Thu sinh khối Bioflocs bằng hệ thống sông trong ao

Ngày nay, các công nghệ và kỹ thuật được áp dụng cho ngành nuôi trồng thủy sản đều hướng đến những mục tiêu bền vững, thân thiện và tiết kiệm. Nguyên nhân là trong tương lai, các nhà hoạch định chính sách đều đưa ra nhận định về vai trò to lớn của nuôi trồng thủy sản trong việc đáp ứng nhu cầu về protein động vật của thế giới khi mà dân số đang tăng nhanh và các nguồn tài nguyên đang cạn dần.

Biofloc là một trong số rất nhiều các công nghệ nuôi đang được áp dụng phổ biến. Công nghệ này đã chứng minh được hiệu quả trong vấn đề cải thiện tăng trưởng, sức khỏe và chất lượng cho động vật thủy sản, cũng như là duy trì chất lượng nước, tránh gây ô nhiễm và lãng phí. Các hạt flocs được xem như nguồn thức ăn bổ sung đầy tiềm năng, dễ dàng được sử dụng bởi nhiều đối tượng nuôi và giúp giảm chi phí thức ăn. 

Tuy nhiên, cho đến nay, việc sản xuất flocs phần lớn được thực hiện trong các hệ thống nuôi theo phương thức in-situ nên khó có thể thu được sinh khối lớn. Nỗ lực đã được thực hiện bằng cách sử dụng các hệ thống sản xuất được thiết kế phù hợp để phát triển bio-floc thông qua phương thức ex-situ. Và sử dụng hệ thống sông trong ao (IPRS) là một lựa chọn như vậy.

Hệ thống sông trong ao (IPRS) là một lựa chọn để phát triển bio-floc thông qua ex-situ. IntraFish Media

Cốt lõi của Biofloc là mối quan hệ sinh thái trong môi trường nước, bao gồm: Động vật thủy sản, động vật thủy sinh, vi tảo, vi khuẩn cùng với những yếu tố đa lượng, vi lượng của nước. Trước đó, sản xuất nuôi trồng thủy sản theo Biofloc chủ yếu dựa trên xử lý in-situ, có nghĩa là các hoạt động, phản ứng đều diễn ra ngay trong một không gian thủy vực đó. Điều này tuy rằng tiết kiệm và dễ dàng vận hành hơn một chút, nhưng lại mang đến những mối nguy về cân bằng hệ thống, quản lý vận hành và hiệu quả không thể đạt ở mức triệt để. Đã có những nghiên cứu cho thấy rằng việc duy trì sản xuất flocs theo hướng in-situ trong một thời gian dài sẽ gây ra các tác động ngược lại cho động vật thủy sản và ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả kinh tế của mô hình tổng thể.

Do đó, một ý tưởng về việc kết hợp Biofloc với một hệ thống mở hơn, linh hoạt hơn đang là điều được quan tâm để tạo ra sinh khối lớn. Và IPRS có thể là một giải pháp thích hợp. Một mô hình được phát triển với trạng thái ổn định, sẽ cực kỳ hữu ích cho việc tối ưu hóa lượng flocs từ nước thải của các hệ thống nuôi trồng thủy sản. Mô hình này được kỳ vọng là sẽ loại bỏ vật chất thừa trong Bioflocs, cùng với đó là đem lại các thông số chính xác định hiệu suất, chất lượng nước thải, sản xuất flocs và tiêu thụ oxy.

Phễu lắng Imhoff trong Bioflocs. Ảnh: algaeforbiofuels.com

IPRS được sử dụng để tạo sinh khối biofloc bằng cách bơm vào các máng chảy nước ao nuôi hoặc “nước đã qua sử dụng” từ các hệ thống nuôi trồng thủy sản. Trong thiết kế này, cường độ sục khí phải được duy trì đủ mạnh để tránh hiện tượng lắng và đồng thời để duy trì sự đồng nhất của flocs. Ở đây, các flocs được phân biệt với các chất hữu cơ lơ lửng hay bùn hoạt tính khác do tính lắng và độ lưu thông khác nhau. Vì vậy, ở các máng trong ao, thời gian tồn tại của flocs luôn bằng thời gian lưu thông của dòng nước.

IPRS cũng mang lại lợi ích về mặt chi phí triển khai và vận hành. Chi phí trên một đơn vị thể tích của IPRS thấp hơn các loại xử lý khác do kết cấu máng được xây dựng bằng cách đào cùng với lớp bảo vệ thô chống xói mòn để tổng chi phí được giữ ở mức thấp nhất. Bên cạnh đó, sự lưu thông của dòng nước khiến cho một phần các phần tích tụ hay các loại chất độc khác bị giảm đi hoặc đào thải, từ đó khiến cho sự phù dưỡng hay khí độc có thể được kiểm soát. Nhược điểm tương đối của sự kết hợp này là không có thiết bị lắng về cuối, nên là về nguyên tắc nước đầu ra sẽ vẫn có lẫn các thành phần chất thải rắn khác, ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng flocs thu được. Ngoài ra, kết quả cũng cho thấy là chất lượng đầu ra của IPRS kém về nồng độ BOD, COD và TSS. 

Một mô hình thử nghiệm đã được tiến hành tại Trang trại Nghiên cứu Madhavaram thuộc Đại học Thủy sản Tamil Nadu, Ấn Độ. Theo đó, hai máng có kích thước 45 x 9 ft được thiết kế và chế tạo bằng các ống sắt mạ kẽm, với tấm lót HDPE 500gsm được đặt trên khung. Với độ sâu 1,5 ft, mỗi máng có dung tích lên tới 17 khối để sản xuất flocs, dùng làm nguyên liệu cho thức ăn cho tôm/cá.

Mô hình thử nghiệm tại Đại học Tamil Nadu, Ấn Độ. 

Tổng cộng 10 khung bên đã được cố định bằng ống GI có kích thước ¾ inch và 1 ½ inch. Khung vòm của máng được làm bằng các ống GI ½ inch và khoảng cách giữa các ống là 4,5 m. Vòm mái của máng được làm và che phủ bởi lớp lót HDPE chống tia cực tím để ngăn ánh sáng mặt trời xâm nhập vào. Một vách ngăn giữa được dựng lên để đảm bảo dòng nước chảy theo đường tròn. Các quạt nước được bố trí đầy đủ. Lưu lượng và tốc độ dòng có thể được điều chỉnh dựa trên quy trình sản xuất và thu hoạch flocs.

Một buồng thu hoạch có thể tháo rời  được bố trí để thu hoạch flocs. Đầu vào của buồng được kết nối với một đầu ra của máng và việc thu thập flocs được thực hiện bằng máy bơm chìm. Nước đầu ra từ buồng thu hoạch được đưa trở lại mương để cung cấp tiếp cho hệ thống. Hệ thống này có đặc trưng là dòng chảy hỗn loạn cao, một lớp huyền phù mỏng (dưới 1 cm) và tỷ lệ diện tích bề mặt tiếp xúc trên tổng thể tích cao, và do đó có thể đạt được năng suất thể tích cao hơn đáng kể (lên đến 40 g/L) so với ao mở. Tuy nhiên, năng suất tổng thể thu được từ hệ thống này là thực tế chỉ đạt khoảng 20–25 g/m²/ngày. 

Từ đây, nhóm nghiên cứu đã đưa ra các thông tin triển khai mô hình như sau:
1. Nước đã qua sử dụng từ các ao nuôi tôm/cá sau khi đã thô được bơm vào hệ thống máng.
2. Bổ sung phân vô cơ để tạo tỷ lệ C/N thích hợp lúc bắt đầu vận hành.
3. Tỷ lệ C: N tối ưu được khuyến nghị là 20: 1.
4. Việc bổ sung thường xuyên các nguồn cacbon để duy trì tỷ lệ C: N. Tỷ lệ này được theo dõi bằng cách đo nồng độ TAN.
5. Nồng độ Floc trong máng có thể được đánh giá bằng cách sử dụng hình nón Imhoff, dựa trên thể tích lắng của floc trong 1000 ml.
6. Sau 10 ngày có thể quan sát thấy sự gia tăng đáng kể thể tích floc với hơn 30 ml/lít trong ao.
7. Có thể bắt đầu thu hoạch floc khi thể tích floc đạt trên 50 ml/L.
8. Nước đầu ra khỏi máng phải được bơm vào buồng thu hoạch lắp lưới có kích thước mắt lưới khác nhau (lưới 50 micro nên được ưu tiên)
9. Trung bình, có thể thu hoạch 5-8 kg floc tươi mỗi ngày từ 1 máng với dung tích 17 khối.
10. Nhìn chung, có thể thu được một phần ba khối lượng khô bằng cách làm khô flocs tươi đã thu hoạch. Phơi khô flocs trong bóng râm sẽ là phương pháp dễ dàng nhất để làm khô, tuy nhiên, làm khô floc tươi trong lò sấy ở 40°C trong 48 giờ là lựa chọn khác. 
11. Chi phí sản xuất 1 kg flocs khô sẽ vào khoảng 25 đến 30 rupee (7.500 – 9000 đồng), phụ thuộc vào nguồn nước được sử dụng để sản xuất.