bài giảng môn quan trắc môi trường Environmental monitoring

Quan trắc môi trườngQuan 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, q

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

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

Hiện trạng và xu thế biến đổi chất

lượng 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

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.

 Tiêu chuẩn hoặc quy chuẩn môi trường về chất lượng đất, nước không khí được quy định dựa vào

mục tiêu sử dụng hoặc quy chuẩn môi trường

5 Các hoạt động quan trắc

Đánh giá chất lượng bao gồm các hoạt động chính:

 Khảo sát (Survey): thực hiện trong thời gian ngắn (nhất thời) 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

 Giám sát (Surveillance): thực hiện liên tục thông qua các phép 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 trắc

Hoạt động đánh giá Mục đích đánh giá

Đánh giá thông thường

1 Quan trắc đa mục đích Phân bố không gian và thời gian của chất lượng nước

2 Quan trắc xu hướng Theo thời gian ảnh hưởng bởi các tác nhân ô nhiễm (nồng độ/tải lượng)

3 Khảo sát cơ bản Đối tượng và địa điểm xác định, phân bố không gian của chúng

4 Giám sát (Giám sát tuân thủ và Giám sát tác

động)

Theo mục đích cụ thể và theo các thông số xác định

Đánh giá nâng cao

5 Quan trắc nền Hàm lượng nền trong các nghiên cứu quá trình tự nhiên; sử dụng cho mục đích tham khảo trong đánh giá ảnh hưởng và điểm

ô nhiễm

6 Kháo sát nâng cao Phát hiện chất ô nhiễm, khả năng biến động không gian và thời gian trước khi thiết kế trương trình quan trắc

7 Khảo sát khẩn cấp Phát hiện chất ô nhiễm, khả năng phân bố không gian và thời gian phục vụ cho trước khi thiết kết trương trình quan trắc

8 Khả sát ảnh hưởng Lấy mẫu giới hạn về thời gian và không gian, thông thường tập trung vào một vài thông số gần nguồn ô nhiễm

9 Khảo sát mô hình Đánh giá chất lượng nước chuyên sâu giới hạn về thời gian và không gian và số lượng biến Ví dụ: mô hình phú dưỡng, mô

hình cân bằng oxy

10 Giám sát cảnh báo sớm Giựa trên giới hạn cho phép của chất lượng nước theo mục đích sử dụng

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

Trạm cơ sở (baseline station)

môi trường nền

quốc gia, khu vực)

Trạm tác động (impact station)

chôn lấp rác thải, khu dân cư, nhà máy…)

xuất…)

Trạm xu hướng (trend station)

trường do nhiều ảnh hưởng của con người hoặc tự nhiên

Khu nuôi trồng thủy sản

Khu công nghiệp Khu đô thị

Khu vự

c sả

n xu

ất nôngnghiệp

Khu du lịch

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

 Tiêu chuẩn môi trường là giới hạn cho phép của các thông số 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 suy thoái môi trường

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

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

được mô tả dưới đây.

Đối với các mẫu lỏng

sử dụng Phụ thuộc vào giá trị số học, nồng độ được biểu diễn bằng mg/l - ng/l

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

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:

 1g/m3 ≠ 1ppt; 1 mg/m3 ≠ 1 ppm; 1 µg/m3 ≠ 1ppb;

 Để chuyển đổi giữa hai nhóm đơn vị cần phải chuyển về cùng điều kiện chuẩn về nhiệt độ và áp suất (25oC, 1atm), công thức sử dụng như sau:

 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/m3) = MP/RT

3 Các dạng vật chất trong môi trường

 Sinh khối (đơn vị khối lượng/thể tích hoặc diện tích)

 Mật độ (số lượng/thể tích hoặc diện tích)

 Aerosol: các hạt và dung dịch lơ lửng trong không khí

 Bụi trong không khí: kích thước lớn hơn 1 µm

 TSP: tổng các hạt vật chất lơ lửng

 PM: Bụi với các kích thước khác nhau: Bụi lơ lửng và bụi hô hấp

 Các loại hạt mịn: hạt mịn (< 1 µm) – hạt siêu mịn (< 0.2 µm) – hạt nano

 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

 Trong tự nhiên, vật chất tồn tại ở một trong ba dạng: rắn, lỏng, khí.

 Vật chất trong tự nhiên không đứng yên mà luôn luôn vận động thể hiện ở hai mặt:

 Hai yếu tố cơ bản ảnh hưởng tới trạng thái tồn tại của chất nhiễm bẩn trong môi trường

đó là:

Ví dụ quá trình nhiễm bẩn vào đất

Các quá trình chuyển hóa

Chuyển hóa hóa học

Các quá trình chuyển hóa Chuyển hóa sinh học

Chương 3 Đảm bảo và kiểm soát chất lượng

Khái niệm

 Bảo đảm chất lượng (Quality Assurance - QA) trong quan trắc môi trường là một hệ thống tích hợp

các hoạt động quản lý và kỹ thuật trong một tổ chức nhằm bảo đảm cho hoạt động quan trắc môi trường đạt được các tiêu chuẩn chất lượng đã quy định

 Kiểm soát chất lượng (Quality Control - QC) trong quan trắc môi trường là việc thực hiện các biện

pháp để đánh giá, theo dõi và kịp thời điều chỉnh để đạt được độ chính xác và độ tập trung của các phép

đo theo yêu cầu của các tiêu chuẩn chất lượng nhằm bảo đảm cho hoạt động quan trắc môi trường đạt các tiêu chuẩn chất lượng quy định

1 QA/QC trong xác định mục tiêu

 Đảm bảo chất lượng chỉ có thể thực hiện tốt khi các yêu cầu về sản phẩm được xác định rõ ràng, cụ thể Nhu

cầu thông tin chung chung là không có ý nghĩa Nhưng có những yếu tố làm phức tạp việc xác định các nhu cầu thông tin, đặc biệt là trong hợp tác quốc tế về quan trắc và đánh giá môi trường

 Ví dụ: thiếu các thuật ngữ, định nghĩa cần thiết; sự gò bó do chuyên ngành của các chuyên gia; những thoả thuận phải đạt được

 Kiểm soát chất lượng trong xác định mục tiêu quan trắc được thực hiện bằng các văn bản hiện thực hóa mục

tiêu quan trắc và báo cáo khả thi

2 QA/QC trong thiết kế chương trình quan trắc

1 Bảo đảm chất lượng

 Xác định các thông số cần quan trắc, bao gồm: tên thông số, đơn vị đo, độ chính xác cần đạt được

 Phương pháp phân tích: sử dụng phương pháp phân tích phù hợp với mục tiêu đề ra

 Trang thiết bị quan trắc môi trường: sử dụng trang thiết bị phù hợp với phương pháp

 Hoá chất, mẫu chuẩn: phải có đầy đủ các hoá chất và mẫu chuẩn theo quy định của từng phương pháp phân tích.

 Nhân sự: người thực hiện quan trắc và phân tích phải có trình độ chuyên môn phù hợp

 Xử lý số liệu và báo cáo kết quả:

2 Kiểm soát chất lượng

 lập kế hoạch lấy mẫu đáp ứng được yêu cầu mục tiêu của chương trình quan trắc và phân tích môi trường.

3 QA/QC ngoài hiện trường

Bảo đảm chất lượng

 Các nhân viên lấy mẫu đều đã được đào tạo và tập huấn.

 Chuẩn bị công tác thực địa chu đáo: dụng cụ, thiết bị, hoá chất thuốc thử bảo quản mẫu phải đầy đủ và phù hợp

 Đảm bảo rằng các phương pháp lấy mẫu đều được phổ biến tới tất cả các nhân viên ở trong nhóm quan trắc

 Đảm bảo rằng dụng cụ lấy mẫu và máy móc đo đạc hiện trường phải được bảo trì và hiệu chuẩn định kỳ, sổ sách bảo trì cần phải được lưu giữ.

 Quy định thống nhất về nhận dạng mẫu được lấy bao gồm dán nhãn lên tất cả các mẫu được lấy, trên đó ghi chép chính xác ngày tháng, địa điểm, thời gian lấy mẫu

và tên người lấy mẫu, số mã hiệu của mẫu bằng mực không thấm nước.

 Quy định về tiến hành bảo quản mẫu cho từng thông số chất lượng nước, trầm tích, phù du, vi sinh vật theo các chỉ dẫn trong các tiêu chuẩn tương ứng.

 Bảo đảm độ chính xác của các phép đo, phân tích ngoài hiện trường khi các điều kiện môi trường không được đảm bảo

 Quá trình chuẩn bị thuốc thử và bảo quản;

 Phương pháp chuẩn bị mẫu QC

3 QA/QC ngoài hiện trường

Quản lý chất lượng

 Mẫu trắng dụng cụ chứa mẫu: Mẫu trắng loại này nhằm kiểm soát sự nhiễm bẩn do quá trình rửa, bảo quản dụng cụ.

 Mẫu trắng dụng cụ lấy mẫu: Mẫu loại này nhằm kiểm soát mức độ ô nhiễm trong quá trình bảo quản, sử dụng dụng cụ lấy mẫu.

 Mẫu trắng thiết bị lọc mẫu

 Mẫu trắng hiện trường:

 Mẫu đúp (mẫu chia đôi): Mẫu này sử dụng để đánh giá các sai số ngẫu nhiên và hệ thống do có sự thay đổi trong thời gian lấy và vận chuyển mẫu về phòng thí

nghiệm.

 Mẫu lặp theo thời gian: Mẫu loại này để đánh giá sự biến động theo thời gian của các thông số môi trường trong khu vực.

 Mẫu lặp theo không gian: Mẫu loại này dùng để đánh giá sự biến động theo không gian của các thông số môi trường.

 Mẫu chuẩn đối chứng hiện trường: là lượng nước tinh khiết có chứa chất phân tích (chất chuẩn) biết trước nồng độ được mang từ phòng thí nghiệm ra hiện trường

 Mẫu lặp hiện trường: Mẫu QC loại này được sử dụng để kiểm soát độ chụm của việc lấy mẫu ngoài hiện trường.

 Mẫu thêm

4 QA/QC trong vận chuyển

a Bảo đảm chất lượng

 Vận chuyển mẫu: việc vận chuyển mẫu phải bảo đảm ổn định về mặt số lượng và chất lượng Thời gian vận chuyển và nhiệt độ của mẫu thực hiện theo TCVN đối với từng thông số quan trắc và cách bảo quản mẫu

 Giao và nhận mẫu: phải có biên bản bàn giao

b Kiểm soát chất lượng

 Mẫu trắng vận chuyển: Mẫu trắng vận chuyển dùng để xác định sự nhiễm bẩn có thể xẩy ra khi xử lý, vận

chuyển và bảo quản mẫu

 Mẫu chuẩn đối chứng vận chuyển Mẫu chuẩn đối chứng vận chuyển dùng để xác định cả sự nhiễm bẩn và

sự mất mát chất phân tích có thể xảy ra khi xử lý mẫu, vận chuyển và bảo quản mẫu đồng thời cũng để xác định sai số phân tích

6 QA/QC trong phòng thí nghiệm

a Bảo đảm chất lượng

 Phương pháp phân tích

 Trang thiết bị

 Điều kiện và môi trường phòng thí nghiệm: phải đáp ứng được các yêu cầu của chỉ

tiêu phân tích đã được nêu trong phương pháp phân tích.

 Quản lý mẫu phân tích

 Bảo đảm chất lượng số liệu

6 QA/QC trong phòng thí nghiệm

b Kiểm soát chất lượng

 Mẫu trắng thiết bị (Blanks): sử dụng nước cất để làm mẫu trắng nhằm đánh giá độ nhiễu của thiết bị và xác

định giới hạn phát hiện của thiết bị

 Mẫu trắng phương pháp (Method Blanks): Mẫu trắng phương pháp đánh giá gới hạn phát hiện của phương

pháp, đánh giá mức độ tinh khiết của hoá chất sử dụng

 Mẫu lặp (Replcates/Duplicates):

 Chuẩn thẩm tra (Control Standards)

 Chuẩn so sánh (Refrence Standards)

 Mẫu chuẩn đối chứng (CRMs):

 Mẫu đồng hành (Surrogate Compounds): Mẫu đồng hành thường sử dụng khi phân tích các hợp chất hữu cơ

như PAHs, thuốc trừ sâu

7 QA/QC trong xử lý số liệu

 Lưu trữ tất cả các tài liệu, hồ sơ gốc về hoạt động quan trắc đã lập

 Các số liệu đo, thử tại hiện trường và phân tích trong phòng thí nghiệm phải được kiểm tra, tính toán và xử

lý Trường hợp phát hiện ra sai sót trong các hoạt động QTMT thì phải báo cáo để có quyết định huỷ bỏ

những số liệu đó

 Tuyệt đối trung thực với kết quả

 Các kết quả phân tích trước khi ghi chép vào sổ phải được kiểm tra đối chiếu với các sổ sách gốc như: nhật

ký thực địa, sổ ghi kết quả phân tích Việc kiểm tra được thực hiện bởi ít nhất 1 người có trách nhiệm trong phòng thí nghiệm

QA/QC trong lập báo cáo HTMT

 Các trạm quan trắc, tổ chức, cá nhân thực hiện QTMT quốc gia phải lập Báo cáo kết quả QTMT sau mỗi đợt quan trắc và báo cáo tổng hợp kết quả QTMT hàng năm dựa trên kết quả quan trắc và phân tích của các đợt quan trắc trong năm

 Các Báo cáo kết quả QTMT từng đợt và hàng năm được phải bảo đảm tính trung thực, kịp thời, chính xác và khách quan Các Báo này phải được kiểm tra và được lãnh đạo của các đơn vị thực hiện QTMT ký, đóng dấu xác nhận trước khi giao nộp cho Cục Bảo vệ môi trường thuộc Bộ Tài nguyên và Môi trường

Chương 4 Xây dựng chương trình quan trắc

Thiết kế chương trình quan trắc

1. Xác định rõ mục tiêu quan trắc

2. Xác định rõ kiểu, loại quan trắc

3. Xác định các thành phần môi trường cần quan trắc

4. Xác định các thông số môi trường cần quan trắc

5. Lập danh mục các thông số quan trắc theo thành phần môi trường: các thông số đo tại hiện trường, các thông số phân tích trong phòng thí

nghiệm

6. Lựa chọn phương án quan trắc, xác định các nguồn tác động, dạng chất gây ô nhiễm chủ yếu đối với khu vực quan trắc; xác định vấn đề,

đối tượng rủi ro tiềm năng trong khu vực quan trắc; xác định ranh giới khu vực quan trắc và dự báo các tác động hoặc những biến đổi có thể xảy ra trong khu vực quan trắc

7. Thiết kế phương án lấy mẫu: xác định tuyến, điểm lấy mẫu và đánh dấu trên bản đồ hoặc sơ đồ;mô tả vị trí, địa lý, toạ độ điểm quan trắc

(kinh độ, vĩ độ) và ký hiệu các điểm quan trắc

Thiết kế chương trình quan trắc

8. Xác định tần suất, thời gian, phương pháp lấy mẫu, phương pháp quan trắc và phân tích

9. Xác dịnh quy trình lấy mẫu, thể tích mẫu cần lấy, loại dụng cụ chứa mẫu, loại hoá chất bảo quản, thời gian lưu mẫu, loại mẫu và số

lượng mẫu kiểm soát chất lượng mẫu (mẫu QC)

10. Lập danh mục và kế hoạch bảo trì, bảo dưỡng, hiệu chuẩn các thiết bị hiện trường và thiết bị phòng thí nghiệm, bao gồm cả phương

tiện bảo đảm an toàn lao động

11. Lập kế hoạch nhân lực thực hiện quan trắc, trong đó nhiệm vụ cụ thể của từng cán bộ phải được phân công rõ ràng

12. Lập dự toán kinh phí thực hiện chương trình quan trắc, bao gồm cả kinh phí thực hiện bảo đảm chất lượng và kiểm soát chất lượng

trong quan trắc và phân tích môi trường

13. Xác định các tổ chức, cá nhân tham gia thực hiện chương trình