Bài Giảng Phân Tích Môi Trường | Tiến Sĩ Phan Thị Thu Hằng

MỤC LỤC

Chuyên đề 1: NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG.. 4

1.1. Những yêu cầu cần thiết trong phân tích môi trường. 4

1.1.1. Tính đại diện của mẫu. 4

1.1.2. Lưu giữ mẫu. 4

1.1.3. Con đường tới hạn và nhóm tới hạn. 4

1.1.4. Các phương pháp phân tích môi trường. 5

1.1.4.1. Các phương pháp cổ điển: phương pháp thể tích, phương pháp trọng lượng. 5

1.1.4.2. Các phương pháp dụng cụ. 5

1.1.5. Lựa chọn phòng thí nghiệm hay phân tích tại hiên trường. 5

1.1.6. Bảo hành chất lượng phân tích. 6

1.1.7. Lựa chọn phương pháp phân tích thích hợp. 7

1.1.8. Các tiêu chuẩn phòng thí nghiệm.. 8

1.2. Xây dựng chương trình quan trắc. 8

1.2.1. Khái niệm chung về chương trình quan trắc. 8

1.2.2. Các bước xây dựng chương trình quan trắc. 9

1.3. Lấy mẫu trong phân tích môi trường. 19

1.3.1. Mục đích và yêu cầu lấy mẫu phân tích. 19

1.3.2. Các điều kiện cần của công việc lấy mẫu. 19

1.3.3. Trang bị và dụng cụ lấy mẫu. 20

1.3.3.1. Yêu cầu chung về dụng cụ lấy mẫu. 20

1.3.3.2. Các dụng cụ lấy và chứa đựng mẫu. 20

1.3.4. Xử lý sơ bộ khi lấy mẫu trong phân tích môi trường. 21

1.3.4.1. Tại sao phải xử lý sơ bộ. 21

1.4.3.2. Các loại mẫu cần xử lý sơ bộ: những loại mẫu của các chất sau đây cần xử lý sơ bộ 22

1.3.5. Các phương pháp xử lý sơ bộ. 22

1.3.5.1. Phân tích kim loại và anion. 22

1.3.5.2. Phân tích các chất hữu cơ. 22

1.3.5.3. Các đối tượng sinh học. 22

1.3.6. Các cách lấy mẫu phân tích. 23

1.3.6.1. Các kiểu lấy mẫu phân tích.............................................................................24

1.3.6.2. Cách thức và tần suất lấy mẫu. 23

1.3.6.3. Ghi chép lập hồ sơ mẫu khi lấy. 24

1.3.7. Chuyên chở mẫu từ hiện trường về kho và phòng thí nghiệm.. 25

1.3.7.1. Các yêu cầu của chuyên chở. 25

1.3.7.2. Các phương tiện chuyên chở. 25

1.3.8. Quản lý và bảo quản mẫu phân tích. 25

1.3.8.1. Các yêu cầu của quản lý mẫu. 25

1.3.8.2. Các phương pháp bảo quản mẫu. 26

1.3.9. Khái niệm về QA & QC trong lấy mẫu phân tích. 26

1.3.9.1. Khái niệm về QA.. 26

1.3.9.2. Khái niệm về QC.. 27

1.3.9.3. Những vần đề và mối quan hệ QA/QC trong lấy mẫu. 28

Chuyên đề 2: GIÁM SÁT MÔI TRƯỜNG BẰNG SINH VẬT CHỈ THỊ 31

2.1. Những khái niệm cơ bản. 31

2.1.1. Chỉ thị môi trường ( Environmental Indicator). 31

2.1.2.Chỉ thị sinh học (Bio-indicator). 31

2.1.3. Sinh vật chỉ thị 31

2.1.4. Chỉ số sinh học. 32

2.1.5. Phân loại sinh vật chỉ thị môi trường. 32

2.1.6. Các phản ứng của sinh vật chỉ thị môi trường. 32

2.2. Quan trắc sinh học. 32

2.2.1. Khái niệm.. 32

2.2.2. Vai trò, ý nghĩa của quan trắc sinh học trong đánh giá ô nhiễm môi trường: 32

2.2.3. Những phương pháp chính được sử dụng trong quan trắc sinh học. 33

2.2.4. Lựa chọn sinh vật chỉ thị để quan trắc sinh học. 33

2.2.5. Định hướng dùng sinh vật chỉ thị đối với hoạt động quan trắc. 34

2.3. Quan trắc sinh học môi trường đất 34

2.3.1. Đánh giá khái quát về môi trường đất Việt Nam.. 34

2.3.2. Kỹ thuật quan trắc môi trường đất 34

2.3.3. Một số sinh vật chỉ thị sinh học môi trường đất 35

2.4. Quan trắc sinh học môi trường nước. 35

2.4.1. Ưu thế dùng các nhóm sinh vật làm chỉ thị chất lượng nước: 35

2.4.2. Một số hướng ứng dụng phổ biến hiện nay: 36

2.4.3. Một số loài chỉ thị sinh học môi trường nước. 36

2.4.3.1. Theo loài chỉ thị: 36

2.4.3.2. Theo tính chỉ thị: 36

2.4.3.3. Theo cấp độ chỉ thị: 36

2.4.3.4. Chương trình quan trắc sinh học môi trường nước. 37

2.4.3.5. Một số ứng dụng khác. 37

Chuyên đề 3: PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ KẾT QUẢ QUAN TRẮC VÀ VIẾT BÁO CÁO ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG MÔI TRƯỜNG.. 39

3.1. Các phương pháp thống kê trong quan trắc môi trường. 39

3.1.1. Vai trò của thống kê trong quan trắc môi trường. 39

3.1.2. Các phương pháp thống kê thông dụng trong quan trắc môi trường. 40

3.1.2.1. Các giá trị thống kê cơ bản trong quan trắc môi trường. 40

3.1.2.2. Phân bố số liệu thống kê. 42

3.1.2.3. Tương quan và hồi quy. 44

3.1.2.4. Kiểm định giả thuyết thống kê. 47

3.2. Kiểm soát chất lượng mẫu. 48

3.2.1. Kiểm soát chất lượng mẫu sử dụng kỹ nằng phân tích hóa học. 49

3.2.2. Kiểm soát chất lượng mẫu sử dụng thuật toán thống kê. 54

3.2.2.1. Kiểm soát chất lượng nền. 54

3.2.2.2. Đồ thị kiểm tra chất lượng. 56

3.2.2.3. Phương pháp loại trừ số liệu bất thường. 58

3.3. Phương pháp biểu diễn kết quả đo. 58

3.4. Xây dựng báo cáo hiện trạng môi trường. 59

3.4.1. Khái niệm về báo cáo đánh giá chất lượng môi trường. 59

3.4.2. Khung áp lực – hiện trạng – đáp ứng. 61

3.4.3. Các bước lập báo cáo đánh giá chất lượng môi trường. 62

Bước 1. Xây dựng cơ sở dữ liệu về môi trường. 62

Bước 2. Xác định vấn đề môi trường, xây dựng chỉ thị môi trường. 63

Bước 3. Liên kết các nhóm chỉ thị xác định và đánh giá vấn đề môi trường. 63

3.4.4. Khung báo cáo đánh giá chất lượng môi trường. 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 66

Chuyên đề 1 NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG PHÂN TÍCH MÔI TRƯỜNG

1.1. Những yêu cầu cần thiết trong phân tích môi trường

1.1.1. Tính đại diện của mẫu

Đây là một trong những yếu tố hết sức quan trọng trong phân tích môi trường, nó quyết định đến tính chính xác của kết quả phân tích, do vậy cần phải xem xét tính đại diện của mẫu, đôi khi việc thu thập mẫu không thỏa mãn được tính biến động của môi trường và sự nhiễm bẩn có thể đối với mẫu phân tích.

Ví dụ, hai sinh vật sống trong môi trường bị ô nhiễm và chịu một liều như nhau chất ô nhiễm nhưng có thể cho nồng độ khác nhau trong cơ thể sinh vật. Nồng độ dòng thải cũng bị thay đổi nếu như nhà máy không hoạt động vào ban đêm hoặc những ngày cuối tuần hoặc trong quá trình sản xuất, chất thải thải ra không liên tục.

Nồng độ chất ô nhiễm cũng có thể khác nhau thậm chí ở trong các mẫu được lấy ngay tại vị trí gần đó. Với các mẫu nước và mẫu không khí, nồng độ chất ô nhiễm cũng có thể thay đổi từng giờ, từng ngày hoặc từng mùa.

Các chất ô nhiễm có thể tìm thấy vài km phía dưới dòng chảy vì sự vận chuyển các thành phần ô nhiễm vào và ra sông và các phản ứng sinh học, hóa học trong nước sông. Cần phải hiểu biết chi tiết và có một chiến lược lấy mẫu ở những thời gian khác nhau và từ những vị trí khác nhau để tính đến sự thay đổi nồng độ chất ô nhiễm.

1.1.2. Lưu giữ mẫu

Các mẫu phân tích sau khi lấy cần phải được lưu giữ sao cho nồng độ chất cần phân tích không bị thay đổi trong quá trình vận chuyển và bảo quản. Nhiều vấn đề có thể nảy sinh nếu như chất phân tích là chất dễ bay hơi, dễ phân huỷ và tham gia phản ứng với các chất khác trong mẫu hoặc có thể lắng đọng vào thành bình đựng mẫu. Mẫu phân tích cũng có thể bị nhiễm bẩn do các nguyên tố từ thành bình hòa tan vào (các kim loại từ bình chứa bằng thủy tinh và các hợp chất hữu cơ từ bình bằng plastic). Quy trình cất giữ mẫu cũng sẽ khác nhau đối với mỗi một loại mẫu và hợp chất cần phân tích.

1.1.3. Con đường tới hạn và nhóm tới hạn

Đây là vấn đề cần phải làm sáng tỏ để tìm ra một giải pháp tốt nhất trong phân tích môi trường. Trước khi thực hiện phân tích môi trường cần phải phán đoán những con đường chất ô nhiễm có thể di chuyển trong hệ thống môi trường, phán đoán sinh vật ở dạng nào bị ảnh hưởng nhiều nhất. Đây là những bước ban đầu cần thiết cho bất kỳ một chương trình quan trắc để bảo quản mẫu. Khi chương trình quan trắc môi trường đã được xác lập, sử dụng đường tới hạn hoặc nhóm tới hạn có thể làm giảm nhẹ nhiệm vụ phân tích. Đường tới hạn là con đường theo đó nồng độ lớn nhất chất ô nhiễm có thể tìm thấy và nhóm tới hạn là nhóm sinh vật (hoặc con người) bị nguy hại nhiều nhất ở điểm cuối đường tới hạn. Nếu như nồng độ của hợp chất trong mẫu được lấy từ nhóm tới hạn bên trong vùng cho phép thì nồng độ đó sẽ không cao hơn nồng độ của hợp chất trong các nhóm khác.

1.1.4. Các phương pháp phân tích môi trường

Chúng ta đã biết các ion và hợp chất chất ô nhiễm làm thế nào có thể tập trung trong cơ thể sinh vật thậm chí nồng độ nền chỉ trong khoảng μg/l. Một số các kim loại và hợp chất hữu cơ có độc tính rất cao chống lại sự phân huỷ sinh học và dễ dàng được tích lũy sinh học từ nồng độ rất thấp ví dụ hợp chất dioxin và nhóm các hợp chất PCB. Chúng thường được quan trắc thường xuyên ở mức nồng độ μg/l. Một số phương pháp phân tích xác định kim loại và hợp chất hữu cơ thường được sử dụng trong phân tích môi trường:

1.1.4.1. Các phương pháp cổ điển: phương pháp thể tích, phương pháp trọng lượng

Phân tích thể tích (chuẩn độ) là một trong những phương pháp phân tích cổ điển với tốc nhanh, chính xác và sử dụng các thiết bị đơn giản, không đắt tiền. Phương pháp này có thể xác định trực tiếp đặc tính chung nhất của mẫu ví dụ như độ cứng của nước. Tuy nhiên giới hạn phân tích của phương pháp thể tích lại bị hạn chế.

Kỹ thuật phân tích trọng lượng có thể rất chính xác nhưng rất dễ bị ảnh hưởng bởi các chất khác. Người phân tích cần phải có tay nghề cao. Phân tích trọng lượng tiêu tốn nhiều thời gian vì sử dụng quá nhiều thao tác như kết tủa, lọc và làm khô. Kỹ thuật phân tích trọng lượng được sử dụng để kiểm tra kỹ thuật phân tích thể tích.

1.1.4.2. Các phương pháp dụng cụ

Các phương pháp phân tích dụng cụ thích hợp cho phân tích các chất có nồng độ thấp. Vùng làm việc tuyến tính (nghĩa là vùng trong đó số ghi của thiết bị tỷ lệ thuận với nồng độ) của các thiết bị ở mức mg/l, thường tương ứng rất gần với nồng độ của môi trường. Phân tích dụng cụ được sử dụng trong phân tích môi trường gồm các phương pháp:

- Các phương pháp đo sắc ký

- Các phương pháp đo phổ

- Các phương pháp điện hóa

Trong đa số trường hợp khi phân tích các mẫu môi trường, các phương pháp phân tích nêu trên có thể đảm bảo được độ nhạy phân tích và ít mất thời gian chuẩn bị mẫu. Quá trình làm giàu hoặc phân tách chất gây ảnh hưởng chất phân tích trong mẫu cũng có thể được thực hiện để làm giảm độ nhạy phân tích.

1.1.5. Lựa chọn phòng thí nghiệm hay phân tích tại hiên trường

Phần lớn phép phân tích các chỉ tiêu trong mẫu nước hoặc trong mẫu rắn (đất, đá, sinh học) được tiến hành trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên có những tình huống phải tiến hành phân tích ngoài hiện trường, ví dụ phân tích không khí thường tiến hành ngay tại điểm thu mẫu.

Có những sự khác biệt về quá trình tiến hành phân tích cũng như thời gian, chất lượng phân tích trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường. Trong phòng thí nghiệm, phép phân tích được tiến hành ở điều kiện tối ưu và điều này sẽ cho những kết quả chính xác hơn. Vì phép phân tích tiến hành ở một nơi, trên cùng một thiết bị phân tích cho nên các kết quả thu được đạt độ tin cậy cao hơn. Một trong những hạn chế của phân tích tại phòng thí nghiệm là quá trình thu mẫu và vận chuyển mẫu từ địa điểm xa phòng thí nghiệm nên việc cho những kết quả không kịp thời, kết quả nhiều khi bị sai số vì những biến đổi hoặc nhiễm bẩn trong thời gian vận chuyển và lưu giữ. Điều hết sức đặc biệt là giá thành phân tích trong phòng thí nghiệm rất cao.

Phân tích hiện trường sẽ cho kết quả ngay lập tức mặc dù điều kiện phân tích không được tối ưu. Độ chính xác và tin cậy của phép phân tích sẽ thấp hơn các kết quả trong phòng thí nghiệm nhưng ảnh hưởng gây ra sai số của quá trình vận chuyển và cất giữ mẫu bị loại trừ.

Phần tích ngoài hiện trường có thể sử dụng các thiết bị sau đây:

Thiết bị kiểm tra xách tay đối với các ion hoặc hợp chất đặc biệt, những thiết bị này thường sử dụng để phân tích nhanh các chỉ tiêu trong nước.

Các thiết bị quan trắc phức tạp có thể di động (Phòng thí nghiệm di động) để phân tích và đánh giá chất lượng không khí, chất lượng nước hoặc các chất phóng xạ.

ªThiết bị kiểm tra tự động hoạt động liên tục để phân tích khí thải từ các nguồn ống thải và có thể có hệ thống báo động khi nồng độ chất ô nhiễm vượt quá mức cho phép.

1.1.6. Bảo hành chất lượng phân tích

Chúng ta biết rằng chất ô nhiễm có thể tồn tại trong môi trường với nồng độ ≤ μg/l và có thể thay đổi nhanh chóng ở mức nồng độ này. Mẫu phân tích có thể là mẫu nước, mẫu không khí, chất rắn hoặc sinh vật sống. Do vậy, một điều hết sức quan trọng là phương pháp phân tích và kết quả phân tích phải được tin cậy, nghĩa là:

- Phương pháp sử dụng phải được công nhận trước khi nghiên cứu phân tích, nghĩa là các thí nghiệm phân tích đã được thực hiện một cách hoàn hảo và cho những kết quả chính xác đối với loại mẫu cần phân tích.

- Có một số chỉ dẫn sai số cố hữu (tức là sai số hệ thống hay khách quan) của phương pháp.

Nếu chúng ta quan tâm đến sự chính xác của kết quả phân tích thu được thì rõ ràng rằng sự quan tâm đó phải liên tục suốt cả quá trình từ lúc thu mẫu cho đến khi công bố kết quả phân tích. Sự chính xác của các kết quả phụ thuộc vào những yếu tố sau đây:

- Quy trình lấy mẫu phải thu được mẫu có tính đại diện.

- Mẫu không bị nhiễm bẩn hoặc bị thay đổi thành phần trong quá trình cất giữ.

- Không có sự nhiễm bẩn mẫu bên trong phòng thí nghiệm hoặc trong thời gian phân tích.

- Hạn chế tới mức thấp nhất mất mát trong quá trình chuẩn bị mẫu (phân huỷ, tách hóa học, làm giàu…). Không có sự ngăn cản trong bước phân tích sau cùng từ các thành phần khác trong mẫu.

- Các kết quả được tính toán một cách chính xác và được lưu trữ cho sự tham khảo trong tương lai.

Đảm bảo chất lượng (quality Assurance – QA) và kiểm tra chất lượng (Quality Control – QC) là hai khái niệm luôn gắn liền với nhau và luôn được thực hiện ở tất cả các phòng thí nghiệm phân tích môi trường trên thế giới. Mặc dù có những định nghĩa khác nhau về QA và QC giữa các tổ chức và các nước, nhưng đều phải tuân theo những chấp nhận chung sau đây về QA, QC:

- QA là toàn bộ phương luận cần thiết để tối thiểu các sai số tiềm tàng.

- QC là các phép đo được sử dụng để đảm bảo tính giá trị của các kết quả riêng biệt.

Các quy trình lấy mẫu và cất giữ mẫu phải đảm bảo rằng đó là mẫu có tính đại diện, không thay đổi về thành phần khi chuyển tới phòng thí nghiệm.

Lặp lại vài lần việc lấy mẫu và phân tích.

Ghi rõ đặc điểm chi tiết trong sơ đồ phân tích đối với độ sạch của tác nhân và tình trạng sạch của thiết bị.

Kiểm tra nhiều lần về hoạt động của thiết bị.

Độ vết trong dung dịch chuẩn bất kỳ được sử dụng. Điều này có nghĩa rằng nồng độ đưa ra trong dung dịch chuẩn nhất thiết phải được kiểm tra lại các chuẩn gốc của Quốc tế.

Trong mỗi một mẻ phân tích cần đưa vào một vài lần chất phân tích đã biết trước nồng độ (phương pháp thêm) để xác nhận độ tin cậy của phương pháp và cần phân tích mẫu trắng trong mẻ phân tích này. Mẫu trắng là mẫu được tạo ra có thành phần gần như mẫu phân tích ngoại trừ chất cần phân tích.

1.1.7. Lựa chọn phương pháp phân tích thích hợp

Đối với công việc quan trắc môi trường thường xuyên, cần phải lựa chọn các phương pháp chuẩn có sẵn trong nước hoặc các tổ chức Quốc tế. Các phương pháp này không chỉ đưa ra quy trình phân tích một cách chi tiết mà phạm vi áp dụng (khoảng nồng độ và loại mẫu), giới hạn xác định và những sai số thường gặp phải Một số các tổ chức thường đưa ra các phương pháp phân tích chuẩn sau đây:

- Hiệp hội kiểm tra và các vật liệu của Mỹ

- Viện tiêu chuẩn của Anh

- Cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ

- Cơ quan tiêu chuẩn Quốc tế

Đối với công việc kiểm tra ít thường xuyên hơn, các phương pháp phân tích có hể tìm thấy trong các công trình khoa học tương tự như công việc đang tiến hành. Các kỹ thuật phân tích đôi khi cũng phải được cải tiến. Ví dụ, một kỹ thuật được hát minh mà kỹ thuật đó đã được áp dụng và công nhận cho phân tích nước biển ó thể áp dụng để kiểm soát nước ngọt. Tất nhiên sẽ phải xác nhận lại độ tin cây à độ chính xác của phương pháp cho loại mẫu mới trước khi áp dụng.

1.1.8. Các tiêu chuẩn phòng thí nghiệm

Công việc phân tích vẫn hoàn toàn chưa kết thúc khi chưa thực hiện được toàn ộ các vấn đề đã đề cập tới ở trên. Một số các yếu tố khác nữa cũng cần phải quan âm:

- Sự sạch sẽ của phòng thí nghiệm

- Nhiễm bẩn các thiết bị phòng thí nghiệm và không khí từ các công việc phân tích trước đó.

- Huấn luyện đội ngũ nhân viên

- Thường xuyên bảo quản và chuẩn hóa thiết bị.

1.2. Xây dựng chương trình quan trắc

1.2.1. Khái niệm chung về 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.

Cấu trúc của một chương trình quan trắc gồm có:

Mục tiêu quan trắc Thông số quan trắc Phương án quan trắc Phương pháp lấy mẫu Số lượng mẫu lấy và Vị trí lấy mẫu Tần suất lấy mẫu Phương pháp và cách thức lấy mẫu Phương pháp phân tích Phương pháp đo đạc ngoài hiện trường Phương pháp phân tích phòng thí nghiệm Phương pháp đánh giá Phương pháp kiểm soát chất lượng mẫu đo Phương pháp hiệu chuẩn số liệu Phương pháp trình bày và công bố kết quả quan trắc

Chương trình quan trắc được thực hiện để đáp ứng nhu cầu thông tin của các hoạt động bảo vệ môi trường trong đó có kiểm soát ô nhiễm, quản lý môi trường... Để đáp ứng yêu cầu của quan trắc môi trường, một chương trình quan trắc phải bao gồm các hoạt động thu thập thông tin về môi trường trong đó việc tiến hành đo đạc giá trị, mức độ, nghiên cứu xu hướng của các yếu tố môi trường là các bước không thể thiếu.

1.2.2. Các bước xây dựng chương trình quan trắc

Theo luật bảo vệ môi trường 2005 và quy chế thực hiện xây dựng chương trình quan trắc của Bộ Tài nguyên và Môi trường, một chương trình quan trắc phải được xây dựng theo trình tự sau:

1. Xác định rõ mục tiêu quan trắc
2. Xác định rõ kiểu, loại quan trắc
3. Xác định các thành phần môi trường cần quan trắc
4. Xác định các thông số môi trường cần quan trắc
5. Lập danh mục các thông số quan trắc theo thành phần môi trường: các thông số đo tại hiện trường, các thông số phân tích trong phòng thí nghiệm
6. Lựa chọn phương án quan trắc, xác định các nguồn tác động, dạng chất gây ô nhiễm chủ yếu đối với khu vực quan trắc; xác định vấn đề, đối tượng rủi ro tiềm năng trong khu vực quan trắc; xác định ranh giới khu vực quan trắc và dự báo các tác động hoặc những biến đổi có thể xảy ra trong khu vực quan trắc
7. Thiết kế phương án lấy mẫu: xác định tuyến, điểm lấy mẫu và đánh dấu trên bản đồ hoặc sơ đồ;mô tả vị trí, địa lý, toạ độ điểm quan trắc (kinh độ, vĩ độ) và ký hiệu các điểm quan trắc
8. Xác định tần suất, thời gian, phương pháp lấy mẫu, phương pháp quan trắc và phân tích
9. Xác định quy trình lấy mẫu, thể tích mẫu cần lấy, loại dụng cụ chứa mẫu, loại hoá chất bảo quản, thời gian lưu mẫu, loại mẫu và số lượng mẫu kiểm soát chất lượng mẫu (mẫu QC)
10. Lập danh mục và kế hoạch bảo trì, bảo dưỡng, hiệu chuẩn các thiết bị hiện trường và thiết bị phòng thí nghiệm, bao gồm cả phương tiện bảo đảm an toàn lao động
11. Lập kế hoạch nhân lực thực hiện quan trắc, trong đó nhiệm vụ cụ thể của từng cán bộ phải được phân công rõ ràng
12. Lập dự toán kinh phí thực hiện chương trình quan trắc, bao gồm cả kinh phí thực hiện bảo đảm chất lượng và kiểm soát chất lượng trong quan trắc và phân tích môi trường
13. Xác định các tổ chức, cá nhân tham gia thực hiện chương trình.

Trong đó, có thể tóm lược việc xây dựng chương trình quan trắc gồm có 7 bước quan trọng sau đây:

Bước 1. Xác định mục tiêu quan trắc

Mục tiêu của quan trắc trước hết là đáp ứng nhu cầu thông tin, trong QTMT để có các thông tin đầy đủ về trạng thái hóa học của một chất, phân tích hóa học nên được thực hiện.

Mục tiêu của quan trắc là xác định vấn đề môi trường, xác định mục tiêu quan trắc nên bắt đầu từ:

• Xác định áp lực môi trường
• Xác định hiện trạng môi trường
• Xác định nhu cầu quan trắc

a. Xác định áp lực môi trường

Mọi hoạt động diễn ra trong môi trường bao gồm hoạt động tự nhiên và hoạt động của con người đều gây ra những ảnh hưởng nhất định tới môi trường. Môi trường tự nhiên duy trì trong các mối quan hệ qua lại phức tạp và mọi hoạt động tự nhiên diễn ra trong đó đều ở một trạng thái cân bằng nhất định sẽ không gây ảnh hưởng nghiêm trọng tới chất lượng môi trường. Trong khi đó, các hoạt động của con người dẫn tới hàng loạt các vấn đề môi trường.

Trong một khu vực nhất định, căn cứ vào dạng hoạt động và động lực của hoạt động phát triển mà được đặc trưng bởi những áp lực môi trường khác nhau. Ví dụ hoạt động nông nghiệp đưa tới các áp lực từ phân bón, hóa chất bảo vệ thực vật, suy giảm chất lượng đất và nước... Trong khi đó, khu vực sản xuất công nghiệp có các áp lực như phát sinh khí thải, nước thải và một số loại chất thải rắn nguy hại.

Áp lực môi trường ứng với một phạm vi nhất định từ đó cho phép người xây dựng chương trình quan trắc thực hiện quan trắc ở đâu và quan trắc cái gì.

Ví dụ: Mưa axít: Nguyên nhân cơ bản do các khí SO2 và SO3 phát thải từ việc đốt cháy nhiên liệu than đá tại một khu vực cụ thể. Nhu cầu năng lượng ngày càng tăng (giao thông, khí đốt điện năng) dẫn tới sự phát tán SO2 và SO3 sang nhiều khu vực khác. Sự bổ sung thêm các thành phần hoá học khác như NO và NO2 dẫn tới hiện tượng mưa axít.

b. Xác định hiện trạng môi trường

Như chúng ta đã biết, trong môi trường tồn tại hàng nghìn nguyên tố thông qua các quá trình chuyển hoá nồng độ của chúng tồn tại ở mức độ nhất định tuỳ thuộc vào tính chất vốn có của môi trường, tuy nhiên cũng có chất không tồn tại trong môi trường mà chỉ sinh ra từ các hoạt động của con người hoặc tồn tại trong môi trường ở dạng vết. Quan trắc nhằm phát hiện sự thay đổi bất thường nồng độ các chất hoặc các chất không có trong môi trường. Rất nhiều thành phần hoá học đã được nghiên cứu từ trước tới nay, tuy nhiên rất khó khăn trong việc nhận định thế nào là môi trường không bị ô nhiễm.

Xác định hiện trạng môi trường cần trả lời được các câu hỏi về bản chất môi trường hiện tại và xu hướng biến đổi về chất lượng môi trường có thể xay ra trong tương lai nhằm xác định khả năng chịu đựng của môi trường trước những áp lực môi trường cụ thể. Xác định áp lực và hiện trạng môi trường cho phép đánh giá về nguồn gốc và đối tượng chịu tác động của các tác động gây biến đổi chất lượng môi trường trong những vấn đề môi trường cần quan tâm.

Ví dụ: Dioxin đã được pháp hiện và chứng minh có độc tính cao, Dioxin có nguồn gốc hoàn toàn từ các hoạt động của con người, trong tự nhiên nó chỉ tồn tại ở dạng vết.

c. Xác định nhu cầu quan trắc

Đối với hầu hết các chương trình quan trắc, việc xác định áp lực môi trường và hiện trạng môi trường chưa đủ thông tin để xây dựng một chương trình quan trắc nhằm thu thập thông tin cho việc sử dụng tài nguyên thiên nhiên trong tương lai. Do đó cần phải có các thông tin thứ cấp về quy hoạch, kế hoạch quản lý sử dụng tài nguyên trong tương lai để căn cứ vào đó xác lập nhu cầu quan trắc cho một đối tượng môi trường cụ thể.

Các phương pháp lấy mẫu, bảo quản, và phân tích phải tuân thủ theo các quy định và tiêu chuẩn hiện có đối với từng đối tượng. Do đó, nhu cầu quan trắc phải được xây dựng dựa trên điều kiện cơ sở vật chất, công nghệ kỹ thuật hiện có của từng địa phương trong lĩnh vực quan trắc môi trường.

Tuân thủ các quy định, tiêu chuẩn ban hành đối với từng đối tượng cụ thể, các kết quả quan trắc phải được đánh giá theo đúng tiêu chuẩn ban hành đối với từng đối tượng:

• Đối với quan trắc các vấn đề có tính chất khu vực, chương trình quan trắc và kiểm soát phải được thực hiện theo đúng yêu cầu, quy định của khu vực.
• Đối với các vấn đề toàn cầu, quy định thực hiện và kiểm soát phải theo các quy định có tính chất quốc tế.

Bảng 1.1. Mục tiêu, thiết kế và ứng dụng của một chương trình quan trắc môi trường

Mục tiêu	Thiết kế nội dung quan trắc	Ứng dụng
Trạng thái xu hướng	Nghiên cứu theo không gian và thời gian với hệ thống các thông số nhất định để thống kê mức độ các yếu tố môi trường và xu hướng diễn biến chất lượng môi trường	Báo cáo khái quát trạng thái môi trường; dự báo trạng thái môi trường tại một thời điểm nhất định trong tương lai hoặc một giả định trong tương lai
Biến động	Thiết kế mô hình BACI (before, after, control, impact) với số lượng mẫu lấy lớn được lấy trước và sau nguồn tác động để xác định các yếu tố ảnh hưởng Kết luận về sự biến đổi theo thời gian Kết luận về sự biến đổi theo không gian	Xác định biến đổi môi trường do những hoạt động có vấn đề là nguyên nhân gây ra xáo trộn (Nếu không thể lấy được mẫu trước khi có xáo trộn, có thể lấy mẫu thể lấy mẫu thay thế ở thượng nguồn hoặc ở một hệ thống tương tự)
Dự báo	Định lượng mối quan hệ giữa các thông số để phát triển mô hình dự báo mối quan hệ giữa các thông số này	Phát triển mô hình dự báo cho một hoặc nhiều thông số từ giá trị các thông số khác. Sử dụng để so sánh hiện trạng môi trường đã kiểm tra các biến đổi.

Mục tiêu quan trắc phải phản ánh chính sách hiện hành về quản lý môi trường và phải bao gồm những cân nhắc, xem xét có tính lâu dài. Cơ sở xác định mục tiêu là các luật, chính sách, các văn bản thỏa thuận quốc tế hiện hành hoặc nhằm mục tiêu xét duyệt, xây dựng các luật, chính sách mói do đó cũng phục thuộc vào quan điểm quản lý hiện hành.

Tóm lại, mục tiêu quan trắc là tổng hợp của:

• Tình trạng môi trường hiện tại và xu thế diễn biến
• Áp lực của hoạt động phát triển hiện tại và trong tương lai
• Nhu cầu đánh giá

Tuy nhiên, căn cứ vào nhiệm vụ, vai trò của quan trắc, quan trắc môi tường được thực hiện với bất kỳ mục tiêu nào cũng cần cung cấp các thông tin sau: Thành phần, nguồn gốc, nồng độ/hàm lượng/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 điễn biến về nồng độ và ảnh hưởng của các nhân tố này.

Bước 2. Xác định thông số quan trắc

Trong môi trường tồn tại hàng nghìn thông số khác nhau, mỗi thông số có vai trò nhất định trong việc đánh giá chất lượng môi trường. Công việc khó khăn đối với các nhà nghiên cứu là phải xác định được những chỉ tiêu phân tích nào là cần thiết? Ví dụ: Việc xác định thành phần các nguyên tố là đủ hay còn cần phải phân tích các phần tử hay nhóm chức của các chất?

a. Căn cứ xác định các thông số quan trắc

Thông số môi trường rất đa dạng bao gồm các thông số chuyên biệt đặc trưng cho ngành khoa học môi trường và các thông số khoa học – kỹ thuật chung của các ngành khoa học khác: vật lý, hóa học, sinh học, kỹ thuật...

Bảng 1.2. Một số thông số và ứng dụng của chúng trong quan trắc môi trường

Thông số	Ứng dụng
Độ dẫn điện	Quá trình mặn hóa
pH	Độ chua (mức axit)
Chlorophyll	Sự phát triển của tảo
Coliform (bao gồm E. coly)	Vi khuẩn, virus và protozoa (động vật nguyên sinh)
BOD (nhu cầu oxy sinh hóa)	Cacbon hữu cơ dễ phân hủy sinh học
Kim loại vết/Thuốc bảo vệ thực vật	Độc tính tiềm tàng và khả năng gây độc với sinh vật
Động vật không xương sống cỡ lớn	Đặc tính hệ sinh thái
Cá	Đặc tính hệ sinh thái

Các thông số môi trường phải phản ánh được phản ánh được tính chất môi trường cụ thể và đáp ứng được mục tiêu quan trắc. Căn cứ vào mục tiêu quan trắc với một hệ thống môi trường nhất định, có thể phân loại thông số:

• Thông số trạng thái: là các yếu tố môi trường phản ánh tính chất vốn có của môi trường. Nói cách khác, thông số trạng thái phản ánh tính chất vốn có của môi trường trước khi chịu tác động.
• Thông số ngoại sinh: là các yếu tố môi trường không có trong hệ thống nhưng tác động đến tính chất của một số yếu tố môi trường khác trong hệ
• Thông số điều khiển: là các yếu tố bên ngoài đưa vào hệ thống để điều khiển các yếu tố trong hệ thống đó.
• Trong những nghiên cứu cụ thể người ta có thể gộp chung thông số điều khiển và thông số ngoại sinh là thông số kiểm soát (control parameters)

Thông số quan trắc phải đáp ứng được mục tiêu quan trắc, vì thế một thông số trạng thái của hệ thống này có thể là thông số kiểm soát của hệ thống khác. Ví dụ, quan trắc quá trình phú dưỡng của một hồ nước ngọt, thông số trạng thái là mật độ, thành phần tảo và thực vật bậc cao; thông số kiểm soát là dinh dưỡng, hữu cơ từ nước thải đưa vào hồ. Trong khi đó, khi xem xét vấn đề già hóa của hồ chứa, mật độ tảo, tàn dư thực vật và trầm tích lơ lửng đưa xuống từ thượng nguồn là thông số kiểm soát do chúng liên quan trực tiếp đến bồi lắng, làm giảm độ sâu và tuổi thọ của hồ.

b. Yêu cầu đối với thông số

Thông số được lựa chọn trong quan trắc phải đáp ứng các yêu cầu sau:

• Tính tương tác (tính đại diện): thông số phải phản ánh chính xác vấn đề môi trường cần quan trắc. Với ví dụ ở trên, để xác định quá trình nở hoa của tảo, thông số lựa chọn phải phản ánh được sinh khối tảo chứ không phải lượng photpho trong nước
• Giá trị chuẩn đoán: kết quả thông số phải phản ánh được những tính chất môi trường và những biến đổi môi trường trong suốt quá trình quan trắc
• Tính pháp lý: thông số lựa chọn phải có tính pháp lý chắc chắn tức là đó là khả năng giải thích các biến đổi môi trường một cách có căn cứ khoa học và được công nhận rộng rãi. Như vậy, việc lựa chọn các thông số có thể dựa trên hệ thống quản lý môi trường hiện hành.
• Tính thích ứng: Điều kiện vật chất, kỹ thuật, khả năng tài chính phải cho phép thực hiện phân tích các thông số đã lựa chọn.

Do những yêu cầu trên đối với thông số môi trường, nên các chương trình quan trắc thường lựa chọn các thông số trong hệ thống quản lý hiện có để phù hợp với phương pháp đánh giá sử dụng trong quan trắc môi trường.

Bước 3. Xác định phương án quan trắc

Sau khi xác định được mục tiêu quan trắc phải xác định được nhu cầu quan trắc cụ thể: xác định chiến lược quan trắc. Chiến lược quan trắc hay phương án quan trắc cần phải xác định rõ loại quan trắc cần được thực hiện: mạng lưới quan trắc, loại hình quan trắc, đối tượng quan trắc, nhu cầu thông tin và nội dung báo cáo quan trắc. Phương án quan trắc được đề ra cần được những người hay những cơ quan có thẩm quyền ra quyết định phê duyệt. Đối với QTMT quốc gia, nội dung của một báo cáo phương án quan trắc gồm có:

1. Nhu cầu thông tin (mục tiêu quan trắc)
2. Hệ thống quan trắc và đối tượng quan trắc
3. Hệ thống đánh giá (công cụ thống kê, tiêu chuẩn, quy chuẩn, chỉ số môi trường...)
4. Tổ chức thực hiện (nhân lực, kinh phí, trách nhiệm pháp lý)
5. Kế hoạch thực hiện
6. Phân tích đánh giá rủi ro trong chương trình quan trắc (rủi ro và cách khắc phục)

QTMT là một trong những nhiệm vụ cơ bản của kế hoạch bảo vệ và quản lý tài nguyên môi trường, xây dựng phương án quan trắc là cơ sở hình thành khung chương trình QTMT dựa trên các yếu tố cơ bản: Nguồn tác động (áp lực môi trường); Đối tượng môi trường chịu tác động (hiện trạng môi trường); Phạm vi của tác động (nhu cầu quan trắc); Điều kiện khoa học, kỹ thuật, nhân lực, chi phí, tính pháp lý...

Chú ý: Đây cũng là cơ sở để thực hiện các bước tiếp theo của công tác xây dựng chương trình quan trắc

a. Nguồn tác động

Đặc điểm nguồn thải ảnh hưởng đến khả năng phát tán các chất ô nhiễm và nhiễm bẩn vào môi trường và quyết định phân bố của chất các nhóm chất đó theo thời gian. Do đó trong chương trình quan trắc cần phải xác định rõ phương án quan trắc theo không gian và thời gian căn cứ vào đặc điểm nguồn thải. Căn cứ vào khả năng phát thải của các chất vào môi trường có thể chia các loại nguồn thải ra thành: Nguồn điểm; Nguồn đường; Nguồn mặt; Nguồn không gian. Căn cứ vào nguồn tác động, trong thiết kế phương án quan trắc có thể xem xét xây dựng các loại hình trạm quan trắc tại nguồn hoặc trạm quan trắc lưu động; trạm quan trắc liên tục hoặc gián đoạn.

b. Đặc điểm môi trường chịu tác động

Để giám sát tất cả các thành phần môi trường trong đó có các chất nhiễm bẩn đi vào môi trường trong xây dựng chương trình quan trắc, cần phải xác định đặc điểm phân bố các thành phần đó trong môi trường. Phân bố các chất phụ thuộc vào các quá trình hóa học, vật lý, sinh học, sinh thái xảy ra trong môi trường. Ví dụ: sự suy giảm các chất do chuyển hóa hóa – lý, sinh học; sự vận động tự nhiên của sinh vật, quá trình tích lũy sinh học hoặc khuếch đại sinh học... Đặc điểm phân bố các thành phần môi trường quyết định phương án quan trắc: vị trí các trạm quan trắc, các thông số quan trắc, phương pháp lấy mẫu, tần suất quan trắc...

c. Phạm vi tác động

Mỗi quá trình xảy ra trong môi trường đều được giới hạn trong một không gian và thời gian nhất định. Giới hạn về thời gian và không gian của vấn đề môi trường xảy ra quyết định phạm vi của chương trình quan trắc: vị trí lấy mẫu lưu động hay cố định? quan trắc dài hạn hay quan trắc ngắn hạn? Ví dụ, nếu một tác động hay xáo trộn xảy ra trong môi trường với thời gian ngắn, không gian hẹp (suy giảm chất lượng nước do tràn dầu): cần quan trắc ngắn hạn với mật độ lấy mẫu theo thời gian dày đặc. Ngược lại nếu một tác động xảy ra trong một thời gian dài (suy giảm chất lượng đất do các chất trầm tích từ không khí), cần phải thực hiện chương trình quan trắc dài hạn.

Dựa vào quy mô không gian cũng có thể phân loại các phương án quan trắc thành các kiểu hệ thống sau:

• Quy mô địa phương (LEMS)
• Quy mô quốc gia (NEMS)
• Quy mô vùng hay khu vực (REMS)
• Quy mô toàn cầu (GEMS)

Bảng 1.3. Phạm vi tác động của một số quá trình xảy ra trong lưu vực

Quá trình	Phạm vi không gian	Phạm vi thời gian
Thủy học (chảy tràn bề mặt)
Đô thị	Vùng	Vài phút – vài giờ
Nông thôn	Vùng	Ngày
Vật lý
Lắng các thành phần hạt rắn	Lưu vực	m/h
Khuếch tán phân tử oxy vào nước	Nước mặt	m/ngày
Khuếch tán phân tử oxy vào bùn	Nước tầng đáy	cm/ngày
Chuyển khối
Nguồn điểm	Vài mét – km	Phụ thuộc tốc độ dòng
Nguồn không xác định	Vùng hoặc lưu vực	Phụ thuộc tốc độ dòng
Hóa học
Oxy hóa sắt	Nước và bùn	Vài phút
Oxy hóa mangan	Nước và bùn	Vài ngày
Sinh học
Phát triển của vi sinh vật	Nước và bùn	Vài giờ
Phát triển của tảo	Nước và mặt bùn	Vài ngày
Phát triển của động vật cỡ lớn	Nước và bùn	Vài tháng

d. Điều kiện khoa học, kỹ thuật, nhân lực, chi phí, tính pháp lý

Quan trắc chất lượng môi trường là một trong những nhiệm vụ cơ bản của kế hoạch bảo vệ và quản lý tài nguyên và môi trường. Theo kinh nghiệm của các nước tiên tiến, thiết kế mạng lưới trạm monitoring môi trường phải tính đến ít nhất là 4 yếu tố sau đây:

• Ðiều kiện tự nhiên (địa hình, đất đai, khí hậu, thủy văn);
• Ðiều kiện nguồn thải;
• Ðiều kiện các hệ chịu tác động các chất ô nhiễm (người, động vật, công trình,...);
• Ðiều kiện chi phí (điều kiện này là rất quan trọng).

Trong QTMT người ta thường phối hợp mạng lưới trạm cố định với mạng lưới trạm di động. Các trạm quan trắc phải được chuẩn hoá về các mặt: vị trí, địa hình, phương pháp lấy và phân tích mẫu, trang thiết bị để sao cho các các thông tin thu được phải mang tính đặc trưng, đủ độ tin cậy, có khả năng so sánh. Ngoài ra, một số vấn đề quan trọng khác liên quan đến kinh tế kỹ thuật cần xem xét và cân nhắc khi thiết kế mạng lưới trạm, đó là: khả năng kinh phí đầu tư, các yêu cầu về nhân lực, thiết bị và đánh giá số liệu, sự thành thạo nhân viên. Việc kiểm soát, khống chế và quản lý ô nhiễm đối với các nguồn điểm là tương đối đơn giản. Trong khi đó đối với các nguồn không điểm việc kiểm soát, khống chế và quản lý là hết sức khó khăn do không thể xác định chính xác các nguồn gốc, vị trí, qui mô lan truyền các tác nhân ô nhiễm. Với lý do như vậy, một hệ thống quan trắc chất lượng môi trường với mạng lưới các trạm cố định đo đạc, thu mẫu, phân tích, xử lý số liệu cần được xây dựng cho mỗi quốc gia, khu vực hoặc toàn cầu.

Trong thiết kế mạng lưới quan trắc cũng cần lưu ý đến việc ứng dụng thống kê trong mạng lưới, mục đích của sử dụng thống kê là hạn chế tối thiểu chi phí về nhân lực, kinh phí và cơ sở vật chất. Căn cứ đặc tính của nguồn thải đặc điểm vận chuyển các chất trong môi trường để lựa chọn giữa hai phương án: Nhiều địa điểm với tần suất thấp hay Ít địa điểm với tần suất cao

Bước 4. Xác định phương án lấy mẫu

Để hoạch định chương trình lấy mẫu, người lấy mẫu cần phải tự đặt một số câu hỏi:

1. Cần thiết phải xin ý kiến của chủ sở hữu?
2. Việc lấy mẫu có cần phải sử dụng các thiết bị đặc biệt hay không và điều kiện hiện có?
3. Số mẫu và số lần lặp lại là bao nhiêu?
4. Yêu cầu của mẫu cần phân tích định tính hay định lượng?
5. Hoá chất và dụng cụ yêu cầu là gì?
6. Phương pháp phân tích và thiết bị phân tích cần là gì?
7. Thể tích mẫu yêu cầu đối với kỹ thuật phân tích là bao nhiêu?
8. Có cần phải áp dụng các quy định chuẩn đối với khu vực lấy mẫu không?
9. Loại bình chứa mẫu và yêu cầu bảo quản của các thông số phân tích là gì, có đủ điều kiện để thực hiện không?
10. Bình chứa có yêu cầu cần phải xử lý trước khi lấy mẫu hay không và các xử lý?
11. Thiết bị dùng để bảo quản mẫu là gì?

Từ việc trả lời được các câu hỏi trên dựa trên thông tin thứ cấp, thông tin điều tra khảo sát khu vực lấy mẫu, phương án lấy mẫu QTMT gồm có các nội dung cơ bản:

a. Vị trí lấy mẫu: Vị trí lấy mẫu trước hết phải đảm bảo tính đại diện cho chất lượng môi trường tại khu vực lấy mẫu. Từ đó, người xây dựng chương trình lấy mẫu căn cứ vào thông tin thứ cấp để xác định việc lấy mẫu tại một vị trí hay nhiều vị trí trong khu vực lấy mẫu cũng như mối quan hệ giữa các vị trí này. Bên cạnh đó, vị trí lấy mẫu và chương trình lấy mẫu phải được sự cho phép của chủ sở hữu. Cần chú ý điều kiện tự nhiên luôn luôn biến động dẫn tới thay đổi tính đại diện của vị trí lấy mẫu cần.

b. Số lượng mẫu cần lấy: Được xác định dựa trên mục tiêu quan trắc và đặc điểm môi trường quan trắc cụ thể là phân bố các yếu tố môi trường và mức độ biến động các yếu tố môi trường theo không gian và thời gian. Số lượng mẫu cần lấy bao gồm tổng số mẫu cần lấy và phân phối số lượng mẫu lấy theo không gian và thời gian. Ngoài ra, tổng số mẫu cũng cần xác định dựa trên điều kiện vật chất, kỹ thuật, nhân lực của cơ quan tiến hành lấy mẫu và phân tích.

c. Tuyến lấy mẫu và phương pháp tổ chức mạng lưới lấy mẫu: Căn cứ vào đặc điểm môi trường, phân bố các vị trí lấy mẫu có thể xây dựng các tuyến lấy mẫu và tổ chức thực hiện mạng lưới lấy mẫu theo không gian. Việc xác định tuyến lấy mẫu phải că