Hệ thống khuếch tán khí giúp cải thiện nồng độ OXY trong khu vực nuôi thả bè biển

Tóm tắt: nồng độ oxy hòa tan trong nước thấp thường dẫn đến năng suất thấp trong việc nuôi trồng thủy sản. Tạo ra oxy thông qua sục hoặc thổi thêm khí giúp cải thiện nồng độ oxy hòa tan. Những bè nuôi thả biển truyền thống thường dựa vào việc thay nước  tự nhiên để cung cấp thêm oxy cho cá, nhưng có lẽ sẽ không cung cấp đầy đủ oxy và đặc biệt trong mùa nóng. Việc này có thể dẫn đến gia tăng căng thẳng, giảm sức ăn, tăng tỳ lệ dịch bệnh và thậm chí là tỷ lệ chết.

Oxy hòa tan trong nước được xem như là một trong những nhân tố hàng đầu trong nuôi trồng thủy sản.Tuy nhiên, nồng độ oxy hòa tan trong những trại nuôi cá và tôm thường dưới mức mong đợi vào mùa nóng. Việc thiếu hụt nồng độ oxy trong thời kỳ khắc nghiệt này thường dẫn đến tình trạng năng suất thấp ở các trại nuôi thủy sản.

Tầm quan trọng của việc kiểm soát oxy 

Nhiệt độ càng cao thì nhu cầu về oxy trong các trang trại nuôi trồng thủy sản càng tăng rõ rệt. Có hai nguyên nhân chính tác động đến vần đề này.Khả năng hòa tan của oxy hòa tan  giảm khi nhiệt độ môi trường tăng, từ đó làm giảm nguồn cung cấp oxy cho cá hoặc tôm. Thêm vào đó, tỷ lệ tiêu thụ oxy của sinh khối cũng tăng theo nhiệt độ môi trường.

Ví dụ: khi nhiệt độ của nước tăng từ15 đến 25° C thì độ mặn tương ứng là: 35 đến 40-ppt và sẽ làm giảm khả năng hòa tan của oxy hòa tan (D.O) từ c. 8 to c. 6 mg/L, đồng thời tỷ lệ tiêu thụ oxy của sinh khối cũng tăng gấp đôi. Điều đó đồng nghĩa vớiviệc phải cung cấp oxy tăng gấp 5-10 lần cho các bè nuôi cá chẽm và cá tráp, nơi mà nhiệt độ trong khoảng 15-25 với giả sử mật độ thay nước như nhau.

Qua ghi nhận tại nhiều bè nuôi thâm canh hoặc bán thâm canh, việc thiếu hụt oxy hòa tan vào lúc sáng sớm đặc biệt là trong giai đoạn cuối hè và đầu thu khi mà nhiệt độ nước tăng cao đã dẫn đến việc giảm sút sản lượng rõ rệt. Do đó, việc thổi thêm Oxy vào buổi tối được xem như là một yếu tố quan trọng nhằm tăng sản lượng thủy sản. Trong nuôi trồng thâm canh các đàn cá lớn với tốc độ dòng chảy thấp hơn, việc sục khí nên được tiến hành trong suốt mùa nóng.Việc cung cấp không đầy đủ oxy có thể nguy hiểm đến sự sống của sinh khối. Sự thiếu hụt oxy hòa tan có thể dẫn đến giảm tăng trưởng, dịch bệnh và tử vong

Hình 1. Nồng độ oxy hòa tan bên trong một bè nuôi cá tráp biển tại một trang trại cá của Hy Lạp

Hình 2. Tốc độ dòng chảy bên ngoài bè nuôi cá tráp biển tại một trang trại cá của Hy Lạp.

Hiệu quả của việc sục khí

Oxy có thể được thổi vào nước bằng cách sử dụng oxy tinh chất, tạo ra oxy hoăc sục khí, Nhìn chung thì cho phương pháp tạo ra oxy tốn kém hơn phương pháp sục khí vì nó đòi hỏi năng lượng. Do đó, trên các trại nuôi tôm cá đất liền thường sử dụng phương pháp sục khí thay cho phương pháp tạo ra oxy

Mô hình sục khí bề mặt như: Máy sục khí kiểu bánh xe quạt nước, Máy sục khí kiểu cánh quạt đang được sử dụng rộng rãi trong các ao mương nuôi trồng thủy sản. Những máy sục khí bề mặt này thường kết hợp thổi khí oxy với lưu thông nước

Thiết bị sục khí khuếch tán đôi khi cũng được sử dụng với việc đưa không khí từ đáy ao bằng máy thổi để cung cấp không khí ở áp suất thấp. Một ưu điểm của khuếch tán không khí chìm là khả năng tạo ra một bề măt tiếp xúc rộng với nước khi không khí chuyển động chậm  dần lên bề mặt

Việc lựa chọn các thiết bị sục khí và hình thức vận hành là các yếu tố quyết định đến chức năng của máy sục khí trong việc gia tăng sản lượng thủy sản thành công ở một chi phí hợp lý.  Yếu tố chính yếu trong việc kiểm soát nồng độ oxy hòa tan bằng máy sục khí thông thường là chi phí cho việc tiêu thụ điện mà phải được cân nhắc với khả năng cung cấp oxy vào nước của thiết bị sục khí

Nhìn chung, các thiết bị sục khí bề mặt như máy sục khí kiểu bánh xe quạt nước tiêu tốn một khoảng lớn năng lượng truyền động để đưa nước vào không khí. Hiệu quả truyền của các máy này khá thấp khi chỉ có thể truyền đuuợc 1-2 kg oxy /kwh. Khuếch tán màng ngập nước hiệu quả hơn với hiệu suất chuyển 2-3 kg oxy . Trong khi hiệu suất truyền của máy khuếch tán bong bóng ở mức trên 5kg oxy/kwh.

Kiểm tra máy khuếch tán khí trong phòng thí nghiệm:

Dự án Air X đang phát triển một hệ thống khuếch tán khí để kiểm soát lượng oxy hòa tan trong những bè nuôi tôm và cá. Được cấp bằng sáng chế bởi công ty Oxyvision của Na Uy, thiết bị khuếch tán được thiết kế để sử dụng trong các ao nuôi lớn và hiện đang được sử dụng và kiểm tra tại các bè nuôi thả biển và ao đất ở khu vực Địa Trung Hải. Dự án này được tài trợ bởi Chương trình Framework lần thứ 7 của Liên Minh Châu Âu và kéo dài đến cuối năm 2014.

Như một phần thí nghiệm cơ bản của dự án Air X, các thí nghiệm đã và đang được tiến hành nhằm  tối đa hóa hiệu suất của các máy sục khí khuếch tán ngập nước trong các ao và bè nuôi. Tại phòng thí nghiệm Oxyvision, hiệu suất sục khí oxy vào bể nước biển không có cá đã được theo dõi bằng việc kết hợp một loạt các mẫu máy khuếch tán với các đặc điểm khác nhau. Qúa trình thí nghiệm cũng bao gồm việc kiểm tra áp suất khí và tốc độ dòng chảy. Trong mỗi thí nghiệm , tỷ lệ truyền thường đo đạc thông qua quá trình sục khi tỷ lệ khí oxy hòa tan nằm trong khoảng  10-30% và 80-100%  

Tỷ lệ truyền oxy đã được tính toán trong mỗi thí nghiệm và được chuyển thành tỷ lệ tiêu chuẩn ở 20oC. Dựa trên tốc độ truyền và điện năng tiêu thụ, hiệu suất sục khí tiêu chuẩn  (SAE) có thể được tính toán dựa trên lượng oxy được truyền trên mỗi kwh. Trong phòng thí nghiệm, hiệu suất sục khí tiêu chuẩn SAE đã được tính toán là: 2.7 kg/kwh cho máy khuếch tán thí nghiệm tốt nhất ở áp suất thấp. So sánh với tốc độ truyền tại các ao có xây mương để nuôi cá nước ngọt thì những thí nghiệm với quy mô nhỏ đã cho thấy kết quả đầy hứa hẹn. 

Sục khí trong các bè nuôi tại vùng biển Địa Trung Hải

Trong khi việc sục khí được xem như là một hoạt động phổ biến và khá quan trọng trong các trang trại nuôi trồng thủy sản trên đất liền thì những bè nuôi truyền thống tại các vùng biển vẫn phụ thuộc nhiều vào việc thay nước tự nhiên để cung cấp thêm khí oxy cho cá.

Vào giai đoạn cuối hè và đầu thu, thì sự kết hợp không thuận lợi giữa nhiệt độ cao trên 30oC cùng với nồng  độ oxy trong nước dưới mức giới hạn và sự gia tăng sinh khối trong bè nuôi thướng dẫn đến việc các nhà nuôi buộc phải ngừng hoặc giảm cho ăn trong giai đoạn này. Điều này có thể dẫn đến việc gia tăng căng thẳng, giảm sức ăn và khả năng tiêu hóa của sinh khối cùng với việc gia tăng dich bệnh thậm chí là tăng tỷ lệ chết. Tuy nhiên, những điều kiện không thuận lợi này thường diễn ra không thường xuyên nằm ngoài những vần đề hiền nhiên cho ngành công nghiệp này.

Do đó, viêc theo dõi sự biến động của nồng độ oxy đã được tiến hành trong các bè nuôi thả ở các trang trại Hy Lạp được xem như là một phần của dự án Air X. Khoảng 20,000 con cá chẽm, cá vược với trọng lượng trung bình là: 550g một con được nuôi giống trong các lồng có chu vi là: 40m và sâu 8m. Tổng sinh khối của cá là  11 tấn với mật độ thả giống là: 11kg/m3  . Một thiết bị cảm biến oxy được đặt bên ngoài lồng và một cái khác được đặt trong lồng ở độ sâu 3m. Ngoài ra còn có một thiết bị cảm biến khác được đặt trong lồng.

Sự bão hòa của oxy hòa tan đã đến mức thấp trong vài giờ sau khi cho ăn trong các thí nghiệm được tiến hành vào tháng 11 năm 2013. Cá được cho ăn bằng tay trong suốt buối sáng từ 8 đến 12 giờ trưa Một số trường hơp, tỷ lệ oxy dưới 40% độ oxy bão hòa (hình 1). Mức độ nghiêm trọng này thường có liên quan đến các dòng nước hạn chế hiện tại trong khu vực (hình 2)

Điều này chứng minh rõ ràng những nguy cơ xuất hiện ngay cả khi nhiệt độ nước không quá 20oC. Do đó, tình hình này có thể sẽ trở nên nghiêm trọng hơn sớm hơn trong năm khi mà nhiệt độ cao hơn 30oC

Thử nghiệm trong ao nuôi:

Máy khuếch  tán khí AirX cũng được tiến hành kiểm tra trong các ao đất ở Bồ Đào Nha. Các thông số về nồng độ oxy hòa tan và sự tích tụ bùn đất trong ao cùng với các đặc tính khác được theo dõi thường xuyên. Mật độ nuôi thả sẽ được cân bằng với chi phí của hệ thống khuếch tán khí và dựa trên cách đánh giá về việc kiểm soát khi mà các thí nghiệm kết thúc vào cuối năm 2014.