Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản - Chương 3

Chia sẻ: Huỳnh Văn Thức | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:0

Thêm vào BST

Báo xấu

381
lượt xem 199
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo tài liệu 'quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản - chương 3', khoa học tự nhiên, nông - lâm phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản - Chương 3

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
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 Nước biển Nước sông Phần tử Nồng độ (mg/L) Xếp hạng Nồng độ (mg/L) Xếp hạng Yếu tố đa lượng Chloride (Cl-) 19.340 1 8 5 Sodium (Na+) 10.770 2 6 6 Sulfate (SO42-) 2.712 3 11 4 Magnesium (Mg2+) 1.294 4 4 7 Calcium (Ca2+) 412 5 15 2 Potassium (K+) 399 6 2 8 Bicarbonate (HCO3-) 140 7 58 1 Bromide (Br-) 65 8 - - Strontium (Sr+) 9 9 - - Yếu tố vi lượng mg/L Boron (B) 4,500 1 10 15 Silicon (Si) (5.000) 2 13.100 3 Fluoride (F) 1.400 3 100 12 Nitrogen (N) (250) 4 230 11 Phosphorus (P) (35) 5 20 13 Molybdenum (Mo) 11 6 1 18 Zinc (Zn) 5 7 20 14 Iron (Fe) 3 8 670 9 Cooper (Cu) 3 9 7 17 Manganese (Mn) 2 10 7 16 Nickle (Ni) 2 11 0,3 19 Aluminum (Al) 1 12 (400) 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. 2 PH 2.1 Động thái của ion H+ trong môi trường nước 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: H2O + H2O = H3O+ + OH- hay đơn giản hơn là H2O =H+ + OH- (2.1) Hằng số cân bằng Kw của quá trình phân ly trên phụ thuộc vào nhiệt độ của nước. Thí dụ, trong môi trường nước sạch ở nhiệt độ 25oC Kw = 10-14 (Bảng 3-2). [H+][OH-] = Kw = 10-14 (2.2) 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+] = Kw = 10-14 ⇒ [H+] = 10-7 = 0,0000001 mole/L 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
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản pH = lg[10-7] = 7 Bảng 3-2. Hằng số ion hóa của nước, Kw theo Garrels và Christ (1965) Nhiệt độ Kw Nhiệt độ Kw 0 0,1139 x 10-14 5 0,1846 x 10-14 10 0,2920 x 10-14 15 0,4505 x 10-14 20 0,6809 x 10-14 25 1,008 x 10-14 30 1,496 x 10-14 35 2,089 x 10-14 40 2,919 x 10-14 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 25oC, khi đó Kw=10-14. Thí dụ, ở nhiệt độ 35oC thì điểm trung tính là: [H+]2 = 2,1 x 10-14 =10-13,68 [H+] = 10-6,84 pH = 6,84 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 nồng độ nhỏ hơn 10-14 mole/L thì giá trị pH lớn hơn 14. Thí dụ, dung dịch chứa nồng độ [H+]=10 thì pH = -lg[10] = -1; hay [H+] = 10-16 thì pH = -lg[10-16] = 16. Ion H+ có trong môi trường nước chủ yếu là sản phẩm của quá trình thủy phân các ion Fe3+ và Al3+ 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 - FeS2). Quá trình oxy hóa đất phèn tiềm tàng thường làm pH giảm thấp (dưới 4,5). 2FeS2 + 7O2 + 2H2O = 2FeSO4 + 4H+ + 2SO42- 2FeSO4 + 1/2O2 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + H2O FeS2 + 7Fe2(SO4)3 + 8H2O = 15FeSO4 + 18H+ + 8SO42- Fe2(SO4)3 + 6H2O = 2Fe(OH)2 + 6H+ + 3SO42 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 CO2, CO2 phản ứng với nước trạo ra H+ và bicarbonate làm giảm pH của nước. Các phương trình phản ứng như sau: C6H12O6 + O2 → CO2 + H2O + Q CO2 + H2O = H2CO3 H2CO3 = H+ + HCO3- 26
Đặc tính hóa học của môi trường nước Ngược lại, quá trình quang hợp của thực vật hấp thu CO2 làm pH tăng dần, khi CO2 tự do hòa tan trong nước bị hấp thụ hoàn toàn thì pH tăng lên 8,34. Do thực vật quang hợp hấp thụ CO2 nhanh hơn lượng CO2 tạo ra từ quá trình hô hấp của thủy sinh vật nên thực vật phải lấy CO2 từ sự chuyển hóa HCO3- và sinh ra nhiều carbonate làm tăng pH của nước lên trên 8,34. 2HCO3- → CO2 + CO32- + H2O 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 CO2 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
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Không sinh sản Không sinh sản Sinh trưởng Chết Sinh trưởng chậm Sinh trưởng tốt 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 (CaCO3, hay Dolomite) và bón phân - Thay nước, cấp nước mới khi pH giảm thấp Trong trường hợp pH giảm do CO2 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 CO2 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 Al2(SO4)3.14H2O để hạ pH xuống 8,34. Al2(SO4)3.14H2O + H2O → 2Al(OH)3↓ +6H+ + 3SO4 + 14H2O 28
Đặc tính hóa học của môi trường nước Al2(SO4)3.14H2O → 6H+ = 6CaCO3 594,14 mg 600,48 mg x 1 mg/L x=0,99 mg/L Như vậy, dùng khoảng 1 mg phèn có thể loại bỏ 1 mg độ kiềm carbonate. Ngoài phèn nhôm, thạch cao (CaSO4.2H2O) cũng được dùng để điều hòa pH vì Ca kết tủa carbonate. 3 CACBON DIOXIDE (CO2) 3.1 Động thái của CO2 trong môi trường nước CO2 là nguồn carbon ban đầu cho các quá trình sinh học trong thủy vực. CO2 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 CO2 ở áp suất không khí là 1 atm (760 mm Hg) và 30oC trong nước tinh khiết là Cs=665 mL/L x 0,03% = 0,2 mL/L CO2 (hoặc 0,4 mg/L). Độ hòa tan của CO2 có thể được xác định theo bảng sau: Bảng 3-3. Độ hòa tan của CO2 (mg/L) trong nước có nhiệt độ và nồng độ muối khác nhau từ không khí ẩm ở áp suất 1 atm. Nhiệt độ Nồng độ muối (‰) o ( C) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 1,09 1,06 1,03 1,00 0,98 0,95 0,93 0,90 0,88 5 0,89 0,87 0,85 0,83 0,81 0,79 0,77 0,75 0,73 10 0,75 0,73 0,71 0,69 0,68 0,66 0,64 0,63 0,61 15 0,63 0,62 0,60 0,59 0,57 0,56 0,54 0,53 0,52 20 0,54 0,53 0,51 0,50 0,49 0,48 0,47 0,46 0,45 25 0,46 0,45 0,44 0,43 0,42 0,41 0,41 0,40 0,39 30 0,40 0,39 0,39 0,38 0,37 0,35 0,35 0,35 0,34 35 0,35 0,35 0,34 0,33 0,33 0,31 0,31 0,31 0,30 40 0,31 0,30 0,30 0,29 0,29 0,28 0,28 0,27 0,27 - Sản phẩm hô hấp của thủy sinh vật tự dưỡng và dị dưỡng vtheo phản ứng: C6H12O6 + O2 → CO2 + H2O - Sự hòa tan của đá nền đáy (đá vôi, đá vôi đen...) H2CO3 + CaCO3 → Ca(HCO3) → Ca2++ 2HCO3- CaMg(CO3)2 + 2CO2 + 2H2O → Ca2+ + Mg2+ + 4HCO3- - Quá trình chuyển hóa từ HCO3-, quá trình này chỉ xảy ra khi có sự quang hợp của thực vật phù du, lúc đó thực vật hấp thu mạnh CO2. 2HCO3- → CO2 + CO32- + H2O 29
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Hàm lượng CO2 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 CO2 sẽ liên kết với nước hình thành H2CO3, phần lớn bị phân ly thành ion HCO3- và CO32- hình thành một hệ thống cân bằng động: CO2 trong không khí, CO2 trong nước, H2CO3, Ca(HCO3)2, CaCO3 hòa tan trong nước và CaCO3 kết tủa. Tỷ lệ của các thành phần trên trong muối phụ thuộc vào nhiệt độ và pH của nước. Sự phân ly của H2CO3 và hằng số cân bằng (K1) được trình bày như sau: CO2 + H2O ⇔ H2CO3 H2CO3 ⇔ H+ + HCO3- K1 = 10-6,35 H2CO3 là một chất phân ly mạnh nên chúng luôn tồn tại trong nước với tỉ lệ dưới 1%, đo đó hàm lượng của H2CO3 và CO2 được gộp chung gọi là tổng CO2 (Total CO2): CO2 + H2O ⇔ H+ + HCO3- (3.1) Như vậy, có thể trình bày phương trình cân bằng động của phản ứng (3.1) như sau: [ H + ][ HCO3− ] = K 1 = 10 −6 ,35 (3.2) [Tông CO2 ] Nước sạch bão hòa CO2 ở 25oC và áp suất khí quyển (760 mm Hg) có hàm lượng tổng CO2 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 CO2 cao hơn thì pH sẽ thấp hơn. Thí dụ, hàm lượng tổng CO2 là 30 mg/L thì độ pH khoảng 4,8. CO2 hòa tan trong nước không thể làm giảm pH xuống dưới 4,5. Độ hòa tan của CO2 trình bày ở Bảng 3-3 chỉ áp dụng cho điều kiện nước sạch. Trong nước có chứa hàm lượng bicarbonate (HCO3-) cao hơn thì hàm lượng CO2 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 CO2 ở trạng thái cân bằng được tính như sau: [ H + ][ HCO3− ] (10 −7 )(10 −3 ) = = 10 −6 ,35 [Tông CO2 ] (Tông CO2 ) (10 −10 ) Tông = − 6, 35 = 10 −3, 65 = 9,8 mg / L (10 ) Bicarbonate được hình thành từ sự phân ly của acid carbonic có thể tiếp tục bị phân ly với hàng số cân bằng (K2) theo phương trình: HCO3- ⇔ H+ + CO32- K2 = 10-10,33 (3.3) Phương trình cân bằng động của phản ứng (3.3) như sau: 30
Đặc tính hóa học của môi trường nước [ H + ][CO32− ] = K 2 = 10 −10 ,33 [ HCO3− ] Bởi vì K2 rất nhỏ nên hàm lượng CO32- không đáng kể ngay cả trong nước sạch với hàm lượng CO2 cao. Tuy nhiên, nếu pH tăng thì hàm lượng CO32- và tổng CO2 giảm để duy trì hằng số cân bằng K1 và K2. Hàm lượng của tổng CO2 và CO32- rất thấp khi [CO32-] = [Tổng CO2] (xem hình 3-3). Giá trị pH lúc đó bằng 8,34 và được tính như sau: [ H + ][ HCO3− ] [ H + ][CO32 − ]) x − = K 1 x K 2 = 10 − 6,35 10 −10,33 [Tông CO2 ] [ HCO3 ] [ H + ] 2 [CO32 − ] = 10 −16,68 [Tông CO2 ] [CO32-] = [Tổng CO2] ⇒ [H+]2 = 10-10,68 ⇒ [H+] = 10-8,34 ⇒ pH = 8,34 Hình 3-3. Ảnh hưởng của pH lên tỉ lệ của các dạng Tổng CO2, HCO3-, CO32-. Khi pH cao hơn 8,34 thì trong nước không tồn tại CO2 tự do và khi pH thấp hơn 8,34 thì không tồn tại CO32- trong nước. Như vậy, sự tồn tại của các dạng CO2, HCO3-, CO32- có liên quan đến độ kiềm và pH của nước. Trong nước các ion HCO3-, CO32-, NH4+, OH-, PO43-, SIO32- đều có tính bazơ gây nên độ kiềm của nước. Tuy nhiên, nước dùng trong nuôi trồng thủy sản thì HCO3-, CO32- tạo nên độ kiềm của nước là chính. Có thể phân biệt làm 2 loại độ kiềm: 31
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 CaCO3/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 CaCO3. Hàm lượng kiềm lớn hơn 20 mg CaCO3/L là thích hợp cho ao nuôi giúp ổn định pH và tăng lượng khoáng. CO2 và HCO3- tồn tại trong nước sẽ giúp ổn định pH, CO2-HCO3- 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 HCO3- và khả năng trung hòa bazơ của CO2. H+ + HCO3- → H2O + CO2 OH- + CO2 → HCO3- CO32- + CO2 + H2O → 2HCO3- Nếu ion H+ tăng (pH giảm) thì HCO3- sẽ phản ứng với H+ tạo ra CO2, hằng số cân bằng K1 được duy trì và pH ít thay đổi. Ngược lại, khi ion bazơ tăng, CO2 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 CO2 trong môi trường nước CO2 đóng vai trò rất quan trọng trong đời sống của vùng nước, CO2 là một bộ phận cơ bản tham gia vào việc tạo thành chất hữu cơ trong quá trình quang hợp. CO2 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 CO2 hòa tan trong nước thấp sẽ hạn chế năng suất sinh học sơ cấp. Tuy nhiên, CO2 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 CO2 trong nước lớn hơn áp suất của CO2 trong máu cá sẽ làm cản trở quá trình bài tiết CO2 từ máu cá ra môi trường ngoài, đưa đến sự tích tụ CO2 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 ). 32
Đặc tính hóa học của môi trường nước Hình 3-4. Ảnh hưởng của hàm lượng CO2 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 CO2 tự do khoảng 60 mg/L. Theo Ellis (1937) thì quần thể cá phát triển tốt khi môi trường nước chứa đựng hàm lượng CO2 tự do nhỏ hơn hoặc bằng 5ppm. Trong ao nuôi thủy sản hàm lượng CO2 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 CO2 gây độc hại trong cá ao nuôi cá Hàm lượng khí CO2 vượt quá mức (>10 mg/L) và hàm lượng oxy hòa tan thấp trong nước có thể gây hại cho cá do CO2 làm cản trở sự hấp thụ O2 của cá. Nguyên nhân dẫn đến CO2 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 CO2 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 CO2 ra không khí và tăng hàm lượng oxy hòa tan. Khi CO2 trong nước quá cao có thể áp dụng các biện pháp làm giảm CO2 như sau: - Dùng Ca(OH)2 2CO2 + Ca(OH)2 → Ca(HCO3)2 Để làm giảm 88 mg CO2 cần gùng 74,08 mg Ca(OH)2 Vậy muốn làm giảm 1 mg CO2 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 NH3 cũng sẽ tăng khi pH tăng. 33
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản - Dùng Na2CO3 2CO2 + Na2CO3 + H2O → NaHCO3 Để làm giảm 44 mg CO2 cần gùng 105,98 mg Na2CO3 Vậy muốn làm giảm 1 mg CO2 cần dùng 2,4 mg Na2CO3 Dùng Na2CO3 thì an toàn hơn Ca(OH)2, nhưng tốn kém hơn 4 OXYGEN (O2 ) 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: Cs = Ks x P Trong đó: Cs = sự hoà tan của khí, Ks = hiệu suất hoà tan P = áp suất riêng phần của khí Thí dụ, ở 30oC 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
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 Độ mặn, phần ngàn (ppt) (°C) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 0 14,602 14,112 13,638 13,180 12,737 12,309 11,896 11,497 11,111 1 14,198 13,725 13,268 12,825 12,398 11,984 11,585 11,198 10,815 2 13,813 13,356 12,914 12,487 12,073 11,674 11,287 10,913 10,552 3 13,445 13,004 12,576 12,163 11,763 11,376 11,003 10,641 10,291 4 13,094 12,667 12,253 11,853 11,467 11,092 10,730 10,380 10,042 5 12,757 12,344 11,944 11,557 11,183 10,820 10,470 10,131 9,802 6 12,436 12,036 11,648 11,274 10,911 10,560 10,220 9,892 9,573 7 12,127 11,740 11,365 11,002 10,651 10,311 9,981 9,662 9,354 8 11,832 11,457 11,093 10,742 10,401 10,071 9,752 9,414 9,143 9 11,549 11,185 10,833 10,492 10,162 9,842 9,532 9,232 8,941 10 11,277 10,925 10,583 10,252 9,932 9,621 9,321 9,029 8,747 11 11,016 10,674 10,343 10,022 9,711 9,410 9,118 8,835 8,561 12 10,766 10,434 10,113 9,801 9,499 9,207 8,923 8,648 8,381 13 10,525 10,203 9,891 9,589 9,295 9,011 8,735 8,468 8,209 14 10,294 9,981 9,678 9,384 9,099 8,823 8,555 8,295 8,043 15 10,072 9,768 9,473 9,188 8,911 8,642 8,381 8,129 7,883 16 9,858 9,562 9,276 8,998 8,729 8,468 8,214 7,968 7,730 17 9,651 9,364 9,086 8,816 8,554 8,300 8,053 7,814 7,581 18 9,453 9,174 8,903 8,640 8,385 8,138 7,898 7,664 7,438 19 9,261 8,990 8,726 8,471 8,222 7,982 7,798 7,521 7,300 20 9,077 8,812 8,556 8,307 8,065 7,831 7,603 7,382 7,167 21 8,898 8,641 8,392 8,149 7,914 7,685 7,463 7,248 7,038 22 8,726 8,476 8,233 7,997 7,767 7,545 7,328 7,118 6,914 23 8,560 8,316 8,080 7,849 7,626 7,409 7,198 6,993 6,794 24 8,400 8,162 7,931 7,707 7,489 7,277 7,072 6,872 6,677 25 8,244 8,013 7,788 7,569 7,357 7,150 6,950 6,754 6,565 26 8,094 7,868 7,649 7,436 7,229 7,027 6,831 6,641 6,456 27 7,949 7,729 7,515 7,307 7,105 6,908 6,717 6,531 6,350 28 7,808 7,593 7,385 7,182 6,984 6,792 6,606 6,424 6,248 29 7,671 7,462 7,259 7,060 6,868 6,680 6,498 6,321 6,148 30 7,539 7,335 7,136 6,943 6,755 6,572 6,394 6,221 6,052 31 7,411 7,212 7,018 6,829 6,645 6,466 6,293 6,123 5,959 32 7,287 7,092 6,903 6,718 6,539 6,364 6,194 6,029 5,868 33 7,166 6,976 6,791 6,611 6,435 6,265 6,099 5,937 5,779 34 7,049 6,863 6,682 6,506 6,335 6,168 6,006 5,848 5,694 35 6,935 6,753 6,577 6,405 6,237 6,074 5,915 5,761 5,610 36 6,824 6,647 6,474 6,306 6,142 5,983 5,828 5,676 5,529 37 6,716 6,543 6,374 6,210 6,050 5,894 5,742 5,594 5,450 38 6,612 6,442 6,277 6,117 5,960 5,807 5,659 5,514 5,373 39 6,509 6,344 6,183 6,025 5,872 5,723 5,577 5,436 5,297 40 6,410 6,248 6,091 5,937 5,787 5,641 5,498 5,360 5,224 35
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Hình 3-5. Nguồn cung cấp và tiêu thụ oxy trong thủy vực. Hình 3-6. Sự gia tăng (quang hợp) và giảm hàm lượng oxy hòa tan (hô hấp) trong ao cá giàu dinh dưỡng. 36
Đặc tính hóa học của môi trường nước Trong các ao nuôi thủy sản hàm lượng oxy có sự biến động lớn theo ngày đêm, mức độ biến động phụ thuộc vào mức độ dinh dưỡng và sự phát triển của thực vật. Trong ao nuôi nghèo dinh dưỡng, thực vật kém phát triển nên biên độ dao động của oxy nhỏ. Trong ao giàu dinh dưỡng thực vật phát triển mạnh, vào ban ngày chúng quang hợp làm hàm lượng oxy hòa tan tăng cao vượt quá mức bão hòa và đạt mức cao nhất vào khoảng 14:00-16:00 giờ. Ngược lại, ban đêm quá trình hô hấp của thủy sinh vật tiêu thụ nhiều oxy làm hàm lượng oxy hòa tan giảm dần và đạt mức thấp nhất vào sáng sớm. Những ao quá giàu dinh dưỡng, hàm lượng oxy hòa tan vào sáng sớm có thể giảm đếm mức 0 mg/L và đạt đến mức quá bão hòa 200% vào giữa trưa (Hình 3-7). Hình 3-7. Những thay đổi ngày đêm về hàm lượng oxy hoà tan (mg/L) trong ao nghèo dinh dưỡng (đường chấm), ao giàu dinh dưỡng (đường gạch) và quá giàu dinh dưỡng (đường liền). Trong một ao nuôi thủy sản hàm lượng dinh dưỡng và mật độ thực vật phù du có khuynh hướng tăng dần vào cuối vụ nuôi, do đó sự biến động hàm lượng oxy hòa tan theo ngày đêm cũng tăng dần. Đầu vụ nuôi, hàm lượng dinh dưỡng và mật độ thực vật phù du thấp nên hàm lượng oxy hòa tan thường thấp hơn mức bão hòa và ít biến động. Càng về cuối vụ nuôi, thực vật phù du phát triển làm hàm lượng oxy hòa tan biến động mạnh, khi thực vật phù du phát triển quá mức thì hàm lượng oxy hòa tan lúc thấp nhất (sáng sớm) sẽ thấp hơn nhu cầu của cá, cần phải có biện pháp khắc phục (Hình 3-8). 37
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Hình 3-8. Mối quan hệ giữa sự phát triển của thực vật nổi và hàm lượng oxy hoà tan trong chu kỳ nuôi thịt tôm càng xanh (Theo C.W. Lin & Yang Yi, 2001) 4.2 Ý nghĩa sinh thái học của oxy hòa tan trong môi trường nước Oxy là chất khí quan trọng nhất trong số các chất khí hòa tan trong môi trường nước. Nó rất cần đối với đời sống sinh vật đặc biệt đối với thủy sinh vật, vì hệ số khuếch tán của oxy trong nước nhỏ hơn rất nhiều so với trong không khí. Theo Krogh (1919) (trích dẫn bởi Boyd, 1990) thì hệ số khuếch tán của oxy trong không khí là 11 còn trong nước chỉ là 34.10-6. Do đó, dễ đưa đến hiện tượng thiếu oxy cục bộ trong thủy vực. Hơn nữa, trong thủy quyển oxy hòa tan chỉ chiếm 3,4% thể tích, còn trong khí quyển nó chiếm tới 20,98% thể tích. Hình 3-9: Ảnh hưởng của hàm lượng oxy hòa tan lên sức khỏe cá. Theo Swingle (1969), trích dẫn bởi Boyd (1990) 38
Đặc tính hóa học của môi trường nước Theo Swingle (1969) thì nồng độ oxy hòa tan trong nước lý tưởng cho tôm, cá là trên 5 ppm. Tuy nhiên, nếu hàm lượng oxy hòa tan vượt quá mức độ bão hòa cá sẽ bị bệnh bọt khí trong máu, làm tắt nghẽn các mạch máu dẫn đến não và tim đưa đến sự xuất huyết ở các vây, hậu môn. 4.3 Biện pháp tránh và khắc phục hiện tượng thiếu oxy trong các ao nuôi cá Để tránh và khắc phục hiện tượng thiếu oxy trong các ao nuôi cá, khi nuôi ta cần chú ý các điểm sau: - Ao nuôi cần thoáng khí, nếu cần thả lục bình, rau muống hay bèo để làm nơi trú ẩn cho cá khi nhiệt độ nước quá cao thì nên gom chúng lại ở một góc ao và không được thả quá 1/3 diện tích mặt ao. - Không cho ăn thức ăn quá dư thừa hoặc bón phân quá liều lượng, vì như vậy sẽ dễ dàng đưa đến hiện tượng thực vật phù du nở hoa làm nồng độ oxy hòa tan giảm thấp vào ban đêm (có khi hết hẳn), có thể cả trong ban ngày khi thực vật phù du chết đi quá trình phân hủy của chúng tiêu hao nhiều oxy của môi trường và phóng thích nhiều CO2, tích lũy nhiều NH3, H2S... không có lợi cho đời sống thủy sinh vật trong ao. - Thay nước với nguồn nước có chất lượng tốt. - Khi thấy có hiện tượng xấu như cá nổi đầu hàng loạt và hoạt động yếu (không phản ứng với tiếng động) thì phải tiến hành sục khí hay cấp nước mới. - Sử dụng chất oxy hóa như KMnO4 (2-6 mg/L), nhưng hiệu quả không cao bởi vì phải dùng 6,58 mg/L để tạo ra 1 mg O2/L. Hàm lượng KMnO4 quá mức sẽ gây độc cho cá. 4KMnO4 + 2H2O → 4KOH + 4 MnO2 + 3O2 KMnO4 có tác dụng oxy hóa làm giảm các chất độc như H2S, Fe2+, thuốc trừ sâu, kim loại nặng... - Sử dụng H2O2 2H2O2 → 2H2O + O2 Theo lý thuyết, 0,05 mL (1 giọt) H2O2 6% cho vào 1 lít nước sẽ sản sinh ra 1,5 mg O2. - Sử dụng CaO2 dạng hạt CaO2 + H2O → Ca(OH)2 + O2 Theo Chamberlian (1988) (trích dẫn bởi Boyd, 1990), bón CaO2 (60%) vào đáy ao với liều lượng 25-100 g/m2, CaO2 phân hủy dần và giải phóng O2. Với liều lượng 2,7 kg CaO2 sẽ sinh ra 1 kg O2. 5 HYDROGEN SULFIDE (H2S) 5.1 Động thái của khí H2S trong môi trường nước Khí H2S tích tụ dưới nền đáy các thủy vực chủ yếu là do quá trình (i) phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh hay (ii) quá trình phản sulfate hóa với sự tham gia của các vi khuẩn yếm khí. Trường hợp thứ nhất thường hay gặp ở hầu hết các thủy vực, trường hợp thứ hai thường gặp ở thủy vực nước lợ, mặn như biển và đại dương, 39
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản nơi có nhiều ion SO42- trong nước. H2S được hình thành trong điều kiện nhiệt độ cao và trong thủy vực có nhiều hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh. H2S có mùi đặc trưng đó là mùi trứng thối. Quá trình phản sulfate hóa xảy ra theo phản ứng sau: SO42- + H+ → S2- + 4H2O Sản phảm của quá trình phản sulfate hóa sẽ chuyển hóa tạo thành HS- và H2S theo các phản ứng sau: H2S ⇔ H+ + HS- HS- ⇔ H+ + S2- Hằng số cân bằng của các phản ứng trên là: [ H + ][ HS − ] = K 1 = 10 −7 ,01 (5.1) [H 2 S ] [ H + ][ S 2− ] − = K 2 = 10 −13 ,89 (5.2) [ HS ] pH có liên quan đến sự tồn tại của các dạng sulfide (H2S, HS-, S2-), dạng tự do (H2S) thì rất độc đối với cá nhưng phân ly thành các ion (HS-, S2-) thì chúng không độc, do đó tỉ lệ giữa dạng ion và dạng tự do được chú ý trong nuôi trồng thủy sản. Chúng ta có thể tính được tỉ lệ của dạng tự do ở bất kỳ giá trị pH dựa vào phương trình (5.1). Thí dụ, tỉ lệ HS-:H2S ở pH = 5 ([H+]=10-5) được tính như sau: [ HS − ] 10 −7 ,01 10 −7, 01 = + = −5 = 10 −2 ,01 = 0,0098 mole / L [ H 2 S ] [ H ] 10 Như vậy, ở pH=5 cứ 1 mole H2S thì tồn tại 0,0098 mole HS- và tỉ lệ của H2S trên tổng sulfide là 99,03%. 1 H2S/Tổng sulfide (%) = 100 = 99,03% 1,0098 Khi pH tăng, tỉ lệ H2S/Tổng sulfide giảm, thí dụ khi pH bằng 6 thì tỉ lệ này bằng 91,1 và ở pH bằng 7 thì tỉ lệ này là 50,6%. Tỉ lệ của H2S/Tổng sulfide còn bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thì tỉ lệ này giảm. Chúng ta có thể tính được hàm lượng H2S ở điều kiện nhiệt độ và pH xác định dựa vào bảng số sau: 40
Đặc tính hóa học của môi trường nước Bảng 3.5. Tỉ lệ phần trăm của H2S/Tổng sulfide theo pH và nhiệt độ Nhiệt độ nước (oC) pH 16 18 20 22 24 26 28 30 32 5,0 99,3 99,2 99,2 99,1 99,1 99,0 98,9 98,9 98,9 5,5 97,7 97,6 97,4 97,3 97,1 96,9 96,7 96,5 96,3 6,0 93,2 92,8 92,3 92,0 91,4 90,8 90,3 89,7 89,1 6,5 81,2 80,2 79,2 78,1 77,0 75,7 74,6 73,4 72,1 7,0 57,7 56,2 54,6 53,0 51,4 49,7 48,2 46,6 45,0 7,5 30,1 28,9 27,5 26,3 25,0 23,8 22,7 21,6 20,6 8,0 12,0 11,4 10,7 10,1 9,6 9,0 8,5 8,0 7,5 8,5 4,1 3,9 3,7 3,4 3,2 3,0 2,9 2,7 2,5 9,0 1,3 1,3 1,2 1,1 1,0 1,0 0,9 0,9 0,8 Hàm lượng H2S (mg/L) = Tổng sulfide x tỉ lệ % của H2S (giá trị tra trong bảng trên) 5.2 Ý nghĩa sinh thái học của khí H2S H2S là một chất khí cực độc đối với thủy sinh vật, tác dụng độc của nó là liên kết với sắt trong thành phần của hemoglobine, không có sắt thì hemoglobine không có khả năng vận chuyển oxy cung cấp cho các tế bào, thủy sinh vật sẽ chết vì thiếu oxy. Độ độc của H2S đối với cá phụ thuộc vào nhiều yếu tố như pH, nhiệt độ của nước. Theo Bonn và Follis (1957) (trích dẫn bởi Boyd, 1990) thì ở nhiệt độ 25-30oC, pH nước bằng 6,8 thì nồng độ H2S gây chết 50% cá sau 3 giờ thí nghiệm (LC50-3 giờ) là 0,8 mg/L. Còn pH bằng 7 thì LC50-3 giờ của khí H2S đối với cá Nheo bột Mỹ là 1mg/L, 1,3 mg/L đối với cá tiền trưởng thành và 1,4 mg/L đối với cá trưởng thành. Ở những nồng độ thấp hơn, khí H2S không gây độc hại trực tiếp nhiều đối với cá mà làm tiêu hao nhiều oxy của môi trường (để oxy hóa hoàn toàn 1mg khí H2S thành SO42- phải tiêu tốn đến 1,3 mg oxy của môi trường. Trong mùa hè, khí H2S thường được hình thành nhiều ở nến đáy thủy vực, hạn chế sự phát triển của nhiều loại động vật đáy, hạn chế thức ăn tự nhiên của một số loài cá, năng suất cá nuôi bị giảm. Vào mùa đông, sự tích lũy khí H2S ở đáy ao nhiều bùn gây nên hiện tượng thiếu oxy có thể dẫn đến cá chết, nhất là các ao nước tù. 5.3 Biện pháp tránh tích lũy nhiều khí H2S Để tránh sự hình thành nhiều khí H2S gây độc cho các ao nuôi cần hạn chế sự tích lũy hữu cơ ở đáy ao và tình trạng yếm khí. - Cải tạo ao tốt đầu vụ nuôi - Quản lý tốt thức ăn và hạn chế thức ăn thừa - Khi sử dụng phân bón, nhất là phân hữu cơ nên hóa thành dung dịch tưới khắp mặt ao. Lá dầm (phân xanh ) trong ao phải được giữ ở tầng mặt và thường xuyên đảo trộn để chúng phân hủy nhanh. 41
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản - Ao phải thoáng để làm tăng oxy hòa tan của nước nhằm tránh hiện tượng yếm khí. - Các ao nuôi thâm canh nên có sục khí để làm H2S thoát ra không khí nhanh hơn. 6 METHANE (CH4) Khí methane tích tụ ở nền đáy thủy vực chủ yếu là do quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ bởi vi sinh vật trong điều kiện yếm khí. (C6H10O5) + nH2O → (nC6H12O6) → CH4 + H2O + Q Vi khuẩn tham gia vào các quá trình này có các loài vi khuẩn yếm khí: Bacillus cellulosa metanicus và Bacillus celulosa hydronicus. Hàm lượng khí CH4 ở nền đáy thủy vực nhiều hay ít phụ thuộc vào số lượng mùn bã hữu cơ có trong thủy vực: ở các ao hồ sâu, nước tĩnh, bón phân hữu cơ như phân xanh, phân chuồng hay lá cây rụng nhiều, tích tụ dưới đáy ao sẽ hình thành nhiều khí CH4 ở nền đáy. Có nhiều ý kiến khác nhau nói về sự ảnh hưởng của khí CH4 đối với đời sống của thủy sinh vật, một số cho rằng khí CH4 không độc hoặc ít độc đối với thủy sinh vật. Nhưng có điều chắc chắn là khi khí CH4 có nhiều trong nước chứng tỏ quá trình phân hủy hửu cơ yếm khí đã xảy ra, H2S cũng được sinh ra đồng thời với CH4 và đây chính là môi trường nước đó không thuận lợi cho đời sống cuả thủy sinh vật. Ngoài ra, khi hàm lượng khí CH4 trong nước quá nhiều khi nó khuếch tán ra ngoài khí quyển sẽ kéo theo một lượng oxy của môi trường nước làm thất thoát oxy của thủy vực. 7 NITROGEN (N) Nitrogen là thành phần cấu thành protein, N là một trong những nguyên tố quan trọng đối với đời sống sinh vật. Nó được thực vật xanh hấp thụ trước hế là dạng ammonium (NH4+) và dạng nitrate (NO3-), nhưng các hợp chất này thường có rất ít trong các thủy vực. Do đó, trong các thủy vực N thường là nhân tố giới hạn cho đời sống của thực vật. Sự tạo thành các hợp chất hữu cơ trong thủy vực phụ thuộc đáng kể vào hàm lượng NH4+ và NO3- trong thủy vực. Trong các thủy vực hầu như toàn bộ N được liên kết trong các protein của cơ thể sống. Tuy nhiên, các hoạt động của động vật thủy sinh ammonia (NH3) luôn được bài tiết ra hoặc sau khi chúng chết đi bị các vi sinh vật phân hủy giải phóng NH3, trả lại N cho thủy vực. Đây chính là nguồn cung cấp dinh dưỡng trực tiếp cho thực vật hay gián tiếp sau khi NH3 bị oxy hóa thành nitrate (xem chu trình N ở Chương 5). 42
Đặc tính hóa học của môi trường nước 7.1 Ammonia (NH3) và ammonium (NH4+) 7.1.1 Động thái của ammonia va ammonium NH3 trong các thủy vực được cung cấp từ quá trình phân hủy bình thường các protein, xác bã động thực vật phù du, sản phẩm bài tiết của động vật hay từ phân bón vô cơ, hữu cơ. (NH2)2CO + 2H2O (NH4)2CO3 (NH4)2CO3 → 2 NH3 + CO2 + H2O NH3 là loại khí độc đối với cá, khi được tạo thành sẽ phản ứng với nước sinh ra ion NH4+ cho đến khi cân bằng được thiết lập. Tổng hàm lượng của NH3 và NH4+ được gọi là Tổng đạm amôn (Total Ammonia Nitrogen - TAN). NH3 + H2O+ ⇔ NH4+ + OH- Tỉ lệ giữa NH4+:NH3 sẽ tăng khi pH giảm và giảm khi pH tăng, tỉ lệ này tại một giá trị pH xác định (thí dụ pH=8) có thể được tính từ sự cân bằng sau: [ NH 4+ ][OH − ] = K NH3 = 10 −4 ,74 [ NH 3 ] [ NH 4+ ] K NH3 10 −4 ,74 = = [ NH 3 ] [OH − ] [OH − ] KW [OH − ] = [H + ] [ NH 4+ ] K NH3 = [ NH 3 ] K W /[ H + ] [ NH 4+ ] 10 −4 ,74 = −14 −8 = 10 −1,26 = 18,2 [ NH 3 ] 10 / 10 Vì vậy, ở pH=8 mỗi mole NH3 thì có 18,2 mole NH4+ và tỉ lệ phần trăm của NH4 trên TAN là 5,2%. [ NH 3 ] 1 = x100 = 5, 2% [TAN ] 1 + 18,2 Ngoài pH, tỉ lệ của NH3/TAN trong nước còn phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ và pH của nước gia tăng thì hàm lượng NH3 trong nước sẽ gia tăng và ngược lại. 43