Litopenaeus vannamei, thường được gọi là tôm thẻ chân trắng Thái Bình Dương, là loài tôm euryhaline có giá trị nhờ năng suất thịt cao, khả năng chịu stress mạnh và tăng trưởng nhanh. Đây là một trong những loài tôm quan trọng nhất được nuôi ở Trung Quốc. Hiện tại, các mô hình nuôi tôm thẻ L. vannamei chính ở Trung Quốc bao gồm ao ngoài trời, ao nhà kính nhỏ và ao-cao. Tuy nhiên, sản xuất trong nước vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu thị trường, phải nhập khẩu đáng kể. Hơn nữa, việc mở rộng nhanh chóng các mô hình như canh tác nhà kính quy mô nhỏ đã bộc lộ những vấn đề như khung kỹ thuật chưa hoàn chỉnh, dịch bệnh bùng phát thường xuyên và những thách thức trong xử lý nước thải. Trong bối cảnh ủng hộ việc bảo tồn tài nguyên và phát triển bền vững, Hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn (RAS), được công nhận là mô hình nuôi thâm canh, hiệu quả và thân thiện với môi trường, đã thu hút được sự chú ý rộng rãi trong ngành trong những năm gần đây.
RAS sử dụng các phương pháp công nghiệp để chủ động điều tiết môi trường nước. Nó có mức tiêu thụ nước thấp, diện tích nhỏ, ô nhiễm môi trường tối thiểu và mang lại-sản phẩm an toàn, chất lượng cao, ít bệnh hơn và mật độ thả nuôi cao hơn. Sản xuất của nó phần lớn không bị hạn chế bởi địa lý hoặc khí hậu. Mô hình này có hiệu quả sử dụng tài nguyên cao và được đặc trưng bởi mức đầu tư cao và sản lượng cao, thể hiện con đường quan trọng hướng tới sự phát triển bền vững của ngành nuôi trồng thủy sản. Hiện nay, nuôi tôm thẻ L. vannamei trong nước tập trung ở các vùng ven biển, chủ yếu sử dụng nước biển tự nhiên. Các khu vực nội địa, bị hạn chế bởi nguồn nước sẵn có và các quy định về môi trường, phải đối mặt với sự mất cân đối đáng kể giữa nguồn cung và nhu cầu tiêu dùng. Việc thăm dò RAS sử dụng nước biển nhân tạo trong nội địa có ý nghĩa rất lớn trong việc cung cấp cho thị trường địa phương và thúc đẩy phát triển kinh tế khu vực. Thí nghiệm này đã xây dựng thành công hệ thống RAS trong nhà cho tôm thẻ L. vannamei ở vùng nội địa và tiến hành một chu trình canh tác thành công. Các phương pháp và dữ liệu liên quan đến việc xây dựng hệ thống, chuẩn bị nước biển nhân tạo và quản lý trang trại có thể dùng làm tài liệu tham khảo cho việc nuôi L. vannamei trong đất liền.
1. Vật liệu và phương pháp
1.1 Vật liệu
Cuộc thử nghiệm được tiến hành tại Trang trại chăn nuôi nguyên bản Leiocassis longirostris của tỉnh Tứ Xuyên. Hậu ấu trùng L. vannamei (giai đoạn P5) có nguồn gốc từ Cơ sở Huanghua của Công ty TNHH Công nghệ Công nghiệp Giống Thủy sản Thanh Đảo Hainen và có sức khỏe tốt. Thức ăn được sử dụng là nhãn hiệu "Xia Gan Qiang" của Tongwei Group Co., Ltd. Thành phần chính của nó là: protein thô Lớn hơn hoặc bằng 44,00%, chất béo thô Lớn hơn hoặc bằng 6,00%, chất xơ thô Nhỏ hơn hoặc bằng 5,00% và tro thô Nhỏ hơn hoặc bằng 16,00%.
1.2 Chuẩn bị nước biển nhân tạo
Nước ngầm từ giếng được sử dụng làm nước nguồn. Nó được xử lý tuần tự bằng khử trùng (bột tẩy trắng 30 mg/L, sục khí trong 72 giờ), loại bỏ clo dư (natri thiosulfate, 15 mg/L) và khử độc [axit Ethylenediaminetetraacetic (EDTA), 10–30 mg/L] trước khi được sử dụng để chuẩn bị nước biển nhân tạo.
Nước biển nhân tạo có độ mặn 8 được điều chế bằng tinh thể muối biển làm nguyên liệu chính; các thành phần chính của nó được liệt kê trongBảng 1. CaCl₂, MgSO₄ và KCl cấp thực phẩm được sử dụng để bổ sung các nguyên tố Ca, Mg và K. Sau khi chuẩn bị, NaHCO₃ cấp thực phẩm được sử dụng để điều chỉnh tổng độ kiềm thành 250 mg/L (dưới dạng CaCO₃) và NaHCO₃ cùng với axit xitric monohydrat được sử dụng để điều chỉnh độ pH thành 8,2–8,4.
1.3 Xây dựng RAS
1.3.1 Ý tưởng thiết kế tổng thể
Kết hợp thiết kế độc lập với ứng dụng tích hợp, RAS dành cho tôm thẻ L. vannamei đã được xây dựng bằng cách sử dụng quá trình xử lý vật lý và lọc sinh học nhiều giai đoạn. Các chiến lược vận hành hệ thống tương ứng, các quy trình điều chỉnh chất lượng nước và chiến lược cho ăn khoa học tương ứng được thực hiện theo yêu cầu tăng trưởng của tôm ở các giai đoạn khác nhau, nhằm mục đích vận hành ổn định, đầu vào kinh tế và đầu ra hiệu quả.
1.3.2 Quy trình chính và các thông số kỹ thuật
Hệ thống nuôi cá dựa trên thùng chứa-hiện có đã được sửa đổi để thiết lập L. vannamei RAS, bao gồm bể nuôi, thiết bị thu gom vỏ/hạt tổng hợp (thoát nước ba{2}}đường), bộ lọc sinh học, máy bơm tuần hoàn, v.v. Quy trình xử lý được trình bày trongHình 1.
Tổng thể tích nước thiết kế của hệ thống là 750 m³, với thể tích hệ thống xử lý nước là 150 m³ và thể tích nuôi hiệu quả là 600 m³. Tải lượng nuôi được thiết kế là 7 kg/m³. Các thông số kỹ thuật chính được liệt kê trongBảng 2.
1.3.3 Thiết kế kết cấu
Sáu bể nuôi hình bát giác được xếp thành hai hàng. Xét đến sự thuận tiện trong quản lý, sự ổn định về môi trường và chi phí đầu tư, cấu trúc chính của bể chứa là-bê tông gạch. Kích thước là: dài 10,0 m, rộng 10,0 m, sâu 1,2 m, có cạnh cắt 3,0 m. Thể tích nước hiệu quả trên mỗi bể là 100 m³. Đáy bể có độ dốc (16%) về phía cống trung tâm (Hình 2).
Thiết bị thoát nước ba-bao gồm một bộ thu gom trung tâm (đối với tôm chết, vỏ và các hạt lớn), một bộ thu lắng trầm tích dòng chảy thẳng đứng (đối với vỏ vỡ, các hạt trung bình, phân) và một hộp thu gom cống-ống siphon bên (đối với vỏ mịn và các hạt nhỏ-đến-trung bình) (Hình 2).
Một bên của bể điều hòa có một khung phương tiện bàn chải bằng nhựa để thu thập và loại bỏ vỏ và các hạt khỏi nước xả của bể. Việc điều chỉnh canxi, magie, tổng độ kiềm và độ pH có thể được thực hiện trong bể này. Thể tích bể là 20 m³, với thời gian lưu thủy lực là 0,13 giờ.
Bơm tuần hoàn được đặt ở phía bên kia của bể điều hòa, sử dụng một-bơm một cấp để tiết kiệm năng lượng. Dựa trên hệ sinh thái và tải trọng của tôm, tốc độ tuần hoàn được thiết kế ở mức 2–6 lần/ngày. Lưu lượng bơm là 150 m³/h, cột áp 10 m, công suất 5,5 kW.
Bộ lọc bàn chải được trang bị một số túi lọc. Các túi được kết nối thông qua các phụ kiện đường ống với đầu vào của bộ lọc, được cố định bằng kẹp. Nước thải đi vào túi qua đường ống. Các túi được làm bằng Polypropylen (PP), chứa đầy vật liệu chổi nhựa, ngăn chặn hiệu quả các hạt lớn hơn 0,125 mm. Bể chứa phương tiện đàn hồi bao gồm thân bể (hình chữ nhật, sâu 2 m), khung lưới (song song với bề mặt) và phương tiện đàn hồi được lắp đặt trên khung (Hình 3). Vật liệu bao gồm nhiều vòng nhựa đôi{1}}với các sợi polyester, tạo thành các bó sợi phân bố khắp bể. Nguyên tắc hoạt động của nó liên quan đến việc tạo ra hiệu ứng lắng đọng dòng chảy chậm thông qua việc ngăn chặn vật liệu và sử dụng màng sinh học hình thành trên bề mặt của nó để hấp thụ, phân hủy và biến đổi nitơ và phốt pho vô cơ.
Bộ lọc sinh học bao gồm thân bể (hình chữ nhật, sâu 2 m), các bộ phận sục khí và vật liệu-sinh học (Hình 4). Bộ phận sục khí bao gồm các ống phân phối không khí. Không khí đi vào từ phía trên và thoát ra từ phía dưới, tạo ra một dòng chảy hoàn toàn hỗn hợp. Bể chứa đầy vật liệu Lò phản ứng màng sinh học di chuyển (MBBR). Bằng cách tăng cường chất nitrat hóa và điều chỉnh độ kiềm có mục tiêu, một số lượng lớn vi khuẩn nitrat hóa bám vào giá thể, tiêu thụ chất hữu cơ và loại bỏ amoniac và nitrit, từ đó xây dựng bộ lọc sinh học nitrat hóa. Các đường ống vào và ra nằm ở hai phía đối diện nhau, có màn chắn ở bức tường bên trong. Trong thử nghiệm này, thể tích hiệu quả của bộ lọc sinh học được đặt ở mức 25% thể tích nuôi cấy của hệ thống, với tỷ lệ lấp đầy môi trường là 30%, sử dụng môi trường K5.
Hệ thống sục khí kết hợp phương pháp cơ học và oxy tinh khiết. Khi Oxy hòa tan (DO) ở mức cao, sục khí cơ học là ưu tiên hàng đầu: sử dụng-máy thổi xoáy áp suất cao và các ống xốp vi mô chất lượng cao-làm bộ khuếch tán để tối đa hóa hiệu suất truyền O₂ và giảm tiếng ồn. Khi DO thấp, bổ sung sục khí oxy tinh khiết: sử dụng máy tạo oxy + cánh quạt nước vi-bong bóng. Máy tạo oxy tạo ra nồng độ O₂ trên 90%, được phân tán qua đĩa gốm nano-trong cánh quạt. Dưới tải trọng cao, tổ hợp máy tạo oxy + nón oxy đóng vai trò thông khí phụ trợ, sử dụng bơm tăng áp để tạo ra nước siêu bão hòa oxy trong nón.
1.4 Đo lường chất lượng nước
Nồng độ amoniac và nitrit (dưới dạng N) được đo bằng máy phân tích nước đa thông số Aokedan. Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) được đo bằng máy phân tích đa thông số Hach DR 900.
1.5 Quản lý trang trại và vận hành hệ thống
Phiên tòa bắt đầu vào ngày 8 tháng 8 năm 2022, kéo dài 74 ngày. Tất cả sáu xe tăng đã được dự trữ. Kích thước thả giống là 961 con/kg, mật độ khoảng 403 con/m³, tổng số 241.800 con hậu ấu trùng. Tần suất cho ăn 6 lần/ngày, khẩu phần ăn hàng ngày giảm từ khoảng 7,0% (sớm) xuống 2,5% (muộn) sinh khối ước tính.
Quá trình lưu thông của hệ thống bắt đầu sau 3 ngày{1}}sau khi thả giống, ban đầu ở mức 2 chu kỳ/ngày, sau đó tăng lên 4 chu kỳ/ngày. Giai đoạn đầu thử nghiệm, việc xả nước diễn ra hàng ngày, chỉ bổ sung lượng nước bị mất do thoát nước và bốc hơi. Sau đó, tháo nước sau mỗi lần cho ăn (1 giờ sau), với lượng nước thay hàng ngày dưới 10% lượng bổ sung ở giai đoạn đầu.
Sục khí cơ học (máy thổi xoáy) ban đầu được sử dụng. Do tải hệ thống tăng lên sau này, nên người ta đã sử dụng sự kết hợp giữa sục khí cơ học, máy tạo oxy + đĩa gốm nano{2}} và máy tạo oxy + nón oxy.
DO, nhiệt độ, pH, amoniac, nitrit trong bể được đo thường xuyên. Sự tăng trưởng và cho ăn của tôm đã được quan sát và ghi lại.
1.6 Xử lý và phân tích dữ liệu
Dữ liệu được tổ chức bằng WPS Office Excel. Đồ thị được tạo bằng Origin 2021.
Các công thức sau đây được sử dụng để tính tỷ lệ trao đổi nước (R), tỷ lệ chuyển đổi thức ăn (FCR) và tỷ lệ sống (RS):
R = 100% × V₁ / (V × t) ... (1)
FCR = W / (Wₜ − W₀) ... (2)
RS = 100% × S / N ... (3)
Trong đó: R là tỷ lệ trao đổi nước hàng ngày (%/d); V₁ là tổng lượng nước trao đổi (m³); V là tổng lượng nước của hệ thống (m³); t là ngày nuôi cấy (d). FCRlà hệ số chuyển đổi thức ăn; W là tổng lượng thức ăn đầu vào (kg); Wₜ và W₀ là khối lượng thu hoạch cuối cùng và khối lượng thả giống ban đầu (kg). RSlà tỷ lệ sống (%); S là tổng số lượng thu hoạch (cá thể); N là tổng số lượng tồn kho (cá thể).
2. Kết quả
2.1 Trao đổi nước
Trong quá trình thử nghiệm, tổng lượng nước trao đổi là 1.000 m³, với tỷ lệ trao đổi trung bình hàng ngày là 1,8%.
2.2 Amoniac và Nitrit
Nồng độ amoniac trong bể duy trì dưới 1,3 mg/L (trừ ngày thứ 5) và nồng độ nitrit duy trì dưới 1,6 mg/L, cả hai đều ở mức tương đối ổn định (Hình 5).
Trong giai đoạn đầu (15 ngày đầu tiên), amoniac trong bể giảm nhanh trong khi nitrit tăng nhanh, cho thấy sự hình thành màng sinh học trong bộ lọc sinh học và chuyển đổi amoniac thành nitrit. Ở giai đoạn-giữa (15–50 ngày), khi cho ăn nhiều hơn, nồng độ amoniac và nitrit vẫn ổn định, cho thấy quá trình oxy hóa amoniac và nitrit đồng bộ trong bộ lọc sinh học và hoạt động ổn định của hệ thống. Sau ngày thứ 50, cả amoniac và nitrit đều có xu hướng giảm, có thể cho thấy khả năng nitrat hóa được nâng cao và hệ thống trưởng thành hơn. Điều này không thể được xác nhận thêm khi phiên tòa kết thúc.
Hình 6cho thấy xu hướng amoniac ở đầu vào và đầu ra của bộ lọc sinh học là tương tự nhau, nhưng khoảng cách giữa các đường cong dần dần mở rộng, cho thấy việc loại bỏ amoniac được cải thiện. Các đường cong nitrit ở đầu vào và đầu ra gần như chồng chéo lên nhau và không thể hiện xu hướng tăng tổng thể, cho thấy hệ thống đã duy trì khả năng oxy hóa nitrit cho đến cuối cùng.
2.3 Oxy hòa tan và độ kiềm tổng
Như thể hiện trongHình 7, mặc dù tải hệ thống tăng lên, các phương pháp sục khí kết hợp vẫn duy trì DO của bể trên 6 mg/L. Hơn nữa, bằng cách thêm NaHCO₃, tổng độ kiềm được duy trì trong khoảng 175–260 mg/L.
2.4 Tổng chất rắn lơ lửng
Xu hướng tập trung TSS tại các điểm hệ thống quan trọng được thể hiện ởHình 8. TSS trong dòng chảy vào bộ thu trầm tích dòng thẳng đứng và hộp bên xi phông (một phần của hệ thống thoát nước ba{1}}đường) phản ánh xu hướng TSS trong bể. TSS tổng thể tăng dần, ổn định trong giai đoạn giữa-cuối (sau ngày 35) và có xu hướng giảm dần qua các giai đoạn điều trị liên tiếp.
2.5 Kết quả canh tác
Tổng số thả là 241.800 post-ấu trùng với kích thước trung bình 0,52 g, trên 6 bể với mật độ trung bình 403 cá thể/m³. Sau 74 ngày, tổng thu hoạch là 3.012,2 kg, cỡ trung bình 15,82 g, tỷ lệ sống trung bình 78,75%, năng suất trung bình 5,02 kg/m³. Tổng lượng thức ăn đầu vào là 3.386,51 kg, FCR1.18. Chi phí tính toán (giống, thức ăn, sản phẩm y tế, điện, nước biển nhân tạo, khử trùng) tổng cộng là 155.870,6 CNY. Doanh thu từ bán tôm là 192.780,8 CNY, mang lại lợi nhuận 36.910,2 CNY cho cả chu kỳ.
3. Thảo luận
Trong những năm gần đây, RAS đã trở thành một hướng đi đầy hứa hẹn cho nghề nuôi L. vannamei. Thử nghiệm này đã xây dựng một RAS bao gồm bể nuôi, thu gom vỏ/hạt tổng hợp, bộ lọc bụi, bộ lọc sinh học và thiết bị sục khí và đã thực hiện thành công một chu trình nuôi trong đất liền.
So với RAS truyền thống, hệ thống này đơn giản hơn. Về mặt cấu trúc, nó đã bỏ qua các thiết bị như bộ lọc trống và bộ lọc protein, những thiết bị có chi phí bảo trì và cố định tương đối cao hơn. Thay vào đó, họ sử dụng các thiết bị xử lý nước đơn giản hơn để tạo ra phương pháp xử lý hỗn hợp đa cấp-cho các hạt và chất ô nhiễm hòa tan, đạt được khả năng kiểm soát chất lượng nước tốt nhờ các quy trình đơn giản hơn và chi phí thấp hơn.
Bằng cách sử dụng các phương pháp quản lý chất lượng nước khác nhau phù hợp với các giai đoạn tăng trưởng và tải trọng hệ thống khác nhau, hệ thống đã duy trì nồng độ amoniac và nitrit lần lượt dưới 1,3 và 1,6 mg/L và DO trên 6 mg/L, cuối cùng đạt được năng suất 5,02 kg/m³. Điều này gần với kết quả từ Yang Jing et al. Hơn nữa, hệ thống xử lý nước kiểm soát tỷ giá hối đoái trung bình hàng ngày ở mức 1,8%, tận dụng tối đa công suất xử lý và giảm đáng kể chi phí.
RAS mang lại lợi ích về môi trường, an toàn sản phẩm và ít bệnh tật hơn. Do hạn chế về vận chuyển, L. vannamei có tiềm năng thị trường nội địa lớn. Việc tiến hành RAS cho tôm thẻ L. vannamei trong đất liền phù hợp với xu hướng của ngành. Hiện nay nuôi tôm nội địa chủ yếu là nuôi tôm nước ngọt, năng suất và chất lượng kém xa so với nuôi tôm biển. Sử dụng nước biển nhân tạo trong thử nghiệm này phần nào giải quyết được khoảng trống này. Tuy nhiên, chi phí nước biển nhân tạo cao hiện nay đòi hỏi phải tối ưu hóa các quy trình RAS để loại bỏ nitơ và phốt pho để có thể tái sử dụng nước, đây là một cách hiệu quả để giảm chi phí và phải là trọng tâm nghiên cứu chính của L. vannamei RAS nội địa.
FCRlà một chỉ số quan trọng cho hiệu suất RAS. F cuối cùngCR1,18 trong thử nghiệm này tương đương với thâm canh truyền thống. Là một hệ thống khép kín, ưu điểm của RAS nằm ở khả năng tái sử dụng đầu vào. Dựa trên việc tăng cường khả năng xử lý nước, xây dựng chiến lược cho ăn chính xác để giảm FCRsẽ là trọng tâm tối ưu hóa tiếp theo.