Hướng dẫn nuôi trồng thủy sản tuần hoàn - Phần 10

Chương 6: Xử lý nước thải

Hình 6.1 Bài tiết nitơ (N) và phốt pho (P) từ cá nuôi. Lưu ý lượng N bài tiết dưới dạng chất hòa tan. Nguồn: Biomar và Cơ quan bảo vệ môi trường, Đan Mạch.

Chăn nuôi cá trong một hệ thống tuần hoàn nơi mà nước được tái sử dụng liên tục cũng không làm cho chất thải từ quá trình sản xuất cá biến mất. Phân hoặc chất bài tiết từ cá vẫn phải thừa lại ở đâu đó.

Các quá trình sinh học diễn ra trong hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn (RAS) sẽ ở quy mô nhỏ hơn làm giảm lượng hợp chất hữu cơ, vì sự suy thoái sinh học đơn giản hoặc sự khoáng hóa trong hệ thống. Tuy nhiên, một lượng đáng kể bùn hữu cơ từ hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn vẫn sẽ phải được xử lý.

Hình 6.2 Phác thảo các dòng chảy đến và đi từ hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn.

Hầu hết hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn sẽ có một lượng nước xử lý tràn ra để cân bằng lượng nước đi vào và đi ra khỏi hệ thống. Nước này giống như nước mà cá đang bơi và không phải là chất gây ô nhiễm trừ khi lượng nước thải tràn ra quá mức và lượng nước thải hàng năm thông qua quá trình này leo thang. Tốc độ tuần hoàn càng mạnh thì nước sẽ được thải qua dòng chảy càng ít.

Nước thải thoát ra trong quá trình tuần hoàn thường đến từ bộ lọc cơ học, nơi mà phân và các chất hữu cơ khác được tách vào cửa xả cặn của bộ lọc. Vệ sinh và rửa bộ lọc sinh học cũng làm tăng thêm nước vào tổng lượng nước thải từ chu trình tuần hoàn.

Việc xử lý nước thải thoát ra từ hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn có thể được thực hiện theo những cách khác nhau. Thông thường, một bể đệm được lắp đặt trước hệ thống xử lý cặn nơi mà cặn được tách ra khỏi nước xả. Cặn sẽ đi đến một buồng tích lũy để bồi lắng hoặc hơn thế nữa là để khử nước cơ học trước khi cặn được rải lên trên mặt đất, điển hình là làm phân bón cải tạo đất đai trong các trang trại nông nghiệp hoặc nó có thể được sử dụng trong sản xuất khí sinh học (biogas) để tạo ra nhiệt hoặc điện. Khử nước cơ học cũng làm cho cặn dễ xử lý hơn và giảm thiểu khối lượng nhờ đó việc xử lý hoặc lệ phí có thể trở nên rẻ hơn.

Hình 6.3 Các đường ống dẫn cặn và nước bên trong và bên ngoài một hệ thống tuần hoàn. Tốc độ tuần hoàn càng cao thì lượng nước thoát ra khỏi hệ thống (đường ống nối) càng thấp và lượng nước thải được xử lý càng thấp. Nguồn: Hydrotech.

Hình 6.4 Bộ lọc băng chuyền nguồn thủy lực được sử dụng như giải pháp xử lý nước thứ yếu để khử nước cặn.

Hình 6.5 Một đầm phá thực vật được đặt sau một trang trại chăn nuôi cá hồi tuần hoàn ở Đan Mạch - trước và sau khi phát triển quá mức. Nguồn: Per Bovbjerg, DTU Aqua.

Nước thải được làm sạch từ quá trình xử lý cặn thường sẽ có nồng độ nitơ cao, trong khi phốt pho có thể được loại bỏ gần như hoàn toàn trong quy trình xử lý cặn. Nước xả này được gọi là nước thải và thường được xả ra môi trường xung quanh, sông, biển, v.v... cùng với nước tràn ra từ hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn. Hàm lượng chất dinh dưỡng trong nước thải và trong nước tràn ra có thể được loại bỏ bằng cách hướng nó đến đầm phá thực vật, hệ thống xử lý nước thải vùng rễ hoặc hệ thống thấm chất lỏng rò rỉ nơi mà ở đó các hợp chất phốt pho và nitơ còn lại có thể được hạ thấp hơn nữa.

Như một phép thay thế, nước thải có thể được sử dụng làm phân bón trong các hệ thống aquaponics. Aquaponics là hệ thống mà chất thải từ cá được sử dụng cho việc trồng rau, trồng cây hoặc trồng các loại thảo mộc, điển hình là bên trong nhà kính. Đối với các hệ thống nuôi cá lớn hơn, cặn được khuyến nghị sử dụng cho đất nông nghiệp và khí sinh học, trong khi đó nước thải được sử dụng cho aquaponics vì điều này giúp xử lý và dàn xếp các công việc liên quan đến trồng trọt trong nhà kính đơn giản hơn

Hình 6.6 Dự án EcoFutura đã khám phá ra khả năng trồng cà chua với việc nuôi cá rô phi Nile (Oreochromis niloticus). Nguồn: Priva (Hà Lan)

Hàm lượng nitơ trong nước thải cũng có thể được loại bỏ bằng cách khử nitơ. Như được mô tả ở chương 2, metanol được sử dụng phổ biến nhất để làm nguồn carbon cho quá trình kỵ khí này. Nó biến đổi nitrat thành khí nitơ tự do bay vào không khí do đó loại bỏ nitrat khỏi nước thải. Khử nitơ cũng có thể được sử dụng bên trong hệ thống tuần hoàn để làm giảm lượng nitrat trong nước xử lý của hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn, nhờ đó giảm thiểu nhu cầu sử dụng nước mới trong hệ thống. Việc sử dụng phương pháp khử nitơ bên ngoài hệ thống tuần hoàn được thực hiện nhằm giảm thiểu lượng khí thải nitơ ra môi trường. Nước thải từ hệ thống xử lý cặn có thể được sử dụng làm nguồn carbon như một giải pháp thay thế cho việc sử dụng metanol. Sử dụng nước thải thay vì nguồn carbon đòi hỏi phải quản lý chặt chẽ buồng khử nitơ và việc rửa lại và làm sạch buồng khử có thể trở nên khó khăn hơn. Trong mọi trường hợp, một hệ thống khử nitơ hiệu quả có thể làm giảm đáng kể hàm lượng nitơ trong nước thải.

Cần lưu ý rằng cá bài tiết chất thải theo một cách khác so với các động vật khác như lợn hoặc bò. Nitơ chủ yếu được bài tiết dưới dạng nước tiểu qua mang, trong khi một phần nhỏ hơn được bài tiết qua phân từ hậu môn. Phốt pho chỉ được bài tiết cùng với phân. Do đó, phần chính của nitơ được hòa tan hoàn toàn trong nước và không thể loại bỏ bằng bộ lọc cơ học. Việc loại bỏ phân trong bộ lọc cơ học sẽ giữ lại một phần nhỏ nitơ cố định trong phân và phần lớn hơn là lượng phốt pho. Nitơ hòa tan còn lại trong nước sẽ được chuyển đổi trong bộ lọc sinh học chủ yếu tạo thành nitrat. Ở dạng này, nitơ dễ dàng được thực vật hấp thụ và có thể được sử dụng làm phân bón trong nông nghiệp hoặc đơn giản là được loại bỏ trong đầm phá thực vật hoặc hệ thống xử lý nước thải vùng rễ.

Hình 6.7 Loại bỏ nitơ (N), phốt pho (P) và chất rắn lơ lửng (SS) khỏi bộ lọc cơ học. Nguồn: Trạm nghiên cứu thủy sản của bang Baden-Wurmern, Đức.

Phân từ bể cá phải chảy ngay vào bộ lọc cơ học mà không bị rã ra trên đường đi. Phân càng nguyên vẹn và rắn chắc thì mức độ chất rắn và các hợp chất khác được loại bỏ càng cao. Hình 6.7 cho thấy khả năng loại bỏ nitơ, phốt pho và chất rắn lơ lửng (chất hữu cơ) được ước tính trong bộ lọc cơ học 50 micron.

Tốc độ tuần hoàn càng cao thì nước mới sẽ càng ít được sử dụng và nước thải cần được xử lý cũng sẽ càng ít. Trong một số trường hợp, không có nước xử lý được thải trở lại môi trường xung quanh. Tuy nhiên, loại trang trại chăn nuôi cá “không xả thải” này có chi phí xây dựng rất đắt đỏ và chi phí vận hành cho việc xử lý chất thải cũng rất đáng kể. Ngoài ra, hoạt động xử lý chất thải hàng ngày sẽ đòi hỏi sự sự tập trung cao độ để làm cho hệ thống hoạt động một cách hiệu quả. Đối với mô hình chăn nuôi cá không xả thải, người ta cũng cần lưu ý rằng luôn cần một lượng nước trao đổi nhất định để ngăn ngừa sự tích tụ của các hợp chất kim loại và hợp chất phốt pho trong hệ thống. Điểm mấu chốt là chính quyền và người chăn nuôi cá phải thỏa thuận về giấy phép xả thải vừa bảo vệ môi trường vừa có một doanh nghiệp chăn nuôi cá mang lại hiệu quả kinh tế.

Kết hợp nuôi cá thâm canh, hoặc là công nghệ tuần hoàn hay chăn nuôi truyền thống kết hợp với các hệ thống nuôi trồng thủy sản có diện tích rộng lớn (ví dụ như chăn nuôi cá chép truyền thống) có thể là một cách dễ dàng để xử lý chất thải sinh học. Các chất dinh dưỡng từ hệ thống thâm canh được sử dụng làm phân bón cho các ao rộng lớn, trong khi đó lượng nước dư thừa từ trang trại thâm canh chảy vào khu vực ao nuôi cá chép. Nước từ khu vực ao rộng lớn có thể được tái sử dụng làm nước xử lý trong trang trại thâm canh. Tảo và thảm thực vật sống dưới nước phát triển trong các ao rộng lớn sẽ trở thành thức ăn cho cá chép ăn cỏ, cuối cùng cá chép được thu hoạch và sử dụng để tiêu thụ. Điều kiện chăn nuôi hiệu quả thu được trong hệ thống thâm canh và tác động môi trường đã được tính toán kết hợp với diện tích ao rộng.

Hình 6.9 Các hệ thống nuôi cá thâm canh kết hợp ở Hungary.  Cơ hội dường như là vô tận. Nguồn: Laszlo Varadi, Viện nghiên cứu thủy sản, nuôi trồng thủy sản và thủy lợi (HAKI), Szarvas, Hungary.