Ô nhiễm dầu khí từ tai nạn tràn dầu Lương đa dạng các chất được thải thuốc trừ sâu,chất tẩy Tiềm năng ảnh hưởng bất lợi tới sức khỏe con người và hệ sinh thái nước Kim loại acid Sự thoá
Trang 1LỚP 09KMT QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG
Trang 2Chương 4: Phân tích nước (Water Analysis)
Chương 4: Phân tích nước (Water Analysis) 2
4.1 GIỚI THIỆU 1
4.1.1 Thủy quyển (the Hydrosphere) 1
4.1.2 Ô nhiễm nước (Water Pollution) 1
4.1.3 Nhu cầu oxy sinh hóa –BOD (Biochemical Oxygen Demand) 3
4.1.4 Phú dưỡng hóa (Eutrophication) 4
4.1.5 Sự acid hoá (Acidification) 5
4.1.6 Độ mặn (Salinity) 7
4.1.7 Ô nhiễm ven biển (Coastal Pollution) 7
4.1.8 Ô nhiễm nước ngầm (Groundwater Pollution) 8
4.1.9 Xử lý nước thải (Wastewater Treatment) 10
4.1.10 Xử lý nước uống (Potable Water Treatment) 12
4.1.11 Phân tích nước (Water analysis) 13
4.1.12 Lấy mẫu và bảo quản (Sampling and Storage) 14
4.1.13 Phương pháp lọc (Filtration) 16
4.1.14 Câu hỏi và vấn đề 17
4.2 CHẤT RẮN TRONG NƯỚC (SOLIDS IN WATER) 20
4.2.1 Giới thiệu 20
4.2.3 Tổng chất rắn (TS -Total Solids) 23
4.2.4 Tổng chất rắn hòa tan (TDS –Total Dissolved Solids) 24
4.2.5 Chất rắn lơ lửng dạng huyền phù (SS -Suspended Solids) 25
4.2.6 Chất rắn cố định và chất rắn dễ bay hơi (Fixed and Volatile Solids) 26
4.2.7 Chất rắn có thể lắng (Settleable Solids) 27
4.2.8 Câu hỏi và các vấn đề 28
4.2.9 Gợi ý cho các dự án 28
Trang 3Chương 4: Phân tích nước (Water Analysis)
4.1 GIỚI THIỆU
4.1.1Thủy quyển (the Hydrosphere)
Nước là một hàng hóa quý giá nhất nhất, mặc dù điều đó được cho rằng giả dụ Nước được sử dụng nhiều, hầu hết chúng là cở sở cho sự sống và xã hội Nước rất cần thiết, không có nước thì không có con người hay động vật nào có thể tồn tại và chúng được sử dụng để giữ gìn vệ sinh cá nhân Nông nghiệp và công nghiệp đều dùng một lượng nước khổng lồ để lần lượt cung cấp cho chúng ta nguồn lương thực
và hàng hóa tiêu thụ Hơn nữa, nguồn cá chúng ta ăn phụ thuộc hoàn toàn vào nước Không thể làm cạn sự nước cung cấp vì nước được tiếp tục tuần hoàn lại thông qua chu trình thủy văn Tuy nhiên điều đó cũng có thể làm giảm sút chất lượng của nước tại điểm mà tại nơi đó chúng không có tác dụng, có hại và làm chết người Ô nhiễm nước có ảnh hưởng nghiêm trọng tới các dòng sông, hồ và thậm chí các phần của biển
90% lượng nước trên thế giới được tìm thấy ở biển Chỉ có 2.5% nước trên thế giới là nước ngọt không có muối Tuy nhiên 75% của toàn bộ lương nước ngọt bị giới hạn trong các dòng sông băng và các chỏm băng Chỉ 1% nước ngọt là được tìm thấy
ở hồ, sông và trong đất và 24% hiện diện ở dạng nước ngầm Nhu cầu về nước tăng theo sự gia tăng dân số, tạo áp lực với nguồn tài nguyên nước Vào năm 1975, tổng lượng nước mà toàn cầu sử dụng dưới 4000km3/ năm và tin chắc con số đó có thể tăng lên 6000km3/năm vào năm 2000 Sự khám phá đầy đủ về sự cung cấp nước ngọt đối đầu với bài toán về nhu cầu gia tăng và vấn đề giữ gìn chất lượng nước Mặc dù giá trị của nước không phải là vấn đề trên quy mô toàn cầu, nhưng có thể là vấn đề về tìm kiếm của nước ngọt chất lượng cao tại vùng khảo sát theo chất lượng yêu cầu
4.1.2Ô nhiễm nước (Water Pollution)
Sự định cư của con người và công nghiệp tập trung kéo dài theo các con sông, cửa sông, bờ biển bởi vì ưu thế thương mại đường thủy Con người sử dụng các ống dẫn nước làm giảm chất lượng nước bằng việc sử dụng các loại chất gây ô nhiễm khác nhau Về mặt lịch sử, ô nhiễm nước không được xem là một vấn đề quan trọng mãi cho đến khi các trung tâm dân cư lớn phát triển mạnh Các dòng sông và các bờ biển có khả năng tự làm sạch bản thân, nhưng ô nhiễm nước trở thành vấn đề khi mà chúng vượt quá khả năng tự làm sạch của khối nước Nước ô nhiễm do có sự hiện diện của các yếu tố hóa học, sinh học và vật lí quá mức gây hại tới đời sống của các
Trang 4sinh vật, bao gồm cả con người Chất lượng nước xác định tiềm năng sử dụng của nó
Ví dụ, chất lượng nước yêu cầu đối với công nghiệp phụ thuộc vào quá trình xử lí công nghiệp liên quan Nước ô nhiễm có thể sử dụng cho một số qua trình nhưng không thể sử dụng cho các quá trình xử lí khác
Bảng 4: các chất ô nhiễm hóa học chính trong khí quyểnChất ô
Chủ đề nhạy cảm Vấn đề ảnh hưởng tới sức khỏe thường xuyên đượcthảo luận
Chất hữu cơ Sử dụng thuốc diệt cỏ và thuốc
trừ sâu Nông nghiệp Nước Công nghiệp và nước sinh hoạt
Ô nhiễm dầu khí từ tai nạn tràn dầu
Lương đa dạng các chất được thải (thuốc trừ sâu,chất tẩy) Tiềm năng ảnh hưởng bất lợi tới sức khỏe con người và hệ sinh thái nước
Kim loại
acid Sự thoát nước, nước thải từ
công nghiệp và lắng đọng acid
từ khí quyển
Gây hại đến hệ sinh thái nước bởi các chất độc kim loại
các chất dinh
dưỡng
Sử dụng phân bón và nước cống Nông nghiệp
Có thể gây phú dưỡng hóa trong nước và ảnh hưởng tới sức khỏe con người
Ô nhiễm nước có thể trở thành mối đe dọa nguy hiểm tới sức khỏe Con người
có thể bị ốm khi uống, giặt giũ hoặc bơi trong nguồn nước bị ô nhiễm Mối nguy hiểm sinh học của nước bao gồm các vi khuẩn, virut và động vật kí sinh gây bệnh trong khi
đó các mối đe dọa hóa học gồm nitrat, chì, arsen và các nguyên tố phóng xạ Một điều được quan tâm nhất là chất lượng của nước được trong cung nguồn nước cho sinh hoạt khi chúng được loại bỏ các chất độc hại với sức khỏe con người Từ các điểm quan sát sức khỏe công cộng, việc đáp ứng nước sinh hoạt không có các vi sinh vật
Trang 5gây bệnh là rất quan trọng Sự phát sinh bênh tật có thể truyền qua nước bao gồm bệnh nhiễm trùng đường ruột (kiết lỵ, dịch tả, thương hàn) và bệnh viêm gan và bại liệt ở trẻ em Ở các quốc gia phát triển ở Châu Âu và phía bắc nước Mỹ, nước sử dụng thường xuyên được loại bỏ các vi sinh vật, nhưng không được loại bỏ vi sinh vật
ở các quốc gia phát triển nơi mà bùng nổ các dịch bệnh lây lan theo đường nước như thương hàn, dịch tả vẫn còn xảy ra Tuy nhiên, ở các nước phát triển, các dịch bệnh lây lan theo đường nước vẫn còn tiềm năng đe dọa và nước sử dụng được sàng lọc đều đặn đối với các dạng trực khuẩn ruột (faecal coliform) là các dạng mà sự hiện diện của chúng xác định về sự hiện diện về tạo ra các chất lắng trong nước Nước sử dụng cũng không có các chất độc hóa học như thuốc trừ sâu, thuốc diệt côn trùng, kim loại nặng và các chất phóng xạ
Một hình thái vật lí phổ biến của nước ô nhiễm là ô nhiễm nhiệt Nước công nghiệp được tận dụng cho mục đích làm làm mát và sau đó nước này trở lại vào nước
ở nhiệt độ cao hơn nhiệt độ xung quanh Thủ phạm chính đối với loại này là nhà máy điện, nơi mà sử dụng một khối lượng nước mặt khổng lồ để điều khiển tua-bin và sản xuất điện Lượng nước bị đốt nóng sau đó xả trở lại dòng sông, hồ, cửa sông và biển
Cá là loài vô cùng nhạy cảm với nhiệt độ và chỉ cần nhiệt độ tăng lên một vài độ cũng
có thể gây hệ quả phá hủy cuộc sống của các loài thủy sinh sống trong nước.Vì thế, nhiệt độ của nước phải được giảm bên trong các tháp làm mát tại nhà máy điện trước khi thải ra Cuốn sách này viết về phân tích hóa học, ô nhiễm vật lý và ô nhiễm sinh học, mặc dù chúng quan trọng nhưng sẽ không đi sâu chi tiết
Các nguồn sơ cấp gây ra ô nhiễm nước là nước thải, nước thải công nghiệp, hệ thống mương máng và tràn dầu các loại gây ô nhiễm chính và nguồn được liệt kê tại bảng 4.1 Nhiều chất ô nhiễm vẫn tiếp tục được thải vào nguồn nước hằng ngày Thỉnh thoảng việc thải ra một lượng lớn chất thải thu hút sự quan tâm rất lớn của cộng đồng Ví dụ điển hình: thải lượng chất phóng xạ ngẫu nhiên từ nhà máy xử lí hạt nhân của UK vào biển Ai-len, thí nghiệm hạt nhân ở biển Thái Bình Dương và tai nạn tràn dầu Exxon Valdez
4.1.3Nhu cầu oxy sinh hóa –BOD (Biochemical Oxygen Demand)
Nước thải chảy ra sông hoặc biển từ nhánh của ống thoát nước có thể được xem xét như một nguồn điểm của sự ô nhiễm, nồng độ của các chất ô nhiễm giảm xuống với khoảng cách dòng chảy tới nguồn tăng do bị pha loãng Các chất ô nhiễm hữu cơ có mặt trong nước thải như vấn đề ô nhiễm cu thể Vi khuẩn trong nước thải làm biến đổi các chất ô nhiễm hữu cơ, sử dụng DO (lượng oxy hòa tan) trong quá trình xử lí Lượng oxy cần thiết để phân hủy các chất hữu cơ trong một đơn vị thể tích của nước được gọi là nhu cầu oxy sinh hóa (BOD ) BOD có thể được coi như là 1 đơn vị đo lường của ô nhiễm hữu cơ và nó được xác định đều đặn trong các nhà máy
Trang 6xử lí nước thải và phòng thí nghiệm chất lượng nước Nếu nơi mà ô nhiễm hữu cơ quá mức và dẫn đến BOD quá cao, lượng DO sẽ có thể thấp đi do cung cấp cho cuộc sống dưới nước Sự phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ bắt đầu ngay từ khi nước thải được
chảy ra sông và gần các nguồn điểm ô nhiễm, nơi này gọi là vùng ô nhiễm (pollution
zone) với lượng BOD cao và DO thấp Vùng xuôi dòng xa hơn gọi là vùng phân hủy
chủ động (active decomposition zone), nơi mà lượng DO thấp nhất bởi vì phân hủy sinh hóa các hợp chất hữu cơ ô nhiễm Cuối cùng gọi là vùng phục hồi (recovery zone
) là vùng mà ở đó lượng DO tăng còn lượng BOD giảm bởi vì các chất ô nhiễm hữu
cơ đã bị phân hủy Hầu hết các nguồn nước đều có khả năng làm suy biến nước thải, tuy nhiên vấn đề nảy sinh khi nước chứa đựng quá mức lượng chất hữu cơ, nước thải
có nhu cầu oxy (oxygen-demanding waste) Nếu khả năng tự làm sạch của các nguồn nước tự nhiên bị chế ngự, tất cả lượng DO có thể bị dùng hết, dẫn đến làm cá chết BOD sẽ được trình bày chi tiết hơn trong mục 4.7
4.1.4Phú dưỡng hóa (Eutrophication)
Sự tăng nồng độ của các chất dinh dưỡng trong nước được gọi là sự phú dưỡng hóa Chất dinh dưỡng là các yếu tố cần thiết cần thiết cho sự phat triển của đời sống sinh vật (C, N, P, K, S và các nguyên tố vi lượng) Sự phú dưỡng hóa là quá trình tự nhiên và hợp lí Tuy nhiên hoạt động của con người làm tăng rất nhanh sự có mặt của các chất dinh dưỡng, dẫn đến hiện tượng cultural eutrophication là vấn đề quan tâm chính ở nhiều nơi Hệ thống thoát nước thải và đất canh tác chứa nhiều phân bón chứa
mộ hàm lượng cao nito và phosphor, khi thải vào các nguồn nước có thể dẫn đến sự tăng số lượng của thực vật phù du, hiện tượng này có thể gọi là tảo nở hoa (algal blom) Tảo trở nên rất dày mà làm cho ánh sáng không thể lọt qua được và ở dưới tảo
là vùng chết không có hoặc thiếu ánh sáng Khi tảo còn thối nát lượng oxy hòa tan bị dùng hết, cá thiếu oxy và chúng bắt đầu chết
Vấn đề của sự phú dưỡng hóa là thường xuyên gặp ở các hồ tiếp nhận nước thải giàu chất dinh dưỡng Hiện nay, mối quan tâm được trình bày về sự tồn tại của quá trình phú dưỡng hóa của nước ven biển ở vùng nhiệt đới bởi nước cống và có khả năng gây ảnh hưởng bất lợi tới các rạng san hô Vấn đề phú dưỡng hóa có thể được giải quyết bằng việc đảm bảo rằng nước thải mà khi thải ra nguồn nước chính không chứa quá mức hàm lượng các chất dinh dưỡng Điều này có thể đạt được bằng cách sử dụng phương pháp tiên tiến xử lý nước thải có khả năng loại bỏ các chất này Kiểm soát phospho sẽ hiệu quả hơn kiểm soát nitơ, bởi vì phospho thường là chất chính trong sự phát triển của tảo và phần nhiều nó được thải ra từ các nguồn điểm chẳng hạn như các công trình xử lý nước thải Mặt khác, hầu hết các chất nitơ từ các nguồn khuếch tán như hệ thống thoát nước Xử lý nước thải cấp ba liên quan đến hóa chất keo tụ có khả năng loại bỏ phospho trong nước thải, nhưng hầu hết các nhà máy xử lý nước thải
Trang 7không sử dụng xử lý cấp ba (xem mục 4.1.9) Đảo ngược hiện tượng phú dưỡng của thành phần nước bị ảnh hưởng là có thể nhưng tốn kém.
Bảng 4.2 cung cấp cho các mối quan hệ giữa tình trạng dinh dưỡng của thành phần chính của nước và các thông số đo lường
Bảng 4.2 tiêu chuẩn chất thải cho các hồ và hồ chứa
4.1.5Sự acid hoá (Acidification)
Sự acid hoá của nước ngọt đã được diễn ra trong hơn một thế kỷ, nhưng nó chỉ được công nhận là một vấn đề ô nhiễm nước quan trọng từ cuối những năm 1960 Điều tra về xu hướng pH trong sông và hồ ở Thụy Điển, Na Uy, Canada và
Mỹ cho thấy độ pH giảm trong vòng 40 năm qua và pH trong một số hồ đệm có thể thấp từ 4-4,5 Nguyên nhân của sự acid hóa là sự lắng đọng của mưa acid và điều này được thảo luận trong mục 2.1 Quá trình acid hóa có thể làm cho các kim loại độc hại, chẳng hạn như nhôm ngấm vào dung dịch Một phương pháp để đảo ngược quá trình acid hóa của một hồ nước là bằng cách bón vôi, nhưng đây chỉ là một giải pháp tạm thời
Một nguồn về nồng độ acid trong nước mặt khác là hệ thống thoát nước có lắng đọng hợp chất chứa lưu huỳnh của than, sắt, kẽm, chì và đồng Nước thoát từ các
mỏ than dưới lòng đất và bề mặt đặc biệt có tính acid do sự hiện diện của pyrite (FeS2) trong các vỉa than Pyrite phản ứng với nước và không khí trong sự hiện diện của một số vi khuẩn để tạo acid sulfuric:
2FeS2 + 7O2 + 2H2O → 2FeSO4 + 2H2SO4
Ví dụ 4.1
Trang 8Một mẫu nước sông được phân tích và nồng độ của Ca2+ và CO32- tìm thấy tương ứng là 30 và 0,25 mg L-1 Tính toán mức độ bão hòa với đối với calcite Ksp = 8.7 x 10-9 mol2L-2 của calcite.
Cân bằng giữa muối và các ion hòa tan được xác định bởi tích số tan, Ksp Đối với khoáng calcite trạng thái cân bằng có thể được mô tả bởi:
CaCO3(s) →Ca2+ + CO32- Ksp = [Ca2+][CO32-](s) biểu thị pha rắn Các sản phẩm của các ion hòa tan thực sự đo trong dung
dịch được gọi là ion activity product (IAP) Đối với các trường hợp trên, nồng độ đầu
tiên được chuyển đổi sang đơn vị mol L-1 bằng cách chia cho khối lượng ion tương ứng và sau đó IAP được tính:
IAP> Ksp, dung dịch được bão và muối sẽ kết tủa
IAP = Ksp, có trạng thái cân bằng giữa dung dịch bão hòa và muối.IAP <Ksp, dung dịch chưa được bão hòa và muối hòa tan
Trong trường hợp trên, IAP (3,19 x 10-9) < Ksp (Ksp = 8,7 x 10-9) và dung dịch chưa được bão hòa Cho nên calcite sẽ hòa tan
Mức độ bão hòa = IAP / Ksp = 3,19 x 10-9/8.7 x 10-9 = 0,37
Các quá trình oxy hóa sắt (Fe2+) thành sắt (Fe3+), sắt còn được sản xuất acid sulfuric: 4FeSO4 + 10H2O + O2 →4Fe(OH)3 + 4H2SO4
Hệ thống thoát khu mỏ nước được kiểm soát bằng đóng kín các nguồn bị bỏ rơi, kiểm soát hệ thống thoát nước và xử lý hóa học liên quan đến bón vôi
Đất acid sulfate cũng có thể hoạt động như là một nguồn acid dưới điều kiện môi trường thích hợp Đất acid sulfate giàu pyrit (FeS2) và chúng có xu hướng xuất hiện trong vùng đầm lầy và vùng đồng bằng ven biển Khi hệ thống thoát nước mang oxy vào trong đất, pyrit được oxy hóa thành acid sulfuric theo các phản ứng tương tự như trên Độ pH của nước có thể giảm xuống thấp hơn 4 và độc chất của nhôm được hòa tan vào dung dịch, tạo ra một mối nguy hiểm đáng kể cho đời sống thuỷ sinh Acid sulfate trong đất được tìm thấy chủ yếu ở vùng nhiệt đới, ví dụ được biết đến nhiều nhất là đồng bằng Bangkok ở Thái Lan, nơi đất sulfat acid chiếm khoảng 600
000 ha
Ảnh hưởng của ô nhiễm có tính acid bao gồm:
- Tiêu hủy đời sống thuỷ sinh pH dưới 4, hầu hết các dạng sống ở trên bề mặt nước đều chết
- Tăng cường sự ăn mòn Điều này có thể gây các ảnh hưởng đối với các tàu thuyền, kết cấu xây dựng trong nước (ví trụ như móng cầu) và hệ thống đường ống dẫn nước
Trang 9- Thiệt hại đối với cây trồng nông nghiệp Nếu độ pH của nước tưới giảm xuống dưới 4,5, kim loại độc hại cho cây trồng có thể được ngấm vào dung dịch.
4.1.6Độ mặn (Salinity)
Trong khi hầu hết nước trên thế giới là nước muối (tức là nước biển), độ mặn trong nguồn nước ngọt là không mong muốn Tuy nhiên, nước ngọt có thể trở thành nước muối do:
- Nước thải công nghiệp có xu hướng chứa hàm lượng cao của các muối hữu cơ được hình
thành bởi các quá trình công nghiệp khác nhau
- Đường thoát nước có chứa muối được sử dụng để làm tan chảy băng tuyết trên đường cao tốc
- Hoạt động tưới tiêu làm hòa tan muối từ đất
- Nước biển xâm nhập vào các con sông trong thời gian thủy triều cao và dòng chảy thấp
- Nước muối từ các giếng dầu và hầm mỏ mà đôi khi được giải phóng vào nước ngọt
Độ mặn trong nước ngọt có thể gây ra một số vấn đề:
- Nước mặn không thích hợp như một nguồn nước uống
- Độ mặn có thể ảnh hưởng xấu đến các sinh vật thủy sinh trong nước ngọt, bởi vì không giống như các hình thức sống của sinh vật biển, nó thường không thích nghi với độ mặn cao
- Độ mặn trong nước tưới có thể ảnh hưởng bất lợi đến tăng trưởng của thực vật và sản xuất cây trồng
4.1.7Ô nhiễm ven biển (Coastal Pollution)
Thành phần của nước biển hoàn toàn khác nước ngọt (xem Bảng 4.4); nước biển là một dung dịch điện phân có chứa nồng độ cao các ion Hơn nữa, nước biển có khả năng chống lại sự thay đổi pH sau khi bổ sung acid hoặc kiềm hơn nước ngọt do khả năng đệm lớn hơn Mặc dù là bể chứa lớn nhất trong thủy quyển nhưng khả năng hấp thụ chất thải của các đại dương không phải là vô hạn và đã
có bằng chứng về sự ô nhiễm nước biển trên toàn thế giới Tuy nhiên, các khu vực ven biển bị ảnh hưởng tồi tệ nhất Vùng nước ven biển nhận trực tiếp hai nguồn thải ra từ các chất thải và dòng chảy của các con sông bị ô nhiễm Ô nhiễm vùng ven biển từ lâu đã là một vấn đề lớn trên toàn thế giới và các vấn đề này đang phát triển Ô nhiễm ven biển đặc biệt nghiêm trọng ở các nước đang phát triển, nước thải và chất thải khác được thải ra vùng nước cửa sông và ven biển mà không có bất kỳ xử lý nào trước đó Thông thường, hàm lượng chất dinh dưỡng trong chất thải hữu cơ cao được đưa vào nước thải Mật độ dân số ở các vùng ven biển, ngay cả trong các khu vực mà cho đến gần đây vẫn được coi là hẻo lánh hoặc nguyên sơ, đã được tăng lên do sự mở
Trang 10rộng của du lịch như một nguồn thu ngoại tệ ở nhiều quốc gia phát triển Ảnh hưởng của ô nhiễm ven biển về sức khỏe cộng đồng là một mối quan tâm nghiêm trọng như thủy sản là nguồn dinh dưỡng chủ yếu và là nguồn dinh dưỡng ưa thích trong các quốc gia này Gia tăng ô nhiễm ở các vùng nước ven biển đe dọa cho
du lịch và sản xuất thủy sản Ô nhiễm ven biển mang tới những mối đe dọa sau đây:
● Hiện tượng phú dưỡng (Eutrophication) Xả nước thải có chứa chất dinh
dưỡng cao có thể làm tảo nở hoa và dẫn đến sự khử oxy của vùng nước ven biển Phân hủy của chất hữu cơ làm hết oxy và làm giảm DO có thể dẫn đến cái chết của cá
và các sinh vật khác trong các trang trại nuôi cá ven biển và đánh bắt thủy sản, giảm tổng sản lượng sinh vật biển và nguồn cung cấp thực phẩm
● Tích lũy sinh học của kim loại độc hại (Bioaccumulation of toxic metals)
Kim loại độc hại thải ra trong nước thải có thể được tích lũy sinh học trong hải sản, đặc biệt là ở động vật có vỏ như hàu, trai, sò, đến mức vượt quá tiêu chuẩn chung
về sức khỏe, do đó đưa ra một mối nguy hiểm cho sức khỏe khi ăn hải sản
● Vi sinh vật gây ô nhiễm (Microbial contamination) Việc xả nước thải chưa
xử lí vào nước biển ven bờ mang theo mối đe dọa của ô nhiễm vi sinh vật trong nước và thủy sản Mức độ ngày càng tăng của E coli trong vùng nước ven biển có liên quan tới các triệu chứng bệnh tiêu hóa và da trong số những người tắm Tiêu thụ thủy sản bị ô nhiễm cũng là một vấn đề sức khỏe cộng đồng quan trọng ở các nước đang phát triển Tuy nhiên, sự bùng nổ ngộ độc thực phẩm hải sản, đặc biệt là tôm, cua, sò, hến, không phải là hiếm ngay cả ở các nước đang phát triển, được chứng minh bởi các cảnh báo công khai được cung cấp theo thời gian
● Thủy triều đỏ (Red Tide) Góp phần vào tiềm năng của ô nhiễm ven biển từ
chất độc của tảo nở hoa, được gọi là "thủy triều đỏ", là mối lo nghiêm trọng tại vùng ven biển của nhiều quốc gia đang phát triển Thủy triều đỏ được gây ra bởi sự xuất hiện của một loài trùng tảo đặc biệt; một loài đặc biệt quan trọng ở Đông Á là
Pyrodinium bahamense var compresa Thủy triều đỏ là nguyên nhân về cái chết trong
hơn hai thập kỷ qua, chủ yếu là do ăn những động vật có vỏ từ vùng biển nở hoa của tảo độc.Một giải thích đã được đề xuất cho sự xuất hiện ngày càng tăng của thủy triều
đỏ là sự thay đổi trong tỷ lệ giữa nitơ và phosphor trong nước thải và sự gia tăng dưỡng chất có thể góp phần vào sự thay đổi ưu thế trong vùng khi các loài thực vật phù du, với các loài tảo độc thay thế cho các loài tảo cát
4.1.8Ô nhiễm nước ngầm (Groundwater Pollution)
Nước ngầm từ lâu đã đóng vai trò là nguồn nước uống và điều đó vẫn còn quan trọng cho đến ngày nay Tại Mỹ, khoảng 50% dân số phụ thuộc vào nước ngầm như
là một nguồn nước uống Vì nước ngầm được tách biệt từ mặt đất, hầu hết mọi người cho rằng nước ngầm tương đối tinh khiết và tránh khỏi các chất ô nhiễm Mặc dù hầu
Trang 11hết nước ngầm vẫn có chất lượng cao nhưng tại một số vùng vấn đề duy trì chất lượng nước ngày càng trở nên khó khăn Những nguồn làm bẩn nước ngầm bao gồm:
• Xâm nhập mặn (Saltwater Intrusion) Bơm nước ngầm cao độ có thể gây làm
suy giảm mực nước, tạo điều kiện cho nước biển xâm nhập vào nội địa và làm
ô nhiễm các tầng nước ngầm
• Chôn rác thải (Landfills ) Sự rò rỉ hóa chất từ các bãi chôn rác thải khu đô thị
hoặc khu công nghiệp có thể thâm nhập vào đất và làm bẩn nước ngầm phía dưới Các phương pháp để kiểm soát ô nhiễm nước ngầm bao gồm sử dụng lớp lót để ngăn chặn rò rỉ và hệ thống thu nước rỉ rác thấm từ bãi rác
• Bể chứa ngầm (Underground storage tanks) Chỉ riêng Nam Mỹ đã có khoảng
1,4 triệu bể chứa ngầm bao gồm dầu và các chất độc hại khác Chỉ cần rò rỉ một vài lít trong số các hợp chất này có thể gây ra những hậu quả to lớn về chất lượng nước ngầm
• Nông nghiệp (Agriculture) Một vài tập tính trong sản xuất nông nghiệp góp
phần làm ô nhiễm nước ngầm: sử dụng phân bón và thuốc trừ sâu, tưới và chăn nuôi Nước thải nông nghiệp có thể thấm vào đất và làm bẩn nguồn nước ngầm cung cấp
• Bể tự hoại (Septic tanks) Bể tự hoại thường được sử dụng ở vùng nông thôn
không nối với cống rãnh Thậm chí tại các quốc gia phát triển như Mỹ có khoảng trên 20 triệu bể tự hoại Rò rỉ từ những bể tự hoại thiết kế tồi và hoạt động kém hiệu quả có thể làm bẩn nước ngầm bởi các dưỡng chất, chất độc và
vi sinh vật
• Giếng dầu (Oil wells) Những giếng dầu bị bỏ hoang có thể làm ô nhiễm nước
ngầm bởi nước mặn khi vỏ bao của giếng bị nứt vỡ
• Đường thoát nước (Road drainage) Rải muối trên đường để kiểm soát tuyết,
hóa chất từ các tai nạn tràn dầu và các chất khác dính trên các con đường để làm sạch như đường thoát nước có thể thấm qua tầng nước ngầm
Vẫn còn các nguồn khác bao gồm địa điểm xử lý phóng xạ, chất thải khai thác
mỏ và khai quật các công trình kiến trúc
Nước ngầm khác nước mặt về một vài thông số Vi sinh vật phân hủy các chất
ô nhiễm rất chậm so với các vùng nước mặt do sự vắng mặt của vi khuẩn hiếu khí trong nước ngầm do thiếu oxy Ngoài ra, tốc độ dòng chảy của nước ngầm thông qua khả năng thấm của đá là rất chậm so với tỷ lệ dòng chảy mặt và chất ô nhiễm không thể được pha loãng hoặc phân tán như vậy một cách dễ dàng Tuy nhiên, đá và đất có thể lọc một số chất ô nhiễm
Trang 124.1.9Xử lý nước thải (Wastewater Treatment)
Phòng chống các bệnh lây qua con đường nước là lí do chính cho việc giới thiệu phương pháp kiểm soát ô nhiễm nước Thời trung đại ở châu Âu, nước thải được thải ra đường phố và lưu lại ở đó Tại Anh, việc xả nước thải vào sông đã bắt đầu khoảng năm 1810 Trong cuộc cách mạng công nghiệp, nhiều con sông cực kỳ ô nhiễm và dịch bệnh tả đã trở nên phổ biến Hệ thống thoát nước đầu tiên trên thế giới được lắp đặt tại Hamburg, Đức năm 1843 và hệ thống thoát nước đầu tiên tại Mỹ được xây dựng năm 1855 Hệ thống lọc được giới thiệu lần đầu tại Anh vào đầu thế
kỷ 19 nhưng nó không loại bỏ được tác nhân gây bệnh Năm 1875 Đạo luật y tế cộng đồng (Public Heath Act) đầu tiên được thông qua tại Vương quốc Anh, yêu cầu chính quyền địa phương phải chịu trách nhiệm trong vấn đề xử lý nước thải Hành động này được bắt đầu bằng việc loại bỏ những vi sinh vật nguy hiểm ra khỏi nước thải, nhưng công nghệ cần thiết để làm được điều này gần như không có Đạo luật phòng ngừa ô nhiễm sông (Rivers Pollution Prevention Act) được thông qua tại Vương quốc Anh năm 1876, cấm xả trực tiếp chất thải công nghiệp ra sông Các khu công nghiệp được yêu cầu xả chất thải của họ vào cống dẫn và Hội đồng thị trấn chịu trách nhiệm xử lý nước thải Tại Mỹ, nhà máy xử lý nước thải đầu tiên dược xây dựng năm 1870 và đến năm 1910 khoảng 10% nước thải tại Mỹ được xử lý Công nghệ khử trùng được giới thiệu lần đầu vào đầu thế kỷ 20 tại Anh và việc sử dụng rộng rãi công nghệ này đã làm giảm đáng kể sự xuất hiện của các bệnh truyền qua nước ở nhiều quốc gia Ngày nay, tại nhiều nước phát triển, 100% nước thải được xử lý và nhiều quốc gia đã ban hành khung pháp lý về tiêu chuẩn chất lượng nước (xem phụ lục III) Tuy nhiên tại nhiều nước đang phát triển, xử lý nước thải hầu như không tồn tại và nước thải thô được xả trực tiếp vào nước mặt, gây ra những vấn đề ô nhiễm nước nghiêm trọng
Xử lý nước thải diễn ra tại các nhà máy được thiết kế đặc biệt tiếp nhận nước thải từ các hộ gia đình và khu công nghiệp Một vài khu công nghiệp có thể có nhà máy xử lý nước thải của riêng họ được thiết kế để giảm các chất ô nhiễm đặc biệt phát sinh trong khu vực Sau khi xử lý, nước thải được xả vào nước mặt ( sông, hồ hoặc biển) Xử lí nước thải được phân thành 3 loại: sơ cấp, thứ cấp, bậc 3, để tăng khả năng làm sạch
• Xử lý sơ cấp (bậc 1) Đây là phương pháp xử lý cơ bản nhất có thể loại bỏ hầu
hết các chất rắn trong nước và làm giảm BOD xuống mức vừa phải Nước thải
đi vào nhà máy thông qua một loạt các tấm chắn để loại bỏ các vật thể nổi lớn Sau đó, nước thải đi vào buồng grit nơi có chứa cát, đá, sỏi được đặt theo trọng lực xuống đáy của buồng Sỏi được xử lý tại bãi chôn lấp Nước thải sau đó được đưa vào một bể lắng, tại đây chất rắn lơ lửng được lắng xuống tạo thành
Trang 13bùn được thu gom và xử lý Xử lý sơ cấp loại bỏ khoảng 60% chất hữu cơ và xấp xỉ 35% BOD Đây là dạng cơ bản nhất của xử lý nước và nhiều nhà máy dịch vụ chỉ xử lý sơ cấp.
• Xử lý thứ cấp (bậc 2) Giai đoạn này sử dụng quá trình sinh học để loại bỏ
thêm vật liệu lơ lửng và tiếp tục làm giảm BOD Xử lý thứ cấp thường sử dụng phương pháp bùn hoạt tính, mặc dù các bộ lọc nhỏ giọt cũng được sử dụng Nước thải được đưa vào một bể sục khí (aerotank), nơi nó được trộn lẫn với không khí và bùn hoạt tính tái chế từ các bể lắng tiếp theo Nước thải vẫn còn trong bể trong vài giờ và vi khuẩn hiếu khí, tự nhiên trong bùn, phân hủy các chất hữu cơ ô nhiễm trong nước thải Nước thải sau đó được chuyển sang bể lắng cuối cùng nơi bùn lắng được đưa ra ngoài Một phần bùn này được tái chế trong bể aerotank Hầu hết bùn được đưa đến nơi phân hủy nơi chúng được xử
lý bằng vi khuẩn, trong đó bùn tiếp tục bị phân hủy Metan được tạo ra trong quá trình phân hủy và sẽ được đốt cháy hoặc được sử dụng làm nhiên liệu trong nhà máy Sau đó bùn được phơi khô và sẵn sàng để đem chôn Trong bể lọc, nước thải được phun lên bề mặt của bể tràn với những vật liệu lớn (đá, gạch vụn, ) Vi sinh vật tạo thành một màng trên vật liệu và tiêu thụ các chất dinh dưỡng từ nước thải chảy qua đáy bể Có thể giảm được xấp xỉ 90% chất hữu cơ và BOD bằng xử lý thứ cấp
• Xử lý bậc 3 hay xử lý nâng cao Xử lý bậc 3 được thiết kế để làm giảm nồng độ
của các chất ô nhiễm đặc trưng trong nước thải Nhiều quy trình có thể được sử dụng tùy thuộc vào chất gây ô nhiễm phải được loại bỏ Xử lý bậc 3 có hể loại
bỏ được các chất rắn lơ lửng, phân hủy các hợp chất hữu cơ, phân hủy dưỡng chất (phospho và nitơ) và kim loại nặng Phương pháp này bao gồm lọc cát, lọc carbon, điện phân, thẩm thấu ngược, trao đổi ion và sử dụng các phụ gia hóa học như chất đông tụ (alum) và oxy hóa (ozone, hydrogen peroxide) Một vài quy trình có thể có chi phí khá cao Xử lý bậc 3 có thể loại bỏ nhiều hơn 95% chất ô nhiễm trong nước thải, nhưng nó không được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy xử lý nước thải
Bất kể loại xử lý nào được sử dụng, nước thải cũng được xử lý cuối cùng với khí Clo trước khi xả ra ngoài môi trường Việc này giúp loại trừ vi khuẩn gây bệnh Hiệu quả của xử lý sơ cấp thông thường và quá trình xử lý thứ cấp sử dụng rộng rãi trong các nhà máy xử lý nước được tóm tắt trong bảng 4.3
Nước đầu vào và đầu ra của nhà máy xử lý nước thải được phân tích một vài thông số được thảo luận trong phần sau của chương này Nhiều quy trình xử lý được thiết kế riêng cho từng loại nước thải và do đó xác định loại và nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải thô được xử lý là rất cần thiết Ngoài ra, nước thải được xử lý
Trang 14đáp ứng được tiêu chuẩn ban hành và có thể chắc chắn được xả ra ngoài môi trường cũng rất cần thiết Nhiều quá trình đòi hỏi phải kiểm soát cẩn thận các điều kiện hoạt động (ví dụ pH) và việc thực hiện những nghiên cứu ở nhiều giai đoạn có thể cũng cần thiết
Bảng 4.3 Hiệu quả loại bỏ ô nhiễm theo phần trăm nước thải chưa được xử lý
bằng các quá trình xử lý thông thường trong các nhà máy xử lý nước thải
Chất ô nhiễm/ thông số Hiệu quả xử lý (%)
4.1.10 Xử lý nước uống (Potable Water Treatment)
Trung bình một người Mỹ sử dụng 300 đến 400 lít nước mỗi ngày cho sinh hoạt (nước uống, giặt giũ, nấu ăn, rửa nhà vệ sinh, tưới cây) Khoảng 8% nguồn nước ngọt trên thế giới được sử dụng cho sinh hoạt Nước cung cấp cho sinh hoạt được lấy từ nước ngầm và nước mặt Nước ngầm được lấy từ các tầng ngậm nước (aquifer) bên dưới mực thủy cấp Giếng vẫn được sử dụng để bơm nước ngầm ở những vùng nông thôn Mặc dù nước ngầm thường có chất lượng tốt hơn nước mặt, chúng vẫn có khả năng bị ô nhiễm (xem phần 4.1.8) Nước sinh hoạt thường cần được xử lý để đạt tới những tiêu chuẩn nước uống của thế giới (xem phần phụ lục III) Xấp xỉ khoảng 60% nước sinh hoạt là nước lấy lại từ các dòng sông dưới dạng nước thải Ở những vùng có dân số đông và có nhiều hoạt động công nghiệp, lượng nước thải đến các dòng chảy có thể cao đặc biệt là trong những thời kì khô hạn Như vậy, nước thải chảy vào một con sông có thể tiếp tục đi xuôi dòng và trở thành một nguồn nước cấp cho sinh hoạt ở những vùng khác Nói cách khác, nước thải của một người có thể trở thành nước uống của một người khác và điều quan trọng cuối cùng là liệu chất lượng nước có được duy trì để bảo vệ sức khỏe cộng đồng Nhìn chung, nước dùng cho các hộ sinh hoạt đầu tiên được lưu giữ tại bể chứa, nơi mà những trầm tích nhỏ lắng xuống, đảm bảo độ trong của nước Nước sau đó được xử lý ở nhà máy xử lý nước thải trước khi đưa vào mạng lưới cấp nước đô thị Phương pháp xử lý thay đổi phụ thuộc vào chất lượng nước, nhưng thường là phương pháp lọc và phương pháp hóa học (nhưng khử trùng bằng Clo hay Flo) Ở một số vùng nơi mà có ít nguồn nước ngọt thì người
Trang 15ta sử dụng phương pháp khử muối nước biển Phân tích nước được thực hiện định kì ở những nhà máy xử lý nước để đảm bảo chất lượng nước phù hợp với tiêu chuẩn quy định.
Nhờ vào những phản ứng của cộng đồng (thường được xem là không có cơ sở) đối với chất lượng nước cấp, sự phản đối với vị của clo, nhiều người thích sử dụng nước khoáng đóng chai hơn Phân tích nước được thực hiện định kì ở những nhà máy sản xuất nước đóng chai và những nhà cung cấp được yêu cầu ghi rõ thành phần của nước Mặc dù cả nước đóng chai và và nước sinh hoạt ở những nước phát triền nhìn chung đều an toàn để uống nhưng vẫn có những trường hợp đặc biệt bị nhiễm khuẩn vì không quan tâm tới việc kiểm soát chất lượng trong phòng thí nghiệm Điều này không gây ngạc nhiên, vì có khoảng 1000 chất xuất hiện trong nguồn cấp nước đô thị và những phòng thí nghiệm thì nhìn chung chỉ kiểm tra những chất thường xuất hiện trong nước Nước còn có thể bị nhiễm bẩn trong quá trình phân phối Ví dụ, sự quan tâm đáng kể được thể hiện qua việc ô nhiễm chì trong nước uống trước đây Nguồn chì là từ những ống chì giữa đường dẫn nước chính và các hộ gia đình, những ống chì trong các tòa nhà, chất hàn chì trong những ống đồng và những vòi nước bằng đồng Ngày nay, ô nhiễm chì trong nước uống là mối quan tâm chính ở những tòa nhà cũ Nước còn bị nhiễm bẩn trong quá trình xử lý là kết quả của sự sơ suất, và những sự cố như vậy thường được ghi nhận ở cả nước khoáng đóng chai và nước sinh hoạt
4.1.11 Phân tích nước (Water analysis)
Phân tích nước có thể bao gồm những mẫu sau: nước mặt từ hồ, sông và biển, nước ngầm, nước uống, nước thải công nghiệp và đô thị và nước nồi hơi Nồng độ của những ion trong nước mặt được liệt kê ở bảng 4.4 Chất lượng nước được quan trắc định kì ở những nhà máy xử lý nước và nước thải Những phương pháp được phát triển để phân tích một số lượng lớn chất hữu cơ và vô cơ sử dụng nhiều công nghệ phân tích Những phương pháp đó được ngành công nghiệp nước chấp nhận gọi là phương pháp chuẩn Những phương pháp có thể được tiến hành dựa trên việc sử dụng những thiết bị cơ bản được ghi rõ trong sổ tay, và những thiết bị này phù hợp với những phương pháp chuẩn
Có nhiều bộ dụng cụ phân tích nước có sẵn trên thị trường Chúng đều dựa trên những phương pháp đo màu và phương pháp điện hóa, và chúng thường được sử dụng trong lĩnh vực này Hầu hết những phươn pháp kiểm tra này đều liên quan tới việc thêm tác chất vào dưới dạng viên hay dạng bột Phần sau được thêm dưới dạng gói Những tác chất này thường giống như những chất được sử dụng trong những phương pháp chuẩn nhưng được thêm vào với số lượng ít hơn Những quy trình phát triển cho những bộ dụng cụ kiểm tra này thì tiện lợi và dễ thực hiện Một ví dụ là bộ kiểm tra