Một số đặc điểm nổi bật của hệ thống tuần hoàn phải kể đến như giảm lượng nước tiêu thụ, giúp cho việc quản lý chất thải, quản lý dịch bệnh tốt hơn. Hệ thống tuần hoàn hoạt động dựa vào quá trình loại bỏ chất thải rắn thông qua hệ thống lắng, lọc và loại bỏ chất thải hòa tan thông qua quá trình nitrate hóa.

Trong đó, thực vật thủy sinh đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải. Đã có nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng sử dụng bèo có tác dụng cung cấp oxy làm cải thiện oxy hòa tan trong môi trường nước thải, góp phần làm sạch nguồn nước. Ngoài ra, một số loại bèo còn có khả năng loại bỏ kim loại nặng và vi khuẩn bất lợi trong nước.

Trong một nghiên cứu gần đây của Trương Quốc Phú và cộng sự năm 2021 về hiệu quả xử lý nước thải nuôi cá trê vàng (Clarias macrocephalus) thâm canh bằng hệ thống thực vật thủy sinh đã sử dụng 4 loại bèo gồm : bèo tai tượng (Pistia stratiotes), bèo tấm (Lemna minor), bèo nhật (Limnobium laevigatum) để đánh giá toàn diện tác dụng của bèo đến khả năng xử lí chất thải.

Thí nghiệm được thực hiện 15 ngày và được bố trí trong hệ thống tuần hoàn với mật độ cá trê vàng là 70 con/100L với 4 nghiệm thức (NT) trồng thực vật khác nhau bao gồm : nghiệm thức 1 (NT1) - bèo tai tượng, NT2 - bèo tấm, NT3 - bèo nhật và  NT4 - đối chứng (không trồng thực vật).

Nghiệm thức 1 (NT1) - bèo tai tượng (Pistia stratiotes). Ảnh Idtools

NT2 - bèo tấm (Lemna minor). Ảnh gobotany.nativeplanttrust

NT3 - bèo nhật (Limnobium laevigatum). Ảnh garnelenonkel 

Hệ thống tuần hoàn bao gồm bể nuôi có thể tích 100 L, bể lắng 30 L, bể chứa 70 L và bể lọc sinh học 70 L (sử dụng giá thể nhựa RK-Plast). Hệ thống trồng thực vật gồm 3 máng nhựa (35x40x20 cm) được nối với nhau và nối với hệ thống tuần hoàn nuôi cá trê. Cá thí nghiệm có trọng lượng trung bình khoảng 60 g/con. Cá được cho ăn 2 lần/ngày bằng thức ăn công nghiệp 41% protein.

Biến động pH và độ kiềm

Trong quá trình thí nghiệm, pH và độ kiềm ở các nghiệm thức bèo tai tượng và bèo nhật tăng từ ngày 1 đến ngày 10. Nguyên nhân được cho là trong hệ thống tuần hoàn, các loài vi khuẩn nitrare hóa sử dụng các ion kiểm để chuyển hóa NH₄⁺ thành NO₃^- .Vì thế trong xuyên suốt qua trình thí nghiệm NaHCO₃ được bổ sung để duy trì pH trong khoảng 7,0 - 8.5. 

Kết quả thí nghiệm cũng cho thấy khi kết hợp trồng thực vật thủy sinh thì độ kiềm và pH trong nước tăng trong 10 ngày đầu mà không cần phải bổ sung NaHCO₃ như ở nghiệm thức đối chứng.

Biến động hàm lượng Oxy hòa tan và CO₂

Hàm lượng oxy hòa tan trong nước có xu hướng tăng theo thời gian thí nghiệm ở các nghiệm thức bèo tấm, bèo tai tượng và bèo nhật, ngược lại, oxy hòa tan ở nghiệm đối chứng lại giảm theo thời gian thí nghiệm. Đặc biệt, ở ngày thứ 10 của thí nghiệm, oxy hòa tan ở nghiệm thức  bèo tai tượng tăng mạnh và đạt 5.60 mg/L cao hơn các nghiệm thức còn lại. Bèo tai tượng có nhiều lá và diện tích lá to hơn nên lượng oxy được cung cấp cho hệ thống thí nghiệm sử dụng bèo tai tượng cũng cao hơn hai nghiệm thức bèo nhật và bèo tấm

Quá trình quang hợp của thực vật thủy sinh là nguyên do chính dẫn đến hàm lượng oxy hòa tan tăng, kéo theo đó là hàm lượng CO₂ được ghi nhận là giảm ở các nghiệm thức có thực vật thủy sinh. Bên cạnh đó, hàm lượng CO₂ giảm cũng một phần nhờ quá trình sục khí ở bể lọc sinh học.

Biến động COD và TSS

COD (Chemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy hóa học) là lượng oxy cần để oxy hoá toàn bộ các chất hoá học trong nước. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu suất xử lý COD ở nghiệm thức bèo tấm đạt thấp nhất (10,23%) và cao nhất ở nghiệm thức bèo tai tượng (34,28%), ở nghiệm thức đối chứng có xu hướng tăng về cuối thí nghiệm.

TSS (total suspendid solids - tổng rắn lơ lửng) là khối lượng của các hạt khô, không hòa tan, lơ lửng trong nước. Hàm lượng TSS giảm ở các nghiệm thức có trồng thực vật và giảm nhiều nhất ở nghiệm thức bèo tai tượng.

Biến động TAN, N-NO₃ và NO₂

TAN (total ammonia nitrogen) được biết là tổng lượng nitơ ở dạng NH3 và NH4+ trong nước. Trong nuôi trồng thủy sản, nồng độ TAN yêu cầu phải nhỏ hơn 0,5 mg/L. Nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng : đạm trong nước thải có thể bị loại bỏ bởi thực vật thủy sinh có khả năng hấp thụ đạm ở dạng vô cơ như N-NH₄, N-NO₃ và sự bay hơi của ammoniac hay quá trình nitrate hóa và khử nitrate của các vi sinh vật. Giả thiết trên đúng với nghiên cứu này vì kết quả thí nghiệm ghi nhận được thì hàm lượng TAN cũng như hàm lượng N-NO₃ của các nghiệm thức có kết hợp trồng cây thủy sinh thấp hơn so với nghiệm thức đối chứng sau 10 ngày thí nghiệm và đạt thấp nhất đối với bèo tai tượng. Ngược lại đối với nghiệm thức bèo tấm thì hiệu suất xử lí TAN không rõ rệt sau cả 10 và 15 ngày.

Tương tự thì hàm lượng NO₂ ở các nghiệm thức có trồng thực vật cho thấy kết quả thấp nhất ở ngày 10 nhưng tăng trở lại vào ngày thứ 15. Điều này được tác giả giải thích là do từ ngày 1 đến ngày 10, sự phát triển tốt các loài thực vật thủy sinh làm tăng độ kiềm, pH và oxy trong hệ thống thí nghiệm nên các nhóm vi khuẩn nitrate hóa hoạt động tích cực hơn, làm giảm hàm lượng NO₂ nhưng sau ngày thứ 10 các nhóm bèo bắt đầu chết dần, đặc biệt là bèo tai tượng dẫn đến sự tăng lại của NO₂. Khí NO₂ được cho là gây độc cho tôm cá nếu nồng độ cao hơn 2mg/L. Kết quả thí nghiệm ghi nhận mức dao động NO₂ trong thí nghiệm này thấp hơn 2mg/L nên không ảnh hưởng nhiều đến sự sinh trưởng và phát triển của cá trê vàng .

Biến động TN, TP và P-PO₄^3-

TN (total nitrogen – tổng lượng nito) : hàm lượng TN của các nghiệm thức bèo tai tượng, bèo tấm và bèo nhật thấp hơn nghiệm thức  đối chứng và có xu hướng giảm dần từ ngày 1 đến ngày 10 của thí nghiệm, và thấp nhất ở NT bèo tai tượng. Nguyên do chủ yếu là cá loài thủy sinh hấp thụ đạm vô cơ nhưng không hấp thụ đạm hữu cơ.

Hàm lượng phospho trong hệ thống xử lý nước bằng thực vật thủy sinh có thể giảm do được thực vật hấp thụ hoặc kết tủa và hấp phụ vào bùn đáy thủy vực. Đây cũng là nguyên do dẫn đến nồng độ P-PO₄^3- và TP (total phosphorus – tổng lượng phospho) giảm thấp vào ngày thứ 10 của thí nghiệm ở các nghiệm thức có trồng thực vật.

Từ kết quả nghiên cứu trên, có thể thấy được rằng việc trồng cây thủy sinh kết hợp nuôi cá trê vàng thâm canh có thể giải quyết một phần chất thải trong hệ thống nuôi. Các chất độc có trong nước thải gây nguy hiểm cho loài nuôi như NH³ và NO² cũng giảm đáng kể và nằm trong mức phù hợp cho sự phát triển của loài. Nghiên cứu cũng cho thấy, bèo tai tượng là đối tượng trồng phù hợp nhất cho hệ thống nuôi cá trê vàng thâm canh khi tất cả các thông số ghi nhận đều đạt kết quả tốt nhất trong 10 ngày đầu thí nghiệm. Tuy vẫn còn nhiều điểm bất cập sau khi thực vật thủy sinh chết, song đây cũng là một mô hình nuôi đáng mong đợi làm cơ sở cho việc thiết kế và vận hành hệ thống tuần hoàn kết hợp nuôi và xử lý chất thải cho cá trê vàng.

Nguồn : Nguyễn Thị Hồng Nho, Trương Quốc Phú và Phạm Thanh Liêm ( 2021). Hiệu quả xử lý nước thải nuôi cá trê vàng (Clarias macrocephalus) thâm canh bằng hệ thống thực vật thủy sinh. Tạp chí khoa học trường Đại học Cần Thơ ,Tập 57, Số chuyên đề Thủy sản (2021): 1-9.