Thiết kế và vận hành hệ thống tuần hoàn nước quy mô pilot phục vụ nuôi cá tra thương phẩm (pangasianodon hypophthalmus)

BỘ CÔNG THƢƠNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

THỚI NGỌC BẢO

THIẾT KẾ VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG TUẦN
HỒN NƢỚC QUY MƠ PILOT PHỤC VỤ NI
CÁ TRA THƢƠNG PHẨM (Pangasianodon
hypophthalmus)

Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƢỜNG
Mã số: 60.52.03.20

LUẬN VĂN THẠC SỸ

TP. Hồ Chí Minh, năm 2018


Cơng trình đƣợc hồn thành tại Viện Nghiên cứu Ni trồng Thuỷ sản II.
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 1: Tiến sỹ. Lê Hồng Phƣớc
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 2: Tiến sỹ. Nguyễn Nhứt
Ngƣời phản biện 1: .......................................................................................................
Ngƣời phản biện 2: ........................................................................................................
Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại Hô ̣i đồ ng chấ m bảo vê ̣ Luâ ̣n văn tha ̣c si ̃ Trƣờng
Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày 27 tháng 5 năm 2018
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1. ...................................................................................................... Chủ tịch hội đồng
2. ................................................................................................................. Phản biện 1
3. ................................................................................................................. Phản biện 2
4. ...................................................................................................................... Ủy viên
5. ...................................................................................................................... Ủy viên

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

VIỆN TRƢỞNG


BỘ CƠNG THƢƠNG

CỘNG HỊA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: Thới Ngọc Bảo

MSHV: 11006411

Ngày, tháng, năm sinh: 28/10/1978

Nơi sinh: Quảng Ngãi

Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trƣờng

Mã ngành: 60520320

I. TÊN ĐỀ TÀI

“Thiết kế và vận hành hệ thống tuần hồn nƣớc quy mơ pilot phục vụ ni cá tra
thƣơng phẩm (Pangasianodon hypophthalmus)”
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
Nhiệm vụ của đề tài là thiết kế, vận hành, xác định số lƣợng và chất lƣợng của chất
thải cá tra nuôi thƣơng phẩm, khả năng cải thiện chất lƣợng nƣớc và đánh giá sự
tăng trƣởng của cá tra trong hệ thống nuôi thủy sản tuần hoàn để làm cơ sở khoa
học cho việc phát triển hệ thống ni tuần hồn ni cá tra quy mô sản xuất.
Nội dung của đề tài đƣợc thực hiện bao gồm:
Nội dung 1: Thiết kế, vận hành và đánh giá hệ thống ni thủy sản tuần hồn
(RAS) cho cá tra nuôi thƣơng phẩm.
Nội dung 1.1: Đánh giá chất lượng nước trong hệ thống RAS
Nội dung 1.2: Đánh giá sự tăng trưởng cá tra trong hệ thống RAS
Nội dung 1.3: Đánh giá số lượng và chất lượng bùn thải trong hệ thống RAS
Nội dung 2: Xác định quỹ nƣớc và cân bằng nitơ (N), vật chất khô (DM), phospho
(P) và COD trong hệ thống RAS
Nội dung 3: Đánh giá sự bền vững của hệ thống RAS
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 11/2017
III. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 5/2018


IV. NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 1: Tiến sỹ. Lê Hồng Phƣớc
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học 2: Tiến sỹ. Nguyễn Nhứt

TP. HCM, ngày … tháng 5 năm 2018
NGƢỜI HƢỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

VIỆN TRƢỞNG

Lê Hùng Anh


LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn đến các thầy TS. Nguyễn Nhứt và TS. Lê Hồng Phƣớc,
Viện Nghiên Cứu Nuôi Trồng Thủy Sản II (Viện II) đã hƣớng dẫn suốt quá trình
thực hiện luận văn.
Luận văn đƣợc thực hiện dựa trên nguồn kinh phí tài trợ từ dự án “SUPAImproving waste management for Pangasius culture in the Mekong Delta of
Vietnam” hợp tác giữa chính phủ Hà Lan, chính phủ Việt Nam, Đại Học
Wagenningen-Hà Lan, Viện Nghiên Cứu Nuôi Trồng Thủy Sản II, Đại Học Cần
Thơ, FITES-VN, và các cơng ty tƣ nhân: cơng ty Cổ Phần Vĩnh Hồn, công ty
Queen, công ty Provimi, công ty Marine Harvest, cùng với sự hƣớng dẫn học thuật
của các thành viên tham gia dự án GS.TS. Marc Vedergem, GS.TS. Johan Verreth,
GS.TS. Roel Bosma, TS. Nguyễn Văn Hảo. Bên cạnh đó, tơi cũng xin chân thành
cám ơn đến KS. Nguyễn Hồng Quân, KS. Lê Ngọc Hạnh và KS. Nguyễn Văn
Huỳnh đã tham gia trực tiếp giúp đỡ chăm sóc cá, lấy mẫu và các cơng việc khác có
liên quan.
Hơn thế nữa, tơi xin bày tỏ lời cảm ơn đến tất cả các Thầy Cô giáo, Viện Khoa học
Công nghệ và Quản lý Môi trƣờng, Trƣờng Đại học Cơng nghiệp Thành phố Hồ
Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức giúp tơi hồn thành
chƣơng trình đào tạo thạc sĩ.
Đặc biệt, tôi xin cảm ơn chân thành đến cha mẹ, vợ con, các anh, chị, em trong gia
đình đã động viên, giúp đỡ kinh phí trong suốt q trình học và đồng hành trong
suốt những năm tháng học vừa qua.
Tp. HCM, ngày 05 tháng 5 năm 2018

Thới Ngọc Bảo
i


TÓM TẮT
Nghiên cứu này đƣợc thực hiện nhằm phát triển cơng nghệ cá tra thƣơng phẩm bằng
hệ thống tuần hồn để cải thiện tính bền vững. Thí nghiệm đƣợc thiết kế bao gồm
03 hệ thống ni thủy sản tuần hồn (RAS) và 03 hệ thống nƣớc chảy tràn (FT) để
so sánh về chất lƣợng nƣớc, tăng trƣởng cá, cân bằng dinh dƣỡng (nitơ (N),
phospho (P), vật chất khô (DM) và COD) và chỉ tiêu đánh giá chỉ thị bền vững. Kết
quả nghiên cứu cho thấy chất lƣợng nƣớc và chỉ tiêu đánh giá bền vững của RAS
tốt hơn FT, ngoại trừ chỉ tiêu năng lƣợng tiêu thụ (P < 0,05). Tuy vậy, tốc độ tăng
trƣởng của cá nuôi trong RAS chậm hơn so với FT (P < 0,05). Theo kết quả tính
tốn cân bằng dinh dƣỡng cho thấy 53,3% N, 33% DM, 20% P và 48,8% COD của
thức ăn trong FT tích lũy trong thịt cá. Trong khi đó dinh dƣỡng hấp thụ của cá
trong RAS thể hiện 52,2%, 32,7 %, 21,7% và 51,6% tƣơng ứng cho N, DM, P và
COD. Chất thải bài tiết của cá trong FT ghi nhận là 46,7% N, 67% DM, 80% P và
51,2% COD của thức ăn. Trong khi đó các chỉ tiêu này lần lƣợt trong RAS là
47,8%, 67,3%, 78,3% và 48,4% của thức ăn. Số lƣợng N, DM và COD khơng tính
đƣợc là lƣợng mất đi do chuyển hóa thành CO2 và N2 bởi quá trình phản nitrate
trong RAS cao hơn FT. Số lƣợng chất thải rắn thu đƣợc trong FT là (180 g/kg thức
ăn) cao hơn RAS (161 g/kg thức ăn) (P < 0,05). Thành phần bùn khô trong FT và
RAS không khác nhau (P > 0,05). Tỷ lệ thịt cá phi lê, màu sắc thịt phi lê cá và mùi
hôi bùn của cá ni trong FT và RAS khơng có sự khác biệt có ý nghĩa thống kê (P
> 0,05). Chất lƣợng cá thƣơng phẩm đƣợc đánh giá đạt tiêu chuẩn xuất khẩu. Nhìn
chung hệ thống ni thủy sản tuần hồn trong thí nghiệm này đã cải thiện đáng kể
các chỉ tiêu về đánh giá sự bền vững. Kết quả nghiên cứu có thể góp phần cho việc
phát triển cơng nghệ ni cá tra tuần hồn tại ĐBSCL của Việt Nam.
Từ khóa: hệ thống ni thủy sản tuần hồn, cá tra, bùn thải, dinh dƣỡng, chất thải

ii


ABSTRACT
This study aims to develop recirculation technology for striped catfish culture to
improve sustainability indicators. Experimental design comprisesthree pilot
recirculating aquaculture systems (RAS) to compare with three flow-through
systems (FT) on water quality, fish performance, nutrients mass balance (nitrogen
(N), phosphorus (P), dry matter (DM) and chemical oxygen demand (COD)) and
sustainability indicators. It was found

that water quality and sustainability

indicators in RAS were better than FT (P < 0.05), excluding energy consumption.
However, growth rate of fish in the RAS was slower than FT (P < 0.05). Based on
nutrients mass balance calculation 53.3% N, 33% DM, 20% P and 48.8% COD of
feed input in the FT systems were retained in fishwhile retained nutrients in fish in
RAS systems were 52.2%, 32.7%, 21.7% and 51.6% for N, DM, P and COD,
respectively. Fish metabolic waste in the FT were 46.7% N, 67% DM, 80% P and
51.2% COD of feed input, whereas RAS indicated 47.8% N, 67.3% DM, 78.3% P
and 48.4% COD of feed input. Unaccounted N, DM and COD which were
volatilized into CO2 and N2 by denitrification in RAS and were higher than the FT.
Amount of solid waste in FT (180 g/kg feed input) was higher than that of RAS
(161 g/kg feed input) (P < 0.05). Dry sludge composition inthe FT systems and
RAS were similar (P > 0.05). Fillet percentage, fillet colour and off-flarvor in both
FT and RAS were similar (P > 0.005), fish quality was accepted by standard of
export market. Overall, RAS improved sustainability indicators for striped catfish
culture in this experiment. These results can contribute to developing recirculation
technology for striped catfish culture in the Mekong Delta, Vietnam.

Keywords: recirculating aquaculture system, striped catfish, sludge, nutrient, waste
discharge

iii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài “Thiết kế và vận hành hệ thống tuần hồn nƣớc quy mơ
pilot phục vụ nuôi cá tra thương phẩm (Pangasianodon hypophthalmus)” là do
cá nhân cùng với chủ nhiệm đề tài TS. Nguyễn Nhứt thực hiện. Các nội dung của đề
tài thuộc một phần của dự án “SUPA- Improving waste management for
Pangasius culture in the Mekong Delta of Vietnam”. Các thông tin và số liệu và
sử dụng trong đề tài đã có sự cho phép của dự án “SUPA” là chính xác và trung
thực.
Học viên

Thới Ngọc Bảo

iv


MỤC LỤC
MỤC LỤC ...................................................................................................................v
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................. ix
DANH MỤC HÌNH ....................................................................................................x
CÁC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................................. xi
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU ................................................................4

1.1 Đặc điểm sinh học của cá tra ...........................................................................4
1.1.1 Đặc điểm phân loại....................................................................................4
1.1.2 Đặc điểm phân bố......................................................................................4
1.1.3 Điều kiện môi trƣờng sống của cá tra .......................................................5
1.2 Hiện trạng nuôi cá tra thƣơng phẩm ở Việt Nam và Thế Giới ........................5
1.2.1 Sản lƣợng và diện tích ni cá tra thƣơng phẩm tại Việt Nam.................5
1.2.1.1 Vùng nuôi cá tra thƣơng phẩm chính ở Việt Nam ..............................5
1.2.1.2 Sản lƣợng ni cá tra thƣơng phẩm Việt Nam ....................................6
1.2.2 Sản lƣợng nuôi cá tra thƣơng phẩm trên Thế Giới ...................................7
1.3 Thuận lợi và khó khăn của kỹ thuật ni cá tra thƣơng phẩm tại Việt Nam ...7
1.3.1 Thuận lợi ...................................................................................................7
1.3.2 Khó khăn trong phƣơng pháp nuôi cá tra trong ao truyền thống ..............8
1.4 Khái niệm và ứng dụng về hệ thống nuôi thủy sản tuần hồn .........................8
1.4.1 Khái niệm hệ thống ni thủy sản tuần hồn ............................................8
1.4.2 Cấu thành của hệ thống ni tuần hoàn ......................................................9
1.4.3 Chức năng cơ bản của các bộ phận của hệ thống tuần hoàn ...................10
1.4.3.1 Hệ thống bể nuôi ...............................................................................10
1.4.3.2 Hệ thống xử lý chất thải rắn ..............................................................11
1.4.3.3 Hệ thống lọc sinh học ........................................................................12
1.4.4 Nguyên lý hoạt động của lọc sinh học ....................................................12
v


1.4.5 Hệ thống khử trùng .................................................................................13
1.4.6 Hệ thống khử khí carbonic và tăng cƣờng oxy trong hệ thống tuần hoàn ..
.................................................................................................................13
1.4.7 Phƣơng pháp tính tốn và thiết kế hệ thống tuần hoàn ...........................14
1.4.8 Cân bằng dinh dƣỡng trong hệ thống nuôi thủy sản ...............................16
1.4.9 Đánh giá sự bền vững của mơ hình ni thủy sản ..................................17

CHƢƠNG 2

NỘI DUNG, NGUN VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP ..........20

2.1 Thời gian và địa điểm thực hiện ....................................................................20
2.1.1 Thời gian thực hiện .................................................................................20
2.1.2 Địa điểm thực hiện ..................................................................................20
2.2 Nội dung nghiên cứu ......................................................................................20
2.3 Nguyên vật liệu nghiên cứu ...........................................................................20
2.3.1 Cá tra giống .............................................................................................20
2.3.2 Thức ăn....................................................................................................20
2.3.3 Nhà ni ..................................................................................................21
2.3.4 Hệ thống cung cấp điện và khí ................................................................21
2.3.5 Máy bơm nƣớc ........................................................................................21
2.3.6 Bể chứa nƣớc thay...................................................................................21
2.3.7 Hệ thống nuôi thủy RAS và hệ thống FT nuôi cá tra..............................21
2.3.8 Phịng thí nghiệm phân tích nƣớc, bùn, cá, thức ăn ................................23
2.4 Phƣơng pháp nghiên cứu................................................................................23
2.4.1 Bố trí thí nghiệm .....................................................................................23
2.4.2 Nội dung 1: Thiết kế, vận hành và đánh giá hệ thống nuôi thủy sản RAS
cho cá tra nuôi thƣơng phẩm. ............................................................................23
2.4.2.1 Phƣơng pháp tính tốn tải lƣợng của hệ thống RAS .........................23
2.4.2.2 Thiết kế bể nuôi cá tra .......................................................................25
2.4.2.3 Phƣơng pháp tính tốn và thiết kế hệ thống lọc sinh học ..................25
2.4.2.4 Thiết kế hệ thống tháp nhỏ giọt .........................................................26

vi


2.4.2.5 Phƣơng pháp tính và thiết kế hệ thống cung cấp oxy hòa tan trong hệ

thống ...........................................................................................................27
2.4.2.6 Thiết kế hệ thống tách chất thải rắn ..................................................27
2.4.2.7 Toàn bộ hệ thống RAS và FT ............................................................28
2.4.2.8 Nguyên lý hoạt động của hệ thống FT và RAS.................................28
2.4.2.9 Phƣơng pháp vận hành khởi động kích hoạt vi sinh của lọc sinh học ..
...........................................................................................................29
2.4.2.10 Phƣơng pháp xử lý mầm bệnh trên cá tra giống trƣớc khi thả ......29
2.4.2.11 Phƣơng pháp cho ăn .......................................................................30
2.4.2.12 Phƣơng pháp thay nƣớc trong giai đoạn tăng trƣởng ....................30
2.4.2.13 Phƣơng pháp lấy mẫu và phân tích ................................................30
2.4.2.14 Phƣơng pháp tính tăng trƣởng của cá ............................................32
2.4.2.15 Đánh giá chất lƣợng cá nuôi ..........................................................33
2.4.3 Nội dung 2: Xác định quỹ nƣớc và cân bằng nitơ (N), vật chất khô
(DM), phospho (P) và COD trong hệ thống RAS .............................................34
2.4.4 Nội dung 3: Đánh giá sự bền vững của hệ thống RAS ...........................37
2.4.5 Phƣơng pháp xử lý số liệu.......................................................................37
CHƢƠNG 3

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ............................................................38

3.1 Chất lƣợng nƣớc trong FT và RAS nuôi cá tra thƣơng phẩm ........................38
3.2 Tăng trƣởng và chất lƣợng cá tra trong hệ thống nuôi FT và RAS ...............41
3.3 Thành phần dinh dƣỡng của cá tra .................................................................43
3.4 Khối lƣợng và chất lƣợng chất thải rắn ..........................................................45
3.4.1 Khối lƣợng chất thải rắn..........................................................................45
3.4.2 Thành phần dinh dƣỡng của bùn .............................................................48
3.4.3 Cân bằng nitơ (N) trong hệ thống ...........................................................49
3.4.4 Cân bằng vật chất khô (DM) ...................................................................50
3.4.5 Cân bằng phospho (P) .............................................................................51
3.4.6 Cân bằng COD ........................................................................................52

vii


3.5 Đánh giá sự bền vững của hệ thống nuôi FT và RAS....................................53
3.5.1 Quỹ nƣớc trong hệ thống RAS và FT .....................................................53
3.5.2 Đánh giá sự bền vững của RAS và FT ....................................................54
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................58
1.

Kết luận .............................................................................................................58

2.

Kiến nghị ...........................................................................................................60

TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................61
PHỤ LỤC ..................................................................................................................74
LÝ LỊCH HỌC VIÊN ...............................................................................................77

viii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Chất lƣợng nƣớc cho cá tra sống và sinh trƣởng .........................................5
Bảng 1.2 Diện tích ni, sản lƣợng cá tra ở ĐBSCL 9 tháng đầu năm 2017 (Nguồn:
[15]) .............................................................................................................................6
Bảng 1.3 Tóm tắt các kiểu lọc chất thải rắn trong hệ thống tuần hoàn [33] .............11
Bảng 1.4 Sản lƣợng nuôi cá thƣơng phẩm (tấn) trong hệ thống RAS từ năm 1986 2009 ở các nƣớc Châu Âu [7] ...................................................................................15
Bảng 1.5 So sánh năng suất nuôi thủy sản trong ao và RAS ....................................16
Bảng 1.6 Tiêu chí cơ bản đánh giá nuôi trồng thủy sản bền vững [49], [51] ...........18

Bảng 2.1 Thành phần của thức ăn cá tra ni thí nghiệm (% khối lƣợng khô) ........21
Bảng 2.2 Thành phần của hệ thống FT và hệ thống nuôi thủy sản RAS ..................22
Bảng 2.3 Ƣớc tính lƣợng chất thải của cá tra để thiết kế cho mỗi hệ thống RAS ....24
Bảng 2.4 Tóm tắt cơng thức tính chỉ tiêu bền vững và cân bằng dinh dƣỡng ..........35
Bảng 3.1 Chất lƣợng nƣớc trong bể nuôi trong hệ thống FT và hệ thống RAS) ......38
Bảng 3.2 Tăng trƣởng và chất lƣợng cá tra nuôi trong hệ thống FT và RAS ...........41
Bảng 3.3 Thành phần của bùn (tính g/kg bùn khơ) trong hệ thống FT và RAS .......48
Bảng 3.4 Cân bằng nitơ (tính g/kgthức ăn) trong hệ thống FT và RAS ...................49
Bảng 3.5 Cân bằng vật chất khô trong hệ thống nuôi FT và RAS ...........................50
Bảng 3.6 Cân bằng phospho (tính g/kg thức ăn) trong hệ thống FT và RAS ...........51
Bảng 3.7 Cân bằng COD (tính g/kg thức ăn) trong FT và RAS ...............................52
Bảng 3.8 Quỹ nƣớc sử dụng trong hệ thống FT và RAS ..........................................53
Bảng 3.9 Chỉ thị bền vững của hệ thống nuôi cá FT và RAS ...................................54
Bảng 3.10 Những tiêu chí cơ bản đánh giá sự bền vững ..........................................56
ix


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1 Bản đồ phân bố cá tra trong tự nhiên [8], vùng thể hiện màu vàng trên bản
đồ có cá tra phân bố trong tự nhiên .............................................................................4
Hình 1.2 Sản lƣợng cá tra ni ở ĐBSCL [15] ...........................................................6
Hình 1.3 Cấu thành của hệ thống nuôi thủy sản tuần hồn nƣớc đơn giản ..............10
Hình 1.4 Cấu thành của hệ thống ni thủy sản tuần hồn tiên tiến.........................10
Hình 2.1. Sơ đồ thiết kế bể nuôi cá tra thƣơng phẩm mặt cắt đứng ..........................25
Hình 2.2 Thiết kế hệ thống lọc sinh học cho cá tra ...................................................26
Hình 2.3 Tháp lọc nhỏ giọt .......................................................................................26
Hình 2.4. Cấu tạo hệ thống tách chất thải rắn (swirl separator) [56] ........................27
Hình 2.5. (A) Sơ đồ hệ thống nƣớc chảy tràn (FT), (B) hệ thống RAS nuôi cá Tra
(Bản vẽ chi tiết khơng theo tỷ lệ) ..............................................................................28
Hình 3.1 Thành phần dinh dƣỡng cá tra nuôi trong FT và RAS. ..............................43

Hình 3.2 Tro và phospho (P). ....................................................................................44
Hình 3.3 Số lƣợng bùn khô và thức ăn ƣớt trong FT (A) và RAS (B) .....................46
Hình 3.4 Mối tƣơng quan giữa chất thải rắn (bùn khô) và thức ăn trong FT (C) và
RAS (D).....................................................................................................................47

x


CÁC TỪ VIẾT TẮT

ASC

Aquaculture stewardship council

BOD

Biochemical oxygen demand

COD

Chemical oxygen demand

DM

Dry matter

D.O

Dissolved oxygen

ĐBSCL

Đồng Bằng Sông Cửu Long

FAO

Food and agriculture organazation

FCR

Feed conversion ratio

FT

Flow-through system

h

Giờ

LC50

Lethal concentration 50

OM

Organic matter

PVC

Polyvinylchloride

RAS

Recirculating aquaculture system

TAN

Total ammonia nitrogen

TC

Total carbon

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TOC

Total organic carbon

TSS

Total suspended solids
xi


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề

Trong những năm gần đây, nghề nuôi cá tra thƣơng phẩm ở Đồng Bằng Sông Cửu
Long (ĐBSCL) ngày càng phát triển về diện tích và sản lƣợng nuôi, cá tra thƣơng
phẩm xuất khẩu hơn 130 quốc gia trên Thế Giới. Tổng diện tích ni cá tra đƣợc
thống kê khoảng 5.227 ha và sản lƣợng cá tra nuôi khoảng 1,2 triệu tấn [1].
Cá tra thƣơng phẩm đƣợc ni với nhiều hình thức khác nhau nhƣ: ni ao, nuôi
đăng quầng và nuôi bè. Chủ yếu nuôi tập trung ven sơng và kênh rạch vì sử dụng
nguồn nƣớc lớn và dễ chuyên chở (cá giống, cá thịt và nguyên vật liệu). Hơn 90%
diện tích ni cá tra thƣơng phẩm [2] sử dụng hình thức ni ao với năng suất dao
động từ 70 – 850 tấn/ha/vụ, phụ thuộc vào khả năng thay nƣớc và mật độ nuôi [3].
Với năng suất cá nuôi cao, cá tra tiêu thụ một số lƣợng lớn thức ăn với mực nƣớc ao
nuôi sâu từ 2-6m nhƣng không cung cấp oxy và thƣờng xuyên thay nƣớc 30-100
%/ngày trong suốt chu kỳ nuôi để cải thiện chất lƣợng nƣớc [3]. Ngƣời nuôi cá tra
thƣờng sử dụng thức ăn có hàm lƣợng protein thấp từ 22 – 30% với hệ số chuyển
đổi thức ăn (FCR) dao động từ 1,6 -1,86 đồng nghĩa với sự hấp thụ dinh dƣỡng cho
sinh trƣởng, phát triển cá thấp dẫn đến chất thải sinh ra cao gây ô nhiễm môi trƣờng
trong ao nuôi đáng kể [2]–[4].
Phƣơng pháp cải thiện chất lƣợng nƣớc và bùn tích lũy ở đáy ao ni cá tra thƣờng
sử dụng biện pháp thay nƣớc hàng ngày và hút bùn đáy định kỳ (1-3 lần/chu kỳ
ni) [5]. Theo ƣớc tính của M. C. J. Verdegem and R. H. Bosma [2], L. T. Phan và
các cộng sự [3] để sản xuất 1kg cá tra cần sử dụng lƣợng nƣớc thay từ 2,5 -9m3.
Biện pháp thay nƣớc tác động xấu đến môi trƣờng xung quanh và an toàn sinh học.
Theo nghiên cứu điều tra của L. T. Phan và các cộng sự [3] cho thấy ao nuôi cá tra
truyền thống phụ thuộc vào nguồn nƣớc thay nên điều kiện an toàn sinh học không
đƣợc bảo đảm, dẫn đến xuất hiện hơn 15 loại bệnh (hay hội chứng) trên cá nuôi gây
tỷ lệ sống thấp (50-70%) [5]. Hơn nữa, sử dụng hóa chất để cải thiện chất lƣợng
1


nƣớc và phòng trị bệnh làm tăng giá thành sản xuất (700 -1000 đồng/kg cá) [6] và
ảnh hƣởng đến chất lƣợng cá phi lê xuất khẩu.

Biện pháp cải thiện chất lƣợng nƣớc và hạn chế lây lan mầm bệnh là những tiêu chí
đánh giá sự bền vững của nghề ni cá tra thƣơng phẩm. Chính vì vậy, nghiên cứu
phát triển công nghệ nuôi cá tra trong hệ thống nuôi thủy sản tuần hồn (RAS) có
thể là lựa chọn tốt nhất cho việc cải thiện chỉ số bền vững: (1) tăng tổng sản lƣợng
cá tra ni, (2) ít thay nƣớc, (3) sử dụng hiệu quả nguồn tài nguyên (cá giống, hóa
chất, đất và nƣớc…), (4) sử dụng hiệu quả nguồn dinh dƣỡng trong thức ăn và hạn
chế xả thải ra môi trƣờng, (5) an tồn sinh học. Điều đó đã đƣợc khẳng định bằng
sự thành công ở các loại cá nuôi khác trên Thế Giới [7].
Tuy nhiên, hiện nay chƣa có cơ sở khoa học về: số lƣợng và chất lƣợng của chất
thải, đặc điểm sinh học, tính chất thích ứng của cá tra nuôi trong hệ thống RAS
đƣợc công bố dùng để thiết kế ứng dụng nuôi cá tra bằng công nghệ RAS ở quy mô
sản xuất.
Đề tài này trong khn khổ thực hiện một phần chính yếu của dự án “SUPA‟‟ để
nghiên cứu cơ sở khoa học tiến đến xây dựng và ứng dụng RAS nuôi cá tra thƣơng
phẩm, phù hợp ở ĐBSCL để nâng cao tính bền vững của nghề nuôi cá tra.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Thiết kế RAS qui mô pilot để xác định số lƣợng và chất lƣợng của chất thải cá tra
nuôi thƣơng phẩm, khả năng cải thiện chất lƣợng nƣớc và đánh giá sự tăng trƣởng
của cá tra trong hệ thống tuần hoàn để làm cơ sở khoa học cho việc thiết kế hệ
thống ni thủy sản tuần hồn cho cá tra quy mơ sản xuất.
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
3.1 Đối tƣợng nghiên cứu
Hệ thống ni thủy sản tuần hồn cho cá tra thƣơng phẩm.

2


3.2 Phạm vi nghiên cứu
Đề tài thực hiện trên quy mô pilot nghiên cứu thử nghiệm nhỏ trong nhà nhằm thu
thập số liệu làm cơ sở khoa học.

4. Cách tiếp cận trong nghiên cứu
Tổng hợp các thông tin trong và ngồi nƣớc về hệ thống ni thủy sản tuần hồn.
Thiết kế, vận hành đánh giá hệ thống thông qua nguyên lý chung của thiết kế hệ
thống nuôi thủy sản tuần hoàn trên Thế Giới của các đối tƣợng khác để thiết kế hệ
thống tuần hoàn phù hợp cho cá tra. Thơng qua đó xác định số lƣợng và chất lƣợng
chất thải của cá tra làm dữ liệu cho thiết kế hệ thống nuôi trong tƣơng lai. Đồng thời
xác định khả năng thích ứng và tăng trƣởng của cá tra trong hệ thống tuần hồn
chƣa đƣợc nghiên cứu trƣớc đó.
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Đề tài nghiên cứu này hồn tồn mới nhằm góp phần phát triển cơng nghệ ni cá
tra tuần hồn trong tƣơng lai. Ngồi ra nghiên cứu cịn giúp giảm thiểu ơ nhiễm mơi
trƣờng, an tồn sinh học, tăng năng suất, đạt chất lƣợng cao và cải thiện tính bền
vững của nghề ni cá tra Việt Nam. Nghiên cứu này tập trung chi tiết về số lƣợng
và chất lƣợng của chất thải và khả năng thích ứng của cá tra trong hệ thống nuôi
không thay nƣớc. Kết quả từ các thông số cơ bản này làm cơ sở để phát triển những
ứng dụng tƣơng tự cho thiết kế hệ thống quy mô sản xuất. Các số liệu chi tiết của đề
tài cịn góp phần tăng thêm dữ liệu khoa học cho các nghiên cứu tiếp theo.

3


CHƢƠNG 1

TỔNG QUAN TÀI LIỆU

1.1 Đặc điểm sinh học của cá tra
1.1.1 Đặc điểm phân loại
Hệ thống phân loại cá:
Bộ: Siluriformes
Họ: Pangasidae Bleeker 1858

Giống: Pangasianodon Chevey, 1931.
Loài: Pangasianodon hypophthalmus, Sauvage, 1878.
Tên Tiếng Việt: cá tra
Tên Tiếng Anh: striped catfish
1.1.2 Đặc điểm phân bố
Cá tra (Pangasianodon hypophthalmus, Sauvage, 1878) sống tập trung ở lƣu vực hạ
lƣu sông MeKong nhƣ: Campuchia, Lào, Thái Lan và Việt Nam và lƣu vực
Ayeyawady của Myanmar. Loài cá này đã đƣợc du nhập đến nhiều nƣớc châu Á
khác nhƣ: Ấn Độ, Trung Quốc, Bangladesh, Indonesia và Philippines [8].

Hình 1.1 Bản đồ phân bố cá tra trong tự nhiên [8], vùng thể hiện màu vàng trên bản
đồ có cá tra phân bố trong tự nhiên
4


1.1.3 Điều kiện mơi trường sống của cá tra
Tìm hiểu đặc điểm điều kiện sống của cá tra là bƣớc đầu của việc nghiên cứu và
phát triển mơ hình ni sao cho thích ứng. Các nghiên cứu về cá tra từ thập niên
1970 đến nay, chủ yếu tập trung vào dinh dƣỡng, công nghệ nuôi, bệnh và sản xuất
giống. Vấn đề nghiên cứu chuyên sâu một số đặc điểm thích ứng với môi trƣờng
sống để sinh trƣởng và phát triển vẫn cịn thiếu nhiều thơng tin, tuy nhiên một số
thơng tin cũng có giá trị tham khảo để nghiên cứu và phát triển (Bảng 1.1).
Bảng 1.1 Chất lƣợng nƣớc cho cá tra sống và sinh trƣởng
Chỉ tiêu
Nhiệt độ
pH nƣớc
NH3-N
LC50-96 NO2-N
NO3-N
TSS

Oxy hòa tan
H2S
CO2
Độ mặn
COD

Đơn vị
C

o

mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
mg/L
‰
mg/L

Giá trị
26-32
6,5-7,5
≤0,3
75,6
0,05-0,1
≤0,05
0-14
25

Tài liệu tham khảo
[9]
[9]
[10]
[11]
[9], [12]
[10]
[13]
[9]

1.2 Hiện trạng nuôi cá tra thƣơng phẩm ở Việt Nam và Thế Giới
1.2.1 Sản lượng và diện tích ni cá tra thương phẩm tại Việt Nam
1.2.1.1 Vùng nuôi cá tra thương phẩm chính ở Việt Nam
Vùng ni cá tra thƣơng phẩm tập trung chính ở hai nhánh sơng Tiền và Sơng Hậu
từ đầu thƣợng nguồn đến hạ nguồn có độ mặn < 5‰ [5], [14]. Ngồi ra cá tra cũng
đƣợc ni dọc theo các kênh rạch ở ĐBSCL thuận tiện cho việc thay nƣớc và vận
chuyển cá giống, cá thƣơng phẩm đến nhà máy phi lê để bảo đảm cá còn sống.
Trong 9 tháng đầu năm 2017, tổng diện tích ni cá tra ở các tỉnh ĐBSCL đạt trên
5.146 ha [15]. Trong đó tỉnh An Giang và Đồng Tháp dẫn đầu về diện tích ni và
sản lƣợng thu hoạch (chiếm 55,9% diện tích ni cá tra và 57,6% sản lƣợng thu
hoạch của toàn ĐBSCL) [15].

5


Bảng 1.2 Diện tích ni, sản lƣợng cá tra ở ĐBSCL 9 tháng đầu năm 2017 (Nguồn:
[15])
Các tỉnh ĐBSCL

Diện tích (ha)

Sản lƣợng (tấn)

Tiền Giang

161

27.674

Bến Tre

874

131.014

Trà Vinh

38

5.904

Vĩnh Long

459

58.233

Đồng Tháp

1.859

285.554

An Giang

1.020

210.520

-

3.766

639

118.035

Tiền Giang

61

15.254

Sóc Trăng

35

4.957

5.146

860.911

Kiên Giang
Cần Thơ

Tổng cộng

1600000
1400000
1200000
1000000
800000
600000
400000
200000
0
2001
2002
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
2011
2012

2013
2014
2015
2016
2017

Sản lƣợng (tấn)

1.2.1.2 Sản lượng nuôi cá tra thương phẩm Việt Nam

Năm
Hình 1.2 Sản lƣợng cá tra nuôi ở ĐBSCL [15]
6


Hiện nay, nghề nuôi cá tra vẫn đang phát triển về diện tích ni và sản lƣợng ở
ĐBSCL, mặc dù có nhiều vấn đề khó khăn về kinh tế và giá bán thấp. Theo báo cáo
của Bộ Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn (BNN & PTNT) [1] tổng diện tích
ni cá tra thƣơng phẩm ở ĐBSCL là 5.227 ha, tổng sản lƣợng ni 1,251 triệu
tấn/năm và trung bình năng suất ƣớc tính 270 tấn/ha/vụ. Thị trƣờng xuất khẩu hơn
130 nƣớc trên Thế Giới với tổng kim ngạch xuất khẩu 1,8 tỷ USD.
1.2.2 Sản lượng nuôi cá tra thương phẩm trên Thế Giới
Cá tra nuôi thƣơng phẩm chủ yếu tập trung ở các nƣớc nhƣ Việt Nam, Thái Lan,
Bangladesh, Indonesia, Ấn Độ và một số nƣớc khác với sản lƣợng không đáng kể.
Tổng sản lƣợng cá tra nuôi trên Thế Giới đạt 2,44 triệu tấn/năm. Trong đó, Việt
Nam chiếm 50% tổng sản lƣợng, Ấn Độ đạt 550.000 tấn và Bangladesh 554.256 tấn
[16]. Hầu nhƣ cá tra thƣơng phẩm nuôi trong ao đất thay nƣớc hàng ngày ở các
quốc gia trên Thế Giới.
1.3 Thuận lợi và khó khăn của kỹ thuật nuôi cá tra thƣơng phẩm tại Việt Nam
1.3.1 Thuận lợi

Cá tra đƣợc phân bố trong tự nhiên ở Việt Nam vì thế điều kiện khí hậu phù hợp
cho sinh trƣởng và phát triển. ĐBSCL có số lƣợng sơng ngịi lớn, không những
thuận tiện cho thay nƣớc ao nuôi cá hàng ngày mà còn giúp vận chuyển cá thƣơng
phẩm còn sống từ ao nuôi đến nhà máy phi lê để đạt chất lƣợng thịt tiêu chuẩn xuất
khẩu và vận chuyển nguyên vật liệu nuôi cá [14]. Hơn thế nữa, cá tra là đối tƣợng
có thể lấy oxy từ khí trời [12], [17]. Cá tra có thể ni mật độ cao với năng suất từ
70-850 tấn/ha/vụ [3]. Hiện nay cá tra phi lê đã xuất khẩu hơn 130 nƣớc trên Thế
Giới [3], [14], [18], [19].
Cá tra dễ nuôi với mật độ cao, khả năng bắt mồi với thức ăn viên công nghiệp tốt,
thích nghi với điều kiện khí hậu nhiệt đới, tăng trƣởng nhanh, khơng địi hỏi thức ăn
có độ đạm cao. So với các đối tƣợng cá nƣớc ngọt khác thì cá tra là một trong
những lồi cá có sức đề kháng tốt, thiệt hại do bệnh thấp hơn so với các đối tƣợng
khác. Vì vậy mức độ rủi ro trong nuôi cá tra cũng thấp hơn các đối tƣợng khác.
7


1.3.2 Khó khăn trong phương pháp ni cá tra trong ao truyền thống
Chính vì cá tra có thể ni mật độ cao trên đơn vị diện tích hay thể tích trong ao đất
có độ sâu từ 2-6m cùng với việc sử dụng thức ăn protein thấp, hệ số chuyển đổi
thức ăn cao dẫn đến gây ô nhiễm nặng trong ao nuôi và chất lƣợng nƣớc không bảo
đảm [3], [5], [19]–[23]. Biện pháp thay nƣớc từ 30-100% hàng ngày để cải thiện
chất lƣợng lại là điều kiện thuận lợi cho sự lây lan mầm bệnh và phải dùng hơn 12
loại kháng sinh và hóa chất chữa trị gây ảnh hƣởng đến chất lƣợng cá xuất khẩu [3],
[24], [25]. Cá tra nuôi thƣơng phẩm trong ao sử dụng một số lƣợng nƣớc lớn để sản
xuất 1kg cá, ƣớc tính nƣớc sử dụng từ 2,5 – 9m3 [3], [19], [24], [26]. Trong khi đó,
tiêu chuẩn của ao ni đạt chứng chỉ ASC cho phép sử dụng nƣớc < 5 m3/kg cá mới
đƣợc công nhận đạt tiêu chuẩn ASC xuất khẩu ở thị trƣờng Châu Âu [27]. Hơn 70%
ao nuôi cá tra thƣơng phẩm không xử lý nƣớc đầu vào và nƣớc thải ra môi trƣờng
[3], [28]. Chất thải từ ao cá tra đƣợc xác nhận khá lớn thải ra môi trƣờng xung
quanh 14-18 gP/kg cá sản xuất và 18-20 gN/kg cá sản xuất [3], [4], [24]. Nguồn

dinh dƣỡng từ chất thải của cá tra bao gồm chất thải hoà tan và chất thải rắn. Nuôi
cá tra thƣơng phẩm đƣợc nghiên cứu tái sử dụng nhƣ nguồn phân cho cây trồng trực
tiếp và gián tiếp tuy nhiên vẫn chƣa đƣợc ứng dụng rộng rãi [19], [29], [30]. Vì vậy,
hƣớng nghiên cứu cho thấy để cải thiện chất lƣợng nƣớc ao nuôi cá tra thƣơng
phẩm và hạn chế ơ nhiễm mơi trƣờng và an tồn sinh học, ni khép kín tuần hồn
nƣớc là một đề nghị thích hợp để phát triển trong xu thế tƣơng lai [5].
1.4 Khái niệm và ứng dụng về hệ thống ni thủy sản tuần hồn
1.4.1 Khái niệm hệ thống ni thủy sản tuần hồn
Theo định nghĩa hệ thống ni thủy sản tuần hoàn (Recirculating aquaculture
system viết tắt là RAS) là nƣớc thải ra từ bể nuôi cá đƣợc làm sạch và tái sử dụng
liên tục và ổn định. Sự làm sạch nƣớc thải từ bể nuôi cá bằng phƣơng pháp vật lý và
sinh học. Khác với ao nuôi thông thƣờng, trong RAS bể cá và hệ thống xử lý nƣớc
đƣợc tách rời riêng biệt.

8


Các hệ thống xử lý nƣớc đƣợc thiết kế cho các mục tiêu khác nhau bao gồm hệ
thống tách thải rắn, cung cấp oxy, hệ thống khử hữu cơ hòa tan, hệ thống sinh học
khử NH3-N và NO2-N bằng quá trình nitrate hóa tham gia chủ yếu là vi khuẩn tự
dƣỡng và hệ thống sinh học yếm khí khử NO3-N tạo N2 bởi vi sinh vật kỵ khí tùy
nghi. Vài hệ thống ni tuần hồn, tảo hay rong đƣợc kết hợp để xử lý nƣớc. Lý
tƣởng nhất, mỗi quá trình hoạt động, mỗi thiết kế xây dựng và mỗi hệ thống tách
biệt để tăng cƣờng hiệu suất và dễ dàng khống chế. Nếu kết hợp nhiều quá trình
diễn ra trong cùng bể phản ứng thỉnh thoảng đạt đƣợc kết quả nhƣng giảm năng suất
và khó quản lý bền vững.
Các thiết bị lọc trong hệ thống ni thủy sản tuần hồn đƣợc thiết kế bảo đảm giữ
an toàn chất lƣợng nƣớc và sức khỏe của động vật thủy sản, tỷ lệ sống cao và sinh
trƣởng tối ƣu. Chính vì thế quản lý chất lƣợng nƣớc trong nuôi trồng thủy sản rất
quan trọng. Trong hệ thống ni tuần hồn, chất lƣợng nƣớc đƣợc duy trì đơn giản

bởi sự cân bằng các sản phẩm thải trong bể nuôi và chất thải đƣợc xử lý trong các
bộ phận xử lý bằng phƣơng pháp sinh học và vật lý. Có thể biểu diễn đơn giản về sự
cân bằng nhƣ sau: Khối lƣợng chất thải (kg/ngày) = thức ăn (kg/ngày) – động
vật thủy sản hấp thụ (kg/ngày) = loại bỏ chất thải ra ngoài hệ thống.
Khối lƣợng chất thải, thức ăn đƣa vào hệ thống và động vật thủy sản hấp thụ tăng
trƣởng có thể tính bằng gram trên kg động vật thủy sản sản xuất. Các loại chất thải
(g/kg thức ăn) phải đƣợc xử lý bằng nhiều hệ thống kết hợp bao gồm: Thải rắn
(bùn, thức ăn thừa, phân) và các chất thải do quá trình thải từ mang và nƣớc tiểu của
động vật thủy sản ( NH3-N, oxygen, carbonic...). Sự phân hủy chất hữu cơ dạng rắn
tạo thành hữu cơ hòa tan và chất thải vơ cơ hịa tan.
1.4.2 Cấu thành của hệ thống ni tuần hồn
Hệ thống ni tuần hồn cơ bản bao gồm các đơn vị cấu thành và chức năng riêng
biệt cùng để giải quyết một vấn đề tổng thể làm sạch môi trƣờng nƣớc nuôi thủy sản
và nâng cao khả năng sử dụng nƣớc.

9


Bể chứa2

Bể chứa 1

Bể
lọcsinh
học

Bể ni

Táchchất
thải rắn

Hình 1.3 Cấu thành của hệ thống ni thủy sản tuần hồn nƣớc đơn giản
Hệ thống RAS cơ bản bao gồm: Bể nuôi cá, bể tách chất thải rắn, bể chứa 1 (tùy
theo sử dụng kiểu hệ thống lọc sinh học), bể lọc sinh học và bể chứa 2.
Ozone

Bể chứa 2

Bể lọc sinh
học

Bể chứa 1

Tách chất thải
rắn

Bể ni

Xử lý NO3-N
và bùn

Hình 1.4 Cấu thành của hệ thống ni thủy sản tuần hồn tiên tiến
Cấu thành của hệ thống RAS tiên tiến bao gồm: bể nuôi cá, bể tách chất thải rắn, bể
chứa 1, bể lọc sinh học, bể chứa 2, bể xử lý yếm khí tùy nghi khử NO3-N và bùn
thải, bể ozone sử dụng cho lọc hạt thải rắn siêu nhỏ và quản lý mầm bệnh.
1.4.3 Chức năng cơ bản của các bộ phận của hệ thống tuần hồn
1.4.3.1 Hệ thống bể ni
Bể ni trong hệ thống tuần hồn thƣờng có hình dạng khác nhau phụ thuộc vào các
loại cá ni, thơng thƣờng có dạng hình trịn và lục giác gom thải ở giữa cho các
lồi cá biển và cá chình, hình chữ nhật thiết kế cho cá trê [31] lấy thải một đầu.

10