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

Công tác chuẩn bị để khởi đầu vụ nuôi mới thành công

Khi bắt đầu nuôi tôm hoặc sau mỗi kỳ thu hoạch, mọi người thường quan tâm đến việc chuẩn bị những gì để khởi đầu vụ nuôi mới thành công hơn và đạt được thuận lợi. Để bảo đảm rằng quá trình chuẩn bị ao nuôi tôm mới ít gặp rủi ro, tôm phát triển đều, cũng như để làm cho các vụ nuôi sau này trở nên dễ dàng hơn. Bài viết dưới đây sẽ trình bày những điểm cần lưu ý khi tiến hành chuẩn bị khởi đầu vụ nuôi mới cho bà con.

Tôm thẻ chân trắng
• 10:13 29/03/2024

Tập huấn ứng dụng công nghệ trong bảo quản cá ngừ đại dương

Chiều ngày 27.3, Hiệp hội Thủy sản Bình Định phối hợp với Liên hiệp các hội KHKT Bình Định và Chi cục Thủy sản ( Sở NN&PTNT) tổ chức tập huấn quy trình công nghệ khí nitơ nano trong bảo quản cá ngừ đại dương cho 50 ngư dân làm nghề câu cá ngừ trên địa bàn phường Tam Quan Bắc, TX Hoài Nhơn.

Cá ngừ
• 11:00 28/03/2024

Hạn chế lạm dụng kháng sinh bằng cách ủ men vi sinh

Với ngành thủy sản hiện nay, việc lạm dụng kháng sinh và tồn dư chất độc hại trong con tôm làm cho giá trị thương phẩm tôm xuống dốc. Vì vậy, xu hướng sử dụng men vi sinh để thay thế ngày càng được áp dụng phổ biến.

Men vi sinh
• 10:23 26/03/2024

Xi phông tự động và xi phông bằng van tự động là gì? Lợi ích của xi phông đáy ao

Đối với những người nuôi tôm lâu năm và tích lũy được nhiều kinh nghiệm, thì khái niệm xi phông đáy ao đã trở nên quá quen thuộc. Tuy nhiên, đối với những người mới bắt đầu bước chân trên con đường nuôi tôm, không thể tránh khỏi sự bỡ ngỡ và lúng túng.

Xi phong
• 12:30 25/03/2024

Các loài cá lóc nuôi cảnh thú vị cho người chơi cá cảnh

Trong những năm gần đây, việc nuôi cá lóc cảnh tại Việt Nam đã trở nên phổ biến hơn. Đây là loại cá săn mồi có nhiều màu sắc đẹp, mà trước đây chỉ được một số ít người chơi quan tâm.

Cá lóc cảnh
• 13:59 29/03/2024

Những điều cần biết về bệnh đốm trắng và biện pháp phòng bệnh hiệu quả

Bệnh đốm trắng trên tôm do virus gây ra là một trong những bệnh vô cùng nguy hiểm, tỷ lệ chết của tôm lên tới 90 – 100% chỉ sau từ 3 – 10 ngày nhiễm bệnh, xuất hiện chủ yếu khi nhiệt độ xuống thấp dưới 320C.

Bệnh đốm trắng trên tôm
• 13:59 29/03/2024

Công tác chuẩn bị để khởi đầu vụ nuôi mới thành công

Khi bắt đầu nuôi tôm hoặc sau mỗi kỳ thu hoạch, mọi người thường quan tâm đến việc chuẩn bị những gì để khởi đầu vụ nuôi mới thành công hơn và đạt được thuận lợi. Để bảo đảm rằng quá trình chuẩn bị ao nuôi tôm mới ít gặp rủi ro, tôm phát triển đều, cũng như để làm cho các vụ nuôi sau này trở nên dễ dàng hơn. Bài viết dưới đây sẽ trình bày những điểm cần lưu ý khi tiến hành chuẩn bị khởi đầu vụ nuôi mới cho bà con.

Tôm thẻ chân trắng
• 13:59 29/03/2024

Chuyển dịch xanh: Yêu cầu và cơ hội tăng cao với thủy sản

Ngày 28/3/2024, VCCI Cần Thơ tổ chức hội thảo “Chuyển dịch xanh: Thách thức, cơ hội cho doanh nghiệp ĐBSCL và giải pháp hỗ trợ doanh nghiệp” trao đổi về những yêu cầu và cơ hội cho doanh nghiệp xuất khẩu trong bối cảnh giảm phát thải khí nhà kính.

Thủy sản
• 13:59 29/03/2024

Chất kích thích hệ miễn dịch ở tôm

Nhắc đến tôm, có lẽ bạn chưa biết chúng là một loài động vật không có cơ quan miễn dịch. Vì vậy, việc sử dụng chất kích thích miễn dịch là biện pháp hiệu quả giúp tăng cường đề kháng cho tôm, công cụ quan trọng trong quá trình kiểm soát bệnh tôm nuôi.

Tôm thẻ chân trắng
• 13:59 29/03/2024