Giáo trình thủy sinh đại cương - Đại học An Giang - part 2

Chia sẻ: Nguyễn Thị Ngọc Huỳnh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

150
lượt xem 48
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đặc tính chuyển động của khối nước trong thuỷ vực ảnh hưởng rất lớn đến sự di động, hoạt động dinh dưỡng, phân bố của thuỷ sinh vật. Các dòng nước hải dương tạo nên những điều kiện thuận lợi về nhiệt độ, thức ăn cho cá, ảnh hưởng đến sản lượng các biển.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình thủy sinh đại cương - Đại học An Giang - part 2

Đặc tính chuyển động của khối nước trong thuỷ vực ảnh hưởng rất lớn đến sự di động, hoạt động dinh dưỡng, phân bố của thuỷ sinh vật. Các dòng nước hải dương tạo nên những điều kiện thuận lợi về nhiệt độ, thức ăn cho cá, ảnh hưởng đến sản lượng các biển. 3. Ánh sáng Nguồn ánh sáng chủ yếu trong các thuỷ vực là từ mặt trời và mặt trăng toả xuống, ngoài ra còn có nguồn phát sáng từ thuỷ sinh vật. Phần lớn lượng ánh sáng vào nước được các phân tử nước và các vật lơ lững trong nước hấp thụ. Hệ số hấp thụ ánh sáng của nước tỷ lệ nghịch với độ trong của nước và khác nhau đối với loại tia sáng khác nhau. Như vậy, các thuỷ vực nước đục, có lượng chất cái (seston) lớn hấp thụ ánh sáng nhiều hơn các thuỷ vực nước trong. Các tia sáng đi vào trong nước không đồng đều, phụ thuộc vào độ dài sóng và độ trong của nước. Độ sâu nhất của các tia sáng đi vào nước khoảng 1.500 - 1.700m. Vùng sâu dưới 1.700m, có thể coi là vùng không có ánh sáng mặt trời. Do các tia sáng xâm nhập vào nước khác nhau, nên có thể chia tầng nước từ trên xuống dưới sâu thành các vùng ánh sáng khác nhau. Vùng trên (vùng sáng từ 0 -200m) là vùng còn đủ các tia sáng tia sáng từ • đỏ tới tím, bảo đảm sự quang hợp cho thực vật phát triển. Vùng giữa (vùng mắt sáng từ 200 - 1.500m) là vùng chỉ còn các tia sáng • có sóng ngắn và cực ngắn. Vùng dưới ( vùng tối : sâu hơn 1.500m) là vùng không có ánh sáng. • Ánh sáng ảnh hưởng đến sự di động và phân bố của thuỷ sinh vật theo độ sâu, đặc biệt là thực vật quang hợp. Sự phân bố của ánh sáng không đồng đều theo độ sâu đã tạo nên các vùng thực vật phong phú ứng với các vùng sáng của tầng nước. sự thay đổi độ chiếu sáng ngày và đêm có tác dụng tới hiện tượng di động ngày và đêm của thuỷ sinh vật. Ánh sáng còn giúp thuỷ động vật định hướng di động, gọi là tính quang hướng động, thúc đẩy các quá trình sinh hoá trong đời sống cá thể, tạo vitamine, ảnh hưởng nhất định đến quá trình sinh sản, lối sinh sản, chu kỳ sinh sản và biến đổi về hình thái, màu sắc, các cơ quan cảm quang của động vật ở các vùng khác nhau. 4. Độ phóng xạ Độ phóng xạ của nước trong thuỷ vực là do trong nước có chứa các chất phóng xạ như Trontium - 90, Cezium - 173, Ytrium - 91, Cerium - 144... Lớp nước mặt tích tụ chất ph óng xạ nhiều hơn lớp nước dưới sâu. Chất phóng xạ tích tụ vào nước từ không khí, các vụ nổ hạt nhân dưới biển, từ các chất thải của tàu nguyên tử hay các khu công nghiệp nguyên tử. Chất phóng xạ có tác dụng gây hại cho thuỷ sinh vật, làm trứng và phôi phát triển không bình thường. Khi tich tụ vào cơ thể sinh vật chất phóng xạ có tác hại lan truyền cho người và thuỷ sinh vật khác khi sử dụng chúng. 5. Nhiệt độ Nguồn nhiệt chủ yếu của nước trong các thuỷ vực là từ bức xạ mặt trời và các tia sóng dài: hồng ngoại, đỏ, da cam. Chế độ nhiệt ở nước tương đối ổn định hơn ở không khí. Do có độ toả nhiệt và thu nhiệt lớn, các lớp nước ở trên mặt
và dưới sâu điều hoà nhiệt độ lẫn nhau trong quá trình lạnh đi hay bốc h ơi, làm cho khối nhiệt độ của cả khối nước ít biến đổi. Chế độ nhiệt của nước trong thuỷ vực biến đổi theo ba nhân tố chủ yếu: vĩ độ, mùa vụ và độ sâu. Sự biến đổi nầy làm thay đổi trọng lượng riêng của nước ở các vùng khác nhau, của các mùa và độ sâu khác nhau. Nhất là giữa tầng mặt và tầng đáy, đều tạo nên hiện tương phân tầng nhiệt độ nước, chu chuyển nước theo mùa trong các thuỷ vực nội địa và các dòng nước thẳng đứng ở hải dương. Ảnh hưởng của nhiệt độ nước trong thuỷ vực đối với thuỷ sinh vật rất lớn, có tính chất quyết định đối với đời sống thuỷ sinh vật. Trong đời sống cá thể nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ trao đổi chất, hô hấp, dinh dưỡng, nhịp độ sinh sản và phát triển của thuỷ sinh vật. Nhiệt độ cũng là nhân tố quyết định ảnh hưởng tới biến động số lượng của thuỷ sinh vật trong thuỷ vực. Cùng với nồng độ muối, chế độ nhiệt trong thuỷ vực quyết định sự phân bố theo vĩ độ, theo thuỷ vực, theo độ sâu, theo mùa. 6. Nồng độ muối Nước là dung môi hoà tan tốt các chất muối. Khi chảy qua các lớp đất, nước đã hoà tan một lượng muối của đất trước khi đổ vào các thuỷ vực. Nước ở các thuỷ vực trong thiên nhiên có nồng độ muối hoà tan rất khác nhau về nồng độ muối tổng số cũng như thành phần ion. Về mặt thuỷ sinh học đối với mỗi loại nồng độ và thành phần muối hoà tan của nước có một khu hệ thuỷ sinh vật đặc trưng tương ứng. Căn cứ vào đó, người ta chia nước thiên nhiên thành bốn loại chính: nước ngọt, nước lợ, nước mặn và nước quá mặn. Do quan niệm về đặc tính của mỗi loại nước còn khác nhau, do các dẫn liệu dùng làm căn cứ phân chia chưa thống nhất, nên giới hạn phân chia các loại nước thiên nhiên còn chưa thống nhất. Trước hết là giới hạn của nồng độ muối hoà tan tổng số theo các tác giả sau đây: Phân loại nước Zernov(1934) Constantinov(1967) Nước ngọt 0.2 - 0.5%o < 0.5%o Nước lợ 0.5 - 1.6%o 0.5 -30.0%o Nước mặn 16.0 - 47.0%o 30.0 - 40.0%o Nước quá mặn > 47%o > 40%o Nước ngọt có đặc tính là ít thành phần muối Clorite và ion Na, nhiều muối sulfate, carbonate, ion Ca, Si, Mn, N, P và chất hữu cơ hoà tan. Thuỷ vực nước ngọt có khu hệ thuỷ sinh vật đặc trưng, nhưng các vùng tương đối gần biển có thể có một số thuỷ sinh vật nước lợ và nước mặn di nhập vào. Nước lợ: Nồng độ muối của thủy vực rất bất ổn định, luôn luôn bị nước trong lục địa chảy ra làm nhạt đi và nước từ ngoài hải dương tràn vào làm mặn lên.
Thành phần khu hệ thủy sinh vật vùng nước lợ rất phức tạp. Ngoài thành phần loài nước lợ còn có các loài nước mặn và các loài từ vùng nước ngọt di nhập vào theo biến đổi của nồng độ muối. Nước lợ còn được chia thành ba loại: Nước lợ nhạt : 0.5 - 5%o • Nước lợ vừa : 5 -18%o • Nươc lợ mặn : 18 -30 %o • Nước mặn chứa tới 60 nguyên tố hóa học. Trong thành phần có nhiều Clorite và Na, ít Carbonate, Ca các hợp chất N, P, Si và chất hữu cơ hòa tan. Hàm lượng chất vẩn cũng ít hơn. Thành phần khu hệ thủy sinh vật nước mặn rất đặc trưng, ít khi có những loài nước ngọt hoặc nước lợ di nhập vào. Chất hòa tan trong nước thiên nhiên bao gồm nhiều thành phần khác nhau. Có thể chia thành ba nhóm lớn: Chất vô cơ hòa tan, chất hữu cơ hòa tan và chất khí hòa tan. Chất vô cơ hòa tan trong nước tự nhiên gồm ba thành phần: • o Thành phần muối cơ bản là thành phần chủ yếu của chất vô cơ hòa tan trong nước thiên nhiên, gồm có các muối Clorite, Sulfat carbonat Hydrocarbonat, của Na, Ca, K, Mg. Thành phần nầy tồn tại dưới dạng các ion chủ yếu Cl2 , SO4, HCO3, CO3, Na, K, Mg và Ca. o Các nguyên tố tạo sinh (Biogen) gồm các hợp chất vô cơ và hữu cơ hòa tan của N, P và Si là chất cần thiết cho sự tạo thành cơ thể sống. Thuộc vào nhóm nầy còn có thể kể một số muối khác như Na, ca, K, Mg …gọi chung là các muối dinh dưỡng.. . N ở trong nước dưới dạng các ion NH4, NO2 và NO3, hoặc ở dạng hữu cơ hòa tan và không hòa tan trong nước. P cũng ở dạng vô cơ và hữu cơ hòa tan hay không hòa tan trong nước. Dạng vô cơ trong nước là H3PO4 và các dẫn xuất. o Các nguyên tố vi lượng bao gồm các nguyên tố có hàm lượng rất nhỏ, nhưng rất quan trọng đối với đời sống thủy sinh vật. Phổ biến là : Fe, Ni, Pb, Cu, Mn, Co … 7. Chất khí hòa tan Trong nước thiên nhiên có các chất khí hòa tan. Những chất khí thường gặp có hàm lượng cao: O2, CO2, N2, CH4, S, H2S, NH3 … Nguồn gốc của các chất khí : Từ không khí đi vào nước: O2, CO2, N2. • Do quá trình sống của thủy sinh vật và các quá trình chuyển hóa vật chất • xảy ra trong thủy vực : CO2, CH4, H2S, NH3. Do quá trình phân giải khí và chuyển hóa ở các lớp đất sâu dưới tác dụng • của nhiệt độ và áp lực cao: CO2, CO, HCl, H2S, NH3….
Đối với nước trên mặt, nguồn gốc của khí hòa tan trong nước do hai nguồn gốc trên là chủ yếu. Đối với nước ngầm, khí hòa tan trong nước do nguồn gốc thứ ba là chủ yếu. Oxy (O2) :Oxy hòa tan trong thủy vực do từ không khí và từ hoạt động • quang hợp của thực vật ở tầng quang hợp. Lượng oxy nầy sẽ được tiêu thụ trong quá trình hô hấp, trong các quá trình oxy hóa các chất trong thủy vực. Oxy trong nước ở hàm lượng cao có thể thoát ra ngoài không khí.. Ở nền đáy Oxy còn được chuyển hóa từ MnO khó hòa tan trong nước lắng xuống đáy. Khi mất Oxy, chất nầy lại trở thành hợp chất Mn hòa tan, lấy lại Oxy trong nước rồi lại lắng xuống đáy. Carbonic (CO2): Khí Carbonic cũng có từ không khí, từ hoạt động hô hấp • của thủy sinh vật và từ các quá trình phân hủy chất hữu cơ vào nước. CO2 hòa tan trong nước được tiêu thụ trong quá trình quang hợp, trong quá trình chuyển hóa thành HCO3 và CO3 và có thể thoát ra ngoài nước. Hàm lượng O2 và CO2 trong nước các thủy vực phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố. Nhiệt độ nước và nồng độ muối càng cao, hàm lượng O2 và CO2 trong nước càng giảm. Hàm lượng O2 và CO2 trong thủy vực còn biến đổi theo mùa, theo ngày đêm, theo độ sâu theo hoạt động sống của thủy sinh vật và các quát trình chuyển hóa vật chất hữu cơ trong thủy vực theo sự thay đổi đặc tính chuyển động của khối nước. Hydrosulfure (H2S): H2S được hình thành do hoạt động của vi khuẩn thối • rửa phân hủy chất hữu cơ và vi khuẩn lưu huỳnh khử sulfate trong nước. Loại thứ nhất thường gặp ở nước ngọt, loại thứ hai thường gặp ở biển và hải dương nơi có nhiều sulfate. Đây là loại khí độc gây tác hại cho thủy sinh vật. Methane (CH4): Hình thành do quá trình phân hủy celuloze ở đáy hồ, ao, • đầm lầy, rất ít khi gặp ở biển. CH4 cũng là khí độc đối với thủy sinh vật. 8. Độ pH và hiệu thế Oxy hóa khử 8.1. pH Độ pH trong nước phụ thuộc vào nhiều nguyên nhân và được coi là căn cứ để xác định hàm lượng nhiều thành phần khác. Độ pH của một thủy vực biến động theo ngày và đêm, theo độ sâu và theo mùa. Độ pH thay đổi làm thay đổi cân bằng hệ thống hóa học trong nước, qua đó làm ảnh hưởng gián tiếp đến đời sống thủy sinh vật. 8.2. Hiệu thế Oxy hóa khử (Eh) Hiệu thế Oxy hóa khử (Eh) thể hiện mối quan hệ giữa hàm lượng chất Oxy hóa và chất khử để thực hiện quá trình Oxy hóa khử trong nước ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh vật, nhất là vi sinh vật. 9. Chất hữu cơ
Trong thành phần nước tự nhiên, ngoài lượng chất hữu cơ trong sinh vật , còn có các thành phần chất hữu cơ ở các dạng khác ngoài sinh vật : chất hữu cơ hòa tan, chất vẩn và chất keo. Thành phần chất hữu cơ nầy do hai nguồn: Nguồn ngoại lai: gồm các chất mùn, bã, các chất thải sinh hoạt, công • nghiệp từ ngoài trôi vào thủy vực. Nguồn nội tại : do các sinh vật trong thủy vực chết đi phân hủy thành. • Chất keo: một tập hợp phân tử các chất hữu cơ và vô cơ kết lại ở trạng thái keo loại, lơ lững trong nước. Chất vẩn : Một phức hợp gồm một giá thể hữu cơ, trên đó có nhiều thành phần hữu cơ, vô cơ và cả sinh vật (vi khuẩn, tảo…) Chất hữu cơ hòa tan ở trạng thái các acide amine hòa tan trong nước. Lượng chất hữu cơ trong nước được xác định một cách gián tiếp bằng đơn vị mgO2/l. Chất hữu cơ trong thủy vực là nguồn thức ăn cho thủy sinh vật, phần còn lại lắng đọng xuống nền đáy tạo thành chất bùn đáy thủy vực. 10. Nền đáy thủy vực Nền đáy thủy vực là điều kiện tồn tại và phát triển của khu hệ sinh vật đáy, đồng thời là nơi ở, nơi ăn trong từng giai đoạn của nhiều sinh vật trong tầng nước. Đặc tính của nền đáy phụ thuộc vào hai yếu tố: thành phần cơ học của nền đáy và chất lắng đọng. Thành phần cơ học của nền đáy do tính chất địa chất, thổ nhưỡng của nền đất quyết định . Căn cứ vào tỷ lệ các hạt nhỏ có kích thước nhỏ hơn 0,01 mm cấu thành nền đáy. Phân chia Tỉ lệ hạt nhỏ Nền đáy đá Không có hạt nhỏ Nền đáy cát < 5% Nền đáy cát bùn 5 -10% Nền đáy bùn cát 10 -30% Nền đáy bùn 30 -50% Nền đáy bùn nhão > 50%
Chất lắng đọng thủy vực là nguồn vật chất hữu cơ tích tụ ở đáy thủy vực, là một khâu trong chu trình vật chất, quyết định độ dinh dưỡng của thủy vực. Trong từng thời gian, hàng mùa hay hàng năm, các vật chất hữu cơ lắng đọng sẽ tạo thành từng tầng theo chiều thẳng đứng của nền đáy, phân biệt rõ rệt do thành phần và số lượng khác nhau của lớp chất lắng đọng ứng với từng thời gian gọi là vi tầng. Chất lắng đọng hải dương do các vật chất từ lục địa đổ ra chủ yếu ở ven bờ và do xác sinh vật hải dương. Trong nền đáy hải dương có thể phân thành mấy loại chất lắng đọng sau: Bùn Globigerina • Bùn thân mềm Pteropoda • Bùn tảo khuê và • Bùn đất sét đỏ • Chất lắng đọng đáy hồ có hai loại: Bùn mùn: do xác thực vật từ ngoài vào và • Bùn thối do xác sinh vật trong hồ thối rửa và lắng xuống. Trong đó có các • dạng bùn tảo, bùn thực vật lớn và bùn cặn đá vôi. Bùn đá vôi ở đáy hồ ít dinh dưỡng, nghèo chất hữu cơ, thưôøng gặp ở hồ nghèo dinh dưỡng. Chương 3: Vấn Đề Ô Nhiễm Và Phòng Chống Ô Nhiễm Trong Môi Trường Nước Sự ô nhiễm các nguồn nước trên lục địa hiện nay là một trong những vấn đề ô nhiễm trầm trọng nhất, đặc biệt là đối với các nước công nghiệp hóa. Ở Mỹ người ta ước tính rằng 90% lượng nước sông được xem là phương tiện vận tải các chất thải ra biển. Chỉ việc chống ô nhiễm phosphat cho vùng Ngũ hồ hàng năm cũng đã tốn hết 500 triệu đô la. Ở Liên xô cũ, hơn 400.000km sông ngòi bị ô nhiễm “mãn tính”. Ở Pháp, nơi các vấn đề về môi trường đã được quan tâm tương đối sớm và nhà nước đã đầu tư nhiều cho việc phòng chống ô nhiễm ở các sông ngòi, đặc biệt là những sông lớn như sông Sen, sông Ranh, sông Rôn … nhưng cũng vẫn luôn ở trạng thái ô nhiễm đáng lo ngại. Nguyên nhân và tác hại của nước bị ô nhiễm 1.1 Khái niệm về ô nhiễm môi trường nước Thủy vực được coi là nhiễm bẩn khi thành phần hay trạng thái nước trong thủy vực bị biến đổi do tác dụng của các hoạt động của con người tới mức hạn chế việc sử dụng các nhu cầu khác nhau hoặc không sử dụng được nữa. Nguồn gây ô nhiễm có thể là chất hữu cơ, chất độc hóa học, chất phóng xạ … Có thể phân biệt hai loại ô nhiễm:
Ô nhiễm sơ cấp là hiện tượng nhiễm bẩn trực tiếp do các chất thải từ • ngoài đưa vào. Ô nhiễm thứ cấp là là hiện tượng nhiễm bẩn gián tiếp từ nơi nầy sang nơi • khác trong một thủy vực hay từ thủy vực nầy sang thủy vực khác (do các sinh vật chứa chất nhiễm độ, chất phóng xạ…) từ các vùng nhiễm bẩn lọt vào gây nên sự ô nhiễm. 1.2 Nguyên nhân Do nước thải sinh hoạt từ các khu tập trung dân cư: Nước thải loại nầy • chứa nhiều chất hữu cơ, phân rác, vi khuẩn gây bệnh, trứng giun ,sán và các sinh vật gây hại khác. Loại nước thải nầy phổ biến nhất. Do nước thải công nghiệp đổ vào. Loại nước thải nầy phức tạp về thành • phần. Tùy theo loại công nghiệp mà nước thải có thể chứa nhiều chất hữu cơ chưa phân hủy (nhà máy thực phẩm), nhiều sợi celluloze, sude (nhà máy giấy), sản phẩm dầu hỏa, muối độc vô cơ và hữu cơ( nhuộm, thuộc da, hóa chất, luyện kim, than đá). Đây là loại nước thải gây hại lớn. Do hóa nông dược sử dụng trong nông nghiệp. • Do chất phóng xạ từ không khí, từ chất thải khu công nghiệp nguyên tử, • tàu nguyên tử và thử vũ khí hạt nhân ở biển. Do dòng nước nóng thải ra từ nhà máy điện. • 1.3. Tác hại Tác hại về cơ học: do lượng phân rác, chất vẩn, chất sợi có rất nhiều • trong nước thải, phủ kín cả nền đáy thủy vực làm cho thủy sinh vật nền đáy không phát triển được. Ngoài tác hại cơ học, còn có tác hại do chế độ khí hòa tan thay đổi và tác hại gây độc do chất hữu cơ phân hủy gây nên. Gây bệnh: nước thải từ khu dân cư, nhà máy chế biến thực phẩm, bia • chứa nhiều chất hữu cơ. Đó là môi trường tốt cho các loại vi khuẩn gây bệnh, các loại trứng giun sán tồn tại và phát triển. thường là vi khuẩn gây bệnh đường ruột. Nước thải từ bệnh viện, nếu không được xử lý thích hợp có thể lan truyền các mầm bệnh nguy hiểm khác nữa. Gây độc: chủ yếu do chất thải công nghiệp gây nên. Trong nước thải loại • nầy có hai dạng chính: là hữu cơ và vô cơ. Chất hữu cơ như phenol, hắc ín, aldehyde, sản phẩm dầu hỏa.. rất khó tan, lâu vô cơ hóa nên lan đi rất xa. Chất vô cơ như muối Cu, As, Ni, Pb, Zn, Fe, và các loại acide vô cơ… thường gây độc ở hàm lượng rất nhỏ. • Nồng độ gây chết (ppm) Gốc Muối Giáp xác Cá As 0,25 - 2,5 10 -20 Pb > 0,5 10 -15
Cu 1 -100 • Ngoài chất thải công nghiệp, nông dược cũng ảnh hưởng rất lớn đến thủy sinh vật. Ngoài tác dụng trực tiếp chúng còn tích tụ trong cơ thể và những sinh vật nầy sẽ trở thành tác nhân gây độc cho những sinh vật sử dụng chúng tiếp theo. Làm biến đổi chế độ khí hòa tan: Trong nước chứa nhiều chất hữu cơ hòa • tan phân hủy và chưa phân hủy, chúng cùng với các chất vô cơ oxy hóa làm tăng quá trình oxy hóa trong thủy vực gây hiện tượng giảm thấp O2 và tăng CO2. Các chất khí H2S, CH4 … cũng gây độc cho thủy sinh vật. Tác hại phóng xạ: Tác hại của các tia phóng xạ xảy ra chủ yếu khi thủy • sinh vật ăn phải chất phóng xạ có trong nước lẫn trong thức ăn. Các tia phóng xạ ngoài tác hại gây chết, chúng còn ảnh hưởng đến sự phát triển của sinh vật ở giai đọan đầu như đẻ sớm, không phát triển hết các giai doạn của thai… Tác hại của dòng nước nóng: Nước từ các nhà máy điện (nhiệt điện, thủy • điện, điện nguyên tử) thải ra gây một số tác hại như sau: o Làm giảm lượng Oxy hòa tan trong nước. o Làm biến đổi khu hệ thủy sinh vật, nhất là về thành phần loài thực vật. Tác hại do sự phát triển quá mức của thủy sinh vật, do hàm lượng chất • dinh dưỡng tăng cao. Xác định độ ô nhiễm của thủy vực Nước trong thủy vực khi nhiễm bẩn sẽ biến đổi các đặc tính lý, hóa học cũng như sinh học tùy theo mức độ nhiễm bẩn. Độ nhiễm bẩn của thủy vực phụ thuộc vào số lượng và đặc tính nước đổ vào, ngoài ra còn phụ thuộc vào đặc tính của thủy vực như nông hay sâu, nước chảy hây tĩnh, nhiệt độ cao hay thấp. Để xác định độ nhiễm bẩn của thủy vực, người ta căn cứ vào chỉ tiêu lý học, hóa học, sinh học và vi khuẩn học. 2.1. Chỉ tiêu lý học Chủ yếu dựa vào mùi vị, màu sắc, độ trong, hàm lượng chất vẩn, màng nước biến đổi để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước. 2.2. Chỉ tiêu hóa học Dựa vào hàm lượng chất hữu cơ không bền trong nước, hàm lượng Oxy hòa tan, hàm lượng NH4+ và NO2, các muối hòa tan khác trong nước. Các muối khoáng đóng vai trò chất ô nhiễm chính về mặt khối lượng cũng như về mặt tác động sinh học của nước lục địa: như Natri clorua, Nitrat, Phosphat … Ngoài ra còn có những kim loại nặng như: Cadimi, Thủy ngân, Chì, Kẽm, Vanadi… Các hợp chất công nghiệp như: Asen, Xianua, Cromat … Nguồn nước lục địa bị ô nhiễm thường xuyên hay chu kỳ bởi các hợp chất vô cơ hay hữu cơ có độ tính cao với các kim loại nêu trên. Những chất hữu cơ bị phân hủy bằng con đường
Oxy hóa hóa học. Trong trường hợp nầy, người ta dùng đại lượng COD: nhu cầu Oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand) để đánh giá mức độ ô nhiễm của nguồn nước. 2.3. Chỉ tiêu sinh học - vi sinh Các nguồn nước lục địa bắt nguồn từ việc thải vào sinh quyển các chất thải chứa các hợp chất hữu cơ có thể bị lên men và các tác nhân gây bệnh đồng hành với chúng. Sự ô nhiễm nầy làm thoái biến, hủy hoại các hệ sinh thái nước ngọt. Một số các chất ô nhiễm hữu cơ bị phân hủy bởi vi khuẩn là những chất hữu cơ có thể lên men bởi vi khuẩn ưa khí tham gia vào (hay gây ra). Quá trình phân hủy Oxy hóa các hợp chất hữu cơ nầy tiêu thụ một lượng Oxy tương ứng. Lượng Oxy nầy gọi là nhu cầu Oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand: BOD). Trong thực tế người ta qui ước lấy lượng Oxy tiêu thụ sau 5 ngày, (ký hiệu BOD5) làm tiêu chuẩn để để đánh giá mức độ ô nhiễm các hợp chất hữu cơ của các nguồn nước. Sự hiện diện của các vi khuẩn gây bệnh trong môi trường nước cũng là một tác nhân gây ô nhiễm. Người ta thường căn cứ vào trực khuẩn đường ruột E.coli để đánh giá. Chỉ tiêu nầy phản ánh tình trạng nước có phân người hay phân động vật và khả năng có vi khuẩn gây bệnh của nước, chỉ tiêu nầy được xác định bởi hai chỉ số: Chỉ số Coli (Coli - index) là số lương trực khuẩn có trong nước, nước • sạch có chỉ số nầy là 3 -10CFU/1ml, còn nước bẩn có thể lên đến 100.000CFU/1ml. Độ Coli (Coli - litre) là thể tích nước tối thiểu có chứa 1CFU trực khuẩn, • nước bẩn có hệ số nầy là 0,1 ml, còn nước sạch có hệ số nầy có khi là 100ml. Ngoài trực khuẩn gây bệnh ra, còn có những thủy sinh vật khác. Trong đó mỗi loại, mỗi nhóm sinh vật, - nhất là những sinh vật bậc thấp - thường chỉ gặp ở nước có độ nhiễm bẩn nhất định do khả năng thích ứng với Oxy và độc tính khác nhau của nước. Dựa trên nguyên tắc nầy, người ta xác định độ nhiễm bẩn của thủy vực bằng cách căn cứ vào sự hiện diện của từng loài, từng nhóm sinh vật chỉ thị. Trong phương pháp xác định sinh học hiện nay, đã phát triển những xu hướng mới, không chỉ căn cứ vào thành phần loài sinh vật chỉ thị mà còn căn cứ vào sự biến đổi về mặt sinh thái học, sinh lý học của những nhóm sinh vật nhất định ứng với các mức độ nhiễm bẩn khác nhau của thủy vực. Một số chỉ tiêu đánh giá độ ô nhiễm (Aliokin) Độ ô nhiễm BOD5(mg/l) COD (mg/l) NH4 (mg/l)
Rất sạch 0,5 - 1 1 0,05 Sạch 1,1 - ,19 2 0,1 Hơi bẩn 2,0 - 2,9 3 0,2 - 0,3 Bẩn vừa 3,0 - 3,9 4 0,4 -1 Khá bẩn 4,0 - 4,9 5 -15 1,1 - 3 Rất bẩn 10 15 3 Sự ô nhiễm nước biển: Tuy rằng hầu hết các sông đều đổ ra biển, nghĩa là các chất gây ô nhiễm các nguồn nước lục địa cũng là chất gây ô nhiễm nước biển. Nhưng sự ô nhiễm của biển và đại dương có những đặc điểm riêng. Nếu như mỗi con sông đều có một lưu vực riêng, nghĩa là sự ô nhiễm của nó phụ thuộc vào đặc điểm địa phương thì biển và đại dương là cái túi cuối cùng chứa tất cả các chất ô nhiễm từ tất cả địa phương trên trái đất… hơn nữa biển và đại dương chiếm 3/4 diện tích trái đất, các biển và đại dương đều thông với nhau, sự có mặt của các dòng hải lưu và hoạt động giao thông đường biển ngày càng phát triển làm cho sự ô nhiễm biển và đại dương mang tính toàn cầu rõ rệt. Yếu tố quan trọng nhất gây ô nhiễm ở biển hiện nay là hiện tượng ô nhiễm do dầu mỏ. Các vụ “thủy triều đen” là tác động của sự ô nhiễm dầu mỏ lên các sinh vật biển. Ngoài ra còn có hiện tượng “thủy triều đỏ” do tảo đỏ nở hoa quá mức, gây ô nhiễm môi trường biển và đại dương. Phân loại môi trường nước ô nhiễm Việc xác định độ nhiễm bẩn của thủy vực có tầm quan trọng thực tiễn lớn. Căn cứ vào kết quả xãc định, người ta đánh giá mức độ nhiễm bẩn của từng thủy vực và kết luận về giá trị sử dụng của từng loại nước. Để tiện đánh giá độ nhiễm bẩn của từng thủy vực, người ta xây dựng những hệ thống phân loại và chúng được căn cứ vào những dẫn liệu tổng hợp, nhiều chỉ tiêu khác nhau của nước bị nhiễm bẩn. Các hệ thống phân loại được xây dựng rất nhiều. Trong đó hệ thống phân loại được biết và sử dụng nhiều là hệ thống phân loại của Kolkwitz - Marsson (1902), sau nầy được nhiều tác giả khác bổ sung. Thủy vực nhiễm bẩn được chia thành bốn loại 3.1. Rất ô nhiễm (polysaprobe) Thủy vực có rất nhiều chất hữu cơ ở giai đoạn phân hủy đầu tiên, không có thực vật quang hợp, không có Oxy hòa tan, nhưng có nhiều CO2, CH4, H2S, thực vật lớn kém phát triển, nấm hoại sinh và các vi khuẩn yếm khí phát triển mạnh với số lượng rất cao (triệu CFU /ml), sinh vật chỉ thị là Paramoecium, Vortycella, Tubifex… 3.2. Ô nhiễm vừa(mesossaprobe)
Loại nầy chia làm hai bậc: Alpha mesossaprobe: xuất hiện các dạng protein bị phân hủy ở giai đoạn • trung gian như polypeptid, acide amin, NH4, môi trường đã có oxy hòa tan, số lượng vi khuẩn khá cao( hàng trăm ngàn CFU/ml), đã có tảo lục, tảo lam xuất hiện. Sinh vật chỉ thị là Oscillatoria,Euglena, Rotatoria, Chironomus.. Beta mesossaprobe : Ở dạng bẩn nầy có NO2, NO3, có nhiều Oxy, số • lượng vi khuẩn chỉ có hàng chục ngàn CFU/ml, có cây xanh, tảo khuê, sinh vật chỉ thị là Melosira, Navicula, Spirogyra, Moina,Cyclops… 3.3 Ô nhiễm ít (Oligosaproble) Nước chứa rất ít chất hữu cơ, NO2, NO3, NH4 rất ít, hàm lượng oxy cao, khu hệ sinh vật phong phú, đa dạng, số lượng vi khuẩn chỉ vài ngàn CFU/ml, sinh vật chỉ thị là Cladocera, cá kinh tế. Tóm lại hệ thống nầy chỉ nói đến mức nhiễm bẩn hữu cơ, chưa thể hiện mức nhiễm độc của nước, các tác giả khác đưa ra hệ thống phân loại khác bổ sung thêm như: Zhdin (1964) : xây dựng hệ thống phân loại căn cứ vào độ nhiễm bẩn và • nhiễm độc, lấy sinh vật chịu độc, có khả năng tích tụ và bài tiết chất độc làm sinh vật chỉ thị. nước được chia ra làm các dạng như bẩn (saproble) độc (toxible), bẩn độc (saprotoxxible), riêng nước nhiễm độc được chia làm các dạng như : oligo, meso, poly và hypertoxible. Slodecek ( Tiệp Khắc, 1963) xây dựng hệ thống phân loại chi tiết hơn và • chia nước tự nhiên thành bốn nhóm là : nước sạch (Kataroble), nước nhiễm bẩn (Limnosaproble), nước bẩn do chất hữu cơ (Eusaproble), nước bẩn không do hữu cơ (Transaproble). Trong nhóm nầy cũng chia các loại như nước có chất độc (Antisaproble), nước có phóng xạ (Radiosaproble)nước bẩn do lý học , ví dụ : nhiệt (Cryptosaproble). Việc xây dựng các hệ thống phân loại nước ngày càng chi tiết, phản ảnh đầy đủ đặc tính và hiện tượng nhiễm bẩn của nước tự nhiên trên thế giới. Khả năng tự lọc sạch nước trong thủy vực Hiện tượng nước nhiễm bẩn làm thành phần nước biến đổi một cách đột xuất, vượt ngoài phạm vi tự nhiên . Hiện tượng nước bị nhiễm bẩn dần dần tái lập trạng thái ban đầu khi chưa bị nhiễm bẩn gọi là khả năng tự lọc sạch nước của thủy vực. Khả năng nầy rất lớn ở nơi nước chảy mạnh như sông suối…và kém ở nơi nước tĩnh như ao, hồ. Khả năng tự lọc sạch nước của thủy vực rất quan trọng trong tự nhiên, nhưng khả năng nầy chỉ có hạn, không giải quyết nổi trường hợp nhiễm bẩn nặng và liên tục.
Trong quá trình lọc sạch nước , thủy sinh vật giữ một vai trò quan trọng. tham gia vào quá trình nầy chủ yếu là các vi sinh vật, thực vật quang hợp, các động vật ăn chất vẫn hữu cơ, các động vật có khả năng tích tụ chất độc. sinh vật lọc sạch nước thông qua các quá trình 1. Vô cơ hóa chất hữu cơ: Đây là quá trình biến đổi chủ yếu trong hiện tượng tự lọc sạch nước do tác dụng của sinh vật, đặc biệt là vi sinh vật. Chúng tham gia phân hủy protit qua các dạng trung gian cho tới các dạng hữu cơ như NO2, NO3, NH4 … Quá trình vô cơ hóa chất hữu cơ trong nước còn được tiến hành nhờ hoạt động hô hấp của thủy sinh vật, quá trình Oxy hóa chất hữu cơ trong nước. Các hoạt động nầy tiến hành được là nhờ Oxy trong môi trường nước. Hàm lượng Oxy phụ thuộc vào chế độ nước chảy và hoạt đông quang hợp của cây xanh trong nước. Như vậy ở những thủy vực có hoạt đông quang hợp của thực vật thủy sinh mạnh hay thủy vực nước chảy, khả năng tự lọc sạch nước tiến hành thuận lợi hơn. Quá trình vô cơ hóa chất hữu cơ cũng nhờ vào sinh vật ăn chất hữu cơ trong nước. Một phần chất hữu cơ nầy được dùng cho sinh trưởng, một phần bị vô cơ hóa.. Ví dụ ấu trùng Chironomus plumosus. 2. Tích tụ chất bẩn và độc trong nước: Khả năng tích tụ chất bẩn và chất độc của thủy sinh vật có tầm quan trọng trong việc loại khỏi vùng nước nhiễm bẩn các chất độc và phóng xạ trong quá trình tự lọc sạch nước. Nhiều loại thủy sinh vật có khả năng tích tụ các muối kim loại. Hàm lượng kim loại trong cơ thể chúng cao hơn ở ngoài nước rất nhiều. Các loại thân mềm có khả năng tích tụ muối Co, Cd, Cu, sứa tích tụ muối Zn, trùng phóng xạ tích tụ muối Sr. Các chất phóng xạ cũng được thủy sinh vật phù du tích tụ (thực vật nổi có khả năng tích tụ nhiều hơn động vật nổi), khi chết lắng xuống đáy sẽ bị đất hấp thụ, không trở lại nước nữa, đối với các chất phóng xạ có thời gian tự phân hủy ngắn như Itrium - 91, Cerium - 144. Những chất độc và phóng xạ có thời gian phân hủy lâu như ĐT, Sr -90 chúng trở thành tác nhân truyền các chất độc nầy sang người hay sinh vật khác khi sử sụng chúng. 3. Loại bỏ chất độc ra khỏi tầng nước Thủy sinh vật ăn chất hữu cơ rồi thải ra ngoài ở dạng phân lắng xuống đáy. Tham gia hoạt động nầy có nhiều nhóm động vật không xương sống ăn kiểu lọc và lắng như thân mềm hai mảnh vỏ, giáp xác, da gai, hải tiêu, ấu trùng côn trùng, Trong đó thân mềm hai vỏ có vai trò quan trọng nhất như vem Mytilus, trai nước ngọt Anodonta piscinalis, giáp xác Calanus finmarchicus. Ở thủy vực nước ngọt có Cladocera, Copepoda cũng có hoạt động tương tự. Xử lý nước ô nhiễm và bảo vệ nguồn nước sạch Nguồn nước ngọt là một trong những yếu tố cơ bản nhất trong quá trình phát triển cơ thể con người, động vật, thực vật và thủy sinh vật nước ngọt . Nước ngọt là yếu tố không thể thiếu trong trong phát triển kinh tế, xã hội của mọi quốc gia. Theo đà phát triển của nhân loại, nhu cầu nước ngọt cho sinh hoạt, sản xuất công, nông nghiệp, giao thông ngày càng tăng. Trong sinh hoạt, do nhu
cầu hàng ngày của người dân ngày càng cao (ở châu Âu, Bắc Mỹ, Nhật Bản, lượng nước cho mỗi người dân trên 200 lít/người/ngày, ở tp Hồ Chí Minh, Hà Nội -1995 - đạt độ 80 -100lít/người/ngày, cao hơn 20% so với những năm 1980), Đồng thời việc tăng nhanh dân số thế giới (độ 1,7 -1,8% hàng năm) lượng nước ngọt sử dụng cho sinh hoạt tăng nhanh chóng. Trong nông nghiệp, công nghiệp nhu cầu nước cũng tăng nhanh theo việc sản xuất. Điều cần nhấn mạnh là toàn bộ nước cấp cho sinh hoạt, nông nghiệp, công nghiệp, dịch vụ sau khi sử dụng đều trở thành nước thải. Nước thải đã bị ô nhiễm với các mức độ khác nhau và lại được đưa vào môi trường. Nguồn gây ô nhiễm môi trường nước quan trọng nhất là nước thải. Nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp đều chứa tác nhân độc hại, gây suy thoái chất lương nước sông, hồ và nước ngầm. Vì vậy việc xử lý nước thải là tối cần thiết trong công tác bảo vệ tài nguyên nước. 1. Xử lý nước thải 1.1 Phương pháp xử lý theo nguyên tắc sinh học Có ba nhóm phương pháp xử lý nước thải theo nguyên tắc sinh học. Tùy điều kiện cụ thể(tính chất, khối lượng nước thải, khí hậu, địa hình, mặt bằng, kinh phí …) người ta dùng một trong những phương pháp sau đây hoặc kết hợp với nhau để xử lý nước thải Các phương pháp hiếu khí (aerobic) • Phương pháp dùng các loại vi khuẩn hiếu khí sử dụng oxy hòa tan trong nước để phân hủy chất hữu cơ thành chất vô cơ. Chất hữu cơ + O2 (vi sinh) = H2O + CO2 + Năng lượng Chất hữu cơ + O2 (vi sinh) = Tế bào mới Tế bào + O2 (năng lượng) = H2O + CO2 + NH3 Tổng cộng : Chất hữu cơ + O2 = H2O + CO2 + NH3 Phương pháp hiếu khí, amoniac cũng được loại bỏ bằng phản ứng Oxy • hóa nhờ vi sinh vật tự dưỡng (quá trình Nitrit hóa) 2NH4+ 3O2 (Nitrobacter) = 2NO2 + 4H+ +2H2O + năng lượng 2NO2 + O2 (Nitrosomonas) = 2NO3 - Tổng cộng : NH4+ + 2O2 (Nitrobacter) = NO3- + 2H+ + H2O + năng lượng Các phương pháp thiếu khí (anoxic) hay khử nitric hóa •
Phương pháp này được sử dụng để loại nitơ ra khỏi nước thải theo nguyên tắc khử Nitric hóa do điều kiện môi trường nước thiếu Oxy hòa tan, Oxy được giải phóng từ Nitrat sẽ Oxy hóa chất hữu cơ. Nitơ và khí Carbonic sẽ được tạo thành. NO3- (vi khuẩn) = NO2 + O2 O2 (chất hữu cơ) = N2 + CO2 + H2O. Các phương pháp kỵ khí (anaerobic) • Phương pháp xử lý kỵ khí dùng loại bỏ các chất hữu cơ trong phần cặn của nước thải bằng vi sinh vật tùy nghi và vi sinh kỵ khí. Như các phương pháp lên men kỵ khí : Lên men acide, lên men mêtan. 1.2. Xử lý nước thải theo phương pháp vật lý, hóa học Các phương pháp xử lý sinh học được sử dụng với hiệu quả cao để xử lý chất hữu cơ kém bền vững, nhưng ít hiệu quả đối với nước thải công nghiệp chứa các chất vô cơ độc hại (kim loại nặng, acíe, baz) hoặc các chất hữu cơ bền vững (các Clobenzen, PCB, Phenol…)và cũng ít hiệu quả với một số loại vi khuẩn. Trong trường hợp đó, cần kết hợp phương pháp xử lý sinh học với các phương pháp lý, hóa học. Năm phương pháp lý, hóa thường dùng trong xử lý nước thải là : Phương pháp lắng và đông tụ để loại bỏ các chất rắn lơ lững. • Phương pháp hấp thu: Hấp thu chất ô nhiễm tan trong nước lên bề mặt • một số chất rắn như than hoạt tính, than bùn… Phương pháp trung hòa các acide hoặc baz. • Phương pháp chiết tách. • Phương pháp Clo hóa để diệt vi trùng và phân hủy chất độc. • 2. Bảo vệ nước sạch trong tự nhiên Bảo vệ nguồn nước sạch tự nhiên là vấn đề đã được đặt ra từ lâu. Trước hết là ở các nước sớm bị nạn ô nhiễm thủy vực. Để bảo vệ tốt các nguồn nước sạch tự nhiên, đảm bảo cung cấp đủ nước dùng cho nhu cầu đời sống và sản xuất ngày càng tăng, ngoài các biện pháp về luật pháp và tổ chức, nhiều vấn đề còn phải đặt ra cho các ngành khoa học liên quan, trong đó có thủy sinh vật học. Vấn đề chủ yếu là xác định chính xác đặc tính của từng loại nước thải và có biện pháp xử lý nước thải tốt, hạn chế và ngăn chặn tình trạng ô nhiễm các nguồn nước sạch tự nhiên. Vấn đề hiện nay là xác định hàm lượng cho phép của từng loại chất độc trong nước dùng, phân loại nước thải có chất độc, xác định sinh vật chỉ thị chất độc, vai trò của sinh vật trong quá trình tự lọc sạch chất độc trong nước.