Chỉ số oxy hòa tan viết tắt là DO là một trong những chỉ số quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến sự sinh trưởng, phát triển của nhiều loại sinh vật, thực vật phù du trong môi trường nước. Trong bài viết này mình sẽ chia sẻ những kiến thức cơ bản nhất về chỉ số oxy hòa tan này.
Oxy hòa tan là gì?
Oxy hòa tan là độ oxy tự do không hợp chất có trong nước hoặc các chất lỏng khác. Đây là một thông số quan trọng trong việc đánh giá chất lượng nước vì ảnh hưởng của nó đối với các sinh vật sống trong môi trường nước. Mức oxy hòa tan quá cao hoặc quá thấp có thể gây hại cho tất cả sinh vật sống trong nước và ảnh hưởng đến chất lượng nước.
Oxy không hợp chất hoặc oxy tự do [O2] là oxy không liên kết với bất kỳ yếu tố nào khác. Oxy hòa tan là sự hiện diện của các phân tử O2 tự do trong nước. Phân tử Oxy liên kết trong nước [H2O] nằm trong một hợp chất và không được tính vào mức oxy hòa tan.
Nguồn gốc của Oxy hòa tan [DO]
Oxy hòa tan vào nước qua không khí hoặc dưới dạng sản phẩm phụ của thực vật. Từ không khí, oxy có thể từ từ khuếch tán qua bề mặt nước từ bầu khí quyển xung quanh, hoặc được hòa trộn nhanh chóng qua sục khí, cho dù là tự nhiên hay nhân tạo.
Việc sục khí của nước có thể được gây ra bởi gió [tạo sóng], ghềnh, thác nước, xả nước ngầm hoặc các dạng nước chảy khác. Hoặc sử dụng các loại máy sục tạo oxy nhân tạo.
Oxy hòa tan cũng được tạo ra từ quá trình quang hợp của thực vật phù du, tảo, rong biển và các loại thực vật thủy sinh khác.
Độ bão hòa oxy hòa tan
Trong một môi trường nước ổn định không có sự phân tầng, oxy hòa tan sẽ duy trì ở mức bão hòa không khí 100%. Độ bão hòa không khí 100% có nghĩa là hơi nước ở trạng thái cân bằng.
Ở trạng thái cân bằng, tỷ lệ phần trăm chất khí trong nước sẽ tương đương với tỷ lệ phần trăm của chất khí đó trong khí quyển, tức là áp suất riêng phần của nó. Nước sẽ từ từ hấp thụ oxy và các khí khác từ khí quyển cho đến khi đạt đến trạng thái cân bằng khi bão hòa hoàn toàn.
Ở vùng nước sâu hơn, DO có thể duy trì dưới 100% do sự hô hấp của các sinh vật dưới nước và sự phân hủy của vi sinh vật. Các mức nước sâu hơn này thường không đạt đến trạng thái cân bằng bão hòa không khí 100% vì chúng không đủ cạn để bị ảnh hưởng bởi sóng và quang hợp ở bề mặt. Nước này nằm dưới một ranh giới vô hình gọi là thermocline [độ sâu mà tại đó nhiệt độ nước bắt đầu giảm].
Những yếu tố ảnh hưởng đến Oxy hòa tan
Lượng hơi nước bão hòa trong không khí 100% không nhất thiết phải có cùng nồng độ oxy hòa tan. Lượng oxy hòa tan thực tế [tính bằng mg/L] sẽ thay đổi tùy theo nhiệt độ, áp suất và độ mặn.
Độ hòa tan của oxy giảm khi nhiệt độ tăng:
Điều này có nghĩa là nước ấm hơn đòi hỏi oxy hòa tan ít hơn để đạt độ bão hòa không khí 100% so với nước sâu hơn, mát hơn. Ví dụ, ở mực nước biển [1 atm hoặc 760 mmHg] và 4°C, nước bão hòa không khí 100% sẽ chứa 10,92 mg / L oxy hòa tan. Nhưng nếu nhiệt độ được tăng lên đến nhiệt độ phòng, 21°C, sẽ chỉ có 8,68 mg / L DO ở độ bão hòa không khí 100%.
Oxy hòa tan giảm khi độ mặn tăng:
Đó là lý do tại sao, ở cùng áp suất và nhiệt độ, nước mặn có độ oxy hòa tan ít hơn khoảng 20% so với nước ngọt.
Oxy hòa tan sẽ tăng khi áp suất tăng:
Điều này đúng với cả áp suất khí quyển và áp suất thủy tĩnh. Nước ở độ cao thấp hơn có thể chứa nhiều oxy hòa tan hơn nước ở độ cao cao hơn. Độ bão hòa không khí giảm 10% mỗi mét tăng độ sâu do áp suất thủy tĩnh. Điều này có nghĩa là nếu nồng độ oxy hòa tan ở mức bão hòa không khí 100% ở bề mặt, thì nó sẽ chỉ ở độ bão hòa không khí 70% ba mét dưới bề mặt.
Tóm lại, nước ngọt lạnh hơn, sâu hơn có khả năng giữ nồng độ oxy hòa tan cao hơn, nhưng do sự phân hủy của vi sinh vật, thiếu tiếp xúc với khí quyển để khuếch tán và không có quang hợp, mức DO thực tế thường thấp hơn 100% độ bão hòa.
Nước mặn ấm, nông đạt độ bão hòa không khí 100% ở nồng độ thấp hơn, nhưng thường có thể đạt được mức trên 100% do quang hợp và sục khí. Vùng nước nông cũng gần với độ bão hòa 100% do tiếp xúc với khí quyển và khuếch tán không đổi.
Nếu có sự xuất hiện đáng kể của quang hợp hoặc thay đổi nhiệt độ nhanh, nước có thể đạt được mức DO trên độ bão hòa không khí 100%. Ở các mức này, oxy hòa tan sẽ tiêu tan vào nước và không khí xung quanh cho đến khi nó thoát ra ở mức 100%.
Công thức và cách tính DO trong nước
Đơn vị oxy hòa tan
Oxy hòa tan thường được tính bằng miligam mỗi lít [mg / L] hoặc tính bằng phần trăm bão hòa không khí. Tuy nhiên, một số nghiên cứu sẽ báo cáo DO theo phần triệu [ppm] hoặc tính bằng micromol [umol].
1 mg / L bằng 1 ppm.
Một micromole oxy bằng 0,022391 miligam
Đơn vị này thường được sử dụng trong các nghiên cứu đại dương. Do đó, 100 umol / L O2 bằng 2,2 mg / L O2.
Cách tính DO từ % độ bão hòa không khí
Để tính toán nồng độ oxy hòa tan từ bão hòa không khí cần biết 2 yếu tố chính gồm:
- Nhiệt độ và độ mặn của mẫu.
- Áp suất khí quyển đã được tính là áp suất riêng phần của oxy đóng góp vào phần trăm bão hòa không khí.
Độ mặn và nhiệt độ sau đó có thể được sử dụng trong Định luật Henry để tính toán nồng độ DO sẽ ở mức bão hòa không khí 10 %. Tuy nhiên, việc sử dụng biểu đồ hòa tan oxy sẽ dễ dàng hơn. Những biểu đồ này cho thấy nồng độ oxy hòa tan ở độ bão hòa không khí 100% ở các nhiệt độ và độ mặn khác nhau. Giá trị này sau đó có thể được nhân với độ bão hòa phần trăm không khí đo được để tính nồng độ oxy hòa tan.
O2 mg / L = [Đo% DO] * [Giá trị DO từ biểu đồ ở nhiệt độ và độ mặn]
Ví dụ: 70% DO đo được 35 ppt độ mặn 15 ° C = 70 * 8.135 = 5.69 mg / L DO
Phương pháp đo nồng độ oxy hòa tan trong nước
Để xác định chính xác nồng độ oxy hòa tan trong nước thì chúng ta cần sử dụng 1 thiết bị được gọi là máy đo oxy hòa tan. Loại thiết bị này được trang bị một đầu điện cực chuyên dụng và một máy đo giúp hiệu chuẩn và xem kết quả đo trên màn hình điện tử.
Thiết bị Thịnh Phú là đơn vị chuyên cung cấp các loại máy đo oxy hòa tan Hanna với mức giá cạnh tranh và nhiều chính sách ưu đãi tốt nhất.
Một vài tính năng chính máy đo oxy hòa tan Hanna:
- Bù nhiệt độ tự động: Tự động điều chỉnh nhiệt độ phù hợp với nhiệt độ môi trường và nhiệt độ chuẩn mà máy đo áp dụng.
- Bù độ mặn và độ cao: Cho phép đo dung dịch có độ mặn cao và đo ở những khu vực có độ cao từ 2000 – 4000m.
- Hiển thị nhiều đơn vị đo và cho phép chuyển đổi qua lại giữa các đơn vị đo này.
Kết luận: Nồng độ oxy hòa tan viết tắt là DO có ý nghĩa quyết định đến sự phát triển và tồn tại của sinh vật trong nhiều nguồn nước, các loại thực vật, động vật thủy sinh. Cần giám sát và quản lý lượng DO ở mức hợp lý nhất.
Thiếu dưỡng khí ở cá hay còn gọi là thiếu oxy ở cá [Hypoxia] hay cá chết ngạt hay cá nổi đầu là hiện tượng lượng oxy trong nước xuống thấp ngưỡng chịu đựng dẫn đến hiện tượng cá chết hàng loạt [cá chết trắng]. Tình trạng thiếu oxy sinh thái [thiếu oxy] là một trong những nguyên nhân tự nhiên phổ biến nhất của cá chết. Nguyên nhân có thể là do nhiệt độ thay đổi, hạn hán, lụt bão, cá tập trung quá đông và sự phát triển bất thường của các sinh vật thủy sinh như thủy triều đỏ, nước nở hoa. Nồng độ oxy cạn kiệt là nguyên nhân phổ biến nhất của hiện tượng cá chết.
Cá chép chết ngạt ở hồ do thiếu dưỡng khí
Cá sống trong nước cần dưỡng khí [oxy] đầy đủ để thực hiện quá trình trao đổi chất. Mỗi loài cá, mỗi giai đôạn phát triển và điều kiện môi trường khác nhau, yêu cầu lượng oxy khác nhau. Lúc lượng oxy hòa tan trong nước thấp quá giới hạn sẽ làm làm cho cá chết ngạt. Cá trắm cỏ, cá trắm đen, cá mè trắng, cá mè hoa thường hàm lượng Oxy trong nước khoảng 1mg/l, cá bắt đầu nổi đầu đến 0,4-0,6mg/l thì cá chết chết ngạt. Cá chép, cá diếc chết ngạt ở lượng oxy hòa tan 0,1-0,4mg/l, cá vền khoảng là 0,4-0,5mg/l.
Mục lục
- 1 Nguyên nhân
- 2 Biểu hiện
- 3 Tham khảo
- 4 Xem thêm
Nhiệt độ ấm hơn có thể thúc đẩy quá trình phát triển các đám tảo dưới nước với tốc độ nhanh hơn, khiến chúng hấp thụ oxy nhiều hơn và lấy hết dưỡng khí của cá[1]. Thời tiết nóng cũng sẽ khiến lượng oxy trong nước giảm thấp hơn so với điều kiện thời tiết bình thường. Đây có thể là nguyên nhân khiến cá thiếu oxy và chết[2] Trong trường hợp thủy triều có sự thay đổi đột ngột không theo quy luật tự nhiên, nước chạy yếu đã làm hạn chế sự khuếch tán oxy trong nước[3].
Hạn hán có thể dẫn đến khối lượng nước thấp hơn để ngay cả khi nước có chứa một mức độ cao của oxy hòa tan, khối lượng giảm có thể không đủ cho số lượng cá. Hạn hán thường xảy ra cùng với nhiệt độ cao để các năng vận chuyển oxy của nước cũng có thể được giảm. Dòng chảy thấp cũng làm giảm độ pha loãng có sẵn cho phép thải nước thải được xử lý hoặc chất thải công nghiệp. Độ pha loãng giảm làm tăng nhu cầu oxy hữu cơ tiếp tục giảm nồng độ oxy có sẵn cho cá. Thời tiết nắng nóng kéo dài có những ngày nhiệt độ lên đến 40oC ngoài không khí, trên các ao nuôi nhiệt độ nước mặt đôi khi lên đến 36-380C, nhiệt độ này nằm ngoài giới hạn nhiệt độ của các loài cá nuôi truyền thống [22-280C]. Do vậy cá nuôi trong ao sẽ yếu dần, ăn kém và nguy cơ mắc bệnh rất cao[4][5]
Cùng với đó khi nhiệt độ môi trường không khí và môi trường nước lên cao oxy hòa tan vào nước sẽ thấp, mức độ tiêu thụ oxy của các loài thủy sinh vật trong ao tăng dẫn đến các hiện tượng thiếu oxy trong nước. Khi nhiệt độ lên cao quá trình chuyển hóa hóa học, phản ứng sinh hóa dẫn đến thiếu oxy trong tầng đáy cũng như trong ao. Thiếu oxy dẫn đến quá trình phân hủy thiếu khí tạo thành các khí độc: NH3, H2S, CH4 sẽ dẫn tới tình trạng cá bị sốc, ngộ độc, giảm sức đề kháng và bệnh sẽ phát triển. Nếu quá trình thiếu khi xảy ra trong thời gian dài, các động vật thủy sản nuôi sẽ bị chết ngạt do thiếu oxy. Hơn 70.000 tấn cá chết ở khu vực sông Magdalena, Columbia nguyên nhân được cho là do mực oxy hạ xuống thấp sau bão lớn, gây thiếu dưỡng khí cho cá[1].
Hiện tượng cá chết ngạt do thiếu oxy còn xảy ra ở những ao hồ nước tĩnh nhất là những mặt nước tĩnh có nhiều mùn bã hữu cơ hoặc bón quá nhiều phân hữu cơ. Việc nuôi cá với mật độ quá dày, khoảng cách giữa các bè quá chật đã hạn chế không gian sống của cá, chế độ dinh dưỡng cho cá không tuân thủ theo yêu cầu làm phát sinh vi khuẩn gây hại trong nước và việc gia tăng hàm lượng hữu cơ dư thừa từ nguồn thức ăn đã làm cho hàm lượng oxy hòa tan trong nước bị suy giảm[3].
Cá thiếu oxy thường nỗi lên mặt nước, đớp không khí để hô hấp gọi là hiện tượng cá nổi đầu. Nếu thiếu dưỡng khí kéo dài thì môi dưỡi nhô ra, màu sắc trên lưng biến nhạt, trong ao hồ nuôi cá, cá mè nổi đầu trước rạng đông thì mức độ tương đối nhẹ, trái lại toàn bộ cá trong ao nổi đầu từ 12 giờ đêm về trước hoặc trong nước bơi lội toán loạn, tư thế nằm thẳng, lúc húc đầu vào bờ chứng tỏ thủy vực thiếu oxy nghiêm trọng, nếu không có biện pháp xử lý cá sẽ chết hàng loạt thậm chí chết toàn bộ.
Thiều oxy kéo dài làm cho cơ thể cá thiếu máu, sinh trưởng châm, hàm dưới lồi ra ngoài. Mùa hè cá, tôm dễ bị nổi đầi nhất là khi trời sấm sét mà không có mưa hay trước mưa dong do các áp suất khô khí giảm thấp O2 hòa tan và nước giảm làm cho cá, nổi đầu hoặc có khi mưa giông rất ngắn, nhiệt độ nước ở tầng mặt giảm, tầng đáu cao gây ra hiện tượng đối lưu, các chất mùn bã hữu cơ ở tầng đáy được đảo lên tăng cường phân hủy tiêu hao nhiều O2 đồng thời thấy khí độc như H2S, NH3, CO2 làm cho cá nổi đầu.
Những ao hồ tảo phát triển mạnh, ban ngày chúng tiến hành quang hợp sản sinh ra nhiều O2, nhưng ngược lại vào ban đêm trong quá trình hô hấp, chúng lại lấy nhiều O2 môi trường và thải ra nhiều CO2 dễ làm cho cá nổi đầu. Có lúc trong môi trường đầy đủ nhưng CO2 [Cacbonic] quá cao lên đến 80mg/l ở nhiệt độ 20-31oC, CO2 trong máu cá không thoát ra ngoài được làm hôn mê thần kinh trung ương. Cá khó lấy O2 hòa tan trong nước, nếu hàm lượng cacbonic trong nước 20mg/l mà cá nỗi đầu thì do nước thiếu O2 là chủ yếu.
- ^ a b //vnexpress.net/photo/moi-truong/nhung-vu-ca-chet-hang-loat-tren-the-gioi-3394679.html
- ^ “Cá chết phủ trắng cảng ở Mỹ - VnExpress”. VnExpress - Tin nhanh Việt Nam. Truy cập 13 tháng 7 năm 2014.
- ^ a b //tuoitre.vn/tin/chinh-tri-xa-hoi/20160107/ca-chet-hang-loat-o-dong-nai-do-ngat-tho/1034419.html
- ^ “Phòng chống hiện tượng cá chết hàng loạt vào mùa hè”. Truy cập 13 tháng 7 năm 2014.[liên kết hỏng]
- ^ “Vì sao cá chết hàng loạt?”. Báo Hànộimới. Bản gốc lưu trữ ngày 14 tháng 7 năm 2014. Truy cập 13 tháng 7 năm 2014.
- Cá chết hàng loạt
- Thủy triều đỏ
- Nước nở hoa
- Ô nhiễm nguồn nước
- Ô nhiễm môi trường