Hướng dẫn nuôi trồng thủy sản tuần hoàn - Phần 2

Chương 2: Hệ thống tuần hoàn từng bước một

Hình 2.1 Bản vẽ nguyên lý của hệ thống tuần hoàn. Hệ thống xử lý nước cơ bản bao gồm máy lọc cơ học, xử lý sinh học và sục khí / tách khí. Các lắp đặt khác chẳng hạn như làm giàu khí oxy hoặc khử trùng bằng tia cực tím có thể được thêm vào tùy theo yêu cầu.

Trong một hệ thống tuần hoàn cần phải xử lý nước liên tục để loại bỏ các chất thải do cá thải ra và thêm lượng oxy để giữ cho cá sống được và khỏe mạnh. Một hệ thống tuần hoàn trên thực tế khá đơn giản. Nước chảy vào máy lọc cơ học và tiếp tục chảy vào bộ lọc sinh học trước khi nước được sục khí và khử CO2 rồi bơm trở lại bể cá. Đây là nguyên tắc cơ bản của cơ chế tuần hoàn.

Một số tiện ích khác có thể được thêm vào tùy thuộc vào các yêu cầu chính xác, chẳng hạn như oxy hóa bằng oxy tinh khiết, tia cực tím hoặc ozone khử trùng, điều chỉnh độ pH tự động, trao đổi nhiệt, khử nitơ, v.v..

Cá trong trại chăn nuôi cá cần phải được cho ăn nhiều lần trong ngày. Thức ăn được cá ăn và tiêu hóa được sử dụng trong quá trình trao đổi chất của cá, cung cấp năng lượng và nuôi dưỡng cho quá trình tăng trưởng và các quá trình sinh lý khác. Oxy (O2) đi vào mang và O2 cần thiết cho quá trình sản xuất năng lượng và phân hủy protein, theo đó carbon dioxide (CO2) và ammonia (NH3) được tạo ra dưới dạng chất thải. Thức ăn không tiêu hóa được bài tiết vào nước dưới dạng phân, gọi là chất rắn lơ lửng (SS) và chất hữu cơ. CO2 và NH3 được bài tiết từ mang vào trong nước. Do đó, cá tiêu thụ oxy và thức ăn và kết quả là nước trong hệ thống bị ô nhiễm bởi phân, CO2 và NH3.

Hình 2.2 Ăn thức ăn và sử dụng oxy dẫn đến sự tăng trưởng của cá và bài tiết chất thải như CO2, NH3 và phân.

Chỉ nên sử dụng thức ăn khô trong hệ thống tuần hoàn. Việc sử dụng cá tạp phải bị tránh xa dưới mọi hình thức vì nó sẽ gây ô nhiễm nặng cho hệ thống và rất dễ bị nhiễm bệnh. Việc sử dụng thức ăn khô thì an toàn và cũng có lợi thế từ thiết kế, đáp ứng được nhu cầu sinh học chính xác của cá. Thức ăn khô được phân phối ở các kích cỡ viên khác nhau phù hợp với mọi giai đoạn sinh trưởng của cá và các thành phần trong thức ăn khô cho cá có thể được kết hợp để phát triển thức ăn đặc biệt cho cá con, cá bố mẹ, cá đang lớn, v.v.

Trong một hệ thống tuần hoàn, mức độ sử dụng thức ăn cao thì có lợi vì điều này sẽ làm giảm thiểu lượng chất bài tiết, do đó làm giảm tác động đến hệ thống xử lý nước. Trong một hệ thống được quản lý chuyên nghiệp, tất cả thức ăn được thêm vào sẽ được ăn, giữ cho lượng thức ăn thừa ở mức thấp nhất. Tỷ lệ chuyển đổi thức ăn (FCR) được cải thiện, mô tả số lượng thức ăn mà bạn sử dụng cho mỗi kg cá bạn sản xuất và người nuôi đạt được năng suất sản xuất cao hơn và tác động thấp hơn đến hệ thống bộ lọc. Thức ăn thừa là một sự lãng phí tiền bạc và dẫn đến gánh nặng không cần thiết cho hệ thống bộ lọc. Cần lưu ý rằng thức ăn đặc biệt thích hợp để sử dụng trong các hệ thống tuần hoàn là có sẵn. Thành phần của các loại thức ăn này nhằm tối đa hóa sự hấp thu protein trong cơ thể cá do đó giảm thiểu sự bài tiết NH3 vào trong nước.

Môi trường trong bể nuôi cá phải đáp ứng các nhu cầu của cá cả về mặt chất lượng nước lẫn thiết kế bể. Lựa chọn thiết kế bể phù hợp chẳng hạn như kích thước và hình dạng, độ sâu của nước, khả năng tự làm sạch, v.v.. có thể tác động đáng kể đến hiệu suất của các loài được nuôi trong bể.

Nếu cá trú ngụ ở dưới đáy thì nhu cầu về diện tích bề mặt bể là quan trọng nhất và độ sâu của nước và tốc độ của dòng nước có thể được hạ xuống (cá bơn đại tây dương, cá bơn hoặc các loại cá dẹt khác), trong khi các loài sống gần mặt nước ở biển khơi như cá hồi sẽ chiếm lợi ích từ dung tích nước lớn hơn và cho thấy hiệu suất được cải thiện ở tốc độ dòng chảy mạnh mẽ hơn.

Đối với một bể tròn hoặc một bể vuông được vát bỏ các cạnh vuông thì nước di chuyển theo mô hình giống như đường tròn làm cho toàn bộ cột nước của bể di chuyển xung quanh trung tâm. Các hạt phân tử hữu cơ có thời gian lưu trú tương đối ngắn trong vài phút tùy thuộc vào kích thước bể, do mô hình thủy lực này tạo ra hiệu ứng tự làm sạch. Nước đầu vào theo phương thẳng đứng kết hợp với sự điều chỉnh theo phương nằm ngang là một cách hiệu quả để kiểm soát dòng chảy trong các bể như vậy.

Đối với raceway (là kỹ thuật mô tả dòng nước thủy triều chảy qua các kênh mương trong nhà kín, dùng để nuôi trồng thủy sản. Hệ thống ao theo mô hình raceways được thiết kế theo dạng hình chữ nhật, có một đầu để đưa nước vào ao và một đầu kia để tháo nước ra) - thì thủy lực không có tác dụng tích cực trong việc loại bỏ các hạt phân tử. Mặt khác, nếu một bể cá được thả cá một cách hiệu quả thì hiệu ứng tự làm sạch của thiết kế bể sẽ phụ thuộc vào hoạt động của cá trong bể nhiều hơn là phụ thuộc vào thiết kế bể. Độ nghiêng của đáy bể có ít hoặc không ảnh hưởng đến hiệu ứng tự làm sạch nhưng nó sẽ giúp cho việc thoát nước hoàn toàn dễ dàng hơn khi bể trống không.

Hình 2.5 Một ví dụ về thiết kế bể hình bát giác ứng dụng hệ thống tuần hoàn tiết kiệm không gian nhưng vẫn đạt được hiệu ứng thủy lực tốt của bể tròn. Nguồn: Nhóm AKVA.

Bể tròn chiếm nhiều không gian hơn so với raceway (cái mà làm tăng thêm chi phí xây dựng công trình). Bằng cách vát các cạnh vuông của bể vuông sẽ xuất hiện một thiết kế bể hình bát giác. Thiết kế này sẽ giúp sử dụng không gian tốt hơn bể tròn, đồng thời  đạt được hiệu ứng thủy lực tích cực của bể tròn (xem hình 2.5). Điều quan trọng cần lưu ý là việc xây dựng bể lớn sẽ luôn ưu tiên bể tròn vì đây là thiết kế vững chắc nhất và cách chế tạo bể ít tốn kém nhất.

Một loại bể lai giữa bể tròn và receway gọi là "D-ended raceway" cũng kết hợp hiệu quả tự làm sạch của bể tròn với việc sử dụng không gian hiệu quả của raceway. Tuy nhiên, loại bể này trên thực tế hiếm khi được sử dụng, có lẽ bởi vì việc lắp đặt bể chứa đòi hỏi thêm nhân công và các thủ tục mới trong quản lý.

Nồng độ oxy đủ cho phúc lợi của cá rất quan trọng đối với chăn nuôi cá và thường được giữ ở nồng độ cao bằng cách tăng hàm lượng oxy trong nước đầu vào.

Hình 2.6 Bể tròn, D-ended raceway và raceway.

Bơm trực tiếp oxy nguyên chất vào bể bằng cách sử dụng máy khuếch tán cũng có thể được sử dụng nhưng hiệu quả thấp hơn và tốn kém hơn.

Kiểm soát và điều chỉnh nồng độ oxy trong bể tròn hoặc các bể tương tự là tương đối dễ dàng vì cột nước được hòa trộn liên tục làm cho hàm lượng oxy gần như bằng nhau ở mọi nơi trong bể. Điều này có nghĩa là khá dễ dàng để giữ được nồng độ oxy mong muốn trong bể. Đầu dò oxy được đặt gần cửa ra của bể sẽ cho thấy chỉ số chính xác của hàm lượng oxy có sẵn. Thời gian để đầu dò ghi nhận kết quả của oxy được thêm vào bể tròn sẽ tương đối ngắn. Đầu dò tuyệt đối không được đặt gần nơi bơm oxy tinh khiết hoặc nơi cung cấp nước giàu oxy.

Tuy nhiên, đối với raceway thì hàm lượng oxy sẽ luôn cao hơn ở đầu vào và thấp hơn ở đầu ra, điều này cũng tạo ra một môi trường khác tùy thuộc vào nơi mà mỗi con cá đang bơi. Đầu dò oxy dùng để đo hàm lượng oxy trong nước phải luôn luôn được đặt ở khu vực có hàm lượng oxy thấp nhất, tức là đặt ở gần cửa xả. Tốc độ xuôi dòng oxy này sẽ làm cho việc điều chỉnh oxy trở nên khó khăn hơn do thời gian từ việc điều chỉnh oxy lên hoặc xuống ở đầu vào đến thời điểm mà oxy này được đo tại đầu ra chậm, có thể lên đến một giờ. Hiện tượng này có thể khiến oxy lên xuống liên tục thay vì dao động qua lại quanh chỉ số đã chọn. Cài đặt hệ thống kiểm soát oxy hiện đại sử dụng thuật toán và thời gian cố định sẽ ngăn chặn những biến động không mong muốn này.

Các cửa xả của bể phải được xây dựng để loại bỏ tối ưu các hạt phân tử chất thải và được trang bị tấm chắn với kích thước mắt lưới phù hợp. Ngoài ra, tấm chắn phải dễ dàng thu gom cá chết trong quá trình hoạt động hàng ngày.

Bể thường được gắn cảm biến về mực nước, hàm lượng oxy và nhiệt độ để kiểm soát hoàn toàn trang trại. Cũng nên xem xét lắp đặt bộ khuếch tán để cung cấp oxy trực tiếp vào mỗi bể trong trường hợp khẩn cấp.

Hình 2.7 Hệ thống lọc trong. Nguồn: CM Aqua.