Sản Xuất Cá Rô Phi Bằng Công Nghệ Biofloc

Tiết kiệm nước và tái chế chất thải giúp cải thiện kinh tế.

Sản lượng cá rô phi trên thế giới đã tăng mạnh trong vài thập kỷ gần đây. Đến năm 2010, tổng sản lượng đạt khoảng 3 triệu tấn, đưa cá rô phi trở thành loài cá có sản lượng lớn thứ hai toàn cầu, chỉ sau cá chép. Xu hướng này vẫn đang tiếp tục khi cá rô phi ngày càng được tiêu thụ rộng rãi ở nhiều thị trường khác nhau, từ các nhà hàng cao cấp cho đến bữa ăn hằng ngày của các hộ gia đình trên khắp thế giới.

Tuy nhu cầu sản lượng ngày càng tăng, nhưng việc mở rộng nuôi trồng thủy sản toàn cầu đang gặp nhiều hạn chế do nguồn nước và quỹ đất phù hợp ngày càng khan hiếm. Vì vậy, một trong những hướng đi khả thi và thân thiện với môi trường để gia tăng sản lượng là áp dụng các hệ thống nuôi thâm canh, giúp tối ưu hóa hiệu quả sử dụng tài nguyên và nâng cao năng suất.

Công nghệ Biofloc

Công nghệ biofloc được xem là một trong những hệ thống giúp tăng cường sản xuất với mức chi phí đầu tư và vận hành tương đối hợp lý.

Nguyên lý của công nghệ này dựa trên việc quản lý ao nuôi với lượng thay nước tối thiểu, đồng thời thúc đẩy sự phát triển của quần thể vi sinh vật với mật độ cao trong nước. Sự phát triển của các vi sinh vật này được kiểm soát thông qua việc điều chỉnh tỷ lệ carbon:nitơ (C:N) nhằm kiểm soát nồng độ nitơ vô cơ trong ao nuôi.

Các vi khuẩn trong hệ sinh thái biofloc có khả năng đồng hóa nitơ amoni tổng (TAN), tạo ra nguồn protein vi sinh và giúp tái sử dụng phần protein từ thức ăn chưa được tôm sử dụng hết. Nhờ những lợi ích này, hệ thống biofloc hiện đang được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất tôm.

Cá rô phi và sinh khối vi sinh

Cá rô phi thích nghi rất tốt với hệ thống Biofloc. Chúng là loài cá có tập tính ăn lọc nên dễ dàng tận dụng các hạt biofloc lơ lửng trong nước làm nguồn thức ăn bổ sung. Nhờ đó, cá rô phi có sức đề kháng tốt, sinh trưởng ổn định và phát triển hiệu quả ngay cả trong điều kiện nuôi mật độ cao.

Một đặc điểm nổi bật của mô hình nuôi cá rô phi theo công nghệ biofloc, đặc biệt khi so sánh với hệ thống nuôi Tôm, là khả năng duy trì sinh khối rất lớn. Theo kinh nghiệm thực tế, sinh khối cá rô phi có thể đạt khoảng 200–300 tấn/ha, trong khi sinh khối tôm trong các ao quản lý tốt thường chỉ khoảng 20 tấn/ha. Sự chênh lệch này đóng vai trò quan trọng trong việc hạn chế nhu cầu thay nước. Tuy nhiên, mật độ cá cao cũng đồng nghĩa với việc phát sinh lượng chất thải đáng kể, đòi hỏi hệ thống quản lý môi trường phải được kiểm soát chặt chẽ.

Kiểm soát TAN

Lượng TAN thải ra mỗi ngày trong hệ thống nuôi, nếu không được xử lý mà tích tụ lại trong nước, có thể đạt mức đủ cao gây nguy hiểm và thậm chí làm cá chết. Trong hệ thống biofloc, hai quá trình vi sinh trung gian đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát nồng độ TAN.

Quá trình thứ nhất là sự đồng hóa TAN bởi vi khuẩn dị dưỡng để hình thành protein vi sinh vật. Trong những hệ thống có hàm lượng carbon sẵn có cao hơn nitơ (tỷ lệ C:N lớn hơn 15), vi khuẩn sẽ sử dụng nguồn carbon như nguyên liệu để xây dựng tế bào mới. Tuy nhiên, do tế bào vi sinh chủ yếu được cấu tạo từ protein, chúng cần nitơ để phát triển và sẽ hấp thụ amoni từ môi trường nước. Cả kinh nghiệm thực tế lẫn cơ sở lý thuyết đều cho thấy khi tỷ lệ C:N duy trì trên 15, nồng độ TAN trong nước thường được giữ ở mức thấp.

Quá trình vi sinh thứ hai là quá trình nitrat hóa, trong đó amoni và nitrit độc hại được chuyển hóa thành nitrat ít độc hơn. Tuy nhiên, để hai quá trình này diễn ra hiệu quả, trong nước phải có đủ quần thể vi sinh vật thích hợp. Vi khuẩn dị dưỡng thường phát triển khá nhanh khi chất hữu cơ tích tụ trong hệ thống, trong khi cộng đồng vi khuẩn nitrat hóa phát triển chậm hơn, thường cần khoảng bốn tuần để đạt hiệu suất tối đa, trừ khi hệ thống được bổ sung các chế phẩm vi sinh cấy giống phù hợp.

Như đã đề cập, quá trình đồng hóa nitơ của vi sinh vật là một cơ chế rất hiệu quả trong việc kiểm soát nồng độ nitơ trong nước, đặc biệt là tổng nitơ amoni (TAN). Đồng thời, lượng protein được vi sinh vật tạo ra có thể trở thành nguồn thức ăn giàu dinh dưỡng cho cá. Trong hệ thống biofloc, mật độ vi khuẩn có thể đạt tới khoảng 1 tỷ tế bào/mL. Các vi khuẩn này liên kết với những sinh vật khác và các hạt hữu cơ lơ lửng, hình thành nên các biofloc có kích thước từ khoảng 0,1 mm đến vài milimét. Những hạt biofloc này dễ dàng được cá rô phi thu nhận và tiêu hóa, góp phần bổ sung nguồn dinh dưỡng tự nhiên trong hệ thống nuôi.

Chất rắn lơ lửng

Tổng chất rắn lơ lửng (TSS), hay còn gọi là thể tích sinh khối vi sinh vật (biofloc), có xu hướng tích tụ nhanh trong ao nuôi khi mật độ cá tăng cao. Mặc dù cộng đồng vi sinh vật có lợi và nguồn thức ăn dự trữ đóng vai trò quan trọng trong hệ thống, nhưng việc để TSS tăng quá mức sẽ làm gia tăng nhu cầu oxy của ao và ở nồng độ cao có thể gây tắc nghẽn mang cá, ảnh hưởng đến hô hấp và sức khỏe của cá.

Bên cạnh đó, khi nước trong ao không được khuấy trộn đồng đều hoặc lượng TSS vượt quá khả năng vận hành của hệ thống khuấy trộn, các hạt rắn sẽ lắng xuống đáy và tích tụ trong lớp bùn, hình thành các vùng kỵ khí. Những khu vực kỵ khí này có thể tạo ra các hợp chất khử độc hại, từ đó gây tác động tiêu cực đến môi trường ao nuôi và làm suy giảm nghiêm trọng tốc độ sinh trưởng của cá.

Để kiểm soát nồng độ TSS hiệu quả, cần thực hiện các biện pháp như định kỳ xả bùn đáy, duy trì hệ thống khuấy trộn nước hợp lý và thiết kế đáy ao phù hợp nhằm hạn chế sự tích tụ của chất rắn.

Protein trong sinh khối kết tủa

Sinh khối vi sinh (biofloc) có khả năng tích lũy một lượng protein dự trữ đáng kể. Chỉ cần khoảng 50% lượng TAN do cá rô phi thải ra được vi sinh vật hấp thụ và chuyển hóa, nguồn sinh khối này đã có thể cung cấp cho cá một lượng protein tương đương với việc bổ sung khẩu phần thức ăn viên chứa 30% protein ở mức khoảng 150 g/m³ mỗi ngày. Điểm khác biệt quan trọng là, không giống thức ăn công nghiệp được cung cấp theo từng bữa, sinh khối vi sinh luôn hiện diện trong ao và có thể được cá khai thác liên tục.

Quan sát hành vi ăn của cá rô phi trong ao biofloc so với ao đối chứng (được cho ăn hai lần mỗi ngày) cho thấy sự khác biệt rõ rệt. Cá ở ao đối chứng thường rất đói và lao vào thức ăn viên nổi một cách vội vã, trong khi cá nuôi trong hệ thống biofloc ăn chậm rãi và bình tĩnh hơn, cho thấy chúng không rơi vào trạng thái thiếu thức ăn trước mỗi lần cho ăn. Nhờ nguồn thức ăn tự nhiên có sẵn gần như liên tục trong hệ thống, cá nhỏ có cơ hội cạnh tranh thức ăn tốt hơn với cá lớn, từ đó giúp đàn cá phát triển đồng đều hơn về kích cỡ.

Cho ăn

Chế độ dinh dưỡng đóng vai trò then chốt trong việc điều chỉnh và duy trì tỷ lệ C:N phù hợp, qua đó thúc đẩy quá trình hấp thu amoni từ môi trường nước. Bên cạnh đó, chiến lược cho ăn hợp lý còn giúp cá tận dụng hiệu quả nguồn protein vi sinh được tái chế, góp phần giảm chi phí sản xuất và hạn chế lượng chất thải phát sinh. Tuy nhiên, vẫn cần thêm nhiều nghiên cứu để xác định chính xác thành phần và khẩu phần thức ăn tối ưu.

Tỷ lệ C:N khuyến nghị có thể được thiết lập bằng cách sử dụng thức ăn viên có hàm lượng protein thấp hoặc bổ sung các nguồn cacbon như mật đường, sắn, lúa mì hay các loại bột khác vào khẩu phần. Phương án thứ nhất có ưu điểm là tiết kiệm công lao động. Tuy vậy, lập luận của tác giả dựa trên giả định rằng lượng carbohydrate bổ sung sẽ được cá tiêu hóa rồi thải ra môi trường để vi khuẩn sử dụng, và giả định này có thể chưa hoàn toàn chính xác.

Khẩu phần thức ăn trong các hệ thống nuôi có thể được điều chỉnh thấp hơn so với ao nuôi cá rô phi truyền thống. Trong mô hình nuôi tôm trong bể, nhiều quan sát cho thấy lượng thức ăn có thể giảm khoảng 30% so với các hệ thống thông thường. Đối với mô hình nuôi cá rô phi theo công nghệ biofloc, các ước tính ban đầu cho thấy khẩu phần thức ăn có khả năng giảm tối thiểu khoảng 20%, dù điều này vẫn cần thêm các nghiên cứu để chứng minh rõ ràng.

Mật mía có ưu điểm là dễ hòa tan nên việc bổ sung vào ao tương đối đơn giản. Ngược lại, bột mì cần nhiều công đoạn hơn để phân tán đều trong nước. Thông thường, người nuôi sử dụng máy trộn trong một thùng chứa bên ngoài ao để tạo hỗn hợp huyền phù trước khi đưa vào ao, giúp hạn chế tình trạng bột mì khô bị vón cục khi cho trực tiếp xuống nước.

Quản lý oxy

Trong hệ thống nuôi cá rô phi thâm canh bằng công nghệ biofloc, nhu cầu oxy hòa tan thường ở mức cao. Nguyên nhân chủ yếu đến từ hoạt động hô hấp của đàn cá với mật độ lớn, đồng thời cộng đồng vi sinh vật trong hệ thống cũng sử dụng oxy để phân hủy và chuyển hóa các chất hữu cơ dư thừa. Mức tiêu thụ oxy trong các hệ thống này đã được nhiều nhà khoa học tiến hành ước tính và xây dựng mô hình nhằm phục vụ cho việc quản lý và thiết kế hệ thống nuôi hiệu quả.

Các ao nuôi cá rô phi theo phương pháp biofloc thường có diện tích tương đối nhỏ, dao động khoảng 100–1.000 m². Quy mô này giúp việc khuấy trộn và duy trì sự phân bố đồng đều của nước trong ao trở nên dễ dàng hơn, bởi ở các ao lớn hơn quá trình trộn nước thường gặp nhiều khó khăn. Phần lớn ao được thiết kế dạng hình tròn hoặc hình vuông với các góc bo tròn để hỗ trợ dòng chảy tuần hoàn. Đáy ao thường được tạo độ dốc hướng về trung tâm, giúp nước và chất thải dễ dàng tập trung lại, từ đó thuận tiện cho việc xả và loại bỏ nước mỗi ngày thông qua hệ thống thoát nước.

Công suất sục khí phù hợp cho một ao có diện tích 0,1 ha thường dao động trong khoảng 10–20 mã lực. Tuy vậy, mức công suất cụ thể cần được điều chỉnh dựa trên việc theo dõi nồng độ oxy hòa tan trong ao hằng ngày, trong đó ngưỡng tối thiểu an toàn thường khoảng 4 mg/L. Ngoài ra, công suất sục khí cũng cần được điều chỉnh theo kích thước cá và tổng sinh khối đang nuôi trong ao. Ở giai đoạn đầu của chu kỳ nuôi, người quản lý trang trại có thể sử dụng công suất sục khí thấp hơn. Tuy nhiên, để khai thác tối đa tiềm năng của ao nuôi, nên thả mật độ cá giống cao và duy trì sinh khối tương đối ổn định thông qua việc thu – thả bổ sung định kỳ.

Bên cạnh đó, việc bố trí máy sục khí hợp lý đóng vai trò rất quan trọng. Trong nhiều hệ thống ao nuôi, sục khí không chỉ nhằm cung cấp oxy mà còn tạo dòng chảy tuần hoàn, giúp gom các chất tích tụ về gần khu vực ống thoát nước trung tâm, thường sử dụng máy sục khí dạng cánh quạt. Tuy nhiên, trong thực tế vẫn tồn tại một số yêu cầu và cách bố trí khác nhau tùy theo mục tiêu quản lý ao nuôi.

Mục tiêu là xả hiệu quả lượng nước thải dư thừa nhưng vẫn duy trì các cụm sinh khối ở trạng thái lơ lửng trong cột nước. Để hạn chế sự tích tụ quá mức của các hạt gần cống thoát nước trung tâm, cần bố trí máy sục khí hoặc thiết bị nâng khí nhằm khuấy động và giữ các hạt này lơ lửng trở lại. Khi sắp xếp và điều chỉnh vị trí thiết bị hợp lý, hệ thống có thể đạt được trạng thái tối ưu: các cụm sinh khối nhẹ được duy trì lơ lửng, trong khi các hạt nặng hơn sẽ lắng xuống.

Bên cạnh đó, việc trang bị hệ thống giám sát và dự phòng có độ nhạy và độ tin cậy cao là yêu cầu đặc biệt quan trọng. Trong điều kiện mật độ cá nuôi cao, nếu xảy ra sự cố sục khí mà hệ thống dự phòng không được kích hoạt trong vòng một giờ, hậu quả có thể rất nghiêm trọng.

Giám sát

Mặc dù hệ thống nuôi cá rô phi theo phương pháp biofloc tương đối dễ vận hành, nhưng vẫn cần được theo dõi chặt chẽ và xử lý kịp thời khi phát sinh sự cố. Do ao nuôi có mật độ và tải lượng hữu cơ cao, bất kỳ sai sót nào nếu không được khắc phục nhanh chóng đều có thể trở nên nghiêm trọng. Vì vậy, việc giám sát các chỉ tiêu môi trường trong quá trình nuôi là hết sức cần thiết, đặc biệt là các thông số sau:

• Oxy hòa tan (DO): Khi nồng độ oxy trong ao cao, có thể giảm bớt số lượng máy sục khí để tiết kiệm điện năng. Ngược lại, nếu oxy giảm xuống dưới 4 mg/L, cần bổ sung thêm thiết bị sục khí để đảm bảo điều kiện sống cho cá.
• Tổng nitơ amoni (TAN): Nếu nồng độ TAN duy trì dưới 0,5 mg/L, điều đó cho thấy hệ thống đang vận hành ổn định và có thể cân nhắc giảm lượng than hoạt tính bổ sung. Trong trường hợp TAN tăng, cần nhanh chóng bổ sung than hoạt tính để kiểm soát.
• Nitrit (NO₂⁻): Nitrit có thể gây ảnh hưởng bất lợi đến cá rô phi, dù tác động trong môi trường nước mặn thường ít nghiêm trọng hơn. Sự gia tăng nitrit cũng có thể là dấu hiệu cho thấy trong ao đang hình thành các vùng kỵ khí. Khi phát hiện nitrit tăng cao, cần kiểm tra kỹ các khu vực tích tụ bùn đáy và điều chỉnh lại vị trí máy sục khí nếu cần.
• Thể tích floc: Có thể dễ dàng xác định chỉ tiêu này bằng phễu Imhoff với chi phí thấp. Thể tích bông cặn thích hợp nên dao động trong khoảng 5–50 mL/L. Nếu thấp hơn mức này, cần bổ sung thêm nguồn carbohydrate; nếu vượt quá 50 mL/L, cần tăng cường loại bỏ bùn để ổn định hệ thống.

Theo Yoram Avnimelech

Nguồn: https://www.globalseafood.org/advocate/tilapia-production-using-biofloc-technology/

Biên dịch: Nguyễn Thị Quyên – Tôm Giống Gia Hoá Bình Minh

Xem thêm:

• Đánh Giá Nguy Cơ Lây Truyền Ở Tôm Đã Nấu Chín Nhiễm WSSV
• Tìm Hiểu Về Các Hệ Thống Nuôi Tôm Thâm Canh Khác Nhau Ở Châu Á
• Ứng Dụng Thức Ăn Thủy Sản Từ Chất Thải Chế Biến Tôm