Các chất oxy hóa tăng cường chất lượng nước nuôi trồng thủy sản

Các chất oxy hóa tăng cường chất lượng nước nuôi trồng thủy sảnhttp://www.vietnamchemtech.com.vn/chitietTT.asp?cate_id=4&news_id=899
Các chất oxy hóa được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản có tác dụng khử trùng hoặc để tăng cường chất lượng nước. Hydrogen peroxide (H₂O₂ – oxy già) và sodium carbonate peroxyhydrate (Na₂CO₃·1.5H₂O₂) có thể dùng làm nguồn cung cấp oxy hòa tan trong các trường hợp khẩn cấp khi không thể có được sục khí cơ học. Sodium nitrate (Na₂NO₃) và calcium peroxide (CaO₂) có thể được sử dụng như là các chất oxy hóa bùn lắng. Khi được sử dụng đúng hàm lượng, các hợp chất peroxide an toàn về môi trường, bởi vì chúng tan thành nước, oxy phân tử, ion sodium (Na⁺) hoặc calcium (Ca₂⁺) và bicarnonate (HCO₃^-). Sodium nitrate cũng có thể không gây ra các vấn đề môi trường.

Một số chất oxy hóa được sử dụng trong nuôi trồng thủy sản bao gồm hợp chất chlorine như là calcium hypochlorite [Ca(OCl)₂], potassium permanganate (KMnO₄), hydrogen peroxide (H₂O₂) sodium carbonate peroxyhydrate (Na₂CO₃·1.5H₂O₂), calcium peroxide (CaO₂) và sodium nitrate (Na₂NO₃).

Hình: Các chất oxy hóa dùng để khử trùng nước và cải thiện các thông số chất lượng nước.

Các hợp chất chlorin này được dùng chủ yếu để khử trùng. Potassium permanganate và hợp chất peroxide được dùng để khử trùng và điều trị nhiễm khuẩn và nấm bên ngoài trên trứng và cá, thường ở các trại ương giống, nhưng đôi khi cũng dùng trong các ao nuôi. Potassium permanganate, hợp chất peroxide và sodium nitrate cũng thỉnh thoảng được dùng để tăng cường chất lượng nước.

Potassium Permanganate

Potassium permanganate đang được quảng bá là một phương pháp oxy hóa chất hữu cơ trong các ao và nhờ đó giảm nhu cầu oxy và tăng hàm lượng oxy hòa tan. Tuy nhiên, nghiên cứu thực hiện tại Đại học Auburn và các trạm nghiên cứu khác nhận thấy rằng xử lý bằng potassium permanganate thường diệt thực vật phù du và có thể trên thực tế dẫn đến hàm lượng oxy hòa tan thấp hơn.

Trong các điều kiện nhất định, potassium permanganate có thể được dùng để khử hydrogen sulfate và sắt (Fe²⁺) từ các nguồn nước cấp cho các trại ương và từ nước ao. Lượng potassium permanganate cần để khử 1 mg/L hydrogen sulfate hoặc sắt (Fe²⁺) tương ứng là 6,19 và 0,94 mg/L.

Sục khí thông thường là một cách làm rẻ tiền và hiệu quả hơn nhiều để khử hydrogen sulfate và sắt (Fe2+) từ nước. Nói chung, potassium permanganate không phải là chất nâng cao chất lượng nước hữu dụng.

Sodium Nitrate

Sodium nitrate được dùng làm phân bón để kích thích tảo trong các ao nuôi tôm. Dù đôi khi được cho là để tăng cường hàm lượng oxy hòa tan trong nước thì hợp chất này không giải phóng oxy phân tử. Dĩ nhiên là hợp chất này dùng làm nguồn cung oxy cho vi khuẩn khử nitrat nhằm khử nitrat thành khí nitơ. Khi hàm lượng nitrat có thể đo được vẫn ở trong nước hoặc bùn, thế oxy hóa khử sẽ quá cao cho việc sản sinh ion sắt và hydrogen sulfide bởi vi khuẩn yếm khí.

Sodium nitrate có thể tốt cho chất lượng nước trong các ao, nhưng chất này đắt và các lợi ích kinh tế của việc sử dụng chất này chưa được nghiên cứu kỹ càng. Hợp chất nitrat như potassium, calcium và ammonium nitrate có tính hóa học cũng giống như sodium nitrate, nhưng chỉ sodium nitrate đang được dùng rộng rãi là chất oxy hóa bùn.

Hydrogen Peroxide

Hydrogen peroxide thường được cho vào nước trong các bể dùng để vận chuyển cá con đến các vùng xa ở Ấn Độ và các nước châu Á khác, bởi vì chất này tự động phân hủy trong nước để giải phóng oxy phân tử. Một giọt khoảng 0,5 mL hydrogen peroxide 6% cung cấp khoảng 1,5 mg/L oxy hòa tan trong 1 L nước.

Hydrogen peroxide cũng đôi khi được dùng làm nguồn cấp oxy hòa tan khẩn cấp trong các khu nuôi cá hồi raceway, các ao và các hệ thống nuôi khác.

Sự có mặt của chất hữu cơ trong các khu nuôi dùng làm chất xúc tác để thúc đẩy quá trình phân hủy hydrogen peroxide và giải phóng oxy hòa tan. Sự hòa trộn trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản cũng tạo thuận lợi giải phóng nhanh oxy từ hydrogen peroxide.

Các nghiên cứu ở các bể và ao nuôi cá cho thấy hàm lượng hydrogen peroxide giảm từ 15,0 đến 25,0 mg/L ngay sau khi xử lý từ 0,4 đến 2,0 mg/L sau 24 giờ. Không có nhiều thông tin về độ độc của hydrogen peroxide đối với cá và tôm, nhưng số liệu hiện tại đưa ra giả thuyết hàm lượng trên 5 mg/L trong hơn vài giờ có thể nên cần tránh.

Sodium Carbonate Peroxyhydrate

Sodium carbonate peroxyhydrate (SCP) là hợp chất rắn gồm 2 phần sodium carbonate và ba phần hydrogen peroxide. SCP phân hủy trong nước thành sodium carbonate và hydrogen peroxide.

Hydrogen peroxide từ SCP phân hủy theo cách giống như hydrogen peroxide thường phản ứng để giải phóng oxy phân tử. Sodium carbonate từ SCP phản ứng để tạo thành bicarbonate và tăng tổng độ kiềm. Mức sử dụng 1 mg/L SCP về mặt lý thuyết sẽ giải phóng 0,15 mg/L oxy hòa tan và tăng tổng độ kiềm lên 0,64 mg/L.

Cả hydrogen peroxide và SCP thường được khuyên dùng làm nguồn cung khẩn cấp oxy hòa tan trong các ao nuôi và nuôi cá hồi raceway. Tuy nhiên, liều lượng xử lý đối với các hợp chất này có thể khá cao.

Ví dụ như để cung cấp 1,5 mg/L oxy hòa tan ở ao 1 ha độ sâu 1 m có thể cần 500 L hydrogen peroxide 6%. Dĩ nhiên, liều xử lý có thể giảm xuống bằng cách dùng dung dịch mạnh hơn, nhưng do tính phản ứng cao của nó, có thể nguy hiểm khi dùng ở hầu hết các cơ sở nuôi trồng thủy sản dung dịch hydrogen peroxide mạnh hơn 20 đến 30%.

Chi phí cũng có thể khá lớn. Giả sử giá sỉ khoảng 1,50 Đô là Mỹ/kg hydrogen peroxide tinh khiết thì sẽ tốn chi phí khoảng 47,82 Đô la Mỹ để đáp ứng số lượng cần để cung cấp 1,5 mg/L oxy hòa tan ở một ao mẫu. Chi phí SCP tính theo đơn vị oxy hòa tan sẽ có khả năng nhiều hơn hydrogen peroxide, nhưng việc bảo quản và sử dụng SCP có thể có ít nguy hại về an toàn.

Nước chảy qua các bể nuôi cá hồi raceway thường là nhanh thay đổi 3 vòng/giờ. Các nghiên cứu cho thấy sự giải phóng oxy hòa tan từ hydrogen peroxide trong vòng 1 giờ sau khi sử dụng tương đối ít. Phần lớn hydrogen peroxide có thể bị trôi khỏi hệ thống raceway và một phần khác chảy qua hệ thống trước khi giải phóng hầu hết oxy của nó.

Calcium Peroxide

Calcium peroxide là chất rắn ít nguy hại hơn hydrogen peroxide để bảo quản và sử dụng. Chất này thấy rõ không hòa tan được trong nước nhưng phản ứng trong nước để giải phóng oxy phân tử. Một mg calcium peroxide sẽ giải phóng khoảng 0,22 mg oxy. Vì tính hòa tan chậm, nên chất này sẽ lắng xuống đáy ao, ở đó nó sẽ dần dần giải phóng oxy phân tử.

Ở Nhật, calcium peroxide được đưa xuống đáy các ao nuôi lươn với liều 25 – 100 g/m² định kỳ hàng tháng để oxy hóa sulfide sản sinh trong bùn yếm khí. Hiệu quả của quá trình này so với việc sử dụng sodium nitrate làm chất oxy hóa bùn đáy thì không so sánh được. Calcium peroxide khác với sodium nitrate là ở chỗ oxy được giải phóng trực tiếp, đúng hơn là được cung cấp cho vi khuẩn ở một dạng hỗn hợp.

Phản ứng của calcium peroxide trong nước cũng sản sinh calcium hydroxide, làm cho pH tăng. Calcium hydroxide phản ứng với carbon dioxide để hình thành bicarbonate hạn chế tăng pH và góp vào tổng độ kiềm.

Ngoài ra, ion calcium cũng làm tăng tổng độ cứng. Mỗi một mg calcium peroxide có khả năng tạo ra khoảng 1,39 mg tổng độ cứng và tổng kiềm. Do đó chất vôi có giá trị trung hòa cao bổ sung làm nguồn cung oxy phân tử.

Tiến sĩ Claude E. Boyd Khoa Thủy sản và liên minh nuôi trồng thủy sản Đại học Auburn – Auburn, Alabama 36849 USA

Theo Advocate – Tạp chí thủy sản nuôi toàn cầu tháng 01-02/2013