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

FLOCponics: Sự tích hợp hoàn hảo của công nghệ biofloc và cây thủy canh

FLOCponics là một loại Aquaponics thay thế tích hợp công nghệ biofloc (BFT) với sản xuất cây trồng không sử dụng đất.

flocponics
• 15:51 07/03/2022

Mô hình nuôi ba ba lãi 300 triệu đồng/năm

Mô hình nuôi ba ba của ông Lương Thành Kỷ, ở thị trấn Búng Tàu, huyện Phụng Hiệp. Qua 14 năm phát triển, đến nay đàn ba ba sinh sản của ông Kỷ đã phát triển hơn 1.500 con, mỗi năm xuất bán ra thị trường từ 8.000-10.000 con giống, trừ hết các khoản chi phí, lợi nhuận gần 300 triệu đồng/năm.

Ba ba.
• 09:38 14/06/2021

Kinh tế ổn định nhờ nuôi ba ba sinh sản

Hơn 20 năm nuôi ba ba sinh sản, anh Nguyễn Đức Lợi, ấp Phước Thọ B, xã Mỹ Phước, huyện Mỹ Tú, tỉnh Sóc Trăng có cuộc sống khấm khá. Gắn bó lâu năm với con ba ba một phần cũng vì sự yêu thích loài vật này, ba ba lại dễ nuôi, nhẹ công chăm sóc, thị trường tiêu thụ tốt, đem lại nguồn thu nhập ổn định cho gia đình anh.

• 15:40 03/03/2021

Thu trăm triệu đồng mỗi năm từ nuôi ba ba

Nuôi ba ba gai là một công việc đòi hỏi phải có nguồn vốn lớn và kỹ thuật cao. Nhưng bằng ý chí, nghị lực, sự đam mê tận tụy với công việc cùng với áp dụng các kiến thức khoa học kỹ thuật mà ông Phạm Tất Đạt ở xã Yên Bình, thành phố Tam Điệp đã thành công, vươn lên trở thành triệu phú.

kỹ thuật sản xuất giống baba
• 10:00 30/05/2017

Kịch bản xâm nhập mặn mùa khô 2026 và quy trình rửa mặn chủ động

Khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) đang bước vào giai đoạn chuẩn bị cho mùa khô 2026. Mặc dù dự báo xâm nhập mặn ở mức trung bình, nguy cơ tác động mạnh đến sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là nuôi trồng thủy sản, vẫn hiện hữu. Bà con cần lập kế hoạch sớm, tránh thiệt hại trắng ao và duy trì sinh kế bền vững.

Treo ao
• 11:26 16/12/2025

Cuộc cách mạng xanh với công nghệ lồng bè HDPE

Việt Nam đang tập trung phát triển nuôi biển như một mũi nhọn kinh tế và công cụ khẳng định chủ quyền, hướng đến một nền nghề cá hiện đại và bền vững.

Nuôi lồng bè
• 09:00 16/12/2025

Tại sao phải 'bỏ đói' tôm trước khi thu hoạch?

Trong kỹ thuật thu hoạch và chế biến thủy sản, có một bước tưởng như nhỏ nhưng lại quyết định trực tiếp đến chất lượng và giá bán của tôm thương phẩm.

Thu hoạch tôm
• 10:10 15/12/2025

Tôm lúa 2.0: Nâng cấp mô hình truyền thống để bán giá chuẩn Âu

Tháng 12 là thời điểm quan trọng khi những cánh đồng tại Kiên Giang và Cà Mau vừa gặt xong vụ lúa mùa, trả lại mặt nước cho con tôm sú.

Tôm sú
• 10:57 14/12/2025

Kịch bản xâm nhập mặn mùa khô 2026 và quy trình rửa mặn chủ động

Khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long (ĐBSCL) đang bước vào giai đoạn chuẩn bị cho mùa khô 2026. Mặc dù dự báo xâm nhập mặn ở mức trung bình, nguy cơ tác động mạnh đến sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là nuôi trồng thủy sản, vẫn hiện hữu. Bà con cần lập kế hoạch sớm, tránh thiệt hại trắng ao và duy trì sinh kế bền vững.

Treo ao
• 23:05 16/12/2025

Quorum sensing là gì? Khi vi khuẩn phối hợp gây bệnh

Liệu vi khuẩn có khả năng “giao tiếp” và phối hợp hành động để hạ gục tôm chỉ sau một đêm? Hãy cùng khám phá cơ chế Quorum Sensing để giải hiện tượng này.

Tôm
• 23:05 16/12/2025

Tái cấu trúc ngành thủy sản từ tư duy kinh tế tuần hoàn

Đối mặt với nguồn lợi suy giảm, chi phí tăng cao và các yêu cầu khắt khe từ thị trường, ngành thủy sản Việt Nam đang đứng trước yêu cầu phải tái cấu trúc một cách toàn diện.

Tôm
• 23:05 16/12/2025

Cuộc cách mạng xanh với công nghệ lồng bè HDPE

Việt Nam đang tập trung phát triển nuôi biển như một mũi nhọn kinh tế và công cụ khẳng định chủ quyền, hướng đến một nền nghề cá hiện đại và bền vững.

Nuôi lồng bè
• 23:05 16/12/2025

Cơ hội vàng cho cá rô phi tại Việt Nam

Năm 2025 đánh dấu một bước ngoặt lớn đối với ngành nuôi cá rô phi tại Việt Nam. Sự biến động này không chỉ phản ánh sức hút ngày càng tăng của sản phẩm trên thị trường toàn cầu mà còn mở ra cơ hội sinh kế mới đầy triển vọng cho nông dân tại Đồng Bằng Sông Cửu Long.

Cá rô phi
• 23:05 16/12/2025
Some text some message..