BÀI GIẢNG Mơn học: QUAN TRẮC- KHẢO SÁT MƠI TRƯỜNG II (QTKSMT NƯỚC - ĐẤT) Chương 1: Môi trường nước - Sự ô nhiễm đánh giá lượng nguồn nước 1.1 Tài nguyên thiên nhiên 1.1.1 Khái quát chung tài nguyên nước - Thuỷ - thành phần môi trường nước, bao gồm tồn đại dương, sơng suối, ao, nước ngầm, băng tuyết, ẩm đất không khí - Khối lượng loại nguồn nước khác (94% nước trái đất nước mặn) - Tầm quan trọng: + Là môi trường sống + Điều hồ khí hậu - Chu trình nước tuần hồn: nước trái đất tuần hồn theo chu trình, tuỳ theo loại nguồn nước mà thời gian luân hồi thể ngắn (một vài tuần kéo dài hàng ngàn năm) - Thực trạng chung nguồn tài nguyên nước: + Trử lượng: dồi dào, phong phú Việt Nam quốc gia có trử lượng nước hàng đầu giới + Chất lượng: thiếu nguồn nước ( nước uống được) + Xu biến đổi: Có dấu hiệu bị nhiễm khu thị, khu cơng nghiệp,… 1.1.2 Thành phần hố học nguồn nước - Các hợp chất vô cơ, hữu nước tự nhiên tồn dạng ion hồ tan, khí hồ tan, dạng rắn lỏng - Chính phân bố chất định chất nướ tự nhiên: ngọt, mặn, giàu nghèo dinh dưỡng, cứng mềm, bị ô nhiễm nặng nhẹ,… 1.1.2.1 Các ion hoà tan - Trong nước tự nhiên có ion hồ tan: Cl-, Na+, SO42,Mg2+,Ca2+,HCO3-,… - Hàm lượng nguyên tố hoá học phân bố phụ thuộc vào + Đặc điểm khí hậu + Địa chất, địa hình + Độ dốc lưu vực + Nguồn thải chất ô nhiễm - Để xác định ion hoà tan nước: dùng số TDS (tổng chất rắn hoà tan = Total dislove sodid) 1.1.2.2 Các khí hồ tan - Hầu hết khí hồ tan phản ứng với nước (trừ metan): O2, CO2, NH3, H2S,… - O2: Độ bảo hoà phụ thuộc chủ yếu vào nhiệt độ nước, áp suất khí bề mặt phần vào độ mặn - NH3, H2S: phân huỷ hợp chất hữu 1.1.2.3 Các chất rắn Bao gồm vô cơ, hữu sinh vật: - Chúng phân thành 02 loại, phụ thuộc vào kích thước + Loại chất rắn lọc d ≤ 10 - 6m: • Dạng keo: 10-9 - 10-6m • Dạng hồ tan: < 10-9m + Loại chất rắn không lọc được: • d ≥ 10-6m → tảo • d: 10-5 - 10-6m → hạt bùn (lơ lửng) • d > 10-5m → cát, sạn (lắng được) - Chất rắn phân loại theo độ bay nhiệt độ sấy (1030C – 1050C) + Chất rắn bay + Chất rắn không bay 1.1.2.4 Chất hữu - Chất hữu dễ bị phân huỷ sinh học: đường, chất héo,prơtêin,… - Chất hữu khó bị phân huỷ sinh học: PCB, Dioxin,… 1.1.3 Thành phần sinh học nguồn nước tự nhiên - Chỉ thị cho độc tính sinh thái nguồn nước - Một số loài sinh vật gây ô nhiễm làm nguồn nước tự nhiên * Vi khuẩn nấm * Siêu vi trùng(vi rút) * Tảo * Các loại thực vật sinh vật khác 1.2 Các thông số đánh giá chất lượng nguồn nước 1.2.1 Các tiêu vật lý 1.2.1.1 Nhiệt độ Nhiệt độ nước thải sinh hoạt thường cao nhiệt độ nước cấp việc xả dịng nước nóng ấm từ hoạt động sinh hoạt, thương mại hay công nghiệp nhiệt độ nước thải thwongf thấp nhiệt độ khơng khí Nhiệt độ nước thải thông số quan trọng phần lớn sơ đồ công nghệ xử lý nước thải ứng dụng trình xử lý sinh học mà trình thường bị ảnh hưởng mạnh nhiệt độ Nhiệt độ nước thải ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh vật, đến hòa tan oxy nước Nhiệt độ cịn thơng số cơng nghệ quan trọng liên qun đến trình lắng hạt cặn Nhiệt độ nước thải thường thay đổi theo mùa vị trí địa lý Ở vùng khí hậu lạnh, nhiệt độ nước thải thay đổi từ ÷ 180C, vùng có khí hậu ấm hơn, nhiệt độ nước thải thay đổi từ 13 đến 240C - Phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường (nước mặt) - Nhiệt độ nước ngầm thay đổi - Xác định nhiệt độ nhiệt độ nhiệt kế 1.2.1.2 Màu Màu nước thải chất thải sinh hoạt, công nghiệp, thuốc nhuộm sản phẩm tạo từ trình phân hủy chất hữu Độ màu thông số thường mang tính chất định tính, đwocj sử dụng để đánh giá trạng thái chung nước thải Nước thải sinh hoạt để chưa 6h thường có màu nâu nhạt Màu xám nhạt đến trung bình đặc trưng loại nước thải bị phân hủy phần Nếu xuất màu xám sẫm đen, nước thải coi bị phân hủy hoàn toàn vi khuẩn điều kiện yếm khí Hiện tượng nước thải ngả màu đen thường tạo thành sulfide khác nhau, đặc biệt sulfide sắt Điều xảy khi hydro sulfua sản sinh điều kiện yếm khí kết hợp với kim loại hóa trị có nước - Phụ thuộc vào chất hoà tan môi trường nước - Phụ thuộc vào phát triển thực vật nước, vi sinh vật nước - Xác định màu → so với thang màu chuẩn: Pt - Co;Cr - Co Điển hình: * Nước có sắt Fe3+ → có màu nâu đỏ * Các hchc dạng humic → màu vàng * Tảo lam → xanh * Nước thải SH, CN: màu xám → màu đen 1.2.1.3 Mùi Việc xác định mùi nước thải ngày trở nên quan trọng, đặc biệt phản ứng gây gắt dân chúng cơng trình xử lý nước thải khơng vận hành tốt Mùi nước thải cịn thường khơng gây cảm giác khó chịu loạt hợp chất gây mùi khó chị tỏa nước thải bị phân hủy sinh học điều kiện yếm khí - Phụ thuộc vào sản phẩm phân huỷ chất hữu Ví dụ: + H2S → mùi trứng thối + NH3 → mùi khai,… - Phụ thuộc phát triển hệ động thực vật nước - Phương pháp xác định: + Ở nhiệt độ thường: lắc mạnh, mỡ nhanh nút → dùng khứu giác để xác định + Đun nóng 40 - 500C, sau lắc nhẹ → dùng khứu giác để xác định Chú ý: Chỉ xác định nguồn nước khơng có dấu hiệu nhiễm 1.2.1.4 Độ đục Đọ đục nước chất lơ lửng chất dạng keo chứa nước thải tạo nên Đơn vị đo độ đục thông dụng NTU Giữa độ dục hàm lượng chất lơ lửng nước thải ban đầu (chưa xử lý) chưa có mối quan hệ đáng kể nào, nhiên mối quan hệ thể rõ nước sau khỏi bể lắng tính cơng thức: Chất lơ lững, SS (mg/l) = (2.3 ÷ 2.4)* độ đục (NTU) Phụ thuộc vào khả xuyên suốt ánh sáng 1.2.1.5 Độ dẫn Phụ thuộc vào hàm lượng ion hồ tan nước 1.2.2 Các tiêu hố học 1.2.2.1 DO - Rất quan trọng nước mặt - Sơ đánh giá chất lượng nguồn nước: * Do cao → nguồn nước * DO thấp → nguồn nước bị ô nhiễm - Với hệ thống xử lý nước thải → dùng giá trị DO để kiểm tra, đánh giá hiệu trình làm - Sự phụ thuộc DO vào yếu tố: * Nhiệt độ: nhiệt độ cao → DO thấp * Áp suất * Diện tích bề mặt * Nồng độ muối (nồng độ muối cao → DO giảm) * Sự phát triển hệ động thực vật (DO biến thiên theo thời gian) * Hàm lượng chất hữu - Phương pháp xác định: * Phương pháp Winkler * Đo điện lực 1.2.2.2 Fe - Tiêu chuẩn: * Nước cấp sinh hoạt : 0,3mg/l (tiêu chuẩn cũ), 0,5mg/l (tiêu chuẩn mới) * Nước mặt: 1mg/l * Nước ngầm: 1-5mg/l - Sự phụ thuộc hàm lượng Fe: Trong nước ngầm tồn dạng Fe2+ ngồi khơng khí tồn dạng Fe3+ Nồng độ Fe phụ thuộc vào nguồn nước 1.2.2.3 Mn - Đối với nguồn thải người ta thường quan tâm - Quan tâm nguồn nước cấp - Tiêu chuẩn: [Mn] ≤ 0.1mg/l (tiêu chuẩn cũ) ≤ 0,5mg/l (tiêu chuẩn mới) 1.2.2.4 Ca - Mg - Trong nước mặt, thông thường hàm lượng Ca, Mg tương đương với tiêu chuẩn cho phép - Trong nước ngầm giá trị (Hàm lượng) Ca, Mg thay đổi tuỳ thuộc vào địa chất, vùng 1.2.2.5 NH3 - NH4+ - Cần khảo sát, phân tích nước ngầm - Đối với trạm xử lý cần phải khử muối ammôni - Phụ thuộc vào giá trị pH Với khoảng pH khác thơng thường chúng tồn dạng khác ( NH3 NH4+) 1.2.2.6 NO2-,NO3- Là sản phẩm trung gian trình trình oxi hố hợp chất ammoni - Theo tiêu chuẩn: * Nước cấp sinh hoạt: NO3- ≤ 30mg/l (tiêu chuẩn cũ) ≤ 50mg/l (tiêu chuẩn mới) NO2- = (tiêu chuẩn cũ) ≤ 0,1 mg/l (tiêu chuẩn mới) * Chất lượng nước mặt: N - NO3- : 10 - 15mg/l N - NO2- : 0,01 - 0,05mg/l 1.2.2.7 PO43- Đối với nước ngầm khơng cần quan tâm, thơng thường giá trị nhỏ - Thơng qua thông số (chỉ tiêu) PO43- để đánh giá phú dưỡng nguồn nước - Trong công nghệ xử lý nước thải: N,P nguyên tố dinh dưỡng 1.2.3 Các tiêu sinh học - Nhóm coliform đặc trưng Escherichia E.Coli: Chọn E.Coli phổ biến, đặc trưng cho nguồn nước có bị nhiễm phân khơng, có khả tồn cao môi trường - Các loại rong tảo: đặc trưng cho nhiễm bẩn chất hữu cơ, phú dưỡng nguồn nước ( Eutrofication) 1.3 Các nguồn gây ô nhiễm môi trường nước 1.3.1 Nước thải đô thị - Nguồn gốc: từ hoạt động sinh hoạt dịch vụ hàng ngày người - Đặc điểm nguồn thải: nguồn thải nhỏ, phân tán - Lưu lượng thải * Phụ thuộc vào tập quán sinh hoạt * Phụ thuộc vào thiết bị vệ sinh * Phụ thuộc vào tiêu chuẩn cấp nước - Chế độ thải: khơng ổn định - Tích chất, thành phần: * Tính chất: Có màu từ trắng đục đến xám đen Có mùi * Thành phần: Chứa nhiều hợp chất hữư không bền vững, dễ bị phân huỷ sinh học (cacbon hydrat, pr, mỡ, thức ăn dư thừa,…) → gây mùi hôi, màu Chứa chất dinh dưỡng N, P Chứa vi trùng, vi khuẩn gây bệnh 1.3.2 Nước thải công nghiệp - Nguồn gốc: Nước thải từ nhà máy, xí nghiệp, sở sản xuất, - Đặc điểm thải: tập trung - Lưu lượng thải chế độ thải: phụ thuộc vào qui trình cơng nghệ - Tính chất, thành phần: phụ thuộc vào qui trình cơng nghệ, đặc thù nhà máy, xí nghiệp hay sở sản xuất 1.3.3 Nước mưa chảy tràn - Nguồn gốc: nước mưa chảy tràn mặt đất - Đặc điểm nguồn thải: phụ trhuộc vào mùa, lượng mưa - Tính chất, thành phần: Chứa chất rắn (Vô cơ, hữu cơ), thuốc trừ sâu, phân bón, dầu mỡ, hố chất, vi trùng, vi khuẩn,… 1.3.4 Hoạt động tàu thuyền hoạt động khác - Nước thải từ hoạt động sinh hoạt - Nước thải từ hoạt động khác: nước mưa, từ vùng xử lý CTR 1.4 Các chất gây ô nhiễm nước phương pháp xác định 1.4.1 Các phương pháp phân tích thường gặp việc xác định nồng độ chất gây ô nhiễm môi trường nước 1.4.1.1 Phương pháp chuẩn độ 1.4.1.2 Phương pháp trọng lượng 1.4.1.3 Phương pháp cực phổ 1.4.1.4 Phương pháp đo quang (trắc quang) 1.4.2 Các chất gây ô nhiễm môi trường nước phương pháp xác định 1.4.2.1 Các chất lơ lững SS (Suspend Solid) - Nguồn gốc: + Xói mịn, rửa trơi + Cọ xát dịng chảy, lắng đọng bụi + Do phát triển hệ thống động thực vật nước + Do hoạt động nghười - Ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước + Làm giảm giá trị sử dụng nguồn nước + Làm tăng độ đục, khả truyền ánh sáng → ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển hệ động thực vật nước + Tăng chi phí xử lý nước cấp cho sinh hoạt - Phương pháp xác định: phương pháp cân trọng lượng 1.4.2.2 Các chất hữu (COD, BOD) Gồm 02 loại: + Chất hữu dễ phân huỷ sinh học + Chất hữu khó phân huỷ sinh học 10 Chất hữu dễ phân huỷ sinh học - Khái niệm: chất hữu điều kiện tự nhiên có khả (dễ) chuyển hố thành dạng khác (đặc trưng thơng số BOD5) - Sự chuyển hố: Các q trình sinh hố + Q trình oxy hố sinh học hiếu khí CHC + O2 → CO2 + H2O + Quá trình oxy hố sinh hoạt sinh hoạt yếm khí - Mức độ tác động: môi trường nước bị ô nhiễm chất hữu dễ phân huỷ sinh học → xảy q trình sinh học khí → làm giảm lượng O2 hoà tan nước: + Ảnh hưởng đến hệ động vật nước (O2 thấp thời gian dài) + Tạo thuận lợi cho trình sinh học yếm khí – gây mùi thối giảm giá trị sử dụng nhiều nước - Phương pháp xác định: xác định gián tiếp thơng qua q trình tiêu thụ O2 q trình sinh hố Chất hữu khó phân huỷ sinh học ( hchc bền vững) Gồm 02 loại: + Độc + Khơng độc (ít độc) a Khơng độc (ít độc): dầu, mỡ động vật… - Khó chậm phân huỷ thời gian dài - Các hợp chất tạo thành lớp bề mặt môi trường nước → DO giảm → huỷ diệt hệ sinh vật môi trường nước - Các hợp chất dầu mỡ dễ phân tán vào môi trường nước bao bọc quanh sinh vật phù du, thức ăn, chất bẩn → sinh vật sử dụng chúng làm thức ăn → khơng chuyển hố thức ăn → sinh vật bị chết b Độc: - Thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ: Nồng độ lớn gây chết sinh vật nước, người 11 Ví dụ: DDT gây tiệt chủng loại động vật bậc cao c Phương pháp xác định: - Xác định gián tiếp, xác định lượng O2 tiêu thụ chất oxy hoá chất hữu khó phân huỷ ( dùng KMnO4, K2Cr2O7) - CODMn, CODcr Việc giám sát quản lý chất có độc tính cao qui đinh chặt chẽ tiêu chuẩn nhà nước tổ chức giới cho loại nguồn nước cho mục đích sử dụng khác Để đánh giá tổng hợp chất nước, người ta dung thông số sau: Tổng cacbon hữu ( TOC): tỷ lệ khối lượng cacbon so với khối lượng hợp chất TOC tính dựa cơng thức hợp chất gam miligam cacbon theo thể tích (mg/m3, mg/l) Nhu cầu oxy lý thuyết ( ThOD): lượng oxy cần thiết để oxy hoá đơn chất ThOD tính gam miligam oxy theo thể tích dựa theo phương trình phản ứng hchc oxy (mg/m3, mg/l) Nhu cầu oxy sinh hoá (BOD): lượng oxy cần thiết để phân huỷ hchc vi sinh vật Thông số quan trọng, thơng số đánh giá mức độ ô nhiễm, BOD lớn mức độ ô nhiễm cao Đơn vị mg/l, g/m3 Nhu cầu oxy hoá học (COD): lượng oxy cần thiết để oxy hoá hoá học hợp chất hữu 1.4.2.3 Các kim loại nặng: pb, Hg, As, Cd, Cr, Ni,… - pb: Có độc tính với não, gây nhiễm độc nặng Chúng có khả tích luỹ lâu dài thể + Trong nước sơng - hồ có lượng vết: 0.05 - 40mg/l + Nước biển không bị ô nhiễm, [pb] = 0.03mg/l - Hg: độc người thuỷ sinh [Hg] cho phép nước uống: 0.001mg/l [Hg] cho phép nước nuôi trồng thuỷ sản: 0.005mg/l - As: chất độc, khả gây ung thư cao 12 + Nước tự nhiên có chứa vết As với nồng độ khoảng 0.01mg/l + Tiêu chuẩn nước uống 0.05mg/l, nước nuôi cá 0.025mg/l 1.4.2.4 Các chất dinh dưỡng (hợp chất N,P) - Sự tự ô nhiễm → phú dưỡng nguồn nước Các thực vật sống môi trường phát triển mạnh - Một số chất tiêu biểu Ammôni (NH4+): Trong nước tự nhiên khơng nhiễm có vết ammơni ( 0.05 ppm) Nồng độ ammôni nước ngầm cao Lượng ammôni nước thải sinh hoạt công nghiệp hố chất, chế biến thực phẩm lên tới 100mg/l Nếu lượng ammôni 5mg/l nguồn nước dược xem ô nhiễm nặng Nitrat (NO3-): sản phẩm cuối phân huỷ chất có Nitơ chứa chất thải người động vật Trong nước tự nhiên, nồng độ nỉtat thường 5mg/l Ở vùng bị ô nhiễm nồng độ nitrat cao 10mg/l Nitrat nước uống không 10mg/l Đây chất dinh dưỡng rong, tảo Phơtphat (PO43-): có nhiều nước thải, phân người, súc vật nước thải nước thải ngành sản xuất phân lân, thực phẩm Đây chất dinh dưỡng cho rong tảo phát triển Nồng độ phôtphat nước không ô nhiễm thường nhỏ 0.01mg/l Hàm lượng nước uống tối đa 6mg/l 1.4.2.5 Các vi sinh vật Nguồn gốc: Nước thải bệnh viện, nước thải từ lò giết mổ gia súc,… 1.5 Đánh giá mức độ ô nhiễm nguồn nước Bảng đánh giá tổng hợp chất lượng nguồn nước mặt ( Bảng phân loại Kolvits Marson) 13 Trạng STT thái pH nguồn NH4+ NO3- PO43- mg/l mg/l mg/l < 0.01 nước % COD BOD mg/l mg/l 100 8 > 0.3 100 - 10 > 10 1.6 Các tiêu chuẩn liên quan đến chất lượng nước Tuỳ theo nguồn nước khác → sử dụng tiêu chuẩn tương ứng để đánh giá chất lượng nguồn nước Vd: TCVN 5942:1995: Cln – T/c chất lượng nước mặt TCVN 5943: 1995: Cln – T/c chất lượng nước biển ven bờ TCVN 5944: 1995: Cln – T/c chất lượng nước ngầm 14 ... 20 2-4 Nước bẩn 6-9 0.4 - 1. 5 0.3 - 1. 0 0.05 - 0 .1 50 - 90 20 - 50 4-6 Nước bẩn 5-9 1. 5 - 1. 0 - 4.0 0 .1 - 0 .15 20 - 50 50 - 70 6-8 Nước bẩn nặng - 9.5 3-5 4-8 0 .15 - 0.3 - 20 70 - 10 0 - 10 Nước... Marson) 13 Trạng STT thái pH nguồn NH4+ NO 3- PO4 3- mg/l mg/l mg/l < 0. 01 nước % COD BOD mg/l mg/l 10 0