Bài giảng môn học Quản trị môi trường

Nội dung text: Bài giảng môn học Quản trị môi trường

1. Chương 2. Các khái niệm cơ bản trong quan trắc môi trường 2.1. Khái niệm quan trắc môi trường 2.1.1. Định nghĩa quan trắc môi trường Quan trắc môi trường (monitoring) 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 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, quan trắc chất lượng (QTMT) 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. Theo Bộ tài nguyên và môi trường, 1996, quan trắc môi trường là tổng hợp các biện pháp khoa học, kỹ thuật, công nghệ và tổ chức đảm bảo kiểm soát một cách có thệ thống trạng thái và khuynh hướng phát triển của các quá trình tự nhiên và nhân tạo trong môi trường. Theo Luật bảo vệ môi trường 2005, quan trắc môi trường là quá trình theo dõi có hệ thống về môi trường, các yếu tố tác động lên môi trường nhằm cung cấp thông tin phục vụ đánh giá hiện trạng, diễn biến chất lượng môi trường và các tác động xấu đối với môi trường. Do đó, kết quả của quan trắc là những số liệu, là cơ sở để phân tích chất lượng môi trường phục vụ cho quy hoạch, kế hoạch phát triển bền vững trong một phạm vi không gian nhất định (toàn quốc, vùng lãnh thổ, khu vực ) 2.1.2. Nội dung của quan trắc môi trường Nhiệm vụ hàng đầu của monitoring môi trường là đáp ứng nhu cầu thông tin trong quản lý môi trường, do đó có thể xem QTMT là một quá trình bao gồm các nội dung sau đây: – Quan trắc môi trường sử dụng các biện pháp khoa học, công nghệ, kỹ thuật và quản lý tổ chức nhằm thu thập thông tin: mức độ, hiện trạng, xu thế biến động chất lượng môi trường. – Quan trắc môi trường phải được thực hiện bằng một quá trình đo lường, ghi nhận thường xuyên và đồng bộ chất lượng môi trường và các yếu tố liên quan đến chất lượng môi trường (UNEP) QTMT phải thực hiện đầy đủ các nội dung trên nhằm đáp ứng nhu cầu thông tin của quản lý môi trường, do đó có sự khác biệt cơ bản giữa QTMT với những công cụ khác của quản lý 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. Phân tích môi trường đòi hỏi phải quan trắc một số yếu tố môi trường để xác định yếu tố nào cần được quan trắc, biện pháp nào cần áp dụng để quản lý nhằm tránh các thảm họa môi trường có thể xảy ra. Phân tích môi trường tự nhiên và nhân tạo yêu cầu không chỉ tiếp cận về lượng mà còn phải tiếp cận về chất, do đó để hiểu biết đầy đủ và phân tích một đối tượng môi trường cần quan trắc đầy đủ sự biến động theo không gian và thời gian cảu các yếu tố môi trường, cấu trúc chức năng và hoạt động của hệ. Như vậy, phân tích môi trường bao gồm: – Phân tích áp lực phát triển tới môi trường – Phân tích trạng thái tồn tại và thành phần các yếu tố trong môi trường – Phân tích các tác động tới hiện trạng môi trường – Đưa ra các giải pháp 2.1.3. Mục tiêu của quan trắc môi trường Theo UNEP quan trắc 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 xác định được mối quan hệ nhân quả của nồng độ chất ô nhiễm. 1
2. Ví dụ: Đánh giá ảnh hưởng của ô nhiễm tiếng ồn đến sức khỏe của con người (thông số đại diện là thể trọng, các bệnh về thính giác ); Quan trắc nồng độ asen trong nước ngầm liên quan đến khả năng gây ung thư ở người; Quan trắc nồng độ dinh dưỡng hòa tan trong hồ, đầm liên quan đến khả năng gây phú dưỡng nguồn nước mặt; Quan trắc độ mặn của đất do ảnh hưởng của việc chuyển đổi trồng lúa sang nuôi tôm ven biển (2) Ðể đảm bảo an toàn cho việc sử dụng tài nguyên (không khí, nước, đất, sinh vật, khoáng sản ) vào các mục đích kinh tế. Ví dụ: Quản lý khai thác khoáng sản tại các vùng địa chất chứa nhiều kim loại nặng như Hg, As, Cd, Pb do hoạt động khai thác khoáng sản có thể giải phóng các chất này vào nước mặt và nước ngầm; Quản lý việc sử dụng nước thải đô thị để tưới hoặc nuôi trồng thủy sản trong nước thải (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. Ví dụ: Đánh giá diễn biến chất lượng không khí và một số thông số khí tượng xây dựng ngân hàng dữ liệu để kiểm định khác giả thuyết về biến đổi khí hậu toàn cầu và nguyên nhân của hiện tượng này; Thiết lập bộ cơ sở dữ liệu cho đánh giá tác động môi trường, xây dựng tiêu chuẩn (tiêu chuẩn chất lượng và tiêu chuẩn xả thải), xây dựng các chỉ thị môi trường và chỉ số môi trường, xây dựng các mô hình toán và phục vụ công tác mô hình hóa trong quản lý môi trường. (4) Ðể nghiên cứu và đánh giá các chất ô nhiễm và hệ thống tiếp nhận chúng (xu thế, khả năng gây ô nhiễm). Ví dụ: Đánh giá nồng độ của một số hóa chất bảo vệ thực vật tồn dư trên đồng ruộng, khả năng biến đổi và tác động của chúng đến khu hệ sinh vật tự nhiên; Đánh giá nồng độ dinh dưỡng hữu cơ và vô cơ đưa vào thủy vực và ngưỡng chống chịu của thủy vực; (5) Ðể đánh giá hiệu quả các biện pháp kiểm soát, luật pháp về phát thải. Ví dụ: Xác định hệ số phát thải và hệ số phát thải cho phép đối với các chất khí thải công nghiệp (NO 2, SO2, CO ); Xác định nồng độ kim loại trong nước thải ngành công nghiệp mạ, độ màu trong nước thải ngành công nghiệp giấy, hữu cơ trong nước thải nhà máy đường căn cứ vào tiêu chuẩn xả thải đối với từng ngành công nghiệp. (6) Ðể tiến hành các biện pháp khẩn cấp tại những vùng có ô nhiễm đặc biệt. Ví dụ: Quan trắc sinh học thực vật bậc cao tại khu vực đất bị nhiễm bẩn kim loại nặng để xây dựng phương pháp xử lý bằng công nghệ hấp thụ thực vật; Quan trắc để xác định nồng độ hữu cơ trong nước thải làm cơ sở để lựa chọn phương pháp xử lý: yếm khí hoặc hiếu khí Dựa trên cơ sở 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. 2.1.4. Vai trò của quan trắc môi trường Chất lượng môi trường ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng cuộc sống của con người và là nhân tố quan trọng cần được quan tâm trong định hướng pháp triển bền vững, do đó về nguyên tắc, tất cả các thành phần môi trường (đất, nước, không khí, sinh vật ) đều cần được quan trắc một cách thường xuyên theo thời gian và liên tục theo không gian. Tuy nhiên trong thực tế tùy vào điều kiện cơ sở vật chất, kỹ thuật, điều kiện nhân lực, chi phí và một số yếu tố mang tính xã hội khác mà việc thực hiện QTMT chỉ được tiến hành đối với một số thành phần môi trường và trong một khoảng thời gian nhất định. a. Vị trí, vai trò của quan trắc môi trường trong hệ thống quản lý môi trường Do việc thực hiện một chương trình quan trắc trên quy mô lớn với mật độ quan trắc lớn cả về thời gian và không gian đòi hỏi cung cấp một lượng chi phí, nhân lực lớn và những điều kiện kỹ thuật, trang thiết bị phức tạp, do đó ở nhiều quốc gia, quan trắc chỉ được thực hiện khi có nhu cầu về mặt thông tin của chương trình quản lý môi trường.Trong quản lý môi trường có thể nảy sinh các nhu cầu thông tin ví dụ: trong kiểm tra thanh tra 2
3. việc tuân thủ các tiêu chuẩn xả thải của một đối tượng xản xuất, kinh doanh, sinh hoạt (nhà máy, khu công nghiệp, khu dân cư, làng nghề ), cán bộ quản lý môi trường cần xác định các thông tin: – Đối tượng xản xuất, kinh doanh này có tuân thủ đúng tiêu chuẩn về xả thải hay không? – Đối tượng có gây ra ô nhiễm môi trường không, nếu có tác nhân nào là tác nhân gây ảnh hưởng đến chất lượng môi trường? – Ảnh hưởng của tác nhân đến đặc tính môi trường như thế nào, có gây ra những biến đổi nghiêm trọng về chất lượng môi trường hay không, gây ảnh hưởng như thế nào đến sức khỏe của môi trường tiếp nhận và sức khỏe con người? – Mức độ ảnh hưởng của tác nhân gây nhiễm bẩn hoặc ô nhiễm môi trường biến đổi như thế nào theo không gian và thời gian? Khi đó, quản lý môi trường yêu cầu một lượng thông tin đủ lớn để kết luận về khả năng ảnh hưởng tới chất lượng môi trường của cơ sở sản xuất kinh doanh, mức độ ảnh hưởng và phạm vi ảnh hưởng; biến động của tác nhân gây ảnh hưởng. QTMT và phân tích môi trường sẽ phải được thực hiện để đáp ứng nhu cầu thông tin này. Sản phẩm của quan trắc và phân tích môi trường là số liệu và thông tin về môi trường sẽ được các nhà quản lý môi trường xem xét và là căn cứ để đưa ra các biện pháp quản lý, quy hoạch, kế hoạch quản lý chất lượng môi trường cũng như kiểm soát ô nhiễm môi trường trong các trường hợp đặc biệt. b. Vai trò thông tin của quan trắc môi trường Trong hệ thống quản lý môi trường, QTMT được thực hiện để đáp ứng nhu cầu thông tin, như vậy một trong những yêu cầu cơ bản nhất của quan trắc là phải cung cấp được những thông tin rõ ràng, cụ thể, nhu cầu thông tin là khởi điểm của mọi chương trình quan trắc. Cụ thể hơn, quan trắc môi trường cần cung cấp các thông tin sau: Thành phần, nguồn gốc, nồng độ/cường độ các tác nhân ô nhiễm trong môi trường Khả năng ảnh hưởng của các tác nhân này trong môi trường Dự báo xu hướng diễn biến về nồng độ và ảnh hưởng của các tác nhân ô nhiễm 2.1.5. Ý nghĩa của quan trắc môi trường QTMT là một hoạt động quan trọng trong chương trình bảo vệ môi trường quốc gia được quy định trong Luật Bảo vệ môi trường (2005), do đó, từ năm 1994 đến nay bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường (nay là bộ Tài nguyên và Môi trường) đã quy định việc thực hiện QTMT đối với nhiều hoạt động bảo vệ môi trường cụ thể (như từng bước xây dựng mạng lưới các trạm QTMT quốc gia, ban hành các quy định về chương trình quan trắc, đảm bảo chất lượng quan trắc ). Trong đó, QTMT có ý nghĩa như một thành tố hoặc quyết định hiệu quả của các hoạt động bảo vệ môi trường. Cụ thể, ý nghĩa của quan trắc môi trường: (1) Là công cụ kiểm soát chất lượng môi trường QTMT cung cấp thông tin về chất lượng môi trường căn cứ vào ba nội dung: thành phần, nguồn gốc, mức độ của các yếu tố môi trường; Mức độ ảnh hưởng của các yếu tố đến đặc tính của môi trường và các thành phần môi trường khác; Xu hướng biến động về mức độ các yếu tố môi trường và mức độ ảnh hưởng. Dựa trên hiện trạng về chất lượng môi trường, các cơ quan chức năng có thể xác định các phương pháp bảo vệ, bảo tồn, khôi phục chất lượng môi trường để đảm bảo các hoạt động sản xuất cũng như sinh hoạt của con người; các hoạt động sống của sinh vật trong môi trường. (2) Là công cụ kiểm soát ô nhiễm Ô nhiễm môi trường có thể xảy ra do sự thay đổi trực tiếp hoặc gián tiếp các tính chất vật lý, hóa học và sinh học của các thành phần môi trường vượt quá tiêu chuẩn chất lượng môi trường và gây nguy hại đến môi trường và sức khỏe con người. Nguồn gốc, mức độ và xu hướng diễn biến của ô nhiễm môi trường có thể được xác định nhờ quan trắc môi trường, do đó có thể nói QTMT là công cụ kiếm soát ô nhiễm môi trường. Cụ thể là: 3
4. Quan trắc xác định mức độ và phạm vi của ô nhiễm cho phép đưa ra các biện pháp phòng ngừa, khống chế, chủ động xử lý ô nhiễm môi trường. (3) Là cơ sở thông tin cho công nghệ môi trường Công nghệ môi trường nhằm vào hai lĩnh vực chủ yếu là ngăn ngừa và xử lý các quá trình ô nhiễm hoặc nhiễm bẩn môi trường do hoạt động sản xuất và sinh hoạt, hay chính xác hơn là hoạt động xả thải của con người và một số các quá trình tự nhiên. QTMT cho phép xác định nguồn gốc, mức độ của tác nhân ô nhiễm và mức độ tác động của nó đến chất lượng môi trường từ đó các nhà công nghệ môi trường xác định biện pháp xử lý (công nghệ xử lý chất thải) hoặc ngăn chặn (giảm thiểu tại nguồn – sản xuất sạch hơn). (4) Là cơ sở thông tin cho quản lý môi trường Như đã đề cập ở trên, trong chương trình quản lý, bảo vệ môi trường, các quy định về xả thải, các quy hoạch, kế hoạch, chương trình bảo vệ môi trường đều phải căn cứ vào những thông tin của quan trắc môi trường. Thông tin của quản trắc môi trường phải đầy đủ và sát thực để đảm bảo tính phù hợp và hiệu quả của các biện pháp quản lý. (5) Là mắt xích quan trọng trong đánh giá tác động môi trường Việc xác định đặc điểm tự nhiên của môi trường trước khi thực hiện dự án là một khâu quan trọng trong đánh giá tác động môi trường của dự án đó. Thông tin thu thập từ QTMT quyết định việc xác định mức độ ảnh hưởng của các hoạt động nhất định đến chất lượng môi trường, là căn cứ đề xuất các biện pháp giảm thiểu tác động và một số biện pháp khác khi thực hiện dự án. 2.2. Phân tích môi trường Phân tích môi trường có thể định nghĩa là sự đánh giá môi trường tự nhiên và suy thoái do con người cũng như do các nguyên nhân khác gây ra. Đây là vấn đề rất quan trọng vì qua đó chúng ta có thể biết được yếu tố nào cần được quan trắc và biện pháp nào cần được áp dụng để quản lý, giúp chúng ta tránh khỏi các thảm hoạ sinh thái có thể xẩy ra. Trong những năm gần đây, nghiên cứu sinh thái không chỉ là sự tiếp cận về chất lượng mà còn về số lượng. Để có thể hiểu biết và đánh giá về một hệ sinh thái đòi hỏi phải quan trắc đầy đủ sự biến động theo không gian và thời gian của các yếu tố môi trường, cả về số lượng và chất lượng có liên quan đến cấu trúc và chức năng của hệ. Đó là các tính chất lý hoá và sinh học của hệ sinh thái. Sơ đồ dưới đây minh hoạ các bước cần thực hiện trong quá trình quan trắc môi trường. Như vậy, phân tích môi trường bao gồm: Phân tích áp lực phát triển tới môi trường Phân tích trạng thái tồn tại và thành phần các yếu tố trong môi trường Phân tích các tác động tới hiện trạng môi trường Đưa ra các giải pháp 2.2. Xây dựng chương trình quan trắc 2.2.1. Khái niệm chung về chương trình quan trắc Chương trình quan trắc bao gồm việc theo dõi có hệ thống về môi trường, các yếu tố tác động lên môi trường nhằm cung cấp thông tin phục vụ đánh giá hiện trạng, diễn biến chất lượng môi trường và các tác động xấu tới môi trường được thực hiện bởi hệ thống các trạm, các điểm đo được thiết lập bởi chính phủ, tổ chức phục vụ đánh giá chất lượng môi trường. Chương trình quan trắc, nói cách khác là một thủ tục pháp lý bắt buộc đối với mọi hình thức quan trắc và mọi đối tượng môi trường cần quan trắc. Điều này được hiểu là với mọi hình thức quan trắc và với mọi đối tượng môi trường không phụ thuộc số lượng yếu tố môi trường cần quan trắc và không phụ thuộc kích thước 4
5. chương trình QTMT (kích thước không gian, mật độ thời gian ) đều phải áp dụng đầy đủ các bước xây dựng chương trình quan trắc: Để đảm bảo QTMT là một quá trình có hệ thống thì việc đầu tiên trong xây dựng một chương trình QTMT phải xác định được mục tiêu quan trắc. Mục tiêu QTMT được phải đảm bảo trả lời được các câu hỏi: Quan trắc cái gì? Quan trắc khi nào? Quan trắc ở đâu? Quan trắc được thực hiện như thế nào? Cấu trúc của một chương trình quan trắc gồm có: 1. Mục tiêu quan trắc 2. Thông số quan trắc 3. Phương án quan trắc 4. Phương pháp lấy mẫu Số lượng mẫu lấy và Vị trí lấy mẫu Tần suất lấy mẫu Phương pháp và cách thức lấy mẫu 5. Phương pháp phân tích Phương pháp đo đạc ngoài hiện trường Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm 6. Phương pháp đánh giá Phương pháp kiểm soát chất lượng mẫu đo Phương pháp hiệu chuẩn số liệu 7. Phương pháp trình bày và công bố kết quả quan trắc Chương trình quan trắc được thực hiện để đáp ứng nhu cầu thông tin của các hoạt động bảo vệ môi trường trong đó có kiểm soát ô nhiễm, quản lý môi trường Để đáp ứng yêu cầu của quan trắc môi trường, một chương trình quan trắc phải bao gồm các hoạt động thu thập thông tin về môi trường trong đó việc tiến hành đo đạc giá trị, mức độ, nghiên cứu xu hướng của các yếu tố môi trường là các bước không thể thiếu. 2.2.2. Các bước xây dựng chương trình quan trắc Theo luật bảo vệ môi trường 2005 và quy chế thực hiện xây dựng chương trình quan trắc của Bộ Tài nguyên và Môi trường, một chương trình quan trắc phải được xây dựng theo trình tự sau: (1) Xác định rõ mục tiêu quan trắc (2) Xác định rõ kiểu, loại quan trắc (3) Xác định các thành phần môi trường cần quan trắc (4) Xác định các thông số môi trường cần quan trắc (5) Lập danh mục các thông số quan trắc theo thành phần môi trường: các thông số đo tại hiện trường, các thông số phân tích trong phòng thí nghiệm (6) Lựa chọn phương án quan trắc, xác định các nguồn tác động, dạng chất gây ô nhiễm chủ yếu đối với khu vực quan trắc; xác định vấn đề, đối tượng rủi ro tiềm năng trong khu vực quan trắc; xác định ranh giới khu vực quan trắc và dự báo các tác động hoặc những biến đổi có thể xảy ra trong khu vực quan trắc (7) Thiết kế phương án lấy mẫu: xác định tuyến, điểm lấy mẫu và đánh dấu trên bản đồ hoặc sơ đồ;mô tả vị trí, địa lý, toạ độ điểm quan trắc (kinh độ, vĩ độ) và ký hiệu các điểm quan trắc (8) Xác định tần suất, thời gian, phương pháp lấy mẫu, phương pháp quan trắc và phân tích 5
6. (9) Xác định quy trình lấy mẫu, thể tích mẫu cần lấy, loại dụng cụ chứa mẫu, loại hoá chất bảo quản, thời gian lưu mẫu, loại mẫu và số lượng mẫu kiểm soát chất lượng mẫu (mẫu QC) (10) Lập danh mục và kế hoạch bảo trì, bảo dưỡng, hiệu chuẩn các thiết bị hiện trường và thiết bị phòng thí nghiệm, bao gồm cả phương tiện bảo đảm an toàn lao động (11) Lập kế hoạch nhân lực thực hiện quan trắc, trong đó nhiệm vụ cụ thể của từng cán bộ phải được phân công rõ ràng (12) Lập dự toán kinh phí thực hiện chương trình quan trắc, bao gồm cả kinh phí thực hiện bảo đảm chất lượng và kiểm soát chất lượng trong quan trắc và phân tích môi trường (13) Xác định các tổ chức, cá nhân tham gia thực hiện chương trình. Trong đó, có thể tóm lược việc xây dựng chương trình quan trắc gồm có 7 bước quan trọng sau đây: Bước 1. Xác định mục tiêu quan trắc Mục tiêu của quan trắc trước hết là đáp ứng nhu cầu thông tin, trong QTMT để có các thông tin đầy đủ về trạng thái hóa học của một chất, phân tích hóa học nên được thực hiện. Mục tiêu của quan trắc là xác định vấn đề môi trường, xác định mục tiêu quan trắc nên bắt đầu từ: - Xác định áp lực môi trường - Xác định hiện trạng môi trường - Xác định nhu cầu quan trắc a. Xác định áp lực môi trường Mọi hoạt động diễn ra trong môi trường bao gồm hoạt động tự nhiên và hoạt động của con người đều gây ra những ảnh hưởng nhất định tới môi trường. Môi trường tự nhiên duy trì trong các mối quan hệ qua lại phức tạp và mọi hoạt động tự nhiên diễn ra trong đó đều ở một trạng thái cân bằng nhất định sẽ không gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới chất lượng môi trường. Trong khi đó, các hoạt động của con người dẫn tới hàng loạt các vấn đề môi trường. Trong một khu vực nhất định, căn cứ vào dạng hoạt động và động lực của hoạt động phát triển mà được đặc trưng bởi những áp lực môi trường khác nhau. Ví dụ hoạt động nông nghiệp đưa tới các áp lực từ phân bón, hóa chất bảo vệ thực vật, suy giảm chất lượng đất và nước Trong khi đó, khu vực sản xuất công nghiệp có các áp lực như phát sinh khí thải, nước thải và một số loại chất thải rắn nguy hại. Áp lực môi trường ứng với một phạm vi nhất định từ đó cho phép người xây dựng chương trình quan trắc thực hiện quan trắc ở đâu và quan trắc cái gì. Ví dụ: Mưa axít: Nguyên nhân cơ bản do các khí SO 2 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 NO 2 dẫn tới hiện tượng mưa axít. b. Xác định hiện trạng môi trường 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. Xác định hiện trạng môi trường cần trả lời được các câu hỏi về bản chất môi trường hiện tại và xu hướng biến đổi về chất lượng môi trường có thể xay ra trong tương lai nhằm xác định khả năng chịu đựng của môi trường trước những áp lực môi trường cụ thể. Xác định áp lực và hiện trạng môi trường cho phép đánh giá 6
7. về nguồn gốc và đối tượng chịu tác động của các tác động gây biến đổi chất lượng môi trường trong những vấn đề môi trường cần quan tâm. 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. c. Xác định nhu cầu quan trắc Đối với hầu hết các chương trình quan trắc, việc xác định áp lực môi trường và hiện trạng môi trường chưa đủ thông tin để xây dựng một chương trình quan trắc nhằm thu thập thông tin cho việc sử dụng tài nguyên thiên nhiên trong tương lai. Do đó cần phải có các thông tin thứ cấp về quy hoạch, kế hoạch quản lý sử dụng tài nguyên trong tương lai để căn cứ vào đó xác lập nhu cầu quan trắc cho một đối tượng môi trường cụ thể. Các phương pháp lấy mẫu, bảo quản, và phân tích phải tuân thủ theo các quy định và tiêu chuẩn hiện có đối với từng đối tượng. Do đó, nhu cầu quan trắc phải được xây dựng dựa trên điều kiện cơ sở vật chất, công nghệ kỹ thuật hiện có của từng địa phương trong lĩnh vực quan trắc môi trường. 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: – Đối với quan trắc các vấn đề có tính chất khu vực, chương trình quan trắc và kiểm soát phải được thực hiện theo đúng yêu cầu, quy định của khu vực. – Đối với các vấn đề toàn cầu, quy định thực hiện và kiểm soát phải theo các quy định có tính chất quốc tế. Bảng 9.1. Mục tiêu, thiết kế và ứng dụng của một chương trình quan trắc môi trường Mục tiêu Thiết kế nội dung quan trắc Ứng dụng Nghiên cứu theo không gian và thời gian với hệ Báo cáo khái quát trạng thái môi trường; dự Trạng thái thống các thông số nhất định để thống kê mức báo trạng thái môi trường tại một thời điểm xu hướng độ các yếu tố môi trường và xu hướng diễn biến nhất định trong tương lai hoặc một giả định chất lượng môi trường trong tương lai Thiết kế mô hình BACI (before, after, control, Xác định biến đổi môi trường do những hoạt impact) với số lượng mẫu lấy lớn được lấy trước động có vấn đề là nguyên nhân gây ra xáo và sau nguồn tác động để xác định các yếu tố trộn Biến động ảnh hưởng (Nếu không thể lấy được mẫu trước khi có Kết luận về sự biến đổi theo thời gian xáo trộn, có thể lấy mẫu thể lấy mẫu thay thế Kết luận về sự biến đổi theo không gian ở thượng nguồn hoặc ở một hệ thống tương tự) Định lượng mối quan hệ giữa các thông số để Phát triển mô hình dự báo cho một hoặc phát triển mô hình dự báo mối quan hệ giữa các nhiều thông số từ giá trị các thông số khác. Dự báo thông số này Sử dụng để so sánh hiện trạng môi trường đã kiểm tra các biến đổi. Mục tiêu quan trắc phải phản ánh chính sách hiện hành về quản lý môi trường và phải bao gồm những cân nhắc, xem xét có tính lâu dài. Cơ sở xác định mục tiêu là các luật, chính sách, các văn bản thỏa thuận quốc tế hiện hành hoặc nhằm mục tiêu xét duyệt, xây dựng các luật, chính sách mói do đó cũng phục thuộc vào quan điểm quản lý hiện hành. Tóm lại, mục tiêu quan trắc là tổng hợp của: Tình trạng môi trường hiện tại và xu thế diễn biến Áp lực của hoạt động phát triển hiện tại và trong tương lai 7
8. Nhu cầu đánh giá Tuy nhiên, căn cứ vào nhiệm vụ, vai trò của quan trắc, quan trắc môi tường được thực hiện với bất kỳ mục tiêu nào cũng 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. Bước 2. Xác định thông số quan trắc Trong môi trường tồn tại hàng nghìn thông số khác nhau, mỗi thông số có vai trò nhất định trong việc đánh giá chất lượng 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? Ví dụ: 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? a. Căn cứ xác định các thông số quan trắc Thông số môi trường rất đa dạng bao gồm các thông số chuyên biệt đặc trưng cho ngành khoa học môi trường và các thông số khoa học – kỹ thuật chung của các ngành khoa học khác: vật lý, hóa học, sinh học, kỹ thuật Bảng 9.2. Một số thông số và ứng dụng của chúng trong quan trắc môi trường Thông số Ứng dụng Độ dẫn điện Quá trình mặn hóa pH Độ chua (mức axit) Chlorophyll Sự phát triển của tảo Coliform (bao gồm E. coly) Vi khuẩn, virus và protozoa (động vật nguyên sinh) BOD (nhu cầu oxy sinh hóa) Cacbon hữu cơ dễ phân hủy sinh học Kim loại vết/Thuốc bảo vệ thực vật Độc tính tiềm tàng và khả năng gây độc với sinh vật Động vật không xương sống cỡ lớn Đặc tính hệ sinh thái Cá Đặc tính hệ sinh thái Các thông số môi trường phải phản ánh được phản ánh được tính chất môi trường cụ thể và đáp ứng được mục tiêu quan trắc. Căn cứ vào mục tiêu quan trắc với một hệ thống môi trường nhất định, có thể phân loại thông số: Thông số trạng thái: là các yếu tố môi trường phản ánh tính chất vốn có của môi trường. Nói cách khác, thông số trạng thái phản ánh tính chất vốn có của môi trường trước khi chịu tác động. Thông số ngoại sinh: là các yếu tố môi trường không có trong hệ thống nhưng tác động đến tính chất của một số yếu tố môi trường khác trong hệ Thông số điều khiển: là các yếu tố bên ngoài đưa vào hệ thống để điều khiển các yếu tố trong hệ thống đó. Trong những nghiên cứu cụ thể người ta có thể gộp chung thông số điều khiển và thông số ngoại sinh là thông số kiểm soát (control parameters) Bảng 9.3. Ví dụ mức độ ưu tiên lựa chọn thông số trong các chương trình quan trắc môi trường nước của Mỹ (US EPA, trong tổng số nghiên cứu thống kê: n = 772) Stt Chỉ thị/(nhóm) thông số Phần trăm Stt Chỉ thị/(nhóm) thông số Phần trăm 1 Nhiệt độ 78% 21 Sử dụng của con người 19% 2 DO 68% 22 Sinh vật tự nhiên 19% 3 pH 68% 23 BOD 18% 8
9. 4 Động vật KXS 52% 24 COD 18% 5 Photpho 49% 25 Quan trắc trầm tích 18% 6 Nitơ 49% 26 Độ mặn 17% 7 Vận tốc dòng chảy 44% 27 Chim 17% 8 Độ đục 42% 28 Thực vật trên cạn 16% 9 Đặc điểm sinh thái 38% 29 Hình thái học dòng chảy 15% 10 Độ sâu secchi 37% 30 Độ cứng 14% 11 Vi khuẩn 32% 31 Chlorophyll 14% 12 Sử đụng dất 27% 32 Clo 11% 13 Lượng mưa 26% 33 Kim loại 10% 14 Độ dẫn điện 25% 34 Thành phần khí 10% 15 TSS/TDS 24% 35 Kiểm tra vị trí xây dựng 9% 16 Thực vật ngập nước 24% 36 Thực vật nổi 7% 17 Cá 22% 37 Động vật hai mảnh 6% 18 Độ kiềm 21% 38 Thuốc BVTV 5% 19 Photographic survey 20% 39 Hydro cacbon 4% 20 Loài yếm khí 20% 40 Độc tính 3% Thông số quan trắc phải đáp ứng được mục tiêu quan trắc, vì thế một thông số trạng thái của hệ thống này có thể là thông số kiểm soát của hệ thống khác. Ví dụ, quan trắc quá trình phú dưỡng của một hồ nước ngọt, thông số trạng thái là mật độ, thành phần tảo và thực vật bậc cao; thông số kiểm soát là dinh dưỡng, hữu cơ từ nước thải đưa vào hồ. Trong khi đó, khi xem xét vấn đề già hóa của hồ chứa, mật độ tảo, tàn dư thực vật và trầm tích lơ lửng đưa xuống từ thượng nguồn là thông số kiểm soát do chúng liên quan trực tiếp đến bồi lắng, làm giảm độ sâu và tuổi thọ của hồ. b. Yêu cầu đối với thông số Thông số được lựa chọn trong quan trắc phải đáp ứng các yêu cầu sau: Tính tương tác (tính đại diện): thông số phải phản ánh chính xác vấn đề môi trường cần quan trắc. Với ví dụ ở trên, để xác định quá trình nở hoa của tảo, thông số lựa chọn phải phản ánh được sinh khối tảo chứ không phải lượng photpho trong nước Giá trị chuẩn đoán: kết quả thông số phải phản ánh được những tính chất môi trường và những biến đổi môi trường trong suốt quá trình quan trắc Tính pháp lý: thông số lựa chọn phải có tính pháp lý chắc chắn tức là đó là khả năng giải thích các biến đổi môi trường một cách có căn cứ khoa học và được công nhận rộng rãi. Như vậy, việc lựa chọn các thông số có thể dựa trên hệ thống quản lý môi trường hiện hành. Tính thích ứng: Điều kiện vật chất, kỹ thuật, khả năng tài chính phải cho phép thực hiện phân tích các thông số đã lựa chọn. Do những yêu cầu trên đối với thông số môi trường, nên các chương trình quan trắc thường lựa chọn các thông số trong hệ thống quản lý hiện có để phù hợp với phương pháp đánh giá sử dụng trong quan trắc môi trường. Bước 3. Xác định phương án quan trắc Sau khi xác định được mục tiêu quan trắc phải xác định được nhu cầu quan trắc cụ thể: xác định chiến lược quan trắc. Chiến lược quan trắc hay phương án quan trắc cần phải xác định rõ loại quan trắc cần được thực 9
10. hiện: mạng lưới quan trắc, loại hình quan trắc, đối tượng quan trắc, nhu cầu thông tin và nội dung báo cáo quan trắc. Phương án quan trắc được đề ra cần được những người hay những cơ quan có thẩm quyền ra quyết định phê duyệt. Đối với QTMT quốc gia, nội dung của một báo cáo phương án quan trắc gồm có: (1) Nhu cầu thông tin (mục tiêu quan trắc) (2) Hệ thống quan trắc và đối tượng quan trắc (3) Hệ thống đánh giá (công cụ thống kê, tiêu chuẩn, quy chuẩn, chỉ số môi trường ) (4) Tổ chức thực hiện (nhân lực, kinh phí, trách nhiệm pháp lý) (5) Kế hoạch thực hiện (6) Phân tích đánh giá rủi ro trong chương trình quan trắc (rủi ro và cách khắc phục) QTMT là một trong những nhiệm vụ cơ bản của kế hoạch bảo vệ và quản lý tài nguyên môi trường, xây dựng phương án quan trắc là cơ sở hình thành khung chương trình QTMT dựa trên các yếu tố cơ bản: Nguồn tác động (áp lực môi trường); Đối tượng môi trường chịu tác động (hiện trạng môi trường); Phạm vi của tác động (nhu cầu quan trắc); Điều kiện khoa học, kỹ thuật, nhân lực, chi phí, tính pháp lý Chú ý: Đây cũng là cơ sở để thực hiện các bước tiếp theo của công tác xây dựng chương trình quan trắc a. Nguồn tác động Đặc điểm nguồn thải ảnh hưởng đến khả năng phát tán các chất ô nhiễm và nhiễm bẩn vào môi trường và quyết định phân bố của chất các nhóm chất đó theo thời gian. Do đó trong chương trình quan trắc cần phải xác định rõ phương án quan trắc theo không gian và thời gian căn cứ vào đặc điểm nguồn thải. Căn cứ vào khả năng phát thải của các chất vào môi trường có thể chia các loại nguồn thải ra thành: Nguồn điểm; Nguồn đường; Nguồn mặt; Nguồn không gian. Căn cứ vào nguồn tác động, trong thiết kế phương án quan trắc có thể xem xét xây dựng các loại hình trạm quan trắc tại nguồn hoặc trạm quan trắc lưu động; trạm quan trắc liên tục hoặc gián đoạn. b. Đặc điểm môi trường chịu tác động Để giám sát tất cả các thành phần môi trường trong đó có các chất nhiễm bẩn đi vào môi trường trong xây dựng chương trình quan trắc, cần phải xác định đặc điểm phân bố các thành phần đó trong môi trường. Phân bố các chất phụ thuộc vào các quá trình hóa học, vật lý, sinh học, sinh thái xảy ra trong môi trường. Ví dụ: sự suy giảm các chất do chuyển hóa hóa – lý, sinh học; sự vận động tự nhiên của sinh vật, quá trình tích lũy sinh học hoặc khuếch đại sinh học Đặc điểm phân bố các thành phần môi trường quyết định phương án quan trắc: vị trí các trạm quan trắc, các thông số quan trắc, phương pháp lấy mẫu, tần suất quan trắc c. Phạm vi tác động Mỗi quá trình xảy ra trong môi trường đều được giới hạn trong một không gian và thời gian nhất định. Giới hạn về thời gian và không gian của vấn đề môi trường xảy ra quyết định phạm vi của chương trình quan trắc: vị trí lấy mẫu lưu động hay cố định? quan trắc dài hạn hay quan trắc ngắn hạn? Ví dụ, nếu một tác động hay xáo trộn xảy ra trong môi trường với thời gian ngắn, không gian hẹp (suy giảm chất lượng nước do tràn dầu): cần quan trắc ngắn hạn với mật độ lấy mẫu theo thời gian dày đặc. Ngược lại nếu một tác động xảy ra trong một thời gian dài (suy giảm chất lượng đất do các chất trầm tích từ không khí), cần phải thực hiện chương trình quan trắc dài hạn. Dựa vào quy mô không gian cũng có thể phân loại các phương án quan trắc thành các kiểu hệ thống sau: Quy mô địa phương (LEMS) Quy mô quốc gia (NEMS) Quy mô vùng hay khu vực (REMS) Quy mô toàn cầu (GEMS) 10
11. Bảng 9.4. Phạm vi tác động của một số quá trình xảy ra trong lưu vực Quá trình Phạm vi không gian Phạm vi thời gian Thủy học (chảy tràn bề mặt) Đô thị Vùng Vài phút – vài giờ Nông thôn Vùng Ngày Vật lý Lắng các thành phần hạt rắn Lưu vực m/h Khuếch tán phân tử oxy vào nước Nước mặt m/ngày Khuếch tán phân tử oxy vào bùn Nước tầng đáy cm/ngày Chuyển khối Nguồn điểm Vài mét – km Phụ thuộc tốc độ dòng Nguồn không xác định Vùng hoặc lưu vực Phụ thuộc tốc độ dòng Hóa học Oxy hóa sắt Nước và bùn Vài phút Oxy hóa mangan Nước và bùn Vài ngày Sinh học Phát triển của vi sinh vật Nước và bùn Vài giờ Phát triển của tảo Nước và mặt bùn Vài ngày Phát triển của động vật cỡ lớn Nước và bùn Vài tháng d. Điều kiện khoa học, kỹ thuật, nhân lực, chi phí, tính pháp lý Quan trắc chất lượng môi trường là một trong những nhiệm vụ cơ bản của kế hoạch bảo vệ và quản lý tài nguyên và môi trường. Theo kinh nghiệm của các nước tiên tiến, thiết kế mạng lưới trạm monitoring môi trường phải tính đến ít nhất là 4 yếu tố sau đây: Ðiều kiện tự nhiên (địa hình, đất đai, khí hậu, thủy văn); Ðiều kiện nguồn thải; Ðiều kiện các hệ chịu tác động các chất ô nhiễm (người, động vật, công trình, ); Ðiều kiện chi phí (điều kiện này là rất quan trọng). Trong QTMT 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. 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. Trong thiết kế mạng lưới quan trắc cũng cần lưu ý đến việc ứng dụng thống kê trong mạng lưới, mục đích của sử dụng thống kê là hạn chế tối thiểu chi phí về nhân lực, kinh phí và cơ sở vật chất. Căn cứ đặc tính của nguồn thải đặc điểm vận chuyển các chất trong môi trường để lựa chọn giữa hai phương án: Nhiều địa điểm với tần suất thấp hay Ít địa điểm với tần suất cao 11
12. Bước 4. Xác định phương án lấy mẫu Để hoạch định chương trình lấy mẫu, người lấy mẫu cần phải tự đặt một số câu hỏi: (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 điều kiện hiện có? (3) Số mẫu và số lần lặp 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? Từ việc trả lời được các câu hỏi trên dựa trên thông tin thứ cấp, thông tin điều tra khảo sát khu vực lấy mẫu, phương án lấy mẫu QTMT gồm có các nội dung cơ bản: a. Vị trí lấy mẫu: Vị trí lấy mẫu trước hết phải đảm bảo tính đại diện cho chất lượng môi trường tại khu vực lấy mẫu. Từ đó, người xây dựng chương trình lấy mẫu căn cứ vào thông tin thứ cấp để xác định việc lấy mẫu tại một vị trí hay nhiều vị trí trong khu vực lấy mẫu cũng như mối quan hệ giữa các vị trí này. Bên cạnh đó, vị trí lấy mẫu và chương trình lấy mẫu phải được sự cho phép của chủ sở hữu. Cần chú ý điều kiện tự nhiên luôn luôn biến động dẫn tới thay đổi tính đại diện của vị trí lấy mẫu cần. b. Số lượng mẫu cần lấy: Được xác định dựa trên mục tiêu quan trắc và đặc điểm môi trường quan trắc cụ thể là phân bố các yếu tố môi trường và mức độ biến động các yếu tố môi trường theo không gian và thời gian. Số lượng mẫu cần lấy bao gồm tổng số mẫu cần lấy và phân phối số lượng mẫu lấy theo không gian và thời gian. Ngoài ra, tổng số mẫu cũng cần xác định dựa trên điều kiện vật chất, kỹ thuật, nhân lực của cơ quan tiến hành lấy mẫu và phân tích. c. Tuyến lấy mẫu và phương pháp tổ chức mạng lưới lấy mẫu: Căn cứ vào đặc điểm môi trường, phân bố các vị trí lấy mẫu có thể xây dựng các tuyến lấy mẫu và tổ chức thực hiện mạng lưới lấy mẫu theo không gian. Việc xác định tuyến lấy mẫu phải căn cứ vào điều kiện trang thiết bị: vận chuyển, lưu trữ và bảo quản mẫu. d. Tần suất 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 máy. 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. e. Kỹ thuật lấy mẫu: Trước khi tiến hành lấy mẫu phải xác định dụng cụ lấy mẫu và thể tích mẫu cần lấy. Căn cứ vào thông số phân tích trong chương trình lấy mẫu và một số yêu cầu kỹ thuật khác có thể xác định kỹ thuật lấy mẫu cụ thể cho từng trường hợp. 12
13. Hình 9.1. Các căn cứ xây dựng chương trình lấy mẫu quan trắc môi trường Bên cạnh đó, trong chương trình lấy mẫu cũng phải xác định phương pháp bảo quản cụ thể tránh thay đổi tính chất của mẫu. Thông thường, phương pháp bảo quản phổ biến cho tất cả các thông số là bảo quản lạnh ở 4oC. Đối với một số chất yêu cầu có điều kiện bảo quản riêng biệt. Chi tiết về cách thức bảo quản sẽ được mô tả ở phần sau tương ứng với từng thông số quan trắc. Tóm lại, để quyết định một chương trình lấy mẫu phải căn cứ vào 4 tiêu chuẩn: Bước 5. Xác định phương án phân tích Phương án phân tích được xác định với các nội dung chính sau đây: (1) Thiết bị phân tích (2) Phương pháp phân tích theo từng thông số (3) Phương pháp hiệu chuẩn và đảm bảo chất lượng kết quả đo Việc xác định phương án phân tích phải dựa trên những yêu cầu cụ thể của mục tiêu quan trắc, đối với từng thông số quan trắc, điều kiện vật chất, kỹ thuật, nhân lực cũng như tính pháp lý của phương pháp. Mục tiêu của quan trắc quyết định các vấn đề về tính chính xác hay sai số cho phép đối với chương trình phân tích, thời gian cho phép đối với công tác phân tích Tùy từng thông số môi trường mà người xây dựng chương trình phân tích phải xác định sử dụng thiết bị, phương pháp phân tích nào. Ví dụ các thông số dinh dưỡng hòa tan, dinh dưỡng hữu cơ có thể sử dụng phương pháp phân tích hóa học (nếu phân tích yêu cầu độ chính xác cao) hoặc phân tích công cụ sử dụng các máy so màu đánh giá nhanh (nếu phân tích yêu cầu thời gian phân tích ngắn, đòi hỏi đo đạc ngay tại hiện trường). Ứng với từng phương pháp phân tích, đo đạc môi trường đòi hỏi các phương pháp hiệu chuẩn và đảm bảo chất lượng/kiểm soát chất lượng số liệu khác nhau, do đó cần căn cứ vào đặc điểm vật chất, kỹ thuật, khoa học, công nghệ, nhân lực và chi phí để lựa chọn phương pháp phù hợp với yêu cầu của từng chương trình quan trắc. Bước 6. Xác định phương án đánh giá Phương pháp đánh giá trong QTMT gồm có các nội dung sau: (1) Lựa chọn chỉ tiêu đánh giá môi trường: thông số môi trường, chỉ thị môi trường hoặc chỉ số môi trường (2) Lựa chọn tiêu chuẩn so sánh căn cứ mục tiêu quan trắc và cụ thể là nhu cầu của đánh giá. Ví dụ: những chương trình quan trắc trong mạng lưới QTMT quốc gia phải căn cứ vào mục đích sử dụng để lựa chọn tiêu chuẩn, quy chuẩn phù hợp trong hệ thống tiêu chuẩn quốc gia. Trong khi đó, các quan trắc trong chương trình hợp tác quốc tế phải được xác định dựa trên các quy chuẩn, thỏa thuận mang tính quốc tế. 13
14. (3) Xác định các yêu cầu về số liệu và phương pháp đảm bảo chất lượng số liệu quan trắc. Phân tích số liệu là giai đoạn chuyển số liệu thô thành thông tin sử dụng được. Để những thông tin nhận được từ số liệu thô có thể so sánh và truy nguyên nguồn gốc, phải triển khai các biên bản phân tích số liệu. Bước 7. Xác định phương án trình bày và công bố kết quả quan trắc Mục tiêu cuối cùng của một chương trình quan trắc là chuyển thông tin đã thu thập được tới người sử dụng thông tin. Có thể thực hiện công việc này bằng nhiều cách khác nhau: truyền toàn bộ các phép phân tích số liệu hoặc chỉ là những kết luận ngắn gọn bằng văn bản, lời nói hoặc bảng số Một số kỹ thuật trình bày số liệu được sử dụng rộng rãi là: (1) Các bảng số liệu đo: Cách liệt kê số liệu đo vào trong các bảng tạo điều kiện để không làm mất số liệu. Tuy nhiên, từ các số liệu trong bảng, người đọc số liệu phải tự tạo thành các thông tin cần thiết cho mình. (2) Số liệu đo được xử lý thống kê: Xử lý thống kê sẽ chuyển đổi số liệu rời rạc thành các giá trị hệ thống thay đổi theo thời gian và không gian. Chúng tạo ra thông tin có thể sử dụng ngay cho người đọc. Phải có phương pháp tư liệu hoá chuẩn mực nhằm biến các số liệu đã có thành cơ sở dữ liệu dễ truy cập và xử dụng khi cần thiết. (3) Đồ thị: Đồ thị giúp cho người đọc nhanh chóng rút ra được những nhận định tổng quát. Bằng việc nêu ra các tiêu chuẩn hoặc các tài liệu tham khảo trên đồ thị, tình hình môi trường được phản ánh đúng thực trạng của nó. Các đồ thị có thể là dạng đường, dạng cột hoặc biểu đồ phần trăm (% ) (4) Thông tin được trình bày có tính chất địa lý hoặc diễn biến: Cách trình bày này giúp hiểu biết tốt hơn tình hình chất lượng của môi trường qua phân bố không gian và/hoặc thời gian của các thông số liên quan. Việc tổng hợp lại các số liệu là rất cần thiết để xử lý nhanh một lượng lớn số liệu. 2.3. Quy trình đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất lượng trong quan trắc môi trường 2.3.1. Vai trò của đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất lượng QTMT thường được thiết kế thực hiện để đáp ứng những nhu cầu thông tin chung và những mục tiêu cụ thể như đánh giá mức độ, nguồn gốc ô nhiễm, đánh giá ảnh hưởng của các hoạt động tới chất lượng môi trường chũng như tác động của hiện trạng môi trường hiện tại tới sử dụng tài nguyên trong hiện tại và tương lai. Kết quả cuối cùng của quan trắc phải được công bố và được sử dụng như một công cụ quản lý, bảo vệ môi trường. Do đó, yêu cầu quan trọng đối với QTMT là thông tin được đưa ra bởi quan trắc phải có độ tin cậy nhất định, phản ánh đúng các tính chất của môi trường, tạo điều kiện để các nhà quản lý ra quyết định đúng và kịp thời. Chất lượng của số liệu môi trường hay chính xác hơn là chất lượng của dữ liệu quan trắc được phản ánh thông qua các yêu cầu về tính đúng, tính chính xác, tính đại diện, tính hoàn chỉnh và tính đồng nhất. Để đảm bảo chất lượng của dữ liệu môi trường đòi hỏi chương trình quan trắc phải hoàn chỉnh và được thiết kế theo một quy chuẩn nhất định bởi vì mọi sai số trong tất cả các bước thực hiện một chương trình quan trắc đều ảnh hưởng tới kết quả quan trắc. Do đó, trong tiến hành chương trình quan trắc phải tiến hành đồng thời với các hoạt động đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất lượng của quan trắc. Các hoạt động quan trắc và phân tích môi trường bắt đầu từ thiết kế chương trình (xác định mục tiêu, thông số, phương án thực hiện), các hoạt động ngoài hiện trường (tổ chức lấy mẫu, đo đạc ngoài hiện trường, bảo quản, vận chuyển, tiền xử lý), các hoạt động trong phòng thí nghiệm (đo đạc, phân tích) bao gồm một loạt các hành động có thể gây ảnh hưởng đến chất lượng của QTMT cũng như ảnh hưởng đến chất lượng số liệu. Để thu thập được những thông tin môi trường có giá trị cần phải tiến hành đúng tất cả các hành động: thiết kế chương trình đúng, lấy mẫu đúng, phân tích và xử lý số liệu đúng. Mục tiêu của đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất lượng là cung cấp những số liệu đáng tin cậy và đã được kiểm soát nhằm thỏa mãn nhu cầu thông tin theo mục tiêu quan trắc đã đề ra. a. Bảo đảm chất lượng (QA: Quality Assurance) trong quan trắc môi trường là một hệ thống tích hợp các hoạt động quản lý và kỹ thuật trong một tổ chức nhằm bảo đảm cho hoạt động quan trắc môi trường đạt được các tiêu chuẩn chất lượng đã quy định. 14
15. b. Kiểm soát chất lượng (QC: Quality Control) trong quan trắc môi trường là việc thực hiện các biện pháp để đánh giá, theo dõi và kịp thời điều chỉnh để đạt được độ chính xác và độ tập trung của các phép đo theo yêu cầu của các tiêu chuẩn chất lượng nhằm bảo đảm cho hoạt động quan trắc môi trường đạt các tiêu chuẩn chất lượng này. Các hoạt động QA/QC gắn bó với nhau, bổ sung cho nhau và một số nội dung giống nhau, cùng diễn ra trong khuôn khổ hệ thống quản lý chất lượng của tổ chức, với định nghĩa hệ thống quản lý chất lượng là cơ cấu tổ chức, trách nhiệm, các thủ tục, quá trình và nguồn lực cần thiết để thực hiện quản lý chất lượng. Thực hiện QA/QC được tiến hành với tất cả các chương trình quan trắc để đảm bảo yêu cầu chất lượng của quan trắc theo từng mục tiêu cụ thể. Quy trình thực hiện QA/QC mang tính bắt buộc đối với một số chương trình QTMT thuộc hệ thống QTMT quốc gia đặc biệt đối với đối tượng nước lục địa đã đuợc quy định trong văn bản hướng dẫn thực hiện QA/QC của bộ Tài nguyên và Môi trường. Do đó, đối với những đối tượng môi trường này, việc thiết kế và thực hiện QA/QC cho một chương trình quan trắc nhất định phải được thực hiện theo quy định của Bộ với chất lượng nước lục địa tại các địa phương, khu vực và đối với hệ thống QTMT quốc gia. 2.3.2. Các yêu cầu cụ thể của QA/QC trong quan trắc môi trường Toàn bộ các hoạt động của chương trình QTMT đều ảnh hưởng đến chất lượng của quan trắc ứng với những mục tiêu chất lượng cụ thể, do đó toàn bộ chương trình quan trắc đều phải được thực hiện hoạt động đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất lượng. (1) QA/QC trong xác định mục tiêu quan trắc Đảm bảo chất lượng chỉ có thể thực hiện tốt khi các yêu cầu về sản phẩm được xác định rõ ràng, cụ thể. Các yêu cầu về quan trắc và đánh giá là nhu cầu có tính chất thông tin (nhu cầu thông tin). Nhu cầu thông tin là điểm khởi đầu trong chu trình quan trắc và phân tích môi trường. Nhu cầu thông tin chung chung là không có ý nghĩa. Nhưng có những yếu tố làm phức tạp việc xác định các nhu cầu thông tin, đặc biệt là trong hợp tác quốc tế về quan trắc và đánh giá môi trường. Ví dụ: thiếu các thuật ngữ, định nghĩa cần thiết; sự gò bó do chuyên ngành của các chuyên gia; những thoả thuận phải đạt được Kiểm soát chất lượng trong xác định mục tiêu quan trắc được thực hiện bằng các văn bản hiện thực hóa mục tiêu quan trắc và báo cáo khả thi. (2) QA/QC trong thiết kế chương trình quan trắc và thiết kế mạng lưới quan trắc a. Bảo đảm chất lượng Xác định các thông số cần quan trắc, bao gồm: tên thông số, đơn vị đo, độ chính xác cần đạt được. Phương pháp phân tích: sử dụng phương pháp phân tích phù hợp với mục tiêu đề ra. Trang thiết bị quan trắc môi trường: sử dụng trang thiết bị phù hợp với phương pháp đo, thử đã được xác định, đáp ứng yêu cầu của phương pháp về kỹ thuật và đo lường. Trang thiết bị phải được sử dụng tương đương giữa các điểm quan trắc trong cùng một chương trình quan trắc. Hoá chất, mẫu chuẩn: phải có đầy đủ các hoá chất và mẫu chuẩn theo quy định của từng phương pháp phân tích. Hoá chất và mẫu chuẩn được đựng trong các bình chứa phù hợp có dán nhãn với các thông tin như: tên hoặc loại hoá chất, nhà cung cấp, hướng dẫn bảo quản nồng độ, ngày chuẩn bị, người chuẩn bị, thời gian sử dụng và các thông tin khác (nếu có); Nhân sự: người thực hiện quan trắc và phân tích phải có trình độ chuyên môn phù hợp. Xử lý số liệu và báo cáo kết quả b. Kiểm soát chất lượng Thiết kế mạng lưới là sự lựa chọn địa điểm lẫy mẫu, lựa chọn tần suất lấy mẫu, thời gian lấy mẫu và loại mẫu cần phải lấy. Kiểm soát chất lượng trong thiết kế mạng lưới là lập kế hoạch lấy mẫu đáp ứng được yêu cầu mục tiêu của chương trình quan trắc và phân tích môi trường. 15
16. Bố trí cán bộ theo kế hoạch; Diện lấy mẫu, địa điểm lấy mẫu; Tần suất và thời gian; Các dạng lấy mẫu; mẫu đo tại hiện trường, mẫu mang về PTN. Đảm bảo tính khả thi và an toàn; Lựa chọn vùng/điểm lấy mẫu, lựa chọn tần suất, thời gian lấy mẫu và dạng lấy mẫu cho từng loại nước đã được trình bày chi tiết trong các tiêu chuẩn TCVN 5994-1995 (Hướng dẫn lấy nước hồ ao nhân tạo), TCVN 5996-1995 (Hướng dẫn lấy mẫu nước sông và suối), TCVN 5998-1995 (Hướng dẫn lấy mẫu nước thải), TCVN 6000-1995 (Hướng dẫn lấy mẫu nước ngầm), ISO 5667-13:1993 (Hướng dẫn lấy mẫu nước, nước thải và bùn) các trạm quan trắc nên nghiên cứu trước khi lập kế hoạch để thiết kế mạng lưới bảo đảm tính khoa học, phản ánh được mục tiêu chất lượng, đáp ứng nhu cầu thông tin trong công tác quản lý môi trường. (3) QA/QC ngoài hiện trường a. Bảo đảm chất lượng Một kế hoạch đảm bảo chất lượng lấy mẫu cần phải được thiết lập, bao gồm: Các nhân viên lấy mẫu đều đã được đào tạo và tập huấn. Chuẩn bị công tác thực địa chu đáo: dụng cụ, thiết bị, hoá chất thuốc thử bảo quản mẫu phải đầy đủ và phù hợp. Đảm bảo rằng các phương pháp lấy mẫu đều được phổ biến tới tất cả các nhân viên ở trong nhóm quan trắc. Đảm bảo rằng mỗi một bước lấy mẫu hiện nay và quá trình lấy mẫu trước đây đều tuân theo một văn bản. Đảm bảo rằng dụng cụ lấy mẫu và máy móc đo đạc hiện trường phải được bảo trì và hiệu chuẩn định kỳ, sổ sách bảo trì cần phải được lưu giữ. Quy định thống nhất về nhận dạng mẫu được lấy bao gồm dán nhãn lên tất cả các mẫu được lấy, trên đó ghi chép chính xác ngày tháng, địa điểm, thời gian lấy mẫu và tên người lấy mẫu, số mã hiệu của mẫu bằng mực không thấm nước. Quy định về ghi chép lại tất cả các chi tiết có liên quan đến việc lấy mẫu vào biên bản/nhật ký lấy mẫu, những điều kiện và các biến động bất thường từ kỹ thuật lấy mẫu thông thường đến những yêu cầu đặc biệt. Quy định về điều kiện, nơi để các dụng cụ tránh làm nhiễm bẩn mẫu, làm sạch dụng cụ lấy mẫu, kiểm tra độ sạch và hiệu quả của dụng cụ (bằng cách phân tích mẫu trắng và mẫu so sánh thích hợp). Quy định về tiến hành bảo quản mẫu cho từng thông số chất lượng nước, trầm tích, phù du, vi sinh vật theo các chỉ dẫn trong các tiêu chuẩn tương ứng. Bảo đảm độ chính xác của các phép đo, phân tích ngoài hiện trường khi các điều kiện môi trường không được đảm bảo. Các thông số hiện trường (nhiệt độ, độ ẩm, áp suất ) cần phải ghi chép khi lấy mẫu để chuyển đổi các giá trị đo được về điều kiện tiêu chuẩn khi lập báo cáo, thí dụ: số liệu pH phải chuyển về điều kiện 250C. – Quá trình trao đổi chi tiết để cho những người chưa có nhiều kinh nghiệm vẫn có đủ khả năng để hoàn thành việc lấy và xử lý mẫu; – Quá trình chuẩn bị thuốc thử và bảo quản; – Hướng dẫn sử dụng dụng cụ lấy mẫu, máy đo hiện trường bổ xung cho các tài liệu vận hành của nhà sản xuất; – Phương pháp chuẩn bị mẫu QC; 16
17. – Tiêu chí kiểm soát chất lượng (nghĩa là giới hạn chấp nhận); Phương pháp lấy mẫu và các tài liệu cần phải xem xét thường xuyên và không được quá 1 năm/một lần. Phương pháp cần phải được phê duyệt lại theo định kỳ đặc biệt có sự thay đổi về thiết bị hoặc con người. Khi tài liệu được lưu giữ trong các file máy tính, những thay đổi về phương pháp lấy mẫu cần phải được phản ánh bằng cách thay đổi các mã số máy tính có liên quan. b. Kiểm soát chất lượng Kiểm soát chất lượng hiện trường yêu cầu phải tiến hành lấy các loại mẫu trắng, mẫu đúp nhằm kiểm tra mức độ tinh khiết của hoá chất dùng làm chất bảo quản, kiểm tra mức độ nhiễm bẩn của dụng cụ lấy, chứa mẫu, giấy lọc hay các thiết bị khác có liên quan đến công việc thu, bảo quản và vận chuyển mẫu. Mẫu lặp cũng được thu nhằm kiểm tra mức độ tái lặp của việc lấy mẫu. Thời gian và tần xuất lấy mẫu trắng, mẫu đúp và mẫu lặp được xác định khi thiết kế chương trình. Nói chung khoảng 10 lần thu mẫu, tiến hành thu 1 lần các loại mẫu trắng, mẫu đúp, mẫu lặp. Cách thức và ý nghĩa thu các loại mẫu như sau: – Mẫu trắng dụng cụ chứa mẫu: Lấy một dụng cụ chứa mẫu một cách ngẫu nhiên, sau đó nạp dụng cụ bằng nước cất mang ra hiện trường. Mẫu này được bảo quản, vận chuyển và phân tích các thông số trong phòng thí nghiệm tương tự như các mẫu thông thường. Mẫu trắng loại này nhằm kiểm soát sự nhiễm bẩn do quá trình rửa, bảo quản dụng cụ. – Mẫu trắng dụng cụ lấy mẫu: Dùng nước cất tráng hoặc đổ vào dụng cụ lấy mẫu. Sau đó nạp vào chai chứa mẫu. Mẫu được bảo quản, vận chuyển và phân tích các thông số tương tự như mẫu cần lấy. Mẫu loại này nhằm kiểm soát mức độ ô nhiễm trong quá trình bảo quản, sử dụng dụng cụ lấy mẫu. – Mẫu trắng thiết bị lọc mẫu : Nếu mẫu nước cần lọc ở ngoài hiện trường để xác định các hợp phần hoà tan thì các bộ lọc mẫu sẽ được rửa, bảo quản và vận chuyển ngoài hiện trường. Tiến hành lấy mẫu trắng dụng cụ lọc mẫu bằng cách: cho nước cất hai lần lọc qua dụng cụ lọc mẫu. Phần lọc được nạp vào dụng cụ chứa mẫu và được bảo quản vận chuyển về phòng thí nghiệm tương tự như các mẫu đã lấy để phân tích các thông số môi trường. – Mẫu trắng hiện trường: cho vào dụng cụ chứa mẫu một lượng nước cất tinh khiết/nước khử ion và chuyển từ phòng thí nghiệm ra ngoài hiện trường. Tại hiện trường nắp dụng cụ chứa mẫu được mở ra và xử lý giống như các mẫu thật. Mẫu trắng hiện trường dùng để xác định sự nhiễm bẩn gây ra từ các dụng cụ lấy mẫu, dụng cụ xử lý mẫu (các loại màng lọc) hoặc do các điều kiện khác của môi trường trong quá trình lấy mẫu (do bụi bốc lên chẳng hạn). Các thông tin về mẫu trắng hiện trường, mẫu trắng vận chuyển cần phải được thể hiện trong báo cáo cùng với mẫu thật. Khi các chất gây nhiễu đã được nhận biết cần phải điều tra từng nguyên nhân và kịp thời khắc phục. – Mẫu đúp (mẫu chia đôi): Mẫu đúp được thu bằng cách chia một mẫu thành 2 hay nhiều mẫu giống nhau. Mẫu này sử dụng để đánh giá các sai số ngẫu nhiên và hệ thống do có sự thay đổi trong thời gian lấy và vận chuyển mẫu về phòng thí nghiệm. – Mẫu lặp theo thời gian: Lấy hai hoặc nhiều mẫu tại một địa điểm. Mẫu loại này để đánh giá sự biến động theo thời gian của các thông số môi trường trong khu vực. – Mẫu lặp theo không gian: Lấy hai hoặc nhiều mẫu cùng một lúc trên một lát cắt ngang đã được xác định trước trong thuỷ vực. Mẫu loại này dùng để đánh giá sự biến động theo không gian của các thông số môi trường. – Mẫu chuẩn đối chứng hiện trường: là lượng nước tinh khiết có chứa chất phân tích (chất chuẩn) biết trước nồng độ được mang từ phòng thí nghiệm ra ngoài hiện trường. Tại hiện trường, nắp đậy được mở ra và tiến hành xử lý như mẫu thật. Mục đích của việc tạo mẫu chuẩn đối chứng hiện trường là xác định sự nhiễm bẩn hoặc sự mất mát chất phân tích xảy ra do dụng cụ lấy mẫu, dụng cụ xử lý mẫu và ảnh hưởng của điều kiện môi trường trong suốt quá trình lấy mẫu cho về đến phòng thí nghiệm. Các kết quả phân tích mẫu chuẩn đối chứng hiện 17
18. trường cần phải được đưa vào báo cáo cùng với mẫu thật. Khi xảy ra sự sai lệch với giá trị thực không được chỉnh sửa số liệu mà cần phải tiến hành điều tra và khắc phục kịp thời. – Mẫu lặp hiện trường: Là hai (hoặc nhiều hơn) mẫu được lấy tại cùng một vị trí, sử dụng cùng một thiết bị lấy mẫu và được cùng một cán bộ tiến hành, được xử lý, bảo quản, vận chuyển và phân tích các thông số trong phòng thí nghiệm tương tự như mẫu thật. Mẫu QC loại này được sử dụng để kiểm soát độ chụm của việc lấy mẫu ngoài hiện trường. – Mẫu thêm : Việc thêm chất phân tích (chất chuẩn) đã biết trước nồng độ vào nước cất hay nước khử ion cùng thời điểm lấy mẫu ngay tại hiện trường để xem xét sự phân huỷ các thông số kể từ khi lấy mẫu. Mẫu thêm được sử dụng khi bắt đầu một kỹ thuật mới hoặc thiết bị mới để bảo đảm rằng phương pháp hoặc thiết bị là thích hợp. Việc thêm chất chuẩn vào mẫu phải do những cán bộ phân tích có kinh nghiệm thực hiện. (4) QA/QC đối với vận chuyển mẫu về phòng thí nghiệm a. Bảo đảm chất lượng Vận chuyển mẫu: việc vận chuyển mẫu phải bảo đảm ổn định về mặt số lượng và chất lượng. Thời gian vận chuyển và nhiệt độ của mẫu thực hiện theo TCVN đối với từng thông số quan trắc và cách bảo quản mẫu. Giao và nhận mẫu: việc giao và nhận mẫu được tiến hành ở hiện trường (nhóm hiện trường và bàn giao cho người vận chuyển) hoặc ở phòng thí nghiệm (nhóm hiện trường hay người vận chuyển bàn giao cho phòng thí nghiệm) và phải có biên bản bàn giao ( có đủ chữ ký của các bên liên quan). b. Kiểm soát chất lượng Để kiểm soát chất lượng trong vận chuyển mẫu về phòng thí nghiệm phải sử dụng mẫu trắng vận chuyển, mẫu chuẩn vận chuyển để kiểm soát hiện tượng nhiễm bẩn và biến đổi mẫu trong quá trình vận chuyển. – Mẫu trắng vận chuyển: cho vào dụng cụ chứa mẫu một lượng nước cất tinh khiết hoặc nước đã khử ion, đậy kín nắp, chuyển từ phòng thí nghiệm ra ngoài hiện trường và được vận chuyển cùng với mẫu thật. Mẫu trắng vận chuyển dùng để xác định sự nhiễm bẩn có thể xẩy ra khi xử lý, vận chuyển và bảo quản mẫu. – Mẫu chuẩn đối chứng vận chuyển là một lượng nước tinh khiết có chứa chất phân tích (chất chuẩn) biết trước nồng độ được chuyển từ phòng thí nghiệm ra hiện trường sau đó quay trở về cùng với mẫu thật. Tại hiện trường không mở nắp đậy mẫu. Mẫu chuẩn đối chứng vận chuyển dùng để xác định cả sự nhiễm bẩn và sự mất mát chất phân tích có thể xảy ra khi xử lý mẫu, vận chuyển và bảo quản mẫu đồng thời cũng để xác định sai số phân tích. (5) QA/QC trong phòng thí nghiệm a. Bảo đảm chất lượng Để có thể cung cấp được những số liệu tin cậy, duy trì các hoạt động kiểm soát chất lượng thường xuyên, một phòng thí nghiệm phân tích môi trường (cố định hoặc di động) phải đáp ứng được các yêu cầu về năng lực quản lý và kỹ thuật theo chuẩn mực của ISO/IEC 17.025: 2002. Các yếu tố quyết định mức độ chính xác và độ tin cậy của phép thử do phòng thí nghiệm thực hiện, bao gồm: – Cơ cấu tổ chức phù hợp (người quản lý và người thực hiện). – Yếu tố con người làm phân tích (công tác tập huấn, kiểm tra tay nghề), – Trang thiết bị; quản lý, bảo dưỡng, kiểm chuẩn và hiệu chuẩn thiết bị, – Điều kiện, vật chất, tiện nghi và môi trường, – Quản lý mẫu thử, – Phương pháp phân tích và hiệu lực của phương pháp, – Chất chuẩn, mẫu chuẩn, 18 PhátLựa chọntriển phươngphương pháppháp
19. Như vậy ngoài yếu tố quản lý, con người, phòng thí nghiệm phải có đủ cơ sở vật chất để tiến hành các phép thử có chất lượng, thoả mãn mục tiêu chất lượng số liệu. Phương pháp phân tích + Lựa chọn phương pháp: sử dụng các phương pháp đã được tiêu chuẩn hoá, phương pháp thích hợp đã được công bố hoặc phương pháp nội bộ (do phòng thí nghiệm tự xây dựng) phù hợp với yêu cầu quy định và đã được phê duyệt. + Phê chuẩn phương pháp: sử dụng các dung dịch chuẩn hoặc mẫu chuẩn, so sánh kết quả với các phương pháp khác, đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả để kiểm tra tính phù hợp của phương pháp được lựa chọn. + Ước lượng độ không bảo đảm đo: sử dụng các phương pháp phù hợp như ISO/TAG4/WG3 (hướng dẫn về ướng lượng độ không bảo đảm đo) và bộ tiêu chuẩn ISO 5725 (độ chính xác, độ đúng và độ chụm, của phương pháp đo và kết quả đo) để ước lượng độ không bảo đảm của các phép phân tích, đo, thử thông qua các yếu tố gây sai số. Trang thiết bị + Trang thiết bị của phòng thí nghiệm phải được hiệu chuẩn trước khi sử dụng. + Trang thiết bị phải được đánh dấu, dán nhãn để phân biệt và nhận dạng dễ dàng, phản ánh được tình trạng hiệu chuẩn, kiểm chuẩn và thời hạn hiệu chuẩn, kiểm chuẩn tiếp theo của trang thiết bị đó. + Trang thiết bị phải được bảo dưỡng thường xuyên và theo định kỳ. + Trang thiết bị phải bảo đảm tính liên kết chuẩn đo lường của phòng thí nghiệm: + Phòng thí nghiệm phải xây dựng và thực hiện chương trình hiệu chuẩn cho tất cả các trang thiết bị nhằm bảo đảm độ chính xác của các kết quả phân tích, đo, thử. Chương trình hiệu chuẩn áp dụng cho cả các thiết bị đo sử dụng cho các phép đo phụ trợ (chẳng hạn như các thiết bị đo các thông số khí tượng); + Đối với những trang thiết bị không thể thực hiện được việc hiệu chuẩn nêu trên, phòng thí nghiệm có thể áp dụng các biện pháp sau: tham gia chương trình so sánh liên phòng thí nghiệm hoặc thử nghiệm thành thạo để chứnh minh sự phù hợp của các trang thiết bị liên quan; sử dụng các mẫu chuẩn hoặc chất chuẩn đã biết nồng độ từ các nhà cung cấp hoá chất chuẩn có uy tín và được chứng nhận để kiểm tra trang thiết bị; sử dụng các phương pháp chuẩn hoặc các phương pháp hoặc các phương pháp đã được các bên liên quan lựa chọn và thống nhất. Điều kiện và môi trường phòng thí nghiệm: phải đáp ứng được các yêu cầu của chỉ tiêu phân tích đã được nêu trong phương pháp phân tích. Quản lý mẫu phân tích + Áp dụng các quy trình quản lý mẫu thích hợp với từng thông số cụ thể; + Những ký hiệu nhận dạng, phân biệt mẫu phải được duy trì trong suốt thời gian tồn tại của mẫu phòng thí nghiệm, khi phân tích , luân chuyển và khi đưa hồ sơ, tài liệu; + Tuân thủ các hướng dẫn kèm theo mẫu; phòng, tránh các tác động có thể làm biến đổi chất lượng mẫu trong quá trình lưu giữ, xử lý, chuẩn bị và tiến hành phân tích; + Khi tiếp nhận mẫu, phải ghi lại những điểm không bình thường hoặc sai lệch so với sự mô tả trong các phương pháp phân tích, đo, thử đã sử dụng. + Các mẫu sau khi phân tích xong cần phải được lưu giữ và bảo quản trong một thời gian theo quy định để sử dụng trong trường hợp cần kiểm tra lại. Bảo đảm chất lượng số liệu + Kiểm tra chất lượng số liệu bằng cách sử dụng phương pháp thống kê; 19
20. + Tham gia so sánh liên phòng thí nghiệm và thử nghiệm thành thạo quy trình phân tích hàng năm theo yêu cầu của Cục Bảo vệ môi trường thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường; + Sử dụng đều đặn các mẫu chuẩn đã được chứng nhận; + Thực hiện lại các phép phân tích bằng các phương pháp giống hoặc khác nhau; + Phân tích lại các mẫu được lưu giữ; + Xem xét sự tương quan giữa kết quả phân tích với các đặc trưng cảm quan của mẫu. b. Kiểm soát chất lượng Để kiểm soát chất lượng trong phòng thí nghiệm phải sử dụng mẫu QC, bao gồm: mẫu trắng thiết bị, mẫu trắng phương pháp, mẫu lặp, mẫu thêm, mẫu chuẩn đối chứng và chuẩn thẩm tra. Tiêu chí chấp nhận của kiểm soát chất lượng: kết quả phân tích, đo, thử các mẫu QC chỉ có giá trị khi đưa ra được các giới hạn để so sánh và xác định được sai số chấp nhận được theo quy định. – Các kết quả mẫu trắng hiện trường được so sánh với các kết quả mẫu trắng phòng thí nghiệm để phân biệt sự nhiễm bẩn ngoài hiện trường và sự nhiễm bẩn trong phòng thí nghiệm. – Mẫu thêm hiện trường được so sánh với mẫu thêm phòng thí nghiệm để phân biệt các vấn đề bảo quản và vận chuyển mẫu ngoài hiện trường và các vấn đề bảo quản mẫu trong phòng thí nghiệm. – Mẫu lặp ngoài hiện trường được so sánh với mẫu lặp trong phòng thí nghiệm để phân biệt độ chuẩn xác của việc thu mẫu ngoài hiện trường với độ chuẩn xác của phân tích trong phòng thí nghiệm. Kiểm soát chất lượng bằng mẫu QC: Mẫu QC phòng thí nghiệm dùng để đánh giá hiệu quả của phương pháp trong phòng thí nghiệm và mẫu QC hiện trường để đánh giá chất lượng tổng hợp của quá trình thu mẫu ngoài hiện trường và phương pháp trong phòng thí nghiệm. Để kiểm soát chất lượng số liệu, phòng thí nghiệm phải duy trì phân tích mẫu QC, bao gồm: – Mẫu trắng thiết bị (Blanks): sử dụng nước cất để làm mẫu trắng nhằm đánh giá độ nhiễu của thiết bị và xác định giới hạn phát hiện của thiết bị. Giới hạn phát hiện của thiết bị theo quy định bằng 3 lần nhiễu đường nền. – Mẫu trắng phương pháp (Method Blanks): sử dụng nước cất + các chất chuẩn bị mẫu (hoá chất tạo môi trường, hoá chất che, thuốc thử hiện màu ) nhưng không có chất định phân tích. Mẫu trắng phương pháp đánh giá gới hạn phát hiện của phương pháp, đánh giá mức độ tinh khiết của hoá chất sử dụng. – Mẫu lặp (Replcates/Duplicates): Do tính phức tạp của các phương pháp phân tích mẫu nước nên ta không thể làm được tất cả mẫu lặp để đánh giá độ lệch chuẩn cũng như độ không đảm bảo của phép đo. Nên như đã đề cập ở trên chúng ta chỉ làm một số mẫu lặp/mẫu đúp cho một nhóm mẫu (15Ú20 mẫu) để đánh giá độ tập trung của phép thử. – Chuẩn thẩm tra (Control Standards) – Chuẩn so sánh (Refrence Standards) – Mẫu chuẩn đối chứng (CRMs): Với môi trường nước, mẫu chuẩn đối chứng thông thường là các mẫu lấy tại hiện trường hoặc các mẫu tự tạo có thành phần phức tạp như ngoài môi trường, được đưa đến nhiều phòng thí nghiệm có uy tín để xác định giá trị trung bình và khoảng tin cậy. Mẫu chuẩn đối chứng được làm song song với mẫu thực. Căn cứ vào khoảng tin cậy đó cho phép ta đánh giá kết quả phân tích mẫu thực. Số liệu phân tích mẫu chuẩn đối chứng cần phải lưu trong hồ sơ dưới dạng biểu đồ kiểm tra để đánh giá hiệu quả cũng như sai số hệ thống của phương pháp. – Mẫu đồng hành (Surrogate Compounds): mẫu đồng hành là các mẫu có đặc điểm như mẫu thật, các chất phân tích trong đó cũng có tính chất vật lý hoá học tương tự với các chất trong mẫu thật nhưng lại không có trong tự nhiên, hoặc sử dụng các chất đồng vị phóng xạ trong thành phần nguyên tố của các chất phân tích ( 14C, 37Cl ). Mẫu đồng hành thường sử dụng khi phân tích các hợp chất hữu cơ như PAHs, thuốc trừ sâu. 20
21. (6) QA/QC trong xử lý số liệu và phân tích số liệu Các tài liệu, hồ sơ về hoạt động quan trắc có liên quan đến quá trình quan trắc tại hiện trường và phân tích trong phòng thí nghiệm phải được lặp đầy đủ, trung thực và kịp thời. Tất cả các tài liệu, hồ sơ gốc về hoạt động quan trắc đã lập Các số liệu đo, thử tại hiện trường và phân tích trong phòng thí nghiệm phải được kiểm tra, tính toán và xử lý. Trường hợp phát hiện ra sai sót trong các hoạt động QTMT thì phải báo cáo để có quyết định huỷ bỏ những số liệu đó. Tuyệt đối trung thực với kết quả đó, thử tại hiện trường cũng như kết quả phân tích trong phòng thí nghiệm; không suy đoán, sửa chữa hoặc tự ý bổ sung số liệu. Khi gặp các hiện tượng hoặc số liệu có vấn đề nghi vấn, cần tiến hành quan trắc và phân tích lại và ghi chú trong tài liệu, hồ sơ quan trắc. Các kết quả phân tích trước khi ghi chép vào sổ phải được kiểm tra đối chiếu với các sổ sách gốc như: nhật ký thực địa, sổ ghi kết quả phân tích. Việc kiểm tra được thực hiện bởi ít nhất 1 người có trách nhiệm trong phòng thí nghiệm. Kết quả phân tích được ghi vào biểu kết quả phải chứa đựng được một số thông tin quan trọng dưới đây: – Ngày tháng phân tích, phương pháp phân tích. – Ký hiệu mẫu phân tích. – Ký hiệu và kết quả phân tích của mẫu kiểm tra. – Các giới hạn kiểm tra và cảnh báo. – Các sắc đồ, đồ thị (nếu có). – Họ tên người phân tích, người tính toán và người kiểm tra. (7) QA/QC trong viết báo cáo hiện trạng Các trạm quan trắc, tổ chức, cá nhân thực hiện QTMT quốc gia phải lập Báo cáo kết quả QTMT sau mỗi đợt quan trắc và báo cáo tổng hợp kết quả QTMT hàng năm dựa trên kết quả quan trắc và phân tích của các đợt quan trắc trong năm. Các Báo cáo kết quả QTMT từng đợt và hàng năm được phải bảo đảm tính trung thực, kịp thời, chính xác và khách quan. Các Báo này phải được kiểm tra và được lãnh đạo của các đơn vị thực hiện QTMT ký, đóng dấu xác nhận trước khi giao nộp cho Cục Bảo vệ môi trường thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường. 21
22. Chương 3. Lấy mẫu trong quan trắc môi trường 3.1. Phân bố các yếu tố môi trường và tính đại diện 3.1.1. Phân bố theo không gian và thời gian của các yếu tố môi trường Như chúng ta đã biết, trạng thái tồn tại của các vật chất nhiễm bẩn ở cả ba dạng rắn, lỏng, khí; thành phần của các chất nhiễm bẩn trong tự nhiên cũng rất đa dạng và phức tạp. Do đó, việc lấy mẫu trước hết phải tập trung vào những đối tượng cụ thể trong quá trình đánh giá chất lượng môi trường như nước sông, nước hồ, đất hay không khí. Bản chất của các thành phần trong tự nhiên luôn tồn tại ở một giá trị nồng độ/cường độ nhất định phụ thuộc vào bản chất của môi trường. Vì vậy, trước khi quyết định phương pháp lấy mẫu, người lấy mẫu phải xác định rõ mục tiêu của quan trắc từ đó sẽ giúp ích cho việc lựa chọn các thông số và vị trí lấy mẫu phù hợp. a. Căn cứ vào mục tiêu quan trắc Căn cứ vào mục tiêu chung của quan trắc, đánh giá chất lượng môi trường có thể chia làm hai dạng chính như 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 mức độ ảnh hưởng tới môi trường 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, 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. Đối với những quan trắc nhằm mục tiêu xác định vấn đề như xác định nguồn ô nhiễm, xác định sự cố, xác định sự có mặt hay vắng mặt của một thành phần môi trường số lượng mẫu lấy thường ít, mẫu không cần lấy theo chu kỳ lặp đi lặp lại, vị trí lấy mẫu đảm bảo tính đại diện cho mục tiêu nghiên cứu. Đối với những quan trắc nhằm mục tiêu xác định xu hướng biến động phải lấy mẫu theo thời gian và không gian, số lượng mẫu lấy lớn và một số quan trắc phải thực hiện lặp đi lặp lại, vị trí lấy mẫu phải đại diện cho biến động các yếu tố trong môi trường. b. Căn cứ vào phân bố và biến động của các yếu tố môi trường Trong môi trường, có một số yếu tố môi trường phân bố đồng đều, số còn lại phân bố ngẫu nhiên, phân lớp hoặc họp nhóm, do đó căn cứ vào những hiểu biết về khu vực quan trắc có thể thay đổi kiểu dạng chương trình lấy mẫu để giảm thiểu chi phí. Dạng phân bố của các yếu tố môi trường được xác định dựa trên những thông tin thứ cấp, kinh nghiệm bản địa, kiến thức cá nhân về môi trường như: trạng thái tự nhiên, các quá trình vật lý, hóa học, sinh học ảnh hưởng đến yếu tố môi trường cần quan tâm, đặc điểm nguồn thải Kết quả nồng độ/mật độ của các một chất trong môi trường để xác định dạng biến động cần được biểu diễn dưới dạng giá trị trung bình và độ lệch chuẩn. Độ lệch chuẩn của các yếu tố càng nhỏ, mức độ biến động nhỏ tức là phân bố của chúng trong môi trường càng đồng nhất và ngược lại, mức độ biến động của các yếu tố càng lớn, phân bố của chúng trong môi trường càng kém đồng nhất. Đối với những yếu tố môi trường phân bố đồng nhất, số lượng vị trí lấy mẫu trong khu vực lấy mẫu thấp và vị trí lấy mẫu có thể lựa chọn ngẫu nhiên. Đối với những yếu tố môi trường phân bố không đồng nhất, có hai loại vị trí lấy mẫu đại diện đó là vị trí lấy mẫu đại diện cho tính chất điển hình của khu vực và vị trí lấy mẫu và vi trí lấy mẫu đại diện cho điểm nóng môi trường. Số lượng mẫu lấy trong trường hợp này được xác định đảm bảo nguyên tắc: nếu có càng nhiều số lượng điểm nóng thì số lượng mẫu lấy càng lớn và ngược lại. Một chất khi đưa vào môi trường không đứng yên mà vận chuyển, chuyển hóa phức tạp từ vị trí này sang vị trí khác, từ dạng này sang dạng khác. Trong một môi trường nhất định tùy thuộc vào đặc tính vốn có của 22
23. môi trường, đặc điểm xả thải và các quá trình ảnh hưởng mà các chất khi đưa vào môi trường sẽ được vận chuyển, chuyển hóa theo những quy luật nhất định. Do đó trong lấy mẫu cần chú ý xác định được xu hướng biến động theo thời gian và không gian của đối tượng môi trường cần quan tâm. Xu hướng biến động của các chất và các thành phần môi trường khác có thể có chu kỳ (biến động theo mùa, theo thời gian làm việc ) hoặc không có chu kỳ (quá trình tích lũy, quá trình tự làm sạch ) ảnh hưởng đến mối quan hệ giữa các vị trí lấy mẫu. Các vị trí lấy mẫu phải được lựa chọn sao cho không có cùng một xu hướng; phải đại diện được cho xu hướng biến đổi các thành phần môi trường cần quan tâm Đối với những biến động theo chu kỳ, mật độ lấy mẫu phải đủ lớn để phản ánh được những biến đổi của môi trường. Mức độ biến động của các yếu tố môi trường lớn, số lượng mẫu lấy phải càng lớn được xác định thông qua phương sai hoặc độ lệch chuẩn của yếu tố đó. Để đảm bảo chất lượng công tác lấy mẫu, việc xác định đặc điểm môi trường khu vực lấy mẫu là cần thiết trong khâu chuẩn bị lấy mẫu. Những thông tin khoa học cần thiết trong công tác chuẩn bị lấy mẫu phải phản ánh đầy đủ tính chất của các đối tượng môi trường cần quan tâm trong mục tiêu quan trắc. Đặc điểm môi trường khu vực lấy mẫu được thể hiện bởi: Đặc điểm nguồn thải Đặc điểm môi trường tiếp nhận Đặc điểm phát tán chất ô nhiễm Các quá trình xảy ra đối với chất ô nhiễm trong môi trường tiếp nhận Độ tin cậy của phương pháp lấy mẫu được lực chọn thể hiện ở khả năng phản ánh đúng và chính xác đặc trưng và điều kiện môi trường tại khu vực lấy mẫu. Như vậy, nguyên tắc của lấy mẫu trong QTMT là đảm bảo tính đại diện cho môi trường hoặc thành phần môi trường được quan trắc. 3.1.2. Khái niệm tính đại diện trong lấy mẫu “Tính đại diện” là một trong 5 chỉ thị chất lượng số liệu (PARCC: tính đúng, tính chính xác, tính đại tiện, tính hoàn chỉnh và tính đồng nhất). Khác với tính chính xác và tính đúng là những chỉ thị được đánh giá định lượng dựa trên kết quả phân tích, tính đại diện là một thông số định tính dựa trên đặc điểm thực của môi trường đang xem xét. US EPA định nghĩa tính đại diện là “tiêu chuẩn về mức độ để tính chính xác và tính đúng của số liệu phản ánh được đặc tính của một quần thể, một thông số tại vị trí lấy mẫu, hiện trạng của quá trình hoặc hiện trạng môi trường”. Tính đại diện có thể được thể hiện ở các mức độ khác nhau (Poker, 2003): Tính đại diện cho nồng độ/mật độ của yếu tố môi trường cần quan tâm: mẫu phải phản ánh đúng và chính xác nồng độ/mật độ của các yếu tố môi trường Tính đại diện theo không gian: mẫu phải phản ánh đặc điểm của môi trường tại khu vực lấy mẫu Tính đại diện theo thời gian: mẫu phải phản ánh được đặc điểm môi trường trong khoảng thời gian xung quanh thời điểm lấy mẫu. Giá trị phản ánh theo thời gian phải bền vững trong một khoảng thời gian nhất định tùy thuộc vào chương trình quan trắc. Vi phạm tính đại diện đối với số liệu QTMT có thể xảy ra do nhiều nguyên nhân nhưng quan trọng nhất là vi phạm tính đại diện trong lấy mẫu. Do đó, yêu cầu đầu tiên đối với một chương trình lấy mẫu là đảm bảo tính đại diện. Tính đại diện trong lấy mẫu phụ thuộc rất lớn vào kinh nghiệm của người thực hiện quan trắc trong đó quan trọng nhất là hiểu biết về sự phân bố và các quá trình diễn ra đối với những yếu tố môi trường cần quan trắc: Mẫu được lấy trong khu vực đại diện cho tính chất môi trường hoặc yếu tố môi trường cần quan trắc. Khu vực đại diện: là khu vực phản ánh đúng và chính xác cho áp lực tới chất lượng môi trường. Trong một hệ thống nhất định của môi trường bao gồm nhiều loại hình áp lực môi trường, một khu vực được xem là đại diện khi tại đó các áp lực và tác động đến môi trường là đồng nhất. Nếu xem xét về khía cạnh đặc tính của môi 23
24. trường, thì khu vực đại diện là khu vực tại đó đặc điểm các thành phần môi trường là giống nhau hoặc nồng độ/hàm lượng/cường độ của tác động là tương đương tại mọi điểm trong khu vực. Trong một phạm vi nhất định: một xã, huyện, tỉnh, quốc gia, lưu vực, mỗi loại hình sử dụng đất khác nhau đưa tới một áp lực đối với môi trường khác nhau. Tại mỗi diện tích loại hình sử dụng đất đó, các yếu tố áp lực và mức độ tác động đến môi trường là đồng nhất có thể xem như một khu vực đại diện cho tính chất môi trường đất ứng với loại hình ử dụng đất này. Tính chất môi trường trong mỗi khu vực đại diện đặc trưng cho: loại áp lực (đất nông nghiệp: phân bón, thuốc bảo vệ thực vật; đất đô thị: nước thải, chất thải giàu hữu cơ; đất công nghiệp: chất thải vô cơ, chất thải nguy hại ), tính chất sinh-địa-hóa (đất dốc: xói mòn, rửa trôi, bạc màu; đất ngập nước: chất thải, tích tụ chất độc ) và nồng độ các chất ô nhiễm. Đối với môi trường nước chảy như một lưu vực sông, vùng thượng nguồn đối diện với những nguy cơ: trầm tích do xói mòn, suy giảm chất lượng do ảnh hưởng của ô nhiễm không khí, suy giảm rừng đầu nguồn, suy giảm đa dạng sinh học; vùng hạ lưu đối diện với những nguy cơ: ô nhiễm do nước thải và chất thải, khai thác quá mức, phú dưỡng Đối với môi trường nước đứng, do quá trình vận chuyển các chất trong môi trường mà có sự phân tầng theo độ sâu dưới ảnh hưởng của các nhân tố nhiệt độ, ánh sáng và sự phân bố của sinh vật do tập tính sinh thái của chúng. Tại các vùng này, đặc điểm môi trường không đồng nhất do đó hình thành nên các khu vực đại diện chuyên biệt: vùng nước nổi, vùng nước sâu, vùng nước đáy, vùng ven bờ, vùng khơi Đối với môi trường không khí, sự phân biệt các khu vực đại diện phụ thuộc rất lớn vào mức độ dịch chuyển của khí quyển liên quan đến: nhiệt độ, gió, ánh sáng, các vật cản. Tuy nhiên, do ảnh hưởng của mức độ linh động của các phần tử khí mà việc phân chia các khu vực đại diện đối với môi trường không khí khác biệt với đất và nước. Ở một phạm vi nhỏ, có thể phân biệt ra các vùng: khu vực thoáng gió, khu vực bóng động học công trình; khu vực vệt khói, khu vực ngoài vệt khỏi; tầng dưới nghịch chuyển nhiệt, tầng trên nghịch chuyển nhiệt Mẫu được lấy tại các vị trí đại diện: là vị trí phản ánh đúng và chính xác cho đối tượng môi trường cần được đánh giá. Vị trí đại diện nằm trong khu vực đại diện và phản ánh được đầy đủ các tính chất của khu vực đó: loại áp lực, mức tác động, nồng độ/cường độ các tác nhân ô nhiễm hoặc nhiễm bẩn Vị trí đại diện có thể là một điểm hoặc một tập hợp các điểm tọa độ không gian có cùng tính chất. Mẫu được lấy tại điểm đại diện: là điểm phản ánh đúng và chính xác cho đặc trưng và điều kiện môi trường của vị trí lấy mẫu. Trong thực tế, đối với các chương trình quan trắc cụ thể, vị trí lấy mẫu có thể được xác định tại vị trí đại diện là một điểm nhất đinh, hoặc được lấy mẫu tại điểm đại diện nhất định liên quan đến vị trí đại diện đó. Ví dụ, một dòng sông, vị trí đại diện là vị trí giữa dòng ứng với một tốc độ dòng chảy nhất định và đặc điểm hình thái học, vật lý, hóa học và sinh học đại diện cho toàn bộ đoạn sông lấy mẫu. Mẫu được lấy giữa dòng sẽ đảm bảo tính đại diện cho toàn bộ đoạn sông. Ngược lại, nếu có một dòng thải đổ vào sông qua hệ thống cống, mương thải thì tại đoạn dòng thải và dòng sông gặp nhau được coi là vị trí đại điện. Mẫu nước phản ánh được đúng và chính xác tính chất của đối tượng quan trắc phải xác định được ảnh hưởng của nguồn thải đến chất lượng nước sông tức là mẫu phải được lấy tại điểm xáo trộn hoàn toàn (điểm đại diện). 3.1.2.1. Khái niệm mẫu đại diện a. Yêu cầu tính đại diện của mẫu Trước hết, mẫu đại diện là mẫu đảm bảo yêu cầu: Phản ánh đúng và chính xác nồng độ/mật độ của yếu tố môi trường Phản ánh đúng và chính xác đặc điểm và các quá trình diễn ra tại vị trí lấy mẫu Phản ánh đúng và chính xác đặc điểm môi trường thời gian lấy mẫu b. Phân loại mẫu đại diện: 24
25. Các chất trong môi trường không đứng yên mà thay đổi liên tục từ trạng thái này sang trạng thái khác, từ vị trí này sang vị trí khác. Vì vậy, hầu hết các yếu tố môi trường không đồng nhất mà có sự khác biệt đáng kể về nồng độ/mật độ theo thời gian và không gian. Tính đại diện có thể thể hiện ở nhiều mức độ khác nhau: Mẫu đại diện phản ánh điểm nóng môi trường trong khu vực là mẫu phản ánh được giá trị thấp nhất hoặc cao nhất của nồng độ/mật độ các yếu tố môi trường liên quan đến ảnh hưởng một số yếu tố (nguồn thải, quá trình suy thoái hay ô nhiễm môi trường) đến chất lượng môi trường. Mẫu đại diện phản ánh điểm nóng môi trường cho phép xác định tác nhân hay nguồn gốc gây ra biến động, xu hướng biến động và phạm vi biến động; Mẫu đại diện phản ánh tính chất điển hình của khu vực là mẫu có nồng độ các chất gần đúng nhất với điều kiện môi trường trung bình của toàn bộ khu vực quan trắc. Mẫu đại diện tính chất điển hình khu vực là loại mẫu bắt buộc thu thập đối với quan trắc chất lượng môi trường (đánh giá hiện trạng). Căn cứ vào phương pháp thu mẫu, để đảm bảo tính đại diện có hai loại mẫu có thể được thu thập là mẫu đơn và mẫu hỗn hợp: Mẫu đơn: là mẫu được thu thập và xác định các thành phần môi trường cho một vị trí nhất định vào một thời điểm nhất định (DOE, 1996) còn được gọi là mẫu thời điểm hay mẫu rời rạc (US ACE, 1994). Số liệu phân tích mẫu đơn chỉ phản ánh tính chất môi trường tại một vị trí và một thời điểm lấy mẫu. Các mẫu đơn khác nhau thường không được trộn lẫn với nhau, đặc biệt là trong trường hợp mẫu nước hoặc đất sử dụng phân tích chất hữu cơ bay hơi, các mẫu được lấy ở các vị trí, độ sâu khác nhau. Trong thống kê, kết quả các mẫu đơn có thể dẫn tới những bất thường trên biểu đồ biểu diễn diễn biến kết quả theo thời gian hoặc không gian trong những nghiên cứu với thời gian ngắn và đối với những thành phần môi trường dễ biến đổi như phenol, CN -, chất hữu cơ bay hơi (WEF, 1996). Vì vậy, đối với mẫu đơn cần phải chú ý những vấn đề sau: Vị trí lấy mẫu đại diện cho khu vực môi trường đồng nhất và ít biến đổi trong thời gian lấy mẫu Không gây xáo trộn làm thay đổi các yếu tố môi trường tại vị trí lấy mẫu Sử dụng thiết bị lấy mẫu, chứa mẫu và bảo quản mẫu phải đồng nhất giữa các vị trí và thời gian lấy mẫu Cần quan tâm đến các yếu tố khí tượng, địa hình, sinh học và một số yếu tố ảnh hưởng Mẫu hỗn hợp: là mẫu được trộn lẫn từ hai hoặc nhiều mẫu đơn được lấy tại một vị trí và/hoặc tại những thời điểm khác nhau (US ACE, 1994). Mẫu hỗn hợp được tạo thành bằng cách trộn cẩn thận một lượng bằng nhau các mẫu đơn để lấy được giá trị trung bình giữa các mẫu này. Mẫu hỗn hợp được sử dụng khá thường xuyên trong những nghiên cứu hiện trạng xả thải hoặc nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn thải tới môi trường. Mặc dù sử dụng mẫu hỗn hợp có thể làm tăng tần suất lấy mẫu theo thời gian hoặc số lượng mẫu lấy theo không gian nhưng số lượng mẫu cuối cùng đem đi phân tích ít hơn so với mẫu đơn. Trong thực tế, nếu hiện trạng môi trường ít biến đổi hoặc biến đổi không quá lớn thì mẫu hỗn hợp có thể được sử dụng đối với cả các nghiên cứu hiện trạng môi trường nền. Đối với mẫu đất, mẫu hỗn hợp phải được trộn ngay ngoài hiện trường. Đối với mẫu nước, mẫu hỗn hợp 24 giờ có thể được thu thập tự động tại dòng chảy, dòng thải và được cho chung vào một bình chứa lớn (trong đó các mẫu đơn được thu thập một giờ một lần hoặc hai giờ một lần tùy theo chương trình lấy mẫu và thiết bị lấy mẫu). Thể tích nước và khối lượng chất rắn sử dụng để trộn cần được tính toán trước khi thu thập mẫu tùy theo lượng mẫu cần cho phân tích. Những vấn đề cần quan tâm đối với mẫu hỗn hợp là: Các mẫu đơn được lấy để xác lập mẫu hỗn hợp phải có tính tương đồng: cùng phương pháp lấy mẫu, cùng vị trí (và/hoặc cùng thời điểm) dụng cụ lấy mẫu, dụng cụ bảo quản Mẫu hỗn hợp cần ở dạng đồng nhất cao, do đó đối với đối tượng quan tâm ở dạng khác pha, các chất dễ thay đổi trạng thái (dễ bay hơi, dầu mỡ, dung môi, các halogen và một vài chất hydrocacbon có mạch cacbon thấp hơn 15) không thể sử dụng mẫu hỗn hợp. 25
26. Bên cạnh việc giảm được nhu cầu phân tích, khi trình diễn kết quả, mẫu hỗn hợp có thể hạn chế được những số liệu sai biệt tuy nhiên có thể phản ánh không đúng chất lượng môi trường do bỏ qua những điểm nóng của đối tượng nghiên cứu vì vậy chỉ được áp dụng trong một số lượng hạn chế các nghiên cứu. 3.1.2.2. Cơ sở xác định mẫu đại diện a. Căn cứ vào mục tiêu quan trắc Tất cả các chương trình lấy mẫu đều phải đảm bảo giải quyết tất cả các vấn đề liên quan đến mẫu lấy bao gồm: khu vực lấy mẫu, vị trí lấy mẫu, số lượng mẫu lấy, phương pháp và cách thức lấy mẫu. Trước hết, một chương trình lấy mẫu phải được xây dựng dựa trên thông tin về dạng phân bố của các chất ô nhiễm và các yếu tố môi trường để đảm bảo tính đại diện trong lấy mẫu. Tính đại diện đối với mỗi yếu tố môi trường phụ thuộc vào các quá trình diễn ra đối với yếu tố đó. Điều này có nghĩa là mẫu đại diện trong trường hợp này nhưng không đại diện trong những trường hợp khác. Đây được gọi là tính đại diện đặc trưng. Trong môi trường, tại một khu vực nghiên cứu nhất định, có những yếu tố môi trường phân bố đồng nhất, những yếu tố khác phân bố không đồng nhất. Do đó, mẫu đại diện cho thông số này nhưng không phải là đại diện cho thông số khác. Việc lựa chọn thông số quan trắc phụ thuộc vào mục tiêu của nghiên cứu, do đó có thể nói: Mẫu đại diện cho mục đích nghiên cứu này nhưng lại không đại diện cho mục đích nghiên cứu khác Hình 2.1. Lấy mẫu vùng đầm chịu ảnh hưởng của cống thải theo mục đích quan trắc Ví dụ minh họa hình 2.1 được xác định đối với một đầm được cấp nước từ một cống thải. Kết quả phân tích mẫu đất lấy ngẫu nhiên các vị trí A, B và C có thể đại diện cho quá trình nhiễm bẩn các chất từ cống thải vào đất. Tuy nhiên kết quả này không đại diện nếu mục tiêu nghiên cứu xác định nồng độ trung bình các chất trong đầm. Để xác định trong trường hợp này cần phải lấy mẫu ngẫu nhiên tất cả các vị trí trong đầm tùy thuộc tỉ lệ diện tích vùng bị ảnh hưởng (điểm A, B, C) và vùng không bị ảnh hưởng bởi nước thải (điểm D, E, F, G, H). b. Các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến việc xác định mẫu đại diện Các chất hóa học hữu cơ, vô cơ, phức chất đều tồn tại ngẫu nhiên, đồng đều, họp nhóm, phân lớp, theo gradien nồng độ trong môi trường (hình 2.2). Các yếu tố môi trường khác như các pha, các thành phần hạt, các nhóm sinh vật cũng có thể có một trong các kiểu phân bố này. Thông thường, để xác định đặc điểm phân bố của chúng, thường phải tiến hành các nghiên cứu ở quy mô nhỏ hoặc tiến hành lấy mẫu kiểm tra trước khi quyết định phương án lấy mẫu quan trắc. 26
27. (1) (2) (3) (4) (5) Hình 2.2. Một số dạng phân bố của các yếu tố môi trường (1) Phân bố ngẫu nhiên (2) Phân bố đồng đều (3) Phân bố họp nhóm (4) Phân bố theo phân lớp (trong mỗi phân lớp các yếu tố môi trường đồng nhất) (5) Phân bố theo gradien Như vậy, không có một thủ tục chung cho việc xác định vị trí lấy mẫu đại diện cho tất cả các thành phần môi trường và tất cả các mục tiêu nghiên cứu. Việc thu mẫu đại diện không chỉ đòi hỏi những hiểu biết cơ bản về đặc điểm môi trường mà còn đòi hỏi kỹ thuật và tay nghề của người lấy mẫu tốt. Lấy mẫu đại diện lý tưởng cho môi trường là việc làm rất khó khăn do tính đồng nhất của môi trường xuất hiện cả theo không gian và thời gian (Eberhardt, 1978; Kerekes and Freedman, 1989), bên cạnh đó luôn luôn xảy ra các quá trình biến động về đặc điểm môi trường trong tự nhiên. Tuy nhiên trong từng chương trình quan trắc cụ thể (ứng với mục tiêu, thông số quan trắc, đối tượng môi trường cần quan trắc) căn cứ vào các quá trình ảnh hưởng đến chất lượng môi trường, cũng có thể xác định gần đúng dạng phân bố và quy luật biến động các yếu tố môi trường. Ứng với từng môi trường cụ thể có thể tiến hành xác định các yếu tố ảnh hưởng đến tính đại diện của mẫu như sau: (1) Tính đại diện đối với mẫu rắn Đối với mẫu rắn, tính đại diện phụ thuộc vào loại đối tượng chất rắn cần lấy mẫu (đất, bùn, chất thải rắn ). Tính đại diện phụ thuộc vào quy mô và kiểu lấy mẫu. Quá trình vận chuyển, tích lũy các chất ô nhiễm trong đất diễn ra trong một thời gian dài gây ra sự phân tầng đáng kể theo độ sâu. Do đó, tính đại diện phải được xác định là đại diện theo độ sâu. Yếu tố ảnh hưởng chủ yếu đến sự phân tầng của các thành phần môi trường trong đất chủ yếu là sự khác biệt về thành phần vật lý đất dẫn tới sự di chuyển và tích lũy khác nhau giữa các độ sâu khác nhau. Trong đất, quá trình đối lưu và khuếch tán là những quá trình quan trọng nhất ảnh hưởng tới phân bố và vận chuyển các chất, các quá trình này phụ thuộc và tỉ lệ giữa các pha và quá trình vận chuyển của các dòng nước trong đất. Như vậy, để xác định tính đại diện đối với mẫu đất, cần xác định tốc độ vận chuyển của nước trong đất phụ thuộc vào kích thước và phân bố của các lỗ hổng giữa các hạt đất. Hình 2.3. Ảnh hưởng của các hạt rắn tới dòng nước di chuyển trong đất Do đó, địa hình và địa chất là những thông tin quan trọng trong việc xác định vị trí lấy mẫu đại diện đối với mẫu đất do ảnh hưởng tới xu hướng và mức độ quá trình vận chuyển các chất từ nơi này đến nơi khác. Sự vận chuyển của nước dưới ảnh hưởng của địa hình luôn có xu hướng đi từ nơi cao xuống nơi thấp dẫn tới sự phân bố của các chất trong đất khác nhau ở những vị trí có độ cao khác nhau. Các tính chất vật lý đất liên quan đến độ xốp và khả năng dẫn nước do đó cũng quyết định phân bố các chất. Thông thường đối với mẫu chất rắn môi trường (đất, bùn, chất thải) do cấu thành từ nhiều thành phần pha và thành phần vật chất nên tính không đồng nhất xuất hiện ở phạm vi rất nhỏ (ví dụ: giữa những hạt đất) 27
28. trong khi đó xét trên phạm vi vĩ mô nhất định, mẫu rắn có thể là đồng nhất. Do đó, việc lấy mẫu đại diện khá đơn giản. Tuy nhiên cũng có những trường hợp đặc biệt ngược lại, ví dụ khi chất ô nhiễm xuất hiện ở dạng “viên, hạt” trong đất, chất thải, bùn hoặc một số dạng mẫu chất rắn khác. Với những mẫu không đồng nhất loại này, việc lấy mẫu đại diện yêu cầu một vài quá trình chuẩn bị sau khi thu thập (Keith, 1990) như phân chia mẫu, trộn, rây Đối với bùn và trầm tích, được hình thành do quá trình tích lũy lâu dài các vật chất lắng đọng nên tính chất của bùn thải phản ánh được lịch sử các quá trình vật chất diễn ra trong thủy vực (hồ, biển, cửa sông, bùn cống thải ) do đó tính đại diện của mẫu bùn tương tự đối với mẫu đất có sự khác biệt đáng kể theo độ sâu. Mặt khác, do ảnh hưởng của dòng chảy, tính không đồng nhất của mẫu bùn còn được thể hiện theo khoảng cách tính từ nguồn thải. Tình đồng nhất của chất thải rắn (CTR) phụ thuộc vào nguồn gốc, thành phần, hình thức thu gom, vận chuyển và xử lý. Do đó, căn cứ vào mục tiêu quan trắc có thể có những phương pháp khác nhau để lấy mẫu đại diện cho tính chất chất thải. Trong một số trường hợp có thể xem xét việc lấy mẫu hỗn hợp đại diện trừ những loại chất thải khác pha không thể trộn lẫn với nhau (ví dụ CTR chứa dầu thải, dung môi hữu cơ ). Trong trường hợp này cần phải lấy mẫu theo từng pha riêng biệt. (2) Tính đại diện đối với mẫu khí Khí là môi trường đặc biệt có sự xáo trộn mạnh hơn so với các môi trường khác như nước và đất do đó có thể xem nồng độ các chất ô nhiễm trong khí quyển là tương đối đồng nhất ở những điều kiện nhất định. Sự chênh lệch nồng độ các chất trong khí quyển nhanh chóng đạt tới giá trị cân bằng do các quá trình đối lưu và khuếch tán. Tuy nhiên, nồng độ của các chất ô nhiễm trong khí quyển ở những vị trí có cùng vĩ độ có thể khác biệt chút ít do ảnh hưởng của điều kiện khí hậu địa phương (quan trọng nhất là hướng và tốc độ gió). Hình 2.4. Phát thải của ống khói phụ thuộc vào chiều cao hiệu dụng (HT) xác định bằng tổng chiều cao xây dựng (HS) và độ nâng của cột khói (HP) Do đó, điều quan trọng nhất trong xác định vị trí lấy mẫu đại diện cho tính chất điển hình hoặc điểm nóng theo không gian và thời gian là xác định ảnh hưởng của khí tượng và địa hình. Những ảnh hưởng này nên được gộp chung để đánh giá trong chương trình lấy mẫu, vì vậy chương trình lấy mẫu QTMT không khí nên xem xét lấy mẫu lắng khí quyển (tuyết, mưa, sương mù, sương giáng). Ví dụ: Các yếu tố ảnh hưởng đối với quá trình phân bố các chất ô nhiễm không khí từ một nguồn thải điểm (ống khói nhà máy) là nhiệt độ, gió, các vật cản: Ảnh hưởng của nhiệt độ dẫn tới các quá trình đối lưu mạnh trong không khí, là quá trình ảnh hưởng mạnh mẽ nhất đối với phân bố các chất nhiễm bẩn ở dạng đồng thể hoặc dị thể trong không khí (chất khí, khói bụi ). Nhiệt độ là một nhân tố quan trọng tăng chiều cao hiệu dụng của ống khói so với chiều cao xây dựng do độ nâng của cột khói tính bằng độ nâng do chênh lệch nhiệt độ và độ nâng do chênh lệch áp suất (độ phụt của cột khói). Nhiệt độ cao cũng tăng cường quá trình khuếch tán các chất trong không khí. 28
29. Hướng gió quyết định hướng di chuyển của các chất ô nhiễm từ ống khói trong khi đó, tốc độ gió sẽ quyết định mức độ di chuyển của các chất này. Tuy nhiên chỉ có gió tại độ cao hiệu dụng của ống khói mới ảnh hưởng đến hướng và mức độ di chuyển của cột khói. Độ lệch của hướng gió theo phương nằm ngang tại cột khói (deg): SAH = SA(U /UH) Độ lệch của hướng gió theo phương thẳng đứng tại cột khói (deg): SEH = SE(U /UH) Tốc độ gió (m/s) tại độ cao hiệu dụng của cột khói được xác định: UH = U (HS/H) A U: Tốc độ gió tại điểm đo (m/s) có độ cao H (m) A: Hệ số ổn định của khí quyển xác định: 0,6: Ổn định; 0,4: Ổn định nhẹ; 0,25: Trung tính; 0,20: Không ổn định nhẹ; 0,15: Không ổn định điển hình; < 0,15: Rất không ổn định SA và SE là độ lệch theo phương nằm ngang hoặc thẳng đứng tại điểm đo H (m) Nếu không có các vật cản, quá trình lan truyền các chất từ ống khói chỉ chịu ảnh hưởng của quá trình khuếch tán, do đó nồng độ tối đa tại mặt đất được xác định như sau: Trong đó: Q: Lưu lượng khí thải tại nguồn (g/s) SZ và SY là độ phủ của vệt khói tương ứng theo phương Z (chiều cao) và phương Y (phương ngang) (3) Tính đại diện đối với mẫu nước Môi trường nước mặt và nước ngầm có sự biến đổi rõ rệt theo mùa do ảnh hưởng của cân bằng nước và các ảnh hưởng do mức độ sử dụng, vì vậy xác định thời gian và tần suất lấy mẫu rất quan trọng trong vấn đề lấy mẫu đại diện theo thời gian. Ngoài ra, đối với nước mặt, mẫu nước có sự không đồng nhất rõ rệt theo không gian do ảnh hưởng của dòng chảy và sự phân tầng gây khó khăn cho việc lấy mẫu đại diện (Keith, 1990). Sự phân tầng là vấn đề phổ biến ở đại dương, hồ sâu trong suốt các mùa có sự phân tầng rõ rệt (hè, đông). Sự phân chia rõ rệt cũng xảy ra tại điểm hòa trộn hai dòng nước ví dụ dòng thải đi vào sông hoặc cửa sông là một loại hình nước mặt đặc biệt do có sự hòa trộn giữa nước mặn và nước lợ (Keith, 1990). Nếu đối với đối tượng nước đứng, tính đại diện chủ yếu được xác lập dựa theo sự phân tầng trong chất lượng nước theo không gian hoặc thời gian thì đối với đối tượng nước chảy, vị trí đại diện luôn được xác định cho vị trí xáo trộn hoàn toàn. Điểm xáo trộn hoàn toàn là điểm có nồng độ thỏa mãn điều kiện: C1 và Q1: nồng độ và lưu lượng của dòng chảy thứ nhất (hoặc dòng tiếp nhận) C2 và Q2: nồng độ và lưu lượng dòng chảy thứ hai (hoặc dòng thải) Do đó, đối với việc lấy mẫu đảm bảo tính đại diện cho chất lượng nước các hệ thống động, việc đầu tiên phải 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 nảy 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 29
30. 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: R.D v k.R 2 / 3 .J 1/ 2 (m / s) R Trong đó: R 2.D 3 Lưu lượng dòng được tính bằng: Q v.F(m / s) v: vận tốc dòng chảy (m/s) k: hệ số ảnh hưởng vật liệu (m1/3/s) R: bán kính thủy lực đường ống (m) J: độ dốc (m/m) F: diện tích tiết diện mặt cắt ngang ống (m2) R: chiều rộng (m) Q: Lưu lượng dòng chảy D: chiều sâu mực nước (m) Bảng 2.1 Giá trị k chuẩn có thể tham khảo Giá trị hệ số thực nghiệm Loại hệ thống 135 – 90 Ống xi măng mới 85 Ống kim loại và xây bằng gạch 75 – 65 Các loại ống thông thường Diện tích (F) có thể xác định bằng cách đo đạc trực tiếp hoặc bằng cách đo chiều sâu tại các điểm khác nhau. Đối với các kênh mở như sông, suối, vận tốc thường được xác định bằng phương pháp đo đạc trực tiếp. Dùng phao thả trôi ở giữa dòng nước. Đo thời gian (t) và khoảng cách (l). l l v (m/s)Q F.c (m3/s) t t Trong đó: c: hệ số thực nghiệm Đo đạc tốc độ dòng thải đóng vai trò quan trọng trong việc đánh giá chất lượng nước do tốc độ dòng ảnh hưởng đến số phận của các chất ô nhiễm trong môi trường (nước và bùn cặn). Tổng lượng xả thải vào thủy vực tiếp nhận có thể dự báo được thông qua việc đo đạc các hợp phẩn riêng rẽ được tính theo công thức dưới đây. Trong đó: Q là lưu lượng xả thải (m3/s) wn là chiều rộng tại điểm thứ n (m) hn là độ sâu tại điểm thứ n (m) vn là vận tốc dòng nước tại điểm thứ n (m/s) Một yếu tố môi trường có trong dòng chảy sẽ di chuyển theo chiều dòng chảy, thời gian di chuyển của nó phụ thuộc vào vận tốc dòng chảy.Căn cứ vào thời gian di chuyển của một chất theo dòng chảy có thể xác định được vị trí tương đối của chất đó sau một khoảng thời gian nhất định, từ đó xác định được điểm lấy mẫu đại diện cho nghiên cứu đối với chất đó. Thời gian di chuyển phụ thuộc vào đặc điểm địa chất nền đáy thủy vực hoặc dòng nước, được mô phỏng bằng cách sử dụng mô hình vận chuyển khối. 30
31. Hình 2.6. Quá trình thấm các chất ô nhiễm vào nước ngầm theo mặt cắt dọc và ngang Về bản chất, tương tự như sự vận chuyển của các chất trong đất, phân bố các chất trong nước ngầm phụ thuộc vào đặc điểm địa chất và độ sâu. Tuy nhiên, trên thực tế, việc xác định quá trình lan truyền các chất trong nước ngầm phức tạp hơn nhiều so với các loại hình nước tự nhiên khác do ảnh hưởng của nhiều yếu tố: nguồn thải, mức độ khai thác Quá trình vận chuyển của nước ngầm chịu ảnh hưởng của địa hình tuân theo định luật Darcy, do đó đối với những chất ô nhiễm hòa tan hoàn toàn trong nước, quá trình vận chuyển của nó sẽ tuân theo định luật này. Theo định luật Darcy, lưu lượng dòng được tính bằng (m/s): Trong đó: K : Độ dẫn nước (m/s) A : Diện tích mặt cắt ngang dòng (m2) dH/dL : gradient dộ dẫn nước giữa hai điểm được tính bằng độ chênh áp lực cột nước giữa hai điểm chia cho khoảng cách giữa hai điểm (4) Tính đại diện đối với mẫu sinh vật Mẫu sinh vật luôn được quan tâm trong các chương trình quan trắc do tính đại diện cao đối với một vấn đề môi trường. Mẫu sinh vật có thể chia làm hai nhóm đối tượng, nhóm mẫu đánh giá hiện trạng sinh vật và nhóm mẫu sinh vật phân tích mô đánh giá mức độ ảnh hưởng của một số chất hóa học đến đời sống của sinh vật. Năng suất sinh học của các hệ sinh thái là một trong rất nhiều lý do cho thấy tầm quan trọng của sinh quyển trong hệ thống phân chia năm quyển. Sự không đồng nhất đối với mẫu sinh vật thể hiện ở nhiều mức độ: khác nhau về loài, trong một loài còn có sự khác nhau về kích thước, giới tính, khả năng di động, các thông số liên quan khả năng hấp thụ các chất Thông thường, việc xác định phân bố của các thành phần sinh vật trong môi trường cần phải dựa vào đặc điểm sinh học và sinh thái của chúng. Hình 2.7: Phân bố của một số nhóm động vật đáy trong tầng bùn 31
32. Tính đại diện của mẫu sinh vật phải bao hàm cả đặc điểm sinh thái nơi sống và phản ánh toàn vòng đời của sinh vật trong khoảng thời gian nghiên cứu. Các loài di trú và lưu trú tạm thời cũng cần được xác định. Đặc tính hấp thụ các chất độc trong môi trường của sinh vật khác nhau nên trong những nghiên cứu loại này các nhóm cá thể nghiên cứu phải có cùng đặc tính: loài, giới tính, tuổi phát triển, kích thước (EPA, 1997) 32
33. 3.2. Các phương pháp lấy mẫu Căn cứ vào các tiêu chí trên, nhằm đáp ứng mục tiêu chung của quan trắc, người lấy mẫu có thể lựa chọn một trong các phương pháp lấy mẫu sau: 3.2.1. Lấy mẫu thẩm tra (judgmental sampling) Lấy mẫu thẩm tra trước hết đòi hỏi phải sử dụng một lượng thông tin thứ cấp khá đầy đủ về khu vực lấy mẫu, thông tin này có thể được lấy từ các nguồn khác nhau: Đánh giá trực quan (vị trí điểm thải, sự thay đổi màu sắc, xu hướng biến động của các yếu tố ảnh hưởng như dòng chảy, hướng gió, tốc độ gió, các vật cản, địa bình, dạng bề mặt ). Mức độ tin cậy của đánh giá trực quan liên quan trực tiếp đến kinh nghiệm cá nhân của người lấy mẫu Kiến thức bản địa (thu thập bằng điều tra, phỏng vấn) Các số liệu thứ cấp về khu vực nghiên cứu thu thập được Lấy mẫu thẩm tra cho phép lựa chọn các vị trí lấy mẫu dựa theo mục đích đã xác định từ trước khi thực hiện chương trình lấy mẫu. Là trường hợp lấy mẫu thích hợp với những chương trình quan trắc đột xuất khi xác định hoặc kiểm tra sự số. Lấy mẫu thẩm tra được sử dụng đối với một trong các mục đích nghiên cứu sau: Xác định sự có mặt hay vắng mặt của một chất, một yếu tố môi trường Xác định nguồn gốc, mức độ chất ô nhiễm khi xảy ra sự cố môi trường Kiểm tra giả thuyết nghiên cứu: ví dụ xác định điểm xáo trộn hoàn toàn, xác định điểm nóng, xác định điểm đại diện cho tính chất điển hình khu vực và một số giả thuyết khác. Yêu cầu đánh giá bổ sung: được sử dụng trong thẩm tra lại kết quả phân tích hoặc đánh giá môi trường theo nhu cầu của thống kê số liệu khi cần thiết. Chương trình lấy mẫu thẩm tra nghiên cứu trước tiên được áp dụng là cách tiếp cận lấy mẫu trong đánh giá nước ngầm với các giếng quan trắc lựa chọn (US EPA,1995) do việc thiết lập hệ thống các giếng quan trắc rất phức tạp, chi phí cao và tốn nhiều thời gian. Trong khi đó, việc sử dụng các phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên hoặc hệ thống được thảo luận dưới đây cũng có thể không xác định đúng được sự phân tán của các chất ô nhiễm trong nước ngầm do ảnh hưởng của các yếu tố địa chất, thủy hóa. Trong số các chương trình quan trắc, chương trình quan trắc có liên quan đến kiểm kê nguồn thải là một dạng phổ biến nhất của thẩm. Tại đây, tất cả (hoặc một số lượng hữu hạn) các đối tượng nguồn thải sẽ được lấy mẫu để xem xét mức độ ảnh hưởng của chúng tới môi trường tiếp nhận. Ưu điểm của phương pháp lấy mẫu này là đơn giản trong việc xác định vị trí và số lượng mẫu lấy. Số lượng mẫu lấy thẩm tra thường nhỏ do đó hạn chế được tối thiểu nhân công và chi phí cho lấy mẫu và phân tích. Mặc dù xác định vị trí lấy mẫu và số lượng lấy mẫu trong lấy mẫu thẩm tra đơn giản nhưng đòi hỏi người lấy mẫu phải có kỹ thuật thao tác tốt, ví dụ xác định chính xác điểm xáo trộn hoàn toàn, xác định đúng hướng di chuyển của các chất trong nguồn thải Mặt khác, kết quả lấy mẫu thẩm tra không bao gồm việc hệ thống hóa trước khi lấy mẫu do đó không được trình bày dưới bất cứ dạng thống kê mô tả nào. Kết quả của lấy mẫu thẩm tra được sử dụng cho các nghiên cứu hoặc quan trắc cao hơn và thường không được công bố. Điều này có nghĩa là với những nghiên cứu đòi hỏi độ tin cậy nhất định đối với kết quả thì không nên áp dụng lấy mẫu thẩm tra. Keith (1990) cho rằng lấy mẫu đối với những nghiên cứu sử dụng những thông tin thứ cấp đảm bảo tính khoa học và tin cậy thì có thể sử dụng lấy mẫu thẩm tra, nhưng nhưng lấy mẫu cho những quan trắc mang tính pháp lý thì tốt nhất nên sử dụng các phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên, phân lớp hoặc hệ thống. 3.2.2. Lấy mẫu ngẫu nhiên (random sampling) Khác với lấy mẫu thẩm tra, phương pháp lấy mẫu ngẫu nhiên không chỉ dựa trên những thông tin thứ cấp về khu vực nghiên cứu mà còn dựa trên một số phương pháp công nghệ, kỹ thuật khác ví dụ kỹ thuật thống 33