Chương II Kỹ thuật đất và nước

Chương 2 CHẤT LƯỢNG NƯỚCNước là thành phần quan trọng hàng đầu của tầng sinh quyển. Khả năng phục vụ của tầng sinh quyển đối với cuộc sống cũng như sức khỏe và chất lượng cuộc sống phụ thuộc vào chất lượng nước. Việc được cung cấp đầy đủ nguồn nước sạch đóng vai trò quan trọng sống còn đối với nông nghiệp, dân sinh, các hoạt động giải trí, cuộc sống tự nhiên, các hoạt động sản xuất, khai thác… Do sự cạnh tranh nguồn nước tăng lên, việc quản lý và bảo vệ hợp lý nguồn nước trở nên quan trọng. Trong lịch sử, nhiệm vụ cơ bản của phát triển nông nghiệp đã được xác định là sản lượng, tức là tối đa hóa khả năng trồng trọt và năng suất. Khi sản lượng được coi là mục tiêu hàng đầu thì chất lượng môi trường dần trở nên xấu đi. Sự suy giảm môi trường sống tự nhiên đã kích thích những thay đổi lớn trong các hoạt động khoa học và sản xuất. Hiện nay, các mục tiêu duy trì và cải thiện chất lượng môi trường đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển các chiến lược thiết kế và quản lý. Nông nghiệp, lâm nghiệp, xây dựng… và những lĩnh vực phát triển khác đều chịu sự điều hành của chính quyền địa phương và trung ương về các vấn đề liên quan đến sử dụng nước, quản lý dòng chảy, và sự vận chuyển các chất ô nhiễm.

Chương 2 CHẤT LƯỢNG NƯỚC

Nước là thành phần quan trọng hàng đầu của tầng sinh quyển Khả năng phục vụ

của tầng sinh quyển đối với cuộc sống cũng như sức khỏe và chất lượng cuộc sống phụ

thuộc vào chất lượng nước Việc được cung cấp đầy đủ nguồn nước sạch đóng vai trò

quan trọng sống còn đối với nông nghiệp, dân sinh, các hoạt động giải trí, cuộc sống tự

nhiên, các hoạt động sản xuất, khai thác… Do sự cạnh tranh nguồn nước tăng lên, việc

quản lý và bảo vệ hợp lý nguồn nước trở nên quan trọng

Trong lịch sử, nhiệm vụ cơ bản của phát triển nông nghiệp đã được xác định là

sản lượng, tức là tối đa hóa khả năng trồng trọt và năng suất Khi sản lượng được coi là

mục tiêu hàng đầu thì chất lượng môi trường dần trở nên xấu đi Sự suy giảm môi

trường sống tự nhiên đã kích thích những thay đổi lớn trong các hoạt động khoa học và

sản xuất Hiện nay, các mục tiêu duy trì và cải thiện chất lượng môi trường đóng vai trò

quan trọng trong sự phát triển các chiến lược thiết kế và quản lý Nông nghiệp, lâm

nghiệp, xây dựng… và những lĩnh vực phát triển khác đều chịu sự điều hành của chính

quyền địa phương và trung ương về các vấn đề liên quan đến sử dụng nước, quản lý

dòng chảy, và sự vận chuyển các chất ô nhiễm

Rất nhiều trường hợp điển hình trên thế giới cho thấy các hoạt động theo hướng

chú trọng vào sản lượng đã gây ra những mối đe dọa hoặc sự suy giảm đối với môi

trường Dưới đây là một số ví dụ:

 Tại thung lũng San Joaquin, bang California, Mỹ, hàm lượng selen trong hồ

Kesterson tăng lên đến mức gây ra những dị tật nghiêm trọng cho các loại

chim cư trú tại đây Selen tồn tại trong tự nhiên đã bị thấm rỉ từ các vùng được

tưới và chảy theo kênh tiêu San Luis vào trong hồ Do hồ này không có cửa

thoát nước, nó hoạt động như một bể bốc hơi và các chất hòa tan bị cô đặc cho

đến khi đạt tới nồng độ nhiễm độc Hồ này và mương tiêu đã bị yêu cầu đóng

lại Bộ Nội vụ Mỹ đã không cho phép mương tiêu hoạt động từ năm 1986 Vấn

đề tiêu cho vùng San Luis của Thung lũng Trung tâm vẫn chưa được giải

quyết

 Hoạt động sản xuất chăn nuôi tập trung tại một số vùng ở Mỹ đã gây ra sự mất

cân bằng dinh dưỡng khi các chất dinh dưỡng được hấp thụ qua thức ăn (và

sau đó thải ra thành chất thải) vượt quá lượng có thể sử dụng hiệu quả đối với

cây trồng Sự sử dụng quá mức các loại chất thải của động vật vào đất canh tác

gây ô nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm Các chất phụ gia trong thức ăn

như đồng, kẽm có thể tích tụ trong đất đến giới hạn gây nhiễm độc đối với cây

trồng Ngoài ra còn có cả sự gia tăng của các hoóc môn kích thích và chất

kháng sinh trong thức ăn

 Một dự án tưới lớn của Liên Xô (cũ) được xây dựng nhằm chuyển một lượng

nước lớn từ hai con sông Amu Darya và Syr Darya để tưới cho vùng biển Aral

trên biên giới giữa Kazakhstan và Uzbekistan Tổn thất do bốc hơi hiện nay

vượt quá lượng nước lấy vào Diện tích bề mặt của biển đã bị giảm xuống gần

một nửa và dung tích giảm khoảng ¾ kể từ đầu những năm 1960 cùng với

đường bờ biển bị lùi vào khoảng 10 km Một vùng biển giàu sản lượng cá đã

bị biến thành vùng nước quá mặn, ít thích hợp cho các loài có thể sống sót

 Việc khai thác một lượng lớn nước của sông Colorado ở miền Tây Mỹ và

Mexico đang làm thay đổi môi trường sinh thái của các nhánh hạ lưu và các

lưu vực của nó ở khu vực vịnh California Lượng nước này được sử dụng cho

cả mục đích tưới và cấp nước đô thị Do sự khai thác quá mức, hiện nay mực

nước sông Colorado chỉ có thể đạt tới cao trình cửa cống thoát ra tại vịnh

California trong những năm mưa nhiều

 Những trang trại lớn ở miền Trung nước Mỹ tập trung hàng ngàn con gia súc

trong những khu vực tương đối nhỏ Nước thải từ những khu vực này rất giàu

dinh dưỡng và sẽ gây ra các tác động rất xấu nếu để chúng xâm nhập vào

nguồn nước mặt Việc tập trung dòng chảy và áp dụng các biện pháp xử lý có

thể giảm được phần lớn lượng dinh dưỡng thải ra từ các hoạt động trang trại

chăn nuôi

 Rất nhiều các loại thuốc diệt cỏ được sử dụng phổ biến và được tìm thấy trong

các nguồn nước, đôi khi hàm lượng của chúng vượt quá ngưỡng cho phép đối

với sức khỏe Mặc dù được sử dụng không thường xuyên nhưng việc bảo quản

không tốt các hóa chất và nước rửa dụng cụ thường bị cho là nguyên nhân gây

nhiễm bẩn nguồn nước Sự quan tâm đến vấn đề này đã dẫn tới một số thay đổi

lớn trong các loại hóa chất được phép sử dụng Các quy định về mức có thể

chấp nhận được trong việc hòa tan hóa chất và rửa dụng cụ đã được đề xuất để

ngăn chặn những nguồn ô nhiễm trực tiếp

 Rất nhiều trạm xử lý chất thải đô thị, nước thải mặt đất, và bùn cát có chứa

một lượng ít kim loại nặng Độ pH của đất ở những vùng này cần được quản lý

chặt chẽ trong nhiều năm để có thể đảm bảo rằng lượng kim loại tồn tại ở dạng

không bị hòa tan và không hoạt động Nếu để xảy ra sai sót trong việc này có

thể khiến cho kim loại thấm vào nguồn nước ngầm

Những ví dụ trên cho thấy rằng nhiều hoạt động dù được chú ý cẩn trọng vẫn có

thể có gây ra những tác hại không dự tính được cho những khu vực thường ở xa những

vùng mà các hoạt động đó được thực hiện Tác động của một hoạt động riêng biệt tại

một khu vực nhỏ có thể không quan trọng, nhưng tác động tích lũy của chúng ảnh

hưởng rất lớn Nhiều tổ chức có trách nhiệm quản lý hệ sinh thái hiện đang được trao

quyền điều hành các hoạt động này trong phạm vi địa phương, nhà nước, khu vực, hoặc

lưu vực sông

Tác động của con người đã làm cho hệ sinh thái thay đổi rất nhiều, và rất có thể

sẽ còn tiếp diễn Sức ép của sự tăng dân số và yêu cầu cải thiện tiêu chuẩn cuộc sống

tiếp tục ảnh hưởng đến quá trình phát triển Các nhà khoa học có trách nhiệm vừa phải

đáp ứng các nhu cầu xã hội vừa phải bảo vệ các lợi ích xã hội từ việc duy trì, cải thiện

chất lượng môi trường và chất lượng nguồn tài nguyên Để đối phó với những thách

thức đó, các nhà khoa học cần phải có kinh nghiệm trong rất nhiều lĩnh vực để có khả

năng sử dụng nguồn tài nguyên nhằm đạt được mục đích sử dụng tối đa với những tác

động tối thiểu đến môi trường Họ phải có kinh nghiệm trong việc đề xuất các chính

sách nhằm hạn chế, ngăn chặn, hoặc yêu cầu những hoạt động có tính chắc chắn Các

nhà khoa học có thẩm quyền cần có tiếng nói trong việc thay đổi các chính sách và điều

luật công cộng

Các vấn đề chất lượng nước

Các thông số chất lượng nước được đo trực tiếp gồm có hàm lượng của các chất ô

nhiễm sinh học, hóa học và vật lý Chất lượng của môi trường sống thủy sinh còn bao

gồm thêm các thông số khác như nhiệt độ, đặc điểm dòng chảy, độ đục, và ôxy hòa tan

Tiêu chuẩn chất lượng nước thay đổi tùy theo mục đích sử dụng Các tiêu chuẩn

và quy định đã được ban hành đối với nước uống, nước xả từ các trạm xử lý nước thải

công nghiệp và dân sinh, nước xả trên bề mặt từ các hoạt động nông nghiệp, các hoạt

động lâm nghiệp và một lượng ít nước thải trên mặt đất Tổ chức điều hành cao nhất ở

Mỹ là Cơ quan bảo vệ môi trường (EPA), nhưng rất nhiều các tổ chức hành pháp địa

phương và nhà nước cũng áp đặt các tiêu chuẩn Hầu hết các tiêu chuẩn hiện tại của các

tổ chức này được công bố trên mạng internet

Rất nhiều yếu tố có thể liên quan đến tình trạng chất lượng nước: pH, nhiệt độ, ô

xy hòa tan, độ đục, chất lắng cặn, chất dinh dưỡng, các chất vô cơ khác, độ cứng, chất

hữu cơ, độ mặn, thuốc trừ sâu, chất lỏng không hòa tan nước, hoặc các chất ô nhiễm từ

các hoạt động của con người như các chất hòa tan, PCB (Polychlorinated biphenyl: hợp

chất hữu cơ có từ 1 đến 10 nguyên tử clo gắn vào biphenyl, một phân tử bao gồm hai

vòng benzen), và chất độc dioxin Để xác định một cách chính xác tình trạng chất lượng

nước cần chú ý các vấn đề sau:

 Nguyên nhân hoặc nguồn gây ô nhiễm: tự nhiên, nguồn gốc con người, hay cả

hai? Độ lớn hoặc cường độ của các nguồn ô nhiễm?

 Hàm lượng: (1) không gây tác hại, (2) có thể chịu được, (3) nhiễm độc do các

hoạt động lâu dài, (4) nhiễm độc tức thời

 Tác động đến môi trường đất, thực vật, hay các loài thủy sinh

 Độ hòa tan, độ bay hơi, tỷ trọng Các dạng lý tính hoặc hóa tính chiếm ưu thế

 Cơ chế vận chuyển, lưu chuyển, khuyếch tán

 Các phản ứng, sinh học hay hóa học, trong nước ngầm hoặc nước mặt Mức độ

 Xử lý, xả tháo? Các phương pháp có sẵn Hiệu quả Giá thành Tính thực tế

 Các yêu cầu và kiểm soát quy định Cơ quan nào có quyền?

Các vấn đề chất lượng nước là không hề đơn giản Danh sách kể trên cho thấy rất

nhiều yếu tố như vật lý, hóa học, sinh học, kinh tế, xã hội, và chính trị… có thể đóng vai

trò quan trọng Trong khuôn khổ giới thiệu một số vấn đề về chất lượng nước, một số

chủ đề chính sẽ được thảo luận kỹ dưới đây

2.1 Tình trạng dinh dưỡng

Nước có thể được phân loại dựa trên điều kiện dinh dưỡng (liên quan đến hàm

lượng chất dinh dưỡng) hay hiệu suất sử dụng Việc phân loại dinh dưỡng dựa trên một

tỷ lệ thay đổi liên tục từ dinh dưỡng thấp (tương ứng với tình trạng nghèo dinh dưỡng

và hiệu suất thấp) cho đến trung dưỡng (hàm lượng chất dinh dưỡng vừa phải và hiệu

suất trung bình) và phú dưỡng (giàu dinh dưỡng và hiệu suất cao) Sức sản xuất cao

không phải lúc nào cũng cần thiết Rất nhiều loài cá sống tốt trong nước có điều kiện

dinh dưỡng thấp, nơi nước có xu thế trong hơn (độ sâu trung bình của đĩa Secchi – Hình

2.1 - khoảng 3 m) Nước ở tình trạng phú dưỡng (hay nước trương nở) có xu thế bị đục

(độ sâu trung bình của đĩa Sechi thấp hơn 1 m) Hàm lượng lớn các chất hữu cơ làm cho

các hệ thống phú dưỡng (Hình 2.2) có xu thế bị thiếu ôxy Bảng 2.1 giới thiệu một số

tiêu chuẩn xác định các tình trạng dinh dưỡng khác nhau

Cùng với sự phát triển của tự nhiên, điều kiện dinh dưỡng của các hồ chứa thay

đổi từ nghèo dinh dưỡng đến phú dưỡng thông qua sự tích tụ các chất hữu cơ và chất

lắng cặn Quá trình này diễn ra trong hàng nghìn năm Tác động của con người có thể

làm tăng rất nhanh quá trình này, nhưng đôi khi tạo ra quá trình ngược lại thông qua các

hoạt động nhằm cải thiện sự quản lý dinh dưỡng và điều chỉnh xói mòn (xem thêm các

Chương 7 đến 10 và 12 đến 14)

Hình 2.1 Đĩa Secchi Đĩa

được thả sâu xuống nước

cho đến khi không thể nhìn

thấy nó nữa Độ sâu đo

được là một chỉ số về độ

trong suốt của nước

Hình 2.2 Tảo trong một hồ chứa nước ở Iowa (Nguồn: Lynn Betts, NRCS)

Bảng 2.1 Phân loại tình trạng dinh dưỡng Tình trạng dinh dưỡng Đặc điểm xác định

Dinh dưỡng thấp Nước trong, hàm lượng chất hữu cơ và chất lắng cặn

thấp, hoạt động sinh học ở mức tối thiểu

Trung dưỡng Nước giàu dinh dưỡng hơn, do đó năng suất sinh học

cao hơn

Phú dưỡng Nước quá giàu dinh dưỡng với năng suất sinh học cao

Một số loài có thể không thở được

Trương nở (Siêu phú dưỡng) Nước đục, tối, năng suất cao, gần đạt tới tình trạng như

đất ngập nước Một số loài sinh vật nước trong không sống được

Loạn dưỡng (không nhất thiết là

một phần trong chuỗi dinh

dưỡng)

Nghèo dinh dưỡng, nhiều màu sắc bởi các chất hữu cơ hòa tan

Nguồn: Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ (Environmental Protection Agency - EPA, 2004)

Mức độ phú dưỡng của nước có thể đánh giá định lượng bằng cách sử dụng chỉ

số tình trạng dinh dưỡng (TSI - Trophic State Index) liên quan đến sự kết hợp của độ

sâu đĩa Secchi và hàm lượng tổng nitơ, tổng phốtpho và chất diệp lục a (ví dụ: Carlson,

1997) Một số chỉ số như vậy đã được phát triển để áp dụng cho các loại nước và tình

trạng nguồn nước khác nhau

2.2 Ô xy hòa tan (DO)

Chất lượng nước tự nhiên, môi trường sống của các loài thủy sinh, có mối quan

hệ mạnh mẽ với lượng ôxy trong nước Do có bề mặt tiếp xúc với khí quyển, sự trao đổi

khí giữa nước và không khí thường đủ để cung cấp cho số lượng lớn các loài Tuy

nhiên, trong một số điều kiện, sự trao đổi khí không đủ nhanh để cung cấp đủ cho tất cả

nhu cầu Khi đó, những sinh vật có nhu cầu về hàm lượng ôxy hòa tan thấp mới tồn tại,

trong khi những sinh vật có nhu cầu ôxy hòa tan cao sẽ bị chết ngạt Hiện tượng cá chết

là kết quả của sự cạnh tranh như vậy

Lượng ôxy hòa tan thay đổi trong nước tự nhiên theo chiều sâu cột nước Trong

các suối nước nông và chảy nhanh, sự pha trộn theo phương thẳng đứng mang ôxy

xuống đến tầng đáy Trong các dòng chảy chậm và các đầm lầy, sự pha trộn này yếu

hơn Trong những nguồn nước có nhu cầu ôxy cao hơn so với lượng cung cấp do hòa

tan và khuyếch tán thì các tầng gần đáy có thể bị thiếu hụt ôxy

2.3 Các nguồn gây ô nhiễm

Bất kỳ một vật chất hay sinh vật nào tồn tại dưới dạng số lượng hoặc hàm lượng

mang tính có hại hoặc không được chấp nhận đều có thể bị xem là chất gây ô nhiễm

Trong một số trường hợp, các chất gây ô nhiễm xảy ra tự nhiên, nhưng sự lây lan ảnh

hưởng của chúng chịu ảnh hưởng của các hoạt động của con người, như trường hợp xảy

ra đối với selen ở hồ Kesterson đã đề cập ở trên Ngoài ra, nhiều chất gây ô nhiễm được

tạo ra và phân bố trực tiếp bởi các hoạt động của con người Các nguồn không tính được

từ công nghiệp, đô thị và nông nghiệp gây ra ô nhiễm cho cả nguồn nước mặt và nước

ngầm

Các nguồn gây ô nhiễm quan trọng tại các vùng nông thôn bao gồm phân bón,

thuốc trừ sâu, chất thải động vật, và nước thải dân sinh, nông nghiệp Sự phát sinh khói

gas từ các ống khói hay các phương tiện giao thông có thể lan ra trong một diện rộng

trong khí quyển trước khi ảnh hưởng đến mặt đất

Ô nhiễm sinh học

Vi sinh vật trong nước uống là một vấn đề được quan tâm mang tính toàn cầu

Chúng bao gồm vi rút, vi khuẩn, tảo, và động vật nguyên sinh (động vật đơn bào) Mặc

dù hầu hết các vi sinh vật đều vô hại hoặc thậm chí có lợi nhưng cũng có nhiều mầm

bệnh Trẻ em, người già, hoặc người có sức đề kháng yếu… rất nhạy cảm với nguồn

nước gây bệnh Nguồn phổ biến nhất của các mầm bệnh này là từ chất thải của người và

động vật Hình 2.3 giới thiệu các kích cỡ của các chất gây ô nhiễm sinh học và sẽ được

đề cập ở phần dưới đây

2.4 Động vật nguyên sinh (đơn bào)

Nang động vật nguyên sinh thay đổi từ 2 đến 15 µm Những loại phổ biến nhất

gồm có Giardia lamblia, Entamoeba histolytica, và Cryptosporidium, chúng gây ra

bệnh tiêu chảy và viêm dạ dày Schistosomiasis được tìm thấy tại các bờ sông suối vùng

nhiệt đới và là nguyên nhân chính gây ra bệnh dịch ở các vùng đó (Mc Cutcheon và

nnk, 1992).

Hình 2.3 Kích cỡ tương đối của các chất gây ô nhiễm sinh học

2.5 Vi khuẩn

Vi khuẩn có kích cỡ từ 0,2 đến 0,6 µm Chúng có thể gây ra bệnh tả (Vibrio

cholerae), sốt thương hàn (Sahnottella), và dịch lỵ (lỵ Shigella tuýp 1) Các nguồn nước

bị nhiễm vi khuẩn thường kết hợp với sự nghèo nàn của điều kiện vệ sinh và hệ thống

bảo vệ sức khỏe cộng đồng Trực khuẩn Escherichia bao gồm rất nhiều trực khuẩn

đường ruột và hầu hết u bướu lành ở ruột của các loài động vật máu nóng Xét nghiệm

trực khuẩn phân thường được sử dụng phổ biến để đưa ra chỉ số của nhiễm khuẩn trong

cấp nước Trong những thập kỷ gần đây, một vài trạng thái nhiễm độc đã được phát

hiện là nguyên nhân của bệnh tiêu chảy và thậm chí là suy giảm chức năng thận (Mead

& Griffin, 1998) Sự nhiễm khuẩn thường thông qua các thực phẩm bị ô nhiễm còn tươi

sống hoặc chưa được nấu chín, hoặc thông qua tiếp xúc trực tiếp với cá thể bị nhiễm

bệnh

2.6 Vi rút

Vi rút là vi sinh vật nhỏ nhất, có kích thước chỉ khoảng 0,01 đến 0,03 µm Vi rút

thương hàn gây nhiễm khuẩn dạ dày của động vật có vú được bài tiết qua phân Khi

nguồn cấp nước bị ô nhiễm, sự lây nhiễm rất dễ xảy ra Nước chứa các vi khuẩn cần

quan tâm bao gồm viêm gan A, vi rút tuýp Norwalk, vi rút rota, vi rút V.A, vi rút đường

ruột, vi rút Reo (AWWA, 1990), hầu hết chúng gây nhiễm khuẩn đường ruột hoặc

đường hô hấp Vi rút cũng gây ra viêm màng não vô khuẩn, viêm não, nhiễm khuẩn tủy,

và viêm cơ tim Phương pháp phòng chống hiệu quả nhất là cần có một hệ thống vệ sinh

và chăm sóc y tế tốt

Ô nhiễm hóa học

2.7 Các đơn vị nồng độ

Có một số phương pháp thể hiện lượng chất tan trong một đơn vị khối lượng hay

thể tích của dung dịch Mỗi phương pháp phù hợp với từng trường hợp ứng dụng cụ thể

 Nồng độ phân tử lượng là số phân tử gam chất tan trong 1 kg dung môi.

 Nồng độ phân tử gam là số phân tử gam chất tan trong 1 lít dung dịch.

 Nồng độ tiêu chuẩn là số đương lượng gam của chất hòa tan trong 1 lít dung

dịch Đương lượng gam được xác định bằng cách lấy trọng lượng phân tử

gam chia cho đương lượng hydro (hóa trị) của chất đó

 Nồng độ khối lượng là khối lượng của chất tan trong một đơn vị thể tích

dung dịch Hầu hết các tiêu chuẩn chất lượng nước và các báo cáo của các

phòng thí nghiệm sử dụng đơn vị nồng độ là mg/l hoặc µg/l

 Đương lượng trên lít là số phân tử gam của chất tan nhân với hóa trị của chất

tan đó trong một lít dung dịch

 Phần triệu (ppm) là số gam chất tan trong 1 triệu gam dung dịch Những

nồng độ rất nhỏ có thể biễu diễn bằng phần tỷ (ppb) hoặc phần nghìn tỷ

Trong dung dịch nước, nếu tổng hàm lượng chất tan nhỏ hơn 10.000 ppm và

nhiệt độ dung dịch khoảng 4 °C, nồng độ phân tử gam và phân tử lượng có thể coi như

bằng nhau và 1 ppm bằng 1 mg/l Tương tự như vậy, 1 ppb bằng 1 µg/l Với hầu hết các

trường hợp trong thực tế, sự tương đương này có thể được sử dụng cho tổng chất tan

nhỏ hơn 10.000 ppm và nhiệt độ thấp hơn 100 °C Đối với những nồng độ cao hơn cần

có sự hiệu chỉnh tỷ trọng (Freeze và Cherry, 1979)

Do nồng độ đo bằng mg/l (hay ppm) được sử dụng trong tính toán hóa học,

chúng có thể được chuyển đổi sang phân tử gam hoặc phân tử lượng:

W

l mg M

Kali brôm (KBr) được sử dụng trong một thí nghiệm KBr được đưa vào một

bình phun nhằm hiệu chỉnh để sử dụng cho 200 lít nước trên một hécta Bao nhiêu dung

dịch 0,1N KBr cần phải pha với nước để có 200 l dung dịch 8 g/ha chất Br?

Lời giải: Dung dịch 0,1N chứa 0,1 phân tử gam chất tan trên 1 lít dung dịch

Phân tử gam của brôm là 79,9 g, do đó dung dịch chứa 0,1 × 79,9 = 7,99 g Br/l Để có

8g Br, trộn 1 lít brôm 0,1N với 199 lít nước

2.8 Dinh dưỡng đa lượng: Nitơ và phốtpho

Nitơ (N) và phốtpho (P) là những thành phần dinh dưỡng quan trọng nhất được

quan tâm khi xét đến chất lượng nước Cả N và P đều có trong nước tự nhiên Khi tồn

tại một lượng đáng kể N hoặc P, sự bùng phát của tảo và thực vật thủy sinh có thể xảy

ra Tảo cạnh tranh mạnh mẽ cho dinh dưỡng thủy sinh và phản ứng rất nhanh với những

thay đổi của điều kiện dinh dưỡng Sự phong phú bất thường của của các chất dinh

dưỡng dẫn đến sự phát triển rất nhanh của tảo (nở hoa), có thể gây ra mùi và vị rất khó

chịu Khi tảo chết và bị phân hủy, ô xy hòa tan trong nước có thể bị suy giảm, làm chết

cá và các quần thể động vật thủy sinh

Trong môi trường nước ngọt, vi khuẩn xyano (tảo lục lam) có khả năng tổng hợp

nitơ từ khí quyển, do đó phốtpho thường là yếu tố hạn chế Trong môi trường nước cửa

sông, nitơ thường là yếu tố hạn chế Nồng độ thấp khoảng 0,1 mg/l nitrát nitơ (NO3-N)

có thể đủ để gây ra sự bùng phát của tảo trong môi trường cửa sông (Mallin, 1994)

Sự giàu lên của các chất dinh dưỡng đa lượng trong các sông, hồ, cửa sông, và

vùng ven biển, từ các nguồn nước thải nông nghiệp và đô thị, thường được gọi là hiện

tượng phú dưỡng (Carpenter và nnk, 1998) và được khuyến cáo như là nguyên nhân của

sự tăng số lượng của các vi sinh vật, ví dụ như Pfisteria piscicida (Glasgow &

Burkholder, 2000) Sự xuất hiện thường xuyên của tảo có hại nở hoa (thường được gọi

không đúng là “thủy triều đỏ”) tương ứng với sự tăng của mức độ ô nhiễm tại rất nhiều

vùng trên thế giới, tuy nhiên vẫn còn những bất đồng về mối liên hệ của các nguyên

nhân

Nitơ chiếm khoảng 78% trong khí quyển, nhưng thể khí (N2) không thể sử dụng

trực tiếp cho hầu hết các loại cây trồng Nitơ được cung cấp thông qua các phân bón hóa

học (như u rê (NH2)2CO, amoni-nitrát NH4NO3, hay amoni khan NH3), hoặc trong các

dạng hữu cơ trong nước thải hay chất thải động và thực vật, để tăng sự sinh trưởng của

cây trồng Các chất vô cơ chỉ có thể sử dụng được khi chúng tan trong nước của đất

Các chất hữu cơ trước hết phải được khoáng hóa (chuyển đổi sang dạng vô cơ) Khi các

chất hữu cơ phân hủy, chúng sản sinh ra amoni (hoặc amonium) Trong điều kiện háo

khí, với độ ẩm và lượng carbon đầy đủ, amoni (hoặc amonium) có thể nhanh chóng bị

chuyển đổi thành nitrít và sau đó là nitrát, một dạng anion có khả năng hòa tan cao và

rất dễ biến đổi N ở dạng nitrát dễ bị thấm lọc qua đất và gây nên nguy cơ ô nhiễm đối

với nước ngầm Nitrát có thể di chuyển với khoảng cách đáng kể trong nước ngầm mà

không bị suy giảm về nồng độ Các vùng đệm ven sông có thể có hiệu quả trong việc

loại bỏ nồng độ nhất định nitrát từ nước ngầm chảy ra (Gilliam và nnk, 1997) Quản lý

nước lưu vực và điều chỉnh hệ thống tiêu (Chương 14) có thể giảm thiểu lượng nitơ từ

nước thải nông nghiệp Hình 2.4 mô tả tuần hoàn nitơ

Nitrát là dạng của N có liên quan nhiều nhất đến các nguy cơ về sức khỏe Nồng

độ cao nitrát trong nước uống gây ra hiện tượng methemoglobenemia (hội chứng em bé

xanh), trước hết ảnh hưởng đến các em bé và có liên quan đến sự xảy thai tự phát (đối

với cả người và động vật) Mức độ gây ô nhiễm tối đa (Maximum Contaminant Level -

MCL) theo tiêu chuẩn của EPA là 10 mg/l nitrát-N MCL đối với nitrít-N là 1 mg/l

nhưng hàm lượng nitrít trong tự nhiên là rất thấp do vi khuẩn trong đất nhanh chóng

chuyển hóa nitrít thành nitrát

Hình 2.4 Tuần hoàn nitơ (SCS, 1992)

Nitơ cũng có thể xâm nhập vào mặt nước dưới dạng hơi Amoni thể khí được

sản sinh từ các chất thải động vật và xâm nhập vào khí quyển Các ôxít nitơ được sinh

ra do quá trình đốt các nhiên liệu hóa thạch trong các nhà máy điện, chất thải hỏa táng,

hay các động cơ đốt trong Lơ lửng trong khí quyển và xâm nhập vào đất hay nước

thông qua quá trình trầm lắng hay hòa tan trong nước mưa Các ôxit nitơ và điôxit lưu

huỳnh là những nguyên nhân cơ bản của hiện tượng mưa axit

Phốtpho có trong tự nhiên ở các dạng hợp chất vô cơ, dần biến đổi bởi quá trình

phong hóa hóa học Các trầm tích giàu phốtphát được khai thác để sản xuất phân bón và

các sản phẩm phốtphát khác Phốtpho cũng được tìm thấy trong các chất hữu cơ

Phốtpho được cung cấp cho đất ở cả dạng hữu cơ và phân bón hóa học (ví dụ:

supephốtphát Ca(H2PO4)2·H2O) Hình 2.5 trình bày vòng tuần hoàn phốtpho rút gọn tại

một vị trí xả thải Phốtphát hòa tan được hấp thụ trong đất hoặc kết hợp với sắt hoặc

nhôm để hình thành các hợp chất không hòa tan P không di chuyển cùng với nước

trong đất, ngoại trừ trường hợp lượng P xâm nhập vào đất cao đến mức vượt quá khả

năng hấp thụ của đất Kiểu vận chuyển chủ yếu là xói mòn do nước, mang P bám ở các

hạt đất vào nước mặt Các biện pháp chống xói mòn (các Chương 7 đến 10) và đất ướt

(Chương 12) có hiệu quả cao trong việc giới hạn lượng P trong nước

Nếu chất thải chứa phốtpho xâm nhập vào bề mặt đất mà không có sự hấp thụ,

chúng có thể dễ dàng bị tách ra và trôi theo nước P hòa tan có thể xâm nhập vào nước

bề mặt theo cách này

Không có MCL đối với phốtpho trong nước uống Lượng phốtpho vượt quá sẽ bị

thải ra và thường không gây ra các mối đe dọa về sức khỏe

Kali thường kết hợp với N và P thành các dinh dưỡng đa lượng, nhưng không

liên quan đến các vấn đề về sức khỏe và chất lượng nước Không có MCL về lượng kali

trong nước uống

Hình 2.5 Cân bằng lượng phốtpho tại một vị trí xả thải với sự biến đổi trong đất (tuần hoàn

phốtpho rút gọn – SCS (1992))

2.9 Các chất hóa học vô cơ

Có hàng nghìn chất hóa học trong nước với sự hòa tan và hàm lượng độc tố thay

đổi rất lớn Một vài chất phổ biến nhất được quản lý ở cấp liên bang ở Mỹ gồm có

Asen, bari, berili, cátmi, crôm, đồng, xyanua, florua, chì, thủy ngân, selen, và tali

Nguồn của các chất này gồm có chất thải từ kim loại và nhà máy lọc dầu, nước thải

công nghiệp và hệ thống ống dẫn trong quá trình phân rã Sự tích tụ khoáng chất tự

nhiên cũng có thể gây ra nồng độ cao ở một vài vị trí Một số khác được tìm thấy trong

phân bón hoặc bổ sung trong thức ăn động vật

Khái niệm kim loại nặng thường được sử dụng rộng rãi để chỉ các chất như

antimon, thạch tín, cátmi, crôm, đồng, chì, thủy ngân, và kẽm Thuật ngữ này được sử

dụng để chỉ các nguyên tố có trọng lượng nguyên tử thay đổi từ trọng lượng nguyên tử

của đồng đến thủy ngân (Kennish, 1992) hoặc có trọng lượng riêng lớn hơn 4,0

(Connell & Miller, 1984) Phần nhiều trong số đó là các chất dinh dưỡng thiết yếu Các

nguyên tố không thiết yếu có thể làm ảnh hưởng đến các sinh vật khi thay thế các

nguyên tố hóa học tương tự Một vài nguyên tố (ví dụ như asen, chì, hay thủy ngân)

được sử dụng trong thuốc trừ sâu, nhưng hiện không còn tiếp tục được sử dụng do sự

tồn tại của những nguyên tố này và nồng độ của chúng trong chuỗi thức ăn

Các kim loại nặng thường bám dính vào các khoáng chất trong đất hay chất hữu

cơ, hoặc hình thành nên các hợp chất phức tạp Nồng độ hòa tan thường thấp Sự tăng

độ mặn, tăng lượng ôxy sẵn có hay giảm pH có xu hướng đẩy các ion kim loại vào trong

dung dịch, làm cho chúng cơ động hơn (Connell & Miller, 1984)

Các chất vô cơ bao gồm các hợp chất có chứa các ion phổ biến như natri, canxi,

magiê, và clorua Độ cứng của nước thường được xác định bằng tổng nồng độ của các

cation kim loại (phổ biến nhất là canxi và magiê) trong dung dịch có phản ứng với xà

phòng natri để sinh ra thể rắn hoặc chất lắng dạng bọt có thể phản ứng với các anion

Độ cứng được thể hiện bằng mg/l đương lượng gam CaCO2 Bảng 2.2 trình bày sự thay

đổi nồng độ tương ứng với phân hạng độ cứng của Tổ chức Khảo sát Địa chất Mỹ

Độ cứng là một vấn đề phổ biến trong nước ngầm ở các vùng có nền là đá

carbonat như đá màu vàng cam Nước mưa tự nhiên có độ axit nhẹ và hòa tan dần

những khoáng chất này khi thấm qua chúng Độ cứng quá mức cản trở các chất tẩy và

có thể gây ra sự tích tụ trong các hệ thống đốt nóng hoặc thiết bị tưới Lượng natri quá

mức (liên hệ chặt chẽ đến canxi và magiê) trong đất có xu hướng phân tán đất sét và hạn

chế chuyển động của không khí và nước trong đất Clorua vượt quá mức 250 mg/l, với

sự tồn tại của natri, gây ra vị mặn trong nước Các cây trồng có sức chịu đựng khác

nhau đối với nồng độ muối của nước trong đất (Chương 15)

Bảng 2.2 Phân loại độ cứng của nước

Các MCL hiện nay đối với các chất vô cơ được trình bày trong Bảng 2.3 Danh

mục đầy đủ hơn có thể tham khảo tiêu chuẩn của EPA và các tổ chức quản lý khác

2.10 Các chất hóa học hữu cơ

Hóa chất hữu cơ bao gồm hàng nghìn hợp chất, cả tự nhiên và nhân tạo Các chất

được chú ý nhất đối với chất lượng nước gồm thuốc trừ sâu (ví dụ: alachlor, atrazine,

carbofuran, lindane) và các hóa chất công nghiệp, các dung môi đặc biệt (ví dụ: benzen,

toluen, xylene, tetra-clorua carbon) Rất nhiều trong số đó đã được xác nhận hoặc bị

nghi ngờ là các tác nhân gây ung thư

Xu thế sản xuất thuốc trừ sâu hiện đang theo hướng đặc hữu và có chu kỳ bán

phân rã ngắn trong môi trường Đây là một tiến bộ đáng kể so với các loại thuốc trừ sâu

bền vững như thạch tín, thủy ngân, và hydrocacbon khử trùng (ví dụ: DDT) Các MCL

hiện nay đối với các chất vô cơ được trình bày trong Bảng 2.3 Danh mục đầy đủ hơn có

thể tham khảo tiêu chuẩn của EPA và các tổ chức quản lý khác tại địa phương

Rất nhiều rắc rối về ô nhiễm nước ngầm có thể được chỉ ra như việc đổ thuốc trừ

sâu pha loãng không sử dụng và nước rửa thiết bị trực tiếp trên mặt đất gần giếng cấp

nước Hoạt động quản lý tốt nhất hiện nay cần một miếng lót bê tông với một hầm chứa

- đặt xa giếng - nơi tiến hành làm sạch thiết bị và pha loãng hóa chất Tập trung nước

hợp lý trong các hầm chứa sẽ ngăn ngừa ô nhiễm trực tiếp tới đất và nước ngầm

Bảng 2.3 Một số tiêu chuẩn chất lượng nước uống

Cryptosporidium 0 TT3 Bệnh dạ dày, đường

ruột (tiêu chảy, nôn mửa, chuột rút)

Chất thải rắn từ người và động vật

Giardia lamblia 0 TT3 Bệnh dạ dày, đường

ruột (tiêu chảy, nôn mửa)

Chất thải rắn từ người và động vật

khuẩn, thường gọi là viên phổi

Tìm thấy trong nước tự nhiên, tăng lên nhiều lần trong các hệ thống làm nóngTổng coliform

vi khuẩn có hại khác5

Coliform tự nhiên

; coliform chất thải rắn và Ecoli trong chất thải rắn của người và động vật

Vi rút (đường ruột) 0 TT3 Bệnh dạ dày, đường

ruột ( tiêu chảy, nôn Chất thải rắn từ người và động vật