IV. GIỚI THIỆU MỘT SỐ TIÊU CHUẨN, QUY CHUẨN ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MÔ
b. Các ion liên quan đến áp suất thẩm thấu
NATRI (Na+)
Bài giảng: Ơ nhiễm mơi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ mơi trường
chiếm vị trí hàng đầu. Trong nước biển ion Na+ chiếm khoảng 30,59% trọng lượng các muối hòa tan, trong nước ngọt ion Na+ chỉ chiếm hàm lượng thấp. Trong thành phần cơ thể của thủy sinh vật ion Na+ chiếm khoảng 0,5-1% trọng lượng cơ thể. Nguồn cung cấp Na+ trong nước thiên nhiên ở các thủy vực chủ yếu là nước biển và đại dương, sự hòa tan của các vỉa muối hoặc các tinh thể muối phân tán trong đất đá và các phản ứng trao đổi ion...
Đối với động vật, ion Na+ rất cần thiết cho các hoạt động của cơ, là cation chính trong dịch ngoại tế bào, kết hợp chủ yếu với ion Cl- và HCO3-, giữ vai trò rất lớn trong việc điều hòa áp suất thẩm thấu, duy trì cân bằng acid-bazơ của cơ thể. Trong dịch muối nếu khơng có ion Ca2+ trung hịa, ion Na+ sẽ làm tan rã các tế bào phôi, làm ấu trùng cá phát triển khơng bình thường.
KALI (K+)
Ion K+ thường có nồng độ khơng cao trong nước thiên nhiên mặc dù các muối của nó đều có độ hịa tan lớn. Nguồn cung cấp K+ trong nước thiên nhiên là do q trình phong hóa đất đá và các khống vật có chứa K, hoặc do sự hịa tan của các muối K. Hàm lượng của K+ trong nước thiên nhiên phụ thuộc rất lớn vào tính chất của đất quanh thủy vực, các thủy vực có nền đáy đất sét thì ion K+ trong nước sẽ cao, ngược lại nền đáy cát thì ion K+ trong nước sẽ thấp.
Trong thành phần cơ thể thực vật ion K+ không chiếm ưu thế hơn ion Na+, nhưng cơ thể động vật thì ngược lại. Ý nghĩa của K+ trong đời sống của thực vật rất lớn, kali xúc tiến quá trình quang hợp bằng cách thúc đẩy quá trình vận chuyển glucid từ phiến lá vào các cơ quan khác. Mặc dù kali không tham gia vào thành phần của các enzime nhưng nó có ảnh hưởng rất lớn đến sự hình thành và chuyển hóa các phân tử protein và tổng hợp các acid amine.
Khi thiếu K giai đoạn kết thúc quá trình sống tổng hợp protein chậm lại và sự phân giải các protein lại xúc tiến mạnh mẽ hơn. Do đó, khi tăng dinh dưỡng K sẽ thúc sự thâm nhập mạnh mẽ N và tích lũy trong cơ thể thực vật các hợp chất hữu cơ chứa nitơ. Khi thiếu K sự hình thành các liên kết cao năng bị chậm lại và hàm lượng P trong các acid nucleotic bị giảm. Thực vật sử dụng K nhiều hơn P. Nhưng khơng cần bón phân này vào ao ni cá vì chúng ln ln được cung cấp từ đất đá hay quá trình phân hủy các xác bã sinh vật đủ cung cấp cho nhu cầu phát triển của thủy sinh vật. Đối với động vật, K+ là cation chính của dịch nội tế bào, nhưng cũng là thành phần quan trọng của dịch ngoại tế bào và nó có ảnh hưởng rất lớn đến các hoạt động của cơ, đặc biệt là cơ tim. Cũng như Na, K cũng tham gia duy trì cân bằng acid-bazơ và điều hồ áp suất thậm thấu của cơ thể. Thí dụ, Ca làm giảm độ thấm màng tế bào còn K làm tăng độ thấm màng tế bào (là hai ion có tác dụng khác nhau. Nhưng Ca và K là hai ion có tác dụng giống nhau nhưng khử nhau khi hòa lẫn.
Theo Boyd (1998) hàm lượng K+ thích hợp cho ao ni thủy sản là 1-10 mg/l (nước ngọt) và nhỏ hơn 400 mg/l (nước mặn, lợ).
MAGIE (Mg2+)
Ion Mg2+ thường gặp trong nước thiên nhiên với hàm lượng không lớn lắm, trong nước ngọt và trong nước biển nó chỉ chiếm khoảng 3% trọng lượng các muối hòa tan. Trong thành phần cơ thể thực vật ion Mg2+ chiếm tới 7-10% trọng lượng cơ thể chúng. Ở động vật nó chiếm ít hơn. Ion Mg2+ rất quan trọng đối với thực vật vì nó là cấu tử trung tâm của diệp lục tố (giống như sắt trong sắt tố của máu ở động vật). Thiếu Mg2+ thực vật không tạo được diệp lục tố nên không quang hợp được vật chất hữu cơ. Mg rất cần thiết cho sự hấp thu và di chuyển chất lân. Đối với động nó cũng có vai trị quan trọng trong tiến trình sống. Ion Mg2+ và Ca2+ là những ion đối kháng của ion Na+ và K+.
Hàm lượng Mg2+ thích hợp cho ao ni thủy sản nước ngọt là 5-100 mg/l và cho nuôi thủy sản nước lợ là nhỏ hơn 1.500 mg/l.
Bài giảng: Ơ nhiễm mơi trường, 2012Bộ môn: Công nghệ môi trường
Ion Ca2+ có trong nước thiên nhiên là sản phẩm của q trình phong hóa đất đá, đặc biệt là q trình rửa lửa đá vơi, dolomit và thạch cao. Trong nước ngọt hàm lượng ion Ca2+ chiếm từ 18,15% trọng lượng các muối hịa tan, trong nước biển nó chỉ chiếm khoảng 1,2% trọng lượng các muối hịa tan. Trong nước nhạt và nước có độ khống hóa cao ion Ca2+ thường kết hợp với ion CO32-, HCO3- hoặc SO42-. Dạng HCO3- dễ chuyển hóa thành dạng CaCO3 và phóng thích CO2, cung cấp CO2 cho quá trình quang hợp của thực vật phù du trong nước. Trong nước có nồng độ muối cao, ion Ca2+ kết hợp chủ yếu với ion Cl-. Ngoài các thành phần chủ yếu kể trên ion Ca2+ còn có trong các hợp chất của nitơ, silic, nhơm...
Trong mơi trường nước Ca có tác dụng cải tạo tính chất của đất ở nền đáy, làm cho nước bớt chua, làm tăng độ hịa tan, đồng hóa các chất dinh dưỡng khác như N, P, K tạo sự quân bình giữa các muối dinh dưỡng trong nước, giúp cho vi sinh vật hoạt động hữu hiệu hơn, cung cấp Ca cho thực vật. Trong cơ thể động vật, so với những cation khác Ca2+ chiếm lượng nhiều nhất. Nó tập trung chủ yếu ở xương, răng, một phần nhỏ trong máu. Ion Ca2+ có vai trị quan trọng trong cơ chế đơng máu, trong hoạt động của tim, cơ thần kinh và sự thẩm thấu của màng tế bào. Cùng với ion Mg2+ ion Ca2+ là những ion đối kháng với ion Na+ và K+. Ca2+ có trong mơi trường nước đủ cung cấp cho nhu cầu của thủy sinh vật là một trong những nguyên tố cần thiết để năng suất cá nuôi cao.
Hàm lượng Ca2+ thích hợp cho ao ni thủy sản nước ngọt là 5-100 mg/l và nhỏ hơn 500 mg/l đối với ao nuôi thủy sản nước lợ (Boyd, 1990).
Bảng 2.22. Đầu vào của các nguyên tố chính trong đại dương hàng năm từ sơng ngịi tính theo đơn vị 1012 mol/năm trên tổng số lưu lượng 37,4 1015 l/năm
Ion hoặc chất Tổng lượng Muối biển Chất gây ô nhiễm nhân sinh Lượng thực tế Na+ K+ Mg2+ Ca2+ Cl- SO42- HCO3- H4SiO4 11,70 1,36 5,59 13,70 8,69 4,49 33,40 6,47 2,39 0,05 0,29 0,05 2,82 0,16 - - 3,39 0,13 0,41 1,18 2,63 1,29 1,64 - 5,91 1,17 4,85 12,36 3,27 3,07 32,09 6,47
Nguồn: Nguyễn Văn Phổ, 2002 trích dẫn theo Meybeck, 1997 và Drever và cộng sự, 1988
CLORIT (Cl-)
Ion Cl- chiếm hàm lượng cao trong nước thiên nhiên, trong nước ngọt hàm lượng Cl- có thể lên tới 10 mg/l, trong nước biển nó chiếm khoảng 19g/l nước biển. Nguồn cung cấp ion Cl- cho nước thiên nhiên có thể bao gồm: sự hịa tan của các muối mỏ, nguồn cung cấp từ khí quyển đặc biệt là trong các vùng gần bờ biển và hoạt động của sinh vật. Do đó, hàm lượng Cl- trong nước thiên nhiên sẽ tăng lên nếu như thủy vực nằm trong vùng đất mặn, hoặc chảy qua vùng đất mặn hay bị nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt. Trong cơ thể động vật, cũng như ion Na+, ion Cl- giúp điều hòa cân bằng acid-bazơ, cân bằng áp suất thẩm thấu giữa máu, các mô và dịch tế bào.
Bài giảng: Ơ nhiễm mơi trường, 2012Bộ mơn: Cơng nghệ môi trường
sản nước lợ, mặn hàm lượng Cl- phải nhỏ hơn 20.000 mg/l (20 g/l) (Boyd,1990).
SUNPHAT (SO42-)
Các nguồn nước tự nhiên, đặc biệt nước biển và nước phèn, thường có nồng độ SO42- cao. Sunphat trong nước có thể bị vi sinh vật chuyển hóa tạo ra sunphit hoặc axit sunphuric gây ra nguy cơ ăn mòn đường ống bằng kim loại và đường ống bê tơng. Ion sunphat trong nước tự nhiên thường có nồng độ lên đến 50 mg/l. Nồng độ lên đến 1000 mg/l có thể phát hiện được chứa các khống vật như thạch cao, quặng pyrít… Trong nước thải hoặc nước bị nhiễm bẩn từ nước thải thường có hàm lượng lớn sunphat.
Trong mơi trường nước tự nhiên tồn tại cân bằng cơ bản giữa các ion có liên quan đến áp suất thẩm thấu của tế bào, cân bằng giữa các ion này cũng là cơ sở quan trọng để cơ thể sinh vật điều hịa áp suất thẩm thấu của chính chúng. Khơng kể đến sự tồn tại trong cơ thể sinh vật sống, một thủy vực cũng như trong mơi trường đất, khơng khí, trong lưu vực, trong tầng bùn… đều có sự khác biệt đáng kể về nồng độ các ion hòa tan liên quan đến áp suất thẩm thấm. Thành phần hóa học của một đối tượng môi trường nước phụ thuộc rất lớn vào đặc điểm thủy văn, đặc điểm địa chất trong lưu vực do đó chúng có sự khác biệt đáng kể về nồng độ của các ion hòa tan. Mỗi đối tượng mơi trường nước đều có sự cân bằng giữa một nhóm 3 anion quan trọng và nhóm cịn lại gồm 4 cation quan trọng. Cân bằng ion là tổng nồng độ của các anion bằng tổng các cation về mặt điện tích. Đối với 7 ion quan trọng, nồng độ của chúng thường ở dạng g/l đến mg/l ( tức phần nghìn – ppt hoặc phần triệu – ppm) trong khi các ion còn lại như photphat, nitrat, amoni… thường tồn tại ở nồng độ µg/l (phần tỷ - ppb) ở mơi trường nước chưa bị ô nhiễm.
Bảng 2.23. Cân bằng của các ion quan trọng trong nước ngọt
Anion Cation
Tên Phần trăm(%) Tên Phần trăm (%)
HCO3- 73 Ca2+ 63
SO42- 16 Mg2+ 17
Cl- 10 Na+ 15
K+ 4
Anion khác < 1 Cation khác <1