Tổng quan nghiên cứu

Hệ thống kênh rạch nội thành TP. Hồ Chí Minh đóng vai trò quan trọng trong việc tiếp nhận nước thải sinh hoạt, công nghiệp và đô thị từ hơn 8 triệu dân. Tuy nhiên, sự phát triển nhanh chóng của đô thị và công nghiệp đã dẫn đến suy giảm nghiêm trọng chất lượng nước mặt tại các kênh rạch này. Theo ước tính, các hệ thống kênh như Nhiêu Lộc – Thị Nghè, Đôi – Tẻ, Tàu Hủ – Bến Nghé, Tân Hóa – Lò Gốm và Tham Lương – Bến Cát đang chịu ảnh hưởng nặng nề bởi ô nhiễm hữu cơ, kim loại nặng và các chất dinh dưỡng gây độc. Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá chất lượng và độc tính của nước mặt tại 05 hệ thống kênh rạch nội thành TP.HCM bằng phương pháp sử dụng vi khuẩn Nitrosomonas stercoris, đồng thời xây dựng chỉ số chất lượng nước tổng hợp (WQI) và xác định mối tương quan giữa các thông số lý hóa với độc tính nguồn nước. Nghiên cứu được thực hiện trong vòng 6 tháng, tập trung khảo sát tại các điểm lấy mẫu đặc trưng trong hệ thống kênh rạch nội thành. Kết quả nghiên cứu không chỉ cung cấp dữ liệu khoa học quan trọng cho công tác quản lý môi trường nước mà còn góp phần nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ nguồn nước mặt, đồng thời hỗ trợ các cơ quan chức năng trong việc đề xuất các giải pháp cải thiện chất lượng nước kênh rạch nội thành.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: lý thuyết quá trình nitrat hóa và mô hình đánh giá chất lượng nước bằng chỉ số WQI. Quá trình nitrat hóa là quá trình chuyển hóa amoni (NH4+) thành nitrit (NO2-) và sau đó thành nitrat (NO3-) do vi khuẩn nitrat hóa tự dưỡng như Nitrosomonas stercoris thực hiện. Vi khuẩn Nitrosomonas stercoris được chọn làm sinh vật chỉ thị độc tính do khả năng nhạy cảm với các chất gây ô nhiễm, đặc biệt là kim loại nặng và các hợp chất hữu cơ độc hại. Chỉ số chất lượng nước WQI được sử dụng để tổng hợp các thông số lý hóa, sinh học và kim loại nặng thành một thang điểm duy nhất, giúp đánh giá tổng thể chất lượng nước và khả năng sử dụng nguồn nước. Các khái niệm chính bao gồm: pH, tổng chất rắn lơ lửng (TSS), tổng các hợp chất hữu cơ (TOC), oxy hòa tan (DO), amoni (NH4+), phosphat (PO43-), kim loại nặng (Cd, Pb, Cu, Cr, As) và chỉ số độc tính dựa trên ức chế hô hấp của vi khuẩn Nitrosomonas stercoris.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được thu thập từ 05 hệ thống kênh rạch nội thành TP.HCM, gồm các điểm lấy mẫu tại kênh Nhiêu Lộc – Thị Nghè, Đôi – Tẻ, Tàu Hủ – Bến Nghé, Tân Hóa – Lò Gốm và Tham Lương – Bến Cát. Mẫu nước được lấy vào hai thời điểm triều lên và triều xuống nhằm phản ánh biến động chất lượng nước theo thủy triều. Cỡ mẫu gồm 17 vị trí lấy mẫu đặc trưng, được lựa chọn dựa trên chương trình quan trắc của Sở Tài nguyên và Môi trường TP.HCM, kết hợp khảo sát thực địa để xác định các điểm có nguy cơ ô nhiễm cao. Phương pháp phân tích bao gồm sử dụng thiết bị phân tích nước di động Mobilab3 để đo các thông số lý hóa như pH, TSS, TOC, DO, NH4+, PO43-, COD và kim loại nặng (Pb, Cd, Cu, Cr, As) theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6663. Độc tính nguồn nước được đánh giá bằng phương pháp ức chế hô hấp của vi khuẩn Nitrosomonas stercoris trên thiết bị NitriTox, cho phép đo nhanh và liên tục mức độ độc tính. Phân tích số liệu sử dụng hệ số tương quan Pearson để xác định mối liên hệ giữa các thông số lý hóa và chỉ số độc tính. Thời gian nghiên cứu kéo dài 6 tháng, từ tháng 2 đến tháng 8 năm 2017.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Chất lượng nước theo các thông số lý hóa: Giá trị pH tại các hệ thống kênh rạch dao động trong khoảng 5,5 đến 9, nằm trong giới hạn quy chuẩn cho phép. Tuy nhiên, hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng (TSS) tại kênh Tân Hóa – Lò Gốm và Tham Lương – Bến Cát vượt mức cho phép với giá trị trên 100 mg/l, đặc biệt tại các vị trí như Cầu An Lộc. Tổng các hợp chất hữu cơ (TOC) cao, dao động từ 13,40 đến 213,33 mg/l khi triều lên và từ 14,07 đến 246,33 mg/l khi triều xuống, cho thấy dấu hiệu ô nhiễm hữu cơ nghiêm trọng. Nồng độ oxy hòa tan (DO) thấp, chỉ từ 0,22 đến 5,14 mg/l khi triều lên và 0,0 đến 5,25 mg/l khi triều xuống, ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái thủy sinh.

  2. Ô nhiễm dinh dưỡng và kim loại nặng: Nồng độ amoni (NH4+) dao động từ 0,04 đến 22,9 mg/l khi triều lên và từ 0,08 đến 28,96 mg/l khi triều xuống, vượt ngưỡng cho phép tại nhiều điểm. Phosphat (PO43-) cũng có mức cao, từ 0,19 đến 6,06 mg/l khi triều lên và từ 0,56 đến 9,24 mg/l khi triều xuống. Đặc biệt, hàm lượng cadmi (Cd) tại các vị trí Cầu Kênh Tẻ, Nhị Thiên Đường và Phạm Văn Chí vượt giới hạn cho phép từ 2,15 đến 17,44 lần, gây nguy cơ độc hại cao.

  3. Chỉ số chất lượng nước WQI: WQI dao động từ 3,7 đến 62 vào thời điểm triều lên và từ 2,9 đến 15,8 vào thời điểm triều xuống, cho thấy chất lượng nước kênh rạch ở mức kém đến rất kém, không phù hợp cho các mục đích sử dụng sinh hoạt và thủy sản.

  4. Độc tính nguồn nước: Giá trị độc tính dựa trên ức chế hô hấp của vi khuẩn Nitrosomonas stercoris dao động từ 0,0% đến 76,46% khi triều lên và từ 0,0% đến 82,32% khi triều xuống. Mức độ độc tính có mối tương quan cao nhất với nồng độ amoni, với hệ số tương quan nằm trong khoảng -0,137 đến 0,887, cho thấy amoni là yếu tố chính gây độc cho hệ sinh thái nước.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến suy giảm chất lượng nước là do sự xả thải chưa qua xử lý từ các nguồn sinh hoạt và công nghiệp vào hệ thống kênh rạch nội thành. Hàm lượng TSS vượt ngưỡng làm giảm khả năng quang hợp của sinh vật thủy sinh, trong khi nồng độ TOC cao và DO thấp phản ánh tình trạng ô nhiễm hữu cơ nghiêm trọng, ảnh hưởng đến sự sống của các loài thủy sinh. Nồng độ amoni và phosphat cao thúc đẩy quá trình phú dưỡng, làm tăng nguy cơ phát triển tảo độc và suy giảm oxy trong nước. Hàm lượng cadmi vượt mức cho phép là dấu hiệu cảnh báo ô nhiễm kim loại nặng, có thể gây độc cho sinh vật và con người. So sánh với các nghiên cứu trong nước và quốc tế, kết quả tương đồng với xu hướng ô nhiễm nước mặt tại các đô thị lớn, đặc biệt là các khu vực chịu ảnh hưởng của hoạt động công nghiệp và đô thị hóa nhanh. Việc sử dụng vi khuẩn Nitrosomonas stercoris làm chỉ thị độc tính cho phép đánh giá nhanh và chính xác mức độ ô nhiễm, đồng thời cung cấp dữ liệu quan trọng cho việc giám sát và quản lý môi trường nước. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố WQI và bản đồ độc tính để minh họa sự phân bố ô nhiễm theo không gian và thời gian.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường xử lý nước thải trước khi xả ra kênh rạch: Áp dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp hiện đại nhằm giảm hàm lượng hữu cơ, amoni và kim loại nặng, hướng tới giảm chỉ số độc tính xuống dưới 20% trong vòng 2 năm. Chủ thể thực hiện: các cơ quan quản lý môi trường phối hợp với các nhà máy xử lý nước thải.

  2. Xây dựng hệ thống quan trắc chất lượng nước tự động liên tục: Triển khai thiết bị phân tích độc tính và các thông số lý hóa tại các điểm nóng ô nhiễm để giám sát kịp thời và chính xác, giảm thiểu chi phí và thời gian phân tích. Thời gian thực hiện: 1 năm. Chủ thể: Sở Tài nguyên và Môi trường TP.HCM.

  3. Phục hồi và cải tạo hệ sinh thái kênh rạch: Thực hiện các biện pháp cải tạo sinh học như trồng cây thủy sinh, sử dụng vi sinh vật phân hủy hữu cơ để nâng cao khả năng tự làm sạch của kênh rạch trong 3 năm tới. Chủ thể: các tổ chức môi trường và cộng đồng dân cư địa phương.

  4. Nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ môi trường nước: Tổ chức các chương trình truyền thông, giáo dục về tác hại của ô nhiễm nước và vai trò của cộng đồng trong việc bảo vệ nguồn nước mặt, nhằm giảm thiểu xả thải trực tiếp vào kênh rạch. Thời gian: liên tục. Chủ thể: các cơ quan truyền thông, trường học và chính quyền địa phương.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Cơ quan quản lý môi trường và tài nguyên nước: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy chuẩn và kế hoạch giám sát chất lượng nước mặt tại các đô thị lớn, đặc biệt là TP.HCM.

  2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành kỹ thuật môi trường: Tham khảo phương pháp đánh giá độc tính sử dụng vi khuẩn Nitrosomonas stercoris và ứng dụng chỉ số WQI trong đánh giá tổng hợp chất lượng nước.

  3. Doanh nghiệp xử lý nước thải và công nghệ môi trường: Áp dụng các kết quả phân tích để cải tiến công nghệ xử lý nước thải, giảm thiểu ô nhiễm và độc tính trong nước thải công nghiệp và sinh hoạt.

  4. Cộng đồng dân cư và tổ chức phi chính phủ hoạt động về môi trường: Nâng cao nhận thức và tham gia vào các hoạt động bảo vệ nguồn nước, giám sát ô nhiễm và thúc đẩy các giải pháp cải thiện chất lượng nước kênh rạch nội thành.

Câu hỏi thường gặp

  1. Vi khuẩn Nitrosomonas stercoris được sử dụng để đánh giá độc tính nước như thế nào?
    Phương pháp dựa trên đo mức độ ức chế hô hấp của vi khuẩn Nitrosomonas stercoris khi tiếp xúc với mẫu nước. Mức độ ức chế phản ánh mức độ độc tính, cho phép đánh giá nhanh trong vòng vài giờ, phù hợp với giám sát liên tục.

  2. Chỉ số WQI có ý nghĩa gì trong đánh giá chất lượng nước?
    WQI tổng hợp các thông số lý hóa và sinh học thành một thang điểm duy nhất, giúp đánh giá tổng thể chất lượng nước và khả năng sử dụng nguồn nước, từ đó dễ dàng so sánh và truyền thông cho cộng đồng.

  3. Nguyên nhân chính gây ô nhiễm và độc tính trong các kênh rạch nội thành TP.HCM là gì?
    Chủ yếu do xả thải chưa qua xử lý từ nước thải sinh hoạt và công nghiệp, dẫn đến tăng hàm lượng hữu cơ, amoni, phosphat và kim loại nặng như cadmi vượt ngưỡng cho phép.

  4. Các giải pháp nào được đề xuất để cải thiện chất lượng nước kênh rạch?
    Bao gồm xử lý nước thải hiệu quả, xây dựng hệ thống quan trắc tự động, phục hồi sinh thái kênh rạch và nâng cao nhận thức cộng đồng về bảo vệ môi trường nước.

  5. Nghiên cứu này có thể áp dụng cho các khu vực khác không?
    Phương pháp và kết quả nghiên cứu có thể áp dụng cho các đô thị lớn khác có hệ thống kênh rạch tương tự, giúp đánh giá và quản lý chất lượng nước mặt hiệu quả hơn.

Kết luận

  • Nước mặt tại 05 hệ thống kênh rạch nội thành TP.HCM đang bị ô nhiễm nghiêm trọng với các chỉ số TSS, TOC, amoni và cadmi vượt ngưỡng cho phép.
  • Độc tính nguồn nước được xác định bằng vi khuẩn Nitrosomonas stercoris cho thấy mức độ ức chế hô hấp lên đến hơn 80%, có mối tương quan cao với nồng độ amoni.
  • Chỉ số chất lượng nước WQI dao động ở mức kém, phản ánh sự suy giảm tổng thể chất lượng nước kênh rạch.
  • Nghiên cứu đã đề xuất các giải pháp cụ thể nhằm cải thiện chất lượng nước trong vòng 1-3 năm tới, bao gồm xử lý nước thải, quan trắc tự động và phục hồi sinh thái.
  • Các bước tiếp theo cần triển khai thực hiện các giải pháp đề xuất, đồng thời mở rộng nghiên cứu để giám sát lâu dài và áp dụng cho các khu vực đô thị khác.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ nguồn nước mặt nội thành TP.HCM là cần thiết nhằm đảm bảo sức khỏe cộng đồng và phát triển bền vững đô thị.