Bài giảng quản lý chất lượng nước trong nuôi trồng thủy sản

Quản lý chất lượng nước CHƯƠNG QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG NƯỚC TIÊU CHUẨN CHỌN ĐIỂM, CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ ĐẤT Chất lượng nước nuôi trồng thủy sản bao gồm tất yếu tố vật lý, hóa học sinh học, biến động yếu tố ảnh hưởng đến suất nuôi Hầu hết tác động người nhằm cải thiện yếu tố hóa học sinh học, yếu tố vật lý lại khó quản lý xảy điều kiện bất lợi hay cố Con người hạn chế tác động xấu từ yếu tố vật lý thông qua biện pháp chọn điểm nuôi, thiết kế thi công công trình hợp lý Chọn địa điểm nuôi thích hợp hạn chế tác động xấu yếu tố vật lý mà hạn chế bất lợi yếu tố hóa học sinh học Sau số tiêu chuẩn yếu tố vật lý, hóa học sinh học để lựa chọn vùng nuôi thích hợp 1.1 Các yếu tố sinh lý học quan trọng việc chọn điểm nuôi thủy sản (Huguenin and Colt, 1989; Trích dẫn 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 mức độ dinh dưỡng, loài ưu - Quần thể loài mong muốm: cá thể trưởng thành, nguồn giống - Sự diện mật độ địch hại: đất, nước, không khí - Bệnh đặc hữu, ký sinh trùng 1.1.2 Các yếu tố địa điểm - Đặc điểm lưu vực sông: độ dốc (độ cao khoảng cách), che phủ bề mặt, rửa trôi, hoạt động sườn dốc - Cung cấp nước ngầm: tầng ngập nước, độ sâu mực nước ngầm, chất lượng - Thủy triều: biên độ, tốc độ, thay đổi theo mùa giông bão, dao động - Sóng: biên độ, cường độ, hướng, thay đổi, tần số giông bão theo mùa - Dòng chảy vùng ven biển: cường độ, hướng thay đổi theo mùa - Khả tiếp cận địa bàn - Lịch sử địa bàn: sử dụng đất trước 1.1.3 Các yếu tố đất - Loại đất, trình sử dụng đất, đặc điểm tầng đất - Tốc độ thấm: hệ số thấm nước - Địa hình phân bố loại đất - Hình dạng kích thước hạt - Góc tĩnh: ướt, khô - Độ màu mỡ - Quần thể vi sinh vật Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản - Các độc tố rò rỉ: thuốc trừ sâu, kim loại nặng, loại hoá chất khác 1.1.4 Các yếu tố khí tượng - Gió: tốc độ gió thịnh hành, thay đổi theo mùa, cường độ tần số bão - Ánh sáng: tổng lượng mặt trời hàng năm, cường độ, chất lượng, thời gian chiếu sáng: chu kỳ ngày đêm - Nhiệt độ không khí dao động - Độ ẩm tương đối điểm sương dao động - Vũ lượng: lượng mưa, phân bố hàng năm, tần số mức tối đa bão 1.2 Các thông số quan trọng việc quản lý chất lượng nước (Huguenin and Colt, 1989); Trích dẫn C.W Lin & Yang Yi, 2001) 1.2.1 Các thông số lý học - Nhiệt độ (biến động theo ngày theo mùa) - Độ mặn (biến động theo thủy triều theo mùa) - Hạt (chất rắn) thành phần (hữu vô cơ) kích thước hàm lượng - Màu sắc - Ánh sáng tổng lượng chiếu sáng năm cường độ lượng xạ chất lượng ánh sáng thời gian chiếu sáng (chu kỳ ngày) 1.2.2 Các thông số hoá học - pH độ kiềm - Khí tổng áp suất khí oxy nitơ CO2 H 2S Quản lý chất lượng nước - Chất dinh dưỡng hợp chất nitơ hợp chất phospho - thành kim loại vi lượng hình Các hợp chất hữu 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 mật độ) - Virút - Nấm - Khác Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản 1.3 Tiêu chuẩn đất nước để lựa chọn vùng nuôi thích hợp Bảng 6-1: Tiêu chuẩn tính chất vật lý, hóa học đất để xây dựng công trình nuôi thủy sản Đặc điểm Phân loại Tốt Độ sâu đến tầng sulfidic >100 tầng sulfuric (cm) Trung bình Xấu 5,5 4,5-5,5 35 18-35 75 25-75 150 100-150 60% sét) Độ sâu tới đá (cm) Độ dốc Khó tháo cạn, pha loãng Lũ Quản lý chất lượng nước Bảng 6-2 Tiêu chuẩn chất lượng nước cho nuôi trồng thủy sản Đặc điểm Tốt TDS Nước (mg/L) Nước lợ (g/L) Độ mặn (‰) Nước Nước lợ pH Độ kiềm tổng cộng (mg/L CaCO 3) Độ cứng tổng cộng 50-500 15-25 5 0-0,5 10-20 10-20 0-5 50-200 0-50 2000 Sự điều hoà thẩm thấu 35 >2 35 Sự điều hoà thẩm thấu 10,0 pH thấp pH cao 500 500 100 Acid khoáng Phù sa; ánh sáng thấp 0,5 15 >50 >5 ∆P cao Bệnh bọt khí Sắt kết tủa >200 20 500 Độc CO2 Độ cứng thấp Độ cứng cao >200 >1,0 Nhu cầu oxy Độc ammonia >2,0 >5 >1,0 Độc nitrit Cao Độc H 2S Độc chlorine Độc Trung bình Quản lý chất lượng nước zeolite, montmorillonite, keo đất hay đất mùn Chất trao đổi ion gồm chất mang ion dương gọi cation chất mang ion âm gọi anion Chất trao đổi ion thực trình ngược phóng thích hấp thụ ion tùy thuộc nồng độ ion dung dịch Trao đổi ion phương pháp áp dụng rộng rải công nghiệp đời sống làm sạnh nước, làm mềm nước cứng (http://en.wikipedia.org/wiki/Ion_exchange; 28/6/2006) 5.2.3 Lọc sinh học Nước sau sử dụng tích tụ nhiều chất thải vô hữu cơ, để làm nước tái sử dụng người nuôi áp dụng biện pháp lọc sinh học Lọc sinh học sử dụng sinh vật sống để làm nước nhóm vi khuẩn dị dưỡng tự dưỡng đóng vai trò quan trọng Nhờ hoạt động vi khuẩn dị dưỡng chất hữu bị phân hủy thành chất vô như: CO2 , H 2O, NH , PO 43-, SO 42- Quá trình gọi trình khoáng hóa hay vô cô hóa NH sinh trình khoáng hóa hay từ - trình tiết động vật tiếp tục chuyển hóa thành NO nhờ hoạt động nhóm vi khuẩn hóa tự dưỡng, qua trình gọi - trình nitrate hóa Nhờ 3 trình nitrate hóa chuyển hóa chất độc (NH , NO ) thành chất không độc (NO ) cải thiện chất lượng nước Tuy nhiên, nuôi trồng thủy sản phương pháp lọc sinh học chủ yếu sử dụng để lọc làm giảm NH NO trình diễn khoảng thời gian ngắn Trong đó, trình khoáng hóa (phân hủy hữu cơ) thường diễn khoảng thời gian dài nên ứng dụng trong lãnh vực sản xuất có chu kỳ ngắn (sản xuất giống cá, tôm) Hơn nữa, chất hữu làm sạnh phương pháp lọc học hay hóa học Lọc sinh học gồm loại sau: - Lọc ướt: lọc đặt ngập mực nước với dòng chảy hướng xuống, hướng lên chảy ngang - Lọc khô (trickling filter): Quá trình nitrate hoá gồm pha: NH NO + 2 + + 3/2 O ⇔ NO + 2H + H O + 76kcal + 1/2 O ⇔ NO - + 24kcal Theo lý thuyết, phản ứng đòi hỏi 4,75 kg O để chuyển hoá kg NH Quá trình hình thành diễn tiến đặc trưng dạng nitơ thời gian lọc bắt đầu hoạt động trình bày theo lược đồ sau: 13 Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản NH3 NO2- NO3- Hình 6-31 Diễn tiến dạng đạm vô khác thời gian lọc sinh học bắt đầu hoạt động Theo F W Wheaton (1977) Trích dẫn C.W Lin & Yang Yi (2001) Tốc độ tiết NH động vật thủy sinh hệ thống có liên quan đến sinh khối (W), tỉ lệ cho ăn hàng ngày (F), % hàm lượng protein thức ăn hệ số chuyển hoá protein (N) Như lượng amonia sản sinh hàng ngày đối tượng nuôi tính toán sau: NH = W x F x P/6.25 x (1-N) Thí dụ,(g/kg/ngày) 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 sản sinh 10 kg x 0,02 x (0,2 x 6,25) x (1- 0,6) = 2,56 g NH từ trình trao đổi chất tiết động vật thủy sinh qua: - khuếch tán từ máu vào nước qua mang, - vận chuyển trao đổi NH + với Na, - chuyển hoá chất thải hữu cơ, urê Các yếu tố ảnh hưởng đến trình nitrate hoá: - 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 tái sử dụng nước ao nuôi thâm canh người nuôi kết hợp nhiều biện pháp lọc học, hóa học sinh học Tuy nhiên, sinh vật đóng vai trò lọc không vi khuẩn mà có nhóm thực vật (lục bình, bèo ) động vật kích thước lớn (nhuyễn thể) Nước từ ao nuôi lọc qua lưới lọc sau lọc qua 13 Quản lý chất lượng nước lục bình, lọc sinh học với vi khuẩn, nhuyễn thể, bèo cuối nước trả 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 C.W Lin & Yang Yi (2001) Hình 5-33 Một hệ thống tuần hoàn kín nuôi cá rô phi rong (nước thải) A Khu sản xuất cá rô phi F Lọc đá vôi thô B Bộ phận gạn lọc G Sản xuất bèo C Khu sản xuất lục bình H Lọc đá vôi mịn D Lọc nhỏ giọt I Sản xuất Egeria E Sản xuất bèo J Sản xuất Valksneria nghêu 13 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) KHỬ TRÙNG Khử trùng trình nhằm tiêu diệt sinh vật gây hại cho động vật nuôi, tiệt trùng tiêu diệt toàn tất sinh vật Phương pháp khử trùng thông thường sử dụng nuôi trồng thuỷ sản khử chlorine, tia UV ozon 6.1 Khử trùng chlorine - Chlorine gồm dạng khí chorine (Cl ), HOCl, OCl hoà tan nước (20°C) 7160 mg/L Chlorine, HOCl OCl, tác nhân oxy hóa mạnh ROCl phản ứng với NH hình thành chloramine (NH 2C1, NHCl NCl 3) có thời gian lưu tồn lâu độc sinh vật Để khử chlorine sau xử lý nước với thiosufat natri C1 + Na 2S 2O 3·5H 2O Na 2S 4O 134 + 2NaCl + 10H 2O Quản lý chất lượng nước Do đó, để loại bỏ mg/L C1 đòi hởi 6,99 mg/L thiosulfat natri Đối xử lý với vi sinh vật nước dùng 1,5 ppm C1 2, chuẩn bị từ ppm thuốc tẩy 60 ppm chlorox Để nước xử lý chlorine ngày sau loại bỏ chlorine dư thừa việc thêm 10 ppm thiosufate natri thời gian ngày sử dụng Chlorine sử dụng rộng rãi để khử trùng nước, hợp chất chlorine tác nhân oxy hoá mạnh độc thực vật, động vật vi sinh vật Do khử trùng trực tiếp chlorine ao nuôi loài thủy sản có giá trị biện pháp nguy hiểm Tuy nhiên, chlorine sử dụng đáng kể ao nuôi tôm, trình phản ứng hợp chất chlorin thảo luận Các nguồn chlorine thương mại phổ biến chlorin (Cl 2), hypochlorite canxi [Ca(OCl) 2] hypochlorite (HTH) hypochlorite natri (NaOCl) thuốc tẩy Chlorine tan nước phản ứng để tạo acid hypochlorous acid hydrochiodte: + 2 - Cl + H O = HOCl + H + Cl - Acid hypochlorous- ion +hoá tạo ion hypochiodte (OCl ): HOCl = OCl + H - Hypochlorite canxi hypochlorite natri hoà tan nước tạo OCl , nhóm chlorine hòa tan phụ thuộc vào pH (Hình 6-36) Dạng Cl 2_ không diện pH 2; HOCl dạng phổ biến pH 1-7,48; HOCl = OCl pH=7,48; OCl cao HOCl pH 7,48 Bột HOCl có tính sát trùng mạnh khoảng 100 lần - OCl (Snoeyink and Jerkins 1980), tổng nồng độ chlorine phải sử dụng để khử trùng gia tăng nhanh pH2, lớn 2+ 2+ - dư thừa Chlorine dư thừa bao gồm Cl HOCl, OCl Những chất tác nhân oxy hoá chúng oxy hoá ion khử vô (Fe , Mn , NO H S) hợp chất hữu Trong tình trạng oxy hoá này, chlorin dư thừa bị khử thành ion - chlorin không độc (Cl ) Vì diện hợp chất hữu khử vô nước làm tăng liều lượng chlorin cần thiết để khử trùng NH nước phản ứng với dạng chlorine tạo monochlorine, dichlorine trichloramines Chloramine bền tính khử trùng chúng thấp dạng chlorine dư thừa NH + HOCI NH 2C1 + H 2O NH 2C1 + HOCI NHCl NHCl 2 + H 2O + HOCl NC1 + H 2O 13 Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản - Hình 3-36 Ảnh hưởng pH lên tỉ lệ tương đối HOCl OCl Theo Boyd (1990) Nguồn chlorine sử dụng phổ biến nuôi trồng thủy sản 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 chứa nhiều chất hữu NH Sử dụng - lượng lớn HTH để bảo đảm nhu cầu hoá học cho chlorine tạo HOCl OCl dư thừa để tiêu diệt vi sinh vật Nồng độ cao HTH (10-20 mg/l) thường sử dụng ao có tôm mà không làm chết tôm nuôi HTH cho có khả tiêu diệt vi sinh vật cải thiện chất lượng nước Thực tế hàm lượng HTH đủ để tiêu diệt vi sinh vật tôm bị giết chết chlorine xem chất diệt sống (biocide) Do nhu cầu chlorine pH cao ao tôm, nên lượng HTH đưa vào tiêu thụ phản ứng hoá học không chlorin dư thừa tồn Áp dụng HTH oxy hoá chất hữu không đủ để cải thiện chất lượng nước Thỉnh thoảng HTH sử dụng cho đáy ao để oxy hoá hợp chất khử đất Việc xử lý không cần thiết, đất ao khô, oxy từ không khí oxy hóa hợp chất khử Việc áp dụng HTH cho đất ướt (không thể làm khô) hợp lý không mang lại kết định Xử lý với tỉ lệ cao HTH cho đất ao, nước ao, bể cấp nước, bể trại giống trang thiết bị khác vào đầu vụ nuôi (chưa thả cá) có hiệu việc tiêu diệt sinh vật gây bệnh loài tôm cá tạp khác Tuy nhiên, khử trùng chlorine nuôi tôm cá biện pháp không hiệu nguy hiểm 136 Quản lý chất lượng nước 6.2 Khử trùng tia cục tím (UV) Hiệu xử lý UV lên trình diệt khuẩn thay đổi theo bước song tia cực tím trình bày sau đây: Hình 6-37 Hiệu tia cực tím lên trình diệt khuẩn thay đổi theo bước sóng F W Wheaton (1977) Trích dẫn C.W Lin & Yang Yi (2001) Đèn UV dùng tiệt trùng (kiểu treo chìm) có sẵn thị trường với nhiều kích cỡ khác Các yếu tố ảnh hưởng đến trình khử trùng: - kích thước giai đoạn sinh vật - mức độ phóng xạ thời gian xử lý - độ sâu tầng nước mà tia phóng xạ qua Ngoài ra, người nuôi dùng nhiệu loại hòa chất để khử trùng nước ao nuôi Hầu hết hóa chất khữ trùng chất oxy hóa mạnh học chất Cl, Br, I O (oxy nguyên tử) Những chất oxy hóa mạnh chất có tác dụng không chọn lọc nên với liều cao diệt tất sinh vật sống nước nên chất oxy hóa mạnh có tác dụng diệt tạp Do chất oxy hóa mạnh có tác dụng không chọn lọc nên cần thận trọng sử dụng trường hợp nuôi tôm cá sử dụng liều cao gây nguy hiệm cho tôm cá Sau số hóa chất thường sử dụng để khử trùng nuôi trồng thủy sản: 13 .. .Quản lý chất lượng nước CHƯƠNG QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG NƯỚC TIÊU CHUẨN CHỌN ĐIỂM, CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ ĐẤT Chất lượng nước nuôi trồng thủy sản bao gồm tất yếu tố vật lý, hóa học sinh... Khác Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản 1.3 Tiêu chuẩn đất nước để lựa chọn vùng nuôi thích hợp Bảng 6-1: Tiêu chuẩn tính chất vật lý, hóa học đất để xây dựng công trình nuôi thủy sản. .. Trung bình Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản Bảng 6-3 Tiêu chuẩn nguồn nước cấp cho vùng nuôi thủy sản Đặc điểm Nhẹ Phân loại Trung Ảnh hưởng Nặng bình (E + S) - P (cm/year) Nước 25 >50