CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 1. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI Sông Cầu là con sông quan trọng nhất trong hệ thống sông Thái Bình, là một trong những LVS lớn ở Việt Nam. Sông Cầu có vị trí địa lý đặc biệt, đa dạng và phong phú về tài nguyên cũng như về lịch sử phát triển kinh tế - xã hội của các tỉnh nằm trong lưu vực của nó. Sông Cầu cung cấp nước cho sinh hoạt và công nghiệp, cung cấp nước tưới, phục vụ thủy điện, phục vụ giao thông, khai thác cát lòng sông [3]… Khu vực sông Cầu có quá trình phát triển kinh tế năng động, với nhiều ngành nghề đa dạng thuộc hầu hết mọi lĩnh vực sản xuất hiện nay trong nước [33], [34].
Vì thế, cùng với xu thế phát triển kinh tế - xã hội của cả nước, các tỉnh thuộc LVS Cầu trong quá trình phát triển nhằm tiến tới một cơ cấu kinh tế năng động hiệu quả, đã đẩy nhanh tốc độ phát triển các ngành kinh tế được coi là thế mạnh, mũi nhọn của tỉnh. Tuy nhiên cùng với tốc độ phát triển nhanh về kinh tế lại kèm theo các vấn đề về môi trường. Theo các kết quả nghiên cứu cho thấy chất lượng nước sông Cầu đã bị suy giảm, nhiều nơi đã bị ô nhiễm nghiêm trọng, nhất là các đoạn sông chảy qua các đô thị, khu công nghiệp và các làng nghề [35]. Đoạn trung lưu sông Cầu chảy qua thành phố Thái Nguyên, đây là khu vực có mức độ phát triển kinh tế tương đối cao [3].
Đoạn sông này phải tiếp nhận một lượng lớn nước thải (khoảng 150 triệu m3/ năm) từ các hoạt động sinh hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ [4]. Chất lượng nước của đoạn này đã suy giảm một cách nghiêm trọng. Hầu hết các chỉ tiêu chất lượng nước đều không đạt tiêu chuẩn chất lượng nguồn loại A (QCVN 08:2008/BTNMT). Nhiều nơi, nhiều chỉ tiêu không đạt nguồn loại B, nhất là vào những tháng mùa cạn, khi nước ở thượng nguồn ít [19].
n 5 Trong khi đó, các cấp có thẩm quyền vẫn chưa tìm ra giải pháp đồng bộ để cứu sông. Tình trạng ô nhiễm và suy thoái khả năng tiếp nhận của dòng sông đã đến mức báo động, trong khi dự báo tác động môi trường của quá trình phát triển kinh tế - xã hội sẽ còn tiếp tục gia tăng mạnh trong thời gian tới. Do đó việc đánh giá thực trạng chất lượng nước mặt sông Cầu, đoạn chảy qua thành phố Thái Nguyên sẽ phần nào xác định được mức độ ô nhiễm của các chất ô nhiễm trong nước mặt sông Cầu đoạn chảy qua thành phố Thái Nguyên, từ đó xây dựng các chương trình, giải pháp giảm thiểu ô nhiễm môi trường nước mặt thành phố Thái Nguyên. KHÁI QUÁT VỀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC 1.
Các chỉ tiêu nói lên chất lượng nước 1.1 Các ion vô cơ hòa tan Nhiều ion vô cơ có nồng độ rất cao trong nước tự nhiên, đặc biệt là trong nước biển. Trong nước thải đô thị luôn chứa một lượng lớn các ion Cl-, SO42-, PO43-, Na+, K+. Trong nước thải công nghiệp, ngoài các ion kể trên còn có thể có các chất vô cơ có độc tính rất cao như các hợp chất của Hg, Pb, Cd, As, Sb, Cr, F. * Các chất dinh dưỡng (N, P) Muối của nitơ và photpho là các chất dinh dưỡng đối với thực vật, ở nồng độ thích hợp chúng tạo điều kiện cho cây cỏ, rong tảo phát triển.
Amoni, nitrat, photphat là các chất dinh dưỡng thường có mặt trong các nguồn nước tự nhiên, hoạt động sinh hoạt và sản xuất của con người đã làm gia tăng nồng độ các ion này trong nước tự nhiên. - Amoni và amoniac (NH4+, NH3): nước mặt thường chỉ chứa một lượng nhỏ (dưới 0,05 mg/L) ion amoni (trong nước có môi trường axít) hoặc amoniac (trong nước có môi trường kiềm). Nồng độ amoni trong nước ngầm thường cao hơn nhiều so với nước mặt. Nồng độ amoni trong nước thải đô thị n 6 hoặc nước thải công nghiệp chế biến thực phẩm thường rất cao, có lúc lên đến 100 mg/L.
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (QCVN 08:2008/BTNMT) quy định nồng độ tối đa của amoni (hoặc amoniac) trong nguồn nước dùng vào mục đích sinh hoạt là 0,1 mg/L (tính theo N) hoặc từ 0,2 đến 1,0 mg/L cho các mục đích sử dụng khác. - Nitrat (NO3-): là sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy các chất chứa nitơ có trong chất thải của người và động vật. Trong nước tự nhiên nồng độ nitrat thường nhỏ hơn 5 mg/L. Do các chất thải công nghiệp, nước chảy tràn chứa phân bón từ các khu nông nghiệp, nồng độ của nitrat trong các nguồn nước có thể tăng cao, gây ảnh hưởng đến chất lượng nước sinh hoạt và nuôi trồng thủy sản.
Trẻ em uống nước chứa nhiều nitrat có thể bị mắc hội chứng methemoglobin (hội chứng “trẻ xanh xao”). QCVN 08:2008/BTNMT quy định nồng độ tối đa của nitrat trong nguồn nước mặt dùng vào mục đích sinh hoạt là 2 mg/L (tính theo N) hoặc từ 5 đến 15 mg/L cho các mục đích sử dụng khác. - Photphat (PO43-): cũng như nitrat, photphat là chất dinh dưỡng cần cho sự phát triển của thực vật thủy sinh. Nồng độ photphat trong các nguồn nước không ô nhiễm thường nhỏ hơn 0,01 mg/L.
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 photphat đến 0,5 mg/L. Photphat 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 photphat. Mặc dù không độc hại đối với người, song khi có mặt trong nước ở nồng độ tương đối lớn, cùng với nitơ, photphat sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng (eutrophication, còn được gọi là phì dưỡng). Theo nhiều tác giả, khi hàm lượng photphat trong nước đạt đến mức ³ 0,01 mg/l (tính theo P) và tỷ lệ P:N:C vượt quá 1:16:100, thì sẽ gây ra hiện n 7 tượng phú dưỡng nguồn nước.
Từ eutrophication bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, có nghĩa là “được nuôi dưỡng tốt”. Phú dưỡng chỉ tình trạng của một hồ nước đang có sự phát triển mạnh của tảo. Mặc dầu tảo phát triển mạnh trong điều kiện phú dưỡng có thể hỗ trợ cho chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái nước, nhưng sự phát triển bùng nổ của tảo sẽ gây ra những hậu quả làm suy giảm mạnh chất lượng nước. Hiện tượng phú dưỡng thường xảy ra với các hồ, hoặc các vùng nước ít lưu thông trao đổi.
Khi mới hình thành, các hồ đều ở tình trạng nghèo chất dinh dưỡng (oligotrophic) nước hồ thường khá trong. Sau một thời gian, do sự xâm nhập của các chất dinh dưỡng từ nước chảy tràn, sự phát triển và phân hủy của sinh vật thủy sinh, hồ bắt đầu tích tụ một lượng lớn các chất hữu cơ. Lúc đó bắt đầu xảy ra hiện tượng phú dưỡng với sự phát triển bùng nổ của tảo, nước hồ trở nên có màu xanh, một lượng lớn bùn lắng được tạo thành do xác của tảo chết. Dần dần, hồ sẽ trở thành vùng đầm lầy và cuối cùng là vùng đất khô, cuộc sống của động vật thủy sinh trong hồ bị ngừng trệ.
* Sulfat (SO42-): Các nguồn nước tự nhiên, đặc biệt nước biển và nước phèn, thường có nồng độ sulfat cao. Sulfat trong nước có thể bị vi sinh vật chuyển hóa tạo ra sulfit và axit sulfuric có thể gây ăn mòn đường ống và bê tông. Ở nồng độ cao, sulfat có thể gây hại cho cây trồng. * Clorua (Cl-): Là một trong các ion quan trọng trong nước và nước thải.
Clorua kết hợp với các ion khác như natri, kali gây ra vị cho nước. Nguồn nước có nồng độ clorua 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 clorua không gây hại cho sức khỏe con người, nhưng clorua có thể gây ra vị mặn của nước do đó ít nhiều ảnh hưởng đến mục đích ăn uống và sinh hoạt. * Các kim loại nặng: n 8 Pb, Hg, Cr, Cd, As, Mn,.thường có trong nước thải công nghiệp.
Hầu hết các kim loại nặng đều có độc tính cao đối với con người và các động vật khác. - Chì (Pb): chì có trong nước thải của các cơ sở sản xuất pin, acqui, luyện kim, hóa dầu. Chì còn được đưa vào môi trường nước từ nguồn không khí bị ô nhiễm do khí thải giao thông. Chì có khả năng tích lũy trong cơ thể, gây độc thần kinh, gây chết nếu bị nhiễm độc nặng.
Chì cũng rất độc đối với động vật thủy sinh. Các hợp chất chì hữu cơ độc gấp 10 – 100 lần so với chì vô cơ đối với các loại cá. Trong tự nhiên, thủy ngân được đưa vào môi trường từ nguồn khí núi lửa. Ở các vùng có mỏ thủy ngân, nồng độ thủy ngân trong nước khá cao.
Nhiều loại nước thải công nghiệp có chứa thủy ngân ở dạng muối vô cơ của Hg(I), Hg(II) hoặc các hợp chất hữu cơ chứa thủy ngân. Thủy ngân là kim loại nặng rất độc đối với con người. Vào thập niên 50, 60, ô nhiễm thủy ngân hữu cơ ở vịnh Minamata, Nhật Bản, đã gây tích lũy Hg trong hải sản. Hơn 1000 người đã chết do bị nhiễm độc thủy ngân sau khi ăn các loại hải sản đánh bắt trong vịnh này.
Đây là một trong các sự cố môi trường nghiêm trọng nhất trong lịch sử hiện đại. - Asen (As): asen trong các nguồn nước có thể do các nguồn gây ô nhiễm tự nhiên (các loại khoáng chứa asen) hoặc nguồn nhân tạo (luyện kim, khai khoáng. Asen thường có mặt trong nước dưới dạng asenit (AsO33-), asenat (AsO43-) hoặc asen hữu cơ (các hợp chất loại methyl asen có trong môi trường do các phản ứng chuyển hóa sinh học asen vô cơ). Asen và các hợp chất của nó là các chất độc mạnh (cho người, các động vật khác và vi sinh vật), nó có khả năng tích lũy trong cơ thể và gây ung thư.
Độc tính của các dạng hợp chất asen: As(III) > As(V) > Asen hữu cơ. Các chất hữu cơ * Các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học (các chất tiêu thụ oxi) Cacbonhidrat, protein, chất béo… thường có mặt trong nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị , nước thải công nghiệp chế biến thực phẩm là các chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học. Trong nước thaỉ sinh hoạt, có khoảng 60-80% lượng chất hữu cơ thuộc loại dễ bị phân huỷ sinh học.Chất hữu cơ dễ bị phân huỷ sinh học thường ảnh hưởng có hại đến nguồn lợi thuỷ sản, vì khi bị phân huỷ các chất này sẽ làm giảm oxy hoà tan trong nước, dẫn đến chết tôm cá.