Bài giảng Môi trường (Bản đẹp)

Nội dung text: Bài giảng Môi trường (Bản đẹp)

1. Bài giảng Môi trường 
2. 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. 1
3. (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. 2
4. 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. Mục tiêu Vị trí và số lượng điểm Thông số giám sát Tần suất giám sát đ Phương pháp lấy mẫu Lựa chọn thiết bị Kỹ thuật phân tích Phương pháp hiệu chuẩn Phương pháp ghi số liệu P/p trình bày kết quả Công bố kết quả 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? 3
5. 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 ô nhiễm. • Tiêu chuẩn về chất lượng đất, nước, không khí được qui định dựa vào mục tiêu sử dụng. Các tiêu chuẩn được áp dụng đối với từng thành phần môi trường có thể tham khảo trong phần phụ lục. 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; 4
6. • 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. 5
7. 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. STT Thông số Đơn Ngưỡng Nồng độ Gợi ý vị khuyến cáo tối đa cho phép - 20 NO3 mg/l 25 50 - 21 NO2 mg/l - 0.1 + 22 NH4 mg/l 0.05 0.5 23 N(NO2+NO3) mg/l - 1 24 Khả năng ôxy hoá mg/l 2 5 (O2) 25 Tổng Cacbon hữu mg/l - - Cần được nghiên cứu do cơ (TOC) liên quan tới sự tăng nồng độ của một số nguyên tố 26 S µg/l - - 27 Các chất được chiết mg/l 0.1 bằng Cloroform 29 Phenol (C6H5OH) µg/l 0.5 30 Brôm (B) µg/l 1000 - Câu hỏi: Nồng độ tối đa của các chất ở bảng trên có thể chấp nhận đối với nước uống? Trả lời: Nồng độ các nguyên tố là khác nhau, tuy nhiên nên quan tâm tới nồng độ tối đa cho phép biều diễn bằng đơn vi mg l-1 (ppm) hoặc µg l-1 (ppb). 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: 8
8. 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. 9
9. Câu hỏi: Xem xét từ chất thải của một nhà máy, các chất bần từ một công đoạn sản xuất và trong toàn bộ công đoạn sản xuất. Chương trình quan trắc, phân tích gì nên dùng để đánh giá và kiểm soát chất thải? Trả lời: • Phân tích nguồn thải trước khi thải vào sông giúp quan trắc chất ô nhiễm tồn tại trong nguồn thải. • Phân tích nước sông phía dưới nguồn thải điểm với khoảng cách đủ lớn cho phép đánh giá trực tiếp nồng độ chất ô nhiễm trong nước sông, tuy nhiên không phải ánh đúng tính chất nguồn thải. • 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” 10
10. 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. 11
11. 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. 12
12. 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. Câu hỏi: Điều gì được rút ra từ khả năng hoà tan của một chất trong nước và khả năng hoà tan của nó để tích tụ trong sinh vật? Trả lời: Chúng ta không ngạc nhiên quy luật chung rằng khả năng hoà tan của chất hữu cơ trong nước hơn nhiều đối với khả năng tích luỹ của chúng trong các mô chất béo và lớn hơn thế năng gây độc. Mặt khác, do sự hoà tan trong nước giảm khi tăng trọng lượng phân tử liên quan đến nhóm chức của các chất. Chúng ta có thể rút ra kết luận rằng các chất có trọng lượng phân tử lớn sẽ gây ra nhiều vấn đề môi trường hớn đối với các chất có trọng lượng phân tử thấp. 13
13. 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 14
14. 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: 15
15. 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 16
16. • 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 2- kết tủa dưới dạng Fe(OH)3. Trong điều kiện khử tất cả các ion sunfua (SO4 ) 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 17
17. 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: 18
18. - 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 19
19. 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 20
20. 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 TT Loại hợp chất hữu cơ Ví dụ 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- 11 Phenol Phenol, Cresol 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 21
21. 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. * Ô nhiễm dầu mỏ: Ô nhiễm nước do dầu mỏ và sản phẩm của chúng (Xăng, mazut, dầu bôi trơn, ) thể hiện như sau: - Làm giảm tính chất lý hoá của nước (như thay đổi màu, mùi, vị): Nước sẽ có mùi đặc trưng khi nồng độ của nó đạt tới 0.5 mg/l, các chỉ tiêu hoá học sẽ thay đổi mạnh khi nồng độ lớn hơn 100 mg/l. - 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 22
22. 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 23
23. 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 nước bao gồm: Bảng 21. Các nguyên tố vết trong nước Nguyên tố Ký Nguồn gốc Tác hại hiệu Arsen As các loại khoáng, thuốc trừ sâu, Ðộc, có khả năng gây ung thư chất thải hoá học Cadmium Cd Chất thải công nghiệp, quặng, Thay thế kẽm trong quá trình sinh mạ kim loại 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 Viêm ngứa da, nổi mụn Crom Boren Bo Than, chất tẩy nước, nướ thải Nhiễm độc một số thực vật công nghiệp Ðồng Cu Mạ kim loại, tuyển khoáng, Nhiễm độc thực vật và tảo khai mỏ Flo F Nguồn địa chất tự nhiên, chất Gây hỏng răng, mềm xương thải công nghiệp 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 Hg Chất thải công nghiệp than, Rất độc ngân thuốc trừ sâu Selen Se Nguồn nước tự nhiên, quặng độc với hàm lượng cao sunfua, than 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 24
24. 1 Andehyt Từ phân ly các chất dầu, mỡ Gây buồn phiền, cáu gắt, làm và glyxerin bằng phương ảnh hưởng đến bộ máy hô hấp pháp nhiệt 2 Amoniac NH3 Quá trình hoá học để sản Gây viêm tấy đường hô hấp xuất phân đạm, sơn hay thuốc nổ. 3 Asin (AsH3) Quá trình hàn nối sắt thép Làm giảm hồng cầu trong máu, hoặc quá trình sản xuất que tác hại thận, gây mắc bệnh vàng hàn có chứa axit asen da (arsenic) 4 Cacbon oxit CO ỐNG XẢ KHÍ XE MÁY, Giảm bớt khả năng lưu chuyển ÔTÔ, ỐNG KHÓI ÐỐT oxi trong máu. than, dầu 5 Clo Tẩy vải, sợi và các quá trình Gây nguy hại đối với toàn bộ hóa học tương tự. đường hô hấp và mắt. 6 Hydroxyanit Khói phun ra từ các lò chế Gây tác hại đối với tế bào thần biến hóa chất, mạ kim loại kinh, đau đầu và làm khô họng, mờ mắt. 7 Hydroflorua HF Tinh luyện dầu khí, khắc Gây mệt mỏi toàn thân, viêm kính bằng axit, sản xuất da, gây bệnh về thận và xương aluminium và phân bón, sản xuất sành sứ, gốm, thủy tinh 8 Hydrosulfit H2S Công nghiệp hóa chất và tinh Mùi giống như mùi trứng thối, luyện nhiên liệu có nhựa gây buồn nôn, gây kích thích đường, công nghiệp cao su, mắt và họng. phân bón 9 Nito oxit NOx ỐNG XẢ KHÓI CỦA ÔTÔ, Gây ảnh hưởng đến bộ máy hô XE MÁY, CÔNG NGHỆ hấp, muội xâm nhập vào phổi làm mềm hóa than 10 Photgen Công nghiệp hóa học và Gây ho, buồn phiền, nguy hiểm (cacbon nhuộm đối với người bệnh hô hấp. oxyclorua) 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, Từ lò đốt ở mọi ngành công Gây bệnh khí thũng, đau mắt và bụi mịn nghiệp và ống xả khí của xe có thể gây bệnh ung thư, các cộ bệnh đường hô hấp. 13 Bụi, hơi chì và Sản xuất sơn, màu, mạ kim Bệnh đường hô hấp, các bệnh các kim loại nặng loại, luyện kim, đốt chất thải về thận, các bệnh ung thư khác rắn y tế và công nghiệp. 14 Các khí axit (HCl, Công nghiệp hóa chất, mạ Bệnh đường hô hấp, chóng mặt, H2SO4, HNO3 ) kim loại, tẩy rửa, đốt chất buồn nôn, co giật, viêm phổi, thải nguy hại. viêm da, nguy hại đối với hệ 25
25. thần kinh 15 VOC, HC mạch Công nghiệp hóa dầu, các Viêm tẩy mắt, dị ứng da, bệnh thẳng, mạch vòng, loại dung môi hóa mỹ phẩm, đường hô hấp, hệ tuần hoàn Halogen sản xuất sơn, vecni, xăng dầu máu, hệ thần kinh xe 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 +2 mầu nwu xám, nguồn nước trong môi trường kỵ khí H2S tác động với Fe 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. 26
26. 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 Tổng cacbon Tổng P Tổng N lửng hữu cơ (mg/l) (μg/l) (μg/l) (mg/cm3) Rất nghèo dinh dưỡng 20 -50 3-30 1-5 1-250 Nghèo dinh dưỡng 50-100 1-3 5-10 250 - 500 Dinh dưỡng trung bình 100-300 1-5 10-30 500-1100 Phì dưỡng >300 5 - 30 30 - 500 1100-1500 Dinh dưỡng quá cao 500-5000 > 1500 Nguồn: Jorgensen, 1980 27
27. 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. Kết tủa Khu vực không bão hoà Mao quản Mặt nước ngầm Nước không bị giữ Lớp không thấm Nước bị giữ Lớp không thấm Rock water 28
28. 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 2- nồng độ của Ca, Mg, K, Na và SO4 thông qua các phản ứng như: trao đổi ion, sự khử 2- SO4 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 29
29. 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 nghìnTính l chần.ấ t ban đầu của đá + thuỷ quyển Thay đổi tính chất đá + Dung dịch 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: 30
30. 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: 2- a) chủ yếu ở dạng CO3 - 2- b) HCO3 và SO4 2- c) Chủ yếu ở dạng SO4 Nước ngầm dưới các tầng đất chứa nhiều cation kiềm - d) chủ yếu ở dạng HCO3 2- e) chủ yếu ở dạng SO4 Nước có tính kiềm - f) chủ yếu ở dạng HCO3 2- - g) chủ yếu ở dạng SO4 và Cl Khoảng nồng độ của một số nguyên tố chính trong nước ngầm phụ thuộc vào loại nước ngầm trình bày ở bảng 2 dưới đây. Bảng 2. Nồng độ một số nguyên tố chính trong nước ngầm Loại nước ngầm tồn tại trong một số loại đá 31
31. Thông số Đá biến chất Đá cát kết Đá cacbonát Đá thạch cao Đá mặn mg/l mg/l mg/l mg/l mg/l Na+ 5-15 3-30 2-100 10-40 - 1000 K+ 0.2-1.5 0.2-5 - 1 5-10 - 100 Ca2+ 4-30 5-40 40-90 - 100 - 1000 Mg2+ 2-6 0-30 10-50 - 70 - 1000 Fe2+ - 3 0.1-5 - 0.1 - 0.1 - 2 Cl- 3-30 5-20 5-15 10-50 - 1000 - NO3 0.5-5 0.5-10 1-20 10-40 - 1000 - HCO3 10-60 2-25 150-300 50-200 - 1000 2- SO4 1-20 10-30 5-50 - 100 - 1000 SiO3 - 40 10-20 3-8 10-30 - 30 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 Phân tích Nghiên cứu Kiểm tra Kiểm tra sự Các nghiên tổng quan về tính ăn nhiễm bẩn cứu nâng nước ngầm mòn nước ngầm cao 1) Nghiên cứu cảm quan X X X X Mầu, mùi, độ dục 2) Tính chất Lý – Hoá học Nhiệt độ X X X pH X X X X Độ dẫn điện (EC) X X X Thế khử X X X Chất rắn X Sự hấp phụ tại 254 nm X 3) Phân tích theo nhóm nguyên tố Tồn dư X Bụi X Khả năng ôxi hoá X X X X Cabon hưu cơ bị hoà tan X Chỉ thị phenol X Độ cứng X X 32
32. Độc tố X 4) Các cation, anion, vật chất không liên kết Na X X K X X + NH4 X X X X Ca X X X X Mg X X X X Fe tổng số X X Fe2+ X X Mn X X - HCO3 X X X X Cl- X X X X - NO3 X X X X - NO2 X F- X X CN X 2- SO4 X X X SO2 X X 3- PO4 X X Axít Silic X X Oxi X X X CO2 tự do X X 5) Chất vô cơ dạng vết Asen X Cadimi X Crôm X Đồng X Chì X Thuỷ ngân X Nikel X Kẽm X 6) Chất hữu cơ dạng vết Hydro cacbon halogen bay hơi X Hydro cabon X Hydro cacbon halogen không X bay hơi Hydro cacbon đa vòng X X 7) Các thông số sinh học Faecal X E Coli X Các cơ thể sinh vật thể đa bào X I.1.2. Nước mặt 33
33. 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 • Nước thải • Nước nhiễm mặn • Nước lợ và nước mặt • Nước trầm tích và nước ngưng tụ (mưa, tuyết ) • Nước làm mát • Nước uống • Nước đá • Nước bốc hơi • Nước bị giữ trong các tầng đất phía dưới • Nước rỏ rỉ Nước mặt có thể dưới dạng dòng chảy hoặc dạng nước đứng. Nước mặt hứng chịu các chất nhiễm bẩn đối với môi trường bởi vậy phải được đặc biệt chú ý. Mức độ ô nhiễm luôn luôn đồng hành với sự thay đổi trạng thái của hệ sinh thái. Một thực tế là chất lượng nước mặt tối thiểu phải được đảm bảo để duy trình trạng thái sạch vốn có của nó. Đặc tính này có thể do tự nhiên hoặc chất nhiễm bẩn hữu cơ ngoại lai được phân huỷ từ từ - quá trình tự làm sạch. Ở những thuỷ vực giàu oxy, các vật chất có thể phân huỷ bị phá vỡ cấu trúc bởi các hoạt động của các vi sinh vật hiếu khí. Để đảm bảo cho các hoạt động này, oxy cần cho các phản ứng do vậy dẫn tới giảm lượng oxi hoà tan trong nước. Sự phân huỷ các hợp chất hữu cơ dẫn đến sinh khối được hình thành, kết tủa các vật chất hữu cơ dưới dạng cặn. 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? 34
34. 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 + Phân loại Mức độ của chỉ Thành phần của môi trường BOD5 NH4 -N O2 chất số Saprobic sinh học mg/l mg/l mg/l lượng I Không nhiễm một số loài vi khuẩn; quần xã 1 vết 8 bẩn đến nhiễm thưa thớt của tảo sỏi, tảo đỏ, bẩn nhẹ rêu; trứng tôm, cá; chủ yếu 35
35. vào mùa xuân II Nhiễm bẩn vừa nhiễm bẩn hữu cơ nhẹ; rất 2-6 0,3 6 nhiều loài và dày đặc tảo, chai, ốc, cua và ấu trùng; phong phú thực vật nước; cá nước III Ô nhiễm nặng tập trung đông đúc các vi 7-13 0,5 2 khuẩn hình que, một số loài tảo và thực vật bậc cao, nhiều đỉa, bọt, bọ nước; ít cá IV Cực kỳ ô nhiễm chỉ có vi khuẩn, nấm, động 15 một vài 2 vật nguyên sinh; không có mg/l sinh vật bậc cao Những am hiểu vể chất lượng nước có thể cho thấy sự thay đổi bất thường về chất lượng, tuy nhiên phải tính đến trạng thái tồn tại của nước đứng (tĩnh) rất nhậy cảm đối với sự thay đổi chất ô nhiễm hơn là nước chảy liên tục. Do vậy, sự phú dưỡng thường 3- xuất hiện tại các hồ và đập chứa. Tại những khu vực này, nồng độ PO4 đóng vai trò 3- quyết định, tuy nhiên PO4 chỉ là một “nhân tố nhỏ” dẫn tới sự phát triển mạnh của tảo 3- thậm trí khi nồng độ của nó rất nhỏ. Nguồn sản sinh ra PO4 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 BOD5, NH4 -N và O2 lại được chọn là các thông số chính, đặc trưng cho chất lượng nước mặt? Trả lời: 36
36. 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. 2. Các thông số trên thể hiện cho mức độ dinh dưỡng và sự thoái hoá cũng như khả năng tự làm sạch của nước mặt. Sự xuất hiện các sinh vật gây bệnh trong nước mặt cần được lưu tâm đối với những nơi nước mặt được sử dụng cho mục đích sinh hoạt. Các chỉ tiêu sinh học cần được xác định đó là: • Tổng số vi khuẩn Coliform • Vi khuẩn Faecal Coliform • Faecal Streptococci • Salmonella • Các vi rút đường ruột Các vi sinh vật gây bệnh có thể đi vào nước mặt qua các cống nước thải sinh hoạt hoặc nước thải từ các bệnh viện, lò mổ Tại nhiệt độ 37oC, nước cung cấp các điều kiện không thuận lợi và các sinh vật khó phát triển hơn nữa. Tuy nhiên, tính lây nhiễm có thể vẫn được duy trì bởi các dạng còn sống sót. Trong các nhà máy xử lý bùn thải sinh học thông thường, các sinh vật gây bệnh có thể không bao giờ bị loại bỏ bởi vậy nước thải luôn gây ra những ảnh hưởng bất lợi đối với nước mặt. 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: 37
37. • 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. 38
38. 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, vừa và yếu. Bảng 5: Nồng độ trung bình của các thông số đo đạc trong nước thải sinh hoạt với các mức độ nhiễm bẩn khác Thông số Sự nhiễm bẩn Nặng (mg/l) Vừa (mg/l) Nhẹ (mg/l) Tổng chất rắn 1000 500 200 Vật chất có thể lắng (mg/l) 12 5 4 Nhu cầu oxi sinh hoá (BOD) 300 200 100 Nhu cầu oxi hoá học (COD) 800 600 400 N Tổng số 85 50 25 NH4-N 30 30 15 Cl 175 100 15 Độ kiềm 200 100 50 Dầu, chất béo 40 20 0 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 trong các nhà máy xử lý bùn cặn Chất gây độc Khoảng nồng độ (mg/l) Cu 1 – 3 Cr-III 10 – 20 Cr-IV 1 – 10 Cd 3 – 10 Zn 3 – 20 Ni 2 – 10 Co 2 – 15 CN 0,3 – 2 H2S 5 – 30 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 Phân tích để xác Các phân tích nâng điểm định mức tiêu thụ cao oxy Màu, mùi X X pH X X X Độ dẫn điện (EC) X X 39
39. COD X X X BOD X X X Tổng cácbon hữu cơ X (TOC) Cácbon hữu cơ hoà X tan (DOC) Nitơ tổng số X X + - - NH4 , NO2 , NO3 X X X Phốtpho tổng số X X X F- X 2- SO4 X X Sunfit X X Cl X X H2CO3 X X Na, K X Ca, Mg X X Fe, Mn X X As, Pb, Cu, Ag, Zn, X Cr, Cd, Hg, Ni Khả năng phân huỷ X X X Độc tính với cá X Độc tính với vi sinh X vật Phenol tổng số, X phenol bay hơi, liên kết của chất hữu cơ với Cl, CN HCBVTV 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: 40
40. Độ sâu Sự đâm xuyên của rễ Ít hơn 10 cm rất hẹp 10-25 cm hẹp 25-50 cm Trung bình 50-100 cm Sâu Lớn hơn 100 cm Rất sâu Các nghiên cứu về đất có thể theo một số hướng sau: • Xác định khả năng trao đổi dinh dưỡng • Xác định các vật chất có khả năng gây ảnh hưởng nguy hại tới nước ngầm • Xác định các tính chất ăn mòn đối với đường ống • Xác định sự mặn hoá • Kiểm tra hiệu quả lọc • Xác định chất lượng đất • Xác định mức độ nhiễm bẩn môi trường đất Hàm lượng các chất dinh dưỡng có thể trao đổi từ đất là yếu tố quan trọng quyết định khả năng cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng và do vậy việc xác định chúng phải sử dụng phương pháp thống nhất. Từ đó có thể tính toán nhu cầu cung cấp thêm chất dinh dưỡng cho cây (bón phân). Khả năng trao đổi các chất đinh dưỡng được tổng kết trong bảng 8. Bảng 8. Dạng chất dinh dưỡng liên kết trong đất Dạng liên kết Khả năng trao đổi Xác định bằng Bị hoà tan nhưng không Rất dễ Các chất dinh dưỡng hoà liên kết trong đất tan trong nước Một phần liên kết với các Dễ dàng Các chất dinh dưỡng trao chất trao đổi đổi (bao gồm phần hoà tan trong nước) Không linh động, dễ bị linh Khó Các chất dinh dưỡng trao động đổi (bao gồm phần hoà tan trong nước) Không linh động, khó bị Rất khó Phần bị dữ lại của các chất linh động dinh dưỡng 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. Đánh giá sự nhiễm bẩn các chất vô cơ (kim loại nặng) trong đất là rất khó khăn do nồng độ vốn có của kim loại nặng có thể phụ thuộc rất lớn vào trạng thái khoáng vật học 41
41. (thành phần đá mẹ). Sử dụng các chất dinh dưỡng (bón phân) cũng là nguyên nhân dẫn đến nhiễm bẩn đất. Đánh giá sự nhiễm bẩn có thể được xem xét từ quan điểm về lợi nhuận hoặc hiệu quả của đất khi xem nó như là một lớp lọc nước tự nhiên. Đối với vấn đề này cần quan tâm ở các điểm sau: - Vai trò quan trọng của đất như là vật mang đối với cây trồng - Khả năng lọc của đất đối với việc bảo vệ nước ngầm. Việc chọn lựa các thí nghiệm đối với việc nghiên cứu khả năng linh động của kim loại nặng đang tồn tại một số vấn đề. Để giải quyết vấn đề này, các kết quả đo đạc tính dễ tan của kim loại nặng đối với thực vật bằng phương pháp chiết cho phép sử dụng để so sánh với lượng kim loại nặng được hút bởi rễ thực vật. Sử dụng axít mạnh hoặc các chất tạo phức mạnh để chiết kim loại nặng trong đất không cho kết quả ổn định. Sử dụng NH4OH cho kết quả tương đối ổn định đối với việc xác định các dạng linh động của các nguyên tố vết. Ngày này, có rất nhiều phương pháp chiết được sử dụng trong các nghiên cứu liên quan đến kim loại nặng đã được công bố bởi nhiều tác giả. Phương pháp chiết thông dụng nhất thường được thực hiện theo quy trình chiết liên tục đã được công bố bởi Tissier 1979). Khả năng chiết hầu hết các kim loại nặng từ đất lớn hơn hầu hết các nguyên tố thông thường (photpho: 1%, Al: 2% đến 3%, Na: 0,1 đến 0,5%). Tuy nhiên, kim loại nặng cũng được biết đến liên kết mạnh với các vật chất humus hơn các nguyên tố đã được đề cập ở trên. Giới hạn chống chịu của kim loại nặng trong đất là rất quan trọng. Bảng 9 cung cấp ngưỡng độc tương ứng với nồng độ của chúng trong cây trồng. Giới hạn này thay đổi tuỳ thuộc vào loài thực vật. Bảng 9. Khoảng gây độc của một số kim loại nặng trong đất Nguyên tố Ngưỡng (mg/kg) Cu 200-400 Zn 500-5000 Cd 10-175 Ni 200-2000 Pb 500-1500 Cr 500-1500 Hg 10-1000 42
42. Hình 7. Ví dụ minh hoạ vòng tuần hoàn thuỷ ngân vàcác dạng tồn tại của nó trong môi trường Nhiễm bẩn đất do các chất hữu cơ như hoá chất bảo vệ thực vật cũng phải được xem xét đến. Trong quá trình sử dụng hoá chất bảo vệ thực vật, một phần được đưa vào hoặc dơi xuống trực tiếp xuống đất. Lượng hấp phụ vào đất thay đổi theo tuyến và có mối quan hệ không lớn. Sự tồn tại của HCBVTV trong đất được mô phỏng trong hình 8. Hình 8. Số phận của HCBVTV trong đất 43
43. Khi đi vào đất, các vật chất này thay đổi đặc tính sinh học lệ thuộc vào một số tính chất đất, chúng bị chuyển hoá thậm trí bị khoáng hoá hoàn toàn. Các lớp đất bề mặt có chứa các chất hữu cơ sẽ hấp phụ HCBVTV. Sự thấm sâu của chúng phụ thuộc vào thành phần khoáng sét, thành phần Nitơ, oxít Fe, Al và các lỗ hổng trong đất. Nghiên cứu về các tính chất ăn mòn của đất cũng như việc xác định sự mặn hoá đặc biệt quan trong tại các khu vực khô hạn. Bảng 10. Các chỉ tiêu cần quan trắc đối với các nghiên cứu cụ thể Thành phần Đánh giá các Đánh giá tính Sự mặn hoá dinh dưỡng vật chất gây chất ăn mòn độc đường ống Thành phần cấp hạt X X Thành phần nước X X X pH X X X X Thế khử X X Độ dẫn điện X X X Tính chua/ kiềm X X X Hữu cơ cácbon X X X Na X K X X Ca X X X Mg X X X Mn X X Cu X Zn X X Cr, Ni, Cd, Hg X Br X X Mo X X N tổng số, N hữu cơ X NH4 X - NO3 X Phốt pho tổng số X Cl- X X SO4 X X Cacbonát, Hydro X cacbonat S X HCBVTV X Độ mặn X I.3. CÁC CHẤT ĐỘC HẠI GÂY Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG KHÔNG KHÍ 44
44. Nguồn gốc các chất độc hại, gây ô nhiễm môi trường không khí là do sản xuất công nghiệp, nông nghiệp và do quá trình đốt nhiên liệu. Các chất độc hại đi vào cơ thể người qua đường hô hấp, tiêu hoá và qua da. Chất độc hại trong không khí đi vào cơ thể người qua đường hô hấp là nguy hiểm nhất và thường gặp nhất. Nó xâm nhập qua phế quản và các tế bào đi vào máu. Chất độc hại thấm qua da (chủ yếu là các chất có thể hoà tan trong mỡ và trong nước) vào máu như benzen, rượu etylic. Dựa vào tác dụng chủ yếu của chất độc hại có thể chia ra các nhóm sau: Nhóm 1: Chất gây bỏng, kích thích da, niêm mạc ví dụ như axít đặc, kiềm đặc và loãng (vôi tôi, amoniac). Nhóm 2: Chất kích thích đường hô hấp trên như: Clo, NH3, SO3, SO2, NO, HCl, hơi fluo Nhóm 3: Chất gây ngạt • Gây ngạt đơn thuần như CO2, etan, metan • Gây ngạt hoá học: CO hòa hợp với các chất khác làm mất khả năng vận chuyển oxy của hồng cầu làm rối loạn hô hấp. Nhóm 4: Chất có tác dụng thần kinh trung ương, gây mê, gây tê như các loại rượu, các hợp chất hydro cacbua, H2S, CS2, xăng Nhóm 5: Chất gây độc • Chất gây độc tổn thương cơ thể: các loại hydro cacbua, halogen, clorua metin, bromua metin • Chất gây độc tổn thương cho hệ thống tạo máu như benzen, phenol, chì, asen Các kim loại và á kim độc như: chì, thuỷ ngân, mangan, photpho, fluo, cadimi, hợp chất asen Độc tính của các chất ô nhiễm trong không khí có thể tham khảo trong rất nhiều tài liệu liên quan. II. TỔ CHỨC THỰC HIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP LẤY MẪU Sinh viên cần nắm được một số kiến thức sau: • Cơ sở trong việc lựa chọn điểm lấy mẫu đại diện • Các nguyên tắc lấy mẫu đất, bùn cặn, nước và mẫu không khí 45
45. • Có thể xác định được số lượng mẫu phù hợp cho các khu vực lấy mẫu và hiểu được các hạn chế trong việc quyết định số mẫu cần lấy II.1. Giới thiệu chung Về cơ bản số lượng mẫu được lấy càng lớn và nhiều thông số môi trường sẽ càng phản ảnh đúng trạng thái của môi trường tại khu vực đánh giá (quan trắc), tuy nhiên trong thực tế rất khó thực hiện do gánh nặng về kinh tế, thời gian và điều kiện phân tích. Do vậy, việc quyết định thông số đánh giá và số lượng mẫu đánh giá đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc phản ánh trạng thái – tình trạng của môi trường. Như chúng ta đã biết trạng thái tồn tại của các chất trong môi trường ở cả ba trạng thái rắn, lỏng và khí. Vì vậy việc lấy mẫu nên tập trung vào các đối tượng cụ thể trong quá trình đánh giá ví dụ như nước hồ, sông, không khí . Bản chất của các thành phần trong tự nhiên luôn tồn tại tại một giá trị nồng độ nhất định điều này tuỳ thuộc vào các vật chất vồn có trong môi trường. Do đó, trước khi quyết định các vị trí lấy mẫu người lấy mẫu phải xác định rõ được mục tiêu từ đó sẽ giúp ích cho việc chọn lựa các thông số và vị trí lấy mẫu phù hợp. Đánh giá chất lượng môi trường có thể chia ra làm hai dạng chính sau: • Đánh giá các thành phần vốn có trong tự nhiên (chưa bị tác động bởi các hoạt động sống của con người). Đây là công việc khó thực hiện bởi khả năng phân tích và kỹ thuật phân tích khó có thể xác định được hàng chục nghìn thông số môi trường. Việc đánh giá này sẽ giúp ích cho việc xác định các “giá trị nền” của các thông số môi trường và phân biệt giới hạn “sạch - nhiễm bẩn – ô nhiễm”. • Đánh giá các điểm tiếp nhận chất thải từ các hoạt động sống của con người. Ở loại đánh giá này thường được chia nhỏ theo các mục đích đánh giá. Ví dụ: đánh giá chất lượng nước thải công nghiệp thải vào nguồn nước cấp sinh hoạt, nông nghiệp, thuỷ sản, vui chơi giải trí So sánh với loại đánh giá trên đây là công việc dễ thực hiện hơn. Tuy nhiên điểm quan trọng trong loại đánh giá này là xác định được đúng đặc trưng và tính chất nguồn thải từ đó mới có thể chọn lựa được vị trí lấy mẫu và thông số đánh giá phù hợp nhất. Các kiến thức về “nguồn điểm” và “nguồn diện” cũng hết sức cần thiết. Có hai cách lấy mẫu chính là: • Lấy mẫu ngẫu nhiên 46
46. • Lấy mẫu theo mục đích nghiên cứu. Bất cứ một thủ tục lấy mẫu nào bao gồm việc lựa chọn điểm lấy mẫu; kích thước và kiểu dáng của khu vực lấy mẫu và số lần lấy mẫu cho mỗi mẫu. Để làm được điều này, các thông tin liên quan đến sự phân bố của các chất nhiễm bẩn tại khu vực nghiên cứu là rất cần thiết. Nhiễm bẩn do các chất vô cơ hoặc hữu cơ có thể được lấy ngẫu nhiên, quy ước, dải rác, phân tầng hoặc theo hướng dốc. Ngoài ra các thông tin về địa hình, hệ thống thuỷ văn, cũng rất cần thiết. Hình 3 mô tả một số kỹ thuật lấy mẫu. Trước khi bắt đầu lấy mẫu, người lấy mẫu cần phải tự đặt ra một số câu hỏi sau: 1. Cần thiết phải xin ý kiến của chủ sở hữu? 2. Việc lấy mẫu có cần phải sử dụng các thiết bị đặc biệt hay không và điệu kiện hiện có? 3. Số mẫu và số lần lập lại là bao nhiêu? 4. Yêu cầu của mẫu cần phân tích định tính hay định lượng? 5. Hoá chất và dụng cụ yêu cầu là gì? 6. Phương pháp phân tích và thiết bị phân tích cần là gì? 7. Thể tích mẫu yêu cầu đối với kỹ thuật phân tích là bao nhiêu? 8. Có cần phải áp dụng các quy định chuẩn đối với khu vực lấy mẫu không? 9. Loại bình chứa mẫu và yêu cầu bảo quản của các thông số phân tích là gì, có đủ điều kiện để thực hiện không? 10. Bình chứa có yêu cầu cần phải xử lý trước khi lấy mẫu hay không và các xử lý? 11. Thiết bị dùng để bảo quản mẫu là gì? 47
47. Hình : Giới thiệu một số phương pháp lấy mẫu II.2. Công tác chuẩn bị cho lấy mẫu 1. Trước khi tiến hành, yêu cầu người lấy mẫu phải quyết định phương pháp phân tích. Kỹ thuật phân tích được sử dụng ảnh hưởng tới kích thước mẫu cần lấy, loại bình chứa mẫu và phương pháp bảo quản mẫu. Phải xác định trước được thời gian hoàn thành công việc lấy mẫu và phân tích tại phòng thí nghiệm. Thời gian bảo quản mẫu tại phòng không nên quá lâu nhằm tránh sự thay đổi tính chất của mẫu nghiên cứu. Thời gian bảo quản tối đa tương ứng với từng nguyên tố được trình bày trong bảng dưới đây. 2. Quyết định chương trình lấy mẫu. Tuỳ thuộc vào mục đích nghiên cứu, chương trình lấy mẫu có thể thực hiện theo các chu kỳ theo thứ tự ưu tiên sau: • Theo mùa: Quan trắc nồng độ của chất ô nhiễm ảnh hưởng tới các quá trình tự nhiên. • Theo tuần: Chất ô nhiễm có thể phát tán tuỳ thuộc vào thời gian làm việc của nhà mày. 48
48. • Theo ngày: Quan trắc nồng độ của một số chất có thể bị thay đổi do các quá trình sinh học cần tiêu thụ năng lượng mặt trời. Chúng ta cũng có thể tiến hành quan trắc các dao động bất thường, tuy nhiên kết quả đo thường có sự biến động nồng độ chất ô nhiễm lớn do sự phụ thuộc vào chương trình quan trắc, số mẫu lấy và thời gian quan trắc. 3. Quyết định tổng số mẫu cần lấy, lưu ý phải lấy mẫu nhắc lại cho mỗi vị trí lấy mẫu. Yêu cầu số mẫu phải đáp ứng về mặt thống kê để xử lý thông kêt có nghĩa. Cũng nên cân nhắc về thời gian cần để hoàn tất mẫu phân tích. 4. Quyết định vị trí lấy mẫu và thiết bị lấy mẫu. Vị trí lấy mẫu phải được sự cho phép của chủ sở hữu. Cần chú ý, điền kiện thời tiết luôn biến động. Vị trí lấy mẫu phải là vị trí đị diện cho khu vực. Lấy mẫu nước mặt yêu cầu phải đồng đều trong thiết bị lấy mẫu. 5. Quyết định thể tích mẫu cần lấy và dụng cụ bảo quản mẫu. Dụng cụ bảo quản mẫu có thể là bình thủy tinh hoặc bình polyethylen. Tuy nhiên việc lựa chọn bình chứa mẫu phụ thuộc vào tính chất của mẫu nghiên cứu. Bình polyethylen không dùng để chứa các mẫu xác định chất hữu cơ, bình thuỷ tinh không dùng để chứa các mẫu phân tích các dạng chất vô cơ như Na, Si Việc lấy đầy mẫu cũng hết sức quan trọng đặc biệt đối với các trường hợp cần phân tích các vật chất bay hơi hoặc khí hoà tan. Đối với các trường hợp khác không nhất thiết phải lấy đầy, điều này giúp dễ dàng trộn đều mẫu trước khi phân tích. 6. Quyết định phương pháp bảo quản mẫu. Phương pháp bảo quản chuẩn có thể áp dụng cho hầp hết các chất để tránh sự mất mẫu tối đa là bảo quản lạnh ở 4oC. Đối với một số chất yêu cầu có điều kiện bảo quản riêng biệt: • Nitrat - bảo quản ở 4oC để hạn chế sự phân huỷ từ từ bởi vi sinh vật • Hoá chất bảo vệ thực vật - bảo quản trong bình tối tránh các phản ứng quan hoá. • Ion kim loại - bảo quản trong điều kiện axít hạn chế sự hấp phụ ion kim loại lên thành bình. • Phenol – thêm vào NaOH để hạn chế sự bay hơi. • BOD - bảo quản lạnh tại 4oC, yêu cầu phân tích càng sớm càng tốt. Câu hỏi: 49
49. Trong phân tích hàm lượng vết của một số dung môi trong nước sông chảy qua khu vực bị ô nhiễm nặng. Mẫu được chuyển tới phòng thí nghiệm và phân tích bằng máy sắc ký khí. Trong các bước phân tích bước nào cần được kiểm soát để tránh sự nhiễm bẩn mẫu? Tại sao quy trình kiểm soát chất lượng lại dẫn tới kết quả phân tích đảm bảo độ tin cậy? Trả lời: Tại khu vực ô nhiễm nặng, khă năng gây nhiễm bẩn mẫu hoàn toàn có thể xảy ra. Đặc biệt trong trường hợp sử dụng các dụng cụ lấy mẫu không được làm sạch. Sử dụng bình chứa đúng quy cách sẽ hạn chế sự nhiễm bẩn hoặc mất mẫu trong quá trình vận chuyển và bảo quản Tại phòng thí nghiệm, sự nhiễm bẩn có thể do một số dung môi trong không khí. Độ sạch và ổn định của thiết bị phân tích có thể gây sai số phép đo. Mẫu trắng nên được phân tích cùng với mẫu đo khi phát hiện thấy dấu hiệu mẫu bị nhiễm bẩn tại bước lấy mẫu, vận chuyển và bảo quản mẫu. II.3. Các phương pháp lấy mẫu và số mẫu cần lấy Vị trí lấy mẫu có thể được xác định một các ngẫu nhiên, theo hệ thống hoặc ngẫu nhiên phân lớp (hình ). Lấy mẫu ngẫu nhiên: Sử dụng giấy bóng kính kẻ ô vuông và đặt chồng lên bản đồ khu vực nguyên cứu. Lựa chọn mẫu hoàn toàn ngẫu nhiên bằng cách đánh số lên các ô sau đó bôc thăm. Cách lấy mẫu này bỏ quan hoàn toán sự biến động của chất nhiễm bẩn tại khu vực nghiên cứu. Các điểm không được lấy mẫu nên được ghi lại. Kiểu lấy mẫu này thường được áp dụng đối với các khu vực có các chất ô nhiễm đồng nhất trên mọi vị trí. Hình : Giới thiệu một số phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên 50
50. Lấy mẫu hệ thống: Xác định điểm lấy mẫu đầu tiên hoàn toàn ngẫu nhiên, các mẫu tiếp theo được lấy theo hướng và khoảng cách cố định. Ví dụ mẫu được lấy theo cùng hướng bắc và khoảng các 5 m. Cách lấy mẫu này có khả năng cung cấp kết quả chính xác cao hơn đối với cách lấy mẫu ngẫu nhiên. Tuy nhiên, nếu đất có sự biến động theo chu kỳ việc làm này có thể dẫn tới các mẫu bị cùng xu hướng. Người lấy mẫu nên chú ý tới mật độ và khoảng cách giữa các mẫu. Lấy mẫu ngầu nhiên phân lớp: Được sử dụng trong trường hợp địa điểm lấy mẫu đã được biết trước về sự phân bố của các chất nhiễm bẩn. Phương pháp lấy mẫu này thường được sử dụng nhất. Phương pháp lấy mẫu thực hiện bằng cách chia nhỏ theo các khu vực đồng nhất. Do vậy độ chính xác của kết quả sẽ cao hơn. Tại các khu vực chia nhỏ, mẫu được lấy ngẫu nhiên Số mẫu cần lấy Trong trường hợp khu vực lấy mẫu là đồng nhất, về cơ bản số lượng mẫu lấy càng lớn độ chính xác của kết quả càng cao. Trong thực tế phân tích, tính kinh tế luôn khống chế số lượng mẫu và các thông số đánh giá. Trong trường hợp này câu hỏi đưa ra là liệu bao nhiêu mẫu cần lấy để đảm bảo sai số có thể chấp nhận. Để xác định được số mẫu cần lấy có thể áp dụng bằng cách Trước tiên phải quyết định mức độ sai số, E có thể được tính như sau: E = ±t(V )0.5 V = S 2 / n Trong đó: t: là giá trị kiểm tra V: là độ giao động S2: tổng bình phương n: số mẫu Tổng bình phương được tính bằng phương trình sau: (xi − x) 2 S = ∑ (n −1) Số mẫu được lấy sau đó được tính bằng công thức: n = t 2 S 2 / E 2 Ví dụ: 51
51. Chúng ta có tập hợp 10 mẫu được lấy ngẫu nhiên tại một khu vực. Giá trị đo của Pb được trình bày trong bảng dưới đây. Sử dụng các phương trình đã cung cấp ở trên tính toán mức sai số. Mẫu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Pb (xi) ppm 91 95 104 82 95 103 97 89 85 89 X (trung bình) 93 93 93 93 93 93 93 93 93 93 (xi-x) -2 2 11 -11 2 10 4 -4 -4 -4 2 (xi-x) 4 4 121 121 4 100 16 16 16 16 Nếu mức độ chính xác thu được ở bảng trên không thể chấp nhận và chỉ cho phép sai số tối đa là 2 ppm vậy bao nhiêu mẫu cần được lấy? II.3.1. Lấy mẫu nước Nếu cho rằng nước xuất hiện ở trạng thái đồng nhất thì không thực tế. Nước không đồng nhất cả về không gian và thời gian rất khó có thể thu được mẫu đại diện. Sự phân tầng trong hồ và sông thường theo dòng chảy thành phần hoá học và nhiệt độ. Sự giao động theo thời gian có thể xuất hiện ví dụ: do hiện tượng kết tủa hoặc thay đổi theo mùa. Như chúng ta đã biết kết quả phân tích phụ thuộc vào các mẫu được lấy từ khu vực nghiên cứu. Do đó, một điểm đặc biệt cần chú ý là phải tổ chức được các nhóm mẫu và kỹ thuật lấy mẫu. Mục đích để thu thập được các mẫu đại diện nhất cho toàn bộ khu vực. Điều này có nghĩa các mẫu phải được thu thập và bảo quản đúng cách tương ứng với từng thông số (chỉ tiêu) dự định quan trắc đối với các mẫu như nước mặt, nước ngầm, nước thải. Mặt khác địa điểm và thời gian lấy mẫu phải được lựa chọn tương ứng với phương pháp phân tích, các kết quả phân tích sẽ phản ánh sự thay đổi tạm thời hoặc cục bộ trong các quá trình nghiên cứu trước đó. Thu thập qúa nhiều mẫu là những sai sót cố hữu thường xảy ra trong các nghiên cứu dẫn tới gánh nặng về kinh phí. Thu thập ít dẫn tới kết quả thiếu tính đại diện. Thêm vào đó các thông tin chuyển tải trong các kết quả của mẫu ngẫu nghiên cứu phụ thuộc vào sự biến động của các thông số được đo đạc cụ thể. Để tổng kết các kết quả, kích thước sai số của một mẫu ngẫu nhiên phải được biết đến. Sai số mẫu ngẫu nhiên mô tả sự khác biệt giữa giá trị mẫu ngẫu nhiên (trung bình số học) và giá trị thực của toàn bộ tập hợp mẫu (số lượng mẫu). Kích thước sai số mẫu ngẫu nhiên phụ thuộc tập hợp mẫu. Trên các số liệu cụ thể, không thể chứng minh sai số ngẫu nhiên trở thành nhỏ khi tăng số lượng mẫu. Các mục tiêu cần đạt được khi lấy mẫu là: 52
52. • Kiểm soát chất lượng • Tiến hành dự báo • Xác định các rủi ro Thu thập các mẫu tại các khu vực nhạy cảm cho mục đích kiểm soát chất lượng thường kết hợp với cơ quan quản lý. Dự báo từ các số liệu thu thập được nhằm giải quyết các vấn đề sẽ xảy ra trong tương lai hoặc nhận định các xu hướng gây nhiễm bẩn, ví dụ, trước khi xây dựng một nhà máy xử lý bùn thải, khi dự báo yêu cầu phải xác đinh được các ảnh hưởng trong tương lai do nước thải đối với nước mặt. Các mẫu đại diện của nước và nước thải có thể thu thập bằng một số cách. Phương pháp lựa chọn cách lấy mẫu có thể làm theo một số bước sau: Lựa chọn một phương pháp lấy mẫu trên cơ sở cân nhắc một số thông tin sau: Nồng độ dao động Sự thay đổi dòng chảy nhỏ Sự thay đổi dòng chảy lớn Nhỏ Lấy mẫu ngẫu nhiên Lấy mẫu ngẫu nhiên Lớn Mẫu được chia theo tỉ lệ lần Mẫu được chia theo tỉ lệ thể lấy tích Cũng tương tự trong các trường hợp lấy mẫu đất, yêu cầu phải lây đại diện. Các mẫu ngẫu nhiên và mẫu trung bình có thể lấy tại các khu vực có diện tích lớn. Cụ thể sẽ được thảo luận trong phần sau. II.3.1.1. Tổ chức mạng lưới lấy mẫu nước Trong nhiều trường hợp nơi mà địa điểm lấy mẫu thiếu các tài liệu quan trắc có thể phải xây dựng mới mạng lướng quan trắc dành cho các nghiên cứu về nước, nước thải hoặc đất (ví dụ: thành lập mới cơ quan quản lý ô nhiễm). Các kế hoạch và phương pháp kiểm tra ban đầu đối với mục đích này nên tiến hành một cách kỹ lưỡng, chi tiết để mạng lưới quan trắc có thể sử dụng trong một thời gian dài, các kinh nghiệm cho thấy sự thay đổi về sau đối với một hệ thống quan trắc sẽ dẫn đến rất nhiều khó khăn trong việc so sánh các dữ liệu phân tích. Mục tiêu đặc biệt phải được chú ý tới đối với mạng lưới quan trắc là các mẫu thu thập phải đại diện cho tất cả các điểm trong cùng một khu vực quan trắc. Hệ thống hoàn chỉnh đối với các quan trắc diện rộng như hệ thống kênh mương của các thành phố lớn thường bao gồm nhiều hệ thống quan trắc phụ đơn lẻ khác nhau về chất lượng, phải phân biệt rõ ràng giữa hệ thống quan trắc phụ và đặc thù của chúng bằng các nghiên cứu tách biệt. Trước tiên phải sử dụng các kỹ thuật, phương tiện đối với các nghiên cứu ban đầu là: 53
53. • Nghiên cứu về địa hình và cụ thể hoá bằng bản đồ (các bản đồ bề mặt, các bản đồ địa chất) • Các hình ảnh không gian (xác định toạ độ) • Hệ thống nước Các dạng bản đồ này được chồng ghép để xác định các điểm quan trắc đối với từng khu vực cụ thể. Các thông tin khác cũng cần thu thập như vị trí sẽ được thực hiện lấy mẫu trên hiện trường. Điều này rất quan trọng cho việc đánh giá các mẫu đại diện của các khu vực được lựa chọn để lấy mẫu. Nên cân nhắc điểm lấy mẫu để xác định ảnh hưởng của các nguồn thải. Vị trí của điểm lấy mẫu phải bao gồm vị trí trước khi có dòng thải và vị trí sau khi có của dòng thải II.3.1.2. Yêu cầu thực hiện đối với việc thu thập các mẫu nước. Tổ chức mạng lưới đo đạc hệ thống nước và các nguồn thải cần phải được cân nhắc kỹ lưỡng. Để làm được điều này nên mô tả hệ thống theo các tỉ lệ nhỏ dần. Đối với mạng lưới quan trắc nước ngầm, các thông tin liên quan về địa chất thuỷ văn sẽ trợ giúp cho việc xác định mạng lưới quan trắc. Hình 1 dưới đây là một ví dụ minh hoạ về lựa chọn các địa điểm quan trắc đối với một hệ thống sông. 4 2 1 3 5 Hình 1. Ví dụ minh hoạ về lựa chọn điểm quan trắc đối với một hệ thống sông Trong cả khu vực có thể được chia nhỏ thành nhiều vùng, ví dụ được chia làm 5 vùng, tương ứng với mỗi vùng sẽ có các điểm đo đạc được định rõ phụ thuộc vào những yêu cầu cụ thể, và sự khác nhau về đặc điểm của mỗi khu vực. Nhìn trên diện rộng, hệ thống 54
54. dòng chảy bao gồm các dòng chảy nhỏ nằm rải rác đan xen vào đó là các điểm gây ô nhiễm và cửa xả nước thải. Các địa điểm ít bị nhiễm bẩn thường nằm phía trên (thượng nguồn của sông), tuy nhiên tại địa điểm này cần xác định các tính chất của nước tự nhiên. Một điểm khác cũng cần phải chú ý tới đó là việc xác định các điểm đo đạc tại hai bền bờ của hệ thống sông theo địa giới hành chính nhằm giải quyết các tranh cãi về vấn đề ô nhiễm. Đối với các địa điểm gần các khu công nghiệp, nhất thiết phải có nhiều điểm đo đạc, thông thường một điểm/100 – 200 Km2. Hình 2 là một phần của toàn bộ hệ thống sông được trình bày bằng sơ đồ. Các điểm đo đạc tại nơi diễn ra sự thay đổi mạnh về chất lượng nước được khoanh tròn. Các khu vực dân cư đánh dấu bằng đường gạch chéo và cửa thải nước (nước thải sinh hoạt, công nghiệp ) được đánh dấu bằng mũi tên. 55
55. Vùng trũng Khu vực lấy mẫu Dòng thải Hình 2. Mô phỏng một phần của hệ thống sông Cũng cần bổ xung thêm các điểm đo đặc biệt tương ứng với các nguồn điểm được xác định trước. Hình 3 mô tả mạng lưới quan trắc đối với một nhà máy xử lý nước thải trong một thị trấn (thành phố). Bao gồm cống thoát nước, nơi thu gom nước, nơi thu gom nước chính, họng nước, không gian chảy tràn, cống chảy tràn cũng như nhà máy xử lý nước cùng với đầu ra của dòng chảy. Vùng gạch chéo thể hiện khu vực khu công nghiệp. Các điểm đo đạc trong hệ thống cống nên bố trí tại địa điểm sả thải của các nhà máy nằm trong mạng lưới, tại các họng nước chính và tại các điểm phát tán nước thải của các nhà máy, nhưng nơi nghi ngờ nước thải có chứa các vật chất nguy hại. 56
56. 1 1 3 1 2 3 2 4 5 2 1 3 1 6 Hình 3. Mạng lưới quan trắc chất lượng nước đối với một thị trấn Ghi chú: 1. Cống thải 2. Điểm thu gom nước 3. Điểm thu gom nước chính 4. Ngập nước do mưa 5. Xử lý nước thải 6. Nơi tiếp nhận Điểm lấy mẫu trên diện rộng hoặc các kênh mương nên đặt tại các vị trí mà dòng nước thải đã được pha trộn hoàn toàn. Tránh trường hợp hai mẫu lấy cùng một vị trí, phải lấy theo hướng chảy của dòng nước. Hình 4 mô phỏng quá trình pha trộn nước từ các nhánh phụ hoặc các nguồn vào của nước thải, quá trình này diễn ra rất chậm trong trường hợp dòng nước ở trạng thái ổn định không có sự xáo trộn mạnh mẽ. 57
57. Dòng chảy Dòng thải của sông 1 2 3 4 5 Hình 4. Mô phỏng quá trình pha trộn Trong các trường hợp như vậy, điểm lấy mẫu cố định nên chuyển tới vị trí trước điểm số 5. Quá trình hoà trộn chất thải hoàn toàn phụ thuộc vào lưu tốc của dòng sông. Trong quá trình di chuyển xuống hạ lưu, nồng độ các chất ô nhiễm giảm rất nhanh do lượng nước trong lưu vực chảy vào sông tăng. Nhiều hoá chất phản ứng và tiêu tan do hấp thụ hoặc phân rã sinh học. Nồng độ các chất gây ô nhiễm sau khi trộn nước thải với nước sông có thể tính theo công thức: C .Q + C .Q C = 1 1 2 2 Q1 + Q2 Trong đó: • C: Nồng độ chất ô nhiễm trong dòng sông tại điểm pha trộn • Q1: Lưu lượng dòng chảy của sông • C1: Nồng độ chất gây ô nhiễm có trong dòng Q1 58
58. • Q2: Lưu lượng nước thải xả vào sông • C2: Nồng độ chất ô nhiễm có trong dòng thải Q2 Vẫn đối với hệ thống nước (hồ, hồ chứa) có hình dáng không đồng nhất, trước tiên cần xem xét tính không đồng nhất đối với chất lượng nước theo phương nằm ngang. Do vậy cần thiết phải bố trí một vài điểm lấy mẫu tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể, có thể giảm bớt số lượng mẫu lấy trong các ngày kế tiếp. Sự xáo trộn mạnh mẽ diễn ra tại điểm lấy mẫu thường xảy ra theo phương thẳng đứng bởi vậy việc lấy mẫu nên thực hiện tại các độ sâu khác nhau, ví dụ: lấy mẫu gần bề mặt, lấy mẫu tại các lớp xuất hiện sự chênh lệch nhiệt độ, lấy mẫu gần đáy (nguyên nhân ảnh hưởng do bùn cặn). Để lựa chọn các mẫu đại diện trên một mạng lưới quan trắc. Yêu cầu đối với phương pháp lấy mẫu phải ổn định – có thể theo thời gian, điều này được xem như là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới kết quả phân tích. Nơi nồng độ các chất cần quan trắc trong dòng chảy lớn phải được đặc biệt quan tâm, phải tăng tuần suất lấy mẫu. Trong nước và nước thải có hàm lượng các chất ô nhiễm biến động nhỏ, việc lấy mẫu chỉ cần thực hiện một tháng một lần hoặc thậm trí tới vài tháng. Ở những nơi biết trước được chu kỳ biến động theo ngày, tháng hoặc năm, có thể tạm ngừng việc lấy mẫu để tránh sự đo đạc bị lập đi lập lại của các khoảng giá trị cao hoặc thấp. Sử dụng các phương pháp ngẫu nhiên để chọn lựa điểm đo đạc, ví dụ: rút thăm sẽ giúp cho việc nâng cao tính hữu ích của số lần lấy mẫu ngẫu nhiên. Sau một quá trình đánh giá lâu dài, các thông số thống kê hết sức quan trong cần phải tính đến đó là: giá trị trung bình, sự biến động, gía trị lớn nhất và các giá trị này nên được biểu diễn dưới dạng đồ thị. Việc đánh giá có thể quyết định giảm tần xuất lấy mẫu mà vẫn không mất đi các thông tin quan trọng của các mẫu quan trắc. 59
59. C A X t C B X t Hình 5. Ảnh hưởng của sự biến động nồng độ đối với các giá trị dự báo từ các mẫu ngẫu nghiên (A- Ngẫu nhiên; B- chu kỳ) II.3.1.3. Xác định dòng chảy Các nghiên cứu thực nghiệm đã cho thấy rằng việc xác định dòng chảy và chất lượng của nước và nước thải có mối liên hệ hết sức phức tạp. Vì vậy nẩy sinh các vấn đề đối với các hệ thống đo đạc tự động và các thiết bị quan trắc được sử dụng. Khi lấy mẫu nước ngầm và nước uống việc đo đạc dòng chảy có thể thực hiện dễ dàng. Đối với các hệ thống mở như kênh, mương, suối việc đo đạc cần phải có sự hỗ trợ của biện pháp kỹ thuật và sử dụng toán học để tính toán. Để xác định chính xác thường sử dụng phương trình tính toán dòng chảy của Bernoullis. Dưới đây sẽ trình bày chi tiết về cách tính toán dòng chảy như sau: • Đối với hệ thống dẫn có tường xây Phương pháp của Manning-Strickler có thể được dùng đối với các kênh mở. Độ dốc của kênh, tường bao quanh và chu vi kênh dẫn là các thông số phải có. Khi đã có ba giá trị trên vận tốc dòng có thể được xác định đơn giản bằng cách đo mực nước và được tính toán theo công thức sau: 60
60. v = k.R 2 / 3 .J 1/ 2 (m / s) Trong đó: • v: vận tốc (m/s) • R: bán kính đường ống (m) • F: diện tích (m2) • U: Chu vi (m) • k: (m1/3/s) • J: độ dốc (m/m) Giá trị k chuẩn có thể tham khảo dưới đây: 90-135 đối với các ống xi măng mới 85 đối với các ống kim loại và xây bằng gạch 65-75 đối với các ống thông thường R.D R = R + 2.D Tróng đó: • R: chiều rộng • D: chiều sâu mực nước Lưu lượng dòng được tính bằng: Q = v.F(m3 / s) • Các kênh mở như sông, suối Vận tốc dòng chảy được xác định như sau Dùng phao thả trôi ở giữa dòng nước. Đo thời gian và khoảng cách. l v = (m/s) t l Q = F.c (m3/s) t Trong đó: • Q: lưu lượng dòng (m3/s) • l: khoảng cách đo được (m) • t: thời gian đo (m) • F: diện tích dòng chảy (m2) 61
61. • c: hệ số Diện tích có thể xác định bằng cách đo đạc trực tiếp hoặc bằng cách đo chiều sâu tại các điểm khác nhau. II.3.1.4. Lấy mẫu, bảo quản và cất giữ 1. Dụng cụ lấy mẫu Lấy mẫu và bảo quản quyết định cho tính chính xác của thí nghiệm. Dụng cụ lấy mẫu phụ thuộc vào loại mẫu cần lấy sẽ yêu cầu thiết bị lấy mẫu đơn giản hay chuyên dụng (bơm, bộ lấy mẫu tự động). Các dụng cụ khác cũng cần phải có trong khi lấy mẫu đó là: túi ni lông, ống, dây, đèn cồn (dùng trong các trường hợp cần khử trùng trước khi lấy mẫu vi sinh vật), hộp định ôn Lựa chọn dụng cụ chứa mẫu đóng vai trò quan trọng. Trong nhiều trường hợp, bình nhựa polyethylen (PE) hoặc bình thủy tinh thường được dùng. Sử dụng các bình chứa làm bằng các vật liệu khác yêu cầu phải có ghi chú cụ thể. Các mẫu có chứa các chất nhiễm bẩn hữu cơ không phân cực (dầu, HCBVTV) không nên chứa trong các bình nhựa, mặc khác không dùng bình chứa bằng bình thủy tinh để chứa các mẫu nước yêu cầu xác định Na, K, Br, Si ở nồng độ thấp. Cả hai dạng bình chứa này phù hợp với việc xác định các chất vô cơ ở nồng độ lớn. Các bình chứa trước khi sử dụng phải được rửa sạch và tráng bằng nước cất. Đặc biệt đối với việc bảo quan mẫu trong thời gian dài, các chất rắn có thể bán trên thành bình và bị hấp phụ mạnh việc rửa tiến hành bình thường, sau đó rửa với axít Crôm. Trong các trường hợp khác có thể sử dụng axít HCl loãng để rửa. Vứt bỏ các bình có các chất bẩn khó di chuyển bám trên thành bình nhựa không thể loại bỏ hoàn toàn. Đối với các bình có chứa các vật chất nguy hại, phải đưa về nơi quy định. Đối với các bình chứa mẫu nghiên cứu về vi sinh vật, bình chứa phải là bình thuỷ tinh và được khử trùng trước khi sử dụng bằng nồi hấp một vài lần ở nhiệt độ 180oC cùng với nắp đậy. Cổ bình phải được bảo vệ bằng lá nhôm. Tuỳ thuộc loại mẫu sẽ yêu cầu các bước bảo quản tương ứng. Các phương pháp bảo quản mẫu sẽ được đề cập cụ thể trong phần bảo quản mẫu. Một số bình chứa mẫu cho các thông số cụ thể. - Bình nhựa polypropylene và polyetylene – Giá thành rẻ. 62
62. - Bình Quartz hoặc teflon - Loại này tốt nhất nhưng đắt nhất. - Bình thuỷ tinh – Bình thuỷ tinh là loại thường dùng. Tránh sử dụng bình thuỷ tinh mỏng để lấy mẫu có chứa kim loại với nồng độ thấp – mg/l. Dụng cụ lấy mẫu nước Dụng cụ lấy mẫu thực vật phù du Khi phát hiện có bạc trong mẫu, cất giữ mẫu trong dụng cụ tối màu như hổ phách hoặc bình thuỷ tinh màu nâu. Rửa bằng axit sẽ làm sạch hoàn toàn bình trước khi sử dụng để chứa mẫu. Rửa dụng cụ bằng axit. Các bước rửa bằng axit: a) Rửa sạch bình thuỷ tinh hoặc nhựa bằng các chất tẩy rửa. Chất tẩy rửa có photphat tự do là tốt nhất. (Khi xác định photphat, phải xác định lượng photphat tự do trong nước tẩy rửa trước). b) Rửa kĩ bằng nước sạch. c) Rửa bằng dung dịch axit clohidric 1:1 và dung dịch axit nitric 1:1. (Axit nitric là tốt nhất cho chì và những kim loại khác). d) Rửa sạch bằng nước cất. Với mẫu chứa crôm, rửa khoảng 12-15 lần là thích hợp. Còn với mẫu xác định lượng amôni và nitơ tổng số, nên sử dụng nước rửa có amôni tự do. e) Điều kiện không khí khô. Bảo quản bình thuỷ tinh tránh khỏi các nguồn gây ô nhiễm. Sử dụng axit crômic hoặc crôm tự do trao đổi để loại bỏ chất lắng hữu cơ khỏi bình chứa thuỷ tinh. Sau đó, rửa kĩ bằng nước để loại bỏ tất cả các dạng vết của crôm. 63
63. Tránh sự có mặt của các kim loại gây nhiễu trong bình chứa, nước cất hoặc màng lọc. 2. Phương pháp lấy mẫu nước Lấy mẫu nước có thể bằng các thiết bị tự động hoặc bằng tay. Thiết bị lấy mẫu tự động được dùng trong các trường hợp lấy mẫu tại các thời gian cố định hoặc lấy tỉ lệ với tốc độ dòng sau đó được chứa trong các bình riên rẽ. Lấy mẫu tự động thường được sử dụng đối với nước sông hoặc nguồn điểm. Ngoài ra, lấy mẫu tự động cho phép lấy mẫu theo trung bình thời gian hoặc các mẫu kết tủa. Nguyên tắc lấy mẫu nước: sử dụng bình sạch súc bình một vài lần trước khi lấy mẫu. Ghi lại địa điểm lấy mẫu, thời gian, khoảng cách, tình trạng và các bước tiến hành cho mỗi lần lấy mẫu. Dước đây mô tả một số phương pháp lấy mẫu nước. a- Lấy mẫu nước ngầm Khi lấy mẫu nước giếng, phải lấy mẫu nước ở vòi nước gần giếng. Điểm quan trắc Độ n ướ sâu m cn g ầ ự m Mựcnướcngầm c Độ sâu l Màng lọc ấ y m ẫ u Mẫu Hình 6. Mô phỏng điểm lấy mẫu nước giếng khoan Trước khi lấy mẫu vào bình chứa loại bỏ phần nước lưu trữ ở trong đường ống bằng máy bơm. Thời gian loại bỏ phần nước lưu cữu trong đường ống phụ thuộc vào khả năng của máy bơm. Nếu nước có chứa các chất lơ lửng dạng hạt như cát, phải được lọc qua giấy lọc trước khi tiến hành các phân tích tích chất lý hoá học. Mẫu phải được lấy đầy, 64
64. lượng mẫu yêu cầu thường cho các phân tích thông thường từ 500 ml đến 1000 ml, tuỳ thuộc vào nghiên cứu có thể lấy nhiều hơn. Sau khi lấy mẫu, mẫu phải được đậy kín và gắn nhãn. Khi phân tích các chỉ tiêu vi sinh vật, tất cả các đụng cụ lấy mẫu phải được rửa sạch và làm khô. Sự phát triển của tảo, nấm, vi sinh vật trong các bình không được rửa sạch có thể dẫn đến các sai số phân tích. Các bình chứa mẫu dạng này phải được khử trùng trước khi chứa mẫu. Trong quá trình thu thập mẫu cứ sau 5 phút lại phải khử trùng một lần. Lượng mẫu cần cho các phân tích dạng này khoảng từ 100 ml đến 1000 ml. Lấy mẫu đầy bình và để lại khoảng trống trong bình khoảng 2 ml, điều này cho phép có thể lẵc đều mẫu sau đó. b- Các lấy mẫu từ vòi nước Lấy mẫu càng gần nguồn cấp càng tốt. Việc lấy mẫu nước phải lấy ở đầu vòi để tránh sai số trong quá trình lấy mẫu. Để chảy hết phần nước cũ rồi lấy mẫu. Lấy đầy mẫu từ từ để tránh xuất hiện bọt khí trong bình chứa. c- Cách lấy mẫu nước mặt Như phần trên đã đề cập tới việc xác định địa điểm lấy mẫu tương ứng với các khu vực, mẫu được lấy phải đại diện cho khu vực nghiên cứu. Việc lấy mẫu nước mặt có thể thực hiện tương đối đơn giản. Chọn lựa kỹ thuật lấy mẫu phục thuộc vào mục tiêu phân tích. Đối với các mẫu phân tích với mục đích kiểm soát chất lượng nước hoặc nhiễm bẩn môi trường lấy mẫu có thể tiến hành đơn giản, không cần sử dụng các thiết bị chuyên dụng. Đối với các nghiên cứu xác định các đặc tính của nước thường đỏi hỏi số lượng mẫu lớn và thiết bị lấy mẫu tự động. Thay cho việc lấy nhiều mẫu, có thể thu thập dữ liệu của các mẫu đơn theo chiều sâu, diện tích hoặc vị trí sau đó tổng hợp lại. Dưới đây là các yêu cầu cần phải thực hiện đối với quy trình lấy mẫu nước mặt. 65
65. - Mẫu phải được lấy ở điểm đại diện của khu vực trắc quan; tốt nhất là giữa đường ống dẫn nước hoặc giữa dòng sông, kênh, mương. - Lấy mẫu dưới sâu không lấy nước mặt. Độ sâu yêu cầu đối với nước mặt ít nhất phải là 20 cm. Nếu sử dụng chai có nắp, đậy nắp dưới nước trước khi đưa chai mẫu lên khỏi mặt nước. d- Tách, trộn mẫu Các mẫu ngẫu nhiên đa phần được lấy bằng tay từ các đường ống, hồ chứa, sông, suối hoặc dòng thải. Tuy nhiên, các mẫu ngẫu nhiên cũng có thể lấy tự động bằng các thiết bị lấy mẫu chuyên dụng. Mỗi mẫu sẽ cung cấp các dữ liệu về tính chất nước thải tại thời điểm lấy mẫu. Mẫu tổng hợp có thể được làm bằng cách trộn đều các mẫu đơn hoặc có thể thu được từ các máy lấy mẫu tự động theo các lần lấy và định lượng. Như vậy các mẫu có thể cho các kết luận về việc suy giảm chất lượng nước trong một khoảng thời gian dài. Trong một số trường hợp, nồng độ cực đại không thể xác định trong các mẫu trộn lẫn. Tỷ lệ lần lấy mẫu là hằng số giữa thể tích mẫu được lấy tại các thời gian xác định và sự phân chia mẫu. Tỷ lệ định lượng là tỉ số giữa vận tốc dòng chảy được thu thập tại một thời gian xác định. Khi quan trắc dòng chảy liên tục, việc trộn lẫn mẫu theo tỷ lệ định lượng có thể được tiến hành (có thể làm bằng tay) bằng cách trộn lẫn lượng mẫu xác định từ các mẫu đơn lẻ khác nhau. Bảng 11. Ví dụ về việc trỗn lẫn mẫu theo tỷ lệ định lượng Thời gian Vận tốc dòng chảy (m3/s) Tỷ lệ mẫu ngẫu nhiên được pha trộn (L) 8 1 0,1 9 2 0,2 10 1,5 0,15 11 4 0,4 12 0,5 0,05 13 1 0,1 14 2 0,2 15 1,5 0,15 16 0,5 0,05 Tổng 1,40 Mẫu phải được phân tách và chia ra các bình khác nhau sử dụng trong nghiên cứu, được xác định, lựa chọn công nghệ, hoặc bảo quản mẫu để tham khảo, hoặc phụ vụ cho các nghiên cứu lâu dài. Quan trọng nhất là phân tách mẫu phải chính xác. • Lấy một thể tích lớn mẫu vào một bình đơn và chuyển sang các bình nhỏ hơn; và không nên đổ đầy các bình nhỏ. 66