Nghiên cứu này đánh giá ảnh hưởng của ba hệ thống sục khí đối với sự phát triển của cộng đồng vi sinh vật trong hệ thống công nghệ biofloc trong nuôi tôm. Kết quả cho thấy, việc xử lý bằng vòi phun khí tạo ra sự đa dạng hơn về vi sinh vật, đồng thời tăng cường sự phát triển biofloc và năng suất tổng thể của tôm.
Xử lý sục khí bằng vòi phun khí giúp đa dạng vi sinh vật
Hệ thống biofloc (BFT) được thiết lập trong chuỗi sản xuất tôm, đặc trưng bởi sự kích thích của một cộng đồng vi sinh vật. Hệ thống BFT được đánh giá là an toàn sinh học, giúp cải thiện dinh dưỡng và chất lượng nước, số lần thay nước được giảm thiểu tối đa và có thể không thay suốt chu kỳ nuôi.
Sự hình thành cộng đồng vi sinh vật, biofloc phụ thuộc vào các tương tác vật lý, hóa học và sinh học được kích thích bởi tốc độ trộn và oxy được tạo ra bởi quá trình sục khí. Vi khuẩn sinh sôi bằng cách bám vào các bong bóng, tận dụng các chất dinh dưỡng và hữu cơ sẵn có trong cột nước.
Kích thước bong bóng được tạo ra bởi sục khí cơ học đóng một vai trò quan trọng trong việc hình thành biofloc. Vi khuẩn bám vào các hạt nano tạo thành biofloc nhanh hơn so với các bong bóng lớn. Việc phát triển một biofloc trưởng thành là vô cùng quan trọng để ổn định các chất dinh dưỡng sẵn có như một thực phẩm bổ sung, sự sẵn có của vi khuẩn nitrat hóa cần thiết để duy trì chất lượng nước tối ưu trong hệ thống BFT.
Sinh khối vi khuẩn mới, trưởng thành có thể được động vật nguyên sinh tiêu thụ sau đó, do đó làm tăng lượng thức ăn sẵn có trong hệ thống BFT, tạo nên một hiện tượng được gọi là “Vòng tuần hoàn vi khuẩn” (hình 2). Trong bối cảnh này, điều cần thiết là các nhà sản xuất phải sử dụng các thiết bị sục khí hiệu quả để mang lại lợi ích, chi phí, lợi nhuận tốt nhất về mặt năng suất. Trong những năm gần đây, nhóm FURG đã tập trung nghiên cứu về ảnh hưởng của sục khí cơ học đối với sự hình thành, sẵn có của biofloc trong hệ thống BFT.
Chất hữu cơ hòa tan được tạo ra từ vi tảo chết và thức ăn thừa dẫn đến một chuỗi dinh dưỡng mới, trong đó chất hữu cơ hòa tan được vi khuẩn đồng hóa, sau đó tiêu thụ bởi các nhóm vi sinh vật khác (ví dụ như trùng roi), trở thành đối tượng săn mồi của nhóm khác (chẳng hạn như luân trùng, tuyến trùng). Các vi sinh vật phát triển trong vòng tuần hoàn này có vai trò như nguồn dinh dưỡng tự nhiên bổ sung cho tôm và cho quá trình luân chuyển các chất dinh dưỡng trong ao nuôi.
Thiết lập thử nghiệm
Nghiên cứu được thiết lập nhằm đánh giá ảnh hưởng của ba hệ thống sục khí đến sự phát triển của cộng đồng vi sinh vật trong hệ thống BFT. Hệ thống sục khí đầu tiên đã được thử nghiệm, sử dụng các vòi phun khí vận hành bởi một máy bơm ly tâm 2 mã lực, không khí xung quanh được hút tự nhiên với tốc độ gấp ba lần khối lượng bơm nước. Các vòi phun được gắn ở đáy mương và có đường “ống thở” để thu không khí trong khí quyển rồi bơm nó vào nước dưới dạng bong bóng nano, cung cấp tốc độ truyền oxy hòa tan cao. Ngoài ra, dòng chảy định hướng được tạo ra từ các bong bóng nano này tạo ra chuyển động của nước theo cả phương ngang và phương thẳng đứng, giữ cho các chất rắn ở trạng thái huyền phù, đây là một đặc tính yêu cầu thiết yếu đến sự thành công của hệ thống BFT.
Hệ thống sục khí thứ hai sử dụng các ống vi đục lỗ (Aero-Tube ™) được cung cấp bởi một máy thổi khí 2 mã lực, tạo ra khối lượng lớn không khí ở áp suất thấp, cung cấp không khí từ khí quyển cho hệ thống. Các ống vi đục lỗ được lắp đặt trên ống PVC và gắn vào đáy bể. Ưu điểm chính của ống vi đục lỗ là độ bền và lợi ích chi phí tương xứng khi so sánh với xốp hay đá khuếch tán. Và phương pháp xử lý sục khí thứ ba đã thử nghiệm, kết hợp vòi phun khí và ống vi đục lỗ trong cùng một bể (xử lý hỗn hợp). Trong xử lý vòi phun, ba kim phun được đặt song song với hướng dòng chảy chính dọc theo đáy của mỗi thành bể. Các ống dẫn khí được cắt thành từng đoạn dài 10 cm, nối với ống PVC và phân thành đoạn cách nhau 1,5 m2 trong các bể chứa.
Đa dạng hệ vi sinh vật
Kết quả cho thấy có sự đa dạng về vi sinh vật như động vật nguyên sinh, vi tảo, vi khuẩn và sự phong phú về trùng roi, amip, tảo cát, noãn bào, phù du, trực khuẩn và tảo sợi tự do trong hệ thống xử lý bằng vòi phun khí (hình 3). Trong hai hệ thống/ phương pháp xử lý còn lại, quan sát thấy thành phần vi sinh vật khác nhau, xuất hiện trùng roi, ciliate, tảo cát, trực khuẩn, vibrio và tảo dạng sợi tự do.
Một khía cạnh quan trọng khác cần được xem xét, là sự phong phú của các sinh vật được quan sát thấy trong các kiểu sục khí khác nhau. Điều này liên quan đến quá trình “từ trên xuống” và “từ dưới lên” xảy ra một cách tự nhiên ở cấp độ dinh dưỡng có trong bể nuôi. Từ trên xuống đề cập đến sự săn mồi xảy ra ở các mức độ dinh dưỡng cao hơn (từ trên xuống dưới), chẳng hạn như tôm ăn thịt vi sinh vật (ảnh hưởng dinh dưỡng của các tập hợp) và gây ra sự khác biệt về mức độ phong phú của các sinh vật này trong hệ thống nuôi. Trong quá trình từ dưới lên, điều ngược lại xảy ra, đó là các sinh vật sản xuất chịu trách nhiệm điều chỉnh toàn bộ mức độ dinh dưỡng; vi khuẩn, tảo và các sinh vật khác trong thực vật phù du là những nhà sản xuất chính ảnh hưởng đến cấp độ dinh dưỡng tiếp theo. Điều này có thể giải thích các nồng độ khác nhau của vi sinh vật được quan sát thấy, vì các sinh vật đang săn mồi khác hoặc đang bị săn mồi.
Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc xử lý bằng vòi phun khí tạo ra sự đa dạng hơn của vi sinh vật trong hệ thống biofloc, có khả năng hỗ trợ sự phát triển cải thiện của bioflocs và góp phần tăng lượng thức ăn bổ sung và dẫn đến cải thiện tổng thể tôm năng suất.
By Dariano Krummenauer, Ph.D. Wellica Gomes dos Reis Paulo Cesar Abreu Aline Bezerra Wilson Wasielesky Jr., Ph.D. and Bob Advent
Hiểu Lam (Lược dịch)
