Nghiên cứu, xây dựng hệ thống tích hợp đa cảm biến hỗ trợ giám sát các thông số môi trường nước lợ tại trang trại nuôi tôm khu vựctp hồ chí minh

HCM trang bìa BÁO CÁO TỔNG KẾT NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG HỆ THỐNG TÍCH HỢP ĐA CẢM BIẾN HỖ TRỢ GIÁM SÁT CÁC THÔNG SỐ MÔI TRƯỜNG NƯỚC LỢ TẠI TRANG TRẠI NUÔI TÔM KHU VỰC TP.. HCM trang giá

i

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM

(trang bìa)

BÁO CÁO TỔNG KẾT

NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG HỆ THỐNG TÍCH HỢP ĐA CẢM BIẾN

HỖ TRỢ GIÁM SÁT CÁC THÔNG SỐ MÔI TRƯỜNG NƯỚC LỢ TẠI

TRANG TRẠI NUÔI TÔM KHU VỰC TP HỒ CHÍ MINH

Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương

Cơ quan chủ trì: Trường Đại Học Công Nghiệp TP HCM

Chủ nhiệm nhiệm vụ: TS Bùi Thư Cao

Thời gian thực hiện: 01/2018-06/2019

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2019

ii

BỘ CÔNG THƯƠNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP HCM

(trang giáp bìa)

BÁO CÁO TỔNG KẾT NHIỆM VỤ CẤP BỘ

NGHIÊN CỨU, XÂY DỰNG HỆ THỐNG TÍCH HỢP ĐA CẢM BIẾN

HỖ TRỢ GIÁM SÁT CÁC THÔNG SỐ MÔI TRƯỜNG NƯỚC LỢ TẠI

TRANG TRẠI NUÔI TÔM KHU VỰC TP HỒ CHÍ MINH

Cơ quan chủ quản: Bộ Công Thương

Cơ quan chủ trì: Trường Đại Học Công Nghiệp TP HCM

Chủ nhiệm nhiệm vụ: TS Bùi Thư Cao

Thời gian thực hiện: 01/2018-06/2019

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH - 2019

(trang nhan đề)

iii

DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THAM GIA THỰC HIỆN NHIỆM VỤ

iv

Lời cảm ơn

Lời đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban Giám Hiệu Trường Đại Học Công Nghiệp TP.HCM, Phòng QLKH&HTQT đã động viên, khích lệ và tạo điều kiện tốt cho tôi trong suốt quá trình nghiên cứu, hoàn tất đề tài

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các công sự KS Trần Mạnh Tiến, Trung tâm Dịch vụ Phân tích Thí nghiệm Thành phố Hồ Chí Minh và KS Phạm Nguyễn Quốc Tiến đã hỗ trợ và tham gia tích cực trong nhóm nghiên cứu để hoàn thành đề tài này

Tôi cũng xin gửi lời cam ơn chân thành đến anh Dương Đức Trọng, giám đốc điều hành, Tập Đoàn Việt Úc – chi nhánh Bạc Liệu và anh Nguyễn Trọng Huy, giám đốc công ty TNHH Đầu

Tư Thủy Sản Huy Thuận - Trung Tâm Sản Xuất Tôm Giống Huy Thuận-Bình Đại, Bến Tre Đây là những công ty đã giúp đở chúng tôi rất nhiều trong việc hoàn thiện sản phẩn

Đặc biệt tôi xn gửi lời cảm ơn chân thành đến anh Võ Văn Hai (Điện thoại: 0335529184), chủ trang trại nôi tôm tại ấp An lộc, Xã Tam Thôn Hiệp, Huyện Cần Giờ, TP Hồ Chí Minh, người đã hỗ trợ tận tình cho nhóm nghiên cứu làm khảo nghiệm tại trang trại nuôi tôm.

Nội dung gồm 06 chương:

9 Nội dung 1 Tìm hiểu tổng quan quá trình giám sát các thông số môi trường trong quá trình nuôi tôm hiện nay Trong nôi dung này nhóm nghiên cứu đã khảo sát các

mô hình và qui trình nuôi tôm ở Cần Giờ, Bạc Liêu và Bến Tre Từ đó xác định mô hình và qui trình giám sát các thông số môi trường nước ao tôm

9 Nội dung 2 Thực hiện nghiên cứu khảo sát nguyên lý hoạt động của các loại máy đo đạc cho 05 chỉ số môi trường nước như máy đo độ PH, độ hòa tan oxy, độ mặn, độ đục và nhiệt độ Từ đó chọn lựa chủng loại cảm biến giám sát tự động online cho 05 thông số môi trường nước

9 Nội dung 3 Trên cơ sở 05 cảm biến môi trường được chọn lựa ở chương 2, nhóm nghiên cứu lựa chọn công nghệ truyền và xử lý dữ liệu thu từ các phản hồi của cảm biến đáp ứng yêu cầu có thể đo đạc ở các vùng địa lý khác nhau

9 Nội dung 4 Trên cơ sở 05 loại cảm biến đã được chọn ở chương 2 và các kỹ thuật truyền và xử lý dữ liệu thu được lựa chọn ở chương 3, nhóm nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống trạm tích hợp đa cảm biến, thu nhận dữ liệu gửi về hệ thống máy chủ giám sát các thông số môi trường online sử dụng kết nối IoT và công nghệ điện toán đám mây

9 Nội dung 5 Sau khi hệ thống đã được lắp đặt hiệu chỉnh và khảo nghiệm, sẽ được đưa đến áp dụng thử nghiệm tại một doanh nghiệp nuôi tôm Kết quả cho thấy dữ liệu đo đạc đáp ứng được các yêu cầu về độ chính xác và thời gian xử lý

9 Nội dung 6 Viết báo cáo tổng hợp các nội dung đã thực hiện

Phương pháp thực hiện: theo 4 bước sau

9 Bước 1 Xác định các thông số đầu vào và ra của bài toán thiết kế Trong đó các thông số đầu vào là các loại cảm biến với các thông số đã được chọn lựa ở chương

2, môi trường nuôi tôm nước lợ và địa bàn ở khu vực đồng bằng Thông số đầu ra là

dữ liệu các thông số môi trường được lưu trữ trên Cloud và hiện thị trên web

9 Bước 2 Thiết kế mô hình phác thảo hệ thống trạm tích đa cảm biến Từ đó thiết kế

sơ đồ khối và sơ đồ nguyên lý cho toàn hệ thống

9 Bước 3 Tiến hành lắp đặt, hiệu chỉnh và khảo nghiệm hệ thống

9 Bước 4 Triển khai áp dụng thực tế và hiệu chỉnh tối ưu hóa hệ thống

Kết quả, đầu dò tích hợp được thiết kế và lắp đặt nhỏ gọn, được đóng võ nhựa để chống nước

vi

và chống va đập trong quá trình sử dụng Hệ thống cơ cấu chấp hành gồm một tay máy trục xoay và một động cơ cuộn đưa đầu dò lên xuống thực hiện đo và xử lý vệ sinh đầu dò Hệ thống trạm tích hợp đa cảm biến hoạt động tốt, chịu được mưa, gió và có độ chính xác và ỗn định cao Trên cơ sở đó, nhóm nghiên cứu đã viết bài báo thể hiện nghiên cứu cải tiến về máy đo độ mặn bằng phương pháp điện cực không tiếp xúc Bài báo được đăng trên tạp chí cấp Trường Đại Học Công Nghiệp TP HCM

Kết luận, đề tài đã đạt được các mục tiêu đề ra là xây dựng hệ thống giám sát tích hợp đa cản

biến online các thông số môi trường nước lợ, ứng dụng công nghệ tự động hóa và IoT trong nuôi tôm công nghệ cao để nâng cao hiệu quả sản xuất Bên cạnh đó đề tài đã xây dựng một phương pháp mới trong thiết kế bộ cảm biến đo độ mặn bằng phương pháp điện cực không tiếp xúc, sử dụng nguyên lý đo suy hao công suất của sóng microwave

Một số điểm đóng góp mới và nổi bật của đề tài:

9 Ghép tích hợp đa cảm biến và đo online các thông số môi trường và truyền dẫn sóng vô tuyến lên Cloud để giám sát online các thông số môi trường nước ao nuôi tôm

9 Sử dụng nước làm sạch đầu dò cảm biến một cách đơn giản, giúp duy trì và ổn định độ chính xác của thiết bị đo, đồng thời làm tăng thời gian sử dụng của thiết bị

9 Với những ý tưởng xây dựng trạm tích hợp đa cảm biến của đề tài có thể phát triển rộng

ra trong lĩnh vực nuôi trồng thủy sản, như nuôi: tôm, cá, cua,

Hướng phát triển của tài:

- Cần bổ xung thêm các tính năng hiển thị đồ thị và cảnh báo qua tin nhắn sms cho bà con nuôi tôm khi có sự cố các thông số môi trường vượt ngưỡng

- Triển khai phát triển hệ thống trạm cảm biến đo độ mặn nhỏ và gọn hơn, để có thể dễ dàng cho quá trình vận chuyển và bảo trì hệ thống

- Hệ thống trạm tích hợp đa cảm biến có thể được ứng dụng rộng rải trong nuôi trồng thủy

sản và nông nghiệp thông minh

vii

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH ix

DANH MỤC BẢNG xii

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Mục tiêu nghiên cứu 1

Chương 1 Giới thiệu tổng quan 2

1.1.Hiện trạng trong nước việc ứng dụng quan trắc môi trường trong nuôi tôm 2

1.2.Hiện trạng ngoài nước việc ứng dụng quan trắc môi trường trong nuôi tôm 7

1.3.Đánh giá thực trạng việc sử dụng các công cụ giám sát môi trường nước ao nuôi tôm 8

1.4.Lý do cần thực hiện đề tài 9

Chương 2 Nghiên cứu tổng quan 10

2.1.Nghiên cứu các qui trình công nghệ nuôi tôm 10

2.1.1 Mô hình và qui trình nuôi tôm 10

2.1.2 Mô hình hệ thống giám sát 12

2.1.3 Qui trình giám sát các thông số môi trường nước 12

2.2.Nghiên cứu và lựa chọn các loại cảm biến thông số môi trường nước cho quá trình nuôi tôm 15 2.2.1 Cảm biến đo độ pH 15

2.2.2 Cảm biến nồng độ Oxy hòa tan (DO) 19

2.2.3 Cảm biến độ mặn 24

2.2.4 Cảm biến độ đục 28

2.2.5 Cảm biến nhiệt độ 31

Chương 3 Nghiên cứu, lựa chọn công nghệ truyền và xử lý dữ liệu thu được từ các phản hồi của thiết bị đo 33

3.1.Khảo sát và lựa chọn mô đun truyền thông không dây 33

viii

3.2.Thiết kế điều khiển lọc nhiễu dữ liệu và xử lý hiệu chỉnh bù nhiệt cho các cảm biến 35

3.3.Thiết kế giao thức truyền thông không dây BPV1(Biosensor Protocol V1) 36

Chương 4 Nghiên cứu thiết kế và chế tạo hệ thống trạm tích hợp đa cảm biến 39

4.1 Thiết kế hệ thống tích hợp đa cảm biến 39

5.1 Kết quả mô hình trạm cảm biến tích hợp giám sát các thông số môi trường nước ao nuôi tôm 46 5.2 Kết quả số liệu khảo nghiệm của trạm cảm biến tích hợp giá sát các thông số môi trường nước ao nuôi tôm 48

Chương 6 Kết luận 57

6.1 Kết luận 57

6.2 Hướng phát triển của đề tài 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 58

PHỤ LỤC 60

A Phần mềm giám sát và quản trị cơ sở dữ liệu trung tâm của trang trại nuôi tôm ứng dụng IoT 60 A.1 Chương trình trên Arduino UNO điều khiển cho cơ cấu chấp hành 60

A.2 Chương trình điều khiển cho Đầu dò tích hợp 72

A.3 Phần mềm thiết kế server lưu trữ cơ sở dữ liệu các thông số môi trường nước của trang trại nuôi tôm ứng dụng công nghệ Cloud 77

A.4 Phần mềm thiết kế phần mềm giám sát và quản trị cơ sở dữ liệu trung tâm của trang trại nuôi tôm ứng dụng IoT 77

B Máy đo độ mặn và nhiệt độ EXTECH EC170 82

C Máy đo độ PH Extech PH100 82

D Máy đo độ hòa tan oxy trong nước EZDO 7031 83

E Tài liệu kĩ thuật và hướng dẫn sử dụng hệ thống trạm tích hợp đa cảm biến BTS1 84

ix

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Nuôi tôm nước lợ vùng Đồng bằng sông Cửu Long 2

Hình 1 2 Thiết bị đo độ mặn 4

Hình 1 3 Thiết bị đo độ đục 5

Hình 1 4 Thiết bị đo nhiệt độ 5

Hình 1 5 Thiết bị đo độ pH 5

Hình 1 6 Thiết bị đo độ hòa tan oxy trong nước 6

Hình 1 7 Hệ thống giám sát nồng độ oxy hòa tan và nhiệt độ qua điện thoại di động 6

Hình 1 8 Giao diện phần mềm hệ thống giám sát và điều khiển chất lượng nước tự động 7

Hình 2 1 Mô hình hệ thống ao nuôi nhà bạt công nghệ cao của công ty Việt-Úc, Bạc Liêu 10 Hình 2 2 Mô hình hệ thống ao và bể chức năng cho trang trại nuôi tôm công nghệ cao 11

Hình 2 3 Mô hình hệ thống các bể chức năng cho trang trại nuôi tôm công nghệ cao 11

Hình 2 4 Mô hình hệ thống giám sát cho trang trại nuôi tôm công nghệ cao 12

Hình 2 5 Qui trình xử lý tuần hoàn nước trong quá trình nuôi tôm 15

Hình 2 6 Khoảng pH lý tưởng cho hầu hết động vật thủy sản 16

Hình 2 7 Cấu tạo của cảm biến pH 17

Hình 2 8 Cấu tạo của màng gương 17

Hình 2 9 Trạng thái cân bằng lỏng – khí của O2 20

Hình 2 10 Cảm biến D.O loại màng lọc kiểu pin galvanic 21

Hình 2 11 Đầu đo nồng độ Oxy hòa tan loại màng sử dụng polarography 21

Hình 2 12 Nguyên lý hoạt động của Cảm biến D.O loại màng sử dụng cực phổ 22

Hình 2 13 Cực phổ Volt-Ampe ở các ứng suất Oxy khác nhau (a) và sự chuẩn độ ở điện áp phân cực cố định -700mV (b) 22

Hình 2 14 Đồ thị chuẩn độ cho cảm biến DO 23

Hình 2 15 Thành phần hóa học của nước biển 25

Hình 2 16 Minh họa tỷ trọng kế đo độ mặn 25

Hình 2 17 Máy đo độ mặn bằng phương pháp khúc xạ kế 26

Hình 2 18 Minh họa điện cực dẫn điện Được đặt trong dung môi nước muối 27

Hình 2 19 Máy đo độ mặn EXTECH sử dụng phương pháp độ dẫn điện 27

Hình 2 20 Đĩa Secchi được thả xuống ao nuôi để đo độ đục 29

x

Hình 2 21 Máy đo độ đục dùng phương pháp suy hao tán xạ 29

Hình 2 22 Minh họa cặp nhiệt độ 31

Hình 2 23 Minh họa điện trở nhiệt 31

Hình 2 24 Minh họa camera hồng ngoại 32

Hình 2 25 Mạch Thu Phát RF UART Lora SX1278 433Mhz 3000m 35

Hình 3 1 Mạch Thu Phát Bluetooth 4.0 UART CC2541 HM-10 33

Hình 3 2 Kit RF Thu Phát Zigbee CC2530 34

Hình 3 3 Mạch Thu Phát Wifi SoC CC3200 34

Hình 3 4 Mạch GSM GPRS A6 35

Hình 3 5 Mô hình truyền thông không dây của hệ thống trạm tích hợp đa cảm biến BTS1 36

Hình 3 6 Mô hình truy xuất của protocol HTTP 37

Hình 3 7 Giải thuật truyền thông không dây sử dụng protocol HTTP 37

Hình 3 8 Giải thuật cài đặt kết nối IP 38

Hình 3 9 Giải thuật cài đặt HTTP 38

Hình 4 1 Mô hình hệ thống tích hợp đa cảm biến thông số môi trường nước BTS1 (Base station system 1) 39

Hình 4 2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển cho trạm tích hợp đa cảm biến 40

Hình 4 3 Sơ đồ nguyên lý khối Switch/driver 41

Hình 4 4 Sơ đồ mạch in PCB của mô đun Switch/driver 42

Hình 4 5 Giải thuật điều khiển trung tâm 43

Hình 4 6 Mô hình cơ khí của đầu do cảm biến tích hợp 44

Hình 4 7 Hệ truyền động cho trạm BTS 45

Hình 4 8 Hệ thống khung bao và phao thuyền 45

Hình 4 9 Minh họa cấu trúc Bảng Table1, các trường giá trị lựa chọn và dạng thức hiển thị trên web cloud 77

Hình 4 10 Sơ đồ khối cấu hình hệ thống phần mềm giám sát trên Auzre Could 78

Hình 4 11 Đăng nhập và tạo tài khoản Azure Cloud 78

Hình 4 12 Khai báo Basic cho tạo IoT Hub 79

Hình 4 13 Khai báo “Pricing and Scale tier” cho tạo IoT Hub 79

Hình 4 14 Minh họa khai báo danh xưng khách hàng cho IoT Hub 80

Hình 4 15 Khai báo tạo Stream Analytics job 80

Hình 4 16 Khai báo tạo input và output cho Stream Analytics job 81

xi

Hình 5 1 Hình chụp hệ thống đầu dò tích hợp 46

Hình 5 2 Hình chụp bộ điều khiển trung tâm 47

Hình 5 3 Hình chụp toàn bộ hệ thống trạm tích hợp đa cảm biến 47

Hình 5 4 Cài đặt chương trình cho trạm BTS tại trang trại nuôi tôm ở Cần Giờ 51

Hình 5 5 Ảnh chụp hoạt động kiểm tra khảo nghiệm tại Cần Giờ 51

Hình 5 6 Ảnh chụp toàn cảnh hiện trường khảo nghiệm 52

Hình phụ lục 1 May đo EC170 của EXTECH 82

Hình phụ lục 2 Máy đo độ PH model PH100 của EXTECH 82

Hình phụ lục 3 Máy đo độ hòa tan oxy EZDO 7031 83

Hình phụ lục 4 Khung gá đỡ đầu dò tích hợp 84

Hình phụ lục 5 Bản vẽ đĩa nhựa 84

Hình phụ lục 6 Minh họa bố trí các cảm biến và Board điều khiển tích hợp 85

Hình phụ lục 7 Minh họa đóng võ nhựa bao bọc phần trên của đầu dò tích hợp để chống va đập và chống nước 85

Hình phụ lục 8 Hình 3D của Khung bao 86

Hình phụ lục 9 Hình chiếu cạnh phương B 86

Hình phụ lục 10 Hình chiếu tự trên xuống 86

Hình phụ lục 11 Hình chiếu phương A 86

Hình phụ lục 12 Lặp đặt khung bao lên 02 phao nổi 87

Hình phụ lục 13 Hệ truyền động cho cơ cấu chấp hành 87

Hình phụ lục 14 Minh họa bố trí kết nối hệ truyền động lên khung đở hệ thống 88

Hình phụ lục 15 Minh họa lắp đạt hệ truyền động và đầu dò tích hợp 88

Hình phụ lục 16 Tủ điều khiển 89

Hình phụ lục 17 Minh họa lắp đặt các mô đun chức năng cho tủ điều khiển trung tâm 89

Hình phụ lục 18 Minh họa toàn bộ hệ thống trạm tích hợp được lắp đặt hoàn chỉnh 89

xii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2 1 Tiêu chuẩn môi trường nước cho nuôi tôm 13

Bảng 2 2 Khảo sát một số loại cảm biến PH online tiêu biểu có trên thị trường 18

Bảng 2 3 Khảo sát một số loại cảm biến DO có trên thị trường 23

Bảng 2 4 Khảo sát một số loại cảm biến độ mặn online tiêu biểu có trên thị trường 27

Bảng 2 5 Khảo sát một số loại cảm biến độ đục online tiêu biểu có trên thị trường 30

Bảng 2 6 Khảo sát một số loại cảm biến nhiệt độ online tiêu biểu có trên thị trường 32

Bảng 5 1 Thống kê dữ liệu đo đạc được gửi lên Azure Cloud và hiển thị trên website 48

Bảng 5 2 Dữ liệu thực nghiệm đo độ PH 49

Bảng 5 3 Dữ liệu thực nghiệm đo độ oxy hòa tan DO 49

Bảng 5 4 Dữ liệu thực nghiệm đo độ mặn của nước 50

Bảng 5 5 Dữ liệu thực nghiệm đo nhiệt độ 50

Bảng 5 6 Dữ liệu thực nghiệm đo nhiệt độ tại ao nôi tôm ở hyện Cần Giờ, TP HCM 52

Bảng 5 7 Bảng số liệu đo đạc và đối sánh độ đục của trạm BTS sang thang SECCHI 53

Bảng 5 8 Bảng so sánh chất lượng với các công nghệ giám sát môi trường online đang có ở nước ngoài 54

Các thông số môi trường nước như: độ hòa tan oxy trong nước, độ mặn, độ PH, độ dục và nhiệt độ là 5 yếu tố quan trọng nhất, đã được chứng minh là liên quan đến khả năng hấp thụ thức ăn cũng như khả năng sinh trưởng cho tôm và cá nước lợ Khi một trong các thông số này thay đổi ví dụ quá cao hay quá thấp so với khoảng cho phép, có thể làm chết hay làm giảm sức ăn và đề kháng của tôm và cá Chính vì thế việc giám sát các thông số này là rất quan trọng đối với các hộ nuôi trồng thủy sản

Tuy nhiên hạn chế hiện nay hầu hết mỗi thông số có một máy đo chuyên dụng riêng và việc

đo đạc các thông số được thực hiện không liên tục và làm thủ công trong từng thời điểm Điều này sẽ không đáp ứng yêu cầu theo dõi liên tục 24/24 dẫn đến không xử lý kịp thời trong các trường hợp sự cố xảy ra như độ mặn tăng cao do xâm thực của nước biển hay độ mặn xuống quá thấp do lượng mưa lớn hay lượng oxy xuống quá thấp do ao nuôi ô nhiễm

Để khắc phục vấn đề trên nhóm nghiên cứu đã đưa ra ý tưởng trong đề tài: Nghiên cứu, xây

dựng hệ thống tích hợp đa cảm biến hỗ trợ giám sát các thông số môi trường nước lợ tại trang trại nuôi tôm

2 Mục tiêu nghiên cứu

- Làm chủ công nghệ giám sát môi trường nuôi tôm nước lợ trên cơ sở áp dụng công nghệ giám sát tự động

- Nâng cao hiệu quả sản xuất và góp phần thúc đẩy việc ứng dụng công nghệ trong nước đáp ứng nhu cầu nuôi tôm công nghệ cao phục vụ xuất khẩu

- Xây dựng hệ thống tích hợp đa cảm biến hỗ trợ giám sát các thông số môi trường nước

lợ tại các trang trại nuôi tôm

2

Chương 1 Giới thiệu tổng quan

Hình 1 1 Nuôi tôm nước lợ vùng Đồng bằng sông Cửu Long

1.1 Hiện trạng trong nước việc ứng dụng quan trắc môi trường trong nuôi tôm

Với địa hình trải dài trên 2000 km bờ biển, Việt Nam là nước có tiềm năng mạnh về phát triển kinh tế biển, thủy hải sản Tuy nhiên cho đến nay, qua các phương tiện thông tin đại chúng ta thấy hiệu quả nuôi trồng thủy sản vẫn còn thấp Thực tế, muốn nuôi tôm, cá tăng trưởng tốt,

bà con nông dân không những phải có kinh nghiệm mà còn cần phải có kỹ thuật khoa học trong việc kiểm soát các thông số môi trường nước, như: pH, Oxy hòa tan, độ mặn, … là các yếu tố ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất thu hoạch tôm [1]

Ngoài điểm quan trắc ở khu vực nước cấp, đối với tôm nước lợ cần quan trắc các ao nuôi trong khu vực nhằm xác định diễn biến môi trường trong suốt quá trình nuôi để kịp thời chỉ đạo sản xuất Khi chọn ao nuôi để quan trắc phải chọn những ao nuôi mang tính đặc trưng và đại diện cho khu vực Ao được lựa chọn dựa vào địa hình của khu vực để lấy đại diện theo mặt cắt nguy cơ gây phát sinh các yếu tố môi trường và dịch bệnh Hiện nay dịch bệnh thủy sản và môi trường nuôi thủy sản đang bị suy thoái và có chiều hướng gia tăng, khó kiểm soát Bệnh xảy ra với các đối tượng thuỷ sản nuôi đã gây thiệt hại từ vài chục tỷ đồng đến hàng trăm tỷ đồng trên mỗi vụ nuôi, nhất là với tôm nuôi nước lợ Đặc biệt, thống kê năm 2011 cho thấy tôm nước lợ bị dịch bệnh trên diện rộng, gây thiệt hại khoảng trên 97.000 ha tập trung nhiều ở Bạc Liêu và Sóc Trăng Năm 2012 khoảng 100.776 ha, năm 2013 là 68.099 ha tôm

có thể can thiệp xử lý kịp thời các sự cố môi trường

a) Ảnh hưởng các thông số môi trường này đến sự tăng trưởng của tôm (tham khảo

từ báo cáo [2], [3], [4])

- Ảnh hưởng của độ mặn: Tôm sú tăng trưởng tốt trong khoảng độ mặn từ 15-25 ppt Ngoài khoảng này tôm chậm lớn và có thể dẫn đến chết Việc thay đổi đột ngột độ của môi trường cũng làm cho con tôm bị sốc, làm giảm sức khỏe của tôm Thậm chí, với

những con tôm yếu khi bị sốc độ mặn có thể chết [2], [3]

- Ảnh hưởng của độ đục-trong: Khoảng độ trong thích hợp nhất cho tôm từ 30-40 cm Khi ao có độ trong thấp hơn 20 cm là ao quá đục, thường ở những ao loại này tảo phát triển rất mạnh, gây thiếu oxy cho ao tôm, làm tôm chậm phát triển Bên cạnh đó ao đục

là do các chất hữu cơ này gây ô nhiễm Sự ô nhiểm này sẽ làm giảm khả năng sinh trưởng và giảm sức đề kháng bệnh tật của tôm Tuy nhiên, khi ao có độ trong cao hơn

40 cm, khi đó nước trong ao nghèo dinh dưỡng, tảo kém phát triển, dẫn đến giảm nguồn thức ăn tảo cho tôm Bên cạnh đó, khi độ trong quá cao ánh sáng xuyên xuống

đáy ao làm giảm khả năng bắt mồi của tôm, dẫn đến tôm chậm lớn [4]

- Ảnh hưởng của độ PH: Khoảng độ PH thích hợp và an toàn nhất cho tôm từ 7.5-8.3 Độ

PH không chỉ liên quan đến tính kiềm (khi PH>7), tính axit (khi PH< 7) mà nó còn liên quan đến nồng độ độc tính của khí NH3 và H2S Khi độ PH nằm trong khoảng an toàn thì các chỉ số nồng độ độc tính sẽ thấp, dẫn đến tôm phát triển tốt Ngược lại khi nồng

độ PH nằm ngoài khoảng này, ta phải xem xét đến khả năng độc tính của môi trường để

tránh ảnh hưởng đến sức khỏe của tôm [4][5]

- Ảnh hưởng của độ hòa tan oxy: Tôm hô hấp thông qua việc hấp thụ lượng khí oxy hòa tan trong nước Hàm lượng oxy hòa tan trong nước thích hợp nhất cho môi trường nuôi tôm trong khoảng từ 5-6 ppm Với lượng oxy đầy đủ trong nước, thì tôm sẽ khỏe, khả năng ăn tốt, nhanh lớn Khi nồng độ oxy thấp tôm sẽ yếu, thường hay nổi lên mặt nước

để thở, dẫn đến tôm kém ăn, và chậm phát triển [6][7]

- Ảnh hưởng của nhiệt độ: Nhiệt độ của nước thích hợp nhất cho quá trình nuôi tôm là

từ 28-32oC hoặc từ 26-31oC tùy theo loại tôm Khi nhiệt độ thấp hơn 28oC tôm kém ăn

Khi nhiệt độ lớn hơn 32oC tôm kém ăn đồng thời màu nước thay đổi do tảo chết Do

đó, nhiệt độ ảnh hưởng lớn đến khả năng hấp thụ thức ăn của tôm, hay ảnh hưởng trực

tiếp đến tốc độ tăng trưởng của tôm [3][8]

b) Hiện trạng việc sử dụng các thiết bị cảm biến môi trường tại các trang trại nuôi tôm trong nước

4

Việc kiểm tra và đo đạt chất lượng nước ao nuôi thực sự là công việc tốn nhiều công sức, tiền bạc Đối với người dân nông nghiệp, họ cảm thấy công việc đo đạc thật buồn chán và các thông số gây ra sự bối rối, khó hiểu, và vô ích Mặc dù khoa học công nghệ đã có sự phát triển giúp ích rất nhiều cho việc đo đạc các thông số chất lượng nước ao nhanh chóng, nhưng các thiết bị đo đạc hiện tại vẫn còn vướng mắc một số khiếm khuyết sau:

- Thiết bị đo độ mặn: Trên thị trường hiện nay có nhiều thiết bị đo độ mặn Chủ yếu ở 2 dạng Dạng thứ nhất sử dụng tiếp xúc trực tiếp nước với điện cực và dạng thứ hai sử dụng nguyên lý khúc xạ để đo độ mặn [9] Cả 2 dạng này đều không thể sử dụng để đo lâu dài và thường xuyên trong trang trại nuôi tôm được Dạng thứ nhất điện cực tiếp xúc trực tiếp với nước lợ sẽ làm ăn mòn điện cực theo thời gian Nếu muốn chống ăn mòn điện cực ta phải dùng điện cực bằng bạch kim, dẫn đến chi phí cao cho thiết bị đo Dạng thứ 2, ở mỗi lần đo ta phải lấy mẫu nước cho vào khe khúc xạ Điều này dẫn đến

bất tiện cho việc đo đạc thường xuyên trong điều kiện thời tiết nắng, mưa, gió

(a) Dạng tiếp xúc trực tiếp

(b) Dạng khúc xạ

Hình 1 2 Thiết bị đo độ mặn

- Thiết bị đo độ đục: Trên thị trường hiện nay có nhiều thiết bị đo độ đục Chủ yếu ở 2 dạng Dạng thứ nhất sử dụng nguyên lý đo độ phản xạ quang và dạng thứ hai sử dụng phương pháp quan sát trực tiếp [10] Cả 2 dạng này đều khó có thể sử dụng để đo lâu dài và thường xuyên trong trang trại nuôi tôm được Dạng thứ nhất, ống đo phản xạ quang được đặt tiếp xúc trực tiếp với nước Do vậy khi để thời gian lâu nước sẽ bám bẩn trên thành ống, là giảm độ chính xác của phép đo Dạng thứ 2, ở mỗi lần đo ta phải thao tác đặt chảo đo xuống mặt nước đo Điều này dẫn đến bất tiện cho việc đo đạc

thường xuyên trong điều kiện thời tiết nắng, mưa, gió

(a) Dạng tiếp phản xạ quang (b) Dạng quan sát trực tiếp

5

Hình 1 3 Thiết bị đo độ đục

- Thiết bị đo nhiệt độ: Trên thị trường hiện nay có nhiều thiết bị đo nhiệt độ Chủ yếu ở 2 dạng Dạng thứ nhất sử dụng cảm biến nhiệt thông qua tiếp xúc trực tiếp và dạng thứ hai sử dụng phương pháp đo phổ hồng ngoại Cả 2 dạng này đều có thể sử dụng để đo lâu dài và thường xuyên trong trang trại nuôi tôm được Dạng thứ nhất, do dùng điện cực tiếp xúc trực tiếp nên muốn đo lâu dài, chóng ăn mòn ta phải bọc điện cực bằng cách phủ lớp nhựa Dạng thứ 2, sử dụng phương pháp đo phổ hồng ngoại nên chi phí

cao cho việc trang bị đầu thu camera hồng ngoại

(a) Máy quyét hồng ngoại (b) Điện cực tiếp xúc

Hình 1 4 Thiết bị đo nhiệt độ

- Thiết bị đo độ PH: Trên thị trường hiện nay có nhiều thiết bị đo PH Chủ yếu ở 2 dạng Dạng thứ nhất sử dụng cảm biến nhiệt thông qua tiếp xúc trực tiếp và dạng thứ hai sử dụng phương pháp đo bằng giấy quỳ tím [11] Cả 2 dạng này đều không thể sử dụng để

đo lâu dài và thường xuyên trong trang trại nuôi tôm được Dạng thứ nhất, do dùng điện cực tiếp xúc trực tiếp sử dụng phương pháp màng ngăn Ion, nên nếu ngâm thường xuyên dưới nước sẽ bị đóng rêu, bám bẩn, gây ra sai số phép đo Dạng thứ 2, sử dụng phương pháp đo phổ thông bằng giấy quỳ tím, nên thao tác đo sẽ bất tiện trong môi

trường nắng, mưa,

(a) Dạng tiếp xúc trực tiếp (b) Sử dụng cảm biến quang

Hình 1 5 Thiết bị đo độ pH

6

- Thiết bị đo độ hòa tan oxy: Trên thị trường hiện nay có nhiều thiết bị đo độ hòa tan oxy Chủ yếu ở 2 dạng Dạng thứ nhất sử dụng cảm biến điện cực tiếp xúc trực tiếp và dạng thứ hai sử dụng phương pháp phản xạ quang [12] Dạng thứ nhất, do dùng điện cực tiếp xúc trực tiếp nên nếu ngâm thường xuyên dưới nước sẽ bị đóng rêu, bám bẩn, gây ra sai số phép đo Dạng thứ 2, sử dụng phương pháp quang học, nên rất tiện lợi trong việc đo lâu dài trong môi trường nắng, mưa Tuy nhiên chi phí cho các cảm biến oxy quang học này rất lớn, khó có thể thực hiện trong điều kiện của nông dân như hiện

nay

(a) Dùng quang học (b) Dùng điện cực tiếp xúc

Hình 1 6 Thiết bị đo độ hòa tan oxy trong nước

Hiện tại, đã có nhiều đề tài, dự án xây dựng các hệ thống tự động hóa quản lý giám sát đo đạc thông số môi trường nước Trung tâm ứng dụng tiến bộ Khoa học và Công nghệ An Giang xây dựng hệ thống giám sát nồng độ oxy hòa tan và nhiệt độ qua điện thoại di động Qua đó, người nuôi dễ dàng kiểm soát và chủ động xử lý khi yếu tố môi trường bất lợi cho đối tượng nuôi Tuy nhiên, hệ thống này chỉ mới tích hợp 02 thông số đo oxy hòa tan và nhiệt độ

Hình 1 7 Hệ thống giám sát nồng độ oxy hòa tan và nhiệt độ qua điện thoại di động

Hệ thống giám sát và điều khiển chất lượng nước tự động cho ngành thủy sản trong nước hiện nay có 02 công ty tiêu biểu là công ty e-Aqua [13] như được minh họa Hình 1.7 và công ty TESLA Việt Nam [14] Hệ thống có chi phí đầu tư tương đối cao, giám sát được nhiều điểm nuôi trồng thủy hải sản, điều khiển thông minh, cảnh báo khi có sự cố tự động,

7

và truy cập dữ liệu mọi lúc mọi nơi Hệ thống cho phép quan trắc tích hợp nhiều thông số môi trường nước: nhiệt độ, độ pH, độ hòa tan Oxy như Hình 1.8 Tuy nhiên hệ thống e-

Aqua có hạn chế là phải bơm nước từ ao nuôi đến trạm đo Điều này rất khó khăn khi thực

hiện, với hệ thống ống nước chằng chịt phải câu từ ao nuôi đến trạm đo, chưa kể nếu để lâu ngày rong rêu, cặn lắng sẽ bám vào thành ống, gây sai số phép đo

Hình 1 8 Giao diện phần mềm hệ thống giám sát và điều khiển chất lượng nước tự động

1.2 Hiện trạng ngoài nước việc ứng dụng quan trắc môi trường trong nuôi tôm

Trên thế giới, ngành nuôi trồng thủy sản (NTTS) đang phát triển nhanh với tốc độ khoãng 9% mỗi năm kể từ những năm 1970 Tuy nhiên, ngành công nghiệp này đã được kiểm soát để hạn chế suy thoái và ô nhiễm môi trường Do đó, yêu cầu về quản lý sinh thái và nuôi trồng vẫn là điều cần thiết Điển hình tại các nước khu vực Nam Thái Bình Dương, việc quan trắc và xử lý môi trường và giám sát môi trường được khuyến cáo thực hiện, như được thể hiện trong báo cáo [15]

Đặc biệt tại Thái Lan với các hoạt động NTTS rất tương đồng với Việt Nam, hoạt động quan trắc trong NTTS do Cục nghề cá đảm nhận và có sự phân cấp hoạt động cho các tỉnh Hệ thống quan trắc có 218 trạm quan trắc chất lượng nước bao gồm cả thủy sinh Hoạt động quan trắc chất lượng nước trong NTTS biển là việc bắt buộc phải thực hiện theo Luật thuỷ sản (National Offshore Aquaculture Act of 2000) do một uỷ ban liên ngành gồm các cơ quan của chính phủ (Gerstenfeld và Biederman, 2002)

Có thể thấy, xu hướng hoạt động quan trắc môi trường nước nhìn chung phát triển theo hướng

mở rộng quy mô, đa dạng về hình thức, phân cấp mạnh và ngày càng có nhiều bên tham gia Việc quan trắc cần gắn trực tiếp với sản xuất, vừa là nghĩa vụ, vừa là nhu cầu đối với sản xuất NTTS

Nhiều nước trong khu vực Đông Nam Á như Philippine, Đài Loan, Thái Lan, Indonesia nghề nuôi tôm đã tạo ra một sự chuyển đổi hiệu quả và đem lại nhiều lợi ích thiết thực cho nông dân Tuy nhiên, một nghiên cứu của Tổ chức Phát triển Liên Hợp Quốc (UNDP) về hoạt động nuôi tôm tại các nước ven Thái Bình Dương đã đưa ra một cảnh báo về sự suy giảm của

8

ngành này trong khu vực Sự suy giảm của nghề nuôi tôm nước lợ xuất phát từ nghiều nguyên nhân: Sự xuất hiện và gia tăng một số bệnh, dịch lây lan trong môi trường; Môi trường bị xuống cấp, suy thoái; Chất lượng nguồn nước kém mà các yếu tốt quan trọng đó là độ mặn,

pH, động hòa tan oxi trong nước thay đổi mà người chăn nuôi không nhận biết một cách kịp thời và chính xác dẫn đến hiện tượng tôm cá các sinh vật thủy sinh chết hàng loạt ảnh hưởng nặng đề đến đời sống người dân cũng như kinh tế của quốc gia đó Từ đó đã đưa ra các hướng dẫn khuyến cáo xây dựng mô hình trang trại nuôi tôm có xử lý nguồng nước như thể hiện trong [16]

Vì vậy việc nghiên cứu xây dựng các hệ thống giám sát sự thay đổi các nồng độ các thông số môi trường nước trở thành một mối quan tâm không nhỏ đối với những nhà khoa học cũng nhưng các kỹ sư trên thế giới Nhiều sản phẩm và qui trình công nghệ đã ra đời nhằm phục vụ nhu cầu đó Một trong số đó, nổi bật nhất là mô hình qui trình công nghệ Biofloc, xử lý tuần hoàn môi trường nước như trình bày trong [17]

Tuy nhiên cũng giống như trong nước, những sản phẩm hỗ trợ cho việc giám sát và xử lý môi trường nước ao nuôi tôm được bán trên thị trường quốc tế có giá thành rất cao cách sử dụng phức tạp và chỉ chuyên biệt cho từng thông số Bên cạnh đó, cũng có những sản phẩm hệ thống giám sát môi trường nước tích hợp đa thông số, tuy nhiên chí phí rất cao và việc bảo trì bảo dường là yếu tô khó khăn đối người sử dụng

1.3 Đánh giá thực trạng việc sử dụng các công cụ giám sát môi trường nước ao nuôi tôm

Hầu hết bà con nông dân ở các tỉnh vùng ĐBCSL đã biết sử dụng nhiều loại thiết bị cảm biến

đo thông số môi trường nước Tuy nhiên có một số khó khăn trở ngại rất lớn khi sử dụng các thiết bị này như sau:

9 Hầu hết các điện cực cảm biến là dạng tiếp xúc trực tiếp, nên khi sử dụng trong thời gian dài sẽ bị nước lợ ăn mòn, dẫn đến gây sai lệch cho phép đo

9 Mỗi thiết bị cảm biết sử dụng một bộ điều khiển riêng, người sử dụng phải làm thao tác lấy mẫu, đọc giá trị đo từ thiết bị, sau đó mới nhập vào hệ thống giám sát Điều này rất bất tiện trong quá trình sử dụng khi đo đạc giám sát môi trường 24/24 giờ trong ngày, trong điều kiện thời tiết năng, mưa, gió và phải tốn nhân công thực hiện nhiều thao tác đo đạc theo đặc thù từng thiết bị

Chính những khuyết điểm này mà việc sử dụng các thiết bị cảm biến đo đạc thông số môi trường tại các trang trại nuôi tôm của bà con nông dân không hiệu quả Chỉ được thời gian ban đầu, sau quá trình lâu dài sử dụng thì độ sai lệch của thiết bị tăng dần, cũng như tốn nhân công thao tác lấy mẫu đo đạc làm cho người sử dụng ngại dùng, rồi bỏ luôn Trong khi thực tế sau quá trình lâu dài, môi trường nuôi tôm mới phát sinh ra các vấn đề:

9 Thiếu oxy do nuôi tôm với mật độ lớn, nhưng hệ thống sục khí và thay nước môi trường không đáp ứng kịp thời

9 Sự thay đổi của con nước thủy triều, gây xâm thực nước biển vào đất liền, làm tăng nồng độ mặn của môi trường nước trong ao nuôi

9

9 Xì phèn cục bộ vùng đất nuôi tôm gây ra thay đổi độ PH của môi trường nước

9 Lượng mưa tăng cao, làm giảm độ mặn đột ngột, hay trời khô hạn làm tăng độ mặn, gây sốc cho ao tôm

9 Sự thay đổi nồng độ tảo trong ao nuôi, gây ra thay đổi độ đục của ao, ảnh hưởng đến chất lượng và khả năng ăn của tôm

9 Ô nhiễm do nguồn thức ăn dư thừa tích tục lâu ngày, tạo sự phát triển cho tảo vừa làm giảm oxy trong nước vừa tạo ra các khí độc NH3/ H2S gây nguy hiểm cho tôm

Chính những nguyên nhân trên là những nguy hiểm, luôn có thể xảy ra, và có thể xảy ra vào bất kỳ thời điểm nào trong ngày Nó gây ra bệnh tật và giảm sức đề kháng của tôm, cũng như làm giảm chất lượng và sản lượng tại các trang trại nuôi tôm của bà con nông dân Đó chính

là lý do tại sao cho đến ngày nay, hiệu quả kinh tế của nghề nuôi tôm chưa cao

1.4 Lý do cần thực hiện đề tài

Xuất phát từ những nguyên nhân làm giảm chất lượng và sản lượng tôm như được trình bày

từ phần trên cho thấy tình trạng ô nhiễm môi trường liên quan đến hoạt động sản xuất tôm nước lợ là vấn đề lớn cần phải giải quyết Bên cạnh những thành quả đạt được từ nuôi trồng thủy sản nói chung, nuôi tôm nước lợ nói riêng ở nước ta trong những năm qua, ô nhiễm môi trường tại các vùng nuôi, sản xuất thủy sản như xả thải các chất thải, thức ăn dư thừa và thuốc kháng sinh đang ngày một gia tăng, gây nguy cơ dịch bệnh cho tôm Các cơ quan chức năng quản lý và nông dân cần thiết nắm bắt các thông số đo đạc từ môi trường nuôi trồng thủy hải sản theo thời gian thực, qua đó có biện pháp khắc phục kip thời những tình huống xấu cho môi trường

Xuất phát từ những khó khăn và hiệu quả sử dụng các thiết bị cảm biến đo thông số môi

trường tại các trang trại nuôi tôm, nhóm nghiên cứu đề xuất đề tài “Nghiên cứu, xây dựng hệ

thống tích hợp đa cảm biến hỗ trợ giám sát các thông số môi trường nước lợ tại trang trại nuôi tôm khu vực TP Hồ Chí Minh”, với mục tiêu tự làm chủ công nghệ giám sát môi

trường nuôi tôm nước lợ trên cơ sở áp dụng công nghệ giám sát tự động, nâng cao hiệu quả sản xuất và góp phần thúc đẩy việc ứng dụng công nghệ trong nước đáp ứng nhu cầu nuôi tôm công nghệ cao phục vụ xuất khẩu

10

Chương 2 Nghiên cứu tổng quan

2.1 Nghiên cứu các qui trình công nghệ nuôi tôm

Để có thể thiết kế một hệ thông trạm tích hợp đa cảm biến phù hợp với yêu cầu của nuôi trồng thủy sản, đặc biệt là nuôi tôm, nhóm nghiên cứu thấy cần phải nghiên cứu tìm hiểu các qui trình công nghệ trong quá trình nuôi tôm.

Hình 2 1 Mô hình hệ thống ao nuôi nhà bạt công nghệ cao của công ty Việt-Úc, Bạc Liêu

2.1.1 Mô hình và qui trình nuôi tôm

Nhóm nghiên cứu đã đi khảo sát các trang tại nuôi tôm hiện nay tại tỉnh Bến Tre và Bạc Liêu Trên cơ sở đó nhóm nghiên cứu đã rút ra mô hình chung cho các trang trại nuôi tôm như Hình 2.1 Các trang trại áp dụng mô hình nuôi tôm siêu thâm canh trong nhà bạt, sử dụng công nghệ BFT của Tiến sĩ Yoram Avnimelech, Viện Công Nghệ Haifa, Israel Mô hình trang trại cửa dự án gồm 01 ao lắng, 03 ao lọc, 01 ao xử lý chất thải rắn, 01 ao xử lý chất thải thô và 32 modul, mỗi modul gồm 4 bể nuôi (mỗi bể nổi có diện tích 500 m2 hình tròn chiều cao 1,5m)

và 1 bể ương 100m2 để ương tôm giống từ pots đến 21 ngày tuổi

a) Qui trình nuôi tôm:

11

+ Nước từ biển được lấy vào ao lắng - ao lọc (nuôi cá Bông lau) → qua máy Micro-nano Bubble Oxygen → vào bể sẵn sàng → qua lọc thô → lọc tinh → qua máy diệt khuẩn bằng UV → sau đó nước được cấp vào bể nuôi như Hình 2.2

[CBT1]

Hình 2 2 Mô hình hệ thống ao và bể chức năng cho trang trại nuôi tôm công nghệ cao

Hình 2 3 Mô hình hệ thống các bể chức năng cho trang trại nuôi tôm công nghệ cao

+ Tôm giống sau khi ươm 21 ngày trong hệ thống bể ương 100m2 như Hình 2.3, thì chuyển xuống bể ươm 1 tiếp tục chuyển xuống bể ươm 2 → bể ương 3 → bể ươm 4 chuyển xuống bể nuôi và quay vòng

12

+ Hệ thống các ao nuôi được bố trí như Hình 2.4, sau cho thuận tiện việc cấp nước từ ao lọc được cấp trực tiếp vào các ao nuôi, cũng như việc thải chất cặn lắng từ ao nuôi ra ao

xử lý chất thải thô/ tinh

+ Nước siphon được thải ra ao xủ lý chất thải rắn (nuôi cá rô phi) → ao xử lý chất thải thô (nuôi các loại sò/hến)

2.1.2 Mô hình hệ thống giám sát

Hình 2 4 Mô hình hệ thống giám sát cho trang trại nuôi tôm công nghệ cao

2.1.3 Qui trình giám sát các thông số môi trường nước

Trong quá trình nuôi tôm, môi trường nước là yếu tố quan trọng hàng đầu Để quản lý môi trường nước trong ao nuôi theo hướng bền vững với môi trường, ta cần thực

hiện theo 2 qui trình giám sát và xử lý nước: Qui trình giám sát và xử lý nước trong ao nuôi và Qui trình giám sát và xử lý tuần hoàn nước 02 qui trình được thự hiện song song, nhằm đảm bảo cho môi trường nước của ao nuôi đạt các thông số theo Qui chuẩn kỹ thuật quốc gia Việt Nam QCVN 02 - 19 : 2014/BNNPTNT ban hành ngày 29/07/2014, về môi trường nước nuôi tôm như Bảng 2.1

13

Bảng 2 1 Tiêu chuẩn môi trường nước cho nuôi tôm

b) Qui trình giám sát và xử lý nước trong ao nuôi [2,3 & 8]:

™ Giám sát và xử lý hàm lượng ôxy hòa tan (DO):

Nhu cầu ôxy của tôm nhiều hay ít tùy thuộc vào kích cỡ, mật độ nuôi, nhiệt độ và độ mặn DO lý tưởng cho tôm là trên 5 ppm Hàm lượng DO < 5 ppm tôm vẫn bắt mồi nhưng tiêu thụ thức ăn chậm và tăng nguy cơ nhiễm bệnh, nếu hàm lượng ôxy 2 - 3 ppm tôm sẽ ngừng bắt mồi và yếu hẳn, DO < 2 ppm tôm sẽ chết ngạt Nguyên nhân làm cho hàm lượng ôxy hòa tan trong ao nuôi thấp là do sau khi xử lý một số hóa chất như formalin, chlorine, BKC, sunfat đồng…; cho ăn quá dư thừa hoặc bón phân quá liều dẫn đến hiện tượng tảo nở hoa; trời u ám…

Cách giám sát: thông thường nên đo tối thiểu 4 lần/ngày, đo trước mỗi bữa cho tôm ăn

và nửa đêm để kiểm soát hiệu quả lượng thức ăn cho tôm

Cách xử lý: Thay nước, giảm cho ăn, quạt nước và sục khí để đảm bảo lượng ôxy hòa

tan trong nước nằm trong phạm vi cho phép Cần chú ý đến số lượng quạt, cách đặt quạt, vị trí đặt… cho phù hợp

™ Giám sát và xử lý độ mặn:

Tôm thẻ chân trắng có thể nuôi ở độ mặn 0 - 37‰ tốt nhất là 5 - 10‰ Tôm sú nuôi được độ mặn tương đối rộng 2 - 35‰ nhưng thích hợp nhất là 10 - 30‰ và dao động trong ngày không quá 5‰ Độ mặn cao sẽ làm hàm lượng khoáng vi lượng vô cơ (Ca,

Na, Mg, Cl, K…) cao và hàm lượng DO thấp, tôm dễ bị cứng vỏ, cơ thể chuyển sang màu xanh đen, chậm lớn Ngược lại, độ mặn thấp sẽ dẫn đến tình trạng thiếu dinh dưỡng vô cơ làm tôm mềm vỏ, có màu trắng Thông thường độ mặn trong ao nuôi ít thay đổi, ngoại trừ thiên tai mưa bão, lũ lụt

Cách giám sát: thông thường nên đo tối thiểu 1 lần/ngày, đo vào buổi sáng

™ Giám sát và xử lý nhiệt độ

Do tôm là động vật biến nhiệt nên sự thay đổi nhiệt độ nước trong ao nuôi có ảnh hưởng đến hoạt động sống và phát triển của tôm Nhiệt độ thích hợp cho tôm sinh trưởng và phát triển tốt nhất là 24 - 320C, nếu nhiệt độ cao hơn 330C hay thấp hơn

14

240C thì khả năng bắt mồi của tôm sẽ giảm 30 - 50% Nhiệt độ tăng hay giảm đột ngột đều làm tôm bỏ ăn, dễ nhiễm bệnh và chậm lớn Tốt nhất nhiệt độ giữa ngày và đêm chênh lệch không quá 30C Chính vì vậy để ổn định nhiệt độ, mực nước trung bình trong ao nuôi nên dao động 1,2 - 1,5 m, ao cạn quá sẽ làm nước bị phân tầng và tôm bị sốc nhiệt

Cách giám sát: Thông thường nên đo tối thiểu 3lần/ngày, đo các buổi sáng/trưa/chiều

Sử dụng bộ cảm biến nhiệt độ đa tầng của nước

Cách xử lý: Nếu nhiệt độ trong ao cao quá, ta bơm thêm nước vào ao nuôi, nâng độ

cao mực nước trong ao lên Tương tự, nếu nhiệt độ trong ao thấp quá, ta bơm rút bớt nước trong ao ra, để đảm bảo vùng tầng nước tôm ăn trong phạm vi nhiệt độ cho phép

™ Giám sát và xử lý hàm lượng pH

Độ pH thích hợp để tôm phát triển là 7,5 - 8,5 nhưng tối ưu là 7,8 - 8,2, dao động < 0,5/ngày Nếu pH 4 - 7 hoặc 9 - 11 tôm sẽ chậm lớn, pH < 4 hoặc > 11 tôm sẽ chết Trong ao nuôi tôm pH quá cao hay quá thấp đều ảnh hưởng trực tiếp hay gián tiếp đến tôm nuôi, pH cao thì NH3 nhiều, H2S ít và ngược lại

Cách giám sát: Ta nên đo độ pH mỗi ngày 2 lần vào 8 giờ sáng và 3 giờ chiều

Cách xử lý: Muốn kiểm soát PH, ta thay nước mới có pH ổn định vào ao nuôi

™ Giám sát và xử lý nhiệt độ NH3

NH3 được sinh ra từ quá trình phân hủy các protein, xác bã động thực vật phù du, sản phẩm bài tiết của động vật hay từ phân bón hữu cơ, vô cơ NH3 ảnh hưởng lớn đến tỷ

lệ sống, sinh trưởng đối với tôm; độ độc của N-NH3 sẽ tăng khi lượng DO thấp hoặc

pH cao; nồng độ N-NH3 thích hợp cho tôm phát triển < 0,1 ppm Tác hại khi NH3 cao là: Làm tôm giảm ăn; gia tăng tính mẫn cảm của động vật đối với những điều kiện không thuận lợi của môi trường; Ức chế sự sinh trưởng bình thường; giảm khả năng sinh sản, giảm khả năng chống bệnh; chậm lột xác; Nếu tình trạng này kéo dài có thể tôm bị vàng mang, đen mang

Cách giám sát: Ta nên đo độ NH3 mỗi ngày 2 lần vào 4 giờ sáng và 3 giờ chiều

Cách xử lý: Quản lý lượng thức ăn phù hợp tránh dư thừa thức ăn và dùng hệ thống

quạt đảo nước và sục khí

™ Giám sát và xử lý độ đục nước

Độ trong của nước phản ánh mật độ tảo và lượng thức ăn tự nhiên có trong ao, tối ưu nhất từ 30 - 40 cm Nếu độ trong: < 20 cm sẽ gây nguy hiểm cho tôm về đêm, 20 - 30 cm: tảo quá dày, 30 - 40 cm: tảo đẹp, màu nước ao lý tưởng, 40 - 60 cm: tảo phát triển kém; > 60 cm: nước quá trong, phát triển tảo đáy

Cách giám sát: Ta chỉ cần đo độ đục của nước 1 lần vào ban đêm để đo chính xác

nhất

Cách xử lý: Nếu độ đục nhỏ, ta giảm lượng thức ăn và đồng thời tăng lưu lượng nước

15

qua xử lý tuần hoàn để lọc bỏ bớt tảo và các chất thức ăn dư thừa lơ lửng trong nước

ao nuôi

c) Qui trình giám sát và xử lý tuần hoàn nước:

Trong quá trình nuôi, dưới tác dụng của lượng thức ăn dư thừa hình thành tảo và các hạt bioflock Khi mật độ tảo và các hạt bioflock tăng cao sẽ gây nguy hiểm cho tôm về khả năng hấp thụ oxy Để khắc phục điều này, hệ thống xử lý tuần hoàn nước được sử dụng để lọc bỏ tảo và các hạt bioflock trong nước, khôi phục lại đặc tính sinh học của nước như Hình 2.5

- Cách giám sát: Tại ao nuôi ta giám sát các chỉ số môi trường của nước để làm cơ

sở xác định tốc độ lọc của hệ thống xử lý tuần hoàn

- Cách xử lý: Tại ao xử lý sinh học, ta đo các chỉ số môi trường nước, kiểm tra xem

đã đạt tiêu chuẩn cho phép chưa Nếu chưa ta xử lý như Qui trình xử lý ao nuôi, đến khi đạt tiêu chuẩn cho phép

3 Ao lắng 4 Ao xử lý hóa học 5 Ao xử lý sinh học

1 Ao nuôi

2 Xử lý chất mùn

Hình 2 5 Qui trình xử lý tuần hoàn nước trong quá trình nuôi tôm

2.2 Nghiên cứu và lựa chọn các loại cảm biến thông số môi trường nước cho quá trình nuôi tôm

2.2.1 Cảm biến đo độ pH

a) Lý thuyết về độ pH:

PH là chỉ số đo độ hoạt động của các ion hiđrô (H+) trong dung dịch

Trong đó, [H+] biểu thị độ hoạt động của các ion H+ (hay chính xác hơn là [H3O+], tức các ion hiđrônium), được đo theo mol trên lít (còn gọi là phân tử gam) Trong các dung dịch loãng (như nước sông hay từ vòi nước) thì hoạt độ xấp xỉ bằng nồng độ của ion H+

Các dung dịch có giá trị pH nhỏ hơn 7 được coi là có tính axít, trong khi các giá trị pH lớn hơn 7 được coi là có tính kiềm

b) pH của nước tự nhiên:

PH của nước trong tự nhiên thường nằm trong khoảng từ 5 – 9 Tuy nhiên, pH cao hơn hoặc thấp hơn đôi khi cũng xảy ra Nước mưa thường có pH khoảng 5,6 bởi vì nó bão hòa Carbon

16

Dioxide (CO2), chất có phản ứng acid trong nước PH nước mưa có thể thấp hơn vì sự ô nhiễm không khí đặc biệt là ô nhiễm các hợp chất sulfur từ sự đốt cháy các nhiên liệu hóa thạch và Oxy hóa chúng thành acid sulfuric

Sulfides (các hợp chất có chứa lưu huỳnh) trong đất và trong sự kiến tạo địa chất Oxy hó thành acid sulfuric là nguyên nhân làm cho pH nước thấp (từ 2 – 4) Đất thấm lọc cao thì thiếu yếu tố ba – zơ và khi nước tiếp xúc với đất này sẽ có kiềm thấp, pH trong khoảng 5 Nước có hàm lượng mùn (humic substances) cao thì pH thường thấp

Đất có thể chứa yếu tố ba – zơ, chẳng hạn như đá vôi, calcium silicate và feldspar (một dạng khoáng chất) sẽ làm gia tăng độ kiềm và pH trong nước pH nước có khuynh hướng gia tăng nếu như độ kiềm và tổng lượng chất rắn hòa tan tăng pH ở những vùng đất khô cằn hoặc bán khô cằn thường có giá trị trong khoảng 7,5 – 8,0 Nước biển có pH

c) Tính acid và tính kiềm:

Phân biệt tính acid và tính kiềm hoặc độ kiềm bằng cách xác định trên thang pH và biến thiên chất lượng nước từ acid vô cơ (mineral acidity), tổng độ acid, tổng độ kiềm rất quan trọng Carbon dioxide (CO2) không thể làm pH nước thấp hơn 4,5 Nước có pH thấp hơn ngưỡng này chứa acid vô cơ, chẳng hạn như acid sulfuric Carbon dioxide hiện diện trong trong nước

có pH đến 8.3, vì vậy mà nước có pH từ 7.0 đến 8.3 có tính acid ngay cả khi nó thể hiện tính kiềm trên thang pH

Hình 2 6 Khoảng pH lý tưởng cho hầu hết động vật thủy sản

Nguyên lý hoạt động của cảm biến pH:

Cảm biến pH bao gồm hai điện cực: điện cực gương và điện cực tham chiếu Điện cực gương bao gồm một bầu thủy tinh mỏng được hàn vào một ống thủy tinh chắc chắn Bên trong là dung dịch KCl có pH = 7.0 Một thanh bằng bạc (Ag) với phần đầu bằng AgCl được đặt bên trong dung dịch Điện cực tham chiếu Calomel gồm một ống thủy tinh chứa dung dịch điện phân KCl và một thanh bằng KCl với phần đầu bằng HgCl

17

Hình 2 7 Cấu tạo của cảm biến pH Cảm biến pH đo thế điện - hóa giữa chất lỏng đã biết bên trong điện cực gương và chất lỏng chưa biết bên ngoài Bầu thủy tinh có cấu tạo đặc biệt cho phép các ion hydro nhỏ tương tác với bề mặt gương

Hình 2 8 Cấu tạo của màng gương Các ion Hydro ở dung dịch chưa bên ngoài khuếch tán qua lớp kính và đẩy ra số ion Na+ tương ứng đang có trong lớp gương Các ion này khuếch tán đến bất cứ bên nào của màng gương có nồng độ thấp hơn, nhưng vẫn còn ở trong bề mặt kính đã được hydrate hóa Sự

chuyển đổi của các ion dương này sẽ sinh ra một điện thế được gọi là thế điện hydro

Để nối vòng mạch điện,ta cần có một điện cực tham chiếu Chú ý rằng dụng cụ này không đo đạc dòng điện mà đo điện áp, tuy nhiên cần một dòng rò nhỏ từ các điện cực tham chiếu để tạo nên một cầu nối đến điện cực gương

Cảm biến pH đo điện thế giữa MgCl ở điện cực tham chiếu và chất lỏng KCl; chất lỏng chưa biết, dung dịch bên trong điện cực gương; và điện thế giữa dung dịch đó và điện cực bạc (Ag) Nhưng chỉ có điện thế giữa chất lỏng chưa biết và dung dịch bên trong điện cực gương là thay đổi theo mẫu đo

Điện thế xuất hiện trên các điện cực tỷ lệ tuyến tính với độ pH Ở điều kiện chuẩn, với pH 7, hiệu điện thế giữa 2 cực là 0V.độ dốc là 59.17 mV / pH, độ tuyến tính đạt 99% trong tầm đo

từ 4 đến 12 pH, giảm xuống còn 96% trong khoảng từ 0 đến 4 pH, 97% ở tầm đo từ 12 đến 13pH, và 92% trong tầm đo từ 13 đến 14 pH Điện thế này có nội trở nguồn rất lớn Do đó mạch khuếch đại hoặc đo lường nó phải là mạch có tổ trở vào rất cao Thường người ta dùng các Op Amp JFet hoặc MosFET.Do điện thế này sẽ thay đổi chút ít theo nhiệt độ, nên trong cảm biến pH thường có đặt thêm một cảm biến nhiệt độ để đo lường và bù trừ

18

Bảng 2 2 Khảo sát một số loại cảm biến PH online tiêu biểu có trên thị trường

19

Vậy xét về góc độ hiệu quả kinh tế nhóm tác giả chọn loại điện cực PH Atlas-scientific [18]

có chi phí phù hợp, ngõ ra số, độ chính xác cao, tiện sử dụng cho đề tài này

2.2.2 Cảm biến nồng độ Oxy hòa tan (DO)

a) Tầm quan trọng của Oxy hoà tan

Cũng như các động vật sống trên cạn, cá và các loài thuỷ sản cũng cần Oxy để sống Khi nước

đi qua mang cá những bọt rất nhỏ Oxy hoà tan trong nước sẽ đi từ nước vào máu của chúng Như các loại khí khác, khí Oxy khuếch tán vào trong nước cũng chỉ đến một giới hạn nào đó thường rất thấp để duy trì sự sống của loài thuỷ sản Oxy cũng cần thiết cho sự phát triển của các loài tảo và các loài thực vật dưới nước cũng như các phản ứng hoá học xẩy ra trong nước

b) Nguyên nhân của sự biến đổi nồng độ Oxy hoà tan trong nước

Oxy được sinh ra trong quá trình quang tổng hợp và được tiêu thụ do quá trình hô hấp của các loài thuỷ sản, thực vật dưới nước và sự phân huỷ của các chất hữu cơ dư thừa Quá trình quang tổng hợp đòi hỏi phải có ánh sáng nên chỉ xẩy ra ban ngày

Quá trình hô hấp và phân huỷ lại xẩy ra 24 giờ trong ngày Sự khác nhau này dẫn đến có sự thay đổi lớn về nồng độ Oxy hoà tan trong nước

Vào buổi tối, khi quá trình quang tổng hợp không xẩy ra mà quá trình hô hấp và phân huỷ tiêu thụ Oxy làm nồng độ Oxy hoà tan trong nước giảm dần Nó sẽ thấp nhất vào trước khi trời sáng, trước khi quá trình quang tổng hợp bắt đầu

Một nguồn cung cấp Oxy khác là từ không khí và dòng chảy Nồng độ Oxy trong không khí cao hơn trong nước, chiếm khoảng 21% thể tích không khí trong khi đó trong nước chỉ chiếm khoảng vài chục phần triệu (mg/l) Trên bề mặt nước do có sự khác nhau lớn về nồng độ Oxy nên các phân tử Oxy sẽ khuếch tán vào trong nước Nồng độ Oxy sẽ khuếch tán vào nước nhiều hơn khi có gió khuấy trộn nước hay khi có sóng trên bề mặt nước

Một quá trình vật lý khác ảnh hưởng đến nồng độ Oxy hoà tan liên quan đến nhiệt độ của nước và sự bão hoà khí Nước lạnh sẽ giữ được nhiều Oxy hoà tan hơn trong nước ấm Nước

ấm sẽ trở nên dễ bão hoà Oxy hơn Khi nước trở nên ấm, nó giữ được ít Oxy hoà tan hơn Vì vậy trong những tháng mùa hè, nước ở phần trên bề mặt có nồng độ Oxy hoà tan phụ thuộc nhiệt độ Nồng độ Oxy hoà tan thấp khi nhiệt độ cao và ngược lại

Nồng độ Oxy hoà tan có thể thay đổi nhiều trong ao hồ sâu Oxy được tạo ra ở lớp bề mặt của

hồ ao do quá trình quang tổng hợp và từ không khí Oxy bị tiêu thụ mạnh ở đáy ao hồ do chất hữu cơ lắng đọng bị phân huỷ Do sự phân tầng nước, nồng độ Oxy hoà tan giữa các tầng rất khác nhau Phần trên thì nhiều Oxy, phần dưới ít Oxy Nếu hồ nông và dễ dàng trộn giữa các tầng nhờ gió thì nồng độ Oxy có thể đồng đều khi gió mạnh Nếu trời lặng gió thì sự phân tầng lại xẩy ra Sự thay đổi mùa cũng ảnh hưởng đến nồng độ Oxy Mùa hè nhiệt độ ấm làm tăng tốc độ tổng hợp và phân huỷ Khi các thực vật dưới nước chết đi vào cuối mùa phát triển,

sự phân huỷ của chúng gây ra sự tiêu thụ Oxy hoà tan lớn Các mùa khác sự đưa nước vào ra cũng làm ảnh hưởng đến nồng độ Oxy hoà tan trong nước

c) Ảnh hưởng của sự ô nhiễm

20

Mức độ ô nhiễm ảnh hưởng bởi các chất hũư cơ (như nước thải, cỏ chết, đất bùn trên bờ chảy xuống ) hay các thức ăn dư thừa lắng đọng Sự ô nhiễm sẽ làm giảm nồng độ Oxy hoà tan trung bình Nếu tảo mọc nhiều trong hồ ao thì sự sản sinh ra Oxy và tiêu thụ Oxy không cân bằng nhau, thường dẫn đến giảm nồng độ Oxy hoà tan nhất là khi tảo nở hoa Ngoài ra các khí độc từ đáy hồ ao thoát ra (H2S, NH4 ) đi lên tầng nước trên sẽ gây chết tôm cá

d) Sự bão hoà Oxy

Gọi là nồng độ Oxy bão hoà 100% chính là nồng độ Oxy trong nước bão hoà không khí Thí dụ: Nồng độ Oxy trong nước bão hoà không khí 100% là 8.6 mgO2/l ở 25oC, 760 mmHg và tăng 14.6 O2mg/l ở 0oC, 760mmHg

Hình 2 9 Trạng thái cân bằng lỏng – khí của O2Tóm lại nồng độ Oxy bão hoà phụ thuộc nhiệt độ, độ muối và độ cao so với mực nước biển Nhiệt độ tăng thì nồng độ Oxy bão hoà giảm Độ muối tăng hay càng lên cao so với mực nước biển thì nồng độ Oxy bão hoà cũng giảm Các thông số ảnh hưởng của nhiệt độ, độ muối, chiều cao so với mực nước biển đến nồng độ Oxy bão hoà thường được cho thành bảng để dễ kiểm chuẩn trước khi đo hay được nạp vào máy đo

Vậy nồng độ Oxy hoà tan trong nước bao nhiêu là phù hợp? theo một số tài liệu thì nồng độ Oxy hoà tan:

- Từ 0 đến 2 mg/l là không cung cấp đủ Oxy cho sự sống;

- Từ 2 đến 4mg/l thì chỉ có một số loài cá và côn trùng sống được;

- Từ 4 đến 7 mg/l phù hợp cho các loài thuỷ sản (cá, tôm) sống ở vùng nước nóng;

- Từ 7 đến 11 mg/l là tốt cho cá sống trong vùng nước lạnh và dòng chảy.Khi áp suất riêng phần của Oxy ở nước và không khí bằng nhau Lúc đó, nước đã bão hòa nồng độ

Oxy hòa tan

e) Các loại cảm biến DO:

- Cảm biến DO loại màng lọc kiểu pin galvanic

Nguyên lý hoạt động của loại cảm biến này tương tự như pin galvanic Điện cực làm việc được làm bằng kim loại quý (Ag), điện cực còn lại bằng kim loại kiềm (Pb) Dung dịch kiềm (KOH) được dùng để làm chất điện phân Màng lọc Teflon được sử dụng để ngăn cách môi trường bên ngoài và dung dịch điện phân Loại màng lọc này chỉ cho phép các phân tử Oxy thẩm thấu qua

21

Hình 2 10 Cảm biến D.O loại màng lọc kiểu pin galvanic Oxy thẩm thấu qua màng lọc sẽ tham gia quá trình Oxy hóa-khử ở điện cực làm việc Một dòng điện được sinh ra và tỉ lệ với nồng độ Oxy hòa tan của môi trường

- Cảm biến D.O loại màng sử dụng cực phổ Volt-Ampe (polarography)

Điện cực làm việc được làm bằng kim loại quý (Pt) Điện cực đối được làm bằng (Ag) Dung dịch muối KCL được dùng làm chất điện phân Một điện áp được đưa vào hai điện cực để tạo

ra dòng điện khuếch tán ngưỡng cho các phân tử Oxy tham gia quá trình Oxy hóa – Khử ở điện cực làm việc, sinh ra dòng điện khử tỉ lệ với nồng độ Oxy hòa tan Dòng điện khử được sinh ra ở hai trường hợp trên sẽ được xử lý bằng mạch khuếch đại dòng, từ đó ta đo được nồng độ Oxy hòa tan

Hình 2 11 Đầu đo nồng độ Oxy hòa tan loại màng sử dụng polarography

Nguyên lý hoạt động như sau: Ta cho một nguồn âm 0.6 - 0.8V vào điện cực làm việc Pt hay

Au, với điện cực còn lại bằng AgAgCl hoặc Calomel (HgCl) trong dung dịch trung tính KCL Các phân tử khí Oxy trong chất lỏng sẽ phản ứng Oxy hóa-khử ở bề mặt của điện cực Pt/Au (Kathode)

4Ag + 0 2 + 2H 2 0+ 4 Cl - → 4 AgCl + 4OH -

Hiện tượng này có thể được quan sát dựa vào biểu đồ cực phổ Volt-Ampe của điện cực làm việc

Hình 2 13 Cực phổ Volt-Ampe ở các ứng suất Oxy khác nhau (a) và sự chuẩn độ ở

điện áp phân cực cố định -700mV (b) Khi điện áp âm được đưa vào điện cực Kathode (Au,Pt) tăng lên, ban đầu dòng điện cũng tăng nhưng sau đó bị bão hòa Trong vùng bằng phẳng của biểu đồ cực phổ, phản ứng của Oxy ở Cathode nhanh nên tỉ lệ của phản ứng tỉ lệ với sự khuếch tán Oxy trên bề mặt Cathode Khi điện áp âm tăng lên nữa, dòng ra của điện cực Cathode tăng lên nhanh chóng do các phản ứng khác xuất hiện, chủ yếu là sự khử của nước thành Hydro Nếu một điện áp cố định trong

- Điểm Zero

- Điểm bão hòa hoặc trạng thái cân bằng giữa chất lỏng và không khí

Hình 2 14 Đồ thị chuẩn độ cho cảm biến DO Điểm Zero không phải 0V do sự dẫn điện của dung dịch phân cực hoặc do sai số của mạch tín hiệu analog Tuy nhiên do sự chênh lệch này nhỏ (khoảng 1mV) nên ta chỉ cần chỉnh độ ở điểm bảo hòa là được

Bảng 2 3 Khảo sát một số loại cảm biến DO có trên thị trường

1

Sensorex DO6441TC/T

- Dải đo oxy hòa tan: 0~100%

- Đầu ra: 4~20mA

- Chất liệu điện cực: Noryl

13.500.000Đ

24

2

Cảm biến HI76410 của HANA

- Dải đo DO: 0~20mg/L

- Áp suất : 7.5bar

- Nhiệt độ: 0~50 độ C

4.200.000Đ

3

Cảm biến DO của ATlas-Scientific

- Dải đo oxy hòa tan: 0~100%

- Đầu ra: Digital, sai số 0.05mg/L

+ Chất liệu điện cực: Polytetra+ fluoroethylene membrane

Dựa trên đặc tính vật lý này, ta có 03 phương pháp đo độ mặn là: phương pháp tỷ trọng kế, phương pháp khúc xạ kế và phương pháp độ dẫn điện

a) Phương pháp tỷ trọng kế

Tỉ trọng được định nghĩa là tỉ số giữa tỉ trọng của dung dịch (tại nhiệt độ nhất định) trên tỉ

trọng của nước tinh khiết (tại nhiệt độ nhất định) Tỷ trọng kế sử dụng một ống cao thủy tinh với một đầu là bầu cao su có thể co giãn theo lực đẩy Asimet của dung dịch nước bên ngoài tác động lên thành bầu

Tỉ trọng phụ thuộc vào nhiệt độ, Khi nước biển nóng lên, nó giãn ra Và khi lạnh đi, nó co lại Như là định luật chung của tự nhiên là khi nhiệt độ tăng thì tỉ trọng giảm và khi nhiệt độ giảm thì tỉ trọng tăng

Tùy theo chất cần đo là chất gì mà người dùng có thể lựa loại tỷ trọng kế cho thích hợp Thường thì phân ra 2 loại chính là: chất nặng hơn nước và chất nhẹ hơn nước Và cũng tùy theo mục đích sử dụng mà trên tỷ trọng kế có nhiệt kế kèm theo hay ko nữa Nhẹ hơn nước thì chủ yếu dùng để đo nồng độ rượu – Cồn kế (người pha rượu nào cũng có) Nặng hơn nước thì dùng đo nồng độ muối – Tỷ trọng kế

Hình 2 16 Minh họa tỷ trọng kế đo độ mặn