Chỉ số chất lượng nước của tổ chức vệ sinh quốc gia Mỹ (NSF-WQI)

Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 06MT MỤC LỤC Nội dung Trang 1.Ý nghĩa của việc đánh giá hiện trạng chất lượng nước qua chỉ số chất lượng nước .2 2. Chỉ số chất lượng nước NSF – WQI 5 3. Phương pháp tính toán 6 3.1 Giai đoạn 1: Lựa chọn các thông số CLN quyết định (X i ) .6 3.2 Giai đoạn 2: Xác định phần trọng lượng đóng góp của mỗi thông số quyết định(wi) .8 3.3 Giai đoạn 3: Chuyển các giá trị đo của các thông số quyết định (xi) thành các chỉ số phụ (qi) để quy chúng về một thang điểm chung từ 1-100 8 3.4 Giai đoạn 4: Tính toán WQI bằng các công thức tập hợp 10 4. Ví dụ .12 5. Mô hình hóa kết quả .17 Tài liệu tham khảo 19 Nhóm Smiles Trang 1 Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 06MT 1. Ý nghĩa của việc đánh giá hiện trạng chất lượng nước qua chỉ số chất lượng nước: Hiện nay, ở Việt Nam và nhiều quốc gia trên thế giới, để đánh giá chất lượng nước (CLN), ô nhiễm nước sông, kênh rạch, ao đầm…người ta thường dựa vào việc phân tích các thông số CLN riêng biệt, sau đó so sánh từng thông số đó với giá trị giới hạn được quy định trong các quy chuẩn, tiêu chuẩn Quốc gia hoặc tiêu chuẩn Quốc tế. Tuy nhiên, cách làm truyền thống này có rất nhiều điểm hạn chế như sau: • Khi đánh giá CLN qua nhiều thông số riêng biệt sẽ không nói lên diễn biến CLN tổng quát của một con sông ( hay đoạn sông) và do vậy khó so sánh CLN từng vùng của một con sông, so sánh CLN của con sông này với con sông khác, CLN thời gian này với thời gian khác (theo tháng, theo mùa), CLN hiện tại so với tương lai… Vì thế, sẽ gây khó khăn cho công tác giám sát diễn biễn CLN, khó đánh giá hiệu quả đầu tư để bảo vệ nguồn nước và kiểm soát ô nhiễm nước… • Khi đánh giá qua các thông số CLN riêng biệt, chỉ các nhà khoa học hoặc nhà chuyên môn mới hiểu được, do đó, khó thông tin về CLN cho cộng đồng và các cơ quan quản lý Nhà nước, các nhà lãnh đạo để ra các quyết định phù hợp về bảo vệ và khai thác nguồn nước… Để khắc phục các khó khăn trên, cần phải có một hoặc hệ thống chỉ số cho phép lượng hóa được CLN ( nghĩa là biểu diễn CLN theo một thang điểm thống nhất), có khả năng mô tả tác động tổng hợp của nồng độ nhiều thành phần hóa – lý - sinh trong nguồn nước. Một trong những chỉ số đó là chỉ số chất lượng nước ( Water Quality Index – WQI). Bộ chỉ số chuẩn CLN (Water Quality Index – WQI) về cơ bản là phương tiện toán học để tính toán một giá trị riêng lẻ từ kết quả một số thí nghiệm. Kết quả chỉ số biểu hiện CLN của một lưu vực nhất định như hồ, sông hoặc suối. WQI được đề xuất đầu tiên ở Mỹ vào những năm 70 và hiện vẫn đang được áp dụng rộng rãi ở nhiều bang. Hiện nay, mô hình WQI đã được triển khai nghiên cứu áp dụng ở nhiều quốc gia như Ấn Độ, Canada, Chilê, Anh, Đài Loan, Úc, Malaysia… và ngay tại Việt Nam trong những năm gần đây cũng đã có nhiều nghiên cứu về vấn đề này. Một trong những bộ chỉ số WQI nổi tiếng, được áp dụng phổ biến nhất trên thế giới là bộ chỉ số WQI – NSF. Nhóm Smiles Trang 2 Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 06MT 2. Chỉ số chất lượng nước NSF – WQI: Chỉ số CLN của Quỹ vệ sinh Quốc gia Mỹ NSF (National Sanitation Foundation – Water Quality Index) là một trong những chỉ số CLN nổi tiếng và được sử dụng phổ biến nhất, được xây dựng năm 1970 như là “một công cụ để truyền thông thông tin về chất lượng nước đến cộng đồng và các nhà ban hành luật”. NSF – WQI là kiểu chỉ số CLN tổng quát, chung cho các mục đích sử dụng. NSF – WQI được xây dựng bằng cách sử dụng kỹ thuật Delphi của tập đoàn Rand. Mục đích của phương pháp này là thu nhận và tổng hợp ý kiến của một số đông các chuyên gia khắp nước Mỹ (142 người) về khía cạnh quản lý chất lượng nước nhằm tránh những vấn đề do quan điểm chủ quan và sự khác nhau giữa các địa phương. Một chuỗi gồm 3 dạng câu hỏi được chuyển đến những thành viên của nhóm chuyên gia này. Trong bảng câu hỏi 1, nhóm chuyên gia được yêu cầu xem xét 35 thông số chất lượng nước khi tính WQI (Bảng 1). Họ được phép thêm bất cứ thông số nào mà họ thấy cần thiết trong WQI vào danh sách . Sau đó, họ được yêu cầu chỉ rõ mỗi thông số như sau: • Không tính đến (do not include) • Không quyết định (undecided) • Tính đến (include) Nhóm chuyên gia này cũng được hỏi về tỷ lệ mỗi thông số được tính đến theo mức độ quan trọng của nó đến chất lượng nước toàn diện (trọng lượng đóng góp). Tỷ lệ này được xét trên 1 thang đo chạy từ 1 (mức độ quan trọng cao nhất) đến 5 (mức độ quan trọng thấp nhất). Sau khi nhóm chuyên gia trả lời các câu hỏi ở bảng câu hỏi số 1, kết quả sẽ được lập bảng và gửi lại để họ xem xét cùng với phiếu bảng câu hỏi số 2. Trong bảng câu hỏi số 2, mỗi thành viên được yêu cầu xem xét lại tỷ lệ ban đầu và thay đổi câu trả lời nếu muốn .Họ bị bắt buộc ghi các câu trả lời cho mỗi thông số và so sánh câu trả lời của họ với toàn bộ các thành viên khác trong nhóm . Sau khi nhận được kết quả từ bảng câu hỏi số 2, 9 thông số quan trọng nhất được xác định đó là DO, Fecal Coliorm, pH, BOD 5 , NO 3, PO 4 3- , nhiệt độ, độ đục và tổng chất rắn ( TS) với các trọng số tương ứng. Các trọng số đặt tiêu điểm là sức khỏe cộng đồng dựa trên mục đích sử dụng nước của con người. Nhóm Smiles Trang 3 Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 06MT Ở bảng câu hỏi số 3 , các thành viên được yêu cầu xây dựng một đồ thị cho mỗi thông số được tính trong WQI (Ott, 1978). Các mức độ của chất lượng nước từ 0 – 100 được đặt ở trục tung, các giá trị khác ( hay nồng độ) được đặt ở trục hoành. Mỗi thành viên được yêu cầu vẽ một đường cong trên biểu đồ, biểu diễn chất lượng nước qua giá trị mỗi thông số ô nhiễm. Tổng hợp những mối quan hệ đó gọi là “sự phụ thuộc hàm” hay “hàm đường cong” Việc khảo sát để tính trị số trung bình các đường cong từ các thành viên để đưa ra một bộ “đường cong trung bình”, một đường cong cho mỗi thông số ô nhiễm . Bảng 1: Các thông số được đưa ra trong bảng câu hỏi 1 (Nguồn: Ott,1978, trang 203) Oxy hòa tan (DO) Dầu và mỡ Trực khuẩn phân (Fecal coliform) Độ đục pH Cl - Nhu cầu ô xy sinh hóa 5 ngày (BOD 5 ) Kiềm Sắt Coliform organisms Màu sắc Thuốc diệt cỏ Mn 2+ Nhiệt độ F - Thuốc diệt côn trùng, chuột Cu 2+ PO 4 3- SO 4 2- NO 3 - Ca 2+ Chất rắn hòa tan (DS) Độ cứng Sự phóng xạ Na + và K + Phenols Tính acid Nhu cầu ôxy hóa học (COD) HCO 3 - Carbon Chloroform extract Mg 2+ NH 4 + Al 3+ Tổng hàm lượng chất rắn (TS) Si 2+ Bảng 2: Nghề nghiệp của những người tham gia trả lời các bảng câu hỏi về WQI của NSF Viên chức nhà nước (Liên bang, liên tiểu bang, tiểu bang, lãnh thổ, và khu vực) 101 Quản lý cộng đồng địa phương 5 Kỹ sư cố vấn 6 Nhà Nghiên cứu 26 Khác (Kỹ sư kiểm soát chất thải công nghiệp và đại diện cho các tổ chức chuyên môn) 4 Tổng cộng 142 Nhóm Smiles Trang 4 Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 06MT ( Ott,1978, trang 203) Tóm lại, các công việc phải làm trong tính toán NSF_WQI bao gồm: - Lựa chọn ra các thông số CLN quyết định (X i ). - Xác lập phần trọng lượng đóng góp của từng thông số (w i ) - Tiến hành xây dựng các đồ thị chuyển đổi từ các giá trị xi (giá trị đo được của thông số X i ) sang chỉ số phụ (I i ). - Tính toán WQI bằng các công thức tập hợp Nhóm Smiles Trang 5 Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 06MT 3. Phương pháp tính toán: 4 giai đoạn cơ bản để xây dựng WQI. Quá trình xây dựng WQI có thể được mô tả theo sơ đồ: 3.1 Giai đoạn 1: Lựa chọn các thông số CLN quyết định (X i ): Một số ít các thông số quyết định (hay thông số lựa chọn) được chon ra từ nhiều thông số CLN để tính vào WQI. Từ kết quả các phiếu câu hỏi điều tra các chuyên gia, 9 trong 35 thông số CLN được lựa chọn bao gồm: • Thông số vật lý: thay đổi nhiệt độ, độ đục, tổng chất rắn. • Thông số hóa học: pH, BOD 5 , DO, NO 3 - , PO 4 3- . • Thông số vi sinh: Fecal Coliform. Nhóm Smiles Trang 6 X 1 , w 1 X 2 , w 2 X n , w n I 1 = f( x 1 ) I 2 = f( x 2 ) I n = f( x n ) I 1 , w 1 I 2 , w 2 I n , w n WQI = f(I 1 , I 2 .w 1 , w 2 .) Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 06MT Bảng 3 : Các thông số chọn lọc trong tính toán NSF-WQI Nhu cầu oxy hóa sinh (BOD) Là số đo lượng thức ăn của vi khuẩn có trong nước. Vi khuẩn sử dụng chất hữu cơ để hô hấp và lấy oxy từ nước. Xét nghiệm BOD cho ta biết khái quát trong nước có bao nhiêu chất thải có thể phân hủy. Oxy hòa tan (DO) Là lượng oxy cần cho cá, động vật không xương sống và tất cả động vật sống dưới nước. Khi mức oxy hòa tan hạ thấp thì đó là dấu hiệu nước có thể bị ô nhiễm. Trực khuẩn phân (Fecal coliform) Trực khuẩn phân là một dạng vi khuẩn trong phân người và động vật Nitrate(NO 3 - ) Nitrate là số đo một dạng nitrogen oxy hóa và là chất dinh dưỡng cần thiết trong môi trường nước. pH Mức pH là số đo hàm lượng acid trong nước. Hầu hết các dạng sống dưới nước đều có xu hướng nhạy cảm đối với pH. Nước chứa nhiều chất bẩn hữu cơ thì thường ít nhiều chua phèn. Thay đổi nhiệt độ (delta T) Delta T ảnh hưởng trực tiếp đến các đặc trưng tự nhiên và hóa sinh của dòng sông. Người ta dùng cùng một nhiệt kế để lại nhiệt độ nước tại địa điểm thí nghiệm và tại vị trí tương tự cách đó một dặm về hướng thượng nguồn. Tổng chất rắn (TS) Là số đo toàn bộ các chất rắn tồn tại trong nước. Nồng độ chất rắn quá cao hoặc quá thấp có thể hạn chế sự tăng trưởng của nhiều dạng vi sinh vật sống trong môi trường nước và thậm chí giết chết chúng. Phosphate (PO 4 3- ) Là hợp chất hóa học được cấu tạo từ các nguyên tố Photpho và oxy. Phosphate cần cho thực vật và động vật. Nồng độ Phosphate cao có thể là dấu hiệu của hiện tượng phú dưỡng hóa. Độ đục Là số đo dộ tán sắc ánh sáng trong cột nước do các chất lơ lửng trong nước. Độ vẩn đục càng cao thì nước càng đục. Nếu nước quá đục thì nó mất khả năng nuôi dưỡng cuộc sống đối với nhiều thực vật và sinh vật dưới nước. 3.2 Giai đoạn 2: Xác định phần trọng lượng đóng góp của mỗi thông số quyết định(wi). Nhóm Smiles Trang 7 Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 06MT Phần trọng lượng đóng góp (wi) của các thông số quyết định được biễu diễn dưới dạng số thập phân. Mỗi thông số có mức đóng góp lớn, nhỏ vào WQI khác nhau và tổng phần trọng lượng đóng góp của các thông số bằng 1 (∑w i =1). Phần trọng lượng đóng góp (wi) được xác định theo trình tự:  Xác định điểm xếp hạng của mỗi thông số quyết định (mi): m i =Tổng điểm của thông số i Tổng số phiếu câu hỏi  Tính phần trọng lượng đóng góp trung gian của mỗi thông số (wi ’ )  Chấp nhận mi nhỏ nhất có wi ’ bằng 1  Tính wi ’ của các thông số khác bằng công thức : i i m m wi (min) ' =  Tính phần trọng lượng đóng góp chính thức của môi thông số (wi) ∑ = n wi wi wi 1 ' ' 3.3 Giai đoạn 3: Chuyển các giá trị đo của các thông số quyết định (xi) thành các chỉ số phụ (qi) để quy chúng về một thang điểm chung từ 1-100 Để chuyển giá trị đo của các thông số quyết định (xi) thành các chỉ số phụ (Ii), chủ yếu theo hai cách: sử dụng các hàm đồ thị còn gọi là hàm ẩn, hoặc sử dụng các hàm tuyến tính / phi tuyến tính. Nhóm Smiles Trang 8 Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 06MT Nhóm Smiles Trang 9 Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 06MT 3.4 Giai đoạn 4: Tính toán WQI bằng các công thức tập hợp. Các công thức tính WQI có nhiều dạng khác nhau, có thể tính và không tính đến phần trọng lượng đóng góp, có thể là dạng tổng hoặc dạng tích hoặc dạng Solway NSF xây dựng hai công thức WQI dạng tổng và dạng tích là hai công thức được sử dụng rộng rãi ở Mỹ cũng như nhiều quốc gia trên thế giới.  Dạng tổng và có tính đến phần trọng lượng đóng góp:  WA – WQI = ∑ n ii Iw 1  Dạng tích và có tính đến trọng lượng đóng góp:  WM - WQI = ∏ n w i i I 1 Nhóm Smiles Trang 10 [...]... toán chất lượng nước theo chỉ số WQI-NSF dạng tổng (WA-WQI) Qua đó diễn biến chất lượng nước sông theo thời gian có thể được nhìn nhận một cách đơn giản và dễ hiểu hơn qua các thang điểm cụ thể Nhóm Smiles Trang 12 Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) Mẫu pH DO BOD NNO3 P-PO4 E.Coli ∆T Độ đục TS WQI Mẫu pH DO BOD NNO3 PPO4 E.Coli ∆T Độ đục TS WQI Đơn vị mg/L mg/L Trọng số. .. mùa khô Ở các mẫu M16, M20, M23 giữa mùa mưa và mùa khô, chất lượng nước có sự chênh lệch không cao • Ở các mẫu M19, M20 giữa mùa mưa và mùa khô, chất lượng nước có sự chênh lệch lớn hơn • Mẫu M22 mùa khô có chất lượng tốt nhất • Mẫu M21 mùa khô có chất lượng xấu nhất Nhóm Smiles Trang 16 Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 5 06MT Mô hình hóa kết quả: Với việc sử dụng phương.. .Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 06MT Kết quả tính phần trọng lượng đóng góp ( wi) của 9 thông số quyết định như sau: Bảng 4: Phần trọng lượng đóng góp ( TLĐG) ( wi) của 9 thông số quyết định: STT Thông số Điểm xếp TLĐG hạng thông số trung (mi) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 DO Fecal Coliform Ph BOD5 NO3PO43Nhiệt độ Độ đục TS ∑w 1,4 1,5 2,1 2,3 2,4 2,4 2,4 2,9 3,2 TLĐG gian... nghiên cứu Bản đồ phân vùng chất lượng nước tại 20 trạm quan trắc năm 2007 theo chỉ số WQI – NSF (Nguyễn Kỳ Phùng, 2009) Nhóm Smiles Trang 17 Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 06MT Nhận xét: Năm 2007, thành lập thêm 4 trạm quan trắc mới trên khu vực đầu nguồn sông Sài Gòn ( trạm Bến Củi, Bến Súc, Thị Tính và Rạch Tra) Tại các trạm này, chất lượng nước chỉ đạt giá trị trung... bảng 4 Bảng 4: Phân loại chất lượng nước theo NSF – WQI Loại I II III IV V Nhóm Smiles WQI 91 – 100 71 – 90 51 – 70 26 – 50 0 - 25 Giải thích Ecellent( Chất lượng tuyệt hảo) Good ( Tốt) Medium( Trung bình) Bad ( Không tốt) Very Bad ( Rất tệ ) Trang 11 Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 4 06MT Ví dụ: Xây dựng biểu đồ hiện trạng ô nhiễm chất lượng nước mặt tại sông Vàm Cỏ... sau: 1 Chỉ số này đã được sử dụng ít nhất trong 17 bang nước Mỹ (Ott,1978) 2 Những phương pháp tương tự dựa trên khái niệm chung đã được sử dụng ở nhiều quốc gia khác cho việc tính toán chỉ số chất lượng nước 3 Tập trung vào những chỉ thị ô nhiễm theo quy ước, không dựa trên độ độc Những chỉ số môi trường liên quan gián tiếp đến chất lượng nước ngầm đang được phát triển, bao gồm những chỉ số của hệ... 56.01 66.46 59.29 Đồ thị diễn biến giá trị WQI của các mẫu qua các giai đoạn nghiên cứu Nhóm Smiles Trang 15 Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 06MT Ghi chú: Excellent Good Medium Bad Very bad 91-100 71-91 51-70 26-50 0-25 Nhận xét: Nhìn vào đồ thị ta thấy: • • • Các giá trị WQI đều nằm trong cấp độ trung bình Diễn biến chất lượng nước mùa mưa nhìn chung tốt hơn mùa khô Ở các... quan gián tiếp đến chất lượng nước ngầm đang được phát triển, bao gồm những chỉ số của hệ thống tầng ngậm nước dễ bị tổn hại, từ sự ô nhiễm và di chuyển của thuốc trừ sâu ở lớp bề mặt thấm xuống những khu vực chứa nước Nhóm Smiles Trang 18 Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 06MT TÀI LIỆU THAM KHẢO 1 Canter L.W, 1996 Environmental impact assessment (Đánh giá tác động môi... 91 53 86 9.1 4.24 6.88 61.61 6 2.3 13.83 0.504 0.015 C NTU mg/L 62 6.2 M23 MK 3.8 6.72 58.88 Wi pH 7.26 Ii Ii*wi 18 2.16 3 5.78 4 4 91 61 82 4 8.1 Trang 14 Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 06MT Trong đó Ii của thông số DO được tính theo DO bão hòa (%sat) Do đó, lúc tính I i phải đổi đơn vị Cách chuyển đổi DO MẪU M16 M18 M19 M20 M21 M22 M23 MM MK MM MK MM MK MM MK MM MK... 14 0.5 67 91 10.05 23 9.1 0.5 62 91 9.3 9.1 70 5.6 10 76 6.08 15 67 5.36 32 51 4.08 87 6.96 59.28 103 83 6.64 67 64.59 86 6.88 94 59.36 84 6.72 61.06 Trang 13 Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) Mẫu Đơn vị Trọng số M21 Wi 0.12 pH 06MT MK 4.02 Ii 9 1 4 M22 Ii*wi 1.08 MM 3.45 2.38 3.26 Ii 6 3 4 Ii*wi 0.72 MK 5.95 Ii Ii*wi 53 6.36 MM 4.67 5.78 2.95 30 5.1 3.08 DO mg/L 0.17 . 8 Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 06MT Nhóm Smiles Trang 9 Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI). Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 06MT 1. Ý nghĩa của việc đánh giá hiện trạng chất lượng nước qua chỉ số chất lượng nước: