Đảm bảo các thông số chất lượng nước tối ưu là thách thức lớn nhất để đảm bảo hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn (RAS) vận hành trơn tru…

Những điều cơ bản về chất lượng nước

Một trong những quy tắc quan trọng nhất cần được giải quyết khi thảo luận về chất lượng nước trong RAS là sự tích tụ nitơ độc hại cũng như các yêu cầu về sục khí dựa trên lượng thức ăn đưa vào RAS chứ không phải là sinh khối có thể thu hoạch. Ngược lại, các hệ thống biofloc kết hợp nitơ thải và chất rắn thành các bông bằng cách điều chỉnh tỷ lệ cacbon nitơ trong nước nuôi. Các flocs sau đó được tiêu thụ bởi những loài cá ăn tạp hoặc động vật giáp xác có thể hấp thu được các loại chất rắn, chẳng hạn như cá rô phi và tôm. Biofloc là các cụm kết dính bao gồm tảo cát, tảo biển lớn, động vật nguyên sinh, các hạt hữu cơ bất hoạt, vi khuẩn. Mỗi hạt floc được gắn kết lại với nhau trong một ma trận lỏng lẻo bởi chất nhờn được tiết ra từ vi khuẩn, chúng bị ràng buộc bởi các vi sinh vật dạng sợi, hoặc do lực hút tĩnh điện. Biofloc điển hình có thể đạt đến 40ml/L khi được đo bằng bình hình nón Imhoff khi mực thức ăn tăng lên, nhưng thường được duy trì  ở mức giữa 10-20 ml/L.

Có lẽ cách tốt nhất để tránh các biến đổi chất lượng nước là thay nước. Các khuyến nghị được đề xuất để duy trì chất lượng nước thông qua thay nước là khoảng 10%  mỗi bể hoặc thể tích ao được thay trong ngày. Tuy nhiên, thiệt hại do dịch bệnh trong nuôi trồng thủy sản đã khiến ngành tiêu tốn hàng tỷ đô la mỗi năm do dịch lây truyền qua việc thay nước. Ngoài ra, môi trường ven biển nhạy cảm, thường bị phá hủy do nước nuôi trồng thủy sản có hàm lượng lớn chất rắn được thải ra, hơn nữa, do nhu cầu oxy cao của các sinh vật như nghêu, sò… dẫn đến việc dễ gây chết ngạt.

Nhiệt độ

Biến dễ hiểu và dễ sử dụng nhất khi thảo luận về chất lượng nước trong RAS là nhiệt độ. Nhiệt độ lý tưởng thường được coi là yếu tố tạo ra sự tăng trưởng nhanh nhất, đồng thời thúc đẩy môi trường lành mạnh nhất. Hệ thống RAS sẽ mang lại hiệu quả kinh tế tối đa khi nhiệt độ đạt đến mức lý tưởng cho vật nuôi. Để nhiệt độ cao hơn mức được coi là lý tưởng sẽ gây bất lợi cho hiệu quả kinh tế và hệ thống sinh học trong RAS bởi nước càng lạnh thì lượng oxy trong nước sẽ càng nhiều. Oxy là thông số biến động nhất trong số các biến số và là yếu tố quan trọng nhất để đo lường và duy trì trong một phạm vi nhất định trong hệ thống RAS.

Oxy và Carbon Dioxide

Có nhiều hệ thống sục khí khác nhau có thể được sử dụng để cung cấp oxy cho hệ thống RAS, tùy thuộc vào kích thước và loại. Máy sục khí cũng cấp ba chức năng cần thiết:

• Tăng lượng oxy hòa tan
• Trộn nước nuôi cấy
• Khuếch tán khí carbonic từ nước vào khí quyển

Do sự khác biệt về thiết kế, máy sục khí có những ưu và nhược điểm khiến chúng có thể phù hợp với từng hệ thống RAS khác nhau. Trong một số trường hợp, sự kết hợp của các thiết bị sục khí có thể cho kết quả tối ưu nhất với một số thiết bị truyền oxy tốt và một số khác tốt hơn trong việc trộn và khuếch tán carbon dioxide từ nước vào khí quyển. Việc phun oxy không được dử dụng thường xuyên trong các cơ sở RAS trừ khi sinh khối thu hoạch vượt quá 50 kg/m³. Điều này là do chi phí và nhu cầu sục nước hoặc các thiết bị riêng biệt để giải phóng carbon dioxide từ nước nuôi. Tuy nhiên, oxy tinh khiết có thể có lợi khi sử dụng trong các hệ thống sinh khối thấp hơn trong trường hợp khẩn cấp. Mức oxy thường được duy trì 4mg/L đối với cá tôm và cao hơn đối với các loài nhạy cảm khác. Mức oxy thấp sẽ gây nguy hiểm bởi hàm lượng carbon dioxide sẽ cao.

Sự nguy hiểm của carbon dioxide

Carbon dioxide là sản phẩm của quá trình hô hấp không chỉ từ động vật mà còn cả vi khuẩn và thực vật phù du phát triển trong nước hay trên bất kỳ bề mặt nào. Tổng lượng hấp thụ oxy và carbon dioxide do vi khuẩn và tảo tạo ra thường cao hơn so với động vật nuôi. Giới hạn carbon dioxide đối với hầu hết các động vật nuôi như cá và tôm khoảng 15-20 mg / L. Trong các hệ thống RAS có độ nhiễu loạn thấp, chẳng hạn như các hệ thống sử dụng không khí khuếch tán, nồng độ carbon dioxide có thể tạo ra các điều kiện nguy hiểm bằng cách giảm độ pH xuống mức bất lợi, thường là dưới 7. Cá và tôm trong hệ thống RAS có thể bị lờ đờ, vì carbon dioxide trên mức 50 mg / L trong hệ thống RAS.  Khi Carbon dioxide đạt ở ngưỡng độc hại sẽ rất khó khuếch tán một cách nhanh chóng vào khí quyển.

Việc sục khí đầy đủ, tăng sự tiếp xúc giữa không khí với nước, sẽ giúp liên tục loại bỏ carbon dioxide để giữ nó nó ở mức giới hạn được cho phép. Vì vậy, với sự sục khí thích hợp, duy trì mức oxy hòa tan tốt, carbon dioxide thường có sinh khối vừa phải (<5 kg / m³) trong các hệ thống RAS. Duy trì độ kiềm thích hợp (50-400 mg / L) thông qua việc bổ sung natri bicacbonat hoặc canxi hydroxit có thể giúp hạn chế việc hạ thấp độ pH thông qua việc tăng carbon dioxide.

Ảnh: Mẫu nước từ RAS dựa trên công nghệ Biofloc, floc vẫn ở dạng huyền phù.

Nitơ độc hại

Một trong những mối quan tâm lớn nhất trong việc thiết kế và vận hành RAS là nồng độ khí nitơ, có ba dạng cơ bản. Amoniac là sản phẩm thải đầu tiên do chuyển hóa nitơ, hoặc phân hủy protein. Amoniac có hai dạng trong nước: dạng đơn chất (NH₃) gây độc, và dạng ion hóa (NH₄⁺) không độc hại. Ở độ pH thấp, có nhiều dạng ion amoniac hơn và ít liên kết hơn. Mối quan hệ giữa pH và amoniac này có thể là khái niệm quan trọng thứ hai cần hiểu trong sản xuất thủy sản. Khi độ pH tăng lên, phần trăm amoniac được ion hóa tăng lên. Ví dụ, nếu người nuôi tăng độ pH bằng cách thêm một hợp chất có tính kiềm cao như canxi hydroxit, thì phần amoniac độc hại có trong nước nuôi có thể dễ dàng tăng lên đến 50%, có thể tạo ra chết hàng loạt tôm, cá. Giới hạn trên đối với amoniac được ion hóa trong hệ thống RAS đã được báo cáo là nhỏ hơn 0,05 mg / L.

Nitrit là dạng nitơ thứ hai được hình thành từ amoniac bởi các vi khuẩn tự dưỡng và dị dưỡng. Nó là chất độc đối với hầu hết mọi sinh vật sống và có thể được rất ít vi khuẩn chuyển hóa thành dạng nitrat ít độc hơn. Giới hạn an toàn trên đối với nitrit là dưới 2 mg / L với các loài như tôm và cá rô phi. Bằng cách tăng diện tích bề mặt có sẵn trong RAS, vi khuẩn tự dưỡng có thể tăng số lượng và biến đổi amoniac thành nitrit và sau đó là nitrat ít độc hơn.

Chất thải rắn trong nước nuôi

Khoảng 50% các thức ăn được cung cấp cho một RAS kết thúc thành chất rắn thải trong nước nuôi. Chất rắn lắng xuống đáy của vật chứa mà không có bất kỳ chuyển động nào của nước trong vòng khoảng 30 phút được gọi đơn giản là chất rắn có thể lắng được trong khi các hạt mịn hơn không dễ lắng được gọi là chất rắn lơ lửng. Thông thường, tôm có thể hấp thụ tới 400 mg / L chất rắn lơ lửng và 10-50 ml mỗi lít chất rắn có thể lắng.

Để hiểu được chất lượng nước trong RAS đòi hỏi phải nắm vững việc sử dụng một số biến số nhất định để duy trì chúng trong phạm vi tạo ra lượng sinh trưởng cao nhất và môi trường tốt nhất để ngăn ngừa dịch bệnh. Việc giải thích nâng cao về sự tương tác của các biến số, chẳng hạn như CO₂ , pH và amoniac là cần thiết để có thể tránh được các vấn đề của sản xuất nuôi trồng thủy sản khi sinh khối tăng trong RAS, đặc biệt là ở những loài không có sự thay nước.

Hệ thống RAS trong nuôi trồng thủy sản hiện đại – Ảnh: Intrafish