6. Cấu trúc luận văn
2.2.67. Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm
Áp dụng Excel 2010 để xử lý và kiểm tra các số liệu thực nghiệm, phân tích phương sai 2 yếu tố (ANOVA 2 yếu tố) để so sánh, đánh giá CLN.
Chương 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kiểm soát chất lượng các phương pháp phân tích
Các phương pháp áp dụng để phân tích CLN trong nghiên cứu này là các phương pháp tiêu chuẩn của Việt Nam.Trước khi áp dụng các phương pháp này để phân tích CLN máy, các phương pháp phân tích được đánh giá độ tin chúng tôi tiến hành kiểm soát chất lượng của phương pháp phân tích qua đánh cậy thông qua giá độ đúng (bằng cách phân tích mẫu thêm chuẩn – spiked sampled) và độ lặp lại của phương pháp phân tích.
Trong các thông số CLN khảo sát, 3 thông số sắt tổng, mangan tổng và nhôm thường mắc sai số lớn khi phân tích. Vì vậy, phương pháp xác định 3 thông số này được lựa chọn để đánh giá độ tin cậy của phương pháp.
Đánh giá độ đúng thông qua độ thu hồi. , nên trong luận văn chúng tôi chỉ tập trung kiểm soát chất lượng phương pháp phân tích 3 thông số trên. Yếu tố kiểm soát là độ đúng và độ lặp lại.
Độ đúng: Độ đúng của phương pháp phân tích 1 thông số CLN bất kỳ có thể được đánh giá thông qua độ thu hồi. Độ thu hồi (Recovery) được xác định theo công thức: % 100 A I - F (%) x R =
trong đó, I là nồng độ chất phân tích (hay thông số CLN) trong mẫu; A là nồng độ chất phân tích thêm chuẩn vào mẫu; F là nồng độ chất phân tích xác định được trong mẫu có thêm chuẩn.
Độ thu hồi của phương pháp phân tích sắt tổng, nhôm, mangan tổng được nêu ở bảng 3.1.
Bảng 3.1. Kết quả xác định độ thu hồi của phương pháp phân tích
Thông số CLN F (mẫu đã thêm chuẩn)(mg/L) I (mẫu) (mg/L) A (phần thêm chuẩn)(mg/L) R (%) Nhôm 0,204 0,095 0,097 112 Sắt tổng 0,085 0,046 0,045 87
Mangan tổng 0,049 0,025 0,023 104 Thông số CLN F (mẫu đã thêm chuẩn)(mg/L) I (mẫu) (mg/L) A (phần thêm chuẩn)(mg/L) R (%) Nhôm 0,204 0,095 0,097 112 Sắt tổng 0,085 0,046 0,045 87 Mangan tổng 0,049 0,025 0,023 104
Trong đó: I là nồng độ chất phân tích trong mẫu thực nước máy được lấy tại nhà bà Nguyễn Thị Lạc - Liên xã Hương Hồ (CMA 21, đợt 1).
Nhôm được xác định theo phương pháp trắc quang dùng pyrocatechol tím (đo màu ở λ = 580 nm); sắt tổng được xác định theo phương pháp trắc phổ dùng thuốc thử 1,10 phenantrolein (đo màu ở λ = 510 nm); mangan tổng được xác định theo phương pháp trắc phổ dùng thuốc thửfomaldoxim (đo màu ở λ = 450 nm).
Từ kết quả thu được nêuThực nghiệm ở bảng 3.1 cho thấy, độ thu hồi của cả ba phương pháp đều nằm trong giới hạn cho phép từ 80 – 120 [17]. Vậy phương pháp xác định sắt tổng, mangan tổng và nhôm đạt có độ đúng tốt.
Độ lặp lại: Để đánh giá độĐộ lặp lại của phương pháp phân tích được đánh giá trên mẫu thực khi phân tích mẫu , chúng tôi tiến hành phân tích mẫu nước máy ttại nhà bà Nguyễn Thị Lạc - Liên xã Hương Hồ (CMA 21, đợt 1) ba năm lần (n = 35), sau đó), rồi tính độ lệch chuẩn tương đối (RSD) và độ lệch chuẩn tương đối theo Horwitz (RSDH). y 100 × S = (%) RSD
Trong đó, S là độ lệch chuẩn của các kết quả phân tích y1, y2, y3 với n = 3: y là trung bình số học của các kết quả phân tích (n = 3).
RSDH (%) = 21−0,5lgC
Khi xác định nồng độ C trong nội bộ một phòng thí nghiệm thì RSD nhỏ hơn một nửa RSDH là chấp nhận được [15].
Độ lệch chuẩn tương đối và độ lệch chuẩn tương đối theo Horwitz của kết quả phân tích nhôm, sắt tổng, và mangan tổng được nêu ở bảng 3.2.
(3.1)
Bảng 3.2. Độ lặp lại của phương pháp phân tích sắt tổng, mangan tổng và nhôm Thông số y1 (mg/L) y2 (mg/L) y3 (mg/L) y (TB) (mg/L) Sắt tổng 0,046 0,044 0,048 0,046 Mangan tổng 0,025 0,026 0,024 0,025 Nhôm 0,095 0,092 0,097 0,096 Kết quả Sắt tổng Mangan tổng Nhôm Lần 1 (mg/L) 0,046 0,025 0,095 Lần 2 (mg/L) 0,044 0,026 0,092 Lần 3 mg/L) 0,048 0,024 0,097 Lần 4 mg/L) 0,042 0,026 0,098 Lần 5 mg/L) 0,045 0,025 0,1 y (TB) (mg/L) 0,045 0,025 0,096 RSD (%) 5,0 3,3 3,2 1/2 RSDH (%) 12,8 13,9 11,4
Kết quả ở bảng 3.2 cho thấy: các RSD đều nhỏ hơn 1/2 RSDH, do đó phương pháp phân tích sắt tổng, mangan tổng và nhôm có độ lặp lại tốt.
Việc kiểm tra chất lượng phương pháp phân tích 3 thông số đã nêu được tiến hành định kỳ 1 tháng/lần tại phòng thí nghiệm của HueWACO.
3.2. Lựa chọn mô hình WQI để đánh giá CLN máy.
3.2.1. Nguyên tắc lựa chọn
Việc lựa chọn mô hình WQI phù hợp được tiến hành trên cơ sở so sánh 2 Để lựa chọn được mô hình WQI phù hợp, chúng tôi đã tiến hành so sánh 2 mô hình WQI tổng quát của CCME –WQI truyền thống (WQIC) với CCME - WQI có trọng số (WQIH). Trên cơ sở các kết quả thu được, chúng tôi đã lựa chọn mô hình phù hợp
nhất để đánh giá CLN máy. Mô hình lựa chọn phải đảm bảo khắc phục được những hạn chế của WQI – tính “mập mở” và tính “cứng nhắc”.
3.2.2. Kiểm tra độ nhạy của 2 mô hình WQIC và WQIH
Để kiểm tra độ nhạy của hai mô hình WQIC và WQIH, chúng tôi tiến hành tính các giá trị WQIC (theo công thức từ 1.1 đến 1.8 ở mục 1.2.4) và WQIH (từ công thức 1.9 đến 1.15 theo mục 1.2.4), sử dụng số liệu CLN máy ở thành phố Huế và vùng phụ cận đợt 1 (từ tháng 11/2013 đến tháng 12/2013) với 7 thông số lựa chọn (độ đục, pH, clo dư, mùi vị, sắt tổng, mangan tổng và nhôm (n=7)) trong hai trường hợp:
i. Chỉ có một thông số không đạt (có 1 mẫu không đạt). Các thông số còn lại đều tốt với số lượng mẫu phân tích (N = 70 mẫu).
ii. Chỉ có một thông số không đạt (có 1 mẫu không đạt). Các thông số còn lại đều tốt với N=5 mẫu.
Kết quả tính WQIC và WQIH được nêu ở bảng 3.3.
Bảng 3.3. Các kết quả tính WQIC và WQIH
Số lượng mẫu (N) WQIH (Phân loại)
WQIC
(Phân loại) Thông số không đạt (a)
N = 70 98 (I) 90 (II) Đđộ đục (2 NTU)
99 (I) 90 (II) pH (8,5)
99 (I) 87 (II) cClo dư (< 0,05mg/L) 95 (I) 87 (II) mMangan tổng (0,3
mg/L)
99 (I) 89 (II) Ssắt tổng (0,3 mg/L) 100 (I) 90 (II) Nhôm (0,2 mg/L)
N = 5 87 (II) 75 (III) đĐộ đục (2 NTU)
90 (II) 75 (III) pH (8,5)
94 (II) 78 (III) cClo dư (< 0,05 mg/L) 82 (II) 66 (III) Mmangan tổng (0,3
mg/L)
82 (II) 66 (III) sSắt tổng (0,3 mg/L) 89 (II) 72 (III) nNhôm(0,2 mg/L) CLN mong đợi tốt (II ) – rất tốt (I)
Trong đó, (a) là các giá trị đạt QCVN 01:2009/BYT nhưng không đạt tiêu chí nước “An toàn và Ngon” của HueWACO.
Từ bảng 3.3 cho thấy:
Hầu hếtTất cả các giá trị của thông số không đạt nêu trong bảng 3.3 đều đạt QCVN 01:2009/BYT. Do đó CLN khảo sát phải đạt từ loại tốt (loại II) đến rất tốt (loại I).
Với trường hợp (N = 70 mẫu): khi có 1 thông số không đạt (chỉ có 1 mẫu không đạt) thì WQIH dao động từ 95 – 100 điểm (Loại I) tức là CLN rất tốt, trong khi đó WQIC dao động từ 87 – 90 điểm (loại II) tức là CLN tốt. Trường hợp này cả WQIC và WQIH phản ánh đúng thực tế về CLN.
Với trường hợp (N = 5 mẫu): khi có 1 thông số không đạt (chỉ có 1 mẫu không đạt) thì WQIH dao động từ 80 – 90 điểm (loại II) tức là CLN tốt, trong khi đó mô hình WQIC nhận giá trị từ 66 – 72 điểm (loại III), CLN đạt trung bình. Trong trường hợp này WQIC phản ánh mập mờ về CLN.
Như vậy, mô hình WQIC phản ánh quá nhạy về CLN và phản ánh mập mờ về CLN khi số mẫu phân tích ít (N ≤ 5). Trong khi đó, mô hình WQIH phản ánh đúng thực tế về CLN trong cả hai trường hợp. Theo chúng tôi, khi đánh giá CLN máy trên mạng cấp với số lượng mẫu lớn có thể áp dụng một trong hai mô hình để đánh giá CLN máy, nhưng nếu số lượng mẫu ít chỉ nên áp dụng mô hình WQIH để đánh giá CLN máy – mô hình này phản ánh đúng thực tế về CLN và khắc phục được tính “mập mờ” của WQI.
Về tính “cứng nhắc”, cả hai mô hình đều khắc phục được, do có thể đưa thêm thông số lựa chọn vào tính toán.
Để khẳng định mô hình lựa chọn khắc phục được tính “cứng nhắc”, chúng tôi tiến hành so sánh WQIH trong trường hợp có thông số THMS (WQI*H) và không có thông số THMS (WQIH).
THMs là hợp chất chủ yếu sinh ra do quá trình khử khuẩn nước bằng clo. Các nhà máy nước ở HueWACO chủ yếu sử dụng clo để khử khuẩn, clo sẽ phản ứng với các hợp chất hữu cơ tự nhiên trong nước (NOMs) tạo nên các sản phẩm phụ của quá trình khử khuẩn (CBPs), trong đó có các THMs, là hợp chất gây ung thư.
Theo kết quả phân tích THMS trong nước máy trên mạng cấp từ năm 2009 - 20131 của HueWACO cũng như kết quả gửi phân tích THMS trong nước máy ở các trung tâm phân tích có năng lực ở Việt Nam đều cho thấy hàm lượng THMS trong nước máy thấp hơn nhiều so với quy định trong QCVN 01:2009/BYT. Mặt khác, do việc phân tích THMS mất nhiều thời gian cũng như tài chính để mua hoá chất phân tích nên để thuận lợi cho luận văn, chúng tôi khảo sát có thể bỏ qua thông số này khi tính WQIH được hay khôngg? Tiến hành tính WQIH trong trường hợp có và không có THMS từ số liệu CLN máy trên mạng cấp ở thành phố Huế và vùng phụ cận năm 2010 – đây là năm có số liệu liên tục và đầy đủ (với 8 thông số CLN). Kết quả thu được ở bảng 3.4 và hình 3.1.
Bảng 3.4. Các kết quả tình toán WQIH và WQI* H
Tháng Số lượng mẫu WQIH(a) WQI*H (a)
1 11 86(2) 81 1(3) 2 16 94 (2) 94 (2) 3 23 96 (1) 96 (1) 4 31 90 (2) 90 (2) 5 19 92(2) 92(2) 6 16 93(3) 93(3) 7 16 91 (3) 90 (3) 8 16 91 (3) 91(3) 9 16 90 (3) 90(3) 10 16 92 (2) 91(3) 11 16 89 (3) 88(4) 12 16 91 1 (3) 91 1(3) R 0,96 Sd 2,0 t tinh 1,2 tlt (p= 0,05,f=11) 2,2
Trong đó: (a):số thông số không đạt;
Sd: độ lệch chuẩn của các độ lệch (di) giữa 2 giá trị WQI tính theo 2 mô hình trong 12 tháng.
Sd = ( )2 1 i d d n − − ∑ , (n=12); ttính= 0 d d n S − × ; n = 12; d là giá trị trung bình của các di; 0 là giá trị thực của d.
Hình 3.1. Mối tương quan giữa WQIH và WQI*H.
Kết quả ở bảng 3.4 và hình 3.1 cho thấy, hai mô hình WQIH và WQI*H có tương quan chặt chẽ với nhau (R = 0,96). Kết quả phương pháp kiểm tra cặp cho thấy, hai mô hình này thay thế cho nhau được với mức ý nghĩa p > 0,05. Hay nói cách khác sự khác biệt giữa hai mô hình tính WQI*H và WQIH là không có ý nghĩa về mặt thống kê với mức ý nghĩa p > 0,05. Như vậy WQIH đã khắc phục được tính “cứng nhắc” của WQI. Do đó, để thuận lợi trong quá trình thực hiện luận văn chúng tôi không đưa thông số THMS vào mô hình WQIH để đánh giá CLN nước máy. Vậy sử dụng khi tính WQIH cho nước máy, chúng tôi sử dụng các thông số sau: độ đục, pH, clo dư, mùi vị, sắt tổng, mangan tổng và nhôm (n = 7).) để tính WQIH cho nước máy.
3.2.3. Đánh giá chất lượng nước máy trên mạng cấp ở thành phố Huế và vùng phụ cận từ năm 2009 đến năm 2013 theo tiêu chí nước “An toàn và Ngon”. phụ cận từ năm 2009 đến năm 2013 theo tiêu chí nước “An toàn và Ngon”.
Để đánh giá chất lượng nước máy từ năm 2009 đến 2013, chúng tôi sử dụng các số liệu có sẵn của HueWACO và áp dụng mô hình WQIH với 7 thông số lựa chọn (Độ đục, pH, clo dư, sắt tổng, mangan tổng, nhôm và mùi vị) để tính giá trị WQIH, kết quả nêu ở bảng 3.5a và hình 3.2.
Bảng 3.5.a. Giá trị WQIH của nước máy ở thành phố Huế và vùng phụ cận từ năm 2009 đến năm 2013 Tháng Năm2009 (n) Năm 2010 (n) Năm 2011 (n) Năm 2012 (n) Năm 2013 (n) 1 91 (28) 86 (11) 81(16) 98(16) 96 (16) 2 87(19) 94 (16) 95(16) 96(16) 94(16) 3 94(22) 96 (23) 96(16) 96(16) 94(16) 4 87(28) 90 (31) 90(16) 92(16) 92(16) 5 85 (19) 92 (19) 92(16) 92(16) 95(16) 6 90 (27) 93 (16) 94(16) 93(16) 94(16) 7 83 (15) 91 (16) 91(16) 87(16) 93(16) 8 78 (16) 91(16) 94(16) 94(16) 95(16) 9 86(29) 90(16) 90(16) 96(16) 98(16) 10 87 (27) 92 (16) 92(16) 95(16) 87(16) 11 82 (29) 89 (16) 88(16) 94(16) 98(16) 12 92 (23) 91 (16) 91(16) 90(16) 99(16) TB ± S (n=12) 87 ± 5 91 ± 3 91 ± 4 94 ±3 94±3
TB , S tương ứng là giá trị trung bình và độ lệch chuẩn của các giá trị riêng và hệ số biến động;
(n): số mẫu phân tích.
Hình 3.2. Biến động CLN của nước máy thành phố Huế và vùng phụ cận (2009 – - 2013).
Kết quả ở bảng 3.5a và hình 3.2 cho thấy:
- CLN máy trên mạng cấp ở thành phố Huế và vùng phụ cận trong 4 năm (2009 –2013) có hầu hết các giá trị WQIH đạt mức II (tốt), trong đó có 23% đạt 95 – -100 ( loại I), 75% đạt 80 – - 95 (loại II) và 2% đạt loại III. Nhìn chung, CLN có chiều hướng tăng qua các năm.
- Áp dụng phương pháp ANOVA 2 chiều cho các số liệu ở bảng 3.5a, thu được kết quả ở bảng 3.5b.
Bảng 3.5.b. Kết quả phân tích Anova 2 chiều bảng số liệu bảng 3.5a
Nguồn phương sai Tổng bình phương Bậc tự do (f) Phương sai Ftính FLT (p = 0,05) Giữa các tháng (S2A) 159,8 11 14,5 1,3 2,0 Giữa các năm (S2B) 397,8 4 99,4 8,9 2,6 Sai số thí nghiệm (S2TN) 492,4 44 11,2 Tổng 1050,0 59
Từ kết quả phân tích Anova 2 chiều ở bảng 3.5b cho thấy cũng xác nhận điều này, đối với CLN máy:
Yếu tố năm ảnh hưởng (tác động) đến CLN máy khu vực thành phố Huế và vùng phụ cận. Hay nói cách khác CLN giữa các năm khác nhau có ý nghĩa về mặt thống kê với mức ý nghĩa p < 0,05. Nhìn chung, trong năm 2009, WQIH dao động từ 78 –94 (tức là CLN đạt loại III và loại II), CLN biến động mạnh và kém nhất. Nguyên nhân có thể là do thuỷ điện Bình Điền đi vào hoạt động từ tháng 6/2009 dẫn đến hàm lượng sắt tổng, mangan tổng trong nước nguồn tăng cao (sắt tổng tăng 3 lần, mangan tổng tăng 47 lần so với năm 2008) (Nguồn số liệu của HueWACO) dẫn đến sắt tổng và mangan tổng trên mạng cấp tăng gây đóng cặn trên đường ống và gây ra hiện tượng đục nước trên mạng cấp. Từ năm 2010 đến năm 2013 chất lượng nước tăng (WQIH dao động từ 91–- 94, xếp loại II). Nguyên nhân do HueWACO đã đưa ra nhiều giải pháp để tăng cường loại bỏ sắt tổng và mangan tổng như áp dụng xử lý javel công đoạn đầu, nâng cao pH để tăng cường
hiệu quả xử lý Mn, sử dụng cát Mn để lọc nước. Đặc biệt với đề tài “ Xử lý phục hồi nâng cấp các ống gang, thép cũ kém chất lượng” [ 2.5 ] và đề tài “ Nghiên cứu đóng cặn và các giải pháp khắc phục sự đóng cặn trong hệ thống cấp nước” [ 2.6 ] của Giám đốc Công ty đã được áp dụng có hiệu quả, giúp cho mạng đường ống ngày càng hoàn thiện, tăng năng lực truyền tải và áp lực, cấp nước liên tục, giảm tình trạng nước đục do ống cũ, chất lượng nước sạch được cải thiện vượt bậc. Ngoài ra, HueWACO đã thay thế các tuyến ống cũ kém chất lượng, dùng mút thông rửa các tuyến ống chính, ống nhánh cũ. Do đó, CLN ở khu vực cuối mạng cấp đã được cải thiện đặc biệt là hàm lượng clo dư.
Yếu tố tháng ảnh hưởng (tác động) đến CLN máy khu vực thành phố Huế và vùng phụ cận là không nhiều. Hay nói cách khác CLN giữa các tháng trong các năm không khác nhau về mặt thống kê với mức ý nghĩa p > 0,05.
3.3. Đánh giá biến động CLN máy trên mạng cấp ở thành phố Huế và vùng phụ cận từ tháng 11 năm 2013 đến tháng 06 năm 2014 phụ cận từ tháng 11 năm 2013 đến tháng 06 năm 2014
Để đánh giá biến động CLN máy trên mạng cấp ở khu vực thành phố Huế và vùng phụ cận, chúng tôi tiến hành lấy mẫu theo các khu vực ở bảng 2.1, sau đó phân tích CLN máy các thông số theo tiêu chí nước “An toàn và Ngon” với 7 thông số: độ đục, pH, clo dư, mùi vị, sắt tổng, mangan tổng và nhôm7 thông số đã chọn. Kết quả phân tích toàn bộ 4 đợt lấy mẫu được trình bày trong phụ lục 1. Áp dụng mô hình WQIH để đánh giá CLN máy. Kết quả tính toán WQIH theo các đợt lấy mẫu trên mỗi khu vực khảo sát, thu được kết quả bảng 3.6 và hình 3.3.
Bảng 3.6. WQIH nước máy theo đợt và khu vực lấy mẫu. Khu vực lấy mẫu CMA WQIH Đợt 1 Đợt 2 Đợt 3 Đợt 4 1 1 89 97 94 92 93 ± 3 2 2&6 91 100 99 100 97 ± 4 3 3&4 99 99 97 95 98 ± 2 4 5 94 94 95 100 96 ± 3 5 7&8 100 100 98 91 97 ± 4 6 9 100 97 99 100 99 ± 1 7 10 93 100 100 94 97 ± 4 8 11 94 100 94 93 95 ± 3 9 13 91 93 94 97 94 ± 3 10 21 75 78 95 87 84 ± 9 11 24 88 98 98 85 92 ± 7