Quan trấc chất lượng nước ppt

Do việc xác định các thành phần hóa lý được thực hiện tin cậy với độ chính xác cao nên các tổ chức môi trường quốc tế và các quốc gia đều sử dụng các thông số hóa, lý để qui định tiêu ch

I Quan trắc chất lượng nước

1 Khái niệm

Quan trắc môi trường là sự đo đạc theo phương pháp tiêu chuẩn, quan sát, đánh giá và báo cáo về chất lượng môi trường theo thời gian, không gian, tần số qui định trong một thời gian dài, nhằm xác định hiện trạng và xu hướng diễn biến chất lượng môi trường Chất lượng môi trường nước được đánh giá qua:

• Đặc điểm các yếu tố vật lý ( độ đục, chất rắn, màu, phóng xạ, nhiệt độ), nồng độ các chất vô cơ, hữu cơ và vi sinh trong nguồn nước

• Thành phần và trạng thái quần thể thủy sinh trong nước

Do việc xác định các thành phần hóa lý được thực hiện tin cậy với độ chính xác cao nên các tổ chức môi trường quốc tế và các quốc gia đều sử dụng các thông số hóa, lý để qui định tiêu chuẩn chất lượng nước

Thành phần thủy sinh do ít biến đổi tức thời khi chất lượng nước biến đổi và thường có sai số lớn giữa cơ quan quan trắc, phương pháp quan trắc nên chưa có tiêu chuẩn qui định

mà chỉ thường được xem xét bổ sung, đặc biệt là các loại thủy văn nhạy cảm với sự thay đổi chất lượng nước

Việc đánh giá diễn biến chất lượng nước nhất là đánh giá các tác động của sự cố ô nhiễm nguồn nước cần phải được thực hiện qua ba thành phần tạo nên môi trường nước

• Thủy văn

• Thành phần thủy hóa

• Thành phần thủy sinh

Để đánh giá chất lượng nước và dự báo diễn biến ô nhiễm nước, không thể đo đạc tất cả các thông số thủy văn, hóa, lý, sinh vật mà phải chọn các thông số đặc trưng, đang được công nhận và sử dụng trong các tài liệu quốc tế

2 Các thông số lựa chọn

• Các thông số thủy văn

Dòng chảy (m/s), mực nước (m), lưu lượng (m3/s)

• Các thông số hóa lý

 Các thông số cơ bản (phục vụ mục đích quan trắc đa mục tiêu) + Nhiệt độ, độ đục (NTU, FTU), độ trong (Secchi), màu (Pt-Co)

+ Oxy hòa tan ( DO, mg/l), pH, độ mặn ( ‰ tức ppt), chất rắn lơ lửng (SS, mg/l), độ dẫn điện (EC, µS/cm hoặc mS/m), CO2 (mg/l)

+ NH4+(mg/l), NO3 (mg/l), PO43 (mg/l), tổng P (mg/l)

+ BOD520 (mgO2/l), COD (mgO2/l)

+ Tổng Fe (mg/l), HCO3 (mg/l), Cl (mg/l), SO42 (mg/l)

+ Ca2+ (mg/l), Na+ (mg/l), dầu mỡ (mg/l)

+ Một số kim loại nặng thường gặp: Zn (mg/l), Hg (mg/l), Cd (µg/l), Cr (µg/l), Pb (µg/l) + Một số thuốc bảo vệ thực vật thường gặp :các clo hữu cơ (µg/l)

 Các thông số chọn lọc để quan trắc theo chuyên đề (mục tiêu chuyên dụng)

+ Quan trắc sự axit hóa: pH

+ Quan trắc xâm nhập mặn: EC, độ mặn/Cl

+ Quan trắc sự phú dưỡng: NH4+, NO3, tổng N, tổng P, DO, chlorofill

+ Quan trắc ô nhiễm do kim loại nặng (các kim loại nặng đặc thù đối với ô nhiễm)

+ Quan trắc ô nhiễm do dầu mỡ: dầu mỡ, DO

+ Quan trắc ô nhiễm do hóa chất bảo vệ thực vật (hóa chất bảo vệ thực vật đặc thù)

+ Quan trắc nước thủy lợi: độ mặn (EC), tỷ số hấp thụ natri (SAR), Bo, một số hóa chất độc đối với cây trồng

+ Quan trắc chất lượng nước thủy sản: độ mặn, độ đục, độ trong, DO, một số chất độc với thủy sản: NH4+, kim loại nặng, phenol, dầu mỡ, hóa chất bảo vệ thực vật

+ Quan trắc chất lượng nước sinh hoạt, giải trí: tất cả các thông số độc hại với sức khỏe con người và các thông số đánh giá cảnh quan: độ đục, màu, SS, mùi

• Các thông số thủy sinh

Để dánh giá mức độ ô nhiễm nước do chất thải sinh hoạt ngoài các thông số hóa, lý ta chỉ cần quan trắc các vi sinh chỉ thị: Feacal colifom, tổng colifom và các sinh vật gây bệnh (pathogen)

Trong trường hợp đánh giá tác động của ô nhiễm đến hệ sinh thái nước ta cần quan trắc

bổ sung các thông số sau đây:

 Động vật đáy không xương sống:

Động vật đáy ( ốc, hến, nghêu, sò…) được sử dụng làm chỉ thị sinh học trong quan trắc ô nhiễm nước vì:

+ Tương đối phổ biến trong sông, hồ và đa dạng về loài Sự phát triển của chúng đặc trưng cho điều kiện thủy văn, cấu trúc nền đáy và chất lượng nước

+ Tương đối cố định tại đáy sông, hồ chịu ảnh hưởng của sự thay đổi lien tục chất lượng nước và chế độ thủy văn trong ngày

+ Thời gian phát triển khá lâu (vài tuần đến vài tháng)

+ Dễ thu mẫu, dễ phân loài

Động vật đáy không xương sống được sử dụng như chỉ thị sinh học để đánh giá ô nhiễm môi trường nước do các nguyên nhân:

+ Ô nhiễm hữu cơ với sự suy giảm oxy hòa tan

+ Ô nhiễm do các chất dinh dưỡng

+ Ô nhiễm do kim loại nặng và hóa chất bảo vệ thực vật

Ô nhiễm do các tác nhân này sẽ làm thay đổi quần thể động vật đáy Ngoài ra việc ô nhiễm do kim loại nặng, hóa chất bảo vệ thực vật còn được phát hiện dễ dàng qua việc xác định tồn lưu các hóa chất này trong động vật đáy

Ở nhiều quốc gia châu Âu, chỉ số quan trắc sinh học (Biological Monitoring Working Party) được sử dụng để đánh giá chất lượng nước Hệ thống chỉ số BMWP chính là dựa vào sự xác định số loài và phân bố của động vật đáy không xương sống để phân loại mức

ô nhiễm nước

 Phiêu sinh thực vật

Một số phiêu sinh thực vật có khả năng chỉ thị ô nhiễm nguồn nước do:

+ Ô nhiễm hữu cơ (gây kiệt oxy hòa tan)

+ Phú dưỡng hóa

+ Ô nhiễm do chất độc (kim loại nặng, hóa chất bảo vệ thực vật, hydrocacbon đa

vòng…)

+ Ô nhiễm do dầu mỡ

Tóm lại, để quan trắc chất lượng và đánh giá ô nhiễm nguồn nước ở một lưu vực, một dòng sông hoặc một hồ chứa theo hướng dẫn của GEMS ta có thể lựa chọn các thông số hóa, lý, sinh học đặc trưng nêu trong bảng sau:

Thông số lựa chọn Quan trắc

cơ bản Thủy sản Nguồn nước sinh hoạt,

nước uống

Giải trí, bơi lội Thủy lợi Chăn nuôi

+ Các thông số tổng quát

Nhiệt độ

Màu

Mùi

Chất rắn lơ lửng

Độ đục/ độ trong

Độ dẫn (EC)

Tổng chất rắn tan

pH

Oxy hòa tan

Độ cứng

Chlorofill A

+ Các chất dinh dưỡng

Amoni

Nitrat/ Nitrit

Phospho/ phosphat

+ Các chất hữu cơ

Tổng cacbon hữu cơ

COD

BOD

Các ion

Na+

K+

Ca2+

Mg2+

Cl

-SO4

2-F

-B

CN

xxx xx

xxx

x xx

xxx xxx x

x xx xx

xx xx xxx

x x x xx xx x

xxx

xxx xx x x xx xxx x xx

xxx x

xx xxx

x

xx xx xxx xx x x x x xx xx

x xxx

x xx x

x x x xx x

xx xx xxx xx

x

x

x xxx xx x

x

xxx

x xx

x

xx

x

x

x

x

+ Các nguyên tố vết:

Các kim loại nặng

asen và selen

+ Các chất hữu cơ bền

vững:

Dầu mỡ, hydrocacbon

Dung môi hữu cơ

Phenol

Hóa chất bảo vệ thực vật

Chất hoạt động bề mặt

+ Chất vi sinh chỉ thị

Feacal colifom

Tổng colifom

pathogens

xx xx

x x x xx x

xxx xx

xx xxx xx xx x

xxx xxx xxx

xx

x

xxx xxx xxx

x x

x

xxx x x

x x

x x

x x

xx

Ghi chú: x,xx hoặc xxx chỉ mức độ quan trọng của thông số trong chương trình quan trắc

II Các loại trạm quan trắc trong hệ thống quan trắc kiểm soát ô nhiễm

1 Các loại trạm trong hệ thống quan trắc, kiểm soát ô nhiễm nước

Các mục tiêu cơ bản của các trạm quan trắc chất lượng và ô nhiễm nước là:

+ Đánh giá tác động các hoạt động do con người gây ra đối với chất lượng nước và đánh giá khả năng sử dụng của nước theo các mục đích khác nhau (1)

+ Xác định chất lượng nước về mặt bản chất tự nhiên hoặc nguồn nước đưa từ nước ngoài vào lãnh thổ quốc gia (2)

+ Theo dõi xác nguồn ô nhiễm và đường đi của các chất độc hại đặc biệt khi có sự cố môi trường (3)

+ Xác định xu hướng thay đổi chất lượng nước ở các trạm chủ yếu là xâm nhập mặn (4) Mục tiêu (1) được thực hiện bằng cách thiết lập các trạm tự động (impact stations) Mục tiêu (2) được thực hiện bằng các trạm cơ sở (base stations) Mục tiêu (3) được thực hiện bằng một trong hai trạm trên, tùy thuộc vào chất độc hại có nguồn gốc nhân tạo hoặc tự nhiên Mục tiêu (4) được thực hiện bằng các trạm xu hướng (trend stations)

2 Đặc điểm các loại trạm

A Các trạm cơ sở

Các trạm cơ sở đặt tại khu vực không bị ảnh hưởng trực tiếp các nguồn ô nhiễm Các trạm này thường được sử dụng xây dựng mức độ cơ sở của các thông số tự nhiên và để kiểm soát các tác nhân ô nhiễm nhân tạo (thí dụ: thuốc bảo vệ thực vật, dầu mỡ…) và để đánh giá xu hướng lâu dài của nước bề mặt do tác động từ ô nhiễm không khí toàn cầu Các trạm này còn được đặt tại vùng biên giới (đối với các song quốc tế) để kiểm soát nguồn nước bên ngoài đưa vào quốc gia

B Các trạm tác động

Các trạm tác động được đặt tại khu vực bị tác động của con người và khu vực có nhu cầu nước riêng biệt Có bốn loại trạm tác động phục vụ cjo các nhu cầu sử dụng nước

+ Đối với nước uống: trạm được đặt tại điêmt thu nước thô vào nhà máy nước

+ Đối với nước thủy lợi: trạm được đặt tại điểm lấy nước cho thủy lợi

+ Đối với nước thủy sản: trạm được đặt giữa vùng nuôi hoặc bảo vệ thủy sản

+ Đối với nguồn nước sử dụng đa mục đích: trạm được đặt tại nơi lấy nước sử dụng

C Các trạm xu hướng

Các trạm xu hướng được đặt ở vị trí đặt biệt để đánh giá xu hướng thay đổi chất lượng nước ở qui mô toàn cầu Các trạm này cần đại diện cho một vùng rộng có nhiều loại hình hoạt động của con người Số trạm này rất hạnh chế Ngoài ra các trạm xu hướng còn được sử dung để đánh giá tải lượng các tác nhân ô nhiễm từ sông lớn đưa ra biển và diễn biến xâm nhập mặn từ biển đưa vào đất liền Do vậy loại trạm này thường được đặt ở cửa sông lớn

D Các yêu cầu về vị trí đặt trạm

Khi đã xác định đại thể về vị trí các trạm cơ sở, trạm tác động, trạm xu hướng, việc lựa chọn chính xác vị trí đặt trạm còn phải dựa vào nhiều yếu tố thực tế mới đảm bảo đánh giá chính xác chất lượng nước Các yếu tố này được nêu dưới đây:

+ Tính đại diện

Mẫu nước cần phải đại diện cho đặt trưng về chất lượng nước của khu vực nghiên cứu Chất lượng nước phụ thuộc vào lưu lượng, sự xáo trộn và tầng nước

Các mẫu nước cần có độ đồng nhất ở từng mặt cắt tại trạm thu mẫu Muốn vậy cần thu mẫu nước ở nhiều điểm (gần bờ trái, giữa dòng, gần bờ phải) và ở các độ sâu khác nhau

Để kiểm tra độ đồng nhất phải kiểm tra tại chỗ các thông số như độ dẫn điện, oxy hòa tan, pH hoặc nhiệt độ Việc kiểm tra độ đồng nhất cần phải lặp lại ở các thời điểm quan trắc ( mùa kiệt và mùa lũ và cả khi triều cường triều ròng)

+ Đo lưu lượng

Tại trạm quan trắc, việc đo lưu lượng là cần thiết nhằm tính tải lượng các thông số ô nhiễm đi qua mặt cắt Trạm quan trắc chất lượng nước tốt nhất là nên đặt ngay vị trí của trạm thủy văn Tuy nhiên trong thực tế, trạm thủy văn có thể đặt phía trên hoặc dưới trạm quan trắc, sao cho vị trí đo thủy văn đạt mục đích đo lưu lượng chính xác

+ Khoảng cách tới phòng thí nghiệm

Các mẫu nước có chứa 3 loại tác nhân ô nhiễm: có loại bền vững không thay đổi nhiều theo thời gian ( như clo hữu cơ, kim loại nặng), có loại không bên nhưng có thẻ bảo quản trong thời gian vài ngày như các chất dinh dưỡng (N, P), có loại kém bền không thể bảo quản lâu qua nửa ngày ( như BOD, vi sinh) Thời gian chuyển mẫu từ trạm về phòng thí nghiệm đủ ngắn sao cho các thông số cần phân tích không thay đổi thành phần và nồng

độ Do vậy khoảng cách từ trạm về đến phòng thí nghiệm cần tính tới khi thiết kế mạng lưới trạm

+ Các ảnh hưởng pha tạp

Nếu vị trí đặt trạm ngay sau đập nước, hàm lượng oxy hòa tan (DO) trong mẫu sẽ cao, không đặc trưng cho chất lượng nguồn nước Nếu vị trí đặt trạm ngay vị trí xả nước thải của thành phố, nhà máy nồng độ các chất ô nhiễm sẽ cao hơn nhiều so với đặc trưng chung của cả vùng cần giám sát Điểm thu mẫu sát bờ sông không đặc trưng cho tính chất nước của dòng sông Để ngăn ngừa các ảnh hưởng pha tạp trên, vị trí thu mẫu cần được chọn sao cho phản ánh đúng chất lượng nước của cả mặt cắt

III Tần số, thời gian quan trắc, kỹ thuật thu mẫu và bảo quản mẫu

Chất lượng nước tại mõi trạm luôn bị thay đổi theo thời gian ( phụ thuộc vào lưu lượng

và mức độ tác động của các nguồn ô nhiễm) Do vậy cần đo các giá trị cực đại cực tiểu và trung bình của các thông số theo thời gian để có thể phán ánh gần đúng giá trị thực Để làm điều này số mẫu thu thập cần đủ lớn và tần số thu mẫu cần đủ cao Tuy nhiên việc tăng cao số mẫu và tần số sẽ gây tốn kém về kinh phí và nhân lực cho nên cần tính sao vừa đủ độ tin cậy vừa không quá nhiều chi phí Số mẫu và tần số thu mẫu theo qui định của GEMS được nêu trong mục dưới đây

1 Tần số thu mẫu

Tần số thu mẫu càng dày độ chính xác của việc đánh giá diễn biến chất lượng và ô nhiễm nước càng cao Tuy nhiên trong thực tế do hạn chế về nhân lực, thiết bị, kinh phí ở tất cả các quốc gia tần số thu mẫu ở các trạm giám sát nước đều được quy định ở mức có thể chấp nhận được Chương trình quốc tế GEMS yêu cầu tần số thu mẫu hằng năm ở các trạm nêu trong bảng sau:

Bảng: Tần số thu mẫu hằng năm ở các trạm giám sát chất lượng nước theo yêu cầu của GEMS

Trạm cơ sở (a)

Trạm tác động:

+ Nước uống

+ Nước thủy lợi

+ Nước thủy sản

+ Tác động đa dạng

Trạm xu hướng

4 đến 12 (b)

12 đến 24 (c, d)

12 (e)

12 (e, f)

12 (c)

12 đến 24 (g)

4

6 đến 12 (d) 2

6 (f) 4

2 đến 6 (h)

2 đến 4

4 đến 12 (d) 4

4 4 4

Ghi chú:

(a): Các trạm cơ sở chỉ khảo sát trong 2 - 5 năm, phụ thuộc vào lưu lượng và sự thay đổi chất lượng nước

(b): Thời gian thu mẫu cần thể hiện đủ các thay đổi về chu trình thủy văn trong năm (c): Tần số thu mẫu cần theo chu trình thủy văn, việc thu mẫu cực dại cần tiến hành trong chu kì thủy văn bất thường nhất

(d): Tần số thu mẫu cần phù hợp với mức độ lấy nước và số dân có nhu cầu cấp nước (e): Thời gian thu mẫu cần tiến hành khi lưu lượng thấp

(f): Cần xem xét chu trình sinh học, cần tăng tần số thu mẫu ở thời điểm có năng suất sinh học cao

(g): Thời gian thu mẫu cần tiến hành khi lưu lượng cao

(h): Đối với các hồ đơn tầng và hai tầng cần thu 2 mẫu/năm ở các thời điểm phân tầng nhiệt cao nhất và thấp nhất Đối với các hồ nhiều tầng thu 6 mẫu/năm

Trong trường hợp giám sát ô nhiễm do sự cố môi trường việc thu mẫu cần thực hiện hằng ngày hoặc nhiều lần trong ngày ở nhiều vị trí khác nhau, phụ thuộc vào mức độ sự

cố, chế độ thủy văn, địa hình và đặc điểm về phân dố dân cư, sản xuất trong vùng

2 Qui trình thu mẫu

Qui trình này sử dụng cho cả trạm quan trắc cũng như khảo sát ô nhiễm đột xuất

A Thu mẫu nước sông, kênh, rạch

Trong trường hợp các chất ô nhiễm phân bố đều trong khối nước, việc thu mẫu tương đối đơn giản Khi đó người thu mẫu chỉ cần chú ý các điểm sau:

+ Lựa chọn và rửa kỹ chai, lọ đựng mẫu

+ Dùng tay cầm chai, lọ nhúng vào dòng nước khoảng giữa dòng cách bề mặt nước độ 30 – 40cm Hướng miệng chai, lọ lấy mẫu hướng về phía dòng nước tới, tránh đưa vào chai,

lọ các chất rắn có kích thước lớn như rác, lá, cây… thể tích nước phụ thuộc vào thông số cần khảo sát

+ Đậy kín miệng chai, lọ, ghi rõ lý lịch mẫu đã thu

+ Bảo quản mẫu đúng theo qui định

Trong trường hợp chất ô nhiễm phân bố không đồng đều trong khối nước (như dầu mỡ, thuốc trừ sâu, chất hữu cơ kém tan trong nước…) việc thu mẫu phức tạp hơn nhiều Trong trường hợp này một vài mẫu riêng lẽ không thể đại diện cho cả khối nước, do vậy cần phải thu nhiều mẫu tại mặt cắt của sông để lấy giá trị trung bình Trong trường hợp tối thiểu nhất ta có thể thu mẫu tại ba vị trí tại mỗi mặt cắt (bờ trái, giữa dòng, bờ phải) tại mỗi vị trí cần thu mẫu tại 3 – 4 điểm theo độ sâu

Vị trí các điểm thu mẫu tại một mặt cắt của dòng sông

Sau đó ta phân tích nồng độ từng chất ô nhiễm trong từng mẫu rồi cộng tất cả lại, chia cho số mẫu, lấy giá trị trung bình của từng chất ô nhiễm Để tiết kiệm chi phí và thời gian cho phân tích người ta có thể thu được giá trị trung bình nồng độ chất ô nhiễm trong khối nước bằng cách trộn tất cả các mẫu đẫ thu với thể tích các mẫu như nhau tạo ra mẫu tổ hợp Sau đó chỉ phân tích mẫu tổ hợp ta sẽ thu được giá trị trung bình của toàn mặt cắt

Để đánh giá được tải lượng chất ô nhiễm trong thời gian lấy mẫu nước cần phải tiến hành

đo lưu lượng của dòng sông tại điểm khảo sát Tải lượng chất ô nhiễm được tính theo công thức:

L = C x Q Trong đó: L: tải lượng chất ô nhiễm (g,kg/giây)

C: nồng độ chất ô nhiễm (mg/l hoặc g/m3)

Q: lưu lượng tại điểm khảo sát (m3/giây)

Q = V x A

(V: tốc độ dòng chảy, m/s ; A: diện tích mặt cắt, m2)

Thông thường tại các trạm quan trắc chất lượng nước giá trị A đã được xác định, việc đo tốc độ dòng chảy có thể thực hiện bằng lưu tốc kế ở nhiều thủy trực để thu giá trị trung bình

Trong một số trường hợp nghiêu cứu tác động của ô nhiễm nước việc thu mẫu thủy sinh vật cũng được tiến hành cùng lúc với thu mẫu các thông số lý, hóa Việc xác định loài và mật độ thủy sinh vật chỉ thị (bio-indicator) sẽ hỗ trợ trong việc đánh giá mức độ tác động

và xem xét khả năng sử dụng nguồn nước

A Thu mẫu nước hồ

Trong trường hợp các thông số lý, hóa, sinh học phân bố đều trong hồ việc lấy mẫu được thực hiện tối thiểu 2 điểm giữa hồ: cách bề mặt nước 10 – 30cm và cách đáy hồ 100cm Trên thực tế một số hồ có sự phân tầng theo chiều sâu Do vậy việc thu mẫu phải được thực hiện ở nhiều độ sâu khác nhau (hình)

Tại một vị trí trong hồ 5 điểm cần được lấy theo chiều sâu là:

+ Ngay dưới mặt nước

+ Ngay trên tầng suy nhiệt (epilimnion)

+ Ngay dưới tầng suy nhiệt

+ Giữa tầng bình nhiệt (hypolimnion)

+ 100cm trên lớp bùn đáy

B Thu mẫu nước ngầm