Kiểm soát khử nitơ trong nuôi trồng thủy sản tuần hoàn

Một nhóm các nhà khoa học của Đại học Mons đã nghiên cứu việc áp dụng các phương pháp điều khiển khác nhau trong quá trình khử nitơ nhằm tối ưu hóa hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn (RAS).

Một hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn. Ảnh Wikimedia Commons.

Việc kiểm soát lượng cacbon bổ sung vào trong bộ lọc sinh học khử nitơ rất quan trọng nhằm đảm bảo nồng độ nitrat/nitrit ở mức không độc hại đối với cá, phù hợp với các quy định xả thải và giảm chi phí liên quan đến các nguồn cacbon hữu cơ bị lãng phí. Do đó, nghiên cứu này nhằm đánh giá các phương pháp điều khiển khác nhau trong bộ khử nitơ của hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn.

Các nhà nghiên cứu đã thực hiện đánh giá toàn diện về quá trình kiểm soát nitrat bằng cách sử dụng axit axetic (pH được điều chỉnh để không đổi) và hai phương pháp kiểm soát khác nhau được xem xét: kiểm soát PID với các thông số được xác định bằng phương pháp SIMC và kiểm soát dựa trên một mô hình tuyến tính hóa đơn giản.

Hệ thống tuần hoàn trong nuôi trồng thủy sản (RAS)

Hệ thống tuần hoàn trong nuôi trồng thủy sản (RAS) ngày càng được ứng dụng rộng rãi ở nhiều nơi với 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.
RAS có thể được định nghĩa là các hệ thống cho phép tái sử dụng 1 số lượng nước đáng kể trong đó ít hơn 10% tổng lượng nước được thay thế mỗi ngày. Hệ thống RAS thường được sử dụng khi: nguồn nước nuôi cá bị hạn chế hoặc giá thành cao (do chi phí máy bơm), nguy cơ nguồn nước đầu vào bị ô nhiễm hoặc nhiễm bệnh, công suất xử lý nước thải bị giới hạn hoặc khi nhà quản lý muốn kiểm soát chặt chẽ về chất lượng nước và nhiệt độ trong hệ thống nuôi.
Hạn chế của hệ thống tuần hoàn trong nuôi trồng thủy sản là tích tụ một số hợp chất độc hại, chẳng hạn như amoniac, khi không có biện pháp xử lý phù hợp. Amoniac có trong hệ thống do quá trình bài tiết của cá, 60-70% lượng nitơ không được cá tiêu thụ được bài tiết dưới dạng amoniac qua mang và qua sự phân hủy của thức ăn thừa.

Nitrat hóa và khử nitrat hóa

Sự phức tạp của các hệ thống RAS được tạo ra bởi vòng khép kín của nguồn nước nuôi và sự tương tác giữa xử lý nước và tăng trưởng của cá. Hiệu quả của hệ thống phụ thuộc một phần vào khả năng quản lý chất thải dinh dưỡng. Hàm lượng amoniac tích tụ phải được chuyển hóa thành nitrat bằng cách sử dụng bể nitrat hóa. Quá trình loại bỏ nitơ làm giảm lượng amoniac bằng cách sử dụng vi sinh vật biến đổi nó thành nitrat (nitrat hóa). 
Mặc dù nitrat ít độc hơn đối với cá, nhưng nó cũng tích tụ trong hệ thống và cần được loại bỏ để đảm bảo sự bền vững của hệ thống. Do đó, trong thiết kế RAS, sẽ có một hệ thống với nhiệm vụ chuyển nitrat thành khí nitơ (khử nitơ). 
Bằng phương pháp khử nitơ, các hợp chất nitơ vô cơ bị oxy hóa, nitrit và nitrat bị khử thành nitơ nguyên tố (N2). Quá trình này được tiến hành bởi các vi sinh vật kỵ khí với các chất cho điện tử và cacbon bên ngoài (cacbohydrat).

Nghiên cứu mô hình kiểm soát khử nitơ trong RAS

Các nhà khoa học đã thiết lập mô hình nghiên cứu với một hệ thống tuần hoàn quy mô công nghiệp trong nuôi trồng thủy sản bao gồm các bể nuôi cá, một hệ thống lọc vật lý và hai bộ lọc sinh học (một để nitrat hóa và một để khử nitơ).
biểu đồ
Chất thải nitơ trong các hệ thống RAS có thể được loại bỏ thông qua các bộ lọc sinh học nitrat hóa và khử nitơ. Ảnh: mdpi.com.
Cá được nuôi trong bể, nước nuôi cá được chảy vào hệ thống lọc cơ học để loại bỏ chất rắn lơ lửng. Sau đó dòng nước này được chảy qua một hệ thống khử nitơ, nơi một nguồn cacbon, axit axetic, được bổ sung. Bộ lọc nitrat hóa bao gồm 6 ngăn, mỗi ngăn chứa đầy các giá thể nhựa cố định.
Các nhà nghiên cứu cho biết việc kiểm soát thủ công quá trình khử nitơ của bộ lọc sinh học có hiệu suất không ổn định và chi phí cao. Đặc biệt, việc thiếu nguồn cacbon để khử nitơ làm cho vấn đề trở nên nghiêm trọng hơn.
biểu đồ
Bộ điều khiển tuyến tính hóa và PI.
Điều khiển PID đa biến, điều khiển lưu lượng nước tuần hoàn và sục khí để kiểm soát hàm lượng nitrat, cùng với các thuật toán điều khiển trực tuyến nhằm tối ưu hóa bộ lọc sinh học khử nitơ thông qua việc điều chỉnh lượng carbon được bổ sung. Các nhà nghiên cứu nhấn mạnh rằng bộ điều khiển PID và bộ điều khiển tuyến tính hóa có khả năng giữ cho hệ thống ổn định.
Đăng ngày 11/11/2021
Lệ Thủy
Nuôi trồng

Vai trò của chế phẩm sinh học trong phòng ngừa EHP

Hiện nay, EHP chưa có thuốc điều trị hiệu quả, vì vậy việc phòng ngừa là giải pháp quan trọng nhất. Trong đó, việc sử dụng chế phẩm sinh học đã chứng minh được hiệu quả trong việc hạn chế sự lây lan và nguyên nhân gây bệnh.

Tôm thẻ chân trắng
• 10:36 20/12/2024

Tại sao cần tạo màu nước trước khi thả tôm?

Tạo màu nước trong ao là một bước quan trọng giúp chuẩn bị môi trường sống tốt nhất cho tôm trước khi thả. Màu nước phù hợp không chỉ giúp duy trì các thông số môi trường ổn định mà còn hỗ trợ hệ sinh thái ao phát triển cân bằng, giảm nguy cơ bùng phát dịch bệnh. Tuy nhiên, không phải người nuôi nào cũng nắm rõ cách tạo màu nước hiệu quả và khoa học.

Tạo màu nước
• 10:24 20/12/2024

Đa dạng sinh học trong ao nuôi là gì?

Đa dạng sinh học trong nuôi tôm đề cập đến sự phong phú và cân bằng của các loài sinh vật sống trong ao, bao gồm tôm, cá, động thực vật phù du, vi sinh vật và các loài khác. Một hệ sinh thái ao có đa dạng sinh học cao sẽ có khả năng tự cân bằng, giảm thiểu các tác động tiêu cực từ môi trường bên ngoài và hỗ trợ sự phát triển của tôm nuôi.

Đa dạng sinh học
• 10:18 20/12/2024

Hiệu quả của mô hình nuôi cá hữu cơ hiện nay

Trong bối cảnh ngành nuôi trồng thủy sản đang đối mặt với nhiều thách thức, mô hình nuôi cá hữu cơ đang nổi lên như một hướng đi bền vững, mang lại nhiều hiệu quả to lớn cho người nuôi trồng và người tiêu dùng. Hãy cùng Tép Bạc tìm hiểu chi tiết về những lợi ích và đóng góp mà mô hình này mang lại.

Nuôi cá hữu cơ
• 11:00 19/12/2024

[Siêu khuyến mãi] Sale nốt - Chốt năm

Tháng cuối năm là thời điểm diễn ra nhiều sự kiện khuyến mãi tập trung quy mô lớn, nhộn nhịp nhất trong năm nhằm kích cầu tiêu dùng.

Farmext eShop
• 00:16 23/12/2024

Tìm kiếm các giải pháp để nâng cao chất lượng thịt cá

Chất lượng thịt cá đóng vai trò quan trọng trong chuỗi giá trị ngành thủy sản. Không chỉ ảnh hưởng đến giá trị kinh tế, chất lượng thịt cá còn quyết định đến độ an toàn thực phẩm và sự hài lòng của người tiêu dùng. Vậy làm sao để nâng cao chất lượng thịt cá? Dưới đây là những giải pháp đã được nghiên cứu và áp dụng thành công trong thực tế.

Cá
• 00:16 23/12/2024

Sản xuất giống thủy sản nước ngọt đa loài và mô hình nuôi

Thực hiện chủ trương giảm khai thác, tăng nuôi trồng, việc nghiên cứu sản xuất giống đa loài với các mô hình nuôi có vai trò quan trọng và nhiều năm qua được chú trọng đã đạt thành tựu đáng ghi nhận. Sau đây xin giới thiệu kết quả ở Trường Thủy sản thuộc Trường Đại học Cần Thơ qua thống kê của PGS.TS Phạm Thanh Liêm.

Nuôi cá tra
• 00:16 23/12/2024

Vai trò của chế phẩm sinh học trong phòng ngừa EHP

Hiện nay, EHP chưa có thuốc điều trị hiệu quả, vì vậy việc phòng ngừa là giải pháp quan trọng nhất. Trong đó, việc sử dụng chế phẩm sinh học đã chứng minh được hiệu quả trong việc hạn chế sự lây lan và nguyên nhân gây bệnh.

Tôm thẻ chân trắng
• 00:16 23/12/2024

Tại sao cần tạo màu nước trước khi thả tôm?

Tạo màu nước trong ao là một bước quan trọng giúp chuẩn bị môi trường sống tốt nhất cho tôm trước khi thả. Màu nước phù hợp không chỉ giúp duy trì các thông số môi trường ổn định mà còn hỗ trợ hệ sinh thái ao phát triển cân bằng, giảm nguy cơ bùng phát dịch bệnh. Tuy nhiên, không phải người nuôi nào cũng nắm rõ cách tạo màu nước hiệu quả và khoa học.

Tạo màu nước
• 00:16 23/12/2024
Some text some message..