Nước mặt và ô nhiễm nước mặt

NƯỚC MẶT VÀ Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC MẶT

1.      Nước mặt & ô nhiễm môi trường nước mặt

1.1.          Khái niệm và vai trò của nước mặt

1.1.1.       Khái niệm

Nước mặt là nước trong sông, hồ hoặc nước ngọt trong vùng đất ngập nước .

Nước mặt được bổ sung một cách tự nhiên bởi các nguồn như mưa và tuyết. Chúng mất đi khi chảy vào đại dương, bốc hơi và thấm xuống đất.

Nước mặt tự nhiên có thể được tăng cường thông qua việc cung cấp từ các nguồn nước mặt khác bởi các kênh hoặc đường ống dẫn nước. Chúng cũng có thể được tu bổ nhân tạo từ các nguồn khác, tuy nhiên với số lượng và khối lượng không đáng kể. Con người có thể làm cho nguồn nước cạn kiệt hoặc không còn khả năng sử dụng do ô nhiễm.

1.1.2.       Vai trò

Nước là nguồn gốc của sự sống trên trái đất, là nguồn tài nguyên của một quốc gia, nhờ có nước mà sự sống trên trái đất được tồn tại và phát triển.

Do nền kinh tế nước ta chưa phát triển mạnh nên nhu cầu về lượng nước sử dụng chưa cao, hiện nay mới chỉ khai thác được 500 m³/người/năm nghĩa là chỉ khai thác được 3 % lượng nước được tự nhiên cung cấp và chủ yếu là chỉ khai thác lớp nước mặt của các dòng sông và phần lớn tập trung cho sản xuất nông nghiệp.

1.2.          Ô nhiễm môi trường nước mặt

Một khu vực nước cụ thể, chẳng hạn như một hồ nước, sông suối, ao, đại dương và thậm chí cả các nước ngầm trong đất, có thể bị ô nhiễm bởi nước thải rò rỉ, dòng chảy nông nghiệp hoặc sự cố tràn hóa chất. Khi nước bị ô nhiễm, nó trở nên không an toàn cho người tiêu dùng bởi vì có chứa các chất nguy hiểm, độc hại, vi khuẩn và sinh vật gây bệnh. Ô nhiễm có thể được gây ra bởi các nguồn tự nhiên hoặc các hoạt động của con người, nhưng bất kể nguyên nhân gì, kết quả là như nhau. Nó có thể có tác động có hại đến hệ sinh thái thủy sản cũng như sức khỏe của những người phụ thuộc vào các nguồn nước. Ô nhiễm có thể khó xác định vì nó không phải lúc nào cũng được nhìn thấy, vì vậy các nhà khoa học sử dụng một loạt các kỹ thuật và kiểm tra để đo chất lượng nước và mức độ của các chất ô nhiễm.

Mặc dù ô nhiễm nước có thể xảy ra từ nhiều nguồn khác nhau, có hai thuật ngữ được dùng để mô tả cách các nước trở nên ô nhiễm. Khi nước bị ô nhiễm từ các nguồn điểm, đây là ô nhiễm từ một vị trí kín đáo. Vị trí riêng biệt này có thể là một nhà máy, một ống cống hoặc một dòng chảy từ một trang trại. Ô nhiễm nguồn nước cũng có thể là do ô nhiễm nguồn không điểm, đó là khi một số điểm ô nhiễm trên một diện tích lớn đóng góp vào sự ô nhiễm nước của khu vực đó.

Ô nhiễm nước bề mặt là tình trạng ô nhiễm của hệ thống nước trên mặt đất, chẳng hạn như suối, hồ và sông ngòi. Những vùng nước bị ô nhiễm khi nước mưa chảy tràn mang các chất ô nhiễm vào nước. Ô nhiễm nguồn nước xuất phát từ nhiều nguyên nhân khác nhau. Do tiếp nhận nhiều loại nguồn thải, môi trường nước mặt đang ở tình trạng ô nhiễm tại nhiều nơi, tùy theo đặc trưng của từng khu vực khác nhau.

Các chất gây ô nhiễm được vận chuyển bằng dòng chảy là những thứ như muối, hóa chất từ đường phố và đường cao tốc, các chất dinh dưỡng, phân bón từ các trang trại và bãi cỏ. Nước mặt cũng có thể bị ô nhiễm với tác nhân gây bệnh và các bệnh qua đường nước, mà thường là kết quả của rò rỉ nước cống, nước thải từ các nhà máy làm thịt động vật. Các loại virus và vi khuẩn làm ô nhiễm nước có thể gây ra các vấn đề sức khỏe nguy hiểm cho con người như giardia, thương hàn và viêm gan.

Khi sự ô nhiễm gây ra bởi các chất khoáng và phân bón, nó được gọi là ô nhiễm chất dinh dưỡng, sẽ tạo điều kiện cho việc phát triển mạnh về số lượng của tảo và các thực vật thủy sinh khác. Sự phát triển dư thừa này của thực vật và tảo gây ra vấn đề, bởi vì chúng bao phủ bề mặt nước, ngăn chặn ánh sáng mặt trời tiếp cận đến thực vật dưới nước. Điều này cũng dẫn đến ít oxy hoà tan trong nước, gây nguy hại cho sinh vật thở oxy trong nước như như cá, tôm…

Trong giai đoạn đẩy mạnh công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, nhiều ngành công nghiệp được mở rộng quy mô sản xuất, cũng như phạm vi phân bố. Cùng với đó là sự gia tăng lượng nước thải lớn, nhưng mức đầu tư cho hệ thống xử lý nước thải chưa đáp ứng yêu cầu. Các loại thuốc bảo vệ thực vật, hoá chất tổng hợp đến từ hoạt động sản xuất nông nghiệp, sản phẩm xăng dầu, các kim loại nặng như thuỷ ngân (Hg), chì (Pb), arsenic (As) từ việc khai thác mỏ.. Vùng Đông Nam bộ, với toàn bộ các tỉnh thuộc vùng kinh tế trọng điểm phía Nam, nơi tập trung các khu công nghiệp lớn, là vùng có lượng phát sinh nước thải công nghiệp lớn nhất cả nước. Số lượng khu công nghiệp có hệ thống xử lý nước thải vẫn đang ở mức trung bình (50 – 60 %), hơn nữa 50 % trong số đó vẫn chưa hoạt động hiệu quả.

2.      Cơ sở đánh giá chất lượng nước và hiện trạng môi trường nước mặt ở Việt Nam

2.1.          Cơ sở đánh giá chất lượng nước

Để đánh giá chất lượng của một nguồn nước nhất định, ta có thể dựa vào nhiều yếu tố như tính chất vật lý, tính chất hoá học, chỉ tiêu sinh học, địa chất học, thổ nhưỡng,… Tuy nhiên để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước, ta thường sử dụng hai yếu tố lý và hóa.

2.1.1.       Tính chất vật lý của nước

Tính chất vật lý của nước được xác định dựa trên các chỉ tiêu: màu, mùi, nhiệt độ, độ đục và độ cặn.

 2.1.1.1. Nhiệt độ: Nhiệt độ của nước ổn định và phụ thuộc vào điều kiện môi trường. Nhiệt độ của nước ảnh hưởng đến quá trình chuyển hoá các yếu tố hoá lý.

2.1.1.2. Độ màu: Màu của nước do các chất lơ lửng trong nước tạo nên, các chất lơ lửng này có thể là thực vật hoặc các chất hữu cơ dưới dạng keo. Độ màu không gây độc hại đến sức khỏe.

2.1.1.3. Độ đục: Độ đục để đánh giá sự có mặt của các chất lơ lửng trong nước ảnh hưởng đến độ truyền ánh sáng. Độ đục không gây độc hại đến sức khỏe nhưng ảnh hưởng đến quá trình lọc và khử trùng nước.

2.1.1.4. Mùi vị: Các chất khí, khoáng và một số hóa chất hòa tan trong nước làm cho nước có mùi. Các mùi vị thường gặp: mùi đất, mùi tanh, mùi thối, mùi hóa học đặc trưng như chlor, amoniac, vị chát, mặn, chua…

2.1.1.5. Cặn: Gồm có cặn lơ lửng và cặn hòa tan (vô cơ và hữu cơ), cặn không gây độc hại đến sức khỏe nhưng ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước.

Các chất rắn bao gồm các thành phần vô cơ, hữu cơ và sinh vật được phân thành 2 loại dựa theo kích thước:

• Chất rắn có thể lọc: các chất rắn có đường kính ≤ 10^-6 m (1 µm): Chất rắn dạng keo và vi khuẩn thuộc loại chất rắn dạng keo.
• Chất rắn không thể lọc: các chất rắn có đường kính > 10^-6 m: Tảo, hạt, bùn, sạn, cát thuộc loại chất rắn có thể lắng…

Các loại chỉ tiêu xác định chất rắn:

• Chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solids – TSS).
• Chất rắn hòa tan (Total Dissolved Solids – TDS).
• Tổng chất rắn toàn phần (Total Solids – TS).

2.1.2.       Tính chất hoá học của nước

Các thông số thể hiện tính chất hóa học thường là: số lượng các chất hữu cơ, vô cơ và khí. Hay để đơn giản hóa, người ta xác định các thông số như: các chất khí hòa tan, các hợp chất N, P, các chất rắn (hữu cơ, vô cơ, huyền phù và không tan).

2.1.2.1. pH: Phản ánh tính acid hay tính kiềm của nước. pH ảnh hưởng đến các hoạt động sinh học trong nước, tính ăn mòn, tính hòa tan.

2.1.2.2. Độ acid: trong nước thiên nhiên, độ acid là do sự có mặt của CO₂, CO₂ được hấp thụ từ khí quyển hoặc từ quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong nước thải công nghiệp (chiếm đa số) và nước phèn. Độ acid không gây độc hại đến sức khỏe con người nhưng ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước cấp và nước thải.

2.1.2.3. Độ cứng: Độ cứng của nước biểu thị hàm lượng các ion Ca²⁺ và Mg²⁺. Độ cứng không gây độc hại đến sức khỏe con người, nhưng dùng nước có độ cứng cao sẽ tiêu hao nhiều xà bông khi giặt giũ, tăng độ ăn mòn đối với các thiết bị trao đổi nhiệt, nồi hơi tạo nên cặn bám, khe nứt gây nổ nồi hơi.

2.1.2.4. Chloride (Cl^–):

Chloride là một trong các ion quan trọng trong nước và nước thải. Chloride kết hợp với các ion khác như natri, kali gây ra vị mặn cho nước. Nguồn nước có nồng độ chloride 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 chloride không gây hại cho sức khỏe con người, nhưng dùng lâu sẽ gây nên bệnh thận do đó ít nhiều ảnh hưởng đến mục đích ăn uống và sinh hoạt. Chloride trong nước biểu thị độ mặn.

2.1.2.5. Sulfate (SO₄^2-):

Các nguồn nước tự nhiên, đặc biệt nước biển và nước phèn, thường có nồng độ sulfate cao. Sulfate trong nước có thể bị vi sinh vật chuyển hóa tạo ra sulfite và acid sulfuric có thể gây ăn mòn đường ống và bê tông. Ở nồng độ cao, sulfate có thể gây hại cho cây trồng. Sulfate gây độc hại đến sức khỏe con người vì sulfate có tính nhuận tràng. Nước có sulfate cao sẽ có vị chát, uống vào sẽ gây bệnh tiêu chảy.

Phản ứng chuyển hoá lưu huỳnh:

• Khử sulfate thành sulfur dưới tác dụng của các vi khuẩn như Desulfovibrio:

SO₄^2- + 2 CH₂O + 2H⁺ --> H₂S + 2CO₂ + 2H₂O

H₂S tạo thành do độc và có mùi khó chịu nên có thể làm giảm chất lượng nước.

• Oxy hóa sulfur dưới tác dụng của các vi khuẩn như Thiobacillus:

2H₂S + 4O₂ --> 4H⁺ + 2SO₄^2-

Một số loại vi khuẩn oxy hóa sulfur có thể chịu được môi trường acid và rất nguy hiểm cho môi trường. 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 disulfur CH₃SSCH₃. Quá trình phân hủy này cũng tạo ra H₂S.

2.1.2.6. Sắt (Fe²⁺, Fe³⁺):

Sắt tồn tại trong nước dạng sắt III (dạng keo hữu cơ, huyền phù), dạng sắt II (hòa tan). Hàm lượng sắt cao tuy không gây độc hại đến sức khỏe con người nhưng nước sẽ có mùi tanh khó chịu, nổi váng bề mặt, làm vàng quần áo khi giặt, hư hỏng các sản phẩm ngành dệt, giấy, phim ảnh, đồ hộp, đóng cặn trong đường ống và các thiết bị khác làm tắc nghẽn các ống dẫn nước.

Phản ứng chuyển hoá 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

Người ta thường tìm thấy những lượng lớn sắt (III) oxid tích tụ dưới dạng bùn sa lắng ở những nơi vi khuẩn oxy hóa sắt phát triển mạnh.

2.1.2.7. Fluoride (F^–):

Trong thiên nhiên, các hợp chất của Fluoride khá bền vững, ít bị phân hủy bởi quá trình làm sạch. Nếu thường xuyên dùng nước có Fluoride lớn hơn 1.3 mg.L^-1 hoặc nhỏ hơn 0.7 mg.L^-1 đều dễ gây bệnh hư hại men răng.

2.1.2.8. Phosphate (PO₄^2-): bao gồm phosphate vô cơ và phosphate hũu cơ.

Phosphate là chất dinh dưỡng cần cho sự phát triển của thực vật thủy sinh. Nồng độ phosphate trong các nguồn nước không ô nhiễm thường nhỏ hơn 0.01 mg.L^-1 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 phosphate đến 0.5 mg.L^-1.

Phosphate 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 phosphate. Mặc dù không độc hại đối với người, song khi có mặt trong nước ở nồng độ tương đối lớn, cùng với nitơ, phosphate sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng (eutrophication). Theo nhiều tác giả, khi hàm lượng phosphate trong nước đạt đến mức lớn hơn 0.01 mg.L^-1 (tính theo P) và tỷ lệ P:N:C vượt quá 1:16:100, thì sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng nguồn nước.

2.1.2.9. Nitơ (N) và các hợp chất chứa Nitơ (NH₄⁺, NO₂^–, NO₃^–):

Sự phân hủy của rác thải, các chất hữu cơ có trong nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp tạo thành các sản phẩm amoniac, nitrit, nitrat. Sự hiện diện của các hợp chất này là chất chỉ thị để nhận biết trạng thái nhiễm bẩn của nguồn nước.

Phản ứng chuyển hoá 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 các 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⁺

• 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 (Nitrosomonas)

NO₂^– +  1/2 O₂ -->  NO₃^– (Nitrobacter)

2.1.3.       Giới hạn cho phép của các tính chất vật lý và hoá học trong nước.

Các chỉ tiêu chất lượng nước mặt được quy định cụ thể trong quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT [5]. Giới hạn cho phép của các chất và các thông số chất lượng được cho trong bảng sau đây:

Bảng 1: Giới hạn cho phép các chỉ tiêu chất lượng nước mặt (QCVN 08:2015/BTNMT)

Chú thích:

A1 – Sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt và các mục đích khác như loại A2, B1 và B2.

A2 – Dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng phải áp dụng công nghệ xử lý phù hợp; bảo tồn động thực vật thủy sinh, hoặc các mục đích sử dụng như loại B1 và B2.

B1 – Dùng cho mục đích tưới tiêu thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác có yêu cầu chất lượng nước tương tự hoặc các mục đích sử dụng như loại B2.

B2 – Giao thông thủy và các mục đích khác với yêu cầu nước chất lượng thấp.

2.2.          Hiện trạng môi trường nước mặt ở Việt Nam

Nước ta có địa hình đồi núi chiếm đến 3/4 diện tích lãnh thổ, tập trung phần lớn ở vùng Đông Bắc, Tây Bắc và miền Trung, phần diện tích còn lại là châu thổ và đồng bằng phù sa, chủ yếu là ở đồng bằng sông Hồng và đồng bằng sông Cửu Long. Việt Nam nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa, mặc dù lượng mưa trung bình nhiều năm trên toàn lãnh thổ vào khoảng 1.940 mm/năm nhưng do ảnh hưởng của địa hình đồi núi, lượng mưa phân bố không đều trên cả nước và biến đổi mạnh theo thời gian đã và đang tác động lớn đến trữ lượng và phân bố tài nguyên nước ở Việt Nam. Việt Nam có hơn 2.360 con sông có chiều dài từ 10 km trở lên, trong đó có 109 sông chính. Toàn quốc có 16 lưu vực sông với diện tích lưu vực lớn hơn 2.500 km² , 10/16 lưu vực có diện tích trên 10.000 km² . Tổng diện tích các lưu vực sông trên cả nước lên đến trên 1.167.000 km² , trong đó, phần lưu vực nằm ngoài diện tích lãnh thổ chiếm đến 72 %.

Hình 1: Mặt nước sông Mekong tại Đồng bằng Sông Cửu Long

Hiện nay, Việt Nam đang phải đối mặt với thách thức lớn về tình trạng ô nhiễm nguồn nước, đặc biệt là tại các khu công nghiệp và đô thị. Tại các thành phố lớn, lượng nước thải chưa qua xử lý của hàng trăm cơ sở sản xuất công nghiệp xả thẳng ra môi trường là nguyên nhân chính gây ô nhiễm nguồn nước.

Hình 2: Cống thải dệt nhuộm tại kênh Tham Lương, Quận 12

Tại cụm công nghiệp Tham Lương, thành phố Hồ Chí Minh, nguồn nước bị nhiễm bẩn bởi nước thải công nghiệp với tổng lượng nước thải ước tính 500.000 m³/ngày từ các nhà máy giấy, bột giặt, nhuộm, dệt.

Ở thành phố Thái Nguyên, nước thải công nghiệp thải ra từ các cơ sở sản xuất giấy, luyện gang thép, luyện kim màu, khai thác than; về mùa cạn tổng lượng nước thải khu vực thành phố Thái Nguyên chiếm khoảng 15 % lưu lượng sông Cầu; nước thải từ sản xuất giấy có pH từ 8.4 – 9 và hàm lượng NH₄⁺ là 4 mg.L^-1, hàm lượng chất hữu cơ cao, nước thải có màu nâu, mùi khó chịu… Khảo sát một số làng nghề sắt thép, đúc đồng, nhôm, chì, giấy, dệt  nhuộm ở Bắc Ninh cho thấy có lượng nước thải hàng ngàn m³/ngày không qua xử lý, gây ô nhiễm nguồn nước và môi trường trong khu vực.

Tình trạng ô nhiễm nước ở các đô thị thấy rõ nhất là ở thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chí Minh. Ở các thành phố này, nước thải sinh hoạt không có hệ thống xử lý tập trung mà trực tiếp xả ra nguồn tiếp nhận (sông, hồ, kênh, mương). Mặt khác, còn rất nhiều cơ sở sản xuất không xử lý nước thải, phần lớn các bệnh viện và cơ sở y tế lớn chưa có hệ thống xử lý nước thải; một lượng rác thải rắn lớn trong thành phố không thu gom hết được… là những nguồn quan trọng gây ra ô nhiễm nước. Hiện nay, mức độ ô nhiễm trong các kênh, sông, hồ ở các thành phố lớn là rất nặng.

 Ở khu vực nông thôn, tình trạng ô nhiễm nguồn nước cũng không ngừng gia tăng. Theo thống kê, có 76 % số dân đang sinh sống ở nông thôn, là nơi cơ sở hạ tầng còn lạc hậu, phần lớn các chất thải của con người và gia súc không được xử lý nên thấm xuống đất hoặc rửa trôi làm cho tình trạng ô nhiễm nguồn nước về mặt hữu cơ và vi sinh vật ngày càng cao. Bên cạnh đó, việc lạm dụng các chất bảo vệ thực vật trong sản xuất nông nghiệp dẫn đến các nguồn nước ở sông, hồ, kênh, mương bị ô nhiễm nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến môi trường và sức khoẻ của con người.