Nghiên cứu mô hình xử lý nước thải khép kín dùng cho nuôi cá tra theo quy mô hộ gia đình tại tỉnh An Giang

Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học 535 NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI KHÉP KÍN DÙNG CHO NUÔI CÁ TRA THEO QUY MÔ HỘ GIA ĐÌNH TẠI TỈNH AN GIANG Nguyễn Thùy Dung* Trường Đại học Công nghệ thành phố Hồ Chí Minh *Tác giả liên lạc: thuydungnguyen.hutech@gmail.com TÓM TẮT Ô nhiễm chất dinh dưỡng từ hoạt động nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là hoạt động nuôi cá trá tại tỉnh An Giang nói riêng và đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) nói chung đang gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường nước và sinh hoạt của người dân tại vùng nuôi. Từ những thực tế trên, việc nghiên cứu một mô hình nuôi khép kín với những nguyên liệu sẵn có, rẻ tiền là điều rất cần thiết. Nghiên cứu tập trung vào 2 mục tiêu chính: (1) đánh giá chất lượng nước ao nuôi cá tra thâm canh và mức độ ô nhiễm do hiện trạng xả nước thải từ ao nuôi cá tra ra sông, kênh rạch tại địa phương, (2) lập mô hình xử lý nước bằng phương pháp nuôi sinh khối Moina (trứng nước) kết hợp lọc sinh học bằng lục bình và so sánh nước thải được xử lý bằng chế phẩm sinh học và tìm ra phương pháp xử lý tối ưu nhất. Đây là cơ sở để triển khai và áp dụng thực tế mô hình ao nuôi cá tra thâm canh với mô hình xử lý nước khép kín ở đồng bằng sông Cửu Long và các tỉnh khác có điều kiện nuôi cá tra tương tự. Từ khóa: Xử lý nước thải, nuôi cá tra thâm canh, lọc sinh học, sinh khối moina, lục bình. STUDY ON THE CLOSED WASTERWATER TREATMENT MODEL BASED ON FAMILY SIZE IN AN GIANG PROVINCE Nguyen Thuy Dung* Ho Chi Minh City University of Technology, HUTECH *Corresponding authour: thuydungnguyen.hutech@gmail.com ABSTRACT The nutrient pollution from aquaculture activities, especially the pangasius farming in An Giang province in particular and the Mekong River Delta in general are seriously affecting the aquatic environment. Activity of people in farming areas. From these facts, it is very necessary to study a closed farming model with available, inexpensive materials. The study focused on two main objectives: (1) assessing the quality of intensive Pangasius pond water and the level of pollution caused by the discharge of wastewater from catfish ponds into local rivers and canals; 2) Water treatment modeling using Moina biomass (water egg) combines biofilter with water hyacinth and compares wastewater treated with bio-product and find the optimal treatment method. . This is the basis for implementing and applying the model of intensive Pangasius pond with closed water treatment model in Cuu Long river delta and other provinces with similar Pangasius conditions. Keywords: Waste water treatment, intensive catfish farming, biological filtration, moina biomass, water hyacinth. TỒNG QUAN Tình trạng khai thác tài nguyên nước quá mức, nguồn lợi thủy sản trong tự nhiên và sử dụng các phương pháp đánh bắt mang tính hủy diệt, không bền vững, làm cho nguồn lợi thủy sản trên thế giới ngày càng suy giảm và có xu hướng cạn kiệt, đặc biệt một số loài hải sản có giá trị kinh tế cao đã hoàn toàn biến mất trong những năm gần đây. Mặt khác, nhu cầu về thực phẩm thủy sản trên toàn cầu vẫn tiếp tục gia tăng do dân số thế giới không ngừng phát triển, mà nguồn thủy sản trong tự nhiên thì không đủ để đáp ứng cho nhu cầu đó. Chính vì thế, hoạt động nuôi trồng thủy sản chính là nguồn cung cấp thực phẩm cho tương lai. Ngoài ra, nuôi trồng thủy sản còn đóng vai trò quan trọng trong phát triển kinh tế - xã hội của quốc gia và tạo sinh kế cho hàng triệu lao động ở địa phương. Với hệ thống kênh rạch chằng chịt với hơn khoảng 600.000 ha diện tích nước mặt, ĐBSCL là khu vực hoạt động nuôi thủy sản Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học 536 sôi động, đặc biệt là nuôi tôm càng xanh, cá tra, basa, vồ đém, hú, cá rô đồng trong đó, cá tra được xem là mặt hàng chủ lực cho xuất khẩu thủy sản hàng đầu của ĐBSCL và cả nước. Nghề nuôi cá tra được bắt đầu từ những năm cuối thập niên 90. Do thổ nhưỡng thuận lợi kèm theo đặc tính dễ nuôi, tại Châu Đốc trong 7 năm từ 1998 đến 2004 đã hình thành hơn 3.000 bè nuôi cá tra. Đến năm 2006, số bè tăng vọt lên 4.600 chiếc. Theo ước tính cứ sản xuất ra 1kg cá tra thì thải ra môi trường 25,2 g nitơ và 12,6 g photpho. Theo quy hoạch phát triển đến năm 2020 sản lượng cá tra nuôi tại ĐBSCL sẽ là 1.850.000 tấn thì lượng chất thải tương ứng là 2.368.000 tấn hữu cơ, trong đó có 93.240 tấn nitơ; 19.536 tấn photpho và 651.200 tấn BOD. Với lượng thải trên nếu không có giải pháp xử lý kịp thời sẽ dẫn hết hậu quả nghiêm trọng cho môi trường nuôi cá và cả môi trường nước tại vùng ĐBSCL. Vì vậy, bên cạnh phát triển nghề nuôi cá tra, việc giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường nuôi rất cần thiết cho việc phát triển nền nông nghiệp bền vững trong tương lai. Từ những thực tế như trên, việc lựa chọn một phương pháp xử lý nước thải với chi phí thấp, phù hợp cho các hộ gia đình là điều rất cần thiết. Vì vậy, việc tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu mô hình xử lý nước thải khép kín dùng cho nuôi cá tra theo qui mô hộ gia đình tài tỉnh An Giang” . Nhằm đảm bảo lượng chất thải được xử lý theo đúng QCVN, góp phần làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường xung quanh, đảm bảo mỹ quan môi trường. Hình 1. Vị trí địa lí tỉnh An Giang VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Vật liệu Cá tra: Cá tra giống 10g/con được mua từ trại cá giống và thả vào ao nuôi thí nghiệm với mật độ 40 con/m2. Cá được cho ăn bằng thức ăn viên công nghiệp 2 lần/ ngày theo nhu cầu của cá. Cá đều cỡ, không xây xát, dị hình, được chọn lựa cẩn thận trước khi cho vào mô hình thí nghiệm. Trứng nước: Trứng nước được mua từ hộ nuôi Trần Công Lĩnh tại địa phương, 50g (mật độ 20 ct/lít). Lục bình: Thu thập từ kênh Mương Khai Lấp, chọn cây con, chiều dài từ cuốn lá đến đỉnh lá khoảng 7 – 10cm, số lá trên mỗi cây khoảng 3 – 4 lá. Chọn 4 cây không bị sâu bệnh, loại bỏ phần lá hư, sau đó chuyển vào bể kính ương dưỡng 1 tuần trước khi đưa vào mô hình. - Chế phẩm sinh học: Vi sinh xử lý nước thải là quần thể vi sinh được nuôi cấy dạng lỏng có hoạt tính cao, được thiết kế chuyên biệt cho tất cả hệ thống nước thải công nghiệp và đô thị. Vi sinh chứa hỗn hợp 12 chủng vi sinh chọn lọc, với mật độ 387/450 triệu vi sinh/ml - Chuẩn bị mẫu nước nghiên cứu: Nước được bơm trực tiếp từ ao nuôi cá tra thâm canh 4 Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học 537 tháng nuôi của hộ dân bên cạnh. Nước được trộn đều, phân tích các chỉ tiêu hóa, lý trước khi được bổ trí vào ao nuôi thí nghiệm. Hình 2. Sơ đồ phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu bao gồm 2 nghiệm thức được thực hiện song song. Thí nghiệm 1: Mô hình nuôi cá tra khép kín bằng phương pháp nuôi trứng nước kết hợp lục bình để xử lý nước thải. - Mục đích của thí nghiệm là tìm hiểu khả năng xử lý nước thải từ ao nuôi cá bằng cách dùng nước thải ao cá tra để nuôi trứng nước, sau đó lọc sinh học bằng lục bình là tuần hoàn lại ao nuôi, theo dõi các chỉ tiêu của nước qua các bậc xử lý và tình trạng sống sót của cá trong mô hình. - Mô hình bao gồm 4 ao: 1ao nuôi cá, 1ao nuôi trứng nước, 1ao thả lục bình và 1 ngăn dự phòng. Hình 3. Cấu tạo chi tiết mô hình 1 Hình 4. Bố trí mô hình 1 trên thực tế Thí nghiệm 2: Dùng chế phẩm sinh học để xử lý nước thải từ ao nuôi cá. - Mục đích của thí nghiệm là so sánh hiệu quả xử lý nước thải giữa hệ thống khép kín và chế phẩm sinh học. Từ đó làm cơ sở khuyến khích ứng dụng xử lý theo hướng sinh học vào thực tiễn cho xử lý nước thải cá tra thâm canh một cách hiệu quả nhất. Khác với thí nghiệm 1, ở thí nghiệm này ta chỉ cần 1 ngăn, sau đó dùng nước thải từ Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học 538 ngăn 1 nuôi cá trong mô hình khép kín, chuyển qua ngăn thí nghiệm và dùng chế phẩm sinh học để xử lý. Hình 5. Cấu tạo chi tiết mô hình 2 Đáng giá chất lượng nước thải tại ao nuôi cá tra thâm canh các hộ nuôi tại địa phương Sau khi phân tích hàm lượng của 8 chỉ tiêu và so sánh với QCVN 02- 20:2016/BNNPTNT có thể thấy ngoại trừ 3 chỉ tiêu T-N, T-P và Coliforms thì các chỉ tiêu còn lại đều nằm trong TCCP, tuy nhiên ta có thể thấy nồng độ các chỉ tiêu vẫn cao. Tuy nhiên nếu so các chỉ tiêu với QCVN 40:2011/BTNMT về tiêu chuẩn thải công nghiệp thì hầu hết các chỉ tiêu đều vượt khỏi TCCP xả thải. Đặc biệt nồng độ Coliforms vượt xa TCCP theo QCVN 02- 20:2016/BNNPTNT lần lượt là: hộ 1 gấp 18 lần TCCP, hộ 2 gấp 4.6 lần và cuối cùng hộ 3 ô nhiễm cao nhất gấp 86 lần so với TCCP. Với lượng ô nhiễm trên nếu thải ra môi trường sẽ gây ô nhiễm lây lan với các nguồn tiếp nhận khác, ảnh hưởng đến chất lượng nước tại các vùng lân cận và có thể mang theo bệnh dịch từ các ao nuôi ra môi trường bên ngoài. Do đó cần phải có biện pháp xử lý nước thải ao nuôi cá tra thâm canh trước khi thải ra môi trường bên ngoài là điều cần thiết và cấp bách với hiện trạng diện tích ao nuôi ngày càng tăng cao. Bảng 1. Kết quả phân tích mẫu nước thải tại các hộ nuôi KẾT QUẢ PHÂN TÍCH MẪU NƯỚC TẠI CÁC HỘ NUÔI Chỉ tiêu HỘ 1 HỘ 2 HỘ 3 QCVN 02- 20:2014/BNNPTNT pH 7.2 7.18 8.85 5 – 9 TSS 52 60 84 100 COD 78 65 52 150 BOD5 (200C) 50 42 34 50 Amoni 10.9 12.6 0 5 Tổng P 13.7 16.8 0 4 Tổng N 7.13 6.5 0.406 20 Coliforms 9*10 4 2.3*10 4 4.3*10 5 5*10 3 Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học 539 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN So sánh hiệu quả xử lý nước thải của 2 mô hình Ở mô hình 1, bậc xử lý đầu tiên là dùng nước thải để nuôi trứng nước, giai đoạn này trứng nước dùng dưỡng chất trong nước thải ao nuôi cá để phát triển sinh khối. Cụ thể ở chỉ tiêu COD, BOD5, ở ngày thứ 15 đã giảm so với hàm lượng ban đầu là do sinh khối trứng nước tăng làm giảm mùn bả hữu cơ, vi tảo có trong nước. Ngoài ra hàm lượng tổng lân và tổng đạm biến động ở giai đoạn này là do trứng nước sử dụng thực vật phù du, mùn bã hữu cơ làm thức ăn nên hạn chế sự phân hủy thực vật phù du chết, mùn bã hữu cơ giải phóng 1 lượng lớn T-P và T-N vào môi trường. Bên cạnh đó T-P cũng mất đi vào bùn đất. Ở giai đoạn lọc bằng lục bình, lượng sinh khối của lục bình cũng tăng tỉ lệ theo hàm lượng chất thải giảm so với ban đầu. Do đặc tính từ bộ rễ của lục bình, bộ rễ lớn với nhiều rễ nhỏ mọc xung quanh có khả năng hấp thụ đạm và kim loại nặng cao, là nơi cư trú của các loài sinh vật phân hủy các hợp chất hữu cơ độc hại trong nguồn nước ô nhiễm. a) BOD5 b) Tổng lân c) Tổng coliforms Hình 7. Hiệu suất xử lý các chỉ tiêu nước thải ở mô hình 1 Ở mô hình 2, khi sử dụng chế phẩm sinh học, thời gian thí nghiệm ít đi 2 ngày, nhưng chất lượng nước đầu ra vẫn tốt. Từ bảng có thể thấy ở các chỉ tiêu TSS, COD và tổng lân, hàm lượng các chỉ tiêu giảm nhiều hơn so với mô hình 1. Tuy nhiên ở các chỉ tiêu BOD5, tổng đạm, Coliforms thì chế phẩm sinh học chưa xử lý tốt bằng mô hình nuôi trứng nước kết hợp lọc bằng lục bình. Tuy nhiên, chất lượng nước của cả 2 mô hình đều đạt TCCP của QCVN 02-20: 2014/ BNNPTNT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về cơ sở nuôi cá tra), QCVN 40:2011/BTNMT cột A (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp) ngoại trừ chỉ tiêu Coliforms tuy đã giảm đáng kể nhưng vẫn còn khá cao so với TCCP. Bảng 2. So sánh sự khác biệt về hiệu quả làm giảm các chỉ tiêu nước thải tốt nhất giữa mô hình 1 và mô hình 2 CHỈ TIÊU Trước xử lý Mô hình 1 Mô hình 2 TSS 64.67 32.33 26.33 COD 100.67 42 38.33 BOD5 64.67 27.33 28 Amoni 3.94 0 0 Tổng lân 7.68 0.69 0.64 Tổng đạm 5.16 1.02 1.09 Coliforms 11.43*105 1.65*105 1.98*105 Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học 540 a) Mô hình 1 b) Mô hình 2 Hình 8. Sự thay đổi của nước thải qua từng bậc xử lý của 2 thí nghiệm So sánh hiệu quả kinh tế của 2 mô hình Mô hình 1: Kết quả được tính dựa trên hộ nuôi dùng ao nuôi trứng nước và thả lục bình có diện tích 3000 m2. Mỗi vụ trứng nước thường duy trì 15 ngày ố tiền mà hộ nuôi thu hoạch 1 tháng khoảng tầm 15 - 30 triệu nếu trứng nở nhiều kèm theo nắng tốt, và thu nhập ít nhất là khoảng 5 triệu/ 1 tháng ( giá tiền được tham khảo ở các hộ nuôi tại địa phương). Sau mỗi 15 ngày lượng lục bình sẽ tự nhân đôi do hấp thu các chất dinh dưỡng từ quá trình lọc. Trung bình với 1000 m2 sẽ cho ra 6 tấn lục bình tươi. Khi đó có thể thu hoạch lục bình và bán cho các khu làm đồ thủ công mỹ nghệ. 3000 m2 × 6 tấn = 18 tấn (lục bình tươi) Bán được 500.000 đ/tấn × 8 tấn = 9 triệu đồng. Trừ hết các chi phí thuê nhân công ta thu được khoảng 5 triệu đồng/tháng. Kết hợp mỗi tháng từ 2 ao nuôi, ta thu được khoảng 35 triệu đồng. Mô hình 2: Để xử lý 1 ao nuôi với diện tích 3000 m2 cần chi khoảng 152 triệu đồng. Chi phí khá cao so với thí nghiệm 1. Với phương pháp nuôi trứng nước kết hợp lọc bằng lục bình, không chỉ giúp ta xử lý nước thải từ ao nuôi cá tra thâm canh, còn đem lại nguồn lợi kinh tế cao cho người nông dân. Hình 9. Sinh khối Moina (trứng nước) và lục bình thu được ở thí nghiệm Giải thưởng Sinh viên Nghiên cứu khoa học Euréka lần thứ XIX năm 2017 Kỷ yếu khoa học 541 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Trong quá trình sinh trưởng của cá tra, nhu cầu về thức ăn tăng theo thời gian nuôi. Điều đó đồng nghĩa hàm lượng các chất ô nhiễm có trong nước thải ao nuôi cá tra thâm canh gia tăng đáng kể về cuối vụ nuôi. Nước thải từ ao nuôi cá tra tại khu vực nghiên cứu không được xử lý trước khi thải ra môi trường bên ngoài, trong đó chỉ tiêu tổng lân, đạm và coliforms đều có hàm lượng cao hơn so với QCVN 02-20:2014/BNNPTNT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về cơ sở nuôi cá tra). Đặc biệt hàm lượng coliforms ở hộ nuôi cao gấp 86 lần so với TCCP. Mức độ dưỡng chất gây ô nhiễm trong nước thải cá Tra khá cao so với TCCP. Kết quả nghiên cứu của đề tài cho thấy được khả năng xử lý ô nhiễm nước thải ao nuôi ao nuôi cá tra thâm canh bằng phương pháp nuôi trứng nước kết hợp lọc bằng lục bình, góp phần làm giảm thiểu những tác động xấu của hoạt động nuôi cá tra đến chất lượng môi trường nước mặt, giảm thiểu lượng nước thải từ ao nuôi ra bên ngoài. Chất lượng nước sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn đầu ra QCVN 02- 20:2014/ BNNPTNT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về cơ sở nuôi cá tra), QCVN 40:2011/BTNMT, cột A (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp) đồng thời còn mang lại lợi ích kinh tế cao cho nông hộ. Đây là cơ sở để triển khai và áp dụng thực tế mô hình ao nuôi cá tra thâm canh với mô hình xử lý nước khép kín ở đồng bằng sông Cửu Long và các tỉnh khác có điều kiện nuôi cá tra tương tự. Đề nghị - Đề tài cần thời gian nghiên cứu thêm để xử lý lượng bùn thải từ quá trình nuôi, nghiên cứu có hướng đến cách giải quyết sẽ bố trí 1 bãi lọc ngầm trồng cây để tối ưu lượng bùn mà không phải thải ra môi trường bên ngoài. - Xây dựng một số trạm quan trắc môi trường nước tự động trên tuyến sông Tiền, sông Hậu, kênh trục chính để kiểm soát và cảnh báo chất lượng nôi trường cho các vùng sản xuất cá tra tập trung lớn, dân sinh và các sản xuất khác tác động liên quan - Các hội nông dân ở các cấp, cần phải thường xuyên được phổ cập, tập huấn, tuyên truyền về các kĩ năng cũng như phương pháp xử lý nước thải trong nuôi trồng thủy sản cho các hộ nắm vững kiến thức. TÀI LIỆU THAM KHẢO PHẠM NGUYỄN HỒNG NGUYEN, 2007. NUOI SINH KHỐI MOINA. Luận văn tốt nghiệp kỹ sư thủy sản, Đại học Nông Lâm TP.HCM CHAU MINH KHOI, NGUYỄN VAN CHI DUNG, CHAU THỊ NHIEN, 2012. Khả năng xử lý ô nhiễm đạm, lân hữu cơ hòa tan trong nước thải ao nuôi cá tra của lục bình (eichhorina crassipes) và cỏ vetiver (vetiver zizanioides). Tạp chí khoa học Trường đại học Cần Thơ năm, trang 151-160. HUỲNH TRƯỜNG GIANG, VU NGỌC ÚT, TRƯƠNG PHU QUỐC, 2008. Biến động các yếu tố môi trường trong ao nuôi cá tra (P.hypophthalmus) thâm canh ở An Giang. Tạp chí khoa học: Chuyên đề Thủy sản Đại học Cần Thơ trang 45-53. LE THANH HUNG VA HUỲNH PHẠM VIỆT HUY, 2006. Tình hình sử dụng thức ăn trong nuôi cá tra và basa khu vực ĐBSCL. Tạp chí khoa học Trường Đại học Cần Thơ, trang 144 – 151. LE HOANG VIỆT VA NGUYỄN XUAN HOANG, 2004. Xử lý nước thải bằng lục bình. Tạp chí Nghiên cứu Khoa học (2) Đại học Cần Thơ, trang 91- 95. Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về cơ sở nuôi cá tra (Pangasianodon hypophthalmus Sauvage, 1878) trong ao – điều kiện đảm bảo vệ sinh thú y, bảo vệ môi trường và an toàn thực phẩm. QCVN 02-20:2014/BNNPTNT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp. QCVN 40:2011/BTNMT.