Quy trình và thiết kế tham số Hệ thống Nuôi trồng Thuỷ sản Chuyển vòng Công nghiệp trên Đất liền (RAS) (Phần 3): Các thông số chất lượng nước

Các thông số chất lượng nước tuần hoàn

Chất lượng nước và tiêu chuẩn thiết kế tạo nền tảng cho việc thiết kế và quản lý vận hành hệ thống xử lý nước tuần hoàn. Dưới đây là các sơ đồ tham khảo và thông số thường được sử dụng bởi  Đội ngũ kỹ sư :

1. Thiết kế Hệ thống Loại bỏ Các Hạt Rắn

Tổng lượng chất rắn lơ lửng (TSS) thường được sử dụng như một thông số để đo lường các hạt chất rắn trong hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn (RAS). Nó chủ yếu đề cập đến tổng lượng các hạt có kích thước lớn hơn 1 micron trong một đơn vị nước. Trong hệ thống nước tuần hoàn, TSS bao gồm phân cá, mồi thừa, và các flooc sinh học (vi khuẩn chết và sống), v.v. Kích thước của các hạt lơ lửng này khác nhau rất nhiều, từ mức micromet đến cấp độ centimet. Chất rắn lơ lửng có thể ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe và sự tăng trưởng của cá (đặc biệt là cá nước lạnh), đồng thời cũng làm tăng gánh nặng cho bộ lọc sinh học. Do đó, cần thiết phải duy trì nồng độ các hạt lơ lửng trong nước tuần hoàn ở phạm vi hợp lý.

Ở một số quốc gia EU, trong hệ thống Nuôi trồng thủy sản tuần hoàn (RAS), việc kiểm soát chất rắn lơ lửng tương đối nghiêm ngặt. Ví dụ, đối với các nguồn nước dùng cho hệ thống Nuôi trồng thủy sản tuần hoàn (RAS), nồng độ chất rắn lơ lửng (được đo bằng tổng chất rắn lơ lửng TSS) thường được kỳ vọng kiểm soát dưới 15mg/L để duy trì chất lượng nước và môi trường sinh thái tốt.

Mỹ cũng có các quy định liên quan về chất lượng nước trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản và xử lý nước. Trong hệ thống Nuôi trồng thủy sản tuần hoàn (RAS), hàm lượng chất rắn lơ lửng tương ứng (được chuyển đổi qua chỉ số đục và các chỉ số liên quan khác) cũng có những giới hạn nhất định. Mức lý tưởng cho nồng độ chất rắn lơ lửng là khoảng 8-12 mg/L, được sử dụng để đảm bảo sự sống còn và sinh sản của sinh vật thủy sinh.

Trong quá trình vận hành thực tế của nhà máy dựa trên hệ thống Nuôi trồng Thuỷ sản tuần hoàn (RAS) ở Trung Quốc, thông thường cần kiểm soát nồng độ chất rắn lơ lửng (SS) dưới 10mg/L. Đối với một số loài quý hiếm yêu cầu chất lượng nước cao, như cá hồi, thậm chí cần kiểm soát nó dưới 5mg/L.

2. Tham số loại bỏ chất ô nhiễm hòa tan

Tính tan trong nước bao gồm các chất vô cơ tan trong nước và chất hữu cơ tan trong nước. Trong đó, các chất có hại tan trong nước chủ yếu là amoniac (NH3-N) và nitrit (NO2--N). Amoniac có thể xâm nhập vào máu qua mang và da của cá, làm gián đoạn chu trình axit tricarboxylic bình thường của chúng, thay đổi áp suất thẩm thấu và giảm khả năng hấp thụ oxy từ nước, từ đó ảnh hưởng đến sự tăng trưởng và sinh tồn bình thường của chúng.

Bộ lọc sinh học màng cố định thường được sử dụng trong hệ thống Tái tuần hoàn Nuôi trồng Thuỷ sản (RAS) là cộng đồng vi khuẩn chuyển hóa nitơ amoniac phát triển trên bề mặt của một loại vật liệu sinh học nhất định, và nitơ amoniac được truyền đến lớp sinh màng cố định thông qua quá trình khuếch tán và được chuyển hóa. Mục đích chính của việc thiết kế quy trình bộ lọc sinh học là đảm bảo rằng bộ lọc có đủ vi khuẩn nitrat hóa để loại bỏ nitơ amoniac thải ra bởi cá, duy trì nồng độ nitơ amoniac trong hệ thống nuôi trồng thuỷ sản trong phạm vi đã xác định trước, và đảm bảo sự an toàn và tăng trưởng hiệu quả của cá.

2.1 Kiểm soát Nitơ Amoniac (NH₃-N)

Azot amoniac là một trong những chất ô nhiễm chính hòa tan trong nước trong hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn (RAS). Nó chủ yếu xuất phát từ phân và thức ăn thừa của sinh vật được nuôi. Nồng độ azot amoniac cao có thể gây độc cho sinh vật được nuôi, ảnh hưởng đến sự tăng trưởng, miễn dịch và khả năng sinh sản của chúng. Trong bộ lọc sinh học, việc loại bỏ azot amoniac chủ yếu dựa vào quá trình nitrat hóa của vi sinh vật như vi khuẩn nitrat hóa, chuyển hóa azot amoniac thành nitrit và nitrat.

Khi thiết kế một bộ lọc sinh học, cần xem xét đủ diện tích bề mặt và thể tích của vật liệu lọc để cung cấp không gian đủ cho vi khuẩn nitrat phát triển và sinh sản. Đồng thời, cần kiểm soát tải lượng amoniac trong nước đầu vào và tránh nồng độ amoniac quá cao ảnh hưởng đến bộ lọc sinh học. Ví dụ, nồng độ amoniac trong nước đầu vào có thể được giảm bằng cách sử dụng máy tự động cho ăn và áp dụng chiến lược cho ăn với số lượng nhỏ nhưng nhiều bữa. Xác định nồng độ amoniac cho phép cho bộ lọc sinh học dựa trên khả năng chịu đựng amoniac và mật độ nuôi của sinh vật được nuôi. Nói chung, đối với hầu hết các loài cá nuôi thủy sản nước ngọt, nồng độ amoniac tổng cần được kiểm soát dưới 1mg/L, và amoniac không ion không nên vượt quá 0.025mg/L.

2.2 Kiểm soát Nitrit (NO₂⁻-N)

Nitrit cũng là một thông số chất lượng nước cần được giám sát chặt chẽ trong hệ thống Nuôi Trồng Thủy Sản tuần hoàn (RAS). Đây là sản phẩm trung gian trong quá trình nitrat hóa amoniac và cũng có độc tính đối với sinh vật nuôi trồng. Nitrit có thể ảnh hưởng đến việc vận chuyển oxy trong máu của sinh vật nuôi, dẫn đến các triệu chứng thiếu oxy như khó thở, nổi đầu và thậm chí tử vong.

Trong thiết kế, cần đảm bảo rằng bộ lọc sinh học có thể hiệu quả hơn trong việc chuyển đổi nitrit thành nitrat. Điều này yêu cầu duy trì hoạt động của vi khuẩn khử nitơ trong bộ lọc sinh học và cung cấp cho chúng điều kiện môi trường phù hợp, chẳng hạn như lượng oxy hòa tan thích hợp. Thông thường, cần kiểm soát nồng độ nitrit dưới 0.5mg/L.

2.3 Các yếu tố cần xem xét trong nuôi trồng thủy sản nước mặn

Mức độ muối của nước biển tương đối cao, chứa nhiều ion khác nhau như ion natri (Na ⁺ ), ion clo (Cl ⁻ ) , ion magie (Mg ² ⁺ ) , ion canxi (Ca ² ⁺ ), v.v. Các sinh vật nuôi trồng thủy sản biển đã tiến hóa ra hệ thống điều hòa ion phức tạp trong quá trình thích ứng dài hạn với môi trường mặn cao. Khi nitrit xâm nhập vào sinh vật biển, các sinh vật này có thể giảm bớt một phần tác động sinh lý của nitrit bằng cách sử dụng hệ thống điều hòa ion của chúng. Trong Hệ thống Nuôi trồng Thủy sản tuần hoàn (RAS), ion clorua (Cl -) có thể làm giảm độc tính của nitrit (NO2-) đối với sinh vật thủy sản thông qua sự ức chế cạnh tranh. Cụ thể, cả ion clorua và nitrit đều cần phải đi vào cơ thể cá thông qua tế bào clorua trên vây mang. Sự hiện diện của ion clorua làm tăng độ khó cho nitrit xâm nhập vào cơ thể cá, từ đó giảm độc tính của nó. Thông thường, khi nồng độ ion clorua trong nước gấp sáu lần so với nitrit, nó có thể hiệu quả ức chế độc tính của nitrit đối với sinh vật thủy sản. So với nuôi trồng thủy sản nước ngọt, nuôi trồng thủy sản nước biển ít gặp nguy cơ độc hại từ nitrit hơn, điều này liên quan đến nồng độ ion clorua cao hơn trong nước biển. Do đó, trong hệ thống Nuôi trồng Thủy sản tuần hoàn (RAS), bằng cách điều chỉnh độ mặn hợp lý, độc tính của nitrit có thể được giảm đáng kể, và sức khỏe cũng như an toàn của sinh vật thủy sản có thể được bảo vệ.

3. Lượng Oxy Hoà Tan (DO)

Trong hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn (RAS), lượng oxy hoà tan (DO) là một thông số chất lượng nước quan trọng. Cá và các sinh vật thuỷ sinh khác hấp thụ oxy hoà tan từ nước thông qua hô hấp mang để duy trì hoạt động trao đổi chất của chúng. Nồng độ oxy hoà tan cần thiết cho sự phát triển bình thường của hầu hết cá nước ấm thường ở mức khoảng 5-8mg/L. Khi nồng độ oxy hoà tan dưới mức critical, quá trình hô hấp của sinh vật thuỷ sinh sẽ bị ức chế, tốc độ tăng trưởng sẽ chậm lại, khả năng miễn dịch giảm sút và dễ mắc bệnh. Ví dụ, khi lượng oxy hoà tan dưới 2mg/L, nhiều loại cá sẽ xuất hiện hiện tượng nổi đầu, và tiếp xúc lâu dài với nồng độ oxy thấp có thể dẫn đến tử vong của cá.

Trong hệ thống nuôi thủy sản tuần hoàn (RAS), nên duy trì lượng oxy hòa tan giữa 8-10 mg/L. Lượng oxy hòa tan cao hơn có lợi cho việc tăng mức độ ăn và giảm tỷ lệ thức ăn.

4. Kiểm soát pH

Trong hệ thống nuôi thủy sản tuần hoàn (RAS), dải pH thích hợp cho cá thường nằm trong khoảng 7.0-8.5. Ví dụ, hầu hết các loài cá nước ngọt phát triển tốt trong môi trường có pH từ 7.2-7.8. Điều này là vì trong phạm vi pH này, các chức năng sinh lý của cá, như hô hấp và điều tiết áp suất thẩm thấu, có thể diễn ra tương đối bình thường. Sự trao đổi khí xảy ra thông qua mang, và độ acid hoặc kiềm thích hợp trong nước giúpfacilitates quá trình trao đổi bình thường của oxy và carbon dioxide.

Đối với việc nuôi tôm, chẳng hạn như tôm sú Nam Mỹ, khoảng pH thích hợp là khoảng 7.8-8.6. Điều này là do cấu trúc sinh lý và đặc điểm hoạt động của giáp xác, khiến chúng thích nghi tốt hơn trong môi trường có pH hơi cao. pH phù hợp có lợi cho quá trình lột xác và tăng trưởng của tôm.

Tuy nhiên, trong quá trình hệ thống nuôi thủy sản tuần hoàn (RAS), giá trị pH sẽ liên tục giảm khi quá trình nuôi trồng tiến triển, và cần phải điều chỉnh giá trị pH của nước. Có thể sử dụng thiết bị điều chỉnh pH tự động. Tự động điều chỉnh giá trị pH của nguồn nước dựa trên dữ liệu từ cảm biến pH.