Đề tài Mô phỏng sự ô nhiễm chất hữu cơ trong ao nuôi tôm

Mô phỏng sự ô nhiễm chất hữu cơ trong ao nuôi tôm Bùi Lai, Lê Thị Quỳnh Hà Nguyễn Thị Kim Lan, Lê Thanh Hải Nội dung Mở đầu Mô hình thực nghiệm  Kết quả nghiên cứu Biến động BOD5 các chất gây ô nhiễm trong ao nuôi tôm Quá trình tự ô nhiễm trong ao nuôi tôm công nghiệp  Kết luận và kiến nghị Mở đầu Ô nhiễm môi trường, bệnh và dịch bệnh đang là mối quan tâm hàng đầu của người nuôi và người quản lý trong nghề nuôi tôm sú.  Việc đánh giá tác động qua lại giữa nghề nuôi và môi trường đang thực hiện theo những cách tiếp cận khác nhau  Đánh giá nguồn gây ô nhiễm và mức lan truyền của quá trình nuôi tôm là công việc cần thiết Mở đầu (tt)  Nếu không tính đến ô nhiễm hóa học (thuốc trị bệnh, hóa chất) thì ô nhiễm hữu cơ trong ao nuôi tôm là quá trình “ô nhiễm nội sinh” (tự ô nhiễm). Ô nhiễm nội sinh do 3 yếu tố cấu thành: thức ăn dư thừa, phân và dịch thải từ tôm nuôi.  “Mức” ô nhiễm và quá trình phân huỷ của các chất được xác định bằng nồng độ BOD5 theo thời gian. Mô hình thực nghiệm Mô hình thực nghiệm xác định BOD5 Thu gom vật chất gây ô nhiễm Thức ăn sử dụng là thức ăn nuôi tôm hãng CP. Phân tôm thu từ sàn ăn mắt lưới 2a = 1mm. Dịch thải thu từ hỗn dịch qua giấy lọc hoặc qua ly tâm. Hỗn dịch được thu từ góc ao sau khoảng 2 giờ quạt nước vào những đêm tôm nuôi có tỷ lệ lột xác cao. Phân và dịch thải thu được bảo quản trong thùng nước đá trước khi phân tích. Mô hình thực nghiệm (tt) Các thông số của điều kiện thí nghiệm Nước thí nghiệm là nước lấy từ ao xử lý cấp nước cho ao nuôi. Nhiệt độ nước 28 – 31°C. Độ mặn của nước: 10 – 12 ‰. pH = 8,2. [DO]  5mg/l. Hàm lượng chất thí nghiệm là 100mg/l. Mô hình thực nghiệm (tt) Bố trí thí nghiệm Phương án: có 3 phương án thí nghiệm cho 3 chất gây ô nhiễm. Dãy thí nghiệm: Mỗi phương án có 12 đơn vị thí nghiệm (bình 1 lít) với khoảng cách thời gian là 1 ngày. Số lần lặp lại: Mỗi đơn vị thí nghiệm được lặp lại 3 lần. Mô hình thực nghiệm (tt) Thiết bị và chỉ số đo BOD5 được đo bằng thiết bị Oxitop – HACH, Model 2173B (USA). Nồng độ oxy xác định bằng máy đo TOA – WQC – 20A. Độ ẩm được xác định bằng phương pháp khối lượng khi sấy vật mẫu ở nhiệt độ 105°C cho đến khi khối lượng cuối cùng không thay đổi. Biến động BOD5 (mg/l) của thức ăn dư phân thải và dịch thải Thời gian (ngày) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 BOD5 do thức ăn tạo ra 0,52 1,84 2,64 9,30 5,42 3,28 2,12 1,72 1,24 1,00 0,92 BOD5 do phân tôm 7,94 4,02 0,87 0,82 0,88 0,75 0,76 0,82 0,80 0,88 0,81 BOD5 do dịch thải 5,84 1,68 1,27 1,32 1,30 1,35 1,20 1,07 0,11 0,54 0,67 Biến động BOD5 từ thức ăn nuôi tôm theo thời gian y = 0.5659e 0.9029x R 2 = 0.9637 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 1 2 3 Thời gian (ngày) y = 25.3e -0.3669x R 2 = 0.9402 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 3 4 5 6 7 8 9 10 Thời gian (ngày) Biến động BOD5 từ thức ăn nuôi tôm theo thời gian – tổng hợp hai giai đoạn 0 2 4 6 8 10 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Thời gian (ngày) BOD đo đạc BOD tính toán Biến động BOD5 do phân tôm theo thời gian y = 7.94e-0.851x R2 = 0.9043 0 2 4 6 8 10 0 1 2 3 4 5 Thời gian (ngày) Biến động BOD5 do dịch thải của tôm theo thời gian y = 5.8e-0.8553x R2 = 0.8605 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 Thời gian (ngày) Các thông số tạo ra ô nhiễm hữu cơ trong ao nuôi Thời gian (ngày) 0 15 30 45 60 75 90 105 120 Tỷ lệ sống (%) 100.0 79.6 73.5 70.8 67.4 65.1 62.4 59.6 57.3 Số lượng (ngàn cá thể/ha) 300.0 238.0 220.5 212.4 202.2 195.3 187.2 178.8 171.9 Thể trọng (g/con) 0.0 0.2 0.7 3.3 6.8 11.1 15.7 20.6 24.6 Khối lượng (kg/ha) 6 40596 163 101 1383 2168 2930 3683 4221 Tỷ lệ lượng thức ăn cung cấp ngày (%) so với khối lượng tôm. 10.0 10.0 8.0 6.0 5.0 4.0 3.0 2.5 2.5 Lượng thức ăn ngày (kg/ha) 0.6 4.0 13.0 42.0 69.0 87.0 88.0 92.0 105.0 Lượng thức ăn dư (kg/ha) 0.1 0.4 1.3 4.2 6.9 8.7 8.8 9.2 10.5 Tỷ lệ phân thải (%) so với khối lượng tôm. 10.0 8.0 5.3 4.0 3.4 2.7 2.6 2.5 2.5 Lượng phân thải ngày (kg/ha) 0.6 3.3 8.7 28.0 47.0 58.5 76.4 92.1 105.7 Lượng dịch thải ngày (kg/ha) 0.5 2.8 7.4 23.8 40.0 49.8 65.0 78.3 89.9 Số lượng (cá thể/ha) y = 291616x -0.2343 R2 = 0.9834 0 50000 100000 150000 200000 250000 300000 350000 0 15 30 45 60 75 90 105 120 Xấp xỉ số lượng tôm trên 1 ha Tham số Đơn vị Hàm xấp xỉ Số lượng tôm con/ha Thể trọng kg/con Khối lượng kg/ha Lượng phân thải ngày kg/ha Lượng dịch thải ngày kg/ha Lượng thức ăn dư kg/ha y = -0,0001x3 + 0,0204x2 + 0,3226x - 2,8586 -0.2343 291616 1 15 x y                      75khi85.100.297 75khi1 15 017.0 6481.3 xx x x y               75khi23.90643.02 75khi1 15 1647.5 3484.3 xx x x y              60khi0219051 60khi1 15 53860 7372 x.x-. x x , y = ,              60khi17.1689.0 60khi1 15 45780 7372 xx- x x , y = , PT thực nghiệm của các thông số trong ao Mô phỏng quá trình tự ô nhiễm hữu cơ trong ao nuôi tôm công nghiệp Theo số liệu thống kê về sự biến động của các tham số: số lượng tôm, thể trọng tôm, khối lượng tổng đàn trên 1 ha, lượng dịch thải ngày, lượng thức ăn dư, tỷ lệ phân thải, Từ các tham số này có thể tính ra lượng phân thải ngày Mô phỏng quá trình tự ô nhiễm hữu cơ trong ao nuôi tôm công nghiệp (tt)  Tuy nhiên, số lượng thức ăn dư, phân, dịch thải trong nước ao nuôi còn phân hủy theo như các thí nghiệm đã chỉ ra.  Do đó đến ngày thứ k thì BOD5 do các thành phần này gây ra trong 1 ha ao nuôi tôm có độ sâu 1m sẽ là:    5 1 k jj i i fBOD    BOD5 của ao nuôi sẽ bằng tổng của ba quá trình này và BOD5 trong nước ao nuôi ban đầu. Mức ô nhiễm hữu cơ ao nuôi khi mật độ nuôi ban đầu là 20 cá thể/m2, mức nước 1,5m 0 2 4 6 8 10 0 50 100 150 Thôøi gian (ngaøy) [B O D 5 ] (m g /l ) BOD do thức ăn dư BOD do phân BOD do dịch BOD tổng Mức ô nhiễm hữu cơ ao nuôi khi mật độ nuôi ban đầu là 30 cá thể/m2, mức nước 1,5m 0 2 4 6 8 10 12 0 50 100 150 Thôøi gian (ngaøy) [B O D 5 ] (m g /l ) BOD do thức ăn dư BOD do phân BOD do dịch BOD tổng Mức ô nhiễm hữu cơ ao nuôi khi mật độ nuôi ban đầu là 40 cá thể/m2, mức nước 1,5m 0 2 4 6 8 10 12 14 0 50 100 150 Thôøi gian (ngaøy) [B O D 5 ] (m g /l ) BOD do thức ăn dư BOD do phân BOD do dịch BOD tổng Mức ô nhiễm hữu cơ ao nuôi khi mật độ nuôi ban đầu là 50 cá thể/m2, mức nước 1,5m 0 2 4 6 8 10 12 14 16 0 50 100 150 Thôøi gian (ngaøy) [B O D 5 ] (m g /l ) BOD do thức ăn dư BOD do phân BOD do dịch BOD tổng Mật độ tôm thả trong ao nuôi ban đầu (con/m²) Ngày 10 20 25 30 35 40 45 50 0 4 4 4 4 4 4 4 4 10 4.02 4.03 4.04 4.05 4.06 4.08 4.09 4.1 20 4.04 4.09 4.11 4.14 4.17 4.2 4.23 4.26 30 4.09 4.18 4.23 4.28 4.33 4.39 4.45 4.51 40 4.15 4.31 4.4 4.48 4.57 4.67 4.76 4.86 50 4.24 4.49 4.63 4.76 4.9 5.04 5.19 5.34 60 4.36 4.73 4.93 5.13 5.33 5.53 5.75 5.96 70 4.46 4.94 5.19 5.44 5.7 5.96 6.23 6.5 80 4.55 5.13 5.42 5.73 6.03 6.35 6.66 6.99 90 4.64 5.32 5.66 6.01 6.37 6.73 7.1 7.48 100 4.74 5.5 5.9 6.3 6.71 7.12 7.54 7.97 110 4.83 5.69 6.13 6.58 7.04 7.51 7.98 8.47 120 4.92 5.88 6.37 6.87 7.38 7.9 8.42 8.96 BOD tổng cộng trong ao nuôi với các giá trị mật độ thả giống khác nhau Sự ô nhiễm hữu cơ trong ao nuôi với các mật độ nuôi khác nhau (con/m²) 0 2 4 6 8 10 0 20 40 60 80 100 120 140 thời gian nuôi tôm (ngày) B O D ( m g /l ) . 10 20 30 40 50 Ngày Khối lượng tôm thu hoạch (kg/ha) BOD sinh ra (kg/ha) 10 1440.08 501.52 20 2880.18 983.62 25 3600.2 1232.4 30 4320.25 1486.32 35 5040.3 1745.38 40 5760.33 2009.59 45 6480.38 2278.94 50 7200.4 2553.45 Khối lượng tôm thu hoạch được và BOD5 sinh ra do nuôi tôm Kết luận Quá trình ô nhiễm hữu cơ trong ao nuôi tôm còn được gọi là “ô nhiễm nội sinh” do thức ăn dư thừa, phân và dịch thải của tôm nuôi tạo ra với mức độ khác nhau lần lượt theo thứ tự giảm dần là thức ăn, phân và cuối cùng là dịch thải của tôm nuôi.  Trong điều kiện hiếu khí ([DO]  5mg/l), đường cong phân huỷ BOD5 của vật chất gây ô nhiễm được biểu hiện bằng các biểu thức toán học với hệ số tương quan rất cao (R2 > 0,9) so với các giá trị phân tích thực nghiệm. Kết luận (tt)  Bằng các số liệu thực nghiệm và giả định về mức sống sót, lượng dịch và phân thải, thức ăn dư thừa của tôm nuôi, đã thiết lập được các phương trình toán học tương ứng và lập trình được quá trình ô nhiễm hữu cơ thành phần cũng như ô nhiễm hữu cơ tổng hợp từ ba nguồn kể trên.  Theo tiêu chuẩn nuôi tôm sú công nghiệp, mức độ ô nhiễm hữu cơ trong ao nuôi phụ thuộc vào mật độ thả ban đầu. Kết luận (tt)  Với hàm lượng hữu cơ nguồn nước cấp (BOD5) là 4mg/l, với các mật độ (cá thể/m2) ban đầu là 20, 25, 30 và 50, thời điểm ao nuôi bắt đầu bị ô nhiễm hữu cơ tương ứng (7mg/l) là 80, 70, 60 và 40 ngày tính từ thời điểm thả giống, khi mực nước ao nuôi duy trì ở mức 1,0m và 110, 90, 75 và 60 ngày đối với mực nước ao nuôi là 1,5m.  Từ thời điểm này, cần có các giải pháp giảm thiểu ô nhiễm hữu cơ thích hợp Kiến nghị  Kết quả thí nghiệm và mô phỏng trên đây được coi là mô hình cơ sở để đánh giá mức độ và quá trình ô nhiễm hữu cơ cho vùng nuôi tôm với các bước đi tiếp theo là xây dựng nguồn dữ liệu “công nghệ nuôi tôm”, lập trình và xây dựng phần mềm cho “Quá trình lan truyền và phân hủy của các chất gây ô nhiễm hữu cơ trong vùng nuôi tôm”. Cám ơn sự chú ý! Các thông số đầu vào Các kết quả tính toán Các kết quả tính toán (tt) Các kết quả tính toán (tt) 20 con/m² 20 con/m² 30 con/m² 30 con/m² 40 con/m² 40 con/m² 50 con/m² 50 con/m²