2.3 Phương pháp nghiên cứu
2.3.1 Quy trình khảo sát, lấy mẫu và phân tích
Mẫu được lấy tại 22 điểm phân bố dọc theo hệ thống sông tại lưu vực sông Cầu tỉnh Hải Dương trong 5 năm từ 2010 tới 2014, mỗi năm chia làm 4 đợt lấy mẫu theo các quý trong năm. Các điểm lấy mẫu là các điểm giao, nối, tiếp nhận nước thải sinh hoạt, trồng trọt, chăn nuôi, nước thải công nghiệp, hoặc nước thải từ nhà mày xử lý nước. Các quy trình lấy mẫu và bảo quản tuân theo TCVN 6663-6:2008 và TCVN 6663-1.
Bảng 2.1 Vị trí, tọa độ 22 điểm lấy mẫu trên hệ thống sông Cầu tình Hải Dương
Ký hiệu Địa điểm Tọa độ
S13 Sông Thái Bình, cách nhà máy nước Cẩm Thượng 500m về phía
thượng lưu 20095'632" 106031'359"
S14 Sông Thái Bình, cách điểm nối giữa sông Sặt và sông Thái
Bình 1000m về phía hạ lưu 20055'214" 106020'688"
S15 Sông Rạng, cách điểm xả nước thải của KCN tàu thủy Lai
Vu 1000m về phía hạ lưu 20058'461" 106023'231"
S16 Sông Hương tại xã Quyết Thắng, huyện Thanh Hà 20056'928" 106023'468"
S17 Sông Hương tại cầu Hương, thị trấn Thanh Hà, huyện Thanh
Hà 20054'548’’ 106025'673’’
S18 Sông Văn Úc tại xã Hợp Đức, huyện Thanh Hà 20052'262" 106027'550"
S19 Sông Thái Bình, cách điểm giao với sông Cầu Xe 500m về phía
Thượng lưu, 20048'171" 106028'831"
S20 Sông Luộc tại cầu Quý Cao, huyện Tứ Kỳ 20045'394" 106029'667"
S21 Sông Luộc tại thị trấn Ninh Giang, huyện Ninh Giang 20071'235" 106038'065”
S22 Sông Luộc (điểm đầu) tại xã Tiền Phong, huyện Thanh Miện 20042'117" 106015'273”
S23 Sông Cẩm Giàng tại thị trấn Cẩm Giàng 20096'755" 106016'729 S24 Sông Cẩm Giàng, cách cầu Ghẽ xã Tân Trường 500m về
phía hạ lưu 20093'814" 106021'145
S25 Sông Sặt tại cầu Sặt, thị Trấn Sặt, huyện Bình Giang 20091'558" 106015'002"
S26 Sông Sặt, tại cầu Cất, TP, Hải Dương 20055'730" 106019'385"
S27 Sông Sặt, cách điểm xả nước thải thành phố Hải Dương
20055'584" 106020'649"
S29 Sông Cửu An tại cầu Neo, huyện Thanh Miện 20078'230" 106024'464"
S30 Sông Cửu An, giáp khu nuôi trồng thuỷ sản xã Đoàn Kết,
huyện Thanh Miện 20077’478’’ 106017'696"
S31 Sông Cửu An tại xã An Đức, huyện Ninh Giang 20075'826" 106029'341"
S32 Sông Đình Đào tại cầu Bía, huyện Ninh Giang 20080'141" 106037'760"
S33 Sông Cầu Xe tại trạm bơm cầu xe, huyện Tứ Kỳ 20046'679" 106027'748"
S34 Sông Tứ Kỳ tại cầu Vạn, xã Minh Đức, huyện Tứ Kỳ 20048'937" 106024'190"
Hình 2.1 Bản đồ lưu vực sông Cầu tình Hải Dương (Các điểm lấy mẫu được đánh dấu)
trong những thông số quan trong được sử dụng thường xuyên nhất trong nước, dùng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nguồn nước, chất lượng nước thải, đánh giá độ cứng của nước, sự keo tụ, khả năng ăn mòn…và trong nhiều tính toán về cân bằng axit – bazơ. Giá trị pH chỉ ra mức độ axit (khi pH<7) hay bazơ (khi pH>7) thể hiện ảnh hưởng của hóa chất khi xâm nhập vào môi trường nước.
Nhiệt độ nước có ảnh hưởng tới sự hòa tan oxy, đến khả năng tổng hợp quang hóa của tảo và các thực vật thủy sinh. Trong ao hồ, nhiệt độ nước chính là hàm số của độ sâu. Hoạt động của con người cũng có thể làm tăng nhiệt độ của nước và có thể gây ra các tác động sinh thái nhất định.
Thông số nhiệt độ được dùng để tính các dạng độ kiềm, để nghiên cứu mức độ bão hòa của oxy, cacbonat, tính toán độ muối và các hoạt động thí nghiệm khác. Thông số nhiệt độ rất cần thiết khi chuyển các đại lượng đo đạc tại hiện trường về điều kiện tiêu chuẩn.trường nước. Sự thay đổi giá trị của pH trong môi trường nước có thể dẫn đến những thay đổi về thành phần các chất trong nước do quá trình hòa tan và kết tủa hoặc thúc đẩy hay ngăn chặn những phản ứng hóa học, sinh học xảy ra trong nước.
Chỉ tiêu chất rắn lơ lửng được xác định theo TCVN 6625-2000, là trọng lượng khô của phần rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi lọc một lít mẫu nước qua phễu rồi sấy khô ở 103°C -105°C tới khi có trọng lượng không đổi và có đơn vị là mg/1. Tổng chất rắn hay chất rắn lơ lửng đều ảnh hưởng đến chất lượng nước trên nhiều phương diện. Chất rắn ảnh hưởng đến chất lượng nước khi sử dụng cho sinh hoạt, cho sản xuất, cản trở hoặc tiêu tốn nhiều hóa chất trong quá trình xử lý. Hàm lượng chất rắn trong nước thấp sẽ hạn chế sinh trưởng hoặc cản trở sự sống của thủy sinh. Ở hàm lượng cao các chất rắn làm ức chế quá trình trao đổi chất của vi sinh vật do hiện tượng “khô
của nước thải với tiêu chuẩn giới hạn cho phép.
Độ đục được xác định theo TCVN 6184:1996, độ đục của nước đặc trưng cho sự có mặt của các tạp chất phân tán dạng hữu cơ, vô cơ không hoà tan hoặc keo có nguồn gốc khác nhau. Thông thường nước mặt bị đục do sự tồn tại các loại bùn, axit silic, hydroxit sắt, hydroxit nhôm, các loại keo hữu cơ, vi sinh vật và phù du. Trong nước ngầm đé đôc đặc trưng cho sự tồn tại các khoáng chất không hoà tan hoặc các chất hữu cơ từ nước thải xâm nhập vào đất và ngấm vào các mạch nước ngầm. Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nước, ảnh hưởng tới quá trình quang hợp dưíi nước, gây mất thẩm mỹ khi sử dụng nước, ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm.
Các vi khuẩn gây bệnh có thể xâm nhập vào các hạt rắn sẽ không được khử trùng và có thể trở thành vi khuẩn gây bệnh trong nước.
Oxi hòa tan (DO) được xác định theo TCVN 7324-2004, là hàm lượng oxy hoà tan có trong một lít nước (đơn vị mg/l hay ppm) ở điều kiện nhiệt độ và áp suất xác định. Hàm lượng oxy hoà tan là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của nước mặt. Oxy có mặt trong nước do được hoà tan từ oxy không khí, đồng thời oxy còn sinh ra từ các phản ứng tổng hợp quang hoá của tảo và các thuỷ thực vật trong nước. Độ hoà tan của oxy phụ thuộc vào các yếu tố: nhiệt độ, áp suất khí quyển, đặc tính của nước, chế độ thuỷ động, đặc điểm địa hình... Phân tích DO cho ta đánh giá mức độ ô nhiễm nước do các chất hữu cơ độ phân huỷ sinh học và kiểm tra quá trình xử lý nước thải. Hàm lượng oxy hoà tan trong nước ảnh hưởng trực tiếp tới đời sống thuỷ sinh. Khi DO trong nước thấp làm giảm khả năng sinh trưởng của động vật thuỷ sinh thậm chí làm biến mất một số loài hoặc có thể gây chết một số loài nếu DO giảm đột ngột. Nguyên nhân làm giảm DO là do nước thải công nghiệp, nước mưa chảy tràn kéo theo các chất thải công nghiệp chứa nhiều
Nhu cầu oxy hoá học (COD) được xác định theo TCVN 6491:2002, là lượng oxy cần thiết để oxy hoá hoàn toàn các hợp chất hữu cơ và vô cơ trong nước bằng chất oxy hoá mạnh, COD có đơn vị là mg/l). Thông thường hàm lượng các chất hữu cơ (bị oxi hoá hoá học) lớn hơn nhiều lần so với các chất vô cơ, nên COD được xem là chỉ tiêu để đánh giá mức độ ô nhiễm do các hợp chất hữu cơ (kể cả chất hữu cơ dễ phân huỷ và khó phân huỷ sinh học) của nước và nước thải. Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O
Nhu cầu oxi sinh hoá (BOD) được xác đinhh theo TCVN 6001:1995, là lượng oxi cần thiết cho vi sinh vật độ oxy hoá các chất hữu cơ hoặc vô cơ trong nước ở điều kiện xác định, BOD có đơn vị là mg/l. BOD gián tiếp chỉ ra mức đé ô nhiễm do các chất có khả năng bị oxy hoá sinh học mà đặc biệt là các chất hữu cơ. BOD là một trong những chỉ tiêu quan trọng của nước mặt và nước thải. BOD5 là thông số được sử dụng phổ biến nhất, đó chính là lượng oxy cần thiết được oxy hoá sinh học trong 5 ngày ở nhiệt độ 200C. Ngoài ra theo yêu cầu nghiên cứu người ta có thể xác định BOD sau 3 ngày, 7 ngày, 10 ngày hoặc sau 20 ngày.
Độ mặn hay độ muối được ký hiệu S‰. Độ mặn hay độ muối được định nghĩa là tổng lượng muối (tính theo gram) các chất hòa tan chứa trong 1 kg nước.
Flo được xác định theo TCVN 6494-1:2011. Thừa và thiếu F- đều gây tác hại đến sức khỏe của con người. Nếu thiếu Flo răng sẽ bị vàng, thừa sẽ làm gẫy rụng răng, long móng, long sừng. Theo tổ chức Y Tế thế giới nước uống không được chứa quá 1 ppm Flo. Hàm lượng Flo trong nước cao hơn 1,5ppm sẽ gây bệnh đốm răng, loãng xương và truỵ cột sống
chuyển amoni thành các muối nitrat (NO3-), nitrit (NO2-) tích tụ trong nước ăn.
Khi ăn uống nước có chứa nitrit, cơ thể sẽ hấp thu nitrit vào máu và chất này sẽ tranh oxy của hồng cầu làm hêmoglobin mất khả năng lấy oxy, dẫn đến tình trạng thiếu máu, xanh da. Vì vậy, nitrit đặc biệt nguy hiểm cho trẻ mới sinh dưới sáu tháng, nó có thể làm chậm sự phát triển, gây bệnh ở đường hô hấp.
Đối với người lớn, nitrit kết hợp với các axit amin trong thực phẩm làm thành một họ chất nitrosamin. Nitrosamin có thể gây tổn thương di truyền tế bào – nguyên nhân gây bệnh ung thư. Những thí nghiệm cho nitrit vào thức ăn, nước uống củachuột, thỏ… với hàm lượng vượt ngưỡng cho phép thì sau một thời gian thấy những khối u sinh ra trong gan, phổi, vòm họng của chúng. Amoni được phân tích theo TCVN 5988-1995, Nitrat và Nitrit được xác định theo TCVN 6694-1:2011.
Phốt phát (PO43-) được xác định theo TCVN 6694-1:2011, là một nguồn dinh dưỡng vô cùng quan trọng cho các thực vật trong môi trường nước, tuy nhiên việc dư thừa PO43-
sẽ làm sự bùng phát sinh trưởng của nhiều loại tảo, các loại tảo này phát triển nhiều và che lấp ánh sáng mặt trời làm các thực vật ở phía dưới không thể quang hợp, dẫn tới sự thiếu hụt oxy trong nước. Không có oxy các thực vật này cùng với các loại động vật sử dụng chúng làm thức ăn trong chuỗi thức ăn sẽ chất dần, phá hủy sự cân bằng sinh thái trong hệ.
Kim loại nặng là các kim loại có khối lượng riêng lớn hơn 5 g/cm3. Chúng có thể tồn tại trong khí quyển dạng (dạng hơi), thủy quyển (các muối hòa tan), địa quyển (dạng rắn không tan, khoáng, quặng…) và sinh quyển (trong cơ thể con người, động thực vật). Kim loại có mặt trong nước do nhiều nguyên nhân như: quá trình hòa tan các khoáng sản, các thành phần kim loại có sẵn trong tự nhiên hoặc được sử dụng trong các
Cr, Ni, Cu, Cd, Mg.. được theo dõi theo các quý từ năm 2010-2014. Để xác định nồng độ các kim loại nặng trong nước, mẫu được thu thập vào trong các bình nhựa HDPE (riêng Hg được thu vào các bình thủy tinh). Các bình này đã được ngâm rửa axit HNO3 2M trong 24 giờ, sau đó tráng EDTA 0,05M, cuối cùng tráng rửa sạch với nước đề ion, sấy khô. Mẫu sau khi lấy được axit hóa tại hiện trường bằng axit HNO3 về pH 1, giữ lạnh ở -4oC. Mẫu được chuyển về phòng thí nghiệm và phân tích sử dụng máy ICP-MS Elan 9000 với các thông số thiết lập máy như sau: tần số phát cao tần 60mhz, công suất phát cao tần 1000W, tốc độ dẫn khí Ar 18L/phút, tốc độ dẫn mẫu 2ml/phút.
Quy trình lấy mẫu và phân tích đồng vị bền N15, O18 trong NO3- trong nước
Mẫu được thu thập sử dụng các bình HDPE 100ml đã được tráng rửa sạch với nước đề ion, và được bảo quản lạnh ở -4oC, sau đó lọc qua màng lọc 0,5um. Tỷ lệ đồng vị N15/N14 và O18/O16 trong nitrat được đo sử dụng phương pháp khử nitơ [15]. Việc làm lạnh nhanh mẫu sẽ ngăn quá trình sinh học trong mẫu diễn ra làm thay đổi thành phần các chất trong mẫu. Tại phòng thí nghiệm, vi khuẩn Pseudomonas được nuôi cấy trong điều kiện thiếu N2O sẽ chuyển NO3-
thành N2O. Quy trình xử lý mẫu với vi khuẩn. Chuẩn bị môi trường để nuôi vi khuẩn gồm, 700ml nước siêu sạch; KNO3 1,14g; KH2PO4 4,90g; NH4Cl 0,054g; định mức tới 1000ml. Chuyển 100ml dung dịch môi trường vào ống nhựa có nắp 100ml, thêm 0,5ml vi khuẩn khử nitơ vào, nuôi cấy ở 25oC trong 1 tuần. Sau một tuần chuyển dung dịch này vào các bình nhựa 40ml để li tâm ở tốc độ 8500rpm, 11 phút ở 18oC. Lượng rắn thu được (vi khuẩn khử nitơ) được chuyển sang bình 250ml, thêm dung dịch môi trường sạch vào tới 200ml. Cho vào bình 20ml, 2ml dung dịch vi khuẩn trên, 1 giọt chất chống bọt, cho sục N2 để đuổi O2 trong 2 giờ, tiếc tục sục khí He
NaOH 10N. Khí N2O sinh ra được thu lấy sử dụng khí mang He, làm sạch bằng bẫy đông lạnh và tách bằng phương pháp sắc ký, sau đó được phân tích sử dụng máy khối phổ SerCon Hydra20-20. Các thí nghiệm được thực hiện tại phòng thí nghiệm phân tích trường đại học Yamanashi, Nhật Bản.