b. Công thức Bijker
3.4. Chất lượng nước, độc tính sinh thái, lập mô hình chất lượng nước, ô nhiễm biển.
biển.
Các khía cạnh về chất lượng nước là một yếu tố quan trọng quản lý vùng ven biển. Con người tác động đến vùng ven biển thông qua các hoạt động với mức độ can thiệp khác nhau, làm ảnh hưởng chất lượng nước, từ đó có thể dẫn đến những tác động sinh thái hoặc làm giảm khả năng sử dụng nước.
Bất kỳ một thuỷ vực tự nhiên nào đều có thể coi như là một hệ thống gồm nhiều hệ thống phụ phức tạp, mỗi hệ thống phụ có các đặc điểm vật lý riêng. Cũng như bất kỳ hệ thống nào, thuỷ vực tự nhiên phản ứng tuỳ thuộc vào bản chất của các đầu vào và các chức năng tương ứng. Các phản ứng của hệ thống là sự phân bố theo không gian và thời gian các chất ảnh hưởng đến chất lượng nước. Các đầu vào tác động đến chất lượng nước có thể được chia thành hai loại:
- Các đầu vào tự nhiên như mưa, bức xạ mặt trời, gió, liên quan với các đặc điểm của đất và bề mặt quyết định chất lượng của nước.
- Các đầu vào có sự can thiệp của con người như nước thải, rửa trôi từ sự phát triển đô thị và đất, tràn dầu hoặc chất độc hại, bùn và rác thải.
Chất lượng thuỷ vực tự nhiên bị ảnh hưởng bởi các hiện tượng tự nhiên liên quan đến đặc điểm địa vật lý, thuỷ văn, thủy động học và khí tượng học của vùng bờ biển và những hoàn cảnh nhân tạo thường xảy ra do quá trình công nghiệp hoá, đô thị hoá và phát triển nông nghiệp.
Đối với hiện tượng tự nhiên, chất lượng nước bị ảnh hưởng tại mỗi giai đoạn trong chu kỳ thuỷ văn (xem hình 3.17) từ khi hình thành do ngưng tụ hơi nước trong khí quyển đến nước chảy ra biển và bay hơi trở lại khí quyển. Các chất khác nhau được tích luỹ trong chu kỳ luân chuyển tự nhiên qua không khí, qua đất, ra sông và cuối cùng vào hồ và biển. Mưa hấp thụ các khí và mang theo các hạt trong khí quyển (sự lắng đọng trong khí quyển). Rửa trôi bề mặt mang theo bùn cát, thực vật và vi sinh vật. Cuối cùng, nước biển thu nhận tất cả các vật chất, nó thay đổi theo thời gian (mùa, ngày) và theo không gian, phụ thuộc vào các đặc điểm địa vật lý của khu vực. Vịnh liền kề là vùng đệm lớn có khả năng làm giảm những biến đổi này.
Theo quan điểm “chất lượng’’, việc sử dụng nước của con người là khâu quan trọng nhất của chu kỳ. Do chất lượng nước không mang tính cố hữu, nên cần được đánh giá theo các đặc điểm sinh thái và với các mục đích sử dụng nước khác nhau. Chất lượng nước chỉ có thể đánh giá theo các tiêu chuẩn xác định. Các tiêu chuẩn này lại liên quan đến mục đích sử dụng cụ thể. Do đó, chỉ khi giá trị của số đo hoặc kết quả của một mô hình chất lượng nước được so sánh với tiêu chuẩn, thì mới có thể nói rằng chất lượng nước có phù hợp với mục đích sử dụng không.
Ở vùng ven biển, việc đánh giá chất lượng nước liên quan đến nhiều mức độ ô nhiễm của biển. Ô nhiễm biển là việc con người đưa vào, gián tiếp hoặc trực tiếp các chất vào môi trường biển (kể cả cửa sông), với các tác động thuỷ hoại như: làm tổn hại đến tài nguyên sinh vật, đe doạ sức khoẻ con người, cản trở các hoạt động của biển, làm giảm chất lượng nước biển và làm giảm những tiện ích khác.
Có thể phân biệt các loại chất ô nhiễm biển như sau: - Các chất thải tiêu thụ oxy;
- Các chất dinh dưỡng; - Các mầm bệnh qua nước; - Các nguồn liên quan đến dầu;
- Các chất độc kim loại nặng, hợp chất hữu cơ bền vững, chất phóng xạ; - Các chất thải rắn: bùn đất nạo vét và rác rưởi các loại;
- Nhiệt.
Hình 3.17: Chu trình thuỷ văn
Do ô nhiễm được xem là sự tổn hại, cách khắc phục hiển nhiên là ngừng thải các chất ô nhiễm. Nhưng vấn đề ô nhiễm rất khó giải quyết. Trong phần lớn trường hợp vì lý do tài chính mà chúng ta chưa thể loại trừ được ô nhiễm, nhưng phải quản lý chất thải làm giảm ô nhiễm đến mức cho phép và bớt đi những tác động xấu nhất.
Tiêu chuẩn chất lượng nước
Tiêu chuẩn chất lượng nước hoặc tiêu chí chất lượng là sự phản ánh mức độ ô nhiễm cho phép. Nó phụ thuộc vào mục đích sử dụng nước. Việc sử dụng không chỉ liên quan đến con người mà còn liên quan đến chức năng sinh thái của nước để duy trì hệ sinh thái lành mạnh.
Bảo vệ đời sống hệ sinh thái trong nước được xác định bằng cách đánh giá các dữ liệu từ các thử nghiệm tiếp xúc cấp tính và mãn tính. Nếu các dữ liệu về độc tính không đủ rút ra từ tiêu chuẩn chất lượng nước thì có thể phải áp dụng tiêu chuẩn
về độ an toàn hoặc xem xét các yếu tố chưa rõ khác, ví dụ các loài có mẫn cảm hơn hoặc các chất ô nhiễm khác có tác động bổ sung thêm. Như vậy, việc sử dụng các tiêu chuẩn nồng độ cho phép tối đa trong môi trường nước sẽ bảo vệ được đời sống hệ sinh thái trong nước trong những điều kiện bình thường. Các tiêu chí khác có thể lấy từ sinh vật biển và sinh vật nước ngọt và có thể chia nhỏ hơn nữa, ví dụ thành các tiêu chuẩn để bảo vệ động vật vỏ giáp xác, động vật thân mềm hoặc cá.
Quy trình tương tự cũng được sử dụng để bảo vệ sứcc khoẻ cho con người không bị ảnh hưởng thông qua việc sử dụng nước để uống, bơi lội hoặc sử dụng cho các mục đích giải trí khác, hoặc việc sử dụng cá từ vùng bị ảnh hưởng để làm thực phẩm. Các sinh vật biển có thể tích luỹ các chất có hại, trong khi bản thân chúng không có hại. Trong các tiêu chuẩn nhằm bảo vệ con người, tỷ lệ người tiêu thụ được sử dụng là tỷ lệ của nhóm tiếp xúc nhiều nhất được xem xét vì thói quen sử dụng hải sản rất phổ biến. Các tiêu chuẩn thường được đặt ra trên cơ sở thói quen của thành viên trung bình nhóm cư dân tiếp xúc nhiều nhất.
Câu hỏi “cái gì cho phép’’hàm ý nhận định hoặc đánh giá về “vùng dễ hi sinh’’. Vì nhiều lý do, nên không cần và cũng sẽ không thực tế nếu đòi hỏi tiêu chuẩn bảo vệ sức khoẻ của con người hoặc đời sống các cá thể trong nước cho từng khu vực của môi trường nước. Ví dụ chỉ xem xét nguồn nước cho vận tải thủy hay tưới tiêu mà không quan tâm đến bảo vệ cá hoặc các sinh vật trong nước khác. Theo mục đích này, sẽ có chỉ tiêu áp dụng cho mục đích chính, các mục đích sử dụng khác nhau sẽ phải chấp nhận. Các tiêu chuẩn thường được xem xét trong bảo vệ môi trường biển là:
- Nguồn thực phẩm cho con người: - Khử nước mặn dùng làm nước uống; - Nước sử dụng cho công nghiệp;
- Nước cho giải trí (bể bơi hoặc chơi thể thao dưới nước) - Môi trường thưởng thức cảnh đẹp;
- Môi trường hỗ trợ quần thể bình thường và tính đa dạng của thuỷ sinh;
- Môi trường hỗ trợ quần thể thuỷ sinh đặc biệt phong phú, các loài đa dạng hoặc quý hiếm;
Ưu điểm chính của “cách tiếp cận các mục tiêu chất lượng nước ’’là các tiêu chuẩn có thể được đặt ra theo mục đích cụ thể của môi trường. Nó là cơ sở để đưa ra các quyết định quản lý.
Những khó khăn trong việc xây dựng tiêu chuẩn là các thông tin về các chất cần quan tâm và các hoạt động của chúng trong môi trường kể cả các mối tương tác của chúng với các chất khác. Việc áp dụng tiêu chuẩn nước cũng đòi hỏi đặt ra các giới hạn thải khi sử dụng và các đặc điểm của vùng được thải. Các giới hạn thải có thể được nới lỏng hơn khi sử dụng các công nghệ tốt hơn. Nó là tiêu chuẩn có thể chấp nhận được đảm bảo an toàn. Biên an toàn sẽ được xác định bằng các yếu tố kinh tế và các yếu tố khác. Sẽ có các trường hợp mà giới hạn thải không đạt được,
thậm chí cả khi đã sử dụng công nghệ cao và do vậy dự án phải bãi bỏ hoặc chuyển đi nơi khác. Điều này cũng gây khó khăn nếu nhiều mức thải được đặt ra cho một vùng cụ thể và đặc biệt khi tiêu chuẩn đã đặt xuống mức thấp nhất rồi nhưng lượng thải ra cũng không tuân theo qui định này. Trường hợp này xảy ra đối với những nhà máy sử dụng công nghệ cũ.
Sự tồn tại của chất ô nhiễm – chu trình sinh địa hoá học
Điều quan trọng là biết được nguồn chất ô nhiễm, tỷ lệ thải và những con đường chúng đi qua. Rõ ràng việc hiểu biết đặc điểm môi trường và chất thải là cần thiết để theo dõi sự phân bố của chất ô nhiễm từ nguồn vào hệ sinh thái. Tuy nhiên, cũng cần biết mức độ ô nhiễm mà con người hoặc các sinh vật tiếp xúc phải gánh chịu. Điều này đòi hỏi nghiên cứu chi tiết các quá trình và mức độ ảnh hưởng của các chất ô nhiễm. Để dự báo nguồn chất ô nhiễm, cần xem xét đến:
- Các nguồn vào
- Sự phân tán trong môi trường;
- Các quá trình lý, hoá học và sinh học; - Sinh thái của môi trường.
Các thông tin định lượng về đặc tính của các chất ô nhiễm thải ra môi trường có thể nhận được thông qua việc nghiên cứu các quá trình sinh địa hoá học.
Các tính chất lý hoá
Trong trường hợp chỉ có các dữ liệu rất hạn chế về môi trường, các tính chất lý hoá của chất ô nhiễm có giá trị để dự báo các tác động của nó. Đặc biệt, để dự báo các yếu tố môi trường có các chất ô nhiễm thì phương thức tích luỹ và các con đường gây ô nhiễm là những yếu tố quan trọng nhất cần xác định. Ví dụ, một số hợp chất như PCB có chứa dầu và mỡ và hỗn hợp dầu và nước này rất dễ dàng hòa tan trong dầu. Các hợp chất khác có chứa gốc muối, hầu hết có thể hoà tan trong nước hoăch các chất bay hơi dễ phân tán trong không khí.
Các quá trình vật lý
Các quá trình vật lý đẩy nhanh sự phát tán chất ô nhiễm chủ yếu được xác định bởi các đặc điểm địa hình (đường bờ biển, dốc đáy, sự tồn tại của các vỉa xâm nhập), các đặc điểm khí tượng và hải dương học (dòng chảy, tốc độ trao đổi với nước ở xa bờ), và các đặc điểm của bản thân chất thải (đường ống ở ven biển, trên mặt hoặc dưới sâu, chất thải phun hoặc khuếch tán,…).
Các quá trình lý hoá
Một số chất được khử ra khỏi môi trường biển hoặc là vô hại khi biến đổi hoá học thành hóa học trở thành các chất khác trong tự nhiên. Một số phương pháp khử là:
- Quang phân và quang oxy hoá;
- Phân huỷ sinh học và chuyển hoá mê tan - Tạo trầm tích và chôn vùi trầm tích - Chuyển vào khí quyển
Tính bền vững trong môi trường của một chất phụ thuộc vào các đặc điểm của các chất đó và môi trường. Một số chất, nhất là một số chất hoá học hữu cơ nhân tạo có thể không dễ tách khỏi môi trường và do vậy trở thành mỗi đe doạ tiềm tàng vì tính bền vững của chúng. Nhiều chất hoá học có thể phân huỷ ở mức độ nào đó vẫn có khả năng tồn tại dai dẳng trong môi trường biển trong thời gian rất dài. Nồng độ trên đồng ruộng được tiếp tục bổ sung và tích luỹ chậm chạp theo thời gian, hậu quả là nồng độ các chất trong môi trường có thể đạt đến các mức gây hậu quả nghiêm trọng nếu không áp dụng các biện pháp phòng chống thích hợp.
Hình 3.18: Tồn tại của một chất hoá học trong hệ thống nước bao gồm nước, bùn cát đáy, bùn cát lơ lửng và không khí
Các quá trình sinh học
Các quá trình sinh học trong các thành phần khác nhau của hệ sinh thái có thể cản trở hoặc gia tăng tính lưu động của các chất ô nhiễm và như vậy ảnh hưởng đến quy mô của vùng bị tác động. Sự chuyển hoá ở sinh vật có vai trò thứ yếu trong việc biến đổi các chất ô nhiễm trong môi trường. Theo độ sâu, năng suất sơ cấp hoặc sự ôxy hoá khử do vi khuẩn có thể được loại bỏ, phân huỷ hoặc sẵn có các chất ô nhiễm. Cũng như vậy, các quá trình như xáo trộn sinh học và sản sinh chất thải từ hệ động vật lớn hoặc sự oxy hoá khử do vi khuẩn có thể huy động các chất ô nhiễm liên kết với trầm tích.
Các quá trình địa hoá học
Một số quá trình ảnh hưởng đến sự phân bố và sự tồn tại của các chất ô nhiễm là các quá trình địa hoá học như sự kết tủa, hoà tan, hấp phụ và khử hấp phụ, tất cả các quá trình này ảnh hưởng đến thời gian tồn tại của chất ô nhiễm trong nước. Tất cả các quá trình tuần hoàn sinh địa hoá học quyết định sự tồn tại của các chất hoá học trong môi trường nước. Một số quá trình đã nêu trên được trình bày ở hình 3.18.
Sự phân bố chất ô nhiễm ảnh hưởng ra môi trường không giống nhau, một số chất ô nhiễm có thể tìm thấy là không nhỏ, nhưng khó xác định chính xác mức độ ảnh hưởng của nó. Đối với kim loại, các dạng này được nêu trong hình 3.19.
Độc tố
Độc tố là số đo độ độc của một chất hoặc liều đủ để giết hoặc huỷ hoại một sinh vật. Chất càng độc khả năng hủy diệt càng lớn và phức tạp.
Thông thường có thể phát hiện tác hại đến sinh vật bởi nồng độ thấp hơn nhiều so với nồng độ để diệt chúng. Các phản ứng dưới mức gây chết có phạm vi lớn hơn một chút so với sự thích nghi sinh lý khi môi trường thay đổi, tới các áp lực sinh lý hoặc sự phát triển các dị dạng mà trong môi trường tự nhiên sẽ dẫn đến chết non.
Điều quan trọng là cần phân biệt giữa hai cách trong đó sinh vật tiếp xúc với chất độc. Tiếp xúc cấp tính là sự kiện đơn lẻ, tiếp xúc mãn tính tiếp diễn trong thời gian dài hơn. Vết dầu loang của một tàu chở dầu trên biển là tai nạn cấp tính - một sự kiện đơn lẻ, gây tổn hại cho sinh vật, nhưng khi dầu được khử đi, sự phục hồi lại bắt đầu (trừ khi dầu bị chôn vùi từ lâu và sau đó giải phóng dần ra từng lượng nhỏ). Một dòng nước thải của nhà máy lọc dầu có chứa các hydrôcacbon dầu mỏ là một sự tiếp xúc mãn tính . Tổn hại ban đầu có thể ít hơn nhiều so với vết dầu tràn cấp tính, nhưng vì quá trình xảy ra liên tục, sự hồi phục không thể nhanh chóng dẫn tới ảnh hưởng mang tính lâu dài. Cũng như vậy, độc tính cấp của một chất là lượng gây chết khi được dùng một lượng duy nhất. Độc tính mãn là lượng gây chết nếu chất này được dùng liên tục trong một thời gian dài.
Trong khi tiến hành các thử nghiệm về độc tính, thường người ta cho một mẫu sinh vật thử nghiệm tiếp xúc với một nồng độ xác địnhcủa chất độc và xác định trong thời gian bao lâu sinh vật này sẽ chết. Các số đo được sử dụng phổ biến là các giá trị LC50 hoặc LD50, là chỉ số nồng độ gây chết trung bình hoặc liều gây chết trung bình mà ở mức này 50% số quần thể bị chết. Một cách khác là xác định nồng độ không nguy hiểm hoặc còn gọi là mức tác động không nhận thấy (NOEL).
Hình 3.19: Các dạng và các con đường chuyển hoá kim loại trong nước tự nhiên
Mô hình hoá chất lượng nước
Các phần trên đã trình bày tổng quát về chất lượng nước, các tiêu chuẩn chất lượng nước, các quá trình và các khía cạnh của chất lượng nước, độc tố. Vận dụng