CHƯƠNG 1 ĐẠI CƯƠNG VỀ KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG NƯỚC Giới thiệu: Nước cung cấp cho các hoạt động sản xuất các loài thủy sản phải đảm bảo đủ về số lượng và tốt về chất lượng. Tiêu chuẩn của từng chỉ tiêu chất lượng nước còn tùy thuộc vào đối tượng nuôi và mục đích nuôi. Nói chung, các chỉ tiêu như hàm lượng oxy, nhiệt độ, độ mặn, pH, độ cứng v. của nguồn nước cung cấp phải nằm trong khoảng tối ưu cho từng loài và số lượng sinh vật được nuôi.
Sự ô nhiễm nước từ các sinh vật gây độc, thức ăn cung cấp, hóa chất hay các chất khí độc hòa tan trong nước cần phải được loại bỏ khỏi nguồn nước cung cấp. Tuy nhiên, việc cung cấp đủ nước vẫn là chỉ tiêu quan trọng cần phải được lưu tâm trước tiên nhất đối với các nhà nuôi trồng thủy sản bởi vì nước chính là môi trường sống của các loài thủy sản. Ðộng vật thủy sản, phần lớn tùy thuộc vào nước để hô hấp, tìm thức ăn và tăng trưởng, bài tiết, duy trì sự cân bằng áp suất thẩm thấu trong cơ thể Mục tiêu: + Kiến Thức: Hiểu được đặc tính của nước, sự phân bố của nước trên thế giới, vai trò của nước trong tự nhiên và các nguồn nước phục vụ cho nuôi trồng thủy sản + Kỹ năng: Xác định được nguồn nước thích hợp phục vụ cho nuôi trồng thủy sản + Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tuân thủ trình tự, tiêu chuẩn, nghiêm túc. Giới thiệu chung về nước thiên nhiên 1.
Khái niệm về nguồn nước thiên nhiên Nước thiên nhiên chiếm 1 % tổng lượng nước trên trái đất, bao gồm các loại nước có nguồn gốc thiên nhiên như nước sông, ao, hồ, suối, biển, đại dương. Có thể nói nước thiên nhiên là một hệ dị thể nhiều thành phần, vì nước thiên nhiên luôn chứa những lượng các chất tan và không tan có nguồn gốc vô cơ và hữu cơ. Tổng trữ lượng nước tự nhiên trên trái đất khoảng 1. Nước tự nhiên tập trung phần lớn ở các biển và đại dương (trên 97,61 %) sau đó là các khối băng ở cực (1,83 %), rồi đến nước ngầm (0,54 1 %).
Nước ngọt tầng mặt chiếm một tỉ lệ không đáng kể (0,02 %),….Lượng nước trong khí quyển chiếm 0,001%, lượng nước trong sinh quyển chiếm 0,002 %. Nước cần cho nhu cầu sống của mọi cơ thể và chiếm tới 80 – 90 % trọng lượng cơ thể sinh vật sống trong môi trường nước và 44 % trọng lượng cơ thể con người. Nước đáp ứng các yêu cầu đa dạng của con người: tưới tiêu cho nông nghiệp, sản xuất công nghiệp, tạo ra điện năng và tô thêm vẻ đẹp cảnh quan. Lượng nước ngọt con người sử dụng có nguồn gốc ban đầu là nước mưa, ước khoảng 105.000 Km2, trong đó khoảng 1/3 chảy ra sông, còn lại 2/3 quay trở lại khí quyển do bốc hơi bề mặt và thoát hơi nước ở thực vật.
Vai trò của nước thiên nhiên Nước ngọt là tài nguyên tái tại được, nhưng sử dụng cần phải cân bằng nguồn dự trữ và tái tạo, sử dụng cần phải hợp lý nếu muốn cho sự sống tiếp diễn lâu dài, vì hết nước thì sự sống cũng chấm dứt. Trong vũ trụ bao la chỉ có trái đất là có nước ở dạng lỏng, vì vậy giá trị của nước sau nhiều thập kỷ xem xét đã được đánh giá “Như dòng máu nuôi cơ thể con người dưới một danh từ là máu sinh học của trái đất, do vậy nước quý hơn vàng” (Pierre Fruhling). Điều kiện hình thành đời sống động, thực vật phải có nước, nước chính là biểu hiện nơi muôn loài có thể sống được, đó là nguồn giá trị đích thực của nước. Môi trường nước không tồn tại cô lập với môi trường khác, nó luôn tiếp xúc trực tiếp với không khí, đất và sinh quyển.
Phản ứng hóa học trong môi trường nước có rất nhiều nét đặc thù khi so sánh với cùng phản ứng đó trong phòng thí nghiệm hay trong sản xuất công nghiệp. Nguyên nhân của sự khác biệt đó là tính không cân bằng nhiệt động của hệ do nó là một “hệ mở” tiếp xúc trực tiếp với khí quyển, thạch quyển, sinh quyển và số tạp chất trong nước cực kỳ đa dạng. Giữa chúng luôn có sự trao đổi chất, năng lượng (nhiệt, quang, cơ năng), xảy ra sôi động giữa bề mặt phân cách pha. Ngay trong lòng nước cũng xảy ra các quá trình xa lạ với quy luật cân bằng hóa học: quá trình giảm entropi, sự hình thành và phát triển của các vi sinh vật.
Nước là một hợp chất liên quan trực tiếp và rộng rãi đến sự sống trên trái đất, là cơ sở của sự sống đối với mọi sinh vật. Đối với thế giới vô sinh, nước là thành phần tham gia rộng rãi vào các phản ứng hóa sinh, nước là dung môi và môi trường tàng trữ các điều kiện để thúc đẩy hay kìm hãm các quá trình hóa sinh. Đối với con người, nước là nguyên liệu chiếm tỷ trọng lớn nhất. Nước rất cần thiết cho hoạt động sống của con người cũng như các sinh vật.
Con người có thể không ăn trong nhiều ngày mà vẫn sống, nhưng sẽ bị chết chỉ 2 sau ít ngày (khoảng 3 ngày) nhịn khát, vì cơ thể người có khoảng từ 70 – 75 % là nước, nước mất 12 % nước cơ thể sẽ bị hôn mê và có thể chết. Con người cần nước ngọt cho ăn uống, sinh hoạt hàng ngày và cho sản xuất. Mỗi người một ngày ăn uống chỉ cần 2,5 lít nước, nhưng tính chung cho cả nước sinh hoạt thì ở các nước phương Tây mỗi người cần khoảng 300 lít nước mỗi ngày. Với các nước đang phát triển, số lượng nước đó thường được dùng cho một gia đình 5 – 6 người.
Nhu cầu nước cho sản xuất công nghiệp và nhất là nông nghiệp rất lớn. Để khai thác một tấn dầu mỏ cần có 10 m3 nước, muốn chế tạo một tấn sợi tổng hợp cần có 5600 m3 nước, một trung tâm nhiệt điện hiện đại với công suất 1 triệu kW cần đến 1,2 – 1,6 tỉ m3 nước trong một năm. Tóm lại, nước có một vai trò quan trọng không thể thiếu được cho sự sống tồn tại trên trái đất, là máu sinh học của trái đất nhưng nước cũng là nguồn gây tử vong cho con người. Vì vậy nói đến nước là nói đến việc bảo vệ rừng, trồng rừng, phát triển để tái tạo nguồn nước, hạn chế cường độ dòng lũ lụt, để sử dụng nguồn nước làm thủy điện, để cung cấp nước sạch.
Phải sử dụng hợp lý nước sinh hoạt và sản xuất đi đôi với việc chống ô nhiễm nguồn nước đã khai thác sử dụng, phải xử lý nước thải sản xuất và sinh hoạt. Thành phần hóa sinh 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 hưỡng hay nghèo dinh dưỡng; nước cứng hay nước mềm; nước bị ô nhiễm nặng hay nhẹ. Trong nước thiên nhiên hầu hết có các nguyên tố có trong vỏ trái đất và trong khí quyển, song chỉ có một số nguyên tố có số lượng đáng kể, các nguyên này ta gọi là thành phần chính của nước thiên nhiên (nguyên tố đa lượng).
Thành phần hóa học của nước thiên nhiên Nước tự nhiên chiếm 1% tổng lượng nước trên trái đất, gồm nước chứa ở sông, hồ, nước bề mặt, nước ngầm. Thành phần của nước tự nhiên có hòa tan các chất rắn, lỏng, khí phụ thuộc vào địa hình mà nó đi. Các nguồn nước tự nhiên không nối liền với nhau nên không có sự hòa trộn để có thành phần khá đồng đều như nước biển và thành phần của chúng lại có thể thay đổi ngay trên dòng. 3 Nước biển trong các đại dương được nối với nhau nên thành phần của nước gần như nhau.
Nước biển chứa hàm lượng muối tan lớn gấp khoảng 2.000 lần so với các nguồn nước bề mặt. Nước biển có thể gọi là dung dịch chứa muối NaCl 0,5 M, MgSO4 0,05 M và vi lượng của tất cả các chất trong toàn cầu. Các chất rắn hòa tan trong nước chủ yếu là các muối hòa tan, hàm lượng NaCl trong nước quyết định độ mặn của nước. Các khí hòa tan trong nước: nói chung các chất khí có trong khí quyển đều có mặt trong nước do kết quả của hai quá trình cơ bản là khuếch tán và đối lưu.
Trong đó khí CO2 và O2 trong nước có ý nghĩa quan trọng đối với quá trình quang hợp và hô hấp của các sinh vật sống dưới nước Các chất hữu cơ trong nước: Trong nước thiên nhiên, dựa vào dạng tồn tại, chất hữu cơ có thể chia làm 2 loại: - Loại 1: các chất hữu cơ đã cấu tạo nên cơ thể các loại sinh vật sống trong nước như các loại động vật, thực vật sống trong nước. - Loại 2: Bao gồm các chất hữu cơ do sinh vật thải ra trong quá trình sống của chúng hoặc trong quá trình phân giả các chất hữu cơ từ cơ thể sinh vật sau khi chết đi. Các chất hữu cơ thường có thành phần rất phức tạp. Ngoài các nguyên tố chính như cacbon, hydro, oxy còn có nhiều loại nguyên tố khác như N, P, K, Ca, Fe, Na…Tất cả những chất này đều có thể là nguồn cung cấp các chất cho nước.
Dựa vào khả năng phân hủy của vi sinh vật có thể chia các chất hữu cơ làm hai nhóm: - Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học: các chất đường, protein, chất béo, dầu mỡ động thực vật, vi sinh vật phân hủy tạo ra khí cacbonic và nước. - Các chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học: hợp chất clo hữu cơ, andrin, policlor biphenyl (PCB), hợp chất đa vòng ngưng tụ (pyren, naphtalen, antraxen, đioxin…) là những hợp chất khá bền trong môi trường nước và có độc tính cao cho động thực vật và con người. Thành phần sinh học của nước thiên nhiên Trong môi trường nước, các sinh vật sống (vùng sinh vật – biota) có thể phân loại thành cả sinh vật đẳng tuyến (autotropic) và sinh vật dị tuyến (heterotropic). Vùng sinh vật đẳng tuyến sử dụng năng lượng mặt trời hoặc năng lượng hóa học 4 để biến các vật chất đơn giản không có sự sống thành các phân tử sống có chứa các sinh vật sống.
Các sinh vật sống đẳng tuyến dùng năng lượng mặt trời để tổng hợp các hợp chất hữu cơ từ các chất vô cơ được gọi là các sinh vật sản xuất (producer).