Thiết kế và vận hành hệ thống tuần hoàn nước quy mô Pilot phục vụ nuôi cá tra thương phẩm (Pangasianodon hypophthalmus) :Luận văn thạc sĩ - Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường

BỘ CÔNG THƢƠNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

THỚI NGỌC BẢO

THIẾT KẾ VÀ VẬN HÀNH HỆ THỐNG TUẦN

HOÀN NƢỚC QUY MÔ PILOT PHỤC VỤ NUÔI

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

Công trình đƣợc hoàn thành tại Viện Nghiên cứu Nuôi 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 Hôị đồng chấm bảo vê ̣Luâṇ văn thac̣ sĩTrƣờng

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

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 hoàn nƣớc quy mô pilot phục vụ nuôi 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 nuôi tuần hoàn nuôi 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 nuôi thủy sản tuần hoàn

(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

BỘ CÔNG THƢƠNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

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

(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

VIỆN TRƢỞNG

Lê Hùng Anh

i

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 “SUPA￾Improving 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 công ty tƣ nhân: công ty Cổ Phần Vĩnh Hoàn, 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, tôi 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 công việc khác có

liên quan.

Hơn thế nữa, tôi 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 Công nghiệp Thành phố Hồ

Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức giúp tôi hoàn 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 quá trình học và đồng hành trong

suốt những năm tháng học vừa qua.

Tp. HCM, ngày 05 tháng 5 năm 2018

Thới Ngọc Bảo

ii

TÓM TẮT

Nghiên cứu này đƣợc thực hiện nhằm phát triển công nghệ cá tra thƣơng phẩm bằng

hệ thống tuần hoàn để cải thiện tính bền vững. Thí nghiệm đƣợc thiết kế bao gồm

03 hệ thống nuôi thủy sản tuần hoàn (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

toán 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 không 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 nuôi trong FT và RAS không 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 nuôi thủy sản tuần hoàn 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 công nghệ nuôi cá tra tuần hoàn tại ĐBSCL của Việt Nam.

Từ khóa: hệ thống nuôi thủy sản tuần hoàn, cá tra, bùn thải, dinh dƣỡng, chất thải

iii

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

iv

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đề tài “Thiết kế và vận hành hệ thống tuần hoàn nƣớc quy mô

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

v

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 nuôi 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 nuôi 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 nuôi 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 hoàn.........................8

1.4.1 Khái niệm hệ thống nuôi thủy sản tuần hoàn............................................8

1.4.2 Cấu thành của hệ thống nuôi 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