Vật lý của môi trường nước - Chương 4: Tính chất hóa học của nước
Nguồn CO2 trong thủy vực có nguồn gốc từ một số
quá trình:
1. Hòa tan từ CO2 của không khí theo quy luật Henry
Ở 1 atm, 30oC Cs= 665mL/L x 0,03% = 0,2 mL/L
hoặc 0,4 mg/L trong điều kiện nước sạch
2. Sản phẩm hô hấp từ sinh vật dị dưỡng và tự dưỡng
C6H12O6 + O2 CO2 + H2O
53 trang |
Chia sẻ: nhung.12 | Lượt xem: 1208 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Vật lý của môi trường nước - Chương 4: Tính chất hóa học của nước, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
CHƯƠNG 4
TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA NƯỚC
Thành phần các yếu tố đa lượng hòa tan trong nước biển và
nước sông (Theo Nicol, 1960; Burton, 1976 và Liss, 1976)
Yếu tố
Nước biển Nước sông
Nồng độ
(mg/l)
Xếp hạng Nồng độ (mg/l) Xếp hạng
Cl- 19.340 1 8 5
Na+ 10.770 2 6 6
SO4
2- 2.712 3 11 4
Mg2+ 1.294 4 4 7
Ca2+ 412 5 15 2
K+ 399 6 2 8
HCO3
- 140 7 58 1
Br- 65 8 - -
pH của nước và đời sống thủy sinh vật
H2O =H
+ + OH-
[H+][OH-] = Kw = 10
-14 (ở nhiệt độ 25oC)
[H+][H+] = Kw = 10
-14 [H+] = 10-7 = 0,0000001 mole/L
Để tránh sử dụng giá trị quá nhỏ, các nhà khoa học
chuyển thành giá trị pH
pH = - log10[H
+] = - lg[H+]
pH = -lg[10-7] = 7
Nhiệt độ Kw Nhiệt độ Kw
0 0,1139 x 10-14 5 0,1846 x 10-14
10 0,2920 x 10-14 15 0,4505 x 10-14
20 0,6809 x 10-14 25 1,008 x 10-14
30 1,496 x 10-14 35 2,089 x 10-14
40 2,919 x 10-14
Hằng số ion hóa của nước, Kw theo Garrels và Christ (1965)
pH của nước và đời sống thủy sinh vật
Môi trường trung tính thì pH = ?
Môi trường trung tính ([H+][OH-]) khi pH=7, ở ĐK 25oC
Khi nhiệt độ 25oC thì môi trường trung tính có pH7
Thí dụ:
Ở nhiệt độ 35oC, Kw = 2,1 x 10
-14
[H+]2 = 2,1 x 10-14 =10-13,68 (2,1=100,32)
[H+] = 10-6,84
pH = 6,84
pH của nước và đời sống thủy sinh vật
Thang đo pH?
Thông thường pH nằm trong khoảng 0 - 14
pH có thể 14
[H+] > 1 pH 14
vd: [H+] = 10 thì pH = -lg[10] = -1
hay [H+] = 10-16 thì pH = -lg[10-16] = 16
pH của nước và đời sống thủy sinh vật
Ion H+ sinh ra từ đâu?
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 + 16H
+ + 8SO4
2-
Fe2(SO4)3 + 4H2O = 2Fe(OH)2 + 4H
+ + 3SO4
2-
Quá trình phân hủy hữu cơ
Hô hấp của thủy sinh vật
CO2 + H2O H2CO3 H
+ + HCO3
- H+ + CO3
2-
pH của nước và đời sống thủy sinh vật
Nguyên nhân làm pH tăng?
Quá trình quang hợp
Làm giảm CO2 hoặc làm tăng CO3
2-
Bón vôi
CaCO3 + CO2 + H2O Ca
2+ + 2HCO3
-
CaO + 2CO2 + H2O Ca
2+ + 2HCO3
-
Ca(OH)2 + 2CO2 Ca
2+ + 2HCO3
-
pH của nước và đời sống thủy sinh vật
pH thấp
Tăng tiết dịch nhờn trên bề mặt mang
Giảm trao đổi khí và ion
Mất cân bằng acid-base, giảm NaCl
trong máu, rối loạn điều hòa áp suất
thẩm thấu
Tế bào máu trương phồng, mất khả
năng điều hòa chất điện giải
Làm giảm khả năng vận chuyển oxy
pH của nước và đời sống thủy sinh vật
pH cao
Biểu bì phiến mang bị sưng phồng
Tổn thương thủy tinh thể và giác mạc
Mất cân bằng acid-base
Ảnh hưởng gián tiếp
Ảnh hưởng lên NH3 và H2S
Ảnh hưởng hoạt tính của hoá chất
pH của nước và đời sống thủy sinh vật
Chết
Không sinh sản Không sinh sản
4 5 6 7 8 9 10 11
Chết
Sinh trưởng
chậmSinh trưởng chậm Sinh trưởng tốt
pH
pH của nước và đời sống thủy sinh vật
Sự biến động pH theo ngày đêm
pH
t 6:00 14:00 18:00
Dinh dưỡng TB
(tảo phát triển vừa)
Nghèo dinh dưỡng
(tảo ít phát triển)
Giàu dinh dưỡng (tảo
phát triển mạnh)
pH của nước 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
pH của nước và đời sống thủy sinh vật
Biện pháp khắc phục pH thấp:
Thay nước mới có pH cao hơn
Bón vôi
Bón phân
pH của nước và đời sống thủy sinh vật
Thuốc diệt tảo:
CuSO4 . 5H2O: ức chế quá trình quang
hợp và hô hấp, đặc biệt tác dụng mạnh
với quá trình quang hợp.
Liều lượng: 0,025 – 2 mg/L
Chú ý: CuSO4 có tác dụng độc với cá,
mức độ nhạy cảm từng loài.
pH của nước và đời sống thủy sinh vật
Simazine: ức chế mạnh quá
trình quang hợp của tảo, đặc
biệt là tảo lam.
Liều lượng: 0.25 - 0,5 mg/L
Simazine không độc đối với
tôm cá
Tên khác: Aquazine (80%
simazine)
Liều lượng: 0,63 - 1,25 mg/L
pH của nước và đời sống thủy sinh vật
Cá ăn tảo:
Thả ghép các loài cá ăn tảo như cá rô
phi, cá mè trắng... (trong nước ngọt),
cá rô phi, cá măng, cá đối... (trong
nước lợ)
Tác dụng: duy trì mật độ tảo trong ao
và kéo dài chu kỳ của tảo.
pH của nước và đời sống thủy sinh vật
Thực vật lớn:
Sử dụng thực vất lớn sống nổi như lục bình,
bèo hay rau muống.
Tác dụng: hạn chế ánh sáng đi vào ao nuôi
và làm giảm muối dinh dưỡng trong ao
Mật độ thả: không vượt quá 1/3 diện tích
mặt nước ao
Chú ý: Thực vật lớn có thể gây tích tụ hữu cơ
trong ao và gây nên hiện tượng oxy thấp.
pH của nước và đời sống thủy sinh vật
Chất nhuộm màu:
Sử dụng chất nhuộm màu làm hạn chế
ánh sáng đi vào trong nước, làm giảm
sự phát triển của tảo
Tên chất: Aquashade
Liều lượng: 3 mg/L
pH của nước và đời sống thủy sinh vật
Nguồn CO2 trong thủy vực có nguồn gốc từ một số
quá trình:
1. Hòa tan từ CO2 của không khí theo quy luật Henry
Ở 1 atm, 30oC Cs= 665mL/L x 0,03% = 0,2 mL/L
hoặc 0,4 mg/L trong điều kiện nước sạch
2. Sản phẩm hô hấp từ sinh vật dị dưỡng và tự dưỡng
C6H12O6 + O2 CO2 + H2O
CO2 hòa tan và đời sống thủy tinh vật
3. Hòa tan từ đá trầm tích (đá vôi, dolomite...)
H2CO3 + CaCO3 Ca(HCO3)2 Ca
2+ + HCO3
-
CaMg(CO3)2 + CO2 + H2O Ca
2+ + Mg2+ + HCO3
-
CO2 hòa tan và đời sống thủy tinh vật
1. 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.
2. Hàm lượng CO2 thấp có thể giới hạn năng
suất sinh học sơ cấp.
3. Hàm lượng CO2 quá cao có thể dẫn đến
pH của nước thấp.
CO2 hòa tan và đời sống thủy tinh vật
CO2 hòa tan và đời sống thủy tinh vật
Khắc phục CO2 cao
Thay nước
Sử dụng Ca(OH)2
2CO2 + Ca(OH)2 Ca(HCO3)2
88 mg : 74.08 mg
1 mg/L : ? mg
? = 0.84 mg
Chú ý: Dùng Ca(OH)2 quá nhiều có thể làm tăng
nhanh pH đến mức gây chết cá; khí NH3 cũng tăng
theo sự gia tăng pH.
CO2 hòa tan và đời sống thủy tinh vật
Dùng Na2CO3
Na2CO3 + CO2 + H2O 2NaHCO3
105. 98 mg : 44 mg
? mg/L : 1 mg/L
Dùng NaCO3 thì an toàn hơn Ca(OH)2,
nhưng chi phí cao.
Oxy hòa tan và đời sống thủy sinh vật
Nhiều loại khí hòa tan có liên quan đến nuôi
trồng thủy sản: N2, O2, CO2, NH3, H2S and
CH4.
Độ hòa tan của mỗi loại khí trong nước bị chi
phối bởi các nhân tố sau:
Có mối quan hệ nghịch với nhiệt độ và độ
mặn
Độ hòa tan của một loại khí trong nước phụ
thuộc vào áp lực không khí - quy luật Henry.
Oxy hòa tan và đời sống thủy sinh vật
Hệ số hòa tan (Ks) của O2, CO2 và N2 ở 1 atm (ml/L)
thay đổi theo nhiệt độ
Nhiệt độ 0 20 30
O2 48,9 31,0 26,1
CO2 1713 878 665
N2 23,5 15,4 13,4
Oxy hòa tan và đời sống thủy sinh vật
Độ hòa tan của CO2, O2, N2 từ không khí ở 1 atm có thể được tính
thep phương trình sau:
Cs = Ks x P
Trong đó: Cs là độ hòa tan của khí
Ks là hệ số hòa tan
P là áp lực của khí
Thí dụ độ hòa tan oxy ở 30oC và 1atm
Hàm lượng DO = 26,1 mL/L x 0,209 = 5,5 mL/L
Oxy hòa tan và đời sống thủy sinh
vật
Oxy hòa tan trong nước từ hai nguồn chính:
Khuếch tán từ không khí (các thủy vực nước
chảy)
Quá trình quang hợp (các thủy vực nước
tĩnh)
Oxy hòa tan trong nước bị mất đi:
Quá trình hô hấp của thủy sinh vật
Quá trình phân hủy hữu cơ
Oxy hòa tan và đời sống thủy sinh vật
Oxy hòa tan và đời sống thủy sinh vật
DO (mg/L)
6:00 14:00 6:00
Mức bão hòa
Giới hạn dưới 3
8
Dinh dưỡng TB (tảo
phát triển vừa phải)
Nghèo dinh dưỡng
(tảo ít phát triển
Giàu dinh dưỡng (tảo
phát triển quá mức)
Oxy hòa tan và đời sống thủy sinh vật
Bão hòa
Sốc
Giới hạn trên
Phytoplankton Oxy hòa tan
Thay nước
Oxy hòa tan và đời sống thủy sinh vật
Oxy rất cần thiết cho hoạt động sống của thủy sinh vật
0,0 - 0,3ppm : cá có thể sống nếu nhiệt độ thấp
0,3 - 1,0 ppm : cá có thể sống nếu nhiệt độ cao
1,0 - 5,0 ppm : cá sống nhưng phát triển chậm
> 5,0 - bão hòa : nồng độ lý tưởng cho tôm cá
Quá bão hòa : bệnh bọt khí
Hệ số khuếch tán của oxy thấp nên trong ao thường
xảy ra hiện tượng thiếu oxy cục bộ gây chết cá tôm.
Nhóm cá đồng có cơ quan hô hấp phụ nên không bị
thiếu oxy
Oxy hòa tan và đời sống thủy sinh vật
Biện pháp hạn chế hiện tượng thiếu oxy
Ao nuôi cần thoáng
Không bón phân quá liều lượng hoặc cho
ăn thức ăn quá dư thừa
Ao nuôi cần có hệ thống trao đổi nước
Oxy hòa tan 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 chất oxy hóa như KMnO4 (2-6 mg/L),
nhưng hiệu quả không cao bởi vì phải dùng 6.58
mg/L để tạo ra 1 mgO2/L.
– 4 KMnO4 + 2H2O 4 KOH + 4 MnO2 + 6 O
– Hàm lượng KMnO4 quá mức sẽ gây độc cho vi khuẩn,
cá, vài mg/L thì gây chết vi khuẩn và phiêu sinh vật.
– KMnO4 có tác dụng làm giảm các chất như H2S, Fe
2+...
Oxy hòa tan và đời sống thủy sinh vật
Sử dụng H2O2
2H2O2 2H2O + O (O + O O2)
Theo lý thuyết, 0,05mL (1 giọt) của 6% H2O2 cho
vào 1 lít nước sẽ sản sinh ra 1,5 mg O2.
Sử dụng CaO2 dạng hạt
CaO2 + H2O Ca(OH)2 + O2
Theo Chamberlian (1988) bón CaO2 (60%) bón
vào đáy ao với liều lượng 25-100g/m2, CaO2 phân
hủy dần và giải phóng O2. 2,7 kg CaO2 sẽ sinh ra
1 kg O2
Oxy hòa tan và đời sống thủy sinh vật
Cần phân biệt các trường hợp cá bị nổi đầu
trong ao nuôi
Do oxy trong nước quá thấp
Bình thường:, nổi đầu 1-2 giờ, cá phản ứng với
tiếng động, bắt mồi (DO> 2 mg/L)
Nghiêm trọng: nổi đầu hơn 2 giờ, không phản ứng
với tiếng động, không bắt mồi (DO < 2 mg/L)
Oxy trong nước không thấp (DO > 3 mg/L)
Hệ hô hấp của cá bị tổn thương
Chất độc H2S, NO2
-, CO2
Nhiều phù sa
Cá có cơ quan hô hấp phụ không bị thiếu oxy
Ammonia và đời sống thủy sinh vật
Amomnia (NH3 và NH4
+)
NH3 sinh ra từ quá trình phân hủy chất chất hữu cơ
có chứa N
Sản phẩm bài tiết hay từ phân bón:
(NH2)2CO + H2O (NH4)2CO3
(NH4)2CO3 2NH3 + CO2 + H2O
NH3 hòa tan trong nước tạo thành NH4
+
NH3 + H2O NH4
+ + OH-
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 dẫu 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
NH3 dước mức gây chết cũng gây ra một số tác
hại như:
Gia tăng tính mẫn cảm của động vật đối với
những điều kiện không thuận lợi của môi
trường như sự dao động của nhiệt độ,
thiếu oxy
Ức chế sự sinh trưởng và sinh sản
Giảm khả năng chống bệnh.
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 hay 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
Biện pháp tránh tích lũy H2S
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
Biện pháp khắc phục H2S cao
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)
Nitrite và đời sống thủy sinh vật
Tác dụng độc của NO2
- ?
NO2
- kết hợp với Hb tạo thành Methemoglobin làm 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 NO2
- 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 bởi quá trình nitrate hóa (oxy
hóa nitrite) theo phản ứng: NO2
- + O2 NO3
- + 24 kcal
Các nhóm vi khuẩn tham gia vào quá trình này gồm Nitrobacter
(nước ngọt), Nitrospina, Nitrosococcus (nước lợ)
Quá trình nitrate hóa chỉ xảy ra trong điều kiện có oxy, trong điều
kiện yếm khí nitrate bị khử thành NO2
-, NO, N2O, NH3 và N2.
Quá trình này có sự tham gia của các nhóm vi khuẩn Bacillus,
Pseudomonas
NO3
- cũng được cung cấp từ quá trình oxy hóa N2 trong khí
quyển do sấm sét
N2+ O2 NO2
NO2 + H2O HNO3 H
+ + NO3
-
Nitrate và đời sống thủy sinh vật
Nitrate không độc đối với tôm cá 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 phát triển quá mức dẫn đến một số tác hại cho
tôm cá.
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
Phospho và đời sống thủy sinh vật
Orthophosphate hòa tan: H2PO4
-,
HPO4
2- và PO4
3-
Pyrophosphate: P2O7
4-
Metaphosphate: PO3
-
Phospho và đời sống thủy sinh vật
Muối hòa tan của Phosphore trong nước
bị lớp bùn đáy của thủy vực hấp thụ,do
lớp bùn đáy chứa nhiều acid hữu cơ
hay CaCO3 dễ hấp thu mạnh các muối
orthophosphate hòa tan trong nước.
Ở môi trường có pH cao có nhiều ion
Ca2+, các muối orthophosphate hòa tan
có thể bị kết tủa dưới dạng Ca3(PO4)2.
Phospho và đời sống thủy sinh
vật
Giống như đạm, lân là nhân tố giới hạn đối với đời
sống thực vật thủy sinh, là một nguyên tố dinh
dưỡng rất cần thiết, thiếu nó thì không những thực
vật bật cao mà cả nguyên sinh động vật cũng
không sống được.
Các quá trình trao đổi chất , đặc biệt là quá trình
tổng hợp protein chỉ tiến hành được khi có sự tham
gia của H3PO4 và sự thiếu hụt nó trong thủy vực
còn hạn chế quá trình phân hủy các hợp chất hữu
cơ bởi vi sinh vật
Fe và Mn và đời sống thủy sinh vật
Trong nước thiên nhiên sắt tồn tại ở các dạng Fe2+ ,
Fe3
+ và trong các hợp chất hữu cơ hòa tan hay không
hòa tan.
Dạng Fe2+ thường gây độc đối với thủy sinh vật.
► vì quá trình oxy hóa thành Fe3+ làm tiêu hao nhiều oxy
và tạo thành các rỉ sắt bám trên mang cá làm cá không
hô hấp được.
Sắt rất cần thiết cho đời sống thủy sinh vật, sắt là thành
phần cấu tạo của Hemoglobin chứa trong hồng cầu,
đóng vai trò quan trọng trong vận chuyển oxy trong
máu
Fe và Mn và đời sống thủy sinh vật
Sắt có vai trò quan trọng trong quá trình tạo diệp lục tố
ở thực vật (xúc tác)
Hàm lượng sắt thích hợp cho ao nuôi tôm cá khoảng
0,1 - 0,2 ppm
Hàm lượng sắt trong nước biển thấp, trong nước ngọt
hàm lượng sắt có lên đến hàng chục ppm.
Mangan trong nước tồn tại ở hai dạng ion và keo, dạng
ion có hoạt tính cao. Ở nồng độ thấp (0,001-0,002ppm)
chúng kích thích sự tăng trưởng của thực vật nhưng ở
nồng độ cao (0,1ppm) sẽ gây độc cho thủy sinh vật.
Kim loại nặng
Bảng 13. Độc tính của kim loại nặng đối với sinh vật
nước ngọt và biển
Kim loại Khoảng LC50-96h
(µg/l)
Hàm lượng an toàn
được khuyến cáo bởi
Cơ quan bảo vệ Môi
trường Hoa Kỳ
Cadmium
Chronium
Đồng
Chì
Thủy ngân
Kẽm
80-420
2.000-20.000
300-1.000
1.000-40.000
10-40
1.000-10.000
10
100
25
100
0.10
100
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- ruong_dai_hoc_cuu_longbai_4_tinhchathoahoc_8085.pdf