bài giảng môn quan trắc môi trường Environmental monitoring

Quan trắc môi trường
(Environmental monitoring)

Nguyễn Thị Thu Hà

Bộ môn: Công nghệ Môi trường
Khoa: Tài nguyên và Môi trường


Nội dung môn học
PHẦN I. CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN
Chương 1. Quan trắc và phân tích môi trường
Chương 2. Các vấn đề liên quan
Chương 3. Đảm bảo chất lượng và kiểm soát chất lượng trong quan trắc môi trường
PHẦN II. TỔ CHỨC THỰC HIỆN QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG
Chương 4. Xây dựng chương trình quan trắc
Chương 5. Phương pháp lấy mẫu và bảo quản
Chương 6. Phương pháp phân tích
Chương 7. Phương pháp xử lý số liệu










Chương 1. Khái niệm quan trắc và phân tích môi trường
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.


1. Khái niệm
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.


Quan trắc môi trường

Hiện trạng và xu thế biến đổi chất
lượng 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
1.

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.

2.

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.

3.

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.

4.

Ðể nghiên cứu và đánh giá các chất ô nhiễm và hệ thống tiếp nhận chúng
(xu thế, khả năng gây ô nhiễm).

5.
6.

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


5. Các hoạt động quan trắc
Đánh giá chất lượng bao gồm các hoạt động chính:



Khảo sát (Survey): thực hiện trong thời gian ngắn (nhất thời) bằng cách đo đạc và quan sát chất lượng theo
các mục đích cụ thể



Quan trắc (Monitoring): thực hiện trong thời gian dài bằng các phép đo chuẩn nhằm mục đích xác định trạng
thái và xu hướng biến đổi của môi trường



Giám sát (Surveillance): thực hiện liên tục thông qua các phép đo xác định phục vụ cho mục đích quản lý
chất lượng môi trường và các hoạt động vận hành

 Giám sát tuân thủ
 Giám sát tác động


Các hoạt động quan trắc
Hoạt động đánh giá

Mục đích đánh giá

Đánh giá thông thường
1

Quan trắc đa mục đích

Phân bố không gian và thời gian của chất lượng nước

2

Quan trắc xu hướng

Theo thời gian ảnh hưởng bởi các tác nhân ô nhiễm (nồng độ/tải lượng)

3

Khảo sát cơ bản

Đối tượng và địa điểm xác định, phân bố không gian của chúng

4

Giám sát (Giám sát tuân thủ và Giám sát tác

Theo mục đích cụ thể và theo các thông số xác định

động)

Đánh giá nâng cao
5

Quan trắc nền

Hàm lượng nền trong các nghiên cứu quá trình tự nhiên; sử dụng cho mục đích tham khảo trong đánh giá ảnh hưởng và điểm
ô nhiễm

6

Kháo sát nâng cao

Phát hiện chất ô nhiễm, khả năng biến động không gian và thời gian trước khi thiết kế trương trình quan trắc

7

Khảo sát khẩn cấp

Phát hiện chất ô nhiễm, khả năng phân bố không gian và thời gian phục vụ cho trước khi thiết kết trương trình quan trắc

8

Khả sát ảnh hưởng

Lấy mẫu giới hạn về thời gian và không gian, thông thường tập trung vào một vài thông số gần nguồn ô nhiễm

9

Khảo sát mô hình

Đánh giá chất lượng nước chuyên sâu giới hạn về thời gian và không gian và số lượng biến. Ví dụ: mô hình phú dưỡng, mô
hình cân bằng oxy

10

Giám sát cảnh báo sớm

Giựa trên giới hạn cho phép của chất lượng nước theo mục đích sử dụng.


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.


Trạm cơ sở (baseline station)
 Đặc điểm: tại khu vực không bị ảnh hưởng trực tiếp của các nguồn ô nhiễm để xác định điều kiện
môi trường nền

 Mục đích:

 Xác định giá trị nền của các yếu tố môi trường tự

nhiên

 Kiểm soát các tác nhân ô nhiễm nhân tạo
 Kiểm soát nguồn ô nhiễm từ bên ngoài trước khi ảnh hưởng tới một khu vực nhất định (biên giới
quốc gia, khu vực)


Trạm tác động (impact station)
 Đặc điểm: đặt tại khu vực bị tác động của con người hay khu vực có nhu cầu riêng biệt
 Mục đích:
 Đánh giá tác động của con người đối với chất lượng môi trường
 Theo dõi chất lượng môi trường tại các đối tượng sản xuất, kinh doanh (khu công nghiệp, bãi
chôn lấp rác thải, khu dân cư, nhà máy…)

 Theo dõi chất lượng nguồn cấp tài nguyên (nước cấp sinh hoạt, nước cấp cho sản xuất, đất sản
xuất…)


Trạm xu hướng (trend station)
 Đặc điểm: đại diện tính chất của một vùng rộng lớn, xác định xu hướng biến động các yếu tố môi
trường do nhiều ảnh hưởng của con người hoặc tự nhiên

 Mục đích:
 Đánh giá xu hướng biến đổi môi trường ở quy mô toàn cầu, toàn khu vực
 Đánh giá tải lượng các tác nhân ô nhiễm đưa vào một đối tượng môi trường nhất định


Kh

u

2

vự

cs
ản
xu
ng
ất
hiệ
nô
p
ng

3
1

Khu đô thị

Khu du

4

lịch
7

Khu công nghiệp
Nước mặt trên dòng chảy

5
6
Trước trạm cấp nước

Sau cống xả nước thải
8
Khu nuôi trồng thủy sản

Cửa biển
9


Chương 2. Các vấn đề liên quan
1. Các khái niệm cơ bản


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)


2. Đơn vị sử dụng trong quan trắc

 Sử dụng đúng đơn vị nồng độ đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng báo cáo môi trường.
 Trong phân tích hóa học các dạng đơn vị thường được sử dụng bao gồm nồng độ phần trăm (%) và
nồng độ mole (M), tuy nhiên các đơn vị này thường quá lớn hoặc quá nhỏ đối với các chất nhiễm
bẩn trong môi trường.

 Mặt khác, đơn vị nồng độ cũng phải thay đổi tùy theo đối tượng môi trường (khí, lỏng hoặc rắn) sẽ
được mô tả dưới đây.


Đối với các mẫu lỏng
 Đối với các chất hóa học dạng lỏng (nước, máu, nước tiểu), đơn vị mass/volume (m.v) thường được
sử dụng. Phụ thuộc vào giá trị số học, nồng độ được biểu diễn bằng mg/l - ng/l.

 Đối với nước sạch or chất lỏng thông thường có tỉ trọng là 1.0 g/ml thì đơn vị sẽ là tương đường.
 Đối với các dạng khác như nước biển, dung dịch nhẹ, dung dịch nặng việc chuyển đổi đơn vị sẽ phải
xem xét đến tỉ trọng của dung dịch.

 1g/l = 1 ppt; 1mg/l = 1ppm; 1µg/l = 1 ppb;


Đối với các mẫu rắn


Đối với các chất hóa học dạng rắn (đất, bùn, chất lơ lửng, mô sinh học), đơn vị nồng độ mass/mass thường
được sử dụng hơn mass/volume. Đơn vị mg/l or µg/l không được dùng để biểu diễn nồng độ của chất nhiễm
bẩn trong chất rắn.




1 g/kg = 1 ppt; 1mg/kg = 1ppm; 1 µg/kg = 1 ppb;
Việc biểu diễn dưới dạng đơn vi mass/mass cần phải quan tâm tới điều kiện của chất rắn ở dạng ướt hay khô.
Điều kiện khô (mg/kg chất khô) thường được áp dụng với các dạng mẫu có sự biến động lớn về thành phần
độ ẩm. Do vậy phải thu thập thêm mẫu phụ để xác định độ ẩm. Việc chuyển đổi đơn vị được tiến hành như
sau:



mg/kg chất khô = mg/kg chất tươi/(1-% độ ẩm)


Đối với các mẫu dạng khí


3
3

3
Đối với các mẫu dạng khí, cả hai dạng đơn vị mass/volume (mg/m , µg/m và ng/m ) và volume/volume
(ppm, ppb, ppt) đều được sử dụng, tuy nhiên chúng không giống nhau về mặt giá trị:




3
3
3
1g/m ≠ 1ppt; 1 mg/m ≠ 1 ppm; 1 µg/m ≠ 1ppb;
o
Để chuyển đổi giữa hai nhóm đơn vị cần phải chuyển về cùng điều kiện chuẩn về nhiệt độ và áp suất (25 C,
1atm), công thức sử dụng như sau:





3
mg/m = ppm x M/24.5

3
ppm = (mg/m ) x (24.5/M)

Trong đó: M là khối lượng phân tử
Lưu ý trong điều kiện nhiệt độ và áp suất khác, hệ số chuyển đổi (24.5) sẽ thay đổi. Thông thường C
3
(mg/m ) = MP/RT

3. Các dạng vật chất trong môi trường
1. Vật chất dạng khí: O2, CO, CO2, O3, SO2, NOx, VOC, H2S, CH4 ,CxHy...
2. Vật chất dạng lỏng: dung môi và vật chất hòa tan
3. Vật chất dạng hạt (dạng rắn)





Chất rắn trong nước:



TS: Tổng chất rắn



TSS: Tổng chất rắn lơ lửng (SS)



TDS: Tổng chất rắn hòa tan

Thành phần cấp hạt:



Cát



Limon








Sét

Sinh vật hoặc các thành phần khác:



Sinh khối (đơn vị khối lượng/thể tích hoặc diện tích)



Mật độ (số lượng/thể tích hoặc diện tích)



Aerosol: các hạt và dung dịch lơ lửng trong không khí
Bụi trong không khí: kích thước lớn hơn 1 µm



TSP: tổng các hạt vật chất lơ lửng



PM: Bụi với các kích thước khác nhau: Bụi lơ lửng và bụi hô hấp

Các loại hạt mịn: hạt mịn (< 1 µm) – hạt siêu mịn (< 0.2 µm) – hạt
nano



Khói: hình thành từ quá trình cháy không hoàn toàn chứa Cacbon
hoặc chất bay hơi



Sương: Các hạt tạo thành từ vật liệu lỏng


4. 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