2.1.3. Qui trình giám sát các thơng số mơi trường nước
Trong q trình ni tơm, mơi trường nước là yếu tố quan trọng hàng đầụ Để quản lý
môi trường nước trong ao nuôi theo hướng bền vững với môi trường, ta cần thực
hiện theo 2 qui trình giám sát và xử lý nước: Qui trình giám sát và xử lý nước trong ao nuôi và Qui trình giám sát và xử lý tuần hồn nước. 02 qui trình được thự hiện song
song, nhằm đảm bảo cho môi trường nước của ao nuôi đạt các thông số theo Qui
chuẩn kỹ thuật quốc gia Việt Nam QCVN 02 - 19 : 2014/BNNPTNT ban hành ngày 29/07/2014, về môi trường nước nuôi tôm như Bảng 2.1.
13
Bảng 2. 1. Tiêu chuẩn môi trường nước cho nuôi tôm
Thông số Khoảng cho phép Khoảng thích hợp (tối ưu)
Nhiệt độ (oC) 18 - 33 28 - 32
pH 7 – 9 7.8 – 8.2
Độ đục (cm) 20 - 50 30 - 40
Độ mặn % (ppm) 5 - 35 15 - 25
Độ hòa tan Oxy 3 - 7mg/l 5 – 6 mg/l
Độ hòa tan NH3 ≤ 0.3 mg/l < 0.01 mg/l
b) Qui trình giám sát và xử lý nước trong ao ni [2,3 & 8]:
Giám sát và xử lý hàm lượng ơxy hịa tan (DO):
Nhu cầu ơxy của tơm nhiều hay ít tùy thuộc vào kích cỡ, mật độ nuôi, nhiệt độ và độ mặn. DO lý tưởng cho tôm là trên 5 ppm. Hàm lượng DO < 5 ppm tôm vẫn bắt mồi nhưng tiêu thụ thức ăn chậm và tăng nguy cơ nhiễm bệnh, nếu hàm lượng ôxy 2 - 3
ppm tôm sẽ ngừng bắt mồi và yếu hẳn, DO < 2 ppm tôm sẽ chết ngạt. Nguyên nhân làm cho hàm lượng ơxy hịa tan trong ao nuôi thấp là do sau khi xử lý một số hóa chất
như formalin, chlorine, BKC, sunfat đồng…; cho ăn quá dư thừa hoặc bón phân quá liều dẫn đến hiện tượng tảo nở hoa; trời u ám…
Cách giám sát: thông thường nên đo tối thiểu 4 lần/ngày, đo trước mỗi bữa cho tôm ăn
và nửa đêm để kiểm soát hiệu quả lượng thức ăn cho tôm.
Cách xử lý: Thay nước, giảm cho ăn, quạt nước và sục khí để đảm bảo lượng ơxy hịa
tan trong nước nằm trong phạm vi cho phép. Cần chú ý đến số lượng quạt, cách đặt
quạt, vị trí đặt… cho phù hợp. Giám sát và xử lý độ mặn:
Tơm thẻ chân trắng có thể ni ở độ mặn 0 - 37‰ tốt nhất là 5 - 10‰. Tôm sú nuôi được độ mặn tương đối rộng 2 - 35‰ nhưng thích hợp nhất là 10 - 30‰ và dao động
trong ngày không quá 5‰. Độ mặn cao sẽ làm hàm lượng khoáng vi lượng vô cơ (Ca, Na, Mg, Cl, K…) cao và hàm lượng DO thấp, tôm dễ bị cứng vỏ, cơ thể chuyển sang màu xanh đen, chậm lớn. Ngược lại, độ mặn thấp sẽ dẫn đến tình trạng thiếu dinh dưỡng vô cơ làm tôm mềm vỏ, có màu trắng. Thơng thường độ mặn trong ao ni ít thay đổi, ngoại trừ thiên tai mưa bão, lũ lụt.
Cách giám sát: thông thường nên đo tối thiểu 1 lần/ngày, đo vào buổi sáng.
Giám sát và xử lý nhiệt độ
Do tôm là động vật biến nhiệt nên sự thay đổi nhiệt độ nước trong ao ni có ảnh hưởng đến hoạt động sống và phát triển của tôm. Nhiệt độ thích hợp cho tơm sinh trưởng và phát triển tốt nhất là 24 - 320C, nếu nhiệt độ cao hơn 330C hay thấp hơn
14 240C thì khả năng bắt mồi của tôm sẽ giảm 30 - 50%. Nhiệt độ tăng hay giảm đột ngột
đều làm tôm bỏ ăn, dễ nhiễm bệnh và chậm lớn. Tốt nhất nhiệt độ giữa ngày và đêm chênh lệch khơng q 30C. Chính vì vậy để ổn định nhiệt độ, mực nước trung bình
trong ao nuôi nên dao động 1,2 - 1,5 m, ao cạn quá sẽ làm nước bị phân tầng và tôm bị
sốc nhiệt.
Cách giám sát: Thông thường nên đo tối thiểu 3lần/ngày, đo các buổi sáng/trưa/chiềụ
Sử dụng bộ cảm biến nhiệt độ đa tầng của nước.
Cách xử lý: Nếu nhiệt độ trong ao cao quá, ta bơm thêm nước vào ao nuôi, nâng độ cao mực nước trong ao lên. Tương tự, nếu nhiệt độ trong ao thấp quá, ta bơm rút bớt
nước trong ao ra, để đảm bảo vùng tầng nước tôm ăn trong phạm vi nhiệt độ cho phép.
Giám sát và xử lý hàm lượng pH
Độ pH thích hợp để tơm phát triển là 7,5 - 8,5 nhưng tối ưu là 7,8 - 8,2, dao động <
0,5/ngàỵ Nếu pH 4 - 7 hoặc 9 - 11 tôm sẽ chậm lớn, pH < 4 hoặc > 11 tôm sẽ chết. Trong ao nuôi tôm pH quá cao hay quá thấp đều ảnh hưởng trực tiếp hay gián tiếp đến tơm ni, pH cao thì NH3 nhiều, H2S ít và ngược lạị
Cách giám sát: Ta nên đo độ pH mỗi ngày 2 lần vào 8 giờ sáng và 3 giờ chiều.
Cách xử lý: Muốn kiểm soát PH, ta thay nước mới có pH ổn định vào ao nị
Giám sát và xử lý nhiệt độ NH3
NH3 được sinh ra từ quá trình phân hủy các protein, xác bã động thực vật phù du, sản phẩm bài tiết của động vật hay từ phân bón hữu cơ, vơ cơ. NH3 ảnh hưởng lớn đến tỷ lệ sống, sinh trưởng đối với tôm; độ độc của N-NH3 sẽ tăng khi lượng DO thấp hoặc
pH cao; nồng độ N-NH3 thích hợp cho tơm phát triển < 0,1 ppm. Tác hại khi NH3 cao là: Làm tôm giảm ăn; gia tăng tính mẫn cảm của động vật đối với những điều kiện không thuận lợi của môi trường; Ức chế sự sinh trưởng bình thường; giảm khả năng sinh sản, giảm khả năng chống bệnh; chậm lột xác; Nếu tình trạng này kéo dài có thể tơm bị vàng mang, đen mang.
Cách giám sát: Ta nên đo độ NH3 mỗi ngày 2 lần vào 4 giờ sáng và 3 giờ chiều. Cách xử lý: Quản lý lượng thức ăn phù hợp tránh dư thừa thức ăn và dùng hệ thống
quạt đảo nước và sục khí. Giám sát và xử lý độ đục nước
Độ trong của nước phản ánh mật độ tảo và lượng thức ăn tự nhiên có trong ao, tối ưu nhất từ 30 - 40 cm. Nếu độ trong: < 20 cm sẽ gây nguy hiểm cho tôm về đêm, 20 - 30 cm: tảo quá dày, 30 - 40 cm: tảo đẹp, màu nước ao lý tưởng, 40 - 60 cm: tảo phát triển
kém; > 60 cm: nước quá trong, phát triển tảo đáỵ
Cách giám sát: Ta chỉ cần đo độ đục của nước 1 lần vào ban đêm để đo chính xác nhất.
15
qua xử lý tuần hoàn để lọc bỏ bớt tảo và các chất thức ăn dư thừa lơ lửng trong nước
ao nị
c) Qui trình giám sát và xử lý tuần hoàn nước:
Trong quá trình ni, dưới tác dụng của lượng thức ăn dư thừa hình thành tảo và các
hạt bioflock. Khi mật độ tảo và các hạt bioflock tăng cao sẽ gây nguy hiểm cho tôm về khả năng hấp thụ oxỵ Để khắc phục điều này, hệ thống xử lý tuần hoàn nước được sử dụng để lọc bỏ tảo và các hạt bioflock trong nước, khơi phục lại đặc tính sinh học của nước như Hình 2.5.
- Cách giám sát: Tại ao nuôi ta giám sát các chỉ số môi trường của nước để làm cơ
sở xác định tốc độ lọc của hệ thống xử lý tuần hoàn.
- Cách xử lý: Tại ao xử lý sinh học, ta đo các chỉ số môi trường nước, kiểm tra xem
đã đạt tiêu chuẩn cho phép chưạ Nếu chưa ta xử lý như Qui trình xử lý ao ni, đến khi đạt tiêu chuẩn cho phép.
3.Ao lắng 4.Ao xử lý hóa học 5.Ao xử lý sinh học
1. Ao ni
2.Xử lý chất
mùn
Hình 2. 5. Qui trình xử lý tuần hồn nước trong q trình ni tơm
2.2. Nghiên cứu và lựa chọn các loại cảm biến thông số môi trường nước cho quá trình ni tơm
2.2.1. Cảm biến đo độ pH
a) Lý thuyết về độ pH:
PH là chỉ số đo độ hoạt động của các ion hiđrô (H+) trong dung dịch.
Trong đó, [H+] biểu thị độ hoạt động của các ion H+ (hay chính xác hơn là [H3Ơ], tức các ion hiđrônium), được đo theo mol trên lít (cịn gọi là phân tử gam). Trong các dung dịch lỗng (như nước sơng hay từ vịi nước) thì hoạt độ xấp xỉ bằng nồng độ của ion
H+.
Các dung dịch có giá trị pH nhỏ hơn 7 được coi là có tính axít, trong khi các giá trị pH lớn hơn 7 được coi là có tính kiềm.
b) pH của nước tự nhiên:
PH của nước trong tự nhiên thường nằm trong khoảng từ 5 – 9. Tuy nhiên, pH cao hơn hoặc
16 Dioxide (CO2), chất có phản ứng acid trong nước. PH nước mưa có thể thấp hơn vì sự ơ nhiễm khơng khí đặc biệt là ơ nhiễm các hợp chất sulfur từ sự đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch và Oxy hóa chúng thành acid sulfuric.
Sulfides (các hợp chất có chứa lưu huỳnh) trong đất và trong sự kiến tạo địa chất Oxy hó thành acid sulfuric là nguyên nhân làm cho pH nước thấp (từ 2 – 4). Đất thấm lọc cao thì thiếu
yếu tố ba – zơ và khi nước tiếp xúc với đất này sẽ có kiềm thấp, pH trong khoảng 5. Nước có hàm lượng mùn (humic substances) cao thì pH thường thấp.
Đất có thể chứa yếu tố ba – zơ, chẳng hạn như đá vôi, calcium silicate và feldspar (một dạng
khoáng chất) sẽ làm gia tăng độ kiềm và pH trong nước. pH nước có khuynh hướng gia tăng
nếu như độ kiềm và tổng lượng chất rắn hịa tan tăng. pH ở những vùng đất khơ cằn hoặc bán khơ cằn thường có giá trị trong khoảng 7,5 – 8,0. Nước biển có pH
c) Tính acid và tính kiềm:
Phân biệt tính acid và tính kiềm hoặc độ kiềm bằng cách xác định trên thang pH và biến thiên chất lượng nước từ acid vô cơ (mineral acidity), tổng độ acid, tổng độ kiềm rất quan trọng.
Carbon dioxide (CO2) không thể làm pH nước thấp hơn 4,5. Nước có pH thấp hơn ngưỡng này chứa acid vô cơ, chẳng hạn như acid sulfuric. Carbon dioxide hiện diện trong trong nước có pH đến 8.3, vì vậy mà nước có pH từ 7.0 đến 8.3 có tính acid ngay cả khi nó thể hiện tính kiềm trên thang pH.
Hình 2. 6. Khoảng pH lý tưởng cho hầu hết động vật thủy sản
Nguyên lý hoạt động của cảm biến pH:
Cảm biến pH bao gồm hai điện cực: điện cực gương và điện cực tham chiếu. Điện cực gương bao gồm một bầu thủy tinh mỏng được hàn vào một ống thủy tinh chắc chắn. Bên trong là
dung dịch KCl có pH = 7.0. Một thanh bằng bạc (Ag) với phần đầu bằng AgCl được đặt bên
trong dung dịch. Điện cực tham chiếu Calomel gồm một ống thủy tinh chứa dung dịch điện
17 Hình 2. 7. Cấu tạo của cảm biến pH
Cảm biến pH đo thế điện - hóa giữa chất lỏng đã biết bên trong điện cực gương và chất lỏng chưa biết bên ngoàị Bầu thủy tinh có cấu tạo đặc biệt cho phép các ion hydro nhỏ tương tác với bề mặt gương
Hình 2. 8. Cấu tạo của màng gương
Các ion Hydro ở dung dịch chưa bên ngoài khuếch tán qua lớp kính và đẩy ra số ion Na+
tương ứng đang có trong lớp gương. Các ion này khuếch tán đến bất cứ bên nào của màng
gương có nồng độ thấp hơn, nhưng vẫn còn ở trong bề mặt kính đã được hydrate hóạ Sự chuyển đổi của các ion dương này sẽ sinh ra một điện thế được gọi là thế điện hydrọ
Để nối vịng mạch điện,ta cần có một điện cực tham chiếụ Chú ý rằng dụng cụ này khơng đo đạc dịng điện mà đo điện áp, tuy nhiên cần một dòng rò nhỏ từ các điện cực tham chiếu để tạo nên một cầu nối đến điện cực gương.
Cảm biến pH đo điện thế giữa MgCl ở điện cực tham chiếu và chất lỏng KCl; chất lỏng chưa
biết, dung dịch bên trong điện cực gương; và điện thế giữa dung dịch đó và điện cực bạc (Ag).
Nhưng chỉ có điện thế giữa chất lỏng chưa biết và dung dịch bên trong điện cực gương là thay đổi theo mẫu đọ
Điện thế xuất hiện trên các điện cực tỷ lệ tuyến tính với độ pH. Ở điều kiện chuẩn, với pH 7, hiệu điện thế giữa 2 cực là 0V.độ dốc là 59.17 mV / pH, độ tuyến tính đạt 99% trong tầm đo từ 4 đến 12 pH, giảm xuống còn 96% trong khoảng từ 0 đến 4 pH, 97% ở tầm đo từ 12 đến
13pH, và 92% trong tầm đo từ 13 đến 14 pH. Điện thế này có nội trở nguồn rất lớn. Do đó mạch khuếch đại hoặc đo lường nó phải là mạch có tổ trở vào rất caọ Thường người ta dùng
các Op Amp JFet hoặc MosFET.Do điện thế này sẽ thay đổi chút ít theo nhiệt độ, nên trong
18
Bảng 2. 2. Khảo sát một số loại cảm biến PH online tiêu biểu có trên thị trường
STT Tên hình minh họa Các thơng số Giá
1 PH Atlas-scientific - Xuất sứ: Mỹ - Tín hiệu trả về: Analog - Khoảng đo PH: 0 -14PH - Khoảng nhiệt độ: 0-90 độ C. - Độ chính xác: 0.02PH (25 độ C) 6.050.000Đ 2
Cảm biến PH của Farmtech
- Dải đo pH: 0~14Ph - Áp suất :0.6Mpa - Conductivity: ~20000us/cm - ORP: -1500mv ~ +1500mv - Nhiệt độ: 0~80 độ C 3.300.000Đ 3 Đầu dò PH SIN-PH5011 - Nhiệt độ hoạt động: 0~60℃ - Thang đo (pH): 0~14 - Giá trị pH trung bình: 7±0.5 - Bù nhiệt độ: NTC10K/ NTC2.252K/PT100
- Điện cực tham chiếu: điện cực kép Ag/AgCl
1.560.000Đ
4
PH HI6100410 của hãng HANA
- Thang đo: 0-14 pH
- Thân: PVDF
- Nhiệt độ: 0-80°C - Áp suất tối đa: 6 bar
6.204.000Đ
Đặc điểm chung các cảm biến này đều dùng điện cực thủy tinh, không thể ngâm lâu dưới nước và cần phải vệ sinh đầu dò. Do vậy tác giả nhận thấy, nếu ta xử lý được yếu tố điện cực
không phải ngâm lâu dưới nước bằng cách khi đo xong dùng hệ truyền động đưa điện cực lên trên mặn nước và rửa sạch đầu do là có thể sử dụng tốt cho tất cả các loạị
19
Vậy xét về góc độ hiệu quả kinh tế nhóm tác giả chọn loại điện cực PH Atlas-scientific [18]
có chi phí phù hợp, ngõ ra số, độ chính xác cao, tiện sử dụng cho đề tài nàỵ
2.2.2. Cảm biến nồng độ Oxy hòa tan (DO)
a) Tầm quan trọng của Oxy hoà tan
Cũng như các động vật sống trên cạn, cá và các loài thuỷ sản cũng cần Oxy để sống. Khi nước đi qua mang cá những bọt rất nhỏ Oxy hoà tan trong nước sẽ đi từ nước vào máu của chúng.
Như các loại khí khác, khí Oxy khuếch tán vào trong nước cũng chỉ đến một giới hạn nào đó
thường rất thấp để duy trì sự sống của loài thuỷ sản. Oxy cũng cần thiết cho sự phát triển của
các loài tảo và các loài thực vật dưới nước cũng như các phản ứng hoá học xẩy ra trong nước.
b) Nguyên nhân của sự biến đổi nồng độ Oxy hoà tan trong nước
Oxy được sinh ra trong quá trình quang tổng hợp và được tiêu thụ do q trình hơ hấp của các
loài thuỷ sản, thực vật dưới nước và sự phân huỷ của các chất hữu cơ dư thừạ Quá trình
quang tổng hợp địi hỏi phải có ánh sáng nên chỉ xẩy ra ban ngàỵ
Q trình hơ hấp và phân huỷ lại xẩy ra 24 giờ trong ngàỵ Sự khác nhau này dẫn đến có sự thay đổi lớn về nồng độ Oxy hoà tan trong nước.
Vào buổi tối, khi quá trình quang tổng hợp khơng xẩy ra mà q trình hơ hấp và phân huỷ tiêu thụ Oxy làm nồng độ Oxy hồ tan trong nước giảm dần. Nó sẽ thấp nhất vào trước khi trời sáng, trước khi quá trình quang tổng hợp bắt đầụ
Một nguồn cung cấp Oxy khác là từ khơng khí và dịng chảỵ Nồng độ Oxy trong khơng khí