Hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn ngày càng được ứng dụng rộng rãi ở nhiều nơi bởi ưu điểm cho phép điều kiện nuôi được tối ưu hóa quanh năm, sử dụng hiệu quả nguồn nước, đất, dễ dàng kiểm soát cho ăn cũng như chất lượng nước để đảm bảo sự phát triển của cá. Nhưng nước thải của nó cũng ảnh hưởng đến sức khỏe động vật thủy sản ở một mức độ nào đó do sự tồn dư các hợp chất nitơ độc hại (như amoniac và nitrit).

Nitơ là một nguyên tố có trong tất cả các sinh vật, bao gồm cả con người. Là một trong những nguyên tố phổ biến nhất trên trái đất, nitơ liên tục chuyển hóa trong sinh quyển ta gọi là chu trình nitơ. Chu trình nitơ bị ảnh hưởng mạnh mẽ bởi các hoạt động của con người và phụ thuộc vào nhiều yếu tố môi trường.

Trong hệ thống sản xuất thức ăn thủy sản, 4 trong số 9 dạng nitơ bao gồm: nitơ hữu cơ, amoni (NH₄⁺), nitrit (NO₂^–) và nitrat (NO₃^–) yêu cầu giám sát tránh đạt đến nồng độ độc hại cho các sinh vật trong hệ thống. Trường hợp dư thừa nitơ thì việc loại bỏ nó là cần thiết. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các dạng độc hại như NH₄⁺ và NO₂^–.

Đầu vào chính của nitơ trong hệ thống nuôi trồng thủy sản là thông qua các protein trong thức ăn cho cá dưới dạng nitơ hữu cơ. Chúng được cá ăn vào, chuyển hóa và biến đổi thành amoniac (NH₃), chủ yếu được thải vào môi trường nước qua sự bài tiết của cá. Nitơ hữu cơ còn sót lại trong phân cá, thức ăn không tiêu thụ và sinh khối phân hủy được khoáng hóa thành NH₄⁺. Các dạng nitơ vô cơ này có thể tiếp tục chuyển hóa thành NO₂^– và NO₃^– thông qua quá trình nitrat hóa, thành khí nitơ thông qua quá trình khử nitơ hoặc được vi sinh và thực vật đồng hóa thành sinh khối. Vi sinh vật có đóng góp quan trọng trong việc làm giản nồng độ nitơ trong nước nuôi trồng thủy sản.

Chu Wang và cộng sự 2021, đã tiến hành một thí nghiệm thực địa trong ao nuôi trồng thủy sản tuần hoàn khép kín được tăng cường vi khuẩn, vi tảo để đánh giá tiềm năng cải thiện sản lượng cá và chất lượng nước.

Sơ đồ lợi ích vi khuẩn và vi tảo trong ao nuôi trồng thủy sản tuần hoàn. 

Kết quả cho thấy nồng độ tổng nitơ (TN), tổng amoniac-N (TAN) và nitrit-N trong nhóm vi khuẩn – vi tảo đã giảm lần lượt 29,15%, 51,28% và 33,48% so với xử lý mà không có bất kỳ phân đoạn sinh học nào. Kết quả trên cho thấy, để lọc nước hiệu quả, các quy trình sinh học (sử dụng lọc sinh học, bổ sung men vi sinh…) cần được kết hợp với ao tuần hoàn.

Ngoài ra, kết quả của nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc bổ sung vi khuẩn-vi tảo trong ao tuần hoàn làm tăng sản lượng cá đáng kể (13,3%).