ĐỒ án NGHIÊN cứu CHẤT LƯỢNG nước SÔNG

Tuy nhiên, cách làm này gặp phải một số hạn chế như: khó phânloại và phân vùng chất lượng nước, khó so sánh chất lượng nước theo không gian và thời gian, và khó thông tin về chất lượng n

Tôi xin gửi lời cảm ơn đến các bạn lớp LDH2T đã động viên tôi trong suốt quá trìnhlàm đồ án.

Canadian Council of Ministers

of the Environment – Water Quality Index

WQIChỉ số chất lượng nước của

CCME-Quỹ vệ sinh Mỹ

National Sanitation Foundation – Water Quality Index NSF-WQI

Nhu cầu oxi sinh hóa 5-day Biochemical Oxygen

Nhu cầu oxi hóa học Chemical Oxygen Demand COD

Tổng chất rắn lơ lửng Total Suspended Solids TSS

Tổng cục Môi trường Vietnam Environment

Protection Agency (VEPA) TCMT

MỞ ĐẦU

Nước là một nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng và cần thiết cho phát triển kinh

tế - xã hội của con người.Tuy nhiên, sự gia tăng dân số cùng với quá trình đô thịhoá và công nghiệp hoá trong hơn nửa thế kỷ gần đây đã tác động mạnh mẽ đếnmôi trường nước khiến cho tình trạng thiếu nước, ô nhiễm nước đang dần trở nênphổ biến và nghiêm trọng tại nhiều quốc gia trên thế giới trong đó có cả Việt Nam

Do vậy, việc đánh giá chất lượng nước để có kế hoạch bảo vệ phục hồi và sử dụngbền vững nguồn nước trở thành cấp thiết đối với bất kỳ quốc gia, địa phương nào,đặc biệt là các nguồn nước mặt – những nguồn nước dễ bị ô nhiễm

Để đánh giá chất lượng nước, hiện nay ở Việt Nam và nhiều quốc gia trên thế giớithường dựa vào việc phân tích các thông số riêng biệt rồi so sánh từng thông số đóvới giá trị giới hạn được quy định trong Tiêu chuẩn/Quy chuẩn Quốc gia hoặc Tiêuchuẩn Quốc tế Tuy nhiên, cách làm này gặp phải một số hạn chế như: khó phânloại và phân vùng chất lượng nước, khó so sánh chất lượng nước theo không gian

và thời gian, và khó thông tin về chất lượng nước cho cộng đồng và các cơ quanquản lý Nhà nước, các nhà lãnh đạo để ra các quyết định phù hợp về bảo vệ và khaithác nguồn nước(vì chỉ nhà chuyên môn mới hiểu được Ph, oxy hòa tan … là gì).Đểkhắc phục những vấn đề trên, đồng thời tạo ra cơ sở thuận lợi cho việc bản đồ hóachất lượng nước, cần phải có một thông số mô tả tổng quát, dễ hiểu về chất lượngnước và cho phép lượng hóa được chất lượng nước đó là chỉ số Chất lượng nước(Water Quality Index, viết tắt là WQI).WQI đã được thừa nhận là một công cụ phục

vụ hữu hiệu cho công tác quản lý chất lượng nước sông

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC, CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC VÀ CHỈ SỐ CHẤT

LƯỢNG NƯỚC.

1.1 CHẤT LƯỢNG NƯỚC, CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NƯỚC.

1.1.1 Chất lượng nước.

Chất lượng nước là do nhiều yếu tố cấu thành, bao gồm các thông số vật lý, hóa học

và sinh học Tầm quan trọng của mỗi thông số đối với chất lượng nước thay đổi tùyvào mục đích sử dụng

Ngày nay, cùng với sự phát triển kinh tế, dân số gia tăng thì nhu cầu sử dụng nướcngày càng tăng cả về khối lượng và chất lượng Việc khai thác quá mức các nguồnnước phục vụ nhu cầu hàng ngày mà không có kế hoạch bảo vệ sẽ dẫn đến nguy cơcạn kiệt và ô nhiễm các nguồn tài nguyên nước đang đặt ra cho toàn cầu và mỗiquốc gia những thách thức to lớn, đòi hỏi có những chính sách mang tầm chiến lược

để quản lý chất lượng nước, bảo vệ các nguồn nước và kiểm soát sự ô nhiễm Đểquản lý chất lượng nước có hiệu quả thì việc cần thiết là phải đánh giá chất lượngnước Tùy vào mục đích sử dụng mà yêu cầu chất lượng nước khác nhau

Để đánh giá chất lượng nước người ta cần phải phân tích các thông số chất lượngnước Dựa vào bản chất các thông số chất lượng nước, người ta chia các thông sốchất lượng nước thành các nhóm: các thông số vật lý, hóa học, vi sinh như sau:

- Các thông số vật lý bao gồm: màu, mùi, nhiệt độ (0C), tổng chất rắn hòa tan(TDS), độ đục (TUR), độ dẫn điện (EC)

- Các thông số hóa học có thể chia thành các chất hữu cơ và vô cơ:

* Tổng các chất hữu cơ được đặc trưng bởi thông số nhu cầu oxy sinh hóa (BOD)hoặc tổng cacbon hữu cơ (TOC) Trong nhiều trường hợp, người ta còn phân tíchriêng từng chất hoặc từng nhóm chất hữu cơ có mặt trong nước như: các hóa chấtbảo vệ thực vật (HCBVTV), phenol

* Các chất vô cơ được đặc trưng bởi các thông số: độ muối (Sal), độ cứng, pH,nitrat (NO3-), nitrit (NO2-), amoni (NH3/NH4+), photphat (PO3-), sunfat (SO42- ) Trong nhiều trường hợp, người ta còn phân tích riêng từng chất, chẳng hạn các kimloại độc: HgII, CdII, PbII

- Các thông số vi sinh: tổng coliform (TC), coliform phân (FC) được xem lànhững thông số chỉ thị cho sự ô nhiễm các vi khuẩn có nguồn gốc phân Đó lànhững nhóm vi khuẩn gây các loại bệnh đường ruột như tả, thương hàn

Ngoài ra, dựa vào khoảng nồng độ của các chất có mặt trong nước, người ta có thểchia ra thành các nhóm thông số CLN như sau:

+ Các cấu tử chính (nồng độ cỡ 10 ÷ 100 ppm): BOD, nhu cầu oxy hóa học (COD),oxy hòa tan (DO), tổng cacbon hữu cơ (TOC), độ cứng, độ kiềm, TDS, chất rắn lơlửng (SS)…

+ Các ion thường gặp (nồng độ cỡ 1 ÷ 10 ppm): NO3-, NO2-, NH4 /NH3, PO43- + Các cấu tử lượng vết (nồng độ cỡ ppb ÷ 1 ppm): các kim loại độc (PbII, CdII, AsIII,

V, CuII, NiII…), các hóa chất bảo vệ thực vật (nhóm DDT, nhóm HCH, aldrine…)

- Các cấu tử siêu vết (có nồng độ < ppb) như: HgII, PCBs, PAHs, Dioxins/Fuans

Số lượng các thông số CLN là rất lớn và do vậy, sẽ không đủ thời gian, kinh phí vàcông sức để phân tích tất cả Thông thường, tùy thuộc vào nguồn nước và mục đích

sử dụng nước, người ta quy định các thông số khác nhau, chẳng hạn, theo QCVN 08: 2008/BTNMT (viết tắt là QCVN O8:2008), số thông số CLN của nguồn nước mặtdùng để cấp cho sinh hoạt bao gồm 32 thông số, nhưng số thông số của nguồn nướcmặt cấp cho nuôi tôm sú (theo Tiêu chuẩn của Bộ Thủy sản quy định năm 2001: 28TCN 171: 2001) chỉ gồm 6 thông số

1.1.2 Các phương pháp đánh giá chất lượng nước.

1.1.2.1 Đánh giá dựa vào từng thông số riêng lẻ.

Đây là phương pháp truyền thống, việc đánh giá chất lượng nước thường dựa vàokết quả phân tích các thông số riêng biệt, rồi so sánh chúng với các giá trị tươngứng được quy định trong tiêu chuẩn/quy chuẩn liên quan

Phương pháp này gây khó khăn cho công tác giám sát và quản lý chất lượng nước.chất lượng nước có thể đạt tiêu chuẩn dựa theo một số thông số nhưng vài thông sốkhác lại không đáp ứng Đồng thời không đánh giá chất lượng nước một cách tổngquát, không phân loại được chất lượng nước, nên khó so sánh chất lượng nước từngvùng của một con sông, so sánh chất lượng nước sông này với sông khác, chất lượngnước thời điểm này với thời điểm khác

1.1.2.2 Phương pháp mô hình hóa.

Mô hình hóa chất lượng nước, tức là sử dụng các mô hình toán học để mô phỏngchất lượng nước Phương pháp này đòi hỏi rất nhiều thông số “đầu vào” bao gồmcác thông số thủy văn, hóa lý… nên khá phức tạp Một số mô hình thường được sửdụng là Qual-2K, MIKE11, SWAT… Đây là một phương pháp hiệu quả nhưng cần

sự hiệu chỉnh, hiểu biết về thủy động lực học và chi phí cho việc xây dựng mô hìnhcũng rất cao

1.1.2.3 Phương pháp áp dụng chỉ số sinh học.

Phương pháp quan trắc môi trường nước bằng các thông số hóa lý chỉ có thể phảnánh tình trạng thủy vực ngay tại thời điểm lấy mẫu Trong khi đó ảnh hưởng củachất lượng nước thường bị tác động bởi các nguồn trong một thời gian nhất định vàchứa các quá trình tích lũy sinh học trong cơ thể sinh vật Do vậy các thông số hóa

lý khó có thể đánh giá được đầy đủ về chất lượng nước đã ảnh hưởng đến hệ sinhthái

Ngoài ra, việc quan trắc diễn biến chất lượng nước bằng phương pháp chỉ số sinhhọc cũng có nhiều ưu điểm hơn so với phương pháp hóa học về nhiều mặt: tốn ít tốnthời gian hơn, chi phí thấp hơn và cho kết quả đánh giá nhanh hơn, tổng thể hơn vềmặt diễn biết chất lượng nước theo thời gian Kết quả quan trắc sinh học có thể chophép đánh giá khá khách quan về tác động của chất lượng môi trường nước đến hệthủy sinh lưu vực Tuy nhiên phương pháp này gặp nhiều khó khăn trong việc lấycác mẫu sinh học (thực vật, động vật) nên cũng ít được áp dụng

1.2 TỔNG QUAN VỀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC.

1.2.1 Giới thiệu chung về chỉ số chất lượng nước.

Chỉ số chất lượng nước (WQI) là một chỉ số được tính toán từ các thông số quantrắc chất lượng nước, dùng để mô tả định lượng về chất lượng nước và khả năng sửdụng của nguồn nước đó; được biểu diễn qua một thang điểm

1.2.2 Phương pháp chung để xây dựng một mô hình WQI.

Việc xây dựng một mô hình tính WQI gồm 4 giai đoạn cơ bản :

- Xác định các thông số chất lượng nước lựa chọn (Xi): Một số ít các thông sốđược lựa chọn từ nhiều thông số chất lượng nước để tính vào WQI Số thông sốđược lựa chọn để tính vào WQI thường thay đổi, nó được hiệu chỉnh, thay đổi chophù hợp với từng dòng sông, cho từng mục đích sử dụng nước, nhưng thường là 3

÷13 thông số

- Xác định phần trọng lượng đóng góp của các thông số lựa chọn (wi): Phần trọnglượng đóng góp thể hiện tầm quan trọng của mỗi thông số lựa chọn trong mô hình tínhWQI Tuỳ theo dòng sông và mục đích sử dụng nước khác nhau mà tầm quan trọng củamỗi thông số trong mô hình tính cũng khác nhau Song, cũng có một số loại WQI khôngtính đến phần trọng lượng đóng góp của thông số lựa chọn

- Xác định chỉ số phụ (qi): qi thể hiện chất lượng của thông số lựa chọn và do vậy,

nó phụ thuộc vào giá trị của thông số lựa chọn Mặt khác, do các thông số lựa chọnthường có đơn vị khác nhau nên phải quy về thang điểm (hay chỉ số phụ qi) không

có đơn vị, qi thường nhận giá trị trong khoảng 0 ÷ 100hoặc 0 ÷ 1 Để xác định qi,người ta phải xây dựng sự phụ thuộc giữa qi và giá trị đo xi của thông số lựa chọn(Xi) dưới dạng phương trình toán, đồ thị hàm tuyến tính hoặc phi tuyến tính qi =f(xi) hoặc bảng tra cứu

- Tính các giá trị WQI theo công thức toán học xác định: Các công thức tính toánWQI có nhiều dạng khác nhau, có thể tính và không tính đến phần trọng lượng đónggóp (wi), có thể là dạng tổng hoặc dạng tích hoặc dạng Solway… Bảng 1 đề cậpmột số phương pháp thường được áp dụng

Bảng 1.1 Các công thức tính WQI tổng quát.

Dạng tổng Dạng tích Dạng Solway

Không tính phần trọng lượng đóng

góp

n i

i 1

1q

1.2.3 Ưu và hạn chế của WQI.

Từ các tài liệu tham khảo được về phương pháp nghiên cứu chất lượng nước bằngchỉ số WQI, đề tài tổng hợp và đánh giá về các ưu điểm của WQI trong đánh giádiễn biến chất lượng nước:

- Cho phép giảm một số các thông số phân tích vật lý, hóa học và vi sinh xuốngcòn một con số đơn giản theo một phương thức đơn giản

- Cho phép lượng hóa chất lượng nước (tốt, xấu, trung bình,…) theo một thangđiểm liên tục và nó thể hiện tổng hòa ảnh hưởng của các thông số chất lượng nước

- Thích hợp với việc tin học hóa, nên thuận lợi cho quản lý và thông báo chất lượngnước cho cộng đồng và các nhà hoạch định chính sách

- Sẽ tạo điều kiện thuận lợi cho bản đồ hóa chất lượng nước thông qua việc “màuhóa” các thang điểm WQI…

- Không những đóng vai trò là chỉ thị của sự thay đổi chất lượng nước mà còn chỉthị cho những thay đổi về tiềm năng sử dụng nước

- Cho phép đánh giá khách quan về chất lượng nước, đồng thời cho phép so sánhchất lượng nước theo không gian, thời gian và do vậy, thuận lợi cho phân vùng vàphân loại chất lượng nước.

Tuy có nhiều ưu điểm, nhưng WQI cũng có những hạn chế sau:

- Tính mơ hồ: trong một số trường hợp, WQI không phản ánh rõ ràng về thực trạngchất lượng nước, chẳng hạn, chất lượng nước kém nhưng giá trị WQI lại phản ánh

là trung bình, thậm chí tốt và ngược lại, chất lượng nước tốt, nhưng giá trị WQI lạiphản ánh là trung bình…

-Tính không mềm dẻo: một số mô hình tính WQI không cho phép bổ sung thông số

do phương pháp đã được cố định

- Tính che khuất: một thông số nào đấy có giá trị chỉ số phụ thấp có thể bị che lấpbởi những thông số khác có giá trị cao hơn

1.2.4 Các mô hình chỉ số WQI đang được áp dụng trên thế giới.

Có rất nhiều quốc gia đã áp dụng WQI vào thực tiễn, cũng như có nhiều nhà khoahọc nghiên cứu về các mô hình WQI.Trong đó, 3 mô hình nổi tiếng nhất là:

1.2.4.1 Chỉ số chất lượng nước tổng quát của NSF (NSF-WQI).

NSF-WQI được Brown, Mc Clelland, Deininger và Tozer xây dựng vào đầu nhữngnăm 1970, dưới sự hỗ trợ của Quỹ vệ sinh Quốc gia Mỹ (US-NSF) NSF- WQI làkiểu chỉ số CLN tổng quát, tức là chung cho đa mục đích sử dụng nước NSF –WQI được xây dựng bằng cách sử dụng kỹ thuật Delphi ( của tập đoàn Rand) đểxác định các thông số CLN lựa chọn (Xi), sau đó xác lập phần trọng lượng đóng gópcủa từng thông số (wi) và tiến hành xây dựng các đồ thị chuyển đổi từ các giá trị xi (giá trị đo được của thông số lựa chọn) sang chỉ số phụ (qi) Từ kết quả các phiếu câuhỏi điều tra gửi cho các chuyên gia, 9 thông số được lựa chọn từ 35 thông số CLNđưa ra, bao gồm: DO, TC, pH, BOD5, NO3-, PO43-, nhiệt độ, TUR và tổng chất rắn(TS)

NSF-WQI được tính theo một trong 2 công thức: công thức có tính đến phần trọnglượng đóng góp, có dạng tổng ( ký hiệu là WA-WQI), có dạng tích ( ký hiệu là WM– WQI):

Phần trọng lượng đóng góp (wi) của 9 thông số lựa chọn như sau: DO: 0,17;coliform phân: 0,15; pH: 0,12; BOD5: 0,10; PO43-: 0,10; biến thiên nhiệt độ (: 0,10;TUR: 0,08; TS: 0,08

Chỉ số phụ qi được xác định dựa vào các đồ thị qi = f(xi) Trên mỗi đồ thị qi = f(xi),

giá trị trung bình và khoảng tin cậy 80% được biểu diễn, qi nhận giá trị 0 ÷ 100.Theo mô hình này, giá trị WQI xác định được nằm trong khoảng 0 đến 100, WQI =

0 ứng với mức CLN xấu nhất, WQI = 100 ứng với mức CLN tốt nhất

1.2.4.2 Chỉ số chất lượng nước của Bhargava.

Chỉ số chất lượng nước này do Bhargava xây dựng vào năm 1983, được áp dụngđầu tiên để phân vùng và phân loại chất lượng nước sông Ganga, Ấn Độ Các bướcxây dựng chỉ số chất lượng nước của Bhargava ( viết tắt là Bhargava -WQI) gồm:

- Xác định các mục đích sử dụng nước: tác giả đề xuất việc đánh giá chất lượngnước theo 5 mục đích sử dụng chính: tắm, bơi lội; cấp nước sinh hoạt, nông nghiệp,công nghiệp, nuôi cá và tiếp xúc trực tiếp

- Xác định các thông số chất lượng nước cho mỗi mục đích sử dụng nước: Cácmục đích sử dụng nước khác nhau yêu cầu các thông số chất lượng nước khác nhau

và tầm quan trọng của mỗi thông số cũng khác nhau

Bảng 1 2 Các thông số CLN lựa chọn cho các mục đích sử dụng khác nhau.

ST

T Mục đích sử dụng nước Các thông số lựa chọn N

2 Cấp nước sinh hoạt Độđục, BOD,DO, Cl-,coliform 5

5 Nuôi cá và tiếp xúc trực tiếp Nhiệtđộ,BOD,DO, Cl- 4

- Xây dựng hàm nhạy cho các thong số lựa chọn (Fi): Hàm nhạy mô tả chất lượngcủa thông số CLN lựa chọn, là đại lượng trung tâm của mô hình Bhargava - WQI.Đây là hàm tuyến tính, biểu diễn mối quan hệ giữa Fi với giá trị xi được dung đểchuyển các giá trị đo (xi) về cùng thang điểm chung trong khoảng 0,01 ÷ 1.Việcxây dựng dựa trên các giá trị giới hạn quy định đối với các thông số chất lượngnước được lựa chọn trong các tiêu chuẩn tương ứng với các mục đích sử dụng khácnhau

- Tính toán chỉ số chất lượng nước: WQI cho mỗi mục đích sử dụng nước đượctính toán theo công thức:

Trong đó:

- Fi: giá trị hàm nhạy của thông số thứ i

- n: số thụng số lựa chọn (n tựy thuộc vào mỗi mục đớch sử dụng nước).

WQI tổng quỏt (hay WQI cho đa mục đớch sử dụng) được tớnh bằng cỏch lấy bỡnhquõn số học cỏc giỏ trị WQI của cỏc mục đớch sử dụng nước khỏc nhau với giả thiếttầm quan trọng của chỳng là như nhau Nếu tầm quan trọng của cỏc mục đớch sửdụng nước khỏc nhau, cú thể gỏn hệ số khỏc nhau cho mỗi mục đớch sử dụng khitớnh WQI tổng quỏt Dựa vào thang điểm Bhargava-WQI, CLN được phõn loại vàđỏnh giỏ theo 5 mức (5 loại) như sau: mức I: WQI = 90 ữ 100 (rất tốt); mức II: WQI

= 65 ữ 89(tốt); mức III: WQI = 35 ữ 64(trung bỡnh); mức IV: WQI = 11 ữ 34(xấu);mức V: WQI = 1 ữ 10(rất xấu)

1.2.4.3 Chỉ số chất lượng nước của Canada (CCME – WQI).

Chỉ số chất lượng nước Canada CCME – WQI được xõy dựng dựa trờn cơ sở kếthừa và phỏt triển mụ hỡnh WQI của bang British Columbia (Canada) và năm 2001

đó được Hội đồng Bộ trưởng Mụi trường Canada chấp nhận đưa vào sử dụng

CCME – WQI là loại mụ hỡnh WQI cho mục đớch riờng hoặc mục đớch tổng quỏt và

cú thể ỏp dụng cho cả nguồn nước ngọt, nước lợ và nước mặn Song mụ hỡnh nàychỉ ỏp dụng được khi cú ớt nhất 4 thụng số chất lượng nước và 4 đợt đo hay quantrắc Những thụng số chất lượng nước cần quan trắc (cỏc thụng số lựa chọn) vànhững tiờu chuẩn chất lượng nước cho cỏc mục đớch sử dụng khỏc nhau phụ thuộcvào cỏc tiờu chuẩn và quy định của quốc gia hoặc/và quốc tế

CCME – WQI được tớnh toỏn từ cỏc hệ số đại diện cho 3 yếu tố: phạm vi (F1), tần

số (F2) và độ lớn (F3) trong đú F1 và F2 được xỏc định trực tiếp, F3 được xỏc địnhgiỏn tiếp

- Xỏc định F1 (phạm vi): F1 thể hiện số thụng số chất lượng nước khụng đạt chuẩn,vượt quỏ (hoặc nhỏ hơn) giới hạn cho phộp trong tiờu chuẩn chất lượng nước ứngvới một mục đớch nào đú F1 được đo bằng tỉ số giữa số thụng số khụng đạt chuẩn

và tổng số cỏc thụng số được quan trắc:

1

Số thông số không đạt chuẩnF

Bước 1: Xỏc định độ lệch (ký hiệu là EXi) của mỗi thụng số khụng đạt chuẩn, caohơn hay thấp hơn bao nhiờu so với tiờu chuẩn quy định của thụng số đối với mộtmục đớch sử dụng nước xỏc định EXi được tớnh như sau:

+ Khi giỏ trị của thụng số cao hơn tiờu chuẩn:

i Xi

Giá trị của thông số X v ợt chuẩn

n Xi

i 1

Ense

Tổng các kết quả quan trắc không đạt chuẩn

CCME – WQI, người ta phân loại và đánh giá chất lượng nước theo 5 thang điểmnhư sau: mức I: WQI – B = 90 ÷ 100(rất tốt); mức II: WQI – B = 80 ÷ 94,9(tốt);mức III: WQI-B=65÷79,9(trung bình);mức IV: WQI – B = 45 ÷ 64,9(xấu); mức V:WQI – B = 0 ÷ 44,9(rất xấu).

1.2.5 Chỉ số chất lượng nước ở Việt Nam.

Tại Việt Nam, trong thời gian qua, Tổng cục Môi trường đã ban hành Quyết định số879/QD-TCMT về việc ban hành sổ tay hướng dẫn tính toán chỉ số chất lượngnước Tuy nhiên, WQI đã được các nhà khoa học nghiên cứu và áp dụng cho mộtvài lưu vực sông từ lâu, một số nghiên cứu điển hình như sau:

- Tôn Thất Lãng (2006) Xây dựng chỉ số chất lượng để đánh giá và quản lý chất

lượng nước hệ thống sông Đồng Nai Trong nghiên cứu này, tác giả đã sử dụng

phương pháp Delphi và phân tích tương quan để đưa ra chỉ số WQI Đồng thời tácgiả xây dựng một hệ thống câu hỏi gửi đến các chuyên gia về các thông số cần đượcquan tâm lựa chọn, cũng như các trọng số cho mỗi thông số đó Có 6 thông số đượclựa chọn như sau:

Bảng 1.3 Các thông số lựa chọn theo phương pháp Delphi_Tôn Thất Lãng.

TT Thông số Trọng số tạm thời Trọng số cuối cùng

- Hàm chất lượng nước với thông số BOD5: y = - 0,0006x2 - 0,1491x + 9,8255

- Hàm chất lượng nước với thông số DO: y = 0,0047x2 + 1,20276x - 0,0058

- Hàm chất lượng nước với thông số SS: y = 0,0003x2 - 0,1304x + 11,459

- Hàm chất lượng nước với thông số pH: y = 0,0862x4 - 2,4623x3 + 24,756x2 –102,23x + 150,23

- Hàm chất lượng nước với thông số tổng N: y = - 0,04x2 – 0,1752x + 9,0244

- Hàm chất lượng nước với thông số T Coliform: y = 179,39x-0,4067

Chỉ số WQI cuối cùng được tính theo công thức trung bình cộng có trọng số:

Trong đó qi, wi lần lượt là chỉ số phụ và trọng số tương ứng của thông số chất lượngnước i.

Để đánh giá chất lượng nước hệ thống sông Đồng Nai, dựa vào một số kết quảnghiên cứu của nhiều tác giả và kinh nghiệm thực tế, tác giả đề tài đề xuất phân loạinguồn nước mặt theo chỉ số WQI như sau:

Bảng 1.4 Phân loại chất lượng nguồn nước mặt - Tôn Thất Lãng.

Loại nguồn nước Chỉ số WQI Đánh giá chất lượng

hình tính toán WQI Về cơ bản các mô hình đều dựa trên hai mô hình gốc NSF –WQI và mô hình Bhargava-WQI để tính toán Các mô hình khác nhau ở chỗ xácđịnh bộ thông số và trọng số đóng góp của từng thông số trong bộ thông số đã chọnsao cho phù hợp với mục đích và đặc trưng của khu vực đánh giá.Do đó, khi giớithiệu và phân tích các mô hình, chúng tôi xin trích tóm tắt các điểm khác biệt về bộthông số và trọng số đóng góp mà không lặp lại cách tính toán cụ thể Các mô hình

cụ thể được trình bày ở các mục dưới đây:

a Mô hình 1: Dựa theo mô hình NSF-WQI (NSF-WQI/HCM)

Mô hình NSF-WQI/HCM do Lê Trình và cộng sự đề xuất năm 2007 Trong

đó cơ bản điều chỉnh 4 thông số trong 9 thông số của NSF-WQI Phương pháp,công thức tính và trọng số wi không thay đổi so với NSF-WQI Xem bảng sau:

4 Ph 0,08

b Mô hình 2: Xây dựng mô hình WQI cho HCM (HCM_WQI)

Mô hình này cải tiến dựa trên mô hình NFS-WQI, trong đó có xây dựng lại thông số

và trọng số đóng góp Để xây dựng mô hình này tác giả đã gởi 30 nhà khoa học đểtham khảo lựa chọn thông số Kết quả 10 trong 40 thông số gởi đi đã được lựa chọnnhiều nhất

c Mô hình 3: Áp dụng mô hình Bhargava điều chỉnh (Bhargava-WQI/HCM)

Trong mô hình này 10 thông số đã được lựa chọn để đánh giá và các thông số nàytrùng hợp với bộ thông số sử dụng trong mô hình HCM-WQI Tuy nhiên có điềuchỉnh để phù hợp với việc đánh giá chất lượng nước theo tiêu chuẩn về chất lượngnước mặt (TCVN 5942-1995) và phản ánh được hết đặc điểm chất lượng nước mặtvùng Tp HCM Một số hiệu chỉnh sau:

- Thêm thông số Fe

- Dùng thông số EC thay cho độ mặn

- Bỏ thông số “tổng P” vì không có trong TCVN 5942-1995

- Thay thông số “tổng N” bằng NO- 3 hoặc NH + 4/NH3.

Đề tài này đã tính WQI trong cả 4 trường hợp:

(i)Tính Fe, NH+ /NH3, không tính NO

-3(ii)Tính Fe, NO- 3 mà không tính NH + /NH3

(iii)Tính cả Fe, NH+ 4/NH3 và NO

-3(iv)Tính NH+ 4/NH3, NO - 3 mà không tính Fe.

Kết quả tính toán Bhargava-WQI/HCM cho các sông, kênh, rạch Tp HCM chothấy:

(i) và (ii) cho kết quả gần như trùng nhau, chênh lệch không quá 2

(i) và (iii) chênh lệch nhau không quá

(iv) chênh lệch lớn so với các trường hợp còn lại, khi nồng Fe trong mẫu > 2ml thì(iv) chênh lệch với (iii) trên 10 đơn vị

Từ kết quả trên Lê Trình và cộng sự đã đề xuất không chọn (iv) và nên chọn thông

số Fe trong mô hình tính toán Bhargava-WQI/HCM Có thể chọn NO- 3 hoặc

NH+ 4/NH3 mà không cần chọn cả hai thông số này Trong đó nếu nồng độ

NH+ 4/NH3 trong mẫu thấp thì ưu tiên chọn NO - 3 ( vì NH4 + khó xác định chính xáchơn NO- 3, do dễ dàng mất mát trong quá trình lấy mẫu và bảo quản mẫu khi mẫu có

pH >7)

- Nguyễn Văn Hợp và nnk Đánh giá chất lượng nước sông Bồ tỉnh Thừa Thiên Huế dựa vào chỉ số chất lượng nước Tác giả đã vận dụng phương pháp tính chỉ số

WQI của Bhargava áp dụng cho việc phân loại chất lượng nước sông Bồ

Để mô hình WQI của Bhargava phù hợp và đơn giản hơn khi áp dụng vào sôngHương, tác giả đã tiến hành một số điều chỉnh được nêu trong Bảng 1.5 như sau:

Bảng 1.5 Các thông số lựa chọn cho từng mục đích sử dụng.

ST

T Mục đích sử dụng Các thông số lựa chọn N

1 Tiếp xúc trực tiếp Độ đục, amoni, TC, BOD5 , DO 5

5 Bảo vệ đời sống thủy sinh nước

ngọt và tiếp xúc gián tiếp

Độ đục, DO, EC, BOD5

4Giá trị "hàm nhạy" Fi của thông số lựa chọn, nhận giá trị trong khoảng 0,01 ÷ 1 vàđược xác định từ đồ thị “hàm nhạy” như trong Hình :1

Hình :1 Hàm nhạy của các thông số lựa chọn đối với các mục đích sử dụng riêng.

Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng sông Bồ có chất lượng nước khá tốt: 90% số liệuWQI thuộc mức I (rất tốt) và mức II (tốt) Chất lượng nước sông Bồ (đánh giá qua

WQI) không khác nhau theo không gian với p > 0,05 nhưng khác nhau theo thờigian với p < 0,05.

CHƯƠNG II: ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN CỦA SÔNG CÁI PHAN RANG.

2.1 KHÁI QUÁT VỀ TỈNH NINH THUẬN.

Mã điện thoại 68

Mã bưu chính 63

Bảng số xe 85

ISO 3166-2 VN-36

Ninh Thuận có 3 dạng địa hình chính là: núi, đồi gò bán sơn địa và đồng bằng venbiển.

2.1.2.2 Khí hậu.

Nằm trong vùng khô hạn nhất cả nước, Ninh Thuận có khí hậu nhiệt đới gió mùavới đặc trưng là gió nhiều, khô nóng, lượng bốc hơi mạnh (từ 670 - 1.827mm) vàkhông có mùa đông lạnh Nhiệt độ trung bình năm từ 26- 270C Lượng mưa trungbình năm từ 800 – 925mm ở vùng ven biển và tăng dần theo độ cao, đến trên1.100mm ở vùng núi Độ ẩm không khí từ 75 - 77% Tổng lượng nhiệt từ 9.500 -10.0000C/

Khí hậu có 2 mùa rõ rệt: mùa mưa từ tháng 9 đến tháng 11 và mùa khô từ tháng 12đến tháng 8 năm sau

2.1.3 Tài nguyên.

2.1.3.1 Đất đai

Ninh Thuận có 9 nhóm đất với 75 loại đất:

- Nhóm đất cát: có 3 loại chủ yếu là đất cồn cát trắng, đất cát điển hình và đất cồncát đỏ; diện tích 10,4 nghìn ha

- Nhóm đất mặn có diện tích 5,5 nghìn ha.

- Nhóm đất phù sa có diện tích 8,3 nghìn ha

- Nhóm đất glây có diện tích 7,7 nghìn ha

- Nhóm đất mới biến đổi có diện tích 9 nghìn ha

- Nhóm đất xám vùng bán khô hạn có diện tích 232 nghìn ha

Năm 2002, Ninh Thuận có 152,3 nghìn ha rừng tự nhiên và 5,7 nghìn ha rừng trồng,

tỉ lệ che phủ rừng của toàn tỉnh là 46,8%

Ninh Thuận có khu bảo tồn thiên nhiên Núi Chúa Đây là nơi bảo tồn gen của nhiềuloại động thực vật đặc trưng của vùng khô hạn, ở đây còn loài rùa Vàng - một độngvật đặc biệt quý hiếm đang được thế giới quan tâm

Vùng ven biển có 3 nghìn ha mặt nước đầm, vịnh và các bãi rạn lớn gần bờ, thuậnlợi cho việc nuôi trồng thủy hải sản quy mô lớn, tập trung ở Đầm Nại, Cà Ná, Vĩnh

Hy, Sơn Hải, Phú Thọ…

2.1.3.3 Khoáng sản

Đáng kể nhất là nguồn phi khoáng - nguyên liệu để sản xuất vật liệu xây dựng như:thạch anh tinh thể ở núi Chà Bang, Mộ Tháp I, Mộ Tháp 2; cát thủy tinh ở ThànhTín; sét gốm ở Vĩnh Thạnh; cát kết vôi ở Sơn Hải, Cà Ná, Mỹ Tường trữ lượngkhoảng 1,5 triệu m3; đá vôi san hô tập trung ở Mỹ Tường, Thái An, Cà Ná trữ lượngkhoảng 2,5 triệu tấn

Đá granit ở Ninh Thuận khá phong phú với các loại đá màu hồng, màu lục sẫm vàmàu nâu nhạt

Ngoài ra, Ninh Thuận còn có wonfram, môlipđen ở Krông - pha, núi Đất; thiếc ởnúi Đất; muối khoáng, thạch anh ở Cà Ná, Đầm Vua, sô đa ở đèo Cậu…

2.1.3.4 Dân tộc

Cộng đồng dân cư ở Ninh Thuận gồm 15 dân tộc, trong đó người Kinh chiếm78,3%, người Chăm chiếm 12,7%, người Ra-glai 8%, người Cơ- Ho 0,5% và ngườiHoa chiếm 0,5% dân số toàn tỉnh

2.1.3.5 Giao thông

- Đường bộ: tổng chiều dài là 820,3km với 39 cầu các loại

Quốc lộ 1A đoạn qua tỉnh dài 64km

Quốc lộ 27 với hai tuyến là quốc lộ 27A (68km) và quốc lộ 27B (48km)

Tỉnh lộ có 3 tuyến: 702, 703, 704 với tổng chiều dài 53,9km

- Đường sắt Bắc - Nam qua địa phận tỉnh Ninh Thuận dài 67km với 5 nhà ga là

Kà Ron, Tháp Chàm, Cà Ná, Phước Nhơn và Hòa Trinh Ngoài ra còn có tuyếnđường sắt đi Đà Lạt nhưng hầu như bị phá hủy

- Ninh Thuận có sân bay Thành Sơn với đường băng dài gần 3km

- Ninh Thuận có cảng cá Đông Hải với cầu tàu dài 265m, cảng Cà Ná có cầu tàudài 200m và cảng Ninh Chữ, bến Mỹ Tân

2.1.3.6 Dân số và nguồn lao động.

Dân số: 517.000 người (năm 2010), mật độ dân số trung bình 170 người/km2 phân

bố không đều, tập trung chủ yếu vùng đồng bằng ven biển Cộng đồng dân cư gồm

3 dân tộc chính là dân tộc Kinh chiếm 76.5%; dân tộc Chăm chiếm 11,9%; đân tộcRaglai chiếm 10,4%; còn lại các dân tộc khác

Dân số trong độ tuổi lao dộng có 365700 người, chiếm khoảng 64% tỉ lệ lao độngqua đào tạo đạt khoảng 40% Cơ cấu lao động hoạt động trong lĩnh vực nông, lâm,thủy sản chiếm 51,99%; công nghiệp xây dựng chiếm 15%; khu vực du lịch chiếm33,01% với nguồn lao động dồi dào trên sẽ đáp ứng nhu cầu lao động cho các dự ánđầu tư trên địa bàn tỉnh

2.2 GIỚI THIỆU VỀ SÔNG CÁI

Hình 2.1: Bản đồ sông cái nhánh Phan Rang – Tháp Chàm)

(nguồn: https://maps.google.com/ ).

Bắt đầu từ ngã ba sông Tô Hạp thuộc xã Phước Bình hợp lưu với suối GiaNhong thuộc xã Phước Hoà (huyện Bác Ái) Lòng sông cạn có nhiều tảng đá chồngchất tạo nên gềnh thác trắng xoá vào mùa mưa Cách cầu Ninh Bình khoảng 5 cây

số, con sông Cái tiếp nhận một phụ lưu tả ngạn là sông Ma Lâm Qua khỏi NinhBình chừng 2 cây số, sông Cái lại tiếp nhận một phụ lưu phía hữu ngạn là sôngKrông Pha (sông Ông) Và đổ ra biển Đông

Về phía đồng bằng sông Cái được dân gian đổi tên thành sông Dinh Riêng ngườidân các xã Phước Thuận, Phước Sơn còn gọi sông Cái là sông Thuông Hiện nay,trên bản đồ khí tượng thuỷ văn con sông Dinh được gọi là sông Cái Phan Rang

Từ thuở xa xưa, người dân địa phương đã biết đắp đập ngăn dòng chảy của sôngCái vào mùa mưa lấy nước tưới cho những cánh đồng màu mỡ thuộc các huyệnNinh Sơn, Ninh Phước, Ninh Hải, thành phố Phan Rang- Tháp Chàm

Đến những năm 1960, sau khi công trình thuỷ điện Đa Nhim hoàn thành đã bổsung nguồn nước quan trọng trong mùa khô phục vụ sản xuất, sinh hoạt của hàngtrăm ngàn cư dân phía hạ nguồn sông Cái Nhà nước đang đầu tư nhiều tỉ đồng xâydựng hệ thống đê bê tông xi măng chống sạt lỡ đôi bờ sông Cái

Đây là công trình có ý nghĩa quan trọng trong việc bảo vệ dòng sông quê hương mãimãi trong xanh cho những mùa hoa thơm, trái ngọt.

CHƯƠNG III: NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU CHẤT LƯỢNG NƯỚC.

3.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU.

Lấy mẫu và phân tích các thông số môi trường (Nhiệt độ, Độ đục, Tổng chấtrắn lơ lửng (TSS), PH, DO, COD, BOD5, N-NH4, P-PO4, Tổng Coliform) của cácnguồn tài nguyên nước của sông Cái – Phan Rang

Ứng dụng chỉ số WQI để đánh giá hiện trạng chất lượng nước trên sông Cái– Phan Rang

Xác định nguyên nhân gây ô nhiễm nước trong sông Cái – Phan Rang

Đề xuất biện pháp quản lý nguồn nước trong sông Cái – Phan Rang theo pháttriển bền vững

3.2 VỊ TRÍ LẤY MẪU VÀ BẢO QUẢN MẪU.

S1 Cầu sông CáiS2 Cầu Ninh Bình

S4 Thôn Phú Thạch

Hạ nguồn:

Kí hiệu mẫu Địa điểm

3.2.2 Ngày lấy mẫu.

Hóa chất dùng để bảo quản mẫu,

Các giấy tờ cần thiết ( biên bản lấy mẫu, giấy đi đường… )

3.2.3 Lấy mẫu.

Mẫu lấy phải đại diện cho khu vực lấy

Mẫu được đựng trong bình nhựa 5 lít, chai PET 0,5 lít, chai PET 330ml, chai thủytinh 10ml

(Bình 5 lít phân tích các chỉ tiêu: TSS, NH4+, NO3-, NO2-, PO43-, BOD; ChaiPET 0,5 lit phân tích Fe, Hg, As, Pb và bảo quản bằng HNO3; Chai Pet 330ml phântích chỉ tiêu COD bảo quản bằng acid H2SO4; chai thủy tinh 100ml phân tích tổngcoliform)

Lấy bằng xô có dây; đo nhanh các thông số: pH, DO, nhiệt độ, độ dẫn, độ muối, độđục bằng máy TOA 22A

Tráng can nhựa, chai PET bằng chính nguồn nước cần lấy

Đổ nước đầy vào các can, chai, tránh bọt khí

Ghi đầy đủ thông tin mẫu lên chai đựng mẫu

Đậy chặt chai và cho vào thùng bảo quản

Ghi nhật ký lấy mẫu: ghi đầy đủ thông tin nơi lấy mẫu, thời gian lấy, các yếu tố môitrường…

3.2.4 Bảo quản mẫu.

Sau khi lấy mẫu các mẫu được ghi nhãn và thêm chất bảo quản mẫu vào mẫu nhưngchỉ đối với chỉ tiêu COD thêm 10ml H2SO4 cho 1lít mẫu và 10ml HNO3 cho 1lítmẫu đối với các chỉ tiêu kim loại

Mẫu được bảo quản ở thùng đá có đá được bảo quản trong bóng tối

3.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Quy trình tính toán và sử dụng WQI trong đánh giá chất lượng môi trường nước baogồm các bước sau:

Bước 1: Thu thập, tập hợp số liệu quan trắc từ trạm quan trắc môi trường nước.Bước 2: Tính toán các giá trị WQI thông số theo công thức

Bước 3: Tính toán WQI

Bước 4: So sánh WQI với bảng các mức đánh giá chất lượng nước

3.2.1 Thu thập tập hợp số liệu quan trắc.

Số liệu thu thập quan trắc phải đảm bảo các yêu cầu sau:

Số liệu quan trắc sử dụng để tính WQI là số liệu của quan trắc môi trường nướctheo đợt đối với quan trắc định kỳ hoặc giá trị trung bình của thông số trong mộtkhoảng thời gian xác định đối với quan trắc liên tục

Các thông số được sử dụng để tính toán WQI thường bao gồm các thông số: DO,nhiệt độ, BOD5, COD, NH4+, P-PO43-, TSS độ đục, Tổng coliform, PH

Số liệu quan trắc được đưa vào tính toán đã qua xử lý, đảm bảo đã loại bỏ các giá trịsai lệch, đạt yêu cầu đối với quy trình quy phạm về đảm bảo và kiểm soát chấtlượng số liệu

3.2.2 Tính toán số liệu WQI thông số.

WQI thông số được tính toán cho các thông số BOD5, COD, N-NH4+, PO43-, TSS, độ đục

P-* Tổng coliform được tính theo công thức sau.

(3.1)

qi: Giá trị WQI ở mức i đã cho trong bảng tương ứng với giá trị BPi.

qi+1: Giá trị WQI ở mức i+1 cho trong bảng tương ứng với giá trị BPi+1

Cp: Giá trị của thông số quan trắc được đưa vào tính toán

Bảng 3.1: Bảng quy định các giá trị q i , BP i

(mg/l)

COD(mg/l)

NH4+(mg/l)

N-P-PO4(mg/l)

3-Độ đục(NTU)

TSS(mg/l)

Coliform(MPN/100ml)

Ghi chú: Trường hợp giá trị Cp của thông số trùng với giá trị BPi đã cho

trong bảng thì xác định được WQI của thông số chính bằng giá trị qi tương ứng

* Tính giá trị WQI đối với thông số DO(WQI DO ): Tính toán giá trị DO

% bão hòa

Bước 1: Tính giá trị DO % bão hòa:

- Tính giá trị DO bão hòa:

DObão hòa=14,652-0,41022T + 0,0079910T2 – 0,000077774T3

T: Nhiệt độ môi trường nước tại thời điểm quan trắc(đơn vị OC)

- Tính giá trị DO% bão hòa:

DO% bão hòa = DOhòa tan/DObão hòa*100DOhòa tan: Giá trị DO quan trắc được(đơn vị mg/l)Bước 2: Tính giá trị WQIDO:

(3.2)

Trong đó: Cp: Giá trị DO % bão hòa

BPi, BPi+1, qi, qi+1 là các giá trị tương ứng với mức i, i+1 trong bảng 2

Bảng 3.2: Bảng quy định các giá trị BP i và q i đối với DO % bão hòa

Nếu 20 < giá trị DO% bão hòa < 88 thì WQIDO được tính theo công thức 2 và sử dụng bảng 8.

Nếu 88 ≤ giá trị DO% bão hòa ≤ 112 thì WQIDO = 100

Nếu 112 < giá trị DO% bão hòa < 200 thì WQIDO được tính theo công thức 1 và

sử dụng bảng 2

Nếu giá trị DO% bão hòa ≥ 200 thì WQIDO bằng 1

* Tính giá trị WQI đối với thông số pH.

Bảng 3.3: Bảng quy định các giá trị BP i và q i đối với thông số pH.

Nếu giá trị pH ≤ 5,5 thì WQIpH bằng 1

Nếu 5,5 < giá trị pH < 6 thì WQIpH được tính theo công thức 2 và sử dụng bảng 3

Nếu 6 ≤ giá trị pH ≤ 8,5 thì WQIpH bằng 100

Nếu 8,5 < giá trị pH < 9 thì WQIpH được tính theo công thức 1 và sử dụng bảng 3

Nếu giá trị pH ≥ 9 thì WQIpH bằng 1

P-WQIb:Giá trị WQI đã tính toán đối với 2 thông số: TSS, độ đục

WQIc: Giá trị WQI đã tính toán đối với thông số Tổng coliform

WQIpH: Giá trị WQI đã tính toán đối với thông số pH

Ghi chú: Giá trị WQI sau khi tính toán sẽ được làm tròn thành số nguyên

3.2.4 So sánh chỉ số chất lượng nước đã được tính toán với bảng đánh giá.

Sau khi tính toán được WQI sử dụng bảng xác định giá trị WQI tương ứng với mức đánh giá chất lượng nước để so sánh đánh giá cụ thể như sau(bảng 4):

Bảng 3.4: Mức đánh giá chất lượng môi trường nước.

91 – 100 Sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt Xanh nước

biển

76 – 90 Sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng cần các

biện pháp xử lý cho phù hợp Xanh lá cây

51 – 75 Sử dụng cho mục đích tưới tiêu và các mục đích tương

đương khác

Vàng

26 – 50 Sử dụng cho mục đích giao thông thủy và các mục đích

0 – 25 Nước ô nhiễm nặng cần các biện pháp xử lý trong tương

pH = 7 : môi trường trung hòa

pH ≥ 8 : môi trường kiềm

pH chi phối hầu hết các phản ứng, các diễn biến về hóa học, sinh học trong nước

pH ảnh hưởng lớn đến quá trình xử lý: phản ứng kết bông – quá trình lắng; phảnứng oxy hóa khử; phản ứng trao đổi làm mềm nước; xử lý diệt khuẩn và kiểm soát

sự ăn mòn công trình… Và ngược lại các diễn biến về hóa học, sinh học trong nướccũng có tác động làm thay đổi trị số pH Vì lý do này việc xác định pH cần đượcthực hiện ngay sau khi lấy mẫu, không nên lưu trữ mẫu quá 2 giờ

Nước ngầm và những vùng bị nhiễm phèn có pH thấp 4 < pH < 6 Thiên nhiên hiếmtrường hợp pH cao, trừ một vài vùng thuộc địa tầng đá vôi, có hàm lượng carbonathòa tan đáng kể như nước suối, nước khoáng

Khi gặp pH quá thấp hoặc quá cao thường gợi ý đến một sự nhiễm bẩn bởi cácnguồn chất thải công nghiệp

Ghi chú: Trước khi đo mẫu, pH kế phải được hiệu chuẩn ở khoảng pH tươngđương Sử dụng các dung dịch pH chuẩn: pH 4; pH 7 hoặc pH 10 và quy trình hiệuchuẩn được hướng dẫn kèm theo máy

Phạm vi áp dụng:

Phân tích mẫu nước uống, nước thiên nhiên, nước thải sau xử lý, nước ngầm

Bảo quản mẫu

Kết quả của chỉ tiêu pH:

Bảng 4.1 : Kết quả mẫu chỉ tiêu pH

Kết quả (mg/l) 7.5 7.1 6.8 7.3 6.7 7.7 6.5

4.1.2 Oxy hòa tan (DO).

Đại cương

Hầu hết các sinh vật sống bị phụ thuộc vào oxy ở dạng này hoặc dạng khác để duytrì quá trình trao đổi chất nhằm sản sinh ra năng lượng cho sự tăng trưởng hoặc sinhsản Quá trình hiếu khí là một vấn đề được quan tâm nhất khi chúng cần oxy tự do.

Độ hòa tan của oxy khí quyển trong các nguồn nước ngọt nằm trong khoảng từ 14

-7.

Vì DO là khí tan ít, độ hòa tan thay đổi tỉ lệ thuận với áp suất của khí quyển tạinhiệt độ đã cho Vì tốc độ oxy sinh học tăng cùng với nhiệt độ và nhu cầu oxy cũngtăng một cách tương ứng Điều kiện nhiệt độ cao khi độ oxy hòa tan có khả nănghòa tan thấp nhất là việc liên quan lớn nhất đối với kĩ sư môi trường Hầu hết cácđiều kiện liên quan đến độ thiếu hụt oxy hòa tan vào những tháng hè khi nhiệt độcao và độ hòa tan oxy ở mức thấp nhất vì những lý do này thường mức độ oxy hòatan ở khoảng 8mg/l là cao nhất dưới các điều kiện tới hạn

Oxy là yếu tố quan trọng trong quá trình ăn mòn sắt và thép, đặc biệt trong hệ thốngphân phối nước và lò hơi Việc xác định oxy hòa tan dùng kiểm soát ô nhiễm củanước

Việc xác định oxy hòa tan là cơ sở để xác định giá trị DO của mẫu nước để đánh giá

độ ô nhiễm của nước

Phạm vi áp dụng:

Nước mặt, nước thiên nhiên, nước uống

Yếu tố ảnh hưởng và khắc phục (nếu có):

Chất oxy hóa Fe3+ , NO3- gây sai số dương

2NO2- + 2I- + 4H+  N2O2 + I2 + 2H2O

N2O2 + O2 + H2O  2N2O + 2H+

Nếu có nitrit sự đổi màu tại dứt điểm không bình thường vì chuyển màu liên tụcgiữa 2I- và I2

NaN3 + H+  HN3 + Na+

NH3 + NO2 + H+  N2 + N2O + H2O

Fe3+ + 3F-  FeF3 …

Khắc phục cho NaNO3 vào HNO3 + N2O4  N2 + N2O

Chất khử (Fe2+, SO3-, S-…) gây sai số âm

5NO2- + 2MnO42- + 6H+  2Mn2+ + 3H2O

5Fe2+ + 2MnO4- + 8H+  5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

Andehit + MnO4- + H+  axit + Mn2+ + H2O

5(COO)- + 2MnO4- + 16H+  10CO2 + 2Mn2+ + H2O

Thiết bị:

Kết quả của chỉ tiêu DO:

Bảng 4.2: Kết quả mẫu chỉ tiêu DO

Về mặt lý thuyết, thời gian để quá trình oxy hóa xảy ra hoàn toàn là kéo dài vô tậnnhưng về mặt thực tế thì điều này không có ý nghĩa Thông thường thời gian thínghiệm ủ BOD kéo dài từ 5 (BOD5) đến 20 ngày (BOD20) tùy mục đích nghiên cứu

Và thí nghiệm BOD5 hiện đang được sử nhiều để xác định thành phần hữu cơ phânhủy sinh học của nước thải

Nguyên tắc:

Phản ứng của oxy hòa tan với mẫu mangan II hydroxit mới sinh (do thêm natri hoặckali hydroxit vào mangan II sunfat) Quá trình axit hóa và iodua các hợp chấtmangan có hóa trị cao hơn mới hình thành sẽ tạo ra một lượng ido tương đương.Xác định ido được giải phóng bằng cách chuẩn độ với natrithiosunfat

Ủ mẫu ở nhiệt độ 200C trong một thời gian xác định, năm hay bảy ngày, ở chỗ tối,trong bình đầy nút kín Xác định nồng độ oxy hòa tan trước và sau khi ủ Tính khốilượng tiêu tốn oxy trong một lít mẫu

Mẫu nước cần phân tích được xử lý sơ bộ và pha loãng với những lượng khác nhaucủa một loại nước loãng oxy hòa tan và chứa các vi sinh vật hiếu khí, có ức chế sựnitrat hóa

Phạm vi áp dụng:

Xác định BOD5 trong nước mặt và nước thải.

Bảo quản mẫu:

Giá trị BOD5 chủ yếu biểu thị hàm lượng các chất hữu cơ dễ chuyển hóa sinh họctrong nước thải Vì vậy, khoảng thời gian từ lúc lấy mẫu đến khi phân tích, các chất

ô nhiễm dễ bị chuyển hóa có thể bị phân hủy dẫn đến giá trị BOD của mẫu giảmdần

Ngoài việc lấy mẫu đúng theo quy chuẩn, mẫu cần được phân tích ngay Trườnghợp không thể phân tích ngay, mẫu cần được bảo quản ở nhiệt độ ≤ 40C nhưng cũngchỉ 24 giờ

Chú ý: đưa mẫu về nhiệt độ 200C trước khi phân tích

Các yếu tố ảnh hưởng và khắc phục (nếu có):

pH

Nếu pH nằm ngoài khoảng 6.0 – 8.0 thì đưa mẫu về nhiệt độ 20 ± 3 0C sau đó dùngdung dịch H2SO4 1N hay NaOH 1N chỉnh pH về khoảng 7.0 – 7.2

Lưu ý: Thể tích hóa chất trung hòa không làm pha loãng mẫu quá 0.5%

Mẫu có chứa Clo dư

Nếu có thể nên lấy mẫu trước giai đoạn khử trùng

Nếu mẫu có Clo dư thì phải khử Clo trước khi thử nghiệm BOD

Một vài mẫu có chứa Clo có thể được loại trừ bằng cách để mẫu thoáng dưới ánhsang từ 1- 2 giờ

Đối với mẫu chứa Clo nhiều không mất đi thời gian ngắn, khử Clo bằng dung dịchNa2SO3 cần thêm vào mẫu để khử Clo được xác định như sau: Thêm 10 ml axitacetic (1+1) hay H2SO4 (1+50) vào 1 lít mẫu, sau đó tiếp tục thêm 10 ml dung dịch

KI 10% rồi định phân bằng dung dịch Na2SO3 cho đến điểm tương đương (dùng chỉthị hồ tinh bột)

Lấy thể tích dung dịch Na2SO3 vừa xác định ở trên thêm vào mẫu đã được trunghòa, lắc đều, để yên 10 – 20 phút kiểm tra lại nồng độ Clo dư

Phải cấy thêm vi sinh vật cho các mẫu có Clo dư

Mẫu quá bão hòa oxy

Khi mẫu có nồng độ oxy quá bão hòa ở 200C có thể do mẫu nước quá lạnh hoặctrong nước có xảy ra quá trình quang hợp

Để không bị mất lượng oxy trong thời gian ủ, trước khi thử nghiệm mẫu phải được

để ổn định ở nhiệt độ 200C ± 3 và làm giảm độ quá bão hòa oxy bằng cách lắc hoặcsục khí mạnh

Mẫu chứa H2O2

H2O2 có trong mẫu nước thải từ các nghành công nghiệp tẩynhư nghành giấy, dệt…

Sự có mặt của H2O2 trong mẫu thử nghiệm BOD sẽ làm oxy quá bão hòa gây sailệch kết qủa

Khi mẫu có chứa H2O2 khử H2O2 bằng cách lắc mạnh mẫu trong becker có miệngthoáng với thời gian đủ để đuổi hết H2O2 trước khi test BOD

Kiểm tra lại nồng độ H2O2 bằng cách đo DO trong thời gian dài lắc mẫu hoặc bằngthuốc thử H2O2

Thời gian lắc mẫu thay đổi từ 1 – 2 giờ phụ thuộc vào nồng độ H2O2 có trong mẫu.H2O2 có thể bị khử hoàn toàn khi hàm lượng DO không tăng trong thời gian để yênmẫu 30 phút

Dung dịch chỉ thị hồ tinh bột hòa tan 2g tinh bột và 0.2g salisilic axit trong 100mlnước cất

Dung dịch đệm phosphate hòa tan 8.5g KH2PO4: 21.75g K2HPO4: 33.4gNa2HPO4.7H20 và 1.7g NH4Cl định mức thành 1000ml

Dung dịch magnesium sulfate hòa tan 22.5g MgSO4.7H2O thành 1000ml

Dung dịch calcium chlotide hòa tan 27.5g CaCl2 thành 1000ml

Dung dịch ferric chloride hòa tan 0.25g FeCl3.6H2O thành 1000ml.

Tiến hành thí nghiệm (phương pháp chuẩn độ Iod):

Mẫu pha loãng (nếu cần) được chuẩn bị bằng cách thêm 1ml từng dung dịch đệmphosphate, MgSO4, CaCl2, FeCl2 cho vào mỗi ml nước cất Để nước dùng pha loãngđạt nhiệt độ 200C và làm cho bão hòa oxy bằng cách lắc hoặc sục khí

Xác định DO

Rót đầy mẫu vào chai BOD tránh bọt khí bám trên chai, đậy nút, loại bỏ mẫu thừa.Một chai đậy nút kín, phủ một lớp nước đầy trên miệng loe của chai và đem ủ 5ngày ở nhiệt độ 200C Một chai còn lại được định phân DO ban đầu ngay lập tức:

Mở nút chai lần lượt thêm vào bên dưới mặt thoáng mẫu 2ml dung dịch MnSO4,2ml dung dịch iodua kiềm

Đậy nút chai, đảo ngược chai ít nhất 20 giây

Để yên đến khi kết tủa lắng hoàn toàn (khoảng 1/3 chai) Nếu là nước lợ hay nướcmặn thời gian đảo chai ít nhất là 2 phút

Thêm từ từ 2ml axit H2SO4 đậm đặc (cho axit chảy dọc theo thành chai)

Đật nút, đảo chai cho hòa tan hoàn toàn kết tủa

Đong thể tích 97ml dung dịch trong chai vào ống đong 100ml, chuẩn độ bằng dungdịch chuẩn Na2S2O3 0.025N cho tới màu vàng rơm Thêm 2 – 3 giọt chỉ thị hồ tinhbột Chuẩn độ cho tới khi dung dịch chuyển từ màu xanh đến mất màu

Ghi thể tích Na2S2O3 0.025N đã dùng

DO sau khi ủ 5 ngày, lấy ra xác định DO5 làm tương tự chai đã định phân DO0 Vàsuy ra BOD5

Kết quả của chỉ tiêu BOD5

BOD5 (mg/l) = (DO0 – DO5) x k

Trong đó:

DO0: hàm lượng oxy hòa tan ban đầu (mg/l)

DO5: hàm lượng oxy hòa tan sau 5 ngày ủ (mg/l)