Bài báo này đánh giá các giải pháp xử lý nước thải từ nuôi tôm thông qua tiếp cận dựa vào giải pháp tự nhiên (Nature-based Solutions - NbS). Trong quá khứ, chuyển đổi đất ven biển để nuôi tôm chủ yếu gây ra lo ngại về môi trường, nhưng hiện nay, xu hướng nuôi tôm thâm canh làm gia tăng lượng dinh dưỡng (nitơ, phospho) trong nước thải. Nghiên cứu so sánh hiệu quả của các hệ thống xử lý nước thải truyền thống như ao/bể lắng (settling ponds), hệ thống lọc công nghiệp (commercial filters), hệ thống lọc sinh học gỗ vụn (Woodchip Bioreactors) và các hệ NbS gồm hệ thống lọc sinh học kết hợp đa loài (Integrated MultiTrophic Aquaculture, IMTA), mô hình nuôi trồng thủy sản kết hợp rừng ngập mặn (Silvoaquaculture), hệ thống đất ngập nước nhân tạo (Constructed Treatment Wetlands), và rừng ngập mặn hiện hữu (Existing Mangrove Forests) về khả năng loại bỏ nitơ và phospho, chi phí kinh tế, diện tích cần thiết, và cung cấp dịch vụ hệ sinh thái.
Mô hình xử lý nước thải bằng các giải pháp dựa vào tự nhiên (Nature-based Solutions - NbS) trong nuôi tôm thủy sản có thể được tóm tắt như sau:
Lọc sinh học kết hợp đa loài (Biofiltration; Integrated MultiTrophic Aquaculture, IMTA)
Lọc sinh học (biofiltration) ở đây là quá trình loại bỏ nitơ thông qua sự hấp thu của động vật có vỏ (như sò, hàu), khi nitơ được tích lũy vào mô và vỏ của chúng và bị loại bỏ khỏi hệ thống khi thu hoạch. Mô hình nuôi kết hợp đa loài (IMTA) là hình thức nuôi kết hợp các loài ở hai hoặc nhiều bậc dinh dưỡng khác nhau trong cùng khu vực, trong đó chất thải của loài này làm nguồn dinh dưỡng cho loài khác.
Hiệu quả xử lý chất dinh dưỡng: Tỷ lệ loại bỏ nitơ (TN) trong hệ IMTA cho tôm dao động 10–34%, phospho (TP) 10–44%, chất rắn lơ lửng (TSS) 10-71%. Hiệu quả xử lý chất dinh dưỡng cao với mật độ thả thấp (7 PL/m2). Khi tăng mật độ nuôi, hiệu quả giảm dần do khả năng hấp thụ của sinh vật lọc bị giới hạn so với lượng chất thải tăng cao. Diện tích cần thiết rất lớn nếu muốn đạt hiệu quả trong ao nuôi thâm canh (đôi khi tới hơn 2 ha cho 1 ha ao nuôi). Hệ thống có ưu điểm là đa dạng hóa nguồn lợi (hàu, rong biển, ngao...) tăng giá trị kinh tế. Đáp ứng mục tiêu nuôi trồng thuỷ sản bền vững, giảm phát thải, bảo vệ môi trường.
Mặc dù IMTA ngày càng phổ biến, việc ứng dụng nó cho mục đích lọc sinh học và xử lý nước thải vẫn còn đang ở trong giai đoạn thử nghiệm.
Mô hình nuôi trồng thủy sản kết hợp rừng ngập mặn (Silvoaquaculture)
Nuôi trồng thủy sản kết hợp rừng ngập mặn (Silvoaquaculture) là mô hình kết hợp giữa trồng rừng ngập mặn và nuôi các loài thủy sản. Hệ thống này thường mang tính quảng canh, nhưng có thể chuyển sang bán thâm canh khi sử dụng con giống từ trại ương. Với mật độ thả thấp, mô hình hầu như không cần nhiều đầu vào bổ sung, nên chất lượng nước trong ao nuôi và khu vực xung quanh không khác biệt đáng kể. Tuy nhiên, việc bổ sung thức ăn có thể làm thay đổi chất lượng nước, đặc biệt khi lá rừng phân hủy. Mô hình này được áp dụng rộng rãi ở Việt Nam, nhưng chưa phổ biến ở các khu vực sản xuất khác.
Hiệu quả xử lý: Đối với mật độ tôm thấp (7 PL/m²), tỷ lệ loại bỏ nitơ/phospho đạt lần lượt 2% và 53%; tổng chất rắn lơ lửng (TSS) đạt 46% trong nghiên cứu, phụ thuộc loại cây trồng và thiết kế thực tế mô hình. Mô hình này có đặc điểm là chi phí xử lý thấp, tuổi thọ hệ thống lên tới 25 năm. Dịch vụ hệ sinh thái cao: bổ sung sản phẩm thuỷ sản phụ, tăng dự trữ carbon, phòng chống xói lở, cung cấp nguồn sản phẩm tự nhiên cho cộng đồng.
Hạn chế: Hiệu quả xử lý dinh dưỡng thấp hơn mô hình ao xử lý rừng ngập mặn nhân tạo; tỷ lệ nitơ loại bỏ chỉ 2% ở mật độ tôm thấp do phụ thuộc vào quá trình tự nhiên. Nếu mật độ thủy sản cao, hiệu quả xử lý và cân bằng sinh thái bị giảm, có nguy cơ tích tụ lá mục, chất hữu cơ dư thừa. Yêu cầu diện tích lớn hơn các mô hình thâm canh (cần tới 6,670m² rừng cho 1ha ao nuôi).
Kết quả cho thấy, các hệ thống xử lý bằng giải pháp tự nhiên (đặc biệt là ao xử lý với rừng ngập mặn nhân tạo) phù hợp với mục tiêu sản xuất chuyên sâu, giúp giảm tác động môi trường với chi phí cạnh tranh so với giải pháp truyền thống, đồng thời còn cung cấp thêm các dịch vụ hệ sinh thái.
Hệ thống đất ngập nước nhân tạo (Constructed Treatment Wetlands)
Hệ thống đất ngập nước nhân tạo (Constructed Treatment Wetlands) là giải pháp được thiết kế và vận hành dựa trên sự kết hợp của các quá trình vật lý, hóa học, sinh học xảy ra trong môi trường đất, nước, thực vật và vi sinh vật nhằm loại bỏ các chất ô nhiễm như nitơ, phospho, chất rắn lơ lửng, chất hữu cơ.
Hệ thống đất ngập nước nhân tạo có thể được xây dựng mới hoặc cải tạo trong các ao hiện có, với tuổi thọ dài (20–30 năm), chi phí vận hành thấp và hiệu quả xử lý cao: có thể loại bỏ 46–92% nitơ, 60–100% photpho và 70–95% chất rắn lơ lửng. Ngoài khả năng cải thiện chất lượng nước, hệ thống đất ngập nước nhân tạo góp phần quan trọng trong hệ sinh thái như lưu giữ carbon, tạo sinh cảnh và bảo tồn đa dạng sinh học. Tuy nhiên, phần lớn các nghiên cứu vẫn ở giai đoạn thí nghiệm, chủ yếu tại vùng nhiệt đới với cây mắm, đước (mangrove). Hiệu quả dài hạn của hệ thống phụ thuộc vào thiết kế, mật độ cây, tốc độ dòng chảy và sự trưởng thành của rừng ngập mặn.
Tóm lại, hệ thống đất ngập nước nhân tạo là giải pháp tiềm năng và bền vững để quản lý nước thải nuôi trồng thủy sản, đặc biệt ở các vùng ven biển. Nhưng việc ứng dụng ở các vùng nhiệt đới, đặc biệt với các loài ven biển như rừng ngập mặn, chủ yếu mới dừng ở quy mô thí nghiệm và thực địa.
Rừng ngập mặn hiện hữu (Existing Mangrove Forests)
Rừng ngập mặn hiện hữu xử lý nước thải thông qua thảm thực vật trưởng thành (rừng ngập mặn) và dòng chảy thụ động. Quá trình xử lý bao gồm lắng, phân hủy chất hữu cơ, hấp thu dinh dưỡng bởi thực vật, quá trình nitrat hóa - khử nitrat của vi khuẩn, và hấp phụ ion trong đất. Đặc điểm của hệ thống này là khả năng loại bỏ nitơ dao động 43-50%, phospho 28-48%, tổng chất rắn lơ lửng (TSS) lên đến 95% với mật độ tôm thấp. Khi mật độ nuôi quá cao, hiệu quả xử lý giảm. Tuy nhiên hệ thống cần diện tích lớn (có thể tới hơn 1 ha rừng/1 ha ao khi thâm canh); phù hợp nhất cho vùng ven biển hoặc khu vực nuôi tôm quy mô vừa và nhỏ. Chi phí đầu tư vận hành gần như không có (chỉ tốn chi phí kiểm tra, bảo vệ); tuổi thọ mô hình rất cao nếu không bị tác động tiêu cực. Hệ thống có ưu điểm đối với hệ sinh thái là bảo tồn đa dạng sinh học; tăng dự trữ khí carbon; chống xói lở, bão. Là “lá phổi xanh” ven biển, có thể tận dụng cho nuôi khai thác tôm cùng nhiều giá trị cộng đồng, bảo tồn cảnh quan. Được đánh giá cung cấp tổng hợp đa dạng dịch vụ hệ sinh thái cao hơn tất cả các hệ thống xử lý khác.
Dù đã có nhiều nghiên cứu về tác động của nước thải nuôi trồng thủy sản lên rừng ngập mặn, nhưng ít nghiên cứu xem rừng ngập mặn như một công cụ xử lý nước thải.
Tóm lại
Các giải pháp xử lý nước thải dựa vào tự nhiên (NbS) có hiệu quả cao trong xử lý nước thải nuôi tôm, giúp giảm đáng kể hàm lượng nitơ, phospho và chất rắn lơ lửng, đồng thời tăng cường dịch vụ hệ sinh thái, bảo tồn đa dạng sinh học và thúc đẩy phát triển nuôi trồng thủy sản bền vững. Tuy nhiên, việc áp dụng rộng rãi các NbS còn gặp thách thức về diện tích đất, đầu tư ban đầu và và cần thêm các nghiên cứu thực địa, thiết kế phù hợp với điều kiện vùng nhiệt đới để tối ưu hiệu quả và khả năng triển khai quy mô lớn.
Nguồn: Goto, G. M., Corwin, E., Farthing, A., Lubis, A. R., & Klinger, D. H. (2023). A nature-based solutions approach to managing shrimp aquaculture effluent. PLOS Sustainability and Transformation, 28, e0000076. https://doi.org/10.1371/journal.pstr.0000076
Tóm lược và giới thiệu: Dự án MAIC, Đại học Cần Thơ.
