Giải pháp điều chế vi bọt khí sử dụng công nghệ điện hóa – siêu âm do các nhà khoa học tại CTCP Huetronics và trường Đại học Khoa học (Đại học Huế) cùng nhau phát triển được kỳ vọng sẽ mở ra một hướng mới trong việc khử trùng, cải thiện môi trường nước nuôi trồng thủy sản.

Nghề nuôi tôm, vốn vất vả và đầy rủi ro, thường xuyên đặt người nông dân vào tình thế “được ăn cả ngã về không”: có những vụ tôm trúng kỷ lục với hàng tỷ đồng, nhưng cũng có những lúc mưa bão liên tiếp khiến họ lâm vào cảnh mất trắng.

Nước trên kênh bóc thải sau xử lý bằng công nghệ điện hóa – siêu âm tại một trang trại nuôi tôm ở Cần Giờ. Bên cạnh bồn phản ứng – nơi các tác nhân oxy hoá hoạt động mạnh mẽ, kênh bóc thải là nơi các kết tủa ô nhiễm được bóc ra khỏi nước, trả lại dòng nước sạch ổn định đi vào ao sẵn sàng.

Không chỉ vậy, như TS. Nguyễn Thanh Mỹ – Giám đốc điều hành Rynan Technologies và Mỹ Lan Group – đã từng chia sẻ với Khoa học và Phát triển trong một cuộc phỏng vấn vào đầu năm nay, ngành tôm đang đối diện với rất nhiều thách thức như chất lượng tôm giống kém, việc quản lý nước và mầm gây bệnh chưa tốt dẫn đến bùng phát dịch bệnh nhiều, giá thành sản xuất còn tương đối cao do phải nhập khẩu phần lớn nguyên liệu từ nước ngoài để làm thức ăn cho tôm,… Những khó khăn trên không chỉ là nỗi trăn trở, mà còn trở thành một “nguồn cảm hứng” kích thích các nhà nghiên cứu từ nhiều lĩnh vực khác nhau cùng bắt tay vào tìm hướng giải quyết.

Các nhà khoa học tại Công ty Cổ phần Huetronics, một doanh nghiệp chuyên nghiên cứu, sản xuất thiết bị điện tử, sản phẩm nông nghiệp sạch công nghệ cao, cũng không phải là ngoại lệ. “Chúng tôi nhận thấy người nuôi tôm thường thành công ở vụ thứ nhất, vụ thứ hai, nhưng đến những vụ sau đó thì tôm bắt đầu chết nhiều, càng nuôi thì lại càng chết”, Kỹ sư Nguyễn Trọng Bảo – Giám đốc kinh doanh CTCP Huetronics – chia sẻ tại tọa đàm “Cà phê công nghệ” do Trung tâm Giao dịch thông tin công nghệ và Thiết bị – Cục Thông tin khoa học và Công nghệ quốc gia tổ chức vào cuối tuần qua.

Thiết bị điện hóa – siêu âm xử lý nước tuần toàn tại ao nuôi.

Theo ông, một trong các lý do khiến tôm chết là ô nhiễm môi trường. Hàm lượng đạm trong thức ăn cho tôm rất cao. Nếu tôm ăn không hết, phần lớn các chất hữu cơ dư thừa từ thức ăn sẽ tồn đọng trong nguồn nước. Bên cạnh đó, lượng hóa chất, kháng sinh được sử dụng trong quá trình nuôi cũng đọng lại ở đáy ao nuôi không được xử lý. Đáy ao nuôi còn là nơi hình thành lớp bùn đáy do tích tụ lâu ngày các chất hữu cơ, cặn bã, và là nơi sinh sống của các vi sinh vật gây thối, các vi sinh vật sinh các khí độc như NH3, NO2, H2, H2S, CH4…. Các vi sinh vật gây bệnh như: khuẩn Vibrio spp., Aeromonas, E Coli, Pseudomonas, Proteus, Staphylococcus… nhiều loại nấm và động vật nguyên sinh.

Tất cả những hóa chất, kháng sinh, vi sinh vật kể trên chồng chất trong một ao nuôi tôm, tạo điều kiện thuận lợi để các sinh vật mang mầm bệnh sinh sôi, phát triển. Điều này rất nguy hiểm, nhất là khi các ao nuôi tôm thường nuôi với mật độ cao, dồn nén lượng tôm lớn vào diện tích sống nhỏ với đầy mầm bệnh, và hệ quả là hiệu quả nuôi trồng giảm mạnh sau các vụ nuôi liên tiếp.

Để thay nguồn nước này, người nông dân thường thải nước bẩn ra môi trường và lấy nguồn nước mới từ biển. Song ông Nguyễn Trọng Bảo cho biết hệ thống nước đầu vào và đầu ra của các hộ nuôi tôm lẫn lộn, “chúng tôi vừa rồi có chuyến khảo sát các hộ nuôi tôm ở Sóc Trăng và Bạc Liêu, một hộ đổ nước thải ra thì hộ khác lại lấy nước thải đó vào, vậy thì có gì khác đâu?”

Với mong muốn xử lý nguồn bệnh trong môi trường nuôi, nhiều vùng nuôi trồng thủy sản, hộ nuôi đã bỏ ra vài triệu đến vài chục triệu đồng để xử lý môi trường ao nuôi nhưng kết quả đạt được lại không như mong muốn. Mặt khác, việc sử dụng tràn lan các hóa chất để khử trùng nước như chlorine, Iodin, thuốc tím, formalin,… có thể dẫn đến suy thoái môi trường và gây ra hiện tượng nhờn thuốc trước các loại vi khuẩn, vi rút, vi sinh vật gây bệnh.

Trước thực tế đó, công ty Huetronics đã phối hợp với các nhà khoa học thuộc trường Đại học Khoa học (Đại học Huế) để nghiên cứu, tìm kiếm một giải pháp căn cơ, hữu hiệu. “Dung dịch anolyte có thể là câu trả lời cho vấn đề này”, nhóm nghiên cứu cho biết. Dung dịch hoạt hóa điện hóa anolyte hay còn được gọi là nước oxy hóa điện ly (Electrolyzed oxidizing water) được kỹ sư người Nga V. Bakhir phát hiện năm 1972. Dung dịch anolyte là một tác nhân khử trùng hiệu quả cao, diệt nhanh nhiều loại vi khuẩn, dễ sản xuất, giá thành rẻ, thân thiện với môi trường.

Các nước trên thế giới đặc biệt là Nga, Nhật, Đức, Mỹ, Hàn Quốc… đã đẩy mạnh nghiên cứu chế tạo thiết bị sản xuất dung dịch anolyte và ứng dụng công nghệ này trong các lĩnh vực y tế, chăn nuôi, trồng trọt, nuôi trồng và chế biến thủy sản, chế biến thực phẩm… “Trong nước, việc nghiên cứu ứng dụng dung dịch anolyte để khử trùng trong y tế, chế biến và bảo quản nông sản đã được thực hiện từ năm 2001”, TS. Lê Quang Tiến Dũng, Đại học Khoa học, thành viên nhóm nghiên cứu, cho hay. Kể từ đó, dung dịch anolyte thường được sử dụng trong bảo quản vải thiều, thanh long, nho,…; phòng ngừa các bệnh đường ruột trong chăn nuôi gà, vịt, heo.

Những năm gần đây, dung dịch anolyte đã bắt đầu được quan tâm và được nghiên cứu ứng dụng để thay thế các hóa chất thường dùng trong việc xử lý, khử trùng môi trường nước nuôi trồng thủy sản. Mặc dù dung dịch anolyte được điều chế bằng phương pháp điện hóa có nhiều ưu việt trong khử trùng môi trường nước, song hạn chế của phương pháp này là hiệu suất diệt khuẩn vẫn chưa tối ưu. “Vậy làm thế nào để cải thiện hiệu suất diệt khuẩn?” – Đó là câu hỏi mà nhóm nghiên cứu buộc phải tìm ra lời giải nếu muốn ứng dụng rộng rãi phương pháp này tại các hộ nuôi tôm ngoài thực tế.

Chuyển hoá thành vi bọt khí

Sau một thời gian dài trăn trở để tìm kiếm câu trả lời, “chúng tôi nảy ra ý tưởng chuyển hóa mật độ bọt khí của dung dịch điện hóa anolyte thành vi bọt khí (nanobubbles) bằng cách cho nổ tung bọt khí sau điện hóa sử dụng siêu âm công suất”, ông Nguyễn Trọng Bảo nhớ lại.

Cụ thể, nhóm nghiên cứu cho nước muối nồng độ thay đổi từ 5g/L đến 30g/L chảy từ từ qua cặp bản điện cực để tạo ra dung dịch hoạt hóa điện hóa anolyte chứa các bọt khí. Khoảng cách từ bề mặt điện cực tới màng ngăn rất hẹp (≈1mm), thời gian tác động điện hóa lên các phần tử nước ngắn, nhờ vậy đã hạn chế tối đa hiệu ứng tỏa nhiệt. Tất cả những chi tiết kết cấu đặc biệt đã tạo điều kiện để hầu hết các phần tử trong dòng nước chảy qua buồng điện hóa được tiếp xúc với lớp điện kép để tiếp thu năng lượng từ các hạt điện tích nhận được và chuyển nó thành thế nội năng. Kết quả là các phần tử nước được kích lên trạng thái kích thích giả bền với thời gian dập tắt có thể kéo dài đến hàng chục giờ. Sau khi tạo các bọt khí từ bộ điện hóa, dung dịch nước anolyte được đưa vào cốc siêu âm xử lý 5–10 giây để tạo ra dung dịch chứa vi bọt khí – nanobubbles. “Anolyte có tính sát khuẩn nhanh và mạnh mặc dù có ít clo hoạt tính so với nước Javen (Hypochlorite natri), do dung dịch này chứa hàng loạt chất oxy hóa nằm ở trạng thái giả bền như H2O2, O3, HO2-, HClO, ClO- … Khi dung dịch này được đưa vào thiết bị siêu âm sẽ làm nổ tung các bọt khí tạo ra từ bộ điện hóa để trở thành vi bọt khí – nanobubbles tăng cường khả năng diệt khuẩn lên gấp nhiều lần”, TS. Lê Quang Tiến Dũng mô tả.

Để thử nghiệm công nghệ mới, công ty Huetronics đã đầu tư một ao nuôi tôm 12ha tại xã Điền Hương (Phong Điền, Thừa Thiên Huế) – cần lưu ý rằng ao nuôi này phải lấy nước từ phần nước thải ra của một công ty nuôi tôm gần đó. Kết quả cho thấy, suốt quá trình ương nuôi (32 ngày) và nuôi ngoài, tôm phát triển tốt, đạt trung bình 0,7gram/con (giai đoạn ương) và 13,5 gram/con (giai đoạn nuôi thương phẩm), tỷ lệ sống đạt khoảng 80%.

Dung dịch vi bọt khí nanobubble được điều chế từ hệ thống điện hóa – siêu âm có khả năng diệt nhanh các loại vi khuẩn, vi rút, nấm mốc trong thời gian tiếp xúc ngắn nhưng không bị nhờn thuốc sau một thời gian dài sử dụng; xử lý môi trường nước mặn, lợ bị ô nhiễm do vi khuẩn, tảo, các độc tố đạt hiệu quả cao; quy trình sản xuất đơn giản, giá thành rẻ – chỉ tiêu tốn khoảng 700 đồng/m3 so với 2.000 đồng/m3 khi sử dụng các hóa chất để xử lý. Bên cạnh đó, thông thường, quá trình nuôi tôm sẽ thải ra ngoài môi trường một lượng lớn nước thải bẩn, nhưng phương pháp xử lý nước mới này sẽ chỉ tốn một lượng điện nhỏ chứ không tốn nước.

Hiện tại, công ty đã bán được 600 thiết bị ra thị trường, được ứng dụng ở các ao nuôi tôm tại Chu Lai (Quảng Nam), Kiên Giang, Sóc Trăng v.v. Thậm chí, có những nơi rất khó nuôi tôm như Cần Giờ cũng áp dụng thành công. “Cần Giờ là hạ nguồn của TP.HCM, Đồng Nai, Bình Dương, Bình Phước Lâm Đồng, nên nguồn nước nơi đây là nơi tụ lại của nước ô nhiễm nông nghiệp – công nghiệp – nước thải sinh hoạt, với các thành phần vi khuẩn, mầm bệnh, phèn, kim loại nặng, v.v.”, ông Nguyễn Trọng Bảo nhớ lại giai đoạn đầu khi đến nơi đây khảo sát. Diện tích ở ao nuôi tại Cần Giờ thường chỉ được 20% – 30% diện tích trang trại. Sau một thời gian ứng dụng, các tế bào lam trong nước bị phá vỡ, hữu cơ phức tạp xanh methylen bị phân hủy, tỷ lệ nuôi tôm thành công đã tăng lên.

Có lẽ cản trở lớn nhất hiện nay của Huetronics, đó là làm thế nào để thuyết phục người nuôi tôm thay đổi suy nghĩ của mình, chuyển sang một giải pháp mới. “Bên cạnh đó, người nuôi tôm nghe đến một thiết bị có giá vài trăm triệu là đã không muốn mua, dù đó là khoản đầu tư lâu dài, và số tiền hóa chất họ dùng cho một vụ nếu cộng dồn lại còn nhiều hơn thế – chưa kể hiệu quả mang lại vô cùng chênh lệch”, ông Bảo chia sẻ. “Con tôm nuôi với quy trình như hiện nay có dư lượng hóa chất và kháng sinh cao. Tôi phải dùng chữ ‘kinh hoàng’ khi vào kho của một số trang trại nuôi tôm và nhìn thấy đống vỏ kháng sinh. Cùng với đó, lượng nước bẩn thải ra ngoài biển sẽ gây ô nhiễm và ảnh hưởng đến đời sống của tất cả mọi người. Tôi không khẳng định giải pháp của chúng tôi là giải pháp hoàn chỉnh nhất hay tốt nhất, nhưng chúng tôi tin rằng nó có ưu điểm lớn là giúp người nuôi tôm nuôi được tôm chất lượng, và giúp hạn chế tối đa ô nhiễm ra môi trường”.

Anh Thư

Nguồn: Khoa học phát triển