Hướng dẫn nuôi trồng thủy sản tuần hoàn - Phần 5

Điều chỉnh nhiệt độ nước

Duy trì nhiệt độ nước tối ưu trong hệ thống chăn nuôi là quan trọng nhất vì tốc độ tăng trưởng của cá có liên quan trực tiếp đến nhiệt độ nước. Sử dụng nước đầu vào là một cách khá đơn giản để điều chỉnh nhiệt độ từ ngày này sang ngày khác. Đối với một hệ thống tuần hoàn trong nhà, nhiệt sẽ từ từ tích tụ trong nước bởi vì năng lượng dưới dạng nhiệt được giải phóng từ quá trình trao đổi chất của cá và hoạt động của vi khuẩn trong bộ lọc sinh học. Nhiệt từ ma sát trong máy bơm và việc sử dụng các thiết bị được cài đặt khác cũng sẽ tích tụ.  Do đó, nhiệt độ cao trong hệ thống thường trở thành một vấn đề đối với hệ thống tuần hoàn hoạt động cao độ. Bằng cách điều chỉnh lượng nước đầu vào mát lạnh đi vào hệ thống giúp cho nhiệt độ có thể được điều chỉnh một cách đơn giản.

Nếu làm mát bằng việc sử dụng nước đầu vào mát lạnh bị hạn chế thì có thể sử dụng máy bơm nhiệt. Máy bơm nhiệt sẽ sử dụng lượng năng lượng thường bị mất đi trong nước thải hoặc trong không khí thoát ra từ trang trại. Năng lượng này sau đó được sử dụng để làm mát nước tuần hoàn trong trang trại. Một cách tương tự để giảm chi phí hạ nhiệt/ làm mát có thể đạt được nhờ phục hồi năng lượng bằng cách sử dụng bộ trao đổi nhiệt. Năng lượng trong nước thải xả ra từ trang trại được chuyển sang làm mát nước đầu vào hoặc ngược lại. Điều này được thực hiện bằng cách chuyển cả hai dòng nước chảy vào bộ trao đổi nhiệt nơi mà ở đó nước đầu ra ấm sẽ mất năng lượng và làm nóng nước lạnh đầu vào mà không trộn lẫn hai dòng chảy. Ngoài ra, hệ thống thông gió là một bộ trao đổi nhiệt dành cho không khí có thể được trang bị sử dụng năng lượng từ luồng không khí đi ra ngoài và truyền nó vào luồng không khí đi vào, bằng cách đó làm giảm nhu cầu sưởi ấm đáng kể.

Ở miền khí hậu lạnh thì việc làm ấm nước có thể cần thiết.  Nhiệt có thể đến từ bất kỳ nguồn nhiệt nào như nồi hơi dầu hoặc khí đốt được kết nối với bộ trao đổi nhiệt để làm nóng nước tuần hoàn và không bị lệ thuộc nguồn năng lượng.  Máy bơm nhiệt là một giải pháp sưởi ấm thân thiện với môi trường và có thể sử dụng năng lượng để sưởi ấm từ đại dương, sông, giếng hoặc không khí. Nó thậm chí có thể được sử dụng để chuyển năng lượng từ hệ thống tuần hoàn này sang hệ thống tuần hoàn khác và bằng cách đó làm nóng hệ thống này và làm mát hệ thống khác. Theo cách thông thường, máy bơm nhiệt sử dụng năng lượng từ ví dụ: đại dương sử dụng một bộ trao đổi nhiệt titan chuyển năng lượng sang hệ thống tuần hoàn đang cần được sưởi ấm và giải phóng nhiệt thông qua một bộ trao đổi nhiệt khác.

Máy bơm

Các loại máy bơm khác nhau được sử dụng để tuần hoàn nước xử lý trong hệ thống. Máy bơm thường đòi hỏi một lượng tiêu thụ điện đáng kể, độ cao bơm lên thấp và máy bơm được lắp đặt hiệu quả và chính xác là rất quan trọng để giữ cho chi phí vận hành ở mức tối thiểu.

Việc đẩy nước đi tốt nhất chỉ nên xảy ra một lần trong hệ thống, theo đó nước chảy theo trọng lực xuyên suốt hệ thống rồi chảy trở lại hố bơm. Máy bơm thường được đặt ở phía trước hệ thống lọc sinh học và bộ khử khí vì quá trình chuẩn bị nước bắt đầu từ đây. Trong mọi trường hợp, máy bơm nên được đặt sau quá trình lọc cơ học để tránh phá vỡ các chất rắn đến từ bể cá.

Tính tổng chiều cao bơm nước lên bằng tổng chiều cao bơm nước lên thực tế và áp lực hao hụt khi nước chạy qua ống, uốn ống và các máy móc khác. Đây cũng được gọi là động lực học chất lỏng. Nếu nước được bơm qua bộ lọc sinh học ngập nước trước khi chảy xuống qua thiết bị khử khí thì áp lực đối kháng từ bộ lọc sinh học cũng sẽ phải được tính đến. Chi tiết về thủy lực học và máy bơm nằm ngoài phạm vi của bài hướng dẫn này.

Hình 2.18 Máy bơm hút nước loại KPL để bơm lượng lớn nước lên hiệu quả. Máy bơm hút nước thường được sử dụng để bơm dòng chảy chính trong hệ thống tuần hoàn. Lựa chọn máy bơm phù hợp là rất quan trọng để giảm chi phí hoạt động.  Kiểm soát tần số là một tùy chọn để điều chỉnh dòng chảy chính xác theo yêu cầu tùy thuộc vào sản lượng cá. H là chiều cao bơm nước lên và Q là dung tích nước được bơm lên. Nguồn: Grundfos

Hình 2.19 Máy bơm ly tâm loại NB dùng để bơm nước khi cần áp lực cao hoặc bơm nước lên cao. Phạm vi của máy bơm ly tâm rộng, vì vậy những máy bơm này cũng được sử dụng hiệu quả để bơm ở độ cao bơm nước lên thấp hơn. Máy bơm ly tâm thường được sử dụng trong các hệ thống tuần hoàn để bơm các dòng thứ cấp, ví dụ như các dòng chảy chảy qua các hệ thống tia UV hoặc để đạt áp suất cao trong các nón nén oxy. H là chiều cao bơm nước lên và Q là dung tích nước được bơm lên. Nguồn: Grundfos

Tổng chiều cao bơm nước lên trong hầu hết các hệ thống tuần hoàn cao độ hiện nay là khoảng 2-3 mét, điều này giúp cho việc sử dụng máy bơm áp suất thấp bơm dòng chảy chính khắp xung quanh hiệu quả nhất. Tuy nhiên, quá trình hòa tan oxy tinh khiết vào nước xử lý đòi hỏi phải bơm ly tâm vì những máy bơm này có thể tạo ra áp suất cao cần thiết trong nón nén oxy. Trong một số hệ thống, nơi chiều cao bơm nước lên cho dòng chảy chính rất thấp, nước được điều khiển mà không cần sử dụng máy bơm bằng cách thổi khí vào buồng máy sục khí. Trong các hệ thống này, quá trình khử khí và chuyển động của nước được thực hiện trong một quy trình, điều này làm cho độ cao nước bơm lên thấp có thể. Tuy nhiên, hiệu quả của việc khử khí và di chuyển nước không nhất thiết phải tốt hơn so với việc bơm nước lên trên thiết bị khử khí, bởi vì hiệu quả của buồng máy sục khí về mặt sử dụng năng lượng và hiệu quả khử khí thấp hơn so với việc sử dụng máy bơm thủy lực và tách khí hoặc lọc nước nhỏ giọt.

Giám sát, kiểm soát và báo động

Nuôi cá thâm canh đòi hỏi phải theo dõi và kiểm soát chặt chẽ quá trình sản xuất để duy trì điều kiện tối ưu cho cá mọi lúc.  Lỗi kỹ thuật có thể dễ dàng dẫn đến tổn thất đáng kể và còi báo động là cài đặt quan trọng để đảm bảo hoạt động.

Trong nhiều trang trại hiện đại, một hệ thống điều khiển trung tâm có thể theo dõi và kiểm soát nồng độ oxy, nhiệt độ, độ pH, mực nước và chức năng vận động. Nếu bất kỳ tham số nào có dấu hiệu trễ so với các giá trị thiết lập trước thì một quy trình bật/tắt tự động sẽ cố gắng giải quyết vấn đề. Nếu vấn đề không được giải quyết tự động thì còi báo động sẽ vang lên. Cho ăn tự động cũng có thể là một phần tích hợp của hệ thống điều khiển trung tâm. Điều này cho phép thời gian cho ăn được phối hợp chính xác với hàm lượng oxy cao hơn khi mức tiêu thụ oxy tăng lên trong suốt quá trình cho ăn. Đối với các hệ thống ít phức tạp hơn thì việc giám sát và kiểm soát không hoàn toàn tự động và nhân viên sẽ phải thực hiện một số tùy chỉnh thủ công.

Dù thế nào đi nữa cũng sẽ không có hệ thống nào hoạt động mà không có sự giám sát của các nhân viên làm việc trong trang trại. Do đó, hệ thống điều khiển phải được trang bị hệ thống còi báo động để gọi nhân viên nếu có bất kỳ sự cố lớn nào sắp xảy ra. Thời gian phản ứng được khuyến nghị là dưới 20 phút ngay cả trong các tình huống cài đặt hệ thống sao lưu tự động.

Hình 2.20 Một đầu dò oxy (Oxyguard) được hiệu chuẩn trong không khí trước khi được hạ xuống nước để đo trực tuyến hàm lượng oxy trong nước. Sự giám sát có thể được vi tính hóa với một số lượng lớn các điểm đo và kiểm soát báo động.

Hệ thống khẩn cấp

Việc sử dụng oxy tinh khiết để dự phòng là biện pháp phòng ngừa an toàn số một. Việc lắp đặt rất đơn giản và bao gồm một bể chứa oxy tinh khiết và hệ thống phân phối với bộ khuếch tán được trang bị trong tất cả các bể. Nếu mất kết nối điện thì một van từ sẽ kéo lại và oxy được điều áp đến từng bể giữ cho cá sống. Lưu lượng gửi đến bộ khuếch tán phải được điều chỉnh trước giúp cho oxy dự phòng trong tình huống khẩn cấp kéo dài đủ lâu để có đủ thời gian khắc phục sự cố.

Hình 2.21 Bình oxy và máy phát điện khẩn cấp

Để dự phòng nguồn cung cấp điện thì cần có một máy phát điện chạy bằng nhiên liệu. Điều rất quan trọng là làm cho các máy bơm chính hoạt động nhanh nhất có thể bởi vì amoniac bài tiết từ cá sẽ tích tụ đến mức độc hại khi nước không được lưu thông qua bộ lọc sinh học. Do đó, điều quan trọng là làm cho dòng nước bơm lên và hoạt động trong vòng một giờ hoặc lâu hơn.

Nước đầu vào

Nước được sử dụng để tuần hoàn tốt nhất nên đến từ nguồn nước không có mầm bệnh hoặc được khử trùng trước khi đi vào hệ thống. Trong hầu hết các trường hợp, tốt hơn là sử dụng nước từ các lỗ khoan, giếng hoặc một cái gì đó tương tự hơn là sử dụng nước trực tiếp từ sông, hồ hoặc biển. Nếu một hệ thống xử lý nước đầu vào cần được lắp đặt thì nó thường sẽ bao gồm một bộ lọc cát cho đầu lọc siêu nhỏ và khử trùng bằng hệ thống tia UV hoặc ozone.