Bài giảng Công nghệ xử lý nước cấp - Chương 1: Thành phần tính chất nước thiên nhiên, đánh giá chất lượng nguồn nước cấp cho vùng dân cư

Nội dung text: Bài giảng Công nghệ xử lý nước cấp - Chương 1: Thành phần tính chất nước thiên nhiên, đánh giá chất lượng nguồn nước cấp cho vùng dân cư

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC CẤP TS. Trần Văn Quy 1
2. NỘI DUNG BÀI GIẢNG Chương 1. Thành phần tính chất nước thiên nhiên, đánh giá chất lượng nguồn nước cấp cho vùng dân cư Chương 2. Sơ đồ công nghệ xử lý nước, các phương pháp xử lý nước Chương 3. Quy hoạch tổng thể nhà máy nước 2
3. Chương 1. Thành phần tính chất nước thiên nhiên, đánh giá chất lượng nguồn nước cấp cho vùng dân cư 1.1. Đặc điểm, thành phần, tính chất nước mặt, nước ngầm dùng làm nguồn cấp nước sinh hoạt 1.1.1. Nước mặt: Sông hồ, biển 1.1.2. Nguồn nước ngầm 1.2. Ảnh hưởng của các chất đối với chất lượng nước, sự ô nhiễm nước. 1.2.1. Các tác nhân và thông số hoá lý gây ô nhiễm nguồn nước. 1.2.2. Các tác nhân và thông số hoá học gây ô nhiễm nguồn nước 1.2.3. Các tác nhân sinh học gây ô nhiễm nguồn nước 1.3. Các chỉ tiêu hay thông số đánh giá chất lượng nước 1.3.1. Các chỉ tiêu vật lý 1.3.2. Các thông số hoá học 1.3.3 Các chỉ tiêu vi sinh 1.4. Nồng độ giới hạn cho phép của các chất độc hại trong nguồn nước phục vụ cấp nước cho sinh hoạt. 1.5. Tự học 3
4. Chương 2. Sơ đồ công nghệ xử lý nước, các phương pháp xử lý nước 2.1. Các nguyên tắc lựa chọn phương pháp xử lý nước 2.1.1. Các biện pháp xử lý cơ bản 2.1.2. Lựa chọn công nghệ xử lý nước 2.2. Các công nghệ xử lý nước 2.2.1. Công nghệ xử lý nước mặt 2.2.1. Công nghệ xử lý nước ngầm 4
5. 2.3. Các phương pháp xử lý nước 2.3.1. Keo tụ 2.3.1.1. Bản chất hoá lý của quá trình keo tụ 2.3.1.2 Các phương pháp keo tụ 2.3.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình keo tụ. 2.3.1.4. Thiết bị, công trình pha chế, định lượng dung dịch, hoá chất. 2.3.1.4.1. Sơ đồ công nghệ quá trình keo tụ nước. 2.3.1.4.2. Các loại hoá chất dùng để keo tụ. 2.3.1.4.3. Pha chế dung dịch hoá chất. 2.3.1.4.4. Định lượng dung dịch hoá chất 2.3.1.5 Công trình trộn 2.3.1.5.1. Trộn thuỷ lực 2.3.1.5.2. Trộn cơ khí 2.3.1.6. Phản ứng tạo bông cặn 2.3.1.6.1. Nguyên lý chung 2.3.1.6.2. Bể phản ứng tạo bông cặn thuỷ lực 2.3.1.6.3. Bể phản ứng tạo bông cặn cơ khí. 5
6. 2.3.2 . Lắng nước 2.3.2.1. Lắng tĩnh 2.3.2.2. Lắng trong môi trường động. 2.3.3. Lọc nước 2.3.3.1. Khái niệm chung 2.3.4. Xử lý sắt và mangan 2.3.4.1. Xử lý sắt 2.3.4.1.1. Các phương pháp xử lý sắt 2.3.4.1.2. Công nghệ khử sắt trong nước ngầm 2.3.4.2. Khử mangan trong nước ngầm 2.3.5. Khử trùng 2.3.5.1. Khử trùng bằng các chất ôxi hoá mạnh 2.3.5.2. Các phương pháp khử trùng khác. 6
7. 2.3.6. Các phương pháp xử lý đặc biệt 2.3.6.1. Khử mùi và vị trong nước 2.3.6.2. Làm mềm nước. 2.3.7. Khử mặn và muối trong nước 2.3.8. Các phương pháp xử lý đặc biệt khác 2.3.8.1. Flo hoá nước 2.3.8.2. Khử flo trong nước 2.3.8.3. Khử sunfua và hydrosunfit trong nước 2.3.8.4. Khử axit silic hoà tan trong nước 2.3.9. Tự học 7
8. Chương 3. Quy hoạch tổng thể nhà máy nước 3.1. Các yêu cầu chung 3.1.1. Tầm quan trọng của công việc 3.1.2. Chọn vị trí nhà máy xử lý nước 3.2. Bố trí quy hoạch nhà máy xử lý nước 3.2.1. Các tài liệu cần có 3.2.2. Các yêu cầu khi bố trí mặt bằng nhà máy xử lý nước. 3.2.3. Các công trình phụ trợ 3.2.4. Hệ thống cấp điện và thông tin liên lạc 3.2.5. Nhà quản lý, điều hành 3.3. Nguyên tắc bố trí công trình trong trạm xử lý nước 3.4. Tự học 8
9. TÀI NGUYÊN NƯỚC  Khái niệm và tầm quan trọng của nước  Nước là yếu tố chủ yếu của HST, là nhu cầu cơ bản của mọi sự sống trên Trái đất và cần thiết cho mọi hoạt động KT-XH của con người;  Nước tham gia vào thành phần cấu trúc của sinh quyển, điều hòa các yếu tố khí hậu, đất đai và sinh vật. Nước còn đáp ứng những nhu cầu đa dạng của con người trong sinh hoạt hằng ngày, tưới tiêu cho nông nghiệp, sản xuất công nghiệp, sản xuất điện năng và tạo ra nhiều cảnh quan đẹp 9
10.  Nước là tài nguyên tái tạo được, là một trong các nhân tố quyết định chất lượng MT sống của con người;  Viện sĩ Xiđorenko: ”Nước là khoáng sản quý hơn tất cả các loại khoáng sản”;  Nếu không có nước thì chắc chắn không có sự sống xuất hiện trên Trái đất, thiếu nước thì cả nền văn minh hiện nay cũng không tồn tại được  Nhà Bác học Lê Quý Đôn: ”Vạn vật không có nước không thể sống được, mọi việc không có nước không thành được ” 10
11. Nước trong tự nhiên – các nguồn nước thô:  Nước mưa;  Nước bề mặt bao gồm nước ở các sông, hồ, kênh, suối, ;  Nước ngầm;  Nước biển;  Nước tồn tại ở thể hơi trong không khí;  Băng; 11
12.  Nước mặt: Sông, hồ, biển  Nước sông: Nước mưa, hơi nước trong không khí ngưng tụ và một phần do nước ngầm tập trung lại thành những dòng sông và suối. * Ưu: - Trữ lượng lớn - Dễ thăm dò và khai thác - Độ cứng và hàm lượng sắt nhỏ * Nhược: - Thay đổi lớn theo mùa về độ đục, lưu lượng, mức nước và nhiệt độ. - Sông có nhiều tạp chất. Hàm lượng cặn cao về mùa lũ, chứa lượng hữu cơ và vi trùng lớn, dễ bị nhiễm bẩn bởi nước thải nên giá thành xử lý cao. 12
13.  Nước suối: Mùa khô nước trong nhưng lưu lượng nhỏ. Mùa lũ nước lớn nhưng nước đục, có nhiều cát sỏi, mức nước lên xuống đột biến. Ứng dụng: Có thể sử dụng cấp nước cho các bản làng hoặc các đơn vị quân đội trong khu vực. Nếu muốn sử dụng cho hệ thống cấp nước qui mô lớn phải có công trình dự trữ và phòng chống phá hoại.  Nước ao hồ: Hàm lượng cặn bé nhưng độ màu các hợp chất hữu cơ và phù du rong tảo rất lớn. Thường dễ nhiễm trùng, nhiễm bẩn nếu không được bảo vệ cẩn thận.  Nước biển: Nguồn nước trong tương lai do trữ lượng cực lớn nhưng độ mặn cao. Phương pháp xử lý: + Chưng cất, bốc hơi: ít kinh tế + Cơ chế sinh học 13
14.  Nước ngầm Nước mưa, nước mặt và hơi nước trong không khí ngưng tụ lại và thẩm thấu vào lòng đất tạo thành nước ngầm. Nước ngầm được giữ lại hoặc chuyển động trong các lỗ rỗng hay khe nứt của các tầng đất đá tạo nên tầng ngậm nước. * Ưu: Nước rất trong sạch, hàm lượng cặn nhỏ, ít vi trùng → xử lý đơn giản, giá thành rẻ. Chất lượng nước ngầm ở Việt Nam khá tốt, chỉ cần khử trùng (Thái Nguyên, Vĩnh Yên ) hoặc chỉ cần khử sắt, khử trùng (Hà Nội, Sơn Tây, Quảng Ninh, Tuyên Quang). * Nhược: Thăm dò lâu, khó khăn Thường chứa nhiều sắt, mangan và bị nhiễm mặn ở vùng ven biển → xử lý khó và phức tạp. 14
15. Sự phân bố tài nguyên nước toàn cầu [11] Vị trí Thể tích ( 1012 m3) Tỷ lệ (%) Vùng lục địa Hồ nước ngọt 125 0,009 Hồ nước mặn, biển nội địa 104 0,008 Sông 1,25 0,0001 Độ ẩm trong đất 67 0,005 Nước ngầm (độ sâu dưới 4000 m) 8.350 0,61 Băng ở các cực 29.200 2,14 Tổng vùng lục địa (làm tròn) (37.800) (2,8) Khí quyển (hơi nước) 13 0,001 Các đại dương 1.320.000 97,3 Tổng cộng (làm tròn) 1.360.000 100 15
16. PHÂN BỐ NƯỚC TRÊN TRÁI ĐẤT Đại dương Băng hà 97% 1.725% Khí quyển This image cannot currently be displayed. 0.01% Sông, hồ và biển This image cannot currently be displayed. trong lục địa Độ ẩm đất 0.141% 0.0012% Nước ngầm 0.4 – 1.7% 16
17. Chu trình nước [11] 18
18.  Đặc điểm các nguồn nước  Nguồn nước mưa - được sử dụng rộng rãi ở các vùng khan hiếm nước ngọt. Lượng nước mưa phân bố không đều trên bề mặt Trái đất theo thời gian và không gian  Nguồn nước mặt - Chất lượng nước mặt thay đổi nhiều từ vùng này sang vùng khác, từ mùa này sang mùa khác  Nguồn nước dưới đất - tồn tại trong các khoảng trống dưới đất, trong các khe nứt, các mao quản, thấm trong các lớp đất đá. Nước dưới đất được coi là một hệ thống phức tạp, thay đổi theo thành phần và hoạt độ của các phân tử có mặt và theo điều kiện nhiệt động học. 19
19.  Sự cung ứng nước trên toàn cầu  Nước bao phủ 71% diện tích của quả đất (Khoảng 97% tài nguyên nước toàn cầu là nước của các đại dương - nước mặn; Một phần rất nhỏ hơi nước trong không khí, trong đất cùng với khoảng hơn 2% lượng nước chứa trong băng ở hai đầu cực là lượng nước khó có thể khai thác sử dụng; Con người chỉ có thể dựa vào lượng nước ngọt rất nhỏ có trong sông, hồ nước ngọt và túi nước ngầm để phục vụ các nhu cầu sinh hoạt và sản xuất của mình, lượng nước này chỉ chiếm khoảng 0,62% tài nguyên nước toàn cầu. Tuy nhiên, nếu ta trừ phần nước bị ô nhiễm ra thì chỉ có khoảng 0,003% là nước ngọt sạch mà con người có thể sử dụng được). 20
20.  Nước giữ cho khí hậu tương đối ổn định và pha loãng các yếu tố gây ô nhiễm MT  Là thành phần cấu tạo chính yếu trong cơ thể sinh vật, chiếm từ 50%-97% trọng lượng của cơ thể (ở người - 70%; ở Sứa biển - 97%).  Tổng lượng nước tự nhiên trên thế giới theo ước tính có khác nhau theo các tác giả và dao động từ 1.385.985.000 km3 (Lvovits, Xokolov - 1974) đến 1.457.802.450 km3 (F. Sargent - 1974). 21
21.  Tình hình sử dụng nước ở Việt Nam  Nước mặt  VN nằm trong vùng nhiệt đới ẩm, lượng mưa tương đối lớn TB 1.800mm - 2.000mm/năm, nhưng phân bố không đồng đều, tập trung chủ yếu vào mùa mưa từ tháng 4-5 đến tháng 10, riêng vùng duyên hải Trung bộ thì mùa mưa bắt đầu và kết thúc chậm hơn vài ba tháng;  Sự phân bố không đồng đều lượng mưa và dao động phức tạp theo thời gian gây nên lũ lụt và hạn hán thất thường gây nhiều thiệt hại lớn đến mùa màng và tài sản ảnh hưởng đến nền KTQG, ngoài ra còn gây nhiều trở ngại cho việc trị thủy, khai thác dòng sông. 22
22.  Ngoài nguồn nước mặt từ mưa (khoảng 325 tỷ m3) VN hiện còn có nguồn nước rất lớn do các con sông xuyên biên giới đem từ lãnh thổ các nước láng giềng (Trung Quốc, Thái Lan, Mianma, Lào và Campuchia) chảy vào sông Hồng, sông Mã, sông Cả, sông Mê Công, sông Cửu long. Lượng nước này ước tính bằng 525 tỷ m3, gấp 1,7 lần lượng nước ngọt hình thành trong nước;  Chất lượng nước của một số dòng sông sau khi đã tiếp nhận xả thải;  Chế độ thủy văn của các dòng sông xuyên biên giới chảy vào nước ta sẽ thay đổi 23
23.  Nước ngầm  Nước tàng trữ trong lòng đất là một bộ phận quan trọng của nguồn TN nước ở VN; khai thác để sử dụng cho sinh hoạt đã có từ lâu; việc điều tra nghiên cưú một cách toàn diện và có hệ thống chỉ mới được tiến hành trong chừng chục năm gần đây;  Tổng trữ lượng có tiềm năng khai thác được trên cả nước của các tầng trữ nước trên toàn lãnh thổ, chưa kể phần hải đảo, ước tính khoảng 60 tỷ m3/năm;  Tổng lượng đã khai thác chỉ mới vào khoảng 5% tổng trữ lượng. Trong các năm tới lượng khai thác có thể lên tới khoảng 12 tỷ m3/năm. So sánh với thế giới trữ lượng nước ngầm của VN ở vào mức TB (nguồn: VN môi trường và cuộc sống, 2004) 24
24.  Nước khoáng và nước nóng Theo thống kê chưa đầy đủ, ở Việt Nam có khoảng 350 nguồn nước khoáng và nước nóng, trong đó:  Nhóm chứa carbonic tập trung ở nam Trung bộ, đông Nam bộ và nam Tây nguyên;  Nhóm chứa sulfur hydro ở Tây Bắc và miền núi Trung bộ; nhóm chứa silic ở trung và nam Trung bộ;  Nhóm chứa Sắt ở đồng bằng Bắc bộ;  Nhóm chứa brom, iod và bor có trong các trầm tích miền võng Hà Nội và ven biển vùng Quảng Ninh;  Nhóm chứa fluor ở nam Trung bộ  Phần lớn nước khoáng cũng là nguồn nước nóng 25
25.  Các vấn đề về MT nước hiện nay  Nước phân bố không đều trên bề mặt Trái đất;  Con người ngày càng khai thác và sử dụng nhiều tài nguyên nước hơn;  Các nguồn nước trên Trái đất đang bị ô nhiễm bởi các hoạt động của con người;  Các tác nhân gây ô nhiễm nguồn nước rất đa dạng 26
26.  CÁC VẤN ÐỀ LIÊN QUAN ÐẾN TN NƯỚC CỦA VIỆT NAM  2/3 tổng lượng nước mặt của Việt Nam phụ thuộc vào nước ngoài  TN nước phân bố rất không đều theo không gian và thời gian  Có nhiều thiên tai gắn liền với nước  Lũ lụt là thiên tai phổ biến nhất  Ngập úng;  Hạn hán;  Chất lượng nước đang giảm sút; Nước ngọt bị ô nhiễm;  yêu cầu về nước đang tăng nhanh  Sự cạn kiệt nguồn nước ngầm;  Sự lún sụp: Khi lớp nước ngầm ở cạn bị lấy đi nhanh tạo nên khoảng trống;  Sự nhiễm mặn: Sự khai thác nước ngầm ở các vùng ven bờ biển 27
27.  Các quá trình tự nhiên tác động đến chất lượng nước  Nước bị ô nhiễm nghĩa là thành phần của nó tồn tại các chất khác, mà các chất này có thể gây hại cho con người và cuộc sống các sinh vật trong tự nhiên. Nước ô nhiễm thường là khó khắc phục mà phải phòng tránh từ đầu. 28
28.  Trong quá trình sinh hoạt hàng ngày, dưới tốc độ phát triển như hiện nay con người vô tình làm ô nhiễm nguồn nước bằng các hóa chất, chất thải từ các nhà máy, xí nghiệp. Các đơn vị cá nhân sử dụng nước ngầm dưới hình thức khoan giếng, sau khi ngưng không sử dụng không bịt kín các lỗ khoan lại làm cho nước bẩn chảy lẫn vào làm ô nhiễm nguồn nước ngầm. Các nhà máy xí nghiệp xả khói bụi công nghiệp vào không khí làm ô nhiễm không khí, khi trời mưa, các chất ô nhiễm này sẽ lẫn vào trong nước mưa cũng góp phần làm ô nhiễm nguồn nước. 29
29.  QUẢN TRỊ TN NƯỚC  Gia tăng sự cung ứng nước tiêu dùng;  Giảm sự sử dụng và hao phí nguồn nước;  Ðập và hồ chứa nước dự trữ;  Khai thác nước ngầm;  Sự khử mặn;  Mưa nhân tạo;  Kế hoạch nghiên cứu tổng thể và quy hoạch sử dụng TN nước hợp lý:  XLNT;  Quy hoạch hợp lý các công trình thuỷ điện, thuỷ nông;  BV và PTTN rừng;  Thay đổi các quy trình SX tốn nhiều nước;  Thay đổi phương thức canh tác NN 30
30. THÀNH PHẦN CỦA NƯỚC TỰ NHIÊN Thành phần của nước tự nhiên Các vòng tuần hoàn vật chất 31
31. Thành phần của nước tự nhiên Các điều kiện vật lý ảnh hưởng rất mạnh đến các quá trình hóa học và sinh học xảy ra trong nước. Nước tự nhiên chứa các hợp chất vô cơ, hữu cơ, các khí hòa tan, chất rắn lơ lửng, nhiều loại vi sinh vật. Sự phân bố các chất hòa tan và các thành phần khác trong nước quyết định bản chất của nước tự nhiên: nước ngọt, nước lợ, nước mặn; nước giàu hoặc nghèo dinh dưỡng; nước cứng hoặc mềm; nước bị ô nhiễm nặng hoặc nhẹ 32
32.  Các khí hòa tan  Hầu hết các chất khí thường gặp trong môi trường đều có thể hòa tan hoặc phản ứng với nước, trừ mê tan.  Các khí hòa tan có thể có mặt trong nước do hòa tan trực tiếp từ không khí vào nước (như oxy, cacbonic, ) hoặc do các quá trình sinh hóa xảy ra bên trong các nguồn nước.  Độ tan của các khí trong nước phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất. Trong một số trường hợp độ tan của chất khí còn phụ thuộc vào một vài yếu tố khác (pH, thành phần hóa học của nước, ).  Trong số các chất khí hòa tan trong nước, oxy hòa tan (dissolved oxygen DO) đóng một vai trò rất quan trọng. Oxy hòa tan cần thiết cho sinh vật thủy sinh phát triển, nó là điều kiện không thể thiếu được cho các quá trình phân hủy hiếu khí của vi sinh vật. Khi nước bị ô nhiễm do các chất hữu cơ dễ bị phân hủy bởi vi sinh vật thì lượng oxy hòa tan trong nước sẽ bị tiêu thụ bớt, do đó giá trị DO sẽ rất thấp so với DO bão hòa tại điều kiện đó. Vì vậy, DO thường được sử dụng như một thông số để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ của các nguồn nước. DO có ý nghĩa lớn đối với quá trình tự làm sạch của sông (assimilative capacity AC). 33
33. Có thể xác định DO bằng phương pháp Winkler(hóa học) hoặc bằng phương pháp sử dụng DO mét (điện hóa). Đơn vị biểu diễn: mg/L. Phương pháp Winkler: oxy trong nước được cố định ngay sau khi lấy mẫu bằng hỗn hợp chất cố định (MnSO4, KI, NaN3), lúc này oxy hòa tan trong mẫu sẽ phản ứng với Mn2+ tạo thành MnO2. Khi đem mẫu về đến phòng thí nghiệm, thêm axít sulfuric hay phosphoric vào mẫu, lúc này MnO2 sẽ oxy hóa I thành I2. Chuẩn độ I2 tạo thành bằng Na2S2O3 với chỉ thị hồ tinh bột. Tính ra lượng O2 có trong mẫu. Phương pháp sử dụng DO mét: đây là phương pháp được sử dụng rất phổ biến hiện nay. DO mét được dùng để xác định nồng độ oxy hòa tan ngay tại hiện trường. Điện cực của DO mét hoạt động theo nguyên tắc: dòng điện xuất hiện trong điện cực tỷ lệ với lượng oxy hòa tan trong nước khuếch tán qua màng điện cực, trong lúc đó lượng oxy khuếch tán qua màng lại tỷ lệ với nồng độ của oxy hòa tan. Đo cường độ dòng điện xuất hiện này cho phép xác định được DO. Bên cạnh DO, nồng độ CO2 hòa tan trong nước cũng đóng một vai trò quan trọng. Nồng độ CO2 ảnh hưởng trực tiếp đến nhiều tính chất, quá trình hóa học, sinh học của nước như độ kiềm, độ axit, khả năng xâm thực, quá trình quang hợp, 34
34. . Nước cứng là nước chứa nhiều canxi, manhê. Nước cứng phổ biến ở vùng núi đá hoặc nước ngầm cartơ. Nước cứng do muối các-bô-nát Ca, Mg gọi là nước cứng tạm thời. Nước cứng do muối sunphát, clorua Ca, Mg gọi là nước cứng vĩnh cửu. . Độ cứng của nước là lượng muối cac-bô-nát có thể kết tủa (tính theo CaCO3). Độ cứng nước sinh hoạt không được lớn hơn 300mgCaCO3/lít. Nước máy nhiều khu đô thị có độ cứng đạt tiêu chuẩn nhưng vẫn rất cao, trên 250 mg CaCo3/l. Khi dun nấu vẫn lắng rất nhiều cặn vôi. . Nước cứng gây nhiều phiền toái cho sử dụng: Nước hơi nhờn nhờn, làm cứng tóc khi tắm gội, làm đen nước trà, nước luộc rau, đặc biệt là lắng cặn khi đun. Nước cứng lắng cặn vôi trong bình nước nóng, làm tăng chi phí điện năng. Giảm độ cứng nước là một biện pháp tiết kiệm điện. . Ăn uống nhiều nước cứng có thể bị các bệnh về thận, tim mạch . Có 3 phương pháp thường dùng để giảm độ cứng : - Phương pháp trao đổi ion - Phương pháp lọc thẩm thấu ngược (RO) - Phương pháp xử lý hoá chất 35
35. Thế nào là "nước cứng"? Là nước có hàm lượng khoáng chất hòa tan lơn hơn lượng cho phép Thực chất của nước cứng là gì ? Thực chất nước cứng do trong nước có hàm lượng cation của Mg và Ca cao, khi chúng ta đun sôi lên hàm các ion này kết tủa tạo thành muối và lắng cặn tại các thiết bị đun sôi như siêu nước, phích nước, bình nóng lạnh và đôi khi cả hệ thống đường ống dẫn nước . Như vậy sau khi đun sôi lên chúng ta loại bỏ được nước cứng? Công việc này chỉ loại bỏ được nước cứng tạm thời, việc này cũng đòi hỏi một lượng nhiên liệu công sức lớn , đối với các nhà máy xử lý nước sạch gần khu vực đá vôi rất hay gặp phải trường hợp nước cứng này, việc khắc phục trên quy mô lớn bị hạn chế bởi vấn đề kinh tế Có nhất thiết phải làm mềm nước không? Không. Nếu bạn không sử dụng nước để tắm giặt, ăn uống, nếu bạn không sử dụng vòi nước, không dùng bình nước nóng, bồn tắm thì không cần làm mềm nước. Có thiết bị làm mềm nước ? Tất nhiên là có, các thiết bị làm mềm nước hoạt động trên nguyên tắc trao đổi ion trung hoà với các ion của Ca và Mg đang ở dạng hoà tan tạo thành muối kết tủa xuống, tuy nhiên cách này tốn kém vì chúng ta phải thay thế vật liệu trao đổi thường xuyên nếu muốn có hiệu quả cao Các thiết bị khi bị đóng cặn manhe, canxi như các thiết bị bình nóng lạnh, đường ống cần làm gì để loại bỏ chúng? Sử dụng hoá chất để loại bỏ chúng, thường trong ngành xử dụng hoá chất Tandex 270 có tính chất tẩy rửa cặn rất mạnh, đặc tính an toàn với môi trường và sử dụng được nhiều lần 36
36. Chất rắn Chất rắn lơ lửng và chất rắn hòa tan Các chất rắn trong nước thường phân tán trong nước dưới dạng lơ lửng (không tan) hoặc dạng tan. Chất rắn lơ lửng (suspended solids – SS): chất rắn lơ lửng trong nước có thể là các hạt chất vô cơ, hữu cơ kể cả các hạt chất lỏng không trộn lẫn với nước. Các hạt có bản chất vô cơ có thể là các hạt đất sét, phù sa, hạt bùn, Hạt có bản chất hữu cơ thường là sợi thực vật, tảo, vi khuẩn, Chất rắn lơ lửng thường có trong nước mặt do hoạt động xói mòn nhưng ít có trong nước ngầm do khả năng tách lọc tốt của đất. Ngoài các hạt chất rắn lơ lửng có nguồn gốc tự nhiên, nhiều chất rắn lơ lửng xuất phát từ các hoạt động sinh hoạt, sản xuất của con người. Thông thường chất rắn lơ lửng được xác định bằng cách lọc mẫu nước qua giấy lọc sợi thủy tinh (glass fiber filter) có cỡ lỗ xốp khoảng 1,2 μm hoặc màng polycacbonat có cỡ lỗ xốp khoảng 1 μm, sau đó sấy khô phần không qua giấy lọc ở 103 đến 105C đến khối lượng không đổi và cân để xác định chất rắn lơ lửng. Đơn vị biểu diễn: mg/L. 37
37. Sơ đồ xác định và quan hệ giữa chất rắn lơ lửng và chất rắn hòa tan [15] TS: total solids; SS: suspended solids; VSS: volatide SS; FSS: fixed SS; TVS: total volatile solids; FS: filtrable solids (DS); VFS: volatile FS (dÔ bay h¬i); FFS: fixed FS (bÒn); TFS: total fixed solids 38
38. • Chất rắn hòa tan (dissolved solids - DS): phần còn lại trong nước sau khi lọc tách chất rắn lơ lửng được xem là phần chất rắn hòa tan và được đánh giá thông qua thông số tổng chất rắn hòa tan (TDS). • Tổng chất rắn hòa tan thường được xác định trực tiếp bằng cách làm bay hơi đến khô kiệt mẫu nước sau khi đã lọc bỏ chất rắn lơ lửng. Khối lượng phần cặn khô còn lại chính là TDS của nước. TDS thường được biểu diễn bằng đơn vị mg/L. 39
39. Các chất vô cơ hòa tan Nước tự nhiên là dung môi tốt để hòa tan hầu hết các axit, bazơ và muối vô cơ. Nước biển Theo quan điểm hóa học, có thể xem nước biển là dung dịch hỗn hợp của NaCl 0,5 M và MgSO4 0,05 M, ngoài ra nước biển còn chứa nhiều nguyên tố hóa học khác với nồng độ thấp hơn. Nuớc biển trên toàn cầu có những đặc điểm đáng chú ý sau: Tỷ lệ thành phần các cấu tử chính ổn định: nhìn chung trên phạm vi toàn cầu, nước biển khá đồng nhất về tỷ lệ thành phần của các cấu tử chính, mặc dù nồng độ tuyệt đối của các cấu tử này có thể biến động theo vùng, khu vực: a. Tỷ lệ Na/Cl: 0,55 0,56 b. Tỷ lệ Mg/Cl: 0,06 0,07 c. Tỷ lệ K/Cl: 0,02 40
40. pH ổn định: pH của nước biển gần như luôn ổn định ở giá trị 8,1 0,2 trên phạm vi toàn cầu. Điều này được giải thích do: 2 a. Tác dụng đệm của hệ đệm H2CO3 HCO3 CO3 b.Tác dụng đệm của hệ đệm B(OH)3 B(OH)4 c. Cân bằng trao đổi giữa các cation hòa tan trong nước biển với lớp silicat trầm tích ở đáy đại dương: + 2+ + 3Al2Si2O5(OH)4(S) + 4SiO2(S) + 2K + 2Ca + 9H2O ⇌ 2KCaAl2Si5O16(H2O)6(S) + 6H trong đó, (c) được xem là nguyên nhân chính tạo tác dụng đệm cho nước đại dương. pE ổn định: pE của nước biển cũng có giá trị ổn định trong khoảng 12,5 0,2. Do đó nước biển không những có tác dụng đệm pH mà còn có khả năng đệm độ oxy hóa khử. 41
41. Nước sông Nồng độ các nguyên tố hóa học trong nước sông phân bố phụ thuộc vào đặc điểm khí hậu, địa chất, địa mạo và vị trí thủy vực. Nhìn chung, đặc điểm thành phần các ion hòa tan của các dòng sông trên thế giới do 3 yếu tố chủ đạo quyết định: Ảnh hưởng của nước mưa (vùng nhiệt đới nhiều mưa). Ảnh hưởng của sự bốc hơi kết tinh (vùng sa mạc). Ảnh hưởng của sự phong hóa (vùng ôn đới, ít mưa). Ở vùng cửa sông, thành phần hóa học của nước bị ảnh hưởng mạnh bởi thành phần hóa học của nước biển, đặc biệt là các ion Cl , Na+, SO42 và HCO3 . 42
42. Thành phần hóa học trung bình của nước sông hồ và nước biển toàn cầu [5] Nước biển Nước sông hồ Thành phần Nồng độ (mg/L) Thứ tự Nồng độ (mg/L) Thứ tự Các ion chính Cl 19340 1 8 5 Na+ 10770 2 6 6 2 SO4 2712 3 11 4 Mg2+ 1294 4 4 7 Ca2+ 412 5 15 2 K+ 399 6 2 8 HCO3 140 7 58 1 Br 65 8 Sr2+ 9 9 Các nguyên tố vết (g/lít) (g/lít) B 4500 1 10 15 Si 5000 2 13100 3 F 1400 3 100 12 N 250 4 230 11 P 35 5 20 13 Mo 11 6 1 18 Zn 5 7 20 14 Fe 3 8 670 9 Cu 3 9 7 17 Mn 2 10 7 16 Ni 2 11 0,3 19 Al 1 12 400 10 Bảng cho thấy tổng nồng độ các ion hòa tan trong nước biển cao hơn rất nhiều so với trong nước sông. Sự hòa tan các chất rắn (ion) trong nước chính là yếu tố quyế43t định độ mặn của nước.
43. Các chất hữu cơ Trong nguồn nước tự nhiên không ô nhiễm, hàm lượng chất hữu cơ rất thấp, ít có khả năng gây trở ngại cho các mục đích sử dụng thông thường. Tuy nhiên, nếu bị ô nhiễm do chất thải sinh hoạt, chất thải công nghiệp, giao thông, thì hàm lượng chất hữu cơ trong nước sẽ tăng cao. Dựa vào khả năng bị vi sinh vật phân hủy, người ta phân các chất hữu cơ thành hai nhóm: Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học (như các chất đường, chất béo, protein, dầu mỡ động thực vật, ). Trong môi trường nước các chất này dễ bị vi sinh vật phân hủy tạo thành CO2 và nước. Các chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học (như các hợp chất clo hữu cơ dùng làm thuốc bảo vệ thực vật: DDT, lindane, Aldrine, các hợp chất đa vòng ngưng tụ: pyren, naphtalen, anthraxen, dioxin ). Đây là các chất có độc tính cao, lại bền vững trong môi trường, nên có tác hại lâu dài cho đời sống và sức khỏe con người. Các chất hữu cơ sẽ được trình bày chi tiết trong phần “Ô nhiễm môi trường nước”. 44
44. Thành phần sinh học của nước tự nhiên Thành phần và mật độ các loại cơ thể sống trong nguồn nước phụ thuộc chặt chẽ vào đặc điểm, thành phần hóa học của nguồn nước, chế độ thủy văn và địa hình nơi cư trú. Các loại sinh vật tồn tại trong nguồn nước tự nhiên chủ yếu là vi khuẩn, vi rút, nấm, tảo, cây cỏ, động vật nguyên sinh, động vật đa bào, các loại nhuyễn thể, các loại động vật có xương sống. Tùy theo vị trí phân bố trong cột nước từ bề mặt đến đáy có thể có các loại sinh vật sau: Phiêu sinh vật (plankton): trong đó động vật phiêu sinh (zooplankton) và thực vật phiêu sinh, tảo (phytoplankton). Nhiều loài phiêu sinh có giá trị làm nguồn thức ăn cho tôm cá. đồng thời một số loài có khả năng chỉ thị ô nhiễm nước, chất lượng nước. Cá. Sinh vật bám. Sinh vật đáy (benthos). Một số loài sinh vật đáy có giá trị kinh tế đồng thời là sinh vật chỉ thị ô nhiễm và xử lý ô nhiễm. Các loại sinh vật quan trọng có liên quan đến chất lượng nước sẽ được trình bày chi tiết hơn trong phần “Ô nhiễm môi trường nước”. 45
45. Sự tạo phức trong nước tự nhiên và nước thải Nước tự nhiên có chứa rất nhiều ion và hợp chất có khả năng tạo phức mạnh, ví dụ axit humic, amino axit, ion clorua, Ngoài ra, trong nước tự nhiên còn có các tác nhân tạo phức nhân tạo xuất phát từ các loại chất thải công nghiệp thải vào các nguồn nước. Các tác nhân tạo phức nhân tạo có thể là natri tripolyphotphat, natri etylen diamin tetraaxetic (EDTA), natri nitrilotriaxetat (NTA), natri citrat, Các tác nhân tạo phức này có thể tạo phức với hầu hết các ion kim loại có trong nước (Mg2+, Ca2+, Mn2+, Fe2+, Fe3+, Cu2+, Zn2+, Co2+, Ni2+, Sr2+, Cd2+, Ba2+). Do các phản ứng tạo phức đã nêu, nên các ion kim loại thường tồn tại trong nước dưới nhiều dạng khác nhau, tùy theo pH, các tác nhân có mặt, và rất ít khi tồn tại dưới dạng ion tự do đơn lẻ. Phản ứng tạo phức xảy ra trong nước có thể ảnh hưởng đến các phản ứng riêng của phối tử và các kim loại, làm thay đổi mức oxy hóa của ion kim loại, hòa tan các hợp chất không tan của kim loại. Ngược lại, phản ứng tạo phức cũng có thể làm kết tủa một số kim loại dưới dạng hợp chất phức. 46
46. Nhiều cation kim loại bị giữ lại trong đất do quá trình trao đổi ion, nhưng khi tạo phức với một số phối tử mang điện tích âm, các ion kim loại sẽ tạo thành các anion phức và do đó không còn bị hấp thụ vào đất nữa. Hợp chất humic là các phối tử tạo phức quan trọng nhất thường gặp trong nước tự nhiên. Tính chất của nước tự nhiên bị ảnh hưởng đáng kể bởi sự có mặt của các hợp chất humic do tính axit - bazơ, khả năng hấp phụ và tạo phức của chúng. Axit fulvic tan được trong nước, do đó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng nước; axit humic và humin tuy không tan được trong nước nhưng cũng có khả năng ảnh hưởng đến tính chất nước thông qua khả năng trao đổi ion và chất hữu cơ với nước (“Humin”, “axit humic” và “axit fulvic” không phải là tên gọi của các hợp chất đơn lẻ mà là tên chung của một loạt các hợp chất. Các hợp chất humic đã được biết đến từ năm 1800, chúng là thành phần còn lại sau quá trình phân hủy xác thực vật. Các hợp chất này có mặt trong đất, trầm tích đầm lầy, hoặc các khu vực có nhiều xác thực vật đang bị phân hủy. Thành phần cơ bản của các hợp chất humic như sau: C: 45 55%; O: 30 45%; H: 3 6%; N: 1 5% và S: 0 1%). Do có khả năng liên kết với nhiều ion kim loại và không tan trong nước, nên humin và axit humic có khả năng tích lũy một lượng lớn kim loại trong trầm tích. 47
47. Vai trò của vi sinh vật trong các chuyển hóa hóa học của môi trường nước • Các vi sinh vật, vi khuẩn, nấm mốc và tảo đóng vai trò trung gian tạo điều kiện cho nhiều chuyển hóa hóa học xảy ra trong nước và đất. Vi sinh vật thông qua nhiều phản ứng khác nhau tạo thành nhiều loại trầm tích và các khoáng vật sa lắng. Nhiều loại vi sinh vật tham gia vào nhiều chu trình chuyển hóa của các nguyên tố trong môi trường, vì vậy các chu trình này được gọi là chu trình sinh địa hóa. 48
48. Phản ứng chuyển hóa cacbon • Vi sinh vật đóng một vai trò quan trọng trong chu trình cacbon. Các loại tảo quang hợp là loại sinh vật cố định cacbon quan trọng nhất trong môi trường nước. Tảo quang hợp tiêu thụ CO2, làm pH của nước tăng và do đó làm kết tủa CaCO2 và CaCO2.MgCO2. Lượng cacbon hữu cơ được tạo thành nhờ hoạt động của vi sinh vật sẽ tiếp tục bị chính vi sinh vật phân hủy chuyển hóa trong chu trình sinh địa hóa thành nhiên liệu hóa thạch như dầu mỏ, than đá, than bùn, Cacbon hữu cơ trong sinh khối, nhiên liệu hóa thạch có thể bị vi sinh vật phân hủy hoàn toàn tạo thành CO2. 49
49. Có thể tóm tắt các quá trình chuyển hóa cacbon có liên quan đến vi sinh vật như sau: Quang hợp: là quá trình trong đó tảo hoặc các loại thực vật bậc cao, vi khuẩn quang hợp sử dụng năng lượng ánh sáng để cố định cacbon thành chất hữu cơ: CO2 + H2O + h {CH2O} + O2(k) Hô hấp hiếu khí: là quá trình trong đó chất hữu cơ bị oxy hóa trong điều kiện có oxy phân tử O2: {CH2O} + O2 (k) CO2 + H2O Hô hấp kỵ khí: quá trình oxy hóa chất hữu cơ sử dụng nguồn oxy kết hợp như NO3 , SO32 , không sử dụng oxy phân tử. Sự phân hủy sinh khối: vi khuẩn hoặc nấm mốc phân hủy xác động thực vật, chuyển cacbon hữu cơ, nitơ, lưu huỳnh, photpho thành các dạng hợp chất hữu cơ hoặc vô cơ đơn giản có thể hấp thụ bởi thực vật. 50
50. Quá trình tạo metan: các chất hữu cơ có thể bị vi khuẩn tạo metan (methane-forming bacteria) như Methanobacterium chuyển thành metan trong điều kiện thiếu khí (anoxic) ở lớp trầm tích bằng phản ứng lên men (đây là một loại phản ứng oxy hóa khử, trong đó chất oxy hóa và chất khử đều là chất hữu cơ): 2{CH2O} CH4 + CO2 đây là quá trình đóng vai trò quan trong trong chu trình cacbon tại một khu vực cũng như trên toàn cầu, vì đây là khâu cuối cùng trong quá trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ. Quá trình này cung cấp khoảng 80% lượng CH2 cho khí quyển. 51
51. Quá trình phân hủy các hợp chất hydrocacbon: các hợp chất hydrocacbon lớn có thể bị Micrococcus, Pseudomonas, Mycobacterium và Nocardia oxy hóa trong điều kiện hiếu khí. Nhờ có quá trình này mà chất thải dầu mỏ có thể bị phân hủy trong nước và trong đất. Ví dụ các phản ứng: CH3CH2CH2CH2CH2O2H + O2 CH3CH2CH2O2H + 2CO2 + 2H2O Sự phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ: như các quá trình xảy ra trong quá trình xử lý nước thải đô thị. Có thể biểu diễn sự phân hủy này bằng phản ứng đại diện sau: {CH2O} + O2(k) CO2 + H2O + sinh khối 52
52. Phản ứng chuyển hóa nitơ Chu trình nitơ là một trong các quá trình hóa học quan trọng nhất trong nước và đất có sự tham gia của vi sinh vật. Quá trình này dựa vào 4 chuyển hóa quan trọng: Cố định nitơ (nitrogen fixation): là quá trình trong đó phân tử N2 từ khí quyển được chuyển thành nitơ hữu cơ (chủ yếu do vi khuẩn Rhizobium): + + 3{CH2O} + 2N2 + 3H2O + 4H 3CO2 + 4NH4 53
53. Hình 3.6. Chu trình Nitơ [8] 54
54. + - Nitrat hóa (nitrification): là quá trình oxy hóa NH3 hoặc NH4 thành NO3 (do vi khuẩn Nitrozomonas và Nitrobacter): NH3 + 3/2 O2 H+ + NO2 + H2O (Nitrozomonas) NO2 + ½ O2 NO3 (Nitrobacter) nitrat hóa đóng một vai trò rất quan trọng trong tự nhiên, nó cung cấp ion nitrat cho thực vật hấp thụ (đây là dạng nitơ chủ yếu thực vật có thể hấp thụ được). Phân bón dạng muối amoni sẽ được vi khuẩn chuyến hóa thành nitrat để thực vật có thể hấp thụ tốt nhất. Khử nitrat (nitrate reduction): là quá trình khử NO3 thành NO2 : ½ NO3 + ¼ {CH2O} ½ NO2 + ¼ H2O + ¼ CO2 Denitrat hóa (denitrification): là quá trình trong đó NO3 và NO2 bị khử thành N2 trong điều kiện không có oxy tự do: 4NO3 + 5{CH2O} + 4H+ 2N2 + 5CO2 + 7H2O quá trình denitrat hóa cũng có thể tạo thành NO và N2O. 55
55. Phản ứng chuyển hóa lưu huỳnh Chu trình lưu huỳnh có liên quan đến sự chuyển hóa qua lại giữa các dạng hợp chất khác nhau của lưu huỳnh như: hợp chất sulfat vô cơ tan, hợp chất sulfat không tan, hợp chất sinh học chứa lưu huỳnh, hợp chất hữu cơ tổng hợp chứa lưu huỳnh. Các quá trình có sự tham gia của vi sinh vật trong chu trình lưu huỳnh bao gồm: Khử sulfat thành sulfua dưới tác dụng của các vi khuẩn như Desulfovibrio: SO42 + 2{CH2O} + 2H+ H2S + 2CO2 + 2H2O H2S tạo thành do độc và có mùi khó chịu nên có thể làm giảm chất lượng nước. 56
56. Oxy hóa sulfua dưới tác dụng của các vi khuẩn như Thiobacillus: 2H2S + 4O2 4H+ + 2SO42 Một số loại vi khuẩn oxy hóa sulfua có thể chịu được môi trường axit và rất nguy hiểm cho môi trường. Ví dụ, các vi khuẩn loại này có thể oxy hóa pyrite FeS2 trong nước rò rỉ từ mỏ khai thác quặng tạo thành axit sulfuric. Axit tạo thành sẽ hòa tan nhiều kim loại trong quặng và cuối cùng đi vào các nguồn nước ngầm, nước mặt và gây ô nhiễm chúng. Quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ có chứa lưu huỳnh dưới tác dụng của vi khuẩn có thể tạo ra các chất hữu cơ chứa lưu huỳnh bay hơi và có mùi khó chịu, như metyl thiol CH3SH, dimetyl disulfua CH3SSCH3. Ngoài ra, quá trình phân hủy này cũng tạo ra H2S. 57
57. Phản ứng chuyển hóa photpho Các quá trình có sự tham gia của vi sinh vật trong đất và nước đóng một vai trò quan trọng trong chu trình photpho. Điều đáng chú ý là photpho thường là chất dinh dưỡng giới hạn trong nước rất cần cho sự phát triển của tảo. Một số vi khuẩn có khả năng tích lũy photpho từ nước tốt hơn tảo. Photpho tích lũy trong tế bào và có thể giải phóng trở lại giúp vi khuẩn phát triển khi môi trường thiếu chất dinh dưỡng này. Sự phân hủy sinh học của các hợp chất photpho rất quan trọng đối với môi trường, thể hiện ở hai điểm sau: Quá trình phân hủy photpho là quá trình khoáng hóa, nó chuyển các dạng photpho hữu cơ thành photpho vô cơ, cung cấp chất dinh dưỡng octophotphat (PO43 ) cho sự phát triển của thực vật và tảo. Nhờ quá trình phân hủy sinh học này mà các hợp chất photpho hữu cơ rất độc hại dùng làm thuốc trừ sâu mới bị phân hủy mà không gây hại nhiều cho môi trường. 58
58. Phản ứng chuyển hóa sắt Một số vi khuẩn (như Ferrobacillus, Gallionella, Sphaerotilus) có thể sử dụng các hợp chất của sắt để lấy năng lượng cho quá trình đồng hóa của chúng, thông qua quá trình oxy hóa Fe(II) thành Fe(III) với oxy phân tử: 4Fe2+ + 4H+ + O2 4Fe3+ + 2H2O nguồn cung cấp cacbon cho một vài loại vi khuẩn này là CO2. Vì các vi khuẩn này không cần nguồn cacbon hữu cơ và có thể thu năng lượng từ phản ứng oxy hóa các chất vô cơ, do đó chúng có thể sống ở môi trường không có chất hữu cơ. Người ta thường tìm thấy những lượng lớn sắt (III) oxit tích tụ dưới dạng bùn sa lắng ở những nơi vi khuẩn oxy hóa sắt phát triển mạnh. 59
59. CÁC CHỈ TIÊU HAY THÔNG SỐ ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC 60
60. Các yêu cầu về chất lượng nước-Tiêu chuẩn chất lượng nước Yêu cầu về chất lượng nước thay đổi tùy theo mục đích sử dụng nước. Một loại nước có thể không đạt yêu cầu cho mục đích sử dụng này nhưng vẫn có thể đạt yêu cầu cho mục đích sử dụng khác. Khi không có nước có chất lượng tốt để sử dụng thì người ta buộc phải chấp nhận sử dụng loại nước có chất lượng kém hơn yêu cầu. Các tổ chức quốc tế, các quốc gia hoặc các cơ quan có thẩm quyền thường phải ban hành tiêu chuẩn chất lượng nước (water quality standards), đó là các yêu cầu về chất lượng nước mang tính pháp lý. Ở Việt Nam, Bộ KHCN&MT (cũ) đã ban hành tiêu chuẩn chất lượng cho nước mặt, nước ngầm, nước biển ven bờ, nước thải. Tiêu chuẩn chất lượng nước cho các mục đích sử dụng khác như nước sử dụng cho mục đích nuôi trồng thủy sản, nước tưới tiêu nông nghiệp, nước uống, do các Bộ, Ngành ban hành cụ thể theo chức năng riêng. 61
61.  Thông thường các quốc gia ban hành các TC chất lượng nước dùng cho các loại nước sau: Nước sông, suối, hồ, biển ven bờ (in-stream quality). Tiêu chuẩn chất lượng này phải đảm bảo duy trì được về mặt pháp lý chất lượng nước sao cho nước đủ an toàn cho mục đích đánh bắt cá, bơi lội và chỉ cần một vài công đoạn xử lý đơn giản là có thể cấp được cho sinh hoạt. Nước uống. Tiêu chuẩn chất lượng nước uống phải đảm bảo nước không những đạt các tiểu chuẩn về cảm quan, như không màu, không mùi vị lạ, mà còn phải an toàn cho người sử dụng. Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đã ban hành hướng dẫn về tiêu chuẩn chất lượng nước uống (1984, 1993), nhiều quốc gia dựa vào hướng dẫn này để ban hành tiêu chuẩn chất lượng nước uống riêng cho nước mình. 62
62. Nước thải. Tiêu chuẩn chất lượng nước thải quy định nồng độ tối đa cho phép của các tác nhân ô nhiễm trong nước thải khi thải vào môi trường. Tùy theo đặc trưng riêng (lưu lượng, khả năng tự làm sạch, mục đích sử dụng, ) của nguồn nhận thải (sông, suối, hồ, biển, ), chính quyền địa phương còn có các tiêu chuẩn quy định riêng thích hợp, nhằm bảo đảm chất lượng nước của các nguồn nhận thải đạt các yêu cầu của chất lượng nước sông, suối, hồ, nước biển ven bờ đã nêu trên.  Các tiêu chuẩn chất lượng nước sông, suối, hồ, nước biển ven bờ, nước uống, nước thải đều có liên quan mật thiết với nhau.  Các tiêu chuẩn chất lượng nước nêu trên thường xuyên được thay đổi theo chiều hướng ngày càng khắt khe hơn dựa vào kết quả các nghiên cứu về độc học, y học, thành tựu mới trong lĩnh vực phân tích hóa học, phân tích sinh học, khả năng kinh tế kỹ thuật, phương pháp xử lý nước và nước thải, nhằm mục đích đảm bảo an toàn cho sức khỏe con người và hệ sinh thái môi trường nước nói riêng cũng như hệ sinh thái tự nhiên nói chung. 63
63. Các tác nhân và thông số ô nhiễm hóa lý nguồn nước • Màu sắc Khi nước chứa nhiều chất rắn lơ lửng, các loại tảo, các chất hữu cơ nó trở nên kém thấu quang ánh sáng Mặt trời vì vậy các sinh vật sống ở tầng nước sâu và đáy phải chịu điều kiện thiếu ánh sáng trở nên hoạt động kém linh hoạt. Các chất rắn trong môi trường nước làm hoạt động của các sinh vật sống trong nước khó khăn hơn, một số trường hợp có thể gây chết. • Mùi vị Mùi trong nước thường do các hợp chất hóa học (hợp chất hữu cơ) hay các sản phẩm từ các quá trình phân hủy vật chất gây nên. Nước thiên nhiên có thể có mùi đất, mùi tanh, mùi thối. Nước sau khi tiệt trùng với các hợp chất clo có mùi nồng nếu nhiễm Clo hay Clophenol. Tùy theo thành phần và hàm lượng các muối khoáng hòa tan mà nước có vị: mặn, ngọt, chát, đắng. 64
64. • Đô đục Làm khả năng truyền ánh sáng bị giảm dẫn đến ảnh hưởng hoạt động của sinh vật và con người. • Nhiệt độ • Độ dẫn điện Độ dẫn điện của nước tăng theo hàm lượng các chất khoáng hòa tan trong nước và dao động theo nhiệt độ. • Chất rắn lơ lửng Gây cho nước đục, thay đổi màu sắc và các khoáng chất khác. • Độ cứng: Dùng nước có độ cứng cao trong sinh hoạt sẽ gây lãng phí xà phòng do Canxi và Magiê phản ứng với các axit béo tạo thành các hợp chất khó tan. Trong sản xuất, nước cứng có thể tạo lớp cáu cặn trong các lò hơi hoặc gây kết tủa ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. • Độ pH: Sự thay đổi pH của nước liên quan đến sự hiện diện các - hóa chất axit hoặc kiềm, sự phân hủy CHC, NO3 , cá không sống được khi nước có pH 10. 65
65. Các tác nhân và thông số hóa học gây ô nhiễm môi trường nước. • Kim loại nặng: Hg, Cd, Pb, As, Sb, Cr, Cu, Zn, Mn không tham gia hoặc ít tham gia vào quá trình sinh hóa và thường tích lũy lại trong cơ thể sinh vật, chúng là chất độc hại đối với sinh vật. Trong tiêu chuẩn chất lượng môi trường nước, nồng độ các nguyên tố kim loại được quan tâm hàng đầu. + - - • Các hợp chất chứa nitơ: NH4 , NO3 , NO2 Do quá trình phân hủy chất hữu cơ, do sử dụng rộng rãi các loại phân bón. Ngoài ra do cấu trúc địa tầng và ở một số đầm lầy, nước thường nhiễm nitrat. Nồng độ NO3- cao là môi trường dinh dưỡng tốt cho rong, tảo phát triển làm ảnh hưởng đến nước dùng trong sinh hoạt. CNO3- cao gây ảnh hưởng đến máu, có thể gây ra bệnh ung thư cho con người và động vật. 66
66. 3- • Các hợp chất photpho: thường gặp PO4 → tảo phát triển. Photphát không thuộc loại hóa chất độc đối với con người, nhưng sự tồn tại trong nước cao làm cản trở quá trình xử lý, đặc biệt là hoạt động của bể lắng. Đối với nguồn nước có hàm - - lượng CHC, NO3 và PO4 cao thì các bông cặn ở bể tạo bông sẽ không lắng được ở bể lắng mà có khuynh hướng tạo thành đám nổi lên mặt nước, đặc biệt vào những lúc trời nắng. • Các hợp chất silic: pH 11: SiO3 . Trong nước cấp cho nồi hơi áp lực, sự tồn tại của hợp chất silic rất nguy hiểm do silicat đóng lại trên thành nồi, thành ống làm giảm khả năng truyền nhiệt và gây tắc ống. 67
67. • Clorua: Cl- cao gây các bệnh về thận Nước chứa nhiều chất Clorua có tính xâm thực đối với bê tông. • Sunfat: C SO42- > 400mg/l gây mất nước trong cơ thể và làm 2- tháo ruột. SO4 gây xâm thực bê tông. • Florua: Nước ngầm từ những vùng đất chứa quặng apatit, đá alkalic, granit thường có hàm lượng Florua cao đến 10mg/l. Trong nước thiên nhiên Florua bền và không loại bỏ được bằng phương pháp thông thường. Nếu nồng độ florua: - 0,5 - 1,0mg/l có tác dụng bảo vệ men răng; - > 4mg/l gây đen răng và hủy hoại răng vĩnh viễn. 68
68. • Sắt: 2+ 2- 2- Nước ngầm: sắt tồn tại dưới dạng Fe kết hợp với SO4 , CO3 , Cl-, dưới dạng keo của axit humic hoặc keo silic có thể chứa sắt với nồng độ Fe2+ ≥ 40mg/l. Nước mặn: sắt tồn tại dưới dạng Fe3+ ở dạng keo hữu cơ hoặc cặn huyền phù. CFe2+ > 0,5mg/l làm cho nước có mùi tanh, vàng quần áo, làm hỏng sản phẩm của ngành dệt, giấy, phim ảnh, đồ hộp. Cặn sắt kết tủa có thể làm tắc hoặc giảm khả năng vận chuyển của ống dẫn nước. • Mangan: - Nước ngầm: có nồng độ Mn2+ thường 0,1 mg/l gây trở ngại tương tự sắt. • Nhôm: Khi chứa nhiều nhôm hòa tan, nước có màu trong xanh và vị rất chua. CAl3+ cao → gây bệnh về não như Alzheimer. 69
69. • Khí hòa tan: CO2, O2, H2S. - Nước ngầm: Không có O2,nếu pH 0,5mg/l tạo cho nước mùi khó chịu. - Nước mặt: H2S hình thành do sự phân hủy chất hữu cơ trong nước. Do đóơcsự có mặt của H2S trong nước mặt chứng tỏ nguồn nước đã bị nhiễm bẩn và có quá thừa chất hữu cơ chưa phân hủy, tích tụ ở đáy các vực nước. - 2- Khi pH tăng thì H2S chuyển sang dạng HS , S • Hóa chất bảo vệ thực vật: hóa chất diệt sâu, rầy, nấm, cỏ các nhóm hóa chất chính. - Photpho hữu cơ - Clo hữu cơ - Cacbonat 70
70. • Chất hoạt động bề mặt: xà phòng, chất tẩy rửa, chất tạo bọt Đây là những chất khó phân hủy sinh học thường tích tụ trong nước và gây hại cho người sử dụng. Ngoài ra các chất này còn tạo một lớp màng phủ bề mặt các vực nước, ngăn cản sự hòa tan O2 và làm chậm các quá trình tự làm sạch nguồn nước Tác nhân sinh học gây ô nhiễm nguồn nước Vi khuẩn, siêu vi khuẩn, ký sinh trùng gây bệnh như tả, lỵ, thương hàn, sốt rét, viêm gan B, viêm não Nhật Bản, giun đỏ, trứng giun 71
71. Để đánh giá chất lượng nước, người ta đưa ra các chỉ tiêu về chất lượng nước như sau:  Các chỉ tiêu vật lý: Độ đục, độ màu, độ pH, độ nhớt, tính phóng xạ, độ cứng, nhiệt độ,  Các chỉ tiêu hóa học: Nhu cầu oxy hóa học COD (Chemical Oxygen Demand), lượng - 2- 3- - - 2+ 2+ oxy hòa tan DO, hàm lượng H2S, Cl , SO4 , PO4 , F , I , Fe , Mn , các hợp chất nitơ, các hợp chất của axit cacbonic,  Các chỉ tiêu vi sinh: số trùng gây bệnh E.coli, các loại rong tảo, virut, 72
72.  Các chỉ tiêu vật lý  Độ đục: Đơn vị: mg SiO2/l, NTU, FTU được xác định dựa trên nguyên tắc – khả năng truyền ánh sáng của nước giảm do trong nước có các tạp chất huyền phù, cặn rắn lơ lửng, các VSV và các hóa chất hòa tan -Đo độ đục bằng ống Jackson, đơn vị JTU (Jackson Turbidity Unit); -Đo độ đục bằng máy Nephel, đơn vị FTU hay đơn vị độ đục so sánh với dd tiêu chuẩn (dùng khi độ đục bằng 5 – 100 đơn vị) Theo TCVN, độ đục được xđ bằng chiều sâu lớp nước thấy được, gọi là độ trong. Đối với nước SH, độ đục phải 30cm • Nước mặt thường có độ đục 20 ÷ 100 NTU, mùa lũ 500 - 600 NTU. Nước cấp thường có độ đục không quá 5NTU. 73
73. Độ đục theo thang đục silic và theo chiều cao lớp nước thấy được Thang đo theo Độ đục theo Ghi chú chiều sâu lớp thang đục silic, nước mg/l 2 1000 Nhanh tắc bể lọc 4 360 Nhanh tắc bể lọc 6 190 Nhanh tắc bể lọc 8 130 Nhanh tắc bể lọc 10 100 Nhanh tắc bể lọc 15 65 Vận hành bể lọc khó khăn 30 30 Vận hành bể lọc có điều kiện 45 18 Vận hành riêng 80 10 Giới hạn trên của nước đưa vào 74
74.  Độ màu của nước • Đơn vị: Platin - coban (PtCo) • Nước thiên nhiên có độ màu thường < 200 PtCo • Độ màu biểu kiến do các chất lơ lửng trong nước có thể loại bỏ bằng phương pháp lọc. • Độ màu thực do các chất hòa tan tạo nên phải dùng các biện pháp hóa, lý kết hợp.  Mùi vị: Ngửi, nếm để đánh giá  Độ dẫn điện: Đơn vị µs/m dùng để đánh giá lượng chất khoáng hòa tan trong nước. Nước tinh khiết ở 200C có độ dẫn điện là 4,2 µs/m (tương ứng điện trở 23,8 MΩ/cm). 75
75.  Các thông số hóa học  Độ pH  Độ kiềm: Độ kiềm toàn phần là tổng hàm lượng của các ion HCO3-, CO3-,OH-, anion của các muối của các acid yếu. Độ kiềm phụ thuộc vào pH và hàm lượng khí CO2 tự do ở trong nước.  Độ cứng: Đơn vị đo: - Độ Đức (0dH): 10dH = 10mg cao/l nước. 0 0 - Độ Pháp ( f): 1 f = 10mg CaCO3/l nước. 0 0 - Độ Anh ( e): 1 e = 10mg CaCO3/07l nước - Đông Âu (mgđl/l): 1mgđl/l = 2,80dH Độ cứng 300mg CaCO3/l : nước rất cứng 76
76.  Độ oxy hóa: Đánh giá sơ bộ mức độ nhiễm bẩn nguồn nước chất oxy hóa: KMnO4.  Các hợp chất chứa Nitơ (Tổng N)  Tổng phôtpho (Tổng P)  Các hợp chất Silic  Chất Clorua  Sunfat  Florua  KL: sắt, mangan, nhôm  Hóa chất BVTV và chất hoạt động bề mặt  Các chỉ tiêu vi sinh  Tổng VK hiếu khí  Tổng VK kỵ khí  Coli 77
77. Các thông số đánh giá chung các chất hữu cơ Để đánh giá tổng lượng các chất hữu cơ trong nước người ta thường dùng các thông số sau: Nhu cầu oxy hóa học (COD-Chemical Oxygen Demand): là lượng chất oxy hóa (thể hiện bằng gam hoặc miligam O2 trên một đơn vị thể tích) cần để oxy hóa hóa học chất hữu cơ trong nước. Giá trị COD cho phép đánh giá lượng chất hữu cơ tổng cộng có trong mẫu. Hiện nay tác nhân oxy hóa thường được sử dụng là kali bicromat trong môi trường axit sulfuric, vì chất này có thể oxy hóa 95 100% chất hữu cơ. Khi xác định COD bằng phương pháp bicromat, người ta đun nóng mẫu nước ở 150C với kali bicromat và axít sunfric đặc trong 2 giờ. Sau đó, chuẩn độ lượng bicromat còn lại bằng dung dịch chuẩn muối Mo (muối (NH4)2Fe(SO4)2), hoặc bằng phương pháp quang phổ UV VIS. Căn cứ vào lượng kali bicromat tiêu tốn, tính ra giá trị COD. Đơn vị biểu diễn: mg (O2)/L. Bên cạnh phương pháp sử dụng kali bicromat để oxy hóa chất hữu cơ trong mẫu, người ta còn sử dụng kali pemangnat để tiến hành phản ứng oxy hóa chất hữu cơ. Giá trị COD xác định bằng phương pháp này được ký hiệu là CODMn hoặc CODP (P, Mn: potasium permanganat; nhiều trường hợp vẫn sử dụng ký hiệu COD). Do khả năng oxy hóa các chất hữu cơ của KMnO4 yếu hơn K2Cr2O7 nên CODMn (CODP) thường nhỏ hơn COD và không đại diện tốt được cho lượng chất hữu cơ có trong mẫu, nhưng ưu điểm của phương pháp xác định CODMn là ít tốn thời gian và không sử dụng Hg2+ (ion kim loại độc hại) như khi xác định COD. 78
78. Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD-Biochemical Oxygen Demand): là lượng oxy (thể hiện bằng gam hoặc miligam O2 trên một đơn vị thể tích) cần cho vi sinh vật tiêu thụ để oxy hóa sinh học các chất hữu cơ ở điều kiện nhiệt độ và thời gian xác định. Giá trị BOD phản ánh lượng các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học có trong mẫu nước. Thông số BOD có tầm quan trọng thực tế; BOD là cơ sở để thiết kế và vận hành trạm xử lý nước thải. BOD còn là thông số cơ bản để đánh giá mức độ ô nhiễm của nguồn nước, giá trị của BOD càng lớn nghĩa là mức độ ô nhiễm hữu cơ càng cao. Giá trị của BOD phụ thuộc vào nhiệt độ và thời gian, nên để xác định BOD cần tiến hành ở điều kiện chuẩn, thường ở nhiệt độ 20C trong thời gian 5 ngày. Vì vậy, giá trị BOD thường được công bố là BOD520, viết tắt là BOD5. Nhu cầu oxy sinh học của mẫu nước được xác định bằng cách đo DO(1) của mẫu sau khi lấy và DO(2) sau 5 ngày bảo quản ở 20C trong điều kiện không có ánh sáng. Giá trị BOD5 của mẫu là hiệu số DO(1) trừ DO(2). Khi ủ mẫu ở 20C tùy theo loại mẫu, có thể áp dụng biện pháp pha loãng bằng dung dịch pha loãng chứa chất dinh dưỡng cần cho sự phát triển của vi sinh vật, cấy thêm vi sinh, Đơn vị biểu diễn: mg (O2)/L. BOD5 của các nguồn nước mặt không bị ô nhiễm ít khi vượt quá giá trị 5 mg/L. Khi nước chứa nhiều chất ô nhiễm hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học thì BOD của nước sẽ tăng cao. QCVN 08:2008/BTNMT quy định nguồn nước dùng cho mục đích sinh hoạt phải có giá trị BOD5 < 4 mg/L. 79
79. Ngoài các thông số COD và BOD thường được dùng để đại diện cho lượng chất hữu cơ trong nước và nước thải, người ta còn sử dựng các thông số sau: Tổng cacbon hữu cơ (TOC-Total Organic Carbon): thường được xác định bằng cách định lượng CO2 tạo thành khi oxy hóa cacbon hữu cơ trong mẫu bằng các chất oxy hóa mạnh (có thể kết hợp chất xúc tác, UV, siêu âm, ). Đơn vị biểu diễn: mg (C)/L. Nhu cầu oxy lý thuyết (ThOD-Theoretical Oxygen Demand): là lượng oxy cần thiết để oxy hóa hoàn toàn chất hữu cơ. ThOD được tính dựa theo phương trình phản ứng. Đơn vị biểu diễn: mg (O2)/L. Nhu cầu oxy tổng cộng (TOD-Total Oxygen Demand): là lượng oxy cần thiết để oxy hóa một chất ở điều kiện nhiệt độ cao (900C) với xúc tác thích hợp (thường là xúc tác Pt). Nhiều chất không thể oxy được bằng tác nhân oxy hóa sử dụng trong phép xác định COD, nhưng vẫn có thể bị oxy hóa trong điều kiện xác định TOD. Vì vậy, kết quả xác định TOD cao hơn kết quả xác định COD. Đơn vị biểu diễn: mg (O2)/L. 80
80. Các tác nhân ô nhiễm nước Nguồn ô nhiễm tự nhiên Các quá trình địa chất ảnh hưởng đến chất lượng nước Thiên tai, lũ lụt Nhiễm mặn, phèn hóa Khô hạn Nước mưa Ô nhiễm không khí Phú dưỡng 81
81.  Ô nhiễm môi trường nước Do hoạt động tự nhiên và nhân tạo mà thành phần và chất lượng của nước trong môi trường có thể bị thay đổi. Sau một thời gian nước có thể tự làm sạch thông qua các quá trình tự nhiên như hấp phụ, lắng, lọc, tạo keo, phân tán, oxy hóa, khử, polime hóa, biến đổi dưới tác dụng của vi sinh vật Khả năng tự làm sạch của nước chỉ đáng kể đối với các nguồn nước có lưu thông (sông, suối, ). Do trong điều kiện có dòng chảy oxy từ không khí mới có thể khuếch tán và hòa tan vào nước để tham gia vào quá trình phân hủy các chất ô nhiễm của vi sinh vật. Khi đưa một lượng quá nhiều chất gây ô nhiễm vào các nguồn nước tự nhiên, vượt quá khả năng tự làm sạch của nó thì nguồn nước đó sẽ bị ô nhiễm. 82
82. Có nhiều chất gây ô nhiễm nước. Tác hại của các chất gây ô nhiễm không những tùy thuộc vào tính chất vật lý, hóa học mà còn phụ thuộc vào dạng tồn tại của chúng trong môi trường. Ví dụ: asen là nguyên tố độc, nhưng các dạng asen khác nhau thì có độc tính khác nhau, các hợp chất vô cơ của As (III) độc hơn các hợp chất As (V) tương ứng, còn asen ở dạng (CH3)2As+CH3COO (asenobetain) có nhiều trong hải sản lại ít độc Vì vậy, khi đánh giá về mức độ ô nhiễm nước, không những chỉ cần phân tích xác định sự có mặt của nguyên tố, hoặc hợp chất gây ô nhiễm mà còn phải xác định được dạng tồn tại của nó trong môi trường (speciation). 83
83.  Các nguồn gây ô nhiễm nước Các nguồn gây ô nhiễm nước chủ yếu xuất phát từ quá trình sinh hoạt và hoạt động sản xuất của con người tạo nên (công nghiệp, thủ công nghiệp, nông ngư nghiệp, giao thông thủy, dịch vụ ). Ô nhiễm nước do các yếu tố tự nhiên (núi lửa, xói mòn, bão, lụt, ) có thể rất nghiêm trọng, nhưng không thường xuyên, và không phải là nguyên nhân chính gây suy thoái chất lượng nước toàn cầu. 84
84. Nước thải sinh hoạt (domestic wastewater): là nước thải phát sinh từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, cơ quan trường học, chứa các chất thải trong quá trình sinh hoạt, vệ sinh của con người. Thành phần cơ bản của nước thải sinh hoạt là các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học (cacbohydrat, protein, dầu mỡ), chất dinh dưỡng (photpho, nitơ), chất rắn và vi trùng. Tùy theo mức sống và lối sống mà lượng nước thải cũng như tải lượng các chất có trong nước thải của mỗi người trong một ngày là khác nhau. Nhìn chung mức sống càng cao thì lượng nước thải và tải lượng thải càng cao. Tải lượng trung bình của các tác nhân gây ô nhiễm nước chính do một người đưa vào môi trường trong một ngày được nêu trong bảng Từ số liệu trong bảng này có thể xác định được tổng tải lượng của từng chất gây ô nhiễm cho một khu dân cư, đô thị nhằm phục vụ công tác đánh giá tải lượng ô nhiễm nguồn nước và thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho khu dân cư, đô thị đó. 85
85. Tải lượng tác nhân ô nhiễm do con người đưa vào môi trường hàng ngày [5] Tác nhân ô nhiễm Tải lượng (g/người/ngày) BOD5 45 54 COD (1,6 1,9) BOD5 Tổng chất rắn hòa tan (TDS) 170 220 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) 70 145 Clo (Cl ) 4 8 Tổng nitơ (tính theo N) 6 12 Tổng photpho (tính theo P) 0,8 4 86
86. Nước thải đô thị (municipal wastewater): là loại nước thải tạo thành do sự gộp chung nước thải sinh hoạt, nước thải vệ sinh và nước thải của các cơ sở thương mại, công nghiệp nhỏ trong khu đô thị. Nước thải đô thị thường được thu gom vào hệ thống cống thải thành phố, đô thị để xử lý chung. Thông thường ở các đô thị có hệ thống cống thải, khoảng 70 đến 90% tổng lượng nước sử dụng của đô thị sẽ trở thành nước thải đô thị và chảy vào đường cống. Nhìn chung, thành phần cơ bản của nước thải đô thị cũng gần tương tự nước thải sinh hoạt. 87
87. Nước thải công nghiệp (industrial wastewater): là nước thải từ các cơ sở sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, giao thông vận tải. Khác với nước thải sinh hoạt hay nước thải đô thị, nước thải công nghiệp không có thành phần cơ bản giống nhau, mà phụ thuộc vào ngành sản xuất công nghiệp cụ thể. Ví dụ: nước thải của các xí nghiệp chế biến thực phẩm thường chứa lượng lớn các chất hữu cơ; nước thải của các xí nghiệp thuộc da ngoài các chất hữu cơ còn có các kim loại nặng, sulfua, Người ta thường sử dụng đại lượng PE (population equivalent) để so sánh một cách tương đối mức độ gây ô nhiễm của nước thải công nghiệp với nước thải đô thị. Đại lượng này được xác định dựa vào lượng thải trung bình của một người trong một ngày đối với một tác nhân gây ô nhiễm xác định. Các tác nhân gây ô nhiễm chính thường được sử dụng để so sánh là COD (nhu cầu oxy hóa học), BOD5 (nhu cầu oxy sinh hóa), SS (chất rắn lơ lửng). 88
88. Nước chảy tràn (run-off, stormwater): nước chảy tràn từ mặt đất do mưa, hoặc do thoát nước từ đồng ruộng là nguồn gây ô nhiễm nước sông, hồ. Nước chảy tràn qua đồng ruộng có thể cuốn theo chất rắn (rác), hóa chất bảo vệ thực vật, phân bón. Nước chảy tràn qua khu dân cư, đường phố, cơ sở sản xuất công nghiệp, có thể làm ô nhiễm nguồn nước do chất rắn, dầu mỡ, hóa chất, vi trùng. Khối lượng và đặc điểm của nước chảy tràn phụ thuộc vào diện tích vùng mưa và thành phần, khối lượng chất ô nhiễm trên bề mặt vùng nước mưa chảy qua. 89
89. Nước sông bị ô nhiễm do các yếu tố tự nhiên: nước sông vùng ven biển và có thể ở các vùng khác sâu hơn trong nội địa cũng có thể bị nhiễm mặn. Nước sông bị nhiễm mặn theo các kênh rạch đưa nước mặn vào các hồ chứa gây nhiễm mặn các vùng xa bờ biển. Nước sông, kênh rạch bị nhiễm phèn có thể chuyển axit, sắt, nhôm đến các vùng khác gây suy giảm chất lượng nước vùng bị tác động. Ví dụ: sông Sài Gòn đoạn ở Củ Chi, Hóc Môn bị axit hóa chủ yếu do nước phèn từ đồng bằng sông Cửu Long và phía Tây thành phố Hồ Chí Minh chuyển đến. Vùng hạ lưu của sông (từ Nhà Bè đến vịnh Ghềnh Rái) bị nhiễm mặn do nước biển. 90
90. Hoạt động của con người cũng góp phần gia tăng mức độ ô nhiễm do các yếu tố tự nhiên. Ví dụ: việc cải tạo khu vực Đồng Tháp Mười bằng các biện pháp đào kênh, mương, chuyển vùng đồng cỏ hoang thành vùng trồng lúa, chính là nguyên nhân gây gia tăng mức độ axit hóa của các sông Vàm Cỏ và Sài Gòn. Người ta thường chia các nguồn gây ô nhiễm nước thành hai loại là nguồn điểm và nguồn không điểm: Nguồn điểm (point source): là nguồn gây ô nhiễm có thể xác định được vị trí, lưu lượng cụ thể, ví dụ cống thải nước thải đô thị vào sông, hồ, cống thải nhà máy, Nguồn không điểm (non point source): là nguồn gây ô nhiễm không xác định được cụ thể vị trí, lưu lượng, ví dụ nước chảy tràn ở khu đô thị, nông thôn, nước mưa bị ô nhiễm, 91
91.  Các tác nhân gây ô nhiễm nước Hiện tượng tự nhiên (núi lửa, lũ lụt, xâm nhập mặn, phong hóa ) có thể là nguyên nhân gây ô nhiễm các nguồn nước, nhưng hoạt động của con người là nguyên nhân phổ biến và quan trọng nhất. Các hoạt động sinh hoạt, sản xuất công nghiệp, nông nghiệp, khai khoáng, xây dựng các công trình của con người đã đưa ngày càng nhiều các chất thải vào các nguồn nước, gây suy giảm rõ rệt chất lượng nước tự nhiên ở tất cả các quốc gia trên thế giới. Có nhiều loại tác nhân khác nhau gây ô nhiễm nước, để tiện cho việc quan trắc và kiểm soát ô nhiễm nguồn nước, có thể phân chúng thành 10 nhóm cơ bản. 92
92. • Các ion vô cơ hòa tan Nhiều ion vô cơ có nồng độ rất cao trong nước tự nhiên, đặc biệt là trong nước biển. Trong nước thải đô thị luôn chứa một lượng lớn các ion Cl , SO42 , PO43 , Na+, K+. Trong nước thải công nghiệp, ngoài các ion kể trên còn có thể có các chất vô cơ có độc tính rất cao như các hợp chất của Hg, Pb, Cd, As, Sb, Cr, F 93
93. . Các chất dinh dưỡng (N, P) Muối của nitơ và photpho là các chất dinh dưỡng đối với thực vật, ở nồng độ thích hợp chúng tạo điều kiện cho cây cỏ, rong tảo phát triển. Amoni, nitrat, photphat là các chất dinh dưỡng thường có mặt trong các nguồn nước tự nhiên, hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con người đã làm gia tăng nồng độ các ion này trong nước tự nhiên. 94
94. + Amoni và amoniac (NH4 , NH3): nước mặt thường chỉ chứa một lượng nhỏ (dưới 0,05 mg/L) ion amoni (trong nước có môi trường axít) hoặc amoniac (trong nước có môi trường kiềm). Nồng độ amoni trong nước ngầm thường cao hơn nhiều so với nước mặt. Nồng độ amoni trong nước thải đô thị hoặc nước thải công nghiệp chế biến thực phẩm thường rất cao, có lúc lên đến 100 mg/L. Quy chuẩn Môi trường Việt Nam về nước mặt (QCVN 08:2008/BTNMT) quy định nồng độ tối đa của amoni (hoặc amoniac) trong nguồn nước dùng vào mục đích sinh hoạt là 0,1 mg/L (tính theo N) hoặc 0,2; 0,5 hay 1,0 mg/L cho các mục đích sử dụng khác. 95
95. Nitrat (NO3 ): là sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy các chất chứa nitơ có trong chất thải của người và động vật. Trong nước tự nhiên nồng độ nitrat thường nhỏ hơn 5 mg/L. Do các chất thải công nghiệp, nước chảy tràn chứa phân bón từ các khu nông nghiệp, nồng độ của nitrat trong các nguồn nước có thể tăng cao, gây ảnh hưởng đến chất lượng nước sinh hoạt và nuôi trồng thủy sản. Trẻ em uống nước chứa nhiều nitrat có thể bị mắc hội chứng methemoglobin (hội chứng “trẻ xanh xao”). QCVN 08:2008/BTNMT quy định nồng độ tối đa của nitrat trong nguồn nước mặt dùng vào mục đích sinh hoạt là 2 mg/L (tính theo N) hoặc 5; 10; 15 mg/L cho các mục đích sử dụng khác. 96
96. 3 Photphat (PO4 ): cũng như nitrat, photphat là chất dinh dưỡng cần cho sự phát triển của thực vật thủy sinh. Nồng độ photphat trong các nguồn nước không ô nhiễm thường nhỏ hơn 0,01 mg/L. Nước sông bị ô nhiễm do nước thải đô thị, nước thải công nghiệp hoặc nước chảy tràn từ đồng ruộng chứa nhiều loại phân bón, có thể có nồng độ photphat đến 0,5 mg/L. Photphat không thuộc loại hóa chất độc hại đối với con người, nhiều tiêu chuẩn chất lượng nước không quy định nồng độ tối đa cho photphat. Mặc dù không độc hại đối với người, song khi có mặt trong nước ở nồng độ tương đối lớn, cùng với nitơ, photphat sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng (eutrophication, còn được gọi là phì dưỡng). Theo nhiều tác giả, khi hàm lượng photphat trong nước đạt đến mức 0,01 mg/l (tính theo P) và tỷ lệ P:N:C vượt quá 1:16:100, thì sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng nguồn nước. 97
97. Từ eutrophication bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, có nghĩa là “được nuôi dưỡng tốt”. Phú dưỡng chỉ tình trạng của một hồ nước đang có sự phát triển mạnh của tảo. Mặc dầu tảo phát triển mạnh trong điều kiện phú dưỡng có thể hỗ trợ cho chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái nước, nhưng sự phát triển bùng nổ của tảo sẽ gây ra những hậu quả làm suy giảm mạnh chất lượng nước. Hiện tượng phú dưỡng thường xảy ra với các hồ, hoặc các vùng nước ít lưu thông trao đổi. Khi mới hình thành, các hồ đều ở tình trạng nghèo chất dinh dưỡng (oligotrophic) nước hồ thường khá trong. Sau một thời gian, do sự xâm nhập của các chất dinh dưỡng từ nước chảy tràn, sự phát triển và phân hủy của sinh vật thủy sinh, hồ bắt đầu tích tụ một lượng lớn các chất hữu cơ. Lúc đó bắt đầu xảy ra hiện tượng phú dưỡng với sự phát triển bùng nổ của tảo, nước hồ trở nên có màu xanh, một lượng lớn bùn lắng được tạo thành do xác của tảo chết. Dần dần, hồ sẽ trở thành vùng đầm lầy và cuối cùng là vùng đất khô, cuộc sống của động vật thủy sinh trong hồ bị ngừng trệ. 98
98. 2 Sulfat (SO4 ) Các nguồn nước tự nhiên, đặc biệt nước biển và nước phèn, thường có nồng độ sulfat cao. Sulfat trong nước có thể bị vi sinh vật chuyển hóa tạo ra sulfit và axit sulfuric có thể gây ăn mòn đường ống và bê tông. Ở nồng độ cao, sulfat có thể gây hại cho cây trồng. Clorua (Cl ) Là một trong các ion quan trọng trong nước và nước thải. Clorua kết hợp với các ion khác như natri, kali gây ra vị cho nước. Nguồn nước có nồng độ clorua cao có khả năng ăn mòn kim loại, gây hại cho cây trồng, giảm tuổi thọ của các công trình bằng bê tông, Nhìn chung clorua không gây hại cho sức khỏe con người, nhưng clorua có thể gây ra vị mặn của nước do đó ít nhiều ảnh hưởng đến mục đích ăn uống và sinh hoạt. 99
99. Các kim loại nặng Pb, Hg, Cr, Cd, As, Mn, thường có trong nước thải công nghiệp. Hầu hết các kim loại nặng đều có độc tính cao đối với con người và các động vật khác. Chì (Pb): chì có trong nước thải của các cơ sở sản xuất pin, acqui, luyện kim, hóa dầu. Chì còn được đưa vào môi trường nước từ nguồn không khí bị ô nhiễm do khí thải giao thông. Chì có khả năng tích lũy trong cơ thể, gây độc thần kinh, gây chết nếu bị nhiễm độc nặng. Chì cũng rất độc đối với động vật thủy sinh. Các hợp chất chì hữu cơ độc gấp 10 100 lần so với chì vô cơ đối với các loại cá. 100
100. Thủy ngân (Hg): thủy ngân là kim loại được sử dụng trong nông nghiệp (thuốc chống nấm) và trong công nghiệp (làm điện cực). Trong tự nhiên, thủy ngân được đưa vào môi trường từ nguồn khí núi lửa. Ở các vùng có mỏ thủy ngân, nồng độ thủy ngân trong nước khá cao. Nhiều loại nước thải công nghiệp có chứa thủy ngân ở dạng muối vô cơ của Hg(I), Hg(II) hoặc các hợp chất hữu cơ chứa thủy ngân. Thủy ngân là kim loại nặng rất độc đối với con người. Vào thập niên 50, 60, ô nhiễm thủy ngân hữu cơ ở vịnh Minamata, Nhật Bản, đã gây tích lũy Hg trong hải sản. Hơn 1000 người đã chết do bị nhiễm độc thủy ngân sau khi ăn các loại hải sản đánh bắt trong vịnh này. Đây là một trong các sự cố môi trường nghiêm trọng nhất trong lịch sử hiện đại. Thủy ngân cũng rất độc với các động vật khác và các vi sinh vật. Nhiều loại hợp chất của thủy ngân được dùng để diệt nấm mốc. 101
101. Asen (As): asen trong các nguồn nước có thể do các nguồn gây ô nhiễm tự nhiên (các loại khoáng chứa asen) hoặc nguồn nhân tạo (luyện kim, khai khoáng ). Asen 3 3 thường có mặt trong nước dưới dạng asenit (AsO3 ), asenat (AsO4 ) hoặc asen hữu cơ (các hợp chất loại methyl asen có trong môi trường do các phản ứng chuyển hóa sinh học asen vô cơ). Asen và các hợp chất của nó là các chất độc mạnh (cho người, các động vật khác và vi sinh vật), nó có khả năng tích lũy trong cơ thể và gây ung thư. Độc tính của các dạng hợp chất asen: As(III) > As(V) > Asen hữu cơ. 102
102. Nồng độ tối đa cho phép của một số kim loại nặng trong các loại nước theo Tiêu chuẩn Việt Nam về môi trường Nồng độ tối đa cho phép TCVN TCVN TCVN STT Kim loại nặng Đơn vị 5942 1995 5943 1995 5944 1995 (Nước mặt ) (Nước biển ven bờ ) (Nước ngầm) 1 Asen mg/L 0,05 0,05 0,05 2 Cadmi 0,01 0,005 0,01 3 Chì 0,05 0,1 0,05 4 Crom (III) 0,1 0,1 5 Crom (VI) 0,05 0,05 0,05 6 Đồng 0,1 0,02 1,0 7 Kẽm 1 0,1 5,0 8 Mangan 0,1 0,1 0,1 0,5 9 Niken 0,1 10 Thủy ngân 0,001 0,005 0,001 ( ): Áp dụng cho nước mặt dùng làm nguồn cấp nước sinh hoạt (nhưng phải qua xử lý theo quy định); ( ): Áp dụng cho nước ở bãi tắm, khu vực giải trí 103
103. Các chất hữu cơ Dựa vào khả năng có thể bị phân hủy dưới tác dụng của VSV, như đã trình bày trong mục 3.2.4, các chất hữu cơ có trong nước thường được chia thành hai loại: Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học (các chất tiêu thụ oxy) Cacbonhydrat, protein, chất béo thường có mặt trong nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải công nghiệp chế biến thực phẩm là các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học. Trong nước thải sinh hoạt, có khoảng 60 80% lượng chất hữu cơ thuộc loại dễ bị phân hủy sinh học. Có thể biểu diễn quá trình phân hủy các chất hữu cơ loại này trong sơ đồ sau: Chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học thường ảnh hưởng có hại đến các nguồn lợi thủy sản, vì khi bị phân hủy các chất này sẽ làm giảm oxy hòa tan trong nước, dẫn đến chết tôm cá. 104
104. Các chất hữu cơ bền vững Các chất hữu cơ có độc tính cao thường là các chất bền vững, khó bị VSV vật phân hủy trong môi trường. Một số chất hữu cơ có khả năng tồn lưu lâu dài trong môi trường và tích lũy sinh học trong cơ thể sinh vật. Do có khả năng tích lũy sinh học, nên chúng có thể thâm nhập vào chuỗi thức ăn và từ đó đi vào cơ thể con người. Các chất polychlorophenol (PCPs), polychlorobiphenyl (PCBs: polychlorinated biphenyls), các hydrocacbon đa vòng ngưng tụ (PAHs: polycyclic aromatic hydrocarbons), các hợp chất dị vòng N, hoặc O là các hợp chất hữu cơ bền vững. Các chất này thường có trong nước thải công nghiệp, nước chảy tràn từ đồng ruộng (có chứa nhiều thuốc trừ sâu, diệt cỏ, kích thích sinh trưởng ). Các hợp chất này thường là các tác nhân gây ô nhiễm nguy hiểm, ngay cả khi có mặt với nồng độ rất nhỏ trong môi trường. Nhóm hợp chất phenol Phenol và các dẫn xuất phenol có trong nước thải của một số ngành công nghiệp (lọc hóa dầu, sản xuất bột giấy, nhuộm, ). Các hợp chất loại này làm cho nước có mùi, gây tác hại cho hệ sinh thái nước, sức khỏe con người, một số dẫn xuất phenol có khả năng gây ung thư (carcinogens). QCVN 08:2008/BTNMT quy định nồng độ tối đa của các hợp chất phenol trong nước mặt dùng cho sinh hoạt là 0,005 mg/L. 105
105. Nhóm hóa chất bảo vệ thực vật (HCBVTV) hữu cơ Hiện nay có hàng trăm, thậm chí hàng ngàn các loại HCBVTV đang được sản xuất và sử dụng để diệt sâu, côn trùng, nấm mốc, diệt cỏ. Trong số đó, phần lớn là các hợp chất hữu cơ, chúng được chia thành các nhóm: Photpho hữu cơ Clo hữu cơ Cacbamat Phenoxyaxetic Pyrethroid tổng hợp Hầu hết các chất này có độc tính cao đối với con người và động vật. Nhiều chất trong số đó, đặt biệt là các clo hữu cơ, bị phân hủy rất chậm trong môi trường, có khả năng tích lũy trong cơ thể sinh vật và con người. Nhiều trong số các HCBVTV là tác nhân gây ung thư. QCVN 08:2008/BTNMT quy định nồng độ tối đa cho phép trong nước mặt đối với từng loại HCBVTV (chứa Cl hữu cơ; chứa P hữu cơ hoặc chất diệt cỏ), riêng với DDT là 0,001 g/L. 106
106. Nhóm hợp chất dioxin (Dioxins) Dioxin là hai nhóm hợp chất tạp chất sinh ra trong quá trình sản xuất các hợp chất hữu cơ clo hóa. Dioxin cũng được tạo thành khi đốt cháy các hợp chất clo hóa ở nhiệt độ thấp (dưới 1000C). Hai nhóm hợp chất này là polychlorinated dibenzo-p-dioxins (PCDDs) (Hình 3.10a) và polychlorinated dibenzofurans (PCDFs) (Hình 3.10b). Nhóm PCDD có 75 chất, trong đó có một hợp chất được gọi là dioxin, đó là hợp chất 2,3,7,8 tetrachlorodibenz p dioxin (2,3,7,8 TCDD) (Hình 3.10c). 107
107. • Nhóm PCDF có 135 chất. Độc tính của các hợp chất dioxin rất khác nhau. Độc nhất trong các hợp chất loại này là hợp chất có tên gọi là dioxin đã nêu trên. Các chất ít độc nhất là các chất chỉ có chứa một đến ba nguyên tử clo thay thế. • Tuy đã có các bằng chứng cho thấy dioxin là tác nhân gây ung thư cho động vật, nhưng các bằng chứng đối với người lại chưa chắc chắn. Vào năm 1976, một nhà máy hóa chất tại Seveso, Ý bị phát nổ làm ô nhiễm dioxin một khu vực rộng gần 8 km2. Nhiều loại động vật đã chết trong sự cố này, nhưng 36.000 người dân trong khu vực lại sống sót, 193 người bị nhiễm độc nặng và mắc hội chứng chloracne (một chứng bệnh rối loạn da). Nhưng cuối cùng sau 10 năm, chỉ còn một trường hợp không chữa trị khỏi chứng chloracne. • Do các hợp chất trong nhóm hợp chất dioxin có độc tính khác nhau, vì vậy để đánh giá độc tính của hỗn hợp nhiều chất khác nhau, người ta sử dụng đại lượng TEQ (toxic equivalent). Mỗi hợp chất dioxin có một giá trị TEF (toxic equivalent factor) riêng. Giá trị TEF của 2,3,7,8 TCDD được xem là bằng 1, vì đây là hợp chất độc nhất trong số các hợp chất dioxin. Giá trị TEF của các hợp chất khác trong nhóm nhận các giá trị từ 0 đến 1, tùy thuộc vào độc tính tương đối của chúng so với 2,3,7,8 TCDD. TEQ của một hỗn hợp các dioxin được xác định như ví dụ sau: 109
108. Nguồn phát thải 1: Lượng dioxin phát thải từ nguồn 1: 1 g 2,3,7,8 TCDD + 4 g PeCDD (pentachlorodibenzo p dioxin) = 5 g dioxin/ngày TEQ = (1 1) + (4 0) = 1 g/ngày Nguồn phát thải 2: Lượng dioxin phát thải từ nguồn 2: 0,75 g 2,3,7,8 TCDD + 2 g 2,3,4,7,8 PeCDF = 2,75 g dioxin/ngày TEQ = (0,75 1) + (2 0,5) = 1,75 g/ngày trong đó: 2,3,7,8 TCDD có TEF = 1; PeCDD có TEF = 0; 2,3,4,7,8 PeCDF có TEF = 0,5. Kết quả xác định cho thấy mặc dầu phát thải một lượng dioxin cao hơn nhiều nguồn phát thải 2, nhưng lại có TEQ nhỏ hơn TEQ của nguồn phát thải 2, do đó ít nguy hiểm hơn nguồn 2. Tuy vậy, cũng cần lưu ý rằng giá trị TEF của các hợp chất dioxin là các giá trị ước tính về độ độc nên chỉ mang tính tương đối; ngoài ra, việc tổ hợp cộng đơn giản các giá trị tích TEF và lượng chất như trên chưa thể hiện được các ảnh hưởng do kết hợp các hỗn hợp dioxin phức tạp trong thực tế. 110
109. Nhóm hợp chất polychlorinated biphenyl (PCBs) PCB là nhóm hợp chất có từ 1 đến 10 nguyên tử clo gắn vào các vị trí khác nhau của phân tử biphenyl. Có thể có đến 209 hợp chất thuộc loại này. Công nghiệp thường sản xuất được các hỗn hợp chứa nhiều loại PCB khác nhau, tùy thuộc vào điều kiện, trong đó thông thường có một ít tạp chất dioxin. PCBs bền hóa học và cách điện tốt, nên được dùng làm dầu biến thế và tụ điện, ngoài ra chúng còn được dùng làm dầu bôi trơn, dầu thủy lực, tác nhân truyền nhiệt Đến khoảng thập niên 1960, người ta đã phát hiện ra nguy cơ ô nhiễm PCBs từ các ngành công nghiệp. PCBs lúc đó đã có mặt gần như khắp nơi, đặc biệt là nguy cơ tích lũy PCB trong mô mỡ động vật. Trong mô mỡ của nhiều loại động vật có vú ở biển có chứa nồng độ PCBs lớn gấp mười triệu lần nồng độ PCBs trong nước. Những năm cuối thập niên 1970, việc sản xuất PCBs bắt đầu bị đình chỉ ở hầu hết các nước. PCBs có thể làm giảm khả năng sinh sản, giảm khả năng học tập của trẻ em; chúng cũng có thể là các tác nhân gây ung thư. Tuy vậy, cũng như các dioxin, bằng chứng về tác hại của PCBs cũng chưa rõ ràng lắm, do nồng độ của chúng trong môi trường thường rất nhỏ và tác hại lại có xu hướng diễn ra sau một thời gian đủ dài. 111
110. Nhóm hợp chất hydrocacbon đa vòng ngưng tụ (polynuclear aromatic hydrocarbon, PAHs) Các hợp chất PAH thường chứa hai hay nhiều vòng thơm. PAH là sản phẩm phụ của các quá trình cháy không hoàn toàn như: cháy rừng, cháy thảo nguyên, núi lửa phun trào (quá trình tự nhiên); động cơ xe máy, lò nung than cốc, sản xuất nhựa asphalt, sản xuất thuốc lá, nướng thịt, (quá trình nhân tạo). Các PAH thường gây hại khi tiếp xúc với liều lượng nhỏ trong một thời gian dài, nhưng không gây hại đáng kể nếu chỉ dùng một liều lượng lớn trong một lần. Trong số các hợp chất PAH, có 8 hợp chất được xem là các tác nhân gây ung thư. Thông thường, thực phẩm hằng ngày là nguồn đưa PAHs chính vào cơ thể người (95%), thuốc lá, rau không rửa sạch, ngũ cốc chưa được tinh chế, thịt cá xông khói là các nguồn đưa một lượng đáng kể PAHs vào cơ thể. 112
111. . Dầu mỡ - Chất khó tan trong nước nhưng tan được trong các dung môi hữu cơ - Dầu mỡ có thành phần hóa học rất phức tạp. Dầu thô có chứa hàng ngàn phân tử khác nhau, nhưng phần lớn là các hydrocacbon có số cacbon từ 4 đến 26. Trong dầu thô còn có các hợp chất lưu huỳnh, nitơ, kim loại. Các loại dầu nhiên liệu sau tinh chế (dầu DO, FO) và một số sản phẩm dầu mỡ khác còn chứa các chất độc như PAHs, PCBs, - Do đó, dầu mỡ thường có độc tính cao và tương đối bền trong môi trường nước. - Độc tính và tác động của dầu mỡ đến hệ sinh thái nước không giống nhau mà phụ thuộc vào loại dầu mỡ. 113
112. - Hầu hết các loại động thực vật đều bị tác hại của dầu mỡ. Các loại động thực vật thủy sinh dễ bị chết do dầu mỡ ngăn cản quá trình hô hấp, quang hợp và cung cấp năng lượng. Tuy nhiên, một số loại tảo lại kém nhạy cảm với dầu mỡ, do đó trong điều kiện ô nhiễm dầu mỡ, nhiều loại tảo lại phát triển mạnh. - Giao thông thủy, khai thác và đặc biệt việc vận chuyển dầu thô là nguồn gây ô nhiễm dầu mỡ chủ yếu đối với môi trường nước. 114
113. . Các chất có màu Nước nguyên chất không có màu, nhưng nước trong tự nhiên thường có màu do các chất có mặt trong nước như: Các chất hữu cơ do xác thực vật bị phân hủy (các hợp chất humic) Sắt và mangan dạng keo hoặc dạng hòa tan Các chất thải công nghiệp (phẩm màu, crôm, tanin, lignin, ) Màu thực của nước tạo ra do các chất hòa tan hoặc chất keo có trong nước. Màu biểu kiến của nước (apparent color) do các chất rắn lơ lửng trong nước gây ra. Ngoài các tác hại có thể có của các chất gây màu trong nước, nước có màu còn được xem là không đạt tiêu chuẩn về mặt cảm quan, gây trở ngại cho nhiều mục đích sử dụng khác nhau. 115
114. . Các chất gây mùi vị Nhiều chất có thể gây mùi vị cho nước. Trong đó, nhiều chất có tác hại đến sức khỏe con người cũng như gây các tác hại khác đến động thực vật và hệ sinh thái nước như: Các chất hữu cơ từ nước thải đô thị, nước thải công nghiệp Các sản phẩm của quá trình phân hủy xác động thực vật Dầu mỡ và các sản phẩm dầu mỏ, Cũng như các chất gây màu, các chất gây mùi vị có thể gây hại cho đời sống động thực vật và làm giảm chất lượng nước về mặt cảm quan. Tuy nhiên, một số chất khoáng có mặt trong nước tạo ra vị nước tự nhiên, không thể thiếu được trong nước uống sạch, do chúng là nguồn cung cấp các chất vi lượng cần thiết cho cơ thể con người. Khi hàm lượng các chất khoáng này thấp hoặc không có, nước uống sẽ trở nên rất nhạt nhẽo. 116
115. . Các VSV gây bệnh (pathogens) Nhiều VSV gây bệnh có mặt trong nước gây tác hại cho mục đích sử dụng nước trong sinh hoạt. Các SV này có thể truyền hoặc gây bệnh cho người. Các SV gây bệnh này vốn không bắt nguồn từ nước, chúng cần có vật chủ để sống ký sinh phát triển và sinh sản. Một số các SV gây bệnh có thể sống một thời gian khá dài trong nước và là nguy cơ truyền bệnh tiềm tàng. Các SV này là VK, vi rút, động vật đơn bào, giun sán. Vi khuẩn VK là các VSV đơn bào, có cấu tạo tế bào, nhưng chưa có cấu trúc nhân phức tạp, thuộc nhóm prokaryotes và thường không màu. VK là dạng sống thấp nhất có khả năng tự tổng hợp nguyên sinh chất từ môi trường xung quanh. VK thường có dạng que (bacilli), dạng hình cầu (cocci) và dạng hình phẩy (spirilla, vibrios, spirochetes). Các loại VK gây bệnh có trong nước thường gây các bệnh về đường ruột, như dịch tả (cholera, do VK Vibrio comma), bệnh thương hàn (typhoid, do VK Salmonella typhosa), 117
116. Vi rút Vi rút là nhóm VSV chưa có cấu tạo tế bào, có kích thước rất bé, có thể cui qua được màng lọc VK. Cho đến nay, vi rút là cấu trúc sinh học nhỏ nhất được biết đến, chỉ có thể thấy được vi rút qua kính hiển vi điện tử. Vi rút có mang đầy đủ thông tin về gen cần thiết giúp cho quá trình sinh sản và là những vật ký sinh cần phải sống bám vào tế bào SV chủ (từ VK đến tế bào động vật, thực vật) . Vi rút có trong nước có thể gây các bệnh có liên quan đến sự rối loạn hệ thần kinh trung ương, viêm tủy xám, viêm gan, Thông thường khử trùng bằng các quá trình khác nhau trong giai đoạn xử lý nước có thể diệt được vi rút. Nhưng hiệu quả cụ thể của quá trình khử trùng chưa được đánh giá đúng mức đối với vi rút, do kích thước vi rút quá nhỏ và chưa có phương pháp kiểm tra nhanh để phân tích. 118
117. Động vật đơn bào (protozoa) Động vật đơn bào là dạng động vật sống nhỏ nhất, cơ thể có cấu tạo đơn bào nhưng có chức năng hoạt động phức tạp hơn VK và vi rút. Động vật đơn bào có thể sống độc lập hoặc ký sinh, có thể thuộc loại gây bệnh hoặc không, có loại có kích thước rất nhỏ, nhưng cũng có loại kích thước lớn nhìn thấy được. Các loại động vật đơn bào dễ dàng thích nghi với điều kiện bên ngoài nên chúng tồn tại rất phổ biến trong nước tự nhiên, nhưng chỉ có một số ít thuộc loại SV gây bệnh. Trong điều kiện môi trường không thuận lợi, các loại động vật đơn bào thường tạo lớp vỏ kén bao bọc (cyst), rất khó tiêu diệt trong quá trình khử trùng. Vì vậy, thông thường trong quá trình xử lý nước sinh hoạt cần có công đoạn lọc để loại bỏ các động vật đơn bào ở dạng vỏ kén này. 119
118. Giun sán (helminths) Giun sán là loại SV ký sinh có vòng đời gắn liền với hai hay nhiều động vật chủ, con người có thể là một trong số các vật chủ này. Chất thải của người và động vật là nguồn đưa giun sán vào nước. Nước là môi trường vận chuyển giun sán quan trọng. Tuy nhiên, các phương pháp xử lý nước hiện nay tiêu diệt giun sán rất hiệu quả. Người thường tiếp xúc với các loại nước chưa xử lý có thể có nguy cơ nhiễm giun sán. Các sinh vật chỉ thị cho sinh vật gây bệnh Việc phân tích nước để phát hiện toàn bộ các SV gây bệnh thường rất mất thời gian và công sức. Thông thường, người ta chỉ thực hiện một phép kiểm nghiệm cụ thể nào đó để xác định sự có mặt của một SV gây bệnh xác định khi có lý do để nghi ngờ về sự có mặt của chúng trong nguồn nước. Khi cần kiểm tra thường kỳ chất lượng nước, người ta sử dụng các SV chỉ thị. 120
119. Các SV chỉ thị là các SV mà sự hiện diện của chúng biểu thị cho thấy nước đang bị ô nhiễm các SV gây bệnh, đồng thời phản ảnh sơ bộ bản chất và mức độ ô nhiễm. Một sinh vật chỉ thị lý tưởng phải thỏa mãn các điểm sau: (1) có thể sử dụng cho tất cả các loại nước (2) luôn luôn có mặt khi có mặt SV gây bệnh (3) luôn luôn không có mặt khi không có mặt SV gây bệnh (4) có thể xác định được dễ dàng thông qua các phép kiểm nghiệm, không bị ảnh hưởng cản trở do sự có mặt của các SV khác trong nước (5) không phải là SV gây bệnh, do đó không có hại cho kiểm nghiệm viên. Trong thực tế, hầu như không thể tìm được SV chỉ thị nào hội đủ các điều kiện nêu trên. 121
120. Hầu hết các SV gây bệnh có trong mặt nước thường xuất phát từ nguồn gốc phân người và động vật. Do đó, bất kỳ SV nào có mặt trong đường ruột của người và động vật và thỏa mãn các điều kiện nêu trên đều có thể dùng làm SV chỉ thị. Tổng coliforms (total coliforms), fecal coliforms, fecal streptococci, và clostridium perfringens, thường là các sinh vật chỉ thị được dùng để phát hiện sự ô nhiễm phân của nước. Trong số đó, nhóm tổng coliform (total coliform group) bao gồm Escherichia coli, Enterobacter aerogenes, Citrobacter fruendii, thường được sử dụng nhất. Total coliforms thường được dùng để đánh giá khả năng bị ô nhiễm phân của nước uống. Fecal coliforms được dùng với các loại nước sông suối bị ô nhiễm, nước cống, nước hồ bơi, Ở các nước vùng ôn đới Escherichia coli (E. coli) là loại chiếm ưu thế trong đường ruột người, trong lúc đó ở các nước vùng nhiệt đới E. coli không phải là loại vi khuẩn chủ yếu trong ruột người. Vì vậy, total coliform là test thường được dùng để phát hiện khả năng ô nhiễm phân các nguồn nước ở vùng này. 122
121. Fecal streptococci, cũng là loại VK đường ruột, nhưng có nhiều trong động vật hơn ở người. Do đó, tỷ số của Fecal coliforms và Fecal streptococci (FC/FS) có thể cho biết nước đang bị ô nhiễm phân người hay phân động vật. Khi tỷ số này lớn hơn hoặc bằng 4,0, nước được xem là bị ô nhiễm phân người. Khi tỷ số này nhỏ hơn 0,7, thì nước được xem là bị ô nhiễm phân động vật. Sinh vật (vi khuẩn) chỉ thị thường được xác định bằng 2 cách, phương pháp lọc màng (membrane filter, hay còn gọi là phương pháp MF, kết quả biểu diễn bằng số vi khuẩn/100 mL) và phương pháp MPN (Most Probable Number, hay còn gọi là phương pháp lên men ống nghiệm, kết quả biểu diễn bằng số MPN/100 mL). 123
122. Tài nguyờn nước bị suy thoỏi 125
123. 82 Lụt ở Hà Tĩnh tháng 9 năm 2002 126
124. SUY THOÁI TÀI NGUYấN NƯỚC 86 Nước ở miền nỳi vốn dồi dào, nhưng 134
125. Cả bản Phổ Cảo, Đồng Văn chỉ cũn lại vũng nước này dựng cho ăn uống và mọi sinh hoạt (năm 2002) 87 135
126. Ô nhiễm nước và sức khỏe cộng đồng Ô nhiễm nước và bệnh học Kiểm soát nguồn bệnh trong nước Ô nhiễm nước và cung cấp nước 140
127. Nguyên nhân gây ô nhiễm nước ngầm a. Do tự nhiên: Sự phân huỷ các chất hữu cơ, các hợp chất hoá học có chứa trong địa tầng địa chất sinh ra hợp chất nitơ hoà tan vào trong nước ngầm. b. Do con người: Các chất thải của con người và động vật, các chất thải sinh hoạt, chất thải hoá học, và việc sử dụng phân bón hoá học tất cả những loại chất thải đó theo thời gian nó sẽ ngấm vào nguồn nước, tích tụ dần và làm ô nhiễm nguồn nước ngầm. Đã có không ít nguồn nước ngầm do tác động của con người đã bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ, các vi khuẩn gây bệnh, nhất là các hoá chất độc hại như các kim loại nặng, dư lượng thuốc trừ sâu và không loại trừ cả các chất phóng xạ. 141
128. Ô nhiễm nước ngầm tại Việt Nam Tại Việt Nam nước sử dụng cho sinh hoạt là 70 % nước mặt và 30 % nước ngầm. Với tốc độ gia tăng dân số và phát triển kinh tế cao, nguồn nước ngầm của nước ta đang giảm cả về trữ lượng và chất lượng Mức độ ô nhiễm arsenic trong nước ngầm ở nước ta là rất nghiêm trọng. Tỷ lệ mẫu nước giếng khoan ở đồng bằng sông Hồng có nồng độ arsenic cao hơn giới hạn cho phép tương đối cao, có nơi cao tới vài trăm lần. được biết, so với quy định của WHO và cộng đồng châu Âu, nồng độ arsenic cho phép có trong nước chỉ 10 g/l, nhưng một số nghiên cứu đã cho thấy nồng độ arsenic trong các mẫu nước ngầm ở Việt Nam cao hơn mức trên, trung bình trên 30g/l ở đồng bằng châu thổ sông Mêkông ở miền Nam và hơn 150g/l ở đồng bằng sông Hồng. 142
129. Ô nhiễm nước ngầm tại Việt Nam Hà Nam là địa phương có mức độ nhiễm arsenic trong nước nặng nhất. 80% các giếng khoan có nồng độ arsenic cao ở mức nguy hiểm từ 100 g/l đến 500 g/l. Hà Tây, mức độ nhiễm arsenic trong nguồn nước ngầm cũng rất cao. Khi kiểm tra 11.500 mẫu nước ở 11 huyện thì phát hiện thấy gần 40% số mẫu bị nhiễm arsenic, có nơi nồng độ nhiễm cao hơn 0,05 g/l, trong khi theo quy định của WHO, hàm lượng arsenic trong nước sinh hoạt chỉ ở mức 0,01 g/l. Ô nhiễm asen trong nguồn nước ngầm ở Hà Nội có nơi lên gấp 40 lần so với mức cho phép. Ô nhiễm amôni cũng vượt mức cho phép từ 20 đến 30 lần. 143
130. Các nguyên tố độc hại trong nước thiên nhiên và nước thải [8] Nguyên tố Nguồn thải ra Tác dụng gây độc Thuốc trừ sâu As Độc, có khả năng gây ung thư Chất thải hóa học Chất thải công nghiệp mỏ Độc, làm đảo lộn vai trò sinh hóa của các enzim; gây cao huyết áp, suy thận, phá hủy Cd Chất thải công nghiệp mạ kim loại các mô hồng cầu. Gây độc cho động thực Từ các ống dẫn nước vật dưới nước Công nghiệp than đá Gây ngộ độc cấp tính và mãn tính; có khả Be Năng lượng hạt nhân năng gây ung thư Công nghiệp vũ trụ Công nghiệp than đá B Sản xuất chất tẩy rửa tổng hợp Độc, đặc biệt với một số loại cây Các nguồn thải công nghiệp Công nghiệp mạ, sản xuất các hợp Là nguyên tố vi lượng cần cho cơ thể, Cr chất crôm, công nghiệp thuộc da Cr (VI) có khả năng gây ung thư Công nghiệp mạ Nguyên tố cần thiết cho sự sống ở dạng Cu Chất thải CN và sinh hoạt vết, không độc lắm đối với động vật, độc Công nghiệp mỏ với cây cối ở nồng độ trung bình Các nguồn địa chất tự nhiên Ở nồng độ 1 mg/L ngăn cản sự phá hủy Florua Chất thải công nghiệp men răng. Ở nồng độ (5 mg/L phá hủy Chất bổ sung cho nước xương và gây vết răng Công nghiệp khai thác mỏ Độc, gây bệnh thiếu máu, bệnh thận, rối Pb Công nghiệp than đá, ét xăng, hệ loạn thần kinh thống ống dẫn Chất thải công nghiệp mỏ Hg Độc tính cao Thuốc trừ sâu, than đá Chất thải công nghiệp mỏ Ít độc đối vớí động vật Mn Tác động của VS vật lên khoáng Độc cho thực vật ở nông độ cao kim loại ở pE nhỏ Độc đối với động vật Chất thải công nghiệp Mo Ở dạng vết rất cần cho sự phát triển của Các nguồn tự nhiên thực vật Các nguồn địa chất tự nhiên Ở nồng độ thấp rất cần cho sự phát triển Se Than đá, lưu huỳnh của thực vật, ở nồng độ cao gây độc hại 144 Zn Chất thải công nghiệp Độc với thực vật ở nồng độ cao, chất cần thiết cho các enzim kim loại
131. • Sự ô nhiễm môi trường nước là sự thay đổi thành phần và tính chất của nước gây ảnh hưởng đến hoạt động sống bình thường của con người và sinh vật. Một số bệnh ở người do ô nhiễm môi trường nước gây ra. 145
132. Một số chất hữu cơ tổng hợp trong nước bị ô nhiễm. 147
133. Thời gian bán hủy của một số hóa chất độc bền vững trong môi trường [9] Hóa chất độc Thời gian bán phân hủy Môi trường DDT 10 năm Đất TCDD 9 năm Đất Atrazine 25 tháng Nước Benzoperylene (PAH) 14 tháng Đất Phenanthrene (PAH) 138 ngày Đất Carbofuran 45 ngày Nước 148
134. Tiêu chuẩn đánh giá chất lượng nước 149
135. Bảng 1.3: Tiêu chuẩn chất lượng nước mặt dùng làm nguồn cấp nước- Tiêu chuẩn của Mỹ Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn cho Chỉ tiêu Chỉ tiêu cho phép phép * T/c lý học -NO2-, NO3- 10mg/l (tính theo N) - Độ màu (độ PtCo) 75 -pH 6,0-8,5mg/l - Mùi vị 0 -Selen 0,01mg/l * T/c vi sinh -Bạc 0,01mg/l - Coliform 100.000/100ml -SO4- 400mg/l - Fecal coliform 200/100ml -Tổng chất rắn 500mg/l hòa tan * T/c hóa học -Kẽm 5mg/l - amoniac (tính theo N) 0,5mg/l -Chất tạo bọt 0,5mg/l - As 0,05mg/l -Dầu mỡ Không - Bari 1,0mg/l -Thuoc trừ sâu - Cadimi 0,01mg/l + Endrin 0,0002mg/l - Cl- 250mg/l +Lindane 0,04mg/l - Cr6t 0,05mg/l + Methôxy Chcon - Cu 1,0mg/l + Toxaphene 0,005mg/l - DO ≥4mgO2/l - Thuốc diệt cỏ 150 - Chì 0,05mg/l + 2,4-D 0,1mg/l
136. Bảng 1-7: Tiêu chuẩn chất lượng nước dùng trong ăn uống và sinh hoạt của tổ chức y tế thế giới WTO. STT Tiêu chuẩn Giá trị quy định, mg/l 1 pH 6,5 - 8,5 2 Tổng cặn hòa tan 500 3 Amôniắc Chưa có quy định 4 Sắt toàn phần 0,1 5 Canxi 75 6 Manhê 30-150 7 Độ cứng CaCO3 100 8 Clo 200 9 Sulphat 200 10 Mangan 0,05 11 Nhôm Chưa có quy định 12 Arsen 50 13 Bari Chưa có quy định 14 Bery Chưa có quy định 15 Cadmi 10 151 Nguyễn Lan Phương 16
137. Bảng 1-4. Tiêu chuẩn chất lượng nước dùng trong ăn uống và sinh hoạt của khối cộng đồng Châu Âu EC. STT Tiêu chuẩn Giá trị quy định, mg/l 1 pH 6,5 - 8,5 2 Tổng cặn hòa tan Chưa có quy định 3 Amôniắc 0,05 4 Sắt toàn phần 0,1 5 Canxi Chưa có quy định 6 Manhê 30 - 125 7 Độ cứng CaCO3 200 8 Clo 250 9 Sulphat 0,05 10 Mangan 0,05 11 Nhôm Chưa có quy định 12 Arsen 50 13 Bari 1000 14 Bery Chưa có quy định 15 Cadmi 10 16 Crôm Chưa có quy định 17 Coban 50 18 Đồng 50 19 Cacbon clorofom 200-500 20 Hydro sulphua 50 21 Chì 100 22 Thủy ngân Chưa có quy định 23 Niken Chưa có quy định 24 Phênol và các dẫn xuất 1 25 Selen 10 26 Kẽm 5000 27 Bạc Chưa có quy định 28 Nitrat đơn vị mg/l 29 Florua 0,7-1,7 152 30 Fecal Coliforms N/100ml 0
138. Bảng 1-5. Tiêu chuẩn chất lượng nước dùng trong ăn uống và sinh hoạt của Pháp. STT Tiêu chuẩn Giá trị quy định, mg/l 1 pH 6,5 - 9 2 Tổng cặn hòa tan 3 Amôniắc 0,5 54 Sắt toànCanxi phần 0,2 Chưa có quy định 6 Manhê 50 Nguyễn7 Lan Phương Độ cứng CaCO3 12 8 Clo 250 9 Sulphat 250 10 Mangan 0,05 11 Nhôm 0,2 12 Arsen Đơn vị mg/l 13 Bari 50 14 Bery Chưa có quy định 15 Cadmi Chưa có quy định 16 Crôm 5 17 Coban 50 18 Đồng Chưa có quy định 19 Cacbon clorofom 20 Hydro sulphua Không mùi 21 Chì 22 Thủy ngân 1 23 Niken 50 24 Phênol và các dẫn xuất 25 Selen 10 26 Kẽm 5000 27 Bạc đơn vị mg/l 28 Nitrat 50 29 Florua 1,5 153 30 Fecal Coliforms N/100ml 0