Hydrogen Sulfide độc nhưng có thể quản lý được

Các cách thực hành chính để giảm thiểu nguy cơ độc tính của hydrogen sulfide là cho ăn thận trọng để tránh thức ăn bị lãng phí ở đáy ao, sục khí nhiều để tránh mức oxy hòa tan thấp và tạo một dòng nước chảy có thêm oxy ngang qua bề mặt phân giới giữa đất và nước, bón vôi để ngăn chặn chất lắng đọng và nước có tính axit.

Tiến sĩ Claude E. Boyd, Khoa Thủy sản và Liên minh nuôi trồng thủy sản

Đại học Auburn, Auburn, Alabama 36849 USA

Hydrogen sulfide sinh ra ở lớp đất trầm tích chủ yếu là do các vi sinh vật khử sulfate, có thể khuếch tán vào lớp nước mặt bên trên và trong cột nước.

Lưu huỳnh là một nguyên tố thiết yếu cho thực vật, động vật và vi khuẩn, có ở các vùng nước tự nhiên và nước trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản, chủ yếu ở dạng ion sunfate.

Ở các khu vực ẩm ướt, nồng độ sunfate trong nước thường là 5-50 mg/L, nhưng trong vùng khô hạn, nồng độ thường vượt quá 100 mg/L.

Nước biển chứa trung bình 2.700 mg/L sulfate. Dù hiếm khi sử dụng sulfate cho các hệ thống nuôi trồng thủy sản đặc biệt để tăng nồng độ môi trường xung quanh, nhưng nó có trong thức ăn và một số cách cải thiện chất lượng nước.

Các vấn đề trong nuôi trồng thủy sản

Vấn đề chính liên quan đến lưu huỳnh trong nuôi trồng thủy sản là thường xuyên có nồng độ độc hydrogen sulfide.

Sulfide có thể xuất hiện trong nước bởi vì nó là chất chuyển hóa của Desulfovibrio (vi khuẩn khử sulfate) và vài loài vi khuẩn khác được tìm thấy ở các vùng kỵ khí – thường là ở đất trầm tích.

Các loài vi khuẩn này sử dụng oxy từ sulfate như một sự thay thế oxy phân tử trong quá trình hô hấp.

Có ba dạng của sulfide (H2S, HS- và S2-) và chúng tồn tại ở một mức cân bằng tùy thuộc nhiệt độ và pH. Ảnh hưởng của pH lên sự phân bố của ba dạng này khi ở nhiệt độ 25 °C được thể hiện trong Hình 1.

Khi pH tăng lên, tỷ lệ hydrogen sulfide giảm và như thế HS- tăng cho đến khi hai dạng này có tỷ lệ xấp xỉ bằng nhau ở pH 7. Ở pH cao hơn, HS là dạng trội hơn và không có dạng S2- cho đến khi pH trên 11.

Hydrogen sulfide có tính độc đối với động vật thủy sản bởi vì nó cản trở quá trình tái oxy hóa của cytochrome a3 trong quá trình hô hấp.

Tác động này gần như hoàn toàn là do H2S gây ra, trong khi đó về bản chất HS- là không độc. Ngay cả khi độc thì S2- không phải là vấn đề, bởi vì nó không xuất hiện ở các giá trị pH được nhận thấy trong các hệ thống nuôi trồng thủy sản.

Nồng độ Hydrogen Sulfide

Nồng độ hydrogen sulfide phải được ước tính từ tổng nồng độ sulfide, bởi vì các phương pháp để xác định sulfide trong nước điển hình đều đo tổng nồng độ của ba dạng sulfide.

Tỷ lệ H2S ở các giá trị pH và nhiệt độ khác nhau đưa ra trong Bảng 1 có thể được sử dụng để ước tính nồng độ hydrogen sulfide.

Để minh họa, giả sử pH là 7,5 ở 26 °C trong nước ngọt với nồng độ sulfide 0,5 mg/L. Hệ số đối với các điều kiện này là 0,238. Nhân hệ số với nồng độ sulfide 0,5 mg/L ra nồng độ H2S là 0,119 mg/L.

Trong nước biển có cùng nhiệt độ và pH, nồng độ sẽ ít hơn và với hệ số 0,9.

Sulfide trong đất trầm tích

Sự hình thành hydrogen sulfide ở đất trầm tích chủ yếu là kết quả của quá trình khử sulfate bởi các vi sinh vật.

Quá trình khử sulfate xuất hiện ở thế oxy hóa khử thấp hơn là cần thiết cho quá trình khử sắt và mangan bởi các vi sinh vật.

Do đó, sắt (hóa trị II) mangan (hóa trị II) thường có ở những nơi hydrogen sulfide được sinh ra.

Sắt, mangan và các kim loại khác phản ứng với hydrogen sulfide một cách nhanh chóng để tạo thành sunfide kim loại không tan mà kết tủa.

Quá trình này thường làm giảm nồng độ hydrogen sulfide trong đất trầm tích, nhưng đã có báo cáo về nồng độ trên 100 mg/L hydrogen sulfide ở một số loại đất trầm tích.

Hydrogen sulfide trong đất trầm tích có thể khuếch tán vào trong lớp nước mặt bên trên, cũng có thể được trộn vào cột nước bởi hoạt động sinh học và xáo trộn trầm tích do kéo lưới và các dòng nước mạnh do gió hoặc thông khí cơ học.

Nếu tốc độ hydrogen sulfide khuyếch tán vào nước vượt quá tốc độ oxy hóa của nó thì sẽ phát hiện được nồng độ của độc tố tiềm tàng này trong cột nước – đặc biệt là trong lớp nước cao vài cm trên bề mặt phân giới giữa đất trầm tích và nước.

Độc tính

Các giá trị LC50 96 giờ (gây chết 50% sinh vật thí nghiệm trong 96 giờ) của hydrogen sulfide đối với các loài cá nước ngọt nằm trong khoảng 20-50 µg/L, các nồng độ gây căng thẳng và làm cho cá dễ nhiễm bệnh còn thấp hơn nhiều. Một cách đo độc tính – LC50 phản ánh nồng độ của một hợp chất trong nước làm chết 50% động vật thí nghiệm trong một thời gian đã xác định, ví dụ như LC50 96 giờ.

Lý tưởng là cá nước ngọt không nên phơi nhiễm ở nồng độ hydrogen sulfide trên 2 µg/L trong thời gian dài. Tôm và các loài hải sản khác có xu hướng chống chịu được hydrogen sulfide hơn các loài nước ngọt.

Các giá trị LC50 96 giờ của hydrogen sulfide đối với các loài sinh vật biển nằm trong khoảng 50-500 µg/L.

Tuy nhiên, nồng độ hydrogen sulfide có lẽ không nên vượt quá 5 µg/L trong các ao nuôi trồng thủy sản nước lợ có nồng độ nước biển cao nhất. Như với cá nước ngọt, nồng độ hydrogen sulfide cao làm các loài sinh vật biển dễ mắc bệnh hơn – đặc biệt là bệnh Vibriosis ở tôm​​.

Các nghiên cứu ở các hệ thống đất và nước trong phòng thí nghiệm được thực hiện tại Đại học Texas A & M đã đưa ra nồng độ sulfide cao trong nước ở lỗ rỗng trầm tích không ảnh hưởng đến tôm, miễn là bề mặt phân giới giữa đất và nước duy trì ở tình trạng hiếu khí và nồng độ oxy hòa tan trong cột nước là 70% oxy bão hòa hoặc cao hơn.

Các nghiên cứu cũng đã cho thấy nguy cơ độc tính hydrogen sulfide tăng khi pH đất trầm tích và nước thấp hơn.

Cách đo

Cách đo tổng nồng độ sulfide là một công việc phức tạp bằng các phương pháp thí nghiệm chuẩn, nhưng người nuôi trồng thủy sản có thể sử dụng bộ dụng cụ đo hydrogen sulfide để phân tích tổng sulfide dễ dàng hơn. Các bộ dụng cụ này cho số liệu tương đối đáng tin cậy.

Tất nhiên, ước lượng nồng độ hydrogen sulfide từ tổng nồng độ sulfide đòi hỏi số liệu về nhiệt độ nước và pH (Bảng 1).

Thường có thể phát hiện được sự xuất hiện của hydrogen sulfide là do có mùi trứng thối. Hydrogen sulfide có thể đo được trong nước thường có nghĩa là nồng độ oxy hòa tan trong nước hoặc tại bề mặt phân giới giữa đất trầm tích và nước ở mức thấp, nên tăng cường sục khí.

Bảng 1. Các hệ số để ước tính nồng độ hydrogen sulfide từ nồng độ tổng sulfide đo được. Đối với nước biển, nhân các hệ số với 0,9.

Quản lý

Như đã đề cập ở trên, các dòng nước do sục khí tạo ra có thể làm xáo trộn trầm tích, tạo thuận lợi để trộn hydrogen sulfide vào trong nước, nhưng các lợi ích tích cực của việc đưa thêm oxy bằng cách sục khí có tác dụng hơn nhiều.

Tuy nhiên, các thiết bị sục khí nên được lắp đặt theo cách giảm thiểu xáo trộn đất trầm tích.

Các cách thực hành chính để giảm thiểu nguy cơ độc tính của hydrogen sulfide là cho ăn thận trọng để tránh thức ăn bị lãng phí ở đáy ao, sục khí nhiều để tránh mức oxy hòa tan thấp và tạo một dòng nước chảy có thêm oxy ngang qua bề mặt phân giới giữa đất và nước, bón vôi để ngăn chặn chất lắng đọng và nước có tính axit.

Nên phơi kỹ đáy ao giữa các vụ. Đất trầm tích, bùn đáy ở những chỗ quá sâu để có thể khô hoàn toàn nên rút bỏ khỏi ao và đáy ao có tính axit nên được rải vôi.

Một số sản phẩm đôi khi được sử dụng cho ao vì chúng có khả năng làm giảm hydrogen sulfide.

Các sản phẩm này như là dùng kali permanganate ở nồng độ cao hơn nồng độ hydrogen sulfide sáu đến tám lần – permanganat có thể oxy hóa sulfide.

Các hợp chất sắt như oxit sắt đã được sử dụng cho đất trầm tích theo tỷ lệ 1 kg/m2 hoặc nhiều hơn để kích thích hydrogen sulfide trong nước ở lỗ rỗng đất trầm tích kết tủa thành sulfide sắt

. Dùng natri nitrat cho nước có thể giúp duy trì điều kiện có thêm oxy tại bề mặt phân giới giữa nước và đất, làm giảm cơ hội hydrogen sulfide khuếch tán vào trong nước.

Chế phẩm sinh học (men vi sinh,men tiêu hóa) thường được sử dụng trong ao với niềm tin sẽ làm giảm nguy cơ độc tính của hydrogen sulfide.

Vi khuẩn oxy hóa lưu huỳnh có sẵn trong ao nuôi và không biết chắc là các xử lý bằng men vi sinh (probiotic) có hiệu quả để loại bỏ hydrogen sulfide. Zeolite đôi khi được cho là hấp thụ hydrogen sulfide, nhưng tỷ lệ xử lý cần thiết nhằm có hiệu quả sẽ là quá nhiều để có giá cả phải chăng.

Hình 1. Ảnh hưởng của pH trên tỷ lệ tương quan của H2S, HS- và S2- 

Tags: con tom, nuoi tom, thuy san, nuoi trong thuy san, ao nuoi tom, che pham sinh hoc, quan ly ao nuoi