Thông tin luận án tiến sĩ của NCS Lê Diễm Kiều, chuyên ngành Môi trường đất và nước, khóa 2014

Created: Friday, 15 March 2019 08:53 | Last Updated: Friday, 15 March 2019 08:53 | Published: Friday, 15 March 2019 08:53

Tên đề tài: “Nghiên cứu khả năng giảm đạm, lân của Mồm mỡ (Hymenachne acutigluma) trong nước thải ao nuôi thâm canh cá Tra”.

Tác giả: Lê Diễm Kiều, Khóa: 2014

Chuyên ngành: Môi trường đất và nước ; Mã số: 62440303. Nhóm ngành: Khoa học tự nhiên.

Người hướng dẫn chính: PGS.TS. Ngô Thụy Diễm Trang - Trường Đại học Cần Thơ.

Người hướng dẫn chính: GS.TS. Hans Brix - Trường Đại học Aarhus - Đan Mạch.

1. Tóm tắt nội dung luận án

Đồng bằng sông Cửu Long là vùng nuôi cá Tra (Pangasianodon hypophthalmus) trọng điểm ở Việt Nam. Lượng nước thải của ao nuôi cá Tra trung bình là 9133,3 m³/tấn cá, tương ứng với lượng đạm (N) và lân (P) thải ra là 36,5 kg N và 9,1 kg P/tấn cá và hầu hết không được xử lý trước khi thải ra môi trường. Luận án này nghiên cứu khả năng giảm đạm, lân của cỏ Mồm mỡ (Hymenachne acutigluma) trong nước thải ao nuôi thâm canh cá Tra nhằm làm cơ sở cho việc ứng dụng cỏ Mồm mỡ vào hệ thống đất ngập nước kiến tạo (ĐNNKT) xử lý nước thải. Nội dung nghiên cứu của luận án là (i) đánh giá nhu cầu N, P và các tỷ lệ nồng độ N:P và tỷ lệ dạng N vô cơ hòa tan NH₄⁺-N:NO₃^--N (4:0, 3:1, 1:1, 3:1 và 0:4) thích hợp cho sinh trưởng của cỏ Mồm mỡ được thực hiện trong điều kiện nhà lưới. Các thí nghiệm ngoài đồng được triển khai nhằm (ii) đánh giá ảnh hưởng mật độ trồng (10, 20, 30 và 40 chồi/m²) đến sinh trưởng và hấp thu N và P trong nước thải ao nuôi cá Tra; (iii) đánh giá tính khả thi của hệ thống ĐNNKT chảy mặt kết hợp với cỏ Mồm mỡ vận hành nạp nước theo mẽ và liên tục xử lý nước thải ao nuôi cá Tra.

Kết quả cho thấy, nồng độ N và P thích hợp cho sinh trưởng và phát triển của cỏ Mồm mỡ là 120 mg N/L và 5 mg P/L. Đạm ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của cỏ Môm mỡ, nhưng P ít ảnh hưởng. Ở nồng độ N và P thấp (30 mg/L và 4 mg P/L), cao (180 mg N/L và 10 mg P/L) và tỷ lệ mol N:P 13,3 (với môi trường có nồng độ N là 30 và 60 mg N/L) có thể hạn chế sinh trưởng và hấp thu N, P của cỏ Mồm mỡ. Trong điều kiện thí nghiệm, đạm NO₃^--N thích hợp hơn cho sinh trưởng và hấp thu N của cỏ Mồm mỡ. Rễ cây Mồm mỡ có màu nâu đen, ngắn lại và lá bị úng khi trồng trong môi trường có nồng độ NH₄⁺-N cao (tỷ lệ NH₄⁺-N:NO₃^--N là 4:0 và 3:1) vào tuần thứ 8.

Cỏ Mồm mỡ được trồng ở mật độ 20-40 chồi/m² có sinh khối và lượng N, P hấp thu tốt hơn cây trồng với mật độ 10 chồi/m². Cỏ Mồm mỡ trồng trong hệ thống ĐNNKT chảy mặt với độ che phủ 50-75% (36-54 chồi/m²) có hiệu quả xử lý tốt và không cần bổ sung khí sau 93 giờ lưu nước. Do đó, hệ thống ĐNNKT thử nghiệm được vận hành nạp nước theo mẽ với thời gian lưu nước 93 giờ, sau 2 tháng vận hành hiệu suất loại NO₂^--N, NO₃^--N, NH₄⁺-N, TN, PO₄^3--P và TP lần lượt là 85, 82, 64, 47, 71 và 33%. Khi vận hành nạp nước liên tục kết hợp với tải lực thủy nạp 7 L và 14 L/phút (tương ứng thời gian lưu 3,5 đến 7 giờ) hiệu suất xử lý TSS, COD, NH₄⁺-N, TN, PO₄^3--P và TP của hệ thống ĐNNKT có cỏ Mồm mỡ đạt tương ứng 49,0-63,5, 30,8-48,5, 91,9-96,6, 38,9-40,7, 14,0-20,3 và 11,7-14,9%. Nước thải đầu ra của các hệ thống có cỏ Mồm mỡ đạt QCVN 02-20:2014 BNNPTNT và QCVN 08-MT: 2015 BTNMT không ảnh hưởng đến sinh trưởng của cá Tra.

Cỏ Mồm mỡ được trồng ở các hệ thống ĐNNKT đều sinh trưởng tốt, giúp hấp thu N, P và có hàm lượng dinh dưỡng cao có thể đáp ứng chất lượng thức ăn cho gia súc. Những kết quả trên đã chứng minh cỏ Mồm mỡ có tiềm năng tốt trong ứng dụng vào hệ thống ĐNNKT xử lý nước thải ao nuôi thâm canh cá Tra có nồng độ N và P cao.

2. Những kết quả mới của luận án:

Luận án này đã xác định được nồng độ, tỷ lệ N:P và NH₄⁺-N:NO₃^--N thích hợp cho sinh trưởng, phát triển và hấp thu N, P của cỏ Mồm mỡ.

Luận án này đã xác định được mật độ trồng thích hợp để cỏ Mồm mỡ sinh trưởng và hấp thu N, P tốt, giúp chọn mật độ trồng cỏ Mồm mỡ tối ưu cho hệ thống ĐNNKT xử lý nước thải ao nuôi cá Tra.

Luận án này đã xác định được khả năng xử lý nước thải ao nuôi cá Tra của hệ thống ĐNNKT chảy mặt vận hành theo mẽ đạt hiệu quả với thời gian lưu 93 giờ, thích hợp xử lý nước thải ao nuôi thâm canh cá Tra ở vùng nội đồng. Hệ thống ĐNNKT chảy mặt vận hành liên tục có cỏ Mồm mỡ cũng có hiệu quả xử lý tốt với thời gian lưu nước 3,5-7,0 giờ. Khi có sự hiện diện của cỏ Mồm mỡ thì hệ thống ĐNNKT không cần bổ sung khí. Đây là thông tin quan trọng đóng góp trong ứng dụng ĐNNKT kết hợp với cỏ Mồm mỡ trong xử lý nước thải ao nuôi cá Tra và sử dụng nguồn nước mặt bền vững.

3. Các ứng dụng/khả năng ứng dụng trong thực tiễn, các vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu:

Kết quả nghiên cứu nhu cầu N, P trong điều kiện thí nghiệm là cơ sở quan trọng giúp xác định lượng N và P cung cấp và tạo điều kiện cho quá trình nitrate hóa cho hệ thống ĐNNKT kết hợp với cỏ Mồm mỡ xử lý nước thải ao nuôi thâm canh cá Tra.

Nghiên cứu đã cho thấy sử dụng cỏ Mồm mỡ kết hợp trong hệ thống ĐNNKT chảy mặt có thể giảm thiểu chất ô nhiễm do nước thải từ ao nuôi cá Tra, góp phần bảo vệ và sử dụng bền vững nguồn nước mặt.

Cần nghiên cứu thêm về khả năng tái sinh, khả năng xử lý vi sinh vật và các thông số nước thải khác để tăng tính ứng dụng cỏ Mồm mỡ trong xử lý nước thải ao nuôi cá Tra.

1. Summary

The Mekong delta of Vietnam is well known as the main region for catfish (Pangasianodon hypophthalmus) farming. The average volume of wastewater from catfish pond is 9,133.3 m³ per ton of fish, which contains 36.5 kg N and 9.1 kg P and is discharged without treatment into the environment. The aim of this study is to evaluate the removal efficiency of nitrogen (N) and phosphorus (P) in intensive striped catfish wastewater of Hymenachne acutigluma in order to serve as a basis for the application of H. acutigluma in constructed wetland systems to treat wastewater. The research contents of the thesis were (i) to evaluate N and P suitable demand for the growth of H. acutigluma with single increment of N or P, N:P concentration ratios and forms of dissolved inorganic nitrogen NH₄⁺-N: NO₃^--N (4:0, 3:1, 1:1, 3:1 and 0:4) in the background solution of intensive catfish wastewater, which were conducted in the net house. The outdoor studies were carried out at the field to (ii) determine the effects of planting density (10, 20, 30 and 40 plants/m²) on growth and N and P uptake; and (iii) to examine the feasibility of free water surface flow (FWS) constructed wetlands (CWs) system planted with H. acutigluma which was operated with batch loading and continuous loading to treat intensive catfish wastewater.

The results showed that the suitable N and P concentrations for H. acutigluma growth were 120 mg N/L and 5 mg P/L. The growth of H. acutigluma was affected by N but was less pronounced by P. The low (30 mg N/L and 4 mg P/L), high (180 mg N/L and 10 mg P/L) concentrations of N and P and the mole ratio N:P of 13.3 (in the background N levels of 30 and 60 mg N/L) inhibited the growth and N and P uptake capacity of H. acutigluma. The NO₃^--N form was more suitable for growth and N uptake of H. acutigluma under the experimental condition. The leaves of H. acutigluma has senescence and root rotting symptoms which were observed in the high concentration of NH₄⁺-N (NH₄⁺-N:NO₃^--N ratio of 4:0 and 3:1) at the eighth week of the experiment.

The harvested biomass and amount N and P uptake of H. acutigluma planted at a density of 20-40 shoots/m² were higher than that at 10 shoots/m². H. acutigluma in the FWS CWs system with surface coverage of 50-75% (36-54 shoots/m²) had good treatment efficiency and did not require aeration at hydraulic retention time (HRT) of 93 hours. Therefore, a consecutive pilot wetland system was operated with batch loading and the 93-hour HRT. After 2-month operation, removal efficiencies for NO₂^--N, NO₃^--N, NH₄⁺-N, TN, PO₄^3--P and TP were 85, 82, 64, 47, 71 and 33%, respectively. The continuous loading FWS CWs system operation at hydraulic loading rates of 7 L and 14 L/minute (corresponding to HRT of 3.5 to 7 hours) planted with H. acutigluma had removal efficiencies for TSS, COD, NH₄⁺-N, TN, PO₄^3--P and TP of 49.0-63.5, 30.8-48.5, 91.9-96.6, 38.9-40.7, 14.0-20.3 and 11.7-14.9%, respectively. The treated water from CWs systems planted H. acutigluma met QCVN 02-20:2014 BNNPTNT and QCVN 08-MT: 2015 BTNMT and not harmful to striped catfish growth.

acutigluma grew well in the FWS CWs systems and helped to reduce N and P from the catfish wastewater. The harvested biomass of H. acutigluma had high nutritional content to meet the quality of feed for cattle. Taken together the results indicated that H. acutigluma had high potential use in constructed wetlands system for wastewater treatment from intensive catfish pond with high N and P concentrations.
2. The creativeness of the study

The suitable N and P concentrations, N:P and NH₄⁺-N:NO₃^--N ratios for the good growth and N, P uptake of H. acutigluma were identified in this thesis.

The suitable planting density for good growth and N, P uptake of H. acutigluma has been identified, which suggested an optimal plant density for the CWs wastewater treatment system.

The thesis found that the FWS CWs systems planted H. acutigluma operated with batch loading and the 93-hour HRT was suitable for treating wastewater from intensive catfish ponds that located far from main river. The continuous loading FWS CWs systems planted with H. acutigluma also had a good treatment efficiency operated at 3.5- to 7-hour HRT. The FWS CWs systems with the presence of H. acutigluma did not require aeration. These were important information for application of H. acutigluma integrated in the FWS CWs systems to treat wastewater from intensive catfish farms and sustainably use surface water resources.

Application prospect and suggestions for further study

The results of the study on N and P demand under experimental conditions are important for determining N and P supply and facilitating the nitrification process for FWS CWs systems planted H. acutigluma to treat wastewater from intensive catfish ponds.

The study showed that the FWS CWs systems planted H. acutigluma had ability to reduce pollutants from intensive catfish farms leading to sustainable use and protection of surface water resources.

More research on regrowth of plant, microbial and other wastewater components treatment is needed to increase the application of H. acutigluma in catfish wastewater treatment.