Xử lý nước nuôi trồng thủy sản bằng biện pháp sinh học với Giá Thể Vi Sinh Mutag Biochip

Nuôi trồng thủy sản nói chung hay nuôi cá nói riêng có nghĩa là sinh sản nhân tạo và nuôi các sinh vật thủy sinh. Chúng bao gồm cá hay động vật giáp xác và động vật có vỏ, được thả nuôi trong điều kiện có sự kiểm soát bằng cách sử dụng các kỹ thuật và công nghệ sẵn có nhằm gia tăng năng suất ở một mức độ nào đó mà trong điều kiện tự nhiên không thực hiện được.

Hình 1: Đề án quy trình Mutag BioChip RAS

Do nhu cầu ngày một tăng lên đối với cá tươi và xem xét việc đánh bắt quá mức sắp xảy ra ở các đại dương, nuôi trồng thủy sản ngày càng chứng tỏ vị trí quan trọng với nhiều mô hình nuôi khác nhau.
Ví dụ, có thể tìm thấy mô hình nuôi kín hay mở (nuôi cá ngoài trời), nuôi lồng lưới (nuôi biển) hoặc trong các trang trại cá trong nhà. Tất cả hệ thống với chu kỳ nước "kín" có một điểm chung: yêu cầu về áp dụng công nghệ xử lý nước khá cao, chính vì lý do này công ty của Đức có tên Multi Umwelttechnologie AG phát triển " Giá Thể BioChip ".

Nguyên tắc của RAS (hệ thống nuôi tuần hoàn)

Hình 2: Trang trại cá

Từ việc cung cấp thức ăn cho cá, hầu hết nước sẽ bị ô nhiễm với các thành phần hữu cơ và các hợp chất đạm tự nhiên của cá. Trong một chu kỳ mở, nước bị ô nhiễm được đưa ra khỏi hệ thống và được thay thế bằng nước ngọt, trong khi chỉ có một ít nước ngọt được chuyển đến lắp đặt chu trình kín phần lớn nước sẵn có trong các hệ thống này được xử lý và sau đó quay trở lại bể nuôi.
Do việc chuyển giao thường xuyên của nước từ hồ cá vào bể xử lý và ngược lại, loại hình đặc biệt này được gọi là hệ thống nuôi thủy sản tuần hoàn, tóm tắt của RAS. Nước ngày càng khan hiếm ở nhiều nơi trên thế giới và sự cân nhắc về quy định của chính quyền cũng khắt khe trong việc áp đặt các yêu cầu về chất lượng nước hiện tại để nuôi cá thương phẩm, những hệ thống sinh thái kín và kinh tế được lựa chọn thay thế hữu hiệu so với thiết lập chu kỳ nuôi mở trong khi đó, người nuôi cá phải tuân thủ các yêu cầu cao nhất về các công nghệ áp dụng và đặc biệt là chất lượng nước.
Để chất lượng nước phù hợp với yêu cầu cho cá hoặc những loài thủy sinh vật, các chất gây ô nhiễm hữu cơ và các hợp chất nitơ được tìm thấy trong nước, chủ yếu là amoni phải được loại bỏ triệt để. Do đó, việc giảm nitơ xuống một mứ thấp nhất cho cá là một trong những nhiệm vụ chủ yếu của hệ thống xử lý tuần hoàn trong hệ thống nuôi trồng thủy sản. "Mutag RAS BioChip ™ Process" là quy trình hoàn toàn phù hợp cho mục đích này.
Căn cứ vào các phương tiện vận chuyển đối với cử động của vi sinh vật được gọi là Mutag BioChip ™, trong đó, diện tích bề mặt trên 3000 m2/m3 và do đó diện tích bề mặt lớn nhất hiện nay trên thị trường toàn cầu, quy trình Mutag RAS BioChip ™ gấp 5 lần so với những hệ thống tương tự.
Trong quy trình này, lưu lượng dòng chảy được xử lý và chuyển từ bể nuôi vào bể xử lý bằng Giá thể BioChip ™. Bể này hoạt động dựa trên nguyên tắc MBBR (MBBR = Moving Bed Biofilm Reactor) Vi sinh xử lý được “chuyên môn hóa”: các nhóm vi sinh khác nhau phát triển giữa các lớp màng vi sinh, điều này giúp cho các lớp màng sinh học phát triển theo xu hướng tập trung vào các chất hữu cơ chuyên biệt, có thể di chuyển tự do trong nước và được lưu giữ trong hệ thống dạng lơ lửng bằng quá trình quá trình cung cấp hệ thống sục khí qua các ống phân phối khí được lắp dưới đáy bể hoặc bằng máy khuấy chìm.
Đầu tiên, bể sục khí MBBR sẽ chuyển hoá các vi sinh vật dạng nitơ amoni (NH4-N) qua nitrit (NO2) và sau đó là nitrat (NO3). Quá trình này được gọi là quá trình nitrat hóa.

Hình 3: Giá thể vi sinh Mutag Biochip diện tích 3.000 m2/m3

Thông thường, nước được xử lý sinh học theo cách nêu trên được đưa trở lại bể nuôi.
Tùy chọn, trong trường hợp nồng độ nitrate cao, một phần nước được qua trở lại bể vào xử lý với điều kiện thiếu khí với máy khuấy chìm để thực hiện giai đoạn nitrat hóa, Tại bể Anoxic này cũng được dùng giá thể Biochip, quá trình de-nitrat hóa thiếu oxy xảy ra trong khi nitrat (NO3) được biến đổi thành những phân tử nitơ (N2) và thải vào khí quyển như khí vô hại. Sau đó, một phần lưu lượng có thể được tuần hoàn từ bể de-nitrat hóa trở lại giai đoạn quá trình nitrat hóa.
Nghiên cứu so sánh: Quy trình Mutag BioChip ™ RAS
Công ty nuôi trồng thủy sản Đức Fischzucht Langwald, Mutag BioChip ™ được sử dụng kể từ mùa xuân năm 2010 cho các mục đích nitrat hóa trang trại cá tầm (RAS). Trong phạm vi thử nghiệm " phương pháp truyền thống", với giá thể có diện tích bề mặt  900 m2/m3 được so sánh với Mutag BioChip ™ (3.000 m2/m3) trong điều kiện giống nhau  vd thể tích bể, nồng độ và lưu lượng nước sử dụng.
Khối lượng của cả hai bể nuôi là 6 m3, trong khi khối lượng hoạt động của cả hai bể MBBR khi xử lý nước mỗi bể chiếm 600 m3. Hai loại giá thể được sử dụng có tổng diện tích bề mặt bằng nhau, do kích cỡ khác nhau của của giá thể, mật độ giá thể loại truyền thống trong thể tích bể 25% (150 lít) và Mutag BioChip ™ 7.3% (44 lít).
Vào đầu tháng 2 năm 2010, việc cung cấp thức ăn cho cá ban đầu thấp hơn so với tính thích nghi của nhiệt độ nước thấp khoảng 10°C, trong khi nhiệt độ tăng trưởng phụ thuộc vào các vi khuẩn nitrat trên bề mặt vận chuyển diễn ra mất vài tuần. Các hoạt động của màng sinh học có thể được quan sát cho thấy tăng trưởng phù hợp với nhiệt độ tăng cao và việc cung cấp thực phẩm tương ứng được tăng cường.
Sử dụng RAS Mutag BioChip ™ ở MBBR, khử nồng độ NH4 vĩnh viễn chiếm 0,1-0,2 mg/L ở nhiệt độ nước trung bình 21°C - 25°C, trong khi nguồn cung thực phẩm hàng ngày là 500g. Vì trong thử nghiệm, chỉ quá trình nitrat hóa được thực hiện và quan sát do không có MBBR thứ hai nào cho de-nitrat hóa, để giữ NO3 đủ thấp để ngăn chặn thiệt hại cho cá khi trao đổi nước được giữ lại từ 5 đến 15% cho hệ thống mỗi ngày.
Hiệu quả khử NH4 cụ thể được cung cấp bởi Mutag BioChip ™ đã đo được lên đến 0,24 kg NH4-N/m3 giá thể mỗi ngày, trong khi sinh khối cố định trên các loại giá thể trong cả hai bể MBBR là giống hệt nhau mặc dù mật độ dùng giá thể vi sinh Mutag BioChip sử dụng ít hơn

Hình 4: Quá trình nitrat hóa bằng quy trình Mutag BioChip ™ RAS trong một trang trại cá

Hiệu quả xử lý của loại giá thể cổ điển dao động vì những lý do chưa thể giải thích được rõ ràng đồng thời những biến động này có thể được quan sát thấy sự gia tăng NH4 trong nước. Trái lại, sự dao động của NH4 có thể kiểm soát được khi dùng giá thể vi sinh Mutag BioChip ™.
Việc phân tích các kết quả cho thấy rằng: ngay cả khi áp dụng với số lượng ít hơn, giá thể vi sinh Mutag Biochip không chỉ có tác dụng rất hiệu quả trong xử lý nước trong nuôi trồng thủy sản mà còn thể hiện đặc trưng bởi sự ổn định tối đa và do đó cung cấp độ tin cậy cao trong xử lý nước thải.