Chất rắn hòa tan và chất rắn lơ lửng trong hệ thống nuôi trồng thủy sản

Các ao nuôi trồng thủy sản chứa nhiều loại chất rắn hòa tan và lơ lửng. Vật chất được chia thành chất rắn, chất lỏng và chất khí. Trong nuôi trồng thủy sản, nước là chất lỏng chính được quan tâm, vì nó là dung môi trong đó các chất hòa tan (chất rắn và khí) được hòa tan hoặc lơ lửng (chất rắn). Các chất khí trong nước được đo bằng các quy trình khác với chất rắn và chúng phải được xử lý riêng.

Chất rắn hòa tan và lơ lửng đóng vai trò quan trọng trong hệ thống sản xuất nuôi trồng thủy sản và liên quan đến chất lượng nước và đáy ao. Nguồn: Darryl Jory

Chất rắn, giống như các loại vật chất khác, được cấu tạo từ nhiều hạt. Các hạt cơ bản nhất là proton, neutron, electron và các thực thể nhỏ hơn tạo nên nguyên tử. Tuy nhiên, trong thực tế, thuật ngữ hạt được định nghĩa rộng hơn là một mảnh nhỏ của một cái gì đó (vật chất), ví dụ, một mảnh chất hữu cơ hoặc một hạt đất. Tất nhiên, thuật ngữ này cũng mở rộng cho các nguyên tử, ion, phức hợp ion và phân tử hòa tan trong nước cũng như các hạt đất khoáng, vi khuẩn sống, sinh vật phù du, và các mảnh không sống của chất hữu cơ lơ lửng trong nước. Các hạt lơ lửng trong nước lắng chậm do khối lương riêng thấp và kích thước hạt nhỏ. Sự xáo trộn trong nước cũng giúp duy trì chúng ở dạng huyền phù.

Các hạt hòa tan nhỏ hơn các hạt lơ lửng và chủ yếu bao gồm các nguyên tử, ion, phức hợp ion và phân tử. Trong phân tích chất lượng nước, các hạt có kích thước nhỏ hơn 2 micromet (mm) hoặc 0.000001m được coi là hòa tan. Mẫu nước đi qua một bộ lọc với màng lọc 2mm, các hạt  đi qua bộ lọc là chất rắn hòa tan trong khi những hạt bị giữ lại trên bộ lọc là chất rắn lơ lửng.

Phân loại và cách xác định

Các chất rắn trong nước được phân loại theo một phương pháp khá phức tạp. Tổng chất rắn (TS) được xác định bằng cách làm bay hơi một thể tích nước đã biết nhưng chưa lọc trong một đĩa cân, xác định trọng lượng của phần chất rắn còn lại sau bay hơi, thường biểu thị bằng mg/L. Tổng chất rắn bao gồm chất rắn hòa tan và chất rắn lơ lửng. Đĩa và cặn từ phân tích TS có thể được đốt trong lò nung và cân. Phần khối lượng bị giảm gọi là tổng chất rắn bay hơi (TVS) bao gồm chất hữu cơ hòa tan và dạng hạt, trong khi phần còn lại là chất vô cơ được gọi là tổng chất rắn cố định (TFS).

Tổng nồng độ chất rắn hòa tan (TDS) được xác định bằng cách cho một thể tích nước đã biết qua bộ lọc 2μm, làm bay hơi phần dịch lọc trong một đĩa đã rửa sạch, xác định trọng lượng của cặn và biểu thị bằng mg/L. Đĩa và cặn trong đĩa được đốt trong lò nung và cân. Khối lượng giảm là tổng chất rắn bay hơi hòa tan (TDVS) và cặn là chất rắn hòa tan vô cơ hoặc tổng chất rắn cố định hòa tan (TDFS). Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) trong một mẫu có thể được xác định là TS trừ đi TDS và tổng chất rắn lơ lửng dễ bay hơi (TSVS) có thể được xác định là TVS trừ đi TDVS.

Trong quản lý chất lượng nước, nồng độ TSS là một chỉ số quan trọng. Phương pháp xác định TSS là cho một lượng nước đã biết qua giấy lọc 2mm, làm khô giấy và xác định khối lượng. Khối lượng này là nồng độ TSS (hoặc chất dạng hạt). Ngoài ra, giấy lọc và cặn có thể được đốt cháy trong lò nung và trọng lượng mất đi là nồng độ TSVS (hoặc nồng độ chất hữu cơ dạng hạt).

Các hạt lơ lửng trong nước có xu hướng lắng chậm. Các yếu tố chính ảnh hưởng đến tốc độ lắng là đường kính hạt, khối lượng riêng của hạt và nhiệt độ nước. Ngoài ra, nhiệt độ nước cũng ảnh hưởng đến khối lượng riêng và độ nhớt của nước. Cả hai biến số này đều giảm khi nhiệt độ nước tăng lên, làm cho các hạt lắng xuống nhanh hơn.

Sinh vật phù du có kích thước từ rất nhỏ (0.2-2μm) đến khá lớn (200-20,000μm). Các sinh vật phù du nhỏ bé hầu hết sẽ đi qua màng lọc 2μm và được coi là các hạt hòa tan. Các loài phiêu sinh vật khác lớn hơn và lơ lửng. Sinh vật phù du có trọng lượng riêng nhỏ (1.02-1.05g/cm3) nhưng nặng hơn nước (1.00 g/cm3) và dễ chìm khi chuyển động của nước thấp.

Sự lắng 

Một hạt hình cầu sẽ lắng nhanh hơn hạt có hình dạng khác và hầu hết các loài sinh vật phù du không có hình cầu hoàn hảo. Nhiều loài có hình dạng dài và không đều, một số khác có dạng sợi đa bào hoặc khuẩn lạc, một số tảo lam có không bào khí giúp tăng khả năng nổi và tảo có roi cho phép di động tránh chìm. Tuy nhiên, nhiều sinh vật phù du khác phụ thuộc vào chuyển động của nước để duy trì chúng ở tầng bề mặt, nơi có đủ ánh sáng cho quá trình quang hợp.

Các chất rắn lơ lửng khác cũng có xu hướng lắng xuống, nhưng số lượng các hạt lơ lửng trong nước phụ thuộc nhiều vào chuyển động của nước. Phần lớn các ao nuôi dùng thức ăn công nghiệp và có sục khí thì dòng nước do sục khí tạo ra vừa làm xói mòn các hạt đất từ đáy ao vừa giúp duy trì các hạt chất rắn lơ lửng. Trong nhiều ao nuôi thủy sản bằng đất có sục khí, nồng độ chất rắn lơ lửng hữu cơ và vô cơ là tương đương nhau.

Các ao giữ nước ở điều kiện tĩnh trong thời gian tương đối dài có xu hướng hoạt động như các bể lắng. Một nghiên cứu gần đây từ khoảng 150 ao nuôi thủy sản ở các mức độ thâm canh khác nhau cho thấy rằng trầm tích tích tụ ở đáy ao với tốc độ trung bình khoảng 1cm mỗi năm. Tuy nhiên, tỷ lệ hàng năm có thể là 5 đến 10cm trong các ao mới và giảm dần khi ao cũ đi và xu hướng xói mòn giảm.

Quá trình lắng cũng xảy ra khi nước từ các ao nuôi thủy sản được thải ra các vùng nước bên ngoài. Có một phép đo chất rắn để ước tính nhanh khả năng lắng đọng của các hạt lơ lửng trong nước. Một mẫu nước được đặt trong một hình nón 1 lít có các vạch định mức mililit ở đáy hẹp, nhọn. Hình nón này được gọi là bình nón Imhoff. Nước được giữ trong đó khoảng 1 giờ và thể tích chất rắn lắng trong đáy nhọn được đọc từ các vạch định mức. Lượng chất rắn này (đo bằng mL/L) được gọi là nồng độ chất rắn có thể lắng được.

Trong sản xuất nuôi trồng thủy sản 

Chất rắn vô cơ hòa tan trong nước không ảnh hưởng đến sự xuyên qua của ánh sáng. Ngược lại, chất rắn hữu cơ hòa tan và chất rắn lơ lửng làm giảm sự xuyên qua của ánh sáng. Các ao có nồng độ các chất hữu cơ hòa tan và các hạt lơ lửng cao thường có tốc độ quang hợp của thực vật phù du thấp. Do đó, để tránh độ đục do các hạt lơ lửng, có thể đưa nguồn nước đục qua bể lắng trước khi vào ao, lắp đặt các biện pháp làm giảm xói mòn đầu nguồn ao, xây dựng thảm cỏ trên bờ ao, lót bên trong bờ kè bằng tấm nhựa và bố trí máy sục khí để giảm thiểu xói mòn do dòng nước.

Nguồn: Boyd, C. E. (2021). Dissolved and suspended solids in aquaculture. Global Seafood Allience.