Ô nhiễm từ các nguồn không xác định (nguồn không điểm) sẽ phát tán sâu rộng hơn đối với nguồn điểm. Nguồn không xác định thường không xác định được vị trí, bản chất, lưu lượng tác nhân gây ô nhiễm.
Trong số các nguồn không xác định gây ô nhiễm nguồn nước, hai yếu tố quan trọng là thuốc trừ sâu và phân bón trong sản xuất nông nghiệp, đặc biệt với việc gia tăng sử dụng chúng như hiện nay. Khi nồng độ muối và nitrat gia tăng trong sản xuất nông nghiệp, thuốc trừ sâu và các thành phần của nó cũng được tìm thấy trong nguồn nước bị ô nhiễm. Nitrat từ phân bón và phân súc vật có mặt trong hầu hết các nguồn nước bị ô nhiễm. Thuốc trừ sâu và các kim loại hiện diện trong phân bón như Cd, Se, Mo, và U cũng được tìm thấy trong nguồn nước bị ô nhiễm.
Các nguồn lan truyền không điểm khác bao gồm sự tích tụ trong lĩch vực nông nghiệp như: tích tụ acid từ khí quyển, chiết xuất của các thành phần gây ô nhiễm không khí, chất tẩy, dầu, và các kim loại từ chất thải đô thị, sự phân hủy muối, khai thác khoáng sản, và tiêu thoát nước từ các mỏ.
Các nguồn lan truyền không xác định không gây ra ô nhiễm ngay lập tức nhưng sự lan truyền của chúng rất phức tạp và có ảnh hưởng lâu dài. Tùy thuộc vào tính chất cơ học của lớp đất thấm nước, tốc độ lan truyền ô nhiễm sẽ khác nhau. Chẳng hạn tốc độ lan truyền của thuốc trừ sâu thấm vào tầng sỏi cứng sẽ nhanh hơn trong tầng sét vỡ.
Trong số các nguồn ô nhiễm do phân bón gây ra, nitrat đóng vai trò quan trọng nhất. Đối với sản xuất nông nghiệp tại Hoa Kỳ, các nguồn ô nhiễm không điểm từ nitrat chiếm trên 90% tổng số nitrogen thải vào môi trường. Và cũng theo khảo sát của USGS, 6% mẫu nước kiểm tra tại khu vực trung tâm có hàm lượng NO3 vượt quá tiêu chuẩn cho phép 10 mg/L (Burkart M. R. và Kolpin D. W., 1993).
Bảng 4.1. Chất gây ô nhiễm từ các nguồn gây ô nhiễm xác định và không xác định
Các nguồn xác định Các nguồn không xác định Loại chất thải Nước thải sinh hoạt Nước thải công nghiệp Chảy tràn từ sản xuất nông nghiệp Chảy tràn ở khu vực thành thị Chất thải cần oxy để phân hủy × × × × Dưỡng chất × × × × Các mầm bệnh × × × × Chất rắn lơ lửng/cặn lắng × × × × Muối × × × Kim loại độc × × Chất hữu cơđộc × × Nhiệt ×
[Nguồn: Linvil G. Rich (1980). Trích lại từ Lê Hoàng Việt (2006)]
IV.2. CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC
Trong thực tế tất cả các hoạt động của con người đều cần đến nước và đòi hỏi phải được
đáp ứng không chỉ về khối lượng mà còn cả về chất lượng nước mặc dù mức độ có khác nhau. Yêu cầu về chất lượng nước của từng ngành được thể hiện trong tiêu chuẩn của từng quốc gia hay quốc tế, nếu giá trị giới hạn của nước không đáp ứng với tiêu chuẩn thì phải dùng loại nước khác hoặc phải có biện pháp xử lý thích hợp trước khi sử dụng vào mục đích cụ thể. Do đó một trong những nhiệm vụ quan trọng là phải nắm được các giá
trị cụ thể của từng chỉ tiêu thông qua việc phân tích mẫu nước và trước hết là phải hiểu rõ ý nghĩa của các chỉ tiêu đó.
IV.2.1. Đặc điểm lý học
a) Nhiệt độ
Nhiệt độ giữ vai trò rất quan trọng đối với các quá trình sinh hóa diễn ra trong tự nhiên. Những thay đổi về nhiệt độ của nước có thể ảnh hưởng đến nhiều mặt của chất lượng nước. Các loài thủy sản và những thành viên liên quan của chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái nước rất nhạy cảm đối với nhiệt độ. Các vi sinh vật không có khả năng khống chế
nhiệt độ nội tại của chúng, vì thế nhiệt độ bên trong tế bào được quyết định bởi nhiệt độ
bên trong của môi trường. Mỗi một loài vi sinh vật chỉ có khả năng phát triển trong một khoảng nhiệt độ phù hợp với chúng, ngoài phạm vi nhiệt độ này chúng không thể phát triển được và thậm chí không thể tồn tại được. Như vậy nhiệt độ là một yếu tố quan trọng quyết định loài sinh vật nào tồn tại và phát triển một cách ưu thế trong hệ sinh thái nước. Ðiều này cũng có nghĩa là nhiệt độảnh hưởng đến tốc độ và dạng phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong nước, nồng độ oxy hòa tan và cuối cùng là dây chuyền thức ăn.
Chế độ phân bố nhiệt độ trong nước cũng là điều quan trọng. Ðối với các dòng sông do nước chảy nên sự xáo trộn thường xuyên xảy ra và sự chênh lệch nhiệt độ giữa các lớp nước có độ sâu khác nhau là không đáng kể. Nhiệt độ của nước ngọt thông thường biến
đổi từ 0 ÷ 35oC phụ thuộc vào khoảng cách tầng chứa nước và thời gian trong năm, nhưng tương đối ổn định từ 17 ÷ 27oC. Ngược lại với các thể tích tĩnh như hồ chứa thì sự
phân tầng nhiệt độ là điều quan trọng, đặc biệt là vào mùa hè.
b) Màu sắc
Nhiều loại nước mặt đặc biệt là các loại nước từ các vùng đầm lầy thường có màu không thể chấp nhận để sử dụng cho sinh hoạt hay một số ngành công nghiệp. Chất mang màu sinh ra do sự tiếp xúc của nước với các mảnh vụn hữu cơ như lá cây, gỗ... trong mọi giai
đoạn phân hủy. Các chất mang màu cũng rất đa dạng bao gồm tanin, acid humic, các humat tạo ra từ sự phân hủy lignin được coi là những thành phần gây màu chủ yếu.
Màu sắc tự nhiên tồn tại trong nước phần lớn dưới dạng các hạt keo mang điện tích âm. Vì vậy việc loại bỏ màu tự nhiên có thể thực hiện bằng cách gây đông tụ bởi một muối của ion kim loại hóa trị III như Al hay Fe.
Người ta phân ra hai loại - màu biểu kiến và màu thực. Màu biểu kiến do các chất hữu cơ
lơ lửng mang màu gây ra còn màu thực do phần chất hữu cơ dưới dạng keo gây nên. Cường độ màu tăng lên theo sự tăng của pH. Nước mặt cũng bị nhuộm màu do hiện tượng ô nhiễm các loại nước thải có màu. Ý nghĩa màu sắc của nước thể hiện ở các điểm mỹ quan, kinh tế và việc xử lý màu.
- Mỹ quan: khi nước có màu giá trị thẩm mỹ của nước giảm đi. Mặt khác những chất hữu cơ có màu trong nước có thể tác dụng với clo (trong quá trình khử trùng nước bằng clo) sẽ tạo ra những hợp chất có tính độc như clorofooc.
- Kinh tế: nhiều ngành sản xuất công nghiệp cần dùng đến nước không có màu. Việc loại trừ màu cho nước là một vấn đề tốn kém nên chỉ khi không thể tìm được nguồn cấp nước khác thì mới xử lý nước có màu để sử dụng nó.
- Trong xử lý màu: khi cần xử lý màu thì các số liệu đo đạc màu sắc của nước được sử
dụng cùng với các thông tin khác để quyết định mức độ xử lý, loại và liều lượng hóa chất cần thiết phải dùng. Trong quá trình vận hành thiết bị xử lý màu thì việc xác định màu của nước ban đầu và nước sau xử lý được dùng để hiệu chỉnh liều lượng hóa chất nhằm làm cho việc xử lý đạt được yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật.
c) Chất rắn lơ lửng
Có thể xem tất cả các chất ngoại trừ nước có trong chất lỏng đều thuộc chất rắn. Tuy vậy
ở đây ta xem những thành phần tồn dư sau khi làm bay hơi và sấy ở 103 ÷ 105oC là chất rắn. Những chất rắn này được phân thành các loại chất rắn hòa tan, chất rắn bay hơi, chất rắn không bay hơi và chất rắn lơ lửng.
Chất rắn lơ lửng là các hạt nhỏ (hữu cơ hoặc vô cơ) trong nước thải. Khi vận tốc của dòng chảy bị giảm xuống (do nó chảy vào các hồ chứa lớn) phần lớn các chất rắn lơ lửng sẽ bị lắng xuống đáy hồ; những hạt không lắng được góp phần tạo thành độ đục của nước. Các chất lơ lửng hữu cơ sẽ tiêu thụ oxy để phân hủy làm giảm DO của nguồn nước. Việc xác định chất rắn lơ lửng đặc biệt quan trọng khi nghiên cứu hiện tượng ô nhiễm nước. Số liệu về chất rắn lơ lửng là một trong những thông số dùng để đánh giá cường độ
nước thải sinh hoạt và xác định hiệu quả của các thiết bị xử lý. Trong kiểm soát ô nhiễm dòng chảy thì tất cả chất rắn lơ lửng được xem là chất rắn lắng đọng vì ở đây thời gian không phải là yếu tố giới hạn.
d) Ðộđục
Ðộđục của nước là mức độ ngăn trở ánh sáng xuyên qua nước do các chất lơ lửng gây ra. Ðộđục của nước có thể do nhiều loại chất lơ lửng gồm những loại có kích thước hạt keo
đến những hệ phân tán thô gây nên tùy thuộc vào mức độ khuấy đảo diễn ra trong nước. Về thành phần hóa học, các chất gây độ đục có thể là vô cơ, hữu cơ hoặc cả hai loại tùy thuộc vào nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo.
Các chất thải sinh hoạt và công nghiệp chứa nhiều chất vô cơ và hữu cơ gây độđục. Các chất hữu cơ trở thành nguồn thức ăn và thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn, sau đó các vi sinh vật khác lại ăn vi khuẩn làm cho độ đục của nước tăng thêm. Các chất dinh dưỡng vô cơ như các hợp chất nitơ, phospho có trong nước thải và nước tiêu từ vùng sản xuất nông nghiệp khi thải vào nước cũng làm cho độđục tăng lên do chúng thúc đẩy sự phát triển của tảo.
Chính vì sự khác nhau trong tính chất của các thành phần gây nên độ đục của nước nên không thểấn định những quy tắc chặt chẽđể loại trừđộđục.
- Mỹ quan: bằng trực quan nếu độđục càng lớn thì giá trị thẩm mỹ của nước càng giảm và do đó giá trị sử dụng cho sinh hoạt cũng càng giảm. Mặt khác bất kỳ độ đục nào của nước cũng được xem một cách tự nhiên là gắn liền với khả năng ô nhiễm nước thải, do đó đây là một nguy hại về mặt y tế.
- Khả năng lọc: khi độđục của nước tăng thì quá trình lọc nước sẽ khó khăn và tốn kém (giảm thời gian làm việc của thiết bị lọc và tăng chi phí rửa).
- Quá trình khử trùng: việc khử trùng trong cấp nước sinh hoạt thường được thực hiện bằng cách dùng clo hay ozone. Khi nước có độđục lớn, nhiều vi sinh vật gây bệnh có thể hấp phụ lên các hạt lơ lửng nên tránh được tác dụng của tác nhân khử trùng và do
đó không bị tiêu diệt. Vì vậy người ta phải quy định giá trị độđục lớn nhất cho phép
đối với cấp nước.
e) Mùi và vị
Nguồn nước thiên nhiên có nhiều mùi vị khác nhau, có thể có vị cay nhẹ, mặn, chua, có khi hơi ngọt. Vị của nước có thể do các chất hòa tan trong nước tạo nên, còn mùi của nước có thể do nguồn tự nhiên tạo nên như mùi bùn, đất sét, vi sinh vật, phù du cỏ dại hay xác súc vật chết... cũng có thể do nguồn nhân tạo như clo, fenol, nước thải sinh hoạt... Mùi và vị trong nước ngầm được tạo ra do hoạt động của vi khuẩn yếm khí trong tầng ngập nước hoặc vùng ngập mặn và thường chứa sulfuahydro (H2S) có mùi trứng thối. Ngoài ra hợp chất sắt và mangan cũng là nguyên nhân gây ra mùi khó chịu ở trong nước ngầm do hoạt động của con người như vứt bỏ chất thải hóa học, chất thải có thể gây bệnh, chất thải từ sản xuất công nghiệp, nông nghiệp hoặc khai thác mỏ. Mùi và vị có thể
xác định một cách định tính bằng cách ngửi và nếm.
Ở nồng độ thấp các mùi hôi có khuynh hướng gây nên tác động về tâm lý hơn là các tác hại đến sức khỏe con người. Nó làm thức ăn mất ngon, giảm sự tiêu thụ nước, ảnh hưởng
đến hô hấp, gây chóng mặt, ói mửa. Ở nồng độ cao mùi làm giảm chất lượng cuộc sống,
ảnh hưởng đến mối quan hệ giữa con người trong cộng đồng và làm suy giảm sự đầu tư
kinh doanh ở khu vực đó.
f) Trọng lượng riêng
Trọng lượng riêng của nước được kí hiệu là ρ và có đơn vị kg/m3. Trọng lượng riêng của nước là một đặc điểm lý học quan trọng vì nó là nguyên nhân tạo nên các dòng chảy trọng lực trong nguồn nước. Đối với nước nguyên chất, trọng lượng riêng của nước bằng 1.000 kg/m3.
IV.2.2. Đặc điểm hóa học
Đặc điểm hóa học của nguồn nước được đánh giá qua thành phần hóa học có trong nguồn nước. Thành phần hóa học của nước tự nhiên rất đa dạng phụ thuộc vào nhiều yếu tố tác
a) Độ cứng
Nước cứng là những loại nước có chứa các ion kim loại hóa trị II. Những ion này có khả
năng tác dụng với xà phòng tạo ra kết tủa và tác dụng với các ion âm có trong nước tạo ra lớp váng. Các ion gây tính cứng cho nước chủ yếu là Ca2+, Mg2+, Sr2+, Fe2+ và Mn2+. Khi dùng nước cứng để tắm giặt thì xà phòng ít tạo bọt nên lượng tiêu tốn xà phòng tăng lên đáng kể. Trong kỹ thuật nước cứng gây tạo màng cứng trong các ống dẫn nước nóng, các nồi hơi và các bộ phận khác tiếp xúc với nước nóng. Ðó là những bất lợi do nước cứng gây ra mà kỹ thuật cần giải quyết.
Với việc tạo ra các chất tẩy giặt tổng hợp, những nhược điểm của nước cứng được khắc phục. Tuy nhiên lại nảy sinh ra những vấn đề nước mới khi xét đến hiện tượng ô nhiễm nước. Mặt khác xà phòng vẫn phải tiếp tục sử dụng cho một số công việc tẩy rửa và tắm, do vậy nước cứng vẫn tồn tại những điều bất lợi.
Ðộ cứng của nước thay đổi rõ rệt từ vùng này sang vùng khác tùy thuộc vào cấu tạo địa chất và các yếu tố khác. Nói chung nước mặt ít cứng hơn nước ngầm. Phần lớn độ cứng của nước được tạo ra do nước tiếp xúc với đất đá. Do hoạt động của vi khuẩn, CO2 được tạo ra và nước trong đất có chứa nhiều CO2. Lượng CO2 này cân bằng với H2CO3 làm cho pH của nước giảm, khi đó các chất có tính bazơđặc biệt là đá vôi bị hòa tan.
Bảng 4.2. Phân loại nước theo độ cứng
Nồng độ ion kim loại (tính theo CaCO3) Ðộ cứng
0 ÷ 75 Mềm
75 ÷ 150 Cứng trung bình
150 ÷ 300 Cứng > 300 Rất cứng
Ðộ cứng của nước là một chỉ tiêu rất quan trọng khi xác định chất lượng nước sử dụng cho sinh hoạt hoặc công nghiệp. Những lượng tương đối của các độ cứng canxi, magie, carbonat, không carbonat có trong nước là những yếu tố quyết định quá trình xử lý (làm mềm) kinh tế nhất và được sử dụng trong thiết kế. Những yếu tố này cũng được dùng làm cơ sởđể kiểm soát và vận hành quá trình làm mềm nước.
b) Độ pH
Độ pH đặc trưng bởi nồng độ ion H+ trong nước, nó phản ánh tính chất của nước là axit, trung tính hay kiềm. Nguồn nước có tính acid hoặc kiềm rất cao không thể khai thác cho các hoạt động giải trí như bơi lội, chèo thuyền và còn làm ảnh hưởng đến hệ thủy sinh vật. Nồng độ acid sulfuric cao làm ảnh hưởng đến mắt của những người bơi lội ở nguồn nước này, ăn mòn thân tàu thuyền, hư hại lưới đánh cá nhanh hơn. Nguồn nước lân cận một số xí nghiệp công nghiệp có thể có pH thấp đến 2 hoặc cao đến 11; trong khi cá chỉ
có thể tồn tại trong môi trường có 4,5 < pH < 9,5. Hàm lượng NaOH cao thường phát hiện trong nước thải ở các xí nghiệp sản xuất bột giặt, thuộc da, nhuộm vải sợi... NaOH ở
nồng độ 25ppm đã có thể làm chết cá.
Các vi sinh vật phát triển trong môi trường háo khí cũng sản sinh ra acid. Quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ có thể tạo ra lượng CO2 đủđể làm giảm các giá trị pH một cách