2.4.2.1. Xác định kích thước hệ thống lọc sinh học
Sức tải là khối khối lượng vật nuôi tối đa mà hệ thống có thể được duy trì bên trong một hệ thống nuôi. Trong một hệ thống, khi mà oxy hòa tan không là yếu tố giới hạn thì nồng độ Ammonia tổng số (Total Ammonia Nitrogen – TAN) sẽ là nhân tố chủ yếu được tính toán đến trong xác định sức tải của một hệ thống.
Trong thí nghiệm này, vì khối lượng (số lượng) vật nuôi (ấu trùng tôm Harlequin) và thức ăn tươi (Artemia mới nở) đã được xác định, do đó, cần tính toán để xác định kích thước hệ thống lọc sinh học có thể xử lý lượng Ammonia được tạo ra bên trong hệ thống.
Đối với hệ thống lọc sinh học dựa trên sự hoạt động của các vi khuẩn Nitrate hóa, xác định kích thước lọc sinh học thực chất là xác định diện tích bề mặt cần thiết của giá thể để có đủ số lượng vi khuẩn theo yêu cầu. Và đối với rong biển là khối lượng rong biển cần dùng. Do đó, hai thông số cần xác định là tốc độ sản xuất Ammonia bên trong hệ thống (TAN production rate) và tốc độ loại bỏ Ammonia của hệ thống lọc sinh học (TAN removal rate) [57, 114].
a.Xác định tốc độ sản xuất TAN
Ammonia, một sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất được bài tiết bởi vật nuôi và thức ăn sống, sẽ được xác định trong 24 giờ.
Để xác định chỉ tiêu này, Ammonia, một sản phẩm phụ của quá trình trao đổi chất, được bài tiết ra bởi vật nuôi (ấu trùng tôm) và Artemia mới nở trong 24 giờ sẽ được xác định.
Trong thử nghiệm ương nuôi ấu trùng tôm Harlequin trong các hệ thống khác nhau, ấu trùng được ương ở mật độ 10 cá thể/L. Tuy nhiên, để xác định lượng Ammonia do ấu trùng thải ra, mật độ nêu trên là thấp. Do đó, mật độ 400 ấu trùng/L được sử dụng trong thí nghiệm xác định tốc độ sản xuất Ammonia của ấu trùng tôm
Harlequin nhằm tăng khả năng phát hiện Ammonia. Đối với Artemia, vẫn giữ mật độ 5 cá thể/L.
50 ấu trùng tôm cảnh biển Harlequin mới nở được cho vào bình tam giác PYREX có dung tích 125mL (400 ấu trùng/L), và Artemia mới nở được giữ ở mật độ 5 cá thể/mL trong ca nhựa thể tích 1 lít. Có 5 lần lặp cho mỗi nghiệm thức với đối chứng là dụng cụ có chứa nước biển lọc sạch.
Sục khí nhẹ được cung cấp thông qua sử dụng que thủy tinh. Độ mặn được duy trì trong khoản 32-33‰, nhiệt độ 30-33oC, pH 8.24 – 8.36 trong thời gian thí nghiệm.
Mẫu nước được thu để phân tích nồng độ Ammonia tổng số (TAN) trước khi thí nghiệm bắt đầu và sau đó 24 giờ.
b. Tính toán tốc độ xử lý TAN
Tốc độ xử lý Ammonia của rong biển (tốc độ hấp thụ Ammonia) và của vi khuẩn Nitrate hóa (tốc độ oxy hóa Ammonia) được xác định bằng cách đo sự giảm nồng độ của chất dinh dưỡng giới hạn (Ammonia tổng số) trong môi trường nuôi cấy [30, 46].
Trong thí nghiệm này, các bể kính (20x20x30cm3), với các mặt được che bởi túi nhựa đen, được sử dụng. Việc che tối xung quanh là để hạn chế việc ánh sáng có thể ức chế hoạt động của vi khuẩn [57]; và đối với rong biển là đảm bảo quá trình quang hợp của rong chủ yếu diễn ra qua mặt thoáng của bể.
Để xác định tốc độ hấp thụ Ammonia, rong biển (Caulerpa serrata) được rửa sạch, loại bỏ phần chết, sinh vật bám, cho vào các bể kính (20x20x30cm3) ở mật độ 1kg/m2. Mỗi bể được cấp 5 lít nước biển lọc sạch, được làm giàu bằng Ammonium cloride (NH4Cl) để có nồng độ ban đầu của TAN là 1ppm.
Bố trí thí nghiệm tương tự để xác định tốc độ oxi hóa Ammonia của vi khuẩn với việc thay rong biển bằng các giá thể (SSA = 199m2/m3) đã có vi khuẩn phát triển đầy đủ (fully conditional bioballs).
Mỗi nghiệm thức bao gồm 5 bể tương ứng với các lần lặp. Đối chứng là bể chứa nước biển lọc sạch.
Sục khí nhẹ được cấp qua các que thủy tinh. Cường độ ánh sáng được đo ở các thời điểm khác nhau trong quá trình thí nghiệm bằng máy Quang kế (model LI-1400 Data Logger).
Mẫu nước được thu ở các thời điểm khác nhau (0h, 1h, 2h, 4h…) sau khi khí nghiệm bắt đầu để xác định nồng độ TAN và Nitrite (NO2-N). Thí nghiệm kết thúc khi các thông số trên có nồng độ lần lượt xuống dưới mức 0.05 và 0.01ppm.
Tốc độ hấp thụ và oxy hóa Ammonia được tính trực tiếp từ sự giảm nồng độ TAN trong các bể thí nghiệm bằng cách sử dụng phương trình:
Trong đó: V: tốc độ hấp thụ (mg N m-2 d-1) hay oxi hóa Ammonia (mg N m-2 SSA d-1)
S0: nồng độ Ammonia ban đầu Vol0: thể tích nước ban đầu
St, Volt: nồng độ TAN và thể tích nước tại thời điểm thu mẫu lần cuối
t: khoảng thời gian từ khi thí nghiệm bắt đầu cho đến lần thu mẫu cuối cùng.
c. Xác định kích thước lọc sinh học
Kích thước lọc sinh học được xác định dựa theo công thức (theo Wyk et al., 1999; Odd, 2007) [57, 114]:
Với: B: diện tích giá thể (m2) hay khối lượng rong biển (kg) cần dùng
Khi xác định kích thước lọc sinh học cần dùng cho hệ thống, thông thường có sử dụng hệ số an toàn (safety level). Và hệ số an toàn bằng 2 thường được sử dụng [57]. Khi đó:
2.4.2.2. Ương nuôi ấu trùng tôm Harlequin trong hệ thống tuần hoàn với các hệ thống lọc sinh học khác nhau
a. Kỹ thuật chăm sóc và quản lý
Ấu trùng được tuyển chọn cho thí nghiệm là những ấu trùng vận động mạnh, có tính hướng sáng. Ấu trùng được ương nuôi ở mật độ 10 ấu trùng/L. Trong suốt quá trình thí nghiệm, ấu trùng được cho ăn hoàn toàn bằng Artemia mới nở và được duy trì thường xuyên với mật độ 5 Art/mL. Sau 24 giờ, toàn bộ Artemia cũ sẽ được thay hoàn toàn bằng Artemia mới bằng cách thay đầu lọc có kích thước mắt lưới phù hợp (xem 2.4.1.4). Lưu tốc nước đi qua bể được duy trì 1-2 lít/phút để giữ ấu trùng và thức ăn lơ lửng trong nước.
b. Bố trí thí nghiệm
Ấu trùng tôm cảnh Hymenocera picta được ương nuôi trong hai hệ thống tuần hoàn nước với hệ thống lọc sinh học là yếu tố khác nhau duy nhất giữa hai nghiệm thức. Đối chứng là ấu trùng tôm được nuôi trong các bể nước tĩnh, thay nước hàng ngày với tỷ lệ 100%, chia làm hai lần. Mỗi hệ thống bao gồm ba bể tương ứng với các lần lặp. Thí nghiệm được lặp lại 2 lần.
Để đánh giá hiệu quả của các hệ thống lọc sinh học đến quản lý chất lượng nước và ương nuôi ấu trùng, các thông số chất lượng nước về nồng độ của Ammonia tổng số (TAN), Nitrite (NO2-N), Nitrate (NO3-N), tỷ lệ sống, tốc độ phát triển của ấu trùng tôm Harlequin (sự chuyển giai đoạn) được phân tích và so sánh.
Để xác định giai đoạn phát triển của ấu trùng tôm, hàng ngày, 5 ấu trùng từ mỗi hệ thống sẽ được bắt ngẫu nhiên để kiểm tra giai đoạn phát triển dưới kính hiển vi. Khi có giai đoạn mới được tìm thấy, 10 ấu trùng từ mỗi bể của hệ thống sẽ được thu và xác định giai đoạn phát triển, dựa trên các đặc điểm phân loại của Fiedler, G.C., (1994) [33].
Tỷ lệ sống được xác định 5 ngày một lần. Kiểm tra chất lượng nước (TAN, NO2-N, NO3-N) được tiến hành 2 lần/tuần.
Các thông số chất lượng nước cơ bản (nhiệt độ, pH, DO, độ mặn) được kiểm tra định kì 2 lần/ngày vào lúc 8h và 14h