Ứng dụng ozone trong hệ thống nuôi trồng thủy, hải sản

Ozone đã được các nhà khoa học chứng minh là có hiệu quả cao trong việc loại bỏ các tác nhân gây bệnh ảnh hưởng đến thủy sản và hải sản. Bên cạnh đó, chúng còn góp phần cải thiện chất lượng nước bằng cách giảm nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), Amoniac, Nitrit, khử mùi. Mặc dù sự tiếp xúc trực tiếp của các sinh vật dưới nước với ozone có thể gây tử vong cho chúng nhưng mức độ phơi nhiễm của mỗi loài là khác nhau và nhờ có những chiếc máy đo nồng độ ozone mà người sử dụng có thể kiểm soát được nồng độ ozone trong nước, đảm bảo độ an toàn cho các loài thủy, hải sản được nuôi trồng.

Ứng dụng của ozone trong nuôi trồng thủy sản hợp lý sẽ mang lại lợi ích kinh tế rất lớn

Tính chất hóa học của ozone trong nước

Ozone là một phân tử khí kém bền, sau khi đi vào trong nước, chúng nhanh chóng liên kết với các chất hữu cơ, vi khuẩn, chất gây mùi, … Khả năng oxy hóa của ozone cao hơn khi nước có độ pH cao (nước biển) và oxy hóa nitric (NO2-) nhanh hơn nhiều so với ammoniac (Nh4+).

Sự phân hủy của ozone trong nước ngọt và nước lợ là khác nhau, từ đó, ảnh hưởng đến hiệu quả khử trùng, và làm sạch nguồn nước. Khi ozone được sử dụng để khử trùng nước ngọt, nhờ khả năng oxy hóa cực mạnh mà chúng nhanh chóng phá vỡ màng tế bào và phá hủy các enzyme của vi sinh vật. Do đó, chúng có thể loại bỏ nhiều chất khác nhau như: Vi khuẩn, vi rút, nấm mốc, men và các bào tử. Tốc độ sát khuẩn của ozon cũng cao gấp 3100 lần so với Clo mà không để lại chất tồn dư. Bên cạnh đó, ozone cũng oxy hóa hiệu quả các chất vô cơ, kim loại nặng trong nước, phá vỡ các phân tử mạch vòng trong thuốc trừ sâu.

Đối với việc khử trùng nước mặn, nước lợ bằng ozon, chúng có thể tạo ra một số hợp chất tương đối bền gốc Brom như: Bromine, Bromate, axit hypobromous. Đây đều là chất độc đối với các loài thủy sinh. Đối với ngành nuôi trồng thủy sản nước lợ, khả năng tạo Bromate thấp hơn 0.025 ppm vẫn được cho là an toàn.

Ứng dụng của ozone trong xử nước nước nuôi trồng thủy sản

Việc xử lý nước nuôi trồng thủy, hải sản bằng ozone được tiến hành mỗi ngày, sau 3 đến 4 giờ vật nuôi ăn vì khi đó, nồng độ NH3, chất hữu cơ hòa tan và các sản phẩm khác tăng cao. Ozone có thể được sục vào nguồn nước đầu vào hoặc trong hệ thống tuần hoàn.

1.      Giảm chất hữu cơ

Ozone có thể tạo ra phản ứng oxy hóa với nhiều chất hữu cơ, chất vô cơ trong nước bằng 1 trong 2 cách sau:

• Oxy hóa trực tiếp: Tức là ozone dưới hình thức phân tử, trực tiếp phản ứng với các chất hữu cơ trong nước.

• Oxy hóa gián tiếp qua gốc (OH-): Ozone phản ứng với các chất hữu cơ có chứa N trước (Chất ăn mòn, chất diệp lục, acid amino, loại amin, hợp chất NO2, nông dược, …), sau đó chất trung gian phản ứng này đào thải kép trong nội phân tử, hình thành thể hợp chất phối hợp giữa N-Hydroxylamine, NO. Những chất này sau khi ozone hóa, hình thành các loại chất như: Aldehyde, amide, acid, …

Quá trình oxy hóa trực tiếp xảy ra tương đối chậm so với oxy hóa gián tiếp”

Phản ứng gián tiếp thường xảy ra với môi trường nước có nồng độ pH cao. Ngược lại, khi pH thấp, phản ứng thiên về phản ứng trực tiếp.

Sau quá trình oxy hóa, các chất hữu cơ có trong ao nuôi trồng thủy hải sản sẽ bị phân hủy, tạo thành các chất mới và không còn gây hại cho vật nuôi.

2.      Khử trùng nước

Ozone là tác nhân diệt trùng rất hiệu quả, đặc biệt là việc khống chế vi khuẩn trong môi trường nước. Chúng có khả năng khử trùng mạnh gấp 20-30 lần so với Clo, thời gian thực hiện được giảm từ ¾ đến 4/5 lần. Kết quả nghiên cứu cho thấy, với nguồn nước chứa ít vi khuẩn, chỉ cần đưa ozone có nồng độ 0.5 ppm, hiệu quả khử trùng lên đến 97%. So với Clo, hiệu quả khử trùng của ozone là cao hơn hẳn. Bên cạnh đó, chúng không hề để lại chất tồn dư cũng như không cần đến bể chứa.

3.      Khử mùi

Sự xuất hiện của mùi trong nước nuôi trồng thủy, hải sản chủ yếu là do các loại vi khuẩn, nấm mốc cùng sự phân hủy các chất hữu cơ, tảo sinh ra. Theo nghiên cứu về vi khuẩn sinh vật học, sự xuất hiện của mùi trong nước có thể do các nguyên nhân sau:

• Vi khuẩn phóng tuyến thích khí và sinh vật phù du trong nước cùng tồn tại phát ra mùi hôi thối của đất

• Các sinh vật phóng tuyến của sinh vật phù du, thực vật sống ký sinh phồn thực trong quá trình phân giải ra sinh ra mùi hôi thối của mốc meo

• Vi khuẩn phóng tuyến sản sinh chất kháng sinh làm cho vi khuẩn chết đi mà sinh ra mùi hôi thối.

• Tảo nước, lá rụng, … phân giải trong nước sẽ tạo ra acid Chlolatic từ đó sinh ra mùi hôi thối.

Trong quá trình diệt khuẩn và xử lý các chất hữu cơ, ozone nhanh chóng oxy hóa các phân tử gây mùi, phá vỡ cấu trúc của nó và loại bỏ mùi nhanh chóng. Theo báo cáo, nước có độ khí thối là 40 độ cũng có thể trở nên không có mùi hôi thối, cho thêm  2ppm ozone vào có thể làm giảm từ 20 độ xuống đến 0.

4.      Loại bỏ tảo

Phân bố trọng lượng phân tử rõ ràng (AMWD) và phân đoạn nhựa được sử dụng để mô tả các chất hữu cơ của nước thô. Loại bỏ tảo, thay đổi và loại bỏ cacbon hữu cơ hòa tan (DOC), khử trùng bằng sản phẩm (DBPs) kiểm soát trong quá trình điều chế đông máu được tăng cường trước trong thí nghiệm quy mô và thí điểm được nghiên cứu. Hoạt tính của tảo (AA) được đo và được sử dụng để làm sáng tỏ các cơ chế loại bỏ tảo bằng các phương pháp điều trị trên.

Kiểm soát tảo trong môi trường nuôi thủy sản rất quan trọng

Kết quả cho thấy việc loại bỏ tảo có thể được cải thiện rõ rệt bằng cách sử dụng preozonation thích hợp, ví dụ như liều ozone 1.0 mg x L (-1). Tảo loại bỏ có thể được tăng từ 55% -85% bằng cách đông máu truyền thống; lên 95% bằng cách tăng cường đông máu sau khi tiền âm; và loại bỏ tốt nhất đạt 99,3% với ozone 1,0 mg x L (-1) và PACl 3,0 mg x L (-1); các THMFP còn lại (tiềm năng hình thành Trihalomethanes) đã được hạ xuống từ 117 microg x L (-1) bằng cách đông máu truyền thống đến 46 microg x L (-1). Nhưng liều ozone cao hơn (như > hoặc = 2,0 mg x L (-1)) làm suy yếu việc loại bỏ chất hữu cơ, mặc dù nó làm giảm hoạt động của tảo hơn nữa.

Sự khác biệt đáng kể đã được tìm thấy trong việc loại bỏ tảo bằng cách phát hiện AA giữa ozon hóa và đông máu truyền thống. Sự đông máu truyền thống có ít ảnh hưởng đến AA bất kể liều PAC1 khác nhau; trong khi AA giảm rõ rệt sau khi ozon hóa. AA giảm xuống dưới 12 dưới 0,5-2,0 mg x L (-1) ozon hóa; và nó tiếp tục giảm với liều lượng ozone tăng lên. Trong quá trình đông máu sau đây, đông máu hoặc một số thành phần thủy phân của nó tăng cường AA giảm ozon hóa. So với phương pháp đếm kính hiển vi thông thường, thử nghiệm AA thể hiện sự ảnh hưởng của trạng thái tảo sống bằng các quy trình xử lý nước rõ ràng hơn; sẽ cung cấp cho nhà thiết kế quy trình xử lý thông tin riêng biệt hơn về cơ chế loại bỏ tảo và cách sắp xếp các quy trình xử lý để cải thiện việc loại bỏ tảo.

5.      Tác dụng với sinh vật phù du

Tác dụng tiêu diệt sinh vật phù du trong nước của ozone là một quá trình phức tạp, chịu ảnh hưởng của nhiều nhân tố. Trong điều kiện bình thường, khi ozone thêm vào là 2,08mg/l, hiệu suất tiêu diệt động vật phù du có thể lên đến 50%. Khi thêm lượng ozone đạt 4,17mg/l, hiệu suất lên đến 100%.

Ozone có thể tiêu điệt sinh vật phù dù trong môi trường nuôi thủy sản

Cách đo nồng độ ozone

Việc xác định nồng độ ozone có vai trò đặc biệt quan trọng, quyết định đến khả năng làm sạch nước, đồng thời, đảm bảo mức độ phơi nhiễm là an toàn và không gây hại cho vật nuôi. Kỹ thuật viên có thể tiến hành đo nồng độ ozone ngay tại ao nuôi hoặc trong phòng thí nghiệm.

Có 5 phương pháp đo nồng độ ozone được sử dụng phổ biến:

1.      Phương pháp hấp thụ UV

Theo tính chất vật lý, ozone có khả năng hấp thụ mạnh tia cực tím UV(B) với bước sóng 254nm. Do đó, các nhà đo lường phát ra tia cực tím có bước sóng 254 nm. Bước sóng này ít bị hấp thụ bởi nước, do đó, sau khi xuyên qua nước, chúng sáng rọi lên nhờ senso quang- điện.

Nếu cường độ tia sáng đi qua nước không chứa ozone là A và khi có nước là B thì nồng độ ô zôn (C) được tính theo công thức sau:

C= (106 t/273 PLk). Log (A/B) (Đơn vị : ppm)

Trong đó :

-         k : Hằng số thực nghiệm, được xác định bằng phép chuẩn máy

-         T : Nhiệt độ nước/ không khí

-         P : Áp suất nước/ không khí

-         L : Chiều dãi quãng đường tia sáng đi qua trong nước

2.      Phương pháp so màu

Phương pháp so màu được thực hiện nhờ dung dịch Potasium indigo trisulfonate (hợp chất hữu cơ phức tạp chứ C, O, H và S, K). Nhà phân tích sẽ tiến hành cho ozone phản ứng với trisulfonate. Độ màu của Potasium indigo trisulfonate khi tương tác với ozone sẽ tỷ lệ với nồng độ ozone và dựa vào mắt thường hoặc trắc quan mà có thể đưa ra kết luận về nồng độ ozone. Công thức được tính như sau:

C= 100 (B-A)/f.b.V (Đơn vị: ppm)

Trong đó:

C: Nồng độ ozone

A : Tín hiệu ánh sáng đi qua dung dịch không chứa ozone

B : Tín hiệu ánh sáng đi qua dung dịch chứa ozone

f : Hằng số thực nghiệm

b : Quãng đường tia sáng đi qua

V : Thể tích dung dịch thử

3.      Phương pháp quang hóa

Người thực hiện cho etylene tác dụng với ozone và sản phẩm là ánh sáng. Cường độ và phổ của ánh sáng phát ra tỷ lệ với nồng độ ozone.

4.      Phương pháp thể tích

Với phương pháp này, người thực hiện cần chuẩn bị chất phản ứng Tt, chất chỉ thị Ir và chất cần phân tích A. Tiến hành kiểm tra bằng cách : Cho chất phản ứng Tt và chất chỉ thị Ir vào chất phân tích A. Khi đó, màu của chất chỉ thị thay đổi và nồng độ cần cần phân tích C(A) được tính theo công thức sau :

C(A) = C(Tt).V(Tt)M/V(A)

Trong đó:

C(Tt) : Nồng độ của chất phản ứng được cho vào chất phân tích tại thời điểm kết thúc phản ứng

V(Tt) : Thể tích của chất phản ứng được cho vào chất phân tích tại thời điểm kết thúc phản ứng

V(A) : Thể tích chất cần phân tích

M : Tỷ số mol của chất cần phân tích và chất phản ứng Tt trong phản ứng hóa học cần bằng giữa chúng

Thông thường, chất phản ứng để kiểm tra nồng độ ozone là dung dịch Kl, bổ sung thêm axit sulfuric để giữ pH=2.

5.      Phương pháp trực tiếp

Với phương pháp này, nhà nghiên cứu tiến hành chuyển đổi oxy thành ozone và ngược lại. Điều này làm thay đổi thể tích và áp suất khí. Chỉ cần đo sự chênh lệch các thông số trên sẽ biết được nồng độ ozone.
Có thể thấy công nghệ ozone, cụ thể là các sản phẩm máy tạo ozone công nghiệp đóng một vai trò rất quan trọng đối với hệ thống nuôi trồng thủy sản. Với một phương án tối ưu, một hệ thống máy ozone với nồng độ phù hợp chắc chắn sẽ là đòn bẩy phát triển cho hoạt động nuôi trồng thủy sản trong tương lai.