HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP VIỆT NAM

NGUYỄN HỮU VINH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ ĐIỆN HĨA SIÊU ÂM TRONG QUẢN LÝ MÔI TRƯỜNG NƯỚC AO
NUÔI TÔM THẺ CHÂN TRẮNG
(Litopenaeus vannamei) TẠI NAM ĐỊNH

Ngành: Nuôi trồng thủy sản
Mã số: 8 62 03 01
Người hướng dẫn: TS. Lê Việt Dũng

NHÀ XUẤT BẢN HỌC VIỆN NÔNG NGHIỆP - 2021


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết quả nghiên cứu
được trình bày trong luận văn là trung thực, khách quan và chưa từng dùng để bảo vệ lấy
bất kỳ học vị nào.
Tôi xin cam đoan rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cám ơn,
các thơng tin trích dẫn trong luận văn này đều được chỉ rõ nguồn gốc.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2021

Tác giả luận văn

Nguyễn Hữu Vinh

i


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hồn thành luận văn, tơi đã nhận được
sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của các thầy cơ giáo, sự giúp đỡ, động viên của bạn bè,
đồng nghiệp và gia đình.
Nhân dịp hồn thành luận văn, cho phép tơi được bày tỏ lịng kính trọng và biết ơn
sâu sắc tới thầy giáo TS. Lê Việt Dũng đã tận tình hướng dẫn, dành nhiều công sức, thời
gian và tạo điều kiện cho tơi trong suốt q trình học tập và thực hiện đề tài. Một lần nữa
tôi xin được cảm ơn Thầy và kính chúc Thầy thật nhiều sức kỏe.
Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới Ban Giám đốc, Ban Quản lý đào tạo, Bộ
môn Môi trường và Bệnh Thủy sản - Khoa thủy sản - Học viện Nơng nghiệp Việt Nam
đã tận tình giúp đỡ tơi trong quá trình học tập, thực hiện đề tài và hồn thành luận văn.
Nhân đây, tơi cũng xin được cảm ơn các Thầy, Cô giáo các bộ môn đã giảng dạy,
chia sẻ kiến thức và giúp đỡ tơi hồn thành các môn học và vận dụng được kiến thức vào
trong thực tiễn công việc.
Một phần của nghiên cứu này được tài trợ bởi Đề tài “Nghiên cứu xây dựng hệ
thống nuôi tôm trong nhà (ISPS) theo công nghệ Nhật Bản ở khu vực miền Bắc góp phần
xây dựng nơng thơn mới bền vững”.
Tôi xin chân thành cảm ơn các cán bộ văn phòng, thư viện, phòng xét nghiệm và
cán bộ kỹ thuật các farm nuôi tôm thẻ chân trắng tại tỉnh Nam Định đã giúp đỡ và tạo
điều kiện cho tơi làm các thí nghiệm trong q trình thực hiện luận văn.
Tuy nhiên vì kiến thức chun mơn cịn hạn chế nên nội dung của luận văn không
tránh khỏi những điều chưa hồn thiện, tơi rất mong nhận sự góp ý, chỉ bảo thêm của quý
Thầy, Cô để luận văn này được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân, bạn bè, đồng nghiệp đã tạo mọi điều kiện
thuận lợi và giúp đỡ tôi về mọi mặt, động viên khuyến khích tơi hồn thành luận văn./.
Hà Nội, ngày


tháng

năm 2021

Tác giả luận văn

Nguyễn Hữu Vinh

ii


MỤC LỤC
Lời cam đoan ................................................................................................................ i
Lời cảm ơn ................................................................................................................... ii
Mục lục ....................................................................................................................... iii
Danh mục bảng ........................................................................................................... vi
Danh mục hình ........................................................................................................... vii
Trích yếu luận văn ...................................................................................................... ix
Thesis abstract ............................................................................................................. x
Phần 1. Mở đầu .......................................................................................................... 1
1.1.

Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................. 1

1.2.

Mục tiêu nghiên cứu ....................................................................................... 2

1.3.


Nội dung nghiên cứu ....................................................................................... 2

Phần 2. Tổng quan ..................................................................................................... 3
2.1.

Đối tượng nghiên cứu ..................................................................................... 3

2.1.1. Vị trí phân loại ................................................................................................ 3
2.1.2. Đặc điểm hình thái .......................................................................................... 3
2.1.3. Đặc điểm phân bố ........................................................................................... 4
2.1.4. Mức giới hạn của kim loại nặng trong nuôi tôm............................................. 4
2.2.

Một số công nghệ nuôi tôm thẻ chân trắng thâm canh trên thế giới ............... 4

2.2.1. Công nghệ Copefloc ....................................................................................... 4
2.2.2. Công nghệ semi-biofloc .................................................................................. 5
2.2.3. Công nghệ biofloc ........................................................................................... 6
2.2.4. Cơng nghệ ni tơm siêu thâm canh trong nhà kính ...................................... 8
2.2.5. Cơng nghệ RAS .............................................................................................. 8
2.3.

Cơng nghệ điện hóa siêu âm và ứng dụng trong thủy sản ................................. 10

2.3.1. Cơng nghệ điện hóa siêu âm ......................................................................... 10
2.3.2. Ứng dụng cơng nghệ điện hóa siêu âm trong xử lý nước và RAS ................ 12
2.3.3. Tác dụng điện hóa siêu âm trong làm sạch hải sản ....................................... 16
2.4.

Bệnh do vi khuẩn Vibrio parahaemolyticus ................................................. 18


2.4.1. Loài nhiễm bệnh ........................................................................................... 18
2.4.2. Nguyên nhân gây hội chứng hoại tử gan tụy ................................................ 19
2.4.3. Cơ chế gây bệnh ............................................................................................ 20
2.4.4. Sự xuất hiện và lan truyền bệnh .................................................................... 20
2.4.5. Triệu chứng và bệnh tích của hội chứng hoại tử gan tụy cấp tính ................ 21

iii


Phần 3. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu ....................................................... 23
3.1.
Thời gian và địa điểm ................................................................................... 23
3.1.1. Thời gian nghiên cứu .................................................................................... 23
3.1.2. Địa điểm ........................................................................................................ 23
3.2.
Vật liệu nghiên cứu ....................................................................................... 23
3.2.1. Ao thí nghiệm ............................................................................................... 23
3.2.2. Thiết bị điện hóa siêu âm .............................................................................. 24
3.3.
Phương pháp nghiên cứu thí nghiệm 1: đánh giá khả năng loại bỏ kim
loại nặng trong nước đầu vào của thiết bị điện hóa siêu âm tại trang
trại Nghĩa Hưng, Nam Định ......................................................................... 27
3.3.1. Hệ thống và thiết kế thí nghiệm 1 ................................................................. 27
3.3.2. Phân tích kim loại nặng................................................................................. 28
3.4.
Phương pháp nghiên cứu thí nghiệm 2: theo dõi một số chỉ tiêu môi
trường nước và sinh trưởng của tôm thẻ chân trắng trong các ao nuôi
theo cơng nghệ ISPS có sử dụng thiết bị điện hóa siêu âm tại trang trại
Giao Thủy, Nam Định................................................................................... 29

3.4.1. Hệ thống và thiết kế thí nghiệm 2 ................................................................. 29
3.4.2. Quản lý thức ăn thí nghiệm 2 ........................................................................ 30
3.4.3. Quản lý chất lượng nước thí nghiệm 2 ......................................................... 31
3.4.4. Quản lý sức khỏe tơm thí nghiệm 2 .............................................................. 32
3.5.
Phân tích thống kê số liệu ............................................................................. 33
Phần 4. Kết quả và thảo luận .................................................................................. 34
4.1.
Kết quả thí nghiệm 1: đánh giá khả năng loại bỏ kim loại nặng trong
nước đầu vào của thiết bị điện hóa siêu âm tại trang trại Nghĩa Hưng,
Nam Định ...................................................................................................... 34
4.2.
Kết quả thí nghiệm 2: theo dõi một số chỉ tiêu môi trường nước và sinh
trưởng của tôm thẻ chân trắng trong các ao nuôi theo công nghệ ISPS có
4.2.1.
4.2.2.
4.2.3.
4.2.4.

sử dụng thiết bị điện hóa siêu âm tại trang trại Giao Thủy, Nam Định............. 37
Biến động một số chỉ tiêu hóa lý trong mơi trường nước ............................. 37
Sinh trưởng của tôm ...................................................................................... 38
Thành phần thực vật phù du.......................................................................... 39
Kết quả kiểm tra Vibrio tổng số và V. parahaemolyticus từ mẫu nước
và gan tụy tôm ............................................................................................... 44

Phần 5. Kết luận và đề xuất .................................................................................... 50
5.1.
Kết luận ......................................................................................................... 50
5.2.

Đề xuất .......................................................................................................... 50

iv


Tài liệu tham khảo ................................................................................................... 51
Phụ lục 1: Hình ảnh trang trại thực nghiệm ............................................................... 59
Phụ lục 2: Hệ thống điện hóa siêu âm ....................................................................... 62
Phụ lục 3: Hệ thống tuần hồn ................................................................................... 63
Phụ lục 4: Phân tích mẫu bệnh ở Khoa Thủy sản, Học viện Nông nghiệp
Việt Nam ....................................................................................................... 65

v


DANH MỤC BẢNG
Bảng 4.1. Chỉ tiêu môi trường của hai nghiệm thức ISPS và đối chứng* ................. 37
Bảng 4.2. Chỉ tiêu sinh trưởng và tỉ lệ sống của tôm ở hai nghiệm thức ISPS và
đối chứng* ................................................................................................. 38
Bảng 4.3. Các loài tảo xác định được trong hai nghiệm thức Đối chứng và ISPS ........ 39

vi


DANH MỤC HÌNH
Hình 2.1. Hình thái tơm thẻ chân trắng ....................................................................... 3
Hình 2.2. Ngun lý hoạt động của cơng nghệ điện hóa siêu âm.............................. 11
Hình 2.3. Sự hình thành và vỡ bọt khí dưới tác dụng của siêu âm ............................ 11
Hình 2.4. Sự hình thành và vỡ bọt khí dưới tác dụng của điện hóa siêu âm ............. 12
Hình 2.5. Cơ chế gây bệnh của V. parahaemolyricus trên tôm ................................. 20

Hình 2.6. Các cơ quan của tơm bị bệnh do Vibrio parahaemolyticus (Tran & cs.,
2013) .......................................................................................................... 21
Hình 3.1. Trang trại tơm ở Bạch Long, Giao Thủy, Nam Định ................................ 23
Hình 3.2. Thiết bị điện hóa siêu âm lắp đặt ở ao xử lý nước đầu vào, Nghĩa Hưng,
Nam Định .................................................................................................. 24
Hình 3.3. Bộ nguồn điện hóa và máy phát siêu âm ................................................... 25
Hình 3.4. Bồn điện hóa siêu âm ................................................................................. 25
Hình 3.5. Mâm siêu âm.............................................................................................. 26
Hình 3.6. Bản cực điện hóa........................................................................................ 26
Hình 3.7. Minh họa hệ thống thí nghiệm 1 ................................................................ 27
Hình 3.8. Sơ đồ thí nghiệm Đánh giá khả năng loại bỏ kim loại nặng trong nước
đầu vào của thiết bị điện hóa siêu âm tại Trang trại Nghĩa Hưng, Nam
Định ........................................................................................................... 28
Hình 3.9. Sơ đồ hệ thống ni tơm ISPS ................................................................... 29
Hình. 3.10. Sơ đồ thí nghiệm Theo dõi một số chỉ tiêu môi trường nước và sinh
trưởng của tôm thẻ chân trắng trong các ao nuôi theo cơng nghệ ISPS
có sử dụng thiết bị điện hóa siêu âm tại trang trại Giao Thủy, Nam
Định ........................................................................................................... 30
Hình 4.1. Biểu đồ khoảng tin cậy (95%) của nồng độ của 16 kim loại nặng tại
các điểm thu mẫu và ngưỡng giới hạn khuyến cáo ................................... 34
Hình 4.3. Phân nhóm các mẫu nước dựa trên nồng độ kim loại nặng ....................... 36
Hình 4.4. Thành phần lồi tảo trong hai nghiệm thức ISPS và đối chứng* .............. 43
Hình 4.5. Kết quả ni cấy vi khuẩn Vibrio .............................................................. 44
Hình 4.6. Nhuộm Gram vi khuẩn V. parahaemolyticus sau khi cấy thuần (A) và
kết quả giám định vi khuẩn bằng kỹ thuật PCR (B) .................................. 44
Hình 4.7. Mật độ Vibrio tổng số (A) và V. parahaemolyticus (B) trong nước ao
giữa hai nghiệm thức ISPS và đối chứng. ................................................. 46
Hình 4.8. Mật độ Vibrio tổng số (A) và V. parahaemolyticus (B) trong gan tụy
tôm giữa hai nghiệm thức ISPS và đối chứng. .......................................... 48


vii


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt

Nghĩa tiếng Việt

ISPS
NN & PTNT
UBND
RAS
C
N

Hệ thống nuôi tôm trong nhà
Nông nghiệp & Phát triển nông thôn
Ủy ban nhân dân
Hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn
Các bon
Ni tơ

ICP – MS
PCR
DNA
TAN
DO

Hệ thống khối phổ plasma cao tần cảm ứng
Phản ứng chuỗi polymerase

Vật chất di truyền ADN
Tổng ni tơ ammonia
Oxy hòa tan

viii


TRÍCH YẾU LUẬN VĂN
Tên tác giả: Nguyễn Hữu Vinh
Tên Luận văn: Nghiên cứu ứng dụng cơng nghệ điện hóa - siêu âm trong quản lý môi
trường nước ao nuôi tôm thẻ chân trắng (Litopenaeus vannamei) tại Nam Định
Ngành: Nuôi trồng thủy sản

Mã số: 8 62 03 01

Tên cơ sở đào tạo: Học viện Nơng nghiệp Việt Nam
Mục đích nghiên cứu:
Nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá khả năng ứng dụng cơng nghệ điện hóa
siêu âm trong xử lý kim loại nặng nước đầu vào và quản lý nước nuôi tôm thẻ chân trắng
thâm canh tại Nam Định.
Kết quả nghiên cứu:
Cơng nghệ điện hóa siêu âm có khả năng khử kim loại nặng trong nguồn nước đầu
vào cho nuôi tôm. Hiệu suất loại bỏ kim loại nặng đạt tới >95% với công suất thiết kế của
thiết bị là 60 m3/h.
Thiết bị điện hóa siêu âm có khả năng kiểm sốt chất lượng môi trường nước, mật
độ vi khuẩn Vibrio và mật độ tảo trong hệ thống tuần hoàn ISPS. Nồng độ TAN và NO 2
trung bình trong cả quá trình nuôi tương ứng là 2,09±0,021 mg/l và 1,23±0,028 mg/L. Số
lượng loài và mật độ tảo trong ao sử dụng điện hóa siêu âm cũng ở mức thấp. Mật độ vi
khuẩn Vibrio tổng số và V. parahaemolyticus trong nước và gan tụy tôm nằm dưới
ngưỡng khuyến cáo tương ứng 1000 CFU/ml và 100 CFU/mL trong thời gian thí nghiệm.

Năng suất ni tơm ước tính của cơng nghệ ISPS sử dụng thiết bị điện hóa siêu âm
được thử nghiệm tại Nam Định ở quy mô ao 500 m2 vào ngày nuôi thứ 112 ở các ao ISPS
(51 tấn/ha) cao hơn ở các ao đối chứng (39 tấn/ha). Do chưa thu tôm trong thời gian thực
hiện thí nghiệm nên hiệu quả kinh tế chưa được xác định.
Kết quả nghiên cứu đã cung cấp thơng tin thực tiễn về cơng nghệ điện hóa siêu âm
để góp phần tạo ra giải pháp ni tơm bền vững.

ix


THESIS ABSTRACT
Master student: Nguyen Huu Vinh
Thesis title: Application of sonoelctrochemistry technology on controlling the water
quality of white-legshrimp (Litopenaeus vannamei) ponds in Nam Dinh province.
Major: Aquaculture

Code: 8 62 03 01

Educational organization: Vietnam National University of Agriculture (VNUA)
Research Objectives
This study is aimed to i) determine the removal ability of sonochemistry for heavy
metal, and ii) monitor the water quality and shrimp growth performance under a RAS
system which included a sonochemical device in Nam Dinh province.
Results
The sonochemistry technology could remove the heavy metals in the input water
for growing shrimp. The removal efficiency could be up to 95% with the device capacity
of 60 m3/h.
The sonochemical device was able to control the water quality, Vibrio, and
microalgae. The average of TAN and NO2 during the growout period was 2.09±0.021 and
1.23±0.028 mg/L, respectively. The number of species and density of microalgae was lower

when applying the sonochemistry technology. The total Vibrio and V. parahaemolyticus
densities in water and shrimp’s hepatopancreas were under the recommended levels of 1000
and 100 CFU/mL, respectively during the experimental period.
At the pond scale of 500 m2, the estimated shrimp yield under the ISPS technology
which included the sonochemical device (51 tons/ha) was higher than that of the control
(39 tons/ha). Since at the end of the experiment, shrimp had not been harvested yet, the
economical efficiency was not calculated.
The results of this study provided the applied information of the sonochemistry
technology to formulate the new solutions for growing shrimp sustainably.

x


PHẦN 1. MỞ ĐẦU
1.1. TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Nam Định là một trong những tỉnh ở miền Bắc có tiềm năng phát triển thâm
canh hóa ni tơm chân trắng. Theo thống kê đến năm 2017, diện tích ni của
Nam Định hơn 810ha, sản lượng đạt khoảng 2.654 tấn với năng suất bình quân 34 tấn/ha/năm (Sở NN&PTNT, 2018). Đây là các vùng có cơ sở hạ tầng cơ sở tốt
và áp dụng các công nghệ mới trong sản xuất. Một số cơ sở áp dụng công nghệ kỹ
thuật mới đã mang lại năng suất cao 35 tấn/ha/vụ. Mục tiêu tới năm 2025, diện tích
ni tơm nước lợ đạt 4.175ha với sản lượng 9.700 tấn, trong khi đến năm 2030
diện tích giảm cịn 3.680ha nhưng sản lượng 11.250 tấn. Xu hướng trong thời gian
tới về diện tích ni là khơng tăng và có nguy cơ giảm do nhiều diện tích đất đã
được quy hoạch để sử dụng với mục đích khác (UBND Nam Định, 2018). Việc
ứng dụng công nghệ nuôi tơm thẻ trong nhà sẽ góp phần giải quyết các nguy cơ
hiện tại, giúp tăng năng suất và tính bền vững, đáp ứng định hướng khơng tăng
diện tích ni mà sản lượng tăng.
Đối với Việt Nam, việc phát triển các ứng dụng cơng nghệ tuần hồn (RAS)
khơng thể chậm trễ hơn. Để tăng trưởng một cách bền vững, đạt kim ngạch xuất
khẩu gấp 3 lần vào năm 2025, RAS cần được khẳng định là tương lai của nuôi

trồng thủy sản Việt Nam nói chung, ngành ni tơm nói riêng. Theo mơ hình
của các nước tiên tiến, nếu diện tích ni tôm thẻ chân trắng sử dụng công nghệ
RAS của Việt Nam chiếm 2,5% (khoảng 18.000 ha), sẽ mang lại doanh thu
khoảng 9 tỷ USD (mỗi ha trung bình mang lại doanh thu 0,5 triệu USD/năm).
Từ những năm 2000, Trung tâm Nghiên cứu Khoa học nông nghiệp quốc
tế Nhật Bản đã hợp tác với Trung tâm khuyến ngư quốc gia Nhật Bản, Công ty
TNHH Công nghệ thủy sản quốc tế IMTE và một số doanh nghiệp Nhật Bản
nghiên cứu hoàn thiện cơng nghệ ni tơm tuần hồn trong nhà ISPS. Kết quả
thử nghiệm với công nghệ ISPS tại Nhật Bản cho thấy năng suất nuôi tôm đạt
9,43 kg/m3 với tỉ lệ sống là 75% (Wilder & Nohara, 2017), cao hơn so với các
mơ hình ni hiện tại ở tỉnh Nam Định.
Cơng nghệ này ứng dụng các thiết bị luân chuyển nước, lưới lọc micron, vi
bọt khí, và giá thể vi sinh nhân tạo. Công nghệ ISPS là công nghệ nuôi tôm trong
nhà với các khả năng quản lý chất lượng nước và chất thải tốt, giảm thiểu dịch
bệnh; vì thế nó có thể giúp người ni tơm ở Nam Định đương đầu với những

1


thách thức hiện nay. Trong thập kỷ vừa qua, hệ thống nuôi tôm trong nhà cũng
được thử nghiệm ở nhiều nước khác nhau như Mỹ (Ray, 2019), Thái Lan
(McIntosh, 2020) và Indonesia (Suantika & cs., 2018) và được xác định là xu
hướng nuôi bền vững trong tương lai.
Tuy nhiên, để có thể áp dụng cơng nghệ ISPS này vào điều kiện Việt Nam,
cần tích hợp các cơng nghệ có khả năng kiểm sốt các yếu tố mơi trường. Một
trong những cơng nghệ đó là điện hóa siêu âm. Cơng nghệ điện hóa siêu âm có khả
năng diệt khuẩn và diệt tảo lam. Ngồi ra, nó cũng có khả năng làm giảm các khí độc
như NH3, NO2 và H2S và các kim loại nặng trong nước. Với các tác dụng như vậy,
cơng nghệ điện hóa siêu âm có thể tăng khả năng thành cơng trong ni tơm tuần
hồn. Vì vậy, để đánh giá khả năng ứng dụng của công nghệ điện hóa siêu âm trong

cơng nghệ ISPS, tơi đã tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ
điện hóa - siêu âm trong quản lý mơi trường nước ao nuôi tôm thẻ chân trắng
(Litopenaeus vannamei) tại Nam Định”.
1.2. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU
- Đánh giá khả năng xử lý nước cấp đầu vào của ao nuôi tôm thẻ chân trắng của
thiết bị điện hóa siêu âm
- Đánh giá khả năng kiểm sốt các thơng số mơi trường, tảo và vi khuẩn Vibrio
trong các ao nuôi tôm thẻ chân trắng theo cơng nghệ ISPS có sử dụng thiết bị điện
hóa siêu âm tại Nam Định.
- Đánh giá sinh trưởng, FCR và năng suất nuôi tôm thẻ chân trắng theo công
nghệ ISPS sử dụng thiết bị điện hóa siêu âm.
1.3. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
- Đánh giá khả năng loại bỏ kim loại nặng trong nước đầu vào của thiết bị
điện hóa siêu âm.
- Theo dõi một số chỉ tiêu môi trường nước và sinh trưởng của tôm thẻ chân
trắng trong các ao ni theo cơng nghệ ISPS có sử dụng thiết bị điện hóa siêu âm.

2


PHẦN 2. TỔNG QUAN
2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU
2.1.1. Vị trí phân loại
Ngành: Arthropoda Lớp: Malacostraca
Bộ: Decapoda Giống: Litopenaeus
Họ: Penaeidae
Loài: Litopenaeus vannamei

Hình 2.1. Hình thái tơm thẻ chân trắng
2.1.2. Đặc điểm hình thái

Tơm thẻ chân trắng vỏ mỏng có màu trắng đục nên có tên là tơm bạc, bình
thường có màu xanh lam, chân bị có màu trắng ngà nên gọi tôm thẻ chân trắng.
Chuỳ là phần kéo dài tiếp với bụng (Hình 2.1). Dưới chuỳ có 2 - 4 răng cưa, đơi
khi có tới 5 - 6 răng cưa ở phía bụng. Những răng cưa đó kéo dài, đơi khi tới đốt
thứ hai (Dall & cs., 1990).
Vỏ đầu ngực có những gai gân và gai râu rất rõ, khơng có gai mắt và gai đi
(gai telson), khơng có rãnh sau mắt, đường gờ sau chuỳ khá dài đôi khi từ mép sau
vỏ đầu ngực. Gờ bên chuỳ ngắn, chỉ kéo dài tới gai thượng vị (Dall & cs., 1990).
Có 6 đốt bụng, ở đốt mang trứng, rãnh bụng rất hẹp hoặc khơng có. Telson
(gai đi) khơng phân nhánh. Râu khơng có gai phụ và chiều dài râu ngắn hơn
nhiều so với vỏ giáp. Xúc biện của hàm dưới thứ nhất thon dài và thường có 3 – 4
hàng, phần cuối của xúc biện có hình roi. Gai gốc (basal) và gai ischial nằm ở đốt
thứ nhất chân ngực (Bailey-Brock & Moss, 1992; Dall & cs., 1990).

3


2.1.3. Đặc điểm phân bố
Tôm Litopenaeus vannamei (Boone 1931) là tơm nhiệt đới, phân bố vùng
ven bờ phía đơng Thái Bình Dương, từ biển Peru đến nam Mê-Hi-Cơ, vùng biển
Equado. Hiện tôm chân trắng đã được di giống sang nhiều nước Đông Á và Đông
Nam Á như Trung Quốc, Thái Lan, Philippin, Indonexia, Malaixia và Việt Nam
(Briggs & cs., 2004).
2.1.4. Mức giới hạn của kim loại nặng trong nuôi tôm
Các nguồn ơ nhiễm kim loại nặng chính do con người tạo ra bao gồm các
hoạt động khai thác, chế biến quặng, lị luyện, cơng nghiệp mạ, thuộc da và cơng
nghiệp dệt (Zweig & cs., 1999). Từ đó ơ nhiễm kim loại nặng trong môi trường
nước là mối quan tâm đối với ni trồng thủy sản vì các tác động độc hại tiềm ẩn
và khả năng tích tụ sinh học, do đó làm giảm chất lượng sản phẩm và gây ra các
nguy cơ cho sức khỏe cộng đồng. Theo Wyk và Scarpa (1999) đã đưa ra yêu cầu

giới hạn của một số kim loại nặng đối với tôm nuôi: sắt tổng ≤ 1 mg/L; Cadimi ≤
10 µg/L; Crom ≤ 100 µg/L; đồng ≤ 25 µg/L; chì ≤ 100µg/L; thủy ngân ≤ 0,1 µg/L;
kẽm ≤ 100 µg/L. Các mức giới hạn này đang được đưa vào Dự thảo Tiêu chuẩn
nuôi tôm thẻ chân trắng thâm canh nước lợ (Viện Nghiên cứu NTTS2, 2020).
2.2. MỘT SỐ CÔNG NGHỆ NUÔI TÔM THẺ CHÂN TRẮNG THÂM
CANH TRÊN THẾ GIỚI
2.2.1. Công nghệ Copefloc
Copefloc là một thuật ngữ dùng để chỉ một công nghệ nuôi tôm mới đang
phát triển mạnh tại Thái Lan, Trung Quốc, Việt Nam và nhiều quốc gia khác. Công
nghệ này đã được tổng quan trong cuốn sách của Santhanam & cs. (2019).
Copefloc = Copepods + Biofloc là một công nghệ nuôi tôm sử dụng copepods
(giáp xác chân chèo), các hạt biofloc và các động vật thân mềm sống đáy (giun
nhiều tơ,…) như là một nguồn thức ăn chính yếu cho tơm ni và hồn tồn khơng
sử dụng thức ăn chế biến (Benyus, 2002). Hệ thống ni tơm theo cơng nghệ
copefloc có nhiều thuận lợi như: thiết kế vận hành đơn giản, ít rủi ro, chi phí ni
thấp do khơng tốn tiền thức ăn cho tôm, tốc độ tăng trưởng của tôm rất cao, lợi nhuận
thu được cao, không gây ô nhiễm môi trường (Drillet & cs., 2006). Một số đặc điểm
nổi bật của hệ thống này là: ao ni khơng cần lót bạt, khơng cần cống trung tâm để
siphon đáy ao, hồn tồn khép kín và khơng thay nước, khơng sử dụng bất kỳ loại
hóa chất diệt khuẩn và xử lý nước nào, khơng sử dụng kháng sinh, khơng cần bổ
sung khống chất, không cần ương tôm 30 ngày trước khi thả xuống ao nuôi, và

4


đặc biệt là không sử dụng thức ăn công nghiệp, tơm sử dụng hồn tồn thức ăn tự
nhiên có trong ao nuôi (Vũ Công Tâm & cs., 2017; Romano & Kumar, 2017).
Sau khi lấy nước vào ao nuôi từ ao lắng (nước được xử lý, lắng lọc ở ao
lắng trong một thời gian dài) đến khi đạt độ sâu từ 1,2 – 1,5 m, tiến hành gây
ni copepods, các lồi phiêu sinh động vật, giáp xác nhỏ khác (krill) và động

vật thân mềm sống đáy (barnacle, giun nhiều tơ, các loài hai mảnh vỏ, và các
loài động vật thân mềm sống đáy khác) bằng cách dùng cám gạo lên men với
chế phẩm sinh học (probiotics). Tuyệt đối không cung cấp nguồn copepods
hay các sinh vật khác từ bên ngoài vào ao nuôi để tránh trường hợp chúng mang
mầm bệnh vào ao ni, tất cả các lồi thức ăn tự nhiên có trong hệ thống ni
tự nó sẽ phát triển khi có các điều kiện thích hợp. Cám gạo được cho vào trong
chậu (bể) lớn để tiến hành lên men bằng cách cho nước ao nuôi và chế phẩm
sinh học vào và sục khí mạnh trong 24 – 48 giờ. Sau đó cho hỗn hợp cám gạo
lên men vào trong túi vải dài (dạng giống như ống bơm nước), chuyển xuống ao
nuôi và thường xuyên đảo túi vải để dịch cám gạo lên men với probiotic lan tỏa
khắp ao nuôi. Ao ni được sục khí liên tục trong thời gian từ 7 – 10 ngày trước
khi thả giống tôm. Sử dụng cám gạo lên men ban đầu với liều lượng khoảng 300
kg hoặc 30 ppm trên 1 hecta để gây tạo thức ăn tự nhiên trong ao. Cám gạo lên
men sẽ là nguồn thức ăn cho copepod, động vật thân mềm và các lồi sinh vật
khác trong ao.
Cơng nghệ copefloc cho năng suất thấp hơn công nghệ nuôi trong nhà,
khuyến cáo mật độ tôm nuôi của công nghệ biofloc là dưới 50 con/m 2. Ở mật
độ ni này, tơm có thể phát triển tốt, hạn chế cạnh tranh về thức ăn tự nhiên.
Tuy nhiên, khi thả nuôi với mật độ cao hơn sẽ dẫn đến việc cạnh tranh về thức
ăn, dẫn đến thiếu thức ăn, chất lượng nước ao nuôi bị biến động, chất thải (phân
tơm) nhiều có thể dẫn đến hình thành khí độc và phát sinh mầm bệnh (Vũ Cơng
Tâm & cs., 2017). Vì thế, cơng nghệ copefloc khơng phù hợp cho nuôi tôm
thâm canh.
2.2.2. Công nghệ semi-biofloc
Hệ thống ni tơm thay nước nhiều thường duy trì được chất lượng nước
tốt, tuy nhiên do vấn đề an toàn sinh học và môi trường nên người nuôi đã quan
tâm nhiều hơn đến việc ứng dụng các công nghệ nuôi tôm không thay nước như
biofloc. Để ứng dụng thành công công nghệ biofloc, người nuôi cần phải đáp
ứng cùng lúc rất nhiều yếu tố như thả tôm với mật độ cao, hệ thống sục khí và


5


đảo nước thích hợp và đủ cơng suất (25 – 30 hp/ha), điều chỉnh đúng tỉ lệ C:N
(>15), hệ thống kiểm sốt ao ni đúng và chặt chẽ. Từ những khó khăn trên,
nhiều người ni tơm ở Indonesia đã chuyển sang công nghệ nuôi đơn giản hơn
biofloc gọi là semi-biofloc hay còn gọi là hệ thống lai (hybrid) kết hợp giữa sinh
vật tự dưỡng và dị dưỡng (autotrophic and heterotrophic organism).
Đặc điểm của hệ thống này là tạo ra môi trường cân bằng, với khoảng 30 –
40% sinh vật tự dưỡng chủ yếu là tảo và 60 – 70% sinh vật dị dưỡng
(heterotrophs) chủ yếu là các chủng Bacillus (Hoàng Tùng & Lê Minh Chính,
2018). Sinh khối floc sẽ được duy trì kiểm sốt thơng qua việc bón định kỳ chế
phẩm sinh học (probiotic), CaCO 3, MgCO3 và chất hữu cơ. Mật độ tảo được
kiểm soát bằng cách điều chỉnh và duy trì tỷ lệ N:P = 25:1, điều chỉnh hệ vi sinh
vật dị dưỡng bằng cách bổ sung chế phẩm sinh học (Bacillus) và các nguồn
carbohydrate. Ao nuôi được cải tạo trước khi thả giống 20 ngày nhằm thiết lập
ổn định hệ sinh vật tự dưỡng và dị dưỡng (tảo và vi khuẩn có lợi). Các yếu tố
chất lượng nước cần quan tâm bao gồm màu nước, pH, độ kiềm, thành phần tảo
và vi khuẩn trong ao. Hệ thống sục khí hiệu quả, đảm bảo duy trì hàm lượng oxy
hòa tan >4 ppm, định kỳ siphon đáy ao để loại bỏ chất thải. Độ trong duy trì từ
25 – 30 cm.
Cơng nghệ semibiofloc là cơng nghệ cho ao ngồi trời do vẫn để tảo phát
triển. Vì thế, cơng nghệ này không phù hợp với nuôi tôm trong nhà.
2.2.3. Công nghệ biofloc
Công nghệ biofloc được Giáo sư Yoram Avnimelech khởi xướng ở Israel
và do Robins McIntosh thực hiện đầu tiên trong nuôi tôm thương phẩm ở Belize,
Indonesia (Avnimelech & De-Schryver 2015). Hệ thống biofloc được phát triển
để nâng cao khả năng kiểm sốt mơi trường trong ni trồng thủy sản. Thơng
thường, ni tơm với mật độ cao cần phải có một hệ thống xử lý chất thải. Hệ
thống biofloc cho phép các chất thải hữu cơ và quần thể vi sinh vật tồn tại trong

ao ni. Thơng qua q trình xáo trộn nước và sục khí để duy trì sự hiện diện
của các hạt floc, chất lượng nước được đảm bảo. Công nghệ BFT là giải pháp
giải quyết 2 vấn đề: (1) Loại bỏ các chất dinh dưỡng chuyển hóa vào sinh khối
vi khuẩn dị dưỡng xử lý nước ao nuôi, (2) Sử dụng Biofloc làm thức ăn bổ sung
tại chỗ cho đối tượng ni. Do đó, BFT làm giảm chi phí thức ăn và được coi là
giải pháp để phát triển bền vững ngành nuôi trồng thủy sản quy mô công nghiệp
(De Schryver & cs., 2008).

6


Ứng dụng công nghệ biofloc trong ương nuôi tôm thẻ chân trắng là tác
nhân sinh học góp phần ổn định môi trường và hạn chế dịch bệnh trong ao nuôi
(Tạ Văn Phương & cs., 2014) có thể ni với mật độ cao và tiết kiệm thức ăn
cũng như thuốc hóa chất phòng trị bệnh. Yêu cầu về năng lượng điện cho sục
khí và đảo nước của hệ thống biofloc vượt xa các hệ thống nuôi thông thường
và hầu hết các hệ thống ni tuần hồn. Hệ thống ao ni tơm sử dụng cơng
nghệ biofloc cần cung cấp sục khí với cơng suất khoảng 25 – 30 hp/ha. Tỷ lệ sục
khí cao như thế không thể áp dụng cho các ao đất khơng lót bạt vì sẽ gây nên
xói mịn đất, do đó hầu hết các ao ni theo cơng nghệ biofloc đều có lót bạt
hoặc đáy bằng bê-tơng. Cơng nghệ biofloc khơng khuyến cáo cho những khu
vực ni có nguồn điện không ổn định và giá điện cao.
Trong hệ thống biofloc, yếu tố quan trọng trong kiểm soát ammonia là tỷ
lệ C:N thêm vào thông qua thức ăn hay các nguồn khác. Một loại thức ăn có hàm
lượng protein khoảng 30 – 35% có tỷ lệ C:N tương ứng thấp, chỉ khoảng 9 –
10:1. Gia tăng tỷ lệ C:N thêm vào khoảng 12 – 15:1 để kiểm soát hàm lượng
ammonia thông qua các vi sinh vật dị dưỡng. Tỷ lệ C:N thấp có thể được kiểm
sốt bằng cách bổ sung các nguồn nguyên liệu có tỷ lệ C:N cao hoặc gia tăng tỷ
lệ C:N bằng cách dùng thức ăn có hàm lượng protein thấp. Ammonia được hấp
thụ nhanh chóng bởi vi khuẩn sau khi bổ sung carbohydrate. Kiểm soát ammonia

bằng vi khuẩn dị dưỡng thường ổn định và bền vững hơn so với tảo hay q trình
nitrate hóa (Lục Minh Diệp, 2012).
Có rất nhiều nguồn nguyên vật liệu có thể dùng để cung cấp carbohydrate
vào hệ thống biofloc, bao gồm bột ngũ cốc, mật đường, bã mía, cỏ khơ băm nhỏ
(chopped hay) hay các nguồn khác (Hollender & cs., 2002). Để kiểm sốt nồng
độ ammonia thơng qua con đường vi khuẩn dị dưỡng, carbohydrate bổ sung phải
thực hiện theo tỷ lệ cho ăn. Đối với mỗi kg thức ăn có hàm lượng protein 30 –
38% thêm vào hệ thống, cần cung cấp 0,5 – 1 kg carbohydrate (Burford &
Williams, 2001; Burford & cs., 2003).
Tuy nhiên, công nghệ biofloc luôn đặt hệ vi sinh vật trong trạng thái phải
hoạt động liên tục và hàm lượng hữu cơ trong nước cao. Điều này cũng là rủi ro
lớn nhất khi hệ thống bị lỗi đột ngột như mất sục khí hay thay đổi thời tiết đột
ngột khiến mất cân bằng vi sinh vật. Quản lý hệ thống nuôi theo công nghệ
biofloc không đơn giản, đòi hỏi những kỹ thuật tương đối phức tạp cần thiết để
đảm bảo cho hệ thống hoạt động tốt và đạt năng suất cao (Browdy & cs., 2001).

7


2.2.4. Công nghệ nuôi tôm siêu thâm canh trong nhà kính
Hiện nay, mơ hình ni tơm trong nhà kính đang lan rộng ở ĐBSCL do
kiểm soát được vấn đề dịch bệnh, ơ nhiễm mơi trường và ít rủi ro hơn các mơ
hình ni khác. Ni tơm trong nhà kính chi phí đầu tư ban đầu khá cao. Tổng
chi phí đầu tư cho 1 ha khoảng 10 tỉ đồng, gồm xây nhà bao phủ các ao nuôi
tôm, xây tường xung quanh ao ni, lót bạt dưới đáy ao, lắp đặt hệ thống quạt,
oxy đáy, hệ thống cho tôm ăn tự động.
Nhờ mơ hình đầu tư khá hiện đại và khép kín nên có thể thả ni thâm canh
với mật độ khá cao. Trung bình mật độ thả ni từ 200 – 290 con/m2, tôm sau
100 – 105 ngày thả nuôi là có thể thu hoạch, tơm đạt kích cỡ từ 30 – 33 con/kg,
năng suất đạt khoảng 60 – 90 tấn/ha/năm. Tơm ni trong nhà kính có nhiều ưu

điểm như dễ kiểm sốt các yếu tố mơi trường (nhiệt độ), tơm nuôi tăng trưởng
khá nhanh, đặc biệt là tôm thương phẩm sau thu hoạch bóng và đẹp nên được
các cơng ty chế biến tôm xuất khẩu thu mua với giá cao so với thị trường (Thủy
sản Việt Nam, 2020).
Do tôm thả nuôi với mật độ cao nên hệ thống dàn quạt và ô xy đáy phải
hoạt động liên tục 24/24 giờ. Theo đó, định kỳ 5 ngày phải cấy vi sinh một lần
và hàng tuần phải kiểm tra sự tăng trưởng của tôm để điều chỉnh lượng thức ăn,
môi trường nước kịp thời. Điều đặc biệt là nuôi tôm trong nhà kính khơng cần
thay nước, nguồn nước có thể được tận dụng để thả tơm ni những vụ tiếp theo.
Do đó, người dân sẽ chủ động được khâu xử lý nước thải trong môi trường nuôi
tôm – một vấn đề bức thiết lâu nay mà khơng có giải pháp khắc phục. Ngồi ra,
để quản lý tốt mơi trường ao ni định kỳ 3 – 4 ngày phải siphon đáy ao một
lần, làm sạch môi trường nuôi tạo ra sản phẩm nuôi sạch đáp ứng yêu cầu khắt
khe của thị trường xuất khẩu (Thủy sản Việt Nam, 2020).
2.2.5. Công nghệ RAS
RAS được phát minh bởi TS Saeki (Khoa Nông nghiệp, Đại học Tokyo,
Nhật Bản) từ cuối thập niên 50 của thế kỷ XX để nuôi cá cảnh nước ngọt/mặn
trong các bể nhỏ. Đến những năm 60, nhiều tiến bộ trong nghiên cứu vi sinh học
và cải thiện vệ sinh môi trường của các bể lọc đã giúp cho RAS có tính thực tiễn
cao hơn, tuy nhiên việc ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản cịn hạn chế (chỉ sử
dụng để ni lươn). Từ năm 1970, một số nước tiên tiến ở châu Âu và Hoa Kỳ
đã nghiên cứu mở rộng sử dụng RAS sang các loại thủy sản khác. RAS được
đánh giá là một trong các giải pháp nuôi trồng thủy sản bền vững, trở thành công

8


nghệ được khuyến khích trong các văn kiện về chiến lược phát triển nuôi trồng
thủy sản của Cộng đồng châu Âu. Các quốc gia không ngừng nghiên cứu, phát
triển công nghệ để tích hợp vào hệ thống này. Tra cứu trên Google Scholar cho

thấy, năm 1996 chỉ có 268 bài báo khoa học về công nghệ RAS, nhưng con số
này tăng gấp gần 10 lần vào năm 2015 (2490 bài báo); nếu cả thập niên 90 của
thế kỷ XX chỉ có 7 sáng chế về cơng nghệ RAS, thì trong giai đoạn 2010-2016
là 182 sáng chế.
Đến nay, trên thế giới có 3 loại RAS dành cho con tơm: 1) Hệ thống mương
dài (raceway) được Addison Lawrence và các cộng sự phát triển tại Viện Hải
dương học ở Florida của Hoa Kỳ từ năm 2000; 2) Hệ thống biofloc được đề xuất
bởi GS. Yoram Avnimelech của Israel từ năm 2009; 3) Hệ thống sản xuất tôm
trong nhà (Indoor Shrimp Production System – ISPS) của Nhật Bản (Wilder &
Nohara, 2017). Về bản chất, 3 mơ hình này đều có điểm chung là nước thải thốt
ra từ bể ni được lọc cơ học để loại bỏ chất thải rắn, lọc sinh học, khử khí CO2,
cấp thêm ơxy và diệt khuẩn bằng UV hoặc ozone, sau đó bơm tuần hồn về bể
ni. Cơng nghệ RAS sử dụng rất ít nước, chỉ cần 315 lít nước/kg tơm, thay vì
20.700 lít nước để sản xuất 1 kg thịt bị và 4.500 lít nước để sản xuất 1 kg thịt
gà. Chất thải rắn cùng với các chất thải chăn ni khác có thể được xử lý thành
khí sinh học; phân bón hữu cơ; ni một số loại cá, động vật giáp xác; trồng tảo
dùng cho chế biến thực phẩm chức năng; trồng rong và một số loại thực vật chịu
mặn khác… Do đó, RAS có thể kết hợp với cơ sở chăn nuôi, trồng rau và hệ
thống năng lượng tái tạo (khí sinh học, gió, mặt trời…) thành một nơng trại sinh
thái hồn hảo.
Cơng nghệ RAS u cầu diện tích nhỏ, tơm được ni trong bể có hệ thống
cung cấp ôxy và xử lý triệt để các chất thải, nên có thể ni siêu thâm canh ở mật
độ cao, đạt sinh khối tới 10 kg/m3 với tỷ lệ sống cao, hồn tồn khơng phụ thuộc
vào mùa vụ, thời tiết. Không chỉ linh hoạt trong việc chọn địa điểm ni (gần thị
trường tiêu thụ để giảm chi phí vận chuyển, khơng cần phải gần biển…), việc duy
trì lượng oxy tối ưu sẽ giúp q trình tiêu hóa của tôm tốt hơn, giảm stress, tăng
khả năng đề kháng với dịch bệnh, tơm lớn nhanh hơn. Việc kiểm sốt tốt mơi
trường nước cịn giúp cơng tác phịng bệnh hiệu quả hơn, tơm ít bị nhiễm bệnh,
hạn chế sử dụng kháng sinh, cho ra những sản phẩm sạch có thể truy xuất nguồn
gốc dễ dàng, đáp ứng yêu cầu ngày càng cao của thị trường tiêu thụ.


9


So với quy trình ni tơm truyền thống, hệ thống RAS dễ dàng tích hợp
được các cơng nghệ tiên tiến của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 như: in 3D,
robot, các cảm biến, trí tuệ nhân tạo, thực tế tăng cường/thực tế ảo, thị giác máy
tính, xử lý ảnh, Internet kết nối vạn vật… Đặc biệt, RAS được coi là giải pháp
nuôi trồng thủy sản bền vững trong bối cảnh nhu cầu về thủy sản tăng mạnh và
áp lực duy trì sự ổn định của hệ sinh thái, cũng như tính đa dạng sinh học ngày
càng nghiêm ngặt. Điều đó giúp thị trường của các hệ thống RAS trên thế giới
tăng mạnh. Dự kiến vào năm 2030 ngành nuôi trồng sẽ đáp ứng 62% nhu cầu về
thủy sản, trong đó 40% sản lượng được cung cấp từ các hệ thống RAS.
Nhược điểm cơng nghệ RAS là chi phí đầu tư cho cơ sở hạ tầng và chi phí
vận hành cao nếu mua sắm thiết bị từ nước ngoài. Hệ thống này cũng địi hỏi
người vận hành có hiểu biết nhất định về cơ khí, tự động hóa, được đào tạo về
vận hành và bảo trì, kỹ thuật ni trồng thủy sản và một số lĩnh vực liên quan.
Cả 2 vấn đề này sẽ được giải quyết nếu Nhà nước đầu tư nghiên cứu, phát triển
các hệ thống thiết bị RAS nội địa, phù hợp với điều kiện, hoàn cảnh ở trong
nước. Đối với Việt Nam, việc ứng dụng RAS không thể chậm trễ hơn. Để tăng
trưởng một cách bền vững, đạt kim ngạch xuất khẩu gấp 3 lần vào năm 2025,
RAS cần được khẳng định là tương lai của nuôi trồng thủy sản Việt Nam nói
chung, ngành ni tơm nói riêng. Theo mơ hình của các nước tiên tiến, nếu diện
tích ni tơm thẻ chân trắng sử dụng cơng nghệ RAS của Việt Nam chiếm 2,5%
(khoảng 18000 ha), sẽ mang lại doanh thu khoảng 9 tỷ USD (mỗi ha trung bình
mang lại doanh thu 0,5 triệu USD/năm (Phạm Ngọc Tuấn & cs., 2019).
Trên thực tế, một số thiết bị của công nghệ RAS đã được nghiên cứu, thiết
kế, chế tạo tại Việt Nam, được cấp bằng độc quyền giải pháp hữu ích. Các sản
phẩm này mang lại hiệu quả vượt trội khi ứng dụng vào nuôi tôm ở Đồng bằng
sông Cửu Long. Điều đó cho thấy, Việt Nam hồn tồn đủ khả năng nghiên cứu

làm chủ, chế tạo thành công các thiết bị RAS phù hợp với điều kiện, hoàn cảnh
đặc thù ở trong nước, giúp giảm tối đa chi phí về cơng nghệ RAS trong tương
lai gần. Đã đến lúc Chính phủ, các tổ chức/nhà khoa học và doanh nghiệp cần
đưa ra chiến lược phù hợp cho công nghệ RAS, giúp đẩy mạnh hợp tác nghiên
cứu và phát triển RAS “Made in Vietnam” (Phạm Ngọc Tuấn & cs., 2019).
2.3. CƠNG NGHỆ ĐIỆN HĨA SIÊU ÂM VÀ ỨNG DỤNG TRONG THỦY SẢN
2.3.1. Cơng nghệ điện hóa siêu âm
Cơng nghệ điện hóa siêu âm là sự kết hợp giữa hai cơng nghệ điện hóa và
siêu âm. Điện hóa tạo ra các ion trong khi siêu âm tạo ra các vi bọt khí. Cơng

10


nghệ điện hóa siêu âm tạo ra dung dịch vi bọt khí có khả năng xử lý nước tốt
hơn gấp nhiều lần so với khi sử dụng các hóa chất, kháng sinh truyền thống
(Joyce & cs., 2006). Dung dịch vi bọt khí có nhiều tính năng ưu việt : nâng cao
khả năng xử lý nước như diệt khuẩn, vi rút, tảo, ký sinh trùng gây bệnh, phân
hủy các chất hữu cơ, vô cơ,… đạt hiệu quả cao; không độc hại, không gây ảnh
hưởng đến sức khỏe người sử dụng, thân thiện với môi trường. Nguyên lý hoạt
động của công nghệ điện hóa siêu âm được thể hiện như sơ đồ dưới đây.

Hình 2.2. Ngun lý hoạt động của cơng nghệ điện hóa siêu âm
Các vi bọt khí sau khi đươc hình thành sẽ được sóng siêu âm tác động tạo
nên hiệu ứng nổ tung. Chỉ trong vòng milli giây vi bọt khí nổ tung, giải phóng
một nguồn năng lượng lớn, tạo ra áp suất 500-10.000 atm. Do đó, trong điều
kiện này các gốc hydroxyl (OH -) và hydro (H+) sẽ được hình thành bởi sự phân
ly nhiệt của nước và oxy. Sau đó các gốc tự do này sẽ tái tổ hợp để hình thành
hydrogen peroxide (H2O2).

Hình 2.3. Sự hình thành và vỡ bọt khí dưới tác dụng của siêu âm

Nước cần xử lý cho chảy vào bồn điện hóa siêu âm. Các bộ điện hóa sẽ tạo
ra dung dịch anotlyte chứa các vi bọt khí. Trong q trình điện hóa xảy ra các

11


phản ứng tạo thành dung dịch anotlyte chứa hàng loạt chất oxy hóa nằm ở trạng
thái giả bền như H2O2, O3, HO-, HO2-, HClO-, ClO-, … được sinh ra trong khoang
anot của buồng điện hóa kiểu dịng chảy có màng ngăn. Sau khi các vi bọt khí
kích cỡ micro được sinh ra từ bộ điện hóa, chúng sẽ bị đánh vỡ, nổ tung thành
hàng triệu vi bọt khí kích cỡ nano dưới tác dụng của sóng siêu âm. Do đó, các
vi bọt khí có kích thước nano sẽ tăng cường tác dụng xử lý nước lên gấp
nhiều lần, đồng thời kéo dài được thời gian tồn tại trong nước lâu hơn so với bọt
khí thơng thường.

Hình 2.4. Sự hình thành và vỡ bọt khí dưới tác dụng của điện hóa siêu âm
2.3.2. Ứng dụng cơng nghệ điện hóa siêu âm trong xử lý nước và RAS
Trong sản xuất, RAS sử dụng phương pháp khử trùng hiệp đồng bằng tia
cực tím và ozone để kiểm soát vi khuẩn gây bệnh, thường đòi hỏi mức tiêu thụ
năng lượng lớn (Van Rijn 2013; Xiao & cs., 2019). Mặc dù ozone có khả năng
diệt khuẩn mạnh nhưng nó sẽ đe dọa đến sức khỏe của các sinh vật ni, vì vậy
việc sử dụng ozone trong RAS cần phải được kiểm soát chặt chẽ (Xiao & cs.,
2019). Đèn cực tím cần được bảo trì thường xuyên để đảm bảo hiệu quả công
việc, điều này làm tăng chi phí khử trùng (Xiao & cs., 2019). Cơng nghệ lọc điện
hóa, như một phương pháp tiền xử lý nước ni trồng thủy sản, có thể loại bỏ vi
khuẩn gây bệnh đồng thời loại bỏ mồi và phân còn sót lại; ứng dụng của nó trong
RAS có thể làm giảm cường độ làm việc và tiêu thụ năng lượng của thiết bị khử
trùng bằng tia cực tím và ozone tiếp theo. Hệ thống lọc điện hóa loại bỏ Vibrio
dựa trên hai yếu tố. Một là vai trò của điện cực, điện trường và chất oxi hóa.
Trong suốt q trình điện hóa, điện cực hấp thụ và tiêu diệt một phần vi khuẩn,

và điện trường phá hủy màng tế bào của vi trùng (Ghernaout & cs., 2019). Ngồi
ra, điện hóa cũng tạo ra các chất oxy hóa tích cực có chức năng diệt khuẩn, chẳng
hạn như • OH, O2 và Cl2 (Ghernaout & cs., 2019). Hai là vai trò của trung hòa
điện / keo tụ và lọc vật lý. Các ion tích điện do điện hóa tạo ra có thể trung hịa
điện tích bề mặt của vi khuẩn gây bệnh, giảm lực đẩy tĩnh điện và hình thành

12


các bơng bọt (Chellam & Sari 2016). Ngồi ra, chất tạo bơng do điện hóa sản
xuất có thể tích cực hấp thụ và kết bông vi khuẩn (Chellam & Sari 2016). Các
chất keo tụ này cuối cùng được loại bỏ bằng cách lọc vật lý.
Về nguyên lý chung, trong RAS, đầu ra của bể nuôi trồng thủy sản ban đầu
được dẫn qua thiết bị tách rắn - lỏng để loại bỏ phần lớn các chất hạt lơ lửng, và
sau đó thơng qua thiết bị cung cấp q trình oxy hóa sinh học, bổ sung oxy, khử
trùng và các quá trình khác, để đạt được chất lượng nước tuần hoàn (Van Rijn,
2013). Việc tiền xử lý nước thải nuôi trồng thủy sản bằng thiết bị tách rắn - lỏng
làm giảm đáng kể tải trọng xử lý cho các đơn vị xử lý nước tiếp và giảm mức
tiêu thụ năng lượng tổng thể của hệ thống (Xiao & cs., 2019). Trong nhiều hệ
thống RAS, bộ lọc trống lưới micron được sử dụng vì các ưu điểm của nó như
khả năng ứng dụng cao, giảm yêu cầu về không gian, khả năng xử lý nước lớn
và áp lực hạn chế (Ebeling & cs., 2006; Xiao & cs., 2019). Tốc độ loại bỏ các
hạt lơ lửng phụ thuộc vào kích thước lỗ của màng lọc, và kích thước lỗ càng nhỏ
thì tốc độ loại bỏ càng cao (Xiao & cs., 2019). Tuy nhiên, do nhu cầu đảm bảo
sự lưu thông thông suốt của nước trong RAS và do các giới hạn về quy trình và
chi phí, rất khó để cải thiện hiệu quả lọc vật lý bằng cách giảm kích thước lỗ lọc
liên tục, do đó cản trở việc theo đuổi các cấp độ lọc cao hơn của RAS.
Xu & cs. (2021), đã nghiên cứu ứng dụng điện hóa trong khâu tiền xử lý
lọc của hệ thống ni trồng thủy sản tuần hồn. Một hệ thống lọc bằng điện hóa
keo tụ (EC) với dịng chảy liên tục đã được thiết kế và thử nghiệm trong việc

tiền xử lý nước thải nuôi trồng thủy sản biển. Ảnh hưởng của các chế độ kết hợp
cực dương, thời gian lưu thủy lực (HRT) của lò phản ứng điện hóa keo tụ và
kích thước lỗ lọc lên khả năng xử lý nước đã được nghiên cứu. Kết quả cho thấy
điện hóa keo tụ có thể nâng cao đáng kể hiệu quả xử lý của thiết bị lọc được sử
dụng trong các bước tiếp theo. Điện cực Al-Fe được sử dụng làm cực dương dẫn
đến khả năng xử lý của hệ thống này tốt hơn và cực dương tối ưu là 3Al+Fe. Với
việc tăng HRT và giảm kích thước lỗ lọc, tác động nâng cao của quá trình EC
lên bộ lọc rõ ràng hơn. Khi cường độ dòng điện là 19,22 A/m2, cực dương là
3Al+Fe, HRT là 4,5 phút và kích thước lỗ lọc là 45 μm, hiệu quả loại bỏ của hệ
thống đối với Vibrio, nhu cầu oxy hóa học, tổng nitơ amoniac, nitrit nitơ (NO 2 N), nitơ nitrat (NO3 -N) và tổng nitơ lần lượt là 69,55 ± 0,93%, 48,99 ± 1,42%,
57,06 ± 1,28%, 34,09 ± 2,27%, 18,47 ± 1,88% và 55,26 ± 1,42% và mức tiêu
thụ năng lượng là (26,25 ± 4,95) × 10 -3 kWh/m3.

13


Ben-Asher & Lahav (2016), đã mô tả một cách tiếp cận hoạt động mới cho
hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn nước biển (RAS), chỉ dựa trên các kỹ
thuật xử lý nước hóa lý. Trong khái niệm này, cá được nuôi ở nồng độ TAN rất
cao và pH hơi axit, sau này được tính tốn để duy trì nồng độ NH 3 thấp hơn
ngưỡng định trước (thường <0,1 mgN/L). Nồng độ Cl − cao vốn có trong nước
biển cho phép tạo ra các loại Cl 2 (aq) bằng điện hóa hiệu quả và do đó, q trình
điện hóa amoniac trực tiếp thành N 2 (g). Nước ao cá được tuần hồn liên tục giữa
bể điện hóa và ao ni, cung cấp cả nước đã khử trùng và hầu hết độ chua cần
thiết để duy trì độ pH thấp cần thiết trong ao cá. Cá tráp (Sparus aurata) đã được
nuôi ở quy mơ thí nghiệm trong 133 ngày liên tục. Trong suốt giai đoạn này, cá
cho thấy tốc độ tăng trưởng và tỷ lệ sống cao, cùng với tình trạng sức khỏe chung
tốt. 88% khối lượng NH3 do cá thải ra được oxy hóa nhờ điện hóa trong hệ thống
thí nghiệm, đồng thời nước ao được khử trùng hiệu quả. Nồng độ TAN cao trong
nước nuôi dẫn đến hiệu suất dịng điện cao trong bước điện ơxy hóa, giảm khối

lượng đơn vị xử lý nước và tạo ra nồng độ trihalomethane rất thấp, do độ pH
thấp được phép hình thành trong giai đoạn điện phân. Hệ thống thí nghiệm được
vận hành ở hai giai đoạn khác nhau về nồng độ TAN (30 và 65 mgN/L) và pH
(6,7 và 6,4, dẫn đến nồng độ NH 3 (aq) tương ứng là 0,047 và 0,052). Hiệu suất
dịng điện trung bình trong bước điện phân TAN là 68%. Phân tích chi phí cho
thấy cả vốn và chi phí hoạt động đều có tính cạnh tranh cao so với hoạt động
RAS thông thường. Cụ thể, chi phí của hợp phần xử lý nước trong quá trình vận
hành thử nghiệm (loại bỏ TAN thành N 2 (g) và khử trùng nước) được ước tính
là 0,205 USD cho mỗi kg thức ăn, trong đó 0,079 USD là cho chi phí điện.
Một hệ thống khử trùng điện hóa sử dụng điện cực titan phủ bạch kim dạng
tổ ong đã được Tanaka & cs. (2013) phát triển để khử trùng nước biển. Dung
dịch tăng sinh vi khuẩn (2 L, 10 3 tế bào/ml) gây bệnh cá, Vibrio alginolyticus,
Edwardsiella tarda, Lactococcus garvieae và Vibrio anguillarum được lưu
thơng trong một lị phản ứng được trang bị 10 bộ điện cực này với tốc độ dòng
chảy 200 ml/phút với một điện thế áp dụng của 1,0 V so với điện cực so sánh
Ag/AgCl. Các tế bào di chuyển trong hệ thống tuần hoàn được khử trùng hoàn
toàn sau 3 giờ xử lý, trong khi clo dư tự do tạo ra do quá trình điện phân nước
biển dưới 0,1 ppm. Ngồi ra, xét nghiệm huỳnh quang diphenyl-1pyrenylphosphine cho thấy rằng quá trình peroxy hóa lipid trong màng tế bào
của vi khuẩn đã được khử trùng có thể được gây ra bởi các loại oxy phản ứng
được tạo ra trong quá trình xử lý điện hóa.

14