Hiệu quả xử lý nước thải ao nuôi cá tra (pangasianodon hypophthalmus) bằng phương pháp thủy canh rau cần ống (oenanthe javanica)

Nội dung text: Hiệu quả xử lý nước thải ao nuôi cá tra (pangasianodon hypophthalmus) bằng phương pháp thủy canh rau cần ống (oenanthe javanica)

1. 229 HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI AO NUÔI CÁ TRA (PANGASIANODON HYPOPHTHALMUS) BẰNG PHƯƠNG PHÁP THỦY CANH RAU CẦN ỐNG (OENANTHE JAVANICA) SV. Đào Thị Thùy Linh SV. Võ Hoàng Việt SV. Huỳnh Văn Thân ThS. Nguyễn Thị Hải Lý Tóm tắt. Kết quả nghiên cứu, thủy canh rau Cần ống Oenanthe javanica trong nước thải ao nuôi Cá tra (Pangasianodon Hypophthalmus) cho thấy rau cần ống Oenanthe javanica hấp thụ tốt các chất dinh dưỡng trong nước thải ao nuôi cá tra với hiệu suất trên 80% (NH4+, NO3-, TN, PO43-, TP, COD, TSS). Đặc biệt là khả năng hấp thụ các hàm lượng NH4+, NO3-, PO43-, với hiệu suất rất cao (93%; 86,2%; 80%). Nghiệm thức với mật độ 20 cây trên diện tích 0.15 m2 rau cần ống trồng trong 60 (lít) nước ao nuôi cá tra (Pangasianodon Hypophthalmus) là mật độ tốt nhất so với các mật độ 10 cây, 15 cây của đề tài. 1. Đặt vấn đề Nuôi cá tra là một trong những ngành nghề phát triển khá mạnh tại vùng Đồng bằng sông Cửu Long. Trong quá trình nuôi lượng thức ăn thừa và các sản phẩm thải từ quá trình trao đổi chất của cá tra là một nguồn chất thải chứa hàm lượng dinh dưỡng cao. Theo Dương Công Chinh, Đồng An Thụy dự đoán đến năm 2020 thì lượng chất thải từ các ao nuôi cá tra chứa đến 93.240 tấn N, 19.536 tấn P và 651.200 tấn BOD5[1]. Nếu nước thải ao nuôi cá tra này không được xử lý phù hợp sẽ là vấn đề đáng lo ngại cho chất lượng môi trường và sức khỏe cộng đồng xung quanh. Xử lý nước bằng biện sinh học đang được nhiều quốc gia ưu tiên áp dụng vì có khả năng loại bỏ được các chất ô nhiễm và thân thiện với môi trường.Và rau cần ống là loại thực vật dể trồng, thích nghi tốt trong môi trường nước, khả năng phát triển nhanh trong môi trường nước có chứa nhiều chất hửu cơ, sinh sản bằng cách phân nhánh. Do đó, đề tài “Hiệu quả xử lý nước thải ao nuôi cá tra (Pangasianodon Hypophthalmus) bằng phương pháp thủy canh rau Cần Ống (Oenanthe javanica)” được thực hiện với mục tiêu chính là: Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải ao nuôi cá tra (Pangasianodon Hypophthalmus) của rau cần ống (O. javanica) nhằm ứng dụng trong xử lý nước thải. 2. Phương tiện và phương pháp nghiên cứu 2.1. Đối tượng nghiên cứu Nước thải ao nuôi cá tra với thời gian nuôi là hai tháng vì thời gian này nước chứa nồng độ ô nhiễm thấp, được thu tại ao nuôi ca tra ở phường 6, thành phố Cao Lãnh. Thực vật: Rau cần ống được mua ở chợ. Chọn những cây rau tương đồng về khối lượng (1.2 g), chiều dài 20 cm, số lá và còn đỉnh sinh trưởng. Hình 1. Rau cần ống sử dụng cho thí nghiệm
2. 230 2.2. Phương pháp nghiên cứu Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 3 nghiệm thức, 3 lần lặp lại với số lượng rau cần ống được trồng lần lượt là 10 cây, 15 cây, 20 cây trên diện tích 0.15 m2 và nghiệm thức đối chứng không trồng cây. Các cây rau được trồng trong các thùng xốp chứa nước thải ao nuôi cá tra với thể tích là 60 lít nước thải vào thùng xốp và không thay nước. Chu kỳ thu nước để phân tích là 3 ngày một lần, chỉ tiêu sinh trưởng thực vật là. Bổ sung phương pháp và chu kỳ thu và phân tích mẫu nước, thu chỉ tiêu chinh trưởng của thực vật??? 2.3. Phương pháp xử lý số liệu Các số liệu được tính toán và vẽ đồ thị Hình 2. Nghiệm thức thí nghiệm bằng phần mềm Microsoft Excel 2010. Sử sụng phần mềm SPSS, kiểm định Ducan với mức ý nghĩa thống kê 5% để so sánh sai khác trung bình giữa các nghiệm thức. Phép thử T- test để đánh giá sự khác biệt về nồng độ các chất ô nhiễm trước và sau khi xử lý ở mức ý nghĩa 5%. 3. Kết quả thảo luận 3.1. Diễn biến các chỉ tiêu hóa lý theo gian 3.1.1. Diễn biến chỉ tiêu pH theo thời gian Hình 4. Diễn biến chỉ tiêu pH giữa các đợt ở các nghiệm thức
3. 231 Chỉ tiêu pH tại các lần thu mẫu của đầu vào dao động trong khoảng 7,2 đến 7,5, đầu ra dao động trong khoảng 7,8 – 8,6. Cao nhất là ở NT2-27 ngày, thấp nhất là ở NT1-9 ngày. Giá trị pH ở các nghiệm thức đều nằm trong giới hạn cho phép về chất lượng nước nuôi cá tra (7 - 9) và chất lượng nước thải từ ao nuôi cá tra sau khi xử lý (5 - 9) của cột A TT 44/2010-BNNPTNT. Nhìn chung trong cùng một thời gian thì giá trị pH ở đầu vào luôn thấp hơn ở đầu ra của các nghiệm thức. Tuy nhiên, trong 27 ngày thí nghiệm giá trị pH đều đạt so với cột A thông tư 44/2010/TT-BNNPTNT. 3.1.2. Diễn biến chỉ tiêu DO theo thời gian Hình 5. Diễn biến chỉ tiêu DO giữa các đợt ở các nghiệm thức Tại các thời điểm thu mẫu, DO trung bình của đầu ra dao động trong khoảng 4,40 – 9,72 mg/L, có thể thấy rằng nồng độ vật chất hữu cơ sau khi qua các nghiệm thức không quá cao. Giá trị DO đầu ra thấp nhất là 4,40 mg/l nhưng vẫn đạt ở mức tối ưu (>3 mg/L) của chất lượng nước nuôi cá tra và đạt tiêu chẩn về nước thải ao nuôi cá tra sau khi xử lý (>2 mg/L) của cột A TT 44/2010 – BTNMT. Khác với nghiệm thức ĐC ở nghiệm thức NT1, NT2, NT3 có DO cao hơn là do các thùng được trồng rau cần ống với vai trò của hệ thực vật là cung cấp diện tích bề mặt để các vi sinh vật bám vào tạo thành các màng biofilm. Ngoài ra nó còn giúp cho quá trình lọc và hấp phụ các thành phần của nước thải, đưa oxy vào nước và khống chế sự phát triển của tảo bởi việc che sáng.
4. 232 3.1.3. Diễn biến chỉ tiêu COD theo thời gian Hình 6. Diễn biến chỉ tiêu COD giữa các đợt ở các nghiệm thức Trong suốt thời gian tiến hành thí nghiệm, COD có xu hướng giảm dần theo thời gian trừ thời điểm 15 ngày, cao nhất là 64,4 mg/l (NT1-6 ngày), thấp nhất là 17,0 mg/l (NT3-12 ngày). Hiệu quả xử lý COD trong thí nghiệm của các nghiệm thức ĐC; NT1; NT2; NT3 theo thứ tự là 66,8%; 70,9%; 71,4%; 85,2%. Nhìn chung, sau khi qua các nghiệm thức, giá trị COD trong nước thải có xu hướng giảm dần trừ thời điểm 15 ngày nhưng vẫn thấp hơn giá trị quy định tại QCVN 40/2011 BTNMT. Giá trị COD ở các nghiệm thức ở thời điểm 15 ngày có tăng so với thời điểm 12 ngày có thể là do sự chết đi của các bộ phận như: rể, lá của rau cần ống nên phóng thích các chất hữu cơ trở lại môi trường sau thời gian tích luỹ ở dạng sinh khối sinh vật nên giá trị COD tăng lên.
5. 233 3.1.4. Diễn biến chỉ tiêu TSS theo thời gian Hình 7. Diễn biến chỉ tiêu TSS giữa các đợt ở các nghiệm thức Hàm lượng TSS trong 9 ngày đầu có xu hướng giảm bởi quá trình lắng, nhưng sau 12, 15, 18 ngày TSS tăng lên khoảng 6,7% so với thời điểm 9 ngày, do một phần rễ và lá của rau cần ống bị già rụng, phân hủy trong nước làm hàm lượng TSS tăng lên. Từ thời điểm 18 ngày đến 27 ngày thì hàm lượng TSS có xu hướng giảm lại do quá trình lắng tiếp tục diễn ra. Hiệu quả xử lý hàm lượng ở các nghiệm thức lần lượt là 97,5%, 98,4%, 98,9%. Ta thấy NT3 có hiệu quả xử lý TSS cao hơn NT1 và NT2 trừ thời điểm 15 ngày vì NT3 có số lượng rau cần ống trồng nhiều hơn hai nghiệm thức còn lại. 3.1.5. Diễn biến chỉ tiêu tổng Phospho theo thời gian Hình 8. Diễn biến chỉ tiêu TP giữa các đợt ở các nghiệm thức Trong 27 ngày thí nghiệm nhận thấy rằng tổng P trong nước dao động trong khoảng 0,13 (NT3-27 ngày) - 0,75 mg/l (ĐC-21 ngày). Đối với ĐC thì tổng Phospho củng giảm như các nghiệm thức khác nhưng sự giảm đó tương đối nhiều và có ý nghĩa về mặt thống kê (p<0,05). Sự giảm đó có thể là do sự hấp thụ của tảo trong nước và phát triển nên dẩn đến lượng tổng Phospho giảm và khi bố trí thí nghiệm thì củng bố trí điều kiện giống như điều kiện của các nghiệm thức khác nên việc ngăn ánh sáng mặt trời là không tuyệt đối nên việc tảo phát triển là không thể tránh khỏi.
6. 234 Nhưng sau một thời gian thì nghiệm thức ĐC hàm lượng tổng Phospho vẫn tăng lên như các nghiệm thức khác có thể là do sự chết đi của tảo. Nên lượng sinh khối chết đi và phân hủy ra trả lại Phospho trong môi trường nước nên hàm lượng tổng Phospho tăng trở lại. Kết quả tính toán cho thấy hiệu xuất xử lý của rau cần ống đối với tổng P khá cao từ 89,8% (ĐC)-96,3% (NT3) ngoại trừ nghiệm thức ĐC có tổng P sau 21 ngày cao hơn so với các thời điểm còn lại điều này cho thấy ĐC đang có dấu hiệu ô nhiễm lại. Do hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải cao dẫn đến tổng P cao, tuy nhiên sau 27 ngày thí nghiệm thấy rằng hiệu xuất xử lý tổng P của rau cần ống rất mạnh, rau cần ống đã hấp thu lân để cung cấp cho quá trình phát triển sinh khối làm cho tổng P giảm. 3- 3.1.6. Diễn biến chỉ tiêu PO4 theo thời gian 3- Hình 9. Diễn biến chỉ tiêu PO4 giữa các đợt ở các nghiệm thức 3- Hàm lượng PO4 ban đầu là 0,98 mg/l. Sau thời gian bố trí thí nghiệm thì nghiệm thức 3 xử lý giảm còn 0,17 mg/l. (Hình 9). Nghiệm thức 3 có hiệu quả xử lý 3- tốt hơn nghiệm thức 1, 2. Ở thùng đối chứng hàm lượng PO4 giảm còn 0,81 mg/l. 3- Nồng độ PO4 sau 27 ngày thí nghiệm có sự tăng giảm liên tục vào dao động trong khoảng 0,17 (NT3-27 ngày)-0,85 mg/l (ĐC-24 ngày). 3- So với giá trị nồng độ PO4 đầu vào (0,98 mg/l) nghiệm thức ĐC ở 24 ngày không khác biệt (p>0,05), còn đối với nghiệm thức còn lai đều khác biệt thống kê 3- (p<0,05), nồng độ PO4 ở các nghiệm thức luôn luôn thấp hơn nhiều so với đầu vào. Trong tất cả các thời điểm thí nghiệm thì NT3 có nồng độ thấp nhất so với các nghiệm thức còn lại dao động trong khoảng 0,17- 0,61 mg/l, riêng đối với các thời diểm 12, 15, 18 ngày thì nghiệm thức này có nồng độ cao hơn so với NT2. 3- Như vậy, rau cần ống có khả năng loại bỏ PO4 với hiệu xuất khá cao nên hàm 3- lượng PO4 sau 27 ngày bố trí thấp dao động trong khoảng 0,17 (NT3)-0,5 mg/l (NT2) phù hợp với thông tư 44/2010/TT-BNNPTNT quy định (<10 mg/l) nên có thể 3- áp dụng rau cần để xử lí nước ô nhiễm PO4 .
7. 235 3.1.7. Diễn biến chỉ tiêu tổng Nitơ theo thời gian Hình 10. Diễn biến chỉ tiêu TN giữa các đợt ở các nghiệm thức Sau 27 ngày thí nghiệm cho thấy các nghiệm thức có xu hướng giảm dần theo thời gian, đặc biệt ở thời điểm đầu vào với sau (9 ngày) thì giảm rất mạnh. Điến thời điểm (ngày thứ 12), có biến chuyển biến tăng mạnh nhưng vẫn thấp hơn đầu rất nhiều so với đầu vào, đến (ngày thứ 27) thì giảm mạnh. Nhìn chung thì thấy nghiệm thức 3 (NT3) có khả năng xử lý tốt nhất so với các nghiệm thức còn lại là nghiệm thức 1 (NT1), nghiệm thức 2 (NT2) và cả nghiệm thức đối chứng (ĐC). Nồng độ TN thay đổi theo các nghiệm thức với nhau, thì thấy nghiệm thức 3 (NT3) xử lý tốt nhất hơn các nghiệm thức còn lại. Sau (9 ngày) thì ta thấy hiệu xuất xử lý của nghiệm thức đối chứng (ĐC) là 77,.7%, nghiệm thức 1 (NT1) là 82.55%, nghiệm thức 2 và 3 là 88.46%. Ở thời điểm (27 ngày) thì hiệu xuất xử lý TN của các nghiệm thức ĐC, NT1, NT2, NT3 lần lượt là 74.86%; 87.36%; 87.77%; 90,1%. Sự giảm đó có thể là do sự hấp thụ của tảo trong nước và phát triển nên dẩn đến lượng tổng Nitơ giảm và khi bố trí thí nghiệm thì củng bố trí điều kiện giống như điều kiện của các nghiệm thức khác nên việc ngăn ánh sáng mặt trời là không tuyệt đối nên việc tảo phát triển là không thể tránh khỏi, nhưng sự giảm đó vẫn thấp hơn các nghiệm thức còn lại. Trong thí nghiệm thì giai đoạn đầu nồng độ TN giảm nhưng một thời gian sau lại tăng lên do hiện tượng tái ô nhiễm từ quá trình trả lại môi trường của thực vật, do tảo phát triển cùng với thực vật, chết đi tạo nên củng góp phần tăng TN cho nước, sinh khối già của thực vật phân hủy ra như: lá; rể
8. 236 + 3.1.8. Diễn biến chỉ tiêu NH4 theo thời gian + Hình 11. Diễn biến chỉ tiêu NH4 giữa các đợt ở các nghiệm thức + Sau 27 ngày thí nghiệm, thì thấy nồng độ NH4 giảm theo thời gian đến thời điểm thấp nhất là vào ngày thứ 15, đến ngày thứ 18 thì tăng lại cho đến ngày thứ 27 thì + giảm mạnh và giá trị NH4 còn thấp hơn ngày thứ 15. Ở ngày thứ 27 nghiệm thức 3 có khả năng xử lý tốt nhất, vì nồng độ giảm mạnh hơn các nghiệm thức và sự khác biết đó ý nghĩa về mặt thống kê. Thấy nghiệm thức 3 (NT3) có khả năng xử lý tốt nhất, độ khác biệt đó có ý nghĩa về mặt thống kê. Hiệu xuất xử lý của các nghiệm thức (ĐC; NT1; NT2; NT3) đối so với đầu vào lần lượt là 83.38%; 91,84%; 90.59%; 96.23%. + Nồng độ NH4 trong các nghiệm thức giảm so với đầu vào có thể là do Cần ống hấp thụ để chuyển hóa thành sinh khối và có thể bị ảnh hưởng do sự sinh trưởng và + phát triển của tảo dẫn đến việc giảm nồng độ NH4 trong nước. Ngoài ra, nồng độ + NH4 giảm còn có thể đã được vi sinh vật chuyển hóa thành các dạng nitrite, nitrate hoặc có thể mất đi do bay hơi ở dạng NH3. - 3.1.9. Diễn biến chỉ tiêu NO3 theo thời gian - Hình 12. Diễn biến chỉ tiêu NO3 giữa các đợt ở các nghiệm thức
9. 237 - Sau 27 ngày thí nghiệm, thì thấy nồng độ NO3 thấy giảm mạnh, sự giảm đó có ý nghĩa về mặt thống kê. Trong đó nghiệm thức 3 (NT3) có khả năng xử lý tốt nhất, so với các nghiệm thức còn lại ĐC; NT1; NT2. - Khi so sánh nồng độ của NO3 giữa các nghiệm thức với nhau, vào thời điểm - ngày thứ 27 giá trị NO3 của các nghiệm thức ĐC; NT1; NT2; NT3 lần lượt là 8.91 mg/l; 6.39 mg/l; 5.45 mg/l; 2.16 mg/l. Thấy nghiệm thức 3 (NT3) có khả năng xử lý tốt nhất, độ khác biệt đó có ý nghĩa về mặt thống kê. Hiệu xuất xử lý của các nghiệm thức (ĐC; NT1; NT2; NT3) đối so với đầu vào lần lượt là 43.99%; 59.83%; 65.74%; 86.42%. - Nồng độ NO3 trong các nghiệm thức ở ngày thứ 27 thấp hơn rất nhiều so với - đầu vào cho nên chứng tỏa rau Cần ống có khả năng sử dụng NO3 , Còn trong một thời gian ở ngày thứ 27 nghiệm thức 3 (NT3) có nồng độ thấp nhất là do số lượng cây - nhiều hơn các nghiệm thức còn lại nên sử dụng nhiều NO3 . Còn thời gian đầu từ thời - điểm ngày thứ 3 đến ngày thứ 9 nồng độ NO3 giảm đột ngột là do cây hấp thụ tốt ở thời điểm đó, còn đến thời điểm ngày thứ 12 trở đi nồng tăng trở lại có thể là sự tái ô nhiễm. Hoặc di chuyển hóa từ tảo. 3.3. Hiệu quả xử lý nước thải ao nuôi cá tra bằng thủy canh rau cần ống 3.3.1. Nồng độ các chất ô nhiễm sau khi xử lý Các chất ô nhiễm được rau cần ống hấp thụ nên nồng độ các chất ô nhiễm giảm so với nồng độ trong nước thải ban đầu. Bảng 3.1 cho thấy nồng độ các chất ô nhiễm trước và sau khi xử lý khác biệt có ý nghĩa thống kê ở mức ý nghĩa 5% qua phép thử T – test. Trong đó đạm amon có hiệu quả xử lý cao nhất vì đây là dạng đạm dễ tiêu, cây dễ dàng hấp thụ và là nguồn dinh dưỡng cần thiết cho sự phát triển của cây. Bảng 3.1. Hiệu quả xử lý nước thải của rau cần ống Oenanthe javanica Chỉ tiêu Trước khi xử lý Sau khi xử lý Hiệu suất (%) COD 139a 21,333b±0,8 84,7 TN 7,28a 1,16b±0,04 84,1 + a b NH4 6,38 0,45 ±0,1 93 - a b NO3 15,91 2,19 ±0,7 86,2 TP 3,74a 0,28b±0,0003 92,5 3- a b PO4 0,98 0,15 ±0,04 84,7 TSS 0,23a 0,03b±0,0005 86,9 Ghi chú: Các hàng có cùng kí tự theo sau thì không khác biệt có ý nghĩa thống kê 5% qua phép thử T - test
10. 238 Bảng 3.2. Sự sinh trưởng và phát triển của rau cần ống trước và sau thí nghiệm Rau cần ống Đơn vị Trước thí nghiệm Sau thí nghiệm Số lá - 2a 9,22b±0,29 Số chồi - 0a 1,56b±0,29 Số lá chồi - 0a 6,22b±1 Chiều dài thân cm 20a 56,7b±0,83 Chiều dài rễ cm 0a 35,3b±0,86 Sinh khối gram 1,02a 2,12b±0,22 Ghi chú: Các hàng có cùng kí tự theo sau thì không khác biệt có ý nghĩa thống kê 5% qua phép thử T – test Thân, lá và rễ của rau cần ống bắt đầu tăng trưởng mạnh mẽ vào ngày thứ ba của thí nghiệm. Chiều dài thân của rau tăng 1,35 cm/ngày và chiều dài của rễ tăng 1,03 cm/ngày. Từ kết quả bảng 3.2 cho thấy sự sinh trưởng và năng suất sinh khối của rau cần ống trước và sau khi thí nghiệm khác biệt có ý nghĩa thống kê 5% qua phép thử T – test. Trong đó nghiệm thức 3 phát triển tốt hơn hai nghiệm thức còn lại. Do nghiệm thức 3 có mật độ rau trồng thích hợp. 4. Kết luận Rau cần ống Oenanthe javanica xử lý được nước thải ao nuôi cá tra, với hiệu suất xử lý các chỉ tiêu từ 80% trở lên, đặc biệt là đạm amon. Năng suất sinh khối của rau cần ống trước và sau thí nghiệm tăng chứng tỏ có sự sinh trưởng và phát trong điều kiện nước thải có dinh dưỡng cao. Hiệu quả xử lý nước thải tốt nhất ở nghiệm thức 3 với số lượng rau cần ống được trồng là 20 cây. Tài liệu tham khảo [1]. Dương Công Chinh, Đồng An Thụy; Phát triển nuôi cá tra ở ĐBSCL và các vấn đề môi trường cần giải quyết; Trung tâm Nghiên cứu Môi trường và XLN Viện Khoa học Thủy lợi miền Nam . [2]. Zhenjiang 2/1/2013, Jiangsu Key Laboratory of Environmental Change and Ecological Construction, College of Geographical Science, Nanjing Normal University, Nanjing 21, 09/06/2010, Abstract.