Phương pháp quản lý cơ bản trong nuôi tôm biển bằng công nghệ biofloc tại Mỹ

Công nghệ Biofloc đã được ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản từ sản xuất giống, ương, nuôi thương phẩm ở nhiều nước và đã được chứng minh mang lại hiệu quả kinh tế cao. Phương pháp chủ yếu để nuôi tôm ở Indiana, Mỹ là sử dụng hệ thống xử lý nước biofloc nhằm ứng phó với việc trao đổi chất thải trong sản xuất.

Biofloc là các cụm kết dính bao gồm tảo cát, tảo biển lớn, động vật nguyên sinh, các hạt hữu cơ chết, vi khuẩn. Mỗi hạt floc được gắn kết lại với nhau trong một ma trận lỏng lẻo bởi các chất nhờn được tiết ra từ vi khuẩn, chúng bị ràng buộc bởi các vi sinh vật dạng sợi, hoặc do lực hút tĩnh điện. Cộng đồng vi sinh trên biofloc cũng bao gồm các động vật phù du và giun tròn. Biofloc trong hệ thống nước xanh thường có kích thước lớn, vào khoảng 50 - 200 micron, và rất dễ lắng xuống trong nước tĩnh.

Biofloc cung cấp hai vai trò quan trọng là xử lý chất thải hữu cơ và là nguồn dinh dưỡng tốt cho tôm cá sử dụng.Lợi ích của biofloc là chuyển hóa chất dinh dưỡng từ chất thải hữu cơ thành nguồn protein của cá hoặc tôm. Khoảng 20-30% nitrogen trong thức ăn được đồng hóa (hấp thu) bởi tôm cá, khoảng 70-80% nitrogen trong chất thải ra môi trường. Trong hệ thống biofloc, phần lớn lượng nitrogen này được vi sinh vật sử dụng và nó là thành phần chính của các hạt biofloc.

Chất lượng nước

Giống như mọi sinh vật thủy sinh khác, tôm được nuôi với mật độ cao so với tự nhiên, gây ảnh hưởng đến chất lượng nước.Kiểm soát môi trường nước nhằm duy trì những điều kiện tối ưu làm giảm mức độ stress, cải thiện tốc độ tăng trưởng và làm giảm nguy cơ chết.Biên độ dao động thông số chất lượng nước cho nuôi tôm được thống kê ở Bảng 1. Chủ trang trại phải quản lý các thông số trên hàng giờ, hàng ngày, hàng tuần với một trong hai cơ sở hạ tầng, hoặc bổ sung trang thiết bị vào hệ thống nuôi.

Bảng 1.Thông số chất lượng nước nuôi tôm biển

Chỉ số	Số lượng	Đề xuất
Nhiệt độ	28oC	Nhiệt độ quá thấp tôm sẽ phát triển chậm hơn; nhiệt độ quá cao sẽ gây stress
Độ mặn	10+g/l	Dao động từ 4-35g/l.
Oxy	5+mg/l+	Nồng độ từ 5mg/l đến khi bão hòa sẽ giúp giảm stress trên tôm
Hệ thống phụ gia kiềm	160mg/l+	Kiểm soát biến động pH
pH	7.5	>7.0 là thích hợp
Ammoniac	0.03mg/l	% của lượng ammoniac thay đổi với pH, kiềm và nhiệt độ
Nitrite	<=5-25mg/l	Hạn chế tăng với độ tăng của độ mặn 15-35g/l
Nitrate	<=150mg/l	Mức cao hơn sẽ tăng stress ở tôm và gây chậm lớn
Tổng chất rắn lơ lửng	400-500mg/l	Quá ít sẽ làm giảm sản lượng
Nồng độ chất rắn lơ lửng	10-14mg/l	Quá nhiều sẽ gây tình trạng thiếu ô xy (kỵ khí)

 

Hệ thống Biofloc

Hệ thống Biofloc loại bỏ chất thải chuyển hóa từ hệ thống sản xuất nước.Hệ thống thay thế bộ lọc sinh học trong nước với hệ thống tuần hoàn thủy sản (RAS).Vi khuẩn chuyển đổi amoniac thành nitrat được nuôi trong bể nuôi chính và đối lập với bể riêng biệt. Vi khuẩn tạo thành một tổ hợp hay khuẩn lạc (bioflocs) và lơ lửng trong cột nước. Điều này được thực hiện vì nhiều lý do khác nhau. Loại bỏ lọc sinh học giúp làm giảm chi phí và tiết kiệm không gian nền. Đối với tôm, biofloc trở thành một nguồn thức ăn bổ sung, giảm tỷ lệ chuyển đổi thức ăn công nghiệp, cắt giảm chi phí.

Trữ lượng tôm và thức ăn

Tôm được nuôi trong hệ thống biofloc với mật độ khác nhau, 250-500 hậu ấu trùng (PL) trên mỗi mét vuông. Sản lượng thức ăn dùng cho các hệ thống này khoảng 3-7 kg/m² và/ hoặc 3-9 kg/m³. Hệ số chuyển đổi thức ăn (FCR) nằm trong khoảng từ 1.2: 1 đến 1.6: 1. Hàm lượng protein của vi khuẩn có trong biofloc thường tăng thêm từ 0,25 – 0,5 đơn vị cho mỗi một đơn vị thức ăn công nghiệp. Thông số sản xuất cho các hệ thống được thể hiện ở Bảng 2.

Bảng 2.Thông số tăng trưởng phổ biến của tôm nuôi ở các hệ thống biofloc trong nhà

Mật độ thả	250-500/m3
Cỡ tôm thả nuôi	PL 11+, 1+g/con
Tỷ lệ cho ăn	3-6% trọng lượng cơ thể
Hệ số chuyển đổi thức ăn	1.2-1.8:1
Tốc độ tăng trưởng	1.3-2g/tuần
Thời gian nuôi	80 ngày
Trọng lượng cuối cùng	22g
Tỷ lệ sống	85-95%
Năng suất	5-9kg/m3

 

Tôm được thả nuôi vào 1 lô duy nhất đạt kích thước postlarvae (PL). Công việc cho ăn dựa trên sự tính toán sinh khối, chuyển đổi thức ăn, tỷ lệ chết, gia tăng thức ăn hàng tuần trên mỗi cá thể, tỷ lệ phần trăm trọng lượng cho ăn.

Tỷ lệ thức ăn được điều chỉnh sau khi lấy mẫu thường xuyên, lượng thức ăn thừa trên đáy bể sẽ được sử dụng vào lưới đánh cá sau 30 phút cho ăn. Thông số chất lượng nước thấp hơn mức tối ưu cũng có thể là tín hiệu cho ăn ít hơn khuyến cáo. Thức ăn có thể bị thất thoát dotay hoặc thiết bị cơ khí. Tuy nhiên, cho ăn bằng tay là cách tốt nhất để phân tán nguồn thức ăn trên một diện tích của bể cho phép các cá thể dễ dàng tiếp nhận thức ăn. Máy cho ăn tự động có thể được sử dụng khi các nhà quản lý không có thời gian cho ăn. Thức ăn chế biến vẫn là nguồn thức ăn bổ sung quan trọng nhất cho sự tăng trưởng tốt của tôm, thậm chí cả hệ thống biofloc. Thức ăn nuôi tôm nên được mua từ một nhà sản xuất có uy tín và được lưu trữ đúng cách.

Chế độ ăn thay đổi theo chu kỳ sản xuất với kích thước thức ăn tăng từ khoảng 1,5 mm đến 2,5 mm đối với tôm trưởng thành. Protein và chất béo có thể duy trì với tỷ lệ khoảng 40/9 trong suốt mùa phát triển. Nếu tôm nhỏ hơn khuyến cáo, kích thước hạt nhỏ hơn và thức ăn protein được bảo lưu tốt. Vui lòng kiểm tra thức ăn và số lượng post để điều chỉnh thức ăn cho hợp lý.

Một ví dụ nhằm tính toán lượng thức ăn hàng ngày như sau:

- Đường kính bể là 16 ft. Sâu khoảng 3ft. Bể được trang bị 300 PL trên mỗi mét vuông với kích thước trung bình là 1g. Sau bốn tuần thì lượng thức ăn cung cấp sẽ là bao nhiêu? Sử dụng các giá trị trong Bảng 2, sinh khối lý thuyết ở tôm sẽ được tìm thấy.

- Kích thước ban đầu của tôm (1,0 g) x tăng trưởng 4 tuần (1,5 g/tuần) = 7g cá thể tôm.

Khi lấy mẫu thì phải xác nhận điều này.

- Đường kính của bể là 16 ft. Khi chuyển đổi sang mét thì đạt khoảng 5m.

  A = π (2.5 m)² = 20 m²

- 20m2 sẽ có 300 cá thể tôm và sẽ tăng lên 6.000 cá thể ở 7g hoặc 42.000 g (42 kg).

Nếu chúng ta giả định tỷ lệ chết là 10%, khi đó sẽ giảm tới 37.800g (37,8 kg).

Cho ăn ở mức 4% trọng lượng thân sẽ là 37.800g x 0,04 = 1.512g (1,51kg) mỗi ngày trong tuần thứ tư.

Thức ăn có thể được tạo ra liên tục hoặc ăn nhiều lần trên ngày. Sự chọn lựa này đã cơ giới hóa và phương thức quản lý. Tôm có đường ruột nhỏ, vì vậy cần chia nhỏ số lần ăn hoặc bổ sung thức ăn liên tục hàng ngày. Cho ăn nhiều lần trong ngày giúp tối đa hóa việc sử dụng thức ăn và tính thống nhất của quá trình sinh học xử lý chất thải.

Quản lý Biofloc

Biofloc trong bể nuôi tôm nên được coi là một cơ thể sống và phải được quản lý chặt chẽ.Chi tiết về biofloc và làm thế nào để “thức ăn” và biofloc hỗ trợ lẫn nhau được mô tả như sau:

Thành phần chính của biofloc là vi khuẩn dị dưỡng. Các chức năng của biofloc là để giảm chất thải trao đổi chất đạm (ammonia, nitrite) được sản sinh từ việc cho ăn tôm và sản xuất.

Amoniac được tiêu thụ bởi vi khuẩn dị dưỡng sẽ trở thành protein, sau đó có thể được hấp thu bởi tôm và chuyển đổi thành tăng trưởng. Vi khuẩn dị dưỡng cần carbon cho amoniac được đồng hóa. Ngoài thức ăn công nghiệp, nguồn bổ sung carbon phải được thêm vào để kích thích vi khuẩn dị dưỡng sản xuất nhằm làm giảm các chất thải chứa nitơ.

Thức ăn tôm có lượng carbon và nitơ (C: N) theo tỷ lệ khoảng 7-10:1. Vi khuẩn dị dưỡng mong muốn có một tỷ lệ khoảng 12-15:1. Đường đơn hoặc tinh bột được thêm vào để tăng tỷ lệ và thúc đẩy tăng trưởng của vi khuẩn. Chất phụ gia bao gồm mật mía, đường, sucrose, và dextrose.Một số nhà sản xuất sử dụng glycerin. Đường đơn giúp vi khuẩn phản ứng nhanh hơn. Tỷ lệ sử dụng hàm lượng protein có trong thức ăn và thành phần của nguồn carbon khác nhau, nhưng đều tuân một nguyên tắc nhỏ là 1kg thức ăn thì cần 0.5kg carbon. Thức ăn protein cao hơn sẽ cần bổ sung carbon cao hơn. Ứng dụng thực tế phải xem xét mức độ ammonia và nitrit trong nước.

Chọn lựa nguồn carbon là phụ thuộc vào giá cả, tính sẵn có, dễ ứng dụng và hiệu quả cao. Nguồn carbon nên pha loãng trước khi áp dụng bất kể trạng thái vật lý nào. Chất rắn nên được hóa lỏng để không chìm trực tiếp đến dưới bể và biến mất.Một số chất lỏng, chẳng hạn như mật đường, có thể trực tiếp chìm xuống đáy là tốt. Việc pha loãng cho phép ứng dụng dần dần từ một bồn chứa/ việc pha loãng thông qua một van với khẩu độ nhỏ hơn thời gian để dẫn truyền carbon khắp bể.

Đo các chất rắn lơ lửng để xác định số lượng biofloc trong nuôi tôm. Chất rắn lơ lửng được đo bằng cách sử dụng tế bào hình nón Imhoff. Cones có một khối lượng một lít. Phễu được làm đầy, cho phép thực hiện từ 10-20 phút và bằng cách đọc các vạch chia độ.Biofloc trong nuôi tôm nên duy trì ở mức 10-15 mg/l. Nên được thực hiện ít nhất một lần. Tăng mật số vi khuẩn dị dưỡng cũng làm tăng nhu cầu oxy của bể. Vi khuẩn dị dưỡng cần cung cấp oxy cho quá trình sống cũng như đồng hóa ammonia. Ngoài ra, các chất rắn trong cột nước sẽ làm giảm khả năng của nước và do đó để lưu giữ càng nhiều oxy. Oxy phải được thêm vào hoặc thông qua thông khí với không khí trong khí quyển và có lẽ bổ sung thêm oxy nén hoặc chất lỏng. Thiết bị sục khí phổ biến bao gồm airlifts, đá ống phân phối khí, aspirators venturi và máy bơm nước. Oxy có thể được kết hợp vào aspirators venturi hoặc đá khuếch tán.

Việc bổ sung oxy có thể được kết hợp dựa trên sự cần thiết phải giữ biofloc ở hệ thống treo. Nếu không có pha trộn, vi khuẩn dị dưỡng bản địa sẽ lắng và mất khả năng loại bỏ amoniac. Phối trộn được thực hiện với các thiết bị tương tự như thêm oxy và máy bơm nước.Việc lựa chọn phương pháp sục khí/oxy hóa phụ thuộc vào trình độ sản xuất và tập trung của thiết bị. Ở mức sản xuất cao có thể yêu cầu sử dụng bổ sung oxy tinh khiết. Sử dụng áp suất thấp, máy thổi khí – khối lượng cao có thể tăng kích thước để phân bố nhu cầu của nhiều bể và khuyếch tán.Tương tự như vậy, máy bơm nước có thể phân bố cho nhiều aspirators venturi, nhưng thường có kích thước cho các bể lớn.

Với tỷ lệ hấp thu biofloc cao dẫn đến sản sinh carbon cao (CO2). Bất kỳ các phương pháp sục khí/oxy hóa sẽ thải ra CO2 từ cột nước.Vì vậy, CO2 thường không phải là một vấn đề đối với tôm.Tuy nhiên, CO2 có thể tích tụ trong khí quyển, tùy thuộc vào số lượng trao đổi không khí trong tòa nhà. Các nhà khai thác cần phải nhận thức được cả hai điều này để bảo vệ người lao động trong xây dựng từ CO2 và ngộ độc vì nếu xây dựng không khí được sử dụng để thông khí, cuối cùng CO2 có thể dâng cao lên cột nước. Mức độ cho ăn nhiều dẫn đến các quần thể biofloc lớn có thể gây hại cho tôm. Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) trên 500 mg/l có thể gây kích ứng và stress mang tôm. Kiểm soát TSS cao có thể được thực hiện bằng cách sử dụng phân đoạn xốp và/hoặc một số hình thức giải quyết lưu vực như một tách xoáy, dòng chảy xuyên tâm định vị, sa lắng,..Các thiết bị này có thể hạn chế sự xuất hiện của TSS ở mức cao, nhưng không loại bỏ nó hoàn toàn. Do đó, phương pháp nào cũng phải được kiểm soát dựa trên thời gian hoạt động hoặc tốc độ dòng chảy thông qua các thiết bị. Kiểm soát tốt chất rắn có thể đạt được bằng cách di chuyển trên mặt nước bể nuôi từ 3 – 4 ngày. Bể lắng đạt kích thước để chứa 1% -5% khối lượng hệ thống và được vận hành với tốc độ dòng cung cấp cho khoảng 20-30 phút thời gian cư trú (Hargreaves).

Loại bỏ TSS cũng có thể loại bỏ kiềm và nitrate từ hệ thống. Kiềm có thể được phục hồi bằng cách cho phép trầm tích trải qua 1 trong 2 phần hoặc phân hủy yếm khí toàn bộ. Nitrate có thể được giảm bằng cách loại bỏ các chất rắn từ hệ thống. Phân hủy yếm khí có nhiều lợi ích cũng như những hạn chế.Không chỉ có thể kiềm được phục hồi, nitrate có thể được loại bỏ bằng cách chuyển đổi thành khí nitơ và được thải vào khí quyển.Phân hủy yếm khí cần không gian. Phân hủy kỵ khí đơn giản hơn, mẫu bùn trong một số phần của hệ thống, được phép đi kỵ khí cho một khoảng thời gian ngắn, và sau đó được  tách ra khỏi hệ thống. Thêm một ví dụ là có bể lắng thường xuyên. Chất rắn có thể được loại bỏ khỏi hệ thống đển một thùng/bể riêng biệt, cho phép điều kiện yếm khí xảy ra và sau đó gạn bỏ nước “sạch” sau quá trình lắng của chất rắn. Khi chúng ta sử dụng những phương pháp đơn giản, thời gian và sự thành công của sự phân hủy yếm khí rất khác nhau. Một trong những mối nguy hiểm tiềm năng tiêu hóa kỵ khí là sản sinh hydrogen sulfide (H2S). Giống như CO2, trong không gian kín H2S có thể là một mối nguy hiểm cho cả tôm và con người.

Chỉ có một phần độ kiềm gắn với vi khuẩn dị dưỡng có thể được tái sử dụng bằng phân hủy yếm khí. Kiềm phải được bổ sung dựa trên việc bổ sung sodium bicarbonate. Độ kiềm nên được duy trì ở mức 150 mg/l và đo ít nhất hai lần mỗi tuần. Kiềm sẽ giúp duy trì độ pH trên 7,0, vì vậy nếu pH hàng ngày giảm xuống dưới mức mong muốn thì nhanh chóng kiểm tra độ kiềm và bổ sung natri bicarbonate. Theo hướng dẫn, 0,25 kg natri bicarbonate sẽ được thêm vào cho mỗi kg thức ăn vào hệ thống. Nhà nghiên cứu Tzachi Samocha có một hướng dẫn tốt để bổ sung natri bicarbonate, tro soda và sodium hydroxide để điều khiển độ kiềm và pH. Như với các bổ sung carbohydrate, natri bicarbonate nên được pha với nước và bổ sung vào hệ thống nuôi để hấp thu hiệu quả hơn.

Tái sử dụng hệ thống Biofloc

Tôm thẻ chân trắng được nuôi đồng loạt. Trước khi hoàn tất thu hoạch, người sản xuất phải quyết định những gì để làm với các nước từ hệ thống thu hoạch. Có thể bơm và lưu trữ để tái sử dụng hoặc thải vào một khu vực phù hợp một số sự kết hợp của lưu trữ và xả. Tương tự như vậy, bất kỳ chất thải thu được từ việc giải quyết các lưu vực hay bề mặt kỵ khí cũng phải được xử lý thông qua một số phương tiện. Ứng dụng đất không được khuyến khích, vài thực vật có thể chịu được nồng độ muối trong đất.Đối với phương tiện có thể xử lý, xin vui lòng liên hệ với Phòng quản lý môi trường Indiana hoặc cơ quan thích hợp.

Với kết quả nghiên cứu trái ngược nhau như số lượng tích tụ kim loại nặng trong nước biofloc, và quan trọng hơn, trong thịt của tôm nuôi trong vùng biển này đã được sử dụng nhiều lần cho việc sản xuất tôm. Trong nghiên cứu, Tzachi Samocha và nhóm cộng tác không tìm thấy sự tích lũy kim loại nặng trong nước hay chất nền nuôi theo cách truyền thống để tái sử dụng. Trong nghiên cứu khác gần đây, Leffler và Brunson nhận thấy asen, sắt, mangan, molypden, selen và kẽm đều tăng đáng kể trong nước vào giaia đoạn 18 tuần trong nuôi thương phẩm. Tương tự, thạch tín, chì, molypden, selen cũng gia tăng đáng kể trong thịt tôm so với cùng kỳ. Samocha gợi ý rằng quan sát sơ bộ cho thấy sự tích lũy có thể là một yếu tố của sử dụng thức ăn. Trong mọi trường hợp, các nhà sản xuất cần phải nhận thức được rằng mức đầu tư cho những hợp chất quan trọng sẽ tăng và/hoặc giảm theo thời gian trong một hệ thống biofloc. Điều này có thể ảnh hưởng đến hiệu suất nuôi tôm và chất lượng.