Tốc độ tự làm sạch của nước phụ thuộc vào tính chất của chất hữu cơ gây ô nhiễm. Có những chất hữu cơ dễ dàng bị phân hủy như protein, đường, chất béo... và cũng có những chất khó phân hủy như lignin, cenlulo... Những chất hữu cơ clo hóa như DDT, BHC (benzen hecxa clorua)... có tính bền sinh học cao nên tồn tại khá lâu trong nước. Các chất mùn là những chất hữu cơ phức tạp rất bền đối với sự phân hủy sinh học nên thường tồn tại dưới dạng bùn cặn màu đen hay nâu đen.
c) Lực sinh học
- Vi khuẩn: là loại vi sinh vật quan trọng nhất trong việc phân rã các chất hữu cơ và là tác nhân thu gom có hiệu quả chất hữu cơ trong dung dịch loãng. Vi khuẩn oxy hóa chất hữu cơ có thể tự cung cấp đủ năng lượng nhằm tổng hợp những phần tử hữu cơ
phức tạp cần cho sự hình thành các tế bào mới. Sự hấp thụ thức ăn của vi khuẩn diễn ra trên toàn bộ bề mặt của nó. Mỗi vi khuẩn có một diện tích bề mặt rất lớn so với trọng lượng của nó. Diện tích bề mặt của vi khuẩn khô là 62.500 m2/kg, trong khi đó
ở người chỉ có 0,168 m2/kg.
- Tảo: tảo không phân rã chất hữu cơ. Dưới tác dụng của ánh sáng mặt trời, tảo và các loài thực vật sống trong nước sử dụng CO2 hòa tan và các thành phần dinh dưỡng thực vật để thực hiện quá trình quang hợp tạo ra oxy. Bằng cách này tảo có vai trò thúc đẩy quá trình phân hủy háo khí.
- Động vật nguyên sinh: các động vật nguyên sinh trong nước không chỉ tiêu thụ các chất hữu cơ chết mà còn sử dụng cả tảo và vi khuẩn làm thức ăn cho mình, do đó góp phần giữ sự cân bằng sinh học thích hợp trong dòng chảy.
- Giáp xác: có vai trò tương tựđộng vật nguyên sinh. Giáp xác sử dụng tảo và động vật nguyên sinh làm thức ăn.
- Giun: sử dụng bùn cặn lắng đọng ở đáy sông làm thức ăn nên giun giữ vai trò lớn trong quá trình phân hủy chất lắng đọng.
d) Các chất độc
Sự có mặt của bất kỳ các chất độc nào (kim loại nặng, cyanua, fenol...) cũng sẽ làm giảm khả năng tự làm sạch của dòng chảy do chúng tiêu diệt hoặc ngăn cản sự phát triển của các vi sinh vật. Tác hại của chất độc trong trường hợp này phụ thuộc vào bản chất của chất độc và nồng độ của nó trong nước.
e) Các đặc tính vật lý của dòng chảy
Tốc độ, lưu lượng, độ sâu, mặt cắt ngang, đặc tính đáy (sỏi, cuội, cát...), độ nhám lòng kênh dẫn… của dòng chảy đều là những yếu tốảnh hưởng đến tốc độ khuếch tán oxy từ
không khí vào nước gây ảnh hưởng đến quá trình tự làm sạch của nước.
f) Sự pha loãng
Khi chất độc được xả vào dòng chảy thì sự pha loãng có vai trò quan trọng trong việc làm giảm mức độ ô nhiễm tạo điều kiện cho quá trình hoạt động phân hủy của các vi sinh vật hiếu khí. Nước pha loãng có thểđến từ các nguồn khác nhau như nước ngầm, nước từ các sông nhánh, nước tiêu trong khu vực, đặc biệt trong thời gian có mưa.
g) Các điều kiện thời tiết khí hậu
Ánh nắng mặt trời thúc đẩy quá trình quang hợp tạo oxy nên có vai trò thúc đẩy nhanh sự
tự làm sạch. Hoạt động của gió có tác dụng làm tăng quá trình khuếch tán oxy từ khí quyển vào nước tạo điều kiện tốt cho sự phân hủy háo khí.
h) Sự lắng đọng
Bùn cặn ở đáy dòng chảy được tạo ra do sự sa lắng của các chất lơ lửng trong nước thải và do sự đông tụ của các chất keo, sự tạo thành các mùn không tan. Sự oxy hóa những chất lắng đọng này có thể diễn ra trong một thời gian dài. Chất lắng đọng bùn cặn do nhu cầu oxy cao có thể tác động xấu đến sự tự làm sạch do thiếu oxy hòa tan.
Quá trình phân hủy yếm khí trong lớp bùn cặn này thường kèm theo sự tạo khí làm bùn cặn bịđẩy nổi lên mặt nước.
i) Nhiệt độ
Nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến tốc độ các phản ứng sinh hóa nên là một yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ tự làm sạch của dòng chảy.
V.3. QUẢN LÝ LƯU VỰC NƯỚC NGẦM
Việc phát triển tối đa nguồn nước ngầm cho các mục đích kinh tế và xã hội cần được hiểu như vấn đề quy hoạch hoàn chỉnh một lưu vực. Chúng ta cần nhận thức rằng lưu vực ở đây là một hồ chứa nước ngầm và việc sử dụng nước của một hộ này sẽ có ảnh hưởng
đến việc cấp nước của các hộ khác. Các mục tiêu quản lý phải được lựa chọn để phát triển và vận hành các bể chứa ngầm. Để làm được điều này chúng ta phải nghiên cứu về
nhiều lĩnh vực như địa chất thủy văn, kinh tế, tài chính, luật pháp, chính trị... Việc phát triển kinh tế tối ưu nguồn nước của một lưu vực đòi hỏi phải có một sự nghiên cứu tổng hợp, sự phối hợp sử dụng nước mặt và nước ngầm. Sau khi đánh giá được tổng lượng nước và chuẩn bị cho những kế hoạch quản lý cần phải có những quyết định thực thi bởi các cơ quan chức năng của nhà nước và các tổ chức chuyên ngành.
V.3.1. Những nội dung về quản lý lưu vực nước ngầm
Quản lý lưu vực ngầm bao gồm các chương trình phát triển và sử dụng nguồn nước dưới
đất cho những mục tiêu đã đề ra mà phổ biến nhất là các vấn đề kinh tế, xã hội. Nhìn chung điều mong muốn của chúng ta là lấy được lượng nước ngầm lớn nhất với chất lượng cho phép và giá thành kinh tế nhất. Vì lưu vực ngầm được xem như một bể chứa ngầm, song do các đặc tính thủy văn địa chất nên việc lấy nước thông qua các giếng ở
một vị trí này sẽảnh hưởng đến lượng nước phải lấy ở tất cả các vị trí khác trên lưu vực. Nước ngầm được khai thác như các tài nguyên khác nhưng đây là một nguồn khá đặc biệt vì nó là một tài nguyên có thể khôi phục lại được. Tuy nhiên trong thực tếđiều này chỉ
xảy ra khi tồn tại sự cân bằng giữa nguồn nước trả lại cho lưu vực từ bề mặt và lượng nước bơm lên từ các giếng.
Việc sử dụng nước ngầm ban đầu chỉ là một vài giếng nằm rải rác trên lưu vực, song ngày càng nhiều giếng được đào hơn và đến một lúc nào đó lưu lượng nước lấy lên vượt quá lưu lượng bổ sung lại cho các bể ngầm. Sau thời điểm này nếu tiếp tục khai thác nước ngầm mà không có sự quản lý sẽ dẫn đến làm cạn kiệt và phá hủy các bể chứa nước ngầm. Ngoài ra hiện tượng xâm nhập mặn cũng gây ảnh hưởng đến các bể chứa ngầm. Các dự báo về yêu cầu sử dụng nước trong tương lai đã chỉ ra rằng nếu không có sự quản lý hoặc thiếu sự quản lý các bể chứa ngầm thì không thể hy vọng tiếp tục có đủ nguồn nước cho các mục đích kinh tế và xã hội. Mục tiêu quản lý sẽ bao gồm việc sử dụng một cách kinh tế nguồn nước ngầm và cung cấp nguồn nước một cách liên tục để đáp ứng yêu cầu ngày một tăng về nguồn nước ngầm.
Bảng 5.6. Một sốưu điểm và hạn chế của các bể chứa ngầm và chứa mặt
Bể chứa ngầm Hồ chứa mặt
Ưu điểm Hạn chế
Ở nhiều dưới lòng đất, không chiếm diện tích
Chỉ có một số vị trí thuận lợi, đất bị mất khá nhiều
Không hoặc ít bốc hơi Tổn thất do bốc hơi là đáng kể
Không sợ nguy cơ phá hủy Dễ bị các hư hỏng và phá hủy
Nhiệt độ nước không thay đổi Nhiệt độ nước dao động theo thời gian Khá sạch Từ bẩn cho đến rất bẩn
Không bị nhiễm và các chất thải phóng xạ Dễ bị phóng xạ
Không cần hệ thống dẫn nước để sử dụng
hoặc nếu cần thì không quá lớn Cần kênh mương dẫn nước đi xa
Hạn chế Ưu điểm
Muốn có nước cần phải bơm Tự chảy
Chỉ trữ và dẫn đến sử dụng (1 mục đích) Có thể sử dụng đủ mục tiêu Trong nước có nhiều khoáng chất Thông thường ít khoáng chất Lưu lượng không quá lớn Lưu lượng lớn
Không có đầu nước cho thủy điện Khả năng thủy điện lớn Khó và đắt cho việc thăm dò, đánh giá và
quản lý
Tương đối dễ trong việc thăm dò, đánh giá và quản lý
Việc cấp nước trở lại phụ thuộc nhiều vào
điều kiện bề mặt Khả năng khôi phục trực tiếp từ mưa Nước hồi quy cần phải xử lý khá đắt trước
khi trả lại các bể ngầm
Không yêu cầu cao Bảo dưỡng đắt và khó Thường bảo dưỡng dễ
V.3.2. Quá trình tự làm sạch của nước ngầm
a) Quá trình lọc
Một trong những cơ chế suy giảm nồng độ chất ô nhiễm trong nước ngầm được giải thích là do tác dụng lọc của các lớp đất trong quá trình ô nhiễm thấm xuống. Tác dụng lọc này có thể
loại trừđược các chất lơ lửng, các chất dạng hạt, các kết tủa tạo ra bởi các phản ứng hóa học.
b) Cơ chế hấp thụ
Hấp thụ được xem là một cơ chế chủ yếu trong quá trình làm giảm chất ô nhiễm nước ngầm. Các hạt sét, các oxyt và hydroxyt kim loại đóng vai trò chất hấp thụ. Hầu hết các
chất gây ô nhiễm đều bị hấp thụ với các điều kiện thích hợp, ngoại trừ clorua nói chung và nitrat, sulfat (với mức độ ít hơn).
c) Các quá trình hóa học
Hiện tượng kết tủa hóa học trong nước ngầm có thể xảy ra ở nơi các ion thành phần có mặt với nồng độđủ lớn, lúc này tích số ion của chúng lớn hơn tích số hòa tan của các hợp chất tạo thành. Cơ chế kết tủa có thể loại trừđược các ion kim loại như Ca, Mg, Ba, Cd, Cu, Fe, Pb, Hg, Mo, Ra, Zn... và các anion SO42-, HCO3-, CN-, F-... Trong vùng khô hạn, nơi độ ẩm của các lớp đất gần trên bề mặt nhỏ thì kết tủa hóa học là một cơ chế chủ yếu làm giảm nồng độ ô nhiễm.
d) Cơ chế loại trừ vi khuẩn, virus
Các loại vi khuẩn, virus trong nước có khuynh hướng di chuyển qua màng xốp (như đất) chậm hơn so với nước, ngoài ra chúng còn phải cạnh tranh với các vi sinh vật đất, vì vậy chúng sẽ bị loại một phần lớn khi đi qua chỉ 1m đất với điều kiện đất đó chứa những lượng sét và bùn đủ lớn.
Hầu hết các vi sinh vật gây bệnh đều không thể phát triển trong môi trường đất được, vì vậy cuối cùng chúng đều bị tiêu diệt. Thời gian tồn tại của chúng tùy thuộc vào các điều kiện môi trường.
e) Cơ chế pha loãng
Các chất gây ô nhiễm nước ngầm khi chảy qua môi trường xốp sẽ bị pha loãng nồng độ
do sự phân tán thủy động diễn ra với mức độ vi mô lẫn vĩ mô. Cơ chế pha trộn này gây nên hiện tượng lan dọc và lan rộng sang bên cạnh chất ô nhiễm có trong nước ngầm, vì thế thể tích bị tác động tăng lên, nồng độ giảm theo khoảng cách lan truyền và sẽ làm giảm mức độ ô nhiễm môi trường.
V.4. CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ CHẤT LƯỢNG NƯỚC
Các nguồn nước, đặc biệt là các dòng sông đã được con người sử dụng vào nhiều mục
đích khác nhau như ăn uống, tắm giặt, nuôi trồng thủy sản, tưới cây, vận tải thủy, thủy
điện và giải trí. Vì vậy các nguồn nước phải được bảo vệ sao cho chúng có thể phục vụ
một cách tốt nhất cho con người. Điều này phải được mọi người, mọi ngành quan tâm vì lợi ích trước mắt và lâu dài. Việc bảo vệ chất lượng nước cần được thể hiện rõ trong quy hoạch phát triển kinh tế xã hội, trong khai thác hàng ngày và việc xử lý những hậu quả có thể xảy ra. Một số con sông từng là nguồn lợi lớn cho dân cư trong vùng nhưng do quá trình phát triển thiếu quy hoạch hợp lý, khai thác một cách quá mức cho sản xuất và sinh hoạt, dùng làm nơi xả mọi chất thải thậm chí không qua xử lý cần thiết. Trong những trường hợp này công việc khôi phục lại trạng thái bình thường của sông hết sức tốn kém và phức tạp.
V.4.1. Kiểm soát ô nhiễm bằng quy định xử lý nước thải
Các phương pháp duy trì điều kiện tốt của một dòng sông bao gồm sự kiểm soát linh hoạt, trong đó các cá thể, các nhà máy tự nguyện quyết định xử lý chất thải của mình để
không gây ảnh hưởng xấu đến dân cư sống dọc bờ sông. Tuy nhiên phương pháp kiểm soát ô nhiễm thông qua những quyết định chặt chẽ của các điều luật là hết sức cần thiết
để đưa việc bảo vệ chất lượng nước vào nề nếp và bảo đảm cho ý đồđó đạt được kết quả.
Để đảm bảo nguồn nước khỏi sự ô nhiễm bẩn do nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp cũng như để tránh sự ô nhiễm tự nhiên, các cơ quan chức năng có trách nhiệm theo dõi việc xả các loại nước thải vào nguồn, đặt ra tiêu chuẩn để kiểm tra. Tiêu chuẩn chất lượng môi trường là giới hạn cho phép tối đa về liều lượng hoặc nồng độ của các tác nhân gây ô nhiễm trong từng vùng cụ thể hoặc cho từng mục đích sử dụng cụ thểđối với từng thành phần của môi trường. Hai tiêu chuẩn thường được sử dụng trong việc bảo vệ
nguồn nước là “tiêu chuẩn nước thải” và “tiêu chuẩn nguồn nước”.