Luận án nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nitơ vô cơ trong quản lý môi trường nuôi trồng thủy sản ven biển - Hải Phòng

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Lê Thanh Huyền NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NITƠ VÔ CƠ TRONG QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN VEN BIỂN LUẬN ÁN TIẾN SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG Hà Nội - 2022 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ----------------------------- Lê Thanh Huyền NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NITƠ VÔ CƠ TRONG QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG NUÔI TRỒNG THỦY SẢN VEN BIỂN Chuyên ngành: Quản lý tài nguyên và môi trường Mã số: 9850101 LUẬN ÁN TIẾN SĨ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN VÀ MÔI TRƯỜNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 1. TS Đỗ Mạnh Hào 2.TS Lê Mai Hương Hà Nội - 2022 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận án “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nitơ vô cơ trong quản lý môi trường nuôi trồng thuỷ sản ven biển” là công trình của riêng bản thân tôi. Các số liệu và kết quả trong luận án là trung thực, chưa từng được sử dụng trong luận án nào khác. Hà Nội, ngày tháng năm 2022 Lê Thanh Huyền ii LỜI CẢM ƠN Trước hết, tôi xin chân thành cảm sự giúp đỡ quý báu của Ban Giám đốc Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Tài nguyên Môi trường Biển, Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Hải Phòng và Khoa Khoa học và Công nghệ Biển đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình học tập và thực hiện luận án.

Xin chân thành cảm ơn TS. Đỗ Mạnh Hào và GS.TS Lê Mai Hương, những người thầy đã tận tình hướng dẫn giúp đỡ, động viên và tạo mọi điều kiện để tác giả hoàn thành luận án. Xin cảm ơn các thành viên của đề tài “Nghiên cứu xây dựng mô hình nuôi tôm thẻ chân trắng bằng hệ thống tuần hoàn (RAS) phù hợp với điều kiện vùng ven biển Hải Phòng” đã đồng hành và hỗ trợ tác giả trong quá trình thực hiện đề tài nghiên cứu. Cuối cùng, tác giả muốn dành lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, cha, mẹ, các anh chị em đồng nghiệp, bạn bè trong và ngoài cơ quan - những người đã tận tụy giúp đỡ, động viên tác giả trong quá trình thực hiện luận án.

Nghiên cứu sinh Lê Thanh Huyền iii MỤC LỤC MỤC LỤC. iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT. v DANH MỤC HÌNH. vi DANH MỤC BẢNG.viii MỞ ĐẦU.

Lý do lựa chọn đề tài.Mục tiêu nghiên cứu. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

Điểm mới của luận án. Bố cục của Luận án. TỔNG QUANVẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. Tình hình NTTS nước lợ trên thế giới và Việt Nam.

Tình hình NTTS nước lợ trên thế giới. Tình hình NTTS nước lợ ở Việt Nam và Hải Phòng. Ô nhiễm các hợp chất nitơ vô cơ trong nuôi trồng thuỷ sản nước lợ. Vai trò của vi sinh vật trong quá trình chuyển hoá các chất ô nhiễm nitơ vô cơ 11 1.

Chu trình chuyển hoá nitơ sinh học trong đầm nuôi thuỷ sản nước lợ. Quá trình nitrate hoá. Quá trình khử nitrate.4 Quá trình tạo màng nitrate hóa. Các giải pháp xử lý chất ô nhiễm nitơ vô cơ trong nuôi thuỷ sản nước lợ bằng vi sinh vật.

Giải pháp tăng cường sinh học. Giải pháp kích thích sinh học. Giải pháp lọc sinh học. TÀI LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.

Địa điểm, thời gian và đối tượng nghiên cứu. Địa điểm nghiên cứu. Thời gian nghiên cứu. Đối tượng nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu. Các bước nghiên cứu.Phương pháp hồi cứu, kế thừa tài liệu liên quan.Làm giàu quần xã vi khuẩn nitrate hoá. Đánh giá hiệu quả xử lý amoni và nitrite của màng lọc nitrate hoá trong. hệ thống nuôi hải sản hoàn lưu quy mô 100m3 44 2.

Phương pháp quan trắc. Phương pháp đánh giá hiệu quả hệ thống RAS và quy trình nuôi. Phương pháp xử lý số liệu. 51 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.

Nghiên cứu làm giàu và tạo màng trên giá thể bám của vi khuẩn nitrate hóa định hướng ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản. Làm giàu quần xã vi khuẩn nitrate hoá. Đa dạng hình thái quần xã vi khuẩn nitrate hoá. Đa dạng di truyền quần xã vi sinh vật.

Cô đặc tạo chế phẩm. Nghiên cứu lựa chọn giá thể bám. Nghiên cứu, đánh giá hiệu quả xử lý ammonia và nitrite trong hệ thống lọc tuần hoàn nuôi thuỷ sản quy mô nhỏ. Kích hoạt màng nitrate hoá.

Kết quả nghiên cứu đối với tôm thẻ chân trắng. Kết quả nghiên cứu đối với cá rô phi. Đánh giá hiệu quả xử lý ammonia và nitrite của màng lọc nitrate hoá trong hệ. thống nuôi hải sản hoàn lưu quy mô 100m3 72 3.

Kích hoạt màng nitrate hoá (break in). Chất lượng môi trường. Thảo luận về quy trình làm giàu đa bước và hiệu quả xử lý ô nhiễm. Quy trình làm giàu đa bước.

Hiệu quả của quần xã vi khuẩn nitrate trong hệ thống RAS. Đề xuất giải pháp quản lý môi trường NTTS tại Hải Phòng từ các kết quả nghiên cứu của luận án. Cơ sở đề xuất giải pháp. Đề xuất giải pháp quản lý môi trường nuôi trồng thủy sản ven biển.96 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.

102 DANH SÁCH CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN.1065 TÀI LIỆU THAM KHẢO.1 v DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT BOD: Nhu cầu oxy hóa sinh học BTNMT: Bộ Tài nguyên và môi trường COD: Nhu cầu ô xy hóa hóa học DNA: Deoxy Ribonucleic Acid PCR: Polymerase Chain Reaction NN&PTNT: Nông nghiệp và phát triển nông thôn NGS: New Generation Sequencing NTTS: Nuôi trồng thủy sản QCVN: Quy chuẩn Việt Nam rRNA: Ribosomal Ribonucleic Acid RAS: Recirculating Aquaculture System (Quy trình nuôi tuần hoàn nước) SEM: Scanning Electron Microscope (Kính hiển vi điện tử quét) TAN: Total Ammonia Nitrogen TN: Thí nghiệm VASEP: Hiệp hội xuất khẩu thủy sản Việt Nam vi DANH MỤC HÌNH Hình 1. Sự tích tụ chất ô nhiễm nitơ vô cơ trong đầm nuôi tôm.2 Chu trình nitơ vi sinh vật trong hệ sinh thái tự nhiên. Sơ đồ giai đoạn nitrite hóa. Sơ đồ giai đoạn nitrate hoá.1 Sơ đồ các bước nghiên cứu.2 Sơ đồ các bước nuôi trồng thủy.3 Sơ đồ hệ thống lọc đa mô đun của mô hình nuôi tôm thẻ chân trắng bằng công nghệ tuần hoàn.

Mức tiêu thụ cơ chất và tốc độ loại bỏ cơ chất của tổ hợp vi sinh vật nitrate hóa trong quá trình làm giàu bước 1. Mức tiêu thụ cơ chất và tốc độ loại bỏ cơ chất của tổ hợp vi sinh vật nitrate hóa trong quá trình làm giàu bước 2. Mức tiêu thụ cơ chất và tốc độ loại bỏ cơ chất của tổ hợp vi sinh vật nitrate hóa trong quá trình làm giàu bước 3. Mức tiêu thụ cơ chất và tốc độ loại bỏ cơ chất của tổ hợp vi sinh vật nitrate hóa trong quá trình làm giàu bước 4.

Mức tiêu thụ cơ chất và tốc độ loại bỏ cơ chất của tổ hợp vi sinh vật nitrate hóa trong quá trình làm giàu bước 5. So sánh mức tiêu thụ cơ chất và tốc độ loại bỏ cơ chất giữa các bước làm giàu. Sự đa dạng về hình dạng tế bào của tổ hợp vi sinh vật làm giàu ở dạng lơ lửng60 Hình 3. Sự đa dạng về hình dạng tế bào của tổ hợp vi sinh vật làm giàu ở các dạng dính bám.

Đa dạng di truyền quần xã vi khuẩn nitrate hoá sau khi cô đặc. (a): cô đặc bằng phương pháp lắng đọng; (b): cô đặc bằng phương pháp ly tâm. Đánh giá hiệu quả xử lý TAN và nitrite của các loại lọc sinh học khác nhau64 Hình 3. Biến động nồng độ TAN trong bể nuôi tôm thẻ chân trắng.

Biến động nồng độ nitrite trong bể nuôi tôm thẻ chân trắng. Biến động nồng độ nitrate trong bể nuôi tôm thẻ chân trắng. Biến động nồng độ TAN (mg/l) trong thời gian nuôi rô phi. Biến động nồng độ N-NO2- (mg/l) trong thời gian nuôi rô phi.

Tỷ lệ sống sót (%) của cá rô phi trong thời gian nuôi thả. Biến động hàm lượng TAN, nitrite và nitrate trong quá trình kích hoạt hệ lọc sinh học. Biến động nồng độ TAN trong bể nuôi tôm thẻ chân trắng. Biến động nồng độ nitrite trong bể nuôi tôm thẻ chân trắng.

Biến động nồng độ nitrate trong bể nuôi tôm thẻ chân trắng. Biến động nồng độ COD trong bể nuôi tôm thẻ chân trắng. Biến động nồng độ BOD5 trong bể nuôi tôm thẻ chân trắng.Biến động mật độ vi khuẩn tổng số trong bể nuôi tôm thẻ chân trắng. Biến động mật độ vi khuẩn Vibrio trong bể nuôi tôm thẻ chân trắng.

Hệ thống lọc ở mô hình thực nghiệm nuôi tôm thẻ chân trắng. Hệ thống bể nuôi mô hình thực nghiệm nuôi tôm thẻ chân trắng. Đánh giá sinh trưởng tôm thẻ chân trắng và ao lắng.84 viii DANH MỤC BẢNG Bảng 2. Các chỉ tiêu và tần suất quan trắc.

Đặc điểm hình thái của tổ hợp vi khuẩn nitrate hóa được làm giàu. Đánh giá mức độ đa dạng và giàu có của quần xã vi khuẩn nitrate hoá. So sánh và đánh giá một số đặc điểm quan trọng của 5 giá thể lọc sinh học nghiên cứu. Tăng trưởng về khối lượng của tôm.

Tăng trưởng chiều dài tôm. Tỷ lệ sống, hệ số chuyển hoá thức ăn (FCR) và năng suất vụ nuôi. Tốc độ nitrate hoá của hệ lọc sinh học ở mật độ 300 con/m3 79 Bảng 3. Hiệu quả kinh tế mô hình nuôi tôm quy mô 100m3, mật độ 300 con/m3.

Lý do lựa chọn đề tài Với xu thế phát triển kinh tế biển đang diễn ra ngày càng mạnh mẽ, các hoạt động kinh tế xã hội khu vực ven biển đang hàng ngày xả ra môi trường một lượng chất thải lớn, gây nguy cơ ô nhiễm môi trường cũng như hệ sinh thái ven biển. Trong đó, hoạt động nuôi trồng thủy sản là một trong những nguồn ô nhiễm đáng quan tâm, cần được kiểm soát chặt chẽ. Tổng diện tích nuôi trồng thuỷ sản nước lợ trên toàn quốc tính đến năm 2019 vào khoảng 720 nghìn ha, sản lượng đạt khoảng 750 nghìn tấn. Trong đó, diện tích nuôi tôm theo hình thức thâm canh và bán thâm canh đạt hơn 217,4 nghìn ha, chiếm 30% tổng diện tích nuôi cả nước và sản lượng đạt 450 nghìn tấn, chiếm 62% tổng sản lượng nuôi tôm cả nước [1].

Hiện nay, tôm Việt Nam đã được xuất khẩu đến 90 quốc gia và vùng lãnh thổ, kim ngạch xuất khẩu đạt trên 3,36 tỷ đô la Mỹ. Theo dự báo, kim ngạch xuất khẩu tôm của nước ta có thể đạt trên 8,4 tỷ USD vào năm 2025 và đạt trên 12 tỷ USD vào năm 2030. Những dự báo như vậy vừa là tin vui nhưng cũng đặt ra nhiều thách thức cho ngành nuôi trồng thủy sản ở nước ta.