Hóa kĩ thuật môi trường Chỉ số chất lượng nước

Môn ho ̣ c: Hóa kỹ thuật môi trường GVHD: TS. Mai Tuấn Anh CHƯƠNG I ĐỊNH NGHĨA CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC WQI I.1 Định nghĩa: WQI (Water Quality Index) là công thức toán học mô phỏng mức độ ô nhiễm nguồn nước sông, hồ dựa trên giá trị phân tích các thông số đặc trưng về chất lượng nước. Dựa vào đó các nhà lãnh đạo và cả người dân bình thường cũng có thể biết chất lượng và mức độ ô nhiễm nước ở từng đoạn sông vào từng thời điểm, từ đó có thể biết nguồn nước ấy có thể sử dụng được cho sinh hoạt, nuôi tôm cá, thủy lợi… được hay không. Chỉ số chất lượng nước WQI không chỉ dùng để xếp hạng nguồn nước mà giúp cho chúng ta thấy nơi nào có vấn đề đáng lo ngại về chất lượng nguồn nước. WQI là một phương tiện có khả năng tập hợp một lượng lớn các số liệu, thông tin về chất lượng nước, đơn giản hóa các số liệu chất lượng nước, để cung cấp thông tin dưới dạng dễ hiểu, dễ sử dụng cho các cơ quan quản lý tài nguyên nước, môi trường và công chúng. Chỉ số chất lượng nước thông thường là một con số nằm trong khoảng từ 1 – 100, nếu con số lớn hơn chứng tỏ chất lượng nước tốt hơn mong đợi. Đối với các chỉ tiêu như nhiệt độ, pH, Coliform phân và oxy hòa tan, chỉ số biểu thị mức độ yêu cầu đối với nhu cầu sử dụng. Đối với các chất dinh dưỡng hay bùn là các chỉ số mà thường không có trong tiêu chuẩn thì chỉ số chất lượng biểu thị điều kiện môi trường tại khu vực. Chỉ số tổng hợp tính toán trên cơ sở nhiều chỉ tiêu, cho ta một đánh giá tổng quan. Thông thường chỉ số trên 80 chứng tỏ môi trường nước đạt chất lượng; chỉ số nằm trong khoảng 40 – 80 là ở mức giới hạn và nếu nhỏ hơn 40 là ở mức đáng lo ngại. Ứng dụng lớn nhất của chỉ số chất lượng là dùng cho các mục tiêu so sánh (nơi nào có chất lượng nước xấu, đáng lo ngại hơn so với các mục đích sử dụng) và để trả lời câu hỏi của công chúng một cách chung chung (chất lượng nguồn nước ở nơi tôi ở ra sao?). Các chỉ số có ít tác dụng đối với các mục tiêu cụ thể. Việc đánh giá chất lượng nước cho các mục tiêu cụ thể phải dựa vào bảng phân tích chất lượng với đầy đủ các chỉ tiêu cần thiết. I.2 Lựa chọn các chỉ tiêu chất lượng để tính toán: Tùy theo mục đích sử dụng có thể lựa chọn các chỉ tiêu giám sát chất lượng để tính toán chỉ số WQI, thông thường người ta lựa chọn các chỉ tiêu sau: nhiệt độ (T), _______________________________________________________________________________________________ Nhóm: Nguyễn Thị Họp – Lê Thị Trúc Lâm - Trương Thị Cẩm Tú 1 Giai đoạn 2: Xây dựng đường cong xác định chỉ số phụ của từng thơng số Giai đoạn 3: Tính toán CSCL và ứng dụng để đánh giá chất lượng nước mặt Số liệu đo đạc Giai đoạn 1: Lựa chọn các thơng số CLN, xác định trọng số của từng thơng số Ý kiến chun gia Ý kiến chun gia Mơn ho ̣ c: Hóa kỹ tḥt mơi trường GVHD: TS. Mai T́n Anh oxy hòa tan (DO), pH, Coliform phân (FC), tổng ni tơ (TN), tổng phospho (TP), tổng chất rắn lơ lửng (SS), BOD, và độ đục. Cũng có thể dùng tỷ số TN:TP thay cho từng chỉ tiêu riêng rẽ. Chỉ tiêu TN sử dụng khi tỷ số TN:TP nhỏ hơn 10 và sử dụng TP khi tỷ số nói trên lớn hơn 20. Do bùn lắng liên quan đến hai chỉ tiêu là SS và độ đục, do vậy kết hợp chúng lại thành một số x = 2/[1/SS + 1/độ đục] sử dụng cho tính tốn chỉ số WQI chung. CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC II.1 Chỉ sớ CLMT nước và cách xác định: Hình 2.1: Các giai đoạn xây dựng chỉ số chất lượng nước II.1.1 Chỉ sớ nước thải cơng nghiệp và đơ thị: Chỉ sớ tải lượng đơn vị (I) (normalized unit load index) dùng để so sánh mức khắc phục ơ nhiễm từ các ng̀n khác nhau: I = (2.1) Chỉ sớ này càng thấp thì hiệu quả khắc phục ơ nhiễm của đơn vị càng cao. Trong đó: _______________________________________________________________________________________________ Nhóm: Nguyễn Thị Họp – Lê Thị Trúc Lâm - Trương Thị Cẩm Tú 2 Tải lượng đơn vị cho từng ng̀n hoặc khu vực Tải lượng đơn vị trung bình Tải lượng tương đương từ mợt ng̀n thải cơng nghiệp hay đơ thị Khới lượng sản phẩm sản x́t từ cơng nghiệp Môn ho ̣ c: Hóa kỹ thuật môi trường GVHD: TS. Mai Tuấn Anh Tải lượng đơn vị = (2.2) Với tải lượng tương đương = nn PWPWPwPW ++++ 332211 Trong đó: 1 W : hệ số điều chỉnh cho thành phần thải thứ nhất 1 P : khối lượng thải thực tế hàng năm từ thành phần thải thứ nhất. Chỉ số tải lượng thực tế (E) (fatal load index) dùng để diễn tả tỷ lệ tải lượng tương đương thực tế đang tải vào môi trường so với tổng tải lượng. E = (2.3) II.1.2. Chỉ số chất lượng nước sông: (Ambient water quality index) Chỉ số này liên quan đến chất lượng nước môi trường xung quanh (sông) hơn là nguồn nước thải. Chúng được xây dựng liên quan đến (a) sự nhiễm bẩn kim loại trong nguồn nước cấp, (b) mức độ thích hợp của độ đục nước sông dùng cho cấp nước và giải trí và (c) nồng độ nhiễm bẩn thủy ngân trong cá. ∑ = = 3 1 2 3 1 i i II (2.4) Với I: Chỉ số chất lượng nước; I 1 : Chỉ số phụ kim loại I 2 : Chỉ số phụ cho độ đục I 3 : Chỉ số phụ thủy ngân trong cá. Chỉ số phụ kim loại I kl : do những khó khăn trong việc đưa ra các chỉ tiêu kim loại vào chỉ số, người ta đã chọn ra 3 nhóm sau: (i) Cd và Cr (hai kim loại không nên hiện diện trong nước cấp); (ii) nhóm lithium , đồng và kẽm (hóa chất để xác định mục tiêu của nước cấp); và (iii) độ cứng (vì chúng có thể thay đổi mức ảnh hưởng độc tính của các chất nêu trên). ∑ = = 3 1 2 3 1 i ikl II (2.5) I kl : chỉ số phụ kim loại _______________________________________________________________________________________________ Nhóm: Nguyễn Thị Họp – Lê Thị Trúc Lâm - Trương Thị Cẩm Tú 3 Tải lượng tương đương của một nguồn thải Tải lượng tương đương của các nguồn thải Môn ho ̣ c: Hóa kỹ thuật môi trường GVHD: TS. Mai Tuấn Anh I 1 : Chỉ số phụ các kim loại độc hại (11 kim loại trong bảng 2.1 hoặc tối thiểu là Cd và Cr) I 2 : Chỉ số phụ lithium, Cu và Zn. I 3 : Chỉ số phụ độ cứng. Thông số Đơn vị Giá trị giới hạn A B Arsen Chì Crom (VI) Crom (III) Đồng Kẽm Mangan Nicken Sắt Thủy ngân Thiếc Mg/l - - - - - - - - - - 0,05 0,05 0,05 0,1 0,1 1,0 0,1 0,1 1 0,001 1 0,1 0,1 0,05 1,0 1,0 2 0,8 1,0 2 0,002 2 Bảng 2.1. Giá trị giới hạn cho phép của các kim loại nặng trong nước mặt (TCVN 5942: 1995) Ghi chú: Cột A áp dụng đối với nước mặt có thể dùng làm nguồn cấp nước sinh hoạt (nhưng phải qua quá trình xử lý theo quy định). Cột B áp dụng đối với nước mặt dùng cho các mục đích khác. Nước dùng cho nông nghiệp và nuôi trồng thuỷ sản có quy định riêng. _______________________________________________________________________________________________ Nhóm: Nguyễn Thị Họp – Lê Thị Trúc Lâm - Trương Thị Cẩm Tú 4 Môn ho ̣ c: Hóa kỹ thuật môi trường GVHD: TS. Mai Tuấn Anh Độ đục: là yếu tố quan trọng đối với chất lượng nước, được quy định áp dụng đối với nước cấp (tối đa 1 NTU) và nước dùng cho mục đích giải trí (tối đa 50 NTU). Chỉ số phụ để tính độ phù hợp về mặt độ đục của nước cho bởi công thức sau: ∑ = = 2 1 2 2 1 i id II 61 (2.6) Với I d : Chỉ số phụ về tổng độ đục I 1 : Chỉ số phụ về tổng độ đục I 2 : Chỉ số phụ về độ phù hợp của nước dùng cho giải trí. II.1.3 Các cách tính chỉ số chất lượng nước - WQI Các cách tính: trên thế giới có rất nhiều cách tính toán chỉ số này: i) Chỉ số chất lượng nước của Horton: Năm 1965 ông đề xuất ba bước trong việc thành lập chỉ số chất lượng nước:  Lựa chọn các đặc tính về chất lượng cần quan tâm đưa vào chỉ số  Thành lập mức phân hạng cho mỗi thông số  Định giá trị các trọng số. Theo phương pháp Horton, chỉ số phụ được tính cho 8 thông số: DO, mức độ xử lý nước thải, pH, coliform, độ dẫn điện, cacbon chloroform, độ kiềm và Clo. Xử lý nước thải (% dân số có nước thải được xử lý ) w =4 Phân hạng C pH w = 4 Phân hạng C Độ dẫn điện( µ mole s) w = 1 Phân hạng 95 – 100 100 6 – 8 100 0 – 750 100 80 – 95 80 5-6; 8-9 80 750 – 1500 80 70 – 80 60 4-5 ; 9-10 40 1500 – 2500 40 _______________________________________________________________________________________________ Nhóm: Nguyễn Thị Họp – Lê Thị Trúc Lâm - Trương Thị Cẩm Tú 5 Môn ho ̣ c: Hóa kỹ thuật môi trường GVHD: TS. Mai Tuấn Anh 60 – 70 40 <4 ; >10 0 >2500 0 50 -60 20 <50 0 DO(% bão hòa) w = 4 Phân hạng C Coliform (MPN/100m l) Phân hạng C CCE (1x10 -2 mg/l) w =1 Phân hạng >70 100 <1000 100 0 – 100 100 50 – 70 80 1000-5000 80 100 – 200 80 30 – 50 60 5000-10000 60 200 - 300 60 10 – 30 30 10000- 20000 30 300 – 400 30 < 10 0 20000 ≥ 0 > 400 0 Độ kiềm (mg/l) w =1 Phân hạng C Chloride (mg/l) w= 1 Phân hạng C Hệ số 20 – 100 100 0 -100 100 Nhiệt độ (M 1 )=1 hoặc 0,5 5 – 20 ; 100 – 200 80 100 – 175 80 0 -5; > 200 40 175 – 250 40 Acid 0 >250 0 Trọng số tương đương Xử lý nước thải 4 _______________________________________________________________________________________________ Nhóm: Nguyễn Thị Họp – Lê Thị Trúc Lâm - Trương Thị Cẩm Tú 6 Môn ho ̣ c: Hóa kỹ thuật môi trường GVHD: TS. Mai Tuấn Anh DO 4 pH 4 Coliform 2 Độ dẫn điện riêng 1 CCE 1 Độ kiềm 1 Chloride 1 Bảng 2.2: các thông số môi trường và mức phân hạng dùng để hình thành chỉ số chất lượng môi trường theo Horton Công thức: 21 1 1 .MM W IW Q n i i n i ii I ∑ ∑ = = = (2.7) Q I : chỉ số chất lượng nước của Horton W i : trọng số của thông số i I i : Chỉ số phụ của thông số o nhiễm i M 1 = 1 nếu nhiệt độ nước thấp hơn giá trị quy định, ngước lại = 0,5 M 2 = 1 nếu “sự ô nhiễm biểu hiện không rõ ràng”, ngược lại = 0,5 “Sự ô nhiễm rõ ràng” bao gồm các hiện tượng quan sát thấy cặn lơ lửng, dầu mỡ, nổi váng, nổi bọt, có mùi, nước có màu…M 1 , M 2 được đưa vào để biến đổi công thức cho phù hợp với từng tình huống cụ thể. Như vậy, chỉ số càng nhỏ thì mức ô nhiễm càng lớn. ii) Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh quốc gia Mỹ (NSFWQI) _______________________________________________________________________________________________ Nhóm: Nguyễn Thị Họp – Lê Thị Trúc Lâm - Trương Thị Cẩm Tú 7 Môn ho ̣ c: Hóa kỹ thuật môi trường GVHD: TS. Mai Tuấn Anh Chỉ số này được xây dựng năm 1970, là một trong những chỉ số chất lượng nước được sử dụng rộng rãi nhất ở Hoa Kỳ. Theo khảo sát ý kiến của các chuyên gia, 11 thông số đã được chọn trong tổng số 35 thông số đề nghị, bao gồm: DO, fecal coliform, pH, BOD 5 , NO 3 - , PO 4 3- , nhiệt độ, độ đục, tổng chất rắn, các chất độc và thuốc trừ sâu. Đối với các chất độc và thuốc trừ sâu chỉ số được lấy bằng 0 ở giá trị tối đa cho phép và chỉ số tăng dần theo sự giảm nồng độ các chất này. ∑ = = n i II IWNSFWQI 1 (2.8) NSF WQI: chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Hoa Kỳ W i : trọng số của thông số ô nhiễm i I i : chỉ số phụ của thông số ô nhiễm i Thông số Đơn vị Trọng số Sự thay đổi nhiệt độ % 0,10 pH 0,11 DO Mg/l 0,17 BOD Mg/l 0,11 Fecal coliform MPN/100ml 0,16 NO 3 3- Mg/l 0,10 Tổng PO 4 3- Mg/l 0,10 Tổng chất rắn Mg/l 0,07 Độ đục NTU 0,08 Bảng 2.3: Trọng số các thông số CSCLMT nước mặt của Earth Force phát triển từ NSFWQI _______________________________________________________________________________________________ Nhóm: Nguyễn Thị Họp – Lê Thị Trúc Lâm - Trương Thị Cẩm Tú 8 Môn ho ̣ c: Hóa kỹ thuật môi trường GVHD: TS. Mai Tuấn Anh Dựa vào chỉ số tính được cách trên, Earth Force đã phân chia chất lượng nước mặt ra làm các loại: Chỉ số Chất lượng nước 90 – 100 Rất tốt 70 - 90 Tốt 50 – 70 Trung bình 25 – 50 Xấu 0 - 25 Rất xấu Bảng 2.4: Phân chia các loại nước mặt iii) Chỉ số chất lượng nước Canada (CCME water quality index): Hội đồng bộ trưởng môi trường của Canada (CCME – Canadian Council of Ministers of the Environment) đã đưa ra chỉ số chất lượng nước năm 2001, được tính như sau:         ++ −= 732,1 100 2 3 2 2 2 1 FFF CCMEWQI (2.9) Với F 1 : tỉ lệ phần trăm giữa thông số không đạt tiêu chuẩn và tổng thông số đang xét. F 1 = (Số thông số không đạt/Tổng số thông số)x100% F 2 : tần suất không đạt tiêu chuẩn, tức là tỉ lệ mẫu không đạt tiêu chuẩn với tổng số mẫu: F 2 = (số mẫu không đạt/tổng số mẫu)x100 F 3 : mức độ không đạt tiêu chuẩn (biên độ): 01,001,0 3 + = nse nse F (2.10) _______________________________________________________________________________________________ Nhóm: Nguyễn Thị Họp – Lê Thị Trúc Lâm - Trương Thị Cẩm Tú 9 Môn ho ̣ c: Hóa kỹ thuật môi trường GVHD: TS. Mai Tuấn Anh Với nse : chuẩn hóa độ lệch. (2.11) e i= - 1 (nếu tiêu chuẩn của thông số I là ngưỡng trên) (2.12) e i= - 1 (nếu tiêu chuẩn của thông số I là ngưỡng dưới) Sau khi tính được chỉ số, người ta chia chất lượng nước ra làm 5 loại: Giá tri chỉ số Chất lượng nước 95 – 100 Rất tốt 80 - 94 Tốt 65 – 79 Trung bình 45 – 64 Trung bình - kém 0 -44 Kém Bảng 2.5: Phân chia chất lượng nước iv) Chỉ số WQI của Malaysia: Bộ Môi trường Malaysia cũng xây dựng CSCLMT nước mặt với các thông số: DO, BOD, COD, SS, N-NH 3 và pH. Công thức tính WQI: WQI = 0,22x SIDO + 0,19xSIBOD + 0,16xSICOD + 0,15xSIAN + 0,16xSISS + 0,12SIpH (2.13) Trong đó: SIDO, SIBOD, SICOD, SIAN, SISS, SIpH: chỉ số phụ của thông số oxy hòa tan, BOD, COD, N-NH 3 , SS (chất rắn lơ lửng), pH. _______________________________________________________________________________________________ Nhóm: Nguyễn Thị Họp – Lê Thị Trúc Lâm - Trương Thị Cẩm Tú 10 ∑ = = n i i e nse 1 Tổng số mẫu Giá trị mẫu Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn Giá trị mẫu [...]... Thất Lãng Nghiên cứu chỉ số chất lượng nước để đánh giá và phân vùng chất lượng nước sông Hậu Trường Cao đẳng Tài nguyên và Môi trường TP Hồ Chí Minh 3 Tôn Thất Lãng Xây dựng chỉ số chất lượng để đánh giá và quản lý chất lượng nước hệ thống sông Đồng Nai Trường Cao đẳng Tài nguyên và Môi trường TP Hồ Chí Minh 4 Chế Đình Lý Hệ thống chỉ thị và chỉ số môi trường để đánh... vùng CLN trên một diện rộng theo chỉ số chất lượng nước Một địa phương hoặc một quốc gia nếu có mạng lưới quan trắc chất lượng nước đồng thời lại có qui định về WQI thì có thể thực hiện công tác quản lý tài nguyên nước, phòng chống ô nhiểm, sử dụng nước hợp lý và an toàn Áp dụng mô hình WQI để phân loại, phân vùng chất lượng nước, đề xuất, đánh giá khả năng sử dụng nước các đoạn sông, kênh, rạch… và... học: Hóa kỹ thuật môi trường GVHD: TS Mai Tuấn Anh các nguồn nước Chỉ số này chỉ cung cấp một sự khái quát về chất lượng nước, do vậy bên cạnh WQI, vẫn cần thiết các báo cáo đánh giá CLN chi tiết cho các nhà chuyên môn sử dụng Trên cơ sở tìm hiểu đề tài này chúng tôi có một vài kiến nghị như sau: - Tăng cường công tác quản lý, giám sát và đánh giá chất lượng môi trường nước mặt, nhất là tại... khái quát chất lượng nước cho một lưu vực, một dòng sông, một hồ nước cụ thể WQI không phải là tiêu chuẩn, hoặc quy chuẩn kỹ thuật Tuy nhiên do WQI có thể khái quát chất lượng nước cho một lưu vực sông hoặc một vùng cụ thể nên đây là công cụ rất hiệu quả trong quản lý môi trường, quan trắc ô nhiễm, đánh giá tác động môi trường, đánh giá hiệu quả xử lý ô nhiễm, đánh giá sơ bộ khả năng sử dụng nước Nếu... Tăng cường công tác thanh, kiểm tra môi trường, xử lý mạnh các hành vi gây ô nhiễm môi trường; - Nâng cao năng lực quản lý môi trường cho cán bộ quản lý môi trường địa phương Đồng thời nâng cao trình độ dân trí, lồng ghép với các chương trình, hoạt động bảo vệ môi trường, làm cho người dân hiểu được tầm quan trọng của nguồn nước sạch và tác hại khi sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm, thay đổi những thói... trắc môi trường nước với nhiều điểm thu mẫu và phân tích trên các dòng sông chính theo tần suất tuương đối dày, với nhiều thông số quan trắc, ít nhất phải có các thông số trong công thức WQI đà được lập (b) Tính toán các giá trị WQI và công khai thông tin cho lãnh đạo và công chúng theo định kỳ (c) Diễn giải cách phân loại chất lượng nước theo WQI một cách dễ hiểu: Chỉ số WQI là gì? Qui định chất lượng. .. lượng nước, đề xuất, đánh giá khả năng sử dụng nước các đoạn sông, kênh, rạch… và đề xuất biện pháp sử dụng hợp lý nguồn nước Chỉ số chất lượng nước là biện pháp lượng hoá dễ hiểu về mức độ ô nhiễm nước tại vị trí cụ thể, thời điểm cụ thể Dựa vào đó người dân có thể biết được nguồn nước mà mình đang sử dụng đạt loại gì (rất tốt - không ô nhiễm, tốt - ô nhiễm nhẹ, trung bình - ô nhiễm trung bình, xấu... lượng nước theo điểm số: bao nhiêu điểm là loại tốt, bao nhiêu điểm là loại xấu v.v…Loại nước nào có thể sử dụng cho sinh hoạt, loại nào sử dụng an toàn cho nuôi thủy sản, loại nào không nên sử dụng mà phải xử lý… Trước tiên, cần phải khẳng định rằng, hệ thống WQI này không thể thay thế cho các tiêu chuẩn chất lượng nước chuyên ngành (TCVN về nước cấp cho sinh hoạt, thủy sản, thủy lợi…) WQI chỉ đánh... Lâm - Trương Thị Cẩm Tú 15 Môn học: Hóa kỹ thuật môi trường GVHD: TS Mai Tuấn Anh SI: mức phân hạng Màu sắc Chỉ số WQI Lam Lục Cam Đỏ Đen 90 - 100 80 – 89,9 50 - 79,9 20 – 49,9 0 – 19,9 Đánh giá chất lượng Nước chưa có dấu hiệu ô nhiễm Ô nhiễm nhẹ Ô nhiễm trung bình Ô nhiễm nặng Ô nhiễm rất nặng Bảng 2.9: Phân loại chất lượng nguồn nước mặt Nước chưa có dấu hiệu ô nhiễm: các chỉ... TP.HCM và các lưu vực trong cả nước chắc chắn sẽ nâng cao hiệu quả BVMT, tiết kiệm đáng kể nguồn chi phí về tiền của và nhân lực cho các địa phương Qua hệ thống WQI chúng ta sẽ quản lý được chất lượng nước tại từng thời điểm, từng khu vực cụ thể, các cơ quan chức năng có thể dựa vào đó để đánh giá mức độ ô nhiễm nguồn nước, tìm ra nguyên nhân và biện pháp khắc phục chất lượng nước cho phù hợp với từng mục