Đánh giá khả năng áp dụng thiết bị đo nhanh water it ứng dụng đo chất lượng nước sông

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Đánh giá khả áp dụng thiết bị đo nhanh WATER it, ứng dụng đo chất lƣợng nƣớc sông NGUYỄN HOÀNG VIỆT PHƢƠNG Phuong.NHV211115M@sis.hust.edu.vn Ngành Quản lý Tài nguyên Môi trƣờng Giảng viên hƣớng dẫn: TS Nguyễn Thị Thu Hiền Viện: Khoa học Công nghệ Môi trường Chữ ký GVHD HÀ NỘI, 05/2023 CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn: Nguyễn Hoàng Việt Phương Đề tài luận văn: Đánh giá khả áp dụng thiết bị đo nhanh WATER it, ứng dụng đo nhanh chất lượng nước sông Chuyên ngành: Quản lý Tài Nguyên Môi trường Mã số SV: 20211115M Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày 28/04/2023 với nội dung sau: TT Ý kiến hội đồng chỉnh sửa luận văn Hình thức Giải trình học viên chỉnh sửa luận văn theo ý kiến hội đồng Trang Chuẩn hóa cách viết thông số amoni, nitrat, phosphat Học viên thực kiểm tra, chỉnh sửa, chuẩn hóa cách viết amoni, nitrat, phosphat - 46 Yêu cầu trích dẫn Tài liệu tham khảo danh mục tài liệu tham khảo rõ ràng Học viên thực kiểm tra, chỉnh sửa chuẩn hóa cách viết tài liệu tham khảo rõ ràng 47 – 49 Điều chỉnh lại chỗ, câu từ bị trùng lặp Học viên chỉnh sửa, viết lại lược bỏ câu từ chỗ bị trùng lặp - 46 Lược bỏ hình ảnh mờ đưa hình ảnh khơng cần thiết xuống phần phụ lục Chương Học viên lược bỏ hình ảnh mục 1.1.2 đưa hình ảnh mục 1.2.1 xuống Phụ lục 5–9 Nội dung Điều chỉnh nội dung Chương để đảm bảo tính logic Học viên chỉnh sửa lại nội dung, câu từ phần mục Chương để đảm bảo tính logic 25 - 45 Chỉnh sửa lại Kết luận kiến nghị Học viên chỉnh sửa lại Kết luận kiến nghị 46 Ngày 24 tháng 05 năm 2023 Giáo viên hƣớng dẫn Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐỀ TÀI LUẬN VĂN Tên đề tài nghiên cứu Đánh giá khả áp dụng thiết bị đo nhanh WATER it, ứng dụng đo chất lượng nước sông Nội dung nghiên cứu - Tổng quan thiết bị đo nhanh mơi trường nước WATER it - Bố trí thí nghiệm - Lựa chọn tiêu chí đánh giá - Nghiên cứu số yếu tố ảnh hưởng - Tập hợp số liệu, xử lý số liệu nhận xét kết Cán hƣớng dẫn TS Nguyễn Thị Thu Hiền CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Ký ghi rõ họ tên Lời cảm ơn Đầu tiên, xin gửi gửi lời cảm ơn đến TS Nguyễn Thị Thu Hiền, người quan tâm, giúp đỡ tạo điều kiện tốt khích lệ tinh thần tơi suốt thời gian thực nghiên cứu để hồn thành luận văn thạc sĩ Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến anh chị công tác Trung tâm Nghiên cứu Phát triển Công nghệ Quản lý Môi trường, thầy, cô thuộc Viện Khoa học Công nghệ Môi trường – Đại học Bách Khoa Hà Nội nhiệt tình giúp đỡ, giảng dạy, trang bị kiến thức cho tơi suốt q trình học tập nghiên cứu Cảm ơn Công ty Optex Co., LTD tới từ Nhât Bản hỗ trợ cung cấp công cụ trang thiết bị, thuốc thử liệu phục vụ suốt trình thực đề tài nghiên cứu Xin chân thành cảm ơn tất bạn bè, đồng nghiệp người thân gia đình dành nhiều tình cảm, lời động viên, giúp đỡ tơi suốt q trình học tập hoàn thành luận văn tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 24 tháng 05 năm 2023 Học viên thực Tóm tắt nội dung luận văn Vấn đề cần thực hiện: - Nghiên cứu số yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy kết đo nhanh thiết bị WATER it, áp dụng số thông số để đánh giá chất lượng nước sông - Đánh giá khả sử dụng thiết bị WATER it áp dụng cho việc đo đạc số thông số đánh giá chất lượng nước sông Phƣơng pháp thực hiện: - Phương pháp thu thập tài liệu; phương pháp lấy mẫu, đo đạc trường; phương pháp tiêu chuẩn đo nhanh; phương pháp thu thập số liệu; phương pháp phân tích thống kê, xử lý số liệu phương pháp phân tích đánh giá so sánh Kết luận văn: - Nghiên cứu cho thấy thiết bị đo nhanh WATER it công ty Optex tới từ Nhật Bản phù hợp để đo đạc thông số amoni, nitrat, phosphat chất lượng nước sông Cầu HỌC VIÊN Ký ghi rõ họ tên MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ iv DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC VIẾT TẮT vi MỞ ĐẦU CHƢƠNG TỔNG QUAN CHUNG 1.1 Tổng quan thiết bị đo nhanh môi trường nước 1.1.1Khái niệm thiết bị đo nhanh môi trường nước 1.1.2Một số nghiên cứu áp dụng thiết bị đo nhanh môi trường nước giới 1.1.3Một số nghiên cứu áp dụng thiết bị đo nhanh môi trường nước Việt Nam 1.2 Tổng quan thiết bị đo nhanh chất lượng nước WI Optex Co., LTD phát triển 1.2.1Giới thiệu thiết bị đo nhanh WI Optex Co., LTD phát triển 1.2.2Sự cải tiến thiết bị đo nhanh WI với lần thực nghiên cứu năm 2021 10 1.2.3Một số kết nghiên cứu sử dụng thiết bị WI đo chất lượng nước11 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 12 2.1 Sơ lược phạm vi nghiên cứu 12 2.1.1Điều kiện tự nhiên – kinh tế - xã hội 13 2.1.2Điều kiện khí tượng thủy văn 13 2.1.3Nhu cầu sử dụng nước lưu vực sông Cầu 14 2.1.4Nguồn thải lưu vực sông Cầu 14 2.2 Phương pháp nghiên cứu 16 2.2.1Đối tượng, phạm vi nghiên cứu phương pháp tiếp cận 16 2.2.2Bố trí thí nghiệm 19 2.3 Cơ sở lý thuyết phương pháp xử lý số liệu 22 2.3.1Cơ sở lý thuyết 22 2.3.2Phương pháp xử lý số liệu[13],[14] 23 2.3.3Đánh giá khả áp dụng thiết bị đo nhanh WI lưu vực sông Cầu 24 CHƢƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 25 i 3.1 Đánh giá phù hợp khoảng đo thiết bị WI hai phương pháp 25 3.1.1Đánh giá phù hợp khoảng đo thiết bị WI với nồng độ amoni hai phương pháp 25 3.1.2Đánh giá phù hợp khoảng đo thiết bị WI với nồng độ nitrat hai phương pháp 27 3.1.3Đánh giá phù hợp khoảng đo thiết bị WI với nồng độ phosphat hai phương pháp 29 3.2 Đánh giá tương quan phương pháp đo nhanh thiết bị WI phương pháp phân tích tiêu chuẩn 30 3.2.1Đánh giá tương quan hai phương pháp với nồng độ amoni 30 3.2.2Đánh giá tương quan hai phương pháp với nồng độ nitrat 32 3.2.3Đánh giá tương quan hai phương pháp với nồng độ phosphat……………………………………………………………………33 3.3 Đánh giá tương quan độ lặp phương pháp đo nhanh WI phương pháp phân tích tiêu chuẩn 34 3.3.1Đánh giá tương quan độ lặp với thông số amoni hai phương pháp 34 3.3.2Đánh giá tương quan độ lặp với thông số nitrat hai phương pháp 35 3.3.3Đánh giá tương quan độ lặp với thông số phosphat hai phương pháp 35 3.4 Kết chất lượng nước sông Cầu thực phép đo nhanh thiết bị WI điểm nghiên cứu 36 3.4.1Kết chất lượng nước sông Cầu với nồng độ amoni 36 3.4.2Kết chất lượng nước sông Cầu với nồng độ nitrat 38 3.4.3Kết chất lượng nước sông Cầu với nồng độ phosphat 39 3.4.4Kết chất lượng nước sông Cầu với thông số đo nhanh trường 41 KẾT LUẬN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 PL1 Hình ảnh giới thiệu thiết bị đo nhanh chất lượng nước WI 50 PL2 Hình ảnh vị trí thực đo đạc 52 PL3 Bảng thông số kĩ thuật thiết bị đo nhanh WI 54 PL4 Quy trình thực phép đo nhanh WI trường 55 PL5 Quy trình đo thiết bị WI 56 ii PL6 Tiêu chuẩn thao tác thiết bị WI 57 PL7 Hình ảnh thực phân tích tiêu chuẩn phịng thí nghiệm 58 PL8 Hình ảnh thực phép đo nhanh thiết bị WI PTN 59 iii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-Bản đồ thực nghiên cứu 16 Hình 2-Sơ đồ khối bước thực nghiên cứu 18 Hình 3-Nồng độ amoni Tân Phú thực hai phương pháp 25 Hình 4- Nồng độ amoni Gia Bảy thực hai phương pháp 26 Hình 5-Nồng độ nitrat Tân Phú thực hai phương pháp 27 Hình 6-Nồng độ nitrat Gia Bảy thực hai phương pháp 28 Hình 7-Nồng độ phosphat Tân Phú thực hai phương pháp 29 Hình 8-Tương quan hai phương pháp với amoni Tân Phú 30 Hình 9-Tương quan hai phương pháp với amoni Gia Bảy 31 Hình 10-Tương quan hai phương pháp với nitrat Tân Phú 32 Hình 11-Tương quan hai phương pháp với nitrat Gia Bảy 32 Hình 12-Tương quan hai phương pháp với phosphat Tân Phú 33 Hình 13-Tương quan độ lặp hai phương pháp amoni 34 Hình 14-Tương quan độ lặp hai phương pháp nitrat 35 Hình 15-Tương quan độ lặp hai phương pháp phosphat 35 Hình 16-Nồng độ amoni thực đo WI điểm nghiên cứu 36 Hình 17-Nồng độ nitrat thực đo WI điểm nghiên cứu 38 Hình 18-Nồng độ phosphat thực đo WI điểm nghiên cứu 40 Hình 19-Giá trị thơng số pH điểm nghiên cứu 41 Hình 20-Giá trị thơng số DO điểm nghiên cứu 42 Hình 21-Giá trị thông số độ dẫn điện điểm nghiên cứu 43 Hình 22-Giá trị độ đục điểm nghiên cứu 44 Hình 23-Thiết bị đo nhanh WI công ty Optex phát triển 50 Hình 24-Bộ test kit định lượng mức độ màu sắc 51 Hình 25-Cơng nghệ đo nhanh WI 51 Hình 26-Điểm Gia Bảy (Thái Nguyên) 52 Hình 27-Điểm Tân Phú (Thái Nguyên) 52 Hình 28-Điểm Dương Quang (Bắc Kạn) 53 Hình 29-Hướng dẫn tổng thể phương pháp đo WI 55 Hình 30-Hướng dẫn chi tiết quy trình đo 56 Hình 31-Tiêu chuẩn thao tác đo máy WI 57 Hình 32-Thao tác phân tích tiêu chuẩn PTN 58 Hình 33-Tiến hành đo quang với máy quang phổ Uv-Vís 58 Hình 34-Thực đo nhanh so màu thiết bị WI 59 iv [15] Bộ Tài Nguyên Môi Trường, "Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia chất lượng nước mặt, QCVN 08-MT:2015/BTNMT" Hà Nội, 2015 [16] Trung tâm quan trắc môi trường tỉnh Thái Nguyên, "Báo cáo kết quan trắc môi trường tỉnh Thái Nguyên năm 2021, 2022" 2022 [17] Howard B Glasgowa, JoAnn M Burkholder, Robert E Reed, Alan J Lewitus, Joseph E Kleinman, "Real-time remote monitoring of water quality: A review of current applications and advancements in sensor, telemetry and computing technologies" Journal of Experimental Marine Biology and Ecology 300, Center for Applied Aquatic Ecology, North Carolina State University, 620 Hutton Street, 2004 [18] Clémence Sicard, Chad Glen, Brandon Aubie, Dan Wallace, Sana Jahanshahi-Anbuhi, Kevin Pennings, Glen T Daigger, Robert Pelton, John D Brennan, Carlos D M Filipe, "Tools for water quality monitoring and mapping using paper-based sensors and cell phones" Water Research, 2015 [19] Alexander T Demetillo, Michelle V Japitana, Evelyn B Taboada, "A system for monitoring water quality in a large aquatic area using wireless sensor network technology" Springer Nature, The Center for Robotics, Automation and Fabrication Technologies (CRAFT) of Caraga State University, 2019 [20] Zhang L F., Zhang L S., Sun X J., Chen J., Wang S., Zhang H M., Tong Q X., "Spectral Monitoring Online System for Water Quality Assessment Based on Satellite–Ground Data Integration" Journal of Global Change Data & Discovery, 2021 [21] Thi Thu Hien Nguyen, Bich Ly Thuy, Quang Diep Le, Dung Nghiem Trung, Hidenori Harada, Tashuya Togo, "Correspondence of a newly-developed test kit with standard methods, AUN-SEED/Net 2017 Regional Conference on Environmental Engineering (RC-EnvE2017)" 2017 [22] Thi Thu-Hien Nguyen, Thị Hoa-Huyen Doan, Thi Tuyet-Nhung Pham, Tatsuya Togo, Katsuhiko-Tanaka, Hoang Viet-Phuong Nguyen and Thi Anh- Tuyet Nguyen, "Monitoring Water Quality of Cau River Basin in Vietnam by “WATERit” Technology, 7th International Conference on Environment 2021 (ICENV2021)" AIP Conference Proceedings, 2021 [23] The Ministry of Environment and Natural Resources, World Bank, DANIDA, "Water Quality Management in Viet Nam with a focus on the Cau, Nhue-Day and Dong Nai River Basins" 2006 [24] OPTEX Co., LTD, "Optex manual for WATER it Quick test and Monitoring" 2021 [25] AOAC, "Guidelines for Standard Method Performance Requirements" J AOAC Int Off Method Anal, 2016 48 [26] OPTEX Co., LTD, "The Tool for Measuring Pollution in Water Around Asia Sustainable Monitoring of the Water Quality of Rivers Using WATER it" 2021 49 PHỤ LỤC PL1 Hình ảnh giới thiệu thiết bị đo nhanh chất lƣợng nƣớc WI Hình 23-Thiết bị đo nhanh WI cơng ty Optex phát triển 50 Hình 24-Bộ test kit định lượng mức độ màu sắc Hình 25-Cơng nghệ đo nhanh WI 51 PL2 Hình ảnh vị trí thực đo đạc Hình 26-Điểm Gia Bảy (Thái Nguyên) Hình 27-Điểm Tân Phú (Thái Nguyên) 52 Hình 28-Điểm Dương Quang (Bắc Kạn) 53 PL3 Bảng thông số kĩ thuật thiết bị đo nhanh WI Bảng 7-Thông số kĩ thuật WI Danh mục Thông số Mẫu WAE – M300 Nguồn đèn LED Chỉ tiêu đo 20 tiêu (Mặc định) Các tiêu đo lường thêm vào thơng qua điện thoại thông minh Phương pháp đo Phương pháp đo ánh sáng Sóng đo lường R:615nm Các thuốc thử Bộ dụng cụ đo WI cho phép Khả lặp lại +_0.02 với tới Abs (Nhiệt độ nước đo 2000C Thời gian đo lường Thay đổi dựa tiêu đo Hiển thị LCD (loại đồ họa) Bộ nhớ liệu 50 kết đo Cung cấp lượng 4.5V (pin AAA x 3) Nhiệt độ hoạt động +10 tới +500C, Độ ẩm: 90% Rh Điều kiện nước để đo lường Trung bình 20 đến 250C (khơng đặc) Bluetooth Bluetooth LE (4.1) Tuổi thọ pin Khoảng 3000 lần với thời gian phút cho phép đo Xây dựng bảo vệ Cấu truc chống nước (IP65) Kích thước WxDxH = 65 x 145 x 48 mm Cuvet: WxDxH = 23 x 13 x 25 mm (1.5ml) Trọng lượng Xấp xỉ 210 g Chất liệu Đơn vị: ABS, Vỏ: TPE, Cuvet: PS Các chức bổ sung Tự động tắt (10 phút), chức khóa Phụ kiện Cuver x 5, hướng dẫn sử dụng, hướng dẫn nhanh G:525nm B:470nm 54 PL4 Quy trình thực phép đo nhanh WI trƣờng Hình 29-Hướng dẫn tổng thể phương pháp đo WI 55 PL5 Quy trình đo thiết bị WI Hình 30-Hướng dẫn chi tiết quy trình đo 56 PL6 Tiêu chuẩn thao tác thiết bị WI Hình 31-Tiêu chuẩn thao tác đo máy WI 57 PL7 Hình ảnh thực phân tích tiêu chuẩn phịng thí nghiệm Hình 32-Thao tác phân tích tiêu chuẩn PTN Hình 33-Tiến hành đo quang với máy quang phổ Uv-Vís 58 PL8 Hình ảnh thực phép đo nhanh thiết bị WI PTN Hình 34-Thực đo nhanh so màu thiết bị WI 59 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ Đề tài: Đánh giá khả áp dụng thiết bị đo nhanh WATER it, ứng dụng đo chất lượng nước sơng Tác giả luận văn: Nguyễn Hồng Việt Phương Khóa: 2021A Ngƣời hƣớng dẫn: TS Nguyễn Thị Thu Hiền Từ khóa (Keyword): WATER it (WI) Nội dung tóm tắt: a) Lý chọn đề tài Ở Việt Nam, việc thực giám sát chất lượng nước bảo vệ an ninh nguồn nước mặt vấn đề cấp thiết Bước để cải thiện chất lượng nước mặt nhà quản lý, chuyên gia môi trường cần xây dựng chương trình giám sát chất lượng nước để thu thập liệu lưu vực sơng, suối đặc biệt cần có cơng cụ thực phương pháp đo nhanh trường Từ đánh giá, xác định, dự báo tình trạng ô nhiễm suy thoái chất lượng nước để đưa cảnh báo giải pháp phòng tránh thiên tai cách chủ động Nghiên cứu sử dụng dụng thiết bị đo nhanh chất lượng nước WI cơng nghệ thơng minh kết hợp với điện tốn đám mây Công ty Optex (Nhật Bản) phát triển với công nghệ thân thiện dễ tiếp cận với người sử dụng, chi phí rẻ áp dụng đo chất lượng nước lưu vực sông lớn b) Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu số yếu tố ảnh hưởng đến độ tin cậy kết đo nhanh thiết bị WI, áp dụng số thông số để đánh giá chất lượng nước sông - Đánh giá khả sử dụng thiết bị WI áp dụng cho việc đo đạc số thông số đánh giá chất lượng nước sơng c) Tóm tắt đọng nội dung đóng góp tác giả - Đánh giá phù hợp khoảng đo: Lần thực nghiên cứu cho thấy khoảng đo công ty Optex đưa cho thiết bị WI có phù hợp để đo chất lượng nước sông Cầu Tuy nhiên cần nghiên cứu thêm để mở rông khoảng đo với giá trị phát ngưỡng thông số amoni phosphat - Đánh giá tương quan: Tương quan hai phương pháp đo nhanh WI phương pháp phân tích tiêu chuẩn cho tương quan mạnh Hệ số R2 với nồng độ phosphat điểm Tân Phú cho R2 = 0,9997 tương quan mạnh Còn lại giá trị R2 đạt R2 > 0,75 - Đánh giá độ lặp lại hai phương pháp: Tương quan độ lặp hai phương pháp đo nhanh thiết bị WI phương pháp phân tích tiêu chuẩn với nồng độ amoni, nitrat, phosphat cho độ xác mạnh 60 RSD