Quan trắc môi trường

Nội dung môn học PHẦN I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN Chương 1. Những vấn đề liên quan Chương 2. Quan trắc và phân tích môi trường Chương 3. Đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất lượng trong quan trắc môi trường PHẦN II. TỔ CHỨC THỰC HIỆN CHƯƠNG TRÌNH QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG Chương 4. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản Chương 5. Phương pháp phân tích Chương 6. Phương pháp xử lý số liệu Khái niệm về môi trường Môi trường: bao gồm các yếu tố tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh con người, có tác động đến đời sống, sản xuất, sự tồn tại và phát triển của con người và sinh vật Môi trường tự nhiên: bao gồm tất cả các yếu tố lí học, hoá học, các chất hữu cơ và vô cơ của khí quyển, thủy quyển, thạch quyển. Thành phần môi trường là các yếu tố vật chất tạo thành môi trường như đất, nước, không khí, âm thanh, ánh sáng, sinh vật, hệ sinh thái và các hình thái vật chất khác. Môi trường quyết định chất lượng và sự tồn tại của cuộc sống. Ô nhiễm môi trường Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi các thành phần môi trường không phù hợp với tiêu chuẩn môi trường, gây ảnh hưởng xấu tới con người và sinh vật Tiêu chuẩn môi trường là giới hạn cho phép của các thông số về chất lượng môi trường xung quanh, về hàm lượng của chất gây ô nhiễm trong chất thải được cơ quan nhà nước có thẩm quyền quy định làm căn cứ để quản lý và bảo vệ môi trường Chất gây ô nhiễm là chất hoặc yếu tố vật lý khi xuất hiện trong môi trường thì môi trường bị ô nhiễm Nhiễm bẩn và suy thoái môi trường Nhiễm bẩn và ô nhiễm môi trường Chất nhiễm bẩn (Contaminant): “Là một chất do con người tạo ra từ các hoạt động sống, tồn tại trong môi trường tại nồng độ lớn hơn nồng độ vốn có trong tự nhiên” (Moriarty, 1983; Manahan, 2000) Chất ô nhiễm (Pollutant): Là chất nhiễm bẩn tuy nhiên “ gây ảnh hưởng bất lợi tới đời sống của các sinh vật” (Moriarty, 1983) Vận chuyển và chuyển hóa Trong tự nhiên, vật chất tồn tại ở một trong ba dạng: rắn, lỏng, khí. Vật chất trong tự nhiên không đứng yên mà luôn luôn vận động thể hiện ở hai mặt: Vận chuyển từ nơi này đến nơi khác Chuyển hóa liên tục từ dạng này sang dạng khác Hai yếu tố cơ bản ảnh hưởng tới trạng thái tồn tại của chất nhiễm bẩn trong môi trường đó là: Đặc tính lý – hóa học của chất nhiễm bẩn Điều kiện môi trường – điều kiện sinh thái Các quá trình vận chuyển Đối lưu: Là sự di chuyển thụ động một chất nhiễm bẩn trong môi trường vận chuyển trong cùng một môi trường hoặc giữa hai môi trường khác nhau . Vận chuyển một chất trong không khí trong một ngày có gió Các chất hòa tan trong nước di chuyển từ thượng nguồn đến hạ nguồn Sự lắng đọng các hạt xuống nền đáy, lắng đọng các chất trong không khí xuống đất, mặt nước Sự hấp thu các hạt ô nhiễm bởi sinh vật Các quá trình vận chuyển Khuếch tán: Là quá trình vận chuyển một chất bởi việc di động ngẫu nhiên dựa vào trạng thái không cân bằng. Di chuyển một chất từ nơi có nồng độ cao sang nơi có nồng độ thấp cho đến khi chất đó phân tán đồng nhất trong pha. Vận chuyển trong cùng pha do chuyển động ngẫu nhiên giữa các chất ô nhiễm là khuếch tán phân tử Vận chuyển trong cùng pha do sự xáo trộn của môi trường là khuếch tán xáo trộn Các quá trình vận chuyển Chuyển khối: Sự vận chuyển các phân tử ở trạng thái sạch vào trong nước được gọi là hòa tan. Khả năng hòa tan của chất nhiễm bẩn là khác nhau phụ thuộc vào tính chất lý hóa học của nó. Bốc hơi là sự vận chuyển pha lỏng hoặc pha rắn (thăng hoa) sang pha khí. Bay hơi là sự vận chuyển chất nhiễm bẩn từ nước vào pha khí. Sự bốc hơi khác với bay hơi ở chỗ có liên quan tới vận chuyển các phân tử nước vào pha khí. Sự hấp thu ảnh hưởng tới sự vận chuyển các chất nhiễm bẩn trong môi trường. Sự hấp thu là quá trình liên kết các phân tử nhiễm bẩn vào các khe hổng của pha rắn Các quá trình chuyển hóa Chuyển hóa hóa học Ion hóa: Kết tủa và tái hòa tan Phản ứng tạo phức Thủy phân: Quang phân Chuyển hóa sinh học Quan trắc môi trường Quan trắc môi trường là quá trình thu thập các thông tin về sự tồn tại cũng như biến đổi nồng độ các chất trong môi trường có nguồn gốc từ thiên nhiên hay nhân tạo, quá trình này được thực hiện bằng các phép đo lường nhắc lại nhiều lần và với mật độ mẫu đủ dày về cả không gian và thời gian để từ đó có thể đánh giá các biến đổi và xu thế chất lượng môi trường. 1. Khái niệm Quan trắc môi trường Theo Luật bảo vệ môi trường 2005, quan trắc môi trường là quá trình theo dõi có hệ thống về môi trường, các yếu tố tác động lên môi trường nhằm cung cấp thông tin phục vụ đánh giá hiện trạng, diễn biến chất lượng môi trường và các tác động xấu đối với môi trường. Đo lường, ghi nhận thường xuyên và đồng bộ chất lượng môi trường và các yếu tố liên quan đến chất lượng môi trường (UNEP) Sử dụng các phức hợp các biện pháp khoa học, công nghệ, kỹ thuật nhằm thu thập thông tin về mức độ, hiện trạng hay xu thế chất lượng môi trường (Cục Bảo vệ môi trường) Quan trắc môi trường Phân tích môi trường Phân tích môi trường là sự đánh giá môi trường tự nhiên và suy thoái do con người cũng như do các nguyên nhân khác gây ra. Đây là vấn đề rất quan trọng vì qua đó chúng ta có thể biết được yếu tố nào cần được quan trắc và biện pháp nào cần được áp dụng để quản lý, giúp chúng ta tránh khỏi các thảm hoạ sinh thái có thể xẩy ra. 2. Mục đích Ðể đánh giá các hậu quả ô nhiễm đến sức khoẻ và môi trường sống của con người, và như vậy sẽ xác định được mối quan hệ nhân quả của nồng độ chất ô nhiễm. Ðể đảm bảo an toàn cho việc sử dụng tài nguyên (không khí, nước, đất, sinh thái.v.v) vào các mục đích kinh tế. Ðể thu được các số liệu hệ thống dưới dạng điều tra cơ bản chất lượng môi trường và cung cấp ngân hàng dữ liệu cho sử dụng tài nguyên trong tương lai. Ðể nghiên cứu và đánh giá các chất ô nhiễm và hệ thống tiếp nhận chúng (xu thế, khả năng gây ô nhiễm). Ðể đánh giá hiệu quả các biện pháp kiểm soát luật pháp về phát thải. Ðể tiến hành các biện pháp khẩn cấp tại những vùng có ô nhiễm đặc biệt 3. Vai trò và ý nghĩa Vai trò cung cấp thông tin về: Thành phần, nguồn gốc, nồng độ/cường độ các tác nhân ô nhiễm trong môi trường Khả năng ảnh hưởng của các tác nhân này trong môi trường Dự báo xu hướng diễn biến về nồng độ và ảnh hưởng của các tác nhân ô nhiễm Ý nghĩa: Là công cụ kiểm soát chất lượng môi trường Là công cụ kiểm soát ô nhiễm Là cơ sở thông tin cho công nghệ môi trường Là cơ sở thông tin cho quản lý môi trường Là mắt xích quan trọng trong đánh giá tác động môi trường 4. Các tiêu chí sử dụng Chất lượng môi trường được đánh giá bằng các tính chất lý - hoá và sinh học đặc trưng cho các thành phần của môi trường (đất, nước, không khí ) thể hiện thông qua các thông số và chỉ số môi trường. Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng môi trường - nguồn gốc của các chất gây ô nhiễm. Tiêu chuẩn hoặc quy chuẩn môi trường về chất lượng đất, nước không khí được quy định dựa vào mục tiêu sử dụng hoặc quy chuẩn môi trường 4. Các tiêu chí sử dụng Thông số môi trường (environmental parameters) Là những đại lượng vật lý, hóa học và sinh học cụ thể đặc trưng cho môi trường có khả năng phản ánh tính chất của môi trường ở trạng thái nghiên cứu. Chỉ thị môi trường (environmental indicators) là thước đo trong đó tổng hợp các thông tin phù hợp, liên quan đến một hiện tượng nhất định Chỉ số môi trường (environment indices) là tập hợp các thông số được tích hợp hoặc được nhân với trọng số. Thông số môi trường 5. Yêu cầu của quan trắc môi trường Thành phần, nguồn gốc, nồng độ/hàm lượng/cường độ các tác nhân ô nhiễm trong môi trường. Khả năng ảnh hưởng của các tác nhân này trong môi trường. Dự báo xu hướng diễn biến về nồng độ và ảnh hưởng của các nhân tố này. Đảm bảo được QA/QC 6. Chương trình quan trắc Chương trình quan trắc bao gồm việc theo dõi có hệ thống về môi trường, các yếu tố tác động lên môi trường nhằm cung cấp thông tin phục vụ đánh giá hiện trạng, diễn biến chất lượng môi trường và các tác động xấu tới môi trường Được thực hiện bởi hệ thống các trạm, các điểm đo được thiết lập bởi chính phủ, tổ chức phục vụ đánh giá chất lượng môi trường. Chương trình quan trắc, nói cách khác là một thủ tục pháp lý bắt buộc đối với mọi hình thức quan trắc và mọi đối tượng môi trường cần quan trắc. Hệ thống quan trắc Hệ thống quan trắc môi trường bao gồm các địa điểm quan trắc được gọi là các trạm, các phương tiện kỹ thuật và nhân lực để quan sát, đo đạc, phân tích, xử lý thông tin về chất lượng môi trường Có nhiều cách phân loại hệ thống quan trắc môi trường Theo quy mô không gian Địa phương (LEMS – Local Environmental Monitoring System) Quốc gia (NEMS – National Environmental Monitoring System) Vùng, khu vực (REMS – Regional Environmental Monitoring System) Toàn cầu (GEMS – Global Environmental Monitoring System) Theo tính chất: Trạm cố định và trạm di động Trạm liên tục và trạm gián đoạn Trạm trung tâm và các trạm nhánh Theo bản chất đối tượng môi trường theo dõi Đối tượng môi trường: đất/nước/không khí (GEMS/Air) Đối tượng chất ô nhiễm: trạm mưa axit, hiệu ứng nhà kính và tầng ozon, trạm quan trắc CFCs… Hệ thống quan trắc Hiện trạng hệ thống quan trắc môi trường trên Thế giới: Môi trường không khí: Tối thiểu các chất khí: SO2, NOx, CO, CO2, O3 và các loại bụi, các nước phát triển có ít nhất một trạm cố định quốc gia tại một thành phố lớn Môi trường nước: Tối thiểu 11 thông số (Nhiệt, pH, đục, màu, SS, TDS, DO, COD, Cl, Coliform, độc). Đa số các quốc gia phát triển hệ thống trạm đo cố định tự động với số lượng lớn trên tất cả các sông chính, ví dụ: Aus: 466/903 sông; TQ: 1430/6500 sông; Thái Lan: 40/92 sông; Nhật Bản có 74 con sông được theo dõi với tổng số hơn 8000 trạm Môi trường đất: Hiện nay chủ yếu nghiên cứu bằng phương tiện GIS và bản đồ, chưa có quy định chung. Thiết kế chương trình quan trắc Xác định rõ mục tiêu quan trắc Xác định rõ kiểu, loại quan trắc Xác định các thành phần môi trường cần quan trắc Xác định các thông số môi trường cần quan trắc Lập danh mục các thông số quan trắc theo thành phần môi trường: các thông số đo tại hiện trường, các thông số phân tích trong phòng thí nghiệm Lựa chọn phương án quan trắc, xác định các nguồn tác động, dạng chất gây ô nhiễm chủ yếu đối với khu vực quan trắc; xác định vấn đề, đối tượng rủi ro tiềm năng trong khu vực quan trắc; xác định ranh giới khu vực quan trắc và dự báo các tác động hoặc những biến đổi có thể xảy ra trong khu vực quan trắc Thiết kế phương án lấy mẫu: xác định tuyến, điểm lấy mẫu và đánh dấu trên bản đồ hoặc sơ đồ;mô tả vị trí, địa lý, toạ độ điểm quan trắc (kinh độ, vĩ độ) và ký hiệu các điểm quan trắc Thiết kế chương trình quan trắc Xác định tần suất, thời gian, phương pháp lấy mẫu, phương pháp quan trắc và phân tích Xác dịnh quy trình lấy mẫu, thể tích mẫu cần lấy, loại dụng cụ chứa mẫu, loại hoá chất bảo quản, thời gian lưu mẫu, loại mẫu và số lượng mẫu kiểm soát chất lượng mẫu (mẫu QC) Lập danh mục và kế hoạch bảo trì, bảo dưỡng, hiệu chuẩn các thiết bị hiện trường và thiết bị phòng thí nghiệm, bao gồm cả phương tiện bảo đảm an toàn lao động Lập kế hoạch nhân lực thực hiện quan trắc, trong đó nhiệm vụ cụ thể của từng cán bộ phải được phân công rõ ràng Lập dự toán kinh phí thực hiện chương trình quan trắc, bao gồm cả kinh phí thực hiện bảo đảm chất lượng và kiểm soát chất lượng trong quan trắc và phân tích môi trường Xác định các tổ chức, cá nhân tham gia thực hiện chương trình. Các bước thiết kế chương trình quan trắc 6.1. Xác định mục tiêu Mục tiêu của quan trắc trước hết là đáp ứng nhu cầu thông tin, trong QTMT để có các thông tin đầy đủ về trạng thái hóa học của một chất, phân tích hóa học nên được thực hiện. Mục tiêu của quan trắc là xác định vấn đề môi trường, xác định mục tiêu quan trắc nên bắt đầu từ: Xác định áp lực môi trường Xác định hiện trạng môi trường Xác định nhu cầu quan trắc 6.1. Xác định mục tiêu Quan trắc khi nào? Quan trắc cái gì? Quan trắc ở đâu? Quan trắc như thế nào? 6.1. Xác định mục tiêu 6.2. Xác định thông số Thông số trạng thái: là các yếu tố môi trường phản ánh tính chất vốn có của môi trường. Nói cách khác, thông số trạng thái phản ánh tính chất vốn có của môi trường trước khi chịu tác động. Thông số ngoại sinh: là các yếu tố môi trường không có trong hệ thống nhưng tác động đến tính chất của một số yếu tố môi trường khác trong hệ Thông số điều khiển: là các yếu tố bên ngoài đưa vào hệ thống để điều khiển các yếu tố trong hệ thống đó. Trong những nghiên cứu cụ thể người ta có thể gộp chung thông số điều khiển và thông số ngoại sinh là thông số kiểm soát (control parameters) Ví dụ: Diễn biến chất lượng nước sôngdưới ảnh hưởng của một nguồn thải giàu hữu cơ Thông số được lựa chọn trong quan trắc phải đáp ứng các yêu cầu sau: Tính tương tác (tính đại diện): thông số phải phản ánh chính xác vấn đề môi trường cần quan trắc. Giá trị chuẩn đoán: kết quả thông số phải phản ánh được những tính chất môi trường và những biến đổi môi trường trong suốt quá trình quan trắc Tính pháp lý: thông số lựa chọn phải có tính pháp lý chắc chắn tức là đó là khả năng giải thích các biến đổi môi trường một cách có căn cứ khoa học và được công nhận rộng rãi. Như vậy, việc lựa chọn các thông số có thể dựa trên hệ thống quản lý môi trường hiện hành. Tính thích ứng: Điều kiện vật chất, kỹ thuật, khả năng tài chính phải cho phép thực hiện phân tích các thông số đã lựa chọn. 6.2. Xác định thông số 6.3. Xác định phương án Phương án quan trắc của hệ thống quan trắc môi trường quốc gia cần được các cấp có thẩm quyền phê duyệt. Đối với một chương trình quan trắc quy mô nhỏ yêu cầu xác định phương án quan trắc gồm có các nội dung sau: Đối tượng quan trắc Loại hình quan trắc Mạng lưới quan trắc Nội dung báo cáo quan trắc Hệ thống đánh giá (công cụ thống kê, tiêu chuẩn, quy chuẩn, chỉ số môi trường...) Tổ chức thực hiện (nhân lực, kinh phí, trách nhiệm pháp lý) Kế hoạch thực hiện Phân tích đánh giá rủi ro trong chương trình quan trắc (rủi ro và cách khắc phục) Nguồn tác động Đặc điểm môi trường chịu tác động Phạm vi tác động Điều kiện khoa học, kỹ thuật, nhân lực, chi phí, tính pháp lý Căn cứ đặc tính của nguồn thải đặc điểm vận chuyển các chất trong môi trường để lựa chọn giữa hai phương án: Nhiều địa điểm với tần suất thấp hay Ít địa điểm với tần suất cao