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

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ Chuyên đề IV, tháng 12 năm 2020 27 1. Đặt vấn đề Phú dưỡng hay tảo nở hoa là một phản ứng của hệ sinh thái khi quá nhiều chất dinh dưỡng như nitrat và phốt phát từ các loại phân bón hoặc nước cống rãnh bị thải vào môi trường nước [1]. Khi lượng chất dinh dưỡng bị quá tải, các thực vật phù du như tảo lam, rong rêu sẽ tiêu hóa chất dinh dưỡng dư thừa này, chúng làm tăng các chất lơ lửng, chất hữu cơ, làm suy giảm lượng ôxy trong nước, nhất là ở tầng dưới sâu gây ảnh hưởng không tốt đến chất lượng nước và hệ sinh thái nước. Khi mật độ tảo vượt quá hai trăm ngàn tế bào/l là điều cảnh báo cần phải quan tâm tới chất lượng môi trường nước biển [2]. Nghiên cứu của tác giả Nguyễn Văn Phước và Phạm Thị Thanh Hòa [5] đã phân tích thống kê mối quan hệ giữa chất lượng môi trường nước biển ven bờ tại Bà Rịa - Vũng Tàu và hệ sinh thái cho thấy, có sự tương tác rõ rệt giữa hàm lượng amoni, nitrit và nitrat với mật độ tảo trong mùa khô, với các phương trình thể hiện mối tương tác của ba thông số N-NH4+, N-NO2-, N-NO3- với tảo như sau: Mật độ tảo theo N-NH4+: y = 103,51x2 – 3447,5x + 74767 (1) Mật độ tảo theo N-NO2-: y = 19,995x2 + 271,91x + 54561 (2) Mật độ tảo theo N-NO3-: y = 0,1983x2 + 220,43x + 28035 (3) Và phương trình hồi quy thể hiện mối tương tác giữa các yếu tố với tảo: Tảo = 19,77 (N-NH4+)2 + 3,87 (N-NO2-)2 + 0,29 (N- NO3-)2 + 6,03 (N-NH4+ x N-NO2-) + 0,21 (N-NH4+ x N-NO3-) + 0,67 (N-NO3- x N-NO2-) – 1092,28 (N-NH4+) – 52,32 (N-NO2-) – 36,30 (N-NO3-) + 53369,56 (4) Khu vực ven biển Đông Nam bộ chịu ảnh hưởng trực tiếp của các hoạt động kinh tế - xã hội từ hai tỉnh/thành phố là Bà Rịa - Vũng Tàu và TP. Hồ Chí Minh. Trong những năm gần đây, các hoạt động kinh tế biển hướng đến các mục đích đa dạng hơn, ngoài phục vụ cho phát triển nông nghiệp (nuôi trồng và chế biến thủy sản), nhiều hoạt động xây dựng đô thị, khu nghỉ dưỡng, khu công nghiệp, cầu cảng và vận tải biển đã gây ra những tác động không nhỏ tới môi trường sinh thái ven bờ. Tại rất nhiều khu vực ven biển, chất thải phát sinh từ các hoạt động này có khả năng gây ô nhiễm trên diện rộng làm suy thoái môi trường và ảnh hưởng nghiêm trọng đến các hệ sinh thái biển. Bài viết cung cấp một số thông tin cơ bản về đánh giá nguy cơ phú dưỡng hóa nguồn nước tại một số khu vực theo kịch bản sự cố xả nước thải thông qua phương thức phân hạng đánh giá sự nở hoa của tảo và nồng độ Amoni trong nước. 2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu 2.1. Đối tượng nghiên cứu Kết quả tổng hợp nghiên cứu từ các bài báo của Nguyễn Văn Phước và cộng sự [6], [7], [8], [9], về dự báo và đánh giá mức độ ảnh hưởng đến môi trường biển Đông Nam bộ do các sự cố xả thải, đã dự báo được sự cố xả thải từ 04 nhóm hoạt động kinh tế - xã hội có khả năng ảnh hưởng nhiều nhất, gồm 15 đối tượng như sau: - Hoạt động công nghiệp dọc sông Thị Vải: KCN Mỹ Xuân A2; KCN Cái Mép; Công ty CPHH Vedan; KCN Long Sơn. 1 Hội Nước và Môi trường TP. HCM DỰ BÁO MỨC ĐỘ PHÚ DƯỠNG HÓA DO SỰ CỐ XẢ NƯỚC THẢI TỪ CÁC HOẠT ĐỘNG KINH TẾ VEN BIỂN ĐÔNG NAM BỘ TÓM TẮT Từ các kết quả quan trắc tại khu vực biển Đông Nam bộ từ 2010 - 2018 cho thấy, trong môi trường nước biển Đông Nam bộ, sự phát triển của tảo chủ yếu phụ thuộc vào thông số N-NH4+. Dựa trên kết quả phân hạng mức độ phú dưỡng hóa theo nồng độ N-NH4+ đối với các kịch bản sự cố môi trường trong khu vực, dự báo các hoạt động công nghiệp là nguồn nguy cơ cao nhất gây hiện tượng tảo nở hoa (cấp IV - V), chế biến thủy sản và nuôi trồng thủy sản có khả năng gây phú dưỡng ở cấp độ II đến III, trong khi các trạm xử lý nước thải (XLNT) tập trung khu đô thị Cần Giờ có nguy cơ ở cấp độ II. Từ khóa: Sự cố xả nước thải, phú dưỡng hóa, nồng độ N-NH4+. Nhận bài: 16/12/2020; Sửa chữa: 22/12/2020; Duyệt đăng: 25/12/2020. Nguyễn Văn Phước Nguyễn THị THu Hiền (1) Chuyên đề IV, tháng 12 năm 202028 - Khu chế biến hải sản tập trung: Lộc An, Long Điền, Bình Châu, Tân Hải. - Khu nuôi trồng thủy sản: Tam Thôn Hiệp, An Thới Đông, Bình Khánh, Lý Nhơn. - Khu đô thị ven biển Cần Giờ: Trạm XLNT 1, Trạm XLNT 2, Trạm XLNT 3. Trên cơ sở áp dụng phương pháp mô hình hóa, phương pháp chồng ghép bản đồ, các nghiên cứu đã dự báo được mức độ lan truyền ô nhiễm do sự cố xả thải từ các đối tượng (tương ứng 15 kịch bản), trong đó Amoni là tác nhân chính gây ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước cũng như các hoạt động kinh tế - xã hội dựa vào nguồn nước.[3] Bài viết kế thừa kết quả đánh giá lan truyền ô nhiễm từ các kịch bản sự cố để xác định mức độ phú dưỡng hóa nguồn nước theo nồng độ Amoni. 2.2. Phương pháp đánh giá mức độ phú dưỡng nguồn nước theo nồng độ chất dinh dưỡng Có nhiều cách phân loại mức độ phú dưỡng của các lưu vực. Trong nghiên cứu này, nhóm tác giả sử dụng phương pháp phân loại theo mật độ tế bào [4]. Tài liệu này cung cấp công cụ phân hạng và đánh giá nhanh sự nở hoa của Vi khuẩn Lam (VKL) thông qua hai thông số cơ bản là mật độ tế bào của VKL và tổng hàm lượng chlorophyll-a. Trong đó, sinh khối (VKL) tương ứng với 5 cấp độ nở hoa được trình bày ở Bảng 1. Theo đó, dựa trên phương trình thực nghiệm (1) và phân loại ở Bảng 1, nhóm tác giả có thể xác định các mức nồng độ N-NH4+ có khả năng gây hiện tượng nở hoa tương ứng ở từng cấp độ. ▲Hình 1. Sơ đồ vị trí các kịch bản sự cố môi trường do xả thải nước thải [3] Bảng 1. Phân loại cấp độ mở hoa của tảo theo mật độ Tế bào [4] Cấp độ Mật độ tế bào (tb/l) Mô tả Minh họa I 24–645 × 103 Không thấy VKL trên mặt nước II 1.125–62.798 × 103 VKL lấm tấm trên mặt nước III 157.769–508.790 × 103 VKL tạo ván mỏng trên mặt nước IV 839.560–1.098.770 × 103 VKL tạo ván dày trên mặt nước V 2.146.680–3.468.590 × 103 VKL tạo ván phủ kín mặt nước KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ Chuyên đề IV, tháng 12 năm 2020 29 3. Kết quả và thảo luận 3.1. Kết quả đánh giá mức độ phú dưỡng theo nồng độ N-NH4+ Nghiên cứu của Nguyễn Văn Phước [3] đánh giá kết quả quan trắc môi trường nước biển Đông Nam bộ (khu vực vịnh Gành Rái) cho thấy, chỉ một vài năm vào mùa khô vai trò của N và P là như nhau trong quá trình quang hợp (10 < N:P < 22), còn lại hầu hết thời gian P là yếu tố bị giới hạn của quá trình quang hợp (N:P > 22) (Hình 2). ▲Hình 2. Biến động tỷ lệ mol N:P theo thời gian [5] Xét trên góc độ cân bằng vật chất, tỷ lệ N:P trong muối dinh dưỡng cao hơn nhiều so với tỷ số Redfield (N:P = 16:1), điều này cho thấy khu vực này ở tình trạng dư thừa muối dinh dưỡng Nitơ. Với xu hướng gia tăng của các thông số thuộc nhóm dinh dưỡng, dự báo mật độ tảo cũng sẽ tăng theo mối quan hệ trong phương trình thực nghiệm (4). Khi mật độ tảo tăng quá cao sẽ gây nở hoa trong nước, dẫn đến thiếu ôxy và ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh vật. Xét theo mối quan hệ giữa nồng độ N-NH4+ và mật độ tảo, từ phương trình (1) và nghiên cứu của Phạm Thành Lưu và cộng sự [4] về các cấp độ nở hoa trong môi trường nước, nhóm tác giả đã ước tính khoảng nồng độ N-NH4+ có khả năng gây hiện tượng nở hoa tại khu vực biển Đông Nam bộ như sau: • Cấp độ I: tương ứng nồng độ N-NH4+ ≤ 0,3 mg/l; • Cấp độ II: tương ứng nồng độ N-NH4+ > 0,8 mg/l; • Cấp độ III: tương ứng nồng độ N-NH4+ > 2,85 mg/l; • Cấp độ IV: tương ứng nồng độ N-NH4+ > 6,54 mg/l; • Cấp độ V: tương ứng nồng độ N-NH4+ > 10,45 mg/l; 3.2. Kết quả đánh giá mức độ phú dưỡng theo các sự cố môi trường Kết quả đánh giá lan truyền ô nhiễm đối với 15 kịch bản sự cố xả thải nêu ở mục 2.1 cho thấy [6], [7], [8], [9], nồng độ Amoni dự báo có thể tăng lên đến 30 - 34,5 mg/l (mùa khô - mùa mưa). Phạm vi lan truyền ảnh hưởng Amoni với nồng độ cao tại một số vị trí sự cố được thể hiện trong Hình 2 - 4. Dựa trên kết quả phân loại phú dưỡng hóa nguồn nước theo nồng độ Amoni từ các kịch bản sự cố do xả thải được trình bày trong Bảng 2. (a) (a) (c) (b) (b) (d) (c) ▲Hình 3. Khu vực nguy cơ bị phú dưỡng hóa khi sự cố nước thải xảy ra tại Công ty TNHH Vedan (a), (b) và KCN hóa dầu Long Sơn – mùa khô (c) ▲Hình 4. Khu vực nguy cơ bị phú dưỡng hóa khi sự cố nước thải xảy ra tại khu NTTS An Thới Đông (a), (b) và KCN Mỹ Xuân A2 (c), (d) Chuyên đề IV, tháng 12 năm 202030 (a) (b) (c) (d) (e) ▲Hình 5. Khu vực nguy cơ bị phú dưỡng hóa khi sự cố nước thải xảy ra tại khu CBTS Lộc An (a), (b), KCN hóa dầu Long Sơn – mùa mưa và khu CBTS Tân Hải (d), (e) 4. Kết luận Kết quả dự báo nồng độ ô nhiễm N-NH4+ khi xảy ra sự cố đối với 15 nguồn thải trong khu vực Đông Nam bộ kết hợp với các cấp độ tảo nở hoa cho thấy, những sự cố này có thể gây phú dưỡng hóa nguồn nước ở các mức độ khác nhau: • Hoạt động công nghiệp là nguồn nguy cơ lớn nhất gây hiện tượng 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) • Hoạt động nuôi trồng thủy sản có khả năng gây ảnh hưởng trên diện rộng khi xảy ra sự cố, nhưng khả năng gây hiện tượng tảo nở hoa ở cấp độ trung bình (II - III), trừ trường hợp tại khu vực An Thới Đông vào mùa lũ có thể đạt cấp độ IV. • Chế biến thủy sản cũng là một trong những nguồn gây hiện tượng tảo nở hoa ở mức trung bình (cấp độ II đến III) tại các khu vực: Tân Hải, Lộc An, Bình Châu. • Các trạm XLNT tập trung khu đô thị Cần Giờ có nguy cơ phú dưỡng ở cấp độ II■ Bảng 2. Phân loại phú dưỡng hóa nguồn nước theo nồng độ Amoni STT Vị trí sự cố Dự báo nồng độ N-NH4+ cực đại Diện tích mặt nước bị ảnh hưởng (ha) Cấp độ phú dưỡng hóa theo nồng độ N-NH4+ Mùa khô (mg/l) Mùa mưa (mg/l) Mùa khô (ha) Mùa mưa (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 biến 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 biển 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 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ Chuyên đề IV, tháng 12 năm 2020 31 FORECAST OF EUTROPHICATION LEVELS BY WASTE DISCHARGE FROM ECONOMIC ACTIVITIES IN SOUTHEAST COASTAL Nguyen Van Phuoc, Nguyen THi THu Hien Ho Chi Minh City Association for Water and Environment ABSTRACT From the monitoring results in the Southeast coastal from 2010 - 2018 show that, in the seawater environment of the Southeast, the growth of algae mainly depends on N-NH4+ parameters. Based on the results of the eutrophication classification according to the N-NH4+ concentration for environmental incident scenarios in the Southeast region, industrial activities are forecasted to be the highest source of algae blooming risk (levels IV to V), seafood processing and aquaculture capable of causing eutrophication at levels II to III, meanwhile, the wastewater treatment stations in the Can Gio urban area is at risk of level II. Key words: Waste discharge, eutrophication, N-NH4+ concentration. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Schindler, David and Vallentyne, John R. (2004) Over fertilization of the World's Freshwaters and Estuaries, University of Alberta Press, p. 1, ISBN 0-88864-484-1 2. N. Haigh, "Harmful Plankton Handbook," Nanaimo, BC, Canada. 52, 2010 3. Nguyễn Văn Phước. Nghiên cứu các giải pháp tổng hợp bảo vệ môi trường nước biển ven bờ khu vực Đông Nam bộ phù hợp phát triển kinh tế - xã hội, ứng phó các sự cố môi trường và BĐKH. Đề tài NCKH cấp ĐHQG loại B, 2020. 4. Phạm Thanh Lưu, Lê Thị Trang, Trương Văn Thân, Bùi Mạnh Hà, Phạm Nguyễn Kim Tuyến, "Phân hạng mức độ nở hoa của vi khuẩn lam ở hồ Trị An dựa vào mật độ tế bào và hàm lượng Chlorophyll-a," Hội nghị khoa học toàn quốc về sinh thái và tài nguyên sinh vật lần thứ 7, Tiểu ban sinh thái học và môi trường, pp. 1693 - 1698, 2015. 5. Nguyễn Văn Phước, Phạm Thị Thanh Hòa. Xu thế tác động của chất lượng môi trường nước tới hệ sinh thái vùng bờ biển Vũng Tàu. Tạp chí Môi trường, số Chuyên đề III, 11/2019. 6. Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Thị Thu Hiền, Vũ Văn Nghị. Dự báo ảnh hưởng đến môi trường do hoạt động nuôi trồng thủy sản tập trung ở Cần Giờ. Tạp chí Môi trường, số Chuyên đề I, 04/2020. 7. Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Thị Thu Hiền, Lê Tân Cương, Vũ Văn Nghị. Dự báo sự cố môi trường do nước thải công nghiệp dọc sông Thị Vải và đề xuất giải pháp ứng phó. Tạp chí Môi trường, số Chuyên đề I, 04/2020. 8. Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Thị Thu Hiền, Vũ Văn Nghị. Nghiên cứu đánh giá sự cố tại các trạm xử lý nước thải khu đô thị du lịch biển Cần Giờ. Tạp chí Môi trường, số Chuyên đề II, 06/2020. 9. Nguyễn Văn Phước, Nguyễn Thị Thu Hiền, Lê Tân Cương, Vũ Văn Nghị. Dự báo mức độ ảnh hưởng do hoạt động chế biến thủy sản tập trung trên địa bàn Tỉnh BR-VT. Tạp chí Môi trường, số Chuyên đề II, 06/2020.