KHẢ NĂNG KI ỂM SOÁT SỰ PHÁT TRI ỂN CỦA TẢO TRONG BỂ NUÔI TÔM SÚ (PENAEUS MONODON) BẰNG BI ỆN PHÁP KẾT TỦA PHỐT-PHO

Chia sẻ: Gu Tin | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:389

Thêm vào BST

Báo xấu

87
lượt xem 10
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nghiên cứu được tiến hành để đánh giá khả năng kết tủa photpho của CaSO4, Ca(OH)2 và Al2(SO4)3 nhằm điều khiển sự phát triển của tảo trong các bể nuôi tôm sú và đánh giá mức độ ảnh hưởng của chúng lên tôm nuôi. Kết quả cho thấy các chất CaSO4, Ca(OH)2 và Al2(SO4)3 đều có khả năng kết tủa phốt-pho. Do đó, khi sử dụng các hóa chất trên trong bể nuôi tôm thì sự phát triển của tảo đã giảm hơn so với bể không có hóa chất....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: KHẢ NĂNG KI ỂM SOÁT SỰ PHÁT TRI ỂN CỦA TẢO TRONG BỂ NUÔI TÔM SÚ (PENAEUS MONODON) BẰNG BI ỆN PHÁP KẾT TỦA PHỐT-PHO

Tạp chí Khoa học 2008 (1):23-32 Trường Đại học Cần Thơ KHẢ NĂNG KI ỂM SOÁT SỰ PHÁT TRI ỂN CỦA TẢO TRONG BỂ NUÔI TÔM SÚ (PENAEUS MONODON) BẰNG BI ỆN PHÁP KẾT TỦA PHỐT-PHO Dương Thị Hoàng Oanh1 và Trương Quốc Phú 1 AS BTRACT A study was conducted to investigate the capacity in precipitating phosphorus of CaSO4, Ca (OH) 2 and Al2 (SO4) 3 to control growth of phytoplankton. At the same time, possible effects of these chemicals on shrimp were also evaluated. The results showed that all of these chemicals have high potential in precipitating phosphorus. Application of these chemicals in the shrimp tanks resulted in decreased phytoplankton densities as compared to the control. Mean densities of phytoplankton in CaSO4 , Ca(OH)2 and Al2(SO4 )3 treatments were 730.154±377.367 cell.L-1, 752.065±335.024 cell.L-1, 793.157± 346.607 cell.L-1 , respectively. The mean density of phytoplankton in the control was 923.940±506.438 cell.L-1 and significantly higher than that of other treatments (P
Tạp chí Khoa học 2008 (1):23-32 Trường Đại học Cần Thơ dưỡng mà chủ yếu là kiểm soát nitơ hoặc phốt-pho có trong thủy vực để tránh các biến động bất lợi nói trên là một trong các khuynh hướng cần thiết hiện nay. Tuy nhiên, kiểm soát phốt-pho dễ hơn kiểm soát nitơ bởi vì trong tự nhiên phốt-pho có rất ít, và nitơ mất đi còn có thể được đền bù bằng quá trình cố định nitơ từ không khí của nhóm Cyanobacteria, trong khi không có cơ chế đền bù phốt-pho. M ặt khác, hạn chế phốt-pho từ chất thải nôi tại thì đơn giản và tốt hơn là kiểm soát nitơ thông qua quá trình nitrate và khử nitrate. Hơn nữa, các công trình nghiên cứu trong nước trước đây về cân bằng dinh dưỡng trong ao nuôi nhằm kiểm soát sự phát triển của tảo còn rất hạn chế. Vì thế nghiên cứu này tập trung dùng các chất hóa học để kết tủa phốt-pho nhằm khống chế sự phát triển của tảo một cách có hiệu quả, góp phần làm giảm rủi ro do tảo gây ra cho nghề nuôi tôm thâm canh. 2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Nghiên cứu được thực hiện tại Khoa Thủy Sản, Trường Ðại học Cần Thơ. Thí nghiệm được tiến hành trên 12 bể composite (500 lít/bể) có lót đất bên dưới đáy dày 5cm, thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 4 nghiệm thức, mỗi nghiệm thức 3 lần lập lại. Nước nuôi tôm có độ mặn 15‰ được pha từ nước máy với nước biển 100‰. Tảo giống thu từ nước biển tự nhiên, và dùng dung dịch Walne để nuôi cấy tảo trong 4-5 ngày, sau đó cho tảo vào bể thí nghiệm với thể tích bằng 1/20 thể tích bể. Trong các bể thí 2 nghiệm có thả tôm sú 1 tháng tuổi với mật độ 120 con/m . Tôm được cho ăn 4 lần trong ngày, lượng thức ăn thỏa mãn với nhu cầu. Hàng ngày theo dõi sự phát triển của tảo đến khi tảo phát triển nhiều (Chlorophyll-a > 200 µg/lít) thì dùng các hóa chất để kết tủa phốt- pho nhằm kiểm soát sự phát triển của tảo. Liều lượng của hóa chất cho vào bể để kết tủa 1mg/L phốt-pho được tính toán theo phương trình phản ứng kết tủa phốt-pho của từng hóa chất: - Nghiệm thức 1: Dùng 2,09 mg/L CaSO4 - Nghiệm thức 2: Dùng 1,19 mg/L Ca(OH)2 - Nghiệm thức 3: Dùng 1,79 mg/L Al2 (SO4)3 - Nghiệm thức đối chứng: Không dùng hóa chất Các chỉ tiêu theo dõi gồm Nhiệt độ, pH, PO43-, TP, TKN, TAN, Ðộ kiềm, Ðộ cứng. M ẫu thủy hóa được bảo quản lạnh và phân tích theo các phương pháp hiện hành của phòng phân tích chất lượng nước thuộc Bộ môn Thủy Sinh học ứng dụng Khoa Thủy sản Trường Đại học Cần Thơ. M ẫu Thủy sinh bao gồm mẫu định tính và định lượng phiêu sinh thực vật. Tiến hành thu tôm khi kết thúc thí nghiệm để đánh giá tỉ lệ sống, cân đo trọng lượng và chiều dài của tôm. Số liệu được xử lý sơ bộ với chương trình Excel và xử lý thống kê bằng phần mềm Statistica, version 6. Tất cả các số liệu đều được kiểm tra tính đồng nhất và phân phối chuẩn trước khi đưa vào xử lý one-way ANOVA. Sự khác biệt giữa các nghiệm thức được kiểm tra bằng Tukey HSD. 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3- 3.1 Hiệu quả kết tủa phốt-pho (PO 4 ) Phốt-pho là chất dinh dưỡng quan trọng có ảnh hưởng lớn đến số lượng và thành phần loài của tảo. Đây là yếu tố chính được đánh giá trong suốt quá trình thí nghiệm Ở nghiệm thức đối chứng, hàm lượng này gần như không đổi qua các đợt thu (Hình 1). Trong khi đó ở ba nghiệm thức còn lại các hóa chất tạo kết tủa Ca3(PO4)2 hoặc AlPO4, làm cho hàm 24
Tạp chí Khoa học 2008 (1):23-32 Trường Đại học Cần Thơ lượng phốt-pho hòa tan giảm và tăng độ hấp thu phốt-pho hòa tan của bùn đáy (Wilkinson, 2002; Yusoff et al., 2003 ;Wu and Boyd, 1990; Tucker & Boyd, 1977) do vậy nên hàm lượng phốt-pho hoà tan ở các nghiệm thức này giảm dần. 0.140 PO43- (ppm) 0.120 0.100 NT1 0.080 NT2 0.060 NT3 0.040 NTĐC 0.020 0.000 Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3 Đợt 4 Hình 1: Biến động hàm lượng PO4 3- của các nghiệm thức TN Ở đợt 1 (sau khi xử lý hóa chất 3 ngày), hàm lượng PO43- ở NT1 đã giảm đi 10,5% (0,0107 mg/L) so với NT đối chứng, ở NT3 là 19,2% (0,0176mg/L) và giảm nhiều nhất là 3- NT2 với 30,7% (0,0242 mg/L). Ở đợt 2, hàm lượng PO4 của các nghiệm thức có xử lý hóa chất đã giảm đi trên 50% so với nghiệm thức đối chứng.Ở đợt 3 và 4, quá trình kết 3- tủa chậm lại nên hàm lượng PO4 có giảm nhưng ít hơn. M ặt khác, do Ca(OH)2 có khả năng hòa tan mạnh hơn so với hai chất còn lại nên hàm lượng PO43- ở nghiệm thức 2 giảm mạnh hơn so với nghiệm thức 1 và nghiệm thức 3. 3.2 S ự phát triển của tảo 3.2.1 Thành phần giống loài tảo Kết quả định tính ở thí nghiệm này xác định được tổng cộng 45 loài tảo thuộc 3 ngành Ochrophyta (tảo Khuê), Chlorophyta (tảo Lục) và Cyanobacteria (tảo Lam). Trong đó tảo Khuê chiếm ưu thế với 55,56% tổng số loài, kế tiếp là tảo Lục chiếm 31,11% và cuối cùng là tảo Lam 13,33%. Bảng 1: Thành phần loài tảo trong thí nghiệm Ngành Số loài Tỉ lệ (%) Ochrophyta 25 55,56 Chlorophyta 14 31,11 Cyanophyta 6 13,33 Tổng cộng 45 100 Phốt-pho là chất dinh dưỡng ảnh hưởng trực tiếp đến sự phát triển của tảo. Do vậy khi sử dụng các hóa chất làm giảm hàm lượng phốt-pho ảnh hưởng đến biến động thành phần loài tảo. Kết quả được trình bày ở Bảng 2 Kết quả Bảng 2 cho thấy số loài tảo giữa các bể của nghiệm thức 1, 2 và 3 có sự khác biệt không đáng kể với nhau nhưng đều cao hơn so với nghiệm thức 4 (NT đối chứng). Ðiều này cho thấy khi sử dụng các hóa chất kết tủa phốt-pho đã làm giảm hàm lượng dinh dưỡng trong các bể có xử lý hóa chất nên tăng tính đa dạng về loài ở các nghiệm thức 1, 2 và 3 so với nghiệm thức đối chứng. M ặt khác khi xét số lượng loài trong từng ngành tảo ở các nghiệm thức cho thấy không có sự khác biệt rõ rệt giữa các nghiệm thức có xử lý hóa chất và nghiệm thức đối chứng. N gành Ochrophyta (tảo Khuê) chiếm ưu thế (50-62%), kế đến là ngành Chlorophyta (tảo Lục) 25-33% và sau cùng là tảo Lam 11-16%. 25
Tạp chí Khoa học 2008 (1):23-32 Trường Đại học Cần Thơ Bảng 2: Thành phần loài tảo ở các nghiệm thức thí nghiệm NT 1 NT 2 NT 3 NT 4 Ngành Số (%) Số (%) Số (%) Số (%) loài loài loài loài Ochrophyta 16 53,33 15 62.50 14 62.50 11 50.00 Chlorophyta 8 26,67 6 25.00 5 20.83 7 33.33 Cyanobacteia 3 11,11 3 12.50 5 16.67 3 16.67 27 24 24 21 3.2.2 Biến động về mật độ tảo của thí nghiệm Tảo giống được nuôi cấy khoảng 4 ngày thì tiến hành bố trí thí nghiệm. Sau 5 ngày, các bể này được thu mẫu để đánh giá mật độ tảo trung bình của các nghiệm thức. Kết quả ở hình 2 cho thấy mật độ tảo của các nghiệm thức trước khi xử lý hóa chất khác biệt nhau không đáng kể từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc đánh giá mức độ ảnh hưởng của các hóa chất này. Mật độ tảo (ct/L) 1,200,000 923,940b 1,000,000 793,157a 736,986a 692,555a 800,000 600,000 400,000 200,000 - NT1 NT2 NT3 NTĐC Trước xử lý hoá chất Sau xử lý hoá c hất Hình 2: Mật độ tảo trung bình trước và sau khi x ử lý hóa chất Sau khi xác định mật độ tảo ban đầu, các hóa chất kết tủa Phốt-pho được cho vào các nghiệm thức. Nhìn chung, mật độ tảo trung bình của các nghiệm thức sau khi kết tủa lân hoà tan có xu hướng giảm thấp hơn so với nghiệm thức đối chứng. M ật độ tảo trung bình giữa các nghiệm thức được kết tủa lân hoà tan khi so sánh thống kê đều không khác biệt nhau nhưng lại khác biệt có ý nghĩa (p0,05). 26
Tạp chí Khoa học 2008 (1):23-32 Trường Đại học Cần Thơ Ở đợt 1 (sau khi xử lý hóa chất 3 ngày), hàm lượng PO43- ở NT1 đã giảm đi 10,5%, ở NT3 là 19,2% và giảm nhiều nhất là NT2 với 30,7%. Như vậy, hàm lượng Phốt-pho trong các bể này đều giảm thấp hơn so với nghiệm thức đối chứng do vậy đã dẫn đến sự phát triển hạn chế của tảo. Điển hình sau 3 ngày, mật độ tảo NT1 chỉ đạt bằng 65,3%, NT2 là 63,4% và NT3 là 74% so với NTĐC, mật độ tảo ở NT1 và NT 2 thấp hơn một 3- cách có ý nghĩa (P
Tạp chí Khoa học 2008 (1):23-32 Trường Đại học Cần Thơ Nếu xét riêng biến động của pH ở từng nghiệm thức thì pH ở nghiệm thức đối chứng biến động nhiều và có khuynh hướng cao hơn so với các bể có xử lý hóa chất là do mật độ tảo ở NTĐC cao hơn so với các nghiệm thức khác (Hình 2). Ở nghiệm thức dùng CaSO4 pH có khuynh hướng giảm vì lúc này canxi kết tủa carbonate. Kết quả này cũng phù hợp với nhận định khi cho CaSO4 vào ao sẽ làm giảm pH (Wu & Boyd, 1990; Tucker và Boyd, 1977). Ngược lại khi dùng Ca(OH)2, pH lại có khuynh hướng tăng (từ 7,2 lên 7,5). Theo Wilkinson (2002), khi cho Ca(OH)2 vào nước, pH sẽ tăng cao đặc biệt đối với ao có độ kiềm thấp thì pH có thể lên đến 11 và dẫn đến làm chết tôm cá. Tuy nhiên Ca(OH)2 cũng sẽ phản ứng với CO2 hình thành dạng Carbonate ít độc hơn và ngăn cản pH không tăng quá cao (Swinggle, 1957). Còn ở nghiệm thức dùng Al2(SO4)3, pH cũng có khuynh hướng giảm nhưng sự thay đổi không đáng kể, có thể do hệ đệm ở các bể thí nghiệm cao nên Alum đã không làm giảm rõ rệt pH của bể qua thời gian thí nghiệm (Yusoff et al., 2003). 3.3.2 Độ cứng Biến động độ cứng của các nghiệm thức được trình bày ở Hình 4. Độ cứng các nghiệm thức đều tăng dần từ đợt 1 đến đợt 2 và ổn định ở đợt 3 và đợt 4. Do trong đợt 3 và 4, các hóa chất bắt đầu tác dụng chậm nên độ cứng dường như không đổi. Ở nghiệm thức 1 và 2, 2+ do hai chất kết tủa đều có chứa ion Ca nên độ cứng tăng cao hơn NT đối chứng và nghiệm thức sử dụng Al2(SO4)3 (Wilkinson, 2002). Đồng thời ta nhận thấy độ cứng ở nghiệm thức Ca(OH)2 tăng nhiều hơn so với độ cứng ở nghiệm thức CaSO4 (Hình 4). Điều đó cũng do Ca(OH)2 có khả năng hoà tan và phản ứng nhanh hơn CaCO3 ( ppm) 240 230 220 NT1 210 200 NT2 190 NT3 180 NTĐC 170 160 150 Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3 Đợt 4 Hình 4: Đồ thị biến động độ cứng của các nghiệm thức TN CaSO4. Chính vì vậy khi sử dụng hai chất CaSO4 và Ca(OH)2 để hạn chế tảo phát triển cũng cần lưu ý đến độ cứng của nguồn nước. 3.3.3 Độ kiềm Có sự khác biệt về độ kiềm giữa các nghiệm thức xử lý hóa chất với nghiệm thức đối chứng. Ở nghiệm thức đối chứng sự biến động về độ kiềm qua các đợt thu tương đối ổn định và có giảm một ít ở đợt thu cuối (Hình 5). Ở nghiệm thức xử lý vôi Ca(OH)2 thì độ kiềm tăng từ 188-200mg/l, kết quả này phù hợp với nhận định khi cho vôi vào ao sẽ làm tăng độ kiềm tổng cộng và tăng khả năng đệm của nước (Swingle, 1957 và Boyd, 1990). Ở hai nghiệm thức sử dụng CaSO4 và Al2(SO4)3 để kết tủa phốt-pho thì độ kiềm đều giảm khi so với nồng độ trước khi xử lý hóa chất. Do Aluminium sulfate là dạng muối acid nó làm giảm độ kiềm và pH (Boyd, 1979), theo phản ứng : + 2- Al2(SO4)3 + 6 H2O = 2 Al(OH)3 + 6H + 3 SO4 Còn đối với CaSO4 việc cho hóa chất này vào có thể làm giảm từ từ độ kiềm tổng cộng, pH và phytoplankton trong ao (M aldal & Boyd, 1980). 28
Tạp chí Khoa học 2008 (1):23-32 Trường Đại học Cần Thơ CaCO3 (ppm) 205 200 NT1 195 NT2 190 NT3 185 NTĐC 180 175 170 Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3 Đợt 4 HÌNH 5: Đồ thị biến động độ kiềm của các nghiệm thức TN2 3.3.4 Total ammoium (TAN) Theo Hình 6, hàm lượng TAN của các nghiệm thức dao động trong khoảng 1,68-3,17 mg/L theo hướng tăng dần về cuối thí nghiệm. Sự tăng dần này là do quá trình tích lũy chất dinh dưỡng từ thức ăn của tôm trong bể. Như vậy, hàm lượng TAN của thí nghiệm đã vượt qua giới hạn thích hợp 0,2-2 mg/L (Boyd, 1980) cho các ao nuôi, từ đó cho thấy môi trường trong các bể thuộc vào loại giàu dinh dưỡng. 3.5 TAN(ppm) 3.3 3.1 2.9 NT1 2.7 NT2 2.5 NT3 2.3 NTĐ C 2.1 1.9 1.7 1.5 Đ ợt 1 Đợt 2 Đ ợt 3 Đ ợt 4 Hình 6: Đồ thị biến động hàm lượng TAN của các nghiệm thức TN2 Qua các đợt thu, hàm lượng TAN của ba nghiệm thức được xử lý hóa chất có khuynh + hướng cao hơn so với nghiệm thức đối chứng. NH4 là chất dinh dưỡng quan trọng đối với đời sống của tảo nên khi tảo phát triển mạnh thì hàm lượng đạm này được sử dụng. Ở nghiệm thức 1, 2 và 3, do hàm lượng PO43- bị kết tủa, số lượng tảo trong các bể bị hạn chế + nên NH4 không được sử dụng nhiều. Chính vì vậy TAN của các nghiệm thức này cao hơn so với nghiệm thức đối chứng 3.3.5 Tổng đạm (TKN) TKN của thí nghiệm có khuynh hướng tăng dần về cuối đợt do sự tích luỹ thức ăn dư thừa của tôm và quá trình phân hủy xác tảo. So với NT đối chứng, hàm lượng TKN ở các bể có xử lý hóa chất tương đối thấp hơn (Hình 7). Nhìn chung, hàm lượng TKN giữa các nghiệm thức có xử lý hóa chất có sự khác biệt qua các đợt thu mẫu. Ở đợt 1, hàm lượng TKN của NT1 và NT2 thấp hơn nhưng sang đợt 3 và đợt 4 hàm lượng TKN của 2 nghiệm thức này lại tăng cao hơn so với nghiệm thức 3. Ở nghiệm thức 3 TKN có khuynh hướng tăng ít hơn hai nghiệm thức có xử lý Ca(OH)2 và CaSO4, ở đợt thu mẫu cuối (18 ngày sau khi xử lý hóa chất) hàm lượng TKN ở nghiệm thức này giảm, kết quả này cũng phù hợp với nghiên cứu của Yusoff et al. (2003), cho thấy sau 14 ngày không cung cấp thêm chất dinh dưỡng vào ao thí nghiệm thì hàm lượng của phốt-pho hòa tan và ammonia giảm rõ rệt ở nghiệm thức xử lý Al2(SO4)3 có sục khí. 29
Tạp chí Khoa học 2008 (1):23-32 Trường Đại học Cần Thơ 12 Nồng độ(pp m) 11 10 9 NT1 NT2 8 NT3 7 NTĐC 6 5 4 Đợt 1 Đợ t 2 Đợ t 3 Đợt 4 Hình 7: Đồ thị biến động TKN của các nghiệm thức TN2 3.3.6 Tổng lân (TP) 0.80 TP (ppm) 0.70 0.60 NT1 0.50 NT2 NT3 0.40 NTĐ C 0.30 0.20 0.10 Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3 Đợt 4 Hình 8: Đồ thị biến động TP của các nghiệm thức TN2 Hàm lượng TP của các nghiệm thức đều tăng dần về cuối đợt thu (Hình 8) do sự tích lũy thức ăn dư thừa, chất thải của tôm,…trong bể nuôi (M astias et al., 2002). Ở các nghiệm thức có xử lý hóa chất, hàm lượng này tương đối thấp hơn so với kết quả đối chứng là do một phần hàm lượng hòa tan bị giảm do hình thành kết tủa phosphate khi xử lý các hóa chất ở các nghiệm thức. Đồng thời khi so sánh giữa ba nghiệm thức 1,2 và 3, nhận thấy hàm lượng TP có sự khác biệt nhưng không đáng kể. 3.4 Ảnh hưởng của hóa chất đến sự phát triển của tôm 3.4.1 Tăng trưởng Kết quả Bảng 4 cho thấy tăng trưởng về chiều dài của tôm Sú giữa các nghiệm thức không có sự khác biệt. Chiều dài trung bình dao động của tôm dao đông từ 4,5-4,6 cm. Như vậy ba hóa chất kết tủa Phốt-pho CaSO4, Ca(OH)2 và Al2(SO4)3 không ảnh hưởng đến tăng trưởng của tôm. Bảng 4: Chiều dài, trọng lượng và tỷ lệ sống của tôm Sú NT Hóa chất Chiều dài Trọng lượng Tỷ lệ sống (cm) (g) (%) 1 CaSO4 4,6 ±0,5a 0,45 ±0,18a 59,72±2,08a 2 Ca(OH)2 4,5± 0,5a 0,34± 0,17b 54,43±4,16a 3 Al2(SO4)3 4,6± 0,5a 0.41±0,18a 55,57±6,30a 4,6±0,5a a 4 Đối chứng 0,40±0,17 63,00±1,44a Các giá trị trong cùng một cột mang cùng chữ cái thì sai khác không có ý nghĩa (p>0,05). 30
Tạp chí Khoa học 2008 (1):23-32 Trường Đại học Cần Thơ 3.4.2 Trọng lượng Trọng lượng trung bình của tôm ở các nghiệm thức dao động từ 0,34-0,45 g/con. Ở nghiệm thức 1, tôm có khuynh hướng tăng trưởng mạnh hơn so với nghiệm thức đối chứng. N gược lại ở nghiệm thức 2 lại phát triển chậm hơn. Đồng thời nghiệm thức còn lại không có sự khác biệt đáng kể (Bảng 4). Tóm lại, khi sử dụng Ca(OH)2 đã làm tôm phát triển chậm so với nghiệm thức đối chứng.Hai chất còn lại gần như không ảnh hưởng đến sự tăng trưởng của tôm. 3.4.3 Tỷ lệ sống Qua xử lý thống kê, không thấy sự sai biệt có ý nghĩa (p>0,05) về tỷ lệ sống của tôm giữa các nghiệm thức có xử lý hóa chất kết tủa Phốt-pho với nghiệm thức đối chứng. Điều này cho thấy tỷ lệ sống của tôm sú ở các bể giảm thấp là do các điều kiện khác tác động chứ không do ảnh hưởng của hóa chất. Như vậy khi sử dụng hóa chất kết tủa Phốt-pho thì sẽ không ảnh hưởng đến tỷ lệ sống của tôm. 4 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Các chất CaSO4, Ca(OH)2 và Al2(SO4)3 đều có khả năng kết tủa Phốt-pho từ đó làm giảm hiện tượng nở hoa của tảo. Khi sử dụng các hóa chất trên có khả năng làm giảm tối đa khoảng 60% hàm lượng PO43- trong điều kiện thí nghiệm. Ca(OH)2 có khả năng làm giảm tảo nhiều hơn hai hóa chất còn lại. Khi dùng ba chất trên để hạn chế sự phát triển của tảo thì không ảnh hưởng đáng kể đến sự tăng trưởng và phát triển của tôm. Tuy nhiên nên chú ý đến các biến động pH, độ kiềm, độ cứng của nước đặc biệt là các thủy vực có hệ đệm thấp. Đề nghị liều lượng hóa chất sử dụng để kết tủa 1mg/L Phốt-pho - Ca(OH)2 : 2mg/L - Al2(SO4)3: 3mg/L - CaSO4: 3,5mg/L Cần tiến hành các nghiên cứu tiếp theo với mật độ tôm cao hơn để đánh giá chính xác mức độ ảnh hưởng của CaSO4, Ca(OH)2 và Al2(SO4)3, đồng thời thực hiện đánh giá khả năng ứng dụng của các chất trên để điều khiển sự phát triển của tảo ở các ao nuôi. CẢM TẠ Các thí nghiệm được thực hiện trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu cấp Bộ “Khảo sát mối quan hệ giữa tảo và yếu tố dinh dưỡng (N, P) trong ao nuôi tôm sú thâm canh và biện pháp quản lý tảo”. Mã số đề tài: B2006-16-21. TÀI LIỆU THAM KHẢO Boyd, C. E. 1990. Water quality in pond for aquaculture. Birmingham Publishing Co., Birmingham, USA. 482pp Boyd, C.E., 1979 Aluminium sulfate (alum) for precipitating clay turbidity from fish pond, Transaction of the Ameri can Fishies Society, vol 108, 13-307pp. De Graaf G.J. & T.T. Xuan. 1998 Extensive shrimp farming, mangrove clearance and marine fisheries in the southern provinces of VietNam. Mangrove and Salt Marches 2. 159-166pp Johnston D.J., N.V. Trong. T.T. Tuan & T.T. Xuan. 2000 Shirmp seed recruitment in mixed shrimp and mangrove forestry farms in Ca Mau province, Southern VietNam. Aquaculture 184. 89-104pp Lovatelli A. 1997 Status of aquaculture in Vietnam. Aquaculture Asia 2 (3) 18-24pp. Mastias, H.B., F.M.Yusoff. M. Shariff and O. Azhar. 2002. Effects of commercial microbial products on water quality in tropical shrimp culture ponds. Asian Fisheries Science 15:239-248 31
Tạp chí Khoa học 2008 (1):23-32 Trường Đại học Cần Thơ Swingle, H. S., 1957. Relationship of pH of pond waters to their suitability for fish culture. Proceeding of the 9th Pacifi c Science Congress. Tucker, C.S. and C.E. Boyd. 1977. Relationship between potassium permanganate treatment and wat er quality. Transactions of the American Fisheries Society, vol 106, 481-488pp Wilkinson, S., 2002. The use of lime, gypsum, alum and potassium permanganate in water quality management., Aquaculture 7:12-14pp Wu, R. & C.E. Boyd. 1990 Evaluation of calcium sulfate for use in aquaculture ponds. The Progressive Fish-Culturist, vol 52, 26-31pp Yusoff, F.M., A.T. Law and J. Soon, 2003. Effects of aeration and chemical treatments on nutrient releas e from the bottom sediment of tropical marine shrimp ponds, 41-50pp. 32
Tạp chí Khoa học 2008 (1): 33-43 Trường Đại học Cần Thơ ẢNH HƯỞNG CỦA BỔ SUNG DẦU THỰC VẬT LÊN SỰ ĐA DẠNG QUẦN THỂ VI SINH VẬT TRONG BỂ LỌC SINH HỌC Phạm Thị Tuyết Ngân1 , Tô Công Tâm1 và Trương Quốc Phú1 ABS TRACT The aim of this study was to investigate the effects of vegetable oil on the nitrification and denitrification processes in aquaria system. The experiments were designed in freshwater and seawater systems. Each system had two treatments including the control and bio-filter module connected with a membrane tube as a bioreactor. Water parameters such as pH, DO, NO2 and NO3 were monitored continuously in the aquaria (70 L). Nitrification and denitrification processes were observed after adding ABIL (ammonia binding inoculum liquid) and vegetable oil into the bio-filter module. The results showed that in the module treatment in freshwater system, pH slightly decreased at the end of experiment. DO was always lower in the module treatment. Nitrate removal rate was faster in the module treatment than in the control from date 9 onwards. Nitrification process took place faster in the third pulse than in the first and the second pulse. The microbial community in the module treatment was more diverse than that of the control. Similarly, in seawater system pH also decreased at the end of experiment. DO in the module treatment was lower than in the control. Nitrate removal rate in the module treatment was faster than in the control. However, the diversity of microbial community was similar in both treatments. Keyword: nitrification, denitrification, recirculatating system, aquaria Title: Effects of vegetable oil supplementation on the diversity of bacteria in bio-filter system TÓM TẮT Mục đích của nghiên cứu này nhằm tìm hiểu ảnh hưởng của dầu thực vật lên quá trình nitrate hóa và phản nitrate hóa trong hệ thống lọc tuần hoàn. Thí nghiệm được bố trí trong hệ thống nước ngọt và mặn. Mỗi hệ thống có 2 nghiệm thức, nghiệm thức đối chứng và nghiệm thức có bổ sung lọc sinh học lắp ghép (module). Các thông số môi trường nước như pH, DO, NO2 và NO3 trong bể kính (70 L) được theo dõi liên tục. Quá trình nitrate hóa và phản nitrate hóa được theo dõi sau khi bổ sung ABIL và dầu thực vật vào bể có lọc sinh học module. Kết quả cho thấy trong hệ thống nước ngọt có gắn lọc sinh học, pH giảm nhẹ vào cuối thí nghiệm. DO ở nghiệm thức có gắn lọc sinh học luôn thấp hơn đối chứng. Tốc độ loại bỏ NO3 ở nghiệm thức module diễn ra nhanh hơn nghiệm thức đối chứng sau ngày thư 9. Sự nitrate hóa xảy ra nhanh hơn ở chu kỳ thứ ba so với chu kỳ thứ nhất và thứ hai. Quần thể vi khuẩn trong nghiệm thức module đa dạng hơn đối chứng. Trong khi đó kết quả trong hệ thống lọc sinh học nước lợ cho thấy, pH cũng giảm vào cuối thí nghiệm. DO ở nghiệm thức module luôn thấp hơn đối chứng. Tốc độ loại bỏ nitrate ở nghiệm thức module nhanh hơn đối chứng và sự đa dạng quần thể vi sinh trong 2 nghiệm thức tương đương nhau. Từ khoá: nitrate hóa, phản nitrate hóa, hệ thống tuần hoàn, bể kính, dầu thực vật 1 GIỚI THIỆU + Tổng hàm lượng đạm amôn (TAN, bao gồm NH3 và NH4 ) là thông số chất lượng nước quan trọng trong sản xuất giống và nuôi thủy sản. Ammonia (NH3) được hình thành trong suốt quá trình trao đổi protein của cá. Cá tiết ra ammonia qua mang; trong nước ngọt, ion + ammonium (NH4 ) có thể cũng được trao đổi qua mang. Ammonia và ammonium được thải ra từ mang chiếm khoảng 60-90% tổng lượng đạm do cá tiết ra (Forster và Goldstein, 1 Bộ môn Thủy sinh học ứng dụng, Khoa Thủy sản, Đại học Cần Thơ. 33
Tạp chí Khoa học 2008 (1): 33-43 Trường Đại học Cần Thơ 1969; Rychly, 1980). Urea cũng được thải ra từ mang và chiếm khoảng 9-27% tổng đạm hòa tan. M ột nguồn khác của ammonia trong bể nuôi cá cảnh và trong hệ thống nuôi thủy sản sinh ra từ các hoạt động của vi khuẩn phân huỷ thức ăn dư thừa và chất thải. Vật chất hữu cơ chỉ chiếm khoảng 3,4-4,2% tổng đạm trong hệ thống nuôi (Clark et al., 1985). Khí ammonia độc hơn ion ammonium, hàm lượng thấp khoảng 0,1 mg/L đã gây bất lợi cho cá (Van Rijn et al., 1990) và trong thực tế thấy cá có dấu hiệu bị nhiễm bệnh ở mức NH3-N cao hơn 50µg N/L (Frances et al., 2000). Đối với ấu trùng, thậm chí yêu cầu còn nghiêm ngặt hơn. Sự loại bỏ ammonia (NH3) có vai trò vô cùng quan trọng trong việc cải thiện chất lượng nước trong hệ thống ương nuôi ấu trùng và góp phần làm tăng năng suất trong sản xuất. Trong nuôi trồng thủy sản, biện pháp thay nước thường được áp dụng để giảm hàm lượng ammonia. Tuy nhiên, biện pháp này cũng có những mặt hạn chế như: chi phí sản xuất cao, mầm bệnh có nhiều cơ hội xâm nhập vào hệ thống sản xuất... Trong những năm gần đây, hệ thống lọc sinh học tuần hoàn thường được ứng dụng rộng rãi để loại bỏ ammonia dựa trên cơ sở của quá trình nitrate hóa. Nitrate hóa là một quá trình mà ammonia được - oxy hóa thành nitrate (NO3 ) qua 2 giai đoạn được thực hiện bởi 2 nhóm vi khuẩn khác nhau. Ở giai đoạn thứ nhất, vi khuẩn Nitrosomonas oxy hóa ammonium thành nitrite (NO2-), nitrite cuối cùng chuyển thành nitrate nhờ hoạt động của vi khuẩn Nitrobacter (Focht và Vertraete, 1977). Theo Grommen el al., (2002), có thể cấy vi khuẩn nitrate hóa vào bể để rút ngắn thời gian khởi động bể lọc sinh học. Trong hệ thống lọc sinh học tuần hoàn, hàm lượng nitrate hình thành trong quá trình nitrate hóa có khuynh hướng tăng dần trong hệ thống. M ặc dù nitrate không độc nhưng nếu hàm lượng quá cao sẽ ảnh hưởng xấu đối với thủy sinh vật, một số nghiên cứu cho rằng hàm lượng nitrate cao hơn 20 mg/L có thể ảnh hưởng đến hệ miễn dịch và khả năng sinh sản của thủy sinh vật. Vì vậy, nghiên cứu biện pháp loại bỏ nitrate trong hệ thống lọc sinh học là hướng nghiên cứu được nhiều nhà khoa học quan tâm. Hiện nay có 2 hướng nghiên cứu chính là sử dụng thực vật để hấp thu nitrate và ứng dụng quá trình phản nitrate hóa để khử nitrate. Trong thí nghiệm trước đây của Schrijver (2005) nhận thấy rằng khi thêm dầu thực vật vào môi trường nước có bổ sung ABIL (ammonia binding inoculum liquid) thì tốc độ giảm nitrate đạt rất nhanh, ở chu kỳ đầu sau 4 ngày hàm lượng nitrate giảm = 0 (hàm lượng nitrate ban đầu 60 mg/L), ở chu kỳ 2 và 3 chỉ sau một ngày hàm lượng nitrate giảm = 0. Trong khi hàm lượng nitrate vẫn giữ nguyên không đổi ở nghiệm thức đối chứng (không thêm dầu thực vật). Từ thí nghiệm trên cho thấy dầu thực vật đóng vai trò như nguồn dinh dưỡng carbon, cung cấp thức ăn cho vi khuẩn hoạt động. Vấn đề đặt ra ở đây, nếu sử dụng dầu thực vật trong hệ thống lọc tuần hoàn thì kết quả sẽ như thế nào? Vì vậy, nghiên cứu này được thực hiện với mục đích tìm hiểu ảnh hưởng của dầu thực vật lên quá trình nitrate hóa và phản nitrate hóa trong hệ thống tuần hoàn nước ngọt và mặn có bổ sung lọc sinh học lắp ghép (module). M ặt khác mật độ và sự đa dạng của quần thể vi khuẩn cũng được xác định dựa theo phương pháp điện di biến tính theo trọng lượng (DGGE). 2 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Quá trình nitrate hóa đã được kiểm tra trong 2 hệ thống: nước ngọt và nước mặn với thể tích mỗi bể 70 L. M ỗi hệ thống có 2 bể kính (một bể đối chứng, một bể có gắn lọc sinh học lắp ghép (module). Thí nghiệm có tổng cộng 4 bể. Hệ thống nước ngọt được chuẩn bị với 70% nước máy và 30% nước cất (có độ tinh khiết cao). Hệ thống nước mặn, được chuẩn bị có độ mặn từ 32-35ppt bằng muối nhân tạo (Instant Ocean, Aquarium Systems, Pháp) pha với nước cất. Độ mặn được kiểm tra bằng máy đo pH (ATAGO S-10E, Nhật). Lọc sinh học module là một hệ thống lọc bao gồm một bộ lọc hình trụ bên trong cấu tạo 34
Tạp chí Khoa học 2008 (1): 33-43 Trường Đại học Cần Thơ bằng sợi mịn, nối với một máy bơm và ống than hoạt tính. Khi bố trí thí nghiệm dầu và vi khuẩn được cấy vào đây, các phản ứng sẽ xảy ra ở đây, vi khuẩn sẽ chuyển hóa nitrate thành N2. M ỗi bể được gắn sục khí nhằm cung cấp oxy cho quá trình nitrate hóa. Mỗi hệ thống (nước ngọt và nước mặn) đều có một nghiệm thức đối chứng, nghiệm thức đối chứng chỉ cung cấp sục khí cho quá trình nitrate hóa, còn trong nghiệm thức có module vừa có sục khí cho quá trình nitrate hóa vừa có lọc cho quá trình phản nitrate hóa. Sử dụng tăng nhiệt để duy trì nhiệt độ nước 25°C (100 W). + M uối Ammonium chloride (NH4Cl) được thêm vào từng bể với nồng độ N-NH4 là 10 mg/L, khi ammonium được chuyển hóa hết sang nitrate, liều NH4Cl tương tự sẽ được thêm vào (ngày thứ 9, 17 và 22 trong hệ thống nước ngọt và vào ngày 8, ngày 15 trong hệ thống nước mặn). Lượng ABIL đã được thêm vào 100mL/70L ở ngày thứ nhất, một liều mới được thêm vào ở ngày 17 và ngày 22 đối với hệ thống nước ngọt; ngày 9 và ngày 14 trong hệ thống nước mặn. Trong nghiệm thức có lắp module được cung cấp thêm 7 mL/L ABIL và 0,7 mL dầu/L (Arachide, Bỉ) ở lúc bắt đầu thí nghiệm và liều thứ hai được thêm vào ngày 22 đối với hệ thống nước ngọt và ngày 14 cho hệ thống nước mặn. M àng lọc sinh học lắp ghép được nối với hệ thống GAC (Granular Active Carbon, than hoạt tính). ABIL và dầu đã được thêm vào ở nghiệm thức đối chứng với lượng bằng thêm vào nghiệm thức module. Hàm lượng pH, TAN, DO, COD, nitrite, nitrate và tốc độ thay nước được đo mỗi ngày. 2.1 Phương pháp phân tích chất lượng nước Hàm lượng oxygen hòa tan (DO) được đo mỗi ngày bằng máy đo điện cực oxy (Endress + Hauser, Bỉ) và pH được đo bằng máy đo pH (C 532, Bỉ). COD được phân tích dựa vào sự oxy hóa trong acid theo phương pháp của Greenberg et al. 1992. Trong hệ thống nước ngọt, lấy 2,5 ml mẫu nước hòa tan với 7,5 ml nước cất. Hỗn hợp được lọc qua lưới lọc 0,2 µm trước khi xác định hàm lượng nitrite và nitrate bằng máy quang phổ (IC, 761 compact, M ethanol). TAN được xác định bằng máy quang phổ theo phương pháp của Greenbeg et al., 1992. Tốc độ thay nước đã được tính dựa vào thể tích nước chảy vào bể trong một đơn vị thời gian (30 giây). 2.2 Phương pháp cấy vi khuẩn M ỗi 3 ngày một lần, mẫu nước được thu vào ống nghiệm, sau đó pha loãng và cấy trên môi trường marine agar, M A (đối với vi khuẩn nước mặn) và môi trường TSA (đối với vi khuẩn nước ngọt). Thời gian ấp 48 giờ, nhiệt độ 28°C. Tổng số vi khuẩn được biểu thị bằng đơn vị Log CFU/mL. 2.3 Phân tích DGGE M ẫu nước có chứa vi khuẩn được lọc qua lưới 0,2µm, lấy phần lắng có chứa vi khuẩn được dùng để phân tích DGGE nhằm xác định quần thể vi sinh trong bể. Các bước thực hiện bao gồm ly trích ADN, sau đó chạy PCR, nếu có kết quả tốt sẽ tiếp tục phân tích DGGE. Chi tiết thực hiện như sau: 2.3.1 Ly trích ADN và PCR Phương pháp ly trích ADN dựa theo Boon et al., 2002. Dùng gel agarose 1,2% để kiểm tra sự hiện diện của phân tử ADN. Sự khuếch đại phân đoạn 465bp của gene 16S rRNA của vi khuẩn proteobacteria đã được thực hiện bằng mồi CTO trong giai đoạn chạy PCR thứ nhất (Kowalchuk et al., 2001). Sự khuyếch đại của phân đoạn 650bp của gen 16S rARN từ vi khuẩn Nitrobacterial spp đã được thực hiện bằng một mồi đặc biệt kết hợp 35
Tạp chí Khoa học 2008 (1): 33-43 Trường Đại học Cần Thơ với mồi P338F (Reagan et al., 2002). M ẫu ADN sau đó được pha loãng ra 10 lần trước khi chạy PCR. 2.3.2 DGGE (Denaturing Gradient Gel Electrophoresis) (Boon et al., 2002) DGGE là kỹ thuật mới nghiên cứu về sự đa dạng của quần thể vi sinh. Phương pháp phân tích có nguồn gốc từ trong y học được M uyzer et al., (1993) áp dụng vào lĩnh vực vi sinh. Theo phương pháp của M uyzer et al., (1993), phân tích DGGE dựa vào sự khuếch đại PCR của phân đoạn 16S rARN của mẫu vi sinh đã được ly trích ADN hoặc là những dòng vi khuẩn phân lập, ADN đã được làm biến tính thành 2 chuỗi ADN bằng nhiệt độ, urê hoặc formaldehyde. Sự thay đổi điện di của những phân đoạn ADN khác nhau di chuyển trong gel polyacrylamide 8% trong 1xTAE (20mM Tris, 10mM acetate, 0,5 mM EDTA pH 7,4), bằng cách sử dụng hệ thống gene Bio-rad D (Bio-Rad, Hercules, Mỹ). M ẫu sau khi chạy PCR sẽ được cho vào polyacrylamide được làm từ dung dịch biến tính biến động từ 45-60%. Chạy điện di được thực hiện trong 16 giờ ở 60°C và dòng điện 38V. Sau khi chạy điện di, gel được nhuộm trong 20 phút bằng thuốc nhuộm nucleic acid SYBR Green I (1:10000, FM C BioProducts, Mỹ). M ẫu sau khi nhuộm lập tức được cho vào hệ thống có chụp hình qua tia tử ngoại UV và nối với máy ảnh (Vibert Lourmat, Pháp). 3 KẾT QUẢ 3.1 Hệ thống lọc sinh học nước ngọt Hình 1, 2 & 3 trình bày biến động pH, DO và COD trong suốt quá trình thí nghiệm. pH giảm nhẹ vào cuối quá trình thí nghiệm. Hàm lượng DO ở nghiệm thức có module luôn thấp hơn ở nghiệm thức đối chứng. Có thể do hoạt động của vi khuẩn ở nghiệm thức có module nhiều hơn nghiệm thức đối chứng. Cuối cùng, COD cao nhất ở nghiệm thức module khi có thêm dầu mới vào, điều này chứng tỏ rằng dầu hoặc các sản phẩm phân hủy hòa tan vào trong bể. Hình 4 & 5 cho thấy hàm lượng TAN, nitrite, nitrate trong nghiệm thức đối chứng và nghiệm thức module có khuynh hướng giống nhau vào lúc bắt đầu thí nghiệm, nhưng từ ngày 9 trở đi, tốc độ chuyển hóa nitrate ở nghiệm thức module nhanh hơn nghiệm thức đối chứng. Hầu như không có nitrite ở nghiệm thức đối chứng, trong khi đó ở nghiệm thức module một lượng nhỏ đã được hình thành, có lẽ do tốc độ nước chảy qua hệ thống tương đối cao. Sự nitrite hóa xảy ra nhanh hơn ở chu kỳ thứ ba so với chu kỳ thứ nhất và thứ hai. Cuối cùng, ammonia không hoàn toàn được chuyển hóa trong nghiệm thức đối chứng vào cuối thí nghiệm và có khuynh hướng tập trung vào cuối thí nghiệm. m g /L pH Đối chứng Module 9.0 8.0 7.0 6.0 5.0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Ngày Hình 1: Biến động pH trong quá trình thí nghiệm 36
Tạp chí Khoa học 2008 (1): 33-43 Trường Đại học Cần Thơ DO Đối chứng Module m g/L 10.0 8.0 6.0 4.0 2.0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Ngày Hình 2: Biến động DO trong quá trình thí nghiệm COD Đối chứng m g /L Module 100 80 60 40 20 0 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 Ngày Hình 3: Biến động COD trong quá trình thí nghiệm (mũi tên chỉ NH4 Cl và dầu mới được thêm vào) mg/L 35 30 NH4+-N ĐC NH4+-N module 25 NO2--N ĐC 20 15 10 5 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Ngày Hình 4: Biến động hàm lượng ammonia và nitrite trong quá trình thí nghiệm 37
Tạp chí Khoa học 2008 (1): 33-43 Trường Đại học Cần Thơ mg/L 30 NO3--N ĐC 25 NO3--N module 20 15 10 5 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 Ngày Hình 5: Biến động hàm lượng nitrate trong quá trình thí nghiệm Tốc độ nước chảy giảm theo thời gian trong cả hai hệ thống thí nghiệm nước ngọt và nước mặn do bị vật chất lơ lửng và mảng bám bám vào. Tốc độ nước chảy được điều chỉnh vào ngày 8 trong hệ thống nước mặn để đạt Q = 2L/h. Tổng vi khuẩn Đối chứng Module 5 Log CFU/mL 4 3 2 1 0 17 21 24 27 30 Ngày Hình 6: Tổng vi khuẩn trên môi trường TSA sau 48 giờ Hình dạng khuẩn lạc (Hình 13) ở nghiệm thức đối chứng và nghiệm thức module khác nhau. Kích thước khuẩn lạc ở nghiệm thức đối chứng luôn lớn hơn ở nghiệm thức module, nhưng quần thể vi khuẩn ở nghiệm thức module đa dạng hơn. Điều này cho thấy những loài vi khuẩn khác nhau đã chiếm ưu thế ở hai môi trường nước khác nhau. 3.2 Hệ thống lọc sinh học nước mặn p H ổn định t ừ lúc bắt đầu t hí nghi ệm và có khuy nh hư ớng giả m vào cuối t hí ngh iệ m. D O luôn cao hơn ở n gh iệ m t hứ c đối chứ n g s o vớ i n gh iệm t hứ c có module, có t hể do vi khu ẩn hoạt độn g m ạnh hơn t ron g n gh iệm t hứ c này . CO D cao hơn kh i t hêm N H 4 Cl và d ầu m ới v ào. 38
Tạp chí Khoa học 2008 (1): 33-43 Trường Đại học Cần Thơ pH Đối chứng Module m g /L 8 7 6 5 4 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Ngày Hình 7: Biến động pH trong quá trình thí nghiệm DO Đối chứng Module 8 6 m g /l 4 2 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Ngày Hình 8: Biến động hàm lượng DO trong quá trình thí nghiệm COD Cung cấp NH4Cl và dầu 2 000 mg /L 1 000 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Ngày Control Module Hình 9: Biến động hàm lượng COD trong quá trình thí nghiệm Vi khuẩn nitrate hóa chuyển hóa ammonium thành nitrite, sau đó được chuyển tiếp thành nitrate bởi vi khuẩn nitrate hóa. Ở chu kỳ thứ nhất, không có sự khác nhau giữa đối chứng và nghiệm thức có module, nhưng từ chu kỳ thứ hai về sau, sự chuyển hóa ở nghiệm thức module tốt hơn ở nghiệm thức đối chứng. Trong thời gian từ 3-4 ngày hoàn tất quá trình chuyển hóa. Hàm lượng nitrite khá cao trong hệ thống này. Tốc độ chuyển hóa nitrate khá chậm Hàm lượng nitrate bắt đầu giảm từ ngày 18. 39
Tạp chí Khoa học 2008 (1): 33-43 Trường Đại học Cần Thơ NH4+-N ĐC NH4+-N module NO2--N ĐC NO2--N module mg/L 40 35 30 25 20 15 10 5 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 Ngày Hình 10: Biến động hàm lượng TAN và nitrite trong quá trình thí nghiệm (mũi tên chỉ NH4 Cl và dầu mới được thêm vào) - Đối chứng NO3 -N Module 60 50 40 m g N /L 30 20 10 0 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Ngày Hình 11: Biến động hàm lượng nitrate trong quá trình thí nghiệm Đối chứng Tổng vi khuẩn Module 8 6 CFU/mL Log 4 2 0 17 21 24 27 30 Ngày Hình 12: Tổng vi khuẩn cấy trong môi trường MA sau 48 giờ Hình dạng khuẩn lạc ở hai nghiệm thức trong hệ thống nước mặn giống nhau. Kích thước, màu sắc khuẩn lạc cũng tương tự. Điều này cho thấy rằng ở đây có thể chỉ có 1-2 loại vi khuẩn chiếm ưu thế trong bể thí nghiệm. 40
Tạp chí Khoa học 2008 (1): 33-43 Trường Đại học Cần Thơ Hình 13: Hình dạng khuẩn lạc của vi khuẩn trong bể lọc sinh học nước ngọt (trái) và nước mặn 3.3 Kết quả phân tích DGGE Hình 14 là kết quả phân tích DGGE của mẫu thí nghiệm, cột thứ 1 là đường chuẩn, cột thứ 2 là kết quả nghiệm thức đối chứng và cột thứ 3 nghiệm thức module trong nước ngọt vào ngày cuối của thí nghiệm (ngày 34). Cột thứ 4 phản ánh kết quả nghiệm thức đối chứng và cột thứ 5 nghiệm thức module trong nước mặn vào ngày cuối của thí nghiệm (ngày 26). Tương ứng với mỗi vạch ngang (band) trên từng cột là một dòng vi khuẩn. Kết quả cho thấy ở cả 2 nghiệm thức bể nước ngọt đều có cùng 1 dòng vi khuẩn chiếm ưu thế, nhưng trong nghiệm thức có module số dòng vi khuẩn đa dạng hơn (5 dòng). Tương tự trong hệ thống nước mặn, cả 2 nghiệm thức cũng có cùng một dòng vi khuẩn chiếm ưu thế, các dòng còn lại khác nhau ở cả 2 nghiệm thức và nghiệm thức module cũng đa dạng hơn. Chú thích: 1. Đường chuẩn 2. Nghiệm thức đối chứng trong hệ thống nước ngọt 3. Nghiệm thức module trong hệ thống nước ngọt 4. Nghiệm thức đối chứng trong hệ thống biển 5. Nghiệm thức module trong hệ thống nước biển 1 2 3 4 5 Hình 14: Kết quả phân tích đa dạng vi khuẩn bằng phương pháp DGGE Trong nước ngọt, pH giảm suốt quá trình thí nghiệm. DO trong nghiệm thức đối chứng luôn cao hơn nghiệm thức lọc sinh học. Ở chu kỳ thứ nhất TAN hoàn toàn bị oxy hóa thành nitrate trong thời gian 6 ngày. Ở chu kỳ thứ hai, thứ ba và thứ tư tốc độ chuyển hóa như nhau. Tốc độ oxy hóa trung bình của TAN ở chu kỳ thứ nhất là 210, 177.7, 247 và 224.7 mg/L/ngày lần lượt ở chu kỳ thứ hai, thứ ba và thứ tư. Nitrate tăng dần đến ngày thứ 24 và bắt đầu giảm. Nitrite hầu như không hiện diện trong hệ thống này. Trong hệ thống nước mặn, pH trong nghiệm thức module cao hơn trong đối chứng ở thời điểm bắt đầu thí nghiệm, nhưng giảm vào cuối thí nghiệm. DO trong nghiệm thức module luôn thấp hơn đối chứng. COD tăng cao khi bổ sung thêm NH4Cl và dầu. TAN hoàn toàn bị oxy hóa thành nitrate trong 4 ngày trong chu kỳ thứ nhất, trong 3 ngày ở chu kỳ hai và 6 ngày sau chu kỳ ba. Tốc độ oxy hóa trung bình của TAN sau chu kỳ thứ nhất là 412 và 344 và 189 mg/L/ngày ở chu kỳ thứ hai 2 thứ4ba. Nitrite và nitrate cao suốt quá trình thí 1 và 3 5 nghiệm, nhưng nitrite bắt đầu giảm và đạt 0 ở ngày 20. 41
Tạp chí Khoa học 2008 (1): 33-43 Trường Đại học Cần Thơ 4 THẢO LUẬN Các tác giả trước đây như Grommen et al., 2002 chỉ nghiên cứu hoặc quá trình nitrate hóa hoặc phản-nitrate hóa trong hệ thống riêng biệt. Trong thí nghiệm này, chúng tôi đã kết hợp hai quá trình trong cùng một bể kính. Trong quá trình thứ nhất, vi khuẩn oxy hóa ammonium thành nitrite, được chuyển hóa tiếp thành nitrate bởi vi khuẩn nitrate hóa ở giai đoạn thứ hai (Focht & Vertraete, 1977). Thời gian để tổng TAN hoàn toàn bị oxy hóa thành nitrate trong nước ngọt (6 ngày) lâu hơn trong nước mặn (4 ngày) sau chu kỳ thứ nhất. Trong chu kỳ thứ hai, chỉ cần 3 ngày trong nước mặn trong khi hệ thống nước ngọt cần tới 6 ngày. Thời gian chuyển hóa ammonium trong nước ngọt trong thí nghiệm này bằng với thí nghiệm của Roeland (Grommen et al. 2002 ). Hàm lượng nitrite duy trì