Dùng lọc sinh học để giảm thiểu chất thải nitrogen

Ngành nuôi trồng thủy sản đã và đang phát triển một cách nhanh chóng trên toàn thế giới, kéo theo đó các hệ lụy từ nguồn nước thải đang gây tác động không nhỏ đến môi trường. Trong đó, Nitrogen và phosphorus là hai thành phần chất thải chủ yếu trong nuôi trồng thủy sản, các nghiên cứu cho thấy rằng chỉ có 25-30% nitrogen, 15-20% phosphorus được hấp thụ và phần lớn được loại thải ra ngoài môi trường (FAO, 1992). Nhận thức được vấn đề cấp thiết này, nhiều chính sách về môi trường trong nuôi trồng thủy sản đã được áp dụng trên toàn thế giới nhằm xử lý nguồn nước thải.

Chính vì thế, tái sử dụng nguồn nước là một trong những giải pháp nhằm bảo vệ môi trường và bên cạnh đó người nuôi có thể tận dụng nguồn chất thải để tạo ra các sản phẩm có giá trị gia tăng cũng đang được quan tâm. Bằng việc ứng dụng khả năng hấp thụ dinh dưỡng của các loài rong biển có thể giúp giải quyết các vấn đề về oxy cũng như sự tích lũy các thành phần độc hại trong các hệ thống nuôi (Van Rijn, 1996). 

Rong biển Ulva prolifera (O.F. Muller, 1778) là một trong những loại rong biển có giá trị kinh tế cao, nó được báo cáo rằng Ulva prolifera có nguồn vitamin dồi dào và đặc biệt có hàm lượng vitamin B12 cao hơn so với các loại đại rong biển khác (Watanabe, 1999). Bên cạnh đó, loại rong biển này còn có khả năng hấp thụ và đồng hóa các chất dinh dưỡng trong nước một cách mạnh mẽ (Cohen Risa, 2006). Do đó, Ulva prolifera được đánh giá cao trong việc khai thác tiềm năng giảm thiểu chất thải trong nuôi trồng thủy sản và đặc biệt trong hệ thống tuần hoàn khép kín. 

Trong nghiên cứu này, rong biển được sử dụng như là một vật liệu lọc sinh học kết hợp với hệ thống nuôi khép kín nhằm giảm thiểu nitrogen trong nuôi trồng thủy sản, đối tượng nghiên cứu là cá cam Nhật Bản.

Để thực hiện được mục tiêu này, hai thí nghiệm liên tục đã được thực hiện. 

Thí nghiệm 1: Hai hệ thống nuôi khép kín quy mô pilot đã được thiết kế và lắp đặt để đánh giá hiệu quả ứng dụng của rong biển. Mỗi hệ thống bao gồm bể nuôi cá (800L), bể lắng (900L) và bể nuôi rong biển (200L), tổng thể tích của mỗi hệ thống là 1900L. 

Cá cam giống có nguồn gốc từ tự nhiên, được đánh bắt và nuôi dưỡng trực tiếp tại Viện nghiên cứu sinh học Usa bằng thức ăn tổng hợp. Trong thí nghiệm này, mỗi bể nuôi được thả ở mật độ 22con/m3 với trọng lượng trung bình đạt 122g/con.

Theo đó, nước thải từ bể cá được hút trực tiếp từ đáy bể và chảy qua bể lắng để loại bỏ chất thải rắn trước khi được bơm lên bể nuôi rong biển bằng máy bơm công suất 22L/phút. Nước thải từ bể nuôi chảy qua bể rong biển sẽ được tuần hoàn trở lại bể nuôi, vòng tuần hoàn được thiết kế vào khoảng 16 lần/ngày để đảm bảo lượng chất thải được lấy ra hoàn toàn. 

Kết quả thu được cho thấy, với việc bổ sung rong biển như là vật liệu lọc sinh học trong hệ thống nuôi có hiệu quả giảm thiểu đáng kể lượng ammonia thải ra từ cá. Tuy nhiên, việc ứng dụng một cách tối ưu lượng rong biển trong hệ thống nuôi khép kín cũng như hiệu quả kinh tế kết hợp vẫn chưa được nghiên cứu cụ thể. 

Thí nghiệm thứ hai, các mật độ rong biển khác nhau đã được thử nghiệm để tìm ra mật độ tối ưu khi ứng dụng loại rong biển này trong hệ thống nuôi. Qua đó, sáu mật độ rong biển đã được thử nghiệm bao gồm 12g/L, 6g/L, 2g/L, 1g/L, 0,5g/L và nghiệm thức đối chứng 0g/L. Mẫu nước được lấy mỗi 3 giờ/lần sau khi bắt đầu thí nghiệm.

Kết quả đo đạt hàm lượng nitrite hoặc nitrate trong bể nuôi cho thấy, nitrite và nitrate bị hấp thụ nhanh chóng sau khi bổ sung rong biển. Hiệu quả hấp thụ phụ thuộc vào mật độ rong biển nuôi. Sau 6 giờ thí nghiệm, hơn 80% nitrite đã được hấp thụ ở mật độ rong biển từ 6 g-12 g/L sau 3 giờ thí nghiệm, cao hơn hẳn những mật độ thấp hơn và đối chứng. 

Kết quả nghiên cứu bước đầu cho thấy khả năng hấp thụ trực tiếp các nguồn thải nitrogen như ammonia, nitrite và nitrate một cách hiệu quả của rong biển Ulva prolifera giúp đảm bảo chất lượng nước an toàn trong hệ thống nuôi khép kín cá cam Nhật bản. Ngoài ra, các yếu tố như hàm lượng oxy và pH cũng được cải thiện ổn định. Bên cạnh đó, kết quả nghiên cứu còn cho thấy tiềm năng ứng dụng rong biển như là nhân tố lọc sinh học trong các hệ thống nuôi thủy sản khép kín, đặc biệt là kết hợp trong hệ thống tuần hoàn.

Theo Lê Ngọc Hạnh và Toshiro Masumoto.