Hệ thống giám sát, cảnh báo và điều khiển tự động chất lượng nước nuôi trồng thủy sản eAQUA

Tình hình sản xuất

Ngành nuôi tôm và thủy sản Việt Nam gần đây có những bước phát triển vượt bậc và cả những thông tin đáng mừng: Chính phủ đã quyết định con tôm nước lợ là sản phẩm quốc gia và kế hoạch đạt 10 tỷ USD xuất khẩu tôm vào năm 2025. Tuy nhiên, thời gian qua, ở nước ta đã xảy ra một số sự cố ảnh hưởng đến môi trường nước nuôi thủy sản, gây nhiều thiệt hại.

Môi trường nước ô nhiễm tạo điều kiện thuận lợi cho dịch bệnh phát sinh. Vào năm 2012, cả nước có hơn 100.000 ha nuôi tôm bị dịch bệnh (gần 15% diện tích nuôi tôm). Trong các năm 2014, 2015, tổng diện tích nuôi tôm nước lợ bị thiệt hại vào khoảng 50.000 ha. Nguyên nhân do thời tiết biến đổi, nắng nóng kéo dài dẫn đến thiếu nước, nhiệt độ tăng và độ mặn cao làm tôm bị suy yếu, tạo điều kiện cho mầm bệnh phát triển và gây bệnh; mầm bệnh lưu hành rộng rãi; các yếu tố đầu vào như tôm giống, hóa chất dùng xử lý cải tạo môi trường, chế phẩm sinh học chất lượng không đảm bảo,…

Nuôi tôm là nuôi nước. Để nuôi tôm thành công, cần đảm bảo hàng loạt chỉ tiêu chất lượng nước như: nồng độ oxy hòa tan, nhiệt độ, độ pH, TAN, NH₃, Nitrit, H₂S, độ kiềm, độ mặn, nồng độ khoáng chất, nồng độ nitrat, nồng độ phốt pho, mật độ vi khuẩn, mật độ tảo,…phải nằm trong ngưỡng cho phép. Chỉ cần một trong số những chỉ tiêu trên đây vượt quá khỏi ngưỡng thì tôm sẽ bị ảnh hưởng, chậm lớn, giảm sức đề kháng, nhiễm bệnh và chết. Do vậy, việc kiểm soát tất cả các chỉ tiêu chất lượng nước để kịp thời xử lý nhằm đảm bảo chúng nằm trong ngưỡng cho phép là hết sức quan trọng.

Trong số những chỉ tiêu chất lượng nước nói trên, có những chỉ tiêu biến đổi nhanh (thay đổi liên tục trong ngày) như: nồng độ oxy hòa tan, nhiệt độ, độ pH. Những chỉ tiêu này cần phải được theo dõi, giám sát suốt ngày đêm. Những chỉ tiêu còn lại, do tốc độ biến đổi không nhanh, có thể được thực hiện giám sát bằng các bộ thử (KIT) hay máy đo cầm tay để giảm chi phí đầu tư cho hệ thống giám sát. Ngoài ra, nhiều cảm biến đo NH₃, TAN, H₂S… hiện có giá bán rất cao (vài trăm triệu đồng) trên thị trường, nên chưa khả thi về mặt hiệu quả kinh tế khi ứng dụng vào nuôi tôm.

Hiện nay, nhiều trang trại nuôi tôm theo dõi các chỉ tiêu chất lượng nước biến đổi nhanh (nồng độ oxy, pH, nhiệt độ) bằng KIT hay các máy đo cầm tay với tần suất 1-3 lần/ngày. Phương pháp này có những nhược điểm:

• Không thể đo trong đêm (đêm là thời gian dễ xảy ra rủi ro hơn ban ngày)
• Tốn nhiều công, khó kiểm tra xem nhân viên thực hiện giám sát chính xác và đầy đủ không.
• Việc lưu trữ dữ liệu để tổng hợp, phân tích, cải tiến quy trình hầu như không thực hiện được.
• Không thể thực hiện cơ chế giám sát kép (giám sát lại người giám sát) và hạn chế trong việc cảnh báo.

Giải pháp công nghệ

Để khắc phục những nhược điểm nêu trên, Trung tâm Phát triển Công nghệ và Thiết bị Công nghiệp Sài Gòn (CENINTEC) đã nghiên cứu và phát triển hệ thống giám sát, cảnh báo và điều khiển tự động chất lượng nước nuôi trồng thủy sản e-AQUA (Hình 1) với những đặc điểm sau:

• Tự động đo những chỉ tiêu biến đổi nhanh liên tục, suốt ngày đêm.
• Một hệ thống dùng được cho 4 ao nuôi, một ao đo 2 điểm (tổng cộng là 8 điểm đo/hệ thống) để giảm chi phí đầu tư.
• Lưu trữ kết quả đo trên trung tâm dữ liệu để phân tích, cải tiến cho vụ nuôi sau.
• Cảnh báo qua điện thoại di động từ xa để giám sát kép, tránh rủi ro.
• Hệ thống cho phép kết nối để điều khiển các thiết bị (quạt, bơm oxy, …).

Hình 1: Mô hình hệ thống e-Aqua.

Hệ thống đã được đăng ký sở hữu trí tuệ và đã có công văn cấp văn bằng bảo hộ số 15112/SHTT-SC3 của Cục Sở hữu trí tuệ.

Sơ đồ lắp đặt hệ thống và bố trí các điểm đo được trình bày trên Hình 2.

Hình 2: Sơ đồ bố trí các điểm đo.

Một số hình ảnh về giao diện trên thiết bị di động để giám sát và điều khiển từ xa được trình bày ở các hình 3 và 4.

Hình 3: Giao diện trên thiết bị di động để giám sát từ xa.

Hình 4: Giao diện trên smartphone để điều khiển từ xa.

Mô hình lắp đặt

Trong ao nuôi thủy sản nồng độ ô xy hòa tan (DO) phân bố tăng dần từ trong ra ngoài theo đường kính, nên DO thấp nhất sẽ là giữa ao. Nên chọn điểm đo đầu tiên là điểm giữa ao (cách hố xi phông từ 1–2 m) nhằm mục đích xác định hàm lượng DO tại điểm thấp nhất lúc đó có thể ước tính được hàm lượng chất độc trong ao để lên phương án xử lý ao. Điểm thứ 2 là điểm cách góc ao 1/6 đường chéo ao (cách bờ từ 3–4 m) vì điểm này đại diện cho gần bờ nhất và cũng là khu vực tôm ăn và phát triển.

Với những ao có diện tích nhỏ hơn 1.500 m² thì sự thay đổi chất lượng giữa điểm gần bờ và điểm giữa ao không nhiều nên có thể dùng hệ thống e-AQUA đo cho 8 ao.

Sơ đồ lắp đặt hệ thống e-AQUA cho 8 ao nhỏ hơn 1.500 m².

Với những ao có diện tích lớn hơn 2.000 m² nên đo mỗi ao 2 điểm để có kết quả chính xác chất lượng nước trong ao.

Sơ đồ lắp đặt hệ thống e-AQUA cho 4 ao lớn hơn 2.000 m².

Khoảng cách từ điểm cần đo cho đến máy không nên vượt quá 100m. Các đường ống dẫn nước đo phải được chôn cách mặt đất 0,2 mét, mục đích cách ly với nhiệt độ môi trường để không ảnh hưởng các chỉ tiêu trong quá trình máy đo lấy mẫu.

Ưu điểm của công nghệ. Hiệu quả kinh tế

Ưu điểm

Hệ thống e-AQUA hoạt động theo nguyên lý tập trung, 1 hệ thống e-AQUA đo được cho 8 điểm đo. Do đó sẽ đơn giản hơn trong quá trình lắp đặt, vận hành và bảo trì hệ thống. Bên cạnh đó hệ thống e-AQUA sử dụng các cảm biến trong nhà (indoor) nên sẽ tăng tuổi thọ và độ ổn định của hệ thống so với các phương pháp đo tại ao. Bảng 1 thể hiện một số tính năng ưu việt của hệ thống e-AQUA so với các sản phẩm khác theo phương pháp đo tại ao.

Bảng 1. So sánh một số tính năng của hệ thống e-AQUA và các thiết bị khác theo phương pháp đo tại ao

Hiệu quả kinh tế

Kết quả sử dụng thử nghiệm trên ao nuôi tôm tại HTX Hưng Phú, Sóc Trăng cho thấy:

• Tiết kiệm 2,5 triệu tiền điện cho 1 ao trong 1 vụ.
• Tăng 8–10% năng suất nuôi, tương ứng 30 triệu đồng/ ao/vụ so với ao đối chứng.
• Giảm chi phí thuốc và hóa chất.
• Kịp thời cảnh báo các sự cố.
• Giúp chủ trang trại theo dõi mọi lúc, mọi nơi từ xa qua điện thoại di động hay máy tính bảng.

Thông tin liên hệ chuyên gia, hỗ trợ

TS. Nguyễn Minh Hà

Trung tâm Phát triển Công nghệ và Thiết bị công nghiệp Sài Gòn (CENINTEC)

Địa chỉ: 91 Nguyễn Trọng Lội, Phường 4, Quận Tân Bình, TP. Hồ Chí Minh

Điện thoại: 0983 221 831                             

Email: [email protected]