT

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

MS Nước thải sau khi được xử lý bằng mô hình ĐNN và diệt khuẩn bằng nano bạcthì đạt tiêu chuẩn thải ra môi trường và tái sử dụng cho các vụ nuôi tôm sau

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan rằng tất cả những kết quả trình bày trong luận văn này dochính bản thân tôi đã thực hiện dưới sự hướng dẫn của cô TS Hồ Thị Thanh Vân và

TS Đinh Thị Nga tại phòng thí nghiệm hóa học trường đại học Tài Nguyên Và MôiTrường thành phố Hồ Chí Minh Những kết quả tôi trình bày là những kết quả của tôihoàn toàn không sao chép của bất kỳ tác giả nào Những ý tưởng và kết quả nghiêncứu của những tác giả khác đều được trích dẫn lại

TP HCM, ngày ….tháng 12 năm 2015

Nguyễn Âu Lạc

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN iii

ABSTRACT iv

TÓM TẮT v

LỜI CAM ĐOAN vi

MỤC LỤC vii

DANH SÁCH BẢNG BIỂU xv

DANH MỤC KÝ HIỆU TỪ VIẾT TẮT xvi

PHẦN I: TỔNG QUAN 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NUÔI TÔM 1

1.1 Tình hình nuôi tôm ở việt nam 1

1.2 Thực trạng ô nhiễm nguồn nước ao nuôi tôm 2

1.3 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng tới nuôi tôm 4

1.3.1 DO 4

1.3.2 Độ pH 4

1.3.3 Nồng độ muối và tổng chất rắn hòa tan TDS 4

1.3.4 Hàm lượng amonia 4

1.3.5 Nitrit và nitrat 5

1.3.6 Phốt pho 5

1.3.7 Vi sinh vật 5

1.4 Các phương pháp xử lý nước thải ao nuôi tôm 6

1.4.1 Phương pháp sử dụng hệ vi sinh vật 6

1.4.2 Phương pháp sử dụng hệ động thực vật để hấp thụ các chất ô nhiễm 7

1.4.3 Hồ sinh học 8

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO VÀ HOẠT TÍNH KHÁNG KHUẨN CỦA NANO BẠC 9

2.1 Đất ngập nước kiến tạo 9

2.1.1 Khái niệm về đất ngập nước kiến tạo 9

2.1.2 Phân loại đất ngập nước kiến tạo 10

2.1.2.1 Đất ngập nước kiến tạo có dòng chảy tự do trên mặt đất 10

2.1.2.2 Đất ngập nước kiến tạo có dòng chảy ngầm dưới đất 11

2.2 Nano bạc 13

2.2.1 Tổng quan về nano bạc 13

2.2.2 Cơ chế kháng khuẩn của bạc 13

2.2.3 Phương pháp tổng hợp nano bạc 17

2.2.3.1 Phương pháp từ trên xuống (top – down) 17

2.2.3.2 Phương pháp từ dưới lên (bottom – up) 17

2.2.4 Ứng dụng của nano bạc 18

2.2.4.1 Trong diệt khuẩn: 18

2.2.4.2 Trong xúc tác: 19

2.2.4.3 Trong xử lý nước thải: 19

2.2.4.4 Trong ngành dệt 20

CHƯƠNG 3 : TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI AO NUÔI TÔM 21

3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới 21

3.2 Tình hình nghiên cứu trong nước 27

PHẦN II : THỰC NGHIỆM 31

CHƯƠNG 4: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 31

4.1 Mục tiêu nghiên cứu 31

4.2 Nội dung nghiên cứu 31

4.3 Phương pháp nghiên cứu 32

4.3.1 Thành phần nước thải tổng hợp 32

4.3.2 Xây dựng mô hình đất ngập nước kiến tạo 33

4.3.3 Khảo sát hiệu quả xử lý nước thải tổng hợp bằng mô hình ĐNN 34

4.3.4 Khảo sát hiệu quả xử lý nước thải ao nuôi bằng mô hình ĐNN 35

4.3.5 Điều chế nano bạc 36

4.3.6 Khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng đến kích thước hạt Ag NPs 37

4.3.7 Khảo sát khả năng diệt khuẩn của nano bạc 38

4.3.8 Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải ao nuôi tôm bằng mô hình ĐNN kết hợp diệt khuẩn bằng nano bạc 39

5.1 Đo phổ hấp thụ UV-Vis 41

5.2 Phương pháp XRD 41

5.3 Phương pháp kính hiển vi điện tử truyền qua (TEM) 42

5.4 Phương pháp ICP/Ms (Inductivey Coupled Plasma mass spectrometry) 42

5.5 Phương pháp DLS (Laser Scattering Particle Size Distribution Analyze) 43

5.6 Phương pháp MPN ( MOST PROBABLE NUMBER) 45

5.7 Phương pháp khối lượng xác định hàm lượng chất rắn lơ lững 46

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

5.9 Xác định N – tổng bằng phương pháp chuẩn độ axit – bazo theo TCVN 6638 – 2000 47

2.10 Xác định P – tổng phương pháp so màu theo SM 4500 - PO 43−¿ 48

2.11 Phần mềm sử dụng 48

PHẦN III : KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 49

CHƯƠNG 6: KẾT QUẢ MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC 49

6.1 Khả năng xử lý nước thải tổng hợp của mô hình ĐNN 49

6.1.1 Sự biến đổi pH 49

6.1.2 Sự biến đổi tổng chất rắn hòa tan ( TDS) 51

6.1.3 Sự biến đổi COD 52

6.1.4 Sự biến đổi P – tổng 54

6.1.5 N –Amonia và N - tổng 55

6.2 Xử lý nước thải thật bằng mô hình ĐNN 57

6.2.1 Sự thay đổi pH của nước 61

6.2.2 Sự biến đổi TDS 62

6.2.3 Sự biến đổi COD 63

6.2.4 Nitơ tổng và nitơ amonia 66

6.2.5 Khả năng diêt khuẩn của mô hình ĐNN 68

7.1 Phổ UV-Vis 69

7.2 Phân tích cấu trúc hạt 71

7.3 Kết quả TEM 72

7.4 Cơ chế phản ứng 73

7.5 Diệt khuẩn bằng nano bạc 75

7.5.1 Diệt khuẩn nước thải ao nuôi tôm trước khi xử lý bằng mô hình ĐNN 75

7.5.2 Diệt khuẩn nước thải ao nuôi tôm sau khi xử lý bằng mô hình ĐNN 76

7.6 Đánh giá hiệu quả xử lý nước nước ao nuôi tôm bằng mô hình ĐNN kết hợp

diệt khuẩn bằng nano bạc 78

CHƯƠNG 8: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 82

8.1 Kết luận 82

8.2 Kiến nghị 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 CÔNG TRÌNH THAM GIA

PHỤ LỤC

DANH SÁCH HÌNH ẢN

Hình 1 1:Diện tích và sản lượng nuôi tôm 5 tháng đầu năm 2014 của ĐBSCL 1

Hình 1 2: Nhiều ao, hồ nuôi tôm ở xã Mỹ Thắng bỏ hoang vì môi trường bị ô nhiễm nghiêm trọng 2

Hình 1 3: Nước thải từ ao nuôi tôm 3

Hình 1 4: Mô hình xử lý nước thải bằng vi sinh vật 7

Hình 1 5: Mô hình xử lý nước thải sử dụng hệ động thực vật 8

Hình 1 6: Mô hình hồ sinh học 8Y Hình 2 1: Đất ngập nước ở đồng bằng sông Cửu Long 9

Hình 2 2: ĐNN có dòng chảy tự do trên bề mặt đất 10

Hình 2 3:ĐNN kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang 11

Hình 2 4: ĐNN kiến tạo chảy ngầm theo chiều đứng 12

Hình 2 5: ĐNN kiến tạo kết hợp dòng chảy ngang và dọc 12

Hình 2 6: Hạt nano bạc 13

Hình 2 7: Tác động của ion bạc lên vi khuẩn 14

Hình 2 8: Ion bạc vô hiệu hóa enzym chuyển hóa oxy của vi khuẩn 15

Hình 2 9: Ion bạc liên kết với các bazơ của DNA 15

Hình 2 10:Một số loài vi sinh vật điển hình bị diệt bằng nano bạc 16

Hình 2 11: Dung dịch bạc nano lỏng và kỹ thuật laser hồng ngoại (a) và hạt nano được sấy khô (b)] 17

Hình 2 12: Ứng dụng của nano bạc để diệt sạch vi khuẩn gây mùi trong tủ lạnh 18

Hình 2 13: Ứng dụng của nano bạc trong xử lý nước thải 19 Hình 2 14: Khẩu trang nano bạc 2

Hình 3 1: Mô hình kết hợp ao lắng, ao nuôi hào và ao tảo 22

Hình 3 2: Mô hình thiết bị phản ứng sinh học với thảm vi sinh vật kiến tạo 22

Hình 3 3: Mô hình kết hợp công nghệ sinh học và quá trình tự nhiên 23

Hình 3 4: Mô hình xử lý nước thải nuôi tôm SBR 25

Hình 3 5: Mô hình kết hợp tôm – cá – rong biển 26

Hình 3 6: Cây bèo tây 26

Hình 3 7: Đồ thị biểu diễn khả năng xử lý BOD5 và COD của F, H, C 2 Hình 4 1: Mô hình đất ngập nước kiến tạo 33

Hình 4 2: Mô hình thực nghiệm đất ngập nước kiến tạo 34

Hình 4 3: Quy trình xử lý nước thải tổng hợp bằng mô hình ĐNN 35

Hình 4 4: Quy trình xử lý nước thải ao nuôi tôm bằng mô hình ĐNN 36

Hình 4 5: Quy trình điều chế nano bạc 37

Hình 4 6: Quy trình khảo sát ảnh hưởng thời gian phản ứng tới kích thước Ag NPs38 Hình 4 7: Quy trình khảo sát khả năng diệt khuẩn của nano bạc 39

Hình 4 8: Quy trình đánh giá hiệu quả xử lý nước thải ao nuôi tôm bằng mô hình ĐNN kết hợp với diệt khuẩn bằng nano bạc4 Hình 5 1: Máy quang phổ hấp thụ UV-Vis Shimazu TCC-240A 41

Hình 5 2: Nguyên tắc tán xạ tia X của phổ EDX 42

Hình 5 3: Sơ đồ nguyên lý hệ thống quang học trong thiết bị đo DLS 44

Hình 5 4: máy đo phân bố kích thước hạt HORIBA LA - 950 44 Hình 5 5: Các thao tác trong phương pháp MPN 4

Hình 6 1: Sự biến đổi pH của nước thải đầu ra 50

Hình 6 2: Sự biến đổi TDS 52

Hình 6 3: Sự biến đổi COD của nước thải sau khi xử lý 54

Hình 6 4: Sự biến đổi P- tổng 55

Hình 6 5: Biểu đồ hiệu suất xử lý nitơ tổng và amoni của mô hình ĐNN 57

Hình 6 6:Ao nuôi tôm trước khi thả nuôi tôm 58

Hình 6 7: Ao nuôi tôm thẻ chân trắng 58

Hình 6 8: Nước thải ao tôm trước (a) và sau (b) khi qua mô hình ĐNN 59

Hình 6 9: Sự thay đổi nhiệt độ của nước trong mô hình 60

Hình 6 10: Sự thay đổi pH của nước thải trước và sau khi xử lý 61

Hình 6 11: Kết quả xử lý TDS trong nước thải của mô hình ĐNN 62

Hình 6 12: Kết quả xử lý COD trong nước thải của mô hình ĐNN 64

Hình 6 13: Hiệu quả xử lý N- tổng và N - Amonia của mô hình ĐNN 6 Hình 7 1: Phổ hấp thụ UV-Vis của hạt nano bạc ở những thời gian phản ứng khác nhau (a) 1,0 h; b) 1,5 h; c) 2,0 h 69

Hình 7 2: Màu sắc của hạt nano bạc ở những thời gian phản ứng khác nhau 70

Hình 7 3: Kết quả XRD của Ag NPs với thời gian phản ứng khác nhau 71

Hình 7 4: Ảnh TEM và DLS của Ag NPs ở những thời gian phản ứng khác nhau .72 Hình 7 5: Ảnh TEM của Ag NPs ở 1 giờ với thang đo khác nhau 20 nm (a) và 50 nm (b) 73

Hình 7 6: Cơ chế hình thành Ag NPs được bao phủ bởi những ion citrat 74

Hình 7 7: Sự phát triển kích thước hạt của Ag NPs 74

Hình 7 8: biểu đồ hiệu quả xử lý vi khuẩn của keo bạc với nồng độ khác nhau 76

Hình 7 9: Kết quả diệt khuẩn của nano bạc với nồng độ và thời gian tiếp xúc khác

nhau 78

DANH SÁCH BẢNG BI Bảng 1 1: Tình trạng tôm chết tại ĐBSCL, Nguồn Tổng cục thống kê 3Y Bảng 3 1: Kết quả xử lý nướct hải ao nuôi tôm bằngao lắng trầm tích 2 Bảng 4 1: Thành phần nước thải tổng hợp 3 Bảng 6 1: Kết quả pH đầu vào và đầu ra 49

Bảng 6 2: Kết quả TDS đầu vào và đầu ra 51

Bảng 6 3: Kết quả xử lý COD ở các tải lượng khác nhau 53

Bảng 6 4: Kết quả xử lý P – tổng ở các tải lượng khác nhau 54

Bảng 6 5: Kết quả xử lý nitơ tổng và amoni của mô hình ĐNN 56

Bảng 6 6: Kết quả xử lý nước thải của mô hình ĐNN 63

Bảng 6 7: Hiệu quả xử lý COD theo tải lượng ô nhiễm 64

Bảng 6 8: Hiệu quả xử lý tải lượng ô nhiễm N của mô hình 6 Bảng 7 1: Kết quả UV-Vis của các hạt nano bạc 70

Bảng 7 2:Hoạt tính kháng khuẩn của keo bạc 75

Bảng 7 3:Kết quả kháng khuẩn của nano bạc 77

Bảng 7 4:Kết quả xử lý nước thải của mô hình ĐNN 78

Bảng 7 5: Khả năng diệt khuẩn của mô hình ĐNN và nano bạc 79

Bảng 7 6: Hiệu quả diệt khuẩn của nano bạc trong nước thải trước và sau khi xử lýbằng mô hình ĐNN 79Bảng 7 7:Kết quả xử lý nước thải bằng mô hình ĐNN kết hợp diệt khuẩn bằng nanobạc 80

DANH MỤC KÝ HIỆU TỪ VIẾT TẮT

BOD Biochemical oxygen demand

TSS Total suspended solids

TDS Total dissolved solids

ICP - Ms Inductively Coupled Plasma mass spectrometry

DLS Laser Scattering Particle Size Distribution

Ag NPs Silver nanoparticles

PHẦN I: TỔNG QUAN CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NUÔI TÔM

1.1 Tình hình nuôi tôm ở việt nam

Nghề nuôi trồng thủy sản được khởi nguồn ở nước ta từ những năm 1970.Hiện nay, nuôi trồng thủy sản là một trong những ngành kinh tế trọng điểm của cảnước và không ngừng gia tăng về diện tích, sản lượng cũng như thu nhập Tổng sảnlượng thủy sản nuôi trồng ở nước ta năm 2012 là 3,27 triệu tấn, chiếm 55,2% tổngsản lượng thủy sản, trong đó sản lượng tôm là 488.000 tấn cá tra và 1,24 triệu tấn.Đến hết tháng 8 năm 2013, ước tính diện tích nuôi tôm cả nước đạt 600.000 ha,trong đó diện tích nuôi tôm sú là 570.000 ha, tôm chân trắng là 25.200 ha Vaseptrích dẫn báo cáo của các Sở Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn khu vực Đồngbằng sông Cửu Long 5 tháng đầu năm 2014 cho thấy: diện tích nuôi tôm giảm nhiềunhất tại Bạc Liêu với mức 6,9%, tiếp đến là Trà Vinh giảm 4,2% và Cà Mau giảm1,1% Xét về diện tích thì tại Kiên Giang diện tích tăng đến 1,7% Về sản lượng tômlại có sự biến động đáng kể Điển hình tại Bạc Liêu, sản lượng đã giảm hơn 19%,trong khi các tỉnh còn lại tăng từ 19-63% Đối với các tỉnh vùng Đông Nam bộ, tìnhhình nuôi tôm sú của 2 tỉnh Bà Rịa–Vũng Tàu và thành phố Hồ Chí Minh vẫn chưa

có dấu hiệu khả quan, sản lượng tôm sú đều giảm so với cùng kỳ năm trước

Hình 1 1: Diện tích và sản lượng nuôi tôm 5 tháng đầu năm 2014 của ĐBSCL

Nam Bộ là khu vực có diện tích và sản lượng nuôi tôm ven biển lớn nhất cảnước, điển hình là các tỉnh: Tiền Giang, Bạc Liêu, Cần Thơ, Sóc Trăng… Mặc dù

có sự biến động nhưng xét về mặt tổng thể thì hiệu quả từ việc nuôi tôm đã và đangmang lại lợi nhuận kinh tế cao, cung cấp nguồn nguyên liệu tôm cho xuất khẩu, giảiquyết việc làm cho hàng triệu người lao động trong cả nước

1.2 Thực trạng ô nhiễm nguồn nước ao nuôi tôm

Việc gia tăng hoạt động nuôi tôm trong những thập niên gần đây khiến diệntích nuôi tôm toàn cầu được mở rộng, các công nghệ nuôi trồng thủy sản cũng đượccải tiến về giống, nguồn thức ăn và kỹ thuật cho ăn Tuy nhiên, chính sự phát triểnquá nhanh này lại phát sinh những mối nguy hại như: tải lượng nước thải, bùn thải

từ quá trình nuôi tôm ngày càng cao và không được xử lý triệt để gây nên vấn đề ônhiễm môi trường và dịch bệnh cho tôm hoặc lây nhiễm nguồn bệnh từ tôm nuôisang các loại thủy sản tự nhiên trong vùng Phần lớn bùn thải được sinh ra do thức

ăn dư thừa và phân tôm thải ra được lắng đọng và tích tụ dưới đáy ao Lớp bùn nàychứa hàm lượng chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng cao dễ bị phân hủy kỵ khí tạo

ra các khí độc như H2S, NH3 gây hại đến quá trình sinh trưởng của tôm và ảnhhưởng đến môi trường sinh thái

Hình 1 2: Nhiều ao, hồ nuôi tôm ở xã Mỹ Thắng bỏ hoang vì môi trường bị ô

nhiễm nghiêm trọng Bảng 1 1: Tình trạng tôm chết tại ĐBSCL, Nguồn Tổng cục thống kê

2006 Các tỉnh Nam Bộ đã có gần 2 tỷ con tôm sú giống bị chết Mức độ

thiệt hại, phổ biến ở các địa phương là 10% -20%

2008 Tôm chết hàng loạt diễn ra trên 100.000ha, mức độ thiệt hại từ

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

2009 Hơn 1.000 ha diện tích nuôi tôm sú ở các tỉnh bị bệnh chết

2010 Diện tích nuôi tôm có mức độ thiệt hại từ 20 - 80%, khoảng

40.000ha

Nước thải nuôi tôm chứa lượng thức ăn còn sót lại, phân và chuyển hoá dinhdưỡng của tôm (ước lượng có khoảng 63 – 78 % nitơ và 76 – 80 % phốt pho trongthức ăn của tôm bị thất thoát vào môi trường) Do đó, đặc trưng của nước thải này lànồng độ nitơ và phốt pho cao Nếu các nguồn nitơ và phốt pho này không được xử

lý trước khi thải ra môi trường hay trước khi chuẩn bị cho vụ nuôi tiếp theo thì sẽgây hiện tượng phú dưỡng hóa môi trường nước nguồn tiếp nhận cũng như tạo môi

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

ao nuôi gây bệnh cho tôm

Hình 1 3: Nước thải từ ao nuôi tôm

1.3 Các yếu tố môi trường ảnh hưởng tới nuôi tôm

1.3.1 DO

DO là lượng oxi hòa tan cần cung cấp cho hoạt động sống của tôm và một sốsinh vật trong nước Tôm phát triển mạnh ở DO > 4 mg/lít và đặc biệt thích hợpvới DO = 5 mg/lít Chúng phát triển chậm khi DO dao động khoảng 2 -3 mg/lít và

có thể chết khi DO < 2 mg/lít Do vậy, DO là một chỉ số quan trọng để đánh giá sự

ô nhiễm của nguồn nước [1,2]

1.3.2 Độ pH

Độ pH rất quan trọng, sự thay đổi của nó ảnh hưởng gián tiếp đến đời sốngthủy sinh vật Vì khi pH thay đổi nó sẽ kéo theo sự thay đổi của các yếu tố chấtlượng nước khác Cụ thể như nếu độ pH thấp sẽ làm giải phóng các kim loại từ đá

và các chất lắng đáy trong ao, hồ Các kim loại này sẽ ảnh hưởng đến quá trìnhtrao đổi chất của tôm, cá và khả năng hấp thu nước qua mang Độ pH đạt giá trịtrong khoảng 6,5–8,8 là an toàn cho sự phát triển của tôm, nhưng giá trị tối ưu là7,5– 8,5 Đối với nước nuôi tôm, giá trị tổng kiềm khoảng 100 mgCaCO3/l sẽ đảmbảo cho môi trường nước ít biến đổi lớn trong ngày Độ kiềm thích hợp cho tômphát triển là từ 90 – 150 mg CaCO3/l [3]

1.3.3 Nồng độ muối và tổng chất rắn hòa tan TDS

Tổng hàm lượng của các ion hòa tan chứa trong 1 kg nước là nồng độ muốihay độ mặn của nước Trong đó đơn vị 0/00 hay ppt (phần nghìn) là kí hiệu để biểu

diễn đơn vị đo nồng độ (g/kg) của các muối hòa tan trong nước.

Nồng độ muối thích hợp cho tôm phát triển là: 0- 40‰ (thích hợp nhất là 25‰) Tôm phát triển nhanh nhưng sức đề kháng yếu ở nồng độ muối thấp vàngược lại ở nồng độ muối cao đó là nó sẽ phát triển chậm song sức đề kháng cao

15-1.3.4 Hàm lượng amonia

Amonia (NH3) độc với con người và với tôm cũng vậy Trong môi trườngnước nuôi tôm nó được hình thành từ quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ nhưphân bón, thức ăn dư thừa, xác phiêu sinh động thực vật, chất bài tiết của tôm… Đểđảm bảo môi trường sống tốt cho tôm phải xử lý NH3 tới ngưỡng thích hợp chotôm Ví dụ: đối với tôm sú ngưỡng thích hợp là nhỏ hơn 0,03 mg/l và hàm lượnglớn hơn 0,1 mg/l có thể gây chết [1,4]

1.3.5 Nitrit và nitrat

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

1.3.7 Vi sinh vật [ 6].

Vi sinh vật là những cơ thể sống có kích thước rất nhỏ mà mắt thường khôngnhìn thấy được Chúng gồm có đại diện của thực vật như: tảo nấm nấm men, vikhuẩn và hệ này được gọi là hệ vi thực vật và đại diện của động vật: động vật

nguyên sinh được gọi là hệ vi động vật Các vi sinh vật trong môi trường nước baogồm sinh vật nổi chúng phát triển trong lớp nước mỏng ở trạng thái lơ lửng và sinhvật đáy sống nhờ bùn đất ở đáy nguồn nước Trong quá trình sống và phát triển visinh vật thường gây ra hai hiện tượng đáng chú ý:

- Hiện tượng phú dưỡng hóa: các vi sinh thực, động vật phát triển trên lớp bềmặt của các vật thể dưới nước và tạo thành các màng, vết bám vi sinh vật rấtđặc trưng của quá trình phú dưỡng hóa

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

1.4 Các phương pháp xử lý nước thải ao nuôi tôm

Hiện nay cùng với tốc độ gia tăng nhanh diện tích nuôi trồng thủy sản đặc biệt

là nuôi tôm, thì vấn đề xử lý nước thải ao nuôi tôm rất được quan tâm nhằm tăngnăng suất cũng như hiệu quả kinh tế Vì vậy, đã thúc đẩy nhiều nhà khoa học vàonghiên cứu đưa ra những phương pháp xử lý nước thải ao nuôi đạt hiệu quả cao vàphù hợp với điều kiện từng vùng Hiện nay, có 2 hướng chính để xử lý nước thải aonuôi tôm là: sử dụng hệ vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải và

sử dụng hệ động thực vật thủy sinh để hấp thụ các chất hữu cơ

1.4.1 Phương pháp sử dụng hệ vi sinh vật

Có một số loài vi sinh vật có khả năng sử dụng các chất hữu cơ và một số chấtkhoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng, sinh trưởng 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 nước thải thủy sản Quá trình phân hủy nàyđược gọi là quá trình phân hủy ôxy hóa sinh hóa

Một số chế phẩm vi sinh thường dùng để cải thiện môi trường nước ao nuôitôm, cá như Super VS, BRF-2 quakit … Thành phần sinh học của chế phẩm nàygồm nhiều chủng loại vi sinh, tập hợp các thành phần men ngoại bào của quá trìnhsinh trưởng vi sinh, các enzym ngoại bào tổng hợp, các chất dinh dưỡng sinh học vàkhoáng chất kích hoạt sinh trưởng ban đầu và xúc tác hoạt tính Chúng có khả năng

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

Hình 1 4: Mô hình xử lý nước thải bằng vi sinh vật

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

Bản chất của việc sử dụng hệ động, thực vật để loại bỏ các chất ô nhiễm 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 phốt pho, carbon để tổng hợp các chất hữu cơ làm tăng sinh khối(sinh vật tự dưỡng), đó là tảo hay thực vật phù du, rong câu và các loài thực vậtngập mặn khác [8]

Kế tiếp, trong chuỗi thức ăn là các động vật bậc một – động vật ăn thực vật.Ðiển hình của các động vật bậc một ở vùng nước ven biển là các loại ngao, vẹm,hàu các loài này có thể tiêu thụ các thực vật phù du và cải thiện điều kiện trầm tích

đáy Các loài cá ăn thực vật phù du và mùn bã hữu cơ như: cá măng, cá đối cũngđược thử nghiệm sử dụng ở các kênh thoát nước thải (Micheal J Phillips, 1995)

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

1.4.3 Hồ sinh học

Là một chuỗi từ 3 đến 5 hồ, nước thải được làm sạch bằng quá trình tự nhiênthông qua các tác nhân là tảo và vi khuẩn Mối quan hệ giữa vi sinh vật, thực vậttrong hồ sinh học là mối quan hệ thông qua oxy và các chất dinh dưỡng cơ bản Trong hồ luôn diễn ra các quá trình như quang hợp, khuếch tán oxy vào nước.Nhưng quá trình quang hợp chỉ xảy ra trong điều kiện có ánh sáng, ánh sáng chiếuvào nước phụ thuộc vào hai yếu tố cơ bản là chiều sâu của nước và sự tồn tại hàmlượng chất hữu cơ lơ lửng nhiều hay ít [4,6]

Mô hình này có thể áp dụng cho những nơi có diện tích đất lớn, để xử lý nướcthải trong nuôi tôm sẽ cho hiệu quả về môi trường và kinh tế

Hình 1 6: Mô hình hồ sinh học

CHƯƠNG 2: MÔ HÌNH ĐẤT NGẬP NƯỚC KIẾN TẠO VÀ HOẠT TÍNH

KHÁNG KHUẨN CỦA NANO BẠC

2.1 Đất ngập nước kiến tạo

2.1.1 Khái niệm về đất ngập nước kiến tạo

Theo Công ước Ramsar thì "Đất ngập nước (wetland) bao gồm: những vùngđầm lầy, đầm lầy than bùn, những vực nước bất kể là tự nhiên hay nhân tạo, nhữngvùng ngập nước tạm thời hay thường xuyên, những vực nước đứng hay chảy, lànước ngọt, nước lợ hay nước mặn, kể cả những vực nước biển có độ sâu không quá6m khi triều thấp" Vùng Đồng bằng sông Cửu Long được xem là vùng đất ngậpnước rộng lớn của nước ta vì có đủ các yếu tố của định nghĩa này [9]

Hình 2 1: Đất ngập nước ở đồng bằng sông Cửu Long

Đất ngập nước được xem là vùng đất giàu tính đa dạng sinh học, có nhiều tiềmnăng nông lâm ngư nghiệp nhưng rất nhạy cảm về mặt môi trường sinh thái Chúngtham gia tích cực vào chu trình thủy văn và có khả năng xử lý chất thải qua quátrình tự làm sạch bằng các tác động lý hóa và sinh học phức tạp Tuy nhiên, việc xử

lý nước thải qua đất ngập nước tự nhiên thường chậm, mất nhiều diện tích và khókiểm soát quá trình xử lý Nên các nhà khoa học đã đề xuất ra giải pháp xây dựng

mô hình đất ngập nước kiến tạo nhằm tăng hiệu quả xử lý nước thải, giảm diện tích

và đặc biệt có thể quản lý được quá trình vận hành ở mức đơn giản

2.1.2 Phân loại đất ngập nước kiến tạo

2.1.2.1 Đất ngập nước kiến tạo có dòng chảy tự do trên mặt đất

Đây là hệ thống có dòng chảy tự do trên mặt đất (hình 2.2), các loại thực vật vĩ

mô được sử dụng như lục bình, bèo tây, các loại cây sống dưới nước, hay các loạithực vật có phần thân ở trên mặt nước còn bộ rễ ở dưới nước Các loại thực vật giúp

xử lý các chất ô nhiểm, nhu cầu oxy hóa, các chất rắn hòa tan, chất rắn lơ lững, nitơ,phốt pho Sau đó lượng bùn giàu dinh dưỡng sẽ được lắng đọng dưới lớp đất Thựcvật thì cung cấp oxy cho lớp bùn bằng rễ của nó, làm tăng các quá trình phân hủyhiếu khí các chất ô nhiễm bởi các vi sinh vật [9]

Hình 2 2: ĐNN có dòng chảy tự do trên bề mặt đất [10]

Loại chảy tự do sẽ mang lại ưu điểm là ít tốn kém, quy trình xử lý đơn giản vàtạo sự điều hòa nhiệt độ khu vực cao, nhưng lại vấp phải 3 nhược điểm lớn là: diệntích đất sử dụng lớn nhưng hiệu quả xử lý kém, bên cạnh đó nó tạo môi trườngthuận lợi cho muỗi và côn trùng phát triển gây ảnh hưởng đến đời sống

2.1.2.2 Đất ngập nước kiến tạo có dòng chảy ngầm dưới đất [11]

Loại thứ hai được phân chia thành 3 kiểu: chảy ngang, chảy thẳng đứng và kếthợp chảy ngang và chảy đứng

Loại chảy ngang (HF): nước thải thì được cho vào từ đầu vào với tốc độ chậm,khi đó nước thải sẽ chãy xuyên qua các lổ xốp theo chiều ngang cho tới khi tới đầu

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

Hình 2 3: ĐNN kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang [11]

Loại chảy dọc (VF), trong hệ thống này nước thải được chảy từ trên xuống dướithấm qua lớp sỏi, cát và được thu gom bằng ống nước phía nền mô hình Bên trên lớp sỏi,cát được trồng các loại thực vật( hình 2.4) Với thiết kế này thì mô hình tương đối nhỏ hơn

so với mô hình dòng chảy ngang Nó có thể loại bỏ các chất ô nhiểm như BOD5, COD vàcác vi sinh vật khỏi nước thải

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

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

Hình 2 5: ĐNN kiến tạo kết hợp dòng chảy ngang và dọc

Việc chọn kiểu hình tùy thuộc vào mục đính và địa hình Trong luận văn này,chúng tôi sẽ chọn kiểu chảy ngang Bên cạnh đó, có rất nhiều loại cây trồng được sửdụng để tham gia vào quá trình hấp thu các chất ô nhiễm trong nước thải ao nuôitôm như: cây sậy, lục bình, bèo… Nhưng kết quả thực nghiệm xử lý nước thải ởĐại học Cần Thơ năm 2000 cho thấy cây sậy và cát cho hiệu quả hấp thu nitơ (N)rất cao, lên đến 90-92% và phốt pho lên đến 60-63% Do đó, chúng tôi sẽ sử dụngcây sậy trong mô hình của mình

2.2 Nano bạc

2.2.1 Tổng quan về nano bạc

Nano bạc đã thu hút được sự quan tâm rất lớn của các nhà khoa học trong vàngoài nước quan bởi chúng có khả năng tiêu diệt rất nhiều loài vi sinh vật gây bệnhnhư: nấm, vi khuẩn với hiệu quả rất cao và tác dụng nhanh chóng Đồng thời chínhkhả năng khả năng phân tán ổn định trong các loại dung môi khác nhau (trong dungmôi phân cực như nước và trong các dung môi không phân cực như benzene,toluene) [12,13]

Hình 2 6: Hạt nano bạc

Ngoài ra, chúng có độ bền hóa học cao, không bị biến đổi dưới tác dụng củaánh sáng và các tác nhân oxy hóa khử thông thường; bền nhiệt tốt; đặt biệt là chi phícho quá trình sản xuất thấp Gần đây, các nhà khoa học trường đại học y khoaOdense đã tiến hành thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng của nano bạc đến sức khỏe conngười Kết quả cho thấy hạt nano bạc không có tương tác mạnh với cơ thể conngười và cũng không là tác nhân gây độc Tất cả những ưu điểm trên đã giúp chúngđược sử dụng rất phổ biến trong việc diệt khuẩn

2.2.2 Cơ chế kháng khuẩn của bạc [13-19]

Các đặc tính kháng khuẩn của bạc bắt nguồn từ tính chất hóa học của ion Ag+.Hiện nay, cơ chế diệt khuẩn của nano bạc được giải thích chủ yếu dựa trên sự tươngtác tĩnh điện giữa ion bạc mang điện tích dương và bề mặt tế bào vi khuẩn mangđiện tích âm và trên sự vô hiệu hóa nhóm thiol trong enzym vận chuyển ôxy, hoặctrên sự tương tác của ion bạc với DNA dẫn đến sự đime hóa pyridin và cản trở quátrình sao chép DNA của tế bào vi khuẩn

Các nhà khoa học thuộc hãng Inovation của Hàn Quốc cho rằng: bạc tác dụngtrực tiếp lên màng bảo vệ của tế bào vi khuẩn Màng này là một cấu trúc gồm cácglycoprotein được liên kết với nhau bằng cầu nối axit amin để tạo độ cứng chomàng Các ion bạc vừa mới được giải phóng ra từ bề mặt các hạt nano bạc tương tácvới các nhóm peptidoglican và ức chế khả năng vận chuyển oxy của chúng vào bên

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

Hình 2 7: Tác động của ion bạc lên vi khuẩn

Cơ chế tác động của các ion bạc lên vi khuẩn cũng được các nhà khoa họcTrung Quốc làm việc trong hãng Anson mô tả như sau: khi ion Ag+ tương tác vớilớp màng của tế bào vi khuẩn gây bệnh nó sẽ phản ứng với nhóm sunphohydril –SHcủa phân tử enzym vận chuyển oxy và vô hiệu hóa enzym này dẫn đến ức chế quátrình hô hấp của tế bào vi khuẩn theo phương trình sau:

2Ag+ + O2- > 2Ag0 + O0 Bên cạnh đó, các ion bạc còn có khả năng ức chế quá trình phát triển của vikhuẩn bằng cách sản sinh ra ôxy nguyên tử siêu hoạt tính trên bề mặt của hạt nanobạc

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

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

Hình 2 9: Ion bạc liên kết với các bazơ của DNA

Cho đến nay, quan điểm về cơ chế tác động của nano bạc lên tế bào vi sinh vậtđược hầu hết các nhà khoa học thừa nhận đó là quá trình biến đổi các nguyên tử bạckim loại trên bề mặt hạt nano bạc thành các ion Ag+ tự do và các ion tự do này sau

đó tác dụng lên vi khuẩn Song song đó, các nhà khoa học đã đề xuất một số giảthiết về cơ chế khử trùng của nano bạc như sau:

- Quá trình ôxy hóa nguyên sinh chất của tế bào vi khuẩn hoặc phá hủynguyên sinh chất bởi ôxy hòa tan trong nước với vai trò xúc tác của bạc

- Quá trình vô hiệu hóa enzym có chứa các nhóm –SH và –COOH, phá vỡ cânbằng áp suất thẩm thấu, hoặc tạo phức với axit nucleic dẫn đến làm thay đổi cấutrúc DNA của tế bào vi sinh vật

- Tác động gián tiếp lên phân tử DNA bằng cách tăng số lượng các gốc tự dolàm giảm hoạt tính của các hợp chất chứa ôxy hoạt động, làm rối loạn các quátrình ôxy hóa cũng như phosphoryl hóa trong tế bào vi khuẩn

- Ức chế quá trình vận chuyển các ion Na+ và Сa2+ qua màng tế bào.

Ngoài ra, một số nhà khoa học còn cho rằng ion bạc có khả năng vô hiệu hóacác loài virut gây bệnh đậu mùa, bệnh cúm A-1, B, adenovirus và HIV, cho hiệu

quả điều trị tốt đối với các bệnh virut Marburg, virut bệnh đường ruột (enteritis) và

virut bệnh chó dại.Tuy nhiên, để có thể vô hiệu hóa hoàn toàn virut

bacteriophag đường ruột N163, virut Koksaki serotyp A-5, A-7, A-14 cần đến nồng

độ bạc cao hơn (0,5 – 5,0 mg/lít) so với trường hợp xử lý Escherichia, Salmonella, Shigellia và các loài virut đường ruột khác (0,1 – 0,2 mg/lít).

Nano bạc thể hiện mạnh mẽ khả năng diệt nấm: tại nồng độ 0,1mg/lít, với mật

độ 105 tế bào/lít, nấm Candida albicans có thể bị vô hiệu hóa hoàn toàn sau 30

2.2.3.1 Phương pháp từ trên xuống (top – down)

Phương pháp ăn mòn laser: Vật liệu ban đầu là một tấm bạc được đặt trong mộtdung dịch có chứa chất hoạt động bề mặt Một chùm laser xung có bước sóng 532

nm, độ rộng xung là 10 ns, tần số 10 Hz, năng lượng mỗi xung là 90 mj, đường kínhvùng kim loại bị tác dụng từ 1 – 3 mm Dưới tác dụng của chùm laser xung, các hạtnano có kích thước khoảng 10 nm được hình thành và được bao phủ bởi các chấthoạt động bề mặt với nồng độ phù hợp (hình 2.11) [21,22]

Hình 2 11: Dung dịch bạc nano lỏng và kỹ thuật laser hồng ngoại (a) và hạt nano

được sấy khô (b)]

2.2.3.2 Phương pháp từ dưới lên (bottom – up).

a Phương pháp khử hóa học:

Sử dụng các tác nhân khử để khử các ion bạc thành các hạt nano bạc Các tácnhân khử được sử dụng NaBH4, natri citrat, hidro, hydroxyamin, hydrazine,formaldehyd và các dẫn xuất của nó, EDTA và các mono sacharides [23-25]

Ag+ + X → Ag0 → Ag NPs

b Phương pháp vật lý: [26,27]

Sử dụng các tác nhân vật lý như điện từ, tia UV, gramma khử ion bạc thànhnano bạc Dưới tác dụng của các tác nhân này quá trình biến đổi của dung môi vàcác chất phụ gia trong dung môi sẽ sinh ra các gốc hóa học có tác dụng khử ion bạcthành hạt nano bạc theo phương trình sau: Ag+ hv → Ag0

c Phương pháp sinh học: [28,29]

Phương pháp này sử dụng các tác nhân như vi rút, vi khuẩn có khả năng khửion bạc tạo nguyên tử bạc kim loại Dưới tác dụng của vi khuẩn, vi rút thì ion bạc sẽthành hạt nano bạc Các tác nhân này thường là các vi khuẩn MKY3, các loại nấmverticillium Ưu điểm của phương pháp này đơn giản, thân thiện môi trường

Ag+ vikhuẩn , virút → Ag0

2.2.4 Ứng dụng của nano bạc

Hiện nay nano bạc được ứng dụng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực khác nhaunhư: dùng để diệt khuẩn, dùng như chất xúc tác cho phản ứng hóa học, trong ngànhdệt và đặt biệt là trong xử lý nước thải trong ao nuôi tôm

2.2.4.1 Trong diệt khuẩn:

Như tủ lảnh nano bạc diệt khuẩn, khẩu trang nano bạc, đệm cao su nano bạc,kem đánh răng nano bạc…Đây là một trong những ứng dụng quan trọng và phổbiến nhất của chúng

Hình 2 12: Ứng dụng của nano bạc để diệt sạch vi khuẩn gây mùi trong tủ lạnh

2.2.4.2 Trong xúc tác:

Với diện tích bề mặt lớn và năng lượng bề mặt cao nên hữu ích với vai trò xúctác Xúc tác nano bạc được ứng dụng trong việc oxi hóa các hợp chất hữu cơ,chuyển hóa các ethylen thành ethylen oxit dùng cho các phản ứng khử các hợp chất

nitơ, làm phụ gia cải tiến khả năng xử lý NO và khí CO của các xúc tác FCC Ngoài

ra, xúc tác nano bạc còn dùng làm xúc tác trong phản ứng khử thuốc nhuộm bằngNaBH4…[30]

2.2.4.3 Trong xử lý nước thải:

Hạt nano bạc được biết đến với tính năng diệt khuẩn cao, không độc hại vớicon người Hiện nay người ta xử dụng PU có bao phủ bạc tạo ra loại màng lọc nước

có tính diệt khuẩn cao

Hình 2 13: Ứng dụng của nano bạc trong xử lý nước thải

Nylon… Trong đó, vải cotton là được chú ý nhiều nhất vì nó gắn liền với đời sốngcon người và các điều kiện chế tạo không quá khắc nghiệt Các ứng dụng của nanobạc trong dệt may như: găng tay và khẩu trang y tế (hình 2.14), các sản phẩm tránhmùi…

Hình 2 14: Khẩu trang nano bạc [31]

CHƯƠNG 3 : TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ

NGOÀI NƯỚC VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI AO NUÔI TÔM

3.1 Tình hình nghiên cứu trên thế giới

Xử lý nước thải bằng đất ngập nước kiến tạo đã được áp dụng khoảng 100năm nay ở Mỹ, châu Âu và gần đây nhất là các nước châu Á, châu Úc Tại các nướcphát triển, xử lý chất thải sau khi nuôi thủy sản đã được quan tâm nghiên cứu vàtriển khai áp dụng từ rất lâu Lần đầu tiên, mô hình đất ngập nước kiến tạo được đưavào xử lý nước thải bởi Dr Kathel Seidel ở Đức vào năm 1950 Đến năm 1960, thì

hệ thống ĐNN kiến tạo mới được sử dụng rộng rãi trên thế giới [32] Việc nghiêncứu đất ngập nước kiến tạo khá nhiều trong khoảng hơn 20 năm nay, đặc biệt là cáccông trình của Kadlec và Knight (1996), Moshiri (1993), US-EPA (1988) … chothấy hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm như BOD5, COD, DO, TSS, phốt pho,Coliform… có giảm đáng kể trong nước thải Ưu điểm của phương pháp này là xử

lý nước thải hiệu quả, diện tích sử dụng nhỏ, mô hình dễ xây dựng, kiểm soát đượcquá trình, chi phí vận hành thấp, dễ thực hiện

Năm 2001, nhóm của Wiliam Dennision đã thử nghiệm thành công khả năng

xử lý nước thải ao nuôi tôm bằng sự kết hợp của quá trình lắng, quá trình xử lýtrong ao nuôi hào và hấp thụ chất ô nhiễm bằng những loại tảo lớn (hình 3.1) Nướcthải ao nuôi tôm được xử lý qua 3 giai đoạn:

- Giai đoạn đầu: nước thải ao nuôi tôm được xử lý một phần trong ao

lắng tự nhiên sau 24 giờ

- Giai đoạn 2: sau khi qua ao lắng nước thải được đưa vào bể lọc bằng

hàu Trong giai đoạn này cặn bẩn lơ lững, thực vật phù du, vi sinh vật

và các chất dinh dưỡng của chúng thì được xử lý sau 48 giờ

- Giai đoạn cuối: thì các chất dinh dưỡng hòa tan được hấp thụ bởi những

tảo lớn trong bể tảo sau 72 giờ

Sau khi qua hệ thống xử lý kết hợp hiệu quả xử lý chất ô nhiễm của mô hình

tương ứng như sau; TSS (88%), tổng – N (72%), tổng - P ( 86%), N- Amoni (24%),

N - NO−3¿¿

(70%), P - PO43−¿¿ (65%),vi khuẩn (30%) [33]

Hình 3 1: Mô hình kết hợp ao lắng, ao nuôi hào và ao tảo [33]

Hai năm sau đó, năm 2003, J Panigua – Michel cùng cộng sự đã cải tiến quátrình xử lý sinh học nước thải ao nuôi tôm bằng cách dùng các tấm vi sinh vật kiếntạo Trong đó, quá trình xử lý dựa vào sự cố định những vi sinh vật biển tự nhiênthành từng mảng trên các bông thủy tinh để làm giảm mức độ phân tán của nitơtrong nước thải của ao nuôi tôm ( hình 3.2) Mô hình này đã cho hiệu suất xử lýamoni khá tốt vào khoảng 97%, nitrat là 97% chỉ sau 20 ngày xử lý [34]

Hình 3 2: Mô hình thiết bị phản ứng sinh học với thảm vi sinh vật kiến tạo [34].

Songsanjinda.P đã nghiên cứu kết hợp công nghệ sinh học và quá trình tựnhiên để xử lý nước thải ao nuôi tôm và tái sử dụng Năm 2004, tác giả đã kết hợpnhiều mô hình để xử lý nước thải ao nuôi tôm để tái sử dụng theo quy trình khép kínnhư hình 3.3 Với mô hình này, nước thải ao nuôi tôm qua hệ thống xử lý liên tục.Đầu tiên, chúng sẽ vào ao lắng để loại bỏ một phần ô nhiễm Sau đó, nước thải đượcbơm qua ao nuôi cá để xử lý sinh học Cuối cùng nước thải được bơm vào ao xử lýsinh học bằng rong biển Sau quá trình xử lý nước được bơm về hồ chứa và cungcấp lại cho ao nuôi tôm [35].

Hình 3 3: Mô hình kết hợp công nghệ sinh học và quá trình tự nhiên [35]

Darooncho (1991) khi trồng rong biển trong nước thải nuôi tôm tại 2 tỉnhChanthaburi và Songkhala –Thái Lan cho thấy lượng amoni và BOD bị hấp thu bởirong biển là 100% và 39% sau 24 giờ Theo kết quả điều tra của dự án PD/A CRSPnăm 2002 ở Thái Lan, việc nuôi kết hợp tôm nước lợ với cá rô phi đang trở nên phổbiến trong vài năm gần đây (Yang Yi & K Fitzsimmons, 2002) Năm 2005,Xiongfei cùng các cộng sự đã nghiên cứu xây dựng khu nuôi tôm công nghiệp sửdụng nhuyễn thể hai vỏ để xử lý nước thải sau khi nuôi tại Trung Quốc Tỷ lệ về

diện tích tương ứng ao tôm: ao nhuyễn thể: khu vực chứa nước dự trữ là 1,0: 0,8:0,4 Hiệu quả của hệ thống này đạt được là 40,0 – 83,6% P-PO4; 45 – 89% TSS; 22– 24% N-NO3; 19 – 64% TAN và tiền lãi từ thu nhuyễn thể cũng bằng tiền lãi từ thuhoạch tôm.

Bên cạnh việc xử lý nước thải, nhóm tác giả F.R Miranda đã nghĩ ra một sángkiến mới đó là dùng chính nước thải ao nuôi tôm để tưới cho hoa màu vào năm

2008 Kết quả cho thấy rằng: so với tưới bằng nước sông, thì hoa màu được tướibằng nước thải ao nuôi tôm hiệu suất của hoa màu không tăng cũng không giảm.Đồng thời giúp giảm pH, Canxi, magie trong đất và tăng tỉ lệ trao đổi natri [36]

Bảng 3 1: Kết quả xử lý nước thải ao nuôi tôm bằng ao lắng trầm tích

Xử lý nước thải ao nuôi tôm đã không ngừng nhận được sự quan tâm của cácnhà khoa học trên toàn thế giới Do đó, năm 2011, L.Nyanti cùng với cộng sự đãtiến hành xử lý nước thải ao nuôi tôm bằng ao lắng trầm tích trong vùng nhiệt đới.Mục tiêu của nghiên cứu này là để xác định chất lượng nước thải ra sau khi lưu trữtrong ao lắng trầm tích sau 76 giờ với hiệu quả xử lý của ao ở những độ sâu khácnhau Kết quả chứng minh rằng chất lượng nước ở độ sâu bằng 1/3 chiều sâu của bểthì tốt hơn so với ở độ sâu 2/3 chiều sâu bể Trong khi đó hiệu suất trung bình của

bể được biểu diễn trong bảng 3.1

Để tăng khả năng xử lí nitơ lên 95 %, Clayton Kern cùng cộng sự đã sử dụng

bể phản ứng liên tục (SBR) để xử lý nước thải ao nuôi tôm theo hình 3.4 Mô hìnhnày đã được vận hành một cách thành công vào năm 2012 Trong đó, SBR được kếtnối với quá trình bùn hoạt tính trong từng bể phản ứng với những điều kiện kị khí

và hiếu khí Khi đó, những vi sinh vật trong bùn hoạt tính sẽ thực hiện quá trìnhnitrit hóa và khử nitơ [37]

Hình 3 4: Mô hình xử lý nước thải nuôi tôm SBR [37]

Theo thời gian, các nhà khoa họa đã cố gắn hoàn thiện khả năng xử lý của môhình, đồng thời cũng chú trọng hơn đến yếu tố hiệu suất Để mang lại kết quả tốtnhất mà không gây lãng phí nguồn thức ăn còn sót lại trong nước thải ao nuôi tôm,Shewin Attasat cùng cộng sự đã sử dụng cá rô phi và rong biển vào năm 2013.Nước thải ao nuôi tôm được đưa vào ao nuôi cá rô phi, tại đây lượng thức ăn thừa

và thực vật phù du sẽ là thức ăn của cá rô phi, sau đó nước thải sẽ tiếp tục được xử

lý ở ao nuôi rong biển (hình 3.5) Kết quả xử lý của mô hình cho thấy 88% lượng Nthì được xử lý bởi hệ thống trên [38]

Hình 3 5: Mô hình kết hợp tôm – cá – rong biển [38]

Năm 2008, Tawadchai và những cộng sự đã sử dụng cây bèo tây (hình 3.6)

để xử lý nước thải ao nuôi tôm sú Tác giả đã nghiên cứu mối liên hệ giữa sinh khốibèo tây và thời gian xử lý, sự thay đổi trong các thông số chất lượng nước và cânbằng N được đánh giá để xử lý nước thải ao nuôi tôm sú trong khu vực có độ mặnthấp Kết quả cho thấy rằng, cứ khoảng 12 g bèo tây trên mỗi lít nước thải ao nuôitôm sau 30 ngày xử lý là điều kiện tốt nhất cho sự phát triển của bèo tây cũng nhưchất lượng nước thải xử lý về nhu cầu oxy sinh học, chất rắn lơ lửng, phốt pho tổng,nitrat, amini nito tổng [39]

Hình 3 6: Cây bèo tây

Năm 2010, nhóm nghiên cứu thuộc trường đại học Sarawak ở Malaysia đãkhảo sát khả năng xử lý nước thải ao nuôi tôm của cây lục bình Để tiến hành thínghiệm này, nước thải của ao nuôi tôm mới thu hoạch được đặt ngoài trời trong bể