Hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn (RAS)

A.GIỚI THIỆU CHUNG Hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hồn (RAS) kết hợp cơng nghệ xử lí bổ sung ngồi sử dụng ni trồng thủy sản tái chế nước cục (PRAS), cho phép tái xử dụng lượng nước đáng kể Hệ thống RAS đạt mức độ kiểm sốt tốt ứng dụng cơng nghệ khác nuôi trồng thủy sản, mang lại hiểu sản xuất cao lợi ích kinh tế đáng kể hệ thống RAS cho phép điều kiện ni cấy tối ưu hóa quanh năm hồn toàn độc lập với biến động chất lượng nguồn nước nhiệt độ mơi trường xung quanh, vậy, tốc độ tăng trưởng cá gia tăng giúp ni nhiều cá đạt kích thước lớn khoảng thời gian 1.1 Nguyên lý chung hệ thống tuần hoàn Nước hệ thống tuần hoàn (recirculation aquaculture systems viết tắt RAS) thải từ bể nuôi cá làm tái sử dụng liên tục ổn định Sự làm nước thải từ bể nuôi cá phương pháp vật lý sinh học Khác với ao nuôi thông thường, RAS bể cá hệ thống xử lý nước tách rời riêng biệt Các hệ thống xử lý nước thiết kế cho mục tiêu khác bao gồm hệ thống tách thải rắn, cung cấp oxy, hệ thống khử hữu hòa tan, hệ thống sinh học khử NH3-N NO2-N q trình nitrate hóa tham gia chủ yếu vi khuẩn tự dưỡng hệ thống sinh học yếm khí khử NO3-N tạo N2 vi sinh vật kỵ khí tùy nghi Vài hệ thống ni tuần hồn, tảo hay rong kết hợp để xử lý nước Lý tưởng nhất, trình hoạt động, thiết kế xây dựng hệ thống tách biệt để tăng cường hiệu suất dễ dàng khống chế Nếu kết hợp nhiều trình diễn bể phản ứng đạt kết giảm suất khó quản lý bền vững Các thiết bị lọc hệ thống nuôi thủy sản tuần hoàn thiết bảo đảm giữ an toàn chất lượng nước sức khỏe động vật thủy sản, tỷ lệ sống cao sinh trưởng tối ưu Chính quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản quan trọng Trong hệ thống ni tuần hồn, chất lượng nước trì đơn giản cân sản phẩm thải bể nuôi chất thải xử lý phận xử lý phương pháp sinh học vật lý Có thể biểu diễn đơn giản cân sau: Khối lượng chất thải, thức ăn đưa vào hệ thống động vật thủy sản hấp thụ tăng trưởng tính gram kg động vật thủy sản sản xuất Các loại chất thải (g/kg thức ăn) phải xử lý nhiều hệ thống kết hợp bao gồm: thải rắn (bùn, thức ăn thừa, phân) chất thải trình thải từ mang nước tiểu động vật thủy sản ( NH3-N, oxygen, carbonic ) Sự phân hủy chất hữu dạng rắn tạo thành hữu hòa tan chất thải vơ hòa tan 1.2 Cấu thành hệ thống ni tuần hồn Hệ thống ni tuần hồn bao gồm đơn vị cấu thành chức riêng biệt để giải vấn đề tổng thể làm môi trường nước nuôi thủy sản nâng cao khả sử dụng nước *Cấu thành hệ thống ni thủy sản tuần hồn nước đơn giản Bao gồm: + Bể nuôi cá + Bể tách chất thải rắn + Bể chứa (tùy theo sử dụng kiểu hệ thống lọc sinh học cần hay không cần) + Bể lọc sinh học + Bể chứa  Cấu thành hệ thống nuôi thủy sản tuần hồn nước tiên tiến Bao gồm + Bể ni cá + Bể tách chất thải rắn + Bể chứa (tùy theo sử dụng kiểu hệ thống lọc sinh học) + Bể lọc sinh học + Bể chứa + Bể xử lý yếm khí tùy nghi khử NO3-N bùn thải + Bể ozone sử dụng cho lọc hạt thải rắn siêu nhỏ quản lý mầm bệnh C Hệ thống tổng thể RAS Hình : Các trình sử dụng RAS CÁC ĐƠN VỊ HỆ THỐNG loại bỏ chất thải rắn Trong hệ thống tuần hoàn, xử lý chất thải rắn bước làm nước, chất thải rắn loại bỏ từ đầu bể nuôi Chất thải rắn lắng hay lọc tùy theo điều kiện ứng dụng cho thích hợp Tác dụng việc loại bỏ chất thải rắn chất lơ lững nước là: + Giảm thiểu tối đa vật chất thải rắn hay lơ lững nước trước chảy qua hệ thống lọc sinh học; + Ngăn chặn tích lũy chất thải rắn hệ thống; + Ngăn chặn chất thải rắn nồng độ vật chất nằm ngưỡng thích hợp cho loại động vật thủy sản nuôi Nước sau qua hệ thống lọc chất thải rắn chảy sang bể chứa phương pháp chênh lệch áp lực mực nước 2.Hệ thống hai cơng Bể ni hai cống sử dụng thiết bị tách dòng nước xốy loai bỏ phần lớn chất rắn lắng động cống trung tâm Hệ thống thiết kế có khả áp dụng cho bể tròn có hiệu việc loại bỏ phần lớn hạt có kích thước lớn,các hạt có khả lắng đọng nhanh thức ăn thừa chất tiết mà sử dụng tỷ lệ nhỏ tổng dòng chảy ( từ 10-25 ăn thừa chất tiết mà sử dụng tỷ lệ nhỏ tổng dòng chảy ( từ 10-25%), chủ yếu tháo nước cống thoát cao tường bên Dòng chất thải sau gom lại cách sử dụng bể lắng thiết bị tách.Mục tiêu tạo lưu lượng nhỏ xử lí dễ dàng ,pha loảng chất thải Tiêu chuẩn để thiết kế bể dòng chảy nên nhỏ nhất:6 Lpm/m2 (6 L/phút/m2) diện tích sàn bể.Thời gian lưu thủy lực nước cống trung tâm nhỏ 200 phút 15-25% tổng lượng dòng chảy.Sau tính toán giá trị lớn giá trị nên sử dụng Bể khu vực lắng Một bể lắng đơn giản để tạo khu vực yên tĩnh , nơi tốc độ dòng chảy chậm lại chất rắn lắng xuống trọng lực.Để tăng trình lắng, ống hoắc đĩa lắng gồm chuổi ống nghiêng đĩa xếp chồng lên vài cm thường sử dụng Điều làm tăng hiệu diện tích lắng đơn vị diện tích.Ưu điểm việc dụng khu vực láng hoạt động đơn giản , nhu cầu lượng chi phí xây dựng thấp.sự bất lợi ba gồm kích thước tương đối lớn khu bực lắng ,hiệu việc loại bỏ hạt nhỏ hạt có mật , thấp kém,rò rỉ chất dinh dưỡng từ chất lắng đọng trở lại vào hệ thống nuôi chúng giữ khu vực lắng Một phương pháp khác để tăng tốc độ lắng thơng qua việc sử dụng dòng thủy lực xốy Nước thải từ bể ni đứa ngồi vào bể hình nón , cho dòng nước chảy vòng xung quanh vể này,các chát nhanh chóng lắng xuống đáy loại bỏ thường xuyên Lọc học Hai loại lọc học thường sử dụng NTTS để loại bỏ chất rắn lơ lửng: lọc sử dụng chắn lọc môi trường hạt Các chất rắn lơ lửng từ hệ thống ni khơng có khả lắng xuống thời gian lưu lại nước (30-60 phút) chúng cần phải loại bỏ khỏi nước ni chúng có nhu cầu xử dụng oxy cao khả khống hóa (tỷ lệ tăng amonia-nitơ tạo nước protein urê phân)  Bộ lọc sử dụng màng chắn Các màng chắn kích thước nhỏ sử dụng rộng rãi để loại bỏ chất rắn lơ lửng hai hệ thống tuần hoàn dùng cho nghiên cứu thương mại Màng chắn có kích thước nhỏ hoạt động theo hình thức sàng để giữ lại hạt lớn kích thước lưới chắn Sử dụng màng với lọc quay có sẵn với nhiều kích cỡ tốc độ dòng chảy khác Chúng có nhiều lợi thế, quan trọng dễ dàng bố trí vận hành Hầu tất lọc sử dụng màng lọc có kích thước nhỏ làm việc ngun tắc vật lý việc giữ lại hạt chắn loại bỏ cách sử dụng vòi phun để rửa Các chắn thay kích thước mắt lưới thường lựa chọn dựa đặc tính nước xử lý, yêu cầu chất lượng nước ra, chi phí khối lượng chất thải Màng lọc kích thước nhỏ đặc biệt tiện lợi sử dụng để loại bỏ chất rắn từ dòng chảy có lưu lượng lớn Ngồi ra, chúng có kích thước nhỏ gọn nên mát áp lực nhược điểm hệ thống yêu cầu để trì cao, vốn chi phí vận hành tương đối lớn Hoạt động lọc sử dụng màng có kích thước nhỏ phần lớn phụ thuộc vào kích thước màng lọc, ảnh hưởng đến công suất thủy lực, hạt loại bỏ, tỷ lệ nước bùn sinh nồng độ  Bể lọc môi trường hạt Bể lọc sử dụng môi trường hạt hoạt động cách cho nước đầy cần xử lý qua lớp vật liệu dạng hạt, hạt lơ lửng nước bị giử lại mơi trường lọc Bộ lọc hạt hình thức phổ biến , mát áp lực thấp yêu cầu lượng nước rửa bể Bể lọc sử dụng môi trường hạt thay viêc sử dụng bể lọc cát cho tất mục đích thực tế Bể lọc cát thường lớp cát dày bể hoạt động tốt việc loại bỏ chất rắn Bể lọc cát sử dụng bể bơi, hoạt động theo nguyên tắc tương tự sử dụng áp lực nước giữ hạt lơ lửng nước Khi mà yêu cầu áp lực để đẩy nước qua lớp cát lọc, bể lọc cát hoạt động theo kiểu lọc ngược sử dụng áp lực máy bơm Với hai phương pháp sử dụng bể lọc cát nhiều nước trình vận hành quản lý bể lọc cát luôn thách thức Các hạt mơi trường lọc có kích thước nhỏ từ đến mm có mật độ thấp, hạt polyethilene sử dụng môi trường lọc, lọc ngược Đây loại môi trường nhựa thường sử dụng nguyên liệu cho trình phun Phương pháp lọc thực cách giử hạt chất rắn lơ lửng nước sau định kỳ rung lắc, khuấy gỡ vật chất rắn bị mắc kẹt môi trường Nhiều chất lơ lững kích thước nhỏ hợp chất hữu hào tan mà xây dựng lên theo thời gian hệ thống tuần hồn nước sâu khơng loại bỏ lọc lọc môi trường hạt Sử dụng phương pháp tuyến để loại bỏ chất rắn  Xử lý chất thải rắn Thông thường, chất thải rắn NTTS xử lý chất thải nông nghiệp coi nguồn chất dinh dưỡng không độc hại Việc áp dụng điều chỉnh quy định hạn chế số lượng tác nhân gây bệnh, kim loại nặng chất bẩn khác, hàm lượng dinh dưỡng, loại đất đặc điểm hấp thu chất dinh dưỡng thực vật để hạn chế ô nhiễm nước bề mặt nước ngầm Một công nghệ bùn lắng sử dụng túi vải kỹ thuật Lọc sinh học  Cơ sở áp dụng Nitơ chất dinh dưỡng cần thiết cho tất sinh vật sống tìm thấy protein, axit nucleic Trong mơi trường NTTS, có bốn nguồn chất thải ni tơ : - Urê, axit uric amino axit tiết cá Các mảnh vụn hữu từ sinh vật chết Thức ăn thừa phân Khí ni tơ từ khí Các sản phẩm chất thải chứa ni tơ khác khuếch tán qua mang, nước tiểu phân Amoniac, nitrit, nitrat có khả hòa tan nước cao Amoniac tồn hai hình thức, dạng khơng ion hóa NH3 dạng ion hóa NH4+ Với nồng độ chúng thường liên quan đến chức pH nhiệt độ Qúa trình nitrat hóa gồm bước: nơi amoniac lần bị oxy hóa thành nitrite sau nitrit bị oxy hóa thành nitrat Hai bước thực Khả loại bỏ amoniac bể lọc sinh học chủ yếu phụ thuộc vào tổng diện tích bề mặt có sẵn cho phát triển vi khuẩn nitrat Đối với hiệu tối đa, mơi trường sử dụng phải cân diện tích bề mặt riêng cao, độ rỗng đáng kể để đảm bảo hiệu suất thủy lực hệ thống Môi trường lọc phải trơ, không bị nén không bị phân hủy sinh học Môi trường lọc phổ biến cát nhựa vật liệu gốm Một số hệ thống lọc sinh học: lọc sinh học nhỏ giọt, công nghệ đệm di động(MBBR), lọc sinh học ngập nước, lọc hạt nổi,…  Bể lọc nhỏ giọt: thiết bị phản ứng sinh học vi sinh vật sinh trưởng cố định lớp vật liệu học Bể lọc bao gồm: lớp vật liệu dễ thấm nước với vi sinh vật bám Nước thải qua lớp vật liệu thấm nhỏ giọt Vật liệu lọc thường đá dăm khối vật liệu lọc có hình thù khác Nếu vật liệu lọc đá sỏi sỏi kích thước hạt dao động khoảng 0,5-2,5 cm, trung bình 1,8cm Bể lọc với vật liệu đá dăm thường có dạng hình tròn Nước thải phân phối lớp vật liệu lọc nhờ phận phân phối Bể lọc với vật liệu lọc chất deorcos thể có dạng tròn, vng có nhiều dạng khác với chiều cao biến đổi từ 4-12m Ba loại vật liệu với chất dẻo thường dùng là: (1) vật liệu với dòng chảy thẳng đứng; (2) vật liệu với dòng chảy ngang; (3)vật liệu đa dạng Chất hữu bị phân hủy với quần thể vi sinh vật sống lớp vật liệu học chất hữu có chất thải bị hấp thụ vào màng vi sinh vật dày 0,1-0,2mm bị phân hủy vi sinh vật hiếu khí Khi vi sinh vật sinh trưởng phát triển , bề dày lớp màng tăng lên, đó, oxy bị tiêu thụ trước khuếch tán hết chiều dày lớp màng sinh vật Như vậy, mơi trường kị khí hình thành lớp vật liệu lọc Khi chiều dày lớp màng tăng lên, q trình đồng hóa chất hữu xảy trước chúng tiếp xúc với vi sinh vật gần bề mặt vật liệu lọc kết vi sinh vật bị phân hủy nội bào, khơng khả dính bám lên bề mặt vật liệu lọc bị rửa trôi  Công nghệ đệm di động (MBBR): q trình xử lí sử dụng loại vi sinh vật bám dính, nhiên giá thể vi sinh sử dụng công nghệ giá thể đệm di động có diện tích bề mặt lớn, chúng chuyển động bể nên tận dụng tối đa diện tích bề mặt giá thể vi sinh, mật độ sinh vật cơng trình xử lí MBBR lớn, bên cạnh việc giá thể chuyển động tăng khả hòa tan oxy vào nước, điều khến hiệu xử lí theo cơng nghệ cao nhiều so với công nghệ khác  Lựa chọn kiểu lọc sinh học: Mỗi bể lọc sinh học mô tả có ưu điểm nhược điểm cần cân nhắc giai đoạn thiết kế Một ưu điểm lọc sinh học MBBR hai thêm oxy vào nước trình hoạt động bình thường Ngược lại, bể lọc sinh học ngập nước, lọc hạt nổi, lọc vi hạt lọc sinh học tầng sôi tiêu hao oxy phải phụ thuộc vào oxy dòng chảy đến để trì điều kiehí màng sinh học Nếu lí gì, dòng chảy đến có hàm lượng oxy thấp dòng chảy đến cho lọc sinh học thấp, kỵ khí làm gián đoạn lọc sinh học Việc áp dụng môi trường lọc có kích thước bề mặt thấp bất lợi cho lọc sinh học nhỏ giọt MBBR Bởi vig, chi phí đầu tư tỉ lệ thuận với tổng diện tích bề mặt lọc, kết bể lớn đòi hỏi bể lọc tốn Ngược lại, lọc hạt đặc biệt lọc tầng sôi lọc vi hạt, sử dụng mơi trường có diện tích bề mặt lớn dẫn đến giảm yêu cầu chi phí khơng gian cho bể Sục khí thêm oxy Oxy hòa tan yếu tơ hạn chế hệ thống nuôi thâm canh Nồng độ oxy hòa tan tối thiểu 4-6 mg/L yếu cầu cho tăng trưởng tối ưu hầu hết loài thủy sản Ở mật độ lên đến 45kg/m3, sục khí cần thiết cho tăng trưởng cá Ở mật độ nuôi cao hơn, oxy tinh khiết yếu cầu bổ sung Trong thời gian sục khí, khơng khí đưa vào tiếp xúc với nước, bóng khí vào nước đưa giọt nước nhỏ qua khơng khí Trong trường hợp,oxy chuyển vào nước CO2 nito dư thừa loại Trong q trình oxy hóa, oxy tinh khiết sử dụng để tăng tốc độ truyền bão hòa nồng độ oxy Oxy tạo chỗ sử dụng thiết bị áp lực hấp phụ mua dạng lỏng khí số lượng lớn từ nguồn thương mại Nhiều laoij thiết bị chuyển oxy có sẵn thị trường Loại bỏ CO2 CO2 sản phẩm hô hấp cá sinh vật khác hệ thống sản xuất, chẳng hạn vi khuẩn màng sinh học Ở nồng độ thấp, CO2 loại bỏ lắc, khuấy đảocơ học cho nước tiếp xúc với khơng khí Nhưng tiến thiết kế quản lí hệ thống tuần hồn có ni mật độ ngày tăng giảm tỉ lệ trao đổi nước Kết CO2 thường trở thành yếu tố hạn chế hệ thống thâm canh Đối với gam oxy tiêu thụ, 1,38 g CO2 đượcc sản xuất CO2 cản trở việc hô hấp cá cách cản trở chức máu để vận chuyển oxyqua tượng sinh lí tiếng hiệu ứng Bohr CO2 ảnh hưởng trực tiếp đến hệ thống giảm Ph, gây ức chế cho cấ giảm vi khuẩn Nitrat bể lọc sinh học CO2 kiểm sốt cách trao đổi khí qua tháp nước thiết bị sục khí Khi nước có chứa CO2 chảy qua mơi trường cột lọc, khơng khí đẩy lên xuống cột CO2 loại bỏ cách chuyển khí qua giao diện nước/ khơng khí bề mặt mơi trường lọc Nồng độ CO2 ... bị lọc hệ thống ni thủy sản tuần hồn thiết bảo đảm giữ an toàn chất lượng nước sức khỏe động vật thủy sản, tỷ lệ sống cao sinh trưởng tối ưu Chính quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản quan... trường nước nuôi thủy sản nâng cao khả sử dụng nước *Cấu thành hệ thống ni thủy sản tuần hồn nước đơn giản Bao gồm: + Bể nuôi cá + Bể tách chất thải rắn + Bể chứa (tùy theo sử dụng kiểu hệ thống lọc... sinh học + Bể chứa  Cấu thành hệ thống nuôi thủy sản tuần hoàn nước tiên tiến Bao gồm + Bể nuôi cá + Bể tách chất thải rắn + Bể chứa (tùy theo sử dụng kiểu hệ thống lọc sinh học) + Bể lọc sinh