Sắt (ký hiệu hóa học Fe) là nguyên tố kim loại cần thiết cho sự sống và là kim loại phong phú nhất của vỏ Trái đất. Tuy nhiên, với nồng độ cao trong nước - do các hoạt động của con người hoặc tự nhiên - gây ra các tác động bất lợi cho thủy sản nuôi. Các tác động bất lợi bao gồm: tổn thương oxy hóa đối với một số cơ quan và tổn thương vật lý trên mang.
Trên thực tế, sắt được coi là “chất gây ô nhiễm thứ cấp”, có nghĩa là nó không được coi là nguy hiểm vì chỉ ảnh hưởng đến màu sắc hoặc mùi vị của nước. Tuy nhiên sắt có 5 trạng thái oxy hóa (Fe 2+, Fe 3+, Fe 4+, Fe 5+ và Fe 6+) và chúng khác nhau về độc tính. Sự phong phú của các trạng thái Fe bị ảnh hưởng bởi độ pH và thế oxy hóa khử (redox potential).
Hình 1: Các trạng thái của sắt với pH (cột ngang) và thế oxy hóa khử (cột dọc) khác nhau.
Trong môi trường nước, ferrous sắt (Fe 2+: tan trong nước) và ferric sắt (Fe 3+: trạng thái không hòa tan/oxy hóa trong nước) là phổ biến nhất. Nước giếng có hàm lượng ôxy hòa tan thấp do đó chứa nhiều sắt hơn và độc tính cao hơn đối với động vật thủy sản. Điều này gây ra tổn thương oxy hóa [tổn thương gây ra bởi các tế bào và mô không thể bắt kịp với gốc tự do (các nguyên tử có một điện tử chưa ghép đôi) làm cho chúng có phản ứng hóa học cao)]. Các loài cá tuế nhạy cảm với việc tiếp xúc sắt hơn cá da trơn hoặc cá hồi.
Các vấn đề tiềm ẩn
Tác dụng độc hại của oxit sắt có liên quan nhiều đến sự bao phủ của trứng trong trại giống hoặc làm tắc nghẽn mang làm giảm sự trao đổi khí.
Ở những khu vực có hàm lượng sắt hòa tan cao, người nuôi cá thường oxy hóa các ion sắt thành dạng ít độc hơn thông qua các tháp phun nước (ví dụ trong Hình 2). Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng bộ lọc cát và bể lắng để giữ lại và sau đó loại bỏ sắt (Hình 3). Trong một số trại giống, bộ lọc micron được sử dụng để giảm thiểu hàm lượng sắt nhưng cần vệ sinh bộ lọc thường xuyên (Hình 4). Các phương pháp này có hiệu quả cao để giảm lượng sắt trong nước giếng từ nồng độ từ trên 50 mg/lít xuống dưới 0,001 mg/lít.
Hình 2 (bên trái): Một tháp phun nước có cấu trúc tổ ong bên trong để tạo ra điều kiện cho sự oxy hóa các ion sắt (Fe2+; hòa tan trong nước) thành các ion sắt (Fe3+; trạng thái không hòa tan).
Hình 3 (giữa): Sắt gỉ tích tụ trong một bộ lọc cát sau vài tháng hoạt động tại Đại học Arkansas ở Pine Bluff.
Hình 4 (bên phải): Bộ lọc micron cần được rửa mỗi ngày bằng axit muriatic để loại bỏ sắt, ngay cả sau khi nước được đưa qua các bộ lọc cát.
Sắt cũng có thể bị oxy hóa hóa học với mangan greensand (Cát mangan), thuốc tím và sodium hypochlorite (nước Javen). Tuy nhiên, có một số hạn chế bao gồm kém khả thi trong các hệ thống quy mô lớn và vấn đề về độc tính đối với động vật thủy sản.
Hình 5: Các trạng thái và sự biến đổi của sắt trong ao cá.
Trong các ao nuôi trồng thủy sản, dạng Fe 3+ kết tủa có thể khử thành Fe 2+ nếu nền đáy trầm tích thiếu oxy (kỵ khí), dẫn đến màu sắc của trầm tích đậm hơn. Sự xáo trộn sinh học sẽ khuếch tán Fe 2+ từ trầm tích vào nguồn nước, nơi Fe 2+ bị oxy hóa trở lại Fe 3+ (Hình 5). Sắt cũng có thể có lợi do giảm thiểu độc tính của hydro sulfua (do vi khuẩn kỵ khí tạo ra) bằng cách kết tủa chất này thành sulfua sắt không hòa tan (pyrite sắt).
Các phương pháp giảm thiểu hàm lượng sắt trong nước
Bentonite là một loại đất sét tự nhiên sẵn có, giá thành rẻ (Al2O34SiO2nH2O), có thể liên kết và giúp loại bỏ độc tính của sắt. Trên thực tế, bentonite có khả năng liên kết với kim loại nặng tốt hơn than hoạt tính, cũng như rẻ hơn 20 lần. Nghiên cứu trong phòng thí nghiệm Nicholas Romano và cộng sự gần đây đã chứng minh rằng việc sử dụng bentonite ở mức 0,2 - 0,4 gam mỗi lít trong nước có thể làm giảm hiệu quả hàm lượng sắt độc hại trong nuôi cá da trơn.
Điều thú vị là nông dân ở Arkansas đã tạo ra sắt chelate (dạng sắt gốc hữu cơ) tại chỗ bằng cách thêm natri citrate (Hình 6) được sử dụng trong hệ thống aquaponic tách rời. Do đó, họ đã chuyển đổi sắt từ hệ thống nước nuôi cá thành một dạng hữu ích hơn cho cây trồng.
Hình 6: Nước trong tất cả các cốc đến từ cùng một nguồn, nhưng bên trái được thêm lượng natri citrate cao nhất và bên trái thì không sử dụng natri citrate.
Xử lý nước để loại bỏ sắt trong các hệ thống ao lớn hầu như không khả thi. Do đó, một phương pháp bổ sung vào chế độ ăn có thể thực tế hơn. Cả natri citrate và bentonites cũng thường được công nhận là phụ gia thực phẩm (GRAS) an toàn cho động vật có vú và cá. Các phòng thí nghiệm đã ghi nhận rằng bentonite bổ sung vào chế độ ăn (2,0% đối với cá hồi vân và 2,5% cá da trơn) làm giảm sự tích tụ sắt. Ngoài ra, vitamin C trong chế độ ăn cũng là một chất loại bỏ gốc tự do có thể bảo vệ cá chống lại tổn thương oxy hóa do sắt gây ra trong gan và mang của cá da trơn (ở mức 143 hoặc 573 mg/1kg chế độ ăn uống).
Sắt thường không được coi là một vấn đề trong hầu hết các hoạt động nuôi trồng thủy sản nhưng có thể ảnh hưởng nghiêm trọng trong các trại sản xuất giống sử dụng nước giếng. Do đó, người nuôi nên kiểm tra hàm lượng sắt, đặc biệt là với sắt hòa tan Fe2+ bởi nó không màu và độc hơn đối với cá con. Quá trình oxy hóa và lọc cơ học có hiệu quả cao trong loại bỏ sắt ở các hệ thống quy mô nhỏ. Với trại giống quy mô lớn hơn, hay hoạt động nuôi thương phẩm, các chất bổ sung chế độ ăn có thể khả thi hơn để bảo vệ cá giúp chống lại độc tính sắt.
_1735286739.jpg)
_1732074931.jpg)
_1735286739.jpg)
