Ô nhiễm nước và tác động đến nông lâm ngư nghiệp

1 Ô NHIỄM NƯỚC VÀ TÁC ĐỘNG ĐẾN NÔNG LÂM NGƯ NGHIỆP Ô nhiễm nước bao gồm những sự thay đổi về tính chất lý hóa sinh của nước mặt và nước ngầm làm tổn hại các sinh vật. Trên thực tế mức yêu cầu về độ sạch của nước tùy theo mục tiêu sử dụng nước. 1. Các tác nhân gây ô nhiễm và nguồn gốc của chúng Có nhiều cách phân loại các chất gây ô nhiễm, để tiện dụng, có thể chia nhỏ các chất gây ô nhiễm nước về mặt sinh học, hóa học và lý học thành ra 8 nhóm chủ yếu: 1) Các tác nhân gây bệnh: vi khuẩn, virus, nguyên sinh động vật, ký sinh trùng. 2) Các chất thải cần oxygen: chất thải sinh hoạt, phân súc vật, các chất hữu cơ khác có thể phân hủy sinh học được 3) Các hóa chất hòa tan: acid, muối, các kim loại độc và hợp chất của chúng 4) Các dưỡng chất vô cơ: các muối nitrate và phosphate hòa tan trong nước 5) Các hóa chất hữu cơ: gồm những chất có thể hoặc không thể hòa tan trong nước gồm: dầu, mỡ, nhựa, nông dược, các dung môi dùng để tẩy rửa.v.v. 6) Phù sa hoặc các chất lơ lửng: các hạt đất, bùn không hòa tan và các vật chất hữu cơ hoặc vô cơ có thể tồn tại ở dạng lơ lửng trong nước 7) Các chất phóng xạ 8) Nhiệt Nguồn gốc, cách tác động và phương pháp kiểm soát các chất gây ô nhiễm được liệt kê trong Bảng 1 Bảng 1 Các tác nhân gây ô nhiễm nước chính Chất ô nhiễm Nguồn Tác động Phương pháp kiểm soát Các chất có nhu cầu oxygen Trong nước chảy tràn từ đất; chất thải của người; xác bã thực vật, các chất thải công nghiệp (từ nhà máy lọc dầu, nhà máy giấy, nhà máy chế biến thực phẩm); nước mưa chảy Bị phân hủy bởi các vi khuẩn tiêu thụ O2 làm cạn kiệt O2 trong nước; cá sẽ chết và di đi nơi khác, cây chết; bốc mùi hôi, làm gia súc bị nhiễm độc. Xử lý nước, giảm thiểu nước chảy tràn nông nghiệp 2 tràn từ khu vực đô thị Các mầm bệnh Trong nước thải sinh hoạt, chất thải gia súc Bột phát các bệnh lan truyền theo nước như thương hàn, viêm gan dịch tả, kiết lỵ; vật nuôi bị nhiễm bệnh Xử lý nước thải, giảm thiểu nước chảy tràn trong nông nghiệp, lập hệ thống dẫn nước vàthoát nước riêng Các hoá chất và khoáng chất vô cơ Các acid Trong nước rửa trôi từ mỏ; chất thải công nghiệp; sự lắng tụ acid Giết chết sinh vật; gia tăng độ hòa tan của một số khoáng chất độc hại Lấp mỏ; xử lý nước thải; giảm lượng khói thải sinh acid Các loại muối Nước chảy tràn trên mặt đất; khai mỏ; chất thải công nghiệp; mỏ dầu; nước chảy tràn trong đô thị; khử băng tuyết trên đường bằng hóa chất Giết thủy sinh vật nước ngọt, làm gia tăng độ mặn của đất; làm đất khó sử dụng cho dân dụng, thủy nông và công nghiệp Xử lý nước thải; cải tạo đất mỏ; tưới thấm; cấm xả muối từ những khu vực lọc dầu Chì Xăng pha chì; một số nông dược; luyện quặng chì Độc đối với nhiều loại sinh vật kể cả người Cấm xăng pha chì và các sử dụng chì không cần thiết Thủy ngân Sự bốc hơi và hòa tan tự nhiên; chất thải công nghiệp; thuốc trừ nấm Rất độc cho người (nhất là methyl thủy ngân) Xử lý nước thải; cấm sử dụng khi không cần thiết Các chất dinh dưỡng cây trồng Nước chảy tràn bề mặt; nước chảy tràn trong nông nghiệp; khai mỏ; chất thải công nghiệp; nước thải xử lý chưa đạt; các công nghiệp chế biến thực phẩm; phosphate trong chất tẩy giặt Thực vật mọc quá nhiều; rong bột phát gây chết cá và làm đảo lộn hệ sinh thái thủy; phú dưỡng hóa các hồ chứa; có khả gây độc cho trẻ em và vật nuôi; gây mùi hôi thối Xử lý theo công nghệ cao các chất thải; dùng chất thải cho nông nghiệp; chống xói mòn Chất phù sa Xói mòn tự nhiên, bảo tồn đất đai kém; chảy tràn do nông nghiệp, khai mỏ, lâm nghiệp và hoạt động xây dựng Là nguồn ô nhiễm chính; làm cạn các thủy đạo, cảng, hồ chứa; giảm dân số động vật hai mảnh vỏ và cá; giảm khả năng phân hủy chất hữu cơ Chống xói mòn đất đai một cách tích cực 3 của vực nước Các chất phóng xạ Các nguồn tự nhiên (trong đất và đá); khai mỏ và chế biến uranium; sản xuất điện nguyên tử; thử nghiệm vũ khí hạt nhân Gây ung thư, làm sai lệch di truyền Cấm hoặc giảm sản xuất điện và thử vũ khí nguyên tử; cấm vận chuyển và buôn bán nguyên liệu cùng chất thải nguyên tử Nhiệt Nước làm nguội từ nhà máy công nghiệp hoặc sản xuất điện Làm giảm độ hòa tan của oxy trong nước; giết cá; làm tăng tính nhạy cảm của thủy sinh vật đối với ký sinh, mầm bệnh, hóa chất độc; thay đổi thành phần và phá hủy hệ sinh thái thủy Dùng nhiệt thừa để sưởi ấm; nhốt nước thải mang nhiệt vào các ao, kênh. Hóa chất hữu cơ Dầu, mỡ Chất thải từ các máy móc động cơ; bể ống dẫn dầu; nổ giếng dầu ngoài biển; rỉ dầu tự nhiên ở biển; vỡ tàu dầu Hủy hoại hệ sinh thái; gây thiệt hại về kinh tế, du lịch, thẩm mỹ cho các vùng bờ biển; gây hại cá và chim; gây mùi vị khó chịu Nông dược Dùng trong nông nghiệp,lâm nghiệp, trừ muỗi Độc hại cho một số loài cá sò hến, chim và động vật có vú; tích lũy ở mỡ người, một số chất gây độc cho người, có thể gây ung thư, sinh sản và di truyền bất túc Giảm sử dụng, cấm các chất quá độc, chuyển sang phòng trừ sinh học Nhựa Trong nhà và công nghiệp Giết cá; các hậu quả vẫn chưa biết hết Cấm xả thải, khuyến khích tái chế, giảm dùng các bao bì Chất tẩy (phosphate) Trong nhà và công nghiệp Thúc đẩy sự tăng trưởng của rong và thủy thực vật, giết cá Cấm dùng các chất tẩy chứa phosphate ở 4 và gây mùi hôi, làm kiệt oxy nước những khu vực nhạy cảm, xử lý nước thải. Các hợp chất chứa clo Khử trùng nước bằng clo; công nghiệp giấy và một số công nghiệp khác Đôi khi độc hại cho phiêu sinh và cá; gây mùi vị khó chịu; có thể gây ung thư ở người Xử lý nước thải, dùng ozone để khử trùng và dùng than hoạt tính để tổng hợp loại bỏ các hợp chất 1.2 Ô nhiễm điểm và phân tán Nguồn ô nhiễm điểm: nguồn thải tập trung ở một điểm như điểm xả thải của các nhà máy công nghiệp, miệng cống gom nước thải từ khu dân cư chảy vào vực nước nhận không qua xử lý. Nguồn ô nhiễm loại này có thể kiểm soát được bằng các công nghệ xử lý thích hợp. Nguồn ô nhiễm phân tán: nguồn thải rải rác trên một diện rộng rất khó xử lý có hiệu quả như thuốc trừ dịch hại trong nông nghiệp, phân súc vật thải trên đồng cỏ. Nguồn ô nhiễm này khó xử lý có hiệu quả vì trải ra trên một không gian quá rộng. 1.3 Các chỉ thị về tính chất của nước Trong con đường vận chuyển, nước mang theo nhiều loại vật chất, tùy theo tổ hợp của các loại vật chất này mà nước có tính chất khác nhau. Một số các đặc điểm lý hóa sinh sau đây phản ánh tính chất của nước: (1) Độ đục; (2) Màu sắc; (3) pH; (4) Độ acid; (5) Độ kiềm; (6) Độ cứng; (7) Độ oxy hòa tan; (8) Nhu cầu oxy sinh hóa; (9) Nhu cầu oxygen hóa học; (10) Chất rắn; (11) Nitrogen; (12) Phosphate; (13) Sulfate; (14) Fluoride; (15) Dầu mỡ; (16) Các vi lượng (kim loại); (17) Clo; (18) Vi sinh. Sau đây là diễn giải chi tiết về các đặc điểm lý hóa sinh kể trên: Chất rắn lơ lửng Chất rắn có thể ở trong nước dưới dạng hòa tan hoặc dạng lơ lửng. Chất rắn lơ lửng có thể là các hạt chất hữu cơ hoặc vô cơ hoặc các chất lỏng không trộn lẫn được (dầu, mỡ). Các chất vô cơ gồm sét, bùn và các thành phần khác của đất thường hiện diện trong nước mặt. Chất hữu cơ như sợi thực vật và các thành phần sinh học khác như tế 5 bào tảo, vi khuẩn.v.v. Do tính lọc của đất rất lớn, các chất lơ lửng ít khi có mặt trong nước ngầm. Trong nước thải đô thị và công nghiệp cũng chứa nhiều chất rắn lơ lửng. Nước nhiều chất rắn lơ lửng trông mất vệ sinh và có khả năng ẩn chứa nhiều mầm bệnh. Chất rắn tổng số trong nước được đo bằng cách cho nước bốc hơi hết ở nhiệt độ 104oC và cân phần còn lại. Chất rắn lơ lửng được đo bằng cách lọc và sấy khô vật liệu lọc ở 104oC sau đó tính phần khô còn lại trên vật liệu lọc. Có một số chất lơ lửng chui qua lọc được như colloid vì vậy người ta cũng xác định thêm chất rắn qua lọc và chất rắn không qua lọc. Đốt mẫu đã làm khô nước ở nhiệt độ 600oC sẽ thu được lượng chất rắn vô cơ bất biến còn lại, phần chất rắn hữu cơ đã bị chuyển hóa thành CO2, nước hoặc các khí khác. Độ đục Độ đục là số đo về mức ánh sáng hấp thu hay phân tán do các chất rắn lơ lửng trong nước, nó không phải là số đo định lượng trực tiếp của chất rắn lơ lửng trong nước. Mức ánh sáng hấp thu hay phân tán tùy thuộc vào kích cở và đặc điểm bề mặt của các hạt lơ lửng. Độ đục của nước do sự xói mòn từ đất các vật thể giao trạng như sét, bùn, mảnh vụn đá, các oxide kim loại. Các chất gây độ đục bắt nguồn từ sinh hoạt gồm chất tẩy, xà bông, chất gây huyền phù.v.v. Nước đục cản trở sự quang hợp của các thực vật đáy, gây lắng tụ bùn xuống đáy vực nước ảnh hưởng bất lợi đến quần thể động thực vật đáy. Độ đục được đo bằng dụng cụ đo độ đục Jackson dùng đèn cầy, lấy đơn vị là JTU, đo ánh sáng hấp thu hoặc phân tán qua một chất lỏng. Một JTU ứng với độ đục tạo ra từ một huyền dịch chứa 1 mg SiO2. Hai loại đơn vị đo độ đục khác là FTU, dùng chất formazin thay cho SiO2. Đơn vị NTU dùng để diễn tả độ đục được đo bằng phương pháp ánh sáng phân tán. Nước tự nhiên có độ đục từ vài ba FTU đến vài trăm FTU. Tiêu chuẩn nước uống thường chấp nhận độ đục từ 0,1 – 1 FTU là tối đa. Màu sắc Nước tinh khiết không màu nhưng nước trong tự nhiên có màu do chứa nhiều chất lạ. Nước có màu biểu kiến nếu một phần màu là do chất lơ lửng. Nước có màu thật khi màu do chất rắn hòa tan tạo ra sau khi đã loại bỏ chất lơ lửng. 6 Sau khi nước tiếp xúc với các xác bã hữu cơ như lá, cỏ, gỗ.v.v. nước sẽ thu nhận các chất như tanin, acid humic, humate và có màu nâu vàng. Oxid sắt làm nước có màu hơi đỏ, oxid mangan làm nước có màu nâu hoặc hơi đen. Các nước thải công nghiệp đưa vào vực nước nhiều loại màu sắc khác nhau. Nước có màu gây lo ngại cho người uống, ảnh hưởng đến các hoạt động công nghiệp thực phẩm, dệt nhuộm, giấy, bia rượu.v.v. Nước có màu chưa hẳn là mất vệ sinh nhưng các hợp chất hữu cơ tạo màu có thể hấp thu bớt lượng clo bơm vào nước để khử trùng, làm quá trình này kém hiệu lực. Các hợp chất phenol thường có trong sản phẩm phân rã của thực vật thường kết hợp với chlorine tạo ra mùi vị rất khó chịu trong nước uống. Hơn nữa, một số acid hữu cơ tự nhiên có thể kết hợp với chlorine để sinh ra các hợp chất nghi ngờ là có thể gây ung thư. Mẫu nước được so với các ống màu chuẩn chứa platinium ở dạng ion chlorplatinate, một đơn vị màu tương đương với dung dịch chứa 1 mg/l platinium. Đối với các màu khác với màu vàng nâu, có thể dùng phương pháp quang phổ để xác định. Độ kiềm Độ kiềm là tổng lượng ion trong nước có khả năng trung hòa ion hydrogen. Các ion tạo nên độ kiềm của nước là CO32-, HCO3-, OH-, HSiO3-, H2BO3-, HPO42-, H2PO4-, HS-, và NH3. Các hợp chất này bắt nguồn từ sự hòa tan các khoáng chất trong đất và trong không khí. Chất phosphate có thể bắt nguồn từ chất tẩy giặt trong nước thải đô thị, hoặc từ phân hóa học hoặc thuốc bảo vệ thực vật từ đất nông nghiệp. Hydrogen sulfide và amôn có thể là sản phẩm của sự phân hủy các chất hữu cơ do vi khuẩn. Ba thành phần quan trọng nhất của độ kiềm là CO32-, HCO3-, OH-. Ngoài nguồn gốc khoáng chất, các ion này còn bắt nguồn từ CO2, vốn là một thành phần của khí quyển và là sản phẩm của quá trình phân hủy các chất hữu cơ. Các phản ứng diễn ra như sau: CO2 + H2O ⇔ H2CO3* (CO2 hòa tan và acid carbonic) (1) H2CO3* ⇔ H+ + HCO3- (bicarbonate) (2) HCO3- ⇔ H+ + CO32- (carbonate) (3) CO32- + H2O ⇔ HCO3- + OH- (hydroxide) (4) Phản ứng (4) là một phản ứng hóa học yếu, tuy vậy trong môi trường nước vẫn có nhiều tảo sử dụng ion carbonate làm cho phản ứng dịch chuyển về bên phải và như thế làm tăng tích lũy OH-. Do vậy nước có nhiều tảo phát triển sẽ có pH vào khoảng 9-10. Các phản ứng (1) đến (4) đều có liên quan đến H+ và OH- do đó nồng độ các ion kiềm tùy thuộc vào điều kiện pH. 7 Độ kiềm quá cao sẽ tạo ra vị nước chát. Nước kiềm sẽ đóng vảy các nồi đun nước hoặc các ống dẫn nước. Độ cứng Độ cứng là nồng độ các ion kim loại đa hóa trị có trong nước. Trong điều kiện siêu bảo hòa, các cation tạo độ cứng sẽ phản ứng với các anion trong nước để tạo thành kết tủa rắn. Độ cứng gồm có hai loại là độ cứng carbonate và độ cứng không carbonate, tùy theo anion liên kết. Độ cứng có liên quan với độ kiềm gọi là độ cứng carbonate, phần còn lại là độ cứng không carbonate. Độ cứng carbonate kết tủa dễ dàng trong điều kiện nhiệt độ cao. to Ca(HCO3)2 Ỉ CaCO3 + CO2 + H2O to Mg(HCO3)2 Ỉ Mg(OH)2 + 2 CO2 Các ion kim loại đa hóa trị có nhiều trong nước tự nhiên là Ca và Mg. Các loại khác là sắt và mangan ở dạng khử (Fe2+, Mn2+), strontium (Sr2+) và nhôm (Al3+). Độ cứng của phần lớn các loại nước chủ yếu do Ca và Mg. Dùng xà bông với nước cứng rất hao do phản ứng: 2NaCO2C17H33 + cation2+ Ỉ cation2+( CO2C17H33)2 + 2Na (kết tủa) kết tủa này bám vào da, các dụng cụ nhà bếp, buồng tắm, nồi hơi, ống dẫn nước nóng.v.v. Độ cứng do Mg, khi kết hợp với ion sulfate thường có tác dụng xổ đối với người không hợp. Nước uống cần có nồng độ Mg ít hơn 50 mg/l. Nước cứng nói chung tốt cho hệ tim mạch con người. Độ cứng tối đa cho phép đối với nước uống là 500 mg/l. Phân loại phổ biến độ cứng của nước như sau: Nước mềm < 50 mg/l tính theo CaCO3 Hơi cứng 50-150 mg/l tính theo CaCO3 Cứng 150-300 mg/l tính theo CaCO3 Rất cứng >300 mg/l tính theo CaCO3 Fluoride Có trong một số đá trầm tích và đá núi lửa, F ít hiện diện trong nước mặt. Ở lượng lớn F độc cho con người và súc vật. Lượng 1 mg/l trong nước uống giúp tránh hỏng răng ở 8 trẻ em, do đó người ta thêm F vào nước uống thiếu F. Quá nhiều F trong nước uống sẽ làm biến màu răng (khoảng 2 mg/l). Quá nhiều F gây ra bệnh biến dạng xương (nồng độ F> 5mg/l). Kim loại Tất cả các kim loại đều hòa tan trong nước theo nhiều mức khác nhau. Các kim loại gọi là độc khi chúng có thể gây hại cho cơ thể ở liều khá thấp. Kim loại trong nước bắt nguồn từ vỏ trái đất và chất thải sinh hoạt, công nghiệp và nông nghiệp. Kim loại thường được đo bằng quang phổ kế hấp thu nguyên tử. Các kim loại không độc(hoặc ít độc) Ngoài các ion tạo ra độ cứng, Ca và Mg, các kim loại không độc khác thường có trong nước tự nhiên gồm Na, Fe, Mn, Al, Cu và Zn. Na là loại phổ biến nhất, các muối của nó rất dễ tan trong nước. Lượng Na cao sẽ làm nước có mùi chát và gây hại tim và thận người. Na ăn mòn bề mặt kim loại và ở nồng độ cao sẽ gây hại thực vật. Fe và Mn thường hiện diện chung và ở nồng độ bình thường trong nước không gây hại sức khoẻ. Fe và Mn thường gây màu nước (Fe nồng độ 0,3 mg/l và Mn nồng độ 0,05 mg/l). Một số vi khuẩn dùng Fe và Mn làm nguồn năng lượng sẽ tạo ra sinh khối nhầy và đưa mùi vị không hay vào nước. Khi trong nước có nhiều sắt, nó sẽ tác dụng với chloride (cho ra FeCl2), bicarbonate [cho ra Fe(HCO3)2], hoặc sulfate ion [cho ra (Fe(SO4)]. Khi ở tình trạng thoáng khí, ion sắt nhị Fe2+(ferrous ion) bị oxid hóa thành ion sắt ba Fe3+ (ferric ion) và hình thành hợp chất không tan với hydroxide [Fe(OH)3]. Vì vậy, chỉ tìm thấy sắt nhị trong điều kiện kỵ khí như nước ngầm hoặc các lớp dưới của hồ nước bị phân lớp. tương tự, các ion Mn2+ và Mn4+ liên kết với chloride, nitrate và sulfate thì hòa tan, còn Mn3+ và Mn5+ dạng oxid hóa thì không hòa tan. Các acid hữu cơ xuất phát từ thực vật bị phân hủy sẽ chelate hóa sắt và mangan làm cho chúng không bị oxid hóa và kết tủa. Các kim loại không độc thường gây mùi cho nước ở nồng độ thấp xa nồng độ gây độc. Đồng và kẽm có hiệu ứng cộng hưởng khi cùng hiện diện với lượng nhỏ sẽ gây hại cho các sinh vật. Kim loại độc Là những chất gây độc với lượng nhỏ như arsenic, barium, cadmium, chì, thủy ngân và bạc (Xem chương về kim loại nặng) Trong số các thông số kể trên, đối với một thủy vực tự nhiên, chỉ số DO, BOD và vi sinh được chú trọng . 9 Chỉ số vi sinh Đây là một chỉ số quan trọng để đánh giá độ nhiễm bẩn vi sinh của nước. Tiêu chuẩn nước uống an toàn của Mỹ : Tính trung bình nhiều mẫu, lượng khuẩn lạc không được quá 1 cho mỗi 100 ml nước và trong số đó không có mẫu nào vượt quá 4 khuẩn lạc cho 100 ml nước. Nước để bơi không được quá 200 khuẩn lạc cho mỗi 100 ml nước. Chỉ số DO Là lượng oxy hòa tan trong nước ở một điều kiện nhiệt độ và áp suất nào đó (DO = disolved oxygen). Khi vực nước nhận nhiều chất hữu cơ, các sinh vật phân hủy gia tăng hoạt động làm giảm nguồn oxy hòa tan gây chết cá, sò ốc vì ngạt. Khi oxy kiệt hết sẽ làm chết mọi sinh vật trừ các vi khuẩn kỵ khí. Các vi khuẩn này tạo ra các chất độc và chất hôi thối như H2S, amoniac và methane. DO phản ánh chất lượng nước, Bảng 2 sau đây cho thấy mối tương quan giữa DO và tình trạng nước Bảng 2 Tương quan giữa DO và tình trạng nước Nồng độ oxy hòa tan (ppm ở 20 độ C) Tình trạng nước 8-9 Tốt 6,7-8 Hơi bị bẩn 4,5-6,7 Nhiễm bẩn trung bình Dưới 4,5 Nhiễm bẩn nặng Dưới 4 Nhiễm bẩn quá nặng Chỉ số BOD Là lượng oxy hòa tan (BOD= biochemical oxygen demand) cần thiết để các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các vật chất hữu cơ trong một thể tíc