Tối Ưu Hóa Hệ Thống Công Nghệ Biofloc Nuôi Cá Rô Phi, Phần 1

Thiết kế kỹ thuật tại Chambo Fisheries, trang trại nuôi cá rô phi bằng công nghệ biofloc lớn nhất thế giới

Việc áp dụng công nghệ biofloc (BFT) trong nuôi cá rô phi hiện vẫn còn nhiều hạn chế, đặc biệt là so với mức độ ứng dụng rộng rãi trong nuôi tôm. Một điểm đáng chú ý là tỷ lệ cho ăn trong nuôi cá rô phi bằng BFT thường cao gấp bốn đến năm lần so với khi nuôi tôm trong cùng hệ thống. Tuy nhiên, những hiểu biết chuyên sâu về các yếu tố kinh tế – kỹ thuật trong mô hình này vẫn còn thiếu, bao gồm: hệ thống cho ăn phù hợp với cá rô phi, hiệu suất chuyển đổi sinh học, chi phí đầu tư – vận hành và tính hiệu quả kinh tế khi so sánh với các mô hình nuôi truyền thống. Những kinh nghiệm thực tiễn tại Chambo Fisheries (Malawi, châu Phi) được chia sẻ trong tài liệu này đã góp phần đáng kể vào việc thu hẹp khoảng trống kiến thức đó.

Chambo Fisheries hiện được xem là trại nuôi cá rô phi theo công nghệ BFT lớn nhất thế giới, đồng thời là trại nuôi cá rô phi lớn nhất châu Phi, tọa lạc tại vùng ngoại ô thành phố Blantyre, Malawi. Trang trại bắt đầu đi vào hoạt động từ năm 2013, tuân theo quy định bắt buộc chỉ được nuôi các giống cá rô phi Mozambique (O. mossambicus) và cá rô phi Shiranus (O. shiranus) do các hạn chế về việc nhập khẩu và nuôi giống cá rô phi sông Nile (O. niloticus) trong nước.

Mặc dù O. mossambicus và O. shiranus có tốc độ tăng trưởng chậm hơn so với các dòng cá Nile được chọn lọc tốt nhất, Chambo Fisheries vẫn được đánh giá có tiềm năng phát triển mạnh nhờ vào nhiều yếu tố thuận lợi: chất lượng thịt ngon, không cần xử lý khử mùi bùn, tỷ lệ chuyển đổi thức ăn (FCR) thấp, khả năng sản xuất quanh năm (đặc biệt khi hoàn thiện hệ thống sưởi hỗ trợ cho các ao năng lượng mặt trời nông), và điều kiện thị trường nội địa và khu vực đầy triển vọng..

Hệ thống trang trại được xây dựng dựa trên thiết kế do Giám đốc Kỹ thuật của SustAqua Fish Farms (Pty) Ltd. khởi xướng. Đơn vị này đã đảm nhiệm toàn bộ quá trình từ thiết kế, lên lịch sản xuất, xây dựng hệ thống quản lý, cho đến đào tạo khởi động, giám sát và điều hành hoạt động trang trại.

Thiết kế trang trại tích hợp theo chiều dọc

Chambo Fisheries vận hành một hệ thống nuôi trồng thủy sản tích hợp theo chiều dọc, bao gồm đầy đủ các khâu từ đầu vào đến đầu ra. Cơ sở này được trang bị khu kiểm dịch, bể nuôi cá bố mẹ, phòng ấp nhân tạo để thu và ấp trứng từ cá cái, hệ thống ương cá giống chuyên biệt, bể thanh lọc, nhà máy chế biến thức ăn tươi ẩm, nhà máy sản xuất đá và kho lạnh. Ngoài ra, còn có các bể nuôi thương phẩm sử dụng công nghệ Biofloc (BFT). Hình 1 mô tả chu trình vòng đời nuôi cá rô phi Oreochromis shiranus tại Chambo Fisheries.

Cá rô phi Shiranus đạt trọng lượng thương phẩm trung bình khoảng 218 gram sau 189 ngày kể từ khi nở, trong điều kiện nhiệt độ nước dao động từ 27 đến 29°C. Mặc dù quy trình thanh lọc cá trước thu hoạch nhằm cải thiện hương vị vẫn được áp dụng, tuy nhiên điều này không thực sự cần thiết trong các hệ thống biofloc (BFT) được quản lý tốt, do cá không bị ảnh hưởng bởi mùi vị khó chịu. Cá sau thu hoạch được bán nguyên con, bảo quản bằng đá lạnh, không qua bất kỳ khâu chế biến nào tại chỗ.

Trang trại hiện vận hành tám bể nuôi cá rô phi cỡ lớn dạng đầu tròn (kiểu R), với thể tích nuôi hiệu quả đạt 766.000 lít mỗi bể. Với mô hình sản xuất liên tục, luân phiên và theo từng đợt, mỗi bể có thể cung cấp sản lượng tối đa lên tới 100 tấn cá mỗi năm, thậm chí đạt đến 130 kg cá/m³/năm. Dù vậy, mật độ nuôi trung bình được duy trì ở mức chỉ khoảng 20 kg/m³ để đảm bảo hiệu quả sinh trưởng và sức khỏe cá (tham khảo Hình 1). Ban quản lý tại Chambo Fisheries đặt mục tiêu sản xuất ổn định 80 tấn cá rô phi mỗi năm cho mỗi bể sau khi hoàn thiện toàn bộ hệ thống gia nhiệt.

Do trang trại đặt tại khu vực có độ cao 1.130 mét so với mực nước biển, khí hậu tương đối mát mẻ nên toàn bộ hệ thống sản xuất được bố trí bên trong các nhà kính nhằm giữ nhiệt. Đồng thời, nguồn nhiệt bổ sung được lấy từ các ao năng lượng mặt trời nông (SSP), kết hợp với hệ thống gia nhiệt bằng nước nóng tuần hoàn. Hệ thống này bao gồm bộ trao đổi nhiệt bằng thép không gỉ lắp đặt dưới đáy bể, được vận hành thông qua máy bơm nhiệt có thể điều chỉnh để đảm bảo truyền tải nhiệt độ chính xác đến môi trường nuôi.

Nâng cao hiệu quả và năng suất thông qua thiết kế kỹ thuật và áp dụng triết lý quản lý kho

Trang trại được thiết kế nhằm tối ưu hoá quy trình sản xuất theo phương thức tuần tự và liên tục, trong đó cá được thả nuôi và thu hoạch theo chu kỳ ba tuần một lần ở từng bể. Triết lý quản lý đàn cá này được hiện thực hóa thông qua hệ thống ngăn lưới chắn (xem Hình 3), cho phép di chuyển cá theo kiểu “băng chuyền”, cứ ba tuần cá lại được chuyển sang một ngăn lớn hơn bằng cách sử dụng lưới chắn cố định kết hợp với lưới kéo chuyên dụng được thiết kế riêng.

Phương pháp quản lý này giúp nâng cao đáng kể hiệu quả sản xuất, thể hiện qua việc cải thiện tỷ lệ Sản lượng trên Công suất (P:C) từ mức khoảng 2,9 ở hệ thống nuôi theo mẻ lên mức 5,5 đến 6,2:1. Nhờ vậy, mỗi ba tuần có thể thu hoạch khoảng 4,6 đến 5,8 tấn cá thương phẩm, tương đương với 17 vụ thu hoạch mỗi năm. Điều này giúp tăng nhanh vòng quay sản xuất, đặc biệt khi áp dụng cho giống cá rô phi O. niloticus (tham khảo Bảng 1 và Hình 2).

Việc áp dụng hệ thống sản xuất tuần tự với nhiều đàn cá giúp tăng sản lượng lên gấp 2,5 lần so với hệ thống nuôi theo mẻ, đồng thời giảm đến 60% chi phí điện năng. Dù sử dụng cùng một mức đầu tư cho thiết bị và hạ tầng, lợi nhuận thu về lại tăng mạnh nhờ sản lượng vượt trội. Đây là một sáng kiến độc đáo của SustAqua Fish Farms (SAFF), được triển khai tiên phong tại Trung Đông trên hai trang trại RAS và một trang trại RAS khác tại Malawi, với tên gọi “Phương pháp Nuôi Cá Một Bể SAFF”.

Mô hình bể nuôi BFT đầu chữ R của SAFF được thiết kế nhằm tối ưu hóa hiệu quả vận hành và giảm chi phí đầu tư. Thiết kế này tận dụng dòng chảy thủy lực vượt trội của bể, đồng thời tích hợp bộ tách phiến để thu và loại bỏ chất rắn. Việc kiểm soát nồng độ bông cặn và thời gian lưu giữ chất thải trong nước được thực hiện bằng cách điều chỉnh thời gian hoạt động và lưu lượng nước chảy qua bộ tách phiến, thông qua hệ thống ống thoát sàn chạy dọc theo đáy bể. Một máy bơm khí nén nhiều khoang tạo áp suất tại đầu xa kênh trung tâm để hút nước qua bộ tách, cho phép điều chỉnh tốc độ bơm linh hoạt theo nhu cầu.

Một yếu tố then chốt góp phần vào thành công của hệ thống bể nuôi BFT vận hành liên tục tại Chambo Fisheries chính là thiết kế kỹ thuật được tính toán kỹ lưỡng, nhằm ngăn chặn hoàn toàn sự tích tụ chất thải rắn trong bất kỳ khu vực nào của hệ thống. Đồng thời, việc xả thải được thực hiện hiệu quả hai lần mỗi ngày, đặc biệt khi hệ thống hoạt động ở công suất tối đa.

Việc kiểm soát tốc độ dòng nước theo phương ngang trong khoảng từ 15 đến 30 cm/giây giúp tạo ra dòng chảy tối ưu trong bể nuôi. Điều này đạt được thông qua việc điều chỉnh độ sâu hoạt động của cánh quạt trên các máy sục khí bánh guồng, từ đó đảm bảo độ ổn định của dòng chảy theo phương ngang. Nhờ đó, lực cản ma sát của nước khi di chuyển qua các ngăn lưới phân đoạn được khắc phục hiệu quả. Sự điều tiết dòng chảy này còn góp phần tạo ra sự chênh lệch nồng độ oxy hòa tan cần thiết, hỗ trợ quá trình phân phối oxy trong hệ thống. Việc cấp oxy được thực hiện bởi hệ thống sục khí được bố trí và lựa chọn kỹ lưỡng, bao gồm: bốn bộ khuếch tán oxy đặt sát đáy, trải đều theo chiều dài của bể, kết hợp cùng hai máy sục khí bánh guồng công suất 10 mã lực, giúp duy trì chất lượng nước tối ưu cho cá phát triển.

Việc ép cá vận động vừa phải một cách bắt buộc đã được chứng minh là giúp kích thích phì đại cơ, thúc đẩy tăng trưởng và giảm tiêu tốn năng lượng trong quá trình tổng hợp protein. Khi được nuôi trong điều kiện này kể cả với loài cá rô phi có xu hướng thay đổi quá trình trao đổi chất: chuyển hướng sử dụng năng lượng từ carbohydrate và lipid sang phục vụ cho hoạt động bơi lội và xây dựng cơ bắp chủ yếu từ protein. Đây là một cơ chế sinh tồn giúp hạn chế mất protein trong cơ thể. Kết quả là, cá thu hoạch có hàm lượng mỡ thấp hơn, hệ số chuyển đổi thức ăn (FCR) giảm, tốc độ tăng trưởng tốt hơn, thịt cá săn chắc hơn và tỷ lệ phi lê cũng được cải thiện nhẹ do thân cá to hơn so với chiều dài cơ thể.

Một trong những thách thức lớn của hệ thống BFT là nhu cầu tiêu thụ năng lượng cao, đặc biệt cho các hoạt động như trộn, sục khí và tạo dòng nước ngang nhằm vận chuyển chất rắn đến khu vực thoát nước thải. Dù áp dụng bất kỳ phương pháp quản lý đàn nào từ nuôi theo mẻ đến nuôi theo nhiều lứa tuần tự thì cả hai mô hình đều đòi hỏi phải duy trì việc trộn và sục khí liên tục. Tuy nhiên, nuôi theo nhiều lứa tuần tự có một lợi thế đáng kể về mặt hiệu quả năng lượng so với nuôi theo mẻ, ngoài việc cải thiện tốc độ luân chuyển đàn cá so với tổng công suất hệ thống. Theo dữ liệu trong Bảng 1, hệ thống nuôi theo mẻ cần đến 4,24 kWh điện cho mỗi kg sinh khối tăng thêm, trong khi hệ thống nuôi theo nhiều lứa chỉ tiêu tốn khoảng 1,7 kWh/kg – một mức tiết kiệm điện năng đáng kể khi vận hành ở mực nước biển. Mức tiêu thụ điện năng này gần tương đương với các hệ thống tuần hoàn (RAS) hiện đại, vốn nổi bật về hiệu quả năng lượng trong nuôi cá rô phi.

Trong phần 2 của bài viết này sẽ tiếp tục thảo luận về những lợi ích của BFT như một giải pháp thay thế cạnh tranh và bền vững, công nghệ nuôi thâm canh, chi phí thấp cho nuôi cá rô phi.

Theo Ramon M. Kourie

Nguồn: https://www.globalseafood.org/advocate/optimizing-tilapia-biofloc-technology-systems-part-1/

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

Xem thêm:

• Kiểm Soát Vibrio Trong Nuôi Tôm: Phần 1
• Kiểm Soát Vibrio Trong Nuôi Tôm: Phần 2
• Đánh Giá Protein Đơn Bào Đến Hiệu Suất Tăng Trưởng, Khả Năng Tiêu Hóa Và Biểu Hiện Gen Miễn Dịch Của Tôm Thẻ Chân Trắng Penaeus vannamei