Hệ thống lọc tuần hoàn RAS trong nuôi trồng thủy sản

Hệ thống lọc tuần hoàn RAS (Recirculating Aquaculture System) đã được nghiên cứu và ứng dụng ở Nauy, Hà Lan, Thái Lan, Trung Quốc...để phục vụ các trại sản xuất giống và nuôi thâm canh các loài thủy sản nước ngọt, lợ, mặn. Ưu điểm của hệ thống là tiết kiệm nước, tỷ lệ sống cao, năng suất cao gấp nhiều lần nuôi bình thường (trên 100kg/m3), chất lượng cá nuôi được đảm bảo và không gây ô nhiễm môi trường.

I. Hiểu về hệ thống lọc tuần hoàn nước

Hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn (RAS) kết hợp công nghệ xử lý bổ sung ngoài được sử dụng trong hệ thống nuôi trồng thủy sản tái chế nước cục bộ (PRAS), cho phép tái sử dụng 1 số lượng nước đáng kể. Hệ thống RAS này đạt mức độ kiểm soát tốt hơn bất kỳ ứng dụng công nghệ nào khác trong nuôi trồng thủy sản, mang lại hiệu quả sản xuất cao và lợi ích kinh tế đáng kể.

Hệ thống RAS thường được sử dụng khi:nguồn nước mới cần để cung cấp cho ao bị hạn chế hoặc giá thành cao (do chi phí máy bơm), nguy cơ nguồn nước đi vào gây ô nhiễm hoặc nhiễm bệnh cao, 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 cá. 

Mặc dù có độ phức tạp cao về kỹ thuật, chi phí đầu tư và chi phí vận hành cao nhưng nó mang lại nhiều giá trị đáng kể:

• Gia tăng tốc độ tăng trưởng giúp nuôi nhiều cá hơn hoặc đạt kích thước lớn hơn trong cùng 1 khoảng thời gian. 
• Nếu hệ thống được thiết kế tốt, những lợi ích thu được từ sản phẩm sẽ lớn hơn phần chi phí tăng thêm dẫn đến việc hạ thấp được chi phí sản xuất cuối cùng
• Hệ thống RAS tái sử dụng nước một cách tối đa, đảm bảo duy trì chất lượng nước tối ưu cho cá.

Hệ thống lọc tuần hoàn RAS

II. Nguyên lý vận hành của 1 hệ thống lọc tuần hoàn nước

Hệ thống tuần hoàn RAS bao gồm một loạt các quy trình bổ sung cho phép tái sử dụng nước thải trong ao nuôi. Hệ thống được chia thành hai loại: hệ thống nước tuần hoàn một phần (10-70% lượng nước tuần hoàn / ngày) và hệ thống tuần hoàn nước hoàn toàn (tỷ lệ trao đổi nước nhỏ hơn 10% / ngày).

Nguyên lý chung của mọi hệ thống lọc tuần hoàn nước nuôi trồng thủy sản (Recirculating Aquaculture Systems – RAS) đó là: Đưa dòng nước giàu Oxy và các chất hữu cơ (đặc biệt là Amoniac/Amonium NH3/NH4+) đi qua lớp vật liệu lọc là giá thể cho hệ vi sinh phát triển (nhất là vi sinh Nitrat hóa) để khử các chất độc hại trong nước thông qua chức năng phân giải của các chủng vi sinh.

Mô hình hệ thống lọc tuần hoàn trong nuôi trồng thủy sản

Hệ thống tuần hoàn RAS bao gồm ao nuôi canh tác, ao lắng và lọc cơ học, ao lọc sinh học, hệ thống đường ống cấp nước, thoát nước và sục khí. Chi tiết:

Ngăn lắng, lọc cơ học

Đây là ao chứa nước thải dẫn từ ao nuôi thu gom vào, ao được chia làm hai phần gồm phần lắng và phần lọc. Ao được làm bằng vật liệu composite hoặc xi măng, kích thước chiếm 10% diện tích ao nuôi. 

Trong quá trình nuôi tôm, nước thải được chuyển từ hệ thống ao nuôi sang ao lọc. Với sự thúc đẩy bởi lực ly tâm của nước, các chất rắn trong nước được lắng lại và chuyển đến hố thu gom. 

Sau đó lọc nước bằng vật liệu cát, sỏi, vải hoặc lưới; còn các chất thải lớn được giữ lại và chuyển sang ao chứa bùn. Lúc này, nước đã loại bỏ các chất rắn nhưng hàm lượng NH3, NO2, CO2, H2S… hòa tan trong nước vẫn còn nhiều và chưa được xử lý.

Ao lọc sinh học

Ao gồm các ngăn chứa giá thể và bộ phận lọc, có tác dụng chuyển hóa NH3, NO2, H2S… thành các dạng khí không độc hại. Sau khi lắng và lọc, nước được bơm vào ao lọc sinh học có chứa giá thể (san hô, nhựa, xốp,…). 

Trên bề mặt giá thể có nhiều vết lồi lõm để tăng diện tích tiếp xúc với bên ngoài. Khi nước từ ao lắng, lọc cơ học liên tục chảy trong ao chứa giá thể, một lớp màng sinh học bao gồm vi sinh vật hiếu khí, vi sinh vật kỵ khí (nitrosomonas và Nitrobacter) sẽ dần hình thành trên bề mặt giá thể.

Vi sinh vật bám vào màng lọc sẽ hấp thụ amoniac và nitrit để thực hiện quá trình nitrat hóa, chuyển hóa nitơ và các hợp chất chứa cacbon thành dạng không độc hại. Kết quả là, nước được xử lý và chuyển sang bộ lọc trống để lọc tiếp và bơm trở lại ao nuôi. Trong bộ lọc sinh học, hệ thống sục khí chạy liên tục để cung cấp đủ oxy cho quá trình phân hủy.

Cơ sở vận hành hệ thống 

Trong quá trình nuôi tôm, nước sẽ luân chuyển trong một hệ thống khép kín mà không cần thay nước gì cả, chỉ một lượng nhỏ nước được bổ sung vào hệ thống để bù lại lượng nước mất đi do bay hơi. Lượng nước cung cấp phụ thuộc vào việc hệ thống cấp nước được sử dụng một phần hay hoàn toàn.

Sau khi hệ thống hoạt động, kiểm tra các thông số môi trường (oxy hòa tan, pH, NH3, NO2 …) và nhiệt độ, sau đó đưa tôm trở lại ao nuôi. Thông thường, tôm đưa vào ao nuôi với mật độ phù hợp, sau đó phải kiểm tra thường xuyên các thông số môi trường để có những điều chỉnh phù hợp cho ao nuôi.

Hệ thống lọc phải hoạt động liên tục trong suốt mùa tôm sinh trưởng (3 – 5 tháng), hệ thống sục khí phải được duy trì hàng ngày nên nguồn điện cung cấp cho hệ thống bơm phải luôn ổn định. Sau khi hệ thống lọc tuần hoàn hoạt động từ 3 ngày trở lên, cho tôm vào ao và bổ sung hàm lượng thức ăn phù hợp.