Dự báo cấp độ phö dưỡng hóa nước mặt do sự cố xả nước thải từ các hoạt động kinh tế ven biển Đông Nam Bộ

Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững | 615 DỰ BÁO CẤP ĐỘ PHÖ DƢỠNG HÓA NƢỚC MẶT DO SỰ CỐ XẢ NƢỚC THẢI TỪ CÁC HOẠT ĐỘNG KINH TẾ VEN BIỂN ĐÔNG NAM BỘ Nguyễn Văn Phƣớc và Nguyễn Thị Thu Hiền Hội Nước và Môi trường TP. Hồ Chí Minh TÓM TẮT Thống kê kết quả quan trắc tại khu vực i n Đông Nam Bộ từ - 8 cho thấy, trong môi trường nư c i n khu vực Đông Nam Bộ, sự phát tri n của tảo chủ yếu phụ thuộc vào thông số N-NH4 + Dựa trên kết quả phân hạng mức ộ phú ưỡng h a ựa vào nồng ộ N- NH4 + ối v i các kịch ản sự cố môi trường khu vực Đông Nam Bộ, ự áo các hoạt ộng công nghiệp là nguồn nguy cơ cao nhất, gây hiện tượng tảo nở hoa cấp IV-V , chế iến và nuôi trồng thủy sản c khả năng gây phú ưỡng ở cấp ộ II ến III, trong khi , các trạm xử lý nư c thải tập trung tại khu ô thị Cần Giờ là nguồn c nguy cơ thấp nhất 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Phú dƣỡng là một trong những vấn đề chất lƣợng nƣớc điển hình thƣờng xảy ra ở c c thủy vực, đặc iệt là c c vùng nƣớc tĩnh, nông. Chúng làm tăng c c chất lơ lửng, chất hữu cơ, làm suy giảm lƣợng ôxy trong nƣớc, nhất là ở tầng dƣới sâu, gây ảnh hƣởng không tốt đến chất lƣợng nƣớc và hệ sinh th i nƣớc. Theo nhiều nghiên cứu, nguyên nhân d n đến hiện tƣợng phú dƣỡng ao gồm: nồng độ c c chất dinh dƣỡng trong thủy vực cao, đặc iệt là c c muối đa lƣợng nitơ và phôtpho (Blomqvist et al., 1994, nhiệt độ nƣớc ấm, cƣờng độ chiếu s ng, pH cao, hàm lƣợng CO2 thấp (Cron erg and Annadotter, 2006; Zimba et al., 2006). Dấu hiệu nhận iết của sự phú dƣỡng của nƣớc là sự lan rộng c c thực vật trôi nổi kết thành è, mảng trên ề mặt nƣớc và trong tầng nƣớc s t mặt (Horne and Goldman, 1994). Tảo ph t triển nhờ c c yếu tố dinh dƣỡng chính là nitơ và phôtpho, khi mật độ tảo vƣợt qu hai trăm nghìn tế ào/l, là điều cảnh o cần phải quan tâm tới chất lƣợng môi trƣờng nƣớc iển (Haigh, 2010). C c thông số môi trƣờng nhƣ phôtphat, amoni, nitrit và nitrat, với nồng độ cao, chính là nguyên nhân gây mật độ tảo cao, hiện tƣợng tảo nở hoa và gây độc cho môi trƣờng iển (Dortch, 1990). Nghiên cứu của Nguyễn Văn Phƣớc và Phạm Thị Thanh Hòa (2019) phân tích thống kê mối quan hệ giữa chất lƣợng môi trƣờng nƣớc iển ven ờ tại Bà Rịa – Vũng Tàu và hệ sinh th i cho thấy, có sự tƣơng t c rõ rệt giữa hàm lƣợng amoni, nitrit và nitrat, với mật độ tảo trong mùa khô, thể hiện qua phƣơng trình thực nghiệm: Tảo = 19,77NH4 2 + 3,87NO2 2 + 0,29NO3 2 + 6,03NH4 x NO2 + 0,21NH4 x NO3 + 0,67NO2 x NO3 – 1092,28NH4 – 52,32NO2 – 36,30NO3 + 53369,56 (1) Khu vực ven iển Đông Nam Bộ chịu ảnh hƣởng trực tiếp của c c hoạt động kinh tế-x hội từ Bà Rịa – Vũng Tàu và TP. Hồ Chí Minh. Trong những năm gần đây, c c hoạt động kinh tế iển hƣớng đến c c mục đích đa dạng hơn, ngoài phục vụ cho ph t triển nông nghiệp (nuôi trồng và chế iến thủy sản), nhiều hoạt động xây dựng đô thị, khu nghỉ dƣỡng, khu công nghiệp, cầu cảng và vận tải iển lần lƣợt mọc lên, gây những t c động không nhỏ tới môi trƣờng tự nhiên ven ờ. Tại rất nhiều khu vực ven iển, chất thải ph t sinh từ c c hoạt động này có khả năng gây ô nhiễm trên diện rộng, làm suy tho i môi trƣờng và ảnh hƣởng nghiêm trọng đến c c hệ sinh th i iển. Bài viết này cung cấp một số thông tin cơ ản về đ nh gi nguy cơ phú dƣỡng hóa 616 | Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững nguồn nƣớc tại một số khu vực, theo kịch ản sự cố thông qua phƣơng thức phân hạng đ nh gi sự nở hoa của tảo và nồng độ amoni trong nƣớc. 2. Đ I TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U 2.1. Đối tư ng nghiên cứu Kết quả tổng hợp nghiên cứu từ c c ài o của Nguyễn Văn Phƣớc và cs. (2020a, 2020 , 2020c, 2020d) về dự o và đ nh gi mức độ ảnh hƣởng đến môi trƣờng iển Đông Nam Bộ do c c sự cố xả thải, đ dự o đƣợc sự cố xả thải từ 4 nhóm hoạt động kinh tế-x hội, có khả năng ảnh hƣởng nhiều nhất, gồm 15 đối tƣợng nhƣ sau: + Hoạt động công nghiệp dọc sông Thị Vải: Khu công nghiệp (KCN) Mỹ Xuân A2; KCN C i Mép; Công ty Cổ phần Hữu hạn VEDAN; KCN Long Sơn + Khu chế iến hải sản tập trung: Lộc An, Long Điền, Bình Châu, Tân Hải + Khu nuôi trồng thủy sản: Tam Thôn Hiệp, An Thới Đông, Bình Kh nh, Lý Nhơn + Khu đô thị ven iển Cần Giờ: Trạm Xử lý nƣớc thải (XLNT) 1, Trạm XLNT 2, Trạm XLNT 3. Trên cơ sở p dụng phƣơng ph p mô hình hóa và chồng ghép ản đồ, đ dự o đƣợc mức độ lan truyền ô nhiễm do sự cố xả thải từ c c đối tƣợng (tƣơng ứng 15 kịch ản) nêu trên, trong đó, amoni là t c nhân chính, gây ảnh hƣởng đến chất lƣợng nguồn nƣớc, cùng c c hoạt động kinh tế- x hội dựa vào nguồn nƣớc (Nguyễn Văn Phƣớc và Phạm Thị Thanh Hòa, 2019). Bài o này sẽ kế thừa kết quả đ nh gi lan truyền ô nhiễm từ c c kịch ản sự cố nêu trên, để x c định mức độ phú dƣỡng hóa nguồn nƣớc theo nồng độ amoni. 2.2. Phương pháp đánh giá mức độ phú dưỡng nguồn nư c theo nồng độ chất dinh dưỡng Có nhiều c ch phân loại mức độ phú dƣỡng của c c hồ. Trong nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng phƣơng ph p phân loại theo mật độ tế ào (Phạm Thanh Lƣu và cs., 2015). Theo đó, về c c cấp độ nở hoa trong môi trƣờng nƣớc, có thể x c định c c mức nồng độ N-NH4 + có khả năng gây hiện tƣợng nở hoa, nhƣ trong Bảng 2.1. Bảng 1 Phân loại cấp ộ mở hoa của tảo th o mật ộ tế ào Cấp ộ Mật ộ tế ào (tb/l) Mô tả Minh họa I 24–645 × 103 Không thấy VKL trên mặt nƣớc II 1.125–62.798 × 103 VKL lấm tấm trên mặt nƣớc Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững | 617 Cấp ộ Mật ộ tế ào (tb/l) Mô tả Minh họa III 157.769–508.790 × 10 3 VKL tạo v ng mỏng trên mặt nƣớc IV 839.560–1.098.770 × 10 3 VKL tạo v ng dày trên mặt nƣớc V 2.146.680–3.468.590 × 10 3 VKL tạo v ng phủ kín mặt nƣớc Nguồn: Phạm Thanh Lƣu và cs., 2015. 3. T QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. K t quả đánh giá mức độ phú dưỡng theo nồng độ N-NH4 + Muối dinh dƣỡng N và P có vai trò quan trọng trong qu trình tảo sinh trƣởng và tham gia trực tiếp vào qu trình quang hợp. Nghiên cứu của Nguyễn Văn Phƣớc (2020) đ nh gi kết quả quan trắc môi trƣờng nƣớc iển Đông Nam Bộ (khu vực vịnh Gành R i) cho thấy, chỉ một vài năm vào mùa khô, vai trò của N và P là nhƣ nhau trong qu trình quang hợp (10 < N/P < 22), còn lại hầu hết thời gian P là yếu tố ị giới hạn của qu trình quang hợp (N/P > 22) (Hình 3.1). Nguồn: Nguyễn Văn Phƣớc, 2020. nh 3 1 Biến ộng tỷ lệ mol N P th o thời gian Xét trên góc độ cân ằng vật chất, tỷ lệ N/P trong muối dinh dƣỡng cao hơn nhiều so với tỷ số Redfield (N/P = 16/1). Điều này cho thấy, khu vực này ở tình trạng dƣ thừa muối dinh dƣỡng nitơ. Với xu hƣớng gia tăng của c c thông số thuộc nhóm dinh dƣỡng, dự o mật độ tảo cũng sẽ - 20.00 40.00 60.00 80.00 100.00 120.00 M K M M M K M M M K M M M K M M M K M M M K M M M K M M M K M M M K M M 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 T ỷ l ệ m o l N /P Năm 618 | Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững tăng theo mối quan hệ trong phƣơng trình thực nghiệm (1). Khi mật độ tảo tăng qu cao, sẽ gây nở hoa trong nƣớc, d n đến thiếu ôxy và ảnh hƣởng đến đời sống thủy sinh vật. Môi trƣờng vùng iển Vũng Tàu, với nồng độ DO cao (> 5 mg/l) qu trình nitrat hóa xảy ra mạnh, chuyển hóa amoni thành nitrit và nitrat. Cả 3 thông số amoni, nitrit và nitrat đều thể hiện xu hƣớng tỷ lệ thuận với mật độ tảo. Từ phƣơng trình tảo (1) và nghiên cứu của Phạm Thành Lƣu và cs. (2015) về c c cấp độ nở hoa trong môi trƣờng nƣớc, ƣớc tính đƣợc khoảng nồng độ N-NH4 + có khả năng gây hiện tƣợng nở hoa tại khu vực iển Đông Nam Bộ nhƣ sau: + Cấp độ I: tƣơng ứng nồng độ N-NH4 + ≤ 0,3 mg/l + Cấp độ II: tƣơng ứng nồng độ N-NH4 + > 0,8 mg/l + Cấp độ III: tƣơng ứng nồng độ N-NH4 + > 2,85 mg/l + Cấp độ IV: tƣơng ứng nồng độ N-NH4 + > 6,54 mg/l + Cấp độ V: tƣơng ứng nồng độ N-NH4 + > 10,45 mg/l. 3.2. K t quả đánh giá mức độ phú dưỡng theo các sự cố môi trường Kết quả đ nh gi lan truyền ô nhiễm đối với 15 kịch ản sự cố xả thải (Nguyễn Văn Phƣớc và cs., 2020a, 2020b, 2020c, 2020d) cho thấy, nồng độ amoni dự o có thể tăng lên đến 30-34,5 mg/l (mùa khô-mùa mƣa). Phạm vi lan truyền ảnh hƣởng amoni với nồng độ cao tại một số vị trí sự cố đƣợc thể hiện trong Hình 3.2-3.4. (a) (b) (c) Hình 3.2. Khu vực nguy cơ ị phú ưỡng h a khi sự cố nư c thải xảy ra tại Công ty C phần Hữu hạn VEDAN (a) (b) và KCN h a ầu Long Sơn – mùa khô (c) Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững | 619 (a) (b) (c) (d) Hình 3.3. Khu vực nguy cơ ị phú ưỡng h a khi sự cố nư c thải xảy ra tại Khu nuôi trồng thủy sản An Th i Đông (a) (b) và Khu công nghiệp Mỹ Xuân A (c) (d) 620 | Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững (a) (b) (c) (d) (e) Hình 3.4. Khu vực nguy cơ ị phú ưỡng h a khi sự cố nư c thải xảy ra tại Khu chế iến thủy sản Lộc An (a) (b), Khu công nghiệp h a ầu Long Sơn – mùa mưa (c) và Khu chế iến thủy sản Tân Hải (d) (e) Kết quả phân loại phú dƣỡng hóa nguồn nƣớc theo nồng độ amoni từ c c kịch ản sự cố do xả thải đƣợc trình ày trong Bảng 3.1. Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững | 621 Bảng 3 1 Phân loại phú ưỡng h a nguồn nư c th o nồng ộ amoni TT Vị trí sự cố Dự áo nồng ộ N-NH4 + cực ại Diện tích mặt nư c ị ảnh hưởng Cấp ộ phú ưỡng h a th o nồng ộ N-NH4 + Mùa khô (mg/l) Mùa mƣa (mg/l) Mùa khô (ha) Mùa mƣa (ha) 1 Khu nuôi trồng thủy sản An Thới Đông 4,9 7,9 19,7 39,5 Cấp độ III - IV 2 Bình Khánh 1,8 1,7 95,6 76,5 Cấp độ II 3 Tam Thôn Hiệp 0,7 0,8 1,5 1,1 Cấp độ I 4 Lý Nhơn 1,9 2,0 379,0 406,2 Cấp độ II 5 Hoạt động công nghiệp dọc sông Thị Vải Long Sơn 15,4 3,2 2,0 0,6 Cấp độ III-V 6 VEDAN 30 34,5 4,1 5,6 Cấp độ V 7 Mỹ Xuân A2 10,1 6,8 4,4 4,3 Cấp độ IV 8 Cái Mép 1,4 1,4 170,2 158,6 Cấp độ II 9 Khu chế iến hải sản tập trung Lộc An 3,2 2,7 9,1 10,7 Cấp độ II 10 Bình Châu 2,1 1,4 3,3 4,5 Cấp độ II 11 Long Điền 0,3 0,1 - - - 12 Tân Hải 3,6 3,5 37,7 39,9 Cấp độ III 13 Khu đô thị ven iển Cần Giờ Trạm XLNT 1 1,8 1,7 104,7 15,3 Cấp độ II 14 Trạm XLNT 2 1,1 2,5 12,3 20,3 Cấp độ II 15 Trạm XLNT 3 1,6 1,6 5,9 - Cấp độ II 4. T LUẬN Kết quả dự o nồng độ ô nhiễm N-NH4 + khi xảy ra sự cố đối với 15 nguồn thải trong khu vực Đông Nam Bộ cho thấy, những sự cố này có thể gây phú dƣỡng hóa nguồn nƣớc ở c c mức độ kh c nhau: + Hoạt động công nghiệp là nguồn nguy cơ lớn nhất, gây hiện tƣợng tảo nở hoa khi có sự cố xảy ra, với mức xếp hạng cao nhất là cấp độ V (VEDAN) và cấp độ IV (KCN Mỹ Xuân A2). + Mặc dù nuôi trồng thủy sản là hoạt động có khả năng gây ảnh hƣởng trên diện rộng khi xảy ra sự cố, nhƣng khả năng gây hiện tƣợng tảo nở hoa ở cấp độ II đến III (trừ trƣờng hợp tại khu vực An Thới Đông vào mùa lũ có thể lên mức cấp độ IV) + Chế iến thủy sản cũng là một trong những nguồn gây hiện tƣợng tảo nở hoa ở mức trung ình (cấp độ II đến III) tại c c khu vực: Tân Hải, Lộc An, Bình Châu. + C c trạm xử lý nƣớc thải tập trung khu đô thị Cần Giờ là những nguồn có nguy cơ thấp nhất. 622 | Hội thảo CRES 2020: Môi trường và phát triển bền vững TÀI LIỆU THAM HẢO 1. Blomqvist P., A. Pettersson and P. Hyenstrand, 1994. Ammonium-nitrogen – A key regulatory factor causing dominance of non-nitrogen-fixing cyanobacteria in aquatic systems. Archiv. für Hydrobiologie, 132(2): pp. 141-164. 2. Cronberg G. and H. Annadotter, 2006. Manual on aquatic cyanobacteria: A photo guide and a synopsis of their toxicology. International Society for the Study of Harmful Algae, Copenhagen, Denmark. 3. Dortch Q., 1990. The interaction between ammonium and nitrate uptake in phytoplankton. Mar. Ecol. Prog. Ser., 61: pp. 183-201. 4. Haigh N., 2010. Harmful plankton handbook. Nanaimo, British Columbia, Canada, 52. 5. Horne A.J. and C.R. Goldman, 1994. Limnology. 2nd edition. McGraw-Hill International Editions, New York, USA. 6. Phạm Thanh Lƣu, Lê Thị Trang, Trƣơng Văn Thân, Bùi Mạnh Hà và Phạm Nguyễn Kim Tuyến, 2015. Phân hạng mức độ nở hoa của vi khuẩn lam ở hồ Trị An dựa vào mật độ tế ào và hàm lƣợng chlorophyll-a. Hội nghị khoa học toàn quốc về Sinh th i và tài nguyên sinh vật lần thứ 7. Tiểu an Sinh th i học và môi trƣờng. Viện Sinh th i và Tài nguyên sinh vật, Hà Nội: tr. 1693-1698. 7. Nguyễn Văn Phƣớc, 2020. Nghiên cứu c c giải ph p tổng hợp ảo vệ môi trƣờng nƣớc iển ven ờ khu vực Đông Nam Bộ phù hợp ph t triển kinh tế-x hội, ứng phó c c sự cố môi trƣờng và iến đổi khí hậu. Đề tài nghiên cứu khoa học cấp Đại học Quốc gia, loại B. Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, TP. Hồ Chí Minh. 8. Nguyễn Văn Phƣớc và Phạm Thị Thanh Hòa, 2019. Xu thế t c động của chẩt lƣợng môi trƣờng nƣớc tới hệ sinh th i vùng ờ iển Vũng Tàu. Tạp chí Môi trƣờng, Số Chuyên đề III, 11/2019. 9. Nguyễn Văn Phƣớc, Nguyễn Thị Thu Hiền, Lê Tân Cƣơng và Vũ Văn Nghị, 2020a. Dự o mức độ ảnh hƣởng do hoạt động chế iến thủy sản tập trung trên địa àn tỉnh Bà Rịa – Vũng Tàu. Tạp chí Môi trƣờng, Số Chuyên đề II, 06/2020. 10. Nguyễn Văn Phƣớc, Nguyễn Thị Thu Hiền, Lê Tân Cƣơng và Vũ Văn Nghị, 2020 . Dự o sự cố môi trƣờng do nƣớc thải công nghiệp dọc sông Thị Vải và đề xuất giải ph p ứng phó. Tạp chí Môi trƣờng, Số Chuyên đề I, 04/2020. 11. Nguyễn Văn Phƣớc, Nguyễn Thị Thu Hiền và Vũ Văn Nghị, 2020c. Dự o ảnh hƣởng đến môi trƣờng do hoạt động nuôi trồng thủy sản tập trung ở Cần Giờ. Tạp chí Môi trƣờng, Số Chuyên đề I, 04/2020. 12. Nguyễn Văn Phƣớc, Nguyễn Thị Thu Hiền và Vũ Văn Nghị, 2020d. Nghiên cứu đ nh gi sự cố tại c c trạm xử lý nƣớc thải Khu Đô thị Du lịch iển Cần Giờ. Tạp chí Môi trƣờng, Số Chuyên đề II, 06/2020. 13. Zimba P.V., A. Camusa, E.H. Allen and J.M. Burkholder, 2006. Co-occurrence of white shrimp, Litopenaeus vannamei, mortalities and microcystin toxin in a Southeastern USA shrimp facility. Aquaculture, 261(3): pp. 1048-1055.