Xử lý nước trong nuôi trồng thủy sản bằng biện pháp sinh học

Do nhu cầu ngày một tăng lên đối với cá tươi và tình trạng khai thác quá mức đang diễn ra ở các đại dương, nuôi trồng thủy sản ngày càng chứng tỏ vị trí quan trọng với nhiều mô hình nuôi khác nhau như mô hình nuôi kín hay mở (nuôi cá ngoài trời), nuôi lồng lưới (nuôi biển) hoặc trong các trang trại cá trong nhà. Tất cả hệ thống với chu kỳ nước "kín" đều có một điểm chung: yêu cầu về áp dụng công nghệ xử lý nước khá cao. Do vậy, công ty Multi Umwelttechnologie AG, một công ty của Đức đã phát triển quy trình "Mutag BioChip ™ RAS".

Nguyên tắc của RAS (hệ thống nuôi tuần hoàn)

Từ việc cung cấp thức ăn cho cá, hầu hết nước sẽ bị ô nhiễm với các thành phần hữu cơ và các hợp chất đạm tự nhiên của cá. Trong một chu kỳ mở, nước bị ô nhiễm được đưa ra khỏi hệ thống và được thay thế bằng nước ngọt, trong khi chỉ có một ít nước ngọt được chuyển đến lắp đặt chu trình kín phần lớn nước sẵn có trong các hệ thống này được xử lý và sau đó quay trở lại bể nuôi.

Do việc chuyển giao thường xuyên của nước từ hồ cá vào bể xử lý và ngược lại, loại hình đặc biệt này được gọi là hệ thống nuôi thủy sản tuần hoàn, gọi tắt là RAS. Nước ngày càng khan hiếm ở nhiều nơi trên thế giới và các quy định cũng ngày một khắt khe trong việc áp đặt các yêu cầu về chất lượng nước hiện tại để nuôi cá thương phẩm, những hệ thống sinh thái kín và kinh tế được lựa chọn thay thế hữu hiệu so với thiết lập chu kỳ nuôi mở trong khi đó, người nuôi phải tuân thủ các yêu cầu cao nhất về các công nghệ áp dụng và đặc biệt là chất lượng nước.

Quy trình Mutag BioChip™ RAS

Để chất lượng nước phù hợp với yêu cầu cho cá hoặc những loài thủy sinh vật, các chất gây ô nhiễm hữu cơ và các hợp chất nitơ được tìm thấy trong nước, chủ yếu là amoni phải được loại bỏ triệt để. Do đó, việc giảm nitơ xuống một mứ thấp nhất cho cá là một trong những nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống xử lý tuần hoàn trong hệ thống nuôi trồng thủy sản. "Mutag RAS BioChip ™ Process" là quy trình hoàn toàn phù hợp cho mục đích này.

Công nghệ MBBR (Moving Bed Bio Reactors) là quá trình xử lý sinh học hiệu quả cao được phát triển dựa trên công nghệ bùn hoạt tính truyền thống và công nghệ màng sinh học. Bể phản ứng MBBR làm việc ở chế độ khuấy trộn hoàn chỉnh, vận hành liên tục và ở đây sinh khối sinh trưởng trên giá thể được giữ ở chế độ chuyển động trong dòng nước thải nhờ tác dụng của ngoại lực.

Trong quy trình này, lưu lượng dòng chảy được xử lý và vận chuyển từ bể nuôi vào bể xử lý bằng Mutag BioChip ™. Bể này hoạt động dựa trên nguyên tắc MBBR. Các vi sinh vật xâm chiếm bề mặt của chất mang và tạo thành lớp màng trên chất mang và do đó thiết lập một màng sinh học mỏng trong khi các chất mang có thể di chuyển tự do trong nước và được lơ lửng trong bể bằng thiết bị sục khí lắp đặt tại đáy hồ hoặc bằng máy trộn. Nhờ có diện tích bề mặt lớn vi sinh vật có đủ điều kiện để bám dính và phát triển trên đó với mật độ cao và thúc đẩy tốc độ quá trình oxy hóa BOD, amoni.

Thông thường, nước được xử lý sinh học theo cách nêu trên được đưa trở lại bể nuôi.

Trong trường hợp nồng độ nitrate cao, một phần khối lượng nước chảy có thể thực hiện giai đoạn nitrat hóa hai lần. Do điều kiện trong bể này được điều chỉnh và trang bị bởi Mutag BioChip ™, quá trình khử ni tơ xảy ra trong khi nitrat (NO3) được biến đổi thành những phân tử nitơ (N2) và thải vào khí quyển như khí vô hại. Sau đó, một phần lưu lượng dòng chảy có thể được tái chế từ bể khử ni tơ trở lại giai đoạn quá trình nitrat hóa.

Nghiên cứu so sánh: Quy trình Mutag BioChip ™ RAS

Mutag BioChip ™ được sử dụng kể từ năm 2010 cho các mục đích nitrat hóa trang trại cá tầm (RAS). Trong phạm vi thử nghiệm, một vật mang "truyền thống"với lớp bề mặt được bảo vệ là 900 m2/m3 được so sánh với Mutag BioChip ™ (3.000 m2/m3) trong điều kiện giống nhau, khối lượng bể, nước và tình hình lưu lượng nước tương tự đã được sử dụng.

Khối lượng của cả hai bể nuôi là 6 m3, trong khi khối lượng của cả hai bể MBBR khi xử lý nước mỗi bể chiếm 600 lít. Hai loại vật mangđã được áp dụng trên tổng diện tích bề mặt giống nhau, do kích cỡ khác nhau của bề mặt, mức độ bám dính của vật mang thông thường là 25% (150 lít) và Mutag BioChip ™ 7.3% (44 lít).

Việc cung cấp thức ăn cho cá ban đầu thấp hơn so với tính thích nghi của nhiệt độ nước thấp khoảng 10°C, trong khi nhiệt độ tăng trưởng phụ thuộc vào các vi khuẩn nitrat trên bề mặt vật mang diễn ra mất vài tuần. Các hoạt động của màng sinh học có thể được quan sát cho thấy tăng trưởng phù hợp với nhiệt độ tăng cao và lượng thức ăn tăng cường.

Trong hệ thống tuần hoàn sử dụng Mutag BioChip ™, nồng độ NH4  chiếm 0,1-0,2 mg/L ở nhiệt độ nước trung bình 21°C - 25°C, trong khi nguồn cung thức ăn hàng ngày là 500g. Vì trong thử nghiệm, chỉ quá trình nitrat hóa được thực hiện và quan sát và do không có MBBR thứ hai nào quá trình khử ni tơ,để giữ NO3 đủ thấp để ngăn chặn thiệt hại cho cá thì quá trình trao đổi nước được giữ ở mức 5- 15% cho hệ thống mỗi ngày.

Tỷ lệ loại bỏ NH4 cụ thể đo được lên đến 0,24 kg NH4-N/m3 trên vật mang mỗi ngày, trong khi sinh khối cố định trên các vật mang trong cả hai bể MBBR là giống hệt nhau.

Tỷ lệ sinh khối trên các vật mang thông thường dao động vì những lý do chưa thể giải thích được rõ ràng; đồng thời những biến động này có thể được quan sát thấy sự gia tăng NH4 trong nước. Trái lại, biến động không mong muốn của Mutag BioChip ™ không thể được quan sát được.

Việc phân tích các kết quả cho thấy rằng: ngay cả khi áp dụng với số lượng lớn vật mang thấp hơn đáng kể, quy trình Mutag RAS BioChip ™ không chỉ có tác dụng rất hiệu quả trong xử lý nước trong nuôi trồng thủy sản mà còn được đặc trưng bởi sự ổn định tối đa và do đó cung cấp độ tin cậy cao trong hoạt động loại bỏ chất thải.