Kiểm soát khí độc NH3

Sự thật của các quá trình làm giảm TAN (Total ammonium nitrogen NH4+/NH3) trong ao

A. Hấp thu của thực vật

Thực vật hấp thu một lượng lớn NH₄⁺ để tạo protein thực vật. Sự hấp thu của tảo là yếu tố chính chi phối lượng TAN (Total ammonium nitrogen NH₄⁺/NH₃) trong nước ao.

NH₄⁺ có hoạt tính sinh học cao hơn nitrit 20 lần và nitrat 50 nên được tảo sử dụng như nguồn dinh dưỡng ưu tiên. Nguồn nitơ trong các hợp chất khác cũng được tảo tiêu thụ nhưng với lượng ít và tất cả đều được quy về NH₃ khi tham gia các phản ứng sinh học.

Chuyển hóa nitơ trong tế bào tảo

Tảo đồng hóa 2 – 5g Carbon/m²/ngày và 0,4 – 1g Nitơ/m²/ngày nên chỉ thích hợp cho ao quảng canh. Khả năng đồng hóa của tảo phụ thuộc vào ánh sáng nên TAN thường tăng vào ban đêm, ngày mây mù và khi tảo quá dày.

Hạn chế lớn nhất của thực vật là sẽ giải phóng TAN vào nước khi tế bào chết đi (tảo tàn).

B. Tiêu hao do phân hủy chất hữu cơ do vi khuẩn, nấm

Một lượng lớn TAN trong nước mất đi nhờ hoạt động phân hủy chất hữu cơ của vi khuẩn và nấm. Lượng TAN tiêu hao phụ thuộc vào thành phấn chất hữu cơ. Chất hữu cơ có tỉ lệ carbon/nitơ thấp (hay chất hữu cơ chứa nhiều protein) sẽ phân hủy nhanh hơn loại có tỉ lệ carbon/nitơ cao. Khi đó, sự phân hủy chất hữu cơ có tỉ lệ carbon/nitơ thấp sẽ giải phóng TAN, ngược lại, sự phân hủy chất hữu cơ có tỉ lệ carbon/nitơ cao sẽ lấy TAN từ môi trường.

Đây là cơ chế chính của việc sử dụng rỉ mật đường làm giảm TAN trong nước.

C. Tiêu hao do các quá trình nitrat hóa

Chu trình nitơ trong ao nuôi bao gồm quá trình nitrat hóa

Trong quá trình nitrat hóa, NH₄⁺ được nhóm vi khuẩn tự dưỡng đặc biệt (phổ biến là Nitrosomonas) chuyển thành nitrit (NO₂), sau đó các vi khuẩn (phổ biến là Nitrobacter) tiếp tục oxy hóa nitrit sang nitrate (NO₃^-), cuối cùng các vi khuẩn dị dưỡng thực hiện quá trình phản nitrat sẽ chuyển (NO₃^-) sang khí nitơ (N₂) từ đó làm mất TAN trong nước.

Quá trình nitrat hóa

Phần 1:

• Dùng năng lượng giải phóng từ quá trình oxy hóa NH₄⁺ thành nitrit (NO₂^-) để khử CO₂ thành carbon hữu cơ.

• Quá trình này tiêu hao 30% lượng NH₄⁺ trong nước.

• Điểm quan trọng của phần này là: vi khuẩn chuyển hóa NH₄⁺ là loài hiếu khí bắt buộc nên yêu cầu oxy hòa tan trong nước cao. Vi khuẩn chỉ chuyển hóa nitơ vô cơ và tạo ra axit nên có thể làm giảm pH nước.

• Số lượng vi khuẩn gia tăng khi hàm lượng NH₄⁺ tăng.

Phần 2:

• Dùng năng lượng giải phóng từ quá trình oxy hóa nitrit thành nitrat (NO₃^-) để khử CO₂ thành carbon hữu cơ.

Phản nitrat:

Bọt khí nitơ bay lên

Lưu ý rằng:

• Trong điều kiện ao nuôi, tiêu hao TAN nhờ vào quá trình nitrat hóa không mang lại hiệu quả rõ rệt do:

• Do tiêu tốn nhiều năng lượng nên hệ số chuyển đổi thấp nitơ của vi khuẩn tự dưỡng thấp (10 – 14% so với 50% ở sinh vật dị dưỡng).

• Chu kì phát triển của vi khuẩn dị dưỡng là 30 phút trong khi vi khuẩn nitrat hóa cần 12 giờ.

• Khi quần thể vi khuẩn oxy hóa NH₄⁺ phát triển ổn định và làm giảm lượng TAN thì quần thể vi khuẩn oxy hóa nitrit mới bắt đầu phát triển nên cần khoảng 4 tuần để vi khuẩn oxy hóa nitrite phát triển ổn định và làm giảm nitrit. K_NO2 = 2,7 mg NO₂-N/L ở 25⁰C.

• Vi khuẩn nitrat hóa không tạo bào tử do đó không thể sấy khô và đóng gói nên không thể bổ sung định kỳ vào ao như các loài vi khuẩn dị dưỡng. Mặc khác vi khuẩn nitrat dễ chết khi môi trường thay đổi (như khi thay nước, diệt khuẩn, pH quá cao hay quá thấp) nên khả năng phục hồi quần thể rất hạn chế.

D. Tiêu hao do các quá trình chuyển hóa của vi khuẩn tự dưỡng

Vi khuẩn dị dưỡng sử dụng các hợp chất carbon hữu cơ để tạo năng lượng và xây dựng tế bào (không phải NH₄⁺ như vi khuẩn tự dưỡng).

Một vài loài vừa có khả năng thực hiện quá trình nitrat hóa, làm giảm TAN tuy nhiên, để cùng giảm một lượng TAN như nhau, lượng vi khuẩn tự dưỡng cần gấp 1 triệu lần vi khuẩn tự dưỡng nên hầu như không có ý nghĩa trong chuyển hóa TAN.

Trong thực tế, vi khuẩn dị dưỡng không thể sử dụng nitrit nên không thể tham gia vòng tuần hoàn nitơ. Trong ao, khi nguồn nitơ hữu cơ luôn được bổ sung thêm (như từ thức ăn) chúng càng không sử dụng nitơ vô cơ (TAN).

Lợi thế của vi khuẩn dị dưỡng là hầu hết là hiếu khí tùy ý, khoảng chịu đựng rộng, có thể tạo bào tử nên thích hợp sấy khô, đóng gói và bán.

Mặt quan trọng khác, vi khuẩn dị dưỡng có thể chuyển ngược nitrat thành nitrit và TAN thông qua quá trình phản nitrat trong điều kiện thiếu oxy.

E. Annamox

Xảy ra trong điều kiện thiếu oxy trong đất. Quá trình này chiếm 30 – 70% lượng NH₄⁺ chuyển thành N₂ trong đại dương, tuy nhiên, chưa được nghiên cứu tại ao nuôi.

F. Bay hơi:

Điều kiện để NH₃ bay hơi khỏi nước là pH > 9 và áp lực NH3 trong nước lớn hơn trong không khí.

2. Các dấu hiệu thường gặp trong ao có lượng TAN cao và quá trình nitrat hóa bị ức chế:

TAN rất cao (có thể đạt mức cao nhất trong thang đo) nhưng nitrit thấp hoặc nitrit và nitrat đều rất cao.

Chất lượng nước xấu, đáy ao dơ, tảo trong ao thường rất dày hoặc tàn, nước có nhiều lợn cợn hữu cơ và bọt nhớt.

Tảo dày, nước nhiều bọt nhớt, TAN cao nhưng nitrit thấp là các dấu hiệu thường gặp trong ao sục khí không đủ

Tôm ốm, ốp thân, sức đề kháng kém và thường nhiễm các bệnh vi khuẩn hoặc kí sinh.

Tôm thường sống gần bờ, sát mặt nước (tôm “lừng”), tôm thường đỏ thân (không phải do bệnh).

Lột xác không cứng vỏ hoặc lột xác và chết.

Trong những ao này tôm sẽ chết rất nhiều nếu môi trường thay đổi đột ngột.

Tôm đỏ thân, ốp thân, chết trong ao có hàm lượng TAN cao

4. Kiểm soát nitơ vô cơ

Khi nồng độ TAN trong nước trên mức 1 – 2 mg/L có nghĩa là:

• Sục khí không hợp lý, oxy hòa tan trong ao thấp.

• Quần thể sinh vật tự dưỡng không phát triển ổn định hoặc bị hao hụt do các chất độc trong nước (như H₂S) và tác động của pH nằm ngoài khoảng chịu dựng.

Giải quyết như sau:

Thay nước:

Thay nước nên được thực hiện từ đầu chu kỳ nuôi một cách định kỳ. Lưu ý rằng thay nước ngay khi tôm có dấu hiệu bệnh hoặc ngộ độc môi trường sẽ gây ra kết quả tệ hơn.

Lượng TAN giảm tỉ lệ thuận với lượng nước thay nhưng chỉ có thể nhận thấy trong các hệ thống nuôi thể tích nhỏ. Trong ao, do TAN liên tục được bổ sung từ thức ăn và chất thải của tôm nên lượng TAN giảm khi thay nước sẽ tăng ngay trở lại. Thay nước có tác dụng nâng cao sức tải của ao, kéo dài thời gian nuôi.

Giảm ăn và tăng cường sục khí:

Khi cải tạo các thông số chất lượng nước, điều đầu tiên cần thực hiện luôn luôn là giảm ăn nhằm giảm lượng chất hữu cơ tăng lên trong ao.

Tăng cường sục khí làm tăng lượng oxy hòa tan trong nước, từ đó thúc đẩy các quá trình chuyển hóa TAN trong nước và nâng cao khả năng chống chịu của tôm nuôi.

Điều chỉnh tảo bằng men – vi sinh:

Như phần trên đã trình bày, men – vi sinh có thành phần là các vi khuẩn dị dưỡng hầu như không thể làm giảm hay ngăn chặn TAN xuất hiện trong nước trừ khi người nuôi dừng cho ăn hoàn toàn trong thời gian dài kết hợp bổ sung thêm rỉ mật đường.

Việc sử dụng men – vi sinh có tác dụng cân bằng tảo và vi khuẩn trong ao, phân hủy các chất hữu cơ từ đó hạn chế được các tác hại gián tiếp của NH₃.

Có thể bổ sung carbonhydrate (thường dùng rỉ mật đường):

(i) Tính lượng nitơ vi sinh vật chuyển hóa được (ΔN):

• ΔN = Lượng thức ăn sử dụng (kg) x %nitơ trong thức ăn x %nitơ thải ra

• Do %nitơ trong thức ăn = %protein trong thức ăn x 16% (16% là tỉ lệ nitơ có trong protein) và %nitơ thải ra mặc định là 50% lượng nitơ cho vào ao.

• Nên ΔN = Lượng thức ăn sử dụng (kg) x (%protein trong thức ăn x 16%) x 50%

• Hay ΔN (kg/ngày) = Lượng thức ăn sử dụng (kg) %protein trong thức ăn 0,08

(ii) Tính lượng carbon chuyển hóa của vi sinh vật (ΔCmic):

• E = Carbon chuyển hóa vào (ΔCmic)/ Carbon hấp thu được (ΔC)

• Các nghiên cứu xác định được mức E = 40 – 60% (dùng 40% để tính toán).

• Hay ΔCmic = 0,4 * ΔC

(iii) Tính lượng carbon hấp thu của vi sinh vật (ΔC):

• Tỷ lệ C/N trong cơ thể vi sinh vật là 4/1 (hay ΔCmic/ΔN = 4/1)

• Ta có ΔCH là lượng carbonhydrate cần bổ sung. Vì carbon trong carbonhydrate thường là 50% nên lượng carbon vi sinh vật hấp thu được bằng 50% lượng carbonhydrate bổ sung vào.

• Hay ΔC = 0,5 * ΔCH

(iv) Tính lượng carbonhydrate bổ sung theo lượng nitơ (ΔCH):

• Ta có ΔCmic/ΔN = 4/1

• Hay ΔCH = ΔN/0,05

Vì tỉ lệ C/N thích hợp cho biofloc là 12/1 hoặc 10/1 nên để chuyển hóa 1ppm TAN cần cung cấp 20ppm carbonhydrate (10ppm carbon).

Ví dụ: ao 5000m2, sâu 1,5m. Lượng tôm trong ao là 7500kg. Thức ăn 28% protein. Khẩu phần 2,5%/ngày. Chọn tỉ lệ C:N = 12/1.

• ΔN = (7.500 x 0.025) x 0.28 x 0.08 = 4,2 kg nitơ/ao/ngày

• Nhu cầu carbon hấp thu để chuyển hóa nitơ = ΔC = 12 x ΔN = 12 x 4,2 = 50,4 kg

• ΔCH = ΔC/ 0,5 = 100,8kg Carbonhydrate/ao

• Có thể thấy lượng Carbonhydrate cung cấp = 50% lượng thức ăn.

Các quá trình khác:

Một số hóa chất có thể trực tiếp phản ứng với NH₄⁺/NH₃ và chuyển thành các hợp chất khác như Chlorine, Natri hydroxy methanesulfonate nhưng những hợp chất sau phản ứng không hề ít độc đối với thủy sinh vật hơn so với NH₃, vậy nên không nên sử dụng phương pháp này.

Vài thông tin cho rằng Natri bisulfite vừa có tác dụng trung hòa Cl₂ (sinh ra khi hóa tan Chlorine vào nước) vừa có khả năng liên kết với NH₃ trong nước, từ đó làm giảm NH₃ tuy nhiên chưa được kiểm chứng trong thực tế.

Zeolite có thể làm giảm TAN đáng kể trong các điều kiện thí nghiệm trong nước ngọt nhưng ít có tác dụng trong nước lợ mặn.

Tăng sức đề kháng cho tôm:

Taurin có vai trò quan trọng trong điều hoà áp suất thẩm thấu huyết tương khi tôm tiếp xúc với môi trường có NH₄⁺/NH₃ cao nên có thể bổ sung taurin vào thức ăn cho tôm.