Sử Dụng Gracilaria Verrucosa Làm Máy Lọc Sinh Học Nước Thải Ao Nuôi Tôm

Tóm tắt

Nghiên cứu này đánh giá khả năng lọc sinh học nước thải ao nuôi tôm của rong câu Gracilaria verrucosa. Qua thí nghiệm, G. verrucosa cho thấy hiệu quả cao trong việc hấp thụ và loại bỏ nitơ vô cơ (amoniac, nitrat) và phốt pho từ nước thải. Thí nghiệm được thực hiện trong phòng thí nghiệm với 4 nghiệm thức (100g, 150g, 200g G. verrucosa và đối chứng) theo thiết kế ngẫu nhiên hoàn toàn (CRD). Các thông số quan sát: chất lượng nước (nhiệt độ, TSS, pH, độ mặn, DO), sinh khối rong biển và khả năng hấp thụ Nitơ, Phốt pho.  Kết quả thu được là nhiệt độ 27,2–30,1°C, TSS 7–76 mg/L, pH 7,42–8,83, độ mặn 16–18 ppt, DO 1,7–5,3 mg/L, sinh khối 74–210,7 g, amoniac giảm hiệu quả vào ngày thứ 10 giảm 90%, nitrat ở ngày thứ 20 là 22,2% và giá trị phốt phát ở ngày thứ 30 là 20,1%. G. verrucosa hấp thụ nitơ (N) 0,08% và phốt pho (P) 0,35%. G. verrucosa có tiềm năng ứng dụng làm bộ lọc sinh học trong hệ thống nuôi trồng thủy sản kết hợp (IMTA) để xử lý nước thải ao nuôi tôm.

Giới thiệu

Nuôi tôm trong ao cá tạo ra lượng lớn chất hữu cơ và vô cơ (nitơ hòa tan và phốt pho) từ thức ăn thừa, phân và hoạt động trao đổi chất của tôm. Chất thải này làm thay đổi thành phần trầm tích, dẫn đến phú dưỡng và thiếu oxy trong nước. Nước thải giàu dinh dưỡng từ hoạt động nuôi tôm cũng là nguyên nhân khiến thực vật phù du nở hoa, đe dọa đa dạng sinh học và phá vỡ sự cân bằng hệ sinh thái.

Gracilaria là chi rong biển đỏ được ứng dụng trong hệ thống nuôi trồng thủy sản đa dinh dưỡng tổng hợp (IMTA). Loại rong này có giá trị kinh tế cao do được sử dụng trong ngành công nghiệp dinh dưỡng và dược phẩm. Gracilaria verrucosa được trồng phổ biến bởi nông dân Indonesia, đặc biệt là ở bờ biển phía bắc đảo Java.

Gracilaria có khả năng hấp thụ và chiết xuất các chất vô cơ như nitơ hòa tan và phốt pho vào tế bào thallus để phát triển. Nhờ vậy, Gracilaria được xem là “bộ lọc sinh học” giúp cải thiện chất lượng nước thải ao nuôi tôm.

Phương pháp

Địa điểm và ngày nghiên cứu

Nghiên cứu này được thực hiện vào tháng 1 – tháng 4 năm 2019 tại Trung tâm Nuôi trồng thủy sản nước lợ (Balai Besar Perikanan Budidaya Air Payau) Jepara, Indonesia.

Đo lường chất lượng nước

Việc đo chất lượng nước bao gồm các thông số vật lý và hóa học. Các thông số vật lý được đo bao gồm nhiệt độ, tổng chất rắn lơ lửng (TSS) và độ mặn. Nhiệt độ nước được đo bằng nhiệt kế. Độ mặn được đo bằng khúc xạ kế. Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) được đo bằng phương pháp trắc quang.

Các thông số hóa học bao gồm oxy hòa tan (DO), pH, nitrat, phốt phát và amoniac. pH được đo bằng máy đo pH và oxy hòa tan bằng máy đo DO. Phép đo thông số nitrat được thực hiện bằng phương pháp 2.6-Dimethyphenol, đo phốt phát bằng phương pháp Phospormolybdenum Blue và amoniac bằng phương pháp salicylate. Các mẫu nước đo được được thu thập từ tất cả các thùng chứa nghiên cứu. Các thông số vật lý được đo 5 ngày một lần và các thông số hóa học được đo10 ngày một lần.

Đo độ hấp thụ

Phép đo độ hấp thụ hàm lượng Nitơ (N) và phốt pho (P) trong rong G. verrucosa được tiến hành vào ngày thứ 0 và ngày thứ 30. Việc đo hàm lượng N và P trong mô rong biển được thực hiện bằng AOAC 976.05.20th Ed. Phương pháp SNI 2803-2012 2016.

Phân tích thống kê

Nghiên cứu được thực hiện bằng phương pháp thử nghiệm của Complete Random Design. Kết quả dữ liệu đo hàm lượng thông số chất lượng nước (nitrat, phốt phát, amoniac, sinh khối, nitơ và phốt pho) được phân tích bằng ANOVA một chiều, sau đó là phân tích thử nghiệm Tukey với độ tin cậy 95%. Phân tích thống kê được thực hiện bằng chương trình SPSS phiên bản 20.0.

Kết quả

Ammonia (NH₃)

Hình 1. Hàm lượng amoniac trong nước thải ao nuôi tôm trong quá trình xử lý

Nồng độ amoniac vào ngày thứ 0 là 5 mg/L và nồng độ vào ngày thứ 10 là 0–1,76 mg/L. Nhóm đối chứng không có G. verrucosa cho thấy nồng độ amoniac tăng lên sau ngày thứ 20. Nồng độ amoniac vào ngày thứ 20 là 0,1-0,25 mg/L và ngày thứ 30 là 0,14-1,12 mg/L. Trong khi đó, hàm lượng amoniac ở nghiệm thức 100 gam ngày thứ 20 và 200 gam ngày thứ 30 lại giảm do hấp thụ hàm lượng chất thải hiện có.

Nitrat (NO₃)

Hình 2. Hàm lượng nitrat trong nước thải ao nuôi tôm trong quá trình xử lý

Nồng độ nitrat vào ngày thứ 0 là 2,9 mg/L, trong khi vào ngày thứ 10 là 3,7–9,3 mg/L. Nồng độ nitrat vào ngày thứ 20 là 3,5–6 mg/L, trong khi vào ngày thứ 30 là 2,8–7,6 mg/L. Quá trình nitrat được G. verrucosa hấp thụ xảy ra vào ngày thứ 20 nên nồng độ nitrat trong nước thải ao cá cũng giảm dần.

Phốt phát (PO₄)

Hình 3. Hàm lượng lân trong nước thải ao nuôi tôm trong quá trình xử lý

Nồng độ phốt phát ở ngày 0 là 0,8 mg/L, ngày thứ 10 là 3–7 mg/L và ngày thứ 20 là 5–9,7 mg/L. Sự gia tăng lượng phốt phát vào ngày thứ 10 và 20 xảy ra ở tất cả các nghiệm thức. Nồng độ phốt phát vào ngày 20 là 5–9,7 mg/L, trong khi ngày thứ 30 là 3–8 mg/L. Nồng độ phốt phát vào ngày thứ 10 đến ngày thứ 20 tăng cao do quá trình phân hủy chất thải.

Sinh khối G. verrucosa

Bảng 1. Sinh khối G. verrucosa làm bộ lọc sinh học trong quá trình xử lý

*) Các giá trị trong cột có các chữ cái giống nhau theo sau cho thấy không có sự khác biệt thực sự ở mức độ tin cậy 95%.

Sinh khối của G. verrucosa tăng lên vào ngày thứ 10. Sau đó, sinh khối có xu hướng giảm dần vào ngày thứ 20 và 30 do hàm lượng chất dinh dưỡng thải giảm.

Độ hấp thụ

Bảng 2. Hàm lượng N trong mô G. verrucosa trong quá trình xử lý

*) Các giá trị trong cột có các chữ cái giống nhau theo sau cho thấy không có sự khác biệt thực sự ở mức độ tin cậy 95%.

Hàm lượng nitơ (N) trong mô G. verrucosa tăng vào thời điểm kết thúc nghiên cứu từ 0,14% lên 0,18-0,22%. Kết quả thử nghiệm thống kê trong Bảng 2 cho thấy sự khác biệt đáng kể về hàm lượng nitơ (N) ở ngày thứ 30 ở nghiệm thức 200 gram trong quá trình nghiên cứu. Sự khác biệt đáng kể được thể hiện ở hàm lượng nitơ (N) ngày thứ 30 ở nghiệm thức 200 gram trong thời gian nghiên cứu

Bảng 3. Hàm lượng P trong mô G. verrucosa trong quá trình xử lý

*) Các giá trị trong cột có các chữ cái giống nhau theo sau cho thấy không có sự khác biệt thực sự ở mức độ tin cậy 95%.

Hàm lượng phốt pho (P) trong mô G. verrucosa tăng vào cuối nghiên cứu, từ 0,72% lên 0,95–1,07%. Kiểm tra thống kê trong Bảng 2 không cho thấy sự khác biệt đáng kể về hàm lượng phốt pho (P) trong thời gian nghiên cứu. Không có sự khác biệt đáng kể về hàm lượng phốt pho (P) trong thời gian nghiên cứu.

Thông số hỗ trợ

Bảng 4. Các thông số hỗ trợ

Thảo luận

Ammonia (NH₃)

Sự giảm amoniac vào ngày thứ 10 xảy ra ở tất cả các nghiệm thức và cũng được ghi nhận bởi Silviana và cộng sự rằng nồng độ amoniac ban đầu trong hệ thống IMTA tăng mạnh nhưng giảm mạnh để ổn định vào ngày thứ 10. Việc giảm nồng độ amoniac trong nghiệm thức này cho thấy G. verrucosa bắt đầu hấp thụ amoniac trong nước thải sau ngày thứ 10 thông qua quá trình amoni hóa được chiết xuất để phát triển. Nếu độ pH bằng 7 hoặc thấp hơn mức đó, điều đó có nghĩa là amoniac trải qua quá trình ion hóa.

Khi độ pH tăng (7,42-8,83 trong thí nghiệm), G. verrucosa hấp thụ amoniac mạnh hơn, dẫn đến tốc độ khử amoniac nhanh hơn so với nitrat và phốt phát. G. verrucosa được chứng minh là làm giảm nồng độ amoniac có trong nước thải ao nuôi tôm so với đối chứng cho đến khi kết thúc thí nghiệm. Trọng lượng cây vào ngày điều trị thứ 30 cho thấy có sự khác biệt đáng kể so với đối chứng.

Nitrat (NO₃)

Nitrat là dạng nitơ chính tồn tại trong nước tự nhiên sẽ nhanh chóng hòa tan và cần thiết cho sự phát triển của tảo. Nồng độ nitrat tăng ở tất cả các nghiệm thức vào ngày thứ 10 do G. verrucosa cần thời gian để thích nghi với nồng độ cao của nước thải, dẫn đến ức chế quá trình hấp thụ nitrat. Hơn nữa, nước thải vào ngày xử lý thứ 0 trải qua quá trình nitrat hóa liên tục. Việc xử lý bằng bộ lọc sinh học của G. verrucosa rõ ràng vào ngày thứ 30, trong khi ở nhóm đối chứng (không có bộ lọc sinh học) cho thấy nồng độ nitrat tăng lên. G. verrucosa bắt đầu hấp thụ nitrat sau ngày thứ 20.

Phốt phát (PO₄)

Phốt phát là dạng phốt pho có thể được sử dụng bởi nhiều loại cây trồng như cây thủy sinh. Việc tăng nồng độ phốt phát là do nước thải bay hơi. Điều kiện pH trong quá trình nghiên cứu nằm trong khoảng 7,42–8,83. Điều kiện pH cao hơn 7 sẽ khiến nguyên tố phốt phát ở dạng H₂PO₄^– bị khử thành H₂PO₄^2- hoặc ở dạng PO₄^3- khiến phốt phát khó hấp thụ hơn. G. verrucosa bắt đầu hấp thụ phốt phát mạnh mẽ sau ngày thứ 30. Hầu hết các thí nghiệm đều cho thấy hàm lượng phốt phat giảm sau ngày thứ 30, ngoại trừ nhóm đối chứng (không có G. verrucosa) thì tăng lên. G. verrucosa biến phốt phát thành chất dinh dưỡng cho sự phát triển của nó. Hợp chất phốt phát có chu trình bị gián đoạn vì nó dễ phản ứng hoặc dễ liên kết với trầm tích nhưng khó hòa tan vào nước. G. verrucosa được coi là có hiệu quả trong việc ức chế sự gia tăng hàm lượng phốt phát có trong nước thải ao nuôi tôm. Việc sử dụng G. verrucosa dẫn đến giá trị phốt phát thấp hơn so với đối chứng. Việc xử lý trọng lượng cây trồng không ảnh hưởng đến hàm lượng phốt phát trong nước thải.

Sinh khối G. verrucosa

Tỷ lệ Carbon/Nitơ (C/N) đóng vai trò quan trọng trong việc giải thích sự tăng trưởng của rong biển. Nhiều yếu tố môi trường tác động và ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của rong biển theo nhiều cách khác nhau. Sinh khối của G. verrucosa tăng vào ngày thứ 10, chứng tỏ khả năng hấp thu chất dinh dưỡng của rong biển. Tuy nhiên, sinh khối có xu hướng giảm vào ngày thứ 20 và 30 do hàm lượng chất dinh dưỡng thải giảm và cũng được xác nhận bởi PáezOsuna và cộng sự, hàm lượng chất dinh dưỡng trong nước càng ít dẫn đến sinh khối vi tảo giảm. Hơn nữa, yếu tố ánh sáng hạn chế trong phòng thí nghiệm đã làm gián đoạn quá trình quang hợp; do đó, sinh khối của G. verrucosa đã giảm khi kết thúc quá trình xử lý. Sự khác biệt đáng kể về sinh khối của G. verrucosa được thể hiện vào ngày thứ 10, 20, 30 trong thời gian nghiên cứu.

Độ hấp thụ

Rong biển cần các nguyên tố nitơ và phốt pho để phát triển. Nói chung, nguyên tố phốt pho được hấp thụ ở dạng orthophosphate, trong khi nitơ ở dạng nitrat, amoni và urê. Theo Nelson và cộng sự, 500 gam rong biển tươi Gracilaria sp. có thể làm giảm tổng nồng độ chất dinh dưỡng N từ 1,2 mg/L xuống còn 0,4 mg/L.

Kết quả chỉ ra rằng G. verrucosa hấp thụ hàm lượng nitơ (N) và phốt pho (P) tăng lên ở tất cả các nghiệm thức cho đến cuối nghiên cứu, nguyên nhân là do khả năng hấp thụ nitơ (N) của G. verrucosa gây ra. và hàm lượng phốt pho (P) để chữa lành mô và phát triển mô mới. Hàm lượng nitơ (N) và phốt pho (P) được hấp thụ bởi G. verrucosa sẽ làm tăng sinh khối và tăng chất lượng nước.

Hàm lượng N trong mô G. verrucosa tăng từ 0,14% lên 0,19% sau nghiên cứu. Khả năng hấp thụ N và P của G. verrucosa thấp hơn G. lemaneiformis. Khả năng hấp thụ dinh dưỡng phụ thuộc vào thời gian tiếp xúc và mật độ xử lý. Rõ ràng là G. verrucosa có thể hấp thụ hàm lượng có trong chất thải để phát triển. Theo Abreu và cộng sự, sự hấp thụ của G. vermiculophylla giảm khi thời gian nghiên cứu và tích lũy N trên mô. Hơn nữa, sự tích lũy N sẽ đạt giá trị tối đa khi nồng độ N và NH₄⁺ tăng lên. Hàm lượng phốt pho (P) trong mô G. verrucosa tăng vào thời điểm kết thúc nghiên cứu, từ 0,72% lên 0,92%. Điều này được chứng minh bởi sự gia tăng trọng lượng tươi và cải thiện chất lượng nước.

Nghiên cứu kết luận rằng G. verrucosa dùng làm bộ lọc sinh học có thể cải thiện chất lượng nước thải bằng cách giảm amoniac hiệu quả vào ngày thứ 10, giảm nitrat vào ngày thứ 20 và phốt phát vào ngày thứ 30. G. verrucosa hấp thụ hàm lượng nitơ vô cơ (N) 0,08% và hàm lượng phốt pho (P) 0,35%.

Theo Cindy Martiana Trianti, and Ratih Ida Adharini

Nguồn: https://www.academia.edu/93774067/The_Utilization_of_Gracilaria_verrucosa_as_shrimp_ponds_wastewater_biofilter

Biên dịch: Nguyễn Thị Quyên – Tôm Giống Gia Hóa Bình Minh

TÔM GIỐNG GIA HÓA – CHÌA KHÓA THÀNH CÔNG

Xem thêm:

• Ảnh Hưởng Của Việc Bổ Sung Chất Nền Thực Vật Cho Tôm Thẻ Penaeus Vannamei Được Nuôi Trước Trong Hệ Thống Biofloc Đến Hiệu Suất Tôm, Chất Lượng Nước Và Thành Phần Biofloc
• Ảnh Hưởng Của Khẩu Phần Thủy Phân Đầu Cá Ngừ Đến Tỷ Lệ Sống Và Tăng Trưởng Của Tôm Thẻ Chân Trắng Penaeus Vannamei
• Phần 2: Probiotic Lactobacillus pentosus BD6 Thúc Đẩy Tăng Trưởng Và Tình Trạng Sức Khỏe Của Tôm Thẻ Chân Trắng Litopenaeus vannamei Qua Đường Miệng