Nhu cầu oxy hòa tan và các yếu tố ảnh hưởng

Oxy hòa tan (DO) là một trong những yếu tố quan trọng nhất quyết định sức khỏe của hệ sinh thái thủy sinh. Các loài sinh vật như cá, tôm, và các vi sinh vật đều phụ thuộc vào lượng oxy hòa tan để duy trì sự sống và phát triển. Tuy nhiên, nồng độ oxy trong nước không phải lúc nào cũng ổn định, mà bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như nhiệt độ, độ mặn, áp suất không khí và nhiều tác nhân khác. Hiểu rõ các yếu tố này không chỉ giúp bảo vệ môi trường nước mà còn là chìa khóa để quản lý nguồn tài nguyên thủy sản bền vững. Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá những yếu tố quan trọng nhất tác động đến nồng độ oxy hòa tan và vai trò thiết yếu của chúng đối với hệ sinh thái dưới nước.

Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen – DO)

Oxy hòa tan (DO) trong nước là yếu tố thiết yếu cho quá trình hô hấp của các loài sinh vật thủy sinh như cá, tôm, động vật lưỡng cư và côn trùng. Nồng độ DO trong các nguồn nước tự nhiên có thể dao động từ 0-18 mg/L, nhưng với nước sạch tự nhiên, thường nằm trong khoảng 8-10 mg/L.

Mức độ DO này phụ thuộc vào nhiều yếu tố như cấu trúc địa chất của hồ, nhiệt độ, quá trình phân hủy chất vô cơ và hữu cơ, cùng với một số tác nhân khác. Oxy hòa tan trong nước chủ yếu thông qua quá trình khuếch tán từ không khí, sản phẩm của quang hợp, và một phần nhỏ từ sự hòa tan oxy khi nước di chuyển qua các thác ghềnh.Sự thay đổi về nồng độ DO, dù cao hay thấp, đều tác động đến sự phát triển của động vật thủy sinh. Khi nồng độ DO quá thấp, các loài này gặp khó khăn trong hô hấp, giảm hoạt động và gây tác động tiêu cực đến hệ sinh thái. DO không chỉ cần thiết cho sự sống của sinh vật nuôi trồng mà còn thúc đẩy sự phát triển của vi sinh vật hiếu khí, giúp phân giải chất hữu cơ, giảm độc hại và ức chế vi sinh vật yếm khí có hại.

Các yếu tố ảnh hưởng đến nồng độ oxy hòa tan

Nồng độ DO trong nước chịu tác động bởi nhiều yếu tố tự nhiên và môi trường. Các yếu tố này bao gồm quang hợp của thực vật thủy sinh, trao đổi oxy giữa không khí và nước, hấp thụ oxy bởi bùn, hô hấp của sinh vật thủy sinh, và quá trình oxy hóa các chất hữu cơ. Trong đó, quá trình trao đổi oxy giữa không khí và nước được coi là nguồn sinh oxy lớn nhất, khi nồng độ DO trong nước chưa bão hòa. Ngược lại, khi nồng độ oxy trong nước quá bão hòa, oxy sẽ thoát ngược trở lại khí quyển.Tốc độ hòa tan oxy vào nước phụ thuộc vào diện tích tiếp xúc giữa không khí và nước, chuyển động của không khí và điều kiện thủy lực của nước. Nước tĩnh sẽ khiến quá trình hòa tan oxy diễn ra chậm, trong khi nước bị khuấy trộn làm gia tăng quá trình này. Tuy nhiên, tốc độ khuếch tán của oxy trong nước rất thấp so với trong khí quyển.

Nhiệt độ ảnh hưởng tới oxy hòa tan

Nhiệt độ là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến nồng độ DO trong nước. Khi nhiệt độ tăng, nồng độ oxy hòa tan có xu hướng giảm. Oxy trong nước chủ yếu đến từ hai nguồn: quang hợp của thực vật thủy sinh và oxy khuếch tán từ không khí vào nước. Khi nhiệt độ tăng, các phân tử nước chuyển động nhanh hơn và làm giảm không gian giữa các phân tử nước, dẫn đến việc oxy bị ép ra khỏi nước, làm giảm nồng độ DO. Do đó, nồng độ DO thường thấp nhất vào mùa hè. Ví dụ, khi nước được đun nóng, các bong bóng khí hình thành là do oxy và các khí khác bị tách ra khỏi nước.

Độ mặn ảnh hưởng đến oxy hòa tan trong nước

Độ mặn cũng ảnh hưởng lớn đến khả năng hòa tan của oxy trong nước. Khi nồng độ muối trong nước tăng, các phân tử muối chiếm chỗ giữa các phân tử nước, làm giảm diện tích cho các phân tử oxy có thể hòa tan. Điều này tương tự như việc đổ cát mịn vào một chai đầy đá, cát lấp đầy các khoảng trống giữa các viên đá và làm giảm lượng không khí trong chai. Trong môi trường nước mặn, nồng độ oxy hòa tan thường thấp hơn so với nước ngọt.

Áp suất không khí ảnh hưởng tới oxy hòa tan trong nước

Áp suất không khí càng cao, nước càng có khả năng giữ được nhiều oxy hơn. Khi áp suất không khí lớn, nhiều phân tử oxy có thể khuếch tán vào nước hơn, dẫn đến nồng độ DO cao hơn. Ngược lại, khi áp suất không khí giảm, oxy dễ dàng thoát ra khỏi nước, làm giảm nồng độ DO. Điều này thường xảy ra trước khi có mưa lớn, khi áp suất không khí thấp, đặc biệt là vào mùa hè.

Nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand – BOD)

Oxy hòa tan còn bị tiêu thụ bởi sự phân hủy chất hữu cơ trong nước. Các chất hữu cơ này thường đến từ nước thải hoặc xác động thực vật, và có thể biến đổi theo không gian, thời gian. Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) là thước đo mức độ tiêu thụ oxy cho quá trình phân hủy sinh học các chất hữu cơ. Để đánh giá BOD, người ta thường sử dụng chỉ số BOD5 (trong 5 ngày ở 20°C). Ví dụ, nước sinh hoạt thường có BOD5 dưới 1,5 mg/L, trong khi nước thải sinh hoạt chưa xử lý có thể đạt 200-400 mg/L.

Nhu cầu oxy bùn đáy (Sediment Oxygen Demand – SOD)

Ngoài BOD, oxy hòa tan còn bị tiêu thụ bởi bùn đáy, thông qua quá trình sinh học và hóa học trong lớp bùn. Nhu cầu oxy bùn đáy (SOD) đại diện cho tổng lượng oxy tham gia vào các quá trình này. Bùn đáy là một yếu tố tiêu thụ oxy quan trọng trong nước, và tốc độ tiêu thụ oxy của bùn đáy có thể dao động từ 50-500 mg O2/m²/giờ, phụ thuộc vào thành phần và hệ sinh vật trong bùn.

Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand – COD)

Nhu cầu oxy hóa học (COD) là chỉ tiêu dùng để xác định tổng lượng chất hữu cơ có trong nước thông qua quá trình oxy hóa bằng chất hóa học mạnh như kali đicromat. COD thường lớn hơn BOD, và được sử dụng để đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ khi cần có kết quả nhanh. Tuy nhiên, phân tích COD không phân biệt giữa các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học và những chất không phân hủy được.

=> Xem thêm: 3 Cách đo oxy hòa tan trong nước hiệu quả

Trong tổng quan, nhu cầu oxy (DO, BOD, SOD, COD) là những yếu tố quan trọng giúp đánh giá chất lượng nước và ảnh hưởng trực tiếp đến hệ sinh thái thủy sinh. Nồng độ DO còn bị ảnh hưởng bởi các yếu tố tự nhiên khác như nhiệt độ, độ mặn và áp suất không khí, tất cả đều góp phần quyết định sự phát triển và tồn tại của hệ sinh vật thủy sinh trong môi trường nước.