Loại bỏ khí Nito + Nh3 + NO2 > Bằng quá trình quang dưỡng , tự dưỡng và dị dưỡng

Ngày đăng: 15/08/2024 04:41 PM

    Loại bỏ khí Nito + Nh3 + NO2 > Bằng quá trình quang dưỡng , tự dưỡng và dị dưỡng 

    Nuôi trồng thủy sản { Nuôi Tôm } có thể được định nghĩa là việc nuôi Tôm trong điều kiện được kiểm soát, trong đó mục tiêu chính là sản xuất ra một sản phẩm Tôm có thể bán được một cách hiệu quả và tiết kiệm chi phí nhất có thể. Điều này thường ngụ ý rằng hệ thống sử dụng mật độ thả nuôi cao nhất có thể, thức ăn chất lượng cao nhất và quản lý chất lượng nước tích cực. Trong các hệ thống này, nồng độ amoniac-nitơ cao là chất bài tiết do hàm lượng protein cao trong thức ăn và mật độ nuôi cao, thường vượt quá 5>10 kg/m 3 . Vì ngay cả nồng độ amoniac thấp cũng có thể gây độc cho hầu hết các loài động vật nuôi , người nuôi trồng thủy sản cần cung cấp các cơ chế để tăng cường loại bỏ amoniac nhằm duy trì nồng độ chấp nhận được. Điều này cũng đúng đối với nhiều thông số chất lượng nước khác, đặc biệt là nồng độ nitrit, carbon dioxide và chất rắn lơ lửng hoặc tải lượng hữu cơ cao. Tải lượng carbon hữu cơ trong hệ thống đặc biệt quan trọng, vì nó liên quan đến nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) trong hệ thống và liệu khối nước có cần sục khí bổ sung khi BOD này được sử dụng hay không.

    Hệ thống nuôi tôm thường được phân loại thành ba loại chung: ao nuôi mở rộng, ao nuôi thâm canh và hệ thống bể tuần hoàn và kênh dẫn nước tuần hoàn thâm canh. Trong cả hệ thống ao nuôi mở rộng và thâm canh, sản xuất amoniac được kiểm soát thông qua quá trình oxy hóa thành nitrat bằng sự kết hợp của các quá trình tự dưỡng, được thúc đẩy bởi vi khuẩn nitrat hóa và các quá trình quang tự dưỡng đồng hóa amoniac trực tiếp thành sinh khối tảo.

    -Ví dụ, các hệ thống sản xuất tôm biển ao mở rộng thường rất lớn và có tải trọng sinh khối thấp, vào khoảng 1>2 kg/m 3 . Do sinh khối thấp này, nhìn chung không có thao tác chủ động nào đối với chất lượng nước, ngoài việc cung cấp sục khí bổ sung trong thời gian nhu cầu oxy cao do tảo hô hấp vào sáng sớm.

    Gần đây để cải thiện kinh tế, tải trọng sinh khối tôm biển trong ao đã được tăng cường lên tới 3 đến 5 kg/m 3 bằng cách cung cấp sự trộn lẫn tích cực của cột nước, loại bỏ bùn tích tụ, sử dụng thức ăn được pha chế chất lượng cao, sục khí bổ sung liên tục và sự phát triển của hệ thống sản xuất phân vùng. Có xi phong bùn đáy ao.

    Hệ thống tuần hoàn chuyên sâu được vận hành ở tỷ lệ trao đổi nước rất thấp (20% đến 30% mỗi ngày). Sự tích tụ amoniac-nitơ vô cơ trong các hệ thống sản xuất chuyên sâu này theo truyền thống được kiểm soát bằng cách sử dụng các [hệ thống loc sinh học } + {Hệ thống làm giàu oxy + Hệ thống diệt khuẩn tia UV, hay Ozone} dựa trên quá trình nitrat hóa amoniac-nitơ thành nitrat-nitơ bởi Vi khuẩn oxy hóa amoniac (AOB) và Vi khuẩn oxy hóa nitrit (NOB), vi khuẩn tự dưỡng. Sự phát triển của vi khuẩn dị dưỡng và sự tích tụ cacbon hữu cơ được giảm thiểu thông qua việc loại bỏ nhanh chóng chất rắn khỏi hệ thống và bằng cách sử dụng một số mức trao đổi nước.

    Trong vài năm gần đây, nghiên cứu chứng minh hệ thống sản xuất tôm biển trao đổi nước thấp đã được tiến hành, và các hệ thống quản lý không trao đổi đã được phát triển để sản xuất tôm biển quy mô lớn dựa trên tảo quang tự dưỡng truyền thống , và nơi chất nền cacbon hữu cơ không bền được thêm vào hệ thống để hỗ trợ quá trình trao đổi chất của vi khuẩn. Ở tỷ lệ cacbon hữu cơ trên nitơ (C/N) cao, vi khuẩn sẽ đồng hóa nitơ, tức là amoniac, từ nước và sản xuất protein tế bào. Một số nỗ lực đã được thực hiện để phát triển công nghệ cho các hệ thống sản xuất trong nhà ở mật độ cao , mặc dù cần lưu ý rằng ngoài tảo và sinh khối vi khuẩn, mỗi loại này đều kết hợp thêm một số hình thức lọc sinh học màng cố định.

    Khi xem xét tài liệu về hệ thống trao đổi không, có vẻ như có sự hiểu biết hạn chế về loại hệ thống loại bỏ amoniac đang được sử dụng và liệu nó có dựa trên quang tự dưỡng, vi khuẩn tự dưỡng hay vi khuẩn dị dưỡng hay thực tế là hỗn hợp của cả ba. Để tối ưu hóa chất lượng nước và quản lý hiệu quả hệ thống nuôi trồng thủy sản, điều quan trọng là phải hiểu loại nào và tác động của hệ thống loại bỏ amoniac đến chất lượng nước. Bài này xem xét ba con đường loại bỏ amoniac này, xây dựng một tập hợp các mối quan hệ cân bằng tỷ lệ lượng sử dụng các mối quan hệ bán phản ứng và thảo luận về tác động của chúng đến chất lượng nước. Ngoài ra, các nguyên tắc cơ bản về sự phát triển của vi khuẩn được sử dụng để mô tả sản xuất chất rắn lơ lửng dễ bay hơi và tổng chất rắn lơ lửng cho các hệ thống tự dưỡng và dị dưỡng.

    ==== Bài này là lúc mới bắt đầu nuôi tôm thẻ 2006 hay 2007 gì đó mình không nhớ rõ { lúc đó nuôi 300c/m3 nuôi về size 100c đa số là vậy } thì cũng ổn > khi nuôi về size lơn hơn 70c là trục trặc do khi độc > thiếu oxy …..rất nhiều thứ trong đó có chế phẩm vi sinh và hệ thống cung cấp oxy cho ao tôm còn thiếu….thời đó chưa có bán ống nano oxy như bây giờ….Lúc mình đã sử dung máy ozone 5g/h thời đó rất cao tiền và đưa xuống Ejector đưa xuống dưới giàn nguồn thì cũng có hiệu quả và nhanh hơn mấy chổ khác, nhưng về tới size bắt đầu cũng trục trặc do khí độc, …….nhiều thứ. Trong đó có phần quan trọng là chế phẩm sinh học ---là men vi sinh…Thời đó đa sớ dùng BZT của Mỹ xịn , không như bây giờ…lúc đó hầu như mấy nước ĐNA cũng dùng BZT. Từ lúc này mình mới bắt đầu tìm hiểu chuyên sâu và học về nuôi cấy và sản xuất men vi sinh theo nhu cầu của mình……{ dài lắm nói tới đây ….hôm nào có dịp nói tiếp….}

    2/ Amoniac -nitơ… được tạo ra như thế nào ? Amoniac được tạo ra như một sản phẩm cuối cùng chính của quá trình chuyển hóa dị hóa protein và được bài tiết dưới dạng amoniac không ion hóa qua mang của các sinh vật thủy sinh. Amoniac, nitrit và nitrat đều hòa tan cao trong nước. Trong nước, amoniac tồn tại ở hai dạng: amoniac không ion hóa, NH3 và amoni ion hóa, NH4 + . Nồng độ tương đối của mỗi dạng này chủ yếu là hàm số của pH, nhiệt độ và độ mặn. Tổng của hai (NH 4 + + NH 3 ) thường được gọi là tổng amoniac-nitơ (TAN) hoặc đơn giản là amoniac.

    -Trong hóa học thủy sinh, người ta thường biểu thị các hợp chất nitơ vô cơ theo nitơ mà chúng chứa, tức là NH 4 + –N (amoniac-nitơ ion hóa), NH 3 –N (amoniac-nitơ không ion hóa), NO 2 − –N (nitrit-nitơ) và NO 3 − –N (nitrat-nitơ). Điều này cho phép tính toán tổng amoniac-nitơ dễ dàng hơn (TAN = NH 4 + –N + NH 3 –N) và cân bằng khối lượng giữa các giai đoạn nitrat hóa khác nhau.

    Có thể tính toán ước tính lượng amoniac-nitơ sinh ra mỗi ngày trong hệ thống nuôi tôm dựa trên tỷ lệ cho ăn:

    Hằng số trong phương trình tạo amoniac giả định rằng protein là 40% nitơ, 80% nitơ được đồng hóa bởi sinh vật, 80% nitơ đồng hóa được bài tiết và 90% nitơ được bài tiết dưới dạng TAN + 10% dưới dạng urê. Ngoài ra, nitơ trong phân và thức ăn thừa được loại bỏ nhanh chóng bằng cách lắng đọng hoặc lọc và bùn được loại bỏ khỏi hệ thống.

    Đối với nuôi tôm không trao đổi dựa trên vi khuẩn dị dưỡng, công thức này cần được sửa đổi để phản ánh rằng chất rắn không được loại bỏ khỏi hệ thống và không có bộ lọc sinh học màng cố định truyền thống. Do đó, tất cả nitơ được bài tiết, cả TAN và urê đều có sẵn cho cộng đồng vi khuẩn. Ngoài ví dụ được sử dụng trong bài này, dữ liệu nghiên cứu cho thấy 90% nitơ được tôm biển đồng hóa được bài tiết dưới dạng TAN và urê.

    Sau đây là đánh giá về ba con đường chuyển đổi nitơ này — vi khuẩn quang tự dưỡng (dựa trên tảo), vi khuẩn tự dưỡng và vi khuẩn dị dưỡng và ý nghĩa – Trong nuôi tôm công nghiệp các thông số chất lượng nước, quan trọng nhất là amoniac-nitơ, nitrit-nitơ, carbon dioxide và độ kiềm, độ cứng và {Tổng cân bằng ion âm và ion dương }

    3/. Quang tự dưỡng (hệ thống dựa trên tảo)

    -A . Bối cảnh — hệ thống quang tự dưỡng

    Các ao nuôi trồng thủy sản thông thường dựa vào việc sử dụng quá trình tổng hợp tảo để loại bỏ phần lớn nitơ vô cơ. Nhược điểm chính của các hệ thống dựa trên tảo là sự thay đổi lớn trong ngày về oxy hòa tan, độ pH và amoniac-nitơ và những thay đổi dài hạn về mật độ tảo và 'chết hàng loạt' thường xuyên. Quần thể tảo không được quản lý trong các ao thông thường thường có thể cố định 2–3 g carbon/m 2 ngày. Các ao hỗn hợp có tỷ lệ cao được quản lý tốt có thể tạo ra tỷ lệ cao hơn, 10–12 g carbon/m 2 ngày

    >> Nôm na như nuôi tôm hiện nay ít dùng vi sinh >> Có dùng không hiệu quả thường là do chế phẩm vi sinh kém chất và cách dùng không hợp lý.

    -B. Hóa học lượng học — hệ thống quang tự dưỡng

    Quá trình sinh tổng hợp của tảo nước mặn có thể được mô tả chung bằng các mối quan hệ thành phần hóa học sau đây đối với amoniac là nguồn nitơ:

    16NH 4 + + 92CO 2 + 92H 2 O + 14HCO 3 − + HPO 4 2− → C 106 H 263 O 110 N 16 P + 106 O 2

    Hoặc, đối với nitrat là nguồn nitơ: 

    16 NO 3 − + 124 CO 2 + 140 H 2 O + HPO 4 2− → C 106 H 263 O 110 N 16 P + 138 O 2 (4) + 18 HCO 3 –

    trong đó C 106 H 263 O 110 N 16 P biểu thị công thức thành phần hóa học của tảo nước biển.

    Lưu ý :Và nhớ cho kỹ.    - 3,13 g kiềm (dưới dạng CaCO 3 ) được tiêu thụ cho mỗi g amoniac-nitơ tiêu thụ trong mối quan hệ đầu tiên và 4,02 g kiềm (dưới dạng CaCO 3 ) được tạo ra cho mỗi g nitrat-nitơ tiêu thụ trong mối quan hệ thứ hai. Sử dụng các mối quan hệ tỷ lệ lượng này, đối với mỗi g amoniac-nitơ chuyển đổi thành sinh khối tảo, 18,07 g carbon dioxide được tiêu thụ và đối với mỗi g nitrat-nitơ sử dụng 24,4 g carbon dioxide. Tương ứng, 15,14 và 19,71 g O 2 được tạo ra tương ứng trên mỗi gam amoniac-nitơ và trên mỗi gam nitrat-nitơ. Cuối cùng, một lượng lớn sinh khối tảo, 15,85 g được tạo ra trên mỗi gam nitơ amoniac hoặc nitrat.

    4. Vi khuẩn tự dưỡng — nitrat hóa

    A. Bối cảnh — vi khuẩn tự dưỡng  

    Có hai nhóm vi khuẩn riêng biệt về mặt phát sinh loài cùng thực hiện quá trình nitrat hóa. Hai nhóm vi khuẩn này thường được phân loại là vi khuẩn tự dưỡng hóa tổng hợp vì chúng lấy năng lượng từ các hợp chất vô cơ trái ngược với vi khuẩn dị dưỡng lấy năng lượng từ các hợp chất hữu cơ. Vi khuẩn oxy hóa amoniac (AOB) lấy năng lượng bằng cách phân hủy amoniac không ion hóa thành nitrit và bao gồm vi khuẩn thuộc các chi Nitrosomonas , Nitrosococcus , Nitrosospira , Nitrosolobus và Nitrosovibrio . Vi khuẩn oxy hóa nitrit (NOB) oxy hóa nitrit thành nitrat và bao gồm vi khuẩn thuộc các Nitrosomonas , Nitrosococcus , Nitrosospira , Nitrosolobus và Nitrosovibrio .

    Vi khuẩn oxy hóa nitrit (NOB) oxy hóa nitrit thành nitrat và bao gồm vi khuẩn thuộc các chi Nitrobacter , Nitrococcus , Nitrospira và Nitrospina . Vi khuẩn nitrat hóa chủ yếu là vi khuẩn tự dưỡng bắt buộc, tiêu thụ carbon dioxide làm nguồn carbon chính và vi khuẩn hiếu khí bắt buộc, cần oxy để phát triển .

    Các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ nitrat hóa trong quá trình tăng trưởng lơ lửng bao gồm: nồng độ amoniac-nitơ và nitrit-nitơ, tỷ lệ cacbon/nitơ, oxy hòa tan, pH, nhiệt độ và độ kiềm. Tác động của tỷ lệ cacbon/nitơ sẽ được thảo luận sau trong bài báo. Tác động của oxy hòa tan, pH, nhiệt độ và độ kiềm.

    ----- Từ cái chổ khúc mắt này > mình tạo ra 1 quy trình hoàn thiện về quản lý chất lượng như hiện nay. Bà con nhớ cho kỹ nuôi tôm là quá trình và một quy trình hoàn chỉnh và áp dung đúng cách từ Cơ học và Vật Lý { thiết bị tạo oxy…..} Hoá học, hoá sinh, Hoá dược, sinh học và sinh hoá một cách bài bàn từ A>Z thì khả năng thành công rất cao……..

    -B. . Thành phần hóa học — vi khuẩn tự dưỡng

    Các nguyên lý nhiệt động lực học cổ điển có thể được áp dụng cho các phản ứng sinh học để mô tả cách chúng sử dụng năng lượng thông qua các quá

    trình oxy hóa-khử. Phương pháp tiếp cận tương đương electron được sử dụng để tính đến năng lượng và dòng electron vì hầu hết các phản ứng có liên quan là phản ứng oxy hóa khử. "Tương đương electron (eeq)" của một chất bằng lượng chất đó sẽ cung cấp 1 mol electron cho một phản ứng cụ thể. 

    Phản ứng oxy hóa khử bao gồm các hợp chất mất electron (chất cho electron), trong khi các hợp chất khác thu được electron (chất nhận electron). Một loạt các phản ứng bán cân bằng sau đó có thể được viết để mô tả một quá trình sinh học, chẳng hạn như quá trình nitrat hóa, quá trình khử nitrat hoặc quá trình oxy hóa carbohydrate. đã phát triển một loạt các phản ứng bán phần cho nhiều chất cho điện tử và chất nhận điện tử khác nhau được sử dụng để phát triển các mối quan hệ được trình bày ở dưới đây

    Thành phần hóa học của quá trình chuyển hóa 1,0 g NH4 + –N của vi khuẩn tự dưỡng

    -+ Vật tư tiêu hao >NH4 + –N - Tiêu thụ (g) > 1.0 - N (khí) > 1.0

    + Độ kiềm > Hóa học lượng tử - > 7,05 g Alk/g N - Tiêu thụ (g) > 1,69

    + Ôxy - Hóa học lượng tử - 4,18 g O 2 /g N - Tiêu thụ (g) > 4.18

    + CO2 - Hóa học lượng tử >- 5,85 g CO 2 /g N - Tiêu thụ (g) > 5,85 - C vô cơ (g) > 1,59

    Sau đó, có thể sử dụng cân bằng năng lượng tự do để ước tính các giá trị cho f e và f s . = năng lượng tự do được giải phóng trên mỗi eeq chất cho electron được chuyển đổi thành năng lượng (hô hấp). Tiếp theo, kết hợp phản ứng cho với phản ứng nhận để cân bằng electron. Ví dụ: có thể được sử dụng, nghĩa là amoniac-nitơ được oxy hóa thành NO 3 − với O 2 là chất nhận, năng lượng ATP cần thiết để tổng hợp 1 eeq tế bào từ bất kỳ nguồn cacbon và nitơ nào. Sau đó, giả sử A = eeq chất cho electron chuyển đổi thành năng lượng trên eeq tế bào được tổng hợp, bỏ qua quá trình phân hủy tế bào nội sinh hoặc năng lượng duy trì.

    -Giả sử A = = năng lượng tự do được giải phóng trên mỗi eeq chất cho electron được chuyển đổi thành năng lượng (hô hấp)

    Ở trạng thái ổn định, vi khuẩn phải thay thế ATP với cùng tốc độ mà chúng sử dụng ATP. Do đó:

    A ' là eeq chất cho điện tử được sử dụng cho năng lượng trên eeq tế bào được tổng hợp và cho ε = hiệu suất truyền năng lượng tới hoặc từ ATP. đề xuất ε = 0,6 sử dụng pyruvate làm chất trung gian trong quá trình tổng hợp, nghĩa là các hợp chất hữu cơ trước tiên được chuyển thành pyruvate sau đó thành vật chất tế bào thông qua một số con đường trao đổi chất.

    Vì vậy, quá trình năng lượng diễn ra theo hai cách-

    + Δ G p = năng lượng tự do cần thiết (hoặc phát triển) trong quá trình chuyển đổi nguồn carbon thành pyruvate (kcal/eeq pyruvate). Đóng góp vào nhóm ATP sẽ là:

    Δ G p > 0 hoặc Δ G p <0

    C Vi khuẩn tự dưỡng — tác động đến chất lượng nước

    Trong quá trình nitrat hóa tự dưỡng trái ngược với các quá trình dị dưỡng, một lượng rất nhỏ sinh khối vi khuẩn được tạo ra. Và do tốc độ tăng trưởng tối đa tương đối chậm đối với vi khuẩn nitrat hóa trong quá trình tăng trưởng lơ lửng, nên rất dễ "rửa trôi" vi khuẩn nitrat hóa trái ngược với hệ thống màng cố định. Điều này đặc biệt đúng nếu không có quá trình tái chế bùn đưa vi khuẩn trở lại hệ thống nuôi cấy. Ngoài ra, còn có một lượng kiềm đáng kể được tiêu thụ (7,05 g (dưới dạng CaCO 3 )/g N) và mức carbon dioxide cao được tạo ra (5,85 g CO 2 /g TAN). Đối với nước có độ kiềm ban đầu thấp, đây có thể là một vấn đề đáng kể, đòi hỏi phải bổ sung độ kiềm, dưới dạng natri bicacbonat, vôi, natri hydroxit, để duy trì nồng độ thích hợp (100 đến 150 mg/L dưới dạng CaCO 3 ), đặc biệt là đối với các hệ thống có trao đổi nước hạn chế. Nếu lượng kiềm tiêu thụ không được bù đắp bằng cách bổ sung, độ pH của hệ thống sẽ giảm. Việc hạ thấp độ pH sẽ dẫn đến sự dịch chuyển các loài cacbon vô cơ từ bicarbonate sang carbon dioxide hòa tan, và sự gia tăng carbon dioxide hòa tan này có thể ảnh hưởng đến một số loài nuôi trồng thủy sản. Mặc dù nồng độ CO 2 có thể được kiểm soát bằng các tháp tách khí, nhưng cần có năng lượng đáng kể để bơm cả nước và không khí qua các hệ thống này. Sản phẩm cuối cùng của phản ứng là nitrat-nitơ, thường không độc hại ở mức độ vừa phải trong các hệ thống nuôi tôm, ví dụ, vài trăm mg/L.

    -C . Vi khuẩn tự dưỡng — tác động của tỷ lệ C/N

    Tỷ lệ cacbon hữu cơ phân hủy sinh học so với nitơ có sẵn cho quá trình nitrat hóa được cho là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến thiết kế và vận hành hệ thống nitrat hóa Vi khuẩn dị dưỡng có tốc độ tăng trưởng tối đa cao hơn đáng kể so với vi khuẩn nitrat hóa, 5 ngày - 1 so với 1 ngày , do đó, ngay cả trong các hệ thống có tỷ lệ C/N tương đối khiêm tốn, các vi khuẩn dị dưỡng vẫn có khả năng hoạt động tốt hơn và ức chế đáng kể quá trình nitrat hóa. Đã chứng minh tác dụng của sucrose đối với tốc độ nitrat hóa của bộ lọc sinh học trong điều kiện ổn định. Họ xác định rằng ở tỷ lệ carbon/nitơ từ 1,0 đến 2,0, tỷ lệ loại bỏ amoniac-nitơ tổng thể giảm 70% so với C/N = 0. Dữ liệu cho thấy tốc độ nitrat hóa giảm khi nồng độ hữu cơ tăng, nhưng tác động trở nên ít rõ rệt hơn khi nồng độ carbon trở nên đủ cao.

    Ngoài ra, trong quá trình tăng trưởng treo với tỷ lệ C/N cao, việc tăng sản lượng vi khuẩn dị dưỡng đòi hỏi phải loại bỏ chúng khỏi hệ thống sản xuất, tức là sử dụng chất làm trong. Vì sản lượng vi khuẩn dị dưỡng lớn hơn sản lượng vi khuẩn nitrat hóa tự dưỡng nên có khả năng, khi cố gắng kiểm soát mức TSS trong hệ thống sản xuất, vi khuẩn nitrat hóa sẽ bị rửa trôi khỏi hệ thống.

    5. Vi khuẩn dị dưỡng

    -A . Bối cảnh — vi khuẩn dị dưỡng

    Các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ nitrat hóa cũng đóng vai trò chủ đạo trong sự phát triển của vi khuẩn dị dưỡng. Chúng bao gồm: pH, độ kiềm, nhiệt độ, oxy, amoniac và độ mặn .

    B . Thành phần hóa học — vi khuẩn dị dưỡng hiếu khí

    Nhiệt động lực học cổ điển và các mối quan hệ bán phản ứng được sử dụng ở trên để mô tả quá trình nitrat hóa của amoniac-nitơ thành nitrat-nitơ cũng có thể được sử dụng để mô tả quá trình loại bỏ amoniac-nitơ bằng cách đưa vào sinh khối tế bào . Quá trình này có thể được tăng cường bằng cách bổ sung cacbon dưới dạng glucose, sucrose hoặc bất kỳ dạng carbohydrate nào khác. Phản ứng tương tự được sử dụng cho quá trình tổng hợp tế bào vi khuẩn; Rxn , cùng với phản ứng tương tự cho chất nhận electron,, và trong trường hợp này, chất cho electron trở thành sucrose hoặc bất kỳ carbohydrate nào.

    Như đã nêu trước đó, nếu chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (VSS) được sử dụng làm thước đo sinh khối vi khuẩn, thì một số VSS được tạo ra và sau đó bị phân hủy nội sinh là không thể phân hủy {20%}

    Sử dụng các giá trị cho hệ số phân hủy nội sinh và tốc độ tăng trưởng riêng ròng cho vi khuẩn dị dưỡng quan tâm trong hệ thống không trao đổi, 0,2 và 1 ngày - 1 , tạo ra các giá trị cho f s là 0,70 và f e là 0,30. Ngược lại với phản ứng nitrat hóa, phần lớn năng lượng được sử dụng để tổng hợp tế bào, mặc dù con số này phụ thuộc rất nhiều vào vi sinh vật được xem xét và chất nền được sử dụng

    trong đó b là hệ số phân rã nội sinh và μ là tốc độ tăng trưởng riêng ròng.

    Phương trình này dự đoán rằng cứ mỗi g amoniac-nitơ chuyển đổi thành sinh khối vi khuẩn thì tiêu thụ 4,71 g oxy hòa tan và 3,57 g kiềm (0,86 g cacbon vô cơ) và 15,17 g carbohydrate (6,07 g cacbon hữu cơ). Ngoài ra, 8,07 g sinh khối vi khuẩn (4,29 g cacbon hữu cơ) và 9,65 g CO 2 (2,63 g cacbon vô cơ) cũng được tạo ra.

    Lưu ý rằng nhu cầu oxy cao hơn một chút, nhu cầu về kiềm khoảng một nửa và sản lượng CO 2 lớn hơn gần 75% so với phản ứng tương ứng đối với quá trình nitrat hóa. Quan trọng nhất là sự gia tăng sản lượng sinh khối vi khuẩn lớn hơn 40 lần so với sinh khối tạo ra từ quá trình nitrat hóa; 8,07 so với 0,20 g. tóm tắt thành phần hóa học của các con đường dị dưỡng để chuyển đổi amoniac-nitơ. 

    -C . Vi khuẩn dị dưỡng — tác động đến chất lượng nước  

    Có một số khía cạnh quan trọng trong phản ứng vi khuẩn dị dưỡng tổng thể. Quan trọng nhất là lượng sinh khối vi khuẩn cực lớn được tạo ra bởi phản ứng này, so với phản ứng tự dưỡng. Do đó, cần có một số hình thức quản lý chất rắn để loại bỏ TSS dư thừa. Vấn đề thứ hai là lượng kiềm vừa phải được tiêu thụ làm nguồn cacbon (3,57 g/g TAN) và lượng carbon dioxide cao tạo ra (9,65 g/g TAN). Đối với nước có độ kiềm ban đầu thấp, điều này thường vẫn cần bổ sung cacbonat, thường ở dạng natri bicacbonat để duy trì độ kiềm hợp lý (100 đến 150 mg/L dưới dạng CaCO 3 ), đặc biệt đối với các hệ thống có trao đổi nước hạn chế. Do đó, các hệ thống sản xuất không trao đổi dựa vào vi khuẩn dị dưỡng lơ lửng hoặc bám dính thường cho thấy độ kiềm giảm vừa phải, sản xuất chất rắn lơ lửng lớn và mức CO 2 cao . Cuối cùng, không nên sản xuất nitrit-nitơ hoặc nitrat-nitơ trong hệ thống dị dưỡng thuần túy.

    6. Chuyển đổi 1 kg thức ăn ở mức protein 40 %

    Liên hệ phân tích này với quá trình sản xuất tôm biển trong hệ thống không trao đổi chất, có thể giả định rằng cứ mỗi kg thức ăn có 40% protein thì sẽ tạo ra khoảng 50,4 g amoniac-nitơ. Có một số con đường nitơ khác nhau cho hệ thống. Những con đường này phụ thuộc vào sự sẵn có của cacbon và cacbon được hình thành, dưới dạng cacbon vô cơ dưới dạng kiềm hoặc cacbon hữu cơ từ thức ăn và chất thải hoặc dưới dạng carbohydrate bổ sung. Do đó, đối với hệ thống tuần hoàn trong đó tất cả các chất rắn chứa cacbon hữu cơ được loại bỏ nhanh chóng khỏi hệ thống, hệ thống sẽ chủ yếu là tự dưỡng, sử dụng cacbon vô cơ từ kiềm làm nguồn cacbon. Đối với hệ thống không trao đổi, chất rắn vẫn ở trong bể sản xuất và tất cả cacbon và nitơ từ thức ăn và chất thải đều có sẵn cho quá trình sản xuất vi khuẩn dị dưỡng. Trong trường hợp này, vì không có đủ cacbon hữu cơ để chuyển đổi hoàn toàn nitơ thành sinh khối vi khuẩn dị dưỡng, nên một số quá trình chuyển đổi tự dưỡng hạn chế xảy ra, sử dụng cacbon vô cơ từ kiềm. Tuy nhiên, nếu bổ sung đủ cacbon hữu cơ bổ sung, chẳng hạn như carbohydrate, thì toàn bộ nitơ sẽ được chuyển đổi thành sinh khối vi khuẩn thông qua vi khuẩn dị dưỡng.

    Đối với quá trình nitrat hóa tự dưỡng thuần túy khối lượng sinh khối vi khuẩn được tạo ra dưới dạng VSS có thể được tính toán từ tỷ lệ sản xuất amoniac-nitơ và năng suất VSS, khoảng 10,1 g VSS/kg thức ăn. Vì sinh khối vi khuẩn (VSS) chứa 53,1% C và 12,3% N (dựa trên tỷ lệ thành phần), điều này chuyển thành 5,35 g cacbon hữu cơ và chỉ có 1,25 g nitơ được cô lập trong sinh khối vi khuẩn. Điều thú vị cần lưu ý là chỉ có khoảng 6,2% cacbon có sẵn thực sự có trong sinh khối vi khuẩn (5,35 g) và phần lớn cacbon được giải phóng dưới dạng cacbon dioxit (295 g). Ngoài ra, chỉ có 2,5% nitơ được cô lập trong sinh khối vi khuẩn, một lần nữa phần lớn nitơ được chuyển đổi thành nitrat-nitơ (49,2 g NO 3 –N). Nguồn cacbon vô cơ mà vi khuẩn tự dưỡng cần là từ việc tiêu thụ 355 g kiềm dưới dạng CaCO 3 . Tỷ lệ C/N để chuyển đổi tối ưu bằng hệ thống tự dưỡng là 1,69 g cacbon vô cơ/g nitơ, so với tỷ lệ C/N của sinh khối vi khuẩn là 4,28 g cacbon hữu cơ/g nitơ.

    Tỷ lệ thành phần cho quá trình chuyển hóa của vi khuẩn tự dưỡng trong 1,0 kg thức ăn ở mức 40 % protein, không bổ sung cacbon và 50,4 g NH4 + –N amoniac–nitơ

    • NH4 + –N , Tiêu thụ (g) - 50,4 > N (khí) - 50,4
    • -- Độ kiềm > Hóa học lượng tử - 7,05 g Alk/g N > Tiêu thụ (g) - 355,3 >>>> >>>> C vô cơ (g) - 85,2 -
    • Ôxy - 4,18g O2 /g N > Tiêu thụ (g) - 210,7
    • - CO2 > Hóa học lượng tử - 5,85 g CO 2 /g N > Tiêu thụ (g) - 294,8 > C vô cơ (g) – 80,1        

    Do đó, để ước tính, chúng ta có thể sử dụng dữ liệu tài liệu để ước tính rằng thức ăn tạo ra 0,30 đến 0,36 kg BOD/kg thức ăn . Sử dụng tỷ lệ sản lượng bảo thủ là 0,40 kg VSS/kg BOD , và hàm lượng BOD là 0,36 kg/kg thức ăn, cho thấy rằng một kg thức ăn sẽ tạo ra khoảng 144 g VSS dị dưỡng. Một lần nữa, vì sinh khối vi khuẩn (VSS) chứa 53,1% C và 12,3% N, điều này chuyển thành 76,5 g cacbon hữu cơ và 17,9 g nitơ được cô lập trong sinh khối vi khuẩn dị dưỡng. Ngoài cacbon hữu cơ từ thức ăn và chất thải (109,4 g), cần có 15,4 g cacbon vô cơ; lượng này thu được từ việc tiêu thụ 64,0 g kiềm dưới dạng CaCO 3 .

    Thành phần hóa học cho hệ thống hỗn hợp vi khuẩn tự dưỡng và dị dưỡng chuyển hóa 1,0 kg thức ăn với 35% protein, không bổ sung cacbon và 50,4 g NH4 + –N

    Vì có 50,4 g nitơ có sẵn từ thức ăn, và chỉ có 17,9 g nitơ được cô lập bởi vi khuẩn dị dưỡng, nên vẫn còn 32,5 g nitơ để vi khuẩn tự dưỡng đồng hóa. Một lần nữa sử dụng 0,20 g VSS/g nitơ, tạo ra sản lượng 6,5 g vi khuẩn tự dưỡng VSS. Vì sinh khối vi khuẩn (VSS) chứa 53,1% C và 12,3% N, điều này chuyển thành 3,45 g cacbon hữu cơ và chỉ có 0,81 g nitơ được cô lập trong sinh khối vi khuẩn tự dưỡng. Do đó, chỉ có một phần nhỏ nitơ được vi khuẩn tự dưỡng cô lập, phần lớn nitơ nằm trong nitrat-nitơ (31,7 g) và phần lớn cacbon được giải phóng dưới dạng carbon dioxide (51,7 g). Nguồn cacbon vô cơ (55,4 g) mà vi khuẩn tự dưỡng cần là lượng tiêu thụ 288,3 g kiềm dưới dạng CaCO3 . Do đó, hai dạng cacbon được tiêu thụ trong quá trình này là 108,9 g cacbon hữu cơ và 15,4 g cacbon vô cơ. Tỷ lệ C/N thu được dựa trên cacbon hữu cơ là 2,16. Mặc dù tỷ lệ phần trăm chính xác phụ thuộc vào hàm lượng protein của thức ăn, nhưng trong trường hợp này, 35,6% nitơ bị loại bỏ bởi con đường dị dưỡng và 64,4% bởi con đường tự dưỡng. Lưu ý rằng chỉ có 4,3% VSS là từ vi khuẩn tự dưỡng, điều này chứng tỏ vi khuẩn dị dưỡng sẽ chiếm ưu thế nhanh như thế nào trong một hệ thống có đủ cacbon hữu cơ. Và cũng cho thấy việc "rửa sạch" vi khuẩn tự dưỡng dễ dàng như thế nào trong quá trình thu hoạch sinh khối vi khuẩn dư thừa, vì tốc độ tăng trưởng của vi khuẩn tự dưỡng chậm hơn đáng kể so với vi khuẩn dị dưỡng.

    Cuối cùng cách nuôi tôm không có hệ thống trao đổi trong đó carbon được thêm vào để tạo nên sự khác biệt giữa carbon hữu cơ có sẵn từ thức ăn (108,9 g) và nhu cầu của sinh vật dị dưỡng (Bảng 7). Theo phép tính thành phần, cần 15,17 g carbohydrate cho mỗi g N, hoặc 764,9 g carbohydrate chứa 305,9 g cacbon hữu cơ. Như đã trình bày ở trên, thức ăn chỉ cung cấp 108,9 g cacbon hữu cơ, vì vậy 197 g còn lại phải được bù đắp bằng nguồn cacbon bổ sung. Cacbon có sẵn từ carbohydrate chung (C 6 H 12 O 6 ) là 0,40 g C cho mỗi g carbohydrate. Do đó, để bổ sung thêm 197 g cacbon, sẽ cần khoảng 492 g carbohydrate, hoặc 49% trọng lượng của thức ăn. Nhìn chung, cần tổng cộng 305,9 g cacbon hữu cơ để chuyển đổi dị dưỡng 50,4 g N. Điều này tạo ra tỷ lệ C/N là 6,07.

    Phân tích trên dành cho thức ăn có hàm lượng protein là 40%. Các tính toán bổ sung cho hàm lượng protein thức ăn khác rất đơn giản với việc bổ sung thêm carbon hữu cơ ở mức protein cao, tức là sản xuất amoniac-nitơ cao. thể hiện mối quan hệ này đối với hàm lượng protein thức ăn từ 15% đến 55% và tính theo phần trăm thức ăn cần thiết để cung cấp lượng carbohydrate bổ sung cần thiết cho quá trình chuyển hóa dị dưỡng hoàn toàn nitơ amoniac được tạo ra từ thức ăn cho tôm.

    7. Tác động của tỷ lệ C/ N

    TKN là tổng lượng nitơ hữu cơ và nitơ-nitơ, hoặc theo quan điểm xử lý nước thải, là chỉ số về nhu cầu oxy để chuyển đổi nitơ có sẵn thành nitrat-nitơ. hiển thị tỷ lệ nitrat hóa so với dị dưỡng theo hàm số của tỷ lệ BOD 5 /TKN . Có thể thấy rằng khi tỷ lệ BOD 5 /TKN tăng lên thì tỷ lệ vi khuẩn nitrat hóa giảm nhanh chóng. Vì BOD 5 gần đúng là phép đo lượng oxy mà cacbon hữu cơ tiêu thụ, nên khi sử dụng cân bằng khối lượng đơn giản, tỷ lệ tiêu thụ cacbon so với oxy phải là 12 g mol C so với 32 g mol O 2 hoặc 0,375 g cacbon/g oxy. BOD 5 đã sửa đổi /TKN đã sửa đổi phản ánh sự điều chỉnh này thành tỷ lệ C/N gần đúng. Trong hệ thống trao đổi bằng không không bổ sung cacbon, 1 kg thức ăn nuôi trồng thủy sản chứa khoảng 109 g cacbon không ổn định và loại bỏ khoảng 18 g amoniac-nitơ thông qua vi khuẩn dị dưỡng. Lượng amoniac-nitơ còn lại được loại bỏ thông qua vi khuẩn tự dưỡng bằng cách sử dụng kiềm làm nguồn cacbon vô cơ.

    Dựa trên phép tính thành phần đã phát triển trước đó, có thể ước tính sản lượng VSS cho cả vi khuẩn dị dưỡng và tự dưỡng. tỷ lệ C/N cho thức ăn nuôi tôm và chứng minh sự suy giảm nhanh chóng tương tự ở tỷ lệ vi khuẩn nitrat hóa so với vi khuẩn dị dưỡng khi tỷ lệ C/N tăng cho thấy sự tương ứng tuyệt vời giữa tỷ lệ C/N nuôi tôm hoặc tỷ lệ BOD5/TKN đã sửa đổi và tỷ lệ nitrat hóa VSS cho hệ thống xử lý nước thải dạng lơ lửng. đã chứng minh tác dụng của cacbon sucrose đối với tốc độ nitrat hóa của bộ lọc sinh học trong điều kiện ổn định bằng cách sử dụng hệ thống ao nuôi. Họ xác định ở tỷ lệ cacbon/nitơ từ 1,0 đến 2,0, là tỷ lệ mà hầu hết các hệ thống RAS hoạt động, có sự giảm 70% tổng tốc độ loại bỏ amoniac-nitơ so với tỷ lệ C/N bằng không. hỗ trợ quan sát này, với mức giảm từ 67% ở tỷ lệ C/N là 2,0 xuống 84% ở tỷ lệ 1,0.

    8 Kết luận

    Cả ba con đường loại bỏ nitơ đều rất khác nhau về mặt sử dụng chất nền, sinh khối vi khuẩn tạo ra và các sản phẩm phụ. Khó khăn trong thế giới phức tạp của nuôi trồng thủy sản là cả ba đều có thể hiện diện ở một mức độ nào đó và cạnh tranh cho cùng một chất nền. Khả năng kiểm soát tỷ lệ carbon so với nitơ bằng cách lập công thức thức ăn, loại bỏ chất rắn hoặc bổ sung carbon hữu cơ cho phép nhà sản xuất nuôi trồng thủy sản quản lý loại hệ thống nào được sử dụng. Tuy nhiên, cuối cùng, chính các loài nuôi sẽ quyết định hệ thống nào phù hợp nhất dựa trên nhu cầu chất lượng nước của chúng.