class="bi x0 y0 w1 h1"
Quản lý chất lượng nước nuôi trồng thủy sản
CHƯƠNG 3
ĐẶC TÍNH HÓA HỌC CỦA MÔI TRƯỜNG NƯỚC
1 THÀNH PHẦN HÓA HỌC CỦA NƯỚC THIÊN NHIÊN
Các hợp chất vô cơ và hữu cơ trong nước tự nhiên có thể tồn tại ở dạng ion hòa tan,
khí hòa tan hoặc rắn hoặc lỏng. Chính sự phân bố của các hợp chất này quyết định
bản chất của nước tự nhiên: nước ngọt, nước lợ hay nước mặn; giàu dinh dưỡng hay
nghèo dinh dưỡng; nước cứng hoặc nước mềm; nước bị ô nhiễm nặng hay nhẹ
Chúng ta có gặp trong nước thiên nhiên hầu hết các nguyên tố có trong vỏ trái đất và
trong khí quyển, song chỉ có một số nguyên tố có số lượng đáng kể, nhiều nguyên tố
này ta gọi là thành phần chính của nước thiên nhiên (nguyên tố đa lượng). Những
nguyên tố là thành phần chính của nước thiên nhiên là: H, O, N, C, Na, Ca, Mg, I, Cl,
S , K, Fe, Mn, Br, Si, P. Ngoài ra, còn có nhiều nguyên tố khác với số lượng ít hơn
(nguyên tố vi lượng): Al, Zn, Cu, Mo, Co, B, F, Nước tự nhiên là dung môi tốt để
tan hầu hết các acid, baz và muối vô cơ.
- Các hợp chất hữu cơ hòa tan như: đường, acid béo, amino acid, acid humic,
tanin, vitamine, peptid, protein, urea, sắc tố thực vật và vài hợp chất sinh hóa
khác
- Các chất vẩn hữu cơ như: keo hay các sản phẩm phân hủy của các hợp chất
hữu cơ, động thực vật phù du, vi sinh vật
- Các chất vẩn vô cơ như: keo sét hay các loại hạt sét thô.
Ta nhận thấy rằng tổng nồng độ các ion hòa tan trong nước biển cao hơn so với trong
nước sông. Sự hòa tan các chất rắn (ion) trong nước chính là yếu tố quyết định độ
mặn của nguồn nước. Nồng độ các ion hòa tan càng cao độ dẫn điện (EC) của nước
càng cao. Độ mặn được định nghĩa là tổng chất rắn hòa tan (TDS) trong nước. Do vậy
độ mặn có thể được xác định qua độ dẫn điện. Độ dẫn điện (EC) được đo bằng qua
đơn vị micro Siemen/cm (S/cm).
24
class="bi x0 y0 w1 h1"
Đặc tính hóa học của môi trường nước

Bicarbonate
Bromide
Strontium
Boron
Silicon
Fluoride
Nitrogen
Phosphorus
(K )
-
(Cl )
+
(Na )
2-
(SO )
4
2+
(Mg )
2+
(Ca )
+
(HCO )
-
3
-
(Br )
+
(Sr )
(B)
(Si)

Iron
Cooper
Manganese
Nickle
Aluminum
(Zn)
(Fe)
(Cu)
(Mn)
(Ni)
(Al)
Nước sông
Nồng độ (mg/L)
8
6
11
4
15
2
58
-
-
10
13.100
100
230
20
1
20
670

+
được phát triển từ quá trình ion hóa của nước:
+
2 PH
2.1 Động thái của ion H trong môi trường nước
H O + H O = H O + OH hay đơn giản hơn là H O =H + OH
2 2 3 2
+ - + -
(2.1)
Hằng số cân bằng K
w
của quá trình phân ly trên phụ thuộc vào nhiệt độ của nước. Thí
dụ, trong môi trường nước sạch ở nhiệt độ 25 C K = 10
w
[H ][OH ] = K = 10
w
+ - -14
(2.2)
o -14
(Bảng 3-2).
Từ phương trình (2.1) mỗi phân tử nước phân ly thành 1 ion H và 1 ion OH , nên
[H ]=[OH ]. Thế vào phương trình (2.2) ta được:
+ -
[H ][H ] = K = 10
w
+ + -14
⇒ [H ] = 10 = 0,0000001 mole/L
+ -7
+ -
Để tránh sử dụng giá trị số quá nhỏ, các nhà hóa học đã chuyển đổi giá trị nồng độ

25
35
Kw
0,1846 x 10
-14
-14
0,4505 x 10
-14
1,008 x 10
-14
2,089 x 10
+
Mặc dù pH bằng 7 thường là điểm trung tính (điểm mà nồng độ [H ] bằng nồng độ
[OH ], nhưng không hoàn toàn đúng ngoại trừ trường hợp nhiệt độ là 25 C, khi đó
-
K =10 . Thí dụ, ở nhiệt độ 35 C thì điểm trung tính là:
-14
[H ] = 2,1 x 10
-6,84
[H+] = 10
pH = 6,84
+ 2
o
-13,68
=10
w
-14
o
Thang đo pH thường là 0-14, nhưng giá trị pH có thể cao hơn 14 hoặc nhỏ hơn 0.
+

+
+
2
4
độ [H ]=10 thì pH = -lg[10] = -1; hay [H ] = 10
+
2-
4
pH của nước còn bị giảm do quá trình phân hủy hữu cơ, hô hấp của thủy sinh vật, hai
quá trình này giải phóng ra nhiều CO , CO phản ứng với nước trạo ra H và
+
2 2
bicarbonate làm giảm pH của nước. Các phương trình phản ứng như sau:
C
6
H
12
O
6
+ O
2
CO 2 + H 2O + Q
CO
2
+ H
2
O = H
2
CO
3

3
+ H
2
O
Do quá trình quang hợp diễn ra theo chu kỳ ngày đêm nên dẫn đến sự biến động pH
theo ngày đêm. Ban ngày có ánh sáng, thực vật quang hợp làm pH của nước tăng dần,
pH đạt đến mức cao nhất vào lúc 14:00-16:00 giờ vì lúc này cường độ ánh sáng cao
nhất. Ban đêm chỉ có quá trình hô hấp xảy ra làm tăng hàm lượng CO
2
làm pH giảm,
pH giảm đến mức thấp nhất vào lúc binh minh (6:00 giờ). Biên độ biến động pH theo
ngày đêm phụ thuộc vào mức độ dinh dưỡng của môi trường nườc vì dinh dưỡng
quyết định đến mật độ của thực vật.
pH
Giàu dinh dưỡng
Nghèo dinh dưỡng
6:00 14:00 6:00 t
Hình 3-1. Biến động pH theo ngày đêm
Nước thiên nhiên trong các thủy vực, pH của môi trường được tự điều chỉnh nhờ hệ
đệm carbonic-bicarbonate (xem mục 3.1)
+
2.2 Ý nghĩa sinh thái học của ion H trong môi trường nước
pH là một trong những nhân tố môi trường có ảnh hưởng rất lớn trực tiếp và gián tiếp
đối với đời sống thủy sinh vật như: sinh trưởng, tỉ lệ sống, sinh sản và dinh dưỡng. pH
thích hợp cho thủy sinh vật là 6,5-9. Khi pH môi trường quá cao hay quá thấp đều
không thuận lợi cho quá trình phát triển của thủy sinh vật. Tác động chủ yếu của pH
khi quá cao hay quá thấp là làm thay đổi độ thẩm thấu của màng tế bào dẫn đến làm
rối loạn quá trình trao đổi muối-nước giữa cơ thể và môi trường ngoài. Do đó, pH là
nhân tố quyết định giới hạn phân bố của các loài thủy sinh vật.
pH có ảnh hưởng rất lớn đến sự phát triển của phôi, quá trình dinh dưỡng, sinh trưởng

2
sinh ra từ quá trình hô hấp của thủy sinh vật hay
phân hủy hữu cơ thường không gây chết cá nhưng pH thấp (dưới 6,5) cũng không có
lợi cho cá. Cần hạn chế sự tích lũy vật chất hữu cơ từ phân bón và thức ăn thừa trong
ao, nếu mật độ nuôi cao cần áp dụng biện pháp sục khí để làm giảm CO
2
và làm tăng
hàm lượng oxy hòa tan.
2.3.2 Biện pháp khắc phục khi pH cao
Để hạn chế pH tăng cao trong ao nuôi thủy sản cần áp dụng một số biện pháp tránh
tích lũy dinh dưỡng trong ao để hạn chế sự phát triển quá mức của thực vật.
- Cải tạo ao tốt ở đầu vụ nuôi
- Không cho thức ăn quá thừa và bón phân quá liều
- Áp dụng các biện pháp khống chế sự phát triển của thực vật.
Khi độ pH của nước tăng cao trên 9 có thể áp dụng biện pháp hóa học là dùng phèn
nhôm Al
2
(SO
4
)
3
.14H
2
O để hạ pH xuống 8,34.
A 2l ( SO 4 3) . 14H 2O + H 2O 2Al(OH) 3 + 6H + + 3SO 4 + 14H 2O
28
class="bi x0 y0 w1 h1"
Đặc tính hóa học của môi trường nước
A 2l ( SO 4 3) . 14H 2O
6H+

suất không khí là 1 atm (760 mm Hg) và 30 C trong nước tinh khiết là C
s
=665
mL/L x 0,03% = 0,2 mL/L CO
2
(hoặc 0,4 mg/L). Độ hòa tan của CO
2
có thể
được xác định theo bảng sau:
Bảng 3-3. Độ hòa tan của CO
2
(mg/L) trong nước có nhiệt độ và nồng độ muối khác
nhau từ không khí ẩm ở áp suất 1 atm.
Nhiệt độ
o
( C)
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Nồng độ muối (‰)
15
1,00
0,83
0,69

0,63
0,54
0,46
0,40
0,35
0,31
5
1,06
0,87
0,73
0,62
0,53
0,45
0,39
0,35
0,30
10
1,03
0,85
0,71
0,60
0,51
0,44
0,39
0,34
0,30
30
0,93
0,77
0,64

12
O
6
+ O
2
CO 2 + H 2O
- Sự hòa tan của đá nền đáy (đá vôi, đá vôi đen )
H CO + CaCO Ca(HCO ) Ca + 2HCO
-
CaMg(CO ) + 2CO + 2H O Ca + Mg
2+
+ 4HCO
- Quá trình chuyển hóa từ HCO , quá trình này chỉ xảy ra khi có sự quang hợp
của thực vật phù du, lúc đó thực vật hấp thu mạnh CO
2
.
2+
2 3 3 3 3
2+
3 2 2 2 3
-
-
3
2HCO
3
CO
2
+ CO
3
- 2-

kết tủa. Tỷ lệ của các thành phần trên trong muối phụ thuộc vào
nhiệt độ và pH của nước. Sự phân ly của H
2
CO
3
và hằng số cân bằng (K
1
) được trình
bày như sau:
CO
2
+ H
2
O ⇔ H
2
CO
3
3
- 2-
H CO ⇔ H + HCO
2 3 + 3
-
K1
-6,35
= 10
H
2
CO
3
là một chất phân ly mạnh nên chúng luôn tồn tại trong nước với tỉ lệ dưới 1%,

2
là 0,46 mg/L (Bảng 3-3) và theo lý thuyết nếu tính toán dựa trên phương trình
cân bằng (3.2) thì độ pH của nước là 5,68. Ở hàm lượng tổng CO
2
cao hơn thì pH sẽ
thấp hơn. Thí dụ, hàm lượng tổng CO
2
là 30 mg/L thì độ pH khoảng 4,8. CO
2
hòa tan
trong nước không thể làm giảm pH xuống dưới 4,5.
Độ hòa tan của CO
2
trình bày ở Bảng 3-3 chỉ áp dụng cho điều kiện nước sạch. Trong
nước có chứa hàm lượng bicarbonate (HCO ) cao hơn thì hàm lượng CO ở trạng thái
cân bằng sẽ cao hơn nhiều. Thí dụ, ở pH bằng 7 và hàm lượng bicarbonate là 61 mg/L
thì hàm lượng tổng CO
2
ở trạng thái cân bằng được tính như sau:
2
-
3 2
[H ][HCO
3
] (10 )(10 )
[Tông CO
2
]
10
Tông =

-10,33
= 10
(3.3)
Phương trình cân bằng động của phản ứng (3.3) như sau:
30
class="bi x0 y0 w1 h1"
Đặc tính hóa học của môi trường nước
[H ][CO
3
]

[HCO ]
3
+

2
= K
2
=10
10,33
Bởi vì K rất nhỏ nên hàm lượng CO
2
2-
3
không đáng kể ngay cả trong nước sạch với
hàm lượng CO cao. Tuy nhiên, nếu pH tăng thì hàm lượng CO
2
để duy trì hằng số cân bằng K
1
và K

[Tông CO
2
]

[HCO
3
]
+

+

2
= K
1
x K
2
=10
6,35
10
10,33
= 10
16,68
[CO ] = [Tổng CO ] ⇒ [H ] = 10
3 2
2- + 2 -10,68 +
⇒ [H ] = 10
-8,34
⇒ pH = 8,34
Hình 3-3. Ảnh hưởng của pH lên tỉ lệ của các dạng Tổng CO , HCO , CO .
2 3 3

/L pH>4,5
- Độ kiềm phenoltalein hay độ kiềm carbonate, pH>8,34
Nước thiên nhiên thường có độ kiềm biến động trong khoảng 5-500 mg/L. Theo Boyd
& Walley (1975) (trích dẫn bởi Boyd, 1990), ao có độ kiềm thấp thường ở vùng đất
cát, trong khi ao có độ kiềm cao thường ở vùng đất thịt và sét, nơi có chứa nhiều
CaCO
3
. Hàm lượng kiềm lớn hơn 20 mg CaCO
3
/L là thích hợp cho ao nuôi giúp ổn
định pH và tăng lượng khoáng.
CO và HCO tồn tại trong nước sẽ giúp ổn định pH, CO -HCO được gọi là hệ đệm
của nước. Khả năng đệm của nước dùng để chỉ khả năng chống lại sự thay đổi pH khi
môi trường tăng tính acid hay bazơ nhờ khả năng trung hòa acid của HCO và khả
năng trung hòa bazơ của CO
2
.
- -
2 3 2 3
-
3
H
+
+ HCO H O + CO
3 2
-
2
OH + CO HCO
2
CO

với vòng tuần hoàn của các chất trong thủy vực, trong đó có việc tạo thành và phân
hủy các hợp chất hữu cơ trao đổi Ca, Mg và các muối bicacbonate, cacbonate trong
nước. Vì vậy, nếu hàm lượng CO
2
hòa tan trong nước thấp sẽ hạn chế năng suất sinh
học sơ cấp.
Tuy nhiên, CO
2
tồn tại dưới dạng tự do ở nồng độ cao cũng không có lợi cho đời sống
của thủy sinh vật. Nếu áp suất của CO
2
trong nước lớn hơn áp suất của CO
2
trong máu
cá sẽ làm cản trở quá trình bài tiết CO
2
từ máu cá ra môi trường ngoài, đưa đến sự tích
tụ CO
2
trong máu cá dẫn đến những sự thay đổi mạnh mẽ các phản ứng sinh lý của cơ
thể cá (Hình 3-4)
- Làm giảm khả năng vận chuyển oxy của máu.
- Làm tăng ngưỡng oxy của cá.
- Làm tăng độ acid của máu (pH giảm sẽ ảnh hưởng đến các trạng thái tồn tại
của protid trong máu ).
3 2
+ -
32
class="bi x0 y0 w1 h1"
Đặc tính hóa học của môi trường nước

2
gây độc cho
cá, khi nuôi cá cần chú ý những điểm sau đây:
- Sau mỗi chu kỳ cần vét đáy ao, để lại lớp bùn đáy không quá 20 cm và phơi
đáy ao từ 2-3 ngày để các hợp chất hữu cơ trong đáy ao bị phân hủy hoàn toàn.
- Trong quá trình nuôi, không được cho nhiều cỏ rác, mùn bã hữu cơ vào ao,
nhất là bón phân hữu cơ cần chú ý liều lượng thích hợp.
- Khi nuôi cá với mật độ cao cần phải sục khí để làm tăng sự khuếch tán của
CO
2
ra không khí và tăng hàm lượng oxy hòa tan.
Khi CO
2
trong nước quá cao có thể áp dụng các biện pháp làm giảm CO
2
như sau:
- Dùng Ca(OH)
2
2CO
2
+ Ca(OH)
2
Ca(HCO
3
)2
Để làm giảm 88 mg CO
2
cần gùng 74,08 mg Ca(OH)
2
Vậy muốn làm giảm 1 mg CO

3
Vậy muốn làm giảm 1 mg CO
2
cần dùng 2,4 mg Na
2
CO
3
Dùng Na
2
CO
3
thì an toàn hơn Ca(OH)
2
, nhưng tốn kém hơn
4 OXYGEN (O
2
)
4.1 Động thái của oxy hòa tan trong môi trường nước
Oxy hòa tan trong nước chủ yếu là do khuếch tán từ không khí vào, đặc biệt là các
thủy vực nước chảy. Sự hòa tan của oxy cũng tuân theo quy luật Henry và có thể được
tính theo công thức sau đây:
Trong đó:
C
s
Cs
K
s
P
= K
s

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30

8,640
8,471
8,307
8,149
7,997
7,849
7,707
7,569
7,436
7,307
7,182
7,060
6,943
6,829
6,718
6,611
6,506
6,405
6,306
6,210
6,117
6,025
5,937
20
12,737
12,398
12,073
11,763
11,467
11,183

6,142
6,050
5,960
5,872
5,787
25
12,309
11,984
11,674
11,376
11,092
10,820
10,560
10,311
10,071
9,842
9,621
9,410
9,207
9,011
8,823
8,642
8,468
8,300
8,138
7,982
7,831
7,685
7,545
7,409

10,766 10,434
10,525 10,203
10,294
10,072
9,858
9,651
9,453
9,261
9,077
8,898
8,726
8,560
8,400
8,244
8,094
7,949
7,808
7,671
7,539
7,411
7,287
7,166
7,049
6,935
6,824
6,716
6,612
6,509
6,410
9,981

12,576
12,253
11,944
11,648
11,365
11,093
10,833
10,583
10,343
10,113
9,891
9,678
9,473
9,276
9,086
8,903
8,726
8,556
8,392
8,233
8,080
7,931
7,788
7,649
7,515
7,385
7,259
7,136
7,018
6,903

7,463
7,328
7,198
7,072
6,950
6,831
6,717
6,606
6,498
6,394
6,293
6,194
6,099
6,006
5,915
5,828
5,742
5,659
5,577
5,498
35
11,497
11,198
10,913
10,641
10,380
10,131
9,892
9,662
9,414

5,436
5,360
40
11,111
10,815
10,552
10,291
10,042
9,802
9,573
9,354
9,143
8,941
8,747
8,561
8,381
8,209
8,043
7,883
7,730
7,581
7,438
7,300
7,167
7,038
6,914
6,794
6,677
6,565
6,456