Ảnh hưởng của các yếu tố độ kiềm và độ cứng tới nuôi trồng thủy sản

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA THỦY SẢN BỘ MÔN:QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG NƯỚC ((((((((((( ĐỀ TÀI: ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐỘ KIỀM VÀ ĐỘ CỨNG TỚI NUÔI TRỒNG THỦY SẢN GVHD:Cô Nguyễn Phú Hòa Sinh viên: Nguyễn Huy Lâm Lê Danh Ngọc Thạch Anh Pha Lý Anh Thuật Đỗ Xuân Phúc Trần Văn Đạt GIỚI THIỆU: Quản lý chất lượng nước là một khâu vô cùng quan trọng và có ý nghĩa quyết định đến sự thành công trong nuôi trồng thủy sản, đặc biệt đối với các mô hình nuôi thâm canh. Trong mô hình sản xuất này, một lượng lớn vật chất dinh dưỡng được đưa vào ao nuôi thông qua con đường cung cấp thức ăn cho tôm cá, thức ăn thừa sẽ tích tụ trong ao và sẽ làm cho chất lượng nước xấu dần về cuối vụ nuôi hơn nữa trong môi trường nuôi thâm canh mật độ tôm cá rất cao, lượng chất thải của tôm cá cũng góp phầnlàm cho chất lượng nước xấu đi làm ảnh hưởng đến sức khỏe tôm cá và có thể làm tăng nguy cơ dịch bệnh phát sinh trong ao nuôi. ĐỀ TÀI : ĐỘ KIỀM,ĐỘ CỨNG I: ĐỘ KIỀM 1.Khái quát: Độ kiềm là tổng số những kết tinh của titratable bases mà chính yếu là bicarbonate và carbonate được tính bằng mg/l calcium carbonate tương đương. Bicarbonate thường được hình thành do tác dụng của CO2 với các chất bases trong đá và đất. Độ kiềm cũng có thể gây nên bởi sự hiện diện của các ion silicat, borat, phosphat… và một số acid hoặc baz hữu cơ trong nước, nhưng hàm lượng của những ion này thường rất ít so với các ion HCO3, CO32- ,OH- nên thường được bỏ qua. Ao hồ có độ kiềm cao có thể chế ngự được sự thay đổi pH. Ao hồ có độ kiềm trong khoảng 20-150mg/l thì thích hợp cho phiêu sinh vật (plankton) cũng như tôm cá. Chất kiềm quan trọng trong ao hồ vì vai trò chất đệm (buffer) và nguồn cung cấp CO2 cho hiện tượng quan tổng hợp. Độ kiềm là chỉ tiêu quan trọng để đánh giá động thái hóa học của một nguồn nước vốn luôn luôn chứa carbon dioxid và các muối carbonat. Tùy từng nước qui định, độ kiềm có những đơn vị tính khác nhau, có thể là mg/L, đlg/L (Eq/L) hoặc mol/L. Trị số độ kiềm cũng có thể qui đổi về một hợp chất nào đó, ví dụ Đức thường qui về CaO, Mỹ thường qui về CaCO3. 2.Phân loại: 2.1.Độ kiềm p (độ kiềm hỗn hợp) : Cacbonat tan hoặc các hydroxyt tan thì pH của nước sẽ lớn hơn 8,2. Trong trường hợp này độ kiềm tương ứng với lượng axit cần dùng để giảm pH của nước xuống tới 8,2 được gọi là độ kiềm hỗn hợp hay kiềm p của nước. 2.1. Độ kiềm m (độ kiềm tổng): Khi độ kiềm tương ứng với lượng axit cần dùng đểgiảm pH của nước xuống tới 4,3 chính là độ kiềm toàn phần m. Đối với nước thiên nhiên, độ kiềm phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng các muối hidro cacbonat của các kim loại kiềm và kiềm thổ. Trong trường hợp này pH của nước thường không vượt quá 8,2 và độ kiềm này trùng với độ cứng cacbonat và tương ứng với hàm lượng của hidrocacbonat của nước. 3. Ảnh hưởng đến nuôi trồng thủy sản: Trong nuôi trồng thủy sản, độ kiềm trong môi trường nước thay đổi sẽ ảnh hưởng đến các yếu tố lý, hóa, sinh và sức khỏe của thủy sản. Nếu độ kiềm biến động lớn có thể làm tôm, cá bị sốc, yếu và bỏ ăn. Nếu độ kiềm cao kéo dài sẽ làm tôm chậm tăng trưởng, còi cọc, dễ nhiễm bệnh, hao hụt. + Độ kiềm ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe của cá khi có sự thay đổi đột ngột, cá có thể bị stress hay bị chết. + Tuy nhiên ảnh hưởng quan trọng hơn là ảnh hưởng gián tiếp của độ kiềm thông qua môi trường nước. Độ kiềm ảnh hưởng đến nồng độ hoà tan các muối dinh dưỡng, đến độ cứng của nước, thành phần các độc tố. Cụ thể như khi độ kiềm càng cao, hàm lượng ammonia dạng không phân ly (NH3) càng nhiều và rất có hại cho cá.Chỉ số pH liên quan đến độ cứng và độ kềm của nước. Khi độ cứng và độ kềm ổn định, độ pH ít thay đổi độ pH ảnh hưởng rất nhiều đến sự phát triển của cá cảnh, đến bệnh tật, đến việc tạo màu sắc… Đối với những loài cá cảnh, trong giai đoạn sinh sản, sự thay đổi pH, dù ở mức độ nhẹ, sẽ làm tổn thương rất lớn đến quá trình sinh sản. Trực tiếp tác động đến các sản phẩm sinh sản như trứng sẽ bị thoái hóa, kéo dài thời gian tạo noãn hoàng của các noãn bào, chậm quá trình chuyển giai đoạn của trứng giữa các phrase trứng. Các tế bào sinh dục lần lượt bị hủy diệt, làm cho việc sinh sản không thành công. Để ổn định độ pH, trước tiên cần ổn định độ cứng và độ kềm của nước. Khi độ kiềm tăng cao, cá tăng cường trao đổi chất, tiêu hao nhiều năng lượng, làm cá chậm lớn, hao hụt nhiều. độ kiềm cao thì chất kiềm cũng phá hủy mang và da của cá. Ao hồ có độ kiềm trong khoảng 20-150mg/l thì thích hợp cho phiêu sinh vật (plankton) cũng như tôm cá. 4. Quản lý độ kiềm: 4.1.Tăng độ kiềm: + Tăng cường sục khí trong hồ hay bể chứa nước có ánh sáng, tăng cường quang hợp, giảm nồng độ CO2, tăng độ pH + Dùng nước vôi trong đã pha sẳn để trung hòa 4.2. Giảm độ kiềm: +Dùng acid phosphoric hoặc dùng đường cát bón xuống ao, tăng cường sự hoạt động của hệ vi sinh vật có lợi để phân huỷ mùn bã hữu cơ, sản sinh ra khí CO2, kéo độ kiềm giảm xuống. + Lọc sinh học cũng giúp giảm độ kiềm nước + Sử dụng Fomol phun xuống ao với liều lượng 3-4ml/m3 nước ao II: ĐỘ CỨNG: 1.Khái quát về độ cứng: Độ cứng của nước liên quan tới tổng số nguyên tử kim loại hoá trị 2 (divalent metal ions) mà chính yếu là calcium và magnesium trong môi trường đó. Độ cứng của nước được tính bằng mg/l của chất calcium carbonate (CaCO3) trong nước và có các tên gọi khác nhau được ghi dưới đây: 0-75 ppm CaCO3  Mềm (soft)   75-150 ppm CaCO3  Hơi cứng (moderately hard)   150-300 ppm CaCO3  Cứng (hard)   Trên 300 ppm CaCO3  Rất cứng   Nước trong ao hồ có độ cứng 20-150 ppm thì thích hợp cho việc nuôi tôm cá. Ở đây ta cũng cần lưu ý rằng độ cứng của nước và chất kiềm tự chúng không giúp đưa năng suất ao hồ lên cao được mà cần sự hiện diện của yếu tố phosphor và các yếu tố chính yếu khác cùng phối hợp. Nhưng nước có độ cứng cao quá (trên 300 ppm) sẽ làm giảm sự thay vỏ (molting) và mức tăng trưởng của tôm càng xanh. 2. Phân loại nước cứng: Độ cứng của nước được quyết định bởi hàm lượng chất khoáng hòa tan trong nước, chủ yếu là do các muối có chứa ion Ca2+ và Mg2+. Độ cứng của nước được chia làm 2 loại:  - Độ cứng carbonat (thường được ký hiệu CH : Carbonate Hardness): là độ cứng gây ra bởi hàm lượng Ca2+ và Mg2+ tồn tại dưới dạng HCO3-. Độ cứng carbonat còn được Gọi là độ cứng tạm thời vì chúng ta có thể giảm được nó bằng nhiều phương pháp đơn giản. Trong tự nhiên, độ cứng tạm thời của nước cũng thay đổi thường xuyên dưới tác dụng của nhiều yếu tố, ví dụ như nhiệt độ ... - Độ cứng phi carbonat (thường được ký hiệu là NCH : Non-Carbonate Hardness) là độ cứng gây ra bởi hàm lượng Ca2+ và Mg2+ liên kết với các anion khác HCO3-như SO42-, Cl-…Độ cứng phi carbonat còn được gọi là độ cứng thường trực hay độ cứng vĩnh cữu. Thông thường người ta chỉ quan tâm đến độ cứng tạm thời của nước vì nó có ảnh hưởng nhiều hơn là độ cứng vĩnh viễn. Có nhiều đơn vị đo độ cứng khác nhau, nhưng chủ yếu người ta dùng 3 đơn vị đo: độ dH, mg đương lượng/lít và ppm. Để đơn giản, khi đo độ cứng người ta thường quy về 1 loại muối là CaCO3. 1 mgdl/lít = 50 mg/lít = 50 ppm 1 dH = 17,8 mg/lít = 17,8 ppm Nước có độ cứng tạm thời lớn hơn 100 ppm được coi là nước cứng, dưới mức đó được coi là nước mềm. 3.Nước cứng và nước mềm trong tự nhiên: Nước trong tự nhiên có cả nước cứng lẫn nước mềm: nguồn nước mềm lớn nhất là nước mưa. Nước mưa có thể coi là hoàn toàn mềm vì đó là nước ngưng tụ từ quá trình bốc hơi mà các muối hòa tan hầu như không bốc hơi theo nước. Các nguồn nước bắt nguồn trực tiếp từ nước mưa cũng là nước mềm, trong đó phải kể đến nước sông, nước các hồ ao ở vùng không có đã vôi (ví dụ như ở đồng bằng), người ta hay gọi là nước mặt, ngược với nước ngầm. Tuy nhiên nước mặt ở các ao hồ tại các vùng núi đá vôi thì lại đa phần là nước cứng, thậm chí rất cứng. Nước ngầm hầu như là nước cứng, rất hiếm nguồn nước ngầm là nước mềm. Lý do là vì nước ngầm thường có 1 thời gian rất dài chu du dưới đất, thẩm thấu hoặc chảy qua nhiều lớp đất đá và thường là có đá vôi hiện diện trong các lớp đó. Nước mềm khi chảy qua các khu vực có đá vôi (CaCO3) sẽ bị tăng dần độ cứng. CaCO3 không hòa tan trong nước, nhưng do trong nước luôn luôn có 1 lượng CO2 hòa tan nhất định nên sẽ có phản ứng: CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2 . Phản ứng này có thể xảy ra theo cả hai chiều thuận và nghịch. Phản ứng theo chiều thuận (kết hợp) sẽ mạnh hơn khi nồng độ CO2 trong nước cao và chiều nghịch (phân tách) sẽ mạnh hơn khi nồng độ CO2 thấp, phản ứng 2 chiều sẽ cân bằng ở 1 nồng độ CO2 nhất định. Theo 1 số nghiên cứu, nồng độ cân bằng này khá thấp. Trong nước luôn luôn có CO2 do bị hòa tan vào nước cũng với không khí, do được thải ra khi động thực vật thủy sinh hô hấp (quá trình hấp thụ Oxi và thải ra CO2 vào ban đêm của cây cỏ cũng là là quá trình hô hấp, ngược lại với quá trình quang hợp vào ban ngày), kể cả hô hấp của vi khuẩn trong các quá trình lên men. Vì vậy ở những vùng không có đá vôi, độ cứng của nước sẽ có xu hướng giảm dần, ngược lại, ở những vùng có đá vôi, độ cứng sẽ có xu hướng tăng dần 4. Ảnh hưởng của nước cứng đến nuôi trồng thủy sản: Độ cứng vĩnh viễn của nước ít ảnh hưởng đến sinh vật trừ phi nó quá cao, ngược lại, độ cứng tạm thời (ĐCTT) lại có ảnh hưởng rất lớn. Nguyên nhân là vì thành phần chính tạo ra ĐCTT là các muối bicarbonat Ca và Mg: Ca(HCO3)2 và Mg(HCO3)2, chúng là các muối hòa tan hoàn toàn nhưng không ổn định, không bền. Chúng dễ dàng bị phân hủy thành CaCO3, MgCO3 là các muối kết tủa: Ca(HCO3)2 => CaCO3 + H2O + CO2 Mg(HCO3)2 => MgCO3 + H2O + CO2 Khi phản ứng phân hủy xảy ra trong cơ thể sinh vật, các muối này kết tủa trong cơ thể sinh vật sẽ gây hại không nhỏ. Lưu ý là các muối CaCO3 và MgCO3 là các muối kết tủa và chúng không thấm qua niêm mạc hệ tiêu hóa của chúng ta được, chỉ các muối hòa tan mới thấm được thôi. Vì vậy nước cứng chỉ có tác hại do các muối bicarbonat.  + Độ cứng của nước ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình điều hòa áp suất thẩm thấu của cá. Mỗi loài cá thích nghi với độ cứng khác nhau và  khả năng thích ứng với sự biến đổi độ cứng cũng khác nhau. + Độ cứng của nước cũng ảnh hưởng đến hàm lượng Canxi (Ca) trong máu cá. + Nước có độ cứng cao quá (trên 300 ppm) sẽ làm giảm sự thay vỏ (molting) và mức tăng trưởng của tôm càng xanh. + Ngoài ra, độ cứng còn ảnh hưởng đến quá trình nở của trứng. Vd: Độ cứng của nước phù hợp cho cá Đĩa + Cá sinh sản : 3 – 10 odH, tốt nhất : 5 – 6 odH (1odH = 17,9 mg CaCO3/L) + Cá con (< 4 tuần tuổi) : 8 – 10 odH + Cá > 4 tuần tuổi : 8 – 15 odH 5.Các phương pháp làm mềm nước: Có rất nhiều phương pháp làm giảm độ cứng của nước, từ đơn giản đến phức tap. Tất nhiên muốn có nước càng mềm thì càng tốn công. Các muối bicarbonat rất không bền, chúng rất dễ bị phân hủy dưới những sự thay đổi rất nhỏ của môi trường xung quanh, vì vậy có rất nhiều cách để làm cho nó kết tủa: - Các phương pháp giảm độ cứng của nước (chủ yếu dựa trên nguyên tắc trao đổi ion Ca 2+) + Trao đổi ion bằng hạt nhựa, + Lọc sinh học, + Có thể dùng chất chiết xuất từ than bùn (peat) (than bùn có khả năng hấp thụ Ca 2+ và giải phóng nguyên tử H+). +Làm nước lưu động liên tục: khuấy liên tục hoặc bơm tuần hoàn liên tục cũng có tác dụng, tuy rằng khá chậm và trong nhiều trường hợp, sự phân hủy bicarbonat chậm hơn sự hòa tan bicarbonat mới từ các nguồn khác vào nước  - Trao đổi ion: Đây là phương pháp được dùng phổ biến nhất vì có giá thành rẻ kể cả chi phí đầu tư lẫn chi phí vận hành. Nguyên lý của nó là đưa nước qua 1 vật liệu chứa các ion dương hoạt động mạnh hơn Ca2+ và Mg2+, vật liệu này sẽ hấp thụ các ion Ca2+ và Mg2+ trong nước và nhả ra các ion mạnh hơn kia, do đó tạo ra các hợp chất carbonat không kết tủa. Vật liệu đó được gọi là Cationit (hay cation-exchange resyn). Thông thường người ta dùng 2 loại cationit là Na-Cationit và H-Cationit tương ứng với các ion là Na+ và H+ và các hợp chất tạo ra tương ứng là Na2CO3 và H2CO3 (H2CO3 sẽ bị phân tích ngay thành H2O và CO2). Khi các Cationit đã hết khả năng trao đổi, người ta phải "hoàn nguyên" tức là phục hồi lại các ion dương cho nó. Đối với Na-Cationit người ta dùng muối ăn NaCl, đối với H- Cationit người ta dùng axit. Thiết bị trao đổi Na-Cationit thông thường có thể hạ độ cứng của nước xuống đến dưới 10 ppm, nếu được thiết kế đặc biệt có thể hạ xuống dưới 2 ppm. Mỗi lít hạt Na-Cationit có khả năng trao đổi khoảng từ 2-6 gam đương lượng tùy loại, tức là có thể làm hạ độ cứng từ 300 đến 1000 lít nước có độ cứng 6 mgdl/lít (300 ppm hay 16,8 dH) xuống 0 trước khi phải hoàn nguyên. H-Cationit có khả năng trao đổi mạnh hơn Na-Cationit và cũng triệt để hơn vì nó loại bỏ hoàn toàn gốc carbonat ra khỏi nước. Tuy nhiên nó có giá thành cao hơn nhiều lần, chi phí vận hành cũng cao hơn (axit đắt hơn muối ăn) và yêu cầu vận hành cũng nghiêm ngặt hơn do phải dùng axit nên ít được sử dụng.Ngoài cách trao đổi ion dương người ta còn dùng cả trao đổi ion âm (chất trao đổi gọi là Anionit) để loại bỏ các ion HCO3- ra khỏi nước. Phương pháp này thường chỉ được sử dụng trong các nhà máy nhiệt điện, ở đó họ dùng cả Na-Cationit, H-Cationit và Anionit nối tiếp nhau trong 1 hệ thống. Phương pháp trao đổi ion này được sử dụng rất rộng rãi và là phương pháp cơ bản để làm mềm nước trong công nghiệp. Kể cả đối với các thiết bị RO, để tăng tuổi thọ và giảm tải lên các thiết bị RO, người ta cũng làm mềm nước bằng trao đổi ion trước khi đưa nước vào lọc RO.