Quản Lý chất Lượng Nước Trong Nuôi Trồng Thuỷ Sản

Tài liệu hướng dẫn sinh viên các ngành nuôi trồng và bệnh học thuỷ sản, hỗ trợ kỹ sư thuỷ sản quản lý môi trường ao nuôi tốt. Hướng dẫn cụ thể các phương pháp kiểm tra, test nước, điều chỉnh môi trường nước , màu nước và chất lượng nước cho hệ thống nuôi nước ngọt và nước mặn

QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG NƯỚC

AO NUÔI THỦY SẢN

Trương Quốc Phú Khoa Thủy sản, Đại học Cần Thơ

Giới thiệu

Thông tinh chung

Môn học: Quản lý chất lượng nước ao nuôi thủy sản

- Phương pháp phân tích các thông số chất lượng nước

- Biện pháp quản lý môi trường ao nuôi thủy sản

Vị trí của giáo trình:

- Môn học cung cấp cho sinh viên những kiến thức cần thiết về đánh giá chất lượng và quản lý môi trường ao nuôi thủy sản.

Giới thiệu

Điều kiện tiên quyết:

Hóa phân tích

Sách và dụng cụ học tập:

Water quality for pond aquaculture (Boyd, 1998)

Quan trắc và kiểm soát ô nhiễm môi trường nước (Lê Trình, 1997)

Các giáo trình về cơ sở thủy sản

Các tài liệu có liên quan

Chất lượng nước và sức khỏe tôm cá

– Con người cần không khí trong l ành để sống lâu Cá, tôm cũng cần nước có chất lượng

tốt để sống khỏe mạnh

– Phòng bệnh tốt hơn l à trị bệnh

– Chất lượng nước tốt giúp cá, tôm khỏe

mạnh và lớn nhanh

– Chăm sóc ao cá, tôm cũng cần thiết như

chăm sóc sức khỏe của con người

Mở đầu

1 Nhập môn

• Định nghĩa: Quản lý chất lượng nước ao nuôi thủy sản làmôn khoa học nghiên cứu những tính chất vật lý, thành phần hóa học của nước thiên nhiên, các qui luật biến đổi của chúng theo không gian và thời gian và những ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản

• Nội dung nghiên cứu:

Tính chất vật lý

Tính chất hóa học

Sự biến động của các yếu tố và phương pháp quản lý chất lượng nước

Mở đầu

• Đối tượng nghiên cứu: Nước bề mặt (ao, hồ,

sông, suối ) và nước ngầm sử dụng cho nuôi

trồng thủy sản

2 Sơ lược phát triển môn học

Những nghiên cứu vế tính chất và thành phần hóa học của nước thiên nhiên đã có từ thời đại đồ sắt Thalet (629 – 343 TCN) có kết luận: nước là chất phổ biến, rất bình thường nhưng cũng khác

thường về những tính chất vật lý của nó Nước là chất duy nhất trên địa cầu gặp đồng thời với khối lượng lớn ở 3 trạng thái rắn, lỏng và khí.

Mở đầu

• Đầu TK 18, hai nhà khoa học M Lomonosov (1711 1765) và A Lavoisier (1743 - 1794) Đề ra cơ sở phân tích định lượng thành phần hóa học của nước thiên nhiên

-• Ngày nay, khoa học và công nghệ phát triển việc phân tích thành phần hóa học của nước có nhiều tiến bộ, mức độ chính xác cao

Phương pháp cổ điển (chuẩn độ)

Phương pháp so màu quang phổ

Phương pháp huỳnh quang

Phương pháp phóng xạ

Phương pháp sắc ký

Mở đầu

3 Nước, môi trường thuận lợi cho đời sống thủy sinh vật

Khối lượng riêng cao, độ nhớt thấp

Nhiệt lượng riêng cao, độ dẫn nhiệt kém

Độ tỏa nhiệt và độ thu nhiệt lớn

Sức căng bề mặt lớn

Khối nước luôn chuyển động

Nước là dung môi tốt

4 Phân chia vùng sinh thái theo độ muối

Vùng sinh thái nước ngọt (độ muối nhỏ hơn 0,5%o)

Vùng sinh thái nước lợ (độ muối từ 0,5-30%o)

Vùng sinh thái nước mặn (độ mặn lớn hơn 30%o)

Nhiệt độ nước ít biến động

Hàm lượng muối dinh dưỡng và vật chất hữu cơ thấp

Các yếu tố môi trường có xu hướng biến đổi theo mùa

Độ pH cũng biến động tương tự như oxy

Nhiệt độ biến động lớn nhất là ruộng lúa

Hàm lượng muối dinh dưỡng trong các thủy vực

nước tĩnh cao do tác động của canh tác của con

người

Phiêu sinh vật phát triển với một độ cao

DINH DƯỠNG VÀ CHU TRÌNH

SINH HỌC

Nguồn và quá trình cung cấp dinh

dưỡng cho môi trường nước

Nguồn nội tại

Nguồn ngoại lai

Chu trình dinh dưỡng trong thủy vực

Chất hữu cơ khác (rượu, acid, hydrocarbon )

• Muối dinh dưỡng (muối vô cơ)

Đạm (NH3, NH4+, NO2-, NO3-)

Lân (PO43- )

Silic (SiO32-)

Chu trình dinh dưỡng trong thủy vực

CO 2 + H 2 O Ánh sáng C 6 H 12 O 6 + O 2

Diệp lục

Tinh bột Cellulose Protein Lipid Vitamin

+

NH 4 +

NO 3

-PO 4 SiO 3 2-

3-SO 4

2-C 6 H 12 O 6 Đồng hóa

Quá trình tổng hợp chất hữu cơ - tích lũy năng lượng

Chu trình dinh dưỡng trong thủy vực

Các nhóm sinh vật tham gia vào quá trình

tổng hợp chất hữu cơ:

• Thực vật phù du (Phytoplankton)

• Thực vật đáy (Phytobenthos)

• Thực vật lớn (Macrophyte)

• Vi khuẩn hóa tự dưỡng (Lithotrophic bacteria)

• Vi khuẩn quang tự dưỡng (Phototrophic

bacteria)

Chu trình dinh dưỡng trong thủy vực

Quá trình hô hấp - cung cấp năng lượng:

3-SO 4

Chu trình dinh dưỡng trong thủy vực

Quá trình phân hủy hữu cơ hiếu khí - giải

3-SO 4

2-O 2 Vi khuẩn, nấm + Q (Nhiệt năng)

Chu trình dinh dưỡng trong thủy vực

Quá trình phân hủy hữu cơ yếm khí - giải

Chu trình dinh dưỡng trong thủy vực

Các nhóm sinh vật tham gia vào quá trình

phân hủy hữu cơ:

ĐẶC TÍNH VẬT LÝ CỦA MÔI TRƯỜNG NƯỚC

Ánh sáng

Sự xâm nhập của ánh sáng vào nước

ƒ Sự xâm nhập của ánh sáng vào cột nước phụthuộc:

– Góc tới – Sự phẳng lặng – Bước sóng

ƒ Độ đục/vật chất lơ lửng của nước

ƒ 53% năng lượng ánh sáng chuyển thành dạng nhiệt và triệt tiêu trong 1m đầu tiên

Ánh sáng tới

Phản xạ

Đi vào thủy vực

Sự xâm nhập của ánh sáng vào ao cá

Độ trong, độ đục của nước

• Độ đục có tương quan nghịch với

độ trong và tầm nhìn trong nước

• Độ trong đo bằng đĩa secchi (cm)

• Độ đục được đo bằng khả năng

xuyên qua nước của ánh sáng

(NTU) hoặc hàm lượng của tổng

vật chất lơ lửng (mg/L).

Yếu tố ảnh hưởng đến độ trong, đục

Độ trong, đục và chất lượng nước

Độ trong, đục và chất lượng nước

Cá thiếu thức ăn tự nhiênTảo đáy phát triển

Ao giàu dinh dưỡng

Quản lý độ trong, độ đục

Nước quá trong

• Bón phân khi nước ao thiếu dinh dưỡng

• Bón vôi và bón phân khi nước bị nhiễm phèn

Nhiệt độ

Bức xạ mặt trời Truyền nhiệt Bức xạnhiệt Bốc hơi

Hấp thụ vào nền đáy

Địa nhiệt

Cấp nước Tháo

nước

Trao đổi năng lượng nhiệt trong thủy vực

Sự phân tầng nhiệt trong ao cá

Ảnh hưởng của nhiệt độ

• Khoảng chịu đựng nhiệt độ của cá từ

20-35oC

• Khoảng nhiệt độ tối ưu cho sinh trưởng của cá là 25-30oC, cá vùng nhiệt đới sẽ chết khi nhiệt độ dưới 15oC

• Nhiệt độ thay đổi đột ngột (3-4oC) cá bị sốc hoặc chết, tốc độ thay đổi nhiệt độ 0,2oC/phút sẽ không ảnh hưởng đến cá

Quy luật Van’t Hoff

50

100

Nhiệt độ ( o C) Tiêu hao oxy

0

Quy luật tổng nhiệt

Nhiệt độ và mùa sinh sản

Lạnh

Màu nước

ƒ Nước tinh khiết không có màu

ƒ Nước tự nhiên có màu do các yếu tố:

Phiêu sinh vật (tảo)

Xác hữu cơ hòa tan và lơ lửng

Phù sa

Màu nước và tác nhân tạo màu

Màu xanh nhạt, xanh

Màu nước và tác nhân tạo màu

Màu xanh đậm (xanh

lam): do tảo Lam

(Cyanophyta,

Cyanobacteria)

Màu nâu đen: Nhiều xác hữu cơ, tảo mắt (Euglenophyta)

Màu nước và tác nhân tạo màu

ƒ Màu vàng cam: Nhiều

phèn sắt

ƒ Màu đất đỏ: Phù sa sông

ƒ Màu xám đục: bùn sét

Màu xanh nhạt (nước ngọt) và màu

vàng nâu thích hợp cho nuôi tôm cá

KFe3(SO4)2(OH)6

ĐẶC TÍNH HÓA HỌC CỦA

MÔI TRƯỜNG NƯỚC

pH và đời sống thủy sinh vật

pH và đời sống thủy sinh vật

Ion H + sinh ra từ đâu? (pH giảm)

• Quá trình oxy hóa đất phèn

2FeS2 + 7O2 + 2H2O = 2FeSO4 + 4H+ + 2SO4

2-2FeSO4 + 1/2O2 + H2SO4 = Fe2(SO4)3 + H2O

FeS2 + 7Fe2(SO4)3 + 8H2O = 15FeSO4 + 18H+ + 8SO4

2-Fe2(SO4)3 + 6H2O = 2Fe(OH)2 + 6H+ + 3SO42

• Quá trình phân hủy hữu cơ

• Hô hấp của thủy sinh vật

CO2 + H2O → H2CO3 → H+ + HCO3- → H+ + CO3

2-pH và đời sống thủy sinh vật

Nguyên nhân làm pH tăng?

ƒ Quá trình quang hợp

Làm giảm CO2 hoặc làm tăng CO3

2-ƒ Bón vôi

CaCO3 + CO2 + H2O → Ca2+ + 2HCO3

-CaO + 2CO2 + H2O → Ca2+ + 2HCO3

-Ca(OH)2 + 2CO2 → Ca2+ + 2HCO3

-pH và đời sống thủy sinh vật

pH thấp

ƒ Tăng tiết dịch nhờn trên bề mặt mang

ƒ Giảm trao đổi khí và ion

ƒ Mất cân bằng acid-base, giảm NaCl trong máu, rối loạn điều hòa áp suất thẩm thấu

ƒ Tế bào máu trương phồng, mất khả năng điều hòa chất điện giải

ƒ Làm giảm khả năng vận chuyển oxy

pH và đời sống thủy sinh vật

pH cao

ƒ Biểu bì phiến mang bị sưng phồng

ƒ Tổn thương thủy tinh thể và giác mạc

4 5 6 7 8 9 10 11

Chết Sinh trưởng chậm Sinh trưởng tốt Sinh trưởng chậm Chết

pH

pH và đời sống thủy sinh vật

Sự biến động pH theo ngày đêm

Nghèo dinh dưỡng (tảo ít phát triển)

pH và đời sống thủy sinh vật

Biện pháp tránh pH thấp:

• Ở vùng đất phèn không phơi đáy ao nứt nẻ

• Tránh trường hợp đất phèn tiếp xúc với không khí (đất đào ao bị phơi khô)

• Trước những cơn mưa đầu mùa cần bón vôi xung

quanh bờ ao (đối với ao mới đào)

Biện pháp tránh khi pH cao:

• Cải tạo ao tốt ở đầu vụ nuôi

• Không cho thức ăn quá thừa và bón phân quá liều

Biện pháp khắc phục khi pH cao:

CO2 và đời sống thủy sinh vật

• Hàm lượng CO2 thường nhỏ hơn 5 mg/L,

chúng biến động theo không gian và thời

gian.

• CO2 có thể ảnh hưởng đến hô hấp của cá

khi hàm lượng lớn hơn 10 mg/L, đặc biệt

khi hàm lượng oxy thấp.

• Hàm lượng CO2 quá cao có thể dẫn đến pH của nước thấp.

CO2 và đời sống thủy sinh vật

CO2 và đời sống thủy sinh vật

Dùng Na2CO3

Na2CO3 + CO2 + H2O → 2NaHCO3

105 98 mg : 44 mg ⇒ ? mg/L : 1 mg/L

⇒ 2,41 mg/L Dùng Na2CO3 thì an toàn hơn Ca(OH)2,

nhưng chi phí cao.

CO2 và đời sống thủy sinh vật

• Độ kiềm Phenolthalein (độ kiềm carbonate)>0, pH>8,34

• Hàm lượng kiềm 80-120 mg/L CaCO3 là thích hợp cho

ao nuôi giúp ổn định pH và tăng hàm lượng khoáng

Độ kiềm

• Ảnh hưởng đến hệ đệm trong ao nuôi

• Độ kiềm thấp do:

Độ mặn thấp Đất phèn

Mật độ tảo thấp

Ao nhiều ốc, hà, giun…

Độ kiềm và khả năng đệm

• Khả năng đệm dùng để chỉ mức độ chống lại sự thay đổi pH khi môi

trường nước tăng tính acid hay bazơ.

• Hệ đệm được định nghĩa như sau:

- ] [CO 2 ] lg

Độ kiềm và khả năng đệm

Hệ CO2 - HCO3- cung cấp chất đệm cho hầu hết thủy vực tự nhiên bởi vì khả năng trung hòa sau:

H+ + HCO3- → H2O + CO2

OH- + CO2 → HCO3

-CO32- + CO2 + H2O → HCO3

-Độ cứng

• Độ cứng: Tổng độ cứng thể hiện số lượng ion kiềm hóa trị 2 trong nước đơn vị là

Độ cứng

• Tổng độ cứng

Độ cứng CO32-: Độ cứng tạm thời (bị kết tủa khi tăng nhiệt độ)

Oxy và đời sống thủy sinh vật

Nghèo dinh dưỡng (tảo ít phát triển)

Oxy và đời sống thủy sinh vật

Oxy và đời sống thủy sinh vật

Nguyên nhân gây thiếu oxy

• Tảo tàn (màu n ước thay đổi) khi tảo nở

hoa, xác tảo b ị oxy hóa trong điều kiện nhiệt độ cao và ánh sáng mạnh.

• Tảo lam là nhóm gây sự cố.

• Nhiều hữu cơ (thức ăn thừa, phân bón )

Oxy và đời sống thủy sinh vật

Biện pháp hạn chế hiện tượng thiếu oxy

• Ao nuôi cần thoáng

• Không cho ăn thức ăn quá dư thừa

hoặc bón phân quá liều

• Ao nuôi cần có hệ thống trao đổi nước

Oxy và đời sống thủy sinh vật

Biện pháp khắc phục hiện tượng thiếu oxy

• Thay nước với nguồn nước có chất lượng tốt

• Sử dụng sục khí

• Sử dụng KMnO4 (2-6 mg/L)

4KMnO4 + 2H2O → 4KOH + 4MnO2 + 6O

Dùng 6.58 mg/L KMnO4 để tạo ra 1 mgO2/L

KMnO4 có thể gây độc cho cá và gây chết vi khuẩn, phiêu sinh vật

KMnO4 có tác dụng làm giảm các chất như H2S,

Fe2+

Oxy và đời sống thủy sinh vật

Oxy và đời sống thủy sinh vật

Cá nổi đầu hàng loạt

Oxy và đời sống thủy sinh vật

Cá không lặn xuống khi mặt trời lên

Ammonia và đời sống thủy sinh vật

Ammonia và đời sống thủy sinh vật

• Ammonia ở dạng tự do (NH3) rất độc đối với tôm cá

• Nồng độ của NH3 tăng khi pH và nhiệt độ tăng

• Khi NH3 trong nước cao, NH3 bị tích lũy trong máu dẫn đến rối loạn trao đổi chất, có thể dẫn đến chết cá

• Hàm lượng NH3 thích hợp cho cá, tôm là nhỏ hơn 0,1 mg/L

• NH4+ không độc nhưng hàm lượng quá cao (>2 mg/L) dẫn đến tảo phát triển gây biến động pH, DO và CO2

Ammonia và đời sống thủy sinh vật

Biện pháp duy trì hàm lượng ammonia thích hợp

• Cải tạo ao tốt trước mỗi vụ nuôi

• Duy trì mật độ nuôi thích hợp

• Không bón phân quá liều và cho thức ăn quá thừa

• Khống chế mức dao động pH nước ao theo ngày

đêm không vượt quá 1

• Thay nước khi hàm lượng amnonia vượt quá mức

cho phép

• Bón phân khi hàm lượng ammonia quá thấp

H2S và đời sống thủy sinh vật

H2S sinh ra từ đâu?

• Phân hủy vật chất hữu cơ yếm khí

Phản sulfat hóa yếm khí

• Quá trình này thường diễn ra ở đáy thủy vực

• H2S là chất khí cực độc đối với thủy sinh vật, làm

mất khả năng vận chuyển O2 của Hemoglobin làm

cá chết ngạt

• Hàm lượng H2S phụ thuộc vào pH và nhiệt độ

nước, H2S tăng khi nhiệt độ giảm và pH giảm

H2S và đời sống thủy sinh vật

• Cải tạo ao tốt trước mỗi vụ nuôi

• Tránh bón phân quá liều và cho

thức ăn quá dư thừa

• Không đào ao quá sâu

H2S và đời sống thủy sinh vật

• Thay nước

• Sục khí

• Sử dụng chế phẩm vi sinh

Nitrite và đời sống thủy sinh vật

NO2 - sinh ra từ đâu?

• Nitrite hóa

NH4+ + 3/2 O2 ⇔ NO2- + 2H+ + H2O + 76kcal Nhóm vi khuẩn tham gia vào quá trình nitrite hóa gồm Nitrosomonas (nước ngọt)

Nitrosococcus (nước lợ)

• Phản nitrate hóa

Nitrite và đời sống thủy sinh vật

Tác dụng độc của NO 2 - ?

• NO2- kết hợp với Hb tạo thành Methemoglobin là máu có màu nâu và mất khả năng kết hợp với oxy, hiện tượng này được gọi là bệnh thiếu máu hay máu màu nâu

• Độ độc của NO2- phụ thuộc vào độ mặn, độ mặn càng cao độc tính càng giảm

Biện duy trì hàm lượng NO 2 - thích hợp?

• Hàm lượng NO2- thích hợp là nhỏ hơn 0,1 mg/L

• Biện pháp duy trì hàm lượng NO2- thích hợp tương tự như duy trì ammonia

Nitrate và đời sống thủy sinh vật

• NO3- trong nước được cung cấp quá trình nitrate hóa oxy hóa nitrite theo phản ứng:

N2O, NH3 và N2 Quá trình này có sự tham gia của

các nhóm vi khuẩn Bacillus, Pseudomonas

Nitrate và đời sống thủy sinh vật

• Nitrate không độc đối và rất cần thiết đối với thủy vực cho sự phát triển của các sinh vật là thức ăn tự nhiên cho tôm cá

• Hàm lượng nitrate trong nước quá cao cũng làm cho tảo nở hoa dẫn đến biến động các yếu tố (pH, độ

kiềm, O2 và CO2)

• Hàm lượng nitrate cho phép dao động 0,1-10 ppm

• Để duy trì nitrate ở mức thích hợp cũng thực hiện một

số biện pháp như để duy trì hàm lượng Ammonia

Lân và đời sống thủy sinh vật

• Hòa tan: Orthophosphate (H2PO4-, HPO42- và

PO43-)

• Không hòa tan: Pyrophosphate, P2O74-,

Metaphosphate PO3-, Polyphosphate).

• Lân hữu cơ

• Lân không độc, nhưng nếu lân hòa tan cao (>0,2 mg/L) tảo sẽ nở hoa gây biến động các yếu tố (pH, độ kiềm, O2 và CO2)

BOD, COD và đời sống thủy sinh vật

• Lượng oxy tiêu hao cho quá trình hô hấp của vi sinh vật trong điều kiện nhất định được gọi là tiêu hao oxy sinh học (BOD)

• Giá trị BOD thích hợp cho ao nuôi thủy sản biến thiên

trong khoảng nhỏ hơn 10 ppm

• Lượng oxy tiêu hao cho sự phân hủy hữu cơ được gọi làtiêu hao oxy hóa học (COD)

• Hàm lượng COD thích hợp cho ao nuôi thủy sản là từ

15-20 ppm, giới hạn tối đa cho phép là nhỏ hơn 35 ppm

• BOD và COD là chỉ tiêu dùng để đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ

QUẢN LÝ CHẤT LƯỢNG NƯỚC

Bón vôi

• Các loại vôi thường được sử dụng:

CaCO3, CaMg(CO3)2, Ca(OH)2, CaO

• pH thấp có thể được tạo thành do acid carbonic, acid hữu cơ, and acid vô cơ.

• Bón vôi thường nhằm làm tăng pH

trong ao chứa acid trong bùn và độ

kiềm/độ cứng thấp.

Bón vôi

Các dạng ao cần bón vôi:

a) Ao mất cân bằng dinh dưỡng với

nhiều mùn đáy và vật chất hữu cơ b) Nước ao mềm với độ kiềm thấp.

c) Mất cân bằng dinh dưỡng với nguồn

nước chua (acid).

Bón phân

• Phân bón vô cơ kích thích sinh vật tự dưỡng và có liên quan đến chuỗi dinh dưỡng, ngược lại phân bón hữu cơ

tác động lên sinh vật dị dưỡng và tự dưỡng

Nên bón loại phân nào?

Bổ sung vô cơ vào phân hữu cơ

• Bởi vì động vật thải phân có chứa đạm

và lân thường có tỉ lệ không cân đối

cho nhu cầu sinh trưởng của

phytoplankton, do đó cần phải bổ sung phân bón vô cơ vào phân chuồng để đạt được tỉ lệ N:P như mong muốn.

Cách bón phân

Không để phân hữu cơ tích tụ ở đáy ao

Lượng phân bón và chu kỳ bón

• Để duy trì mức phytoplankton khoảng

80-300 mg Chl-a/m3, độ trong khoảng 20-40

Sục khí

• Sục khí bề mặt: Máy quạt nước đảo tròn

Sục khí

• Sục khí khuếch tán:

Sục khí

Tác dụng của sục khí

a) Cung cấp oxy

b) Loại bỏ khí độc (H2S, NH3, CH4, CO2 ) c) Tập trung chất thải vào giữa ao

d) Xáo trộn phiêu sinh vật

Sơ đồ bể lọc sinh học tuần hoàn

1 Bể lọc cơ học

2 Protein skimmer

3 Bể lọc sinh học (than hoạt tính)

4 Bể lọc sinh học (giá thể HDPE)