bài giảng quan trắc môi trường

• Thông số môi trường Parameters: Là những đại lượng vật lý, hóa học, sinh học cụ thể đặc trưng cho môi trường phản ánh tính chất của môi trường ở trạng thái nghiên cứu.. Để đánh giá ch

ENVIRONMENTAL MONITORING

NHỮNG VẤN ĐỀ CHUNG

• Khái niệm về môi trường:

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.

nh©n sinh quyÓn

MỐI QUAN HỆ GiỮA CÁC QUYỂN TRONG

HỆ THÔNG MÔI TRƯỜNG

Một số thuật ngữ cần chỳ ý

• ễ nhiễm mụi trường

• Nhiễm bẩn mụi trường

• Chỉ tiêu môi trường hoặc chỉ thị môi trường (factors, Indicators) là những

đại lượng biểu hiện các đặc trưng của môi trường đó tại một trạng thái xác

định.

• Thông số môi trường (Parameters): Là những đại lượng vật lý, hóa học, sinh

học cụ thể đặc trưng cho môi trường phản ánh tính chất của môi trường ở trạng thái nghiên cứu.

• Chỉ số môi trường (Indices, Indexes): là giá trị được tính toán trong một điều

kiện môi trường nào đó (khí, nước, đất) theo một số thông số môi trường có ở môi trường đó Giá trị các thông số môi trường này thu được nhờ các phép đo liên tiếp trong một khoảng thời gian dài hoặc một số phép đo đủ lớn.

• Tiêu chuẩn MT (Standards):

• Giá trị nền (Alternative Value): làm hàm lượng vốn cú của một chất trong

mụi trường chưa chịu tỏc động của cỏc hoạt động do con người gõy nờn.

Quan trắc môi trường và phân tích

môi trường

• Khái niệm về Quan trắc môi trường

Quan trắc 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.

Quan trắc 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 quan trắc là những số liệu

• Khái niệm về 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.

• Mục đích của QTMT và PTMT

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

Phương pháp tiếp cận trong QTCL môi trường

• Quan trắc 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)

• ĐGCL môi trường là một phần công việc của QTMT

Yêu cầu của 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 diễn biến về nồng độ và ảnh hưởng của các nhân tố này.

CÁC BƯỚC THỰC HIỆN

TRONG QTMT

Phương pháp hiệu chuẩn

Phương pháp ghi số liệu

P/p trình bày kết quả

Công bố kết quả

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 ô nhiễm.

• Tiêu chuẩn về chất lượng đất, nước, không khí được

qui định dựa vào mục tiêu sử dụng

CÁC ĐỐI TƯỢNG CẦN ĐƯỢC QUAN TRẮC

• Các tính chất hoá học của nước ngầm sẽ phản ánh tính chất khoáng vật học của lớp đá trong địa tầng

Nước ngầm dưới các tầng đất chứa ít cation kiềm thường các anion tồn tại dưới các dạng sau:

-Loại nước ngầm tồn tại trong một số loại đá Thông số Đá biến

Các nguồn gây ảnh hưởng tới chất

lượng nước ngầm

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

Phân tích Nghiên cứu

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

• Sự thay đổi bất thường về chất lượng, phải tính đến trạng thái của nước đứng (tĩnh)

a Thành phần hóa học của nước tự nhiên

• Các hợp chất vô cơ và hữu cơ trong nước tự nhiên có thể tồn tại ở dạng ion hòa tan, khí hòa tan, dạng rắn và lỏng Chính sự phân bố của các hợp chất này quyết định bản chất của nước tự nhiên: nước ngọt, nuớc lợ hoặc nước mặn; nước giàu dinh dưỡng hoặc nước nghèo dinh dưỡng; nước cứng hoặc nước mềm; nước

bị ô nhiễm nặng hoặc bị ô nhiễm nhẹ.

• Nước là dung môi tốt để hòa tan hầu hết các axít, bazơ

và muối vô cơ Thành phần hóa học trung bình của nước sông hồ và nước biển được nêu trong bảng

Thành phần hóa học trung bình của nước biển và nước sông hồ

Thành phần Nước biển Nước sông hồ

• Trong thực tế hàm lượng các nguyên tố hóa học trong nước sông phân bố phụ thuộc vào đặc điểm khí hậu, địa chất, địa mạo và vị trí thủy vực Đặc điểm thành phần các ion hòa tan của các dòng sông do

ba yếu tố chủ đạo: ảnh hưởng của nước mưa, ảnh hưởng của sự bốc hơi-kết tinh và ảnh hưởng của sự phong hóa.

• Có thể sử dụng đồ thị hiển thị sự phụ thuộc giữa tổng chất rắn hòa tan (TDS) và tỉ số Na + /Na + + Ca 2+ để xác định thành phần hóa học của dòng sông do yếu tố nào chủ đạo

– Các sông có tỉ số Na + /Na + + Ca 2+ cao (0,7 - 1,0) với giá trị TDS nhỏ (0 – 100 mg/l) là sông có thành phần hóa học nước do mưa chủ đạo, vì trong nước mưa nồng độ Ca 2+ và tất cả các ion đều rất thấp – Trong khi đó các sông chảy qua vùng núi đá vôi bị phong hóa đều

có nồng độ Ca 2+ cao nên tỉ số Na + /Na + + Ca 2+ thấp (0 – 0,6) và tổng chất rắn hòa tan cao (100 – 10.000 mg/l)

– Các sông vùng bị yếu tố bốc hơi chủ đạo luôn có TDS cao và tỉ số

Na + /Na + + Ca 2+ cũng cao.

Các khí hòa tan

• Hầu hết các chất khí đều có thể hòa tan hoặc phản ứng với nước trừ khí mêtan (CH4) Các khí hòa tan trong nước có thể từ nhiều nguồn:

sự hấp thụ của không khí vào nước (O2 và CO2) hoặc do các quá trình sinh hóa của nước.

• Sự hòa tan của các chất khí vào nước chỉ đến một giới hạn nhất định Giới hạn này được gọi

là độ bão hòa Với oxy, độ bão hòa chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ nước, áp suất khí quyển trên bề mặt nước và một phần vào độ mặn

Độ bão hòa của oxy trong nước ở điều kiện khí quyển có 20,90% O2 và áp suất 760 mmHg

Nhiệt độ

lệch theo (100 mg/l

Cl - )

Áp suất hơi bão hòa p, (mmHg)

Các chất rắn

• Các chất rắn bao gồm các thành phần vô cơ và hữu cơ

và sinh vật được phân thành hai loại dựa theo kích thước: chất rắn có thể lọc và chất rắn không thể lọc.

– Chất rắn có thể lọc được: có đường kính ≤ 10-6 m (1µm) trong đó có hai loại: chất rắn dạng keo có kích thước từ 10-9

đến 10-6 và chất rắn hòa tan (các ion và phân tử hòa tan) có kích thước nhỏ hơn 10-9 m Vi khuẩn thuộc loại chất rắn dạng keo

– Chất rắn không thể lọc: có đường kính lớn lơn 10-6m Tảo, hạt bùn là các loại chất rắn lơ lửng có kích thước 10-5 – 10-6m, sạn, cát thuộc loại chất rắn có thể lắng, có kích thước lớn hơn 10-5m

Các chất hữu cơ

• Dựa vào khả năng bị phân hủy do vi sinh vật trong nước có thể phân các chất hữu cơ thành hai nhóm:

– Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học: các chất đường

(cacbohydrat), chất béo, protein, dầu mỡ thực, động vật Trong môi trường nước chúng dễ dàng bị phân hủy tạo ra các sản phẩm là CO2 và nước

– Các chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học như hơp chất clo

hữu cơ DDT, Lindan, Aldrine, Polyclorobiphenyl (PBC) các hợp chất đa vòng ngưng tụ như pyren, naphtalen, antharaxen, dioxin… Đây là các chất có độ tính cao, bền vững trong môi trường nên có khả năng gây tác hại lâu dài cho đời sống sinh vật và sức khỏe con người

b Thành phần sinh học của nước tự nhiên

• Thành phần và mật độ các loại cơ thể sống trong nguồn nước phụ thuộc chặc chẽ vào đặc điểm, thành phần hóa học của nguồn nước, chế độ thủy văn và địa hình nơi cư trú.

• Các loại sinh vật tồn tại trong nguồn nước tự nhiên chủ yếu là vi khuẩn, nấm, siêu vi trùng, cây cỏ, động vật nguyên sinh, động vật đa bào, các loại nhuyễn thể và các động vật có xương sống.

– Phiêu sinh (plankton) trong đó có động vật phiêu sinh

(zooplankton) và thực vật phiêu sinh (phytoplankton) Nhiều loài

sinh vật có giá trị làm nguồn thức ăn cho tôm, cá, đồng thời một

số loài có khả năng chỉ thị ô nhiễm nước, chất lượng nước.

– Cá

– Sinh vật bám

– Sinh vật đáy (benthos) Một số loài sinh vật đáy có giá trị kinh tế

đồng thời chỉ thị ô nhiễm và xử lý ô nhiễm.

Effluent loads from paddy area

35

Canal Levee

Paddy

CanalLevee

Paddy

36

Weather station

Các thông số cần được quan trắc đối với nước

Tổng số vi khuẩn Coliform

Vi khuẩn Faecal Coliform

Faecal StreptococciSalmonella

Các vi rút đường ruột

Nước thải : là nước đã qua sử dụng từ các hoạt động

sống của con người có thành phần và tính chất thay đổi.

• Tính chất của nước thải phụ thuộc vào loại hình sản xuất

• 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 Phân loại như sau:

– 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

Nồng độ trung bình của các thông số đo đạc trong nước thải sinh hoạt với

các mức độ nhiễm bẩn khác nhau

Thông số Sự nhiễm bẩn

Nặng (mg/l) Vừa (mg/l) Nhẹ (mg/l) Tổng chất rắn 1000 500 200

Khoảng nồng độ của các vật chất gây độc gây cản trở các quá trình

sinh học trong các nhà máy xử lý bùn cặn

Đối với các thành phần hữu cơ

• 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)

• Tích luỹ 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 Bất cứ một chất hữu cơ

nào bị hoà tan sẽ dễ dàng chuyển hoá

trong mô chất béo.

• 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.

• 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

• Sự phân huỷ các chất ô nhiễm: Mặc dù các

chất ô nhiễm 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.

Đối với các thành phần vô cơ

• 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:

bị khử thành sunfit (S 2- ) 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: 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.

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

phenol bay hơi, liên

kết của chất hữu cơ

với Cl, CN

X

GLG110 Fall 2003

MÔI TRƯỜNG ĐẤT

(0-2 inches deep)

2-10” deep

10-30”

deep

3-48”

deep

GLG110 Fall 2003

Water content influences soil strength

Soil Strength

• Tuy nhiên, tỉ lệ trao đổi của các chất dinh dưỡng cơ bản phụ thuộc vào thành phần sét, hữu cơ, độ ẩm đất, pH, và thế khử Hàm lượng các chất bị linh động trong môi trường thực chất phụ thuộc vào các điều kiện khí hậu và tầng đất.

Dạng liên kết Khả năng trao đổi Xác định bằng

Bị hoà tan nhưng không

liên kết trong đất Rất dễ Các chất dinh dưỡng hoà tan trong nước

Một phần liên kết với các

chất trao đổi Dễ dàng Các chất dinh dưỡng trao đổi (bao gồm phần hoà

tan trong nước)

Không linh động, dễ bị

linh động Khó Các chất dinh dưỡng trao đổi (bao gồm phần hoà

tan trong nước)

Không linh động, khó bị

linh động Rất khó Phần bị dữ lại của các chất dinh dưỡng

Dạng chất dinh dưỡng liên kết trong đất