Chuyên đề: Đảm bảo an toàn cho hệ thống cung cấp và phân phối nước sinh hoạt (Phần 10)
Sinh vật trong
hệ thống phân phối nước Lối xâm nhập
Kích thước quần thể
Quy mô
Lấy mẫu vật
19
Lưu hành nội bộ
Kính chào Quý độc giả thân mến! Quý vị có biết rằng sinh vật không xương sống hiện diện trong nhiều nguồn nước sạch dùng trong sinh hoạt. Một số lượng nhỏ các con trưởng thành hoặc ấu trùng của chúng có thể lọt qua các giai đoạn xử lý nước nếu các màng lọc không hoàn toàn hiệu quả. Khả năng di chuyển của chúng cũng có thể cho phép chúng lọt qua các lưới lọc tại các công trình xử lý và lỗ thông hơi trên các bể chứa. Nhiều loài sinh vật trong số này có thể sinh tồn (và một số thậm chí có thể sinh sản) trong mạng lưới cung cấp bằng cách lấy thức ăn từ vi sinh vật và chất hữu cơ trong nước hoặc phổ biến hơn là trong cặn lắng trên bề mặt đường ống và bể chứa. Các quần thể sinh vật nhỏ phổ biến một cách đáng ngạc nhiên trong các hệ thống phân phối nước đã qua xử lý. Các báo cáo từ hầu hết các lục địa cho thấy rằng rất ít hệ thống phân phối nước hoàn toàn không có sinh vật. Tuy nhiên, mật độ và thành phần của quần thể sinh vật rất khác nhau, từ sự lan tràn mạnh mẽ của các loài có thể nhìn thấy được cho đến sự xuất hiện thưa thớt của các loài có kích thước hiển vi. Mặc dù có mặt ở khắp nơi, các quần thể sinh vật này vẫn chưa được nghiên cứu rộng rãi và tính sinh học của chúng vẫn chưa được hiểu rõ.
Nguyen Quoc Cuong Phó Tổng biên tập
Ở số này chúng tôi sẽ đề cập đến sự xuất hiện của những sinh vật này trong hệ thống phân phối nước. Chúng tôi mong rằng sẽ nhận được sự đón nhận nồng nhiệt của quý độc giả. Xin trân trọng cảm ơn!
Chịu trách nhiệm nội dung
Hội đồng biên tập Nguyễn Danh Hải Nguyễn Hồng Minh Nguyễn Hoàng Thanh Nguyễn Quang Huy Hoàng Minh Nguyễn Lưu Hồng Hải Nguyễn Cảnh Toàn Lê Tiến Trung Nguyễn Văn Thiệp Trương Minh Thắng Cam Văn Chương Đỗ Trung Hiếu Cao Tiến Trung Tổng biên tập Nguyễn Tất Hồng Dương Phó Tổng biên tập Nguyễn Quốc Cương Biên tập & Thiết kế Phòng phát triển Cộng động Website www.iirr.vn facebook.com/iirr.com
06 QUY MÔ Khoảng 150 loài sinh vật đã được xác định (Smalls & Greaves, 1968) được tìm thấy trong một số hệ thống phân phối nước.
10 LỐI XÂM NHẬP Các sinh vật vật sống dưới nước trong toàn bộ hoặc một phần vòng đời có thể xâm nhập hệ thống qua các công trình xử lý.
08 LẤY MẪU VẬT Phương pháp thông thường để lấy mẫu vật trong ống nước là xả một lượng nước với tốc độ được kiểm soát, và thu giữ các chất dạng hạt, kể cả sinh vật, trong lưới lấy mẫu có lưới mịn.
20 KÍCH THƯỚC QUẦN THỂ Kích thước quần thể phụ thuộc vào các đặc điểm nội tại, như khả năng thích nghi với các điều kiện trong ống nước, khả năng sinh sản và các yếu tố bên ngoài, như nhiệt độ và nguồn cung cấp thức ăn.
SỰ XUẤT HIỆN CỦA CÁC SINH VẬT BÊN TRONG HỆ THỐNG
QUY MÔ rong các tài liệu về sinh vật sống trong hệ thống phân phối nước ở Bắc Mỹ, Châu Âu, Châu Phi, Nam Á và Đông Á từ cuối thế kỷ 19 (trước khi áp dụng rộng rãi phương pháp lọc và khử trùng) đến thế kỷ 21. Ví dụ: Các quần thể sinh vật trong hệ thống phân phối nước đã được nghiên cứu tại Vương Quốc Anh trong những năm 1960 và 1970; khoảng 50 hệ thống được lấy mẫu đã tìm thấy các sinh vật trong tất cả các mẫu này, mặc dù các đơn vị cấp nước và người sử dụng thường không nhận ra sự hiện diện của chúng. Khoảng 150 loài sinh vật đã được xác định (Smalls & Greaves, 1968) bao gồm một số loài không được ghi nhận từ các vùng nước tự nhiên từ những năm 1920, nhưng lại được tìm thấy trong một số hệ thống phân phối nước. 06 Apartment
Vào những năm 1990, một cuộc khảo sát các hệ thống phân phối nước được cấp nước bởi 36 công trình xử lý ở Hà Lan cũng đã tìm thấy các sinh vật bên trong tất cả chúng mặc dù số nhóm phân loại là ít hơn (van Lieverloo, 1997). Đường ống nước rõ ràng là môi trường thuận lợi cho nhiều loại sinh vật thủy sinh nhỏ. Không có bất kì nghiên cứu nào theo dõi số lượng sinh vật xuất hiện tại hệ thống phân phối nước trong một thời gian dài. Các bên cung cấp nước đã quan sát và cho thấy rằng, khi hiệu quả của việc xử lý nước được cải thiện, số lượng sinh vật có thể đã giảm.
Apartment 07
LẤY MẪU VẬT hương pháp thông thường để lấy mẫu vật trong ống là xả một lượng nước tiêu chuẩn với tốc độ được kiểm soát từ vòi, và thu giữ các hạt vật chất, kể cả sinh vật bằng lưới lấy mẫu có mắt lưới nhỏ. Sau đó, chúng được phân loại trong một cái máng có nước chảy qua, các loài được xác định và ước tính số lượng. Kết quả thường chỉ mang tính định lượng, số lượng cá thể của một loài cụ thể trong một mẫu thử được biểu thị theo thứ tự độ lớn (1 - 9, 10 - 99, 100 - 999, v...v) (Smalls & Greaves, 1968). Một số chuyên gia đề xuất các phương pháp phức tạp hơn. Van Lieverloo (1997) đã sử dụng một thiết bị tách dòng chảy ra khỏi vòi nước, một phần được lọc qua lưới 500 µm, và một phần được đưa qua lưới 100 µm.
08 Apartment
Smart (1989) đã xả nước liên tục với cùng một vòi nước, và ngoại suy từ số lượng giảm dần được tìm thấy trong các mẫu liên tiếp từ cùng một điểm để ước tính tổng số lượng trên độ dài đường ống được lấy mẫu. Do các loài khác nhau thể hiện khuynh hướng khác nhau khi bị xả khỏi ống, nên cần phải thực hiện phép ngoại suy riêng cho từng loài. Tuy nhiên, các phương pháp này không được ưa chuộng một phần vì không chắc chắn được tính điển hình của mẫu và vì công sức cần phải bỏ ra để lấy mẫu và định lượng được coi là không đáng khi chỉ cần đưa ra các quyết định hoạt động ngắn hạn. Do đó, rất ít dữ liệu về sinh khối của các loài khác nhau hoặc về động lực học của hệ sinh thái trong đường ống nước được thu thập.
Lấy mẫu vật và lọc cặn bằng lưới lấy mẫu có mắt lưới nhỏ.
Apartment 09
LỐI XÂM NHẬP
10 Apartment
LỐI XÂM NHẬP Các sinh vật thường xuất hiện trong hệ thống phân phối nước bởi: • Chúng đi vào hệ thống phân phối thông qua nước đầu vào, chúng xâm nhập qua quá trình xử lý hoặc chúng cư trú tại một số phần của nhà máy xử lý; • Chúng xâm nhập thông qua một số lỗ hổng của hệ thống phân phối, chẳng hạn như các hồ chứa không không được che chắn tốt; • Chúng hình thành các quần thể sinh sôi trong hệ thống phân phối.
Apartment 11
Các sinh vật sống toàn bộ hoặc một phần vòng đời của chúng dưới nước có thể xâm nhập vào hệ thống qua các công trình xử lý. Các sinh vật thâm nhập qua quy trình xử lý thành công phần lớn là các loài sinh vật đáy (Evins & Greaves, 1979) - tức là các loài sống ở đáy hoặc rìa của các thủy vực. Khi nước từ các hồ chứa ở khu đất cao có chất lượng vi sinh tốt và hàm lượng chất rắn thấp chỉ được xử lý một cách hạn chế, các loài sinh vật phù du có thể xâm nhập vào hệ thống phân phối với số lượng đáng kể. Tuy nhiên, chúng không thường phát triển mạnh tại đây.
12 Apartment
ột số loài sinh vật đáy cũng đã được phát hiện cư trú trên các bể lọc và các bộ phận khác của công trình xử lý, và điều này đã được chứng minh là có ảnh hưởng đến số lượng và số loài trong nước đã qua xử lý.
M
Apartment 13
Tầm quan trọng của cơ chế này là không rõ ràng. Tuy nhiên, những loài được tìm thấy trong mỗi tình huống cho thấy rằng, trong hầu hết các trường hợp, việc xử lý lối đi trực tiếp của sinh vật vào nguồn nước đang được xử lý là quan trọng hơn.
14 Apartment
Các hồ chứa dịch vụ có thể là điểm xâm nhập của các loài bay được, ví dụ: côn trùng bay được có thể xâm nhập qua các lỗ thông hơi và ống tràn không được che chắn tốt, sau đó chúng đẻ trứng trên mặt nước và trứng phát triển thành ấu trùng sống dưới nước. Sự xâm nhập của ấu trùng chironomid (gnat) có thể diễn ra theo cách này. Các loài trên cạn có thể xâm nhập khi việc lắp đặt đường ống diễn ra không cẩn thận hoặc qua các vết nứt và nắp đậy không phù hợp (không vừa) ở hồ chứa dịch vụ; các vấn đề này chỉ mang tính tạm thời và sẽ chấm dứt ngay khi điểm truy cập bị chặn.
Apartment 15
ự xâm nhập của một số lượng nhỏ sinh vật thủy sinh thông qua các công trình xử lý và tạo ra các quần thể giao phối trong hệ thống phân phối là nguyên nhân dẫn đến số lượng cá thể lớn nhất tính đến nay. Sự xâm nhập ban đầu của một loài có thể xảy ra trước đó một thời gian, khi việc xử lý nước kém hiệu quả hơn hiện tại, hoặc cũng có thể là kết quả của những lần xử lý định kỳ kém hiệu quả.
16 Apartment
Mặc dù, các loài xâm nhập vào các công trình xử lý chiếm tỷ lệ lớn là sinh vật đáy, và tất cả những loài phát triển mạnh trong đường ống đều là sinh vật đáy, không nhất thiết loài có số lượng lọt qua quá trình xử lý nước nhiều nhất sẽ là loài phổ biến nhất trong đường ống.Một cuộc khảo sát (Evins & Greaves, 1979) và các công trình xử lý và hệ thống phân phối nước cho thấy rằng đối với hầu hết các loài, quá trình sinh sản bên trong đường ống quyết định kích thước của quần thể.
Do đó, những loài phổ biến trong hệ thống phân phối không nhất thiết phải là những loài xuất hiện thường xuyên nhất ở vòi nước của người tiêu dùng (van Lieverloo, 1997). Điều này là do các loài phát triển mạnh trong hệ thống đường ống có thể chống lại sức đẩy và sức nổi trong nước được truyền đi, trong khi những loài không chống lại được sẽ di chuyển trực tiếp đến vòi của người tiêu dùng.
Apartment 17
hỉ những sinh vật thủy sinh mới có thể tồn tại trong hệ thống phân phối và hình thành các quần thể sinh sản ở đó. Điều này loại trừ hầu hết các ấu trùng côn trùng. Tuy nhiên, ấu trùng của nhiều loài chironomid có thể xuất hiện trong hệ thống phân phối với số lượng đáng kể. Ấu trùng thường xuất hiện với số lượng lớn ở sông, hồ chứa, có thể xâm nhập vào các công trình xử lý. Những loài côn trùng này có thể sống trong các bể lọc, chũng cũng có thể đẻ trứng trong các bể mở trong công trình xử lý hoặc trong các bồn chứa được che chắn không tốt. Tuy nhiên, một số loài chironomid có thể sinh sản vô tính (con cái có thể sinh sản mà không cần con đực), và trứng bắt đầu phát triển bên trong nhộng bọc. Trong ít nhất một loài, Paratanytarsus Grimii, và có thể cả những loài khác, nếu nhộng không thể phát triển thành trùng (thường là loài bay được) do bị ngăn cản (vd: do không tiếp cận được với không khí), trứng sẽ được nhả ra khỏi nhộng. Như vậy, việc tái sinh sản thành công là khả thi trong đường ống nước bị giới hạn và những con côn trùng này đã là một vấn đề đặc biệt rắc rối trong hệ thống phân phối nước ở Châu Âu và Bắc Mỹ. (Krüger, 1941; Williams, 1974; Berg, 1995).
18 Apartment
Apartment 19
KÍCH THƯỚC QUẦN THỂ
20 Apartment
ối với một số loài, số lượng cá thể phụ thuộc vào sự xâm nhập từ bên ngoài hệ thống phân phối; tuy nhiên, đối với hầu hết các loài, các quần thể giao phối trong hệ thống phân phối tương tác với nhau tạo thành một hệ sinh thái. Kích thước của các quần thể này phụ thuộc vào: các đặc tính đến từ bản chất chẳng hạn như khả năng thích nghi với các điều kiện trong ống nước, khả năng sinh sản, và các yếu tố đến từ bên ngoài chẳng hạn như nhiệt độ, nguồn thức ăn (quan trọng nhất). Phần lớn các loài phát triển mạnh trong nguồn nước lấy thức ăn trong môi trường sống tự nhiên của chúng là các hạt vật chất hữu cơ và nguyên liệu thực vật. Lấy ví dụ, chydoridae thường là họ có số lượng nhiều nhất, kiếm ăn bằng cách lọc các hạt nhỏ trong nước gần với các bề mặt rắn. Một trong những loài thành công nhất sống trong đường ống - Asellus aquaticus, là loài ăn mùn bã (sinh vật ăn chất hữu cơ chết) và chúng ăn khá hỗn tạp. Phân của Asellus tìm thấy trong đường ống sắt có khối lượng khoảng 70% là oxit sắt (Hiệp hội nghiên cứu nước, Vương quốc Anh, dữ liệu chưa được công bố). Các loài khác có thể lấy thức ăn trực tiếp hơn từ các màng sinh học trên bề mặt.
Apartment 21
KHÍCH THƯỚC QUẦN THỂ 22 Apartment
ích thước quẩn thể của những loài ăn mùn bã và ăn rêu tảo có thể phát triển mạnh mẽ trong điều kiện không có áp lực từ các loài ăn thịt. Một số loài ăn thịt nhỏ đã được tìm thấy, chẳng hạn như Cyclops albidus, chúng sẽ ăn các chydorid nhỏ hơn. Tuy nhiên, những loài ăn thịt lớn hơn lại rất hiếm hoặc gần như không có. Cá là “sinh vật ăn thịt đứng đầu” trong các hệ sinh thái nước ngọt, tiêu thụ sinh vật không xương sống như ấu trùng côn trùng và không có mặt trong hệ thống phân phối nước đã qua xử lý.
Do đó, các chuyên gia suy luận rằng chuỗi thức ăn trong hệ sinh thái nguồn nước là một chuỗi tương đối ngắn: hầu hết các loài sinh vật đều ở cùng một tầng trong chuỗi thức ăn. Chúng sẽ cạnh tranh trực tiếp để giành cùng một nguồn thức ăn gồm mùn bã hữu cơ và vi sinh vật, hoặc sử dụng các phần riêng biệt, ví dụ như phân chia theo kích thước và xem chúng có được gắn vào lớp nền hay không. Smart (1989) đã nghiên cứu sự đa dạng của các loài sinh vật sau khi xả nước tại các đường ống đã được tu sửa. Ông tìm thấy rất ít bằng chứng đối với tình huống tương tự, và kết luận rằng có một "cuộc cạnh tranh": loài nào tình cờ đến trước có nhiều cơ hội để tạo ra các quần thể lớn hơn.
Apartment 23
hiều cuộc nghiên cứu và quan sát đã chỉ ra mối liên kết giữa các nguồn nước, đặc biệt là hàm lượng hữu cơ và quy mô của các quần thể sinh vật trong đường ống nước. Nước ngầm ở sâu dưới lòng đất thường chỉ có thể cấp dưỡng cho ít sinh vật hơn so với nguồn nước ở bề mặt, có thể là do nước ngầm có hàm lượng hữu cơ thấp. Sự gia tăng ở sinh vật trong đường ống được cho là do sự xâm nhập của tảo và việc áp dụng các quy trình xử lý kém hiệu quả trong việc làm giảm hàm lượng hữu cơ trong nước.
24 Apartment
Sự thay đổi thành phần hữu cơ của nước tại một công trình có liên quan đến sự thay đổi số lượng của một số nhóm sinh vật (Evins & Greaves, 1979), mặc dù đây là những nghiên cứu không quá phức tạp. Không có nghiên cứu nào xác định được tương tác giữa các thành phần chính của hệ thống, cụ thể là chất hữu cơ đi vào trong hệ thống phân phối, vi sinh vật dị dưỡng và sinh vật trong đường ống nước.
Sẽ là hợp lý hơn khi giả sử rằng có khá nhiều loại vật chất hữu cơ. Một số hạt vật chất hữu cơ, chẳng hạn như các tế bào tảo và nguyên liệu thực vật khác, có thể trực tiếp góp phần vào nguồn thức ăn cho các loài ăn lọc và ăn mùn bã. Sự gia tăng của quần thể Asellus aquaticus đã được ghi nhận sau khi số lượng tảo tăng cao trong nước thô, việc đưa nước mặt vào và thay đổi quy trình xử lý trở nên kém hiệu quả trong việc loại bỏ tảo. Vật liệu hữu cơ hòa tan dễ phân hủy góp phần vào sự phát triển của vi sinh vật (xem lại số 13) và do đó cũng góp phần vào nguồn thức ăn cho các sinh vật. Vật chất hữu cơ khó hòa tan hay dạng keo chẳng hạn như mùn hữu cơ thường thấy trong nước ở vùng đất cao thường sẽ không phù hợp bằng.
Apartment 25
TƯƠNG TÁC TRONG CHUỖI THỨC ĂN Ở HỆ THỐNG PHÂN PHỐI NƯỚC
ột cách tổng quát, các tương tác trong chuỗi thức ăn có thể được tóm tắt như trong sơ đồ bên. Các mối quan hệ liên quan chưa được xác định một cách thỏa đáng. Cụ thể là việc thiếu thông tin về số lượng vật chất màng sinh học cần thiết để hỗ trợ các quần thể sinh vật ăn rêu tảo cũng như thiếu thông tin tương ứng về ảnh hưởng khi các quần thể ăn rêu tảo này tiêu thụ về số lượng và loài cấu thành của màng sinh học.
26 Apartment
CHUỖI THỨC ĂN TRONG HỆ THỐNG PHÂN PHỐI NƯỚC
Nước đưa vào
Chất hữu cơ đồng hóa
Hạt vật chất hữu cơ
Vi sinh vật dị dưỡng
Màng sinh học trên bề mặt ống
Cặn lắng và nước gần với bề mặt đường ống
Động vật nguyên sinh
Sinh vật ăn rêu tảo và sinh vật ăn mùn bã
Loài ăn thịt nhỏ
Các khuyến nghị đã được đưa ra để hạn chế khả năng phát triển của quần thể sinh vật trong nguồn nước bằng cách hạn chế lượng chất hữu cơ xâm nhập vào hệ thống phân phối (Evins, Liebeschuetz & Williams, 1990; van Lieverloo, 1997). Mức độ nghiêm trọng của việc xâm nhiễm đã giảm ở một số quốc gia trong những năm gần đây; điều này có thể liên quan đến những cải thiện về tính hiệu quả trong việc xử lý nước.
Apartment 27
www.iirr.vn