Luận án Tiến sĩ: Nghiên cứu chế tạo vật liệu xốp tích hợp vi sinh vật và mang hạt quang xúc tác nhằm xử lý môi trường nước nuôi tôm

Ngành nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là nuôi tôm thâm canh, đang đối mặt với nhiều thách thức về ô nhiễm môi trường do mật độ nuôi cao, sử dụng thức ăn công nghiệp dư thừa, và lạm dụng kháng sinh. Các vấn đề này dẫn đến ô nhiễm hợp chất hữu cơ, nitơ vô cơ độc hại (amoni, nitrit), sự phát triển của vi khuẩn gây bệnh và tồn dư kháng sinh trong nước, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe vật nuôi và năng suất vụ nuôi. Mặc dù có nhiều phương pháp xử lý truyền thống, chúng vẫn còn hạn chế về hiệu quả, nguy cơ ô nhiễm thứ cấp hoặc tốc độ xử lý chậm. Do đó, việc phát triển các giải pháp xử lý đồng bộ và hiệu quả là cần thiết để đảm bảo chất lượng nước và bền vững cho ngành nuôi trồng thủy sản.

Các nhà nghiên cứu, giảng viên, sinh viên và chuyên gia trong lĩnh vực công nghệ sinh học, công nghệ môi trường, nuôi trồng thủy sản, hóa học vật liệu và các ngành liên quan đến xử lý nước thải và quản lý môi trường.

Luận án tập trung vào nghiên cứu và chế tạo vật liệu xốp tích hợp vi sinh vật và hạt quang xúc tác nhằm giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường nước nuôi tôm. Các vấn đề chính bao gồm ô nhiễm hợp chất hữu cơ, kháng sinh, vi khuẩn gây bệnh và hợp chất nitơ vô cơ (amoni, nitrit). Nghiên cứu đã thành công trong việc chế tạo vật liệu Expanded Clay (EC) từ đất sét và trấu bằng phương pháp nhiệt phân, với đặc tính nhẹ, rỗng xốp, độ nhám cao, phù hợp làm chất mang. Vật liệu EC này được cải tiến bằng cách tích hợp các thành phần dưỡng chất (N, P, K) và nguồn cacbon dạng nano (EC_Alg_N) để tăng cường khả năng sinh trưởng, tạo màng sinh học và bám dính của vi khuẩn xử lý nitơ. Đồng thời, vật liệu nano TiO2-Ag cũng được tổng hợp và tích hợp lên EC. TiO2-Ag được biến đổi để hấp thụ ánh sáng khả kiến (400-500 nm), tăng hiệu quả diệt khuẩn và phân hủy chất ô nhiễm. Hệ vật liệu tích hợp TiO2-Ag/EC đã chứng minh khả năng ức chế hiệu quả vi khuẩn gây bệnh (giảm mật độ từ 10^6 xuống < 10^2 CFU/mL sau 2 giờ chiếu sáng), xử lý COD (83-92%) và phân hủy > 90% kháng sinh dư thừa trong môi trường nuôi thủy sản. Đặc biệt, nghiên cứu đã phân lập được các chủng vi khuẩn khử nitrat/nitrit hoạt động hiệu quả trong điều kiện hiếu khí, giúp tăng cường khả năng xử lý nitơ trong môi trường nuôi tôm có hàm lượng oxy cao. Hệ vật liệu tích hợp cuối cùng, bao gồm EC mang hạt quang xúc tác TiO2-Ag và vi khuẩn khử nitrit, đã cho thấy khả năng ức chế vi khuẩn gây bệnh V. parahaemolyticus VTCC 910192 và loại bỏ đến 95% hàm lượng nitrit ô nhiễm trong nước, cung cấp một giải pháp toàn diện và bền vững cho quản lý chất lượng nước trong nuôi trồng thủy sản.