Tài liệu Thực nghiệm sử dụng nước thải hầm ủ biogas để cải tạo ph nước ao tại hòa an – hậu giang

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA THỦY SẢN PHAN HẢI ĐĂNG THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG NƯỚC THẢI HẦM Ủ BIOGAS ĐỂ CẢI TẠO pH NƯỚC AO TẠI HÒA AN – HẬU GIANG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH NUÔI TRỒNG THỦY SẢN 2010 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA THỦY SẢN PHAN HẢI ĐĂNG THỰC NGHIỆM SỬ DỤNG NƯỚC THẢI HẦM Ủ BIOGAS ĐỂ CẢI TẠO pH NƯỚC AO TẠI HÒA AN – HẬU GIANG LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGÀNH NUÔI TRỒNG THỦY SẢN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN PGs. Ts. DƯƠNG NHỰT LONG 2010 2 LỜI CẢM TẠ Trước hết tôi xin chân thành cảm ơn Ban chủ nhiệm Khoa Thủy Sản – Trường Đại học Cần Thơ đã tạo điều kiện để tôi học tập rèn luyện nâng cao trình độ chuyên môn trong thời gian qua. Xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với thầy PGs.Ts Dương Nhựt Long đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập cũng như thực hiện đề tài và viết luận văn. Tôi xin gởi lời cảm ơn đến chị Lê Thị Phương Mai lớp cao học K14 và các anh chị ở Trung Tâm Hòa An – Đại học Cần Thơ đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Và cảm ơn tất cả quý Thầy, Cô trong Bộ môn Kỹ thuật nuôi thủy sản nước ngọt đã tạo điều kiện cho tôi hoàn thành luận văn này. Cùng Thầy cố vấn học tập và tập thể các bạn sinh viên lớp Nuôi trồng thủy sản K32. Xin chân thành cảm ơn! Cần Thơ, ngày 17 tháng 05 năm 2010 Phan Hải Đăng 3 TÓM TẮT Nhằm khảo sát một số yếu tố môi trường nước ao nhiễm phèn cải tạo bằng nước thải Biogas để làm cơ sở dữ liệu từ đó đề xuất giải pháp cải thiện chất lượng nước ao nhiễm phèn ứng dụng ương nuôi thủy sản đạt hiệu quả, đề tài “Thực nghiệm sử dụng nước thải hầm ủ Biogas để cải tạo pH nước ao tại Hòa An – Hậu Giang” được thực hiện từ tháng 3/2009 đến tháng 6/2009 tại Trung tâm Hòa An – Đại học Cần Thơ. Đề tài gồm thí nghiệm đánh giá chất lượng nước thải qua hầm ủ Biogas, phân hữu cơ (phân heo) và thí nghiệm cải tạo ao với các nghiệm thức nước thải Biogas. Kết quả cho thấy, hàm lượng tổng đạm (TN) trong nước thải Biogas dao động từ 69,12 – 87,32 mg/L, hàm lượng tổng lân (TP) dao động từ 146,60 – 194,73 mg/L có thể sử dụng để cải tạo phèn, phát triển ương nuôi các loài thủy sản. Đối với phân hữu cơ, hàm lượng tổng đạm (TN) dao động từ 6,5 – 7,0 mg/g, hàm lượng tổng lân (TP) dao động từ 0,60 – 1,31 mg/g. Ở thí nghiệm cải tạo ao bằng nước thải Biogas, sau 40 – 44 ngày cải tạo các yếu tố môi trường ao dao động: nhiệt độ 27,3 – 31,10C, pH 3,21 – 7,21, oxy hòa tan 1,43 – 5,57 ppm, tổng đạm (TN) 0,20 – 3,40 ppm, tổng lân (TP) 0,02 – 0,60 ppm. Thành phần loài phiêu sinh thực vật dao động 12 – 38 loài, hàm lượng Chlorophyll-a 3,2 – 75,12 µg/L, phiêu sinh động vật dao động 5 – 24 loài. Số lượng phiêu sinh động vật dao động 1.454 – 31.884 ct/L. Điều kiện môi trường nước ao này hoàn toàn có thể sử dụng ương nuôi các loài thuỷ sản. Trong các nghiệm thức thí nghiệm, nghiệm thức sử dụng nước thải Biogas có hàm lượng tổng đạm (TN) bằng 75% hàm lượng TN trong phân heo cho kết quả cải thiện chất lượng nước tốt sau 45 ngày cải tạo với giá trị pH đạt 6,5, oxy hòa tan 5,2 ppm và hàm lượng Chlorophyll-a đạt 75,12 µg/L. 4 MỤC LỤC DANH SÁCH BẢNG, HÌNH ........................................................................ 7 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................ 8 Phần 1: ĐẶT VẤN ĐỀ .................................................................................. 9 1.1 Giới thiệu............................................................................................... 9 1.2 Mục tiêu của đề tài............................................................................... 10 1.3 Nội dung của đề tài.............................................................................. 10 Phần 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .............................................................. 11 2.1 Biogas.................................................................................................. 11 2.2 Quá trình hình thành đất phèn .............................................................. 12 2.3 Một số phương pháp cải tạo đất phèn................................................... 13 2.3.1 Sử dụng vôi.................................................................................... 13 2.3.2 Bón phân........................................................................................ 14 2.4 Một số yếu tố môi trường..................................................................... 17 2.4.1 Nhiệt độ (0C).................................................................................. 17 2.4.2 pH.................................................................................................. 17 2.4.3 Hàm lượng oxy hòa tan (ppm) ....................................................... 19 2.4.4 Tổng đạm (TN) .............................................................................. 19 2.4.5 Tổng lân (TP)................................................................................. 19 2.4.6 Phiêu sinh vật................................................................................. 20 Phần 3: VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ....................... 21 3.1 Vật liệu nghiên cứu.............................................................................. 21 3.1.1 Thời gian và địa điểm .................................................................... 21 3.1.2 Vật liệu .......................................................................................... 21 3.2 Phương pháp nghiên cứu...................................................................... 22 3.2.1 Mô tả hệ thống thí nghiệm .............................................................. 22 3.2.2 Đánh giá chất lượng nước thải qua hầm ủ Biogas............................ 23 3.2.3 Thí nghiệm cải tạo ao bằng nước thải qua hầm ủ Biogas......... 23 3.3 Phương pháp thu và phân tích mẫu ...................................................... 24 3.3.1 Chu kỳ và thời gian thu mẫu ................................................... 24 3.3.2 Thu và phân tích mẫu.............................................................. 24 3.4 Phân tích và xử lý số liệu ..................................................................... 26 5 Phần 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................................ 27 4.1 Chất lượng nước thải qua hầm ủ Biogas và phân hữu cơ (phân heo) .... 27 4.2 Biến động các yếu tố thủy lý hóa qua thí nghiệm cải tạo bằng Biogas.. 27 4.2.1 Nhiệt độ (0C).................................................................................. 27 4.2.2 pH nước ......................................................................................... 28 4.2.3 Hàm lượng oxy hòa tan (ppm) ....................................................... 30 4.2.4 Hàm lượng TN (ppm) .................................................................... 31 4.2.5 Hàm lượng TP (ppm) ..................................................................... 32 4.2.6 Phiêu sinh vật................................................................................. 33 4.2.6.1 Thành phần loài phiêu sinh thực vật ...................................... 35 4.2.6.2 Hàm lượng Chlorophyll-a (µg/L) .......................................... 36 4.2.6.3 Thành phần loài và số lượng phiêu sinh động vật .................. 36 Phần 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT ........................................................... 37 5.1 Kết luận ............................................................................................... 37 5.2 Đề xuất ................................................................................................ 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................... 38 PHỤ LỤC..................................................................................................... 40 6 DANH SÁCH BẢNG Bảng 1: Đặc tính hóa học của phân gia súc gia cầm không lẫn tạp chất ......... 11 Bảng 2: Giá trị dinh dưỡng trong một số loại phân gia súc tươi ..................... 15 DANH SÁCH HÌNH Hình 1: Bản đồ Trung tâm Hòa An ................................................................ 21 Hình 2: Hệ thống thí nghiệm ......................................................................... 22 Hình 3: Biến động nhiệt độ nước giữa các nghiệm thức cải tạo ao ................. 28 Hình 4: Biến động giá trị pH nước giữa các nghiệm thức cải tạo ao............... 29 Hình 5: Biến động hàm lượng oxy hòa tan giữa các nghiệm thức cải tạo ao... 30 Hình 6: Biến động hàm lượng TN (ppm) giữa các nghiệm thức cải tạo ao ..... 31 Hình 7: Biến động hàm lượng TP (ppm) giữa các nghiệm thức cải tạo ao...... 32 Hình 8: Biến động hàm lượng Chlorophyll-a giữa các nghiệm thức cải tạo ao34 7 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ĐBSCL: Đồng Bằng Sông Cửu Long. AIT: Asian Institute Technology. TN: Total Nitrogen (Tổng đạm). TP: Total Phosphorus (Tổng lân). TKN: Total Kjeldahl Nitrogen (Tổng đạm Kjeldahl). 8 Phần 1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Giới thiệu Trong lĩnh vực Nuôi trồng thủy sản, môi trường nước ao nuôi là một yếu tố vô cùng quan trọng và có ý nghĩa quyết định sự thành công trong quá trình nuôi, đặc biệt là đối với các mô hình nuôi thâm canh. Trong mô hình sản xuất này, một lượng lớn vật chất dinh dưỡng được đưa vào ao nuôi thông qua con đường cung cấp thức ăn làm cho chất lượng nước xấu đi. Ngoài ra chất thải của tôm cá nuôi tích tụ trong ao cũng làm ô nhiễm chất lượng nước ảnh hưởng đến sức khỏe tôm cá và tăng nguy cơ dịch bệnh phát sinh trong ao. Để tạo môi trường ao nuôi thật tốt cho động vật thủy sản phát triển cần phải có phương pháp cải tạo ao tốt ở đầu vụ nuôi, đặc biệt đối với các ao ở vùng đất nhiễm phèn. Trước đây để giảm được phèn, theo phương pháp truyền thống người dân thường sử dụng vôi để cải tạo hoặc sử dụng vôi kết hợp với phân hữu cơ đã cho kết quả tương đối tốt, làm pH tăng đáng kể. Theo AIT (1986) sử dụng vôi với liều lượng 50 kg/100 m2 đã làm pH tăng từ 4,1 lên 7,3. Bên cạnh đó, phân hữu cơ đặc biệt là phân chuồng cũng là một nguồn nguyên liệu cải tạo ao đạt hiệu quả cao. Phân hữu cơ chứa hàm lượng dinh dưỡng phong phú, được phiêu sinh vật tiêu thụ và trở thành nguồn thức ăn tự nhiên sẳn có trong thủy vực. Chính nguồn thức ăn này giúp cho động vật thủy sản phát triển tốt và cho năng suất cao, giảm được nguy cơ lan truyền bệnh đã góp phần làm tăng sản lượng một cách hiệu quả (Dương Nhựt Long, 1995). Tuy nhiên, ngày nay có một nguồn nguyên liệu dùng để cải tạo ao vô cùng hiệu quả mà ít có người sử dụng đó là nước thải qua hầm ủ Biogas. Biogas là một sản phẩm của quá trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ và được xem như là một nguồn năng lượng sử dụng trong các hộ gia đình để nấu nướng, thắp sáng, sưởi ấm,... Bên cạnh đó, Biogas được dùng để chạy máy phát điện. Biogas còn chứa đựng một lượng chất hữu cơ khá cao, nhiều muối dinh dưỡng như: đạm, lân giúp cho quá trình cải tạo ao cũng như làm phong phú nguồn thức ăn tự nhiên trong thủy vực. Tuy nhiên, hiện nay có rất ít nghiên cứu về việc sử dụng nước thải qua hầm ủ Biogas để cải tạo ao nhiễm phèn, do đó đề tài "Thực nghiệm sử dụng nước thải hầm ủ Biogas để cải tạo pH nước ao tại Hòa An – Hậu Giang" được thực hiện góp phần vào việc xây dựng cơ sở khoa học để khai thác hiệu quả tiềm năng, diện tích đất cho hoạt động ương nuôi thủy sản ở vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) trong tương lai. 9 1.2 Mục tiêu của đề tài Đề tài nhằm mục tiêu khảo sát một số chỉ tiêu về môi trường nước ao nuôi thủy sản nhiễm phèn dưới tác động của việc sử dụng nước thải hầm ủ Biogas để cải tạo, làm cơ sở dữ liệu góp phần đề xuất giải pháp kỹ thuật cải thiện chất lượng nước các loại hình thủy vực ứng dụng vào hoạt động ương nuôi thủy sản. 1.3 Nội dung của đề tài  Đánh giá chất lượng nước thải qua hầm ủ Biogas.  Cải tạo ao ương nuôi thủy sản bằng Biogas với các liều lượng nước thải khác nhau. 10 Phần 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Biogas Theo Lê Hoàng Việt (2005) Biogas (khí sinh học) là một sản phẩm của quá trình phân hủy yếm khí các chất hữu cơ và được coi là một nguồn năng lượng để thay thế. Quá trình phân hủy yếm khí rất phức tạp, liên hệ đến hàng trăm phản ứng và sản phẩm trung gian. Đơn giản hóa bằng phương trình sau: Lên men yếm khí Chất hữu cơ CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + chất khác + năng lượng Biogas được sử dụng trong các hộ gia đình để nấu nướng, thắp sáng, sưởi ấm,... Ở qui mô lớn hơn, Biogas được dùng để chạy máy phát điện. Dựa trên cơ sở nhiệt trị của Biogas (4.500 – 6.300 kcal/m 3). Như vậy 1m3 Biogas tương đương với 0,4 kg dầu diesel, 0,6 kg dầu hỏa và 0,8 kg than (Theo Hesse, 1982 trích dẫn bởi Lê Hoàng Việt, 2005). Nguyên liệu cho quá trình ủ Biogas phân người, phân gia súc, phế phẩm nông nghiệp,... (Lê Hoàng Việt, 2005). Ở ĐBSCL, nguyên liệu dùng để ủ Biogas thường là phân heo. Tùy thuộc vào chuồng, trại và phương thức chăn nuôi, các loại chất thải này có thành phần hóa học rất khác nhau. Theo Nguyễn Đức Lượng (2003) đặc tính hóa học cơ bản của phân gia súc gia cầm không lẫn tạp chất được thể hiện ở Bảng 1 STT 1 2 3 4 Loại vật nuôi Trâu Bò Heo Gà %N 0,264 – 0,308 0,302 – 0 380 0,45 – 1,2 1,8 – 2 % P2O5 0,20 – 0,115 0,165 – 0,294 0,45 – 0,9 0,45 – 0 95 % K2O 1,129 – 1,6 0,424 – 0,992 0,35 – 0,6 Thông thường với túi ủ dài 10 – 12 m đường kính 1,2 – 1,4 m, lượng heo trong chuồng khoảng 200 kg heo hơi thì có thể tạo gas cung cấp chất đốt đủ cho sinh hoạt của gia đình (Lê Tuyết Minh, 2002). Theo Lê Hoàng Việt (2005) sản phẩm trong quá trình sinh gas là: CH4: 55 – 65% N2: 35 – 45% H2: 0 – 1% H2S: 0 – 1% Bên cạnh nguồn phân heo là nguyên liệu chính để ủ Biogas, hiện nay lục bình cũng là một trong những nguồn nguyên liệu bổ sung vào hầm ủ mang lại hiệu quả cao. Nếu chịu khó tốn công để phơi khô và cắt ngắn hoặc ủ chua lục bình trước khi nạp vào hầm ủ thì khả năng sinh khí của lục bình khá cao. Khi kết hợp 11 lục bình và phân heo để nạp vào hầm ủ thì khả năng sinh khí cao hơn chỉ nạp phân heo trên cùng một trọng lượng khô vật chất hữu cơ nạp vào hầm ủ (Lê Hoàng Việt, 2005). Theo Taylor, Bates và Robbins (1971) trích dẫn bởi Dương Nhựt Long (1995) thì hàm lượng protein thô trong lục bình tính theo trọng lượng khô là 4,7% vào mùa hè, 5,8% vào mùa đông và cao nhất là vào mùa xuân 9,2%. Phần lớn chúng được sử dụng như là nguồn thức ăn bổ sung cho các hộ nuôi heo. 2.2 Quá trình hình thành đất phèn Đất phèn hay đất phèn tiềm tàng chiếm trên 15 triệu ha ở vùng nhiệt đới, bao gồm gần 5 triệu ha ở Nam và Đông Nam Á. Chưa tới 2 triệu ha trong tổng số 15 triệu ha được sử dụng để trồng trọt vì không thích hợp cho nông nghiệp (Trương Quốc Phú, 2006). Theo Nguyễn Như Hà (2005) ở Việt Nam nhóm đất phèn chua mặn có diện tích khoảng 1.863.128 ha được hình thành ở các tỉnh đồng bằng Nam Bộ như Tiền Giang, Hậu Giang, Đồng Tháp, Kiên Giang,... và ở đồng bằng Bắc Bộ như Hải Phòng, Thái Bình,... Ở ĐBSCL, đất phèn phân bố chủ yếu ở Đồng Tháp Mười, Tứ Giác Long Xuyên, Tây Sông Hậu và ở một số vùng khác. Theo Lê Văn Cát và ctv (2006) thì quá trình hình thành đất phèn như sau: Tại một số hạ lưu các con sông hoặc vùng cửa sông ven biển trước đó bị ngập nước được nhận phù sa từ dòng sông sẽ hình thành nên các bãi bồi. Theo thời gian, mực nước sẽ trở nên nông hơn dẫn tới sự hình thành các thảm thực vật sống dưới nước. Khi quá trình bồi đắp tiếp tục sẽ hình thành vùng sình lầy, chính vùng này sẽ thu giữ các nguồn hữu cơ, vô cơ và tích tụ chúng lại. Các chất hữu cơ bị tích tụ phân hủy trong điều kiện yếm khí có các tập đoàn vi khuẩn khử sunfua phát triển rất mạnh và chúng chuyển hóa các hợp chất lưu huỳnh (trong thực vật, trong đất, trong nước biển) thành dạng khí sunfua hydro (H2S), khí này thâm nhập vào nước ngầm và kết hợp với sắt (II) tạo thành sắt sunfua và tiếp tục chuyển hóa thành sắt bisunfua (pyrit, FeS2) dạng tinh thể với phản ứng sau: 2 CH2O (hữu cơ) + SO42-  H2S + 2 HCO3Fe(OH)2 + H2S  FeS + H2O FeS + S  FeS2 (pyrit) Khi pyrit tồn tại trong điều kiện yếm khí thì chúng biến đổi rất ít hay còn gọi là đất chứa axit tiềm tàng. Khi tiếp xúc với không khí thì chúng mới tạo thành phèn hoạt động và gây độc cho thủy sinh vật hay cây trồng. Việc rút nước quá cạn hay vào mùa khô hạn sẽ làm cho đất nứt nẻ, không khí theo các đường nứt này di chuyển xuống dưới tầng đất có chứa phèn tiềm tàng, do trong không khí có ôxy làm ôxy hoá đất phèn tiềm tàng và làm cho chúng trở thành phèn hoạt động, tạo 12 ra chất độc hay khi được tiếp xúc với không khí sẽ xảy ra quá trình oxy hóa pyrit và sinh ra axit sunfuric: 4 FeS2 (pyrit) + 15 O2 + 14 H2O  4 Fe(OH)3 + 8 SO42- + 16 H+ Sắt hydroxit (Fe(OH)3) là chất rắn có dạng màu đỏ nâu và đất chứa nó được gọi là đất phèn tiềm tàng hay đất có chứa nhiều axit sunfuric (H2SO4). Axit sunfuric hình thành có khả năng hòa tan các kim loại như sắt, nhôm, kẽm, mangan, đồng từ đất. Vì vậy nước có pH thấp thường chứa các kim loại độc hại. Khả năng hình thành axit từ nguồn đất tiềm tàng phụ thuộc vào hàm lượng và kích thước hạt pyrit trong đất, hàm lượng các chất bazơ có khả năng trung hòa axit, điều kiện về sự tồn tại của oxy và mật độ vi sinh vật có khả năng khử hợp chất sunfua Thiobacillus (Lê Văn Cát và ctv., 2006). Theo Trương Quốc Phú (2006) đất phèn tiềm tàng có những đặc điểm như: mẫu đất hóa chua khi phơi khô, bùn nhão với hàm lượng hữu cơ cao, màu đất xám đen tới đen, có mùi H2S từ bề mặt bên dưới khi đất được đào lên, có sự hiện diện của những đốm lưu huỳnh và jarosite có màu vàng và trong những ao mới đào thì cá chết hàng loạt sau khi mưa. Đặc điểm của đất phèn là vừa mặn, vừa chua do trong đất phèn có chứa một lượng muối tan nhất định như muối NaCl, Na2SO4, các muối này có nguồn gốc từ biển tạo nên độ mặn của đất. Nguyên nhân đất chua có thể do phản ứng hóa học tạo ra nhiều SO42- làm chua đất (Nguyễn Như Hà, 2005). 2.3 Một số phương pháp cải tạo đất phèn 2.3.1 Sử dụng vôi Khi môi trường nước có pH thấp (không dưới 4,5), lúc này pH không đủ gây hại cho cá nhưng lại kìm hãm và làm giảm lượng photpho vô cơ và carbon dioxit trong nước từ đó làm giảm sự phát triển của thủy sinh vật. Do đó khi sử dụng vôi để bón sẽ có những tác dụng sau: trung hòa axit và làm tăng pH của nền đáy, tăng khả năng đệm, tăng nguồn CO2 cho sự quang hợp của thực vật phiêu sinh, kết tủa chất keo, tăng hàm lượng phosphorus ở nền đáy (Trương Quốc Phú, 2006). Để khử axit H+ trong ao hồ, tăng pH người ta sử dụng các vật liệu có tính kiềm như KOH, NaOH, Ca(OH)2, NaHCO3, Na2CO3, Ca(HCO3)2, CaCO3, dolomite CaCO3.MgCO3 (muối của kim loại kiềm hay kiềm thổ). Những vật liệu thông dụng được sử dụng để làm tăng pH là đá vôi (CaCO3), dolomite (CaCO3.MgCO3), vôi sống (CaO), vôi tôi (Ca(OH)2). (Lê Văn Cát và ctv., 2006). - Đá vôi: Thành phần có tính chất trung hoà trong đá vôi là canxi carbonat (CaCO3). Đây là vật liệu thường được dùng cho mục đích trung hoà axit trong đất hoặc trong ao hồ nuôi trồng thủy sản. Khi nguồn đất, nước có chứa phèn 13 sunfat (axit sunfuric) tác dụng trung hòa axit của canxi carbonat là khử H+ trong nước theo phản ứng: CaCO3 + H2SO4  CaSO4 + SO42- + H2O + CO2 - Vôi nung (CaO): Tương tự như đá vôi, tác dụng trung hòa của vôi nung như sau: khi cho vôi nung vào nước, phản ứng sẽ tạo ra canxi hydroxit (vôi tôi): CaO + H2O  Ca(OH)2 Ca(OH)2 + 2 H+  Ca2+ + 2H2O Ca(OH)2 + 2 CO2  Ca2+ + 2 HCO3- Dolomite (CaCO3.MgCO3): là loại khoáng carbonat, hổn hợp của canxi và magie. Tác dụng trung hòa của dolomite là: CaCO3.MgCO3 + 4 H+  Ca2+ + Mg2+ + 2 CO2 + H2O CaCO3.MgCO3 + 2 CO2 + 2 H2O  Ca2+ + Mg2+ + 4 HCO3Các vật liệu khác nhau có khả năng trung hòa axit khác nhau trên cùng một đơn vị khối lượng. Để dễ so sánh người ta chọn canxi carbonat làm vật liệu để so sánh và có giá trị quy ước là 100%. Ví dụ một phân tử CaCO3 có phân tử lượng là 100 có khả năng trung hoà axit bằng một phân tử CaO có phân tử lượng là 56. Tỷ lệ phân tử lượng là CaCO3/CaO là 100/56 = 1,79. Vậy nếu tính theo khối lượng thì hiệu quả trung hòa của CaO so với CaCO3 cao hơn 79%. Tại Thái Lan, ở những mương đào lấy nước vào để phục vụ cho việc tưới tiêu, pH đất ở đáy ao khoảng 4,1 – 4,8, ao trước khi nuôi cá được bón vôi với liều lượng 50 kg/100 m2 đã làm tăng pH của nước lên 7,3 (AIT, 1986). Ngoài tác dụng trung hòa axit, vôi còn có tác dụng làm tăng độ kiềm và độ cứng của nước ao, từ đó làm giảm khả năng biến động pH trong ao (Trương Quốc Phú, 2006). 2.3.2 Bón phân Bón phân nhằm cung cấp cho thực vật các thành phần dinh dưỡng có chứa nitơ (đạm), lân, kali và một số thành phần vi lượng khác. Có hai loại phân thường được sử dụng trong nuôi thủy sản là phân vô cơ và phân hữu cơ. Phân bón không có tác dụng trực tiếp làm thức ăn cho vật nuôi mà chỉ có tác dụng gián tiếp là thúc đẩy thực vật phiêu sinh phát triển cụ thể là tảo, tảo là nguồn thức ăn trực tiếp hay gián tiếp trong nuôi thủy sản. Trong chuỗi thức ăn thì tảo là nguồn thức ăn sơ cấp quan trọng nhất vì tảo là nguồn thức ăn quan trọng để thúc đẩy động vật phiêu sinh phát triển và chúng trở thành nguồn thức ăn cung cấp cho cá, tôm. Tảo chỉ phát triển tốt trong điều kiện ao nuôi đủ dinh dưỡng như N, P, C, CO2, ánh sáng, nhiệt độ. Nhưng trong ao nuôi, đặc biệt là ao mới xây dựng thì các thành phần này bị thiếu. Do đó bón phân là khâu quan trọng trong cải tạo ao mới xây dựng vì nó có vai trò cung cấp dinh dưỡng cho phiêu sinh vật phát triển để làm nguồn thức ăn cho đối tượng nuôi. 14 Theo Lê Văn Cát và ctv (2006) tảo sử dụng chất chlorophyll và một số pigment khác để hấp thụ ánh sáng mặt trời. Năng lượng mà tảo hấp thu được dùng để chuyển hóa cacbon dạng vô cơ (khí CO2, độ kiềm HCO3-) thành dạng cacbon hữu cơ ở dạng đơn giản nhất là đường đơn qua quá trình quang hợp. Trong khi quang hợp oxy được sinh ra, một phần năng lượng ánh sáng được chuyển hóa thành năng lượng hóa học và được lưu giữ trong những phân tử đường được hình thành. Quá trình quang hợp được thể hiện ở phương trình sau: 6 CO2 + 6 H2O + ánh sáng  C6H12O6 + O2 Trong cải tạo ao để nuôi trồng thủy sản, thường phân vô cơ ít được chọn để cung cấp dinh dưỡng cho phiêu sinh vật với lý do phân vô cơ đắt tiền và chứa ít thành phần hóa học hơn phân hữu cơ, đặc biệt là các nguyên tố vi lượng. Bên cạnh đó, khi bón phân vô cơ cho ao hồ sẽ cung cấp một lượng lớn các chất đạm, lân cho ao tại cùng một thời điểm, điều này sẽ kích thích phiêu sinh vật phát triển mạnh, dễ gây nên tình trạng tảo nở hoa hoặc kéo theo các yếu tố môi trường biến động mạnh giữa ngày và đêm như oxy sẽ thấp vào lúc sáng sớm và sẽ cao vào lúc chiều. Theo Lê Văn Cát và ctv (2006) giá trị dinh dưỡng trong một số loại phân gia súc tươi được thể hiện ở Bảng 2 Loại phân Phân bò sữa Phân bò thịt Phân gà, vịt Phân heo Phân dê Độ ẩm 85 85 72 82 77 Hàm lượng trung bình (%) N P 2O5 0,5 0,2 0,7 0,5 1,2 1,3 0,5 0,3 1,4 0,5 K2 O 0,5 0,5 0,6 0,4 1,2 Số lượng, thành phần dinh dưỡng trong phân hữu cơ (phân chuồng) biến động tùy thuộc vào nhiều yếu tố như trọng lượng, giống, tuổi, thức ăn, nước uống của vật nuôi, điều kiện khí hậu,... Theo Taiganides (1978) trích dẫn bởi Lê Hoàng Việt (2005) thì lượng dinh dưỡng (kg/năm) hàng năm trong chất thải của 500 kg heo hơi là 71 kg đạm tổng số, 31 kg P và 18 kg K. Tận dụng nguồn phân hữu cơ trong nuôi thủy sản, mô hình kết hợp heo – cá được áp dụng khá phổ biến ở khu vực Châu Á. Một con heo trung bình thải ra từ 350 – 600 kg phân/năm và khoảng 35 – 40 heo đủ lượng phân bón cho 1 ha ao (Tapiadone và ctv, 1977, trích dẫn bởi Dương Nhựt Long, 1995). Hệ thống nuôi kết hợp heo – cá là một hệ thống tiêu biểu, giúp giảm chi phí, trong khi đó làm tăng hiệu quả và mang lại nhiều thu nhập cho người dân. Trong nước phân hữu cơ bị vi sinh vật phân hủy và làm tổn hao đáng kể oxy của nước. Khi thời tiết nóng ẩm càng làm thúc đẩy quá trình phân hủy chất hữu cơ do 15 đó càng làm tiêu hao oxy của ao. Do đó cần lưu ý khi bón phân hữu cơ cho ao vào mùa nắng. Tốt nhất nên bón ở liều lượng 30 – 40 kg/100m2 ao (Dương Nhựt Long và ctv., 1999). Khi bón phân hữu cơ cho ao, dưới tác dụng của các vi sinh vật, chất hữu cơ sẽ bị phân hủy và phóng thích ra môi trường các nguyên tố vi lượng và đa lượng. Khi bón phân hữu cơ cần tránh sự tích tụ ở đáy ao vì như thế sẽ sinh ra nhiều khí độc. Vì vậy, khi bón phân hữu cơ nên giữ chúng ở tầng mặt bằng cách dùng sàn bón phân (Lê Tuyết Minh, 2002). Ở tỉnh Pathumthani của Thái Lan, đối với những vùng đất phèn có pH khoảng 3,9 nguồn nguyên liệu mà người dân nơi đây sử dụng để cải tạo trước khi trồng trọt là vôi CaO được dùng với liều lượng 6 tấn/ha kết hợp với phân vịt 10 tấn/ha đã cho kết quả tốt (AIT, 1986). Thông thường, phân hữu cơ dùng để bón cho ao được ủ hoai trước khi sử dụng. Quá trình ủ phân giúp cho các chất dinh dưỡng như N, P, K hiện diện trong chất thải dưới dạng các chất hữu cơ mà thực vật khó hấp thu biến đổi thành phân vô cơ như NO3-, PO43- thích hợp cho thực vật hấp thu (Lê Hoàng Việt, 2005). Giá trị của phân hữu cơ phụ thuộc vào hàm lượng C, N, P, K và quá trình phân hủy của vi khuẩn, thủy vực. Phân hữu cơ có tỷ lệ C: N < 50% sẽ được vi khuẩn phân hủy nhanh hơn phân hữu cơ có tỷ lệ C: N < 100% (Tancon, 1987 trích dẫn bởi Dương Nhựt Long, 1995). Bên cạnh sử dụng vôi, phân chuồng để cải tạo ao thì chất thải từ Biogas cũng là một trong những nguồn nguyên liệu cải tạo ao rất tốt. Chất thải Biogas có cả chất thải rắn và nước thải vẫn còn chứa lượng hữu cơ khá cao (BOD = 1.200 – 1.500 ppm, TN = 117 mg/L, TP = 271 mg/L) và có khả năng gây ô nhiễm môi trường nước. Chất thải từ túi ủ Biogas chứa nhiều muối dinh dưỡng vô cơ như đạm, lân, sẽ được sử dụng để bón cho ao nuôi thủy sản, ao nuôi tảo, ruộng lúa,... Một hầm ủ cở 3 m 3, thời gian ủ 20 ngày, trung bình cho ra một lượng nước thải là 100 lít/ngày, tương đương 80 kg N, 120 kg P2O5 và 45 kg K2O trong một năm (Lê Hoàng Việt, 2005). Chất thải của hầm ủ Biogas giàu dinh dưỡng là một nguồn phân bón có giá trị. Nước thải được dùng để nuôi tảo hoặc phiêu sinh động vật làm thức ăn cho cá hoặc bón trực tiếp xuống ao cá. Chất thải rắn được phơi khô rồi rải trên đồng ruộng hoặc rải cho ao. Năng suất của đậu nành khi bón chất thải Biogas cao hơn không bón là 37% và khác biệt không có ý nghĩa với liều NPK tương ứng. Chất thải đặc có thể dùng để nuôi trùn đỏ (Peionyx excavatus), sinh khối của trùn tăng gấp 3 lần sau 3 tháng nuôi. Chất thải lỏng được bón cho ao hay sử dụng để nuôi trứng nước (Moina dubia) là thức ăn bắt buộc cho một số 16 loài cá ở giai đoạn cá bột như bống tượng, thát lát, trê vàng,... với năng suất đạt 1kg Moina/100 m 2/ngày (Lê Hoàng Việt, 2005). Việc tận dụng nguồn chất thải từ Biogas để nuôi cá trong mô hình kết hợp VACB (Vườn – Ao – Chuồng – Biogas) đã được nhiều người dân ứng dụng. Đây là mô hình sản xuất tổng hợp mang tính liên hoàn giữa cây, con và thủy sản mang lại hiệu quả kinh tế đáng kể không những tăng thu nhập về kinh tế mà còn là nguồn cung cấp đạm thường xuyên cho bữa ăn gia đình và góp phần tích cực giảm ô nhiễm môi trường (Lê Tuyết Minh, 2002). 2.4 Một số yếu tố môi trường 2.4.1 Nhiệt độ (0C) Trong ao nuôi nhiệt độ là yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng đến quá trình sinh tổng hợp chất hữu cơ cho cơ thể, cũng như có tác động lớn đến tốc độ phân hủy của vi sinh vật và trao đổi chất của tôm cá nuôi. Khi nghiên cứu trên đối tượng tôm càng xanh Boyd et al (2000) đã cho biết nhiệt độ từ 26 – 320C là thích hợp. Theo Huỳnh Trường Giang và ctv (2007) đã so sánh nhiệt độ ở các ao nuôi cá tra tại An Giang kết quả báo cáo cho thấy nhiệt độ dao động từ 27,5 – 340C là tốt đối với cá tra. Theo Lê Như Xuân (1994) thì khoảng nhiệt độ thích hợp cho sự phát triển của cá nhiệt đới là 25 – 300C. 2.4.2 pH nước pH là chỉ số đặc trưng về độ axit (chua) hoặc độ kiềm (chát) của nước. pH thấp chứa nhiều axit và pH cao chứa nhiều kiềm và pH = 7 được gọi là trung tính. Trong vùng có pH rất cao hay rất thấp, các loại thủy sinh vật không sống được. Tác động của pH đến đời sống thủy sinh vật có tính chất gián tiếp chứ không theo phương thức trực tiếp. pH ảnh hưởng đến quá trình cân bằng hóa học, sinh học trong nước như cân bằng amoniac, sunfua hydro, Clo, ion kim loại và quá trình bón phân cho ao hồ. (Lê Văn Cát và ctv, 2006). Khả năng chịu đựng pH của thủy sinh vật còn phụ thuộc vào các yếu tố môi trường như nhiệt độ, oxy, độ mặn,... Tôm, cá hay nhuyễn thể có thể chịu được mức pH thấp hơn bình thường nếu nồng độ muối của nước là tối ưu đối với chúng. Cơ quan mang của cá là vị trí nhạy cảm nhất đối với ion hydro (H+), khi pH giảm từ 6 xuống 4 thì sẽ gây cho thủy sinh vật một số tác hại như hạn chế khả năng hấp thu muối NaCl, tăng dòng khuếch tán của H+ qua màng, tăng khả năng thấm và khuếch tán của các ion khác, tăng khả năng sinh dịch nhầy, tăng quá trình đông tụ và kết tủa dịch nhầy, hạn chế khả năng trao đổi khí qua mang, phá hủy lớp biểu mô của màng (Lê Văn Cát và ctv, 2006). 17 Khi pH thấp, khả năng cân bằng ion trong cơ thể động vật thủy sản bị ảnh hưởng nghiêm trọng, tăng khả năng sinh dịch nhầy và phá hủy cấu trúc mang, tác động xấu đến quá trình hô hấp, do đó liên quan trực tiếp đến quá trình vận chuyển oxy và carbon dioxit của máu như làm giảm khả năng liên kết của oxy với hemoglobin, làm tiêu hao năng lượng của quá trình trao đổi chất, hạn chế khả năng chống bệnh. Bên cạnh đó, khi pH cao cũng ảnh hưởng đến quá trình bài tiết chất thải chứa nitơ, nó làm giảm khả năng khuếch tán của amoniac từ trong cơ thể ra ngoài (Lê Văn Cát và ctv, 2006). Ngoài ra, khi pH thấp, các ion kim loại ở dạng tan (Fe2+, Al3+) sẽ tác dụng với photphat (lân) tạo thành các hợp chất không tan lắng xuống đáy, hạn chế sự phát triển của tảo, từ đó làm hạn chế nguồn thức ăn cần thiết cho động vật thủy sản. Chính điều này làm tiêu tốn một lượng phân lớn trong quá trình cải tạo ao. Theo Boyd (1998) ở ao, hồ, pH thích hợp cho nuôi thủy sản từ 6 – 9 và biến động không quá 2 đơn vị trong ngày. Nước mặn có sự biến động pH trong ngày ít hơn môi trường nước ngọt. Sự biến động của pH trong điều kiện này là do sự quang hợp của phiêu sinh vật. CO2 + H2O = HCO3- + H+ Nếu nồng độ CO2 tăng thì nồng độ của H+ tăng và pH giảm, nếu nồng độ CO2 giảm, nồng độ ion H+ giảm lúc này pH sẽ tăng (Boyd, 1998). Theo Lê Văn Cát và ctv (2006), Boyd (1990) thì khoảng pH tối ưu cho tôm cá nước ngọt phát triển và sinh sản là từ 6,5 – 9. Điểm chết đối với chúng là pH < 4 và pH > 11. Theo Nguyễn Văn Bé (1995) nước có pH thích hợp cho hầu hết các loài cá nuôi là 6,8 – 9, nhưng tốt nhất là 7. pH biến động tùy thuộc vào sự phát triển của tảo được kích thích bởi hàm lượng chất dinh dưỡng trong nước từ quá trình bổ sung chất thải Biogas. Theo Dương Nhựt Long và ctv (1999) nghiên cứu về môi trường nước ở vùng đất nhiễm phèn của vùng Tứ giác Long xuyên – An Giang cho thấy, trong điều kiện tự nhiên, pH nước trong các ao biến động từ 4,57 – 6,35, sau thời gian 2 năm tiến hành cải tạo ao nuôi dưới tác động kỹ thuật thông qua quá trình bón phân hữu cơ (phân gà) liên tục qua mô hình nuôi Gà – Cá kết hợp, người dân mới có khả năng sử dụng từng bước hiệu quả các ao nhiễm phèn cho mục tiêu phát triển các mô hình nuôi thủy sản. 2.4.3 Hàm lượng oxy hòa tan (ppm) Hàm lượng thích hợp cho ao nuôi cá thâm canh là 3,5 – 6,5 ppm (Dương Nhựt Long, 2002). Còn theo Nguyễn Văn Bé (1995) thì khoảng oxy tốt nhất để cá phát triển là 6 – 8 ppm. Nếu nhiệt độ nước ở 100C thì hàm lượng oxy bảo hòa là 11,3 ppm, khi nhiệt độ tăng lên ở 250C thì hàm lượng oxy bảo hòa giảm xuống 8,5 ppm. Sự biến động hàm lượng oxy hòa tan trong các loại hình thủy vực phụ 18 thuộc nhiều vào mật độ thủy sinh vật phân bố trong thủy vực (Boyd, 1990). Theo Boyd (1998) và Trương Quốc Phú (2006) thì hàm lượng oxy hòa tan thích hợp cho các loài cá dao động từ 3,5 – 6,5 ppm. 2.4.4 Tổng đạm (TN) Trong ao nuôi thì đạm tồn tại ở nhiều dạng khác nhau như ammonia (NH3) và đạm amon (NH4+). Đạm cung cấp cho ao có thể từ không khí dạng nitơ phân tử (N2) và một số có thể được cố định trong chất hữu cơ nhờ tảo lam và vi khuẩn. Nước mưa, phân bón, thức ăn,… cũng là nhưng nguồn cung cấp chất đạm chính, đặc biệt là thức ăn đối với các ao nuôi thâm canh. Trong ao nuôi thủy sản thì NH3 có được từ các quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ có chứa N (chất đạm, xác sinh vật) nhờ các vi khuẩn hiếu khí và yếm khí. Trong môi trường nước sản phẩm bài tiết hay phân bón cũng phân hủy thành NH3. NH3 (dạng tự do) hòa tan trong nước tạo thành NH4+ (dạng ion) cho đến khi cân bằng (NH3 + H2O  NH4+ + OH-) được thiết lập. Tỉ lệ giữa ammonia tự do và dạng ion phụ thuộc vào nhiệt độ và pH của môi trường, khi nhiệt độ và pH tăng thì tỉ lệ của dạng tự do tăng. Ngược lại, nhiệt độ và pH giảm thì tỉ lệ ammonia dạng tự do sẽ giảm. Ammonia ở dạng tự do (NH3) rất độc đối với tôm cá nhưng dạng ion (NH4+) không độc và rất cần thiết cho sự phát triển của tảo và các sinh vật làm thức ăn cho tôm cá. Khi hàm lượng NH3 trong nước cao sẽ làm cho sinh vật khó bài tiết NH3 trong máu và các mô ra môi trường nước. Theo Trần Ngọc Hải (2004); Dương Nhựt Long (2002) hàm lượng đạm trong ruộng và ao nuôi tôm càng xanh thương phẩm thích hợp thường thấp hơn 2 ppm. 2.4.5 Tổng lân (TP) Phospho là nguyên tố giới hạn của sự phát triển phiêu sinh vật trong hệ thống ao nuôi thủy sản (Boyd, 1990). Tuy nhiên, lân hòa tan trong nước cũng dễ bị lớp bùn đáy hấp thu từ đó làm giảm lượng lân hòa tan trong nước. Mặt khác, chúng còn bị kết tủa dưới dạng Ca3(PO4)2. Nhân tố TP (ppm) với nồng độ thích hợp sẽ là yếu tố dinh dưỡng giúp cho phiêu sinh thực vật phát triển tốt trong thủy vực, hình thành một hệ đệm giúp các đối tượng nuôi thủy sản phát triển ổn định. Tuy nhiên, khi hàm lượng lân tăng cao, môi trường nước trong các thủy vực dễ bị ô nhiễm (Boyd, 1990). Để quản lý sự phát triển tốt của tảo trong ao thì lượng lân hòa tan phải dao động trong khoảng 0,005 – 0,2 mg/L. Tảo không phát triển khi hàm lượng lân hòa tan nhỏ hơn 0,005 mg/L và nở hoa khi hàm lượng lân hòa tan vượt quá 0,2 mg/L (Boyd, 1998). Theo Nguyễn Văn Bé (1995) hàm lượng lân thích hợp cho các ao nuôi cá là 1 – 3 ppm. Hàm lượng lân thích hợp cho ao nuôi cá thâm canh là 0,1 – 1 ppm (Dương Nhựt Long, 2002). 2.4.6 Phiêu sinh vật 19 Tảo là một yếu tố đóng vai trò quan trọng trong thủy vực. Theo Dương Đức Tiến (1996), Việt Nam có tới 1.402 loài tảo, trong đó tảo lục có 530 loài, tảo Silic có 388 loài, tảo Lam có 344 loài, tảo Mắt có 78 loài, tảo Giáp có 30 loài, tảo Vàng 14 loài, tảo Vòng 9 loài, tảo Roi lệch 5 loài, tảo Đỏ 4 loài. Tuy tảo không là nguồn cung cấp thức ăn chủ yếu cho các loài cá nhưng nó cũng đóng một vai trò nhất định trong việc cung cấp dinh dưỡng và duy trì điều kiện môi trường thuận lợi cho tôm cá phát triển như cung cấp vitamin, một số nguyên tố vi lượng, cung cấp oxy, xử lý hợp chất Nitơ (Lê Văn Cát và ctv, 2006). Tảo có vai trò là sinh vật chỉ thị môi trường nước. Sự có mặt của tảo giúp người nuôi nhận biết được những mặt hạn chế hay biểu hiện tốt của mô hình nuôi. Từ đó, có biện pháp khắc phục hay phát huy để nâng cao hiệu quả cho nghề nuôi. Tuy nhiên khi môi trường quá giàu dinh dưỡng làm cho tảo nở hoa gây thiếu oxy vào ban đêm (Trương Quốc Phú, 2006). Mặt khác khi tảo tàn làm cho các yếu tố môi trường biến động tạo ra nhiều khí độc H2S, NH3. Hàm lượng chlorophyll-a phản ánh mức độ phong phú của phiêu sinh thực vật trong môi trường nước. Hàm lượng chlorophyll-a tăng thì mật độ tảo tăng. Hàm lượng Chlorophyll-a tốt nhất cho ao nuôi thủy sản là từ 50 – 200 g/L (Boyd, 1998). Phiêu sinh động vật giữ vai trò thiết yếu đối với đời sống của động vật thủy sản. Với kích cở nhỏ và hàm lượng dinh dưỡng cao dễ tiêu hóa nên chúng được xem là nguồn thức ăn không thể thay thế. Sự biến động thành phần và số lượng phiêu sinh động vật phụ thuộc rất lớn vào các yếu tố môi trường. Theo Nguyễn Thị Lan Phương (1994) khảo sát sự biến động thành phần loài và số lượng phiêu sinh động vật trong hệ thống ao ương cá tại Cần Thơ cho thấy thành phần loài thuộc 4 nhóm: Protozoa, Rotifera, Cladocera, Copepoda trong đó Rotifera chiếm ưu thế nhất với tỷ lệ khoảng 60 – 70%. Theo Nguyễn Hữu Lộc (2003) khảo sát sự biến động của phiêu sinh động vật trong ao nuôi tôm sú thâm canh cho thấy thành phần loài thuộc 5 nhóm: Protozoa, Rotifera, Cladocera, Copepoda và ấu trùng Nauplius. Về số lượng biến động trong khoảng 169.312 – 518.567 ct/m3 trong đó nhóm Rotifera và Protozoa luôn chiếm ưu thế. Sự biến động này cũng được giải thích trên cơ sở của việc cải tạo môi trường ao nuôi trong thời gian cải tạo và bón phân gây màu. Một số chỉ tiêu của ao ương cá cần phải đạt được sau khi cải tạo (Nguyễn Văn Kiểm, 2000) - pH: 6,5 – 7,5. - Oxy hoà tan: ≥ 3 ppm. - Số lượng phiêu sinh động vật: 25.000 – 35.000 ct/L. 20