1. Giới thiệu

       Ozone là chất khí màu xanh, được hình thành từ sự kết hợp giữa phân tử O2 với nguyên tử O. Nguyên tử O liên kết kém bền với phân tử O2, dễ dàng phân hủy thành O2 và O. Nguyên tử oxy có khả năng oxy hóa mạnh, chúng được sử dụng nhiều trong xử lý nước uống và nước thải công nghiệp (Von Gunten, 2003). Với chức năng cải thiện chất lượng nước, làm giảm nitrit, vật chất hữu cơ lơ lửng, tiêu diệt vi khuẩn, virus, nấm và ký sinh trùng gây bệnh cho vật nuôi, thông qua các phản ứng oxy hóa (Liltved et al., 1995). Do đó, ozone được đề xuất sử dụng cho hệ thống nuôi thủy sản từ đầu năm 1954 (Forneris et al., 2003). Với ưu điểm, ozone tốc độ phản ứng nhanh, gấp 600 – 3000 lần so với chlorine (Majumdar and Sproul, 1974), sản phẩm cuối cùng là oxy nên rất thân thiện với môi trường (Summerfelt and hochheimer, 1997). Vì vây, ozone ngày càng được sử dụng nhiều trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản (Liltved et al., 1995) và được xem là sản phẩm thay thế cho hóa chất (Summerfelt and hochheimer, 1997). Trong góc độ bài báo này sẽ trình bày những hiệu quả của việc ứng dụng ozone trong nuôi trồng thủy sản.

       2. Ứng dụng của ozone trong nuôi trồng thủy sản

       2.1 Cải thiện chất lượng nước

       Ozone được sử dụng trong hệ thống tuần hoàn với liều lượng 7 – 36 g O3/kg thức ăn/ngày, nhằm mục đích cải thiện chất lượng nước như: oxy hóa nitrit thành nitrat, kết tủa các chất hữu cơ hòa tan (Summerfelt and Hochheimer, 1997; Summerfelt et al., 1997), giảm TSS và CO2 (Summerfelt et al., 2008), oxy hóa kim loại nặng (Summerfelt, 2003; Tạ Văn Phương, 2006), COD và BOD (Summerfelt, 2003), loại bỏ màu sắc nước và mùi trong hệ thống nuôi (Liang et al., 2007). Theo Rosenthal (1981) được trích dẫn bởi Summerfelt and hochheimer (1997), hàm lượng TOC giảm khi sử dụng ozone với liều lượng 0,1 – 0,2 mg O3/mg TOC, nhưng gia tăng hàm lượng BOD5. Điều này cho thấy, với liều lượng ozone như trên, ozone không thể oxy hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ, nhưng chúng đã cắt mạch carbon dài thành những mạch carbon ngắn, những mạch carbon ngắn này dễ dàng bị phân hủy bởi vi khuẩn (Krumins et al., 2001). Vì vậy, để loại bỏ tối đa carbon trong hệ thống tuần hoàn nên sử dụng ozone với liều lượng 0,7 mg O3/mg TOC (Edwards et al., 1993). Krumins et al (2001) báo cáo rằng, hàm lượng TOC giảm từ 2 – 4 ppm và giảm 0,15 mg/l nitrit, sau 6h sục khí ozone với liều 15 g O3/kg thức ăn. Tương tự, Summerfelt et al (1997) cũng báo cáo, hàm lượng nitrit, carbon hữu cơ trong hệ thống tuần hoàn nuôi cá hồi giảm, khi sử dụng 36 – 39 g ozone/ kg thức ăn. Hàm lượng VSS và SS giảm khoảng 42 – 52,5% và DOC giảm 29,3–30,6%,  khi hệ thống tuần hoàn nuôi cá Acanthopagrus schlegelii được sục khí ozone, có nồng độ 20 g O3/kg thức ăn/ngày (Park et al., 2013). Martínez et al (2011), đã xử lý nước thải sinh hoạt bằng ozone, với liều lượng 13 mg/L. Kết quả cho thấy, ozone làm giảm 88% COD, 68% BOD5 và 75% SS.

       Ngoài phản ứng oxy hóa làm giảm hàm lượng vật chất hữu cơ trong nước, ozone cũng được đánh giá cao trong việc loại bỏ nitrit (Rosenthal and Otte, 1979). Suantika et al (2001) đã báo cáo, ozone đã làm giảm 85% nitrit, 67% Nitrat và vật chất hữu cơ lơ lửng trong hệ thống nuôi thâm canh luân trùng Brachionus plicatilis. Hàm lượng nitrit trong hệ thống nuôi giảm đáng kể, khi kết hợp giữa ozone với protein skimmer (Schroeder et al., 2010). Trong khi đó, Tạ Văn Phương (2006) đã báo cáo, hàm lượng NO2- được loại bỏ hoàn toàn khi nồng độ ozone trong bể ương tôm sú đạt 0,175 mg/L.

       2.2 Khử trùng nguồn nước cho hệ thống nuôi

       Ozone có hiệu quả làm bất hoạt virus, vi khuẩn, nấm và sinh vật đơn bào gây bệnh cho nhiều đối tượng thủy sản (Sharrer and Summerfelt, 2007). Chúng có khả năng tiêu diệt 99,9% vi khuẩn gây bệnh như: Vibrio  alginolyticus, Aeromonas salmonicida, Vibrio anguillarum, Vibrio salmonicida, Yersinia rucker (Liltved et al., 1995), khi chúng tiếp xúc vơi ozone có nồng độ khoảng 0,15 – 0,2 mg/L, trong thời gian 180 giây. Tương tự, mật độ vi khuẩn Pfiesteria piscicida và Vibrio anguillarum giảm 99% khi chúng tiếp xúc với ozone có nồng độ 0,063 - 0,064 mg/L trong thời gian 1 phút (Sugita et al., 1992). Tạ Văn Phương (2006) cũng báo cáo, mật độ vi khuẩn Vibrio spp. bị tiêu diệt hoàn toàn khi nồng độ ozone trong bể ương tôm đạt 0,255 mg/L. Theo Wedemeyer (1996), để gây bất hoạt vi khuẩn thì hàm lượng ozone còn lại trong nước nên được duy trì từ 0,1 – 2 mg/L trong khoảng thời gian 1 - 30 phút, tùy theo từng dòng vi khuẩn. Ozone cũng tiêu diệt 99,9% virus IPNV (infectious pancreatic necrosis virus), khi tiếp xúc với ozone có nồng độ từ 0,15 – 0,20 mg/L trong thời gian 180 giây (Liltved et al., 1995). Arimoto et al (1996) cũng báo cáo, ozone gây bất hoạt virus SJNNV (striped jack nervous necrosis virus), khi tích của nồng độ ozone (C) và thời gian (T) đạt 0,25. Theo Arimoto et al (1992) được trích dẫn bỡi Gonçalves and Gagnon (2011) thì Nodavirus gây bệnh trên cá Pseudocaranx dentex có thể lây truyền từ cá mẹ sang trứng và ấu trùng trong quá trình đẻ trứng. Nodavirus thì được báo cáo là rất bền và chịu được nhiều điều kiện môi trường sống khác nhau. Tuy nhiên, chúng dể dàng bị bất hoạt khi tiếp xúc với ozone (Grotmol and Totland, 2000). Ozone cũng đem lại hiệu quả tích cực khi dùng để gây bất hoạt các virus gây bệnh trên bào ngư (Dixon et al., 1991), trên giáp xác (Chang et al., 1998), các virus gây bệnh trên tuyến tụy cá hồi Đại Tây Dương (McLoughlin et al., 1996). Mặc dù ozone có nhiều ưu điểm trong phòng bệnh và quản lý chất lượng nước nhưng hiện nay chỉ có một vài nông trại nuôi tôm áp dụng nó (Sellars et al., 2005). Do các hiểu biết về nồng độ gây bất hoạt virus gây bệnh trên tôm còn hạn chế (Sellars et al.,  2005). Chang et al (1998), đã so sánh khả năng làm bất hoạt virus gây bệnh đốm trắng trên tôm sú Penaeus monodon giữa một vài loại hóa chất thường được sử dụng để khử trùng nguồn nước với ozone. Kết quả cho thấy, virus WSSV bị bất hoạt hoàn toàn khi tiếp xúc với ozone có nồng độ 0,5 mg/l TRO, trong thời gian 10 phút. Schuur (2003) cho rằng, để bất hoạt các virus gây bệnh cho các loài giáp xác thì tích số giữa nồng độ ozone với thời gian (C x T) trong khoảng 7,5 – 10.

       Ozone cũng được sử dụng để giảm mật độ vi khuẩn trong hệ thống tuần hoàn (Sharrer and Summerfelt, 2007; Summerfelt et al., 2009) và giảm tác nhân gây bệnh cơ hội cho cá (Summerfelt, 2003), giúp ổn định thành phần vi khuẩn trên màng lọc sinh học trong thống nuôi artemia (Wietz et al., 2009). Mật độ vi khuẩn Vibrio spp cũng giảm đáng kể trong hệ thống tuần hoàn nuôi cá Acanthopagrus schlegelii, khi sử dụng ozone có hàm lượng 20 g O3/kg thức ăn/ngày (Park et al., 2013). Tuy nhiên, để khử trùng nguồn nước trong hệ thống tuần hoàn, đồi hỏi hàm lượng ozone phải cao. Vì trong hệ thống này hàm lượng nitrit và chất hữu cơ cao (Bullock et al., 1997). Nhưng sử dụng ozone với liều lượng cao sẽ gây độc cho cá (Bullock et al., 1997). Do đó, việc kết hợp giữa ozone và đèn UV đã nâng cao hiệu quả khử trùng nguồn nước và giảm nguy cơ tác động xấu đến sức khỏe vật nuôi do ozone gây ra. Vi khuẩn trong nước bị loại bỏ hoàn toàn, khi sử dụng ozone với lưu lượng khí 0,1 – 0,2 mg/L/phút kết hợp với đèn UV, có cường độ chiếu xạ 50 mJ/cm2 (Sharrer and Summerfelt, 2007). Vi sinh cũng được bổ sung vào hệ thống nuôi sau khi xử lý ozone để tăng hiệu quả khử trùng nguồn nước. Meunpol et al (2003) đã báo cáo, giảm 3 đơn vị log vi khuẩn Vibrio harveyi D331 khi xử lý nước kết hợp giữa ozone có nồng độ 0,35 mg O3/L ROC, trong 30 phút với bổ sung Bacillus S11.

       Trong quá trình ương nuôi các đối tượng thủy sản. Khử trùng nguồn nước tốt cũng góp phần hạn chế lây lan mầm bệnh và năng cao năng suất cho hệ thống ương, nuôi. Do đó, Ozone cũng được dùng để khử trùng nguồn nước cấp và nước thài, nhằm hạn chế lấy lan mầm bệnh trong các trại sản xuất giống và các hệ thống nuôi thủy sản (Summerfelt et al., 2008). Ozone được bơm theo dòng nước cấp vào hệ thống bằng nhiều cách khác nhau, nhằm nâng cao hiệu quả diệt mầm bệnh, giảm chất hữu cơ lơ lửng. Bên cạnh việc giảm sinh khối vi khuẩn trong nước, ozone còn giúp tăng tạo các hạt micro-floc từ các chất hữu cơ. Do đó, đã cải thiện được năng suất lọc (Williams et al., 1982).

       2.3 Cải thiện tỷ lệ sống và năng suất trong hệ thống nuôi

       Sử dụng ozone với nồng độ 0,025 kg ozon/kg thức ăn, đã cải thiện đáng kể chất lượng nước trong bể nuôi và năng suất của bể lọc sinh học (Summerfelt and hochheimer, 1997) và giảm tỷ lệ cá chết do vi khuẩn gây ra (Bullock et al., 1997). Tương tự, sử dụng ozone với nồng độ trong khoảng 0,036 - 0,039 kg ozon/kg thức ăn, đã cải thiện đáng kể tỷ lệ sống của cá hồi Oncorhynchus mykiss, khi chúng được nuôi trong hệ thống tuần hoàn (Bullock et al., 1997). Cũng với hình thức nuôi cá hồi Oncorhynchus mykiss trong hệ thống tuần hoàn. Good et al (2011) báo cáo rằng, tăng trưởng của cá được cải thiện đáng kể khi ozone được sử dụng vào hệ thống nuôi. Ozone được chứng minh là không gây độc cho tôm postlavae khi chúng tiếp xúc với ozone ở nồng độ loại bỏ virus gây bệnh hiện diện trong môi trường nuôi tôm (Meunpol et al., 2003). Tuy nhiên, những nghiên cứu đánh giá về khả năng tác động của ozone lên phôi tôm cũng như khả năng diệt virus gây bệnh trên tôm vẫn còn hạn chế. Do đó, độc tính của ozone cần được xác định cho từng loài nuôi trước khi khuyến cáo ứng dụng ozone để cải thiện chất lượng nước và kiểm soát mầm bệnh trong hệ thống nuôi loài này (Gonçalves and Gagnon, 2011). Tỷ lệ sống của tôm sú penaeus monodon cũng được cải thiện đáng kể sau khi chúng tiếp xúc với ozone có nồng độ 0,1 – 1 ppm (Meunpol et al., 2003).  Trần Thị Kiều Trang và ctv (2006) cũng báo cáo, ấu trùng tôm sú tiếp xúc với ozone có nồng độ ozone trong khoảng 0,12 – 0,27 mg/L sẽ gia tăng tỷ lệ sống của ấu trùng. Tỷ lệ sống của ấu trùng tôm Jasus edwardsii giai đoạn IX được cải thiện đáng kể khi chúng tiếp xúc với ozone. Tuy nhiên, tỷ lệ dị tật và tỷ lệ chết của ấu trùng tôm ở các giai đoạn sau sẽ tăng khi tăng nồng độ ozone (Ritar et al., 2006)

       2.4 Cải thiện tỷ lệ nở

       Trong sản xuất giống, nấm và ký sinh trùng là một tác nhân gây bệnh phổ biến trên trứng và ấu trùng thủy sản (Forneris et al., 2003).  Forneris et al (2003) đã báo cáo, nấm Saprolegniasis đã làm giảm từ 20 – 40% sản lượng trứng trong trại sản xuất giống cá hồi và ảnh hưởng đến quá trình phát triển phôi của trứng. Do đó, việc sử dụng ozone để khử trùng bề mặt vỏ trứng đã đem lại nhiều nhiệu quả tích cực (Sharrer and Summerfelt, 2007; Summerfelt et al., 2009). Tỷ lệ nở của trứng cá hồi vân được cải thiện khoảng 69,4%, khi hàng ngày trứng cá được tiếp xúc với ozon có nồng độ 0,1 mg/L, trong 10 phút (Forneris et al., 2003). Kết quả cũng tương tự với cá Latris lineate, khi trứng được xử lý với ozone có nồng độ 1 mg/L trong thời gian 1 phút (Battaglene and Morehead, 2006). Grotmol and Totland (2000) cũng báo cáo, trứng cá Hippoglossus hippoglossus có tỷ lệ nở trên 80%, khi được xử lý bằng ozone có nồng độ 1 ppm trong 5 phút. Tương tự, tỷ lệ nở của trứng loài Argyrosomus japonicus được cải thiện hơn  99%, khi trứng được tiếp xúc với ozone có giá trị C x T = 1 (Ballagh et al., 2011). Nồng độ ozone trong khoảng 0,5 – 2 mg/L, được dùng để diệt virus và vi khuẩn gây bệnh cho trứng tôm he (Coman and Sellars, 2007). Diệt 100% bào tử nấm Lagenidium  callinectes,  Haliphthoros  milfordensis và  Fusarium  solani, khi chúng tiếp xúc với ozone có nồng độ 0,8 – 1 mg/L, trong khoảng thời gian 6 phút (Crisp et al. 1990). Ghomi et al (2007) cũng báo cáo, 100% nấm trên trứng cá Acipenser persicus bị tiêu diệt, khi tiếp xúc ozone có nồng độ 0,15 mg/L. Tuy nhiên, trứng thụ tinh của các loài cá khác nhau thì mức chịu đựng hàm lượng ozone hòa tan cũng khác nhau. Do đó, cần phải xác định mức độ tiếp xúc với ozone của từng loài cho phù hợp (Grotmol et al., 2003). Ngoài ra, các chất oxy hóa được hình thành trong quá trình ozone hóa nước biển cũng có khả năng phản ứng với các hợp chất trên vỏ trứng, làm thay đổi chức năng của nó và có thể ảnh hưởng đến khả năng nở của trứng. Grotmol et al (2003), đã nghiên cứu ảnh hưởng của ozone lên tỷ lệ nở của trứng cá Gadus morhua, Scophthalmus maximus và Hippoglossus hippoglossus, khi cho trứng tiếp xúc với ozone có nồng độ 2 mg O3/L trong thời gian 2 phút. Kết quả cho thấy, nồng độ ozone 2 mg O3/L đã làm bất hoạt các tác nhân gây bệnh cho trứng nhưng không có tác động tiêu cực đến trứng và tỷ lệ nở của trứng được cải thiện đáng kể.

       2.5 Loại bỏ tảo độc và độc tố của nó

       Có nhiều báo cáo công bố kết quả sử dụng ozone để diệt tế bào tảo (Sengco, 2009). Deeds et al (2004) đã báo cáo, nồng độ ozone 0,4 mg/L có thể diệt trên 80% tế bào tảo Karlodinium micrum trong các nông trại nuôi cá ở Chesapeake Bay (Maryland, USA). Tương tự, các loài tảo Prorocentrium triestinum, Scrippsiella trochoidea và Karenia diginata cũng bị diệt khi tiếp xúc với ozone có nồng độ 1 g/m3 trong thời gian 15 phút (Ho and Wong, 2004). Ozone cũng có kết quả cao trong loại bỏ tảo Karenia brevis và độc tố của nó. 80% tế bào tảo Karenia brevis bị diệt khi tiếp xúc với nồng độ ozone 25 mg/L trong 10 giây và 100% tế bào tảo bị tiêu diệt trong 60 giây. Đồng thời độc tố brevetoxins do tảo tiết ra trong môi trường nước cũng giảm đáng kể sau khi tiếp xúc với ozon trong thời gian 10 phút (Schneider et al., 2003).

       Một vấn đề quan trọng khác là hiện tượng thủy triều đỏ đã làm gia tăng độc tính brevetoxin tích lủy trong cơ thể nhuyễn thể (Schneider et al., 2003). Độc tố này sẽ gây độc cho hệ thần kinh và có thể gây chết người (Baden et al., 1984). Nước biển được ozone hóa đã được chứng minh có hiệu quả trong việc loại bỏ độc tố brevetoxin trong nước, đồng thời cũng có khả năng làm giảm tích lủy độc tố trong cơ thể nhuyễn thể (Blogoslawski et al., 1979). Schneider et al (2003), đã kiểm tra hiệu quả khả năng loại bỏ tảo gây ra hiện tượng thủy triều đỏ Karenia brevis và độc tố của nó tiết ra trong môi trường nước biển nhân tạo. Kết quả cho thấy ozone gần như loại bỏ hoàn toàn độc tố trong môi trường nước.

       3. Kết luận

       Ozone được nghiên cứu và ứng dụng nhiều trong hệ thống tuần hoàn, nhằm cải thiện chất lượng nước và hạn chế mầm bệnh cho đối tượng nuôi

       Trong sản xuất giống, ozone được nghiên cứu sử dụng cho việc xử lý trứng hoặc xử lý nước trước khi cấp vào bể ương.

       Nghiên cứu sử dụng ozone trong hệ thống ương,  nuôi thủy sản vẫn còn hạn chế. Đa phần tập trung trên các đối tượng cá. Nghiên cứu sử dụng ozone cho giáp xác chỉ tập trung ở giai đoạn giống của tôm sú (Penaeus monodon) và tôm thẻ chân trắng (Penaeus vannamei) và chưa có nghiên cứu nào về ozone cho giai đoạn nuôi thương phẩm của hai đối tượng này.

TS. Nguyễn Việt Bắc - Trường Cao đẳng Cộng đồng Cà Mau