DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
CHƯƠNG I BÀI MỞ ĐẦU Sinh viên cần nắm• Khái niệm cơ bản về thuật ngữ “môi trường”. • Khái niệm về quan trắc và phân tích môi trường
• Xác định được các vấn đề liên quan tới chất lượng môi trường hiện tại và tương lai.
• Vai trò của phân tích hoá học trong đánh giá chất lượng môi trường.
I. MÔI TRƯỜNG VÀ ĐÁNH GÍA CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG I.1. Môi trường (Environment)
Môi trường bao gồm tất cả các yếu tố lí học, hoá học, các chất hữu cơ và vô cơ của khí quyển, thạch quyển và đại dương. Môi trường sống là tập hợp các điều kiện xung quanh có ảnh hưởng đến cơ thể sống, đặc biệt là con người. Môi trường quyết định chất lượng và sự tồn tại của cuộc sống.
I.2. Quan trắc môi trường (Monitoring) và phân tích môi trường a/ Quan trắc môi trường (Monitoring)
Monitoring môi trường được định nghĩa là quá trình thu thập các thông tin về sự tồn tại cũng như biến đổi nồng độ các chất trong môi trường có nguồn gốc từ nguồn thiên nhiên hay nhân tạo, quá trình này được thực hiện bằng các phép đo lường nhắc lại nhiều lần và với mật độ mẫu đủ dày về cả không gian và thời gian để từ đó có thể đánh giá các biến đổi và xu thế chất lượng môi trường. Do đó, monitoring chất lượng được hiểu là quan trắc, đo lường, ghi nhận một cách thường xuyên, liên tục và đồng bộ các thông số chất lượng cũng như các thông số khí hậu thuỷ văn liên quan. Kết quả của monitoring là những số liệu.
Theo UNEP monitoring môi trường được tiến hành nhằm các mục tiêu sau đây: (1) Ðể đánh giá các hậu quả ô nhiễm đến sức khoẻ và môi trường sống của con người, và
như vậy sẽ xác định được mối quan hệ nhân quả của nồng độ chất ô nhiễm.
(2) Ðể đảm bảo an toàn cho việc sử dụng tài nguyên (không khí, nước, đất, sinh thái.v.v) vào các mục đích kinh tế.
(3) Ðể thu được các số liệu hệ thống dưới dạng điều tra cơ bản chất lượng môi trường và cung cấp ngân hàng dữ liệu cho sử dụng tài nguyên trong tương lai.
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
(4) Ðể nghiên cứu và đánh giá các chất ô nhiễm và hệ thống tiếp nhận chúng (xu thế, khả năng gây ô nhiễm).
(5) Ðể đánh giá hiệu quả các biện pháp kiểm soát luật pháp về phát thải. (6) Ðể tiến hành các biện pháp khẩn cấp tại những vùng có ô nhiễm đặc biệt.
Monitoring cái gì?, khi nào?, ở đâu? và như thế nào? được làm rõ chỉ khi mục tiêu monitoring đã được xác định. Vì vậy, điều quan trọng nhất của thiết kế một chương trình monitoring là phải thiết lập được mục tiêu monitoring. Các bước thiết kế một chương trình monitoring được trình bày trong sơ đồ dưới đây.
Cụ thể hơn, quan trắc môi trường cần cung cấp các thông tin sau:
• Thành phần, nguồn gốc, nồng độ/hàm lượng/cường độ các tác nhân ô nhiễm trong môi trường.
• Khả năng ảnh hưởng của các tác nhân này trong môi trường.
• Dự báo xu hướng điễn biến về nồng độ và ảnh hưởng của các nhân tố này.
Trên cơ sở các thông tin trên, cơ quan quản lý môi trường có biện pháp cảnh báo, quản lý môi trường và thi hành các biện pháp không chế, giảm thiểu tác động ô nhiễm và sử dụng hợp lý các thành phần môi trường.
Về nguyên tắc, tất cả các thành phần môi trường (đất, nước, không khí, sinh vật) đều cần được quan trắc. Tuy nhiên trong thực tế hầu hết các quốc gia, mạng lưới hệ thống quan trắc môi trường thường thực hiện quan trắc các thành phần môi trường động (nước, không khí) vì các thành phần môi trường này không chỉ ảnh hưởng trực tiếp đến cuộc sống con người, sinh vật mà còn có khả năng chuyển tải các tác nhân ô nhiễm từ vùng này đến vùng khác, gây tác hại cho một không gian lớn, đặc biệt khi có sự cố ô nhiễm môi trường.
b/ Phân tích môi trường
Phân tích môi trường có thể định nghĩa là sự đánh giá môi trường tự nhiên và suy thoái do con người cũng như do các nguyên nhân khác gây ra. Đây là vấn đề rất quan trọng vì qua đó chúng ta có thể biết được yếu tố nào cần được quan trắc và biện pháp nào cần được áp dụng để quản lý, giúp chúng ta tránh khỏi các thảm hoạ sinh thái có thể xẩy ra.
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
Trong những năm gần đây, nghiên cứu sinh thái không chỉ là sự tiếp cận về chất lượng mà còn về số lượng. Để có thể hiểu biết và đánh giá về một hệ sinh thái đòi hỏi phải quan trắc đầy đủ sự biến động theo không gian và thời gian của các yếu tố môi trường, cả về số lượng và chất lượng có liên quan đến cấu trúc và chức năng của hệ. Đó là các tính chất lý hoá và sinh học của hệ sinh thái. Sơ đồ dưới đây minh hoạ các bước cần thực hiện trong quá trình quan trắc môi trường.
c/ Giá trị của các số liệu trong phân tích môi trường – quan trắc và phân tích môi trường
Công việc khó khăn đối với các nhà nghiên cứu là phải xác định được những chỉ tiêu phân tích nào là cần thiết. Việc xác định thành phần các nguyên tố là đủ hay còn cần phải phân tích các phần tử hay nhóm chức của các chất? Mục tiêu Thông số giám sát Phương pháp lấy mẫu Lựa chọn thiết bị Tần suất giám sát Vị trí và số lượng điểm đ Kỹ thuật phân tích Phương pháp hiệu chuẩn Phương pháp ghi số liệu P/p trình bày kết quả Công bố kết quả
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
Ví dụ: Khi phân tích hàm lượng tổ số các nguyên tố như Hg, Pb, Cd... có thể sẽ không đánh giá được hết nguy cơ gây hại cho sức khoẻ con người. Điều này cũng tương tự như việc đánh giá mối quan hệ giữa hàm lượng tổng số của các chất trong đất với khả năng sử dụng của cây trồng. Bởi vì, hàm lượng tổng số có thể là cao giá trị tiêu chuẩn tuỳ thuộc vào thành phần đá mẹ nhưng nguy cơ gây hại của chúng là không lớn và ngược lại.d/ Các quan điểm về chất lượng môi trường
Việc kiểm soát, khống chế và quản lý ô nhiễm đối với các nguồn điểm là tương đối đơn giản. Trong khi đó đối với các nguồn không điểm việc kiểm soát, khống chế và quản lý là hết sức khó khăn do không thể xác định chính xác các nguồn gốc, vị trí, qui mô lan truyền các tác nhân ô nhiễm.
Với lý do như vậy, một hệ thống quan trắc chất lượng môi trường với mạng lưới các trạm cố định đo đạc, thu mẫu, phân tích, xử lý số liệu cần được xây dựng cho mỗi quốc gia, khu vực hoặc toàn cầu.
Để đánh giá chất lượng môi trường có thể dựa trên các tiêu chí sau:
• Chất lượng môi trường tự nhiên được đánh giá bằng các tính chất lý hoá và
sinh học đặc trưng cho các thành phần của môi trường (đất, nước, không khí ) thể hiện thông qua các thônng số và chỉ số môi trường.
• Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng môi trường - nguồn gốc của các chất gây
ô nhiễm.
• Tiêu chuẩn về chất lượng đất, nước, không khí được qui định dựa vào mục tiêu
sử dụng.
Các tiêu chuẩn được áp dụng đối với từng thành phần môi trường có thể tham khảo trong phần phụ lục.
e/ Mạng lưới quan trắc phân tích môi trường tại nước ta
Monitoring chất lượng môi trường là một trong những nhiệm vụ cơ bản của kế hoạch bảo vệ và quản lý tài nguyên và môi trường. Theo kinh nghiệm của các nước tiên tiến, thiết kế mạng lưới trạm monitoring môi trường phải tính đến ít nhất là 4 yếu tố sau đây:
•
Ðiều kiện tự nhiên (địa hình, đất đai, khí hậu, thủy văn);DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
•
Ðiều kiện các hệ chịu tác động các chất ô nhiễm (người, động vật, côngtrình,...);
•
Ðiều kiện chi phí (điều kiện này là rất quan trọng).Trong monitoring môi trường người ta thường phối hợp mạng lưới trạm cố định với mạng lưới trạm di động. Các trạm quan trắc phải được chuẩn hoá về các mặt: vị trí, địa hình, phương pháp lấy và phân tích mẫu, trang thiết bị để sao cho các các thông tin thu được phải mang tính đặc trưng, đủ độ tin cậy, có khả năng so sánh. Ngoài ra, một số vấn đề quan trọng khác liên quan đến kinh tế kỹ thuật cần xem xét và cân nhắc khi thiết kế mạng lưới trạm, đó là: khả năng kinh phí đầu tư, các yêu cầu về nhân lực, thiết bị và đánh giá số liệu, sự thành thạo nhân viên.
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
II. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MỘT SỐ KIÊN THỨC LIÊN QUAN TỚI QUANTRẮC VÀ PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG II.1. Một số kiên thức cơ bản
Câu hỏi:
1. Định nghĩa về môi trường, môi trường có bao nhiêu thành phần? 2. Các vấn đề cơ bản liên quan tới các thành phần môi trường là gì? 3. Thế nào là ô nhiễm và chất ô nhiễm?
4. Nếu một chất ô nhiễm được thải vào môi trường, nguyên nhân (tổng lượng thải, nồng độ) gây ảnh hưởng tới đời sống của các cá thể sinh vật?
Bảng 1: Trích dẫn ngưỡng khuyến cáo và giới hạn tối đa cho phép của một số thông số trong môi trường nước do Uỷ ban Châu Âu khuyến cáo.
STT Thông số Đơn
vị
Ngưỡng khuyến cáo
Nồng độ tối đa cho phép Gợi ý 20 NO3- mg/l 25 50 21 NO2- mg/l - 0.1 22 NH4+ mg/l 0.05 0.5 23 N(NO2+NO3) mg/l - 1 24 Khả năng ôxy hoá (O2) mg/l 2 5 25 Tổng Cacbon hữu cơ (TOC) mg/l - - Cần được nghiên cứu do
liên quan tới sự tăng nồng độ của một số nguyên tố 26 S µg/l - - 27 Các chất được chiết bằng Cloroform mg/l 0.1 29 Phenol (C6H5OH) µg/l 0.5 30 Brôm (B) µg/l 1000 - Câu hỏi:
Nồng độ tối đa của các chất ở bảng trên có thể chấp nhận đối với nước uống? Trả lời:
Nồng độ các nguyên tố là khác nhau, tuy nhiên nên quan tâm tới nồng độ tối đa cho phép biều diễn bằng đơn vi mg l-1 (ppm) hoặc µg l-1 (ppb).
II.2. Sự cần thiết của phân tích hoá học trong quan trắc và phân tích môi trường
Nếu chúng ta chỉ phân tích đơn chất và đánh giá nó, thông tin nhận được chỉ phản ánh một phần bản chất của chất phân tích. Do vậy, để có các thông tin đầy đủ về trạng thái của chất, phân tích hoá học nên được thực hiện.
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
Hãy liệt kê các bước cần thiết trong việc kiểm soát các vấn đề ô nhiễm bắt đầu từ bước nhận định chất ô nhiễm. Tại mỗi bước việc phân tích hoá học nào nên được thực hiện?
Trả lời:
1. Nhận định vấn đề
Nhân định nên bắt đầu từ các vấn đề cụ thể
Ví dụ: Mưa axít: Nguyên nhân cơ bản do các khí SO2 và SO3 phát thải từ việc đốt cháy nhiên liệu than đá tại một khu vực cụ thể. Nhu cầu năng lượng ngày càng tăng (giao thông, khí đốt điện năng) dẫn tới sự phát tán SO2 và SO3 sang nhiều khu vực khác. Sự bổ sung thêm các thành phần hoá học khác như NO và NO2 dẫn tới hiện tượng mưa axít.
2. Quan trắc với mục đích xác định phạm vi của vấn đề
Như chúng ta đã biết, trong môi trường tồn tại hàng nghìn nguyên tố thông qua các quá trình chuyển hoá nồng độ của chúng tồn tại ở mức độ nhất định tuỳ thuộc vào tính chất vốn có của môi trường, tuy nhiên cũng có chất không tồn tại trong môi trường mà chỉ sinh ra từ các hoạt động của con người hoặc tồn tại trong môi trường ở dạng vết. Quan trắc nhằm phát hiện sự thay đổi bất thường nồng độ các chất hoặc các chất không có trong môi trường. Rất nhiều thành phần hoá học đã được nghiên cứu từ trước tới nay, tuy nhiên rất khó khăn trong việc nhận định thế nào là môi trường không bị ô nhiễm. Ví dụ: Dioxin đã được pháp hiện và chứng minh có độc tính cao, Dioxin có nguồn gốc hoàn toàn từ các hoạt động của con người, trong tự nhiên nó chỉ tồn tại ở dạng vết.
3. Xác định quy trình kiểm soát
Xác định các phương pháp tin cậy trong việc phân tích các đối tượng quan trắc.
4. Đảm bảo các quy trình kiểm soát và thực hiện đúng luật
Đối với các vấn đề có tính chất khu vực, quy trình thực hiện và kiểm soát yêu cầu thực hiện đúng các quy định của khu vực. Đối với các vấn đề toàn cầu, quy trình thực hiện và kiểm soát phải theo các quy định có tính chất quốc tế.
5. Quan trắc để đảm bảo các vấn đề môi trường đã được kiểm soát
Tuân thủ các quy định, tiêu chuẩn ban hành đối với từng đối tượng cụ thể. Các kết quả quan trắc phải được đánh giá theo đúng tiêu chuẩn ban hành đối với từng đối tượng.
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
Câu hỏi:Xem xét từ chất thải của một nhà máy, các chất bần từ một công đoạn sản xuất và trong toàn bộ công đoạn sản xuất.
Chương trình quan trắc, phân tích gì nên dùng để đánh giá và kiểm soát chất thải? Trả lời:
• Phân tích nguồn thải trước khi thải vào sông giúp quan trắc chất ô nhiễm tồn tại
trong nguồn thải.
• Phân tích nước sông phía dưới nguồn thải điểm với khoảng cách đủ lớn cho phép
đánh giá trực tiếp nồng độ chất ô nhiễm trong nước sông, tuy nhiên không phải ánh đúng tính chất nguồn thải.
• Phân tích chất ô nhiễm trong các sinh vật sống trong thuỷ vực cho phép xác định
các chỉ thị cho các vấn đề về môi trường, tuy nhiên chỉ khi các mẫu sinh vật được lấy gần nguồn thải xác định và kết quả phân tích rất khó liên hệ với các nguồn thải đơn lẻ.
• Đặc tính nguồn thải cũng cho phép mở rộng các ý tưởng nghiên cứu.
• Ngoài ra các quy định và nghị định về quan trắc chất thải cũng có những yêu cầu
đặc biệt đối với quan trắc môi trường.
II.3. Kiến thức về sự vận chuyển các chất ô nhiễm trong môi trường
Sinh viên cần nắm được:
• Dự báo sự vận chuyển các chất ô nhiễm có thể xảy ra trong môi trường
• Đề xuất khu vực lấy mẫu đối với các thành phần hữu cơ có trọng lượng phân tử cao và kim loại có thể tích tụ.
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
Như chúng ta đã biết các chất ảnh hưởng tới môi trường phụ thuộc vào nồng độ của chúng và điều kiện của môi trường là tĩnh hay động. Vật chất luôn luôn chuyển hoá trong ba trạng thái của môi trường: khí, nước và rắn. Sự vận chuyển tại mỗi trạng thái làm thay đổi nồng độ của các chất theo các cách: vận chuyển, pha loãng hoặc thay đổi nồng độ.Trước khi bàn về các phương pháp chúng ta cần hiểu các quá trình chuyển hoá này để có thể:
• Dự báo vị trí xuất hiện nồng độ chất ô nhiễm cao nhất
• Đánh giá nồng độ đo được của các chất ô nhiễm tại các khu vực khác nhau trong môi trường.
Chúng ta cần hiểu các tính chất lý – hoá học của các chất ô nhiễm. Điều này giúp ích cho việc nhận định các dạng ô nhiễm và giải thích tạo sao trong môi trường tồn tại hàng chục nghìn ion và thành phần của chúng nhưng chỉ một số ít các dạng ion được tập chung nghiên cứu.
a/ Nguồn, sự khuếch tán, sự tăng nồng độ và sự phân huỷ
Mọi hoạt động của con người có nguy cơ dẫn tới ô nhiễm. Nguồn ô nhiễm được chia làm hai loại: nguồn điểm và nguồn diện. Các chất trong môi trường nước và khí khuếch tán theo cách riêng của nó.
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
Sự khuếch tán của chất ô nhiễm trong nước và không khí chắc chắn sẽ dẫn tới sự pha loãng chất ô nhiễm. Như chúng ta đã biết, ảnh hưởng của thành phần hoá học trong môi trường có thể liên quan trực tiếp tới nồng độ của chúng, do vậy quá trình khuếch tán sẽ dẫn tới phát tán các chất ô nhiễm trên một diện rộng tuy nhiên ít gây ảnh hưởng tại điểm xa nguồn thải. Điều này đặc biệt có ý nghĩa khi chúng ta xem xét tới sự phân huỷ của vi sinh vật, quang hoá hoặc các quá trinh phân huỷ khác trên đường phát tán chất ô nhiễm do đó ít làm tăng tính độc. Điều này có thể được hiểu một cách khác đó là sự pha loãng chất ô nhiễm.
Ví dụ:
a) Kim loại độc như Cd, có thẻ tìm thấy trong các cơ quan của chai, sò… ở nồng độ lên tới 2 triệu lần cao hơn nhiều so với nồng độ Cd tìm thấy trong môi trường xung quanh.
b) DDT, chất nông hoá được sử dụng rộng rãi trong các thập kỷ trước, khả năng phân huỷ trong môi trường chậm. Rất ít vật chất hữu cơ trên trái đất tồn tại ở dạng vết (ng l-1) hoặc nồng độ lớn.
Câu hỏi:
Tính chất lý - hoá học chung nhất chủa một chất có khả năng ảnh hưởng tới các vấn đề về môi trường?
Trả lời:
• Sự khuếch tán là nguyên nhân chủ yếu dẫn tới sự vận chuyển các chất ô nhiễm đi
xa trong môi trường nước và khí. Các tính chất ảnh hưởng tới sự khuếch tán bao gồm: bay hơi, hoà tan trong nước, các hạt chất rắn và kích thước hạt.
• Khả năng phân huỷ của các chất trong sinh vật bằng các phản ứng hoá học. Nếu
một chất phân huỷ nhanh sẽ ít có khả năng gây độc và tăng nồng độ trong môi trường. Tuy nhiên trong một số trường hợp các sản phẩm phân huỷ có thể gây bất lợi đối với môi trường.
• Ảnh hưởng của cấu trúc vật lý của các vật thể có khả năng làm tăng nồng độ của
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
b/ Sự vận chuyển và tăng nồng độ của các thành phần hữu cơ trung tínhCác chất hữu cơ trung tính thường rất dễ tăng nồng độ do tính chất bay hơi thấp và có trọng lượng phân tử cao (Mr>200). Chúng thường chứa các nguyên tử Cl trong cấu trúc phân tử. Một số chất thông thường được trình bày trong bảng dưới đây.
Các chất có trọng lượng phân tử thấp thường thấy tại các khu vực bị ô nhiễm không khí.
c/ Nồng độ sinh học
Ngoại trừ một số chất hữu cơ có chứa các gốc phân cực như –OH, hoặc -NH2 hoặc ion, các chất này có khả năng hoà tan trong nước thấp, khả năng hoà tan giảm khi tăng trọng lượng phân tử (Hình). Bất cứ một chất hữu cơ nào bị hoà tan sẽ dễ dàng chuyển hoá trong mô chất béo.
Câu hỏi:
Điều gì được rút ra từ khả năng hoà tan của một chất trong nước và khả năng hoà tan của nó để tích tụ trong sinh vật?
Trả lời:
Chúng ta không ngạc nhiên quy luật chung rằng khả năng hoà tan của chất hữu cơ trong nước hơn nhiều đối với khả năng tích luỹ của chúng trong các mô chất béo và lớn hơn thế năng gây độc. Mặt khác, do sự hoà tan trong nước giảm khi tăng trọng lượng phân tử liên quan đến nhóm chức của các chất. Chúng ta có thể rút ra kết luận rằng các chất có trọng lượng phân tử lớn sẽ gây ra nhiều vấn đề môi trường hớn đối với các chất có trọng lượng phân tử thấp.
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
Hình dưới đây mô tả khả năng tích luỹ của sinh vật được đo bằng hệ số nồng độ sinh học, hệ số này được tính theo công thức sau:
Hệ số nồng độ sinh học = Nồng độ của chất trong sinh vật / Nồng độ của chất trong môi trường nước.
d/ Sự tích tụ trong bùn cặn
Sự tích tụ trong bùn cặn liên quan tới khả năng hoà tan thấp của các chất hữu cơ có trọng lượng phân tử cao trong nước cùng với tính không ưa nước của các chất hữu cơ không chứa các nhóm chức phân cực. Vật chất hữu cơ không tan hoặc kết tủa trong nước sẽ bám chặt vào các thành phần rắn. Diện tích bề mặt của chất rắn lớn sẽ làm tăng khả năng hấp phụ các chất. Đây là hiện tượng thực tế thường xuyên diễn ra tại các khu vực tiếp nhận nước thải công nghiệp và nhiều hạt mịn.
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
Động vật sử dụng thực vật hoặc các động vật khác làm thức ăn, Theo chuỗi thức ăn nồng độ các chất có thể tăng lên tuỳ thuộc vào khả năng tiêu thụ thức ăn của mỗi loài. Nếu một chất ô nhiễm tồn tại trong sinh vật đầu tiên, nồng độ chất ô nhiễm sẽ tăng trong các loài kế tiếp khi sử dụng các loài đứng trước nó làm thức ăn. Hình dưới đây mô tả quá trình khuếch đại sinh học.
g/ Sự phân huỷ các chất ô nhiễm
Mặc dù các chất ô hiễm có xu hướng chuyển hoá trong sinh vật bằng các con đường đã được mô tả ở phần trên, nồng độ tích tụ trong sinh vật sẽ không tăng nếu như sự phân huỷ của các chất ô nhiễm trong môi trường diễn ra nhanh. Các chất sẽ bị phá vỡ cấu trúc tạo thành các phân tử đơn lẻ, các sản phẩm này có thể hoà tan trong nước. Sự hoà tan trong nước có thể do các nhóm chức phân cực gắn vào phân tử hoặc chất hữu cơ có trọng lượng phân tử thấp.
Tốc độ chuyển hoá cao phụ thuộc nhiều vào cấu trúc phân tử. Một trong những lý do tại sao rất nhiều chất hữu cơ trong môi trường có chứa các nguyên tử Cl- và các chất hữu cơ này có cơ chế phân huỷ chậm.
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
Cơ chế phân huỷ của DDT xuất hiện hai trạng thái được trình bày trong hình dưới đây. Trạng thái đầu tiên diễn ra rất nhanh, thông thường chỉ mất một vài ngày, trong khi đó trạng thái thứ hai diễn ra rất chậm (vài tháng).
h/ Sự chuyển hoà và tăng nồng độ của các ion kim loại
Sự hoà tan
Các kim loại đi vào môi trường thường ở trạng thái không tan trong nước thải công nghiệp hoặc một phần có nguồn gốc từ các khoáng trầm tích trong tự nhiên. Kim loại trầm tích từ không khí chủ yếu ở dạng muối không tan. Tuy nhiên, khả năng hoà tan của kim loại tăng khi pH giảm. Mưa axít là nguyên nhân dẫn tới hiện tượng rửa trôi kim loại và hình thành các dạng kim loại độc trong đất.
Sự kết tủa kim loại trong bùn cặn
Hàm lượng kim loại tăng trong bùn cặn khi tăng giá trị pH. Sự trầm tích - kết tủa xuất hiện khi nồng độ kim loại lớn. Các ion kim loại cũng có thể tương tác với bùn cặn bằng một số cơ chế bao gồm các cơ chế sau:
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
• trao đổi ion (các khoáng sét là những chất trao đổi ion tự nhiên) • hình thành phức trong bùn cặn
Sự thay đổi các điều kiện khử hoặc oxi hoá trong môi trường nước dẫn tới sự hoà tan hoặc kết tủa các ion im loại. Ví dụ: Fe bị hoà tan trong điều kiện axít yếu do vậy ion Fe2+ tồn tại chủ yếu trong dung dịch trong khi đó trong môi trường kiềm, Fe bị oxi hoá và bị kết tủa dưới dạng Fe(OH)3. Trong điều kiện khử tất cả các ion sunfua (SO42-) bị khử thành sunfit (S2-) và có thể dẫn tới sự kết tủa các kim loại như Pb và Cd dưới dạng các muối sunfit không tan.
Sự hấp thụ bởi sinh vật
Như đã thảo luận ở trên, rõ ràng sự chuyển hoá kim loại theo chuỗi thức ăn. Nhiều kim loại bị giữ trong sinh vật ở dạng ion đơn. Các kim loại khác, đặc biệt là Cd và Hg có thể chuyển hoá thành các chất cơ kim hoá trị II. Do vậy sự phân bố của kim loại trong sinh vật phụ thuộc vào tính chất hoá học của chúng.
Câu hỏi:
So sánh lộ trình khuếch tán và sự tăng nồng độ của các chất hữu cơ có trọng lượng phân tử cao và kim loại độc trong môi trường và sinh vật.
Trả lời:
Chất ô nhiễm có thể được khuếch tán trong không khí và nước. Sự khuếch tán trong không khi của kim loại thường ở dạng hạt (các dạng muối kim loại), nhưng đối với chất hữu cơ sự khuếch tán ở hai trạng thái rắn và bay hơi.
Sự phân huỷ có thể diễn ra trong đất và nước.
Khả năng hoà tan của các chất hữu cơ trong nước thường thấp, nhưng có thể làm tăng nồng độ sinh học trong các sinh vật sống dưới nước. Khả năng hoà tan của kim loại phục thuộc vào các tính chất hoá học của chúng, pH giảm sẽ làm tăng tính tan của kim loại. Tuy nhiên pH lại không ảnh hưởng tới tính tan của các chất hữu cơ trung tính.
Chất ô nhiễm chủ yếu tập trung trong bùn cặn. Cơ chế tập trung trong bùn cặn của chất hữu cơ có trọng lượng phân tử cao và kim loại là rất khác nhau. Ví dụ, trong điều kiện khử sẽ làm tăng sự tích tụ Pb, ngược lại không ảnh hưởng tới các chất hữu cơ trung tính.
Đầu vào trong chuỗi thức ăn ở thuỷ vực trong cả hai trường hợp là giống nhau, tuy nhiên cơ chế chuyên hoá trong sinh vật là khác nhau.
II.4. Giới hạn an toàn
Việc diễn giải các số liệu phân tích cần dựa trên cơ sở mối quan hệ giữa nồng độ phân tích được và ảnh hưởng của chúng tới các loài sinh vật mằc dù là không dễ có thể xác định được mối tương quan này.
Đánh giá độc tính sinh thái được thực hiện với nhiều chất, tuy nhiên không phải chất nào cũng gây ảnh hưởng tới môi trường. Phương pháp giá độc tính sinh thái thướng sử
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
dụng bằng cách xác định liều lượng hoặc nồng độ gây chết sinh vật nghiên cứu. LD50 là liệu lượng cần thiết để gây chết 50% sinh vật thí nghiệm. Một số phương pháp đánh giá khác có thể đánh giá thông qua các thông số như: tốc độ phát triển, tỉ lệ nảy mầm, sự tăng hoặc giảm quần xã…
II.5. CÁC THÔNG SỐ Ô NHIỄM CẦN KIỂM SOÁT a/ Khái niệm chunng
Ô nhiễm môi trường (ONMT):
Ô nhiễm môi trường là sự làm thay đổi trực tiếp hoặc gián tiếp các tính chất vật lý, hoá học, sinh học của bất kỳ thành phần môi trường nào làm cho tiêu chuẩn chất lượng của thành phần môi trường đó bị vi phạm dẫn đến làm nguy hại hoặc có khả năng nguy hại cho môi trường và sức khoẻ con người (Cục Môi trường, 12/2000).
Kiểm soát ô nhiễm môi trường (KSONMT):
Kiểm soát ô nhiễm môi trường (KSONMT) là sự tổng hợp các hoạt động, hành động, biện pháp và công cụ nhằm phòng ngừa, khống chế không cho sự ô nhiễm xảy ra, hoặc khi có sự ô nhiễm xảy ra thì có thể chủ động xử lý, làm giảm thiểu hay loại trừ được nó. (Cục Môi trường, 2000).
b/ Các nguyên tắc chung trong kiểm soát ô nhiễm môi trường:
Kiểm soát ô nhiễm môi trường ở bất kỳ một lĩnh vực, đối tượng nào cũng đều phải tuân thủ những nguyên tắc chính sau:
¾ Ðảm bảo sự phát triển kinh tế - xã hội một cách bền vững.
¾ Ðảm bảo tính lồng ghép: đối với các nhà quản lý, một trong những trọng tâm
quan trọng đối với công tác lồng ghép là cách tiếp cận liên ngành đối với công tác kiểm soát ô nhiễm. Ngoài ra, nhu cầu lồng ghép xuyên suốt các trách nhiệm quản lý môi trường nhằm đảm bảo tập trung được nguồn lực về con người, công nghệ và tài chính cho các vấn đề được ưu tiên. Lồng ghép các khu vực, các ngành, các đối tượng kiểm soát ô nhiễm với nhau sẽ tạo cơ hội thuận lợi trong công tác kiểm soát ô nhiễm, nhất là trong khâu tổng hợp, xử lý mang tính khu vực tìm ra các quy luật chung nhất.
Ngăn ngừa ô nhiễm môi trường là nguyên tắc chủ đạo trong công tác kiểm soát ô nhiễm. Khắc phục và phục hồi là quan trọng; Các tiêu chuẩn môi trường, chất thải và tiêu chuẩn sử dụng công nghệ là chỗ dựa và căn cứ chính.
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
- Phải sử dụng các thông số và chỉ thị môi trường để kiểm soát ô nhiễm .
- Phải thực hiện đánh giá hiện trạng và tác động môi trường : phạm vi, các bước tiến hành.
- Các tiêu chuẩn về môi trường : tiêu chuẩn xả hay phát thải (emission or effluent standards); tiêu chuẩn chất lượng môi trường bao quanh hay tiêu chuẩn chất lượng của nguồn tiếp nhận chất thải (ambient standards).
- Các nguyên tắc giảm thiểu ngay từ nguồn phát sinh, sử dụng lại chất thải : việc giảm thiểu lượng chất thải là một hướng rất quan trọng, có ý nghĩa rất lớn đối với các chất thải, đặc biệt những chất thải bền vững khó phân huỷ và những chất nguy hại. Vì vậy việc giảm thiểu và sử dụng lại các chất thải là những việc làm rất cần thiết nhưng đồng thời là những việc làm rất phức tạp.
Quan trắc chất lượng môi trường (Monitoring Environmental Quality).
Ðể xác định hiệu quả của các hoạt động cải thiện chất lượng môi trường cần thiết phải lượng hoá chất lượng môi trường theo các thông số môi trường : các số liệu về nguồn thải và lượng thải các chất ô nhiễm; các thông số cần quan trắc, tập trung chủ yếu vào quan trắc các nguồn thải gây ô nhiễm môi trường.
II.5. Các thông số chất lượng hay ô nhiễm môi trường cần kiểm soát II.5.1. Các chất ô nhiễm môi trường
Các chất gây ô nhiễm là những chất không có trong tự nhiên hoặc vốn có trong tự nhiên nhưng tới một thời điểm nào đó có hàm lượng lớn hơn và gây tác động có hại cho môi trường tự nhiên, cho con người cũng như sinh vật sống. Chất gây ô nhiễm có thể do hoạt động của con người (chất thải công nghiệp và sinh hoạt) hoặc do các hiện tự nhiên gây ra. Trong môi trường, cấu trúc hoá học cũng như nồng độ của nó sẽ quyết định mức độ ô nhiễm của môi trường nước, đất và không khí.
Việc xác định các chất ô nhiễm rất quan trọng. Ðó là cơ sở cho việc xác định nguồn gốc và mức độ ô nhiễm môi trường. Theo phương thức xuất hiện, chất ô nhiễm được phân loại thành chất ô nhiễm sơ cấp (xâm nhập trực tiếp từ nguồn phát sinh) và ô nhiễm thứ cấp (là những chất ô nhiễm được hình thành từ ô nhiễm sơ cấp trong điều kiện tự nhiên). Tuy nhiên để tiện lợi cho quá trình kiểm soát ô nhiễm, việc phân loại các chất ô nhiễm được xác định dựa vào đặc tính của chúng theo các nhóm như sau:
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
a. Các chất hữu cơÐây là những chất tiêu thụ ôxy trong môi trường nước. Do đặc tính không bền, chúng có xu hướng bị ôxy hoá thành các dạng đơn giản hơn. Quá trình này ảnh hưởng trực tiếp đến độ hoà tan ôxy trong nước (DO). Ngoài ra các chỉ tiêu khác mhư BOD (nhu cầu ôxy sinh hoá) và COD (nhu cầu ôxy hoá học) được sử dụng để đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ trong nước.
Nguồn gốc các chất ô nhiễm dạng hữu cơ có thể từ các dạng sau:
- Nước thải sinh hoạt: Hầu hết các chất hữu cơ dạng này đều có khả năng phân huỷ sinh học. Là nguyên nhân chính gây ra hiện tượng thiếu hụt ôxy trong nước. - Nước cuốn trôi bề mặt: Thành phần hợp chất hữu cơ rất đa dạng, tuỳ thuộc vào
đặc tính bề mặt.
- Sinh ra do quá trình phát triển - chết của động thực vật phù du, động thực vật đáy. Ðây là nguồn phát sinh đáng kể trong các lưu vực giàu chất dinh dưỡng.
- Từ hoạt động động sản xuất hoặc sản phẩm của công nghiệp: Thông thường các chất hữu cơ dạng này bền, khả năng phân huỷ sinh học thấp, gây ô nhiễm nặng nề cho các nguồn nước. Ðó là các chất nhiên liệu, chất dẻo, chất màu, thuốc trừ sâu, phụ gia dược phẩm thực phẩm...mà nguồn gốc từ các nhà máy thực phẩm, giấy, thuộc da, đồ hộp, hoá chất, hoặc do tưới tiêu..
* Một số chất hữu cơ tổng hợp điển hình tồn tại trong tự nhiên gây ô nhiễm môi trường nước. Ðó là :
Hoá chất bảo vệ thực vật: Bao gồm thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc diệt nấm mốc,
diệt loài gặm nhấm, thuốc trừ côn trùng... Theo quan điểm hoá học các chất bảo vệ thực vật được phân thành các dạng sau:
- Hợp chất hữu cơ halogen - Hợp chất hữu cơ phốt pho - Các cacbamat
- Các clorophennoxyaxit
Các chất bảo vệ thực vật thâm nhập vào cơ thể con người thông qua quá trình phát tán trong nước hoặc do tồn lưu sinh vật, sau khi sinh vật chết bị cuốn trôi theo nước. Chúng
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
được tích tụ trong chuỗi thức ăn mà mắt xích cuối cùng là con người. Chất bảo vệ thực vật có trong nước sẽ tác động trực tiếp đến quá trình phát triển của sinh vật, thay đổi cấu trúc sinh học, gây ra các các bệnh lý như ung thư, quái thai...
* Xà phòng và các chất tẩy rửa và phụ gia:
Là những nguồn tiềm tàng các chất ô nhiễm dạng hữu cơ do có khả năng tạo nhũ tương, tạo các chất hữu cơ lơ lửng trong nước. Trong quá trình này các anion tạo ra các mixel xà phòng dạng keo.
* Các chất hữu cơ tổng hợp khác.
Tất cả các chất hữu cư có trong nước đều là những chất tiêu thụ ôxy do đặc tính không bền và có xu hướng ôxy hoá thành chất đơn giải. Trong nước khi chỉ số DO thấp, BOD và COD cao chứng tỏ nước bị ô nhiễm nặng bởi các chất hữu cơ tiêu thụ ôxy.
Một số dạng đặc trưng của chất hữu cơ điển hình trong đất, nước cần quan tâm như bảng 20:
Bảng 20. Một số chất ô nhiễm hữu cơ điển hình trong đất, nước
TT Loại hợp chất hữu cơ Ví dụ
1 Hợp chất hyđrocacbon Cyclohexen, Benzine, Benzen, toluen, Styren, Naphtalen, Benzopyren
2 Hợp chất halogen hyđrocacbon Chloroform, Vinyclorua, tetrachloethen, Hexachorychohexan, Hexachlobenxen, polyclorua, Byphenyl
3 Pôlyclođibenzodioxin 2,3,7,8 tetraclo-dibenzodioxin
4 Hợp chất phốtpho hữu cơ Tributyphotphat
5 Hợp chất nitơ hữu cơ Acrylamid,Acrylnitrit, O-nitrotoluen
6 Hợp chất hữu cơ kim loại Methyclorua thuỷ ngân 7 Hợp chất hữu cơ lưu huỳnh Methyl-mercaptan 8 Chất hoạt động bề mặt Alkybenzensunfonat 9 Alkohole & Ather Methyl-hexanol, dipphenylether 10 ALđehyt, keton Formaldehyd, axeton, axitbenzoic-
11 Phenol Phenol, Cresol
12 Hợp chất thiên nhiên Mỡ, xít amin, lòng trắng trứng
- Các hợp chất hữu cơ hyđrocacbon mạch thẳng hay mạch vòng thông thường là sản phẩm của dầu mỏ, thâm nhập và làm ô nhiễm nguồn nước thông qua các quá
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
trình khai thác, vận chuyển, gia công, sử dụng. Ảnh hưởng của các hợp chất thơm này gây ra mùi rất khó chịu. Ðối với người và thực vật, chúng gây nên các bệnh mãn tính và cấp tính như ung thư, ảnh hưởng đến hệ thần kinh trung ương, mắt, bệnh ngoài da. Các hợp chất hyđrôcacbon đa vòng được các hạt keo hấp thụ hoặc bám dính trên các chất hoạt tính bề mặt, do vậy chúng có khả năng tích tụ lớn và cũng có khả năng gây ung thư.
- Các hợp chất hữu cơ halogen là những chất vô cùng độc hại. Các hợp chất này bao gồm: Cacbuahydro clorua, polyclorua byphenyl, thuốc trừ sâu chứa clo, các phênol clo, PCDD, PCDF.
- Các hợp chất pôlyclobiphenyl (PCB).
- Ðây là những chất ô nhiễm được tìm thấy trong các nguồn trên toàn thế giới, thậm chí trong cả các mô tế bào chim và cá. Các PCB có độ bền hoá học, nhiệt và sinh học rất cao. Nguồn gốc của PCB chủ yếu từ dung dịch lạnh cách điện, làm thẩm thấu bông và sợi amiăng, làm hoá chất dẻo và làm các chất phụ gia cho một số loại sơn.
* Ô nhiễm dầu mỏ:
Ô nhiễm nước do dầu mỏ và sản phẩm của chúng (Xăng, mazut, dầu bôi trơn,..) thể hiện như sau:
- Làm giảm tính chất lý hoá của nước (như thay đổi màu, mùi, vị): Nước sẽ có mùi đặc trưng khi nồng độ của nó đạt tới 0.5 mg/l, các chỉ tiêu hoá học sẽ thay đổi mạnh khi nồng độ lớn hơn 100 mg/l.
- Tác động đến quần thể sinh vật: Nước bị ô nhiễm gây thiệt hại vô cùng đối với sinh vật có độ nhạy cảm cao, quần thể sinh vật giảm xuống rất nhanh do sự phân huỷ của dầu trong cơ thể sống và do lớp váng dầu ngăn cản quá trình trao đổi ôxy giữa pha nước và khí.
Hàm lượng dầu trong nước đạt 20-30mg/l sẽ gây rối loạn các hoạt động phản xạ của cá, hàm lượng lớn hơn có thể gây chết cá. Khi hàm lượng các hợp chất thơm của dầu đạt tới 0.3 mg/l thì quần thể sinh vật trong nước có thể bị chết.??
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
Có rất nhiều chất vô cơ gây ô nhiễm nước, đất. Tuy nhiên có một số nhóm điển hình cần lưu ý như sau:
* Các loại phân bón chất vô cơ
Ðó là hợp chất vô cơ mà thành phần chủ yếu là cacbon, hyđro và ôxy ngoài ra chúng còn chứa các nguyên tố như N, P, K cùng các nguyên tố vi lượng khác.
Các loại hoá chất này sẽ đi vào nước do một phần phân bón bị cuốn trôi khi sử dụng, bốc hơi hoặc chuyển hoá thành các dạng khác và lưu tồn trong môi trường.
Việc dư thừa các chất dinh dưỡng (Phốt phát, muối amôn, urê, nitrat, muối kali ...) gây nên sự phát triển nhanh của một số loài thực vật bậc thấp như tảo, rong rêu và các thực vật thân mềm, Gây nên hiện tượng thực vật chết hàng loạt. Chúng bị phân huỷ và tạo thành lượng lớn hợp chất hữu cơ. Mặt khác do phát triển ồ ạt, một lượng lớn ôxy trong nước sẽ bị tiêu thụ gây nên tình trạng thiếu hụt ôxy một cách trầm trọng (BOD cao), xuất hiện các quá trình khử, các chất có tính khử như H2S, NH3 tăng lên. Các ion kim loại và HPO4- được chuyển hoá từ các chất lắng cặn, hoà tan vào nước gây độc cho nguồn nước mặt.
* Các khoáng axít
Nguồn gốc chính là từ các mỏ than không còn khai thác. FeS2 (có nhiều trong mỏ)là chất bền trong môi trường thiếu ôxy. Khi tiếp xúc với môi trường không khí, có sự tham gia của vi sinh vật sẽ tạo thành H2SO4 và Fe(OH)3 màu đỏ. Sự xuất hiện các chất này là nguyên nhân gây nên tình trạng mất cân bằng sinh thái trong nguồn nuức (động thực vật chết)
* Cặn
Nguồn phát sinh do xói mòn (chủ yếu) nước thải sản xuất, sinh hoạt.
Các chất cặn đáy thường ở trong tình trạng yếm khí, tham gia quá trình khử, gây nên tình trạng thiếu hụt ôxy trong nước. Các chất cặn lơ lửng và hạt huyền phù là môi trường hấp thụ rất tốt, chúng như là các kho chứa các kim loại nặng như Cr, Cu, Mo, Ni, Co, Mn ...gây độc cho nguồn nước.
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
Ðây là các nguyên tố có rất ít trong nước, tuy nhiên khả năng gây độc rất cao cho hệ sinh thái và con người. Một số nguyên tố vết cần lưu ý trong quá trình kiểm soát chất lượng nước bao gồm:
Bảng 21. Các nguyên tố vết trong nước
Nguyên tố Ký hiệu
Nguồn gốc Tác hại
Arsen As các loại khoáng, thuốc trừ sâu, chất thải hoá học
Ðộc, có khả năng gây ung thư Cadmium Cd Chất thải công nghiệp, quặng,
mạ kim loại
Thay thế kẽm trong quá trình sinh hoá, gây huyết áp cao, đau thận, phá huỷ mô tế bào máu, nhiễm độc các sinh vật dưới nước
Crom Cr Mạ kim loại, sản phẩm gốc Crom
Viêm ngứa da, nổi mụn Boren Bo Than, chất tẩy nước, nướ thải
công nghiệp
Nhiễm độc một số thực vật Ðồng Cu Mạ kim loại, tuyển khoáng,
khai mỏ
Nhiễm độc thực vật và tảo Flo F Nguồn địa chất tự nhiên, chất
thải công nghiệp
Gây hỏng răng, mềm xương Mangan Mn Chất thải công nghiệp mỏ Ðộc với thực vật ở hàm lượng cao Chì Pb Công nghiệp, mỏ, than dầu khí Ðộc, ảnh hưởng tới thận và thần
kinh Thuỷ
ngân
Hg Chất thải công nghiệp than, thuốc trừ sâu
Rất độc Selen Se Nguồn nước tự nhiên, quặng
sunfua, than
độc với hàm lượng cao
Ngoài các nguyên tố vết, các chất phóng xạ cần được quan tâm trong việc kiểm soát ô nhiễm phóng xạ trong môi trường nước trong tương lai.
II.5.2. Ðối với môi trường không khí
Các chất ô nhiễm trong không khí cũng bao gồm các chất hữu cơ, vô cơ và vi sinh vật. Bảng 22 là một số chất ô nhiễm không khí từ công nghiệp và đô thị.
Bảng 22 . Một số chất ô nhiễm chính của công nghiệp và tác động bệnh lý của chúng đối với sức khỏe con người
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
1 Andehyt Từ phân ly các chất dầu, mỡ và glyxerin bằng phương pháp nhiệtGây buồn phiền, cáu gắt, làm ảnh hưởng đến bộ máy hô hấp 2 Amoniac NH3 Quá trình hoá học để sản
xuất phân đạm, sơn hay thuốc nổ.
Gây viêm tấy đường hô hấp
3 Asin (AsH3) Quá trình hàn nối sắt thép hoặc quá trình sản xuất que hàn có chứa axit asen (arsenic)
Làm giảm hồng cầu trong máu, tác hại thận, gây mắc bệnh vàng da
4 Cacbon oxit CO ỐNG XẢ KHÍ XE MÁY, ÔTÔ, ỐNG KHÓI ÐỐT than, dầu
Giảm bớt khả năng lưu chuyển oxi trong máu.
5 Clo Tẩy vải, sợi và các quá trình
hóa học tương tự.
Gây nguy hại đối với toàn bộ đường hô hấp và mắt.
6 Hydroxyanit Khói phun ra từ các lò chế biến hóa chất, mạ kim loại
Gây tác hại đối với tế bào thần kinh, đau đầu và làm khô họng, mờ mắt.
7 Hydroflorua HF Tinh luyện dầu khí, khắc kính bằng axit, sản xuất aluminium và phân bón, sản xuất sành sứ, gốm, thủy tinh
Gây mệt mỏi toàn thân, viêm da, gây bệnh về thận và xương
8 Hydrosulfit H2S Công nghiệp hóa chất và tinh luyện nhiên liệu có nhựa đường, công nghiệp cao su, phân bón
Mùi giống như mùi trứng thối, gây buồn nôn, gây kích thích mắt và họng.
9 Nito oxit NOx ỐNG XẢ KHÓI CỦA ÔTÔ, XE MÁY, CÔNG NGHỆ làm mềm hóa than
Gây ảnh hưởng đến bộ máy hô hấp, muội xâm nhập vào phổi 10 Photgen
(cacbon oxyclorua)
Công nghiệp hóa học và nhuộm
Gây ho, buồn phiền, nguy hiểm đối với người bệnh hô hấp. 11 Sulfuro SO2 Quá trình đốt than và dầu Gây tức ngực, đau đầu, nôn
mửa, tử vong do bệnh hô hấp. 12 Tro, muội, khói,
bụi mịn Từ lò đốt ở mọi ngành công nghiệp và ống xả khí của xe cộ Gây bệnh khí thũng, đau mắt và có thể gây bệnh ung thư, các bệnh đường hô hấp. 13 Bụi, hơi chì và các kim loại nặng khác
Sản xuất sơn, màu, mạ kim loại, luyện kim, đốt chất thải rắn y tế và công nghiệp. Bệnh đường hô hấp, các bệnh về thận, các bệnh ung thư 14 Các khí axit (HCl, H2SO4, HNO3...) Công nghiệp hóa chất, mạ kim loại, tẩy rửa, đốt chất thải nguy hại.
Bệnh đường hô hấp, chóng mặt, buồn nôn, co giật, viêm phổi, viêm da, nguy hại đối với hệ
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
thần kinh... 15 VOC, HC mạch thẳng, mạch vòng, HalogenCông nghiệp hóa dầu, các loại dung môi hóa mỹ phẩm, sản xuất sơn, vecni, xăng dầu xe…
Viêm tẩy mắt, dị ứng da, bệnh đường hô hấp, hệ tuần hoàn máu, hệ thần kinh
II.5.3. Các chỉ tiêu hay thông số cần kiểm soát đối với khu vực đô thị và khu công nghiệp
Ðể xác định mức đô ô nhiễm môi trường nước, cần thiết phải xác định các chỉ tiêu hay còn gọi là các thông số chất lượng nước như trên. Thông thường các thông số này có quan hệ mật thiết với nhau, vì vậy khi nghiên cứu đánh giá chất lượng nước, cần thiết phải xem xét một các cẩn thận, chuẩn xác. Các thông số này được chia thành các nhóm: vật lý, hoá học và sinh học.
Nhóm chỉ tiêu Vật lý : Ðể đánh giá mức độ ô nhiễm hay chất lượng nước theo các chỉ
tiêu này người ta xác định nhiệt độ, mầu mùi, độ trong, độ đục hay hàm lượng cặn rắn lơ lửng, tổng hàm lượng các chất rắn, độ dẫn điện,...
- Mùi: Nguyên nhân tạo ra mùi, là các quá trình phân huỷ chất hữu cơ (tạo mùi thối), hoặc mùi tanh của săt. Như vậy, thông qua mùi có thể đánh giá mức độ phân huỷ chất hữu cơ (hiếu khí, kỵ khí), quá trình phát triển của động thực vật phù du,...
- Mầu: Căn cứ chỉ thị mầu có thể đánh giá sơ bộ chất lượng nước. Ví dụ : căn cứ mầu xanh để xác định mức độ dinh dưỡng trong sông hồ, ảnh hưởng của nước thải công nghiệp có mầu đặc trưng, ảnh hưởng cục bộ bởi nước thải sinh hoạt có mầu nwu xám, nguồn nước trong môi trường kỵ khí H2S tác động với Fe+2 tạo thành FeS có mầu đen,...
- Các chất rắn hay cặn lơ lửng thường là các chất bị cuốn trôi theo dòng nước, do xác động thực vật chết hay do hoạt động của người, súc vật,... tạo ra. Hàm lượng cặn lớn sẽ làm giảm khả năng tự làm sạch của nguồn nước, cản trở quá trình sinh thái diễn ra trong nước hoặc cản trở quá trình diệt khuẩn trong nước.
Trong quá trình kiểm soát chất lượng nước, tuỳ từng trường hợp cụ thể cũng như đặc tính chất phát thải mà ta đưa ra các chất ô nhiễm cần kiểm soát cũng như các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nguồn nước.
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
Nhóm chỉ tiêu hoá họcÐây là nhóm chỉ thị rất quan trọng. Trạng thái tồn tại của chúng phản ánh rõ nét chất lượng nguồn nước cũng như nguyên nhân chính gây nên.
- pH: Biểu thị nồng độ H+ trong nước. nếu pH bé hơn 7, nước có tính axit; lớn hơn 7 có tính kiềm; bằng 7 có tính trung tính. Chất nước ở trạng thái bình thường pH = 6-8.5 (nguồn A) và 5.5-9 (nguồn loại B)
- Nhóm ô nhiễm hữu cơ:
Ðặc trưng cho nhóm này là BOD ( nhu cầu ôxy hoá sinh hoá) và DO (ôxy hoà tan). Các thông số này phản ánh đầy đủ trạng thái ô nhiễm chất hữu cơ trong nguồn nước cũng như trạng thái của hệ sinh thái của nó (quan hệ chặt chẽ với quá trình sinh vật trong nước và bùn đáy).
Ðồng thời với BOD còn phải xác định nhu cầu ôxy hoá học (COD).
- Ngoài các hợp chất hữu cơ tác động đến nồng độ ô xy trong nước còn có các hợp chất vô cơ như ammonia, nitrite, Sulphit, Hydrogen sulphit, Fe2+ .
- Mức dinh dưỡng:
Ðặc trưng cho nhóm dinh dưỡng là nitơ và phopho. Sự có mặt của các hợp chất này chứng tỏ nước nguồn bị nhiễm bẩn bởi nước thải sinh hoạt. Hợp chất nitơ là thành phần quan trọng cho quá trình sống của thực vật, động vật trong nước. Liên quan đến hợp chất này là quá trình phì dưỡng, gây ra hiện tái nhiễm bẩn lần thứ hai. Căn cứ vào nồng độ của chúng người ta phân ra các trạng thái nguồn nước như sau:
Bảng 23. Phân loại nguồn nước theo mức dinh dưỡng
Trạng thái hồ, sông Thực vật lơ lửng (mg/cm3) Tổng cacbon hữu cơ (mg/l) Tổng P (μg/l) Tổng N (μg/l) Rất nghèo dinh dưỡng 20 -50 3-30 1-5 1-250 Nghèo dinh dưỡng 50-100 1-3 5-10 250 - 500 Dinh dưỡng trung bình 100-300 1-5 10-30 500-1100 Phì dưỡng >300 5 - 30 30 - 500 1100-1500
Dinh dưỡng quá cao 500-5000 > 1500
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
CHƯƠNG II. QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG I. QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNGI.1. CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN TỚI QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG NƯỚC I.1.1. Nước ngầm
Nước ngầm là nước có trong các lớp thấm dưới mặt đất. Hình dưới đây mô phỏng quá trình lưu trữ nước dưới các lớp đất sau mưa. Nước dưới đất tồn tại ở hai tầng: tầng không bão hoà và tầng bão hoà (phần lấp đầy các khe rỗng), nước ngầm tồn tại ở trạng thái tự do. Tốc độ thấm khác nhau tuỳ theo loại vật chất của lớp đất dưới tầng đất mặt: tốc độ dòng chảy qua các hạt cát là thường từ 1 đến 5 m/ngày, qua sỏi 6 – 10 m/ngày và qua đất thịt và sét tốc độ thấm chỉ khoảng vài mm hoặc cm/ngày.
Chất lượng nước ngầm ví dụ như loại và hàm lượng chất hoà tan được xác định bằng một số tính chất của đất, tốc độ thấm cũng như thời gian và độ sâu.
Khu vực không bão hoà
Mao quản Mặt nước ngầm Nước không bị giữ Nước bị giữ Lớp không thấm Lớp không thấm Rock water Kết tủa
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
a- Thành phần của nước ngầmĐo đạc chất lượng nước ngầm đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chất lượng nước. Yêu cầu chất lượng phụ thuộc vào dự định và các mục đích sử dụng như nước uống, nước công nghiệp, nước tưới. Mở rộng ra có thể sử dụng nguồn nước ngầm cho các mục đích khác hoặc các hoạt động phụ thuộc vào thành phần tự nhiên của nước ngầm và từ các ảnh hưởng do hoạt động sản xuất của con người. Trạng thái vốn có của nước ngầm trong tự nhiên chứa các dạng khí bị hoà tan như O2, CO2, CH4, các ion vô cơ như Ca, Mg, Na, K, Cl, NO3, SO4, HCO3, các thành phần hữu cơ như humic, fulvic và amino axít, và khoảng rộng các dạng chất vô cơ khác tồn tại dưới dạng vết. Nói chung, các tính chất hoá học của nước ngầm sẽ phản ánh tính chất khoáng vật học của lớp đá trong địa tầng. Khí CO2 bị hoà tan trong nước mưa và thâm nhập qua đất, hình thành một axít yếu phản ứng với các khoáng trong các lớp địa tầng dưới sâu. Trong các địa tầng có chứa các khoáng cacbonát (đá vôi hoặc đá cát cácbonát) những khoáng này sẽ bị hoà tan để giải phóng ra Ca, Mg và HCO3- trong nước ngầm. Nước ngầm trong các địa tầng ở hơi chua không chứa các khoáng cacbonát, lượng oxy hoà tan ban đầu tồn tại trong lớp nước ngầm phía trên có thể bị loại bỏ bằng sự xuất hiện các phản ứng sinh hoá dưới các tầng sâu, điều này dẫn đến các địa tầng thiếu khí một cách tự nhiên. Các quá trình này có thể ảnh hưởng đến nồng độ của Ca, Mg, K, Na và SO42- thông qua các phản ứng như: trao đổi ion, sự khử SO42- của vi khuẩn, sự ôxi hoá FeS, và sự hoà tan của CaSO4 trong địa tầng. Nước ngầm cũng bao gồm nhiều thành phần muối, nồng độ tăng theo chiều sâu và nồng độ của các thành phần bị hoà tan tăng không đổi bởi sự hoà tan khoáng liên tục.
Chất lượng nước ngầm được đánh giá thông qua đo đạc các thành phần của nước, kết quả sẽ thể hiện tính bền vững đối với các hoạt động của con người và các mục đích sử dụng khác. Các chỉ tiêu phân tích bao gồm xác định các chỉ tiêu pH, tổng chất rắn hoà tan, độ dẫn điện, các muối vô cơ như đã được đề cập trước đó. Phân tích các thành phần hoá học có thể kiểm tra tính chính xác thông qua cân bằng ion, bằng cách so sánh nồng độ của các cation và anion biểu diễn bằng li đương lượng trên lít (meq l-1). Thành phần của mẫu nước được đo đạc trên cơ sở cân bằng hoá học, tính bằng số lượng và dấu điện tích của các cation và anion. Mẫu nước nên được trung hoà và nồng độ đương lượng meq l-1 của các cation và anion cũng nên cân bằng. Sự sai lệch trong khi cân bằng ion có thể cho thấy sai số trong quá trình lấy mẫu hoặc trong quá trình phân tích. Đồ thị để diễn tả các
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
thành phần của nước ngầm nên sử dụng các dạng đồ thị dạng thanh đứng, dạng mảng, và dạng tam giác. Đồ thị dạng tam giác đặc biệt hữu ích đối với sự phân loại chất lượng nước ngầm. Đối với các nghiên cứu đầy đủ về chất lượng nước ngầm liên qua đến sự quan trắc chất lượng và biện pháp khắc phục các địa tầng bị nhiễm bẩn, cần yêu cầu bổ xung thêm một số phân tích đặc biệt, chú trọng vào việc xác định các dạng bị hoà tan bao gồm một khoảng rộng các chất hữu cơ tự nhiên hay tổng hợp, vi khuẩn, xạ khuẩn, các sản phẩm hữu cơ và vô cơ từ qúa trình phân huỷ của vi sinh vật có thể tồn tại trong các địa tầng bị nhiễm bẩn.Câu hỏi:
Nước ngầm là lớp nước dưới bề mặt đất và hình thành nhờ quá trình địa chất mà ở đó nước ở trạng thái bão hoà. Nếu được giữ trong tầng đá thấm nước có thể được lấy để sử dụng. Vậy, làm thế nào để phân biệt thành phần của nước ngầm khác với nước mặt?
Trả lời:
Nước ngầm có thể tập trung nhiều muối rửa trôi từ các trầm tích khoáng. Trong quá trình chảy qua bề mặt, nước sẽ tiếp xúc với các khoáng hữu cơ có thể phân huỷ. Điều này làm cho thành phần oxy trong nước ngầm thấp hơn.
b- Sự nhiễm bẩn nước ngầm
Sự nhiểm bẩn các địa tầng bởi các chất vô cơ và hữu cơ gây ảnh hưởng tới chất lượng nguồn nước ngầm trong một thời gian dài. Các chất bẩn đi vào nước ngầm từ các hoạt động của con người và có thể thay đổi nồng độ từ nguồn nước ngầm này sang nguồn nước ngầm khác phụ thuộc vào mật độ của các nguồn gây ô nhiễm. Các chất nhiễm bẩn được phân nhóm như sau: nhóm nuclit phóng xạ, các nguyên tố vết, các chất dinh dưỡng, các dạng chất vô cơ khác, các chất nhiễm bẩn hữu cơ, các chất nhiễm bẩn vi sinh vật. Một khoảng rộng các chất nhiễm bẩn đi vào nước ngầm từ các nguồn thải đô thị từ các cống thải và chảy tràn. Từ các hoạt động sản xuất nông nghiệp như sử dụng phân bón, hoá chất bảo vệ thực vật, phế thải là những nguồn chính khuếch tán NO3- và các thành phần hữu cơ vào nước ngầm. Các chất nhiễm bẩn ở dạng hoá chất hữu cơ tổng hợp, phụ thuộc vào các nguồn thải khác nhau mà thành phần các chất có thể khác nhau đến hàng nghìn lần.
Sự thay đổi chất lượng nước có thể xem xét là do sự phụ thuộc vào các tính chất thổ nhưỡng và địa chất vốn có trong đất. Tổng lượng cân bằng như sau:
DI
ỄN
ĐÀ
N
TOÁN
- LÍ
- HÓA
1000B
TR
ẦN
HƯ
NG
ĐẠ
O
TP.QUY
NH
ƠN
TỈNH
BÌNH
ĐỊ
NH
Thay đổi các điều kiện tự nhiên của lớp đá dưới tầng sâu dẫn đến hình thành các vùng có chất lượng nước đặc biệt. Những nhóm này có thể dễ dàng nhận ra trong biểu đồ dạng tam giác dưới đây.
Nước ngầm dưới các tầng đất chứa ít cation kiềm thường tồn tại dưới các dạng sau: a) chủ yếu ở dạng CO3
2-b) HCO3- và SO4 2-c) Chủ yếu ở dạng SO4
2-Nước ngầm dưới các tầng đất chứa nhiều cation kiềm d) chủ yếu ở dạng HCO3
-e) chủ yếu ở dạng SO4 2-Nước có tính kiềm f) chủ yếu ở dạng HCO3 -g) chủ yếu ở dạng SO42- và Cl
-Khoảng nồng độ của một số nguyên tố chính trong nước ngầm phụ thuộc vào loại nước ngầm trình bày ở bảng 2 dưới đây.
Bảng 2. Nồng độ một số nguyên tố chính trong nước ngầm
