CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN
1.2. Tổng quan về phương pháp đánh giá chất lượng nước
1.2.4. Tình hình nghiên cứu và kết quả đạt được về xây dựng WQI ở Việt Nam
Tại Việt Nam WQI đã đư ợc triển khai chính thức, một số nghiên cứu điển hình như sau:
- Nghiên cứu của Tôn Thất Lãng (Năm 2008).
- Nghiên cứu của Lê Trình, cách tiếp cận cải tiến từ WQI – NSF (Năm 2008).
- Phương pháp tính WQI của Tổng cục Mơi trường - Bộ Tài nguyên và Môi trường (QĐ số 879/QĐ - TCMT).
1.2.4.1. Mơ hình nghiên cứu WQI của Tôn Thất Lãng (Năm 2008) a. Lựa chọn thông số: phương pháp Delphi
Các thông số được lựa chọn để tính WQI cho sơng Đồng Nai: BOD, Tổng N, DO, SS, pH, Coliform.
b. Tính tốn chỉ số phụ: phương pháp Delphi và phương pháp đường cong tỉ lệ
Từ điểm số trung bình do các chuyên gia cho ứng với từng khoảng nồng độ thực tế. Đối với mỗi thông số chất lượng nước tác giả đã xây d ựng một đồ thị và hàm số tương quan giữa nồng độ và chỉ số phụ. Dựa vào phương pháp thử với sự trợ giúp của phần mềm xử lý bảng tính Excel, các hàm chất lượng nước được biểu thị bằng các phương tr ình sau:
- Hàm chất lượng nước với thông số: BOD5 y = - 0,0006 x2 - 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 coliform: y = 179.39x - 0,4067
c. Trọng số
Theo phương pháp Delphi, các mẫu phỏng vấn được biên soạn và gửi đến 40 chuyên gia chất lượng nước ở các trường Đại Học, các Viện Nghiên cứu, các trung tâm Môi trường để lấy ý kiến. Các mẫu phỏng vấn được gửi đi hai đợt: đợt một là các câu hỏi để xác định các thông s ố chất lượng nước quan trọng, đợt hai là các câu hỏi để xác định trọng số của các thông số chất lượng nước để xây dựng chỉ số phụ và hàm chất lượng nước.
Kết quả có 6 thơng số chất lượng nước được lựa chọn là những thông số chất lượng nước quan trọng với các trọng số được trình bày trong bảng sau:
Bảng 1.2: Trọng số của các thông số chất lượng nước
Thông số Trọng số tạm thời Trọng số cuối cùng
BOD5 1,00 0,23
DO 0,76 0,18
SS 0,70 0,16
Tổng N 0,63 0,15
Tổng coliform 0,56 0,13
d. Tính tốn ch ỉ số cuối cùng
Chỉ số WQI cuối cùng được tính theo cơng th ức trung bình cộng có trọng số:
Trong đó :
I: Chỉ số cuối cùng
qi: chỉ số phụ cho các thông s ố wi Trọng số
Để đánh giá chất lượng nước hệ thống sông Đồng Nai, dựa vào một số kết quả nghiên cứu của nhiều tác giả và kinh nghiệm thực tế đề xuất phân loại nguồn nước mặt theo chỉ số WQI như sau:
Bảng 1.3: Phân loại chất lượng nước theo WQI Loại nguồn Loại nguồn
nước Ký hiệu màu Chỉ số WQI Đánh giá chất lượng
1 Xanh dương 9<WQI≤10 Khơng ơ nhiễm
2 Lam 7<WQI≤9 Ơ nhiễm rất nhẹ
3 Lục 5<WQI≤7 Ô nhiễm nhẹ
4 Vàng 3<WQI≤5 Ơ nhiễm trung bình
5 Da cam 1<WQI≤3 Ơ nhiễm nặng
6 Đỏ WQI≤1 Ô nhiễm rất nặng
1.2.4.2. Mơ hình nghiên cứu WQI của Lê Trình năm 2008
Đề tài “Nghiên cứu phân vùng chất lượng nước theo các chỉ số chất lượng
nước (WQI) và đánh giá khả năng sử dụng các nguồn nước sông, kênh rạch ở vù ng th ành phố Hồ Chí Minh” năm 2008 do Lê Trình làm chủ nhiệm là một
trong những cơng trình nghiên cứu đầu tiên ở Việt Nam về phân vùng chất lượng nước theo WQI.
a. Phương pháp l ập và tính tốn WQI
Có nhiều phương pháp xây dựng cơng thức và tính tốn WQI. Trong đề tài nghiên cứu này 4 mơ hình WQI đã được nghiên cứu, tính tốn dựa theo 2 mơ hình WQI cơ bản của Hoa Kỳ và Ấn Độ.
b. Mơ hình cơ bản của Quỹ Vệ sinh Quốc gia Hoa Kỳ (NSF-WQI)
NSF-WQI được tính theo một trong 2 công thức: công thức dạng tổng (ký kiệu là WA-WQI) và công th ức dạng tích (ký kiệu là WM-WQI):
Phần trọng số đóng góp (wi) của 9 thơng số lựa chọn như sau:
Bảng 1.4: Trọng số của các thông số chất lượng nước
TT Thơng số Trọng số đóng góp
1 Biến đổi nhiệt độ (∆T) 0,1
2 Tổng chất rắn (TS) 0,08
3 Độ đục 0,08
4 pH 0,12
5 Oxy hòa tan (DO) 0,17
6 Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD5) 0,1
7 Ion Nitrat (NO3-) 0,1
8 Ion photphat (PO43-) 0,1
9 F.Coliform 0,15
Chỉ số phụ qi được xác định dựa vào các đồ thị qi = f(xi)
Theo mơ 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.
Dựa theo mơ hình c ơ bản NSF-WQI Đề tài đã cải tiến thành 3 mơ hình phù h ợp với đặc điểm CLN TP. H ồ Chí Minh:
- Mơ hình HCM -WQI - Mơ hình HCM -WQI6TS
c. Mơ hình của Bhargava (Bhargava -WQI) * Cơng thức tính:
Theo mơ hình Bhargava (1983), WQI cho mỗi mục đích sử dụng nước (chẳng hạn, cấp nước sinh hoạt, nơng nghiệp, cơng nghiệp…) được tính tốn theo WQI tổng quát (hay WQI cho đa mục đích sử dụng nước) được tính theo cơng thức:
Trong đó Fi là:
- Giá trị "hàm nhạy" của thơng số i, nhận giá trị trong khoảng 0,01 ÷ 1 - Fi được xác định từ "hàm nhạy" đối với thông số i ;
- n: số thông số CLN lựa chọn (n = 3 ÷ 5, tuỳ thuộc vào mục đích sử dụng nước).
Trong đó, WQI i là WQI của các mục đích sử dụng nước khác nhau, k là s ố mục đích sử dụng nước. Có thể đưa vào tử số của công thức (4) các hệ số thể hiện tầm quan trọng khác nhau của mỗi mục đích sử dụng nước.
* Xác định các mục đích sử dụng nước sơng kênh rạch ở TP. Hồ Chí Minh.
Các mục đích sử dụng nước của các kênh rạch ở TP.Hồ Chí Minh bao gồm: + Tiếp xúc trực tiếp (tắm, bơi lội)
+ Cấp nước sinh hoạt (điểm thu nước thô cho các nhà máy nư ớc. + Nông nghiệp (hay nước thủy lợi)
+ Công nghiệp (nước cấp cho các ngành cơng nghi ệp nói chung: làm mát, v ệ sinh cơng nghiệp.
* Xác định các thông s ố CLN lựa chọn cho các mục đích sử dụng nước
Các tiêu chí để xác định các thơng s ố CLN lựa chọn cho mỗi mục đích sử dụng nước bao gồm:
+ Thơng số phải có tầm quan trọng lớn,
+ Thơng số có thể xác định nhanh và chính xác,
+ Số thơng số càng ít càng tốt, nhưng phải đủ để mô tả đặc điểm về CLN của sông, kênh rạch được khảo sát.
Từ nhiều số liệu của các chương trình quan trắc mơi trường ở TP. Hồ Chí Minh và của đề tài này có thể nhận định rằng nồng độ các kim loại độc và các hóa chất bảo vệ thực vật nhỏ hơn nhiều so với quy định trong các Tiêu chuẩn Việt Nam tương ứng. Do vậy trong tính WQI của đề tài này các thông số về chất ơ nhiễm có độc tính cao khơng được lựa chọn.
d. Phương pháp phân lo ại và phân vùng ch ất lượng nước dựa theo WQI
Theo mơ hình của NSF (Hoa Kỳ) và Bhargava (Ấn Độ), CLN được phân thành 5 loại.
Bảng 1.5: Phân loại chất lượng nước theo WQI
Loại Bhargava-WQI NSF-WQI Giải thích
I 90 ÷ 100 91 ÷ 100 Rất tốt (không ô nhiễm - ô nhiễm rất nhẹ)
II 65 ÷ 89 71 ÷ 90 Tốt (ơ nhiễm nhẹ)
III 35 ÷ 64 51 ÷ 70 Trung bình (ơ nhiễm trung bình)
IV 11 ÷ 34 26 ÷ 50 Xấu (ơ nhiễm nặng)
1.2.4.3. Phương pháp tính WQI của Tổng cục mơi trường – Bộ Tài nguyên và Môi trường đề nghị (QĐ 879/QĐ - TCMT)
a. Các yêu cầu đối với việc tính tốn WQI
- WQI được tính tốn riêng cho số liệu của từng điểm quan trắc;
- WQI thơng số được tính tốn cho từng thơng số quan trắc. Mỗi thông số sẽ xác định được một giá trị WQI cụ thể, từ đó tính tốn WQI để đánh giá chất lượng nước của điểm quan trắc;
- Thang đo giá trị WQI được chia thành các khoảng nhất định. Mỗi khoảng ứng với 1 mức đánh giá chất lượng nước nhất định.
b. Quy trình tính tốn và sử dụng WQI trong đánh giá chất lượng môi trường nước mặt lục địa
Quy trình tính tốn và sử dụng WQI trong đánh giá chất lượng môi trường nước bao gồm các bước sau:
Bước 1: Thu thập, tập hợp số liệu quan trắc từ trạm quan trắc môi trường nước mặt lục địa (số liệu đã qua xử lý);
Bước 2: Tính tốn các giá trị WQI thơng số theo cơng thức; Bước 3: Tính toán WQI;
Bước 4: So sánh WQI với bảng các mức đánh giá chất lượng nước.
c. Thu thập, tập hợp số liệu quan trắc
Số liệu quan trắc được thu thập phải đảm bảo các yêu cầu sau:
- Số liệu quan trắc sử dụng để tính WQI là số liệu của quan trắc nước mặt lục địa theo đợt đối với quan trắc định kỳ hoặc giá trị trung bình của thơng số trong một khoảng thời gian xác định đối với quan trắc liên tục;
- Các thông số được sử dụng để tính WQI thường bao gồm các thông số: DO, nhiệt độ, BOD5, COD, N-NH4, P-PO4 , TSS, độ đục, Tổng Coliform, pH;
- Số liệu quan trắc được đưa vào tính tốn đã qua xử lý, đảm bảo đã loại bỏ các giá trị sai lệch, đạt yêu cầu đối với quy trình quy phạm về đảm bảo và kiểm soát chất lượng số liệu.
d. Tính tốn WQI
* Tính tốn WQI thơng số
* WQI thông số (WQISI) được tính tốn cho các thơng số BOD5, COD, N- NH4, P-PO4 , TSS, độ đục, Tổng Coliform theo công thức như sau:
1 1 1 1 i p i i i i i SI BP C q BP BP q q WQI Trong đó:
BPi: Nồng độ giới hạn dưới của giá trị thông số quan trắc được quy định trong bảng 1 tương ứng với mức i
BPi+1: Nồng độ giới hạn trên của giá trị thông số quan trắc được quy định trong bảng 1 tương ứng với mức i+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 tốn.
Bảng 1.6. Bảng quy định các giá trị qi, BPi
i qi
Giá trị BPi quy định đối với từng thông số BOD5 (mg/l) COD (mg/l) N-NH4 (mg/l) P-PO4 (mg/l) Độ đục (NTU) TSS (mg/l) Coliform (MPN/100ml ) 1 100 ≤4 ≤10 ≤0.1 ≤0.1 ≤5 ≤20 ≤2500 2 75 6 15 0.2 0.2 20 30 5000 3 50 15 30 0.5 0.3 30 50 7500 4 25 25 50 1 0.5 70 100 10.000 5 1 ≥50 ≥80 ≥5 ≥6 ≥100 >100 >10.000
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 thơng số chính bằng giá trị qi tương ứng.
* Tính giá trị WQI đối với thơng số DO (WQIDO): tính tốn thơng qua giá trị DO %
bão hịa.
Bước 1: Tính tốn giá trị DO % bão hịa: - Tính giá trị DO bão hòa:
3 2 000077774 . 0 0079910 . 0 41022 . 0 652 . 14 T T T DObaohoa
T: nhiệt độ môi trường nước tại thời điểm quan trắc (đơn vị: 0C).
- Tính giá trị DO % bão hòa:
DO%bão hòa= DOhòa tan / DObão hòa*100
DOhòa tan: Giá trị DO quan trắc được (đơn vị: mg/l)
Bước 2: Tính giá trị WQIDO:
p i i i i i i SI C BP q BP BP q q WQI 1 1 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 1.7. Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với DO% bão hòa
i 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
BPi ≤20 20 50 75 88 112 125 150 200 ≥200
qi 1 25 50 75 100 100 75 50 25 1
Nếu giá trị DO% bão hịa ≤ 20 thì WQIDO bằng 1.
Nếu 20< giá trị DO% bão hịa< 88 thì WQIDO được tính theo cơng thức 2 và sử dụng Bảng 2.
Nếu 88≤ giá trị DO% bão hịa≤ 112 thì WQIDO bằng 100.
Nếu 112< giá trị DO% bão hịa< 200 thì WQIDO được tính theo cơng thức 1 và sử dụng Bảng 2.
Nếu giá trị DO% bão hịa ≥200 thì WQIDO bằng 1.
* Tính giá trị WQI đối với thơng số pH
Bảng 1.8. Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với thông số pH
I 1 2 3 4 5 6
BPi ≤5.5 5.5 6 8.5 9 ≥9
qi 1 50 100 100 50 1
Nếu giá trị pH≤5.5 thì WQIpH bằng 1.
Nếu 5,5< giá trị pH<6 thì WQIpH được tính theo cơng 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 cơng thức 1 và sử dụng bảng 3. Nếu giá trị pH≥9 thì WQIpH bằng 1.
* Tính tốn WQI
Sau khi tính tốn WQI đối với từng thông số nêu trên, việc tính tốn WQI
được áp dụng theo công thức sau:
3 / 1 2 1 5 1 2 1 5 1 100 c b b a a pH WQI WQI WQI WQI WQI Trong đó:
WQIa: Giá trị WQI đã tính tốn đối với 05 thơng số: DO, BOD5, COD, N-NH4, P-PO4
WQIb: Giá trị WQI đã tính tốn đối với 02 thơng số: TSS, độ đục WQIc: Giá trị WQI đã tính tốn đối với thông số Tổng Coliform WQIpH: Giá trị WQI đã tính tốn đối với thơng số pH.
Ghi chú: Giá trị WQI sau khi tính tốn sẽ được làm tròn thành số nguyên. e. So sánh chỉ số chất lượng nước đã được tính tốn với bảng đánh giá
Sau khi tính tốn 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 1.9. Bảng phân loại chất lượng nước theo chỉ số WQI
Giá trị WQI Mức đánh giá chất lượng nước Màu
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 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 giao thông thủy và các mục đích
tương đương khác Da cam
0 - 25 Nước ô nhiễm nặng, cần các biện pháp xử lý trong
tương lai Đỏ