Ở phần 1, Tepbac đã giới thiệu cơ bản về phân đoạn bọt (FF) cũng như tính oxy hóa mạnh của ozone. Trong phần 2 này, chúng ta cùng tìm hiểu ảnh hưởng của FF kết hợp với O₃ tác động như thế nào đến bộ lọc sinh học. 

1. Phân đoạn bọt

Phân đoạn bọt đã được chứng minh là làm giảm tải trọng chất hữu cơ trong RAS. Hầu hết các nghiên cứu trước đây được thực hiện trong nước mặn vì sự phân đoạn bọt có tác dụng thấp trong RAS nước ngọt do sức căng bề mặt thấp hơn. Tuy nhiên, thử nghiệm hiện tại cho thấy quá trình FF cũng hoạt động tốt trong nước ngọt. Các tác động tích cực của FF dường như chậm hơn so với quá trình ozon hóa trực tiếp, trong việc loại bỏ các chất hữu cơ ổn định trong khoảng thời gian từ 3 đến 4 tuần. Các FF dường như đặc biệt hiệu quả trong việc kiểm soát tải trọng hữu cơ dạng hạt và khối lượng hạt.

Vào cuối thử nghiệm, cả việc sử dụng O₃ và FF đều làm giảm đáng kể khối lượng hạt so với đối chứng. Riêng O₃ làm giảm 32%, FF làm giảm 62% thể tích hạt và nghiệm thức kết hợp cả hai làm giảm 75% so với đối chứng.

Diện tích bề mặt hạt cũng bị ảnh hưởng, FF làm giảm 53% tổng diện tích bề mặt, O₃ giảm 68% và kết hợp cả hai dẫn đến giảm 83% diện tích bề mặt hạt so với đối chứng.

Tổng BOD5 (chất hữu cơ được đo bằng nhu cầu oxy sinh học trong 5 ngày) bị ảnh hưởng đáng kể bởi cả quá trình FF và quá trình ozon hóa dẫn đến giảm lần lượt 51%, 43% và 75% đối với FF, O₃ và FF+O₃ so với đối chứng. 

Hoạt động của vi khuẩn cũng bị ảnh hưởng mạnh bởi sự phân đoạn bọt. Hoạt động giảm nhanh chóng trong các hệ thống được xử lý bằng ozone, sau một tuần giảm 91% trong hệ thống chỉ có ozone và 96% trong hệ thống FF+O₃ so với đối chứng. Tuy nhiên, hoạt động của vi khuẩn trong các hệ thống ozone dường như tăng trở lại và cuối thử nghiệm thấp hơn 48% so với đối chứng. Còn ở các hệ thống FF đã giảm 61%, trong khi hệ thống FF+O₃ vẫn ở mức thấp (giảm 90%) so với đối chứng. Trong nghiên cứu hiện tại, mức nitrit thấp hơn đã được tìm thấy trong các hệ thống được trang bị thiết bị FF. Điều này có thể là quá trình lọc sinh học được cải thiện, dẫn đến giảm sự cạnh tranh của vi khuẩn dị dưỡng do hàm lượng chất hữu cơ có trong hệ thống thấp hơn.

Sự giảm đồng thời cả chất hữu cơ và hoạt động của vi khuẩn được quan sát thấy trong nghiên cứu hiện tại cho thấy việc loại bỏ trực tiếp vi khuẩn bằng FF trong nước ngọt tương tự như trong nước biển. Ngoài ra, việc giảm chất hữu cơ làm giảm khả năng sôi nảy nở của vi khuẩn có hại.

Giảm chất hữu cơ làm giảm khả năng sôi nảy nở của vi khuẩn có hại. Ảnh minh họa

2. O₃

Các hệ thống sử dụng ozone cho thấy phản ứng ngay lập tức và hầu hết các chỉ số đều đạt mức thấp nhất trong vài tuần đầu tiên. Điều này rất có thể là kết quả của hiệu ứng oxy hóa của ozone đối với vi khuẩn dẫn đến sự cải thiện chất lượng nước do sự suy giảm nhanh chóng hoạt động của vi khuẩn và số lượng hạt so với đối chứng. Một phần của hiệu ứng này cũng có thể là do việc loại bỏ chất rắn được cải thiện vì ozone có thể cải thiện hiệu quả loại bỏ chất rắn. 

Các hệ thống sử dụng ozon hóa có sự gia tăng theo thời gian ở hầu hết các chỉ số có thể  là do liều lượng O₃ quá thấp. Liều lượng thấp hơn này giúp vi khuẩn tăng khả năng chịu đựng để sinh sôi nảy nở. Nghiên cứu hiện tại cho thấy sự gia tăng hoạt động của vi khuẩn được quan sát kèm theo sự gia tăng tương tự về thể tích hạt, cho thấy rằng vi khuẩn đang tập hợp lại. Đồng thời, số lượng hạt không tăng cho thấy rằng vi khuẩn bơi tự do đã bị loại bỏ. Vi khuẩn trong màng sinh học và vi khuẩn liên kết với các hạt nói chung có khả năng chống lại sự khử trùng, bao gồm cả O₃, hơn vi khuẩn sống tự do (Hess-Erga và cộng sự, 2008).

3. Ảnh hưởng đến bộ lọc sinh học

Như đã thảo luận trong một nghiên cứu trước đây, sự suy giảm chất hữu cơ trong nước có thể đi kèm với sự chuyển của chất hữu cơ vào bộ lọc sinh học. Để giải quyết vấn đề này, nghiên cứu hiện tại đã kiểm tra chất hữu cơ (tổng COD) liên quan đến các phần tử lọc sinh học. Mặc dù không đáng kể, sự tích tụ chất hữu cơ thấp hơn đã được quan sát thấy trong tất cả các hệ thống được xử lý so với đối chứng (thấp hơn khoảng 17% trong các hệ thống ozon hóa và thấp hơn 23% trong hệ thống có FF), cho thấy rằng các phương pháp áp dụng không chỉ cải thiện trực tiếp chất lượng nước mà còn cả “chất lượng hệ thống” tổng thể. Điều này được hỗ trợ thêm bởi mức nitrit thấp hơn trong các hệ thống được xử lý bằng phân đoạn bọt. 

Nghiên cứu này đã chứng minh sử dụng phân đoạn bọt trong RAS nước ngọt có thể dẫn đến việc giảm chất hữu cơ tương tự như như trong RAS nước mặn. Hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ từ quá trình FF đã được cải thiện hơn bằng cách ứng dụng đồng thời ozone. Việc giảm nhiều chất hữu cơ trong hệ thống, kèm theo mức độ hoạt động của vi khuẩn giảm và hiệu quả nitrat hóa của bộ lọc sinh học tăng lên rõ ràng, có thể dẫn đến giảm việc sử dụng các chất khử trùng cũng như cải thiện chất lượng sản xuất tổng thể. 

Nguồn tham khảo: Foam fractionation and ozonation in freshwater recirculation aquaculture systems, Aquacultural Engineering Volume 95, November 2021, 102195