Module quản lý và điều khiển thông minh trong hệ thống nuôi RAS do nhóm nghiên cứu phát triển. Nguồn: Sở KH&CN Hải Phòng

Những mùa vụ thất bát liên tiếp trong những năm gần đây khiến những người nuôi tôm ở Hải Phòng - một trong những địa phương có diện tích nuôi tôm lớn nhất ở miền Bắc, gặp không ít khó khăn. Đâu là nguyên nhân dẫn đến tình trạng dịch bệnh và giảm năng suất nuôi tôm ở nơi đây? Dưới góc nhìn của các chuyên gia, chất lượng nước là một trong những điểm mấu chốt. “Hiện nay Hải Phòng có nhiều khu nuôi trồng thủy sản nằm xen kẽ với các khu công nghiệp, quy hoạch các khu vực nuôi chưa phù hợp, do vậy các nguồn cấp, thoát nước không đảm bảo, dẫn đến những rủi ro về dịch bệnh”, TS. Đỗ Mạnh Hào ở Viện Tài nguyên và Môi trường biển (Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam) phân tích trong một hội thảo về công nghệ nuôi trồng thủy sản do Sở KH&CN Hải Phòng tổ chức vào cuối năm 2021.

Hải Phòng không phải là địa phương duy nhất phải đối mặt với vấn đề này. Tình trạng ô nhiễm do nước thải nuôi tôm đang diễn ra trên khắp Việt Nam. Khi diện tích nuôi tôm ngày càng tăng, lượng chất thải phát sinh cũng càng lớn. Hầu hết là thức ăn thừa, phân tôm, dư lượng các chất kháng sinh… tích tụ trong đáy bùn ao, khiến nguồn nước bị ô nhiễm, tạo điều kiện cho vi khuẩn phát triển, tăng rủi ro dịch bệnh trên tôm. Nếu không được xử lý đúng cách, mầm bệnh còn tồn lưu và bị xả ra ngoài môi trường, dẫn đến lây nhiễm sang các đầm nuôi khác. “Chất lượng môi trường ở các khu vực nuôi trồng thủy sản, đặc biệt ở các khu vực nuôi tập trung ngày càng có xu thế ô nhiễm. Do vậy, tình hình dịch bệnh vẫn còn phổ biến và diễn biến phức tạp”, TS. Đỗ Mạnh Hào cho biết.

Giữa lúc đó, các nhà quản lý ở nơi đây đã nghĩ đến việc đặt hàng các nhà nghiên cứu ở Viện Tài nguyên và Môi trường biển để giải quyết bài toán nuôi tôm thông qua đề tài “Nghiên cứu xây dựng mô hình nuôi tôm thẻ chân trắng hệ thống lọc tuần hoàn (RAS) phù hợp với điều kiện vùng ven biển Hải Phòng” (2018-2020) do TS. Đỗ Mạnh Hào chủ trì. Nhóm nghiên cứu đã lựa chọn công nghệ RAS vì nhận thấy nhiều tiềm năng của hướng đi này: “Công nghệ RAS có thể góp phần hạn chế ô nhiễm môi trường, đảm bảo an toàn sinh học và giảm thiểu rủi ro về dịch bệnh, nâng cao tỉ lệ sống và năng suất nuôi tôm”.

Việc tìm kiếm các giải pháp như vậy đã góp thêm những “điểm sáng” trong bức tranh ứng dụng khoa học và công nghệ trong nuôi trồng thủy sản ở Việt Nam. Theo TS. Đỗ Mạnh Hào, hiện nay tăng trưởng trong lĩnh vực kinh tế thủy sản vẫn phụ thuộc chủ yếu vào yếu tố vốn (65,5%), tiếp theo là yếu tố lao động (23,24%), thấp nhất là yếu tố khoa học và công nghệ (11,26%).

Tối ưu mô hình cho Việt Nam

Hệ thống nuôi trồng thủy sản tuần hoàn (RAS) đã xuất hiện trên thế giới từ những năm 1950 trong ngành nuôi cá chép ở Nhật Bản. So với các hệ thống nuôi mở ngoài trời truyền thống, điểm khác biệt nhất của công nghệ RAS là nuôi trồng thủy sản trong môi trường được kiểm soát, đi kèm hệ thống tuần hoàn lọc và làm sạch nước để đưa về các bể nuôi. Việc kiểm soát chất lượng và tái sử dụng nước giúp hệ thống RAS hạn chế ô nhiễm môi trường, tiết kiệm nước và quản lý dịch bệnh tốt hơn. Hiện nay, 6% sản lượng thủy sản ở Trung Quốc, 12% sản lượng thủy ở Mỹ và châu Âu đến từ hệ thống RAS.

Khi nhu cầu tiêu thụ thủy sản ngày càng tăng và các chính sách môi trường nghiêm ngặt, các quốc gia trên thế giới càng quan tâm hơn đến công nghệ RAS. “Công nghệ này đã được phát triển và thương mại hóa ở nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt ở Trung Quốc đã có hàng trăm giải pháp, sáng chế nghiên cứu về công nghệ này”, TS. Đỗ Mạnh Hào nói. Các quốc gia châu Âu cũng khuyến khích ứng dụng công nghệ RAS để tăng cường tính bền vững trong nuôi trồng thủy sản. Theo dự báo của Lux Research, đến năm 2030, hệ thống RAS sẽ cung cấp 40% sản lượng thủy sản trên toàn cầu.

Việt Nam cũng không nằm ngoài xu hướng này. Những nghiên cứu và ứng dụng hệ thống RAS trong nuôi trồng thủy sản đã xuất hiện trong những năm gần đây, tuy nhiên, hầu hết các nghiên cứu mới dừng ở quy mô nhỏ. Ngay cả những địa phương có diện tích nuôi trồng thủy sản lớn như Hải Phòng, công nghệ RAS cũng chưa phổ biến. “Hiện nay, công nghệ RAS mới được ứng dụng trong một số cơ sở sản xuất giống thủy sản. Công nghệ nuôi tôm thương phẩm hiện nay của thành phố chủ yếu vẫn là nuôi trong hệ thống mở với phương thức nuôi từ quảng canh đến thâm canh”, TS. Đỗ Mạnh Hào cho biết.

Tuy có nhiều ưu điểm như vậy, tại sao hệ thống RAS vẫn chưa đủ hấp dẫn với người nuôi tôm nói riêng và các cơ sở nuôi trồng thủy sản ở Việt Nam nói chung? Theo TS. Đỗ Mạnh Hào, nguyên nhân xuất phát từ chi phí đầu tư ban đầu cao và yêu cầu có người vận hành phải được tập huấn và đào tạo bài bản. Nhưng nếu xét về lợi ích lâu dài, tôm nuôi trong hệ thống RAS có chất lượng tốt hơn, kích cỡ lớn hơn, và tốn ít chi phí về dịch bệnh hơn so với phương pháp truyền thống.

Để người nuôi tôm có thể dễ dàng tiếp cận với công nghệ RAS, nhóm nghiên cứu đặt ra mục tiêu thiết kế một hệ thống nuôi tôm theo công nghệ RAS hoàn toàn nội địa. Thoạt nhìn, cấu tạo chung của hệ thống này không có gì khác biệt so với các hệ thống RAS thông thường trên thế giới, bao gồm các module cơ bản như bể nuôi, bể lọc chất rắn, lọc sinh học, tháp tách CO2, module khử trùng và cấp oxy. Nhưng đằng sau đó là quá trình dài mày mò, tinh chỉnh từ những chi tiết nhỏ nhất của TS. Đỗ Mạnh Hào và các cộng sự. “Tất cả các module đều do chúng tôi phát triển và chế tạo, tối ưu thông số sao cho vừa đảm bảo hiệu quả nuôi trồng, vừa tiết kiệm chi phí, phù hợp với điều kiện của địa phương”, anh cho biết. “Nhờ nội địa hóa hoàn toàn, chi phí xây dựng hệ thống của chúng tôi đã giảm bớt rất nhiều so với nhập khẩu công nghệ. Ngoài ra, hệ thống của chúng tôi cũng có khả năng thích ứng cao với điều kiện của địa phương, đồng thời có thể đáp ứng cho nhiều quy mô khác nhau, từ 100m3 cho đến những quy mô lớn hơn”.

Tích hợp quản lý và điều khiển thông minh

Một hệ thống nuôi trồng thủy sản chỉ phát huy hiệu quả nếu đi kèm với một quy trình nuôi khoa học. Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm hệ thống ở các mật độ nuôi khác nhau, từ đó xây dựng quy trình nuôi dựa trên phương pháp hai giai đoạn. Vào giai đoạn đầu, tôm giống được nuôi trong ao ương trong khoảng thời gian từ 20-30 ngày, sang giai đoạn hai, chuyển tôm sang bể nuôi thương phẩm trong khoảng 60 ngày. “Ưu điểm của phương pháp hai giai đoạn là có thể nuôi gối, tức là trong khi đang nuôi tháng thứ hai ở giai đoạn hai, chúng ta có thể thả giống cho vụ mới ở bể ương. Kết quả là có thể tăng được số vụ nuôi trong một năm lên đến bốn vụ/năm”, TS. Đỗ Mạnh Hào cho biết. Họ cũng nhận thấy, tôm nuôi ở mật độ 300 con/m3 có kích thước, tỉ lệ sống sót và hiệu quả kinh tế cao hơn so với mật độ 500 con.

Trong quá trình nuôi, nhóm nghiên cứu cũng đề xuất sử dụng các chế phẩm sinh học để xử lý ô nhiễm và tăng cường khả năng sinh trưởng của tôm. “Chúng tôi dùng bốn nhóm chế phẩm sinh học, thứ nhất là các chế phẩm sinh học chứa chủng vi khuẩn Bacillus để tăng cường kháng vi khuẩn gây bệnh tiềm tàng, xử lý chất hữu cơ. Thứ hai là chế phẩm chứa chủng vi khuẩn Lactobacillus acidophilus để tăng cường quá trình tiêu hóa, hạn chế bệnh đường ruột cho tôm. Chế phẩm thứ ba là dùng các chủng vi khuẩn tía quang hợp để bổ sung nguồn thức ăn cũng như ức chế sự phát triển của các loài tảo gây hại cho tôm, xử lý các chất ô nhiễm amoni, H2S và chất hữu cơ. Cuối cùng là chế phẩm chứa các chủng vi khuẩn nitrate hóa để kích hoạt và bổ sung định kỳ vào module lọc sinh học”, TS. Đỗ Mạnh Hào mô tả.

Với mục tiêu tạo điều kiện thuận lợi và giảm bớt chi phí cho quá trình vận hành, nhóm nghiên cứu còn bổ sung thêm module quản lý và điều khiển thông minh. “Module thứ nhất bao gồm phần mềm điều khiển, sẽ tính toán và đưa ra các chỉ số nuôi, còn module thứ hai sẽ có các sensor đo chỉ số pH và DO (oxy hòa tan), tự động đo liên tục và chuyển dữ liệu về máy chủ. Có những thời điểm độ pH trong ao nuôi thay đổi, chẳng hạn ở những ao nuôi gần giai đoạn thu hoạch, độ pH thường dao động rất mạnh vào ban đêm, chúng ta không thể có người quan trắc liên tục theo phương pháp thủ công được, khi đó, hệ thống điều khiển sẽ cảnh báo qua máy tính hoặc điện thoại của người nuôi để có biện pháp can thiệp kịp thời, bổ sung thêm các khoáng chất để tăng độ pH, giúp đảm bảo môi trường cho hệ thống nuôi”, TS. Đỗ Mạnh Hào giải thích. “Hệ thống RAS thông thường đòi hỏi có sự tham vấn của chuyên gia, nếu mỗi trại nuôi cần một chuyên gia thì chi phí vận hành rất lớn. Khi kết hợp module điều khiển thông minh thì chỉ cần một chuyên gia cho nhiều trang trại mà vẫn đảm bảo vận hành một cách tốt nhất”.