Đặc tính hóa học của môi trường nước

Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản CHƯƠNG 3 ĐẶC TÍNH HÓA HỌC CỦA MÔI TRƯỜNG NƯỚC 1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA NƯỚC THIÊN NHIÊN Các hợp chất vô cơ và hữu cơ trong nước tự nhiên có thể tồn tại ở dạng ion hòa tan, khí hòa tan hoặc rắn hoặc lỏng. Chính sự phân bố của các hợp chất này quyết định bản chất của nước tự nhiên: nước ngọt, nước lợ hay nước mặn; giàu dinh dưỡng hay nghèo dinh dưỡng; nước cứng hoặc nước mềm; nước bị ô nhiễm nặng hay nhẹ... Chúng ta có gặp trong nước thiên nhiên hầu hết các nguyên tố có trong vỏ trái đất và trong khí quyển, song chỉ có một số nguyên tố có số lượng đáng kể, nhiều nguyên tố này ta gọi là thành phần chính của nước thiên nhiên (nguyên tố đa lượng). Những nguyên tố là thành phần chính của nước thiên nhiên là: H, O, N, C, Na, Ca, Mg, I, Cl, S , K, Fe, Mn, Br, Si, P. Ngoài ra, còn có nhiều nguyên tố khác với số lượng ít hơn (nguyên tố vi lượng): Al, Zn, Cu, Mo, Co, B, F,... Nước tự nhiên là dung môi tốt để tan hầu hết các acid, baz và muối vô cơ. - Các hợp chất hữu cơ hòa tan như: đường, acid béo, amino acid, acid humic, tanin, vitamine, peptid, protein, urea, sắc tố thực vật và vài hợp chất sinh hóa khác... - Các chất vẩn hữu cơ như: keo hay các sản phẩm phân hủy của các hợp chất hữu cơ, động thực vật phù du, vi sinh vật... - Các chất vẩn vô cơ như: keo sét hay các loại hạt sét thô. Ta nhận thấy rằng tổng nồng độ các ion hòa tan trong nước biển cao hơn so với trong nước sông. Sự hòa tan các chất rắn (ion) trong nước chính là yếu tố quyết định độ mặn của nguồn nước. Nồng độ các ion hòa tan càng cao độ dẫn điện (EC) của nước càng cao. Độ mặn được định nghĩa là tổng chất rắn hòa tan (TDS) trong nước. Do vậy độ mặn có thể được xác định qua độ dẫn điện. Độ dẫn điện (EC) được đo bằng qua đơn vị micro Siemen/cm (S/cm). 24 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Đặc tính hóa học của môi trường nước Bảng 3-1. Thành phần các phần tử hòa tan trong nước biển và nước sông trên thế giới Phần tử Nước biển Nồng độ (mg/L) Xếp hạng Yếu tố đa lượng 19.340 10.770 2.712 1.294 412 399 140 65 9 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Chloride Sodium Sulfate Magnesium Calcium Potassium Bicarbonate Bromide Strontium Boron Silicon Fluoride Nitrogen Phosphorus (K ) - (Cl ) + (Na ) 2- (SO ) 4 2+ Mg ) 2+ (Ca ) + (HCO ) - 3 - (Br ) + (Sr ) (B) (Si) (F) (N) (P) Yếu tố vi lượng mg/L 4,500 (5.000) 1.400 (250) (35) 11 5 3 3 2 2 1 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Molybdenum (Mo) Zinc Iron Cooper Manganese Nickle Aluminum (Zn) (Fe) (Cu) (Mn) (Ni) (Al) Nước sông Nồng độ (mg/L) 8 6 11 4 15 2 58 - - 10 13.100 100 230 20 1 20 670 7 7 0,3 (400) Xếp hạng 5 6 4 7 2 8 1 - - 15 3 12 11 13 18 14 9 17 16 19 10 Theo Nicol 1960, Burton 1976, and Liss 1976 (Trích dẫn bởi C.K. Lin & Yang Yi, 2001). Xếp hạng và các yếu tố vi lượng ở nước biển được chú ý và sắp hạng riêng biệt trong khi ở nước ngọt các yếu tô được xếp hạng chung. Giá trị trong dấu ngoặc là giá trị trung bình. + Nồng độ ion H trong dung dịch biểu thị bằng trị số pH, pH = - lg[H ]. Khái niệm pH + được phát triển từ quá trình ion hóa của nước: + 2 PH 2.1 Động thái của ion H trong môi trường nước H O + H O = H O + OH hay đơn giản hơn là H O =H + OH 2 2 3 2 + - + - (2.1) Hằng số cân bằng K w của quá trình phân ly trên phụ thuộc vào nhiệt độ của nước. Thí dụ, trong môi trường nước sạch ở nhiệt độ 25 C K = 10 w [H ][OH ] = K = 10 w + - -14 (2.2) o -14 (Bảng 3-2). Từ phương trình (2.1) mỗi phân tử nước phân ly thành 1 ion H và 1 ion OH , nên [H ]=[OH ]. Thế vào phương trình (2.2) ta được: + - [H ][H ] = K = 10 w + + -14 [H ] = 10 = 0,0000001 mole/L + -7 + - Để tránh sử dụng giá trị số quá nhỏ, các nhà hóa học đã chuyển đổi giá trị nồng độ [H ] thành -lg[H ] = pH vào đầu những năm của thế kỷ 1900. + + 25 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản -7 pH = lg[10 ] = 7 Bảng 3-2. Hằng số ion hóa của nước, K w theo Garrels và Christ (1965) Nhiệt độ 0 10 20 30 40 Kw 0,1139 x 10 -14 -14 0,2920 x 10 -14 0,6809 x 10 -14 1,496 x 10 -14 2,919 x 10 Nhiệt độ 5 15 25 35 Kw 0,1846 x 10 -14 -14 0,4505 x 10 -14 1,008 x 10 -14 2,089 x 10 + Mặc dù pH bằng 7 thường là điểm trung tính (điểm mà nồng độ [H ] bằng nồng độ [OH ], nhưng không hoàn toàn đúng ngoại trừ trường hợp nhiệt độ là 25 C, khi đó - K =10 . Thí dụ, ở nhiệt độ 35 C thì điểm trung tính là: -14 [H ] = 2,1 x 10 -6,84 [H+] = 10 pH = 6,84 + 2 o -13,68 =10 w -14 o Thang đo pH thường là 0-14, nhưng giá trị pH có thể cao hơn 14 hoặc nhỏ hơn 0. + Dung dịch chứa nồng độ [H ] lớn hơn 1 mole/L thì pH nhỏ hơn 0 hoặc dung dịch có -14 nồng độ nhỏ hơn 10 + mole/L thì giá trị pH lớn hơn 14. Thí dụ, dung dịch chứa nồng + -16 -16 thì pH = -lg[10 ] = 16. Ion H có trong môi trường nước chủ yếu là sản phẩm của quá trình thủy phân các ion Fe và Al trao đổi trong keo đất, quá trình oxy hóa các hợp chất của sắt và lưu huỳnh (quá trình oxy hóa đất phèn tiềm tàng - FeS 2). Quá trình oxy hóa đất phèn tiềm tàng thường làm pH giảm thấp (dưới 4,5). 3+ 3+ 2FeS + 7O + 2H O = 2FeSO + 4H + 2SO 2 2 2 4 4 + 2- 2FeSO 4 + 1/2O 2 + H 2SO 4 = Fe 2(SO 4) 3 + H 2O FeS + 7Fe (SO ) + 8H O = 15FeSO + 18H + 8SO 2 2 4 3 2 4 Fe (SO ) + 6H O = 2Fe(OH) + 6H + 3SO 2 4 3 2 2 + + 2 4 độ [H ]=10 thì pH = -lg[10] = -1; hay [H ] = 10 + 2- 4 pH của nước còn bị giảm do quá trình phân hủy hữu cơ, hô hấp của thủy sinh vật, hai quá trình này giải phóng ra nhiều CO , CO phản ứng với nước trạo ra H và + 2 2 bicarbonate làm giảm pH của nước. Các phương trình phản ứng như sau: C 6H 12O 6 + O 2 CO 2 + H 2O + Q CO 2 + H 2O = H 2CO3 H CO = H + HCO 2 3 + - 3 26 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Đặc tính hóa học của môi trường nước Ngược lại, quá trình quang hợp của thực vật hấp thu CO 2 làm pH tăng dần, khi CO 2 tự do hòa tan trong nước bị hấp thụ hoàn toàn thì pH tăng lên 8,34. Do thực vật quang hợp hấp thụ CO 2 nhanh hơn lượng CO 2 tạo ra từ quá trình hô hấp của thủy sinh vật nên thực vật phải lấy CO từ sự chuyển hóa HCO và sinh ra nhiều carbonate làm - 2 tăng pH của nước lên trên 8,34. 2HCO - 3  CO 2 + CO3  2- 3 + H 2O Do quá trình quang hợp diễn ra theo chu kỳ ngày đêm nên dẫn đến sự biến động pH theo ngày đêm. Ban ngày có ánh sáng, thực vật quang hợp làm pH của nước tăng dần, pH đạt đến mức cao nhất vào lúc 14:00-16:00 giờ vì lúc này cường độ ánh sáng cao nhất. Ban đêm chỉ có quá trình hô hấp xảy ra làm tăng hàm lượng CO 2 làm pH giảm, pH giảm đến mức thấp nhất vào lúc binh minh (6:00 giờ). Biên độ biến động pH theo ngày đêm phụ thuộc vào mức độ dinh dưỡng của môi trường nườc vì dinh dưỡng quyết định đến mật độ của thực vật. pH Giàu dinh dưỡng Nghèo dinh dưỡng 6:00 14:00 6:00 t Hình 3-1. Biến động pH theo ngày đêm Nước thiên nhiên trong các thủy vực, pH của môi trường được tự điều chỉnh nhờ hệ đệm carbonic-bicarbonate (xem mục 3.1) + 2.2 Ý nghĩa sinh thái học của ion H trong môi trường nước pH là một trong những nhân tố môi trường có ảnh hưởng rất lớn trực tiếp và gián tiếp đối với đời sống thủy sinh vật như: sinh trưởng, tỉ lệ sống, sinh sản và dinh dưỡng. pH thích hợp cho thủy sinh vật là 6,5-9. Khi pH môi trường quá cao hay quá thấp đều không thuận lợi cho quá trình phát triển của thủy sinh vật. Tác động chủ yếu của pH khi quá cao hay quá thấp là làm thay đổi độ thẩm thấu của màng tế bào dẫn đến làm rối loạn quá trình trao đổi muối-nước giữa cơ thể và môi trường ngoài. Do đó, pH là nhân tố quyết định giới hạn phân bố của các loài thủy sinh vật. pH có ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của phôi, quá trình dinh dưỡng, sinh trưởng và sinh sản của cá. Cá sống trong môi trường có pH thấp sẽ chậm phát dục, nếu pH quá thấp sẽ không đẻ hay đẻ rất ít. 27 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Không sinh sản Chết Sinh trưởng chậm Sinh trưởng tốt Không sinh sản Sinh trưởng chậm Chết 4 5 6 7 8 9 10 11 pH Hình 3-2. Ảnh hưởng của pH đến đời sống của cá 2.3 Biện pháp quản lý pH 2.3.1 Biện pháp khắc phục tránh pH thấp Trong ao nuôi thủy sản pH thường giảm mạnh (dưới 4,5) gây chết cá thường là do nguyên nhên oxy hóa của đất phèn, do đó để quản lý pH thấp trong vùng chịu ảnh hưởng của đất phèn cần chú ý một số vấn đề sau: - Ở vùng đất phèn không phơi đáy ao nứt nẻ - Tránh trường hợp đất phèn tiếp xúc với không khí (đất đào ao bị phơi khô) - Trước những cơn mưa đầu mùa cần bón vôi xung quanh bờ ao (đối với ao mới đào) - Ao mới đào nên trao đổi nước nhiều, bón vôi (CaCO 3, hay Dolomite) và bón phân - Thay nước, cấp nước mới khi pH giảm thấp Trong trường hợp pH giảm do CO 2 sinh ra từ quá trình hô hấp của thủy sinh vật hay phân hủy hữu cơ thường không gây chết cá nhưng pH thấp (dưới 6,5) cũng không có lợi cho cá. Cần hạn chế sự tích lũy vật chất hữu cơ từ phân bón và thức ăn thừa trong ao, nếu mật độ nuôi cao cần áp dụng biện pháp sục khí để làm giảm CO 2 và làm tăng hàm lượng oxy hòa tan. 2.3.2 Biện pháp khắc phục khi pH cao Để hạn chế pH tăng cao trong ao nuôi thủy sản cần áp dụng một số biện pháp tránh tích lũy dinh dưỡng trong ao để hạn chế sự phát triển quá mức của thực vật. - Cải tạo ao tốt ở đầu vụ nuôi - Không cho thức ăn quá thừa và bón phân quá liều - Áp dụng các biện pháp khống chế sự phát triển của thực vật. Khi độ pH của nước tăng cao trên 9 có thể áp dụng biện pháp hóa học là dùng phèn nhôm Al 2(SO 4) 3.14H 2O để hạ pH xuống 8,34. A 2l ( SO 4 3) . 14H 2O + H 2O 2Al(OH) 3 + 6H + + 3SO 4 + 14H 2O 28 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Đặc tính hóa học của môi trường nước A 2l ( SO 4 3) . 14H 2O 6H+ 594, x 1 4 mg = 6CaCO3 600, 4 8 mg 1 mg/L x=0, 9 9 mg/L Như vậy, dùng khoảng 1 mg phèn có thể loại bỏ 1 mg độ kiềm carbonate. Ngoài phèn nhôm, thạch cao (CaSO 4.2H 2O) cũng được dùng để điều hòa pH vì Ca kết tủa carbonate. 3 CACBON DIOXIDE (CO 2) 3.1 Động thái của CO 2 trong môi trường nước CO 2 là nguồn carbon ban đầu cho các quá trình sinh học trong thủy vực. CO 2 hòa tan trong nước được cung cấp từ một số quá trình sau: - Khuếch tán từ không khí theo quy luật Henry. Thí dụ, độ hòa tan của CO 2 ở áp o suất không khí là 1 atm (760 mm Hg) và 30 C trong nước tinh khiết là C s=665 mL/L x 0,03% = 0,2 mL/L CO 2 (hoặc 0,4 mg/L). Độ hòa tan của CO 2 có thể được xác định theo bảng sau: Bảng 3-3. Độ hòa tan của CO 2 (mg/L) trong nước có nhiệt độ và nồng độ muối khác nhau từ không khí ẩm ở áp suất 1 atm. Nhiệt độ o ( C) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Nồng độ muối (‰) 15 1,00 0,83 0,69 0,59 0,50 0,43 0,38 0,33 0,29 20 0,98 0,81 0,68 0,57 0,49 0,42 0,37 0,33 0,29 25 0,95 0,79 0,66 0,56 0,48 0,41 0,35 0,31 0,28 0 1,09 0,89 0,75 0,63 0,54 0,46 0,40 0,35 0,31 5 1,06 0,87 0,73 0,62 0,53 0,45 0,39 0,35 0,30 10 1,03 0,85 0,71 0,60 0,51 0,44 0,39 0,34 0,30 30 0,93 0,77 0,64 0,54 0,47 0,41 0,35 0,31 0,28 35 0,90 0,75 0,63 0,53 0,46 0,40 0,35 0,31 0,27 40 0,88 0,73 0,61 0,52 0,45 0,39 0,34 0,30 0,27 - Sản phẩm hô hấp của thủy sinh vật tự dưỡng và dị dưỡng vtheo phản ứng: C 6H 12O 6 + O 2 CO 2 + H 2O - Sự hòa tan của đá nền đáy (đá vôi, đá vôi đen...) H CO + CaCO Ca(HCO ) Ca + 2HCO - CaMg(CO ) + 2CO + 2H O Ca + Mg 2+ + 4HCO - Quá trình chuyển hóa từ HCO , quá trình này chỉ xảy ra khi có sự quang hợp của thực vật phù du, lúc đó thực vật hấp thu mạnh CO 2. 2+ 2 3 3 3 3 2+ 3 2 2 2 3 - - 3 2HCO 3 CO 2 + CO3 - 2- + H 2O 29 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Hàm lượng CO 2 hòa tan trong nước thiên nhiên ở các thủy vực thường gia tăng vào ban đêm và giảm thấp vào ban ngày, nghĩa là nó niến thiên hoàn toàn ngược lại với oxy hòa tan. Khi hòa tan trong nước, một phần nhỏ CO 2 sẽ liên kết với nước hình thành H 2CO 3, phần lớn bị phân ly thành ion HCO và CO 3 hình thành một hệ thống cân bằng động: CO 2 trong không khí, CO 2 trong nước, H 2CO 3, Ca(HCO 3) 2, CaCO 3 hòa tan trong nước và CaCO 3 kết tủa. Tỷ lệ của các thành phần trên trong muối phụ thuộc vào nhiệt độ và pH của nước. Sự phân ly của H 2CO 3 và hằng số cân bằng (K 1) được trình bày như sau: CO 2 + H 2O H 2CO3 3 - 2- H CO H + HCO 2 3 + 3 - K1 -6,35 = 10 H 2CO 3 là một chất phân ly mạnh nên chúng luôn tồn tại trong nước với tỉ lệ dưới 1%, đo đó hàm lượng của H 2CO 3 và CO 2 được gộp chung gọi là tổng CO 2 (Total CO 2): CO + H O H + HCO 2 2 + - 3 (3.1) Như vậy, có thể trình bày phương trình cân bằng động của phản ứng (3.1) như sau: [H ][HCO 3 ] [Tông CO ] 2      K 1 10   6,35  (3.2) Nước sạch bão hòa CO ở 25 C và áp suất khí quyển (760 mm Hg) có hàm lượng tổng CO 2 là 0,46 mg/L (Bảng 3-3) và theo lý thuyết nếu tính toán dựa trên phương trình cân bằng (3.2) thì độ pH của nước là 5,68. Ở hàm lượng tổng CO 2 cao hơn thì pH sẽ thấp hơn. Thí dụ, hàm lượng tổng CO 2 là 30 mg/L thì độ pH khoảng 4,8. CO 2 hòa tan trong nước không thể làm giảm pH xuống dưới 4,5. Độ hòa tan của CO 2 trình bày ở Bảng 3-3 chỉ áp dụng cho điều kiện nước sạch. Trong nước có chứa hàm lượng bicarbonate (HCO ) cao hơn thì hàm lượng CO ở trạng thái cân bằng sẽ cao hơn nhiều. Thí dụ, ở pH bằng 7 và hàm lượng bicarbonate là 61 mg/L thì hàm lượng tổng CO 2 ở trạng thái cân bằng được tính như sau: 2 - 3 2 [H ][HCO 3 ] (10 )(10 ) [Tông CO 2 ] 10  Tông (10 (10  6,35    )  )     7  3  10  6,35  o 10  (Tông CO 2 )  3, 65  9 8,m g / L  Bicarbonate được hình thành từ sự phân ly của acid carbonic có thể tiếp tục bị phân ly với hàng số cân bằng (K 2) theo phương trình: HCO H + CO 3 - + 2- 3 K2 -10,33 = 10 (3.3) Phương trình cân bằng động của phản ứng (3.3) như sau: 30 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Đặc tính hóa học của môi trường nước [H ][CO 3 ]  [HCO ] 3   2  K 2 10  10,33  Bởi vì K rất nhỏ nên hàm lượng CO 2 2- 3 không đáng kể ngay cả trong nước sạch với hàm lượng CO cao. Tuy nhiên, nếu pH tăng thì hàm lượng CO 2 để duy trì hằng số cân bằng K 1 và K 2. Hàm lượng của tổng CO và CO 2 2- 3 2- 3 và tổng CO 2 giảm rất thấp khi [CO 3 ] = [Tổng CO 2] (xem hình 3-3). 2- Giá trị pH lúc đó bằng 8,34 và được tính như sau: [H ][HCO 3 ] [H ][CO 3 ]) x [Tông CO ] 2  2 2 [H ] [CO 3 ] [Tông CO 2 ]  [HCO 3 ]        2  K 1 x K 2 10   6,35 10 10,33   10  16,68  [CO ] = [Tổng CO ] [H ] = 10 3 2 2- + 2 -10,68 + [H ] = 10 -8,34 pH = 8,34  Hình 3-3. Ảnh hưởng của pH lên tỉ lệ của các dạng Tổng CO , HCO , CO . 2 3 3 Khi pH cao hơn 8,34 thì trong nước không tồn tại CO 2 tự do và khi pH thấp hơn 8,34 thì không tồn tại CO3 2- trong nước. Như vậy, sự tồn tại của các dạng CO , HCO , CO 2 3 - 2- - 2- 3 có liên quan đến độ kiềm và pH của nước. Trong nước các ion HCO , CO , NH , OH , PO , SIO 3 3 4 4 - 2- + - 3- 2- 3 đều có tính bazơ gây nên độ kiềm của nước. Tuy nhiên, nước dùng trong nuôi trồng thủy sản thì HCO , CO 3 - 2- 3 tạo nên độ kiềm của nước là chính. Có thể phân biệt làm 2 loại độ kiềm: 31 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản - Độ kiềm tổng cộng: tổng hàm lượng bazơ chuẩn độ trong nước thể hiện bằng đơn vị mg CaCO 3/L pH>4,5 - Độ kiềm phenoltalein hay độ kiềm carbonate, pH>8,34 Nước thiên nhiên thường có độ kiềm biến động trong khoảng 5-500 mg/L. Theo Boyd & Walley (1975) (trích dẫn bởi Boyd, 1990), ao có độ kiềm thấp thường ở vùng đất cát, trong khi ao có độ kiềm cao thường ở vùng đất thịt và sét, nơi có chứa nhiều CaCO 3. Hàm lượng kiềm lớn hơn 20 mg CaCO 3/L là thích hợp cho ao nuôi giúp ổn định pH và tăng lượng khoáng. CO và HCO tồn tại trong nước sẽ giúp ổn định pH, CO -HCO được gọi là hệ đệm của nước. Khả năng đệm của nước dùng để chỉ khả năng chống lại sự thay đổi pH khi môi trường tăng tính acid hay bazơ nhờ khả năng trung hòa acid của HCO và khả năng trung hòa bazơ của CO 2. - - 2 3 2 3 - 3 H + + HCO H O + CO 3 2 - 2 OH + CO HCO 2 CO 2- 3 - - 3 + CO 2 + H 2O 2HCO3 - Nếu ion H tăng (pH giảm) thì HCO sẽ phản ứng với H+ tạo ra CO , hằng số cân bằng K 1 được duy trì và pH ít thay đổi. Ngược lại, khi ion bazơ tăng, CO 2 sẽ phản ứng + nước sinh ra H để trung hòa bazơ ngăn cản quá trình tăng pH. 3.2 Ý nghĩa sinh thái học của CO 2 trong môi trường nước CO 2 đóng vai trò rất quan trọng trong đời sống của vùng nước, CO 2 là một bộ phận cơ bản tham gia vào việc tạo thành chất hữu cơ trong quá trình quang hợp. CO 2 gắn liền với vòng tuần hoàn của các chất trong thủy vực, trong đó có việc tạo thành và phân hủy các hợp chất hữu cơ trao đổi Ca, Mg và các muối bicacbonate, cacbonate trong nước. Vì vậy, nếu hàm lượng CO 2 hòa tan trong nước thấp sẽ hạn chế năng suất sinh học sơ cấp. Tuy nhiên, CO 2 tồn tại dưới dạng tự do ở nồng độ cao cũng không có lợi cho đời sống của thủy sinh vật. Nếu áp suất của CO 2 trong nước lớn hơn áp suất của CO 2 trong máu cá sẽ làm cản trở quá trình bài tiết CO 2 từ máu cá ra môi trường ngoài, đưa đến sự tích tụ CO 2 trong máu cá dẫn đến những sự thay đổi mạnh mẽ các phản ứng sinh lý của cơ thể cá (Hình 3-4) - Làm giảm khả năng vận chuyển oxy của máu. - Làm tăng ngưỡng oxy của cá. - Làm tăng độ acid của máu (pH giảm sẽ ảnh hưởng đến các trạng thái tồn tại của protid trong máu ). 3 2 + - 32 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Đặc tính hóa học của môi trường nước Hình 3-4. Ảnh hưởng của hàm lượng CO 2 lên độ bão hòa oxy của hemoglobin Theo Hart (1944), Haskel & Davies (1958) thì hầu hết loài cá có thể tồn tại trong nước có hàm lượng CO 2 tự do khoảng 60 mg/L. Theo Ellis (1937) thì quần thể cá phát triển tốt khi môi trường nước chứa đựng hàm lượng CO 2 tự do nhỏ hơn hoặc bằng 5ppm. Trong ao nuôi thủy sản hàm lượng CO 2 biến động từ 0 (giữa trưa) đến 5 hay 10 mg/L (ban đêm) là không ành hưởng xấu đến sức khỏe của cá (trích dẫn bởi Boyd, 1990). 3.3 Biện pháp tránh tích lũy CO 2 gây độc hại trong cá ao nuôi cá Hàm lượng khí CO 2 vượt quá mức (>10 mg/L) và hàm lượng oxy hòa tan thấp trong nước có thể gây hại cho cá do CO 2 làm cản trở sự hấp thụ O 2 của cá. Nguyên nhân dẫn đến CO 2 cao là do hoạt động dị dưỡng lớn hơn hoạt động tự dưỡng, nước ao tích lũy nhiều vật chất hữu cơ hay tảo tàn... Để tránh hiện tượng tích lũy CO 2 gây độc cho cá, khi nuôi cá cần chú ý những điểm sau đây: - Sau mỗi chu kỳ cần vét đáy ao, để lại lớp bùn đáy không quá 20 cm và phơi đáy ao từ 2-3 ngày để các hợp chất hữu cơ trong đáy ao bị phân hủy hoàn toàn. - Trong quá trình nuôi, không được cho nhiều cỏ rác, mùn bã hữu cơ vào ao, nhất là bón phân hữu cơ cần chú ý liều lượng thích hợp. - Khi nuôi cá với mật độ cao cần phải sục khí để làm tăng sự khuếch tán của CO 2 ra không khí và tăng hàm lượng oxy hòa tan. Khi CO 2 trong nước quá cao có thể áp dụng các biện pháp làm giảm CO 2 như sau: - Dùng Ca(OH)2 2CO 2 + Ca(OH) 2 Ca(HCO 3)2 Để làm giảm 88 mg CO 2 cần gùng 74,08 mg Ca(OH)2 Vậy muốn làm giảm 1 mg CO 2 cần dùng 0,84 mg Ca(OH)2 Chú ý: dùng Ca(OH) 2 quá nhiều (thừa) có thể làm tăng pH nhanh chóng đến mức nguy hiểm, hàm lượng NH 3 cũng sẽ tăng khi pH tăng. 33 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản - Dùng Na 2CO3 2CO 2 + Na 2CO 3 + H 2O NaHCO3 Để làm giảm 44 mg CO 2 cần gùng 105,98 mg Na 2CO3 Vậy muốn làm giảm 1 mg CO 2 cần dùng 2,4 mg Na 2CO3 Dùng Na 2CO 3 thì an toàn hơn Ca(OH) 2, nhưng tốn kém hơn 4 OXYGEN (O 2) 4.1 Động thái của oxy hòa tan trong môi trường nước Oxy hòa tan trong nước chủ yếu là do khuếch tán từ không khí vào, đặc biệt là các thủy vực nước chảy. Sự hòa tan của oxy cũng tuân theo quy luật Henry và có thể được tính theo công thức sau đây: Trong đó: Cs Cs Ks P = K s x P = sự hoà tan của khí, = hiệu suất hoà tan = áp suất riêng phần của khí Thí dụ, ở 30 oC và 1 atm (760 mm Hg) hàm lượng oxy hòa tan = 26,1 mL/L x 0,209 = 5,5 mL/L hoặc = 5,5 mL/L x 1,4 = 7,7 mg/L (32.000mg/22.400 mL = 1,4). Phần trăm bão hòa của oxy trong nước phụ thuộc vào áp suất, nhiệt độ và nồng độ muối nhất định (Bảng 3-4). Nước hòa tan nhiều hơn hay ít hơn nồng độ bão hòa được gọi là quá bão hòa hay dưới bão hòa. Hiện tượng oxy hòa tan quá bão hòa thường xảy ra do sự thay đổi nhiệt độ và áp suất. Oxy hòa tan trong nước còn do sự quang hợp của thực vật trong nước, quá trình này thường diễn ra mạnh trong các thủy vực nước tĩnh. Trong nước hàm lượng oxy hòa tan có thể mất đi do quá trình hô hấp của thủy sinh vật hay quá trình oxy hóa vật chất hữu cơ trong nước và trong nền đáy ao. Nguồn cung cấp và tiêu thụ oxy trong thủy vực được trình bày ở Hình 3-5. Trong thủy vực nước chảy hàm lượng oxy hòa tan thường ít khi vượt quá bão hòa. Trong khi đó, ở các thủy vực nước tĩnh thực vật quang hợp tạo ra oxy lớn hơn gấp nhiều lần so với quá trình hô hấp của thủy sinh vật, do đó hàm lượng oxy hòa tan có thể vượt quá mức bão hòa trên 200% (Hình 3-6) 34 Generated by Foxit PDF Creator © Foxit Software For evaluation only. Đặc tính hóa học của môi trường nước Bảng 3-4. Độ hòa tan của oxy (mg/L) dưới tác dụng của nhiệt độ, độ mặn 0-40‰ (không khí ẩm, khí áp = 760 mm Hg). Theo Colt (1984). Trích dẫn bởi Boyd (1990) Nhiệt độ (°C) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 Độ mặn, phần ngàn (ppt) 15 13,180 12,825 12,487 12,163 11,853 11,557 11,274 11,002 10,742 10,492 10,252 10,022 9,801 9,589 9,384 9,188 8,998 8,816 8,640 8,471 8,307 8,149 7,997 7,849 7,707 7,569 7,436 7,307 7,182 7,060 6,943 6,829 6,718 6,611 6,506 6,405 6,306 6,210 6,117 6,025 5,937 20 12,737 12,398 12,073 11,763 11,467 11,183 10,911 10,651 10,401 10,162 9,932 9,711 9,499 9,295 9,099 8,911 8,729 8,554 8,385 8,222 8,065 7,914 7,767 7,626 7,489 7,357 7,229 7,105 6,984 6,868 6,755 6,645 6,539 6,435 6,335 6,237 6,142 6,050 5,960 5,872 5,787 25 12,309 11,984 11,674 11,376 11,092 10,820 10,560 10,311 10,071 9,842 9,621 9,410 9,207 9,011 8,823 8,642 8,468 8,300 8,138 7,982 7,831 7,685 7,545 7,409 7,277 7,150 7,027 6,908 6,792 6,680 6,572 6,466 6,364 6,265 6,168 6,074 5,983 5,894 5,807 5,723 5,641 0 5 14,602 14,112 14,198 13,725 13,813 13,356 13,445 13,004 13,094 12,667 12,757 12,344 12,436 12,036 12,127 11,740 11,832 11,457 11,549 11,185 11,277 10,925 11,016 10,674 10,766 10,434 10,525 10,203 10,294 10,072 9,858 9,651 9,453 9,261 9,077 8,898 8,726 8,560 8,400 8,244 8,094 7,949 7,808 7,671 7,539 7,411 7,287 7,166 7,049 6,935 6,824 6,716 6,612 6,509 6,410 9,981 9,768 9,562 9,364 9,174 8,990 8,812 8,641 8,476 8,316 8,162 8,013 7,868 7,729 7,593 7,462 7,335 7,212 7,092 6,976 6,863 6,753 6,647 6,543 6,442 6,344 6,248 10 13,638 13,268 12,914 12,576 12,253 11,944 11,648 11,365 11,093 10,833 10,583 10,343 10,113 9,891 9,678 9,473 9,276 9,086 8,903 8,726 8,556 8,392 8,233 8,080 7,931 7,788 7,649 7,515 7,385 7,259 7,136 7,018 6,903 6,791 6,682 6,577 6,474 6,374 6,277 6,183 6,091 30 11,896 11,585 11,287 11,003 10,730 10,470 10,220 9,981 9,752 9,532 9,321 9,118 8,923 8,735 8,555 8,381 8,214 8,053 7,898 7,798 7,603 7,463 7,328 7,198 7,072 6,950 6,83