Chế Phẩm Sinh Học Xử Lý Amoni Và Nitrit Trong Môi Trường Nuôi Tôm ...

Các hợp chất nitơ chính tồn tại trong môi trường nước nuôi thủy sản là amoni, nitrit và nitrat. Chúng là những hợp chất gây độc cho cá, động vật thân mềm, giáp xác và cực kỳ độc cho tôm. Các hợp chất ni tơ vô cơ này nếu không được xử lý sẽ tăng lên theo cấp số nhân trong suốt thời vụ nuôi tôm. Chỉ với hàm lượng amoni (NH4+) 0,425 mg/L trong môi trường nước có thể gây độc cho tôm, cá và các động vật thuỷ sinh khác. Khi nhiệt độ và pH trong môi trường tăng cao, NH4+ (amonium) sẽ chuyển thành NH3 (amonia) - là chất rất độc đối với ấu trùng tôm chỉ với liều lượng rất nhỏ 0,1 mg /L. Nếu NH3 tăng cao sẽ tăng tỷ lệ tử vong và dẫn đến tôm chết hàng loạt do dễ lây nhiễm vi khuẩn gây bệnh như Vibrio alginolyricus và không còn khả năng chống chịu. Hàm lượng nitrit thường được tạo thành bởi 2 quá trình (bước đầu tiên của quá trình nitrat hóa và bước đầu tiên của quá trình khử nitrat) cũng gây độc đối với ấu trùng tôm, giảm khả năng sinh trưởng, nếu vượt ngưỡng cho phép sẽ làm giảm sự vận chuyển oxy trong máu dẫn đến tôm bị stress, tôm yếu dần và chết. Mặc dù nitrit được cho rằng nó ít độc hại hơn so với amonia, nhưng phơi nhiễm lâu sẽ gây độc. Đối với nhiều các loài tôm, giá trị LC50 sau 48 giờ là 12,1mM nitrit, với loài cá Macrobrachium rosenbergii là 0,71 mM, tùy thuộc vào mỗi loài mà ảnh hưởng bởi nitrit với các nồng độ khác nhau. Nitrat được hình thành bới quá trình oxy hóa nitrit trong các đầm nuôi tuy không gây độc trực tiếp cho tôm, cá bởi hàm lượng tạo thành thường thấp hơn tiêu chuẩn cho phép, nitrat chỉ độc với tôm, cá khi hàm lượng > 50 mg/L, hàm lượng lớn sẽ gây hiện tượng phú dưỡng.

Để giảm thiểu các hợp chất nitơ gây ô nhiễm trong môi trường nuôi tôm và đảm bảo chất lượng tôm nuôi, các phương pháp sinh học được đặc biệt chú trọng để áp dụng do tính thân thiện với môi trường và bảo vệ chất lượng an toàn nguồn thực phẩm thủy sản. Công nghệ được áp dụng chủ yếu là công nghệ nitrat hóa – khử nitrat với sự tham gia của các nhóm vi khuẩn tự dưỡng, dị dưỡng và hình thành các chế phẩm sinh học để bổ sung vào môi trường nuôi tôm.

Những năm gần đây, tại Việt Nam nhiều công trình nghiên cứu của các trường đại học, các viện nghiên cứu, các trung tâm nghiên cứu thủy sản về chế phẩm sinh học (CPSH) sử dụng trong cải thiện môi trường, phòng trị bệnh ở nhiều trang trại nuôi tôm. Nhưng CPSH còn chưa ổn định trong việc loại bỏ các hợp chất nitơ trong ao nuôi thủy sản, do đó trên thị trường xuất hiện các sản phẩm ngoại nhập, nhiều sản phẩm chưa hiệu quả ở Việt Nam do khác nhau về điều kiện khí hậu, thủy văn, nguồn gốc chủng giống..., một số khác có hiệu quả xử lý nhưng giá thành cao.

Trên cơ sở đó, tại viện Công nghệ Sinh học đã thực hiện đề tài nghiên cứu cấp cơ sở “Nghiên cứu sản xuất chế phẩm nitrat hóa xử lý môi trường thủy sản” với mã số CS15-03. Bước đầu đã tạo được CP nitrat hóa cho mục đích xử lý nước NTTS bị ô nhiễm nitơ và cũng đã được được thử nghiệm ngoài thực tế tại đầm nuôi tôm thuộc tỉnh Sóc Trăng, kết quả đã loại bỏ đến 99% các thành phần nitơ trong quá trình nuôi tôm mà không cần thay nước. Kết quả của đề tài đã được cấp bằng giải pháp hữu ích số 2027 và chủ nhiệm ĐT đã được cấp bằng lao động sáng tạo của Tổng Liên đoàn Lao động Việt Nam. Tuy nhiên CPSH này mới chỉ giải quyết được quá trình nitrat hóa, để hoàn thiện sản phẩm thì cần phải có thêm quá trình thứ 2 là khử nitrat trong đó bao gồm cả khử nitrit, như vậy sẽ tạo một CPSH hoàn chỉnh loại bỏ triệt để amoni và nitrit. Do đó dự án SXTN “Hoàn thiện công nghệ sản xuất chế phẩm nitrat hóa - khử nitrat để xử lý môi trường nước nuôi thủy sản” cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đã được thực hiện.

Chế phẩm sinh học này được hình thành với sự tham gia của hệ vi khuẩn nitrat hóa và khử nitrat/nitrit trong xử lý môi trường NTTS bị ô nhiễm các hợp chất nitơ. Đặc biệt, các vi khuẩn khử nitrat/nitrit mà nhóm nghiên cứu phân lập được có thể thực hiện trong điều kiện hiếu khí, nên hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi sự cung cấp oxy cho động vật thủy sản trong suốt quá trình nuôi.

Hình 1. Khả năng khử nitrit trong điều kiện kỵ khí (A) và hiếu khí (B) của vi khuẩn khử nitrit lựa chọn

Các chủng vi khuẩn khử nitrat/nitrit phân lập được có khả năng khử nitrit hiếu khí, trong đó ST26 có hoạt tính mạnh nhất đạt hiệu quả chuyển hóa nitrit tới 99% chỉ trong 2 ngày và không phát hiện nitrit ở ngày tiếp theo. Đến ngày thứ tư thì hiệu quả khử nitrit của ST20 đạt 92,6%, BL5 đạt 87,5%. Hiệu quả xử lý nitrit ở điều kiện hiếu khí giảm ½ thời gian so với điều kiện kỵ khí (Hình 1). Ba chủng vi khuẩn khử nitrat/nitrit này đã được định danh và thuộc các chi Pseudomonas và Bacillus, khi chúng kết hợp với các vi khuẩn nitrat hóa thuộc chi Nitrosomonas và Nitrobacter (đã được nghiên cứu trước đó) tạo chế phẩm xử lý hoàn hảo và triệt để các hợp chất ni tơ vô cơ trong đầm ao nuôi tôm thương phẩm.

Khi so sánh với chế phẩm Pondplus ngoài thị trường mà người dân thường dùng để xử lý ni tơ thì chế phẩm nitrat hóa-khử nitrat nghiên cứu này có hiệu quả xử lý đồng bộ amoni và nitrit cao và ổn định ở các nồng độ ni tơ từ 20, 50 và 100 mg N/L, đạt 97 - 98%, trong khi khả năng loại bỏ amoni của chế phẩm Pondplus chỉ đạt khoảng 60% (Hình 2).

Hình 2. Khả năng xử lý nitơ của CP PondPlus (A) và CP nghiên cứu (B) trong hệ 50L . Ghi chú: [amoni] = [nitrit] ngày đầu tiên của mỗi giai đoạn.

Chế phẩm đã được thử nghiệm tại đầm nuôi tôm thẻ chân trắng trên diện tích 3000 m2 tại Trà Vinh của công ty cổ phần Maya farm trong suốt 3 vụ nuôi tôm (90 ngày/vụ) với mật độ nuôi 300 con/m2. Kết quả cho thấy hàm lượng amoni và nitrit trong môi trường nuôi tôm dưới ngưỡng cho phép (theo QCVN 38:2011/BTNMT, hàm lượng amoni không quá 1 mgN/L). Sản lượng thu hoạch đạt trung bình 3367 kg/ vụ, tỷ lệ tôm chết thấp, tăng doanh thu trên 10% cho người nuôi so với đầm nuôi tôm không sử dụng chế phẩm nghiên cứu. Nên chế phẩm rất hiệu quả trong nuôi tôm thương phẩm. Đây là một kết quả có ý nghĩa quan trọng trong nghiên cứu khoa học cũng như ứng dụng ngoài thực tiễn và hy vọng chế phẩm nitrat hóa-khử nitrat nghiên cứu này sẽ là một trong những sản phẩm thương mại có triển vọng rộng trong cải tạo môi trường NTTS tại Việt Nam (Hình 3).

Hình 3. Hiệu quả xử lý nitơ của chế phẩm nghiên cứu trên mô hình nuôi tôm tại Trà Vinh của 3 vụ nuôi tôm

Kết quả của Dự án SXTN đã đăng ký sáng chế được chấp nhận đơn hợp lệ; đăng được 1 bài báo quốc tế thuộc danh mục SCI-E và được Hội đồng nghiệm thu ngày 28/06/2022 cấp Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam đánh giá đạt "Xuất sắc".

Hình 4. Chế phẩm nitrate hóa – khử nitrate

Nguồn: Ban Ứng dụng và Triển khai công nghệ Xử lý tin: Phương Hà