Đang tải... (xem toàn văn)
Chương 2 CHẤT LƯỢNG NƯỚCNước là thành phần quan trọng hàng đầu của tầng sinh quyển. Khả năng phục vụ của tầng sinh quyển đối với cuộc sống cũng như sức khỏe và chất lượng cuộc sống phụ thuộc vào chất lượng nước. Việc được cung cấp đầy đủ nguồn nước sạch đóng vai trò quan trọng sống còn đối với nông nghiệp, dân sinh, các hoạt động giải trí, cuộc sống tự nhiên, các hoạt động sản xuất, khai thác… Do sự cạnh tranh nguồn nước tăng lên, việc quản lý và bảo vệ hợp lý nguồn nước trở nên quan trọng. Trong lịch sử, nhiệm vụ cơ bản của phát triển nông nghiệp đã được xác định là sản lượng, tức là tối đa hóa khả năng trồng trọt và năng suất. Khi sản lượng được coi là mục tiêu hàng đầu thì chất lượng môi trường dần trở nên xấu đi. Sự suy giảm môi trường sống tự nhiên đã kích thích những thay đổi lớn trong các hoạt động khoa học và sản xuất. Hiện nay, các mục tiêu duy trì và cải thiện chất lượng môi trường đóng vai trò quan trọng trong sự phát triển các chiến lược thiết kế và quản lý. Nông nghiệp, lâm nghiệp, xây dựng… và những lĩnh vực phát triển khác đều chịu sự điều hành của chính quyền địa phương và trung ương về các vấn đề liên quan đến sử dụng nước, quản lý dòng chảy, và sự vận chuyển các chất ô nhiễm.
Chương CHẤT LƯỢNG NƯỚC Nước thành phần quan trọng hàng đầu tầng sinh Khả phục vụ tầng sinh sống sức khỏe chất lượng sống phụ thuộc vào chất lượng nước Việc cung cấp đầy đủ nguồn nước đóng vai trò quan trọng sống nông nghiệp, dân sinh, hoạt động giải trí, sống tự nhiên, hoạt động sản xuất, khai thác… Do cạnh tranh nguồn nước tăng lên, việc quản lý bảo vệ hợp lý nguồn nước trở nên quan trọng Trong lịch sử, nhiệm vụ phát triển nông nghiệp xác định sản lượng, tức tối đa hóa khả trồng trọt suất Khi sản lượng coi mục tiêu hàng đầu chất lượng môi trường dần trở nên xấu Sự suy giảm môi trường sống tự nhiên kích thích thay đổi lớn hoạt động khoa học sản xuất Hiện nay, mục tiêu trì cải thiện chất lượng môi trường đóng vai trò quan trọng phát triển chiến lược thiết kế quản lý Nông nghiệp, lâm nghiệp, xây dựng… lĩnh vực phát triển khác chịu điều hành quyền địa phương trung ương vấn đề liên quan đến sử dụng nước, quản lý dòng chảy, vận chuyển chất ô nhiễm Rất nhiều trường hợp điển hình giới cho thấy hoạt động theo hướng trọng vào sản lượng gây mối đe dọa suy giảm môi trường Dưới số ví dụ: Tại thung lũng San Joaquin, bang California, Mỹ, hàm lượng selen hồ Kesterson tăng lên đến mức gây dị tật nghiêm trọng cho loại chim cư trú Selen tồn tự nhiên bị thấm rỉ từ vùng tưới chảy theo kênh tiêu San Luis vào hồ Do hồ cửa thoát nước, hoạt động bể bốc chất hòa tan bị cô đặc đạt tới nồng độ nhiễm độc Hồ mương tiêu bị yêu cầu đóng lại Bộ Nội vụ Mỹ không cho phép mương tiêu hoạt động từ năm 1986 Vấn đề tiêu cho vùng San Luis Thung lũng Trung tâm chưa giải Hoạt động sản xuất chăn nuôi tập trung số vùng Mỹ gây cân dinh dưỡng chất dinh dưỡng hấp thụ qua thức ăn (và sau thải thành chất thải) vượt lượng sử dụng hiệu trồng Sự sử dụng mức loại chất thải động vật vào đất canh tác gây ô nhiễm nguồn nước mặt nước ngầm Các chất phụ gia thức ăn đồng, kẽm tích tụ đất đến giới hạn gây nhiễm độc trồng Ngoài có gia tăng hoóc môn kích thích chất kháng sinh thức ăn Một dự án tưới lớn Liên Xô (cũ) xây dựng nhằm chuyển lượng nước lớn từ hai sông Amu Darya Syr Darya để tưới cho vùng biển Aral biên giới Kazakhstan Uzbekistan Tổn thất bốc vượt lượng nước lấy vào Diện tích bề mặt biển bị giảm xuống gần nửa dung tích giảm khoảng ¾ kể từ đầu năm 1960 với 21 đường bờ biển bị lùi vào khoảng 10 km Một vùng biển giàu sản lượng cá bị biến thành vùng nước mặn, thích hợp cho loài sống sót Việc khai thác lượng lớn nước sông Colorado miền Tây Mỹ Mexico làm thay đổi môi trường sinh thái nhánh hạ lưu lưu vực khu vực vịnh California Lượng nước sử dụng cho mục đích tưới cấp nước đô thị Do khai thác mức, mực nước sông Colorado đạt tới cao trình cửa cống thoát vịnh California năm mưa nhiều Những trang trại lớn miền Trung nước Mỹ tập trung hàng ngàn gia súc khu vực tương đối nhỏ Nước thải từ khu vực giàu dinh dưỡng gây tác động xấu để chúng xâm nhập vào nguồn nước mặt Việc tập trung dòng chảy áp dụng biện pháp xử lý giảm phần lớn lượng dinh dưỡng thải từ hoạt động trang trại chăn nuôi Rất nhiều loại thuốc diệt cỏ sử dụng phổ biến tìm thấy nguồn nước, hàm lượng chúng vượt ngưỡng cho phép sức khỏe Mặc dù sử dụng không thường xuyên việc bảo quản không tốt hóa chất nước rửa dụng cụ thường bị cho nguyên nhân gây nhiễm bẩn nguồn nước Sự quan tâm đến vấn đề dẫn tới số thay đổi lớn loại hóa chất phép sử dụng Các quy định mức chấp nhận việc hòa tan hóa chất rửa dụng cụ đề xuất để ngăn chặn nguồn ô nhiễm trực tiếp Rất nhiều trạm xử lý chất thải đô thị, nước thải mặt đất, bùn cát có chứa lượng kim loại nặng Độ pH đất vùng cần quản lý chặt chẽ nhiều năm để đảm bảo lượng kim loại tồn dạng không bị hòa tan không hoạt động Nếu để xảy sai sót việc khiến cho kim loại thấm vào nguồn nước ngầm Những ví dụ cho thấy nhiều hoạt động dù ý cẩn trọng có gây tác hại không dự tính cho khu vực thường xa vùng mà hoạt động thực Tác động hoạt động riêng biệt khu vực nhỏ không quan trọng, tác động tích lũy chúng ảnh hưởng lớn Nhiều tổ chức có trách nhiệm quản lý hệ sinh thái trao quyền điều hành hoạt động phạm vi địa phương, nhà nước, khu vực, lưu vực sông Tác động người làm cho hệ sinh thái thay đổi nhiều, tiếp diễn Sức ép tăng dân số yêu cầu cải thiện tiêu chuẩn sống tiếp tục ảnh hưởng đến trình phát triển Các nhà khoa học có trách nhiệm vừa phải đáp ứng nhu cầu xã hội vừa phải bảo vệ lợi ích xã hội từ việc trì, cải thiện chất lượng môi trường chất lượng nguồn tài nguyên Để đối phó với thách thức đó, nhà khoa học cần phải có kinh nghiệm nhiều lĩnh vực để có khả sử dụng nguồn tài nguyên nhằm đạt mục đích sử dụng tối đa với tác động tối thiểu đến môi trường Họ phải có kinh nghiệm việc đề xuất sách nhằm hạn chế, ngăn chặn, yêu cầu hoạt động có tính chắn Các nhà khoa học có thẩm quyền cần có tiếng nói việc thay đổi sách điều luật công cộng 21 Các vấn đề chất lượng nước Các thông số chất lượng nước đo trực tiếp gồm có hàm lượng chất ô nhiễm sinh học, hóa học vật lý Chất lượng môi trường sống thủy sinh bao gồm thêm thông số khác nhiệt độ, đặc điểm dòng chảy, độ đục, ôxy hòa tan Tiêu chuẩn chất lượng nước thay đổi tùy theo mục đích sử dụng Các tiêu chuẩn quy định ban hành nước uống, nước xả từ trạm xử lý nước thải công nghiệp dân sinh, nước xả bề mặt từ hoạt động nông nghiệp, hoạt động lâm nghiệp lượng nước thải mặt đất Tổ chức điều hành cao Mỹ Cơ quan bảo vệ môi trường (EPA), nhiều tổ chức hành pháp địa phương nhà nước áp đặt tiêu chuẩn Hầu hết tiêu chuẩn tổ chức công bố mạng internet Rất nhiều yếu tố liên quan đến tình trạng chất lượng nước: pH, nhiệt độ, ô xy hòa tan, độ đục, chất lắng cặn, chất dinh dưỡng, chất vô khác, độ cứng, chất hữu cơ, độ mặn, thuốc trừ sâu, chất lỏng không hòa tan nước, chất ô nhiễm từ hoạt động người chất hòa tan, PCB (Polychlorinated biphenyl: hợp chất hữu có từ đến 10 nguyên tử clo gắn vào biphenyl, phân tử bao gồm hai vòng benzen), chất độc dioxin Để xác định cách xác tình trạng chất lượng nước cần ý vấn đề sau: Nguyên nhân nguồn gây ô nhiễm: tự nhiên, nguồn gốc người, hay hai? Độ lớn cường độ nguồn ô nhiễm? Hàm lượng: (1) không gây tác hại, (2) chịu được, (3) nhiễm độc hoạt động lâu dài, (4) nhiễm độc tức thời Tác động đến môi trường đất, thực vật, hay loài thủy sinh Độ hòa tan, độ bay hơi, tỷ trọng Các dạng lý tính hóa tính chiếm ưu Cơ chế vận chuyển, lưu chuyển, khuyếch tán Các phản ứng, sinh học hay hóa học, nước ngầm nước mặt Mức độ phản ứng Sự phân chia chất tan nước chất rắn Sự hấp thụ đất chất hữu Sự tồn môi trường Chu kỳ bán phân rã Các sản phẩm trung gian Kiểu tan vỡ Phương pháp đánh giá Có thể định lượng? Cách đo? Phương pháp phân tích chuẩn Xử lý, xả tháo? Các phương pháp có sẵn Hiệu Giá thành Tính thực tế Các yêu cầu kiểm soát quy định Cơ quan có quyền? Các vấn đề chất lượng nước không đơn giản Danh sách kể cho thấy nhiều yếu tố vật lý, hóa học, sinh học, kinh tế, xã hội, trị… đóng vai trò quan trọng Trong khuôn khổ giới thiệu số vấn đề chất lượng nước, số chủ đề thảo luận kỹ 21 2.1 Tình trạng dinh dưỡng Nước phân loại dựa điều kiện dinh dưỡng (liên quan đến hàm lượng chất dinh dưỡng) hay hiệu suất sử dụng Việc phân loại dinh dưỡng dựa tỷ lệ thay đổi liên tục từ dinh dưỡng thấp (tương ứng với tình trạng nghèo dinh dưỡng hiệu suất thấp) trung dưỡng (hàm lượng chất dinh dưỡng vừa phải hiệu suất trung bình) phú dưỡng (giàu dinh dưỡng hiệu suất cao) Sức sản xuất cao lúc cần thiết Rất nhiều loài cá sống tốt nước có điều kiện dinh dưỡng thấp, nơi nước có xu (độ sâu trung bình đĩa Secchi – Hình 2.1 - khoảng m) Nước tình trạng phú dưỡng (hay nước trương nở) có xu bị đục (độ sâu trung bình đĩa Sechi thấp m) Hàm lượng lớn chất hữu làm cho hệ thống phú dưỡng (Hình 2.2) có xu bị thiếu ôxy Bảng 2.1 giới thiệu số tiêu chuẩn xác định tình trạng dinh dưỡng khác Cùng với phát triển tự nhiên, điều kiện dinh dưỡng hồ chứa thay đổi từ nghèo dinh dưỡng đến phú dưỡng thông qua tích tụ chất hữu chất lắng cặn Quá trình diễn hàng nghìn năm Tác động người làm tăng nhanh trình này, tạo trình ngược lại thông qua hoạt động nhằm cải thiện quản lý dinh dưỡng điều chỉnh xói mòn (xem thêm Chương đến 10 12 đến 14) Hình 2.1 Đĩa Secchi Đĩa thả sâu xuống nước nhìn thấy Độ sâu đo số độ suốt nước Hình 2.2 Tảo hồ chứa nước Iowa (Nguồn: Lynn Betts, NRCS) 21 Bảng 2.1 Phân loại tình trạng dinh dưỡng Tình trạng dinh dưỡng Đặc điểm xác định Dinh dưỡng thấp Nước trong, hàm lượng chất hữu chất lắng cặn thấp, hoạt động sinh học mức tối thiểu Trung dưỡng Nước giàu dinh dưỡng hơn, suất sinh học cao Phú dưỡng Nước giàu dinh dưỡng với suất sinh học cao Một số loài không thở Trương nở (Siêu phú dưỡng) Nước đục, tối, suất cao, gần đạt tới tình trạng đất ngập nước Một số loài sinh vật nước không sống Loạn dưỡng (không thiết phần chuỗi dinh dưỡng) Nghèo dinh dưỡng, nhiều màu sắc chất hữu hòa tan Nguồn: Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ (Environmental Protection Agency - EPA, 2004) Mức độ phú dưỡng nước đánh giá định lượng cách sử dụng số tình trạng dinh dưỡng (TSI - Trophic State Index) liên quan đến kết hợp độ sâu đĩa Secchi hàm lượng tổng nitơ, tổng phốtpho chất diệp lục a (ví dụ: Carlson, 1997) Một số số phát triển để áp dụng cho loại nước tình trạng nguồn nước khác 2.2 Ô xy hòa tan (DO) Chất lượng nước tự nhiên, môi trường sống loài thủy sinh, có mối quan hệ mạnh mẽ với lượng ôxy nước Do có bề mặt tiếp xúc với khí quyển, trao đổi khí nước không khí thường đủ để cung cấp cho số lượng lớn loài Tuy nhiên, số điều kiện, trao đổi khí không đủ nhanh để cung cấp đủ cho tất nhu cầu Khi đó, sinh vật có nhu cầu hàm lượng ôxy hòa tan thấp tồn tại, sinh vật có nhu cầu ôxy hòa tan cao bị chết ngạt Hiện tượng cá chết kết cạnh tranh Lượng ôxy hòa tan thay đổi nước tự nhiên theo chiều sâu cột nước Trong suối nước nông chảy nhanh, pha trộn theo phương thẳng đứng mang ôxy xuống đến tầng đáy Trong dòng chảy chậm đầm lầy, pha trộn yếu Trong nguồn nước có nhu cầu ôxy cao so với lượng cung cấp hòa tan khuyếch tán tầng gần đáy bị thiếu hụt ôxy 2.3 Các nguồn gây ô nhiễm Bất kỳ vật chất hay sinh vật tồn dạng số lượng hàm lượng mang tính có hại không chấp nhận bị xem chất gây ô nhiễm Trong số trường hợp, chất gây ô nhiễm xảy tự nhiên, lây lan ảnh hưởng chúng chịu ảnh hưởng hoạt động người, trường hợp xảy selen hồ Kesterson đề cập Ngoài ra, nhiều chất gây ô nhiễm 21 tạo phân bố trực tiếp hoạt động người Các nguồn không tính từ công nghiệp, đô thị nông nghiệp gây ô nhiễm cho nguồn nước mặt nước ngầm Các nguồn gây ô nhiễm quan trọng vùng nông thôn bao gồm phân bón, thuốc trừ sâu, chất thải động vật, nước thải dân sinh, nông nghiệp Sự phát sinh khói gas từ ống khói hay phương tiện giao thông lan diện rộng khí trước ảnh hưởng đến mặt đất Ô nhiễm sinh học Vi sinh vật nước uống vấn đề quan tâm mang tính toàn cầu Chúng bao gồm vi rút, vi khuẩn, tảo, động vật nguyên sinh (động vật đơn bào) Mặc dù hầu hết vi sinh vật vô hại chí có lợi có nhiều mầm bệnh Trẻ em, người già, người có sức đề kháng yếu… nhạy cảm với nguồn nước gây bệnh Nguồn phổ biến mầm bệnh từ chất thải người động vật Hình 2.3 giới thiệu kích cỡ chất gây ô nhiễm sinh học đề cập phần 2.4 Động vật nguyên sinh (đơn bào) Nang động vật nguyên sinh thay đổi từ đến 15 µm Những loại phổ biến gồm có Giardia lamblia, Entamoeba histolytica, Cryptosporidium, chúng gây bệnh tiêu chảy viêm dày Schistosomiasis tìm thấy bờ sông suối vùng nhiệt đới nguyên nhân gây bệnh dịch vùng (Mc Cutcheon nnk, 1992) Hình 2.3 Kích cỡ tương đối chất gây ô nhiễm sinh học 21 2.5 Vi khuẩn Vi khuẩn có kích cỡ từ 0,2 đến 0,6 µm Chúng gây bệnh tả (Vibrio cholerae), sốt thương hàn (Sahnottella), dịch lỵ (lỵ Shigella tuýp 1) Các nguồn nước bị nhiễm vi khuẩn thường kết hợp với nghèo nàn điều kiện vệ sinh hệ thống bảo vệ sức khỏe cộng đồng Trực khuẩn Escherichia bao gồm nhiều trực khuẩn đường ruột hầu hết u bướu lành ruột loài động vật máu nóng Xét nghiệm trực khuẩn phân thường sử dụng phổ biến để đưa số nhiễm khuẩn cấp nước Trong thập kỷ gần đây, vài trạng thái nhiễm độc phát nguyên nhân bệnh tiêu chảy chí suy giảm chức thận (Mead & Griffin, 1998) Sự nhiễm khuẩn thường thông qua thực phẩm bị ô nhiễm tươi sống chưa nấu chín, thông qua tiếp xúc trực tiếp với cá thể bị nhiễm bệnh 2.6 Vi rút Vi rút vi sinh vật nhỏ nhất, có kích thước khoảng 0,01 đến 0,03 µm Vi rút thương hàn gây nhiễm khuẩn dày động vật có vú tiết qua phân Khi nguồn cấp nước bị ô nhiễm, lây nhiễm dễ xảy Nước chứa vi khuẩn cần quan tâm bao gồm viêm gan A, vi rút tuýp Norwalk, vi rút rota, vi rút V.A, vi rút đường ruột, vi rút Reo (AWWA, 1990), hầu hết chúng gây nhiễm khuẩn đường ruột đường hô hấp Vi rút gây viêm màng não vô khuẩn, viêm não, nhiễm khuẩn tủy, viêm tim Phương pháp phòng chống hiệu cần có hệ thống vệ sinh chăm sóc y tế tốt Ô nhiễm hóa học 2.7 Các đơn vị nồng độ Có số phương pháp thể lượng chất tan đơn vị khối lượng hay thể tích dung dịch Mỗi phương pháp phù hợp với trường hợp ứng dụng cụ thể Nồng độ phân tử lượng số phân tử gam chất tan kg dung môi Nồng độ phân tử gam số phân tử gam chất tan lít dung dịch Nồng độ tiêu chuẩn số đương lượng gam chất hòa tan lít dung dịch Đương lượng gam xác định cách lấy trọng lượng phân tử gam chia cho đương lượng hydro (hóa trị) chất Nồng độ khối lượng khối lượng chất tan đơn vị thể tích dung dịch Hầu hết tiêu chuẩn chất lượng nước báo cáo phòng thí nghiệm sử dụng đơn vị nồng độ mg/l µg/l Đương lượng lít số phân tử gam chất tan nhân với hóa trị chất tan lít dung dịch Phần triệu (ppm) số gam chất tan triệu gam dung dịch Những nồng độ nhỏ biễu diễn phần tỷ (ppb) phần nghìn tỷ Trong dung dịch nước, tổng hàm lượng chất tan nhỏ 10.000 ppm nhiệt độ dung dịch khoảng °C, nồng độ phân tử gam phân tử lượng coi 21 ppm mg/l Tương tự vậy, ppb µg/l Với hầu hết trường hợp thực tế, tương đương sử dụng cho tổng chất tan nhỏ 10.000 ppm nhiệt độ thấp 100 °C Đối với nồng độ cao cần có hiệu chỉnh tỷ trọng (Freeze Cherry, 1979) Do nồng độ đo mg/l (hay ppm) sử dụng tính toán hóa học, chúng chuyển đổi sang phân tử gam phân tử lượng: M = mg l 1000× W 2.1 M nồng độ phân tử gam, W phân tử lượng Ví dụ 2.1: Kali brôm (KBr) sử dụng thí nghiệm KBr đưa vào bình phun nhằm hiệu chỉnh để sử dụng cho 200 lít nước hécta Bao nhiêu dung dịch 0,1N KBr cần phải pha với nước để có 200 l dung dịch g/ha chất Br? Lời giải: Dung dịch 0,1N chứa 0,1 phân tử gam chất tan lít dung dịch Phân tử gam brôm 79,9 g, dung dịch chứa 0,1 × 79,9 = 7,99 g Br/l Để có 8g Br, trộn lít brôm 0,1N với 199 lít nước 2.8 Dinh dưỡng đa lượng: Nitơ phốtpho Nitơ (N) phốtpho (P) thành phần dinh dưỡng quan trọng quan tâm xét đến chất lượng nước Cả N P có nước tự nhiên Khi tồn lượng đáng kể N P, bùng phát tảo thực vật thủy sinh xảy Tảo cạnh tranh mạnh mẽ cho dinh dưỡng thủy sinh phản ứng nhanh với thay đổi điều kiện dinh dưỡng Sự phong phú bất thường của chất dinh dưỡng dẫn đến phát triển nhanh tảo (nở hoa), gây mùi vị khó chịu Khi tảo chết bị phân hủy, ô xy hòa tan nước bị suy giảm, làm chết cá quần thể động vật thủy sinh Trong môi trường nước ngọt, vi khuẩn xyano (tảo lục lam) có khả tổng hợp nitơ từ khí quyển, phốtpho thường yếu tố hạn chế Trong môi trường nước cửa sông, nitơ thường yếu tố hạn chế Nồng độ thấp khoảng 0,1 mg/l nitrát nitơ (NO 3-N) đủ để gây bùng phát tảo môi trường cửa sông (Mallin, 1994) Sự giàu lên chất dinh dưỡng đa lượng sông, hồ, cửa sông, vùng ven biển, từ nguồn nước thải nông nghiệp đô thị, thường gọi tượng phú dưỡng (Carpenter nnk, 1998) khuyến cáo nguyên nhân tăng số lượng vi sinh vật, ví dụ Pfisteria piscicida (Glasgow & Burkholder, 2000) Sự xuất thường xuyên tảo có hại nở hoa (thường gọi không “thủy triều đỏ”) tương ứng với tăng mức độ ô nhiễm nhiều vùng giới, nhiên bất đồng mối liên hệ nguyên nhân Nitơ chiếm khoảng 78% khí quyển, thể khí (N 2) sử dụng trực tiếp cho hầu hết loại trồng Nitơ cung cấp thông qua phân bón hóa 21 học (như u rê (NH2)2CO, amoni-nitrát NH4NO3, hay amoni khan NH3), dạng hữu nước thải hay chất thải động thực vật, để tăng sinh trưởng trồng Các chất vô sử dụng chúng tan nước đất Các chất hữu trước hết phải khoáng hóa (chuyển đổi sang dạng vô cơ) Khi chất hữu phân hủy, chúng sản sinh amoni (hoặc amonium) Trong điều kiện háo khí, với độ ẩm lượng carbon đầy đủ, amoni (hoặc amonium) nhanh chóng bị chuyển đổi thành nitrít sau nitrát, dạng anion có khả hòa tan cao dễ biến đổi N dạng nitrát dễ bị thấm lọc qua đất gây nên nguy ô nhiễm nước ngầm Nitrát di chuyển với khoảng cách đáng kể nước ngầm mà không bị suy giảm nồng độ Các vùng đệm ven sông có hiệu việc loại bỏ nồng độ định nitrát từ nước ngầm chảy (Gilliam nnk, 1997) Quản lý nước lưu vực điều chỉnh hệ thống tiêu (Chương 14) giảm thiểu lượng nitơ từ nước thải nông nghiệp Hình 2.4 mô tả tuần hoàn nitơ Nitrát dạng N có liên quan nhiều đến nguy sức khỏe Nồng độ cao nitrát nước uống gây tượng methemoglobenemia (hội chứng em bé xanh), trước hết ảnh hưởng đến em bé có liên quan đến xảy thai tự phát (đối với người động vật) Mức độ gây ô nhiễm tối đa (Maximum Contaminant Level MCL) theo tiêu chuẩn EPA 10 mg/l nitrát-N MCL nitrít-N mg/l hàm lượng nitrít tự nhiên thấp vi khuẩn đất nhanh chóng chuyển hóa nitrít thành nitrát Hình 2.4 Tuần hoàn nitơ (SCS, 1992) 21 Nitơ xâm nhập vào mặt nước dạng Amoni thể khí sản sinh từ chất thải động vật xâm nhập vào khí Các ôxít nitơ sinh trình đốt nhiên liệu hóa thạch nhà máy điện, chất thải hỏa táng, hay động đốt Lơ lửng khí xâm nhập vào đất hay nước thông qua trình trầm lắng hay hòa tan nước mưa Các ôxit nitơ điôxit lưu huỳnh nguyên nhân tượng mưa axit Phốtpho có tự nhiên dạng hợp chất vô cơ, dần biến đổi trình phong hóa hóa học Các trầm tích giàu phốtphát khai thác để sản xuất phân bón sản phẩm phốtphát khác Phốtpho tìm thấy chất hữu Phốtpho cung cấp cho đất dạng hữu phân bón hóa học (ví dụ: supephốtphát Ca(H2PO4)2·H2O) Hình 2.5 trình bày vòng tuần hoàn phốtpho rút gọn vị trí xả thải Phốtphát hòa tan hấp thụ đất kết hợp với sắt nhôm để hình thành hợp chất không hòa tan P không di chuyển với nước đất, ngoại trừ trường hợp lượng P xâm nhập vào đất cao đến mức vượt khả hấp thụ đất Kiểu vận chuyển chủ yếu xói mòn nước, mang P bám hạt đất vào nước mặt Các biện pháp chống xói mòn (các Chương đến 10) đất ướt (Chương 12) có hiệu cao việc giới hạn lượng P nước Nếu chất thải chứa phốtpho xâm nhập vào bề mặt đất mà hấp thụ, chúng dễ dàng bị tách trôi theo nước P hòa tan xâm nhập vào nước bề mặt theo cách Không có MCL phốtpho nước uống Lượng phốtpho vượt bị thải thường không gây mối đe dọa sức khỏe Kali thường kết hợp với N P thành dinh dưỡng đa lượng, không liên quan đến vấn đề sức khỏe chất lượng nước Không có MCL lượng kali nước uống Hình 2.5 Cân lượng phốtpho vị trí xả thải với biến đổi đất (tuần hoàn phốtpho rút gọn – SCS (1992)) 21 2.9 Các chất hóa học vô Có hàng nghìn chất hóa học nước với hòa tan hàm lượng độc tố thay đổi lớn Một vài chất phổ biến quản lý cấp liên bang Mỹ gồm có Asen, bari, berili, cátmi, crôm, đồng, xyanua, florua, chì, thủy ngân, selen, tali Nguồn chất gồm có chất thải từ kim loại nhà máy lọc dầu, nước thải công nghiệp hệ thống ống dẫn trình phân rã Sự tích tụ khoáng chất tự nhiên gây nồng độ cao vài vị trí Một số khác tìm thấy phân bón bổ sung thức ăn động vật Khái niệm kim loại nặng thường sử dụng rộng rãi để chất antimon, thạch tín, cátmi, crôm, đồng, chì, thủy ngân, kẽm Thuật ngữ sử dụng để nguyên tố có trọng lượng nguyên tử thay đổi từ trọng lượng nguyên tử đồng đến thủy ngân (Kennish, 1992) có trọng lượng riêng lớn 4,0 (Connell & Miller, 1984) Phần nhiều số chất dinh dưỡng thiết yếu Các nguyên tố không thiết yếu làm ảnh hưởng đến sinh vật thay nguyên tố hóa học tương tự Một vài nguyên tố (ví dụ asen, chì, hay thủy ngân) sử dụng thuốc trừ sâu, không tiếp tục sử dụng tồn nguyên tố nồng độ chúng chuỗi thức ăn Các kim loại nặng thường bám dính vào khoáng chất đất hay chất hữu cơ, hình thành nên hợp chất phức tạp Nồng độ hòa tan thường thấp Sự tăng độ mặn, tăng lượng ôxy sẵn có hay giảm pH có xu hướng đẩy ion kim loại vào dung dịch, làm cho chúng động (Connell & Miller, 1984) Các chất vô bao gồm hợp chất có chứa ion phổ biến natri, canxi, magiê, clorua Độ cứng nước thường xác định tổng nồng độ cation kim loại (phổ biến canxi magiê) dung dịch có phản ứng với xà phòng natri để sinh thể rắn chất lắng dạng bọt phản ứng với anion Độ cứng thể mg/l đương lượng gam CaCO Bảng 2.2 trình bày thay đổi nồng độ tương ứng với phân hạng độ cứng Tổ chức Khảo sát Địa chất Mỹ Độ cứng vấn đề phổ biến nước ngầm vùng có đá carbonat đá màu vàng cam Nước mưa tự nhiên có độ axit nhẹ hòa tan dần khoáng chất thấm qua chúng Độ cứng mức cản trở chất tẩy gây tích tụ hệ thống đốt nóng thiết bị tưới Lượng natri mức (liên hệ chặt chẽ đến canxi magiê) đất có xu hướng phân tán đất sét hạn chế chuyển động không khí nước đất Clorua vượt mức 250 mg/l, với tồn natri, gây vị mặn nước Các trồng có sức chịu đựng khác nồng độ muối nước đất (Chương 15) Bảng 2.2 Phân loại độ cứng nước Mô tả Đương lượng CaCO3 (mg/l) Mềm Tương đối cứng Cứng Rất cứng - 60 60 - 120 120 - 180 > 180 Nguồn: U.S Geological Survey (2004) 21 Các MCL chất vô trình bày Bảng 2.3 Danh mục đầy đủ tham khảo tiêu chuẩn EPA tổ chức quản lý khác 2.10 Các chất hóa học hữu Hóa chất hữu bao gồm hàng nghìn hợp chất, tự nhiên nhân tạo Các chất ý chất lượng nước gồm thuốc trừ sâu (ví dụ: alachlor, atrazine, carbofuran, lindane) hóa chất công nghiệp, dung môi đặc biệt (ví dụ: benzen, toluen, xylene, tetra-clorua carbon) Rất nhiều số xác nhận bị nghi ngờ tác nhân gây ung thư Xu sản xuất thuốc trừ sâu theo hướng đặc hữu có chu kỳ bán phân rã ngắn môi trường Đây tiến đáng kể so với loại thuốc trừ sâu bền vững thạch tín, thủy ngân, hydrocacbon khử trùng (ví dụ: DDT) Các MCL chất vô trình bày Bảng 2.3 Danh mục đầy đủ tham khảo tiêu chuẩn EPA tổ chức quản lý khác địa phương Rất nhiều rắc rối ô nhiễm nước ngầm việc đổ thuốc trừ sâu pha loãng không sử dụng nước rửa thiết bị trực tiếp mặt đất gần giếng cấp nước Hoạt động quản lý tốt cần miếng lót bê tông với hầm chứa - đặt xa giếng - nơi tiến hành làm thiết bị pha loãng hóa chất Tập trung nước hợp lý hầm chứa ngăn ngừa ô nhiễm trực tiếp tới đất nước ngầm Bảng 2.3 Một số tiêu chuẩn chất lượng nước uống Vi sinh vật MCLG MCL1 TT1 (mg/L)2 Các tác động tiềm đến sức khỏe Nguồn gốc ô nhiễm (mg/L)2 Cryptosporidium TT3 Bệnh dày, đường Chất thải rắn từ ruột (tiêu chảy, nôn người động vật mửa, chuột rút) Giardia lamblia TT3 Bệnh dày, đường Chất thải rắn từ ruột (tiêu chảy, nôn người động vật mửa) Legionel TT3 Viêm phổi nhiễm Tìm thấy khuẩn, thường gọi nước tự nhiên, viên phổi tăng lên nhiều lần hệ thống làm nóng Tổng coliform (bao gồm coliform chất thải rắn Ecoli) 5.0%4 Vi rút (đường ruột) TT3 Được sử dụng số tiềm tồn vi khuẩn có hại khác5 Coliform tự nhiên ; coliform chất thải rắn Ecoli chất thải rắn người động vật Bệnh dày, đường Chất thải rắn từ ruột ( tiêu chảy, nôn người động vật 21 mửa) Chất tẩy sản phẩm tẩy rửa MCLG MCL1 TT1 (mg/L)2 Các tác động tiềm đến sức khỏe Nguồn gốc ô nhiễm (mg/L)2 MRDL = 4,01 Chloramin (như Cl2) MRDL G = 41 Tổng trihalomethane (TTHMs) n/a6 0,08 Hóa chất vô MCLG MCL1 TT1 (mg/L)2 Sưng tấy mắt, mũi; khó chịu dày; thiếu máu Phụ gia sử dụng để kiểm soát vi khuẩn Các vấn đề gan, thận, hệ thần kinh trung ương; tăng nguy ung thư Sản phẩm tẩy trùng nước uống Các tác động tiềm đến sức khỏe Nguồn gốc ô nhiễm (mg/L)2 Amiang (sợi > 10µm) triệu sợi / lít MFL Nitrat (đo đạc dạng Nitơ) 10 10 Trẻ nhỏ tháng uống nước có lượng nitrát vượt MCL bị ốm nặng chí tử vong Triệu chứng gồm thở ngắn hội chứng da xanh Dòng chảy chứa phân bón sử dụng; rò rỉ từ thùng chứa nhiễm khuẩn, nước thải; xói mòn bồi tích tự nhiên Nitrit (đo đạc dạng Nitơ) 1 Trẻ nhỏ tháng uống nước có lượng nitrát vượt MCL bị ốm nặng chí tử vong Triệu chứng gồm thở ngắn hội chứng da xanh Dòng chảy chứa phân bón sử dụng; rò rỉ từ thùng chứa nhiễm khuẩn, nước thải; xói mòn bồi tích tự nhiên 0,05 0,05 Rụng tóc cụt móng tay; tê ngón tay ngón chân; vấn đề tuần hoàn máu Nước thải từ nhà máy lọc dầu, hầm mỏ; xói mòn từ trầm tích tự nhiên MCLG MCL1 TT1 (mg/L)2 Các tác động tiềm đến sức khỏe Nguồn gốc ô nhiễm 0,002 Các vấn đề mắt, gan, thận, lách; thiếu máu; tăng Nước thải chứa thuốc diệt cỏ luống Selen Hóa chất hữu Tăng nguy phát Phân rã xi triển polip đường măng ống ruột lành tính dẫn nước; xói mòn từ bồi tích tự nhiên (mg/L)2 Alachlor 21 Atrazine Hóa chất hữu nguy gây ung thư 0,003 0,003 Các vấn đề hệ tim mạch; sinh sản khó khăn Nước thải chứa thuốc diệt cỏ luống MCLG MCL1 TT1 (mg/L)2 Các tác động tiềm đến sức khỏe Nguồn gốc ô nhiễm (mg/L)2 Carbofuran 0,04 0,04 Các vấn đề máu hay hệ thần kinh; sinh sản khó khăn Chlordane 0,002 Các vấn đề gan Phần cặn hệ thần kinh; tăng thuốc diệt mối bị nguy ung thư cấm 2,4-D 0,07 0,07 Các vấn đề thận, gan, hay tuyến thượng thận Nước thải chứa thuốc diệt cỏ luống Dinoseb 0,007 0,007 Sinh sản khó khăn Nước thải từ thuốc diệt cỏ sử dụng cho đậu tương rau Diquat 0,02 0,02 Bệnh đục thủy tinh thể Nước thải chứa thuốc diệt cỏ Endothall 0,1 0,1 Các vấn đề dày Nước thải chứa đường ruột thuốc diệt cỏ Glyphosate 0,7 0,7 Các vấn đề thận; sinh sản khó khăn Nước thải chứa thuốc diệt cỏ 0,0002 0,0002 Các vấn đề gan thận Nước thải, nước rò rỉ từ việc sử dụng thuốc diệt côn trùng trại chăn nuôi, khai thác gỗ Methoxychlor 0,04 0,04 Sinh sản khó khăn Nước thải, rò rỉ từ thuốc diệt côn trùng sử dụng cho ăn quả, rau, cỏ, chăn nuôi Picloram 0,5 0,5 Các vấn đề gan Nước thải chứa thuốc diệt cỏ 0,0005 Thay đổi da, vấn đề tuyến mồ hôi; suy giảm miễn dịch; khó khăn sinh sản hệ Dòng chảy mặt đất; Nước thải hóa học Lindane Chất khử trùng biphenyls (PCBs) Rò rỉ thuốc hun đất sử dụng cho lúa cỏ linh lăng 21 thần kinh; tăng nguy ung thư Simazine 0,004 0,004 Các vấn đề máu Nước thải chứa thuốc diệt cỏ Nguồn: Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ (EPA, 2003) Định nghĩa: Mức ô nhiễm tối đa (MCL): Mức cao chất gây ô nhiễm cho phép nước uống MCL chọn lựa gần với MCLG sử dụng kỹ thuật xử lý tốt không tốn MCL tiêu chuẩn thực Mục tiêu mức ô nhiễm tối đa (MCLG): Mức ô nhiễm nước uống mà thấp không đe dọa đến sức khỏe MCLG cho phép hệ số an toàn dùng mục tiêu sức khỏe công cộng Mức tồn dư tối đa chất tẩy (MRDL): Mức cao cho phép chất tẩy nước uống Có chứng thuyết phục cho thêm vào lượng chất tẩy cần thiết để kiểm soát nhiễm khuẩn Mục tiêu mức tồn dư tối đa chất tẩy (MRDLG): Mức chất tẩy nước uống mà thấp không ảnh hưởng đến sức khỏe MRDLG không phản ánh lợi ích việc dùng thuốc tẩy để kiểm soát nhiễm khuẩn Kỹ thuật xử lý (TT): Quy trình cần tiến hành để giảm thiểu mức độ ô nhiễm nước uống Đơn vị thường dùng mg/l trừ trường hợp đặc biệt, mg/l tương đương với đơn vị phần triệu (ppm) Các nguyên tắc xử lý nước mặt EPA yêu cầu hệ thống sử dụng nước mặt nước ngầm tác động trực tiếp nước mặt phải (1) tẩy uế nước, (2) lọc nước đạt tiêu chuẩn để lọc, nhằm kiểm soát chất gây ô nhiễm theo mức độ sau: • Cryptosporidium: (tiêu chuẩn 1/1/2002 cho hệ thống > 10.000 14/1/2005 cho hệ thống < 10.000) loại bỏ 99% • Giardia lamblia: Cô lập loại bỏ 99,9% • Vi rút: Cô lập loại bỏ 99,99% • Legionella: Không giới hạn, EPA cho Giardia vi rút bị cô lập loại bỏ Legionella bị kiểm soát • Độ đục: Độ đục không vượt NTU; hệ thống lọc phải đảm bảo độ đục không cao NTU (0,5 NTU lọc trực tiếp hay lọc thông thường) 95% mẫu nước hàng ngày tháng Theo tiêu chuẩn 1/1/2002 cho hệ thống >10.000 14/1/2005 cho hệ thống [...]... trong nước ngầm ở các vùng có nền là đá carbonat như đá màu vàng cam Nước mưa tự nhiên có độ axit nhẹ và hòa tan dần những khoáng chất này khi thấm qua chúng Độ cứng quá mức cản trở các chất tẩy và có thể gây ra sự tích tụ trong các hệ thống đốt nóng hoặc thiết bị tưới Lượng natri quá mức (liên hệ chặt chẽ đến canxi và magiê) trong đất có xu hướng phân tán đất sét và hạn chế chuyển động của không khí và. .. sâu pha loãng không sử dụng và nước rửa thiết bị trực tiếp trên mặt đất gần giếng cấp nước Hoạt động quản lý tốt nhất hiện nay cần một miếng lót bê tông với một hầm chứa - đặt xa giếng - nơi tiến hành làm sạch thiết bị và pha loãng hóa chất Tập trung nước hợp lý trong các hầm chứa sẽ ngăn ngừa ô nhiễm trực tiếp tới đất và nước ngầm Bảng 2.3 Một số tiêu chuẩn chất lượng nước uống Vi sinh vật MCLG 1... lửng do xói mòn từ các vùng đất cao (đất nông nghiệp và các loại đất bị tác động, xem Chương 7), xói mòn bờ sông suối (Chương 10), hay sự tách ra của các phần tử nằm ở đáy sông suối Kích cỡ và lượng bùn cát vận chuyển phụ thuộc vào năng lượng của dòng chảy, các sông suối có dòng chảy xiết có tiềm năng vận chuyển cao hơn so với các dòng sông suối có dòng chảy êm (Chương 6, 7, và 10) Các dòng chảy rất xiết... đất ướt, bao gồm phục hồi các vùng đất ướt đã bị suy thoái, hay thành lập các vùng mới để bù lại các vùng đất ướt hiện tại bị hư hại không thể tránh được Một MOA đa tổ chức năm 1994 đặt NRCS vào vị trí tổ chức lãnh đạo việc xác định, mô tả các vùng đất ướt thuộc đất nông nghiệp thuộc cả CWA và FSA (Chương 12 sẽ nói kỹ hơn về các kiểu và quá trình hình thành các vùng đất ướt) Mỗi điều luật mới sẽ được... chất lượng nước của việc ngăn dòng xây đập Mục 303(d) của CWA yêu cầu các bang xác định các nguồn nước bị ô nhiễm và tính toán mức xả thải tối đa/ngày (TMDL), đại lượng chỉ rõ tổng số các chất ô nhiễm khác nhau từ nhiều nguồn khác nhau mà lưu vực phải chịu đựng (Chương 5) Mục 319 thiết lập Chương trình Quản lý nguồn ô nhiễm điểm và cấp vốn cho các dự án thực hiện, trợ giúp về tài chính và kỹ thuật, giáo... chất lượng nước hiện hành có thể tìm thấy từ các nguồn tài liệu của EPA, USGS, COE, NRCS hoặc Parsons và nnk (2001) Nhiều nhóm tư vấn cung cấp chương trình, tài liệu, hỗ trợ và đào tạo về mô hình chất lượng nước Khoa học trong chất lượng nước Các nhà khoa học có vai trò thế nào trong bảo vệ và cải thiện chất lượng nước? Những công cụ nào cần phải có? Trước hết, nhà khoa học phải hiểu thật kỹ về các... cho mỗi mét nước trong các giếng có đường kính 10, 15, và 25 cm 2.3 Chọn một hệ thống cấp nước tại địa phương (ví dụ: hệ thống cấp nước đô thị) Xác định nguồn nước của hệ thống, và chỉ ra biện pháp xử lý được áp dụng Các biện pháp xử lý này có phụ thuộc vào mùa trong năm không? Tại sao và như thế nào (nếu có)? 2.4 Tính thời gian cần cho các hạt cát (0,05 - 1 mm), phù sa (0,002 – 0,05 mm), và sét (< 0,002... mềm nước Ion natri được chứa trong một lớp lọc đệm zeolit (nhựa tổng hợp silicat nhôm) Khi nước chảy mạnh qua lớp đệm, ion natri bị trao đổi với các ion canxi và magiê Lớp đệm zeolite được phục hồi định kỳ (ứng với ion Na+ và Cl-) nhờ được rửa bằng muối Nước nghèo ion cũng được tạo ra bởi quy trình tương tự như vậy Các ion trong nước được trao đổi với H+ và OH-, những ion kết hợp để hình thành nước. .. đơn vị phần triệu (ppm) 3 Các nguyên tắc xử lý nước mặt của EPA yêu cầu các hệ thống sử dụng nước mặt hoặc nước ngầm dưới sự tác động trực tiếp của nước mặt phải (1) tẩy uế nước, và (2) lọc nước hoặc đạt tiêu chuẩn để không phải lọc, nhằm kiểm soát các chất gây ô nhiễm theo các mức độ sau: • Cryptosporidium: (tiêu chuẩn 1/1/2002 cho các hệ thống > 10.000 và 14/1/2005 cho các hệ thống < 10.000) loại bỏ... cỡ và số lượng các hạt có trong nước sẽ quyết định loại thiết bị lọc thích hợp Các thiết bị lọc được sử dụng trong các hệ thống tưới tiết kiệm nước (Chương 18) để loại bỏ các hạt lơ lửng như cát nhỏ, phù sa, sét, hay tảo Chúng cũng được sử dụng phổ biến trong các hệ thống xử lý nước công cộng hoặc cá nhân Các thiết bị lọc cát có công suất và hiệu suất khác nhau, phụ thuộc vào kích cỡ của thiết bị và