CHƯƠNG 2 MÔ HÌNH SWAT TRONG HỖ TRỢ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN
2.2. Lựa chọn thông số dánh giá chất lượng nước
2.2.1. Các thông số đánh giá chất lượng nước
Có rất nhiều thông số vật lý, hoá học và sinh học dùng để đánh giá chất lượng nước. Mỗi thông số đặc trưng cho một số tác nhân ô nhiễm nhất định. Một số thông số vật lý, hoá học và sinh vật thường dùng để quan trắc môi trường nước và đánh giá chất lượng nước như sau [6]
a. pH
pH là đơn vị biểu thị nồng độ ion H+ có trong nước được tính theo công thức Sorenson:
pH= -log[H+]
pH là một trong những thông số quan trọng và được sử dụng thường xuyên nhất trong hoá nước, dùng để đánh gía mức độ ô nhiễm nguồn nước, chất lượng nước ngầm, nước thải, đánh giá độ cứng của nước, sự keo tụ, khả năng ăn mòn…
và trong nhiều tính toán cân bằng axit-bazơ. pH có giá trị từ 0 đến 14. Giá trị của nó chỉ ra mức độ axit (khi pH< 7) hoặc kiềm (khi pH>7), thể hiện ảnh hưởng của hoá chất khi xâm nhập vào môi trường nước. Giá trị pH thấp hay cao đều có hại đến thuỷ sinh. Tiêu chuẩn môi trường Việt Nam quy định giá trị pH của một số nguồn nước nằm trong khoảng từ 5,5 đến 9.
b. Nhiệt độ
Nhiệt độ có ảnh hưởng đến sự hoà tan ôxy, đến khả năng tổng hợp quang hoá của tảo và các thực vật thuỷ sinh. Trong ao, hồ, nhiệt độ nước phụ thuộc vào độ sau. Hoạt động của con người cũng có thể làm tăng nhiệt độ nước và gây ra các tác động sinh thái nhất định. Việc chặt cây cối bên bờ làm cho ánh nắng mặt trời chiếu trực tiếp xuống nước, sự xói mòn đất, phá rừng, xây dựng nhà cửa… gây đục nước làm cho khả năng hấp thụ ánh sánh mặt trời tăng lên, xả nước thải làm nguội thiết bị nhiệt điện… làm tăng nhiệt độ nước sông hồ.
Thông số nhiệt độ được dùng để tính các dạng độ kiềm, để nghiên cứu mức độ bão hoà ôxy, cacbonat, tính toán độ muối và các hoạt động thí nghiệm khác.
Yếu tố nhiệt độ cũng rất cần thiết khi chuyển các đại lượng hiện trường về điều kiện tiêu chuẩn.
c. Chất rắn lơ lửng
Chất rắn lơ lửng nói riêng và tổng chất rắn nói chung có ảnh hưởng đến chất lượng nước trên nhiều phương diện. Hàm lượng chất rắn trong nước thấp làm hạn chế sự sinh trưởng hoặc ngăn cản sự sinh sống của thủy sinh. Các chất rắn lơ lửng có thể làm tắc nghẽn mang cá, cản trở sự hô hấp dẫn đến làm giảm khả năng sinh trưởng của cá, ngăn cản sự phát triển của trứng và ấu trùng, hàm lượng chất lơ lửng lớn gây khó khăn cho việc sử dụng nước.
Phân tích chất rắn lơ lửng để kiểm soát các hoạt động sinh học, đánh giá quá trình xử lý nước cấp và nước thải, sự phù hợp của nước với các tiêu chuẩn môi trường.
d. Độ đục
Nguyên nhân gây ra độ đục của nước là do sự có mặt của các chất rắn lơ lửng, các hạt keo sét, cát hoặc các chất vô cơ, hữu cơ phân tán tinh, xác sinh vật, phù du, tập đoàn vi sinh… nguồn gốc từ các quá trình xói mòn, rửa trôi đất, xả nước thải và phù dưỡng sông hồ.
Nước có độ đục cao làm tăng khả năng hấp thụ ánh sáng do đó làm tăng nhiệt độ nước dẫn đến làm mất tính đa dạng thủy sinh, đồng thời làm giảm khả năng truyền qua của ánh sáng đến làm giảm quá trình tổng hợp quang hóa, gây làm giảm ôxy hòa tan.
e. Ôxy hòa tan
Ôxy có mặt trong nước do hòa tan từ không khí và do các phản ứng tổng hợp quang hóa của tảo và thực vật sống trong nước. Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hòa tan ôxy vào nước là nhiệt độ, thời tiết, áp suất khỉ quyển, dòng chảy, đặc điểm địa hình… Giá trị ôxy hòa tan trong nước phụ thuộc vào tính chất vật lý, hóa học và các hoạt động sinh học xảy ra trong đó.
Qua đại lượng ôxy hòa tan có thể đánh giá được mức độ ô nhiễm nước, quá trình tự làm sạch nước và hiệu quả xử lý sinh học nước thải. Nước sông hồ có hàm lượng ôxy hòa tan cao, khả năng tự làm sạch lớn và hệ thủy sinh vật sẽ phong phú.
Ngược lại, nguồn nước có ôxy hòa tan thấp, điều kiện hô hấp hiếm khí của thủy sinh vật bị hạn chế, một số loài có thể bị chết hoặc biến mất.
Nguyên nhân làm giảm ôxy hòa tan trong nước là do xả các loại nước thải, nước mưa chảy tràn từ đô thị, khu công nghiệp và đồng ruộng bón phân hữu cơ…
f. Nhu cầu ô xy hóa học (COD)
Nhu cầu ô xy hóa học là lượng ô xy cần thiết để ô xy hóa hoàn toàn các chất hữu cơ khi mẫu nước được xử lý với chất ô xy hóa mạnh (K2Cr2O7) trong những điều kiện nhất định.
COD là chỉ tiêu để đánh giá mức độ ô nhiễm nước (nước thải, nước mặt, nước sinh hoạt…) kể cả chất hữu cơ dễ phân hủy và khó phân hủy sinh học.
g. Nhu cầu ô xy sinh hóa (BOD)
Nhu cầu ô xy hóa sinh hóa là lượng ô xy cần thiết cho vi sinh vật để ô xy hóa và ổn định các chất hữu cơ hoặc vô cơ trong nước trong những điều kiện nhất định.
BOD gián tiếp chỉ ra mức độ ô nhiễm do các chất có khả năng bị ô xy hóa sinh học và đặc biệt là các chất hữu cơ.
BOD5 là thông số được sử dụng phổ biến nhất. Đó chính là lượng ô xy cần thiết để ô xy hóa sinh học trong 5 ngày xảy ra ở nhiệt độ 20oC. Ngoài ra theo yêu cầu nghiên cứu người ta còn xác định đại lượng BOD toàn phần sau thời gian lưu giữ mẫu 20 ngày.
h. Amoniac (NH3)
Amoniac là sản phẩm chuyển hóa của các hợp chất chứa nito trong nước tự nhiên, do các chất thải sinh hoạt và công nghiệp. Amoniac rất độc với cá và động vật thủy sinh khác. Vì vậy nó cần được giám sát chặt chẽ trong các ao hồ nuôi cá.
Để kiểm soát ô nhiễm nước thải và monitoring nguồn nước ngầm, nước uống…
ammoniac cần được giám sát thường xuyên.
Khi nước có pH thấp, ammoniac chuyển sang dạng muối amoni (NH4+
). Với sự có mặt của ô xy, ammoniac chuyển thành nitorat theo phương trình:
NH4+ + 2O2 → NO3 + H2O + 2H+ i. Nitorat (NO3-)
Nitorat luôn có mặt trong nước do sự phân hủy các loại rau, cỏ tự nhiên, do sử dụng phân hóa học trong nông nghiệp và phân giả các hợp chất Nitơ trong nước thải đô thị và nước thải công nghiệp
Nước uống chứa nhiều nitorat sẽ gây bệnh ung thư thanh quản. Nước mặt nhiều nitorat sẽ gây hiện tượng nước nở hoa.
j. Nitorit (NO2-)
Nitorit có mặt trong nước là sản phẩm trung gian trong vòng tuần hoàn nito.
Nitorit rất độc đối với cá và động vật thủy sinh. Cũng như nitorat, đối với nước thải và nước uống, cần phải kiểm soạt chặt chẽ hàm lượng nitorit trong đó.
k. Phốtpho
Phốt pho có mặt trong nước tự nhiên (nước mặt, nước ngầm) và nước thải không những dười dạng phốt phát thông thường othophotphat PO43- mà còn dưới dạng polyphotphat và photpho hữu cơ. Photphat có mặt trong nước từ các nguồn:
- Nước là hơi
- Nước thải sinh hoạt có chứa các chất tẩy rửa sử dụng poluphotphat làm phụ gia
- Từ các nguồn phân bón và thuộc bảo vệ thực vật dùng trong nông nghiệp - Từ xác chết động vật
Photpho là một trong những các thành phần dinh dưỡng (N,P,K) rất cần thiết cho đời sống của sinh vật mà đặc biệt là thủy sinh. Photpho còn có mặt trong trầm tích và bùn sinh học dưới dạng vô cơ và hữu cơ
l. Sunphat (SO42-)
Sunphat có mặt trong nước do quá trình xói mòn, rửa trông và ôxy hóa quặng pirit. Nồng độ sunphat trong nước thay đổi từ một đến hàng nghìn gam/lít
m. Clorua (Cl-)
Clorua có mặt trong nước là do chất thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp mà chủ yếu là công nghiệp chế biến thực phẩm. Ngoài ra clorua còn xuất hiện trong nước do sự xâm nhập của nước biển qua các cửa sông, mạch nước ngầm….
n. Kim loại nặng
Kim loại nặng có mặt trong nước do nhiều nguyên nhân: quá trình hoà tan khoáng sản, các thành phần kim loại có sẵn trong tự nhiên hoặc sử dụng trong các công trình xây dựng, các chất thải công nghiệp. Ảnh hưởng của kim loại nặng có ích nếu chúng có nồng độ thấp và ngược lại, sẽ rất hại khi ở nồng độ cao. Kim loại nặng trong nước thường keo tụ hoặc bị hấp thụ bởi các hạt sét, phù sa lơ lửng ở trong nước. Các chất lơ lửng này dần dần sa lắng làm cho nồng độ kim loại nặng
trong trầm tích thường cao hơn rất nhiều trong nước. Các loài động vật thủy sinh đặc biệt là động vật đáy, sẽ tích lũy lượng lớn kim loại nặng trong cơ thể. Thông qua chuỗi thức ăn mà kim loại nặng được tích lũy trong con người và gây độc với tính chất bệnh lí rất phức tạp.
o. Coliform
Vi khuẩn nhóm coliform (coliform, fecal coliform, fecal streptococci, Escherichia coli….) có mặt trong ruột non và phân động vật máu nóng. Qua con đường tiêu hóa chúng xâm nhập vào môi trường và phát triển mạnh mẽ nếu có điều kiện thuận lợi.
Bản thân các loại vi khuẩn coliform không gây bệnh nhưng số liệu về chúng cung cấp thông tin về mức độ vệ sinh của nước và điều kiện môi trường xung quanh nơi lấy mẫu. Trong môi trường coliform phát triển mạnh thì các loại vi khuẩn khác sẽ có mặt và cũng phát triển rất nhanh.
2.2.2. Lựa chọn thông số đầu ra của mô hình SWAT để dánh giá chất lượng nước lưu vực sông Cầu
Mức độ ô nhiễm cũng như chất lượng nước nguồn, nước thải có thể được đánh giá thông qua các chỉ số hóa học và vật lí. Người ta có thể dùng các thông tin về nồng độ các chất ô nhiễm để biết được tình trạng vệ sinh của nguồn nước. Hiện nay, các phương tiện hóa học, mức độ ô nhiễm nước được đánh giá theo hai phương pháp: đánh giá trực tiếp theo các chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng và đánh giá tổng hợp chất lượng nước.
Thông qua các thông số chọn lọc, đặc trưng cho nguồn thải hoặc yếu tố tác động, người ta có thể phát hiện ra nguy cơ và tình hình ô nhiễm cũng như khả năng xử dụng nguồn nước vào mục đích mong muốn. Thông thường chỉ tiêu chọn lọc phân tích mẫu nước nguồn là các chỉ tiêu hóa học đặc trưng cho loại chất bẩn, xả vào nguồn gây ô nhiễm nước. Ví dụ, để đánh giá tình trạng ô nhiễm nước do nước thải mạ, người ta phân tích các thông số sau CN-, Cr(III), Cr(VI), Ni, … trong nước nguồn và so sánh chúng với các mẫu nước trước khi xả nước thải.
Các thông số chọn lọc để đánh giá ô nhiễm nước có thể xác định theo bảng 2.1. Phương pháp đánh giá ô nhiễm theo thông số đặc trưng cho ta biết nhanh thông tin về chất lượng nước do một vài yếu tố tác động. Phương pháp này thực hiện đơn giản, ít tốn kém.
Bảng 2. 1. Các thông số chọn lọc để đánh giá nhanh tình trạng ô nhiễm nước Vấn đề ô nhiễm cần đánh giá Các thông số chọn lọc
Ô nhiễm do chất hữu cơ DO, BOD hoặc COD
Ô nhiễm do các chất dinh dưỡng (phú dưỡng) N-NO3-, tổng N; P-PO43-, tổng P Ô nhiễm do vi khuẩn Tổng coliform, vi khuẩn E.coli
Độ đục của nước Đô đục, hàm lượng chất lơ lửng
Độ chua của nước pH
Độ mặn của nước Độ dẫn điện hay tổng các chất rắn hòa tan, SO4 2-
Dầu mỡ Tổng lượng dầu khoáng
Kim loại nặng Cu, Zn, Hg, Cr, Cd, Pb, As…
Các phenol Tổng các hợp chất phenol
Các hóa chất bảo vệ thực vật Các hợp chất hữu cơ bền vững chứa Cl
Mô hình SWAT mô phỏng 2 chu trình chính là chu trình của Nitơ và Phốt pho, vì thế để xác định chất lượng nước nhằm hỗ trợ cho quản lý lưu vực sông Cầu, Học viên lựa chọn vấn đề ô nhiễm do các chất dinh dưỡng (phú dưỡng) để đánh giá (NO3, PO43, NH4). Các kết quả tính toán được sẽ đem so sánh với quy chuẩn chất lượng nước mặt QCVN 08: 2008/BTNMT để đưa ra kết luận về chất lượng nước và khả năng sử dụng nguồn nước trong lưu vực.