Quan trắc môi trường nguyễn thị thu hà

Khái niệm quan trắc và phân tích môi trường Khái niệm về môi trường Môi trường: bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh con người, có tác động đến đời sống, sản xuất,

Quan trắc môi trường

(Environmental monitoring)

Nguyễn Thị Thu Hà

Bộ môn: Công nghệ Môi trường

Khoa: Tài nguyên và Môi trường

Nội dung môn học

PHẦN I CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN

lượng trong quan trắc môi trường

PHẦN II TỔ CHỨC THỰC HIỆN QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG

Chương 1 Khái niệm quan trắc và phân tích

môi trường

Khái niệm về môi trường

Môi trường: bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất nhân tạo

bao quanh con người, có tác động đến đời sống, sản xuất, sự tồn tại và phát triển của con người và sinh vật

Môi trường tự nhiên: bao gồm tất cả các yếu tố lí học, hoá học,

các chất hữu cơ và vô cơ của khí quyển, thủy quyển, thạch quyển

Thành phần môi trường là các yếu tố vật chất tạo thành môi

trường như đất, nước, không khí, âm thanh, ánh sáng, sinh vật,

hệ sinh thái và các hình thái vật chất khác

Môi trường quyết định chất lượng và sự tồn tại của cuộc sống

Quan trắc môi trường

Quan trắc môi trường 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

1 Khái niệm

Quan trắc 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

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, 2000)

Sử dụng các phức hợp các biện pháp khoa học, công nghệ, kỹ thuật nhằm thu thập thông

tin về mức độ, hiện trạng hay xu thế chất lượng môi trường (Cục Bảo vệ môi trường)

Quan trắc môi trường chỉ một quy trình lặp đi lặp lại các hoạt động quan sát và đo

lường một hay nhiều thông số chất lượng môi trường, có thể quan sát những thay đổi

diễn ra trong một giai đoạn thời gian (ESCAP, 1994)

 Monitoring môi trường là một quá trình quan trắc và đo đạc thường xuyên với mục tiêu

đã được xác định đối với một hoặc nhiều chỉ tiêu về tính chất vật lý, hóa học, sinh học của các thành phần môi trường theo một kế hoạch lập sẵn về thời gian, không gian, phương pháp và quy trình đo lường để cung cấp các thông tin cơ bản có độ tin cậy, độ chính xác cao và có thể làm căn cứ để đánh giá diễn biến chất lượng của môi trường,

cũng như để so sánh trạng thái môi trường nơi này với nơi kia (Phạm Ngọc Đăng, 2000)

Quan trắc môi trường

Nhu cầu thông tin môi trường

Đo lường lặp lại

Thông tin môi trường

môi trường

Hiện trạng và xu thế biến đổi chất lượng

môi trường

Phân tích môi trường

Phân tích môi trường 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

Phân tích môi trường

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 trạng thái tồn tại và thành phần các yếu tố trong môi trường

Đưa ra các giải pháp

2 Mục đích

1 Ðể đánh giá các hậu quả ô nhiễm đến sức

khoẻ và môi trường sống của con người,

và như vậy sẽ xác định được mối quan hệ nhân quả của nồng độ chất ô nhiễm

2 Ðể đảm bảo an toàn cho việc sử dụng tài

nguyên (không khí, nước, đất, sinh thái.v.v) vào các mục đích kinh tế

3 Ðể thu được các số liệu hệ thống dưới

dạng điều tra cơ bản chất lượng môi trường và cung cấp ngân hàng dữ liệu cho

sử dụng tài nguyên trong tương lai.

4 Ðể nghiên cứu và đánh giá các chất ô

nhiễm và hệ thống tiếp nhận chúng (xu thế, khả năng gây ô nhiễm).

5 Ðể đánh giá hiệu quả các biện pháp kiểm

soát luật pháp về phát thải.

6 Ðể tiến hành các biện pháp khẩn cấp tại

những vùng có ô nhiễm đặc biệt

3 Vai trò và ý nghĩa

Vai trò cung cấp thông tin về:

 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

Ý nghĩa:

 Là công cụ kiểm soát chất lượng môi trường

 Là công cụ kiểm soát ô nhiễm

 Là cơ sở thông tin cho công nghệ môi trường

 Là cơ sở thông tin cho quản lý môi trường

 Là mắt xích quan trọng trong đánh giá tác động môi trường

4 Các tiêu chí sử dụng

Chất lượng môi trường 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

thông số và chỉ số môi trường.

Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng môi trường - nguồn

gốc của các chất gây ô nhiễm.

đất, nước không khí được quy định dựa vào mục tiêu sử dụng hoặc quy chuẩn môi trường

Yêu cầu của quan trắc môi trường

hưởng của các nhân tố này.

5 Các hoạt động quan trắc

Đánh giá chất lượng bao gồm các hoạt động chính:

bằng cách đo đạc và quan sát chất lượng theo các mục đích cụ thể

Quan trắc (Monitoring): thực hiện trong thời gian dài bằng

các phép đo chuẩn nhằm mục đích xác định trạng thái và xu hướng biến đổi của môi trường

đo xác định phục vụ cho mục đích quản lý chất lượng môi trường và các hoạt động vận hành

 Giám sát tuân thủ

 Giám sát tác động

Các hoạt động quan trắcHoạt động đánh giá Mục đích đánh giá

Đánh giá thông thường

Đánh giá nâng cao

mục đích tham khảo trong đánh giá ảnh hưởng và điểm ô nhiễm

trước khi thiết kế trương trình quan trắc

vụ cho trước khi thiết kết trương trình quan trắc

một vài thông số gần nguồn ô nhiễm

gian và số lượng biến Ví dụ: mô hình phú dưỡng, mô hình cân bằng oxy

6 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

Hệ thống quan trắc

 Hệ thống quan trắc môi trường bao gồm các địa điểm quan trắc được gọi là các trạm, các phương tiện kỹ thuật và nhân lực để quan sát, đo đạc, phân tích, xử lý thông tin về chất lượng môi trường

 Có nhiều cách phân loại hệ thống quan trắc môi trường

 Theo quy mô không gian

 Địa phương (LEMS – Local Environmental Monitoring System)

 Quốc gia (NEMS – National Environmental Monitoring System)

 Vùng, khu vực (REMS – Regional Environmental Monitoring System)

 Toàn cầu (GEMS – Global Environmental Monitoring System)

 Theo bản chất đối tượng môi trường theo dõi

 Đối tượng môi trường: đất/nước/không khí (GEMS/Air)

 Đối tượng chất ô nhiễm: trạm mưa axit, hiệu ứng nhà kính và tầng ozon, trạm quan trắc CFCs…

Phân loại trạm quan trắc

Theo mục tiêu thông tin

 Trạm cơ sở (trạm nền)

 Trạm tác động

 Trạm xu hướng

Theo đối tượng

 Trạm quan trắc môi trường đất

 Trạm quan trắc môi trường nước (sông/hồ/ngầm/đại dương…)

 Trạm quan trắc môi trường không khí

Trạm cơ sở (baseline station)

Đặc điểm: tại khu vực không bị ảnh hưởng trực tiếp của các nguồn ô nhiễm để xác định điều kiện môi trường nền

Mục đích:

Xác định giá trị nền của các yếu tố môi trường tự nhiên

Kiểm soát các tác nhân ô nhiễm nhân tạo

Kiểm soát nguồn ô nhiễm từ bên ngoài trước khi ảnh hưởng tới một khu vực nhất định (biên giới quốc gia, khu vực)

Theo dõi chất lượng nguồn cấp tài nguyên (nước cấp sinh hoạt, nước cấp cho sản xuất, đất sản xuất…)

Trạm xu hướng (trend station)

Đặc điểm: đại diện tính chất của một vùng rộng lớn, xác định xu hướng biến động các yếu tố môi trường do nhiều ảnh hưởng của con người hoặc tự nhiên

Khu nuôi trồng thủy sản

Khu công nghiệp

Khu đô thị

Khu

du lịch

Hệ thống quan trắc

Hiện trạng hệ thống quan trắc môi trường trên Thế giới:

 Môi trường không khí: Tối thiểu các chất khí: SO2, NOx, CO, CO2,

O3 và các loại bụi, các nước phát triển có ít nhất một trạm cố định quốc gia tại một thành phố lớn

 Môi trường nước: Tối thiểu 11 thông số (Nhiệt, pH, đục, màu, SS, TDS, DO, COD, Cl, Coliform, độc) Đa số các quốc gia phát triển

hệ thống trạm đo cố định tự động với số lượng lớn trên tất cả các sông chính, ví dụ: Aus: 466/903 sông; TQ: 1430/6500 sông; Thái Lan: 40/92 sông; Nhật Bản có 74 con sông được theo dõi với tổng

số hơn 8000 trạm

 Môi trường đất: Hiện nay chủ yếu nghiên cứu bằng phương tiện GIS và bản đồ, chưa có quy định chung.

Chương 2 Các vấn đề liên quan

1 Các khái niệm cơ bản

Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi các thành phần môi

trường không phù hợp với tiêu chuẩn môi trường, gây ảnh hưởng xấu tới con người và sinh vật

về chất lượng môi trường xung quanh, về hàm lượng của chất gây ô nhiễm trong chất thải được cơ quan nhà nước có thẩm quyền quy định làm căn cứ để quản lý và bảo vệ môi trường

Chất gây ô nhiễm là chất hoặc yếu tố vật lý khi xuất hiện

trong môi trường thì môi trường bị ô nhiễm

Nhiễm bẩn và ô nhiễm môi trường

Chất nhiễm bẩn (Contaminant): “Là một chất do con

người tạo ra từ các hoạt động sống, tồn tại trong môi

trường tại nồng độ lớn hơn nồng độ vốn có trong tự

nhiên” (Moriarty, 1983; Manahan, 2000)

Chất ô nhiễm (Pollutant): Là chất nhiễm bẩn tuy nhiên

“gây ảnh hưởng bất lợi tới đời sống của các sinh vật” (Moriarty, 1983)

2 Đơn vị sử dụng trong quan trắc

Sử dụng đúng đơn vị nồng độ đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng báo cáo môi trường

Trong phân tích hóa học các dạng đơn vị thường được sử dụng bao gồm nồng độ phần trăm (%) và nồng độ mole (M), tuy nhiên các đơn vị này thường quá lớn hoặc quá nhỏ đối với các chất nhiễm bẩn trong môi trường

Mặt khác, đơn vị nồng độ cũng phải thay đổi tùy theo đối tượng môi trường (khí, lỏng hoặc rắn) sẽ được mô tả dưới đây.

Đối với các mẫu lỏng

Đối với các chất hóa học dạng lỏng (nước, máu, nước tiểu), đơn vị mass/volume (m.v) thường được sử dụng Phụ thuộc vào giá trị số học, nồng độ được biểu diễn bằng mg/l - ng/l

Đối với nước sạch or chất lỏng thông thường có tỉ trọng là 1.0 g/ml thì đơn vị sẽ là tương đường

Đối với các dạng khác như nước biển, dung dịch nhẹ, dung dịch nặng việc chuyển đổi đơn vị sẽ phải xem xét đến tỉ trọng của dung dịch.

1g/l = 1 ppt; 1mg/l = 1ppm; 1µg/l = 1 ppb;

Đối với các mẫu rắn

Đối với các chất hóa học dạng rắn (đất, bùn, chất lơ lửng, mô sinh học), đơn vị nồng độ mass/mass thường được sử dụng hơn mass/volume Đơn vị mg/l or µg/l không được dùng để biểu diễn nồng độ của chất nhiễm bẩn trong chất rắn

Việc biểu diễn dưới dạng đơn vi mass/mass cần phải quan tâm tới điều kiện của chất rắn ở dạng ướt hay khô Điều kiện khô (mg/kg chất khô) thường được áp dụng với các dạng mẫu có

sự biến động lớn về thành phần độ ẩm Do vậy phải thu thập thêm mẫu phụ để xác định độ ẩm Việc chuyển đổi đơn vị được tiến hành như sau:

Đối với các mẫu dạng khí

Đối với các mẫu dạng khí, cả hai dạng đơn vị mass/volume (mg/m3, µg/m3 và ng/m3) và volume/volume (ppm, ppb, ppt) đều được sử dụng, tuy nhiên chúng không giống nhau về mặt giá trị:

Trong đó: M là khối lượng phân tử

Lưu ý trong điều kiện nhiệt độ và áp suất khác, hệ số chuyển

đổi (24.5) sẽ thay đổi Thông thường C (mg/m 3 ) = MP/RT

3 Các dạng vật chất trong môi trường

 Khói: hình thành từ quá trình cháy không hoàn toàn chứa Cacbon hoặc chất bay hơi

 Sương: Các hạt tạo thành từ vật liệu lỏng

1 Vật chất dạng khí: O2, CO, CO2, O3, SO2, NOx, VOC, H2S, CH4 ,CxHy

2 Vật chất dạng lỏng: dung môi và vật chất hòa tan

3 Vật chất dạng hạt (dạng rắn)

4 Vận chuyển và chuyển hóa

dạng: rắn, lỏng, khí.

luôn vận động thể hiện ở hai mặt:

Vận chuyển từ nơi này đến nơi khác

Chuyển hóa liên tục từ dạng này sang dạng khác

của chất nhiễm bẩn trong môi trường đó là:

Đặc tính lý – hóa học của chất nhiễm bẩn

Điều kiện môi trường – điều kiện sinh thái

Các quá trình vận chuyển

Đối lưu:

 Là sự di chuyển thụ động một chất nhiễm bẩn trong môi trường vận chuyển trong cùng một môi trường hoặc giữa hai môi trường khác nhau

 Vận chuyển một chất trong không khí trong một ngày có gió

 Các chất hòa tan trong nước di chuyển từ thượng nguồn đến hạ nguồn

 Sự lắng đọng các hạt xuống nền đáy, lắng đọng các chất trong không khí xuống đất, mặt nước

 Sự hấp thu các hạt ô nhiễm bởi sinh vật

Các quá trình vận chuyển

Khuếch tán:

 Là quá trình vận chuyển một chất

bởi việc di động ngẫu nhiên dựa

vào trạng thái không cân bằng.

 Di chuyển một chất từ nơi có nồng

độ cao sang nơi có nồng độ thấp

cho đến khi chất đó phân tán đồng

nhất trong pha.

 Vận chuyển trong cùng pha do chuyển động ngẫu nhiên giữa các chất

ô nhiễm là khuếch tán phân tử

Vận chuyển trong cùng pha do sự xáo trộn của môi trường là khuếch

tán xáo trộn

Các quá trình vận chuyển

 Sự vận chuyển các phân tử ở trạng thái sạch vào trong nước được

gọi là hòa tan Khả năng hòa tan của chất nhiễm bẩn là khác

nhau phụ thuộc vào tính chất lý hóa học của nó.

Bốc hơi là sự vận chuyển pha lỏng hoặc pha rắn (thăng hoa)

sang pha khí.

Bay hơi là sự vận chuyển chất nhiễm bẩn từ nước vào pha khí

Sự bốc hơi khác với bay hơi ở chỗ có liên quan tới vận chuyển các phân tử nước vào pha khí.

Sự hấp thu ảnh hưởng tới sự vận chuyển các chất nhiễm bẩn

trong môi trường Sự hấp thu là quá trình liên kết các phân tử nhiễm bẩn vào các khe hổng của pha rắn

Ví dụ quá trình nhiễm bẩn vào đất

Các quá trình chuyển hóa

Chuyển hóa hóa học

 Tính bền vững của chất ô nhiễm trong môi trường phụ thuộc vào loại, khả năng và tốc độ của các phản ứng chuyển hóa hóa học

Các quá trình chuyển hóa

Chuyển hóa sinh học

5 Đặc điểm một số môi trường cần quan trắc

Môi trường nước

Lớp không thấm Rock water

Thành phần của nước ngầm

 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, các dạng chất vô cơ khác tồn tại dưới dạng vết.

Thành phần hóa học của nước ngầm có nguồn gốc từ một số loại đá

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

Các nguồn gây ảnh hưởng đến chất lượng nước ngầm

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

tổng quan về nước ngầm

Kiểm tra tính ăn mòn

Kiểm tra sự nhiễm bẩn nước ngầm

Các nghiên cứu nâng cao 1) Nghiên cứu cảm quan