Quan trắc môi trường Trịnh Quang Huy Trường ĐH Nông nghiệp Hà Nội 2010

Quan trắc môi trường Trịnh Quang Huy Trường ĐH Nông nghiệp Hà Nội2010 Quan trắc môi trường Trịnh Quang Huy Trường ĐH Nông nghiệp Hà Nội2010 Quan trắc môi trường Trịnh Quang Huy Trường ĐH Nông nghiệp Hà Nội2010 Quan trắc môi trường Trịnh Quang Huy Trường ĐH Nông nghiệp Hà Nội2010 Quan trắc môi trường Trịnh Quang Huy Trường ĐH Nông nghiệp Hà Nội2010 Quan trắc môi trường Trịnh Quang Huy Trường ĐH Nông nghiệp Hà Nội2010 Quan trắc môi trường Trịnh Quang Huy Trường ĐH Nông nghiệp Hà Nội2010 Quan trắc môi trường Trịnh Quang Huy Trường ĐH Nông nghiệp Hà Nội2010 Quan trắc môi trường Trịnh Quang Huy Trường ĐH Nông nghiệp Hà Nội2010

CHƯƠNG I

BÀI MỞ ĐẦU

Sinh viên cần nắm

• Khái niệm cơ bản về thuật ngữ “môi trường”

• Khái niệm về quan trắc và phân tích môi trường

• Xác định được các vấn đề liên quan tới chất lượng môi trường hiện tại và tương lai

• Vai trò của phân tích hoá học trong đánh giá chất lượng môi trường

I MÔI TRƯỜNG VÀ ĐÁNH GÍA CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG

I.1 Môi trường (Environment)

Môi trường bao gồm tất cả các yếu tố lí học, hoá học, các chất hữu cơ và vô cơ của khí quyển, thạch quyển và đại dương Môi trường sống là tập hợp các điều kiện xung quanh có ảnh hưởng đến cơ thể sống, đặc biệt là con người Môi trường quyết định chất lượng và sự tồn tại của cuộc sống

I.2 Quan trắc môi trường (Monitoring) và phân tích môi trường

a/ Quan trắc môi trường (Monitoring)

Monitoring môi trường được định nghĩa là quá trình thu thập các thông tin về sự tồn tại cũng như biến đổi nồng độ các chất trong môi trường có nguồn gốc từ nguồn thiên nhiên hay nhân tạo, quá trình này được thực hiện bằng các phép đo lường nhắc lại nhiều lần và với mật độ mẫu đủ dày về cả không gian và thời gian để từ đó có thể đánh giá các biến đổi và xu thế chất lượng môi trường Do đó, monitoring chất lượng được hiểu là quan trắc, đo lường, ghi nhận một cách thường xuyên, liên tục và đồng bộ các thông số chất lượng cũng như các thông số khí hậu thuỷ văn liên quan Kết quả của monitoring là những số liệu

Theo UNEP monitoring môi trường được tiến hành nhằm các mục tiêu sau đây: (1) Ðể đánh giá các hậu quả ô nhiễm đến sức khoẻ và môi trường sống của con người, và như vậy sẽ xác định được mối quan hệ nhân quả của nồng độ chất ô nhiễm

(2) Ðể đảm bảo an toàn cho việc sử dụng tài nguyên (không khí, nước, đất, sinh thái.v.v) vào các mục đích kinh tế

(3) Ðể thu được các số liệu hệ thống dưới dạng điều tra cơ bản chất lượng môi trường và cung cấp ngân hàng dữ liệu cho sử dụng tài nguyên trong tương lai

(4) Ðể nghiên cứu và đánh giá các chất ô nhiễm và hệ thống tiếp nhận chúng (xu thế, khả năng gây ô nhiễm)

(5) Ðể đánh giá hiệu quả các biện pháp kiểm soát luật pháp về phát thải

(6) Ðể tiến hành các biện pháp khẩn cấp tại những vùng có ô nhiễm đặc biệt

Monitoring cái gì?, khi nào?, ở đâu? và như thế nào? được làm rõ chỉ khi mục tiêu monitoring đã được xác định Vì vậy, điều quan trọng nhất của thiết kế một chương trình monitoring là phải thiết lập được mục tiêu monitoring Các bước thiết kế một chương trình monitoring được trình bày trong sơ đồ dưới đây

Cụ thể hơn, quan trắc môi trường cần cung cấp các thông tin sau:

• Thành phần, nguồn gốc, nồng độ/hàm lượng/cường độ các tác nhân ô nhiễm trong môi trường

• Khả năng ảnh hưởng của các tác nhân này trong môi trường

• Dự báo xu hướng điễn biến về nồng độ và ảnh hưởng của các nhân tố này

Trên cơ sở các thông tin trên, cơ quan quản lý môi trường có biện pháp cảnh báo, quản lý môi trường và thi hành các biện pháp không chế, giảm thiểu tác động ô nhiễm và

sử dụng hợp lý các thành phần môi trường

Về nguyên tắc, tất cả các thành phần môi trường (đất, nước, không khí, sinh vật) đều cần được quan trắc Tuy nhiên trong thực tế hầu hết các quốc gia, mạng lưới hệ thống quan trắc môi trường thường thực hiện quan trắc các thành phần môi trường động (nước, không khí) vì các thành phần môi trường này không chỉ ảnh hưởng trực tiếp đến cuộc sống con người, sinh vật mà còn có khả năng chuyển tải các tác nhân ô nhiễm từ vùng này đến vùng khác, gây tác hại cho một không gian lớn, đặc biệt khi có sự cố ô nhiễm môi trường

b/ Phân tích môi trường

Phân tích môi trường có thể định nghĩa là sự đánh giá môi trường tự nhiên và suy thoái do con người cũng như do các nguyên nhân khác gây ra Đây là vấn đề rất quan trọng vì qua đó chúng ta có thể biết được yếu tố nào cần được quan trắc và biện pháp nào cần được áp dụng để quản lý, giúp chúng ta tránh khỏi các thảm hoạ sinh thái có thể xẩy

ra

Trong những năm gần đây, nghiên cứu sinh thái không chỉ là sự tiếp cận về chất lượng mà còn về số lượng Để có thể hiểu biết và đánh giá về một hệ sinh thái đòi hỏi phải quan trắc đầy đủ sự biến động theo không gian và thời gian của các yếu tố môi trường, cả về số lượng và chất lượng có liên quan đến cấu trúc và chức năng của hệ Đó

là các tính chất lý hoá và sinh học của hệ sinh thái Sơ đồ dưới đây minh hoạ các bước cần thực hiện trong quá trình quan trắc môi trường

c/ Giá trị của các số liệu trong phân tích môi trường – quan trắc và phân tích môi trường

Công việc khó khăn đối với các nhà nghiên cứu là phải xác định được những chỉ tiêu phân tích nào là cần thiết Việc xác định thành phần các nguyên tố là đủ hay còn cần phải phân tích các phần tử hay nhóm chức của các chất?

Phương pháp hiệu chuẩn

Phương pháp ghi số liệu

P/p trình bày kết quả

Công bố kết quả

Ví dụ: Khi phân tích hàm lượng tổ số các nguyên tố như Hg, Pb, Cd có thể sẽ không đánh giá được hết nguy cơ gây hại cho sức khoẻ con người Điều này cũng tương tự như việc đánh giá mối quan hệ giữa hàm lượng tổng số của các chất trong đất với khả năng sử dụng của cây trồng Bởi vì, hàm lượng tổng số có thể là cao giá trị tiêu chuẩn tuỳ thuộc vào thành phần đá mẹ nhưng nguy cơ gây hại của chúng là không lớn và ngược lại

d/ Các quan điểm về chất lượng môi trường

Việc kiểm soát, khống chế và quản lý ô nhiễm đối với các nguồn điểm là tương đối đơn giản Trong khi đó đối với các nguồn không điểm việc kiểm soát, khống chế và quản

lý là hết sức khó khăn do không thể xác định chính xác các nguồn gốc, vị trí, qui mô lan truyền các tác nhân ô nhiễm

Với lý do như vậy, một hệ thống quan trắc chất lượng môi trường với mạng lưới các trạm cố định đo đạc, thu mẫu, phân tích, xử lý số liệu cần được xây dựng cho mỗi quốc gia, khu vực hoặc toàn cầu

Để đánh giá chất lượng môi trường có thể dựa trên các tiêu chí sau:

• Chất lượng môi trường tự nhiên được đánh giá bằng các tính chất lý hoá và

sinh học đặc trưng cho các thành phần của môi trường (đất, nước, không khí ) thể hiện thông qua các thônng số và chỉ số môi trường

• Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng môi trường - nguồn gốc của các chất gây

e/ Mạng lưới quan trắc phân tích môi trường tại nước ta

Monitoring chất lượng môi trường là một trong những nhiệm vụ cơ bản của kế hoạch bảo vệ và quản lý tài nguyên và môi trường Theo kinh nghiệm của các nước tiên tiến, thiết kế mạng lưới trạm monitoring môi trường phải tính đến ít nhất là 4 yếu tố sau đây:

• Ðiều kiện tự nhiên (địa hình, đất đai, khí hậu, thủy văn);

• Ðiều kiện nguồn thải;

• Ðiều kiện các hệ chịu tác động các chất ô nhiễm (người, động vật, công trình, );

• Ðiều kiện chi phí (điều kiện này là rất quan trọng)

Trong monitoring môi trường người ta thường phối hợp mạng lưới trạm cố định với mạng lưới trạm di động Các trạm quan trắc phải được chuẩn hoá về các mặt: vị trí, địa hình, phương pháp lấy và phân tích mẫu, trang thiết bị để sao cho các các thông tin thu được phải mang tính đặc trưng, đủ độ tin cậy, có khả năng so sánh Ngoài ra, một số vấn đề quan trọng khác liên quan đến kinh tế kỹ thuật cần xem xét và cân nhắc khi thiết

kế mạng lưới trạm, đó là: khả năng kinh phí đầu tư, các yêu cầu về nhân lực, thiết bị và đánh giá số liệu, sự thành thạo nhân viên

II GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MỘT SỐ KIÊN THỨC LIÊN QUAN TỚI QUAN TRẮC VÀ PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG

II.1 Một số kiên thức cơ bản

Câu hỏi:

1 Định nghĩa về môi trường, môi trường có bao nhiêu thành phần?

2 Các vấn đề cơ bản liên quan tới các thành phần môi trường là gì?

3 Thế nào là ô nhiễm và chất ô nhiễm?

4 Nếu một chất ô nhiễm được thải vào môi trường, nguyên nhân (tổng lượng thải, nồng độ) gây ảnh hưởng tới đời sống của các cá thể sinh vật?

Bảng 1: Trích dẫn ngưỡng khuyến cáo và giới hạn tối đa cho phép của một số thông số trong môi trường nước do Uỷ ban Châu Âu khuyến cáo

vị

Ngưỡng khuyến cáo

Nồng độ tối đa cho phép

liên quan tới sự tăng nồng

II.2 Sự cần thiết của phân tích hoá học trong quan trắc và phân tích môi trường

Nếu chúng ta chỉ phân tích đơn chất và đánh giá nó, thông tin nhận được chỉ phản ánh một phần bản chất của chất phân tích Do vậy, để có các thông tin đầy đủ về trạng thái của chất, phân tích hoá học nên được thực hiện

Câu hỏi:

Hãy liệt kê các bước cần thiết trong việc kiểm soát các vấn đề ô nhiễm bắt đầu từ bước nhận định chất ô nhiễm Tại mỗi bước việc phân tích hoá học nào nên được thực hiện?

Trả lời:

1 Nhận định vấn đề

Nhân định nên bắt đầu từ các vấn đề cụ thể

Ví dụ: Mưa axít: Nguyên nhân cơ bản do các khí SO2 và SO3 phát thải từ việc đốt cháy nhiên liệu than đá tại một khu vực cụ thể Nhu cầu năng lượng ngày càng tăng (giao thông, khí đốt điện năng) dẫn tới sự phát tán SO2 và SO3 sang nhiều khu vực khác Sự bổ sung thêm các thành phần hoá học khác như NO và NO2 dẫn tới hiện tượng mưa axít

2 Quan trắc với mục đích xác định phạm vi của vấn đề

Như chúng ta đã biết, trong môi trường tồn tại hàng nghìn nguyên tố thông qua các quá trình chuyển hoá nồng độ của chúng tồn tại ở mức độ nhất định tuỳ thuộc vào tính chất vốn có của môi trường, tuy nhiên cũng có chất không tồn tại trong môi trường mà chỉ sinh ra từ các hoạt động của con người hoặc tồn tại trong môi trường ở dạng vết Quan trắc nhằm phát hiện sự thay đổi bất thường nồng độ các chất hoặc các chất không

có trong môi trường Rất nhiều thành phần hoá học đã được nghiên cứu từ trước tới nay, tuy nhiên rất khó khăn trong việc nhận định thế nào là môi trường không bị ô nhiễm

Ví dụ: Dioxin đã được pháp hiện và chứng minh có độc tính cao, Dioxin có nguồn gốc hoàn toàn từ các hoạt động của con người, trong tự nhiên nó chỉ tồn tại ở dạng vết

3 Xác định quy trình kiểm soát

Xác định các phương pháp tin cậy trong việc phân tích các đối tượng quan trắc

4 Đảm bảo các quy trình kiểm soát và thực hiện đúng luật

Đối với các vấn đề có tính chất khu vực, quy trình thực hiện và kiểm soát yêu cầu thực hiện đúng các quy định của khu vực Đối với các vấn đề toàn cầu, quy trình thực hiện và kiểm soát phải theo các quy định có tính chất quốc tế

5 Quan trắc để đảm bảo các vấn đề môi trường đã được kiểm soát

Tuân thủ các quy định, tiêu chuẩn ban hành đối với từng đối tượng cụ thể Các kết quả quan trắc phải được đánh giá theo đúng tiêu chuẩn ban hành đối với từng đối tượng

• Phân tích chất ô nhiễm trong các sinh vật sống trong thuỷ vực cho phép xác định các chỉ thị cho các vấn đề về môi trường, tuy nhiên chỉ khi các mẫu sinh vật được lấy gần nguồn thải xác định và kết quả phân tích rất khó liên hệ với các nguồn thải đơn lẻ

• Đặc tính nguồn thải cũng cho phép mở rộng các ý tưởng nghiên cứu

• Ngoài ra các quy định và nghị định về quan trắc chất thải cũng có những yêu cầu đặc biệt đối với quan trắc môi trường

II.3 Kiến thức về sự vận chuyển các chất ô nhiễm trong môi trường

Sinh viên cần nắm được:

• Dự báo sự vận chuyển các chất ô nhiễm có thể xảy ra trong môi trường

• Đề xuất khu vực lấy mẫu đối với các thành phần hữu cơ có trọng lượng phân tử cao và kim loại có thể tích tụ

• Xác định ý nghĩa của thuật ngữ “nhiễm bẩn” và “ô nhiễm”

Như chúng ta đã biết các chất ảnh hưởng tới môi trường phụ thuộc vào nồng độ của chúng và điều kiện của môi trường là tĩnh hay động Vật chất luôn luôn chuyển hoá trong

ba trạng thái của môi trường: khí, nước và rắn Sự vận chuyển tại mỗi trạng thái làm thay đổi nồng độ của các chất theo các cách: vận chuyển, pha loãng hoặc thay đổi nồng độ.Trước khi bàn về các phương pháp chúng ta cần hiểu các quá trình chuyển hoá này để

có thể:

• Dự báo vị trí xuất hiện nồng độ chất ô nhiễm cao nhất

• Đánh giá nồng độ đo được của các chất ô nhiễm tại các khu vực khác nhau trong môi trường

Chúng ta cần hiểu các tính chất lý – hoá học của các chất ô nhiễm Điều này giúp ích cho việc nhận định các dạng ô nhiễm và giải thích tạo sao trong môi trường tồn tại hàng chục nghìn ion và thành phần của chúng nhưng chỉ một số ít các dạng ion được tập chung nghiên cứu

a/ Nguồn, sự khuếch tán, sự tăng nồng độ và sự phân huỷ

Mọi hoạt động của con người có nguy cơ dẫn tới ô nhiễm Nguồn ô nhiễm được chia làm hai loại: nguồn điểm và nguồn diện Các chất trong môi trường nước và khí khuếch tán theo cách riêng của nó

Sự khuếch tán của chất ô nhiễm trong nước và không khí chắc chắn sẽ dẫn tới sự pha loãng chất ô nhiễm Như chúng ta đã biết, ảnh hưởng của thành phần hoá học trong môi trường có thể liên quan trực tiếp tới nồng độ của chúng, do vậy quá trình khuếch tán sẽ dẫn tới phát tán các chất ô nhiễm trên một diện rộng tuy nhiên ít gây ảnh hưởng tại điểm

xa nguồn thải Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi chúng ta xem xét tới sự phân huỷ của vi sinh vật, quang hoá hoặc các quá trinh phân huỷ khác trên đường phát tán chất ô nhiễm

do đó ít làm tăng tính độc Điều này có thể được hiểu một cách khác đó là sự pha loãng chất ô nhiễm

Ví dụ:

a) Kim loại độc như Cd, có thẻ tìm thấy trong các cơ quan của chai, sò… ở nồng độ lên tới 2 triệu lần cao hơn nhiều so với nồng độ Cd tìm thấy trong môi trường xung quanh

b) DDT, chất nông hoá được sử dụng rộng rãi trong các thập kỷ trước, khả năng phân huỷ trong môi trường chậm Rất ít vật chất hữu cơ trên trái đất tồn tại ở dạng vết (ng l-1) hoặc nồng độ lớn

Câu hỏi:

Tính chất lý - hoá học chung nhất chủa một chất có khả năng ảnh hưởng tới các vấn

đề về môi trường?

Trả lời:

• Sự khuếch tán là nguyên nhân chủ yếu dẫn tới sự vận chuyển các chất ô nhiễm đi

xa trong môi trường nước và khí Các tính chất ảnh hưởng tới sự khuếch tán bao gồm: bay hơi, hoà tan trong nước, các hạt chất rắn và kích thước hạt

• Khả năng phân huỷ của các chất trong sinh vật bằng các phản ứng hoá học Nếu một chất phân huỷ nhanh sẽ ít có khả năng gây độc và tăng nồng độ trong môi trường Tuy nhiên trong một số trường hợp các sản phẩm phân huỷ có thể gây bất lợi đối với môi trường

• Ảnh hưởng của cấu trúc vật lý của các vật thể có khả năng làm tăng nồng độ của chất ô nhiễm và sau đó ảnh hưởng tới đời sống của sinh vật

b/ Sự vận chuyển và tăng nồng độ của các thành phần hữu cơ trung tính

Các chất hữu cơ trung tính thường rất dễ tăng nồng độ do tính chất bay hơi thấp và có trọng lượng phân tử cao (Mr>200) Chúng thường chứa các nguyên tử Cl trong cấu trúc phân tử Một số chất thông thường được trình bày trong bảng dưới đây

Các chất có trọng lượng phân tử thấp thường thấy tại các khu vực bị ô nhiễm không khí

c/ Nồng độ sinh học

Ngoại trừ một số chất hữu cơ có chứa các gốc phân cực như –OH, hoặc -NH2 hoặc ion, các chất này có khả năng hoà tan trong nước thấp, khả năng hoà tan giảm khi tăng trọng lượng phân tử (Hình) Bất cứ một chất hữu cơ nào bị hoà tan sẽ dễ dàng chuyển hoá trong mô chất béo

có trọng lượng phân tử thấp

Hình dưới đây mô tả khả năng tích luỹ của sinh vật được đo bằng hệ số nồng độ sinh học, hệ số này được tính theo công thức sau:

Hệ số nồng độ sinh học = Nồng độ của chất trong sinh vật / Nồng độ của chất trong môi trường nước

d/ Sự tích tụ trong bùn cặn

Sự tích tụ trong bùn cặn liên quan tới khả năng hoà tan thấp của các chất hữu cơ có trọng lượng phân tử cao trong nước cùng với tính không ưa nước của các chất hữu cơ không chứa các nhóm chức phân cực Vật chất hữu cơ không tan hoặc kết tủa trong nước

sẽ bám chặt vào các thành phần rắn Diện tích bề mặt của chất rắn lớn sẽ làm tăng khả năng hấp phụ các chất Đây là hiện tượng thực tế thường xuyên diễn ra tại các khu vực tiếp nhận nước thải công nghiệp và nhiều hạt mịn

e/ Sự khyếch đại sinh học

Động vật sử dụng thực vật hoặc các động vật khác làm thức ăn, Theo chuỗi thức ăn nồng độ các chất có thể tăng lên tuỳ thuộc vào khả năng tiêu thụ thức ăn của mỗi loài Nếu một chất ô nhiễm tồn tại trong sinh vật đầu tiên, nồng độ chất ô nhiễm sẽ tăng trong các loài kế tiếp khi sử dụng các loài đứng trước nó làm thức ăn Hình dưới đây mô tả quá trình khuếch đại sinh học

g/ Sự phân huỷ các chất ô nhiễm

Mặc dù các chất ô hiễm có xu hướng chuyển hoá trong sinh vật bằng các con đường

đã được mô tả ở phần trên, nồng độ tích tụ trong sinh vật sẽ không tăng nếu như sự phân huỷ của các chất ô nhiễm trong môi trường diễn ra nhanh Các chất sẽ bị phá vỡ cấu trúc tạo thành các phân tử đơn lẻ, các sản phẩm này có thể hoà tan trong nước Sự hoà tan trong nước có thể do các nhóm chức phân cực gắn vào phân tử hoặc chất hữu cơ có trọng lượng phân tử thấp

Tốc độ chuyển hoá cao phụ thuộc nhiều vào cấu trúc phân tử Một trong những lý do tại sao rất nhiều chất hữu cơ trong môi trường có chứa các nguyên tử Cl- và các chất hữu

cơ này có cơ chế phân huỷ chậm

Ví dụ:

Cơ chế phân huỷ của DDT xuất hiện hai trạng thái được trình bày trong hình dưới đây Trạng thái đầu tiên diễn ra rất nhanh, thông thường chỉ mất một vài ngày, trong khi đó trạng thái thứ hai diễn ra rất chậm (vài tháng)

h/ Sự chuyển hoà và tăng nồng độ của các ion kim loại

Sự hoà tan

Các kim loại đi vào môi trường thường ở trạng thái không tan trong nước thải công nghiệp hoặc một phần có nguồn gốc từ các khoáng trầm tích trong tự nhiên Kim loại trầm tích từ không khí chủ yếu ở dạng muối không tan Tuy nhiên, khả năng hoà tan của kim loại tăng khi pH giảm Mưa axít là nguyên nhân dẫn tới hiện tượng rửa trôi kim loại

và hình thành các dạng kim loại độc trong đất

Sự kết tủa kim loại trong bùn cặn

Hàm lượng kim loại tăng trong bùn cặn khi tăng giá trị pH Sự trầm tích - kết tủa xuất hiện khi nồng độ kim loại lớn Các ion kim loại cũng có thể tương tác với bùn cặn bằng một số cơ chế bao gồm các cơ chế sau:

• hấp phụ

• trao đổi ion (các khoáng sét là những chất trao đổi ion tự nhiên)

• hình thành phức trong bùn cặn

Sự thay đổi các điều kiện khử hoặc oxi hoá trong môi trường nước dẫn tới sự hoà tan hoặc kết tủa các ion im loại Ví dụ: Fe bị hoà tan trong điều kiện axít yếu do vậy ion Fe2+tồn tại chủ yếu trong dung dịch trong khi đó trong môi trường kiềm, Fe bị oxi hoá và bị kết tủa dưới dạng Fe(OH)3 Trong điều kiện khử tất cả các ion sunfua (SO42-) bị khử thành sunfit (S2-) và có thể dẫn tới sự kết tủa các kim loại như Pb và Cd dưới dạng các muối sunfit không tan

Sự hấp thụ bởi sinh vật

Như đã thảo luận ở trên, rõ ràng sự chuyển hoá kim loại theo chuỗi thức ăn Nhiều kim loại bị giữ trong sinh vật ở dạng ion đơn Các kim loại khác, đặc biệt là Cd và Hg có thể chuyển hoá thành các chất cơ kim hoá trị II Do vậy sự phân bố của kim loại trong sinh vật phụ thuộc vào tính chất hoá học của chúng

Câu hỏi:

So sánh lộ trình khuếch tán và sự tăng nồng độ của các chất hữu cơ có trọng lượng phân

tử cao và kim loại độc trong môi trường và sinh vật

Trả lời:

Chất ô nhiễm có thể được khuếch tán trong không khí và nước Sự khuếch tán trong không khi của kim loại thường ở dạng hạt (các dạng muối kim loại), nhưng đối với chất hữu cơ sự khuếch tán ở hai trạng thái rắn và bay hơi

Sự phân huỷ có thể diễn ra trong đất và nước

Khả năng hoà tan của các chất hữu cơ trong nước thường thấp, nhưng có thể làm tăng nồng độ sinh học trong các sinh vật sống dưới nước Khả năng hoà tan của kim loại phục thuộc vào các tính chất hoá học của chúng, pH giảm sẽ làm tăng tính tan của kim loại Tuy nhiên pH lại không ảnh hưởng tới tính tan của các chất hữu cơ trung tính Chất ô nhiễm chủ yếu tập trung trong bùn cặn Cơ chế tập trung trong bùn cặn của chất hữu cơ có trọng lượng phân tử cao và kim loại là rất khác nhau Ví dụ, trong điều kiện khử sẽ làm tăng sự tích tụ Pb, ngược lại không ảnh hưởng tới các chất hữu cơ trung tính

Đầu vào trong chuỗi thức ăn ở thuỷ vực trong cả hai trường hợp là giống nhau, tuy nhiên cơ chế chuyên hoá trong sinh vật là khác nhau

II.4 Giới hạn an toàn

Việc diễn giải các số liệu phân tích cần dựa trên cơ sở mối quan hệ giữa nồng độ phân tích được và ảnh hưởng của chúng tới các loài sinh vật mằc dù là không dễ có thể xác định được mối tương quan này

Đánh giá độc tính sinh thái được thực hiện với nhiều chất, tuy nhiên không phải chất nào cũng gây ảnh hưởng tới môi trường Phương pháp giá độc tính sinh thái thướng sử

dụng bằng cách xác định liều lượng hoặc nồng độ gây chết sinh vật nghiên cứu LD50 là liệu lượng cần thiết để gây chết 50% sinh vật thí nghiệm Một số phương pháp đánh giá khác có thể đánh giá thông qua các thông số như: tốc độ phát triển, tỉ lệ nảy mầm, sự tăng hoặc giảm quần xã…

II.5 CÁC THÔNG SỐ Ô NHIỄM CẦN KIỂM SOÁT

a/ Khái niệm chunng

Ô nhiễm môi trường (ONMT):

Ô nhiễm môi trường là sự làm thay đổi trực tiếp hoặc gián tiếp các tính chất vật lý, hoá học, sinh học của bất kỳ thành phần môi trường nào làm cho tiêu chuẩn chất lượng của thành phần môi trường đó bị vi phạm dẫn đến làm nguy hại hoặc có khả năng nguy hại cho môi trường và sức khoẻ con người (Cục Môi trường, 12/2000)

Kiểm soát ô nhiễm môi trường (KSONMT):

Kiểm soát ô nhiễm môi trường (KSONMT) là sự tổng hợp các hoạt động, hành động, biện pháp và công cụ nhằm phòng ngừa, khống chế không cho sự ô nhiễm xảy ra, hoặc khi có sự ô nhiễm xảy ra thì có thể chủ động xử lý, làm giảm thiểu hay loại trừ được nó (Cục Môi trường, 2000)

b/ Các nguyên tắc chung trong kiểm soát ô nhiễm môi trường:

Kiểm soát ô nhiễm môi trường ở bất kỳ một lĩnh vực, đối tượng nào cũng đều phải tuân thủ những nguyên tắc chính sau:

¾ Ðảm bảo sự phát triển kinh tế - xã hội một cách bền vững

¾ Ðảm bảo tính lồng ghép: đối với các nhà quản lý, một trong những trọng tâm

quan trọng đối với công tác lồng ghép là cách tiếp cận liên ngành đối với công tác kiểm soát ô nhiễm Ngoài ra, nhu cầu lồng ghép xuyên suốt các trách nhiệm quản lý môi trường nhằm đảm bảo tập trung được nguồn lực về con người, công nghệ và tài chính cho các vấn đề được ưu tiên Lồng ghép các khu vực, các ngành, các đối tượng kiểm soát ô nhiễm với nhau sẽ tạo cơ hội thuận lợi trong công tác kiểm soát ô nhiễm, nhất là trong khâu tổng hợp, xử lý mang tính khu vực tìm ra các quy luật chung nhất

Ngăn ngừa ô nhiễm môi trường là nguyên tắc chủ đạo trong công tác kiểm soát ô nhiễm Khắc phục và phục hồi là quan trọng; Các tiêu chuẩn môi trường, chất thải và tiêu chuẩn sử dụng công nghệ là chỗ dựa và căn cứ chính

¾ Một số lưu ý cụ thể:

- Phải sử dụng các thông số và chỉ thị môi trường để kiểm soát ô nhiễm

- Phải thực hiện đánh giá hiện trạng và tác động môi trường : phạm vi, các bước tiến hành

- Các tiêu chuẩn về môi trường : tiêu chuẩn xả hay phát thải (emission or effluent standards); tiêu chuẩn chất lượng môi trường bao quanh hay tiêu chuẩn chất lượng của nguồn tiếp nhận chất thải (ambient standards)

- Các nguyên tắc giảm thiểu ngay từ nguồn phát sinh, sử dụng lại chất thải : việc giảm thiểu lượng chất thải là một hướng rất quan trọng, có ý nghĩa rất lớn đối với các chất thải, đặc biệt những chất thải bền vững khó phân huỷ và những chất nguy hại Vì vậy việc giảm thiểu và sử dụng lại các chất thải là những việc làm rất cần thiết nhưng đồng thời là những việc làm rất phức tạp

Quan trắc chất lượng môi trường (Monitoring Environmental Quality)

Ðể xác định hiệu quả của các hoạt động cải thiện chất lượng môi trường cần thiết phải lượng hoá chất lượng môi trường theo các thông số môi trường : các số liệu về nguồn thải

và lượng thải các chất ô nhiễm; các thông số cần quan trắc, tập trung chủ yếu vào quan trắc các nguồn thải gây ô nhiễm môi trường

II.5 Các thông số chất lượng hay ô nhiễm môi trường cần kiểm soát

II.5.1 Các chất ô nhiễm môi trường

Các chất gây ô nhiễm là những chất không có trong tự nhiên hoặc vốn có trong tự nhiên nhưng tới một thời điểm nào đó có hàm lượng lớn hơn và gây tác động có hại cho môi trường tự nhiên, cho con người cũng như sinh vật sống Chất gây ô nhiễm có thể do hoạt động của con người (chất thải công nghiệp và sinh hoạt) hoặc do các hiện tự nhiên gây ra Trong môi trường, cấu trúc hoá học cũng như nồng độ của nó sẽ quyết định mức độ ô nhiễm của môi trường nước, đất và không khí

Việc xác định các chất ô nhiễm rất quan trọng Ðó là cơ sở cho việc xác định nguồn gốc

và mức độ ô nhiễm môi trường Theo phương thức xuất hiện, chất ô nhiễm được phân loại thành chất ô nhiễm sơ cấp (xâm nhập trực tiếp từ nguồn phát sinh) và ô nhiễm thứ cấp (là những chất ô nhiễm được hình thành từ ô nhiễm sơ cấp trong điều kiện tự nhiên) Tuy nhiên để tiện lợi cho quá trình kiểm soát ô nhiễm, việc phân loại các chất ô nhiễm được xác định dựa vào đặc tính của chúng theo các nhóm như sau:

II.5.1 Ðối với môi trường nước và đất

a Các chất hữu cơ

Ðây là những chất tiêu thụ ôxy trong môi trường nước Do đặc tính không bền, chúng có

xu hướng bị ôxy hoá thành các dạng đơn giản hơn Quá trình này ảnh hưởng trực tiếp đến

độ hoà tan ôxy trong nước (DO) Ngoài ra các chỉ tiêu khác mhư BOD (nhu cầu ôxy sinh hoá) và COD (nhu cầu ôxy hoá học) được sử dụng để đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ

trong nước

Nguồn gốc các chất ô nhiễm dạng hữu cơ có thể từ các dạng sau:

- Nước thải sinh hoạt: Hầu hết các chất hữu cơ dạng này đều có khả năng phân huỷ sinh học Là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng thiếu hụt ôxy trong nước

- Nước cuốn trôi bề mặt: Thành phần hợp chất hữu cơ rất đa dạng, tuỳ thuộc vào đặc tính bề mặt

- Sinh ra do quá trình phát triển - chết của động thực vật phù du, động thực vật đáy Ðây là nguồn phát sinh đáng kể trong các lưu vực giàu chất dinh dưỡng

- Từ hoạt động động sản xuất hoặc sản phẩm của công nghiệp: Thông thường các chất hữu cơ dạng này bền, khả năng phân huỷ sinh học thấp, gây ô nhiễm nặng nề cho các nguồn nước Ðó là các chất nhiên liệu, chất dẻo, chất màu, thuốc trừ sâu, phụ gia dược phẩm thực phẩm mà nguồn gốc từ các nhà máy thực phẩm, giấy, thuộc da, đồ hộp, hoá chất, hoặc do tưới tiêu

* Một số chất hữu cơ tổng hợp điển hình tồn tại trong tự nhiên gây ô nhiễm môi trường nước Ðó là :

Hoá chất bảo vệ thực vật: Bao gồm thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc diệt nấm mốc,

diệt loài gặm nhấm, thuốc trừ côn trùng Theo quan điểm hoá học các chất bảo vệ thực vật được phân thành các dạng sau:

- Hợp chất hữu cơ halogen

- Hợp chất hữu cơ phốt pho

- Các cacbamat

- Các clorophennoxyaxit

Các chất bảo vệ thực vật thâm nhập vào cơ thể con người thông qua quá trình phát tán trong nước hoặc do tồn lưu sinh vật, sau khi sinh vật chết bị cuốn trôi theo nước Chúng

được tích tụ trong chuỗi thức ăn mà mắt xích cuối cùng là con người Chất bảo vệ thực

vật có trong nước sẽ tác động trực tiếp đến quá trình phát triển của sinh vật, thay đổi cấu

trúc sinh học, gây ra các các bệnh lý như ung thư, quái thai

* Xà phòng và các chất tẩy rửa và phụ gia:

Là những nguồn tiềm tàng các chất ô nhiễm dạng hữu cơ do có khả năng tạo nhũ tương,

tạo các chất hữu cơ lơ lửng trong nước Trong quá trình này các anion tạo ra các mixel xà

phòng dạng keo

* Các chất hữu cơ tổng hợp khác

Tất cả các chất hữu cư có trong nước đều là những chất tiêu thụ ôxy do đặc tính không

bền và có xu hướng ôxy hoá thành chất đơn giải Trong nước khi chỉ số DO thấp, BOD

và COD cao chứng tỏ nước bị ô nhiễm nặng bởi các chất hữu cơ tiêu thụ ôxy

Một số dạng đặc trưng của chất hữu cơ điển hình trong đất, nước cần quan tâm như bảng

20:

Bảng 20 Một số chất ô nhiễm hữu cơ điển hình trong đất, nước

1 Hợp chất hyđrocacbon Cyclohexen, Benzine, Benzen, toluen, Styren,

Naphtalen, Benzopyren

2 Hợp chất halogen hyđrocacbon Chloroform, Vinyclorua, tetrachloethen,

Hexachorychohexan, Hexachlobenxen, polyclorua, Byphenyl

3 Pôlyclođibenzodioxin 2,3,7,8 tetraclo-dibenzodioxin

4 Hợp chất phốtpho hữu cơ Tributyphotphat

5 Hợp chất nitơ hữu cơ Acrylamid,Acrylnitrit, O-nitrotoluen

6 Hợp chất hữu cơ kim loại Methyclorua thuỷ ngân

7 Hợp chất hữu cơ lưu huỳnh Methyl-mercaptan

8 Chất hoạt động bề mặt Alkybenzensunfonat

9 Alkohole & Ather Methyl-hexanol, dipphenylether

10 ALđehyt, keton Formaldehyd, axeton, axitbenzoic-

12 Hợp chất thiên nhiên Mỡ, xít amin, lòng trắng trứng

- Các hợp chất hữu cơ hyđrocacbon mạch thẳng hay mạch vòng thông thường là

sản phẩm của dầu mỏ, thâm nhập và làm ô nhiễm nguồn nước thông qua các quá

trình khai thác, vận chuyển, gia công, sử dụng Ảnh hưởng của các hợp chất thơm này gây ra mùi rất khó chịu Ðối với người và thực vật, chúng gây nên các bệnh mãn tính và cấp tính như ung thư, ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương, mắt, bệnh ngoài da Các hợp chất hyđrôcacbon đa vòng được các hạt keo hấp thụ hoặc bám dính trên các chất hoạt tính bề mặt, do vậy chúng có khả năng tích tụ lớn và cũng có khả năng gây ung thư

- Các hợp chất hữu cơ halogen là những chất vô cùng độc hại Các hợp chất này bao gồm: Cacbuahydro clorua, polyclorua byphenyl, thuốc trừ sâu chứa clo, các phênol clo, PCDD, PCDF

- Các hợp chất pôlyclobiphenyl (PCB)

- Ðây là những chất ô nhiễm được tìm thấy trong các nguồn trên toàn thế giới, thậm chí trong cả các mô tế bào chim và cá Các PCB có độ bền hoá học, nhiệt và sinh học rất cao Nguồn gốc của PCB chủ yếu từ dung dịch lạnh cách điện, làm thẩm thấu bông và sợi amiăng, làm hoá chất dẻo và làm các chất phụ gia cho một số loại sơn

- Tác động đến quần thể sinh vật: Nước bị ô nhiễm gây thiệt hại vô cùng đối với sinh vật có độ nhạy cảm cao, quần thể sinh vật giảm xuống rất nhanh do sự phân huỷ của dầu trong cơ thể sống và do lớp váng dầu ngăn cản quá trình trao đổi ôxy giữa pha nước và khí

Hàm lượng dầu trong nước đạt 20-30mg/l sẽ gây rối loạn các hoạt động phản xạ của cá, hàm lượng lớn hơn có thể gây chết cá Khi hàm lượng các hợp chất thơm của dầu đạt tới 0.3 mg/l thì quần thể sinh vật trong nước có thể bị chết.??

b Các chất ô nhiễm dưới dạng vô cơ

Có rất nhiều chất vô cơ gây ô nhiễm nước, đất Tuy nhiên có một số nhóm điển hình cần lưu ý như sau:

* Các loại phân bón chất vô cơ

Ðó là hợp chất vô cơ mà thành phần chủ yếu là cacbon, hyđro và ôxy ngoài ra chúng còn chứa các nguyên tố như N, P, K cùng các nguyên tố vi lượng khác

Các loại hoá chất này sẽ đi vào nước do một phần phân bón bị cuốn trôi khi sử dụng, bốc hơi hoặc chuyển hoá thành các dạng khác và lưu tồn trong môi trường

Việc dư thừa các chất dinh dưỡng (Phốt phát, muối amôn, urê, nitrat, muối kali ) gây nên sự phát triển nhanh của một số loài thực vật bậc thấp như tảo, rong rêu và các thực vật thân mềm, Gây nên hiện tượng thực vật chết hàng loạt Chúng bị phân huỷ và tạo thành lượng lớn hợp chất hữu cơ Mặt khác do phát triển ồ ạt, một lượng lớn ôxy trong nước sẽ bị tiêu thụ gây nên tình trạng thiếu hụt ôxy một cách trầm trọng (BOD cao), xuất hiện các quá trình khử, các chất có tính khử như H2S, NH3 tăng lên Các ion kim loại và HPO4- được chuyển hoá từ các chất lắng cặn, hoà tan vào nước gây độc cho nguồn nước mặt

* Các khoáng axít

Nguồn gốc chính là từ các mỏ than không còn khai thác FeS2 (có nhiều trong mỏ)là chất bền trong môi trường thiếu ôxy Khi tiếp xúc với môi trường không khí, có sự tham gia của vi sinh vật sẽ tạo thành H2SO4 và Fe(OH)3 màu đỏ Sự xuất hiện các chất này là nguyên nhân gây nên tình trạng mất cân bằng sinh thái trong nguồn nuức (động thực vật chết)

* Cặn

Nguồn phát sinh do xói mòn (chủ yếu) nước thải sản xuất, sinh hoạt

Các chất cặn đáy thường ở trong tình trạng yếm khí, tham gia quá trình khử, gây nên tình trạng thiếu hụt ôxy trong nước Các chất cặn lơ lửng và hạt huyền phù là môi trường hấp thụ rất tốt, chúng như là các kho chứa các kim loại nặng như Cr, Cu, Mo, Ni, Co, Mn gây độc cho nguồn nước

* Các nguyên tố vết

Ðây là các nguyên tố có rất ít trong nước, tuy nhiên khả năng gây độc rất cao cho hệ sinh

thái và con người Một số nguyên tố vết cần lưu ý trong quá trình kiểm soát chất lượng

Ðộc, có khả năng gây ung thư

Cadmium Cd Chất thải công nghiệp, quặng,

mạ kim loại

Thay thế kẽm trong quá trình sinh hoá, gây huyết áp cao, đau thận, phá huỷ mô tế bào máu, nhiễm độc các sinh vật dưới nước

Crom Cr Mạ kim loại, sản phẩm gốc

Crom

Viêm ngứa da, nổi mụn

Boren Bo Than, chất tẩy nước, nướ thải

Flo F Nguồn địa chất tự nhiên, chất

thải công nghiệp

Gây hỏng răng, mềm xương

Mangan Mn Chất thải công nghiệp mỏ Ðộc với thực vật ở hàm lượng cao

Chì Pb Công nghiệp, mỏ, than dầu khí Ðộc, ảnh hưởng tới thận và thần

kinh Thuỷ

độc với hàm lượng cao

Ngoài các nguyên tố vết, các chất phóng xạ cần được quan tâm trong việc kiểm soát ô

nhiễm phóng xạ trong môi trường nước trong tương lai

II.5.2 Ðối với môi trường không khí

Các chất ô nhiễm trong không khí cũng bao gồm các chất hữu cơ, vô cơ và vi sinh vật

Bảng 22 là một số chất ô nhiễm không khí từ công nghiệp và đô thị

Bảng 22 Một số chất ô nhiễm chính của công nghiệp và tác động bệnh lý của chúng

đối với sức khỏe con người

TT Chất khí ô nhiễm Nguồn phát sinh Tác dụng bệnh lý đối với người

1 Andehyt Từ phân ly các chất dầu, mỡ

và glyxerin bằng phương pháp nhiệt

Gây buồn phiền, cáu gắt, làm ảnh hưởng đến bộ máy hô hấp

2 Amoniac NH3 Quá trình hoá học để sản

xuất phân đạm, sơn hay thuốc nổ

Gây viêm tấy đường hô hấp

3 Asin (AsH3) Quá trình hàn nối sắt thép

hoặc quá trình sản xuất que hàn có chứa axit asen (arsenic)

Làm giảm hồng cầu trong máu, tác hại thận, gây mắc bệnh vàng

da

4 Cacbon oxit CO ỐNG XẢ KHÍ XE MÁY,

ÔTÔ, ỐNG KHÓI ÐỐT than, dầu

Giảm bớt khả năng lưu chuyển oxi trong máu

5 Clo Tẩy vải, sợi và các quá trình

hóa học tương tự

Gây nguy hại đối với toàn bộ đường hô hấp và mắt

6 Hydroxyanit Khói phun ra từ các lò chế

biến hóa chất, mạ kim loại

Gây tác hại đối với tế bào thần kinh, đau đầu và làm khô họng,

mờ mắt

7 Hydroflorua HF Tinh luyện dầu khí, khắc

kính bằng axit, sản xuất aluminium và phân bón, sản xuất sành sứ, gốm, thủy tinh

Gây mệt mỏi toàn thân, viêm

da, gây bệnh về thận và xương

8 Hydrosulfit H2S Công nghiệp hóa chất và tinh

luyện nhiên liệu có nhựa đường, công nghiệp cao su, phân bón

Mùi giống như mùi trứng thối, gây buồn nôn, gây kích thích mắt và họng

9 Nito oxit NOx ỐNG XẢ KHÓI CỦA ÔTÔ,

XE MÁY, CÔNG NGHỆ làm mềm hóa than

Gây ảnh hưởng đến bộ máy hô hấp, muội xâm nhập vào phổi

11 Sulfuro SO2 Quá trình đốt than và dầu Gây tức ngực, đau đầu, nôn

mửa, tử vong do bệnh hô hấp

12 Tro, muội, khói,

bụi mịn

Từ lò đốt ở mọi ngành công nghiệp và ống xả khí của xe

Bệnh đường hô hấp, chóng mặt, buồn nôn, co giật, viêm phổi, viêm da, nguy hại đối với hệ

Viêm tẩy mắt, dị ứng da, bệnh đường hô hấp, hệ tuần hoàn máu, hệ thần kinh

II.5.3 Các chỉ tiêu hay thông số cần kiểm soát đối với khu vực đô thị và khu công nghiệp

Ðể xác định mức đô ô nhiễm môi trường nước, cần thiết phải xác định các chỉ tiêu hay còn gọi là các thông số chất lượng nước như trên Thông thường các thông số này có quan hệ mật thiết với nhau, vì vậy khi nghiên cứu đánh giá chất lượng nước, cần thiết phải xem xét một các cẩn thận, chuẩn xác Các thông số này được chia thành các nhóm: vật lý, hoá học và sinh học

Nhóm chỉ tiêu Vật lý : Ðể đánh giá mức độ ô nhiễm hay chất lượng nước theo các chỉ

tiêu này người ta xác định nhiệt độ, mầu mùi, độ trong, độ đục hay hàm lượng cặn rắn lơ lửng, tổng hàm lượng các chất rắn, độ dẫn điện,

- Mùi: Nguyên nhân tạo ra mùi, là các quá trình phân huỷ chất hữu cơ (tạo mùi thối), hoặc mùi tanh của săt Như vậy, thông qua mùi có thể đánh giá mức độ phân huỷ chất hữu cơ (hiếu khí, kỵ khí), quá trình phát triển của động thực vật phù du,

- Mầu: Căn cứ chỉ thị mầu có thể đánh giá sơ bộ chất lượng nước Ví dụ : căn cứ mầu xanh để xác định mức độ dinh dưỡng trong sông hồ, ảnh hưởng của nước thải công nghiệp có mầu đặc trưng, ảnh hưởng cục bộ bởi nước thải sinh hoạt có mầu nwu xám, nguồn nước trong môi trường kỵ khí H2S tác động với Fe+2 tạo thành FeS có mầu đen,

- Các chất rắn hay cặn lơ lửng thường là các chất bị cuốn trôi theo dòng nước, do xác động thực vật chết hay do hoạt động của người, súc vật, tạo ra Hàm lượng cặn lớn sẽ làm giảm khả năng tự làm sạch của nguồn nước, cản trở quá trình sinh thái diễn ra trong nước hoặc cản trở quá trình diệt khuẩn trong nước

Trong quá trình kiểm soát chất lượng nước, tuỳ từng trường hợp cụ thể cũng như đặc tính chất phát thải mà ta đưa ra các chất ô nhiễm cần kiểm soát cũng như các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nguồn nước

Nhóm chỉ tiêu hoá học

Ðây là nhóm chỉ thị rất quan trọng Trạng thái tồn tại của chúng phản ánh rõ nét chất

lượng nguồn nước cũng như nguyên nhân chính gây nên

- pH: Biểu thị nồng độ H+ trong nước nếu pH bé hơn 7, nước có tính axit; lớn hơn

7 có tính kiềm; bằng 7 có tính trung tính Chất nước ở trạng thái bình thường pH

= 6-8.5 (nguồn A) và 5.5-9 (nguồn loại B)

- Nhóm ô nhiễm hữu cơ:

Ðặc trưng cho nhóm này là BOD ( nhu cầu ôxy hoá sinh hoá) và DO (ôxy hoà tan) Các

thông số này phản ánh đầy đủ trạng thái ô nhiễm chất hữu cơ trong nguồn nước cũng như

trạng thái của hệ sinh thái của nó (quan hệ chặt chẽ với quá trình sinh vật trong nước và

bùn đáy)

Ðồng thời với BOD còn phải xác định nhu cầu ôxy hoá học (COD)

- Ngoài các hợp chất hữu cơ tác động đến nồng độ ô xy trong nước còn có các hợp

chất vô cơ như ammonia, nitrite, Sulphit, Hydrogen sulphit, Fe2+

- Mức dinh dưỡng:

Ðặc trưng cho nhóm dinh dưỡng là nitơ và phopho Sự có mặt của các hợp chất này

chứng tỏ nước nguồn bị nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt Hợp chất nitơ là thành phần

quan trọng cho quá trình sống của thực vật, động vật trong nước Liên quan đến hợp chất

này là quá trình phì dưỡng, gây ra hiện tái nhiễm bẩn lần thứ hai Căn cứ vào nồng độ của

chúng người ta phân ra các trạng thái nguồn nước như sau:

Bảng 23 Phân loại nguồn nước theo mức dinh dưỡng

Trạng thái hồ, sông Thực vật lơ

lửng (mg/cm3)

Tổng cacbon hữu cơ (mg/l)

Tổng P (μg/l)

Tổng N (μg/l)

Dinh dưỡng trung bình 100-300 1-5 10-30 500-1100

Nguồn: Jorgensen, 1980

CHƯƠNG II

QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG

I QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG

I.1 CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TỚI QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC I.1.1 Nước ngầm

Nước ngầm là nước có trong các lớp thấm dưới mặt đất Hình dưới đây mô phỏng quá trình lưu trữ nước dưới các lớp đất sau mưa Nước dưới đất tồn tại ở hai tầng: tầng không bão hoà và tầng bão hoà (phần lấp đầy các khe rỗng), nước ngầm tồn tại ở trạng thái tự do Tốc độ thấm khác nhau tuỳ theo loại vật chất của lớp đất dưới tầng đất mặt: tốc độ dòng chảy qua các hạt cát là thường từ 1 đến 5 m/ngày, qua sỏi 6 – 10 m/ngày và qua đất thịt

và sét tốc độ thấm chỉ khoảng vài mm hoặc cm/ngày

Chất lượng nước ngầm ví dụ như loại và hàm lượng chất hoà tan được xác định bằng một số tính chất của đất, tốc độ thấm cũng như thời gian và độ sâu

Khu vực không bão hoà

Mao quản

Mặt nước ngầm

Nước không bị giữ

Nước bị giữ Lớp không thấm

Lớp không thấm

Rock water Kết tủa

a- Thành phần của nước ngầm

Đo đạc chất lượng nước ngầm đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chất lượng nước Yêu cầu chất lượng phụ thuộc vào dự định và các mục đích sử dụng như nước uống, nước công nghiệp, nước tưới Mở rộng ra có thể sử dụng nguồn nước ngầm cho các mục đích khác hoặc các hoạt động phụ thuộc vào thành phần tự nhiên của nước ngầm và

từ các ảnh hưởng do hoạt động sản xuất của con người Trạng thái vốn có của nước ngầm trong tự nhiên chứa các dạng khí bị hoà tan như O2, CO2, CH4, các ion vô cơ như Ca, Mg,

Na, K, Cl, NO3, SO4, HCO3, các thành phần hữu cơ như humic, fulvic và amino axít, và khoảng rộng các dạng chất vô cơ khác tồn tại dưới dạng vết Nói chung, các tính chất hoá học của nước ngầm sẽ phản ánh tính chất khoáng vật học của lớp đá trong địa tầng Khí

CO2 bị hoà tan trong nước mưa và thâm nhập qua đất, hình thành một axít yếu phản ứng với các khoáng trong các lớp địa tầng dưới sâu Trong các địa tầng có chứa các khoáng cacbonát (đá vôi hoặc đá cát cácbonát) những khoáng này sẽ bị hoà tan để giải phóng ra

Ca, Mg và HCO3- trong nước ngầm Nước ngầm trong các địa tầng ở hơi chua không chứa các khoáng cacbonát, lượng oxy hoà tan ban đầu tồn tại trong lớp nước ngầm phía trên có thể bị loại bỏ bằng sự xuất hiện các phản ứng sinh hoá dưới các tầng sâu, điều này dẫn đến các địa tầng thiếu khí một cách tự nhiên Các quá trình này có thể ảnh hưởng đến nồng độ của Ca, Mg, K, Na và SO42- thông qua các phản ứng như: trao đổi ion, sự khử

SO42- của vi khuẩn, sự ôxi hoá FeS, và sự hoà tan của CaSO4 trong địa tầng Nước ngầm cũng bao gồm nhiều thành phần muối, nồng độ tăng theo chiều sâu và nồng độ của các thành phần bị hoà tan tăng không đổi bởi sự hoà tan khoáng liên tục

Chất lượng nước ngầm được đánh giá thông qua đo đạc các thành phần của nước, kết quả sẽ thể hiện tính bền vững đối với các hoạt động của con người và các mục đích sử dụng khác Các chỉ tiêu phân tích bao gồm xác định các chỉ tiêu pH, tổng chất rắn hoà tan,

độ dẫn điện, các muối vô cơ như đã được đề cập trước đó Phân tích các thành phần hoá học có thể kiểm tra tính chính xác thông qua cân bằng ion, bằng cách so sánh nồng độ của các cation và anion biểu diễn bằng li đương lượng trên lít (meq l-1) Thành phần của mẫu nước được đo đạc trên cơ sở cân bằng hoá học, tính bằng số lượng và dấu điện tích của các cation và anion Mẫu nước nên được trung hoà và nồng độ đương lượng meq l-1

của các cation và anion cũng nên cân bằng Sự sai lệch trong khi cân bằng ion có thể cho thấy sai số trong quá trình lấy mẫu hoặc trong quá trình phân tích Đồ thị để diễn tả các

thành phần của nước ngầm nên sử dụng các dạng đồ thị dạng thanh đứng, dạng mảng, và dạng tam giác Đồ thị dạng tam giác đặc biệt hữu ích đối với sự phân loại chất lượng nước ngầm Đối với các nghiên cứu đầy đủ về chất lượng nước ngầm liên qua đến sự quan trắc chất lượng và biện pháp khắc phục các địa tầng bị nhiễm bẩn, cần yêu cầu bổ xung thêm một số phân tích đặc biệt, chú trọng vào việc xác định các dạng bị hoà tan bao gồm một khoảng rộng các chất hữu cơ tự nhiên hay tổng hợp, vi khuẩn, xạ khuẩn, các sản phẩm hữu cơ và vô cơ từ qúa trình phân huỷ của vi sinh vật có thể tồn tại trong các địa tầng bị nhiễm bẩn

Câu hỏi:

Nước ngầm là lớp nước dưới bề mặt đất và hình thành nhờ quá trình địa chất mà ở

đó nước ở trạng thái bão hoà Nếu được giữ trong tầng đá thấm nước có thể được lấy để

sử dụng Vậy, làm thế nào để phân biệt thành phần của nước ngầm khác với nước mặt? Trả lời:

Nước ngầm có thể tập trung nhiều muối rửa trôi từ các trầm tích khoáng Trong quá trình chảy qua bề mặt, nước sẽ tiếp xúc với các khoáng hữu cơ có thể phân huỷ Điều này làm cho thành phần oxy trong nước ngầm thấp hơn

b- Sự nhiễm bẩn nước ngầm

Sự nhiểm bẩn các địa tầng bởi các chất vô cơ và hữu cơ gây ảnh hưởng tới chất lượng nguồn nước ngầm trong một thời gian dài Các chất bẩn đi vào nước ngầm từ các hoạt động của con người và có thể thay đổi nồng độ từ nguồn nước ngầm này sang nguồn nước ngầm khác phụ thuộc vào mật độ của các nguồn gây ô nhiễm Các chất nhiễm bẩn được phân nhóm như sau: nhóm nuclit phóng xạ, các nguyên tố vết, các chất dinh dưỡng, các dạng chất vô cơ khác, các chất nhiễm bẩn hữu cơ, các chất nhiễm bẩn vi sinh vật Một khoảng rộng các chất nhiễm bẩn đi vào nước ngầm từ các nguồn thải đô thị từ các cống thải và chảy tràn Từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp như sử dụng phân bón, hoá chất bảo vệ thực vật, phế thải là những nguồn chính khuếch tán NO3- và các thành phần hữu cơ vào nước ngầm Các chất nhiễm bẩn ở dạng hoá chất hữu cơ tổng hợp, phụ thuộc vào các nguồn thải khác nhau mà thành phần các chất có thể khác nhau đến hàng nghìn lần

Sự thay đổi chất lượng nước có thể xem xét là do sự phụ thuộc vào các tính chất thổ nhưỡng và địa chất vốn có trong đất Tổng lượng cân bằng như sau:

Tính chất ban đầu của đá + thuỷ quyển Thay đổi tính chất đá + Dung dịch

Thay đổi các điều kiện tự nhiên của lớp đá dưới tầng sâu dẫn đến hình thành các vùng

có chất lượng nước đặc biệt Những nhóm này có thể dễ dàng nhận ra trong biểu đồ dạng tam giác dưới đây

Nước ngầm dưới các tầng đất chứa ít cation kiềm thường tồn tại dưới các dạng sau: a) chủ yếu ở dạng CO32-

Bảng 2 Nồng độ một số nguyên tố chính trong nước ngầm

Loại nước ngầm tồn tại trong một số loại đá

Thông số Đá biến chất Đá cát kết Đá cacbonát Đá thạch cao Đá mặn

Có rất nhiều nguyên nhân gây nên nhiễm bẩn nước ngầm, đặc biệt là các lớp nước

phía trên Một trong nhưng nguyên chính gây nhiễm bẩn nước ngầm là thói quen sử dụng

Nước ngầm được sử dụng trong nhiều mục đích do vậy việc lựa chọn các chỉ tiêu phân

tích phải dựa trên mục đích nghiên cứu Bảng 3 liệt kê các thông số có thể tham khảo

trong các nghiên cứu về chất lượng nước ngầm Các thông số thay đổi tuỳ theo mục đích

sử dụng nước hoặc nghiên cứu về ô nhiễm môi trường

Bảng 3 Lựa chọn các thông số trong nghiên cứu chất lượng nước ngầm

tổng quan về nước ngầm

Kiểm tra tính ăn mòn

Kiểm tra sự nhiễm bẩn nước ngầm

Các nghiên cứu nâng cao

1) Nghiên cứu cảm quan

Câu hỏi:

Theo bạn có bao nhiêu loại nước trên trái đất?

Trả lời:

Các dạng nước khác nhau có thể được phân loại như sau

• Nước mặt (sông, hồ, nước mưa chảy tràn…)

• Nước ngầm và nước suối

Câu hỏi:

1 Theo anh/chị, thông số nào thường xuyên thay đổi nồng độ?

• DO

• NO3

-• Loại sông nào có khả năng thâm nhập oxy nhanh?

2 Loại nào có thông số DO cao nhất?

o Suối có dòng chảy mạnh

o Sông có dòng chảy chậm trong khu vực có hoạt động công nghiệp nặng

o Sông có dòng chảy chậm tại các vùng nông thôn

Trả lời:

1 Oxy là sản phẩm được tạo ra từ quá trình quang hợp trong ngày, tuy nhiên nó bị lấy đi bởi sự hô hấp hoặc sự oxy hoá liên tục của các vật chất hữu cơ Điều này sẽ diễn

ra liên tục nhưng thay đổi rất chậm trong không khí Nồng độ oxy hạ xuống vào ban đêm

Sự biến đổi của Nitrat rất phức tạp Đây là chất dinh dưỡng cân thiết cho sự sống và nồng độ giảm vào mùa hè và tăng vào mùa đông; tuy nhiên, nếu sử dụng quá mức phân bón Nitơ sẽ làm tăng bất thường nồng độ của nó tại các thuỷ vực lân cận do quá trình thoát nước

2 Sự bất thường về địa hình tại các sông, suối đảm bảo lượng oxy được thâm nhập nhanh và nước luôn được bão hoà oxy Điều này không giống với sông có chứa lượng lớn các vật chất hữu cơ hoặc nước thải từ các khu công nghiệp Nhu cầu oxy luôn thấp Sông có dòng chảy chậm, khả năng thâm nhập oxy chậm

Tại các khu vực công nghiệp nặng, dòng thải tiêu thu oxy do vậy sẽ làm tăng nhu cầu oxy tại nguồn nước tiếp nhận

Sông tại các khu vực nông thôn ít chứa các chất thải tiêu thu ôxy nhưng vẫn có nhu cầu oxy cao do các vật chất lắng đọng và các vật chất bị vận chuyển tới cuối nguồn

Kiểm tra các tính chất lý hoá học cung cấp các thông tin quan trọng về tình trạng của nước, những chất có thể gây ô nhiễm hoặc bản chất của chúng và chức năng của quá trình

tự làm sạch Tuy nhiên, trong các trường hợp đặc biệt cũng cần kiểm tra bổ thêm một số tính chất sinh học để cung cấp các thông tin đầy đủ và cần thiết cho việc đánh giá chất lượng nước

Để có thể so sánh các kết quả phân tích, xin được giới thiệu chỉ số “Saprobic Index”

thể hiện sự sống hoặc sự tồn tại trong môi trường giàu chất hữu cơ nhưng thiếu oxy Chỉ

số này dựa trên việc biết trước các sinh vật xác định hay nói cách khác là sinh vật chỉ thị chỉ có thể nhìn thấy được trong nước khi nước có chất lượng tốt Các kết quả đo các chỉ

số sinh học thường được kèm theo một số thông số khác như nồng độ NH4, O2 và nhu cầu oxy sinh hoá (BOD) để thực hiện đánh giá Loại sinh vật tồn tại thay đổi trong tự nhiên từ vùng này sang vùng khác

Bảng 4: Phân loại chất lượng nước mặt theo một số thông số đặc trưng

NH4+-N mg/l

O2mg/l

1 vết 8

vào mùa xuân

II Nhiễm bẩn vừa nhiễm bẩn hữu cơ nhẹ; rất

nhiều loài và dày đặc tảo, chai, ốc, cua và ấu trùng;

phong phú thực vật nước; cá nước

2-6 0,3 6

III Ô nhiễm nặng tập trung đông đúc các vi

khuẩn hình que, một số loài tảo và thực vật bậc cao, nhiều đỉa, bọt, bọ nước; ít cá

thậm trí khi nồng độ của nó rất nhỏ Nguồn sản sinh ra PO43- bao gồm nước thải sinh hoạt hoặc xói mòn bề mặt tại những nơi sử dụng nhiều phân bón Cũng như vậy, hàm lượng N tăng dẫn tới tăng số lượng tảo và dẫn tới suy giảm chất lượng nước

Câu hỏi:

1 Các thông số BOD và COD được áp dụng trong các trường hợp nào?

2 Hãy giải thích lý do tại sao các thông số BOD 5, NH 4 + -N và O 2 lại được chọn là các thông số chính, đặc trưng cho chất lượng nước mặt?

Trả lời:

1

• BOD áp dụng cho quan trắc dài hạn đối với nước tự nhiên

• COD áp dụng cho trường hợp phân tích nhanh các mẫu ô nhiễm nặng, ví dụ: dòng thải công nghiệp

Các thông số kiểm tra tính chất lý hoá học đối với nước mặt thường rất nhiều Chúng xuất phát từ các yêu cầu về luật định hoặc các mục tiêu nghiên cứu khoa học - kỹ thuật Hơn 1000 thông số đã được nghiên cứu đối với nước mặt, và khoảng 100 trong số đó thường xuyên được xem xét Tuy nhiên, nghiên cứu mang tính chất thăm dò thường không phát huy được tác dụng tại những nơi đã có các thông tin về loại và dạng ô nhiễm Nhiều thông số đã được liệt kê liên quan đến các quan trắc nước ngầm cũng được thực hiện đối với nước mặt Thêm vào đó, theo mục đích quan tâm đặc biệt đối với nước mặt: hình ảnh, độ sâu, hàm luợng O2 (O2 bão hoà và tổn thất), các chất nhiễm bẩn hữu cơ (BOD, COD), các thông số sinh học, các lớp vật chất đặc biệt như chất hoạt động bề mặt, dầu mỡ, hoá chất bảo vệ thực vật

Các yêu cầu tối thiểu đối với việc quan trắc nước mặt, các thông số có thể sử dụng để

đo đạc đó là:

• Nhiệt độ • pH • Thành phần oxi

• Nhu cầu oxi hoá học COD • P tổng số • Thành phần NH4

• Nhu cầu oxi sinh hoá BOD • Fe tổng số • Zn tổng số

• Hàm lượng Cu • Hàm lượng Cr • Hàm lượng Ni

I.1.3 Nước thải

Nước thải là nước đã qua sử dụng từ các hoạt động sống của con người có thành phần

và tính chất thay đổi Nước thải có thể gây ô nhiễm nước ngầm và nước mặt Sự nhiễm bẩn chủ yếu gây ra bởi các hệ thống cống thải của các thành phố, thị trấn, các khu công nghiệp, và khu vực sản xuất nông nghiệp Các nguy cơ gây nên bởi nước thải làm giảm thành phần oxy trong nước thông qua sự hoà tan các chất dinh dưỡng (ví dụ: các thành phần hữu cơ, NH4, sunfít Ngoài ra ảnh hưởng của việc sử dụng phân bón (phú dưỡng) có thể dẫn tới sự tồn tại các chất dinh dưỡng như Nitơ và Photpho

Đặc tính đặc biệt của nước thải công nghiệp là các thành phần của nó có thể gây cản trở các quá trình tự làm sạch Các thành phần có thể được phân nhóm theo những ảnh hưởng bất lợi như dưới đây:

• Các vật chất gây độc có thể gây ra độc tính mãn tính hoặc tức thì đối với các sinh vật nước

• Các vật chất gây cản trở có thể gây ra các mùi khó chịu, vị, mầu, vẩn đục cũng như gây ra các vấn đề về kỹ thuật trong khi vận hành, phân bổ và sử dụng

• Các vật chất có thể phân huỷ có thể gây ra giảm thành phần oxy

• Các chất dinh dưỡng gây ra phú dưỡng, cản trở dòng nước

Các rủ ro do nước thải công nghiệp có thể gây ra các ảnh hưởng bất lợi đối với các nguồn nước đặc biệt là các nguồn nước cấp cho sinh hoạt, cho ngành thuỷ sản, nông nghiệp và chăn nuôi Trước khi đi vào các nguồn tiếp nhận, nước thải phải được xử lý để giảm thiểu các rủi ro có thể xảy ra Đối với vấn đề này, nghiên cứu kiểm soát nước thải đóng vai trò hết sức quan trọng

Không phải tất cả các nguồn nước đều có chung một mục đích sử dụng, do đó đối với mỗi nguồn tiếp nhận sẽ có các yêu cầu về tính chất và tiêu chuẩn riêng biệt Như vậy tiêu chuẩn chất lượng nước có thể được xác đinh tuỳ thuộc vào nhóm mục đích sử dụng

Phân loại mức độ ô nhiễm nước thải chỉ có thể áp dụng trong trường hợp nước thải

sinh hoạt Bảng 5 chỉ ra các thông số được chọn đối với các mức độ nhiễm bẩn: nặng,

Thành phần của nước thải từ các nhà máy xử lý bùn cặn thường ngăn cản các quá

trình sinh học Khoảng nồng độ của một số chất độc được liệt kê dưới đây:

Bảng 6: Khoảng nồng độ của các vật chất gây độc gây cản trở các quá trình sinh học

Như đã đề cập đến ở trên, nghiên cứu về nước thải có thể rất khác nhau Nhưng

nghiên cứu nên được xem xét đó là:

Bảng 7 Lựa chọn các thông số trong quan trắc nước thải

Thông số Phân tích theo thời

điểm

Phân tích để xác định mức tiêu thụ oxy

Các phân tích nâng cao

pH X X X

phenol bay hơi, liên

kết của chất hữu cơ

với Cl, CN

X

I.2 CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TỚI QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG ĐẤT

Đất là môi trường hỗ trợ cho sự sinh trưởng và phát triển của thực vật và hệ sinh thái Với mục đích như vậy, tính bền vững của đất chủ yếu phụ thuộc vào không gian đối với

sự phát triển của bộ rễ thực vật và khả năng trao đổi của nó với nước, không khí, nhiệt độ

và các chất dinh dưỡng Những yếu tố này thể hiện độ phì nhiêu của đất

Không gian phát triển của rễ thường được xác định bằng sự vươn sâu (solum) của rễ Tuy nhiên, đối với các loại đất, đá có tính xốp và liên kết không chặt sẽ thúc đẩy khả năng đâm sâu của rễ Mật độ rễ phụ thuộc lớn với một số tính chất đất như sự thay đổi về dung trọng, thành phần rỗng, mực nước ngầm và sự phân bố của các thành phần như muối, pH, thế khử

Độ bền của rễ đối với khả năng đâm xuyên được xác định như sau: