Quản lí chất lượng nước

Quản lý chất lượng nước CHƯƠNG 6 QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG NƯỚC 1 TIÊU CHUẨN CHỌN ĐIỂM, CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ ĐẤT Chất lượng nước trong nuôi trồng thủy sản bao gồm tất cả các yếu tố vật lý, hóa học và sinh học, sự biến động của các yếu tố này đều ảnh hưởng đến năng suất nuôi. Hầu hết các tác động của con người đều nhằm cải thiện các yếu tố hóa học và sinh học, trong khi đó các yếu tố vật lý thì lại rất khó quản lý khi xảy ra điều kiện bất lợi hay sự cố. Con người chỉ có thể hạn chế những tác động xấu từ các yếu tố vật lý thông qua biện pháp chọn điểm nuôi, thiết kế và thi công công trình hợp lý. Chọn địa điểm nuôi thích hợp không những chỉ hạn chế tác động xấu của các yếu tố vật lý mà còn có thể hạn chế những bất lợi về yếu tố hóa học và sinh học. Sau đây là một số tiêu chuẩn về các yếu tố vật lý, hóa học và sinh học để lựa chọn vùng nuôi thích hợp. 1.1 Các yếu tố sinh lý học quan trọng trong việc chọn điểm nuôi thủy sản (Huguenin and Colt, 1989; Trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi, 2001) 1.1.1 Môi trường sinh học - - - - - Năng suất sơ cấp: hoạt động quang hợp Sinh thái vùng: số lượng về mức độ dinh dưỡng, loài ưu thế Quần thể các loài mong muốm: cá thể trưởng thành, nguồn giống Sự hiện diện và mật độ địch hại: trong đất, nước, không khí Bệnh đặc hữu, ký sinh trùng 1.1.2 Các yếu tố về địa điểm - - - - - - - Đặc điểm lưu vực sông: độ dốc (độ cao và khoảng cách), sự che phủ bề mặt, rửa trôi, các hoạt động trên sườn dốc Cung cấp nước ngầm: tầng ngập nước, độ sâu mực nước ngầm, chất lượng Thủy triều: biên độ, tốc độ, sự thay đổi theo mùa và giông bão, sự dao động Sóng: biên độ, cường độ, hướng, thay đổi, tần số giông bão theo mùa Dòng chảy vùng ven biển: cường độ, hướng và thay đổi theo mùa Khả năng tiếp cận địa bàn Lịch sử của địa bàn: sử dụng đất trước đây 1.1.3 Các yếu tố về đất - - - - - - - Loại đất, quá trình sử dụng đất, đặc điểm của tầng đất chính Tốc độ thấm: hệ số thấm nước Địa hình và sự phân bố các loại đất Hình dạng và kích thước hạt Góc tĩnh: ướt, khô Độ màu mỡ Quần thể vi sinh vật 93 Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản - Các độc tố có thể rò rỉ: thuốc trừ sâu, kim loại nặng, các loại hoá chất khác 1.1.4 Các yếu tố khí tượng - - - - - Gió: tốc độ gió thịnh hành, thay đổi theo mùa, cường độ và tần số bão Ánh sáng: tổng năng lượng mặt trời hàng năm, cường độ, chất lượng, thời gian chiếu sáng: chu kỳ ngày đêm Nhiệt độ không khí và sự dao động Độ ẩm tương đối hoặc điểm sương và sự dao động Vũ lượng: lượng mưa, phân bố hàng năm, tần số và mức tối đa của bão 1.2 Các thông số quan trọng trong việc quản lý chất lượng nước (Huguenin and Colt, 1989); Trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi, 2001) 1.2.1 Các thông số lý học - - - - - Nhiệt độ (biến động theo ngày và theo mùa) Độ mặn (biến động theo thủy triều và theo mùa) Hạt (chất rắn) thành phần (hữu cơ và vô cơ) kích thước hàm lượng Màu sắc Ánh sáng tổng năng lượng chiếu sáng hằng năm cường độ năng lượng bức xạ chất lượng ánh sáng thời gian chiếu sáng (chu kỳ trong ngày) 1.2.2 Các thông số hoá học - - pH và độ kiềm Khí tổng áp suất khí oxy nitơ CO2 H 2S 94 Quản lý chất lượng nước - - - Chất dinh dưỡng các hợp chất nitơ các hợp chất phospho kim loại vi lượng và sự hình thành Các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy không phân hủy Các hợp chất độc kim loại nặng bioxit 1.2.3 Các thông số sinh học - - - - Vi khuẩn (chủng loại và mật độ) Virút Nấm Khác 95 Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản 1.3 Tiêu chuẩn về đất và nước để lựa chọn vùng nuôi thích hợp Bảng 6-1: Tiêu chuẩn về tính chất vật lý, hóa học của đất để xây dựng công trình nuôi thủy sản Đặc điểm Độ sâu đến tầng sulfidic hoặc tầng sulfuric (cm) Độ dày của lớp vật chất hữu cơ trong đất (cm) Trao đổi acid (%) Yêu cầu hàm lượng vôi (T/ha) pH của lớp đáy ao từ 50-100 cm Hàm lượng sét (%) Tốt >100 Phân loại Trung bình 50-100 Xấu <50 Ảnh hưởng Phèn tiềm tàng 80 <20 <2 20-35 2-10 >35 >10 Thẩm lậu, khó nén chặt Phèn có thể trao đổi Phèn khoáng hoá >5,5 4,5-5,5 <4,5 Quá phèn >35 18-35 <18 Cát/bùn quá nhiều; thẩm lẩu rất lớn Độ dốc của địa hình Độ sâu đến tầng nước ngầm (cm) Tần số lũ lụt Đất sét <2 >75 Nhiều mùn 2-5 25-75 Cát/bùn >5 <25 Độ dốc Khó tháo cạn, pha loãng Không Đá nhỏ (%) Đá lớn (%) Chất hữu cơ phân huỷ (%) Đất có lượng sét thấp (< 60% sét) Đất có lượng sét cao (> 60% sét) Độ sâu tới đá (cm) <50 <25 Thỉnh thoảng 50-75 25-50 Thường Lũ xuyên >75 >50 Đá nhỏ Đá lớn 12 Quá nhiều mùn 18 Môi trường khử >150 100-150 <100 Cạn; thẩm lậu 96 Quản lý chất lượng nước Bảng 6-2. Tiêu chuẩn về chất lượng nước cho nuôi trồng thủy sản Đặc điểm TDS Nước ngọt (mg/L) Nước lợ (g/L) Độ mặn (‰) Nước ngọt Nước lợ pH Độ kiềm tổng cộng (mg/L CaCO 3) Độ cứng tổng cộng (mg/L CaCO 3) Độ trong (cm) Độ acid (mg/L CaCO 3) Độ đục (NTU) Độ cứng/độ kiềm Oxy hoà tàn (mg/L) ∆P (mm Hg) +2 Fe (mg/L) PO 3- 4 (µg/L) CO 2 (mg/L) Độ cứng canxi (mg/liter CaCO 3) COD (mg/L) NH 3-N (mg/L) NO 2-N (mg/L) H 2S (µg/L) Clorine (mg/L) Những chất độc hại Tốt 50-500 15-25 <0,5 15-25 6,5-8,5 50-200 50-200 30-60 0 0-25 1 >5 0 0-0,5 10-20 10-20 0-5 50-200 0-50 <0,1 0-0,5 0 0 Thấp Phân loại Trung bình 500-2000 5-15 25-35 0,5-2 5-15 25-35 5,0-6,5 8,5-10,0 20-50 200-500 20-50 200-500 15-30 60-120 0-10 25-100 10-25 0,5-1 2-5 10-15 0-50 0,5-5 20-200 5-10 5-20 20-50 200-500 50-200 0,1-1,0 0,5-2,0 Rất nhỏ Rất nhỏ Trung bình Ảnh hưởng Xấu >2000 <5 >35 >2 <5 >35 <5,0 >10,0 <20 >500 <20 >500 <15 <120 >10 >100 <10 >0,5 <2 >15 >50 >5 >200 <5 >20 <20 >500 >200 >1,0 >2,0 >5 >1,0 Cao Sự điều hoà thẩm thấu Sự điều hoà thẩm thấu pH thấp pH cao Độ kiềm thấp Độ kiềm cao Độ cứng thấp Độ cứng cao Tảo phát triển quá mức Tảo kém phát triển Acid khoáng Phù sa; ánh sáng thấp Thực vất lớn phát triển pH cao Oxygen thấp ∆P cao Bệnh bọt khí Sắt kết tủa Tảo phát triển quá mức Tảo kém phát triển Độc CO2 Độ cứng thấp Độ cứng cao Nhu cầu oxy Độc ammonia Độc nitrit Độc H 2S Độc chlorine Độc 97 Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Bảng 6-3. Tiêu chuẩn về nguồn nước cấp cho vùng nuôi thủy sản Đặc điểm (E + S) - P (cm/year) Nước ngọt Nước lợ' 3 Dòng chảy vào (m /phút) Nước ngọt Nước lợ Áp lực bơm nước (m) Nước ngọt Nước lợ Mùa mưa (nhiều ngày liên tục không có mưa) Nước ngọt Nước lợ E: độ bốc hơi tại chỗ x 0.7 Nhẹ 25 Phân loại Trung bình 25-50 Nặng >50 Ảnh hưởng Biến động mực nước 0,4 2 0,2-0,4 0,5-2 <0,2 <0,5 <15 <2 15-20 2-5 >50 >5 Rất mất thời gian để lấy nước đầy Trao đổi nước không thích hợp Chi phí bơm nước quá mức 5 60 5-20 60-150 >20 > 150 Tốc độ thay nước cao hoặc mực nước thấp Độ mặn cao S: rò rỉ (phải được đánh giá dựa trên tính chất của đất) P: lượng mưa. 2 PH THẤP VÀ BÓN VÔI pH thấp có thể gây ra do acid carbonic, acid hữu cơ và acid khoáng. Bón vôi được sử dụng phổ biến để làm tăng pH trong ao có nền đáy phèn và độ kiềm/cứng thấp. 2.1 Tác dụng của vôi Các trường hợp sau đây cần bón vôi: - Ao mất cân bằng dinh dưỡng với mùn và bùn có chất hữu cơ. - Ao có nước mềm với độ kiềm thấp. - Ao bị nhiễm phèn. Tác dụng của vôi trong ao: - Trung hoà acid và tăng pH của nước và nền đáy. - Tăng khả năng đệm. - Tăng nguồn CO 2 cho sự quang hợp của thực vật phiêu sinh. - Kết tủa các chất keo - Tăng hàm lượng phosphorus ở nền đáy (giảm phosphorus hòa tan). 98 Quản lý chất lượng nước - Kết qủa cuối cùng là tăng sinh lượng trong ao. Các loại vôi: - Vôi nông nghiệp- CaCO 3 or CaMg(CO 3)2 - Vôi ngậm nước hay vôi tôi - Ca(OH)2 - Vôi sống - CaO Hiệu quả tương đối của các loại vôi khác nhau: Loại vôi Phần trăm CaCO3 100 CaMg(CO 3 2) 109 Ca(OH)2 136 CaO 179 Độ mịn của vôi: Vôi sống và vôi tôi dạng bột nhưng đá vôi (CaCO 3) được hình thành từ những hạt có kích thước khác nhau. Hiệu quả của vôi được xem là 100% khi kích thước hạt nhỏ hơn 0,25 mm (đi qua lưới 0,25 mm), hiệu quả của vôi giảm khi kích thước hạt tăng lên. 2.2 Thời gian bón vôi Vì khi bón vôi gây ra việc giảm tức thì lượng CO và làm mất PO 2 3- 4 trong nước, cho nên ao nên bón vôi một vài ngày trước khi lấy nước và trước khi bón phân. Tránh sử dụng vôi sống cho ao đang nuôi cá; bón vôi nông nghiệp dọc theo bờ ao. 2.3 Cơ sở hoá học cho nhu cầu vôi sử dụng 2.3.1 Mức độ hiệu quả của vôi Hiệu quả trung hòa của vôi phụ thuộc vào tỉ lệ phần trăm của vôi ở các cỡ hạt khác nhau. Bảng sau đây trình bày cách tính hiệu quả trung hòa của vôi: Bảng 6-4. Đánh giá tính hiệu quả của vôi Loại sàng theo tiêu chuẩn ASTM 10 20 60 60 54 % t qua sàng 60 Cỡ hạt (mm) >1,70 1,69-0,85 0,84-0,25 <0,24 24 % qua sang 20- nhưng không qua sàng 60 14 % qua sàng 10- nhưng không qua sàng 20 8 % không qua sàng 10 Hiệu quả tổng cộng Hiệu quả trung hòa của vôi 0,036 0,127 0,522 1,000 54 x 1,000 = 54,0 24 x 0,522 = 12,5 14 x 0,127 = 1,8 8 x 0,036 = 0,3 68,6 % 99 Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản 2.3.2 Giá trị trung hoà của vôi Giá trị trung hòa của vôi chính là khả năng trung hòa acid của vôi và được xác định bằng cách cho một lượng vôi phản ứng hoàn toàn với acid HCl (cho một lượng thừa HCl), sau đó chuẩn độ NaOH với chỉ thị phenoltalein để xác định lượng HCl trong phản ứng. Giá trị trung hòa của vôi được tính như sau: (V - T ) (N) (5,000) Giá trị trung hoà (%) Trong đó = ---------------------------- S V = thể tích acid HCl (mL) T = thể tích NaOH (mL) N = Nồng độ đượng lượng (nồng độ của HCl=NaOH) S = trọng lượng mẫu (mg). Khi xác định được hiệu quả tương đối của vôi (ER) và giá trị trung hòa của vôi (NV), chúng ta có thể tính toán lượng vôi cần bón cho ao nuôi như sau Nhu cầu bón CaCO 3 (kg/ha) (NV% x ER%) Lượng vôi cần bón (kg/ha) = Trong đó NV = giá trị trung hòa (%) ER = tỉ lệ hiệu suất (%) Thí dụ, giả sử theo lý thuyết cần phải bón 2.000 kg/ha CaCO 3 nguyên chất, với một loại vôi nông nghiệp bán trên thị trường có giá trị trung hoà là 86% và tỉ lệ hiệu suất 72%. Lượng vôi cần bón là: 2000 Lượng vôi phải bón = = 3,230 kg/ha 86% x 72% 2.4 Sản xuất vôi và phản ứng của vôi 2.4.1 Quá trình sản xuất vôi Vôi nông nghiệp thường được sản xuất bằng phương pháp nghiền cơ học, đá vôi hay san hô khi nghiền thành bột chúng ta thu được CaCO 3, đá vôi đen sau khi nghiên chúng ta thu được CaMg(CO 3 2) . Đá vôi hay san hô khi được nung ở nhiệt độ cao chúng ta thu được CaO (vôi sống), vôi sống ngấm nước sẽ chuyển thành Ca(OH) 2 (vôi tôi), phản ứng xảy ra như sau: CaCO 3 → CaO + CO2 CaO + H 2O → Ca(OH)2 100 Quản lý chất lượng nước 2.4.2 Phản ứng của vôi trong ao CaCO + H+ → Ca +H O + CO (tăng độ cứng) CaCO + CO + H2O → Ca + 2HCO (tăng độ cứng và độ kiềm) CaO + 2H → Ca H O (tăng độ cứng) CaO + 2CO + H O → Ca + 2HCO (tăng độ cứng và độ kiềm) Ca(OH) + 2H+ → Ca + 2H O (tăng độ cứng) Ca(OH) + 2CO → Ca + 2HCO (tăng độ cứng và độ kiềm) Bảng 6-5. Ảnh hưởng của việc bón vôi nông nghiệp (lg/L) lên tổng độ kiềm và tổng độ cứng của nước ở những độ mặn khác nhau. 2+ 3 2 2 2+ - 3 3 2 + 2+ 2 2+ - 3 2 2 2+ 2 2 2+ - 2 2 3 Độ mặn Nước ngọt, ≈ 0.1 ‰ 1 ‰ 5 ‰ 10 ‰ 15 ‰ 20 ‰ 30 ‰ 3 BÓN PHÂN 3.1 Mục đích bón phân Tổng độ kiềm (mg/L CaCO 3) Đối chứng Bón 27,4 18,0 40,8 60,0 91,2 108,8 139,6 46,1 22,4 40,4 58,0 85,6 107,2 137,2 Tổng độ cứng (mg/L CaCO 3) Đối chứng Bón 30,9 164,7 720 1540 2120 3060 4180 50,5 164,0 746 1690 2100 3050 4220 Bón phân nhằm kích thích sự phát triển của thực vật phù du, nhờ vậy gia tăng sinh vật làm thức ăn cho cá và năng suất cá. 3.2 Các loại chất dinh dưỡng Các yếu tố đa lượng là chất dinh dưỡng cần với lượng tương đối lớn, ví dụ như C, H, O, N, P, Si, Mg, Ca, S, K và Na... Các yếu tố vi lượng là những chất dinh dưỡng được cần với lượng tương đối nhỏ như Fe, Mn, Cu, Zn, B, Mo, Va, Co... 3.3 Nguồn chất dinh dưỡng Nước nguồn với độ kiềm cao thường chứa hàm lượng cao các chất khoáng hoà tan. Trong bùn đáy cũng tích lũy nhiều vật chất dinh dưỡng, quá trình khoáng hóa sẽ cung cấp các muối dinh dưỡng hòa tan cho môi trường nước. Ngoài ra, nguồn vật chất dinh dưỡng còn được cung cấp từ sự bài tiết của động vật hay từ nguồn vật chất nhân tạo như thức ăn hay phân bón. 101 Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản 3.4 Chất dinh dưỡng cơ bản Chất dinh dưỡng cơ bản gồm Phospho (P) Nitơ (N) Bảng 6-6. Phân loại các loại phân bón thương mại phổ biến Phân bón Urea Nitrat canxi Nitrta natri Nitrat amôn Sulfat amôn Superphosphate Trisuperphosphate Monoammonium phosphate Diamrnonium phosphate Metaphosphate canxi Nitrate kali Sulfat kali N 45 15 16 33-35 20-21 0 0 11 18 0 13 0 Phần trăm P 2O5 0 0 0 0 0 18-20 44-54 48 48 62-64 0 0 K 2O 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 44 50 Bảng 6-7. Các nguồn yếu tố vi lượng sử dụng trong phân bón Yếu tố Bo (Boran) Đồng (copper) Sắt (Iron) Mangan (Manganese) Molybden Kẽm (Zinc) Nguồn Borac (Borax) Pentaborate natri Acid Boric Pentahydrate sulfat đồng Malachite Oxide Cupric Đồng kìm Sulfat sắt Oxid sắt Sắt ammon phosphat Sắt kìm (Iron chelates) Sulfat Mangan Oxid Mangan Mangan kìm Mangan Chloride Molybdat natri Molybdat ammon Monohydrat sulfate kẽm Sulfate kẽm bazơ Carbonate kẽm Kẽm kìm Phần trăm xấp xỉ của yếu tố 11 18 17 25 57 75 9-13 19 77 29 5-14 26-28 41-68 12 17 39 54 35 55 52 9-14 102 Quản lý chất lượng nước Bảng 6-8. Các thành phần dinh dưỡng của môi trường nuôi tảo Yếu tố (mg/L) Na K Ca Mg HCO 3 (pH=7) Cl SO4 Nước ngọt Gorham 7,6 8,6 23,2 2,9 34,8 13,9 26,8 0,05 0,004 1,0 - - - - - - - - - - - - - - - - - - Chu 18,1 4,5 9,7 2,5 23,0 - 9,7 6,8 1,8 12,3 0,18 Sverdrup 10.500 380 400 1.350 140 19.000 2.660 Nước mặn ASP2 7.050 313 100 440 - 10.400 1.930 NO3-N PO4-P SiO2 Fe (Ferric citrate) B Mn Mo Co Cu Zn tis (hydroxymethy) aminomethane Sodium ethylenadiamine tetraacetate Vitamin B12 Thiamine hydrochloride Nicotinic acid Calcium pantothenate Β-aminobenzoic acid Biotin Inositol Folic acid Thymine 3.5 Phân bón 0,001-0,60 8,2 0,07 6,4 0,01 4,6 0,002 0,01 0,0005 0,003 0,01 - - - - - - - - - - - 0,9 3,2 0,8 6,0 1,2 - 0,003 0,0012 0,15 1.000 30 0,002 0,5 0,1 0,1 0,010 0,001 5 0,002 3 - - - - - - - - - - - - - - - Phân vô cơ kích thích sự phát triển của sinh vật tự dưỡng ban đầu và những sinh vật trong chuỗi thức ăn liên quan, trong khi đó phân hữu cơ có tác dụng trên sinh vật tự dưỡng và sinh vật dị dưỡng. 3.5.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của phân bón - Ánh sáng và nhiệt độ: mức độ ánh sáng tới, độ sâu mực nước, độ đục. - Thay nước. - Chất lượng nước - Điều kiện nền đáy và quá trình sử dụng ao. - Rong cỏ. 103 Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản - Thành phần của tảo. - Độ hòa tan của phân. - Phương pháp và nhịp độ bón phân. - Sự tiêu thụ bởi động vật phiêu sinh 3.5.2 Phân bón vô cơ Một dạng phân với loại 15-15-5 chứa 15% Nitơ, 15% P 2O 5, và 5% K 2O. 100 kg phân hỗn hợp 15-15-5 sẽ được tạo thành từ Urê, Trisuperphosphate (TSP) và Chlorua kali (KCl). Trong 100 kg phân 15-15-5, có 15kg N, 15kg P 2O 5, và 5 kg K 2O. Tỉ lệ phối trộn như sau: 15 kg N ÷ 0.45 kg N / Kg urea 15 kg P 2O 5 ÷ 0.46 kg P 2O 5 / kg TSP 5 kg K 2O ÷ 0.60 kg K 2O / kg KCl Tổng hợp chất phân Chất phụ gia (vôi nông nghiệp) Tổng cộng Bổ sung phân vô cơ cho phân hữu cơ: = 33.3 kg ure = 32.6 kg TSP = 8. 3 kg KCl = 74.2 kg = 25.8 kg = 100.0 kg Vì sản phẩm thải động vật (phân chuồng) thường chứa hàm lượng N và P không cân đối như nhu cầu tối ưu của tảo, nên cần thiết phải bổ sung cho phân chuồng với nguồn phân vô cơ (N/P) để tạo ra những nguyên liệu thích hợp hơn. Thí dụ: - Tỉ lệ bón phân: 250 kg phân gà khô/hecta/tuần - Hàm lượng chất dinh dưỡng trong phân gà: N = 2,5%, P = 2% - Tỉ lệ N:P theo yêu cầu = 5:1, giả sử hàm lượng P trong phân là hợp lý. - Cần bao nhiêu Ure (46% N) để thêm vào phân gà để tạo ra loại phân với tỉ lệ N:P theo yêu cầu? Tính toán - Lượng phân gà ban đầu chứa: - N: - P: 250 kg x 2.5% 250 kg x 2% = 6.25 kg, = 5 kg - Phân với tỉ lệ N: P yêu cầu = 5 : 1 chứa 25 kg N. - Lượng N thêm cần trong phân gà: - 25kg - 6.25 kg = 18.75 kg - Lượng ure cần thiết là - 18.75 kg x 100/46 = 40.76 kg. 104 Quản lý chất lượng nước 3.5.3 Phân hữu cơ Bảng bên dưới liệt kê hàm lượng chất dinh dưỡng của các loại chất hữu cơ khác nhau dùng làm phân bón. Vì tỉ lệ C:N:P trong phân hữu cơ thường cung cấp một tỉ lệ chất dinh dưỡng không cân đối (N:P), do đó được khuyến cáo là bổ sung phân vô cơ để có được tỉ lệ mong muốn. Bảng 6-9. Thành phần cơ bản trung bình của phân chuồng hữu cơ (giá trị được biểu thị bằng % trọng lượng) Phân chuồng Phân gia súc Phân Trâu Bò Cừu Dê và cừu (hỗn hợp) Ngựa Heo Lạc đà Voi Cọp Sư tử Người Phân gia cầm Phân vịt Phân thỏ Nước tiểu Trâu Bò Cừu Dê và cừu (hỗn hợp) Heo Ngựa Người Bột Bột máu Bột sừng và móng guốc Bộp xương Phân cá 2/ Tỉ lệ C:N % phần cơ bản không có độ ẩm N P K 19 19 29 - 24 13 - 43 10 9 8 9 10 - - - - - - - 0,8 3,5 - 8 4,5 1,23 1,91 1,87 1,50 2,33 2,80 1,51 1,29 2,82 3,60 7,24 3,77 2,15 1,72 2,05 9,74 9,90 9,64 10,88 13,20 17,14 11,12 12,37 3,36 7,50 0,55 0,56 0,79 0,72 0,83 1,36 0,15 0,33 3,19 3,21 1,72 1,39 1,13 1,30 0,01 0,05 0,10 0,14 1,25 0,02 1,57 0,66 1,60 10,81 2,82 0,69 1,40 0,92 1,38 1,31 1,18 1,30 0,14 0,03 0,04 2,41 1,76 1,15 1,08 3,78 7,78 12,31 - 17,86 10,90 4,86 - - - 0,80 105 Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Phân xanh Rơm lúa mì Rơm lúa mạch Rơm lúa nước Rơm yến mạch Rơm bắp Rơm đậu nành Lá và cuống bông Bột hạt bông Rơm đậu phộng Vỏ hột đậu phộng Vỏ đậu phộng Rơm đậu xanh Cọng đậu đũa Rễ đậu đũa Bã cà phê Bã mía Cỏ 4/ 3/ Rong cỏ xanh Tro cây cọ dầu Sợi nén cây cọ dầu Tỉ lệ C:N 105 110 105 - 55 32 - - 19 - - - - - - 116 20 13 - - % phần cơ bản không có độ ẩm N 0,49 0,47 0,58 0,46 0,59 1,30 0,88 7,05 0,59 1,75 1,00 1,57 1,07 1,06 1,79 0,35 0,41 2,45 - 1,24 P 0,11 0,13 0,10 0,11 0,31 - 0,15 0,90 - 0,20 0,06 0,32 1,14 0,12 0,12 0,04 0,03 - 1,71 0,10 K 1,06 1,01 1,38 0,97 1,31 - 1,45 1,16 - 1,24 0,90 1,34 2,54 1,50 1,80 0,50 0,26 - 32,50 0,36 Bảng 6-10. Thành phần khoáng chất (% tổng chất rắn) chứa trong chân chuồng Khoáng chất Ca Mg Zn Cu Fe.. Mn Na K P S N Thức ăn heo 0,917 0,194 0,122 0,00218 0,0161 0,00398 0,312 0,682 0,741 0,455 2,839 Phân heo 2,47 1,20 0,05 0,05 0,05 0,02 0,63 3,49 3,7 Phân bò thịt 1,16 0,47 0,01 0,035 0,08 0,01 0,09 2,28 1,7 Theo Ngoddy et al. (1971), trích dẫn C.W. Lin & Yang Yi (2001) Bảng 6-11. Lượng phân chuồng thải từ động vật nuôi Đơn vị trọng lượng Động vật Bò sữa Bò thịt Gia cầm Heo Cừu của con vật, lb, 1.000 1.000 5 100 100 N 131,4 170,8 1,81 14,7 12,3 Pounds/con vật/năm P 2O5 36,1 26,3 1,46 6,6 4,3 K 55,8 39,4 0,67 8,7 8,9 Theo Dale (1971), trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi (2001) Hệ số chuyển đổi xấp xỉ: P x 2.3 = P 2 O 5, K x 1.2 = K 2 O 106 Quản lý chất lượng nước Bảng 6-12. Hàm lượng nitơ (N) và phospho (P) theo khối lượng khô của các loại phân chuồng khác nhau được sử dụng bón cho ao. Phân Gà Bò Vịt Trâu % N 2,8 1,5 4,4 1,4 % P 1,4 0,6 1,1 0,2 Tỉ lệ N : P 2,0 : 1 2,5 : 1 4,0 : 1 7,0 : 1 AIT A.I.T. 1986 A.I.T. 1986 Nguồn GREEN et al. 1989 3.6 Phương pháp bón phân 3.6.1 Phương pháp bón phân Khi bón phân hữu cơ cần tránh sự tích tụ ở đáy ao vì như thế sẽ sinh ra nhiều khí độc. Do đó, khi bón phân hữu cơ nên giữ chúng ở tằng mặt bằng cách dùng sàng bón phân. Phần đế của sàng bón phân nên đặt từ 15-20 cm dưới nước và đặt gần đầu nước cấp hoặc cuối ao nơi gió thổi thịnh hành. Một sàng như vậy thì đủ cho 1 ao lên đến 7 ha khi phiêu sinh phát triển. Kích thước của sàng phụ thuộc vào diện tích ao: Bảng 6-13. Tương quan giữa diện tích ao và kích thước sàng Diện tích ao (ha) 1 2 3 4 5 6 7 Nguồn: ASEAN (1978), trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi (2001) Kích thước phần trên của sàng (m) 0,85 X 0,85 1,25 x 1,25 1, 50 X 1, 50 1,70 x 1,70 1,90 X 1,90 2,10 x 2,10 2,25 x 2,25 Hình 6-1. Sàng bón phân Ngoài ra, có thể cho phân bón và thùng nổi đục lỗ hay túi lưới treo ở gần mặt nước ao để bón phân cho ao. 107 Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Hình 6-2. Bón phân bằng thùng nổi đục lỗ Hình 6-3. Bón phân bằng túi lưới 3.6.2 Tỉ lệ và tần số bón phân Vì tính chất phức tạp liên quan đến hiệu quả của việc bón phân như được thảo luận ở trên, cho nên khó để đưa ra một công thức về tỉ lệ bón phân có thể áp dụng được trong mọi trường hợp. Nói chung để duy trì mức độ sinh khối của tảo ở 80-300 g chlorophyll-a/L, độ trong khoảng 20-40 cm, thì tổng hàm lượng lân (TP) và đạm (TN) trong nước nên duy trì trong khoảng 0,2-0,5 mg P/L and 1-3 mg N/L, với một tỉ lệ N:P là 5-10:1. Theo nguyên tắc thì số lần bón phân càng nhiều sẽ càng tạo sự ổn định về hàm lượng dinh dưỡng trong nước, vì thế duy trì được năng suất sinh học ổn định. Trong thực tế, bón 2 lần/tuần đến 1 lần/tuần là tần số thích hợp. 3.7 Mùi hôi Cá có mùi hôi như mùi bùn, hôi cỏ hoặc hôi dầu làm giảm chất lượng nên không thể bán được hoặc chỉ bán với giá thấp. 108 Quản lý chất lượng nước 3.7.1 Hợp chất hoá học gây ra mùi hôi Các hợp chất gây mùi hôi ở tôm cá gồm: Geosmin (C 12H 22O), methyhsobomeol (MIB, C 11H 20O), and mucidone (C 16H 18O 2). Tôm cá sẽ có mùi hôi khi các chất tạo mùi hôi tích lũy trong thịt cá là <1 µg/kg cá. geosmin methyhsobomeol mucidone Hình 6-4. Các hợp chất gây mùi hôi trong cá Các hợp chất này có thể xuất hiện trong nước và bùn, vi sinh vật và cá; có thể chiết suất được bằng chưng cất và tách ra bằng methylene và phân tích bằng sắc khí ký. Cá hấp thụ các hợp chất có mùi lạ từ mang và chuyển tới máu đi khắp cơ thể hoặc từ thức ăn ăn vào. 3.7.2 Vi sinh vật sản sinh ra các hợp chất có mùi hôi: Tảo lam Nấm Anabacna scheremetievi Lyngbya Best Oscillatoria agardhii O. bornetii fa. tenuis O . cortiana O. prolifica O. simplicissima O. spiendida O. tenuis O. variabilis Schizothrix muelleri Symplow muscorum Lyngbya cryptovaginata Oscillatoria curviceps O. tenuis var. levis Actinomycetes Streptomyces 3.7.3 Điều kiện ảnh hưởng đến sự phát triển của sinh vật tạo ra mùi hôi - Chất hữu cơ nhiều trong ao đã cung cấp giá thể cho sự phát triển của nấm. - Streptomycete spp. có thể bị kiềm hãm bởi hàm lượng oxy thấp trong ao (bào tử hình thành sợi nấm thứ cấp tạo ra MIB và mucidone). o - Nhiệt độ tối ưu cho các sinh vật sản sinh mùi hôi trong khoảng 25-30 C - Đất và nước có tính kiềm thích hợp cho sự phát triển của những sinh vật tạo mùi hôi. 109 Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản 3.7.4 Các biện pháp phòng ngừa vấn đề về mùi hôi: - Tránh sự tích tụ của hợp chất hữu cơ ở đáy ao. - Chuẩn bị đáy ao bằng việc dọn sạch những chất hữu cơ dư thừa và qua việc phơi ao. - Các chất hoá học có thể khống chế những sinh vật gây mùi hôi- CuSO 4, Simazine. - NaCl (10 mg/L) kiềm hãm sự phát triển của Streptomycete. Cá biển ít có vấn đề về mùi hôi. 3.7.5 Loại bỏ mùi hôi khỏi cá: - Rửa sạch cá còn sống với nước sạch có thiosufat natri. - Thu hoạch cá khi sinh vật tạo mùi hôi bị tàn lụi như lúc nhiệt độ thấp. - Sơ chế cá bằng việc nhúng cá vào dung dịch muối 80% và hun khói. 4 SỤC KHÍ VÀ LUÂN CHUYỀN NƯỚC 4.1 Nguyên lý của quá trình sục khí 4.1.1 Mục đích - Cung cấp oxy cho đối tượng nuôi trong thủy vực, - Loại bỏ các khí độ như H 2S, NH3 - Tập trung các chất cặn bã vào giữ ao - Xáo trộn các phiêu sinh vật 4.1.2 Cơ chế chủ yếu của quá trình sục khí Làm tăng tốc độ khuếch tán của oxy từ không khí. Hàm lượng oxy hoà tan tối đa, sự bão hòa có được từ quá trình sục khí nhân tạo là 100% dưới những điều kiện chuẩn. Sục khí được dùng trong nuôi trồng thủy sản bao gồm các trại giống, ao nuôi thâm canh, nuôi cá nước chảy và nuôi trong hệ thống tuần hoàn. Tính toán hiệu suất sục khí: (DOa - DOi) x V = ------------------------ N x t Trong đó: N(g/kw.giờ) DOa = DOi V N t = = = = Hàm lượng O 2 sau khi sục khí Hàm lượng O lúc ban đầu (g/m ) 3 Công suất máy sục khí (kw) Thời gian sục khí (giờ) 3 2 Thể tích nước (m ) 4.1.3 Phương pháp kiểm tra máy sục khí cơ học 110 Quản lý chất lượng nước - Sự khử oxy nước trong bể kiểm tra bằng việc thêm sulfit natri: CoCl2 2Na 2SO 3 + O2 → 2Na 2SO4 Tính toán từ phương trình phản ứng trên cần 7,9 mg/L Na 2SO 3 với 0,05-0,2 mg Co (trong CoCl 2 ) để lấy đi 1 mg O 2/L. - Kiểm tra oxy với máy sục khí. Hiệu suất chuyển tải oxy (KLa) có thể được tính toán như sau: (K a) = L T Ln(DO 1 ) − Ln(DO 2 ) (t − t )/ 60 2 1 (K La) T= hiệu suất chuyển tải oxy ở nhiệt độ nước kiểm tra, /giờ DO1 DO2 t1 t2 = Oxy hoà tan hao hụt ở điểm 1 trên đồ thị mg/L = Oxy hoà tan hao hụt ở điểm 2 trên đồ thị mg/L = thời gian ở điểm 1 trên đồ thị, phút. = thời gian ở điểm 2 trên đồ thị, phút. Nhiệt độ nước ảnh hưởng đến sự chuyển tải oxy. Điều chỉnh hiệu suất chuyển tải oxy về 20 ºC (68 ºF) với công thức T −20 (K La) 20 = (K La) T /1.024 T = nhiệt độ nước để kiểm tra ºC (K La) 20 = hiệu suất chuyển tải oxy ở 20ºC./giờ Bảng 6-14. Kết quả kiểm tra sự chuyển tải oxy được thực hiện trong bể 0,70 m với 3 nhiệt độ nước 22ºC (71,6ºF). Hàm lượng oxy hoà tan (DO) ở mức bão hoà là 8,7 mg/L. a Thời gian (phút) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 DO trong bể (mg/L) 0,15 0,2 1,2 2,7 3,3 4,25 4,8 5,35 5,95 6,35 6,65 6,85 b DO hao hụt (mg/L) 8,5 7,5 6,0 5,4 4,45 3,9 3,35 2,75 2,35 2,05 1,85 a Máy sục khí bắt đầu và hàm lượng DO được đo trong khoảng thời gian 1 phút. Thời gian được tính khi hàm lượng DO bắt đầu gia tăng. b Hàm lượng DO ở mức bão hoà trừ hàm lượng DO đo được ở thời điểm t. 111 Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Hình 6-5. Kiểm tra sự chuyển tải oxy Tính toán tốc độ chuyển tải oxy cho những điều kiện chuẩn (0 mg/L DO, 20ºC, nước trong) với công thức OT = (K a) DO V s OTs DO20 V L 20 20 = tốc độ chuyển tải oxy chuẩn, g O 2/giờ = hàm lượng DO ở mức bão hoà ở 20ºC và áp suất chuẩn, mg/L 3 = thể tích nước trong bể m Tốc độ chuyển tải oxy có thể được chia theo công suất của máy (mã lực hoặc watt) để tạo điều kiện dễ dàng so sánh giữa các loại máy sục khí có kích cỡ khác nhau. 112 Quản lý chất lượng nước Số liệu từ bảng và hình ở trên được sử dụng trong thí dụ sau đây để tính tốc độ chuyển tải oxy. Trước hết tính toán hiệu suất chuyển tải oxy ở nhiệt độ trong điều kiện đo tại hiện trường (trong thí dụ này là 22ºC) (K a) = = L T Ln(7,9) − Ln(2,55) ( ,58 −1,5) / 60 2 ,07 − 0,94 0,117 = 9,66/giờ Kế tiếp điều chỉnh hiệu suẩt chuyển tải oxy về điều kiện chuẩn (20ºC) (K a) = 9,66 /1,024 22-20 2 L 20 = 9,66 /1,024 = 9,66 /1,05 = 9,20/giờ Cuối cùng, tính tốc độ chuyển tải oxy chuẩn. Hàm lượng DO ở 20ºC và 100% bão hoà 3 là 9,07 mg/L, thể tích bể là 0,70 m OTs = (9,02)(9,07)(0,70) OTs = 58,4 g O 2/giờ 4.2 Loại và hiệu quả máy sục khí 4.2.1 Sục khí tự chảy Lợi dụng sự chênh lệch độ cao như thác hoặc tầng nước ở trên cao làm cho nước bắn tung tóe khi chảy xuống, tỉ lệ diện tích/thể tích nước gia tăng vì thể làm tăng tốc độ khuếch tán oxy. Có thể thiết kế theo nhiều cách: Hiệu quả (%) = (C b - C a)/(C s - C a) x 100 Trong đó, Ca Cb Cs = Lượng DO (mg/L) bên trên máy sục khí = Lượng DO (mg/L) bên dưới máy sục khí = Lượng DO (mg/L) bão hoà ở nhiệt độ cho trước Sục khí tự chảy đơn giản: Nước chảy từ trên xuống va đập vào các bậc thang làm nước bắn tung tóe làm tăng tốc độ khuếch tán của oxy trong không khí vào nước. Hình 6-6. Sục khí tự chảy đơn giản dạng bậc thang. Theo F. W. Wheaton (1977). 113 Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Đập nước - Bệ chắn - Guồng bánh xe - Chổi quay - Máng gợn sóng nghiêng không có lỗ - Máng gợn sóng nghiêng có lỗ - Máng dạng bậc thang Hình 6-7. Đập với bệ chắn làm toé nước. Theo F. W. Wheaton (1977). Trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi (2001) Hình 4-8. Đập với guồng bánh xe. Theo F. W. Wheaton (1977). Trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi (2001) 114 Quản lý chất lượng nước Hình 6-9. Đập nước với chổi quay. Theo F. W. Wheaton (1977). Trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi (2001) Hình 6-10. Máng gơn sóng nghiêng không có lỗ. Theo F. W. Wheaton (1977). Trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi (2001) Hình 6-11. Máng gợn sóng nghiêng có lỗ. Theo F. W. Wheaton (1977). Trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi (2001) 115 Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Hình 6-12. Máng dạng bậc thang. Theo F. W. Wheaton (1977). Trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi (2001) Hiệu quả của các loại sục khí tự chảy khác nhau theo độ cao khi nước chảy xuống. Kết quả thực nghiệm về hiệu quả của các loại sục khí tự chảy được trình bày ở bảng 6-15. Bảng 6-15. Số liệu chọn lọc trên hiệu quả đo đạc của các máy sục khí theo trọng lực trên những khoảng cách khác nhau của thác nước. Thiết bị và độ cao nước rơi (cm) Đập tràn đơn giản 22,9 31,5 61,0 Máng gợn sóng nghiêng không lỗ 30,5 61,0 Máng gơn sóng nghiêng có lỗ 30,5 61,0 Bệ chắn 22,9a 30,5b 61,0b Máng bậc thang 30,5 61,0 Khay đục lỗ 25,0 50,0 75,0 100,0 Hiệu quả (%) 6,2 9,3 12,4 25,3 43,0 30,1 50,1 14,1 24,1 38,1 34,0 56,2 23,0 33,4 41,2 52,4 116 Quản lý chất lượng nước Đối với loại sục khí dạng khay đục lỗ thường được sử dụng trong các trại giống. Phần trăm bão hòa đạt được phụ thuộc vào khoảng các giữa các khay và số lượng khay trong hệ thống. Hình 6-13. Sục khí dạng khay đục lỗ. Theo F. W. Wheaton (1977). Trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi (2001) 117 Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Hình 6-14. Phần trăm oxy bão hòa theo khoảng các giữa các khay và số lượng khay trong hệ thống sục khí khay đục lỗ. 4.2.2 Sục khí bề mặt Nguyên lý là làm vỡ hay khuấy động mặt nước tạo thành những giọt nước nhỏ vì thế có thể tăng tỉ lệ khuếch tán qua bề mặt tiếp xúc lớn giữa nước và không khí. Loại sục khí này thường được dùng cho ao lớn, đặc biệt trong trường hợp oxy thấpp. Tốc độ chuyển tải oxy của sục khí bề mặt tùy thuộc vào nhiều biến số: - Độ sâu ngập nước, - Thiết kế và kiểu sục khí (tốc độ cánh quạt, đường kính cánh quạt...) - Đặc tính hoá học của nước ao (độ mặn, hàm lượng hữu cơ...) - Kích thước và hình dạng ao - Sự chênh lệch hàm lượng oxy giữa nước và không khí Sau đây là các kiểu máy sục khí bề mặt thông dụng: - Bơm phun (pump sprayer) - Quạt nước hay guồng bánh xe quay (paddle wheel) - Bơm chân vịt (propeller aspirator pump) Các loại sực khí có hiệu quả chuyển tải oxy khác nhau, loại sục khí theo kiểu đảo tròn như guồng bánh xe quay hay chổi quay cho hiệu quả chuyển tải oxy cao hơn rất nhiều so với loại sục khí đơn giản hay sục khí venturi. Vì vậy, loại sục khí đảo tròn (đặc biệt là loại quạt nước) thường được sử dụng trong các ao nuôi thâm canh có diện tích lớn. Trong khi đó, các loại sục khí khác chỉ được sử dụng trong quy mô nhỏ như ở các trại sản xuất giống. Theo Boyd (1998), hiệu quả chuyển tải oxy từ không khí vào nước của sục khí quạt nước (Paddle wheel) là 2,13 kg O 2/Kw/giờ, trong khi bơm phun 118 Quản lý chất lượng nước (pump sprayer) hay bơm phun thẳng đứng (vertical pump sprayer) thì hiệu quả chuyển tải oxy chỉ đạt 1,28 kg O 2/Kw/giờ và sục khí khuếch tán chỉ đạt 0,97 kg O 2/Kw/giờ. Hình 6-15: Sục khí bề mặt dạng quạt nước (paddle wheel). ( Hình 6-16: Sục khí bề mặt dạng bơm phun (Pump sprayer). ( 119 Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Hình 6-17: Sục khí bề mặt dạng bơm chân vịt (propeller aspirator pump). ( 4.2.3 Sục khí khuếch tán Bơm không khí hoặc oxy vào dưới dạng bọt khí và oxy được chuyển tải từ bọt khí đến vùng nước xung quanh. Tốc độ chuyển tải oxy phụ thuộc vào: - Sự chênh lệch oxy giữa bọt khí và vùng nước xung quanh - Kích thước của bọt khí - Thời gian lưu tồn của bọt khí trong nước, - Khoảng cách của bọt khí di chuyển xuyên qua cột nước, - Tốc độ của dòng khí, - Các đặc tính hoá học của nước. Các kiểu sục khí khuếch tán: - Sục khí khuếch tán đơn giản - Sục khí Venturi - Sục khí khuếch tán ống chữ U - Sục khí tiếp xúc bọt khí dòng chảy hướng xuống 120 Quản lý chất lượng nước Hình 6-18. Sục khí khuếch tán đơn giản. Theo F. W. Wheaton (1977). Trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi (2001) Hình 6-19. Sục khí Venturi. Theo F. W. Wheaton (1977). Trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi (2001) 121 Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Hình 6-20. Sục khí khuếch tán ống chữ U. Theo F. W. Wheaton (1977). Trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi (2001) 4.3 Luân chuyển và xáo trộn nước Việc luân chuyển nước gây ra sự xáo trộn theo chiều thẳng đứng của cột nước. Do đó tránh được sự phân tầng về nhiệt độ, độ mặn, dinh dưỡng... làm cho toàn bộ nước ao trở thành môi trường sinh sống đồng nhất. Các loại hệ thống luân chuyển nước, không giống như máy sục khí, tạo ra sự khuấy động bề mặt tương đối nhỏ. Lợi ích chính để luân chuyển là xáo trộn tầng nước mặt với lượng oxy quá bão hòa với tầng nước sâu có hàm lượng oxy thấp xảy ra trong suốt thời điểm phân tầng ban ngày khi quá trình quang hợp diễn ra tích cực trên tầng nước mặt. Sự luân chuyển nước có thể được tạo ra bởi những cách sau: - Trao đổi nước: tạo dòng chảy vào và dòng chảy ra khỏi ao. - Máy tuần hoàn cơ học: Bơm nước Chân vịt Sục khí kéo nước Bộ phận luân chuyển nước có thể được áp dụng để duy trì lượng oxy ban ngày cho sự tiêu thụ vào ban đêm. 122 Quản lý chất lượng nước Hình 6-21. Sục khí kéo nước. Theo C. E. Boyd (1998). 123 Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Hình 6-22. Ảnh hưởng của luân chuyển nước (xáo trộn) đến phân bố nhiệt độ trong ao 124 Quản lý chất lượng nước Hình 6-23. Ảnh hưởng của thời gian sục khí lên sự phân bố theo chiều thẳng đứng về nhiệt độ và oxy hoà tan trong ao 0,73 ha với hai cánh quạt sục khí. (A: Không sục khí, B: Sục khí ban ngày, C: Sục khí ban đêm, D: Sục khí ngày và đêm) (Tríc dẫn C.W. Lin & Yang Yi, 2001) 5 XỬ LÝ VÀ TÁI SỬ DỤNG NƯỚC 5.1 Xử lý và tái sử dụng nước Trong nuôi thủy sản thâm canh, việc xử lý và tái sử dụng nước là khâu không kém phần quan trọng. Xử lý và tái sử dụng nước nhằm hạn chế ô nhiễm môi trường và tránh sự lây lan dịch bệnh và góp phần giảm chi phí sản xuất. Trong sản xuất giống thủy sản nước lợ, mặn (tôm sú, nhuyễn thể và một số loài cá biển) thì việc xử lý và tái sử dụng nước còn góp phần mở rộng vùng sản xuất. Trước đây, các trại sản xuất 125 Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản giống tôm càng xanh hay tôm sú chỉ được xây dựng ở vùng ven biển vì khi sản xuất các loài này cần có một lượng lớn nước mặn. Trong những năm gần đây, khi hệ thống lọc sinh học tuần hoàn được áp dụng thành công thì quá trình sản xuất chỉ tiêu tốn một lượng nước mặn rất ít, cho nên các trại giống đã phát triển dần vào khu vực nước ngọt như An Giang, Đồng Tháp, Cần Thơ hay Vĩnh Long.... Bắt đầu một vụ sản xuất, người nuôi chở một ít nước mặn lấy từ biển, trong quá trình sản xuất khi nước được xử lý và tái sử dụng liên tục trong suốt vụ nuôi. Việc xử lý lại nước trong hệ thống tuần hoàn liên quan đến các quá trình cơ bản sau đây: - loại bỏ các chất rắn, - loại bỏ chất hữu cơ hoà tan (DOC) và ammonia, - bổ sung oxy hoà tan, và - khử trùng. Khử trùng 5.2 Hệ thống tuần hoàn 5.2.1 Loại thải chất rắn lơ lửng Để loài bỏ các hạt vật chất lơ lửng trong nước có thể áp dụng biện pháp lắng hay lọc cơ học như: lọc qua lưới, lọc cát... Hình 6-24. Lọc cát chảy theo trọng lực. Theo F. W. Wheaton (1977). Trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi (2001) 126 Quản lý chất lượng nước Hình 6-25. Các kiểu lọc cát. 127 Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản 5.2.2 Loại thải chất hữu cơ hoà tan Để loại bỏ các chất hữu cơ hòa tan có thể dùng biện pháp lọc hóa học. Lọc hoá học là phương pháp tập trung lượng chất hữu cơ hoà tan (DOC) bằng quá trình hấp thu xảy ra giữa bề mặt tiếp xúc giữa chất rắn-chất lỏng hay bề mặt chất khí-chất lỏng. Hiệu quả trong việc loại bỏ chất hữu cơ hòa tan được áp dụng để loại bỏ những chất không phân hủy sinh học hoặc khó loại bỏ bởi lọc sinh học hoặc lọc cơ học thông thường. Những chất này bao gồm các sản phẩm tự nhiên như chất mùn và hợp chất phenolic, các chất gây ô nhiễm nhân tạo như các hydrocacbon khử chclorine (dầu và thuốc trừ sâu). Bề mặt khí - chất lỏng: làm sủi bọt Cơ chế liên quan đến sự hấp thụ các hợp chất sulfat hữu cơ (hữu cơ phân cực) trên bề mặt bọt khí nổi lên qua cột nước và hình thành bọt váng trên mặt nước (được minh họa theo sơ đồ sau). Hình 6-26. Minh họa bằng lược đồ một bọt khí hút bám các đầu hoạt tính bề mặt của các phân tử DOC. Theo C.W. Lin & Yang Yi (2001) 128 Quản lý chất lượng nước Hình 6-27. Sơ độ hệ thống tạo bọt tách chất hữu cơ hòa tan. Theo F. W. Wheaton (1977). Trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi (2001) Hình 6-28. Các hệ thống tạo bọt tách chất hữu cơ hòa tan (protein skimmer) Giao diện giữa chất rắn - chất lỏng: Cacbon hoạt tính được tạo ra từ chất có cacbon xốp (than đá, xương, vỏ đậu… sau 2 quá trình nén ở nhiệt độ cao). Diện tích bề mặt của than hoạt tính lớn cỡ 1 km /kg, ở dạng bột hoặc hạt, loại hạt lớn hơn 0, 1 mm thì rẻ hơn và dễ thao tác hơn. Than hoạt tính và lọc nên được áp dụng sau lọc sinh học và cơ học. Phẫu diện ngang và phương pháp sử dụng than hoạt tính được trình bày dưới đây: 129 Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Hình 5-19. Phẫu diện cắt ngang của than hoạt tính được phóng đại. Số liệu từ F. W. Wheaton (1977). Trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi (2001) Hình 5-30. Lọc than hoạt tính Trao đổi ion Trao đổi ion là một quá trình mà các ion được trao đổi giữa dung dịch và vật chất trao đổi ion (thường ở dạng rắn hay dạng gel). Chất trao đổi ion thường là nhựa thông, 130 Quản lý chất lượng nước zeolite, montmorillonite, keo đất hay đất mùn. Chất trao đổi ion gồm các chất mang ion dương gọi là cation và chất mang ion âm gọi là anion. Chất trao đổi ion có thể thực hiện 2 quá trình ngược nhau là phóng thích hoặc hấp thụ ion tùy thuộc nồng độ của các ion trong dung dịch. Trao đổi ion là phương pháp được áp dụng rộng rải trong công nghiệp và trong đời sống như làm sạnh nước, làm mềm nước cứng... ( 28/6/2006) 5.2.3 Lọc sinh học Nước sau khi sử dụng sẽ tích tụ nhiều chất thải vô cơ và hữu cơ, để làm sạch nước và tái sử dụng người nuôi áp dụng biện pháp lọc sinh học. Lọc sinh học là sử dụng các sinh vật sống để làm sạch nước trong đó nhóm vi khuẩn dị dưỡng và tự dưỡng đóng vai trò quan trọng. Nhờ sự hoạt động của vi khuẩn dị dưỡng chất hữu cơ bị phân hủy thành các chất vô cơ như: CO , H O, NH , PO , SO ... Quá trình này được gọi là quá trình khoáng hóa hay vô cô hóa. NH 3 sinh ra do quá trình khoáng hóa hay từ quá - trình bài tiết của động vật tiếp tục được chuyển hóa thành NO nhờ hoạt động của các 3 nhóm vi khuẩn hóa tự dưỡng, qua trình này được gọi là quá trình nitrate hóa. Nhờ quá trình nitrate hóa chuyển hóa các chất độc (NH , NO ) thành chất không độc (NO ) cải thiện chất lượng nước. Tuy nhiên, trong nuôi trồng thủy sản phương pháp lọc sinh học chủ yếu được sử dụng để lọc làm giảm NH và NO bởi gì quá trình này diễn ra trong khoảng thời gian ngắn. Trong khi đó, quá trình khoáng hóa (phân hủy hữu cơ) thường diễn ra trong khoảng thời gian dài hơn nên không thể ứng dụng trong các trong các lãnh vực sản xuất có chu kỳ ngắn (sản xuất giống cá, tôm). Hơn nữa, các chất hữu cơ có thể được làm sạnh bằng phương pháp lọc cơ học hay hóa học. Lọc sinh học gồm 2 loại sau: - Lọc ướt: lọc được đặt ngập dưới mực nước với dòng chảy hướng xuống, hướng lên hoặc chảy ngang - Lọc khô (trickling filter): Quá trình nitrate hoá gồm 2 pha: NH + 3/2 O ⇔ NO + 2H + H O + 76kcal NO + 1/2 O ⇔ NO - + 24kcal Theo lý thuyết, các phản ứng trên đòi hỏi 4,75 kg O 2 để chuyển hoá 1 kg NH 3. Quá trình hình thành và diễn tiến đặc trưng của các dạng nitơ trong thời gian lọc bắt đầu hoạt động được trình bày theo lược đồ sau: 3- 4 2- 2 2 3 4 - 2 - 3 3 - 3 2 + - + 4 2 2 2 - 2 2 3 131 Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản NH3 NO - NO2 - 3 Hình 6-31. Diễn tiến của các dạng đạm vô cơ khác nhau trong thời gian lọc sinh học bắt đầu hoạt động. Theo F. W. Wheaton (1977). Trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi (2001) Tốc độ bài tiết ra NH 3 bởi động vật thủy sinh trong hệ thống có liên quan đến sinh khối (W), tỉ lệ cho ăn hàng ngày (F), % hàm lượng protein của thức ăn và hệ số chuyển hoá protein (N). Như vậy lượng amonia sản sinh ra hàng ngày bởi đối tượng nuôi có thể được tính toán như sau: NH 3 (g/kg/ngày) = W x F x P/6.25 x (1-N) Thí dụ, sinh khối cá 10 kg, tỉ lệ cho ăn hàng ngày 2% sinh khối, hàm lượng protein 20%, hệ số chuyển hoá protein 60%. Như vậy, lượng NH 3 sản sinh ra là 10 kg x 0,02 x (0,2 x 6,25) x (1- 0,6) = 2,56 g NH 3 từ quá trình trao đổi chất được bài tiết bởi động vật thủy sinh qua: - sự khuếch tán từ máu vào nước qua mang, + - sự vận chuyển trao đổi của NH với Na, 4 - sự chuyển hoá chất thải hữu cơ, urê. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrate hoá: - các chất độc - thuốc hoá chất, sulfide... - pH - Oxy hoà tan (DO) - nhiệt độ - diện tích bề mặt lọc - thời gian lưu nước (retention time) Để xử lý và tái sử dụng nước trong các ao nuôi thâm canh người nuôi kết hợp nhiều biện pháp lọc cơ học, hóa học và sinh học. Tuy nhiên, sinh vật đóng vai trò lọc không chỉ là vi khuẩn mà còn có các nhóm thực vật (lục bình, bèo...) và động vật kích thước lớn (nhuyễn thể). Nước từ ao nuôi được lọc qua lưới lọc sau đó lần lượt được lọc qua 132 Quản lý chất lượng nước lục bình, lọc sinh học với vi khuẩn, nhuyễn thể, bèo tấm... cuối cùng nước được trả về ao nuôi (Hình 6-33, 6-34, 6-35). Hình 6-32. Lọc sinh học theo kiểu chảy xuống đơn giản. Theo F. W. Wheaton (1977). Trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi (2001) Hình 5-33. Một hệ thống tuần hoàn kín nuôi cá rô phi và rong (nước thải). A. B. C. D. E. Khu sản xuất cá rô phi Bộ phận gạn lọc Khu sản xuất lục bình Lọc nhỏ giọt Sản xuất bèo tấm và nghêu F. G. H. I. J. Lọc đá vôi thô Sản xuất bèo tấm Lọc đá vôi mịn Sản xuất Egeria Sản xuất Valksneria 133 Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Hình 6-34. Mô hình chung cho hệ thống tuần hoàn. Theo C.W. Lin & Yang Yi (2001) Hình 6-35. Hệ thống ao nuôi thủy sản kết hợp. Ao tôm A 1-A 3, Ao cá rô phi B, Ao nuôi vẹm, Ao rong biển D, Ao chứa E, R. Theo C.W. Lin & Yang Yi (2001) 6 KHỬ TRÙNG Khử trùng là một quá trình nhằm tiêu diệt các sinh vật gây hại cho động vật nuôi, tiệt trùng là tiêu diệt toàn bộ tất cả sinh vật. Phương pháp khử trùng thông thường được sử dụng trong nuôi trồng thuỷ sản là khử bằng chlorine, tia UV và ozon. 6.1 Khử trùng bằng chlorine Chlorine gồm dạng khí chorine (Cl ), HOCl, OCl hoà tan trong nước (20°C) 7160 mg/L. Chlorine, HOCl hoặc OCl, là các tác nhân oxy hóa mạnh. ROCl phản ứng với NH 3 hình thành chloramine (NH 2C1, NHCl 2 hoặc NCl 3) có thời gian lưu tồn lâu và cũng độc đối với sinh vật. Để khử chlorine sau khi xử lý nước với thiosufat natri. C1 2 + 2 Na 2S 2O 3·5H 2O → Na 2S 4O 6 + 2NaCl + 10H 2O 134 - 2 Quản lý chất lượng nước Do đó, để loại bỏ 1 mg/L C1 2 đòi hởi 6,99 mg/L thiosulfat natri Đối xử lý với vi sinh vật nước ngọt có thể dùng 1,5 ppm C1 2, có thể được chuẩn bị từ 6 ppm thuốc tẩy hoặc 60 ppm chlorox. Để nước đã được xử lý chlorine trong 5 ngày sau đó loại bỏ chlorine dư thừa bằng việc thêm 10 ppm thiosufate natri trong thời gian 1 ngày là có thể sử dụng. Chlorine được sử dụng rộng rãi để khử trùng nước, các hợp chất chlorine là những tác nhân oxy hoá mạnh và độc đối với thực vật, động vật và vi sinh vật. Do đó khử trùng trực tiếp bằng chlorine trong ao nuôi những loài thủy sản có giá trị là một biện pháp nguy hiểm. Tuy nhiên, chlorine được sử dụng đáng kể trong ao nuôi tôm, cho nên các quá trình phản ứng của các hợp chất chlorin sẽ được thảo luận. Các nguồn chlorine thương mại phổ biến là chlorin (Cl 2), hypochlorite canxi [Ca(OCl) 2] hoặc hypochlorite (HTH) và hypochlorite natri (NaOCl) hoặc thuốc tẩy. Chlorine thì tan trong nước và nó phản ứng để tạo ra acid hypochlorous và acid hydrochiodte: Cl + H O = HOCl + H + Cl - Acid hypochlorous ion hoá tạo ra ion hypochiodte (OCl ): + - 2 2 - HOCl = OCl + H + - Hypochlorite canxi và hypochlorite natri hoà tan trong nước tạo ra OCl , các nhóm chlorine hòa tan đều phụ thuộc vào pH (Hình 6-36). Dạng Cl 2_ không hiện diện trên pH 2; HOCl là dạng phổ biến nhất khi pH 1-7,48; HOCl = OCl khi pH=7,48; OCl thì cao hơn HOCl khi pH trên 7,48. Bột HOCl có tính sát trùng mạnh hơn khoảng 100 lần - OCl (Snoeyink and Jerkins 1980), và tổng nồng độ chlorine phải sử dụng để khử trùng gia tăng nhanh khi pH lớn hơn 6. Chlorine dư thừa bao gồm Cl HOCl, và OCl . Những chất dư thừa này là những tác nhân oxy hoá và chúng sẽ oxy hoá các ion khử vô cơ (Fe , Mn , NO và H S) và hợp chất hữu cơ. Trong tình trạng oxy hoá này, chlorin dư thừa sẽ bị khử thành ion - chlorin không độc (Cl ). Vì vậy sự hiện diện của các hợp chất hữu cơ và khử vô cơ trong nước làm tăng liều lượng chlorin cần thiết để khử trùng. NH 3 trong nước cũng phản ứng với các dạng chlorine tạo ra monochlorine, dichlorine và trichloramines. Chloramine bền nhưng tính năng khử trùng của chúng thấp hơn 3 dạng chlorine dư thừa. NH 3 + HOCI → NH 2C1 + H 2O NH 2C1 + HOCI → NHCl 2 + H 2O NHCl 2 + HOCl → NC1 3 + H 2O - - - 2, 2+ 2+ - 2 2 135 Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản - lượng lớn HTH để bảo đảm nhu cầu hoá học cho chlorine và tạo ra HOCl và OCl dư thừa để tiêu diệt vi sinh vật. Nồng độ cao HTH (10-20 mg/l) thường được sử dụng trong ao có tôm mà không làm chết tôm nuôi. HTH được cho là có khả năng tiêu diệt vi sinh vật và cải thiện chất lượng nước. Thực tế nếu hàm lượng HTH đủ để tiêu diệt vi sinh vật thì tôm cũng sẽ bị giết chết bởi vì chlorine được xem là chất diệt sự sống (biocide). Do nhu cầu chlorine và pH cao trong ao tôm, nên lượng HTH đưa vào được tiêu thụ trong các phản ứng hoá học và không còn chlorin dư thừa tồn tại. Áp dụng HTH như thế có thể oxy hoá một ít chất hữu cơ nhưng không đủ để cải thiện chất lượng nước. Thỉnh thoảng HTH được sử dụng cho đáy ao để oxy hoá các hợp chất khử trong đất. Việc xử lý này không cần thiết, bởi vì nếu đất ao khô, oxy từ không khí sẽ oxy hóa các hợp chất khử. Việc áp dụng HTH cho đất ướt (không thể làm khô) thì hợp lý hơn nhưng vẫn không mang lại kết quả nhất định. Xử lý với tỉ lệ cao HTH cho đất ao, nước ao, bể cấp nước, bể trong trại giống và các trang thiết bị khác vào đầu vụ nuôi (chưa thả cá) là có hiệu quả trong việc tiêu diệt các sinh vật gây bệnh và các loài tôm cá tạp khác. Tuy nhiên, khử trùng bằng chlorine khi đang nuôi tôm cá là một biện pháp không hiệu quả và nguy hiểm. 136 - Hình 3-36. Ảnh hưởng của pH lên tỉ lệ tương đối của HOCl và OCl . Theo Boyd (1990) Nguồn chlorine sử dụng phổ biến nhất trong nuôi trồng thủy sản là HTH. Để đảm bảo việc khử trùng mang lại hiệu quả, phải cần đến 2-3mg/l chlorine dư thừa. Trong ao tôm, nước thường có pH khoảng 7,5-9,5 và chứa nhiều chất hữu cơ và NH 3. Sử dụng Quản lý chất lượng nước 6.2 Khử trùng bằng tia cục tím (UV) Hiệu quả của xử lý UV lên quá trình diệt khuẩn thay đổi theo bước song tia cực tím như được trình bày sau đây: Hình 6-37. Hiệu quả của tia cực tím lên quá trình diệt khuẩn thay đổi theo bước sóng. F. W. Wheaton (1977). Trích dẫn bởi C.W. Lin & Yang Yi (2001). Đèn UV dùng tiệt trùng (kiểu treo hoặc chìm) đều có sẵn trên thị trường với nhiều kích cỡ khác nhau. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử trùng: - kích thước và giai đoạn của sinh vật - mức độ phó