Biofloc (BFT), một trong những hệ thống nuôi thân thiện với môi trường, được coi là công nghệ sinh học theo hướng mới (Avnimelech, 2006), là giải pháp để phát triển bền vững ngành nuôi trồng thủy sản quy mô công nghiệp.
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.
Công nghệ Biofloc đã được ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản từ sản xuất giống, ương, nuôi thương phẩm và đã được chứng minh mang lại hiệu quả kinh tế cao.Ngoài áp dụng trong nuôi cá và tôm thâm canh, công nghệ biofloc cũng được áp dụng ở các hệ thống nuôi siêu thâm canh raceway (luân chuyển bể/ao) để sản xuất hơn 9kg tôm/m³. Phương pháp nuôi raceway phục vụ cho các giai đoạn ương giống, nuôi tôm và nuôi tôm bố mẹ, cũng như tuyển chọn các gia hệ tôm.
Một thử nghiệm về hệ thống nuôi tôm bằng công nghệ biofloc đã được tiến hành tại đại học Southern Mississippi, Mỹ và đã chứng minh hiệu quả: giúp tôm phát triển nhanh, tỉ lệ chuyển đổi thức ăn thấp và tỉ lệ sống cao.
Trong phạm vi mương có kính bao quanh, đánh giá việc sử dụng một hệ thống bifloc dị dưỡng có sục khí, bơm ô-xy và hệ thống sưởi trung tâm để có sản lượng tôm cao. Tôm đã tăng 22,5g trong 82 ngày, cho thấy có thể nuôi hơn 4 vụ tôm mỗi năm. Tỉ lệ chuyển đổi thức ăn (FCR) ở mức rất thấp, 1,2:1, tỉ lệ sống sót cao, và mặc dù mật độ thả giống khá thấp, mức sản xuất sinh khối đạt 5,3kg/m3.
Hệ thống nuôi tôm biofoc thâm canh cho phép sản xuất trong nhà, tỉ lệ trao đổi nước thấp và mức an toàn sinh học cao. Tuy mỗi hệ thống có một cách quản lý khác nhau, nhưng có một chiến lược chung là bổ sung nguồn cac-bon hữu cơ vào nước để làm tăng tỉ lệ cac-bon : ni-tơ và tạo điều kiện thuận lợi cho các hợp chất ni-tơ độc hại khác đồng hóa dị dưỡng.
Vi sinh vật dị dưỡng trong nước lấy năng lượng từ cac-bon và tổng hợp protein từ ni-tơ. Sau đó những vi sinh vật này có thể cung cấp chất dinh dưỡng bổ sung cho tôm. Kỹ thuật này có tiềm năng làm tăng tỉ lệ sinh trưởng của tôm với tỉ lệ chuyển đổi thức ăn thấp hơn.
Các tác giả đã tiến hành một thí nghiệm để đánh giá việc sử dụng một hệ thống biofloc dị dưỡng được trang bị công nghệ thông khí và hệ thống sưởi trung tâm tân tiến nhất nhằm đạt được sản lượng tôm cao.
Cài đặt mương nước
Một mương bê tông có thể tích 50m3 dài 30,1m rộng 3,2m và sâu 0,5m được lót bằng nhựa po-li-ê-ti-len với mật độ cao, đặt trong một nhà kính có mái che bằng nhựa trong suốt. Nước được bơm xung quanh một bức tường trung tâm bằng 2 máy bơm công suất 1,5 mã lực (1,119kW). Mỗi máy bơm được nối tới bảy vòi phun đều nhau ở gần cuối của mương. Các vòi phun này hút không khí qua một ống có đường kính 2,5cm chạy dài trên mặt nước. Một trong những đường ống được trang bị để nhận khí ô-xy tinh khiết, được bơm vào một cơ sở phòng ngừa với tốc độ khoảng 2L/ phút.
Dự án được thực hiện trong hai tháng mùa đông và do đó cần bổ sung hệ thống sưởi. Nước sạch được bơm qua một hệ thống đường ống trung tâm bởi một máy bơm, được hai nồi hơi đun nóng. Một máy điều nhiệt điện tử duy trì nhiệt độ nước ở mức 29 độ C. Khi cần thiết, máy điều nhiệt sẽ làm máy bơm thứ cấp hoạt động, bơm nước nóng thông qua một bộ trao đổi nhiệt titan nằm trong mương.
Ngay bên ngoài nhà kính là một buồng lắng hình nón, thể tích 760l và một ống có đường kính 10cm treo ở trung tâm. Nước từ mương được bơm liên tục vào buồng lắng với tốc độ khoảng 15l/ phút. Chất rắn lắng đọng ở đáy và được gỡ bỏ hàng tuần, trong khi đó nước đã được lọc chảy trở lại vào mương.
Nuôi tôm
Tôm giống được nuôi trong một mương ươm gần đó cho đến khi đạt trọng lượng trung bình 1,5g sẽ được thả vào mương sản xuất thử nghiệm với mật độ 250 con/ m3. Tôm được cho ăn với khẩu phần ban đầu dựa trên một giả định tỉ lệ chuyển đổi thức ăn là 1,5:1, tốc độ tăng trưởng 1,8g/ tuần và tỉ lệ tử vong là 8% tôm giống và 1% mỗi tuần sau đó. Tuy nhiên, khẩu phần ăn này đã được điều chỉnh bằng cách thường xuyên lấy mẫu thức ăn thừa bằng một lưới chìm trong nước.
Khẩu phần ăn đã được thiết lập để không còn tìm thấy thức ăn dư thừa trong khoảng 30 phút trước lần cho ăn kế tiếp, và không còn thức ăn trước mỗi bữa đầu tiên trong ngày. Bảy mươi phần trăm khẩu phần ăn hàng ngày được phân tán khắp mương bằng tay, và 30% còn lại được đặt trên 2 băng truyền rải thức ăn mỗi 12 tiếng để cho ăn qua đêm. Trọng lượng tôm được cân hàng tuần, độ mặn được duy trì ở mức 20 ppt (2%) và tôm được nuôi trong 82 ngày.
Đường mía dạng hạt được thêm vào hàng ngày ở mức 50% trọng lượng ướt của thức ăn bổ sung để tăng tỉ lệ cac-bon : ni-tơ và thúc đẩy hoạt động của các vi sinh vật dị dưỡng. Trong một vài trường hợp, ở nơi tập trung nhiều ni-trit hòa tan, đường mía được bổ sung nhiều hơn để tăng thêm ni-tơ đồng hóa. Lượng cac-bon và ni-tơ đóng góp vào khẩu phần ăn và đường mía được thể hiện trong Bảng 1.
Nhiệt độ, độ pH và mức ô-xy hòa tan được đo hai lần mỗi ngày, các thông số chất lượng nước được đo hàng tuần. Độ pH buổi sáng được sử dụng để quyết định lượng sodium bicarbonate cần thêm vào mỗi ngày nhằm duy trì độ pH cao trong suốt dự án. Nếu pH dưới 7,9, sẽ phải bổ sung 300g sodium bicarbonate và 500g nếu pH dưới 7,7 và 1000g nếu pH dưới 7,5.
Kết quả
Nhiệt độ nước không có biến động đáng kể giữa số đo buổi sáng và số đo buổi chiều, có thể là do nhiệt độ không khí vẫn ở mức thấp, và nhiệt độ nước chịu ảnh hưởng chủ yếu bởi hệ thống sưởi. Độ pH cao được duy trì nhờ thường xuyên bổ sung sodium bicarbonate. Nồng độ ô-xy hòa tan được giữ ở mức tương đối cao bằng cách sử dụng các vòi sục khí và bổ sung khí ô-xy. Giá trị trung bình của các chỉ số này và các thông số chất lượng nước khác được trình bày trong Bảng 2.
Trong suốt dự án, nồng độ a-mô-ni-ac vẫn ở mức thấp, nhưng nồng độ ni-trit đo được vào thời điểm giữa và gần kết thúc dự án là cao, 5,5mg/l. Tuy nhiên, không quan sát thấy hiện tượng tôm chết hay kém ăn trong mối quan hệ với các gai ni-trit. Mặc dù không thể đo được nồng độ ni-trat, nhưng những hệ thống mương cho phép đồng hóa dị dưỡng ni-tơ khác tại Phòng thí nghiệm Gulf Coast cho thấy lượng tích tụ ni-trat rất nhỏ.
Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) được duy trì cao hơn so với khuyến cáo của các tác giả khác, nhưng các số liệu về tôm nuôi không cho thấy bất kỳ tác dụng phụ nào. Ngoài ra, việc quản lý nồng độ chất rắn với một buồng lắng dẫn đến việc trao đổi 5,8% lượng nước của mương, không bao gồm nước thất thoát do bốc hơi. Khi độ mặn của nước được điều chỉnh từ 20ppt đến mức 30ppt, theo những nghiên cứu gần đây của các tác giả khác, tổng lượng nước sử dụng sẽ là 133L/ kg sinh khối tôm. Với độ mặn bão hòa 35ppt, lượng nước sử dụng phải là 114L/kg tôm.
Tốc độ tăng trưởng trung bình của tôm đạt 1,8g/tuần. Tôm tăng từ 1,5 – 22,5g trong 82 ngày, cho thấy nếu các điều kiện của dự án được duy trì, thì có thể nuôi trên 4 vụ tôm mỗi năm. FCR rất thấp, 1,2:1 và tỉ lệ sống sót cao, 96,6%. Mức sản xuất sinh khối tương đối cao, mặc dù mật độ tôm giống thấp hơn so với các dự án tương tự, 5,3kg/m3, nhờ tỉ lệ sống sót cao và trọng lượng vừa phải,22,5g.
Triển vọng
Dự án này đã miêu tả một nỗ lực kết hợp một số đổi mới công nghệ tân tiến nhất với chế độ quản lý biofloc đã được triển khai trong phòng Thí nghiệm Gulf Coast. Nhiệt độ nước thích hợp được cung cấp bởi hệ thống sưởi ấm trung tâm có khả năng đóng góp vào việc đạt được sản lượng tôm cao. Nồng độ ô-xy hòa tan (D.O) cao được duy trì có thể hỗ trợ các thông số năng suất, dù rằng một nồng độ D.O thấp cũng có thể đáp ứng đủ yêu cầu.
Các tác giả tin rằng việc sử dụng khí ô-xy có thể được duy trì bằng cách sử dụng một hệ thống giám sát có khả năng kiểm soát việc bơm ô-xy. Các hệ thống thông khí và máy bơm nước có thể có khả năng duy trì đủ D.O mà không cần bổ sung thêm ô-xy.
Việc duy trì độ pH cao được thực hiện bằng cách thường xuyên sử dụng bicarbonate. Tuy nhiên, vẫn chưa xác định được cơ chế ảnh hưởng của việc này đến các thành phần khoáng chất của nước nuôi nếu nó được tái sử dụng cho nhiều loại tôm nuôi. Quá trình dị dưỡng ni-tơ diễn ra tốt, mặc dù các gai ni-trit gây ra một mối lo. Quá trình hấp thu có thể diễn ra hiệu quả hơn khi sử dụng thức ăn có hàm lượng protein thấp hơn.
Các thông số năng suất tôm rất tốt, đáng chú ý nhất là tốc độ tăng trưởng, FCR và tỉ lệ sống. Những kết quả này, cùng với lượng nước sử dụng thấp, có thể tạo ra động lực cho việc sử dụng công nghệ này tại các vùng ở sâu trong nội địa, đặc biệt là ở những vùng có khí hậu lạnh hơn.
Nếu những điều kiện của dự án được duy trì, thì sẽ có khả năng sản xuất trên 4 vụ tôm mỗi năm.
Bảng 1: Lượng cac-bon và ni-tơ đóng góp vào khẩu phần ăn và đường mía
| Cac-bon (%) | Ni-tơ (%) | Trọng lượng (kg) | Cac-bon bổ sung (kg) | Ni-tơ bổ sung (kg) |
Tỉ lệ cac-bon:ni-tơ |
|
| Khẩu phần ăn | 41,7 | 5,8 | 348,0 | 145,1 | 20,2 | 7,2 |
| Đường mía | 41,0 | 0 | 179,6 | 73,7 | 0 | – |
| Tổng cộng | 82,7 | 5,8 | 527,6 | 218,8 | 20,2 | 10,8 |
Bảng 2: Các thông số nước trung bình trong quá trình thực hiện dự án
| Thông số |
Giá trị |
| Nhiệt độ | 29,0 14±”> 0,5ºC |
| pH | 7,8 14±”> 0,2 |
| Nồng độ ô-xy hòa tan | 7,9 14± “>0,8 mg/L |
| Nồng độ amoniac | 0,2 14±”> 0,2 mg/L |
| Nồng độ ni-trit | 2,3 14±”> 1,9 mg/L |
| Tổng lượng chất rắn lơ lửng | 337,0 14±”> 52,0 mg/L |
| Độ đục | 84 14±”> 15 NTU |
| Lượng chất rắn lắng đọng | 14,5 14±”> 3,7 mL/L |