Ôxy là chất khí cần thiết để sinh vật duy trì sự sống. Thành phần của không khí bao gồm 78% là nitơ, 21% ôxy và 1% các chất khí khác, nghĩa là trong 5 lít không khí có khoảng 1,5 gam ôxy.

Ao nuôi cá.
Không khí đáp ứng đầy đủ nhu cầu ôxy cho các loài sống trên cạn và có thể dễ dàng xáo trộn, luân chuyển. Tuy nhiên, trong môi trường thủy sinh, chỉ có khoảng 1 gam ôxy trong 100 lít nước lạnh, thậm chí nồng độ ôxy bão hòa còn thấp hơn khi nước nóng lên.

Ôxy hòa tan trong nước nhờ hai quá trình, gồm sự khuếch tán ôxy từ không khí vào nước, và quá trình quang hợp của thực vật hoặc rong tảo vào ban ngày.

Mặt nước xáo động càng nhiều thì lượng ôxy hòa tan vào nước càng cao. Hình dưới đây cho thấy quan hệ giữa nhiệt độ nước, nồng độ ôxy bão hòa và hàm lượng ôxy hòa tan trong nước.

Nồng độ ôxy bão hòa
Hàm lượng ôxy hòa tan trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ nước. Ở điều kiện bình thường, nồng độ ôxy bão hòa trong nước là xấp xỉ 100%. Nếu cường độ quang hợp của rong tảo quá cao (điều kiện thừa chất dinh dưỡng và chất hữu cơ, còn gọi là phú dưỡng), nồng độ ôxy bão hòa có thể đạt tới 150-200%, nhưng điều đó chỉ xảy ra vào ban ngày (có ánh sáng mặt trời). Ngược lại, vào ban đêm, thực vật và rong tảo sử dụng ôxy cho quá trình hô hấp, khiến nồng độ ôxy hòa tan giảm xuống dưới 100%, thậm chí đến 0% trong một số trường hợp đặc biệt. Sự biến động quá lớn của nồng độ ôxy hòa tan giữa ngày và đêm có thể làm cho các loài thủy sinh vật (cá và tôm) bị stress. Điều này được mô tả trong hình 2, ở đó đường màu xanh cho thấy sự thay đổi nồng độ ôxy trong điều kiện tự nhiên và đường màu đỏ ứng với trường hợp phú dưỡng.

Sự thay đổi hàm lượng ôxy hòa tan trong ao nuôi cá
Sự thay đổi hàm lượng ôxy hòa tan trong nước ao nuôi có vai trò rất quan trọng đối với sự phát triển của cá. Điều kiện tối ưu là duy trì được nồng độ ôxy bão hòa hay hàm lượng ôxy hòa tan cao liên tục. Tuy nhiên, điều kiện bão hòa của ôxy lại chịu sự chi phối của nhiều yếu tố.

Việc cá hấp thụ ôxy sẽ làm giảm dần nồng độ ôxy bão hòa, do lượng ôxy khuếch tán trực tiếp từ không khí vào nước ít hơn lượng ôxy cá đã tiêu thụ. Hơn nữa, sự khuếch tán đó chỉ xảy ra ở tầng nước mặt khoảng 0,5-1,0 mét, còn hàm lượng ôxy ở tầng nước phía dưới ngày càng giảm. Nồng độ ôxy bão hòa cũng giảm, tạo thành môi trường nước nghèo ôxy, nếu trong nước có chứa các chất hữu cơ như thức ăn thừa, cá chết, chất cặn bã, v.v ... Chất hữu cơ và chất dinh dưỡng sẽ chìm dần xuống đáy ao và biến thành bùn đáy. Nếu đáy ao không có ôxy, quá trình phân hủy bùn sẽ sinh ra các chất khí độc hại đối với cá và tôm như khí sunfuahyđrô (H2S), hoặc thậm chí khí mêtan (CH4).

Hình 3 minh họa sự thay đổi của nồng độ ôxy bão hòa trong ao cá kể từ giai đoạn cá bột (trên cùng). Ở giai đoạn này, trong nước có đủ ôxy và lượng bùn đáy ao không đáng kể. Sau vài tháng, khối lượng bùn tăng, nhu cầu ôxy cho cá hô hấp và cho quá trình phân hủy bùn tăng lên, dẫn đến nồng độ ôxy giảm (ở giữa). Tương tự, việc tăng khối lượng chất hữu cơ trong toàn bộ cột nước cũng khiến hàm lượng ôxy giảm mạnh. Khi gần thu hoạch cá (dưới cùng), nhu cầu ôxy cho cá và cho phân hủy bùn tăng cao tới mức nồng độ ôxy bão hòa giảm mạnh và xảy ra hiện tượng thiếu ôxy ở tầng nước dưới. Do đó, cá phải dồn lên tầng nước khoảng 1 mét trên mặt. Trong tầng nước này, lượng ôxy hòa tan phần lớn do tảo cung cấp vào ban ngày. Nhưng vào ban đêm, nồng độ ôxy có thể giảm đến 0%, khiến các loài cá có cơ quan hô hấp khí trời (như cá tra, cá lóc) phải ngoi lên mặt nước lấy ôxy từ không khí, còn các loài chỉ có khả năng hô hấp trong môi trường nước (như cá rô phi) sẽ không thể duy trì sự sống. Để tránh tình trạng thiếu ôxy, các ao nuôi cá rô phi thường có sinh khối/mật độ nuôi rất thấp.

Các ao nuôi cá thường có độ sâu 4-6 mét, nhưng trong giai đoạn cuối trước thu hoạch, cá chỉ sống được ở tầng nước mặt 1,0- 1,5 mét. Khi đó khoảng 70-80% thể tích ao hoàn toàn không sử dụng được do thiếu ôxy ở tầng nước dưới.

Làm thế nào để đo hàm lượng ôxy trong nước?
Trước đây, cách duy nhất để đo hàm lượng ôxy hòa tan trong nước là sử dụng các phương pháp hóa học. Máy đo ôxy ra đời đã cho phép đo ôxy dễ dàng và rất chính xác. Phần lớn các máy đo ôxy, nhất là máy đo ôxy hòa tan (máy đo DO), có đầu dò được bao bằng một màng cảm biến tạo ra dòng điện khi có ôxy.

Khoảng 25 năm trước, điện cực dò ôxy Clark (tế bào Clark) đã từng thống trị thị trường máy đo ôxy trước khi máy đo OxyGuard xuất hiện. Để tế bào Clark hoạt động, người sử dụng phải cung cấp 1 hiệu điện thế vào hai đầu của màng và cường độ dòng điện sinh ra tỉ lệ thuận với lượng ôxy đo được. Tế bào Clark sẽ “yếu dần” – hoạt động của máy tiêu thụ chất điện phân và tốc độ phản ứng của máy giảm dần theo thời gian do những thay đổi xảy ra bên trong đầu dò. Khi đó, cần ngắt hiệu điện thế, căng lại màng và sau khi phục hồi hiệu điện thế cần chờ để tế bào ấm lên.

Ngày nay, máy đo Oxyguard (và các phiên bản của nó) là loại máy đo ôxy sử dụng rộng rãi nhất trên thế giới. Thiết bị này có những ưu điểm sau:
• Cảm biến luôn trực canh - không cần làm ấm.
• Cảm biến phản ứng nhanh với hàm lượng ôxy biến đổi.
• Người sử dụng không phải bảo dưỡng máy thường xuyên.
• Cảm biến có thể cân bằng nhiệt độ. Đối với các máy đo ôxy thông thường, độ nhạy cảm có thể thay đổi theo nhiệt độ nhưng máy đo OxyGuard được thiết kế có khả năng tự cân bằng theo nhiệt độ, đảm bảo đo lường chính xác.

Máy OxyGuard ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng máy đo, máy phát hiện và máy điều chỉnh ôxy hòa tan và ôxy dạng khí ngày càng tăng. Trong suốt 15 năm có mặt trên thị trường, số lượng sử dụng máy OxyGuard tăng lên đáng kể, nhu cầu tìm hiểu kiến thức về điều chỉnh hàm lượng ôxy do đó cũng tăng theo.

Điều chỉnh hàm lượng ôxy hòa tan trong nuôi trồng thủy sản
Nghề nuôi cá đã có lịch sử hàng nghìn năm trên thế giới, bắt đầu từ những nguyên lý nuôi không áp dụng công nghệ (trong các ao tự nhiên hoặc nhân tạo) cho tới các phương pháp thâm canh hiện đại. Các nguyên lý nuôi cũ vẫn còn tồn tại đến ngày nay, nhưng các phương pháp hiện đại có thể giúp các vùng nuôi phát triển thành ngành nuôi trồng thủy sản. Với các thiết bị phát hiện và kiểm soát chất lượng ôxy trong nước, OxyGuard đóng vai trò quyết định đối với sự thay đổi này.

Nhờ đó, công nghệ nuôi cá ngày nay thay đổi rất đa dạng, từ việc kiểm soát ôxy hòa tan không thường xuyên trong các ao nuôi tự nhiên sử dụng máy đo cầm tay tới việc đo lường và điều chỉnh tự động ôxy hòa tan, nhiệt độ, pH và các thông số khác trong nước tái sử dụng nhiều lần.

Trang trại nuôi bằng nước lưu thông đơn giản
Ở các trại này, nước không được tái sử dụng mà chảy 1 chiều trong ao hoặc kênh nuôi cá. Với lượng nước không đổi, việc bơm ôxy hoặc không khí vào nước cấp sẽ giúp tăng mật độ nuôi cá – có thể tăng gấp 3 lần. Nhờ điều chỉnh hàm lượng ôxy hòa tan trong nước cũng như nhiệt độ và pH của nước, người nuôi có thể bổ sung ôxy vào các ao hoặc kênh nuôi cá.

Trang trại nuôi ao
Đối với trại này, việc đo hàm lượng ôxy hòa tan rất quan trọng do quá trình hấp thụ thức ăn của cá liên quan chặt chẽ với hàm lượng ôxy trong nước. Có khá nhiều tác hại khi cho cá ăn trong môi trường nghèo ôxy, việc cho ăn phải dựa trên hàm lượng ôxy bão hòa đo được. Trong một số trường hợp, máy đưa ra cảnh báo ao cần ôxy, sau đó sẽ tự động bổ sung khí này. Với các hệ thống ao sâu, cần đặt máy đo hàm lượng ôxy hòa tan ở một số độ sâu và vị trí nhất định.

Trại nuôi dùng nước tuần hoàn
Đặc điểm của trại này là nước được sử dụng nhiều lần và chỉ liên tục bổ sung một lượng nước không đáng kể. Nước từ các bể chứa, kênh hoặc ao nuôi đổ ra sẽ được lọc theo phương pháp sinh học hoặc cơ học, khử trùng bằng ôzôn hoặc ánh sáng tử ngoại, điều chỉnh pH và bổ sung ôxy trước khi đổ ngược trở lại các bể, kênh hoặc ao nuôi. Ngoài ra, máy cũng kiểm tra các thông số khác như cacbon điôxít hoặc amôni và bổ sung ôxy trong trường hợp cần thiết. Vì vậy, ôxy hòa tan trong nước cung cấp phần lớn ôxy cho cá, còn ôxy bổ sung được bơm vào các bể chứa nước, v.v… Việc đo hàm lượng ôxy trong bể chứa, kênh hoặc ao nuôi là giai đoạn đầu tiên của quá trình bổ sung ôxy.

Trại giống
Các trại giống thường dùng nước tái sử dụng. Việc đo mức nước và hàm lượng ôxy hòa tan trong mỗi bể nên diễn ra song song để tạm ngừng cung cấp nước tới bể trong trường hợp cần thiết. Hệ thống báo động nồng độ ôxy được cài đặt trên các máy đo DO. Với bộ điều khiển có khả năng làm thay đổi nồng độ ôxy bão hòa, người nuôi có thể điều chỉnh việc bơm ôxy vào từng bể nhằm tạo sự cân bằng giữa sinh khối và nhu cầu thức ăn của cá. Thông thường, chỉ 10-20% ôxy được tạo ra nhờ bộ điều khiển ôxy, còn phần lớn nhu cầu ôxy của cá được đáp ứng bởi bộ phận cấp khí trong môi trường nuôi. Hệ thống này khi được điều chỉnh chính xác và linh hoạt nhờ hệ thống Commander có thể giúp cá đạt tăng trưởng tối ưu trong trại nuôi hiện đại. Trong bài sau, chúng ta sẽ xem xét khả năng nâng cao hàm lượng ôxy trong ao nuôi ca tra, và bằng cách đó sẽ giảm hệ số thức ăn và tăng mật độ cá nuôi trong ao.