Môi trường đô thị - Chương 3: Ô nhiễm môi trường

Chương 3. Ô nhiễm môi trường Bài giảng Cơ sở khoa học môi trường ThS. Nguyễn Minh Kỳ 1 Chương 3. Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG 3.1. Ô nhiễm nước 3.1.1. Khái niệm chung về ô nhiễm nước - Theo Hiến chương châu Âu, “Sự ô nhiễm nước là một biến ñổi chủ yếu do con người gây ra ñối với chất lượng nước, làm ô nhiễm nước và gây nguy hại cho việc sử dụng, cho công nghiệp, nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi-giải trí, cho ñộng vật nuôi cũng như các loài hoang dại”. - Theo như quan ñiểm truyền thống ở Việt Nam: “Ô nhiễm nước là hiện tượng thay ñổi xấu về chất lượng nước do trong nước có chứa quá mức các thành phần vật chất, các chất ñộc hại và các vi khuẩn, vi sinh vật gây bệnh ñã làm giảm giá trị sử dụng của nước, ảnh hưởng xấu tới sự tồn tại và phát triển của các sinh vật cũng như tới sức khoẻ của con người“. Như vậy, có thể hiểu ô nhiễm nước là sự làm thay ñổi thành phần và tính chất của nước gây ảnh hưởng ñến hoạt ñộng sống bình thường của con người và sinh vật. 3.1.2. Nguồn và các tác nhân gây ô nhiễm nước 3.1.2.1. Nguồn gây ô nhiễm nước Sự ô nhiễm nước có thể do nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo: 1. Nguồn gốc tự nhiên Ô nhiễm nước có nguồn gốc tự nhiên là do mưa, nhiễm mặn, nhiễm phèn, lũ lụt, Nước mưa rơi xuống mặt ñất, mái nhà, ñường phố ñô thị, khu công nghiệp, kéo theo các chất bẩn xuống sông, hồ hoặc các sản phẩm của hoạt ñộng sống của sinh vật, vi sinh vật kể cả các xác chết của chúng. Sự ô nhiễm này còn ñược gọi là ô nhiễm không xác ñịnh ñược nguồn. 2. Nguồn gốc nhân tạo Ô nhiễm nước có nguồn gốc nhân tạo chủ yếu do xả nước thải từ các khu dân cư, khu công nghiệp, hoạt ñộng giao thông vận tải, hóa chất bảo vệ thực vật (thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ) và phân bón trong nông nghiệp, vào môi trường nước. Thực tế, nguồn gây ô nhiễm nước chủ yếu gắn liền với các hoạt ñộng của con người. Dưới ñây là các nguồn gây ô nhiễm nước chủ yếu có nguồn gốc liên quan ñến các hoạt ñộng của con người: a. Nguồn ô nhiễm do sinh hoạt Các khu vực ñô thị, các vùng tập trung ñông dân cư có dân số và mật ñộ dân cư rất cao so với các vùng khác, nên hàng ngày cũng thải ra môi trường một lượng rất lớn rác thải rắn và nước thải sinh hoạt. Nước thải sinh hoạt chứa một lượng các chất vô cơ, chất hữu cơ có nguồn gốc ñộng thực vật và các mầm vi khuẩn gây bệnh. Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nguồn nước bị ô nhiễm làm suy giảm lượng hàm lượng ôxy hoà tan trong nước dẫn ñến những hậu quả xấu cho hệ sinh thái nước. Ngoài ra, việc xả thải nguồn Chương 3. Ô nhiễm môi trường Bài giảng Cơ sở khoa học môi trường ThS. Nguyễn Minh Kỳ 2 nước thải từ hệ thống cơ sở y tế ở các ñô thị là nguyên nhân làm lây lan dịch bệnh và ảnh hưởng tới sức khoẻ cộng ñồng. b. Nguồn ô nhiễm do nông nghiệp Trong các hoạt ñộng sản xuất nông nghiệp có thể gây ô nhiễm nước như: - Nước thải của chuồng trại chăn nuôi, nước chảy tràn trên bề mặt cuốn theo nhiều chất thải gia súc gia cầm là nguyên nhân làm ô nhiễm nguồn nước. - Việc sử dụng quá mức các loại phân bón ñể tăng năng suất cây trồng trong nông nghiệp nên dư lượng phân bón này ảnh hưởng xấu ñến nguồn nước. Ngoài ra, phân bón hoá học chứa nhiều chất dinh dưỡng như nitơ và phốtpho. Chính vì vậy, làm phát sinh hiện tượng phú dưỡng nguồn nước ở các con sông, ao, hồ,.... Hậu quả của quá trình phát triển mạnh mẽ các loài rong tảo là sự phân hủy chúng gây mùi khó chịu, mất mỹ quan ñô thị, tăng ñộc tố trong nguồn nước, giảm hàm lượng ôxy hòa tan, ảnh hưởng nghiêm trọng ñến việc khai thác và sử dụng nguồn nước. - Dư lượng thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ, hóa chất kích thích sinh trưởng ñược sử dụng trong nông nghiệp không chỉ ảnh hưởng ñến nông sản, nguồn nước mặt mà còn tích lũy, di chuyển vào các tầng ñất, mạch nước ngầm thông qua ñó gây ảnh hưởng ñến sức khỏe của con người và môi trường. c. Nguồn ô nhiễm do công nghiệp Ô nhiễm chủ yếu là do các rác thải và nước thải công nghiệp bằng nhiều con ñường khác nhau tập trung hoặc chảy vào sông, hồ, biển hoặc thấm xuống tầng chứa nước ngầm. Tuỳ theo từng ngành công nghiệp mà các nước thải công nghiệp có thành phần và ñặc tính khác nhau. Nước thải của các ngành công nghiệp thực phẩm, thí dụ như nước thải các ngành công nghiệp chế biến lương thực, sản xuất sữa, công nghiệp sản xuất giấy và bột giấy, công nghiệp dệt... thường có thành phần tương tự như nước thải sinh hoạt với ñặc ñiểm chứa nhiều chất ô nhiễm hữu cơ, khi xả vào nguồn nước sẽ tiêu hao lớn lượng ôxy hoà tan trong nước do quá trình phân huỷ sinh học. ðối với các nguồn nước thải công nghiệp của nhiều ngành sản xuất khác, thí dụ như nước thải của các nhà máy hoá chất, nhà máy luyện kim, các xí nghiệp mạ ñiện... có nhiều hoá chất ñộc hại, các kim loại nặng, khi xả vào môi trường nước nhiều chất khó bị phân huỷ, gây ñộc ñối với các loài sinh vật trong nước. Nhiều chất ô nhiễm trong ñó có các kim loại nặng có khả năng tích tụ sinh học qua dây chuyền thức ăn, ảnh hưởng ñến các loài thuỷ sinh và ñến ña dạng sinh học của hệ sinh thái. Nước thải công nghiệp khi xả vào nguồn nước với khối lượng lớn có thể làm thay ñổi các tính chất vật lý của nguồn nước như làm thay ñổi nhiệt ñộ nước, làm tăng lượng chất rắn hoà tan, lượng chất rắn lơ lửng, ảnh hưởng ñến màu, mùi của nước... Những thay ñổi ñó làm giảm giá trị sử dụng của nguồn nước, nhất là cho mục ñích vui chơi giải trí. Ngoài các nguồn gây ô nhiễm nước chủ yếu như nêu trên, các hoạt ñộng phát triển khác cũng gây ô nhiễm nước như hoạt ñộng xây dựng các công trình dân dụng như xây dựng nhà cửa trên các khu ñô thị, xây dựng thủy lợi, thủy ñiện, làm ñường Chương 3. Ô nhiễm môi trường Bài giảng Cơ sở khoa học môi trường ThS. Nguyễn Minh Kỳ 3 giao thông... các hoạt ñộng này làm tăng bùn cát hay ñộ ñục của nước sông ở hạ lưu khu vực xây dựng trong thời gian xây dựng công trình do tăng lượng ñất bị rửa trôi do mưa xuống dòng sông ảnh hưởng ñến ñọ ñục của nước sông, do dầu mỡ của xe máy thi công, các chất thải của khu vực lán trại công nhân không quản lý chặt chẽ trôi xuống dòng sông làm ô nhiễm nước sông. Vì thế rất cần thiết quản lý chặt chẽ các nguồn thải này trong thời gian thi công các công trình ñể giảm thiểu ô nhiễm nước. d. Nguồn ô nhiễm do hoạt ñộng giao thông Các hoạt ñộng giao thông ñường thủy ở hệ thống sông suối, ao hồ hay ở biển và ñại dương là nguyên nhân làm ô nhiễm dầu mỡ cho nguồn nước. Các sự cố tai nạn về va chạm, chìm tàu, ñặc biệt là các sự cố va chạm, vỡ, chìm tàu chở dầu trên biển và ñại dương làm ô nhiễm dầu nghiêm trọng, ảnh hưởng ñến hệ sinh thái, các nguồn tài nguyên sinh học biển,... Ngoài ra, hoạt ñộng giao thông ñường bộ và ñường hàng không cũng góp phần gián tiếp gây ô nhiễm nguồn nước do sự phát thải các khí thải ñộc hại vào bầu không khí. Mưa sẽ rửa sạch bầu không khí và kéo các chất bẩn ñổ vào hệ thống ao hồ, sông suối... 3.1.2.2. Tác nhân gây ô nhiễm nước Có thể chia tác nhân gây ô nhiễm nước thành các nhóm cơ bản sau: 1. Tác nhân hóa lý - Màu sắc: Khi nước chứa các chất rắn lơ lửng, các loại tảo, các chất hữu cơnó trở nên kém thấu quang ánh sáng tự nhiên. Từ ñó, làm cản trở sự sống của các loài thủy sinh và suy giảm chất lượng môi trường nước. ðể ñánh giá màu sắc của nước người ta dùng máy ño màu hoặc may ño ñộ thấu quang của nước. - Mùi và vị: Nước tự nhiên sạch không có mùi và vị. Khi nguồn nước tiếp nhận các sản phẩm phân hủy chất hữu cơ, chất thải công nghiệp, các kim loại thì mùi vị của nước trở nên khó chịu. Thông thường, các chất có mùi bao gồm các chất hữu cơ từ cống rãnh khu dân cư, xí nghiệp chế biến thực phẩm; nước thải công nghiệp, hóa chất; sản phẩm từ sự phân hủy xác ñộng thực vật...ðể ñánh giá mùi và vị của nước người ta dùng phương pháp pha loãng nhiều lần bằng một lượng nước cất ñể nó không còn mùi vị nữa. - ðộ ñục: Nguồn nước tự nhiên thường không có các chất rắn lơ lửng nên trong suốt và không màu. Khi chứa các hạt sét, mùn, vi sinh vật, hạt bụi, các hạt keo, chất kết tủa thì nước trở nên ñục. Nước ñục ngăn cản sự thấu quang ánh sáng xuống các tầng bên dưới các thủy vực do ño ảnh hưởng ñến sự sống các loài thủy sinh. ðộ ñục ñược xác ñịnh bằng máy ño ñộ ñục hiện trường hoặc phương pháp hóa lý trong phòng thí nghiệm. - Nhiệt ñộ: Nhiệt ñộ của nước phụ thuộc vào ñiều kiện khí hậu, thời tiết của môi trường. Các nguồn nước thải làm mát từ các nhà máy ñiện, phân xưởng sản xuất công nghiệp làm tăng nhiệt ñộ của nước. Nhiệt ñộ cao phá hủy các quá trình sinh, hóa, lý học của hệ sinh thái nước. ðể ño nhiệt ñộ nước có thể dùng các loại nhiệt kế khác nhau hay máy ño nhanh hiện trường ña chỉ tiêu. Chương 3. Ô nhiễm môi trường Bài giảng Cơ sở khoa học môi trường ThS. Nguyễn Minh Kỳ 4 - Chất rắn lơ lửng SS: Là nồng ñộ các hạt chất rắn vô cơ hoặc hữu cơ không tan trong nước (thường có kích thước từ 10-1 ñến 10-2 µm như khoáng sét, bụi than, mùn,). Nồng ñộ các chất rắn lơ lửng ñược xác ñịnh bằng cách lọc mẫu nước qua giấy lọc tiêu chuẩn; cặn thu ñược trên giấy lọc sau khi sấy ở nhiệt ñộ 1050C ñến khi khối lượng không ñổi ñem cân xác ñịnh khối lượng. ðơn vị: mg/L. - ðộ cứng: ðộ cứng của nước do sự có mặt của các muối Ca và Mg gây ra. ðộ cứng tạm thời là do các muối cacbonat (CO3 2-) hoặc bicacbonat (HCO3 2-) của Ca và Mg gây ra. ðộ cứng vĩnh cửu của nước là do các muối sunphate (SO4 2-) hoặc clorua (Cl-) của Ca và Mg gây ra. Căn cứ vào hàm lượng CaCO3 có thể phân loại nước thành 3 loại: Nước mềm (<60mg/l CaCO3), nước cứng trung bình (60-180mg/l CaCO3) và nước cứng (>180mg/l CaCO3). Có thể xác ñịnh ñộ cứng của nước bằng phương pháp chuẩn ñộ. - ðộ dẫn ñiện: ðộ dẫn ñiện của nước liên quan ñến sự hiện diện của các ion muối kim loại như NaCl, KCl, Na2SO4, KNO3 trong nước. Tác ñộng ô nhiễm của nước có ñộ dẫn ñiện cao thường liên quan tới tính ñộc hại của các ion hòa tan trong nước. ðể xác ñịnh có thể sử dụng máy ño ñiện trở hoặc cường ñộ dòng diện. - ðộ pH: ðộ pH của nước ñược xác ñịnh theo công thức pH = -lg[H+]. ðối với nguồn nước tinh khiết có pH = 7, nước có tính axit pH<7 và nguồn nước có tính bazơ pH>7. ðộ pH ảnh hưởng ñến sự sống các loài thủy sinh. Ví dụ như cá thường không sinh sống ñược ở môi trường pH10. ðộ pH có thể ñược xác ñịnh bằng phương pháp ñiện hóa, chuẩn ñộ hoặc sử dụng các loại thuốc thử khác nhau. - Hàm lượng Ôxy hòa tan trong nước DO: Hàm lượng ôxy hòa tan trong nước có vai trò quan trọng và rất cần thiết cho sự sống của các loài sinh vật ở nước. Ôxy hòa tan ñược khuếch tán từ khí quyển hoặc do sự quang hợp của các loài tảo. Khi hàm lượng ôxy hòa tan thấp các loài sinh vật sống trong nước sẽ thiếu ôxy, giảm các hoạt ñộng và có thể chết. Việc xác ñịnh ôxy hòa tan có thể bằng phương pháp Winkler hoặc phương pháp ñiện cực. - Nhu cầu ôxy sinh hóa BOD: Là lượng ôxy cần thiết sử dụng bởi các vi sinh vật hiếu khí ñể ôxy hóa các chất hữu cơ có trong nước (ñơn vị: mgO2/L). BOD dùng phổ biển ñể ñánh giá mức ñộ ô nhiễm chất hữu cơ, ñặc biệt là chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học trong nước. Do quá trình ôxy hóa sinh học trong nước xảy ra chậm (trên 20 ngày ñể ôxy hóa gần hết), thông thường người ta xác ñịnh nhu cầu ôxy sau 5 ngày gọi là BOD5. Nguyên tắc xác ñịnh BOD5 là xác ñịnh DO của mẫu ban ñầu và DO sau 5 ngày ủ mẫu (trong chai kín, ở 200C) rồi lấy hiệu số (quy trình thực tế có thể phức tạp hơn do phải pha loãng mẫu, cấy thêm vi sinh vật,). - Nhu cầu ôxy hóa học COD: Là lượng ôxy cần thiết ñể ôxy hóa hóa học các hợp chất hữu cơ trong nước. ðơn vị mgO2/L. COD dùng ñể ñánh giá ô nhiễm các chất hữu cơ, nhưng gồm cả chất hữu cơ bị ôxy hóa và không bị ôxy hóa sinh học. Thông thường COD ñược xác ñịnh bằng phương pháp hồi lưu kín-trắc quang với thuốc thử Bicromat (Cr2O7 2-). Chương 3. Ô nhiễm môi trường Bài giảng Cơ sở khoa học môi trường ThS. Nguyễn Minh Kỳ 5 - Các khí hòa tan (H2S, NH3,...): Các khí hòa tan này thường là sản phẩm của các quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong nguồn nước. 2. Tác nhân hóa học - Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học (các hydrocacbon, protein, lipit,...) có trong nước thải sinh hoạt và nước thải của một số ngành sản xuất công nghiệp như chế biến thủy sản, sản xuất bia, - Các chất hữu cơ bền vững như polychlorophenol (PCPs), polychlorobiphenyl (PCBs), các hydrocacbon thơm ña vòng (PAHs: Polycyclic Aromatic Hydrocarbon), .... Các chất này có ñộc tính cao và bền vững trong môi trường. Chúng thường có trong nước thải công nghiệp (dệt, nhuộm, giấy,) và nguồn nước chảy tràn qua các vùng nông, lâm nghiệp có sử dụng nhiều hóa chất BVTV. - Các nhóm anion vô cơ (NH4 +, NO3 -, NO2 -, PO4 3-,...): Các nguyên tố N, P, S ở nồng ñộ thấp là các chất dinh dưỡng cho tảo và các vi sinh vật trong nước. Khi nồng ñộ cao chúng là các tác nhân gây ra sự phú dưỡng các thủy vực, làm biến ñổi môi trường, hệ sinh thái. Ngoài ra, chúng còn có thể làm biến ñổi sinh hóa trong cơ thể sinh vật và người. Nguồn nước ăn uống có nhiễm hàm lượng NO3 - cao có thể gây ra bệnh ung thư. - Các kim loại nặng (Hg, As, Cd, Pb, Mn,...) thường có trong nước thải của các ngành công nghiệp luyện kim, khai khoáng, Hầu hết chúng ít tham gia vào các quá trình sinh hóa mà thường tích lũy lại trong cơ thể sinh vật, gây tác ñộng nghiêm trọng ñến các sinh vật theo chuỗi thức ăn. - Thuốc bảo vệ thực vật: là những chất ñộc hại có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp hóa học, ñược dùng ñể phòng và trừ sinh vật có hại cho cây trồng. nông sản với các tên gọi khác nhau như thuốc trừ sâu, thuốc trừ bệnh, thuốc diệt cỏ, Có thể chia thuốc bảo vệ thực vật làm ba nhóm chính: nhóm clo hữu cơ, nhóm lân hữu cơ và nhóm cacbanat. Trong ñó, nhóm clo hữu cơ là các hợp chất hóa học gốc clo rất bền vững trong môi trường tự nhiên và thời gian phân hủy. Thuộc nhóm này có Aldrin, Diedrin, DDT, Endrin, Nhóm lân hữu cơ gồm hai hợp chất parathion và malathion. Nhóm này có thời gian phân hủy ngắn hơn so với nhóm clo hữu cơ nhưng lại có ñộ ñộc cao ñối với người và ñộng vật. Nhóm cacbanat gồm các hóa chất ít bền vững trong môi trường nhưng cũng rất ñộc với con người, ñộng vật. ðại diện cho nhóm này gồm các hợp chất gốc cacbanat như Sevin, Puradan, Nhìn chung, dự thuốc bảo vệ thực vật ñược tích lũy trong môi trường, nông sản và gây ảnh hưởng xấu ñến sức khỏe con người, sinh vật. 3. Tác nhân sinh học Tác nhân sinh học chủ yếu bao gồm các sinh vật gây bệnh như vi khuẩn, siêu vi khuẩn, ký sinh trùng gây bệnh như tả, lỵ, thương hàn; virus gây tiêu chảy,. Nguồn ô nhiễm sinh học cho môi trường nước chủ yếu do phân, rác, chất thải sinh hoạt, xác chết sinh vật, chất thải bệnh viện. ðể ñánh giá mức ñộ ô nhiễm sinh học thường hay sử dụng các thông số quan trọng như Total coliform, Fecal coliform, E.Coli. Chương 3. Ô nhiễm môi trường Bài giảng Cơ sở khoa học môi trường ThS. Nguyễn Minh Kỳ 6 CÂU HỎI ÔN TẬP 1. Trình bày và phân tích khái niệm ô nhiễm nước? 2. Liệt kê các nguyên nhân gây ô nhiễm nước? 3. Nêu các tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước? Hướng dẫn ôn tập – Ô nhiễm nước Thuật ngữ Hiểu biết và có khả năng ứng dụng các thuật ngữ sau. 1. Ô nhiễm môi trường 2. Ô nhiễm nước 3. Chất rắn lơ lửng SS 4. Hàm lượng ôxy hòa tan DO 5. Nhu cầu ôxy sinh hóa BOD 6. Nhu cầu ôxy hóa học COD Tư duy phân tích ðọc, phân tích và trả lời các câu hỏi dưới. 1. Sự ô nhiễm nước có thể do nguyên nhân ..hay.. 2. Chất rắn lơ lửng SS là nồng ñộ các hạt chất rắn .... hoặc ... không tan trong nước (thường có kích thước từ 10-1 ñến 10-2 µm như khoáng sét, bụi than, mùn,) 3. ðộ cứng của nước do sự có mặt của các muối . và .. gây ra. 4. ðộ pH ảnh hưởng ñến sự sống các loài thủy sinh. Ví dụ như cá thường không sinh sống ñược ở môi trường pH 5. Ôxy hòa tan ñược ... hoặc do .... của các loài tảo. 6. Nhu cầu ôxy sinh hóa BOD là lượng ôxy cần thiết sử dụng bởi . ñể ôxy hóa .. có trong nước. ðơn vị mgO2/L. 7. BOD dùng phổ biển ñể ñánh giá mức ñộ ô nhiễm ., ñặc biệt là chất hữu cơ trong nước. Chương 3. Ô nhiễm môi trường Bài giảng Cơ sở khoa học môi trường ThS. Nguyễn Minh Kỳ 7 8. Nhu cầu ôxy hóa học COD là lượng ôxy cần thiết ñể .. các hợp chất hữu cơ trong nước. ðơn vị mgO2/L. COD dùng ñể ñánh giá ô nhiễm các chất hữu cơ, nhưng gồm cả chất hữu cơ ... và .. 9. ðể ñánh giá mức ñộ ô nhiễm sinh học thường hay sử dụng các thông số quan trọng như ...., .., và E.Coli. --- Hết --- TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Lưu ðức Hải (2002), Cơ sở khoa học môi trường, NXB ðại học Quốc gia Hà Nội. [2]. Lê Văn Khoa (2004), Khoa học Môi trường, NXB Giáo dục. [3]. Nguyễn Thị Ngọc Ẩn (2001), Sinh thái học ñại cương, NXB ðại học Khoa học Tự nhiên TP HCM. [4]. Lê Huy Bá, Lâm Minh Triết (2005), Sinh thái môi trường học cơ bản, NXB ðại học Quốc gia TP HCM. [5]. Lê Huy Bá, Lâm Minh Triết (2005), Sinh thái môi trường ứng dụng, NXB Khoa học và kỹ thuật. [6]. Phạm Ngọc ðăng (1997), Quản lý Môi trường ðô thị và Khu công nghiệp, NXB Khoa học và Kỹ thuật. [7]. Lưu ðức Hà, Nguyễn Ngọc Sinh (2000), Quản lý môi trường cho sự phát triển bền vững, NXB ðại học Quốc gia, Hà Nội. [8]. Nguyễn Nguyên Hồng và nnk (2003), Hỏi ñáp về môi trường sinh thái, NXB Giáo dục.