OXY hòa tan và sự ảnh hưởng của oxy hòa tan tới nuôi trồng thủy sản

OXY HÒA TAN Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Phú Hòa Danh sách nhóm : Văn Đỗ Tuấn Anh Nguyễn Như Lý Lê Thanh Phụng Lê Anh Phong Nguyễn Thái Hòa ( Mục lục I. Giới thiệu II.Tóm tắt III. Định nghĩa IV. Các yếu tố ảnh hưởng đến oxy hòa tan V. Sự bảo hòa oxy VI. Sự phân tầng oxy trong các thủy vực VII. Oxy hòa tan ảnh hưởng đến thủy sinh vật VIII. Máy đo oxy IV. Hàm lượng oxy hòa tan trong hệ thống nuôi trồng thủy sản. IX. Biện pháp tăng lượng oxy hòa tan ở các thủy vực X. Đề nghị XI. Tài liệu tham khảo I. Giới thiệu 1. Đặt vấn đề Cũng như các loài sinh vật sống trên cạn, các thủy sinh vật cũng cần có oxy để duy trì sự sống.Đa phần thủy sinh vật điều sử dụng oxy hòa tan trong nước. Trong nuôi trồng thủy sản, từ khi thả giống đến khi thu hoạch thường gặp nhiều biến cố.Một trong những biến cố hay gặp đó là thiếu oxy hòa tan trong nước làm cho vật nuôi chết hàng loạt hay tăng trưởng chậm ( thủy sinh vật sử dụng oxy hòa tan trong nước để thực hiện quá trình tra đổi chất nhằm sản sinh ra năng lượng cho sự tăng trưởng và sinh sản ) dẫn đến năng suất kém. Do đó oxy hòa tan là một yếu tố quan trọng không thể thiếu ở các thủy vực. 2. Mục tiêu đề tài Tìm hiểu khái quát về oxy hòa tan và các nhân tố ảnh hưởng đến hàm lượng oxy hòa tan trong nước nhằm quản lý tốt yếu tố quan trong này. II.Tóm tắt Các yếu tố ảnh hưởng đến oxy hòa tan : a. Nhiệt độ _ Nhiệt độ cao độ hòa tan oxy vào nước giảm. _ Nhiệt độ thấp độ hòa tan oxy vào nước tăng. _Nhiệt độ nước nếu gia tăng nhanh cũng gây ra gas bubble disease b. Cặn lắng _ Cặn lắng nhiều làm giảm oxy hòa tan trong nước. c. Áp suất _ Áp suất cao oxy hòa tan trong nước tăng và ngược lại. d. Độ mặn _ Độ hòa tan của oxy trong nước mặn thấp hơn trong nước ngọt. e. Một số yếu tố khác _ Oxi trong không khí : nguồn bổ sung oxy. _ Quá trình quang hợp của thực vật thủy sinh tạo ra oxy. _ Quá trình hô hấp của thủy sinh vật làm tiêu hao oxy. _ Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước của vi khuẩn làm tiêu hao oxy. _ Diện tích tiếp xúc giữa hai pha oxy và nước ; mức độ xáo trộn gây ra bởi dòng chảy cũng như các tác nhân khác : gió trên mặt thoáng của dòng chảy cũng có ảnh hưởng đến oxy hòa tan trong các nước hay nói khác hơn là các thủy vực. _ Sự thay đổi mùa cũng ảnh hưởng đến nồng độ oxy . Sự bảo hòa oxy : _ Nồng độ oxy bão hoà 100% chính là nồng độ ôxy trong nước bão hoà không khí. _ Nồng độ oxy bão hoà phụ thuộc nhiệt độ, độ muối và độ cao so với mực nước biển. Oxy hòa tan ảnh hưởng đến thủy sinh vật _ Oxy hòa tan thấp gây ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng của thủy sinh vật. Nếu oxy quá thấp thủy sinh vật sẽ chết. _ Oxy quá cao là điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của tảo trong ao nuôi.Đồng thời có thể làm xuất hiện bọt khí dưới da cá và có thể làm tắc nghẽn mạch máu. Biện pháp tăng lượng oxy hòa tan ở các thủy vực _ Chủ động hạn chế quá trình phân hủy hữu cơ. _ Bề mặt ao nuôi thông thoáng. _ Nên tạo dòng chảy nhẹ trong ao nuôi. _ Dùng máy quạt nước, máy xục. _ Gây và giữ màu nước bền vững, thúc đẩy quá trình quang hợp. _ Bố trí mức nước nuôi hợp lý. _ Tránh gây ô nhiễm ao nuôi,không để dư thừa thức ăn trong ao. _Chủ động định kỳ dùng thêm chế phẩm sinh học. _ Dùng vôi nông nghiệp, chủ động bón xuống ao sau những trận mưa lớn. _ Giữ nhiệt độ ao nuôi ổn định từ 26 – 3O 0C . _ Giữ pH từ 6,5 – 8,5 thì hồ nuôi giàu oxy. _ Nếu có điều kiện nên thường xuyên thai nước nhằm cải thiện hàm lượng oxy hòa tan. III. Định nghĩa _ Oxy hòa tan : là lượng oxy có trong nước được tính bằng mg/l hay % bảo hòa dựa vào nhiệt độ. Phần trăm bảo hòa là phần trăm tìm tàng của nước để giữ oxi có mặt trong nước.Oxy trong nước mặt dao động từ 0 mg/l ở nguồn nước có điều kiện quá tệ cho đến 15 mg/l trong nước đóng băng. _ COD ( Chemical Oxygen Demand ) là lượng oxy cần thiết để oxy hóa chất hữu cơ bằng dung dịch acid dicromate.Phản ứng hóa học này thường oxy hóa hơn 95% chất hữu cơ trong 3 giờ. _ BOD : nhu cầu ôxy hóa sinh học hay nhu cầu ôxy sinh học (ký hiệu: BOD, từ viết tắt trong tiếng Anh của Biochemical (hay Biological) Oxygen Demand) là lượng oxy cần cung cấp để oxy hoá các chất hữu cơ trong nước bởi vi sinh vật. BOD là một chỉ số và đồng thời là một thủ tục được sử dụng để xác định xem các sinh vật sử dụng hết ôxy trong nước nhanh hay chậm như thế nào. Nó được sử dụng trong quản lý và khảo sát chất lượng nước cũng như trong sinh thái học hay khoa học môi trường. _ BOD5 là lượng oxy cần thiết cho vi khuẩn oxy hóa chất hữu cơ tại 20 oC trong 5 ngày. Mức BOD (bằng ppm)  Chất lượng nước   1 - 2  Rất tốt-không có nhiều chất thải hữu cơ   3 - 5  Tương đối sạch   6 - 9  Hơi ô nhiễm   10+  Rất ô nhiễm   _ Hàm lượng oxy hòa tan = lượng đưa vào – lượng mất đi. _ Phương pháp xác định BOD và COD : + Phương pháp xác định BOD: Thử nghiệm BOD được thực hiện bằng cách hòa loãng mẫu nước thử với nước đã khử ion và bão hòa về ôxy, thêm một lượng cố định vi sinh vật mầm giống, đo lượng ôxy hòa tan và đậy chặt nắp mẫu thử để ngăn ngừa ôxy không cho hòa tan thêm (từ ngoài không khí). Mẫu thử được giữ ở nhiệt độ 20°C trong bóng tối để ngăn chặn quang hợp (nguồn bổ sung thêm ôxy ngoài dự kiến) trong vòng 5 ngày và sau đó đo lại lượng ôxy hòa tan. Khác biệt giữa lượng DO (ôxy hòa tan) cuối và lượng DO ban đầu chính là giá trị của BOD. Giá trị BOD của mẫu đối chứng được trừ đi từ giá trị BOD của mẫu thử để chỉnh sai số nhằm đưa ra giá trị BOD chính xác của mẫu thử. Ngày nay việc đo BOD được thực hiện bằng phương pháp chai đo BOD Oxitop: đặt chai trong tủ 20oC trong 5 ngày, BOD được đo tự động khi nhiệt độ đạt đến 20oC. Giá trị BOD được ghi tự động sau mỗi 24 giờ. + Phương pháp xác định COD: Trong nhiều năm, tác nhân ôxi hóa mạnh là pemanganat kali (KMnO4) đã được sử dụng để đo nhu cầu ôxy hóa học. Tính hiệu quả của pemanaganat kali trong việc ôxi hóa các hợp chất hữu cơ bị dao động khá lớn. Điều này chỉ ra rằng pemanganat kali không thể có hiệu quả trong việc ôxi hóa tất cả các chất hữu cơ có trong dung dịch nước, làm cho nó trở thành một tác nhân tương đối kém trong việc xác định chỉ số COD. Kể từ đó, các tác nhân ôxi hóa khác như sulfat xêri, iodat kali hay dicromat kali đã được sử dụng để xác định COD. Trong đó, dicromat kali (K2Cr2O7) là có hiệu quả nhất: tương đối rẻ, dể dàng tinh chế và có khả năng gần như ôxi hóa hoàn toàn mọi chất hữu cơ. Phương pháp đo COD bằng tác nhân oxy hoá cho kết quả sau 3 giờ và số liệu COD chuyển đổi sang BOD khi việc thí nghiệm đủ nhiều để rút ra hệ số tương quan có độ tin cậy lớn. Lưu ý : kết hợp 2 loại số liệu BOD, COD cho phép đánh giá lượng hữu cơ đối với sự phân hủy sinh học. + Phương pháp xác định DO ( phương pháp Winkler ) ( Từ trang 14 đến trang 16 của bài giảng thực tập Phân tích chất lượng nước trong nuôi thủy sản – TS. Nguyễn Phú Hòa & Th.S. Lê Thị Bình ) Công thức tính DO DO (mg/l) = [ ( ml Na2S2O3 0.025N ) * N*8*1000] / V ml mẫu IV. Các yếu tố ảnh hưởng đến oxy hòa tan 1.Nhiệt độ Nhiệt độ của nước nguồn cũng có ảnh hưởng đáng kể đến hàm lượng oxy trong nước nguồn. Về mùa hè khi nhiệt độ của nước nguồn tăng, quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ xảy ra với cường độ mạnh hơn. Trong khi đó độ hòa tan của oxy vào nước lại giảm xuống. Vì vậy về mùa hè, độ thiếu hụt oxy tăng nhanh hơn so với mùa đông . Về mùa đông nhiệt độ nước nguồn thấp nên độ hòa tan tăng, tuy nhiên với nhiệt độ thấp các vi khuẩn hiếu khí tham gia vào quá trình oxy hóa sinh hóa các chất hữu cơ sẽ hoạt động yếu. Do đó quá trình khoáng hóa các chất hữu cơ xảy ra chậm chạp. Nói một cách khác, về mùa đông quá trình tự làm sạch của nước nguồn xảy ra một cách chậm chạp.
Hình: độ hòa tan Oxy và Nitơ trong nước cất được bảo hòa không khí ở áp xuất 760mmHg. Lưu ý : Nhiệt độ nước nếu gia tăng nhanh cũng gây ra gas bubble disease vì khả năng bền chặt của các chất khí trong nước tỷ lệ nghịch với nhiệt độ nước 2. Cặn lắng Khi xả nước thải chưa xử lý vào nguồn nước, các chất lơ lửng sẽ lắng xuống đáy nguồn và khi tốc độ dòng chảy trong nguồn không lớn lắm thì các chất đó sẽ lắng ở ngay cạnh cống xả. Các chất hữu cơ của cặn lắng bị phân hủy bởi vi khuẩn. Nếu lượng cặn lắng lớn và lượng oxy trong nước nguồn không đủ cho quá trình phân hủy hiếu khí thì oxy hoà tan của nước nguồn cạn kiệt (DO = 0). Lúc đó quá trình phân giải yếm khí sẽ xảy ra và sản phẩm của nó là chất khí H2S, CO2, CH4. Các chất khí khi nổi lên mặt nước lôi kéo theo các hạt cặn đã phân hủy, đồng thời các bọt khí vỡ tung và bay vào khí quyển. Chúng làm ô nhiễm cả nước và không khí xung quanh. Cần chú ý rằng quá trình yếm khí xảy ra chậm hơn nhiều so với quá trình hiếu khí. Bởi vậy khi đưa cặn mới vào nguồn thì quá trình phân giải yếm khí có thể xảy ra liên tục trong một thời gian dài và quá trình tự làm sạch nguồn nước có thể coi như chấm dứt. Nguồn như vậy không thể sử dụng vào mục đích cấp nước, cá sẽ không thể sống và có thể có nhiều thiệt hại khác nữa. 3. Áp suất Áp suất cao oxy hòa tan trong nước tăng và ngược lại.Vì áp suất cao oxy dể đi vào nước. 4. Độ mặn Độ hòa tan của oxy trong nước muối thấp hơn trong nước ngọt.Vì độ hòa tan oxy phụ thuộc vào hàm lượng hàm lượng clorua trong nước. Nồng clorua cao thì oxy hòa tan càng ít và ngược lại. Bảng : lượng oxy hòa tan của không khí vào nước theo nhiệt độ và độ mặn ở 1atm ToC  DO mg/L  ToC  DO mg/L    0 ppm salinity  5 ppm salinity   0 ppm salinity  5 ppm salinity   10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20  11,28 11,02 10,77 10,53 10,29 10,07 9,86 9,65 9,45 9,26 9,08  10,92 10,67 10,43 10,20 9,98 9,77 9,56 9,36 9,17 8,99 8,81  21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31  8,90 8,73 8,56 8,40 8,24 8,09 7,95 7,81 7,67 7,54 7,41  8,64 8,48 8,32 8,16 8,01 7,87 7,73 7,59 7,46 7,33 7,21   5. Một số yếu tố khác _ Oxi trong không khí : để oxy hóa các chất hữu cơ, trong nguồn nước luôn xảy ra quá trình bổ sung lượng oxy mới. Nguồn bổ sung oxy là không khí. Chúng hòa tan vào nguồn nước qua mặt thoáng của nguồn nước. _ Quá trình quang hợp của thực vật thủy sinh tạo ra oxy. _ Quá trình hô hấp của thủy sinh vật làm tiêu hao oxy. _ Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước của vi khuẩn làm tiêu hao oxy. _ Độ hòa tan của oxy vào nước phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc giữa hai pha oxy và nước. Diện tích tiếp xúc lớn oxy hòa tan cao va ngược lại. _ Độ thoáng trên bề mặt ao nuôi.Thoáng nhiều thì oxy hòa tan nhiều và ngược lại. _ Độ hòa tan phụ thuộc vào mức độ xáo trộn gây ra bởi dòng chảy cũng như các tác nhân như gió trên mặt thoáng của dòng chảy. _ Sự thay đổi mùa cũng ảnh hưởng đến nồng độ ôxy. VD: mùa hè nhiệt độ ấm làm tăng tốc độ tổng hợp và phân huỷ hàm lượng oxy hòa tam giảm. V. Sự bảo hòa oxy _ Gọi là nồng độ oxy bão hoà 100% chính là nồng độ ôxy 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. _ 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 ôxy bão hoà giảm. Độ muối tăng hay càng lên cao so với mực nước biển thì nồng độ ôxy bão hoà cũng giảm. Các thông số ảnh hưởng của nhiệt độ, độ muối, chiều cao so với mực nước biển đến nồng độ ôxy bão hoà thường được cho thành bảng để dễ chuẩn trước khi đo hay được nạp vào máy đo. Vậy nồng độ ôxy hoà tan trong nước bao nhiêu là phù hợp? theo một số tài liệu thì nồng độ ôxy hoà tan: - Từ 0 đến 2 mg/l là không cung cấp đủ ôxy 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. VI. Sự phân tầng oxy trong các thủy vực _ Ở các thủy vực 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 xảy ra. _ Ở các thủy vực sâu có sự phân tầng oxy rõ rệt + Tầng mặt có oxy hòa tan cao. + Tầng giữa oxy trung bình. + Tầng đáy oxy thấp. Hình sự phân tầng oxy ở thủy vực sâu.
 VII. Oxy hòa tan ảnh hưởng đến thủy sinh vật 1.Trường hợp oxy thấp a. Nguyên nhân: + Hô hấp của thủy sinh vật. + Sự phân hủy các vật chất hữu cơ. + Sự trao đổi giữa nước và không khí b.Hậu quả + Ảnh hưởng đến thủy sinh thực vật _ Oxy thấp ảnh hưởng đến quá trình hô hấp của thủy sinh thực vật. _ Có thể gây chết thủy sinh thực vật + Ảnh hưởng đến thủy sinh động vật _ Khi DO giảm thì hầu hết sinh vật sẽ gia tăng khả năng lấy oxy cho nhu cầu cơ thể. Sự gia tăng có thực hiện ở nhiều khía cạnh như tăng trao đổi nước qua mang, tăng hoạt động cơ quan hô hấp khí trời, tăng lượng hồng cầu, tăng ái lực hay khả năng gắn kết oxy với hồng cầu...(Jensen et al., 1993). Sự tăng cường trao đổi chất có thể là cơ hội làm cho độc chất xâm nhập vào cơ thể nhiều hơn và gây độc nhanh hơn. _ Oxy hòa tan trong nước < 0,3 mg/l gây chế cá. VD : Trao đổi với Tuổi Trẻ , trưởng Chi cục Bảo vệ môi trường, Sở Tài nguyên - môi trường (TN-MT) Hà Nội Nguyễn Văn Lưỡng cho biết hiện tượng cá chết nổi tại sông Nhuệ (Hà Đông, Hà Nội) vừa qua đã xác định được nguyên nhân chính do lượng oxy trong nước xuống quá thấp và nguồn nước tại đây ngày càng ô nhiễm. (độ oxy hoà tan đo được chỉ ở mức 0,15-0,25 ).

Hàng tấn cá chết nổi dọc bờ sông Nhuệ (ảnh chụp tại đoạn sông thuộc địa phận Q.Hà Đông, Hà Nội). _ Oxy hòa tan trong nước t ừ 0,3 -> 1 mg/l cá có th ể sống nếu nhiệt độ thấp và chết nếu nhiệt độ cao. VD : Cá chết nổi trắng mặt hồ Gươm do thiếu oxy Kết quả kiểm tra nồng độ DO (nồng độ oxy hòa tan trong nước) tại 5 điểm trên mặt nước hồ Gươm cho thấy: 4 điểm có nồng độ từ 0,8-0,95; điểm thấp nhất có nồng độ 0,72 (trong khi mức tiêu chuẩn phải trên 2). Về độ pH (nồng độ kiềm và axit hòa tan trong nước), 4 điểm có độ pH từ 7,6-8,8, điểm thấp nhất là 6,9. Báo Tuổi trẻ ngày 26/7 cho biết: Theo PGS.TS Hà Đình Đức (ĐH Quốc gia Hà Nội), nồng độ oxy hòa tan trong nước tương đối thấp gây ra hiện tượng cá chết.   Cá chết nổi trên mặt hồ Gươm. Ảnh: CAND   _ Oxy hòa tan trong nước từ 1->3 mg/ l cá sống nhưng phát triển chậm. _ Oxy hòa tan trong nước > 3mg/l cá sống và phát triển tốt. _ Là một trong những nguyên nhân gây stress cho cá. Lưu ý : các triệu chứng khi hiếu oxy. ( Biểu hiện của cá tôm _ Cá không ăn. _ Rất ít bơi lội. _ Tập trung ở tầng mặt để thở. _ Tần số đóng mở miệng và nắp mang cao. _ Tập trung gần máy sục khí , đập nước. _ Có thể bắt được cá tôm dễ dàng. ( Biểu hiện của tôm hùm _ 3 ppm tôm giảm hoạt động. _ 2 ppm tôm sẽ trèo lên các giá thể trên bề mặt mặt nước để hô hấp khí trời. ( Một số dấu hiệu khi thiếu oxy _ Óc bò ra khỏi môi trường nước và ở trên các cây cỏ gần nước. _ Nước thay đổi màu đột ngột. c. Xử lý trường hợp DO thấp Biện pháp hóa học : + Bón 50 đến 100 pounds phân lân/mẫu Anh. Nó sẽ giúp thãm thực vật dưới nước phát triển và sản sinh ra oxy. ( 1 pound = 0.45 kg; 1 mẫu Anh = 0.4 ha ) + Bón 50 pounds vôi tôi/mẫu Anh.Nó sẽ làm giảm nồng độ khí carbonic trong nước và duy trì nồng độ oxy hòa tan trong nước tốt hơn cho cá. Vôi là vật liệu có độc cho cá nên cũng không bón nhiều quá và nên bón vào chiều tối. Biện pháp vật lý :  Dùng quạt nước , máy sục khí. Lưu ý không khuấy động bùn dưới đáy ao. 2. Trường hợp oxy quá cao a.Nguyên nhân _ Sự trao đổi giữa nước và không khí. _ Bổ sung oxy tinh khiết : vận chuyển cá bằng bao oxy. _Quang tổng hợp của thực vật phiêu sinh quá nhiều đưa tới sự bão hoà của oxygen trong nước, (đĩa Secchi đọc được ở mức 10cm, hoặc ngắn hơn). b.Hậu quả + Ảnh hưởng đến thủy sinh thực vật.   _ Gây rối loan quá trình hấp ở thủy sinh thực vật vì mỗi loài đều có 1 giới hạn oxy nhất định. + Ảnh hưởng đến thủy sinh động vật.  _ Sự pha trộn giữa các chất khí vào nước dưới 1 áp suất nào đó, khi áp suất này giảm đi, các chất khí sẽ ra khỏi dung dịch nước và tạo thành "bong bóng". Chỗ chứa nước mới bơm vào, vị trí các đập nước... có thể dẫn tới tình trạng gas saturation – áp suất bảo hòa khí. _ Tạo bọt khí dưới da có thể làm tắc nghẽn mạch máu. c.Biện pháp khác phục:  _ Khi nuôi cá lồng không để gần thác nước.  _ Khi vận chuyển cá bằng túi bơm oxy không được sục khí mạnh vào nước.