Biến động NH3/NH4+ và H2S trong ao nuôi, ảnh hưởng của chúng lên cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) và biện pháp giảm thiểu.

Nội dung tài liệu: Biến động NH3/NH4+ và H2S trong ao nuôi, ảnh hưởng của chúng lên cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) và biện pháp giảm thiểu.

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ Chuyên ngành: Môi trường đất và nước Mã ngành: 62440303 TÊN NCS: PHẠM QUỐC NGUYÊN TÊN LUẬN ÁN TIẾN SĨ + BIẾN ÐỘNG NH3/NH4 VÀ H2S TRONG AO NUÔI, ẢNH HƯỞNG CỦA CHÚNG LÊN CÁ TRA (Pangasianodon hypophthalmus) VÀ BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU Cần Thơ, 2017
2. CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ Người hướng dẫn chính: PGS.TS. Nguyễn Văn Công Người hướng dẫn phụ: PGS.TS. Trương Quốc Phú Luận án được bảo vệ trước hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp trường Họp tại: Vào lúc giờ ngày tháng năm Phản biện 1: Phản biện 2: Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Khoa Môi trường và Tài nguyên thiên nhiên, Trường Đại học Cần Thơ. Trung tâm Học liệu, Trường Đại học Cần Thơ. Thư viện Quốc gia Việt Nam. ii
3. CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 1. Phạm Quốc Nguyên, Lê Hồng Y, Nguyễn Văn Công và Trương Quốc Phú, 2014. Diễn biến một số chỉ tiêu chất lượng nước trong ao nuôi cá tra (Pangasianodon hypopthalmus) thâm canh. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ. Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ và Môi trường: 34 (2014): 128-136. ISSN: 1859-2333. 2. Phạm Quốc Nguyên, Lê Hồng Y, Trương Quốc Phú và Nguyễn Văn Công, 2014. Ảnh hưởng của pH lên độc tính của tổng đạm amôn trong nước đối với cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) cỡ giống. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ. Phần B: Nông nghiệp, Thủy sản và Công nghệ Sinh học: 30 (2014): 64-71. ISSN: 1859-2333. 3. Phạm Quốc Nguyên, Nguyễn Thị Ngọc Yến, Trương Quốc Phú và Nguyễn Văn Công, 2015. Ảnh hưởng của tổng đạm Amôn lên sinh trưởng cá tra (Pangasianodon hypophthalmus). Tạp chí khoa học ĐHSP TPHCM. Phần khoa học tự nhiên và công nghệ. Số 5(70) năm 2015. ISSN: 1859-3100. 4. Phạm Quốc Nguyên, Đoàn Chí Linh, Trương Quốc Phú và Nguyễn Văn Công, 2015. Đánh giá khả năng loại bỏ chất ô nhiễm ao nuôi cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) bằng lục bình (Eichhornia crassipes) trên mô hình đất ngập nước dòng chảy mặt. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ. Số chuyên đề: Môi trường và Biến đổi khí hậu (2015): 58-70. ISSN: 1859-2333. 5. Phạm Quốc Nguyên, Nguyễn Văn Bé và Nguyễn Văn Công. 2014. Xác định số lượng, chất lượng bùn đáy ao nuôi cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) và sử dụng trong canh tác rau. Tạp chí Khoa học Trường Đại học Cần Thơ. Phần A: Khoa học Tự nhiên, Công nghệ và Môi trường: 35 (2014): 78-89. ISSN: 1859-2333. iii
4. CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) là vùng nuôi thâm canh cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) lớn nhất Việt Nam. Theo Tổng cục Thuỷ sản (2015) vào năm 2014 diện tích nuôi cá tra ở ĐBSCL khoảng 5.500 ha; sản lượng đạt 1.100.000 tấn. Cá tra được nuôi ở mật độ rất cao nên sản phẩm thải là mối đe dọa ô nhiễm nước ao (De Sena et al., 2010). Phân và thức ăn thừa được vi sinh vật chuyển hoá thành các hợp - chất vô cơ hoà tan trong nước. Trong đó, NH3 và NO2 là các chất độc đối với thuỷ sinh vật (Emerson et al., 1975; Tomasso, 1994). Ngoài ra, khi môi trường thiếu oxy hòa tan (DO) thì sự phân hủy chất hữu cơ (phân, thức ăn thừa, xác cá chết) còn tạo ra H2S. Khí này có thể chuyển 2- - hóa qua lại giữa các dạng S , HS và H2S tùy thuộc vào pH và nhiệt độ. + Sự chuyển hóa qua lại giữa NH3 và NH4 cũng phụ thuộc vào pH và nhiệt độ (Colt & Armstrong, 1981). Khi pH và nhiệt độ tăng dẫn đến sự gia tăng nồng độ NH3 (Emerson et al., 1975; Tomasso, 1994), nhưng pH tăng sẽ làm giảm H2S (Boyd, 1990). + Theo Ip & Chew (2010), NH4 /NH3 làm tăng tiêu hao oxy của mô, tổn thương mang, làm giảm khả năng vận chuyển oxy trong máu, làm cá dễ bị bệnh và tăng trưởng chậm (Boyd, 1990; Wicks & Randall, 2002). Tuy nhiên, có trường hợp TAN ở nồng độ thấp lại kích thích tăng trưởng như ở cá hồi (Oncorhynchus mykiss Walbaum) (Wood, 2004). + Nồng độ NH4 /NH3 và H2S gây chết các loài động vật thủy sinh rất khác nhau tùy thuộc vào loài, kích thước và tuổi (Mance et al., 1988). + Do đó, nghiên cứu “Biến động NH3/NH4 và H2S trong ao nuôi, ảnh hưởng của chúng lên cá tra (Pangasianodon hypophthalmus) và biện pháp giảm thiểu” đ được thực hiện. 1.2 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu tổng quát: Đánh giá biến động một số dạng đạm vô cơ và H2S trong nước ao nuôi cá tra thâm canh và ảnh hưởng của các yếu tố này đến sinh trưởng và phát triển của cá tra. Kết quả làm cơ sở cho việc đề xuất giải pháp quản lý nước ao nuôi và xả thải ra môi trường một cách hợp lý hơn, góp phần cho nghề nuôi cá tra được phát triển bền vững. Mục tiêu cụ thể: - Xác định biến động một số dạng đạm vô cơ và H2S trong ao nuôi cá tra thâm canh nhằm làm cơ sở cho đánh giá tác động đến cá nuôi, tác động đến môi trường và nghiên cứu biện pháp quản lý và xử lý. 1
5. + - Xác định ảnh hưởng của NH3/NH4 , H2S lên tỷ lệ sống và ảnh + hưởng của NH3/NH4 lên tăng trọng của cá tra cỡ giống nhằm làm cơ sở cho quản lý nước ao nuôi. - Nghiên cứu sử dụng lục bình để xử lý đạm vô cơ và H2S trong nước thải ao nuôi cá tra thâm canh nhằm làm cơ sở cho đề xuất nghiên cứu ứng dụng xử lý nước thải từ ao nuôi cá tra. 1.3 Nội dung nghiên cứu (i) Khảo sát biến động một số thông số chất lượng nước (DO, nhiệt độ, pH, các dạng đạm vô cơ và H2S) trong ao nuôi thâm canh cá tra theo thời gian trong ngày ở các độ sâu khác nhau và theo giai đoạn phát triển của cá. (ii) Xác định nồng độ H2S và TAN gây chết 50% (LC50) cá tra cỡ giống ở pH 6, 7 và 8. (iii) Xác định ảnh hưởng của TAN đến sinh trưởng cá tra cỡ giống ở pH khác nhau trong điều kiện phòng thí nghiệm. (iv) Nghiên cứu mô hình xử lý nước thải ao nuôi cá tra thâm canh kết hợp lục bình. 1.4 Ý nghĩa luận án Kết quả luận án là cơ sở khoa học cho việc đề xuất các giải pháp quản lý chất lượng nước ao nuôi, góp phần bảo vệ môi trường. 1.5 Điểm mới của luận án Luận án này đ cho thấy, diễn biến một số thông số chất lượng + - - nước (nhiệt độ, pH, DO, NH4 /NH3, NO2 , NO3 và H2S) trong ao nuôi thâm canh cá tra theo thời gian trong ngày, theo độ sâu và theo thời gian nuôi mà các nghiên cứu trước chưa cung cấp chi tiết. Đặc biệt là sự chuyển hóa các dạng chất độc như NH3, H2S trong nước ao. Đây là cơ sở quan trọng giúp người nuôi chọn giải pháp quản lý chất lượng nước ao nuôi một cách tối ưu nhằm tránh rủi ro cho cá. Luận án này đ xác định được giá trị LC50 của tổng đạm amôn (TAN) và H2S đối với cá tra giống ở pH 6, 7 và 8. Kết quả luận án đ cho thấy, cá tra có khả năng chịu đựng TAN và H2S rất cao. Luận án này đ phát hiện sau 90 ngày nuôi ở khoảng pH 6,5-7, cá tra có xu hướng tăng trưởng tốt ở nồng độ TAN 6,5 mg/L; ở khoảng pH 7,5-8, cá tra có xu hướng tăng trưởng tốt ở nồng độ TAN 10 mg/L. Ở điều kiện này cá có tốc độ tăng trưởng đặc biệt và khối lượng tươi cao hơn đối chứng (ĐC) nhưng lượng thức ăn cá tiêu thụ ít so với ĐC; tuy nhiên ở nồng độ cao hơn thì lượng thức ăn được cá tiêu thụ nhiều hơn ĐC nhưng tốc độ tăng trưởng đặc biệt thấp hơn ĐC. Đây là thông tin quan trọng đóng góp cho tối ưu hóa trong quản lý chất lượng nước ao nuôi góp phần tăng hiệu quả kinh tế ao nuôi và bảo vệ môi trường. 2
6. Luận án này đóng góp thêm biện pháp giúp giảm ô nhiễm nước - - thải ao nuôi cá tra bằng lục bình với các chỉ tiêu NO3 và NO2 đều đạt cột A2 QCVN 08-MT:2008/BTNMT; thông số SS, H2S, NH3 và CO2 đạt TT 44/2010-BNNPTNT và QCVN 02-20: 2014/BNNPTNT. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Nguồn gốc, độc tính và mối quan hệ giữa pH, nhiệt độ với + sự chuyển hóa qua lại giữa NH3 và NH4 trong thủy vực nước ngọt Trong môi trường nước ao nuôi thủy sản, nitơ có thể tồn tại dưới dạng hợp chất vô cơ, hữu cơ hòa tan hoặc không hòa tan. Các dạng đạm hữu cơ này sẽ bị vi sinh vật phân hủy tạo thành các dạng như NH3, + - - - NH4 , NO2 , NO3 (Hình 2.1), trong đó NH3 và NO2 là các dạng độc cho động vật thủy sản. (Roselien et al., 2007; Robert et al., 1997) Hình 2.1: Chu trình chuyển hóa nitơ trong ao nuôi thủy sản + Độc tính NH3 và NH4 + Theo Emerson et al., (1975) TAN gồm NH3 và NH4 . Sự chuyển hóa qua lại của 2 dạng này chịu ảnh hưởng bởi nhiệt độ và pH. Tỷ lệ NH3 sẽ tăng khi nhiệt độ nước tăng hay pH tăng. Nếu nhiệt độ và pH đồng thời tăng sẽ làm tỷ lệ NH3 tăng nhanh hơn. + + + - + - NH3 + H  NH4 ; NH3 + H + OH  NH4 + OH Nồng độ NH3 trong nước tăng sẽ dẫn đến tăng NH3 trong máu và pH trong tế bào, làm thay đổi hoạt động của cá như suy giảm khả năng bơi lội, giảm ăn và giảm tăng trưởng (IP et al., 2001), giảm khả năng sống, tăng tính nhiễm bệnh (Israeli–Weinstein & Kimmel, 1998). Khi nồng độ NH3 trong cơ thể tăng lên sẽ làm mất cân bằng điều chỉnh ion (Twitchen & Eddy, 1994), dẫn đến cá dễ bị kích thích và thay đổi các hoạt động, có thể bị co giật và tử vong. Ảnh hưởng của amôn đến sinh vật còn phụ thuộc vào loài, kích cỡ và tuổi. Cá hồi (Pimephales promelas) có khả năng chịu đựng TAN tốt hơn cá hồi (Salmo o gairdneri). Ở nhiệt độ 28±1 C và pH 7,8, giá trị LC50-96 giờ của TAN 3
7. đối với cá Opsanus beta, cá O. tau và cá Porichthys notanus (#100 g/con) lần lượt là 136,5, 276,08 và 84 mg/L (Wang & Walsh, 2000). Kích cỡ cá cũng ảnh hưởng đến sự đáp ứng với chất độc, cá nhỏ có diện tích bề mặt mang so với cơ thể lớn nên có thể hấp thụ hóa chất nhanh trên mỗi đơn vị khối lượng (Wright & Welbourn, 2002). Cá rô phi (Oreochromis alcalicus graham) (#100 mg/con) có khả năng chịu đựng TAN ở nồng độ rất cao, ở pH 9,94 và nhiệt độ 34°C, LC50 sau 24 giờ là 12,977 (11,84-14,06) mg/L và sau 48 giờ là 12,92 (11,36-14,06) mg/L, cá trưởng thành (2-3 g) là 12,57 mg/L (Walsh et al., 1993). Tương tự như cá rô phi, khả năng chịu đựng TAN của cá trê vàng (Pelteobagrus fulvidraco) tăng theo trọng lượng của cơ thể. Cá trê vàng có trọng lượng 0,034, 0,296, 3,52 và 32,96 g được nuôi trong điều kiện pH 7,42 và o nhiệt độ 23 C, có LC50-96 giờ lần lượt là 24,96, 35,85, 47,44 và 68,79 mg/L TAN, tương ứng với 0,34, 0,49, 0,65 và 0,94 mg/L N-NH3 (Zhang et al., 2012). 2.2 Nguồn gốc, độc tính và mối quan hệ giữa pH, nhiệt độ với sự chuyển hóa các dạng tồn tại của sunfua trong thủy vực nước ngọt Khí H2S được hình thành trong điều kiện phân hủy hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh ở điều kiện thiếu hụt oxy hòa tan (Hershey et al., 1988). - 2- Trong nước sulfua tồn tại ở 3 dạng, bao gồm H2S, HS , S . Dạng tồn tại phụ thuộc vào pH và nhiệt độ. Khi pH hay nhiệt độ tăng thì tỷ lệ H2S giảm và ngược lại. Khi nhiệt độ và pH đồng thời giảm thì tỷ lệ H2S tăng nhanh (Hershey et al., 1988). Quá trình phản sulfate hóa xảy ra theo phản ứng sau: 2- + 2- SO4 + H → S + 4H2O Sản phẩm của quá trình phản sulfate hóa sẽ chuyển hóa tạo thành - HS và H2S theo các phản ứng sau: + - - + - H2S ⇔ H + HS ; HS ⇔ H + S2 Độc tính H2S Theo Boyd (1990) H2S là chất cực độc đối với thủy sinh vật. Độc tính của H2S phụ thuộc vào pH và nhiệt độ, khi pH tăng thì độc tính của H2S giảm và ngược lại. Cơ chế gây độc của H2S là ức chế quá trình phosphoryl hóa, ngăn cản quá trình tái oxy hóa của cytochrome a3 với oxy phân tử, từ đó kìm h m quá trình trao đổi chất của tế bào, giảm oxy trong máu (Lê Văn Cát và ctv., 2006). H2S liên kết với sắt trong thành phần của hemoglobine, không có sắt thì hemoglobine không có khả năng vận chuyển oxy cung cấp cho các tế bào, thủy sinh vật sẽ chết vì thiếu oxy. 4
8. CHƯƠNG 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP 3.1 Thời gian và địa điểm nghiên cứu Nghiên cứu được tiến hành từ tháng 10/2010 đến tháng 06/2014 tại Khoa Môi trường và Tài nguyên Thiên nhiên, Đại học Cần Thơ và tại Hợp tác x Thới An, Quận Ô Môn, TP Cần Thơ. 3.2 Đối tượng nghiên cứu Cá tra cỡ giống có trọng lượng 8,1±0,2 g/con. Lục bình (có chiều cao cây từ 9-27 cm, dài rễ từ 5-22 cm) được cắt tỉa lại đồng nhất trước khi bố trí thí nghiệm. 3.3 Phương pháp nghiên cứu 3.3.1 Phương pháp khảo sát diễn biến các thông số chất lượng nước trong ao nuôi thâm canh cá tra. 3.3.1.1 Đặc điểm ao nghiên cứu Ba ao nuôi thâm canh cá tra thuộc Hợp tác x Thới An, Quận Ô Môn, Thành phố Cần Thơ được chọn để theo dõi diễn biến một số thông số chất lượng nước trong thời gian nuôi (Bảng 3.1). Bảng 3.1: Đặc điểm các ao theo dõi Thông số Ao 1 Ao 2 Ao 3 Độ sâu (m) 3 3 3 Mật độ thả nuôi (con/m2) 46 44 44 Loại thức ăn Master Master Master Số lần cho ăn (lần/ngày) 2-3 2-3 2-3 Phương thức thay nước Dựa vào triều Dựa vào triều Dựa vào triều Số lần hút bùn (lần/vụ nuôi) 1 1 1 3.3.1.2 Phương pháp thu và phân tích mẫu Chất lượng nước ao nuôi cá tra được khảo sát 3 đợt sau khi cá được thả nuôi, bao gồm (i) 30 ngày, (ii) 110 ngày và (iii) 195 ngày (cuối vụ). Ở từng đợt, mẫu được thu ở tầng mặt (cách mặt nước 50 cm), tầng giữa (cách mặt nước 150 cm) và tầng đáy (cách nền đáy 20 cm) với tần suất 3 giờ một lần và thu trong 24 giờ. Các thông số nhiệt độ, DO, pH được đo tại ao; các thông số còn lại sau khi thu mẫu được bảo quản và vận chuyển về phòng thí nghiệm để phân tích theo APHA (1998). 3.3.2 Phương pháp ác định nồng độ TAN và tổng sunfua gây chết 5 cá Thí nghiệm xác định nồng độ TAN, nồng độ tổng sunfua gây chết 50% cá được thực hiện ở điều kiện pH 6, 7 và 8. pH được khống chế thông qua sử dụng máy Knick, Typ 70 (Đức, Hình 3.1). Khi pH tăng hơn giá trị thí nghiệm 0,05 đơn vị thì máy sẽ bơm dung dịch H2SO4 0,1M vào. Khi pH giảm thấp hơn giá trị thí nghiệm 0,05 đơn vị thì máy 5
9. sẽ bơm dung dich NaOH 0,1M vào. Bể composite 60 L được sử dụng để bố trí các thí nghiệm này. Mỗi bể chứa 20 L dung dịch độc chất thí nghiệm. Cá tra khỏe mạnh (8,1±0,2 g/con) được bố trí 11 cá cho mỗi bể. Hình 3.1: Hệ thống điều chỉnh pH tự động 3.3.2.1 Xác định nồng độ TAN gây chết 5 cá Thí nghiệm được bố trí theo phương pháp nước tĩnh (APHA, 1998) qua hai giai đoạn: a. Thí nghiệm ước đoán khoảng gây độc của TAN đối với cá tra. Năm mức nồng độ TAN và ĐC được bố trí ở pH 6, 7 và 8 với 3 lần lặp lại. Ở pH 6, nồng độ TAN dao động trong khoảng 819,2-2.000 mg/L. Ở pH 7, nồng độ TAN dao động trong khoảng 184,3-450 mg/L. Ở pH 8, nồng độ TAN dao động trong khoảng 28-140 mg/L. Thí nghiệm được theo dõi trong 96 giờ. Nồng độ TAN được chuẩn bị từ NH4Cl (Merck). Nồng độ TAN trong từng nghiệm thức được kiểm tra 24 giờ một lần. b. Thí nghiệm xác định LC50-96 giờ của TAN ở pH 6, 7 và 8 Ở từng điều kiện pH, 6 nồng độ TAN trong khoảng gây độc được bố trí với 3 lần lặp lại. Ở pH 6, nồng độ TAN được bố trí trong khoảng 1.020-1.555 mg/L. Ở pH 7, nồng độ TAN được bố trí trong khoảng 203,7-388,9 mg/L. Ở pH 8, nồng độ TAN được bố trí trong khoảng 43,2-107,5 mg/L. Nhiệt độ, DO được theo dõi 2 lần/ngày, TAN 24 giờ/lần. Thí nghiệm được theo dõi trong 96 giờ. Khi phát hiện cá chết (cá nằm sát đáy bể, không còn cử động) ghi nhận số liệu và bắt ra khỏi bể thí nghiệm để hạn chế cá chết làm ảnh hưởng chất lượng nước thí nghiệm. 6
10. 3.3.2.2 Xác định nồng độ H2S gây chết 5 cá Do nồng độ H2S thay đổi rất nhanh nên thí nghiệm được bố trí theo phương pháp thay nước định kỳ. Thí nghiệm gồm 02 giai đoạn: a. Thí nghiệm ước đoán khoảng gây độc của tổng sunfua đối với cá tra Thí nghiệm được tiến hành với 3 lần lặp lại và kéo dài trong 24 giờ. Ở pH 6, năm nồng độ tổng sunfua trong khoảng 2,5-4,5 mg/L được bố trí. Ở pH 7, năm nồng độ tổng sunfua trong khoảng; 5,1-7,8 mg/L. Tương tự ở pH 8, năm nồng độ tổng sunfua trong khoảng 6,2- 11 mg/L trong 24 giờ. b. Thí nghiệm xác định LC50-24 giờ của tổng sunfua ở pH 6, 7 và 8 Ở từng điều kiện pH, 6 nồng độ tổng sunfua trong khoảng gây độc được bố trí với 3 lần lặp lại. Ở pH 6, nồng độ tổng sunfua được bố trí trong khoảng 1,8-4,3 mg/L. Ở pH 7, nồng độ tổng sunfua được bố trí trong khoảng 5,3-7,8 mg/L. Ở pH 8, nồng độ tổng sunfua được bố trí trong khoảng 6,2-11 mg/L. Thí nghiệm được theo dõi trong 24 giờ. Thay nước định kỳ 1,5 giờ/lần với các nghiệm thức ở pH 6 và 2 giờ/lần đối với các nghiệm thức ở pH 7 và pH 8. 3.3.3 Phương pháp bố trí thí nghiệm ảnh hưởng của TAN lên sinh trưởng của cá tra 3.3.3.1 Thí nghiệm ảnh hưởng của TAN lên sinh trưởng của cá tra Thí nghiệm được bố trí ở hai pH 6,5-7 và 7,5-8 trong 90 ngày. Mỗi nồng độ được lặp lại 3 lần. Ở pH 6,5-7 nồng độ TAN gồm đối chứng, 10 mg/L (tương đương nồng độ cao nhất trong ao) và 26,5 mg/L (tương đương 10% LC50-96 giờ ở pH 6,5-7) được bố trí. Ở pH 7,5-8 nồng độ TAN được bố trí gồm đối chứng, 6,5 mg/L (tương đương 10% LC50-96 giờ ở pH 7,5-8) và 10 mg/L (tương đương nồng độ cao nhất trong ao). Mỗi lần lặp lại được bố trí 100 cá trong bể 600 L (chứa 500 L dung dịch thí nghiệm). Trong thời gian thí nghiệm, sản phẩm thải của cá làm tăng nồng độ TAN nên TAN được theo dõi và duy trì bằng cách thay nước đảm bảo không cho dao động quá 1 mg/L so với nồng độ bố trí ban đầu. Cá được cho ăn 1 lần/ngày (lúc 15:30) bằng thức ăn công nghiệp dạng viên nổi (Tongwei No.6320, 30% đạm, kích cỡ 2 mm) với khẩu phần ăn 5-10% khối lượng cá. Để xác định lượng thức ăn cá đ tiêu thụ thì thức ăn được sấy ở 60oC cho đến khi trọng lượng không đổi. Thức ăn thừa sau khi vớt cũng được sấy ở 60oC đến khi trọng lượng không đổi 7
11. Nhiệt độ và DO được đo 2 lần/ngày, TAN được kiểm tra 1 lần/ngày. Chiều dài tổng cộng và khối lượng tươi của cá thí nghiệm được kiểm tra 1 lần/tháng. Sau 90 ngày kết thúc thí nghiệm, lấy máu cá (8 con/lặp lại) để xác định số lượng hồng cầu, hematocrit, ion Na+ và K+ trong huyết tương. 3.3.3.2 Phương pháp phân tích các thông số chất lượng nước và huyết học Các chỉ tiêu chất lượng nước (nhiệt độ, pH và DO) được đo tại hiện trường; các chỉ tiêu đạm vô cơ được phân tích tại phòng thí nghiệm Khoa Môi trường và Tài nguyên thiên nhiên, Đại học Cần Thơ (Bảng 3.2). Bảng 3.2: Phương pháp đo và phân tích các chỉ tiêu lý hóa trong thí nghiệm độc cấp tính và ảnh hưởng của TAN lên sinh trưởng Chỉ tiêu Phương pháp đo, phân tích pH Đo trực tiếp bằng máy Knick Typ70, Đức; Nhiệt độ, DO Đo trực tiếp bằng máy Toledo MO128; TAN Phân tích theo phương pháp Indo – phenol Blue - 4500 (APHA, 1998); - N-NO2 Phân tích theo phương pháp so màu (APHA, 1998). - N-NO3 Phân tích theo phương pháp Salicylate; Hồng cầu Dùng buồng đếm Neubaeur (Pha loãng 5 µL máu trong 995 µL dung dịch Natt-Herrick); Ly tâm mẫu máu trong ống hematocrit tube bằng máy ly tâm chuyên biệt Hematocrit trong 6 phút với tốc độ 12.000 vòng/phút. Dùng thước đo để xác định tỷ lệ huyết sắc tố; Ion Na+, K+ Đo bằng máy Flame Photometer 420 (Anh); 2- H2S Phân tích theo phương pháp Iodometric (4500-S F) (APHA, 1998). 3.3.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm ử lý nước thải cá tra bằng lục bình 3.3.4.1 Bố trí thí nghiệm Thí nghiệm gồm 3 nghiệm thức: (1) nước thải (đối chứng - ĐC); (2) nước thải + lục bình (LB); (3) nước thải + lục bình + sục khí (LB+SK) Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 4 lần lặp lại. Ở mỗi nghiệm thức nước thải chảy qua 4 ngăn. Mỗi ngăn có kích thước (63 x 43 x 50 cm) (Hình 3.2) nhằm xem tỷ lệ diện tích lục bình có thể hấp thu dinh dưỡng đáp ứng thông tư 44/2010/TT-BNNPTNT. Nước thải từ 4 bể (1,2 m3/bể) nuôi cá tra được đưa vào bể phân phối (trộn nước thải cho đồng nhất) sau đó đi vào hệ thống (Hình 3.2). 8
12. Hình 3.2: Hệ thống bố trí thí nghiệm Lục bình được thả vào các ngăn với mật độ 22 cây/m2. Thời gian lưu nước theo lý thuyết ở mỗi ngăn là 21,6 giờ và cho cả hệ thống là 86,4 giờ (3,6 ngày). 3.3.4.2 Vận hành hệ thống Cá tra được nuôi trong 4 bể composite (V=1,2 m3/bể) với mật độ cá 50 con/m3/bể. Lượng thức ăn trung bình 0,4 kg/bể/ngày (dạng viên nổi). Hệ thống được vận hành liên tục, nước thải ra từ 4 bể nuôi cá sẽ được trộn đều ở bể phân phối (gồm 4 bể thông nhau) để có được lượng nước thải đầu vào đồng nhất giữa các nghiệm thức. Nước này có nồng + 3- độ N-NH4 , P-PO4 , H2S, SS và CO2 trung bình lần lượt là 3,3, 0,9, 1,05, 71,6 và 24,3 mg/L. Nước sau khi qua hệ thống xử lý sẽ được thải ra môi trường. 3.3.5 Các chỉ tiêu theo dõi và phân tích Theo dõi các chỉ tiêu lý hóa nước và sự sinh trưởng của lục bình. * Chỉ tiêu lý hóa nước: Các chỉ tiêu chất lượng nước khảo sát gồm: nhiệt độ, pH, DO, N- + - - 3- NH4 , N-NO2 , N-NO3 , H2S, CO2 , P-PO4 và SS. Mẫu được thu tại đầu vào và đầu ra của từng ngăn (vị trí thu được đánh chữ x ở Hình 3.2) nhằm đánh giá khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm qua từng ngăn vào thời điểm 32 ngày, 64 ngày và 96 ngày sau bố trí,. DO, pH, nhiệt độ được đo trực tiếp. Mẫu được thu vào chai nhựa 1 L và trữ lạnh ở 4oC và để phân tích các chỉ tiêu còn lại. Các chỉ tiêu này được phân tích tại phòng thí nghiệm Khoa Tài nguyên và Môi trường, Đại học Đồng Tháp theo phương pháp được trình bày ở Bảng 3.3. Bảng 3.3: Phương pháp phân tích các chỉ tiêu hóa lý trong thí nghiệm xử lý nước thải cá tra bằng lục bình Chỉ tiêu Phương pháp đo, phân tích Nhiệt độ Đo trực tiếp bằng máy HORIBA Model W-2000s pH Đo trực tiếp bằng máy HORIBA Model W-2000s DO Đo trực tiếp bằng máy HORIBA Model W-2000s + N-NH4 Phân tích bằng máy sắc ký ION-THERMO DIONEX ICS 1100 9
13. Chỉ tiêu Phương pháp đo, phân tích - N-NO2 Phân tích bằng máy sắc ký ION-THERMO DIONEX ICS 1100 - N-NO3 Phân tích bằng máy sắc ký ION-THERMO DIONEX ICS 1100 3- P-PO4 Phân tích bằng máy sắc ký ION-THERMO DIONEX ICS 1100 2- H2S Phân tích theo phương pháp Iodometric (4500-S F) (APHA, 1998). CO2 Phân tích theo phương pháp trung hoà với NaOH chuẩn SS Phân tích theo phương pháp khối lượng o BOD5 Phân tích theo phương pháp cặp mẫu song song ở 20 C trong 5 ngày. + NH3 Tính dựa vào nhiệt độ, pH và nồng độ NH4 * Sinh trưởng lục bình - Các chỉ tiêu chiều cao cây, chiều dài rễ, cân trọng lượng ban đầu được xác định ngay khi bố trí thí nghiệm. Trong thời gian thí nghiệm, chiều cao cây được đo ở thời điểm 32, 64 và 96 ngày sau khi bố trí. Khi kết thúc thí nghiệm (96 ngày) đo chiều dài rễ và trọng lượng cây. 3.4 Phương pháp tính toán và ử lý số liệu 3.4.1 Phương pháp tính toán kết quả - Phương pháp tính HS-: Để tính hàm lượng H2S khi thu mẫu nước phải đo pH và nhiệt độ của nước. Theo nghiên cứu của Hershey et al., (1988). + - (H2S  H +HS ) phụ thuộc vào nhiệt độ và pH. pKa1 = (5765,4/T) + 15,0455lnT – 98,08 Trong đó: pKa1 là hằng số phân ly của H2S trong môi trường nước; T: Nhiệt độ [oK] Vì vậy nồng độ H2S được tính như sau: - pH-pKa1 [H2S] = [HS ]/10 + - Phương pháp tính NH3 : + N-NH3 =TAN/(1+10^(pKa-pH)) (Emerson et al., 1975) pK = 0,09018 + (2729,92/T ); T = 273,15 + T (oC) a Kelvin Kelvin - Ước tính LC50 bằng phương pháp Probit (Finney, 1971): Thông qua sử dụng phần mềm SPSS 22.0; nồng độ TAN hay H2S được chuyển sang logarit cơ số 10 trước khi ước tính; Tỷ lệ chết (%) tính theo công thức: TLC (%) = (SCC/TSC)/100 Trong đó: TLC: Tỷ lệ chết; SCC: Số cá chết; TSC: Tổng số cá thí nghiệm ở mỗi nghiệm thức - Tính lượng thức ăn tiêu thụ (FI): 10
14. Lượng thức ăn tiêu thụ là lượng thức ăn cá ăn vào cơ thể, được tính theo phương trình (Arunachalam & Palanichamy, 1982): FI = (∑Fc – ∑Fr)/(∑W x t) -1 -1 Trong đó: FI: lượng thức ăn tiêu thụ (mgFc.g W.ngày ); t: thời gian thí nghiệm (ngày) ∑Fc: tổng lượng thức ăn cho ăn (mg); ∑Fr: tổng lượng thức ăn thừa (mg); ∑W: tổng khối lượng cá tính đến thời điểm t (g); - Tốc độ tăng trưởng đặc biệt (SGR) tính theo công thức (Wood, 2004): SGR =((LnWt – LnWo)/t) x 100 Trong đó: SGR: tốc độ tăng trưởng đặc biệt (%/ngày); t: thời gian thí nghiệm (ngày). Wo: trung bình khối lượng ban đầu (g); Wt: trung bình khối lượng cuối (g); - Hệ số chuyển hóa thức ăn (FCR): Lượng thức ăn (tính theo khối lượng thức ăn đ sấy) cần dùng để tăng một đơn vị khối lượng cá thí nghiệm. FCR được tính theo công thức sau (Zhou et al., 2008): FCR = (∑Fc – ∑Fr)/(∑Wf – ∑Wi + ∑Wm) Trong đó: FCR: hệ số chuyển hoá thức ăn; ∑Wi: tổng khối lượng cá lúc đầu (g); ∑Fc: tổng lượng thức ăn cho ăn (g); ∑Wf: tổng khối lượng cá lúc sau (g); ∑Fr: tổng lượng thức ăn thừa (g); ∑Wm: tổng khối lượng cá chết (g). Trong thí nghiệm tăng trưởng cá không chết ở tất cả các nghiệm thức. 3.4.2 Phương pháp ử lý số liệu Số liệu thu thập từ các thí nghiệm được tính toán giá trị trung bình, độ lệch chuẩn và phân tích phương sai bằng phần mềm SPSS 22.0 (One Way ANOVA) và phép thử Duncan và Independent samlples T test với độ tin cậy là 95%. 11
15. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 Biến động các thông số môi trường nước trong ao nuôi thâm canh cá tra theo thời gian trong ngày và thời gian nuôi 4.1.1 Biến động nhiệt độ trong ao nuôi thâm canh cá tra Kết quả khảo sát đ cho thấy trung bình nhiệt độ nước ao nuôi dao động trong khoảng 24,5-35,8oC. Ở cả 3 đợt thu mẫu, nhiệt độ nước giữa thời gian trong ngày và giữa các độ sâu chênh lệch 0,7-2,8oC. Nhiệt độ nước ao nuôi chủ yếu phụ thuộc vào năng lượng ánh sáng mặt trời (Yuling et al., 2012). Ở giai đoạn giữa và cuối vụ cá đ lớn nên làm xáo động nước nhiều hơn đầu vụ, dẫn đến không có sự chênh lệch nhiệt độ giữa độ sâu. 36 36 B Táöng màût Táöng màût Táöng giæîa A 34 34 Táöng giæîa Táöng âaïy Táöng âaïy 32 32 C) o 30 30 Nhiãût âäü ( Nhiãût Nhiãût âäü Nhiãût (oC) 28 28 26 26 24 24 6 9 12 15 18 21 24 3 6 9 12 15 18 21 24 3 36 C 35 Aa Aa Táöng màût Bb A Ba Aa Ba B 34 D Ca Ca Táöng giæîa C 30 Bb Táöng âaïy 32 25 Táöng màût C) o C) Táöng giæîa o 20 30 Táöng âaïy Trung bçnh 15 Nhiãût âäü ( Nhiãût 28 Nhiãût âäü ( 10 26 5 24 0 6 9 12 15 18 21 24 3 Âáöu vuû Giæîa vuû Cuäúi vuû Thåìi gian trong ngaìy (giåì) Hình 4.1: Biến động nhiệt độ nước theo thời gian trong ngày ở đầu vụ (A), giữa vụ (B), cuối vụ (C) và theo thời gian nuôi (D) 4.1.2 Biến động pH trong ao nuôi thâm canh cá tra pH của nước ao nuôi ở các đợt thu mẫu đầu, giữa và cuối vụ dao động tương ứng trong khoảng 6,05-7,78, 6,55-7,71 và 6,13-6,79 và có sự biến động theo thời điểm trong ngày và theo độ sâu. Theo độ sâu pH tăng dần từ tầng mặt đến tầng đáy. Trong đó ở đầu vụ, pH tầng đáy và tầng giữa luôn cao hơn tầng mặt ở thời điểm 18-24 giờ. Theo thời gian nuôi thì pH giảm dần và có giá trị trung bình ở tầng mặt, giữa và đáy lần lượt là 7,0, 6,9 và 6,4. 12
16. 7.6 7.6 A Táöng màût B Táöng màût 7.4 Táöng giæîa 7.4 Táöng giæîa Táöng âaïy Táöng âaïy 7.2 7.2 7.0 7.0 pH pH 6.8 6.8 6.6 6.6 6.4 6.4 6.2 6.2 6 9 12 15 18 21 24 3 6 9 12 15 18 21 24 3 7.6 8 Aa Aa Aa C D Aa A Bb A Táöng màût Ab Ba 7.4 Ca B Táöng giæîa Bb Táöng âaïy 6 7.2 Táöng màût 7.0 Táöng giæîa pH pH 4 Táöng âaïy 6.8 Trung bçnh 6.6 2 6.4 6.2 0 6 9 12 15 18 21 24 3 Âáöu vuû Giæîa vuû Cuäúi vuû Thåìi gian trong ngaìy (giåì) Hình 4.2: Biến động pH nước theo thời gian trong ngày ở đầu vụ (A), giữa vụ (B), cuối vụ (C) và biến động theo thời gian nuôi (D) 4.1.3 Biến động DO trong ao nuôi thâm canh cá tra Oxy hòa tan vào ban ngày cao hơn ban đêm; cao nhất vào thời điểm 12-15 giờ và thấp nhất vào thời điểm 24, 3 và 6 giờ. Oxy hòa tan ở tầng mặt cao hơn tầng giữa và tầng đáy ở giai đoạn đầu và giữa vụ. Theo thời gian nuôi DO giảm dần và có giá trị trung bình ở đầu vụ, giữa vụ và cuối vụ lần lượt là 2,2, 2,2 và 0,73 mg/L. Cá tăng trưởng theo thời gian nuôi nên đ sử dụng nhiều oxy hơn cho hô hấp, đồng thời cá sẽ thải nhiều chất thải hơn ra môi trường. Sự phân hủy phân của vi sinh vật cần nhiều oxy hơn kết hợp lấy oxy nhiều cho hô hấp của cá đ làm cho DO trong ao giảm thấp ở cuối vụ. 7 7 B A Táöng màût Táöng màût 6 6 Táöng giæîa Táöng giæîa Táöng âaïy Táöng âaïy 5 5 4 4 3 3 (mg/L) DO DO (mg/L) DO 2 2 1 1 0 0 6 9 12 15 18 21 24 3 6 9 12 15 18 21 24 3 7 C Táöng màût 4 6 Táöng giæîa D Aa Táöng màût Táöng âaïy 5 Táöng giæîa 3 Aa Táöng âaïy A Trung bçnh 4 A Aa Aa Ab 3 DO (mg/L) 2 Bb DO (mg/L) 2 Ba 1 Ca B 1 Ba 0 6 9 12 15 18 21 24 3 0 Thåìi gian trong ngaìy (giåì) Âáöu vuû Giæîa vuû Cuäúi vuû Hình 4.3: Biến động oxy hòa tan trong nước theo thời gian trong ngày ở đầu vụ (A), giữa vụ (B), cuối vụ (C) và biến động theo thời gian nuôi (D) 13
17. 4.1.4 Biến động TAN trong ao nuôi thâm canh cá tra Nồng độ TAN trong ao biến động từ 0,3-9,19 mg/L. TAN trong nước ao tăng dần theo thời gian nuôi (p 0,05). Nồng độ NO2 giảm dần theo thời gian nuôi và có giá trị trung bình tương ứng là 0,98, 0,27 và 0,19 mg/L (p<0,05). Ở cuối vụ, ao được thay nước thường xuyên kết hợp với oxy hòa tan thấp nên không đủ thời - gian và điều kiện cho quá trình nitrite hóa trong ao dẫn đến N-NO2 giảm. 14
18. 1.8 1.8 A Táöng màût B 1.6 Táöng giæîa 1.6 Táöng màût Táöng âaïy Táöng giæîa 1.4 1.4 Táöng âaïy 1.2 1.2 (mg/L) - (mg/L) 2 1.0 - 2 1.0 0.8 0.8 0.6 0.6 Näöng âäü NO Näöng âäü NO 0.4 0.4 0.2 0.2 0.0 0.0 6 9 12 15 18 21 24 3 6 9 12 15 18 21 24 3 1.8 1.2 C Aa Aa 1.6 Táöng màût D A Táöng giæîa Táöng màût 1.4 1.0 Aa Táöng âaïy Táöng giæîa 1.2 Táöng âaïy 0.8 Trung bçnh (mg/L) - 2 1.0 0.6 (mg/L) 0.8 - 2 NO 0.6 0.4 Näöng âäü NO Ba Ba Ba B 0.4 Ba Ba BaB 0.2 0.2 0.0 0.0 6 9 12 15 18 21 24 3 ÂáöuDau vuû vu GiæîaGiua vuvuû CuoiCuäúi vu vuû Thåìi gian trong ngaìy (giåì) - Hình 4.5: Biến động NO2 trong nước theo thời gian trong ngày ở đầu vụ (A), giữa vụ (B), cuối vụ (C) và biến động theo thời gian nuôi (D) - 4.1.6 Biến động N-NO3 trong ao nuôi thâm canh cá tra - - Giống như NO2 , nồng độ N-NO3 biến động không rõ ràng theo thời gian trong ngày và theo độ sâu, trừ thời điểm cuối vụ. Theo thời - gian nuôi N-NO3 giảm dần và có giá trị trung bình tương ứng là 1,6, 0,91 và 0,23 mg/L (p<0,05). Cuối vụ nuôi nước ao được thay thường xuyên hơn và DO luôn ở mức rất thấp nên không đủ thời gian và điều kiện cho quá trình nitrate hóa. Một số nghiên cứu trước cho thấy nồng - độ N-NO3 trong ao nuôi thâm canh cá tra tương tự như trong nghiên cứu này và dao động từ 1,1-1,4 mg/L (Cao Văn Thích, 2008) và 0,122- 1,8 mg/L (Huỳnh Trường Giang và ctv., 2008). 3.5 A Táöng màût 3.5 3.0 Táöng giæîa B Táöng màût Táöng âaïy 3.0 2.5 Táöng giæîa Táöng âaïy 2.5 (mg/L) - 2.0 3 (mg/L) - 2.0 3 1.5 1.5 Näöng âäü NO 1.0 Näöng âäü NO 1.0 0.5 0.5 0.0 0.0 6 9 12 15 18 21 24 3 6 9 12 15 18 21 24 3 2.5 3.5 D C Táöng màût Táöng màût 3.0 Aa Táöng giæîa 2.0 Aa Aa Táöng giæîa A Táöng âaïy Táöng âaïy 2.5 Trung bçnh 1.5 Ba Ba (mg/L) B - 2.0 Ba 3 (mg/L) - 1.5 3 1.0 NO Näöng âäü NO 1.0 0.5 Ca Cbc 0.5 Cc C 0.0 0.0 6 9 12 15 18 21 24 3 DauÂáöu vu Vuû GiuaGiæîa vu Vuû CuoiCuäúi vu Vuû Thåìi gian trong ngaìy (giåì) - Hình 4.6: Biến động NO3 trong nước theo thời gian trong ngày ở đầu vụ (A), giữa vụ (B), cuối vụ (C) và biến động theo thời gian nuôi (D) 15
19. 4.1.7 Biến động nồng độ H2S trong ao nuôi thâm canh cá tra Biến động H2S ở các thời điểm khảo sát trong ngày cũng như giữa các tầng trong cùng thời điểm ở đầu, giữa và cuối vụ nuôi không cao. Theo thời gian nuôi, nồng độ H2S tăng dần (p<0,05) với giá trị trung bình tương ứng là 0,031, 0,0569 và 0,0603 mg/L. Càng về cuối vụ thì các vật chất hữu cơ tích tụ trong ao càng nhiều, DO trong nước giảm thấp nên quá trình phân huỷ yếm khí xảy ra làm sinh nhiều H2S (Green et al., 1999). 0.10 A Táöng màût 0.10 Táöng giæîa 0.08 B Táöng màût Táöng âaïy Táöng giæîa 0.08 Táöng âaïy 0.06 S (mg/L) 2 0.06 S (mg/L) 2 0.04 0.04 Näng âäü H Näng âäü H 0.02 0.02 0.00 0.00 6 9 12 15 18 21 24 3 6 9 12 15 18 21 24 3 0.10 0.10 C D Táöng màût Táöng giæîa 0.08 0.08 Táöng âaïy Aab Trung bçnh Ba Aa A 0.06 Aa Ba S (mg/L) 0.06 A Ab 2 S (mg/L) 0.04 2 H 0.04 Ca Näng âäü H Ca B Táöng màût Ba 0.02 Táöng giæîa Táöng âaïy 0.02 0.00 6 9 12 15 18 21 24 3 ÂáöuDau vuû vu Giæîa vuûGiua vu Cuäúi vuû Cuoi vu Thåìi gian trong ngaìy (giåì) Hình 4.7: Biến động H2S trong nước theo thời gian trong ngày ở đầu vụ (A), giữa vụ (B) và ở cuối vụ (C) 4.2 Độc cấp tính của TAN đối với cá tra 4.2.1 Các yếu tố môi trường trong thời gian thí nghiệm độc cấp tính của TAN đối với cá tra Trong thí nghiệm ở pH 6, 7 và 8, nhiệt độ buổi sáng luôn thấp hơn buổi chiều ở tất cả các nghiệm thức. Nhiệt độ trung bình là 27,9±0,9oC và biến động không quá 2oC. Trung bình DO là 3,1±0,3 mg/L và biến động không quá 1,5 mg/L. 4.2.2 Giá trị LC50-96 giờ của TAN đối với cá tra Kết quả cho thấy LC50 của TAN đối với cá tra giảm dần theo sự tăng pH và tăng thời gian tiếp xúc (thời gian phơi nhiễm) (Bảng 4.1). Tại thời điểm 48 giờ, LC50 ở pH 6, 7 và 8 lần lượt là 1.399,7, 280,9 và 63,1 mg/L. Tại thời điểm 72 giờ, LC50 ở pH 6 là 1.277,9 mg/L; ở pH 7 LC50 giảm còn 261,1 mg/L; ở pH 8 LC50 tiếp tục giảm và còn 57,2 mg/L. Tại thời điểm 96 giờ, LC50 ở pH 6, 7 và 8 lần lượt là 1.263,2, 257,7 và 52 mg/L. 16
20. Khi pH tăng thì tỷ lệ NH3 tồn tại tăng làm tăng độc tính cho cá (Emerson et al., 1975; IP et al., 2001) hay làm giảm nồng độ TAN gây chết 50% cá thí nghiệm. Bảng 4.1: Giá trị LC50 của TAN ở các giá trị pH (6, 7, 8) LC (mg/L TAN) pH 50 48 giờ 72 giờ 96 giờ 6 ± 0,05 1.399,7 1.277,9 1.263,2 7 ± 0,05 280,9 261,1 257,7 8 ± 0,05 63,1 57,2 52,0 IP et al., (2001) cho thấy giá trị LC50 của TAN đối với đa số các loài thủy sinh vật giảm dần theo sự gia tăng pH nhưng giá trị LC50 cao nhất ở pH 6 là 30 mg/L, ở pH 7 khoảng 8 mg/L và pH 8 khoảng 2 mg/L. Qua đó cho thấy cá tra có khả năng chịu đựng TAN rất cao. 4.2.3 Giá trị LC50-24 giờ của tổng sunfua đối với cá tra Nhiệt độ nước trước và sau thay nước ở pH 6, 7 và 8 biến động không quá 0,2oC và có giá trị trung bình là 27,5oC. Oxy hòa tan trước và sau thay nước dao động không quá 1,1 mg/L và có giá trị trung bình là 4,03 mg/L. Kết quả cho thấy giá trị LC50 của tổng sunfua tăng dần theo pH và giảm dần theo thời gian tiếp xúc (Bảng 4.2). Sau 12 giờ tiếp xúc, giá trị LC50 ở điều kiện pH 6, 7 và 8 lần lượt là 4,29, 7,54 và 10,08 mg/L. Sau 24 giờ phơi nhiễm giá trị LC50 ở pH 6 là 2,61 mg/L, ở pH 7 là 6,44 mg/L và ở pH 8 là 7,83 mg/L. Giá trị LC50-24 giờ của H2S đối với cá nheo Mỹ (Ictalurus punctatus) dao động từ 0,53-0,8 mg/L (Bonn and Follis 1967), đối với cá trê (Clarias batrachus) là 6,32 mg/L. Bảng 4.2: Giá trị LC50 của tổng sunfua ở pH 6, 7, 8 LC50 (mg/L) pH 12 giờ 24 giờ 6 ± 0,05 4,294 2,612 7 ± 0,05 7,540 6,440 8 ± 0,05 10,082 7,830 4.3 Ảnh hưởng TAN lên sinh trưởng của cá tra 4.3.1 Các yếu tố môi trường trong thí nghiệm tăng trưởng Nhiệt độ nước trước và sau khi thay nước biến động trong khoảng 25,8-26,8oC. Oxy hòa tan trước thay nước (2,08±0,32 mg/L) thấp hơn sau khi thay nước (3,35±0,76 mg/L) và giảm dần khi gia tăng nồng độ TAN (p<0,05). Cá tra là loài hô hấp khí trời nên có thể tăng cường lấy oxy từ không khí. Sự tăng cường này có thể sẽ làm tiêu tốn nhiều năng lượng hơn bình thường và làm ảnh hưởng đến sinh trưởng cá. 4.3.2 Ảnh hưởng TAN lên sinh trưởng của cá tra Trong suốt thời gian 90 ngày thí nghiệm không có cá chết ở tất cả các nghiệm thức. 17
21. Khối lượng của cá Ở pH 6,5-7, sau 90 ngày thí nghiệm khối lượng trung bình của cá ở nghiệm thức đối chứng, TAN 10 mg/L và TAN 26,5 mg/L lần lượt là 30,96, 32,19 và 26,53 g/con (Hình 4.8A). Sau 90 ngày thí nghiệm ở pH 7,5-8, khối lượng của cá ở nghiệm thức đối chứng là 30,21 g/con, ở TAN 6,5 mg/L là 34,07 g/con và ở TAN 10 mg/L là 25,4 g/con. Từ các kết quả trên cho thấy cá sống trong môi trường có nồng độ TAN trung gian (10 mg/L ở pH 6,5-7 và 6,5 mg/L ở pH 7,5-8) có khuynh hướng phát triển tốt hơn so với đối chứng hay nồng độ TAN cao hơn (Hình 4.8B). 45 45 A B 40 40 ÂC (pH 6,5-7) 10 mg/L ÂC (pH 7,5-8) 35 35 26,5 mg/L Aa 6,5 mg/L 10 mg/L 30 ABa 30 Ba 25 b 25 b A Khäúi læåüng caï (g) Khäúi læåüng caï (g) 20 c b 20 c B b B 15 d 15 c d 10 10 Ngaìy 0 Ngaìy 30 Ngaìy 60 Ngaìy 90 Ngaìy 0 Ngaìy 30 Ngaìy 60 Ngaìy 90 Thåìi gian (ngaìy) Thåìi gian (ngaìy) Hình 4.8: Khối lượng cá theo thời gian ở pH 6,5-7 (A) và ở pH 7,5-8 (B) Lượng thức ăn cá tiêu thụ (FI) Ở pH 6,5-7, FI trong 90 ngày ở nghiệm thức đối chứng là 22,21 mg/g/ngày, ở TAN 10 mg/L là 19,98 mg/g/ngày và ở TAN 26,5 mg/L là 27,39 mg/g/ngày (Hình 4.9A). Ở pH 7,5-8, FI ở ĐC, 6,5 và 10 mg/L TAN lần lượt là 24,96, 23,92 và 29,89 mg/g/ngày (Hình 4.9B). Trong cả 2 điều kiện pH đều cho thấy FI thấp nhất ở nghiệm thức TAN thấp và cao nhất ở nghiệm thức TAN cao nhất. Dù sự khác biệt này không có ý nghĩa thống kê (p>0,05) nhưng do cá tra nuôi ở mật độ cao và sản lượng rất cao nên FI thấp sẽ góp phần làm giảm lượng thức ăn đầu tư. 90 A 90 80 ÂC B 10 mg/L 80 ÂC 70 26,5 mg/L 6.5 mg/L 70 60 10 mg/L 60 50 50 A 40 40 B 30 A 30 FI (mg/g Troüng læåüng tæåi/ngaìy) B B 20 FI (mg/g Troüng læåüng tæåi/ngaìy) B 20 10 10 Ngaìy 30 Ngaìy 60 Ngaìy 90 Ngaìy 30 Ngaìy 60 Ngaìy 90 Thåìi gian (ngaìy) Thåìi gian (ngaìy) Hình 4.9: Lượng thức ăn cá tiêu thụ FI theo thời gian ở pH 6,5-7 (A) và ở pH 7,5-8 (B) 18
22. Hệ số chuyển hóa thức ăn (FCR) Ở pH 6,5-7, hệ số chuyển hóa thức ăn không có sự khác biệt thống kê giữa các nghiệm thức ở từng giai đoạn (p>0,05). Ở giai đoạn 1- 90 ngày FCR cao ở nghiệm thức 26,5 mg/L và kế đó là nghiệm thức ĐC và 10 mg/L TAN với các giá trị tương ứng 2,46; 2,06 và 1,8 (p>0,05). Ở pH 7,5-8, giai đoạn 60 và 90 ngày FCR giảm theo thứ tự nghiệm thức 10, ĐC và 6,5 mg/L TAN tương ứng với 2,69, 2,16 và 2,07 ở (FCR 90 ngày) (p 0,05) ở từng giai đoạn. Sau 90 ngày thí nghiệm, tốc độ tăng trưởng theo thứ tự các nghiệm thức ĐC, 10 và 26,5 mg/L TAN lần lượt là 1,04, 1,22 và 0,89 %/ngày (p>0,05). Ở pH 7,5-8 tốc độ tăng trưởng tương đối giữa các nghiệm thức ở giai đoạn 1-30 ngày nghiệm thức 6,5 mg/L (1,69 %/ngày) có sự khác biệt về mặt thống kê (p 0,05). 19
23. Cá sử dụng nhiều thức ăn (FI cao) chưa hẳn sẽ lớn nhanh nếu năng lượng không tích lũy được cho tăng trưởng. Cá ăn ít (FI thấp) cũng có thể lớn nhanh nếu năng lượng được tích lũy cho lớn lên. Tỷ lệ phần trăm các thông số tăng trưởng ở các nghiệm thức TAN so với ĐC cho thấy TAN ở nồng độ trung gian giữa ĐC và nồng độ cao nhất ở hai điều kiện pH đều có FI (87,2 và 95,9%) và FCR (87,2 và 96%) thấp hơn ĐC nhưng khối lượng tươi (107,8 và 112,8%) và SGR (116,9 và 111,1%) cao hơn ĐC. Một kết quả tương tự ở cá hồi (Oncorhynchus mykiss), cũng phát hiện khi nuôi cá ở TAN 1,26 mg/L trong điều kiện pH 7,6 thì các chỉ số tăng trưởng như trọng lượng tươi, tăng trưởng của cá (g/con) và SGR đều cao hơn ĐC và ở nồng độ 4,05 mg/L TAN (Wood, 2004). 2.0 A 2.0 1.8 ÂC mg/L B 10 mg/L 1.8 ÂC mg/L A 1.6 26,5 mg/L 6,5 mg/L 1.6 10 mg/L 1.4 AB 1.4 1.2 B SGR (%/ngaìy) 1.2 1.0 SGR (%/ngaìy) 1.0 0.8 0.8 0.6 0.6 Ngaìy 30 Ngaìy 60 Ngaìy 90 Ngaìy 30 Ngaìy 60 Ngaìy 90 Thåìi gian (ngaìy) Thåìi gian (ngaìy) Hình 4.11: Tốc độ tăng trưởng tương đối của cá theo thời gian thí nghiệm ở pH 6,5-7 (A) và ở pH 7,5-8 (B) 4.3.3 Ảnh hưởng của TAN lên các chỉ tiêu huyết học Ở pH 6,5-7 các chỉ tiêu hematocrit và Na+ có khuynh hướng giảm dần khi gia tăng nồng độ TAN (p 0,05). Ở pH 7,5-8 các chỉ tiêu hồng cầu, K+ và Na+ không khác biệt (p>0,05) ở các nghiệm thức. Tuy nhiên, hematocrit có khuynh hướng giảm theo sự gia tăng nồng độ TAN (p<0,05). Một số kết quả tương tự cũng phát hiện ở cá rô phi giống (O. Niloticus (El-Sherif & El-Feky, 2008; Atle et al. 2003). Bảng 4.3: Các chỉ tiêu huyết học pH Thông số TAN (mg/L) ĐC 10 26.5 Hồng cầu (triệu tb/mm3) 1,96 ± 0,12a 1,70 ± 0,80a 1,76 ± 0,08a 6,5-7 Hematocrit (%) 36,15 ± 0,61a 32,61 ± 0,48b 32,75 ± 0,58b Na + (mmol/L) 130,37 ± 0,61a 125,42 ± 0,48ab 118,33 ± 0,58b K+ (mmol/L) 6,28 ± 0,23a 6,09 ± 0,22a 5,76 ± 0,21a Hồng cầu (triệu tb/mm3) 1,96 ± 0,01a 1,95 ± 0,09a 1,79 ± 0,09a 7,5-8 Hematocrit (%) 34,91 ± 0,59a 34,50 ± 0,79a 31,80 ± 0,62b Na + (mmol/L) 122,73 ± 2,51a 128,20 ± 2,78a 128,43 ± 4,04a K+ (mmol/L) 6,30 ± 0,28a 5,99 ± 0,30a 6,25 ± 0,26a 20
24. 4.4 Khả năng loại bỏ chất ô nhiễm trong nước thải ao nuôi cá tra của lục bình 4.4.1 Đặc tính nước thải từ bể nuôi cá tra trước khi ử lý Nước thải từ bể nuôi cá tra có các thông số nhiệt độ, pH, DO, - NO3 , TSS trong giới hạn quy chuẩn 08:2008/BTNMT và Thông tư - + 44/2010/TT-BNNPTNT. Các chỉ tiêu NO2 , NH4 , CO2, H2S vượt quy chuẩn và Thông tư, có nồng độ tương ứng là 0,06 mg/L (vượt quy chuẩn 3 lần), 3,37 mg/L (17 lần), 24,21 mg/L (2 lần), 1,05 mg/L (21 lần). 4.4.2 Diễn biến một số thông số trong hệ thống thí nghiệm ử lý nước thải ao nuôi cá tra Nhiệt độ dao động trong khoảng 25,6-29,8oC. Các nghiệm thức có lục bình che phủ có nhiệt độ khá ổn định. pH dao động trong khoảng 6,65-8,92 và tăng dần từ đầu vào đến đầu ra (p<0,05). Khi so sánh giữa các nghiệm thức, pH tăng dần theo thứ tự nghiệm thức LB< ĐC<LB+SK (p<0,05). Ở tất cả các ngăn pH đều nằm trong giới hạn cho phép của TT 44/2010-BNNPTNT. DO dao động trong khoảng 3,28-7,46 mg/L. DO ở nghiệm thức LB không sục khí là thấp nhất (3,28-4,83 mg/L) và có khuynh hướng tăng dần từ ngăn 1 đến ngăn 4. Đối với các nghiệm thức có sục khí DO dao động từ 5,75-7,46 mg/L. Giữa các nghiệm thức, nồng độ DO tăng dần theo thứ tự LB< ĐC<LB+SK (p<0,05) và tất cả đều nằm trong giới hạn cho phép. + Nồng độ N-NH4 đầu vào dao động trong khoảng 2,93-4,74 mg/L và giảm dần qua từng ngăn ở cả 3 đợt khảo sát (p<0,05) (Hình 4.12). + Đối với các nghiệm thức có sục khí nồng độ N-NH4 đều giảm hơn 90% so với đầu vào ngay ở ngăn đầu tiên. Ngược lại đối với 2 nghiệm thức không sục khí thì thông số này không đạt quy chuẩn dù đ qua 4 ngăn. + Qua đó cho thấy sự giảm N-NH4 có thể do lục bình hấp thu và các vi - - sinh vật chuyển sang dạng NO2 và NO3 (ở điều kiện hiếu khí). Mặt + khác, N-NH4 cũng có thể mất đi do bay hơi ở dạng NH3 vì pH của môi trường nước ở một số nghiệm thức này dao động từ 7,09-8,28 (Hayashi et.al, 2006). 21
25. + Hình 4.12: Diễn biến N-NH4 giữa các nghiệm thức qua từng ngăn của từng đợt - Thông số N-NO2 qua 3 đợt khảo sát đều tăng mạnh khi qua ngăn - thứ nhất. Tuy nhiên, ở nghiệm thức LB+SK có nồng độ N-NO2 tăng + tương ứng với sự giảm mạnh của nồng độ N-NH4 ở thời điểm 32, 64 và 96 ngày (Hình 4.13). Qua đó cho thấy, quá trình nitrite hóa diễn ra mạnh + ở nghiệm thức LB+SK. Nồng độ oxy hòa tan cao đ oxy hóa N-NH4 - thành N-NO2 và đ đạt quy chuẩn QCVN 08-2008/BTNMT ở ngăn 3. Ở - các nghiệm thức không sục khí (ĐC, LB) có nồng độ N-NO2 cao hơn nghiệm thức có sục khí (LB + SK) là do DO thấp nên giai đoạn nitrate hóa xảy ra chậm. - Hình 4.13: Diễn biến N-NO2 giữa các nghiệm thức qua từng ngăn của từng đợt - Nồng độ N-NO3 ở tất cả các nghiệm thức sau khi qua ngăn 2, 3 và 4 tiếp tục tăng so với ngăn 1 nhưng ở nghiệm thức LB+SK tăng cao nhất. Tất cả đều đạt cột A2-QCVN 08:2008/BTNMT (≤ 5 mg/L) (Hình 14). - Hình 4.14: Diễn biến N-NO3 giữa các nghiệm thức qua từng ngăn của từng đợt 22
26. Thông số H2S có xu hướng giảm dần sau khi qua ngăn thứ nhất và sau đó có khuynh hướng tăng dần qua các ngăn 2, 3 và 4. So với tiêu chuẩn ngành (≤ 0,05 mg/L) thì nghiệm thức ĐC, LB+SK đạt tiêu chuẩn ngay từ ngăn đầu tiên (Hình 4.15). Sự gia tăng nồng độ H2S ở ngăn 2, 3 và 4 (p 0,05). Giữa các ngăn của từng nghiệm thức khác biệt không có ý nghĩa thống kê (p>0,05) (ngoại trừ nghiệm thức LB+SK). Nước thải đầu vào có BOD5 dao động từ 44,45-47,00 mg/L. Trong các nghiệm thức, chỉ có nghiệm thức có sục khí đạt yêu cầu Thông tư 44/2010 BNN&PTNT ở ngăn thứ 4 (Hình 4.17). 23
27. Hình 4.57: Diễn biến BOD5 giữa các nghiệm thức qua từng ngăn của đợt 96 ngày 4.4.3 Sự sinh trưởng và phát triển của lục bình trong hệ thống Sau 32, 64 và 96 ngày bố trí thí nghiệm chiều cao cây trung bình của lục bình có sự chênh lệch, tăng dần theo thời gian và giảm dần qua từng ngăn (p<0,05). Ở thời điểm 96 ngày lục bình chết hoàn toàn ở ngăn 2, 3 và 4 ở nghiệm thức có sục khí. Trọng lượng lục bình của các nghiệm thức qua từng ngăn cũng tương tự chiều cao cây, sau 96 ngày bố trí thí nghiệm, trọng lượng lục bình ở các nghiệm thức dao động từ 8.550-12.400 g đều cao hơn so với thời điểm bắt đầu thí nghiệm (385-415 g), nhưng giảm dần qua từng ngăn (p<0,05). Theo Reddy et al. (1989), sự phát triển của lục bình phụ + + thuộc vào hàm lượng N-NH4 . Trong thí nghiệm này nồng độ N-NH4 giảm dần qua từng ngăn nên sự phát triển của lục bình cũng giảm. Hình 4.68: Chiều cao cây của lục bình ở các nghiệm thức qua từng ngăn 24
28. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT 5.1 Kết luận Cá tra cỡ giống chịu đựng rất cao với TAN và tổng sulfua. Nồng độ TAN gây chết 50% cá trong 96 giờ ở pH 6, 7 và 8 lần lượt là 1.599, 327 và 67 mg/L. Giá trị LC50-24 giờ của tổng sulfua ở điều kiện pH 6, 7 và 8 lần lượt là 2,61, 6,44 và 7,83 mg/L. Các giá trị gây chết 50% cá của hai thông số này rất cao so với nồng độ cao nhất đo được trong ao. Ở pH 6,5-7, nồng độ TAN nhỏ hơn 10 mg/L không làm giảm tăng trưởng cá tra; trong khi đó ở pH 7,5-8, nồng độ TAN nhỏ hơn 6,5 mg/L sẽ không làm giảm tăng trưởng cá tra. Quản lý TAN trong ao nuôi thấp hơn 6,5 mg/L sẽ không làm ảnh hưởng đến tăng trọng cá nuôi. + Sử dụng lục bình có thể làm giảm một số thông số như N-NH4 và - N-NO3 ở các nghiệm thức đều đạt chuẩn cột A2 QCVN - 08:2008/BTNMT. Nồng độ N-NO2 ở các nghiệm thức có sục khí đạt chuẩn cột A2 QCVN 08:2008/BTNMT ở thời gian lưu nước 43,2 giờ (qua 2 ngăn); trong khi đó ở nghiệm thức lục bình và ĐC sau thời gian lưu nước 86,4 giờ (qua 4 ngăn) vẫn chưa đạt. Hiệu suất xử lý H2S của nghiệm thức lục bình là 68%, các nghiệm thức còn lại đều làm giảm H2S hoàn toàn ở ngăn đầu tiên và đạt tiêu chuẩn ngành (Thông tư 44/2010/TT-BNNPTNT). 5.2 Đề uất Cần nghiên cứu và ứng dụng hệ thống xử lý nước thải ao nuôi cá tra bằng đất ngập nước kiến tạo kết hợp với lục bình ngoài thực tế để so sánh hiệu suất xử lý và hiệu quả kinh tế với các biện pháp xử lý khác. 25