Khảo sát khả năng tổng hợp amylase, protease của chủng vi khuẩn phân lập từ ao nuôi cá tra

Tổng quan tài liệu -1- PHẦN 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Thực trạng ô nhiễm do nghề nuôi cá Tra trên địa bàn tỉnh Đồng Tháp 1.1.1 Khái quát về ngành nuôi trồng thủy sản và nghề nuôi cá Tra Đồng Tháp nằm ở đầu nguồn sông Cửu long, có nguồn nước mặt khá dồi dào, nước ngọt quanh năm không bị nhiễm mặn. Ngoài ra, còn có hai nhánh sông Sở Hạ và sông Sở Thượng từ Campuchia đổ vào sông Tiền (ở Hồng Ngự). Ở phía nam còn có sông Cái Tàu Hạ, Cái Tàu Thượng, sông Sa Đéc,…hệ thống kênh rạch chằng chịt, rất thuận lợi cho ngành nuôi trồng thủy sản. [56], [57], [58] Tình hình nuôi thủy sản tỉnh Đồng Tháp những năm gần đây có bước phát triển đột phá, nhất là nghề nuôi cá Tra xuất khẩu. Sản lượng thủy sản nuôi từ 66.000 tấn trong năm 2004, tăng lên 115.136 tấn trong năm 2005, 159.776 tấn trong năm 2006 và 267.554 tấn trong năm 2007, trong đó sản lượng cá Tra xuất khẩu chiếm tỷ lệ từ 80% đến 85% tổng sản lượng thủy sản nuôi. Kim ngạch xuất khẩu thủy sản hằng năm gia tăng đáng kể, từ 64.000.000 USD trong năm 2005, tăng lên 116.908.530 USD trong năm 2006 và 148.139.506 USD trong năm 2007, góp phần tăng trưởng kinh tế của tỉnh. [55], [56], [58] Hiện nay, toàn tỉnh có 16 doanh nghiệp nuôi thủy sản và 756 hộ nuôi cá thể với tổng diện tích nuôi cá Tra xuất khẩu là 1.271 ha, trong đó số hộ nuôi có diện tích nuôi trên 1 ha là 199 hộ, số hộ nuôi có diện tích nuôi dưới 1 ha là 557 hộ. Trên 80% số cơ sở nuôi cá Tra này hiện vẫn chưa có bố trí ao xử lý chất thải theo quy định. Đối với các doanh nghiệp nuôi thủy sản thường có diện tích nuôi lớn và có cán bộ kỹ thuật chuyên ngành nên việc bố trí diện tích xử lý chất thải thuận lợi hơn các bộ nuôi nhỏ lẻ. [55], [56], [58] Theo quy hoạch vùng phát triển cá Tra tỉnh Đồng Tháp đến năm 2020 cho thấy: Đến năm 2020, tổng diện tích nuôi cá Tra sẽ lên đến 2.700 ha, tổng sản lượng cá Tra sẽ lên đến 400.000 tấn. [58] Bên cạnh những thành quả đã đạt được do phát triển nuôi trồng thủy sản thì tình hình nuôi trồng thuỷ sản trong Tỉnh ngày càng trở nên phức tạp. Mô hình nuôi Tổng quan tài liệu -2- thâm canh, nuôi công nghiệp với mật độ cao, nuôi tự phát không theo quy hoạch, sử dụng nhiều thuốc, hoá chất,… đã gây tác động tiêu cực rất lớn đến môi trường. Qua khảo sát thực địa của Sở Tài nguyên & Môi trường năm 2007 tại các vùng nuôi trọng điểm cho thấy vùng nuôi thủy sản của 4 huyện H.Cao Lãnh, Tx.Sa Đéc, H.Châu Thành, H.Lấp Vò đang ô nhiễm nghiêm trọng. Kết quả quan trắc cho thấy (phụ lục 5.1): Tại các ao nuôi cá công nghiệp và chất lượng nước mặt xung quanh các vùng nuôi thuỷ sản trong tỉnh đang bị ô nhiễm hữu cơ khá lớn. Thành phần ô nhiễm chính là những chất hữu cơ từ thức ăn, chất thải của cá và vi sinh. Cụ thể: [56], [57], [58] + Chỉ tiêu pH: Tất cả các điểm quan trắc không vượt chỉ tiêu cho phép. + Chỉ tiêu chất rắn lơ lửng (SS): Hầu hết các điểm đều vượt tiêu chuẩn TCVN 5942 – 1995- Cột A từ 2,95 – 8,2 lần. + Chỉ tiêu BOD (nhu cầu Oxy sinh hóa), COD (nhu cầu Oxy hóa học): Đa số các điểm quan trắc vượt tiêu chuẩn TCVN 5942 – 1995 từ 7,25 đến 11,5 lần. + Chỉ tiêu DO (nồng độ Oxy hòa tan): Ở đa số các điểm quan trắc đều không đạt tiêu chuẩn TCVN 5942 – 1995. + Chỉ tiêu Nitrite (NO2-): Tất cả điểm quan trắc đều vượt tiêu chuẩn cho phép. Chỉ tiêu Nitrat (NO3-) : 6/8 điểm quan trắc vượt chỉ tiêu cho phép. Chỉ tiêu Amoniac (N-NH3): Đa số các điểm quan trắc vượt tiêu chuẩn cho phép hơn 10 lần. + Chỉ tiêu Coliform: Tất cả các điểm quan trắc vượt tiêu chuẩn cho phép. Đánh giá chung cho thấy: - Tại các vùng nuôi thủy sản xuất khẩu, đa số các hộ nuôi theo quy hoạch đã được phê duyệt, với diện tích các ao nuôi trung bình từ 6.000 -12.000 m2/ao. - Việc kiểm soát nước thải của các hộ nuôi gặp nhiều khó khăn do hầu hết các vùng nuôi đều chưa có quy hoạch chi tiết, chưa có quy định vùng cấp nước riêng và vùng xả nước thải. Tổng quan tài liệu -3- - Việc bố trí số lượng, diện tích ao nuôi chưa phù hợp với từng vùng nuôi, với khả năng tiếp nhận của các kênh, rạch, dòng sông xung quanh các khu vực nuôi. - Đa số các hộ nuôi thả với mật độ khá dày so với quy định của ngành thủy sản, trong đó không cân đối giữa mật độ thả cá và lượng thức ăn cho cá. Do vậy , lượng thức ăn thường bị dư thừa do cá tiêu thụ không hết. Đây là một trong những nguyên nhân chính làm tích tụ và gây ô nhiễm nguồn nước. Một số hộ vẫn còn sử dụng thức ăn tự chế khi nuôi cá lúc còn nhỏ. Rất ít thực hành quy trình nuôi cá sạch. - Đối với những hộ nuôi ven sông Tiền và sông Hậu, do lưu lượng nước các con sông này tương đối lớn, khả năng tự làm sạch của dòng sông còn tốt, nên ít ô nhiễm. Tuy nhiên, các vùng như: Khu vực nuôi xã Tân Khánh Trung (huyện Lấp Vò); xã Tân Khánh Đông (Thị xã Sa Đéc); Đuôi cồn An Nhơn, An Hiệp (huyện Châu Thành); Xã Bình Thạnh (huyện Cao Lãnh). Việc cấp thoát nước phục vụ cho nuôi thủy sản của các vùng này còn nhiều bất cập và chất lượng nước ở các kênh, rạch nhỏ đã có dấu hiệu ô nhiễm cục bộ. Thêm vào đó là hầu hết các hộ nuôi không có ao xử lý nước thải, cũng như khu vực xử lý bùn thải, họ phải thải trực tiếp ra sông, kênh rạch làm tắt nghẽn và ô nhiễm nguồn nước mặt. [56], [57], [58] 1.1.2 Một số tác động tiêu cực lên môi trường do nghề nuôi cá Tra ™ Tác động do sử dụng thức ăn Hình 1.1: Hiện trạng ao nuôi sau khi cho cá Tra ăn. Tổng quan tài liệu -4- Diện tích nước nuôi thủy sản ở Đồng Bằng Sông Cửu Long tăng mạnh trong những năm qua. Nếu như năm 2000 có tổng diện tích là 445.300 ha, với sản lượng là 365.141 tấn thì năm 2005 đã đạt 685.000 ha, với sản lượng khoảng 983.384 tấn. Theo Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh An Giang, để có được 1 kg cá thương phẩm, người nuôi cần sử dụng từ 1,3- 1,8 kg thức ăn công nghiệp, hoặc từ 2 -2,5 kg thức ăn tự chế. Trong đó, lượng thức ăn thất thoát vào môi trường nước khoảng 15%. Theo Tiến sĩ Bùi Văn luận, cán bộ công ty MeKong (TP.Hồ Chí Minh), với sản lượng cá da trơn đạt 1,5 triệu tấn như ở Đồng Bằng Sông Cửu Long hiện nay, thì có khoảng 1.593.750 tấn chất thải hữu cơ được xả thẳng ra nguồn nước. [45], [57], [58] Quản lý thức ăn không hợp lý là nguồn ô nhiễm chủ yếu, dễ khiến cho chất lượng nước thay đổi nhanh chóng. Lượng thức ăn dư thừa sẽ trở thành nguồn dinh dưỡng cho nguồn nước và cũng là nguồn gây ô nhiễm, gây bệnh. Hơn nữa một số hộ nuôi thủy sản còn sử dụng nguồn nguyên liệu có sẳn tại chổ như: ốc, vẹm, cua, cá, tép, chuột, trùng, dưa khô, đậu nành,…khiến cho môi trường nước bị ô nhiễm. [6], [17], Trong quá trình nuôi thủy sản, phần lớn lượng thức ăn dư thừa rất giàu thành phần đạm. Trong quá trình chuyển hóa, một phần sẽ được thải ra từ phân , còn một phần thức ăn dư thừa bị phân hủy là nguyên nhân gây nhiễm bẩn nguồn nước trong ao nuôi. Từ lượng thức ăn dư thừa trong ao sẽ phát sinh ra các loại khí như: NO2, NH3 , sự tồn tại NH3 trong ao gây bất lợi cho quá trình sinh trưởng và phát triển của cá nếu vượt quá ngưỡng ( ngưỡng NH3 < 0,3 ppm ). Mặt khác, trong nước ao giàu thành phần đạm cũng làm phát sinh hiện tượng phú dưỡng hóa và phát sinh các thủy sinh vật có hại, gây bất lợi cho môi trường nước ao nuôi, làm giảm năng suất và chất lượng ao nuôi, gây thất thu toàn bộ nếu không khống chế kịp thời.[22], [23], [58] Lượng thức ăn dư dễ kích thích tảo và vi khuẩn phát triển mạnh tạo đỉnh cao về số lượng, khi tàn lụi sẽ tạo nên màng tảo ở đáy ao (nhất là tảo lam). Ngoài ra Tổng quan tài liệu -5- chúng còn tiết ra độc tố gây độc cho cá, và làm môi trường biến đổi theo chiều hướng xấu, đồng thời làm nền đáy kém đi nhanh chóng. [7,][58], [45], [11], [56], [57] ™ Tác động do hệ thống nuôi Hình 1.2: Hệ thống ao nuôi thủy sản chưa được quy hoạch hợp lý Quản lý nước và các công trình kênh mương không đồng bộ cũng rất dễ gây ra ô nhiễm toàn vùng. Việc xả nước thải ao nuôi trực tiếp ra rạch dẫn nước chung là đã tự làm ô nhiễm môi trường của mình, do thải các chất dinh dưỡng, chất hữu cơ, chất độc vi sinh trong đó có mầm bệnh. [58], [20], [45], [11], [56], [57] - Sau mùa thu hoạch, người dân thường rút bùn đáy từ ao nuôi ra ngoài, lượng bùn đáy này được được thải trực tiếp ra môi trường. Vì thế, sự thải các chất bùn đáy từ ao nuôi ra còn làm tăng sự lắng động bùn đáy của các kênh rạch, do đó càng làm tăng khả năng ô nhiễm do dòng chảy bị hạn chế. [58], [20], [45], [11], [56], [57] - Hầu hết các khu vực nuôi cá Tra được khảo sát đều không có ao xử lý sơ bộ nước thải ao nuôi sau mùa thu hoạch trước khi thải ra hệ thống nước chung của khu vực. Phần lớn người dân thải nước ao trực tiếp ra ngoài kênh rạch, gây ô nhiễm nước lan tỏa ra toàn khu vực. Đặc biệt do trong nguồn nước thải có chứa các thành phần hữu cơ, các loài thủy sinh học có hại và các loài vi khuẩn gây bệnh, chúng được hòa lẫn với hệ thống nước kênh rạch trong vùng làm ô nhiễm nguồn nước ở Tổng quan tài liệu -6- các thủy vực. Sau đó người dân sẽ dẫn chính nguồn nước bị ô nhiễm này vào ao để nuôi tiếp vụ thủy sản tiếp theo. Đây là nguyên nhân chính gây dịch bệnh trong khu vực có hoạt động nuôi thủy sản. Hơn nữa, hầu hết các ao nuôi đều không có kênh cấp, thoát nước riêng, nước cấp và nước thải được cấp chung từ một ao. Vì thế, nếu như có khống chế được dịch bệnh thì việc nuôi cá cũng không đạt được hiệu quả do nguồn nước lấy vào ao không đảm bảo được chất lượng cho sự sinh trưởng và phát triển của cá. [58], [20], [45], [11], [56], [57], [58] ™ Tác động do lan truyền dịch bệnh Điều kiện xảy ra dịch bệnh: Phần lớn nước trong ao nuôi thường được lấy từ nguồn nước tự nhiên không qua xử lý nên nguy cơ ô nhiễm là rất cao. Nguyên nhân ô nhiễm có thể do nguồn nước, do mưa, do thức ăn, do con giống. Nguồn gốc và điều kiện gây ô nhiễm môi trường, cụ thể: [18], [23], [11], [58] - Dịch bệnh xuất hiện là kết quả tác động do mầm bệnh tác động qua lại giữa các nhân tố: Vật chủ, môi trường, và tác nhân gây bệnh. Một khi môi trường sống bị thay đổi đột ngột, các chức năng sinh lý của cá bị rối loạn, chúng dễ bị suy yếu, sức đề kháng giảm, tác nhân gây bệnh có điều kiện phát triển và gây bệnh. [18], [23], [11], [58] - Một khi trong môi trường xuất hiện mầm bệnh, thì các yếu tố hữu sinh như virus, vi khuẩn, nấm, nguyên sinh động vật, giáp xác cỡ nhỏ sẽ là những tác nhân gây bệnh truyền nhiễm. Các yếu tố vô sinh như pH, oxy, kim loại nặng, hóa chất và các yếu tố dinh dưỡng là những tác nhân không truyền nhiễm; Nhưng khi các chỉ số vượt quá ngưỡng của thủy sản, và làm môi trường thuận lợi cho mầm bệnh phát triển, gây bất lợi cho đời sống của cá, khiến cá bị suy yếu và nhạy cảm với mầm bệnh. Nhất là cá đang ở giai đoạn nhỏ đang có những biến đổi trong quá trình sinh trưởng. [18], [23], [11], [58] ™ Nguyên nhân chủ quan - Về nhận thức: Tổng quan tài liệu -7- Xu hướng của các hộ nuôi thủy sản là sản xuất, phát triển chạy theo sản lượng, không coi trọng giá trị xuất khẩu và ít cân nhắc đến lợi ích môi trường lâu dài. Nhận thức về các vấn đề phát triển bền vững và nghề cá còn khá thấp. [45], [11], [57], [58] - Về công tác quy hoạch Š Công tác quy hoạch và các chính sách quản lý trong nuôi trồng thủy sản của tỉnh chưa theo kịp nhu cầu thực tế. Thiếu hướng dẫn kỹ thuật và chưa lồng ghép vấn đề bảo vệ môi trường vào tiến trình quy hoạch. [45], [11], [57], [58] Š Người dân sản xuất một cách tự phát, phát triển các vùng nuôi với tốc độ nhanh nên việc triển khai quy hoạch không theo kịp tiến độ thực tế. Bên cạnh đó, khi triển khai quy hoạch thiếu sự kiểm tra, giám sát và đánh giá cụ thể việc thực hiện quy hoạch nên việc điều chỉnh quy hoạch đôi khi còn thiếu tính khoa học và thực tiễn. Š Trong quá trình quy hoạch không chú ý đến việc quy hoạch các giải pháp cấp thoát nước, giải pháp xây dựng cơ sở hạ tầng, giải pháp xử lý chất thải và phục hồi cảnh quan cho từng vùng chăn nuôi. Nhất là những vùng nuôi tập trung và những vùng sinh thái nhạy cảm. [45], [11], [57], [58] - Về công tác tổ chức quản lý Š Các địa phương chưa có hình thức quản lý chặt chẽ và kiểm soát các vùng nuôi tự phát, và chưa có biện pháp xử lý nghiêm những hành vi vi phạm về môi trường. Š Chưa phổ biến, hướng dẫn rộng rãi cho các hộ nuôi thực hành nuôi cá Tra sạch. [45], [11], [57], [58] - Về công tác nghiên cứu ứng dụng khoa học công nghệ Š Chưa có những nghiên cứu và đánh giá tác động môi trường tổng thể của từng vùng nuôi thủy sản của từng địa phương, chưa đánh giá được sức chịu tải của từng vùng nuôi. Tổng quan tài liệu -8- Š Chưa thực hiện mô hình mẫu về xử lý nước thải, bùn thải ao nuôi thủy sản đạt tiêu chuẩn môi trường để triển khai rộng rãi. Š Các hoạt động khoa học công nghệ trong lĩnh vực thủy sản trong thời gian qua chỉ quan tâm nhiều về con giống, về công nghệ nuôi và bệnh thủy sản,… Mà chưa quan tâm và đầu tư thích đáng cho những nghiên cứu và áp dụng, hướng dẫn các công nghệ xử lý chất thải cho các hộ nuôi thủy sản. Chưa gắn kết chặt chẽ các hoạt động nghiên cứu triển khai và hoạt động sản xuất thủy sản giữa cơ quan nghiên cứu, cơ quan sản xuất, kinh doanh và các hộ nuôi. [45], [11], [57], [58] ™ Nguyên nhân khách quan - Do đặc điểm của hệ thống công trình thủy lợi phục vụ nuôi thủy sản trong tỉnh đều tận dụng hệ thống sẳn có (chủ yếu là cho nông nghiệp). Vì vậy, việc tách hệ thống cấp, thoát nước riêng biệt gặp khó khăn. - Xử lý ô nhiễm môi trường do nuôi thủy sản là một loại hình mới, khó xử lý do phải đầu tư trên một diện rộng, đòi hỏi thời gian, đầu tư mặt bằng, kinh phí và tuân thủ quy trình xử lý nghiêm ngặt để vừa đảm bảo phát triển sản xuất đồng thời với bảo vệ môi trường, đặc biệt là bảo vệ môi trường nước. Ngoài ra, còn có các nguyên nhân như: Trình độ kỹ thuật của người nuôi cá chưa cao đối với hình thức nuôi công nghiệp như hiện nay. Chất lượng nước tự nhiên xấu dần từ sau mùa lũ kết thúc và xấu nhất vào đầu mùa khô gây ra hiện tượng cá chết hàng loạt cũng là những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường.[45], [57], [58] 1.2. Một số giải pháp giúp hạn chế và khắc phục tình trạng ô nhiễm 1.2.1 Các giải pháp về quản lý - Tích cực phối hợp hoạt động giữa các Ban, Ngành, Đoàn thể trong công tác tuyên truyền, phổ biến và nâng cao nhận thức cho các hộ nuôi thủy sản trong việc quản lý, bảo vệ môi trường. Tổng quan tài liệu -9- - Tăng cường hơn nữa công tác tập huấn và nêu cao ý thức tuân thủ các hộ nuôi thủy sản về quy trình kỹ thuật và biện pháp bảo vệ môi trường nước tự nhiên, môi trường ao nuôi bằng cách chừa diện tích nhất định làm ao xử lý nước thải, bùn thải, cấp nước theo quy trình khép kín. Không được xả nước thải chưa qua xử lý ra môi trường bên ngoài. - Yêu cầu các hộ nuôi thủy sản tuân thủ đúng các quy định pháp luật về bảo vệ môi trường. Hoạt động nuôi thủy sản phải đảm bảo tuân thủ đúng quy hoạch, kế hoạch sử dụng đất, quy hoạch phát triển nuôi trồng thủy sản phải được cấp có thẩm quyền phê duyệt.[45], [11], [57], [58] 1.2.2 Các giải pháp về quy hoạch - Trước mắt, cần điều chỉnh và bổ sung quy hoạch phát triển nuôi thủy sản dựa trên cơ sở tiềm năng về sinh thái, điều kiện môi trường, kinh tế xã hội,…của từng vùng nuôi. - Xây dựng chi tiết vùng nuôi thủy sản của từng địa phương, có quy định vùng cấp và thoát nước riêng, có công bố và cắm mốc vùng quy hoạch nuôi. Các kênh lấy nước và xả thải phải được quy hoạch và xây dựng phù hợp. Trên cơ sở qui hoạch chi tiết các vùng nuôi, bố trí số lượng các cơ sở, dự án, số lượng ao nuôi phù hợp với quy hoạch chi tiết và đánh giá tác động môi trường tổng thể của từng vùng chăn nuôi. [45], [57], [58] 1.2.3 Các giải pháp về khoa học công nghệ - Nghiên cứu, ứng dụng và phổ biến sử dụng chế phẩm sinh học trong nuôi trồng thủy sản đảm bảo đạt tiêu chuẩn môi trường và yêu cầu về chất lượng thủy sản xuất khẩu. - Phối hợp với các Trung tâm, Viện, trường Đại học nghiên cứu, ứng dụng, tiếp nhận chuyển giao công nghệ phù hợp, liên quan đến nuôi trồng thủy sản để áp dụng vào thực tiễn, hướng dẫn các hộ nuôi thủy sản xử lý nước thải, bùn thải đạt tiêu chuẩn môi trường. Tổng quan tài liệu -10- - Nâng cao tiềm lực khoa học công nghệ, ứng dụng công nghệ sinh học, công nghệ thông tin trong phục vụ phát triển nuôi thủy sản. [57], [58] 1.2.4 Các giải pháp về kỹ thuật ™ Các chất thải từ các ao nuôi thủy sản Š Các chất thải từ ao nuôi thủy sản bao gồm: Š Các muối dinh dưỡng hòa tan: NH4+, NO3-, PO43-, SiO32-. Š Các chất hữu cơ hòa tan hay lắng tụ: Bùn đáy ao, vật chất lơ lửng,… Š Các hóa chất xử lý nước, phòng trị bệnh: Chlorine, kháng sinh,… - Tác hại của các chất gây ô nhiễm trong ao nuôi thủy sản: Š Các muối dinh dưỡng: Tạo điều kiện cho các tảo lam phát triển, tiết ra các độc tố làm giảm chất lượng chất lượng nước Š Chất hữu cơ: Tạo điều kiện cho các vi sinh vật gây bệnh phát triển, tạo ra các khí độc, mùi hôi gây ô nhiễm môi trường. Š Hóa chất, kháng sinh phòng trị bệnh: Thường sinh ra các độc tố như chloramin, trihalomethan, tạo dòng vi khuẩn gây kháng thuốc, gây ảnh hưởng xấu đến sức khỏe con người.[45], [57], [58] ™ Các biện pháp xử lý gồm có các phương pháp như: - Xử lý tại nguồn Áp dụng các biện pháp xử lý nước thải ngay tại ao nuôi bằng các chế phẩm sinh học như: Ecomarine, tạt vôi hay clorine,… và một số chế phẩm enzyme khác để làm tăng oxy hòa tan, lắng tụ các chất lơ lửng và phân hủy bùn đáy ao. Tuy nhiên, việc xử lý nước thải tại nguồn không phải là một biện pháp xử lý triệt để, mà chỉ là hình thức nhằm giảm thiểu tối đa lượng chất ô nhiễm, tăng cường và giảm bớt áp lực cho quá trình xử lý cuối nguồn. [12], [36], [45], [56], [57], [58] - Xử lý cuối nguồn tại các ao xử lý Tổng quan tài liệu -11- Áp dụng các biện pháp xử lý cuối nguồn tại các ao xử lý bằng các phương pháp vật lý, hóa học, kết hợp xử lý sinh học. Tái sử dụng bùn thải chế biến thành phân vi sinh bón cho cây trồng. Š Theo phương pháp vật lý: Lắng, cơ học,…Đây là biện pháp xử lý sơ bộ trước khi áp dụng các biện pháp xử lý sinh học, hóa học để loại bỏ một phần chất hữu cơ trong nước thải. Với phương pháp này, nước thải từ các ao nuôi được bơm vào các ao lắng để lắng cặn và tách các chất lơ lửng. Bằng phương pháp này có thể áp dụng ngay trong các ao nuôi để giảm một phần các chất ô nhiễm như Vật chất lơ lửng,… Để tạo điều kiện thuận lợi và giảm bớt áp lực cho các hệ thống xử lý tiếp theo. Š Xử lý sinh học: Dùng thực vật, động vật và vi sinh vật. Đây là quá trình loại bỏ các tạp chất không lắng đọng và các chất hữu cơ dạng hòa tan ra khỏi nước thải nhờ vào hoạt động của vi sinh vật. Tùy theo thành phần, tính chất nước thải và yêu cầu chất lượng nước thải sau khi xử lý mà có thể áp dụng quá trình xử lý sinh học hiếu khí hoặc kỵ khí. Các biện pháp cần kết hợp thực hiện trong quá trình xử lý sinh học là: + Thả các loài như: Bèo, lục bình, cá,nhằm giảm thiểu các chất hữu cơ lơ lửng + Tăng cường sục khí để thúc đẩy quá trình phân hủy các chất hữu cơ. + Bổ sung các chế phẩm sinh học. Tuy nhiên, xử lý bằng biện pháp sinh học cần phải có những điều kiện sau: Về không gian, đòi hỏi phải tốn diện tích để có ao chứa chất thải; Về thời gian, phải có thời gian ngưng nuôi để xử lý chất thải. Nếu không đủ không gian và thời gian sẽ không thể xử lý được chất thải. Dùng biện pháp xử lý sinh học có ưu điểm là vừa tiết kiệm được chi phí vận hành, vừa có thể tăng hiệu quả xử lý chất thải bị ô nhiễm hữu cơ dễ phân hủy sinh học. Diện tích xử lý có thể tận dụng các mương dẫn nước, các ao, rạch tự nhiên,…Các dòng chảy ra ao lắng, sau đó dẫn đến nguồn tiếp nhận. Tổng quan tài liệu -12- Các chế phẩm sinh học kết hợp sử dụng trong phương pháp này có tác dụng như một hỗn hợp các chủng vi khuẩn có khả năng phá hủy các cấu trúc vật chất hữu cơ và hấp thụ các chất hữu cơ như là nguồn dinh dưỡng. Tuy nhiên, trong quá trình sử dụng các chế phẩm sinh học cần phải quan tâm đến mức độ phát triển và sinh trưởng của vi sinh vật trong môi trường vì mức độ phát tán và nhân đôi mật số của chúng rất lớn. Trong điều kiện thuận lợi, chúng có thể phát triển mật số vượt giới hạn cho sự phát triển và sinh trưởng của cá thương phẩm. [18], [45], [56], [57], [58] Š Xử lý hóa học: Đây là quá trình sử dụng các chất hóa học như: Chlorine, ozone, hay các hóa chất khác để xử lý các phần tử keo hữu cơ lơ lửng trong nước thải. Quá trình này nhằm khử trùng diệt khuẩn và ngăn ngừa sự phát triển của các loài vi sinh vật gây hại và các loại tảo ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước tiếp nhận. Đây là hình thức xử lý triệt để và thường được áp dụng đối với hệ thống xử lý liên tục có nhiều ao xử lý trước khi thải ra nguồn tiếp nhận. [36], [56], [57], [58] Š Xử lý bùn đáy ao: Bùn cặn phát sinh từ các ao nuôi cá sau khi thu hoạch được tích tụ dưới đáy ao. Ước tính lượng bùn thải mỗi ao nuôi một ha thì mỗi lần nạo vét sau thu hoạch khoảng 3.000 m3 (tính luôn lượng nước dư do bơm hút). Hiện nay, một trong những phương pháp áp dụng phổ biến là bùn thải sau khi được nạo vét sẽ được khử trùng bằng chlorine. Sau đó tách nước, làm khô bùn, trộn bùn khô với nấm Trichoderma, các vi sinh vật hoặc trùng quế để chế tạo thành phân vi sinh bón cho cây trồng rất tốt. [12], [36], [45], [56], [57], [58] 1.3 Khái quát về hệ vi khuẩn trong nước 1.3.1 Vi khuẩn trong nước ngọt ™ Về hình thái Các vi khuẩn hình xoắn và những vi khuẩn có tiêm mao tồn tại nhiều ở những dòng nước chảy. Các vi khuẩn có hình cầu hoặc hình gậy lại phát triển rất mạnh ở các khu vực nước yên tĩnh và có đầy đủ chất dinh dưỡng. [12], [18] ™ Về sinh lý: Tổng quan tài liệu -13- Vi khuẩn nước phần lớn là dị dưỡng carbon. Trong đó, vi khuẩn hoại sinh chiếm tỷ lệ lớn nhất, vi khuẩn ký sinh thường chiếm một lượng rất nhỏ.Ở lưu vực của nhiều nguồn nước, có một lượng lớn vi khuẩn tự dưỡng quang năng, trong đó có vi khuẩn màu lục và màu tía, vi khuẩn nitrate, vi khuẩn lưu huỳnh và vi khuẩn sắt. Vi khuẩn trong nước có khả năng sử dụng nồng độ dinh dưỡng rất nhỏ. [12], [18], [13] Trong nước ngọt thiên nhiên, các loài vi khuẩn sau thường thấy xuất hiện với số lượng lớn: Achromobacter spp, Bretvibacterium spp, Sarcina spp, Pseudomonas spp, Streptomyces spp, Cytoglaga spp, Flavobacterium spp, Micrococcus spp, Bacillus spp, Nocardia spp, Microcomonospona spp [12], [18], [13] 1.3.2 Một số chuyển hóa vật chất do vi khuẩn dị dưỡng trong nước 1.3.2.1 Thủy phân tinh bột ™ Khái quát: Tinh bột là một polysaccharide chỉ có ở thực vật. Chúng có cấu tạo gồm hai phần: Amylose và amylopectin. Amylose tan được trong nước nóng, còn amylopectin không tan được trong nước nóng mà chúng tạo thành thể keo. Trong tinh bột, tỷ lệ amylose chiếm khoảng 25%, còn amylopectin chiếm khoảng 75%. Khi tinh bột có trong môi trường nước, chúng sẽ bị thủy phân bởi hệ enzyme amylase của rất nhiều vi sinh vật. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình thủy phân tinh bột thường có khả năng sinh tổng hợp ra amylase ngoại bào. Các enzyme này được chia làm ba nhóm: [13], [41], [11], [12], [13], [8], [5] - Enzyme α-amylase (α–1,4–glucanohydrolase): Enzyme này tham gia thủy phân liên kết 1,4 – glucozit vào tạo dextrin phân tử lượng thấp cùng một lượng nhỏ maltose. - Enzyme β – amylase (α – 1,4 glucan - maltohydrolase): Enzyme này tham gia thủy phân liên kết α - 1,4 – glucozit để tạo sản phẩm cuối cùng là glucose. Tổng quan tài liệu -14- - Enzyme γ–amylase (glucoamylase hay enzyme α–1,4-glucanglucohydrolase): Tham gia thủy phân liên kết α - 1,4 – glucozit tạo ra sản phẩm cuối cùng là glucose. Vi sinh vật sẽ tổng hợp các enzyme này trong tế bào của chúng và các enzyme này sẽ thoát ra ngoài tế bào, thực hiện quá trình thủy phân tinh bột ngoài tế bào. Trong môi trường nước, sản phẩm của quá trình thủy phân không phải chỉ có đoừng glucose mà còn có maltose hay dextrin. Các loại đường này, một phần sẽ tan vào trong nước và được các vi sinh vật khác chuyển hóa, một phần sẽ đi vào tế bào vi sinh vật và sẽ tiếp tục chuyển hóa. [13], [11], [12], [13], [20], [8], [5] Sơ đồ 1.1: Hai quá trình chuyển hóa tinh bột trong và ngoài tế bào ™ Các vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp amylase bao gồm: Bacillus amyloliquefulien, Bacillus coagulans, Bacillus diastaticus, Bacillus macerans, Bacillus mensentericus, Bacillus polymixa, Bacillus stearothermophyllus, Bacillus subtilis, Pullularia pullulans và các loài Chlostridium (ví dụ: Chlostridium acetobutylium). [12], [18], [13] 1.3.2.2 Chuyển hóa protein Tổng hợp vật chất cho tế bào Phân giải cung cấp năng lượng Tinh bột Sản phẩm bậc 1 Sản phẩm trao đổi bậc 2 Enzyme ngoại bào Glucose Tế bào vi sinh vật Glucose và các đường có phân tử lượng nhỏ Tổng quan tài liệu -15- Trong môi trường nước, quá trình amon hóa protein là quá trình quan trọng nhất trong các quá trình của chu trình chuyển hóa protein. Quá trình này xảy ra cả trong điều tự nhiên có oxy và cả trong điều kiện không có oxy. Quá trình amon hóa protein xảy ra trong ba giai đoạn: [11], [12], [13], [8], [41], [5], [27] ™ Giai đoạn thứ nhất: Là giai đoạn khi trong môi trường nước tồn tại protein, protein sẽ như một chất cảm ứng, kích thích tế bào vi sinh vật sản xuất ra protease. Protease sẽ thoát ra môi trường nước, và thủy phân protein thành những sản phẩm có trọng lượng phân tử nhỏ, trong đó acid amin được xem như sản phẩm cuối cùng. Protein ⎯→⎯ OH2 Pepton ⎯→⎯ OH2 Polypeptide ⎯→⎯ OH2 Acid amin ™ Giai đoạn thứ hai: Acid amin được tạo ra trong quá trình trên sẽ khuếch tán vào trong tế bào, xảy ra hai trường hợp: [20], [12], [8], [5], [27] - Các acid amin được sử dụng nguyên vẹn như một vật liệu tham gia tổng hợp protein và các thành phần hữu cơ chứa Nitơ khác. - Một số acid amin được deamin hóa để tạo ra năng lượng và NH3. - Một phần acid amin không được tế bào hấp thu sẽ tiếp tục phân giải thành NH3, H2S, CO2 , H2O. ™ Giai đoạn thứ ba: Các chất hữu cơ được tạo thành do phân giải sơ bộ các acid amin sẽ được tiếp tục chuyển hóa trong tế bào vi sinh vật. [20], [12], [8], [5], [27] - Trong điều kiện hiếu khí, chúng được oxy hóa hoàn toàn và có thể được vô cơ hết. Sản phẩm cuối có thể là cấu tử tạo ra protein, ví dụ: NH3, H2S, CO2 , H2O, H3PO4. - Trong điều kiện yếm khí, các sản phẩm phân giải không được oxy hóa hoàn toàn. Trong trường hợp này, môi trường nước sẽ bị tích lũy các acid hữu cơ, rượu, amin, chúng có rất nhiều độc tố và gây mùi hôi thối. Tổng quan tài liệu -16- ™ Vi khuẩn tham gia quá trình chuyển hóa protein:Vi khuẩn hiếu khí (Bacillus mycoides, Bacillus subtilis, Bacillus mensentericus và Bacillus megatherium, Pseudomonas Flourescen). Vi khuẩn yếm khí (Clostridium putrificum, Clostridium sporogenes). Vi khuẩn hiếu khí tùy tiện hoặc yếm khí tùy tiện( Proteus vulgaris, Bacillus coli). [12], [13] 1.3.2.3 Ý nghĩa của quá trình amon hóa protein ™ Vi sinh vật sử dụng quá trình này theo hai hướng: - Hướng thứ nhất: Sử dụng các acid amin nguyên thể từ động vật hoặc thực vật để tổng hợp ra protein của vi sinh vật. Sơ đồ 1.2: Quá trình sử dụng amino acid nguyên thể từ động vật và thực vật để tổng hợp ra protein vi sinh vật - Hướng thứ hai: Sử dụng acid amin trong quá trình phân hủy như nguồn carbon và nguồn năng lượng cho hoạt động sống của tế bào. Quá trình này tạo ra nhiều sản phẩm gây thối trong môi trường nước. [20], [12], [44], [61] Thủy phân protein từ động vật và thực vật Enzyme được tổng hợp trong tế bào Acid amin Sản phẩm trao đổi chất Tế bào vi sinh vật Tham gia tổng hợp ra protein của vi sinh Tổng quan tài liệu -17- Sơ đồ 1.3: Quá trình sử dụng carbon và năng lượng từ sự phân giải amino acid. ™ Điều kiện xảy ra các trường hợp trên: Nguồn carbon có thể được cung cấp từ hydrocarbon, hay từ nguồn protein, nhưng nguồn nitơ chỉ được cung cấp bởi các hợp chất chứa Nitơ. Trong điều kiện như thế, vi sinh vật chỉ có thể sử dụng chúng trong một giới hạn nhất định. Khi phân tích thành phần chất khô của tế bào vi sinh vật, các nhà khoa học cho thấy carbon chiếm khoảng 50%, và Nitơ chiếm khoảng 10%. Tỷ lệ này được ký hiệu là C/N. Trong thực tế, khi vi sinh vật sử dụng nguồn carbon, chúng sử dụng bốn phần làm nguồn năng lượng. [20], [12], [63] Do đó, tỷ lệ C/N lúc này sẽ là: 1 2520 1 5 =+= N C - Trong trường hợp C/N > 25/1, có nghĩa là Nitơ thiếu thì vi sinh vật sẽ sử dụng Nitơ theo hướng thứ nhất. Theo hướng này thì môi trường nước ít tích tụ các sản phẩm khử acid amin, môi trường sẽ ít ô nhiễm. Thủy phân protein từ động vật và thực vật Acid amin Acid amin bị khử,vi sinh vật sử dụng năng lượng và carbon Enzyme tổng hợp trong tế bào Tế bào vi sinh vật Các sản phẩm trao đổi chất gồm: + CO2 + H2O + H2S + Mercaptain + Skatol + Indol Tổng quan tài liệu -18- - Trong trường hợp C/N < 25/1, có nghĩa là Nitơ lại thừa và carbon thiếu, vi sinh vật sẽ sử dụng theo hướng thứ hai. Theo hướng này môi trường nước sẽ tích tụ nhiều sản phẩm khử acid amin, do đó môi trường sẽ bị ô nhiễm nặng.