Xử lý hiệu quả nước thải nuôi thủy sản bằng tập đoàn vi khuẩn

Nuôi trồng thủy sản là một trong những ngành nông nghiệp đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế nước ta. Cùng với việc gia tăng diện tích nuôi thì chất thải trong môi trường nước luôn là một vấn đề đáng quan tâm. Nhiều mô hình nuôi đã tạo ra một lượng lớn các chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ, nitơ và photpho trong nước thông qua các thông số NH₄⁺, NO₂ và NO₃^-…. Các chất độc này sẽ gây hại cho đời sống thủy sinh, gây mất cân bằng sinh thái khi thải ra ngoài môi trường tự nhiên. Đối với một số hệ thống nuôi tuần hoàn hay ít thay nước thì việc tái sử dụng lại nước là một điều đương nhiên, chính vì thế việc giảm nồng độ các khí độc NH₄⁺, NO₂ và NO₃^- rất quan trọng.

Trong số các phương pháp được sử dụng để xử lý nước thải trong quá trình nuôi thì phương pháp sinh học được ưu tiên hơn so với các phương pháp vật lý và hóa học vì tính thân thiện với môi trường, khả thi về mặt kinh tế. Nitrat hóa (quá trình chuyển đổi NH₄⁺ thành NO₂) và khử nitrat (quá trình chuyển đổi NO₂ thành NO₃^-) là 2 quá trình chính liên quan đến sự biến đổi nitơ trong nước ở dạng rất độc hại sang ít độc hai. Cần có một hệ thống sinh học kết hợp giữa quá trình nitrat hóa và khử nitrat để cải thiện việc làm sạch chất ô nhiễm trong nước dựa trên sự bổ sung các chủng vi khuẩn có lợi.

Tuy nhiên, việc này phụ thuộc rất lớn vào dòng vi khuẩn mà ta sử dụng. Trong nghiên cứu này, sự kết hợp của ba chủng vi khuẩn Bacillus cereus, Bacillus amyloliquefaciens và Pseudomonas stutzeri được sử dụng như một tác nhân tăng cường sinh học. Sự kết hợp 3 dòng vi khuẩn mang lại hiệu quả cao hơn so với việc sử dụng một dòng đơn lẻ.

Ba chủng vi khuẩn này được lấy từ các mẫu nước, mẫu đất ở ao, hồ hoặc trang trại nuôi cá và phân lập trong môi trường muối khoáng chỉ chứa ammonium sulphate hoặc kali nitrate (là nguồn nito duy nhất). Kết quả định danh bằng phương pháp giải trình tự gen 16S xác định được 2 vi khuẩn có khả năng phân hủy ammonia cao nhất là Bacillus amyloliquefaciens và Pseudomonas stutzeri và vi khuẩn Bacillus cereus có khả năng phân giải NO₂ cao nhất với nồng độ vi khuẩn bổ sung ở mức 1% (10⁸ CFU/ml).

Cá rô phi (2,76g) là đối tượng được sử dụng trong nghiên cứu này vì khả năng tăng trưởng nhanh nên lượng chất thải trong môi trường nước nhiều. Cấy hỗn hợp gồm 3 vi khuẩn nêu trên với nồng độ 4x10⁸ CFU/ml vào các bể nghiệm thức, định kì ba ngày lấy mẫu kiểm tra 1 lần, sau 15 ngày tính tỷ sống của cá.

Tập đoàn vi khuẩn này đã chuyển đổi ammonia thành nitrit và sau đó nitrit thành nitrat là rõ ràng khi nồng độ ammonia thấp hơn trong các bể sử dụng tập đoàn vi khuẩn. Trong trường hợp không sử dụng tập đoàn vi khuẩn ở các bể đối chứng thì nồng độ ammonia vẫn tiếp tục tăng. Mặc dù nồng độ của NH₄⁺, NO₂ và NO₃^- đã tăng lên trong quá trình thí nghiệm nhưng vẫn duy trì ở phạm vi an toàn. Ammonia là chất khí nhưng dễ tan trong nước do đó chúng tồn tại trong nước ở 2 dạng là NH₄⁺ (ion hóa) và NH₃( không ion hóa), cả hai đều gây hại cho thủy sinh. Nitrat sản phẩm cuối cùng của quá trình nitrat hóa, dạng này thì ít độc hại hơn so với ammonia và nitrit, độc tính này chỉ xảy khi nồng độ vượt quá 200mg/l. Cá có tỷ lệ sống cao ở bể có sử dụng tập đoàn vi khuẩn (97.2± 0.58%) so với bể không sử dụng (55% ± 0.25) càng chứng tỏ tầm quan trọng việc làm sạch môi trường nước của 3 chủng vi khuẩn này.

Để ngành thủy sản nước ta phát triển một cách bền vững, xử lý sinh học là một cách tiếp cận thân thiện với môi trường, là nơi các vi sinh vật có lợi được bổ sung vào với một nồng độ nhất định để cải thiện chất lượng nước và nước sau khi xử lý có thể tái sử dụng được cho vụ nuôi tiếp theo. Một chất xử lý sinh học tốt phải có khả năng làm sạch hiệu quả chất thải từ carbon, nitơ và các hợp chất lưu huỳnh có trong nước. Để giải quyết vấn đề này thì sự kết hợp của các vi khuẩn có lợi sẽ mang lại hiệu hơn so với việc sử dụng một dòng duy nhất. Hơn nữa, các hệ thống như vậy khả năng chống chịu sẽ tốt hơn với các điều kiện khắc nghiệt của môi trường và tăng khả năng làm giảm nồng độ nitơ và photpho trong nước.

Nghiên cứu này đã tìm thấy được sự tương thích của 3 chủng vi khuẩn Bacillus cereus, Bacillus amyloliquefaciens và Pseudomonas stutzeri để tạo ra một tập đoàn vi khuẩn, giúp giảm mạnh nồng độ ammonia trong nước thải lên đến 84.89% , khi sử dụng Bacillus amyloliquefaciens và Pseudomonas stutzeri đơn lẻ thì hiệu quả chỉ đạt 44-57%.

Xử lý sinh học như một chiến lược bền vững để cải thiện chất lượng nước trong nuôi trồng thủy sản và có thể làm giảm bớt sự ô nhiễm môi trường. Sự kết hợp ba nhóm vi khuẩn Bacillus cereus, Bacillus amyloliquefaciens và Pseudomonas stutzeri được sử dụng trong nghiên cứu này như một tác nhân tăng cường sinh học để xử lý nước thải sinh ra trong bể nuôi cá rô phi. Mặc dù nồng độ ammonia, nitrit và nitrat tăng lên trong suốt quá trình sử dụng tập hợp 3 vi khuẩn này nhưng vẫn luôn duy trì trong giới hạn an toàn. Nghiên cứu này sẽ đóng góp một phần rất lớn cho quá trình xử lý nước thải của ngành nuôi trồng thủy sản ở nước ta.