Phƣơng pháp đánh giá chỉ số chất lƣợng nƣớc

2. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:

2.4.4.Phƣơng pháp đánh giá chỉ số chất lƣợng nƣớc

2.4.4.1. Cơ sở lựa chọn

Chỉ thị môi trƣờng (environmental indicator) là một hoặc tập hợp các thông số môi trƣờng (tác nhân hóa lý, hóa học, sinh vật) chỉ ra đặc trƣng nào đó của môi trƣờng. Trong thực tế, một thành phần môi trƣờng (đất, nƣớc, không khí, sinh vật) bao gồm vô số các thông số hóa, lý sinh học. Việc xác định, quan trắc tất cả các thông số này là không thể thực hiện đƣợc. Thậm chí khi có tất cả số liệu về các thông số này, cũng không thể đánh giá đƣợc chất lƣợng môi trƣờng, nếu không dựa vào một số thông số chủ đạo có giá trị chỉ thị.

Dựa vào bản chất các Hệ sinh thái ngƣời ta nhận ra rằng sự xuất hiện tăng hoặc giảm về nồng độ (hay cƣờng độ) hoặc sƣ biến mất của một số thông số (hay tác nhân) đã cho phép xác định đƣợc đặc điểm của các thành phần môi trƣờng cần nghiên cứu. Các tác nhân đó đƣợc gọi là chỉ thị môi trƣờng. [5], [6], [15].

* Cơ sở lựa chọn các chỉ số chất lƣợng nƣớc

- Nghiên cứu đặc điểm chất lƣợng nƣớc nguồn gốc các tác nhân gây ô nhiễm tập trung cho lƣu vực.

- Khả năng quy hoạch sử dụng trong lƣu vực.

- Trên cơ sở tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về vấn đề này. - Dựa vào đặc điểm cũng nhƣ mức độ quan trọng của các chỉ tiêu.

2.3.4.2. Ý nghĩa của các thông số chỉ thị trong đánh giá chất lượng nước

a. Nhóm thể hiện ô nhiễm hữu cơ (DO, BOD5, COD)

- Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD-Biochemical oxygen demand):

BOD là lƣợng oxy cần thiết cho vi sinh vật tiêu thụ để oxy hóa sinh học các chất hữu cơ. Nhƣ vậy BOD phản ánh lƣợng các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học có trong mẫu nƣớc. Lƣu vực sông Cầu rộng lớn với nhiều hệ thủy sinh khác nhau (hồ, sông, kênh rạch…) tạo nên sự đa dạng sinh học trong nguồn nƣớc.

Thông số BOD có tầm quan trọng trong thực tế vì đó là cơ sở để thiết kế và vận hành trạm xử lý nƣớc thải. BOD là thông số cơ bản để đánh giá mức độ ô nhiễm của nguồn nƣớc:giá trị của BOD càng lớn nghĩa là mức độ ô nhiễm hữu cơ càng cao. Ngoài ra BOD còn là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất để đánh giá ô nhiễm dòng chảy lƣu vực sông Cầu.

- Nhu cầu oxy hóa học (COD-Chemical oxygen demand):

Nhu cầu oxy hóa học là chỉ tiêu đánh giá nhu cầu oxy cần cho oxy hóa bằng con đƣờng hóa học các chất hữu cơ trong nƣớc (loại trừ nhu cầu cho các con đƣờng oxy hóa khác nhƣ BOD…).

Thông số này có ý nghĩa quan trọng trong việc đánh giá mức độ ô nhiễm của nƣớc thải, của các sông ngòi và độ sạch của nƣớc đƣợc xử lý.

Hầu hết các chất khí đều có thể hòa tan hoặc phản ứng với nƣớc, trừ khí mêtan (CH4). Các khí hòa tan trong nƣớc có thể từ nhiều nguồn: từ không khí vào nƣớc (nhƣ oxy cacbonic) hoặc do các quá trình sinh hóa trong nƣớc.

Sự hòa tan của các chất khí vào nƣớc chỉ đến một giới hạn nhất định. Giới hạn này đƣợc gọi là độ bão hòa. Với oxy, độ bão hòa chủ yếu phụ thuộc vào nhiệt độ nƣớc, áp suất khí quyển trên bề mặt nƣớc và một phần vào độ mặn. Oxy trong nƣớc rất cần thiết đối với các hoạt động của thủy sinh vật trong nƣớc. Khi nguồn nƣớc không bị ô nhiễm do chất hữu cơ thì oxy hòa tan ở mức rất cao (có khi gần bão hòa). Nhƣng khi nguồn nƣớc bị ô nhiễm do chất hữu cơ (từ nƣớc thải sinh hoạt, công nghiệp thực phẩm, phân hủy sinh khối…), các sinh vật phát triển với mật độ rất cao dẫn đến sử dụng nhiều oxy trong nƣớc. Do sinh vật sử dụng nhiều oxy trong nƣớc nên lƣợng oxy hòa tan (DO) trong nƣớc giảm. Một số điểm sau tiếp nhận các nhánh suối của sông Cầu có giá trị DO thấp, đạt từ 3-5 mg/l. Do vậy thông số DO đƣợc sử dụng để đánh giá mức độ ô nhiễm nguồn nƣớc do chất hữu cơ.

Nguồn nƣớc trong lƣu vực sông Cầu thƣờng ô nhiễm do các chất dinh dƣỡng cao. Trong quá trình dinh dƣỡng các vi khuẩn này tham gia vào quá trình chu chuyển nitơ, phosphor và rất cần oxy, đây cũng là nguyên nhân làm cho nguồn nƣớc lƣu vực sông Cầu có hàm lƣợng oxy thấp tại một số khu vực. Tất cả các quá trình xử lý hiếu khí đối với nƣớc thải đều phụ thuộc vào sự hiện diện của DO, do đó việc xác định thông số DO là không thể thiếu trong đánh giá nguồn nƣớc ở lƣu vực hạ lƣu hệ thống sông Cầu.

Ngoài ra, DO có ý nghĩa rất lớn đối với quá trình tự làm sạch của dòng sông (phân hủy ô nhiễm hữu cơ trong điều kiện tự nhiên) và trong việc bảo vệ nguồn lợi thủy sản (nếu oxy hòa tan giảm dƣới 50% mức bão hòa sẽ làm hại đến một số loài tôm, cá…).

b. Nhóm thể hiện ô nhiễm do phú dƣỡng (N-NH4, P-PO4)

Các muối của nitơ và phospho đƣợc gọi là các chất dinh dƣỡng (nutrient) đối với thực vật vì ở nồng độ phù hợp chúng tạo điều kiện phát triển cây cỏ, rong, tảo.

Trong nƣớc bề mặt tự nhiên ở vùng không ô nhiễm, ammoniac chỉ có nồng độ vết (dƣới 0,05mg/l). Trong nguồn nƣớc có độ pH axít hoặc trung tính ammoniac tồn tại ở dạng ion amoni (NH4+). Nguồn nƣớc có pH kiềm thì ammoniac tồn tại chủ yếu ở dạnh khí NH3.

Nồng độ amoni trong nƣớc ngầm cao hơn nhiều so với nƣớc mặt. Lƣợng ammoniac trong nƣớc thải từ khu dân cƣ và nƣớc thải từ các nhà máy hóa chất, chế biến thực phẩm, sữa có thể lên tới 10-100mg/l.

Theo quy định về nƣớc mặt của Hà Lan nồng độ amoni>5mg/l đƣợc xem là ô nhiễm nặng. Tiêu chuẩn của FAO (Food Argriculture Organization) yêu cầu nồng độ amoni<0,2 mg/l đối với các loại cá salmonid và 0,8 mg/l đối với các loại cá cyprinid. Quy chuẩn Việt Nam về nƣớc mặt (QCVN 08:2008/BTNMT) quy định nồng độ tối đa của amoniac (theo N) là 0,2 mg/l (đối với nguồn nƣớc sinh hoạt) hoặc là 1,0 mg/l (các nguồn khác không phải là nƣớc sinh hoạt). Nồng độ cho phép tối đa amoniac trong nƣớc biển ven bờ là 0,1mg/l (bãi tắm) và 0,5 mg/l (nuôi thủy sản) (QCVN 08:2008/BTNMT).

Thực vật trong nƣớc hấp thụ đƣợc cả ba dạng muối NH4+

, NO3-, NO2-, tuy nhiên hấp thụ muối NH4+

là nhanh nhất.

-Nitrat(NO3-):

Nitrat là sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy các chất chứa chất nitơ có trong chất thải của ngƣời và động vật.

Trong nƣớc tự nhiên nồng độ nitrat thƣờng <5mg/l. Nƣớc sông Cầu ở vùng xa trung tâm đô thị, công nghiệp có nồng độ nitrat thƣờng <0,5 mg/l. Một số khu vực trong vùng bị ô nhiễm do chất thải, phân bón, nồng độ nitrat rất cao là môi trƣờng dinh dƣỡng tốt cho phát triển tảo, rong, gây ảnh hƣởng đến chất lƣợng nƣớc sinh hoạt và thủy sản. Nƣớc uống có nồng độ nitrat cao có thể ảnh hƣởng tới máu.

Theo quy định của WHO, nồng độ nitrat trong nƣớc uống không quá 10 mg/l. Quy chuẩn Việt Nam về nƣớc mặt (QCVN 08:2008/BTNMT) qui định nồng độ nitrat trong nƣớc bề mặt sử dụng cho cấp nƣớc sinh hoạt là 5 mg/l. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Cũng nhƣ nitrat, phosphat là chất dinh dƣỡng cho sự phát triển rong, tảo. Nồng độ phosphat trong nguồn nƣớc không bị ô nhiễm thƣờng <0,01 mg/l. Giá trị này ở sông Cầu tại một số nơi qua các trung tâm đô thị, công nghiệp bị ô nhiễm nƣớc thải sinh hoạt và nông nghiệp. Nồng độ phosphat có thể lên tới 0,5 mg/l. Nguồn phosphat đƣa vào môi trƣờng từ phân ngƣời, phân súc vật và nƣớc thải một số ngành công nghiệp sản xuất phân lân, công nghiệp thực phẩm và trong nƣớc chảy từ đồng ruộng.

Việc xác định phosphat là rất cần thiết trong việc nghiên cứu ô nhiễm dòng chảy của nhiều vùng, vì hàm lƣợng phosphat có thể coi là một chất dinh dƣỡng trong xử lý nƣớc thải.

-Tổng nitơ (tổng N):

Nồng độ tổng nitơ trong nƣớc thải sinh hoạt khoảng 20-85 mg/l. Trong nƣớc thải công nghiệp rƣợu bia nồng độ N có thể lên đến 150-200 mg/l. Sau khi đƣợc chuyển từ cống xả nƣớc thải vào dòng sông, nồng độ amoni tăng dần lên cực đại tại một vùng nào đó về phía hạ lƣu, sau đó giảm dần do bị oxy hóa thành nitrat. Trong khi đó, nồng độ nitrat giảm chút ít và tăng dần đến cực đại tại một vùng hạ lƣu và giảm dần.

Trong lƣu vực Cầu, nguồn chất dinh dƣỡng trong sông suối chủ yếu từ phân bón trên đồng ruộng và chất thải của con ngƣời. Về cơ bản, N trong nƣớc sông có nồng độ cao ở các trung tâm dân cƣ nơi xả trực tiếp nƣớc thải vào sông. Tại vùng nông thôn nồng độ N cao trong thời điểm sử dụng phân nhiều, đặc biệt khi trời mƣa rửa trôi. Nƣớc thải sinh hoạt, nƣớc thải một số ngành công nghiệp (bột giặt, rƣợu bia, chế biến thịt, cá) trong lƣu vực có chứa nhiều chất dinh dƣỡng.

c. Nhóm thể hiện tính vật lý (pH)

Độ pH hiển thị gián tiếp nồng độ Proton {H+} trong môi trƣờng nƣớc. Tính chất của nƣớc đƣợc xác định theo các giá trị khác nhau của nƣớc, độ pH càng thấp thì độ axit càng cao. Độ axit của nguồn nƣớc phần lớn do sự hiện diện của các loại axit yếu nhƣ axit cacbonic, axit humic,… bắt nguồn từ phản ứng phân hủy chất hữu cơ gây ra.

- pH có ảnh hƣởng quan trọng đến hầu hết các phản ứng hóa học. Ở pH nhiều kim loại (Fe, Al, Zn,…) ở dạng muối hoặc hidroxit sẽ bị phân ly thành dạng ion, gây tăng độc tính của kim loại.

- pH và thủy sinh vật có quan hệ rất mật thiết. Hoạt động sống của thủy sinh vật (quang hợp, hô hấp) làm thay đổi độ pH của nƣớc, ngƣợc lại pH của nƣớc ảnh hƣởng trực tiếp hoặc gián tiếp tới sự phân bố và hoạt động của thủy sinh vật (sinh sản, hô hấp). Mặt khác nguồn nƣớc bị thay đổi một số loài động thực vật xuất hiện và phát triển trong lƣu vực sông Cầu điều này làm giải phóng một lƣợng đáng kể cacbonat và bicacbonate làm pH thay đổi ( tăng cao).

d. Nhóm thể hiện khía cạnh sức khỏe (Tổng Coliform)

Nguồn nƣớc bị ô nhiễm do phân ngƣời hoặc gia súc có thể chứa nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng (virut), đơn bào (Prorozoa) và trứng giun sán gây bệnh và gây ra các bệnh tiêu chảy, lỵ, giun, bệnh tả, thƣơng hàn...

Có ba nhóm vi sinh chỉ thị tiêu biểu:

- Nhóm coliform: đặc trƣng là các Escherichia coli (E. coli). - Nhóm Streptococci: đặc trƣng là Streptococcus faecalis. - Nhóm Clostridia: đặc trƣng là Clostrdium perfringents.

Sự có mặt các vi sinh này chỉ ra rằng nƣớc bị ô nhiễm phân, nhƣ vậy có nghĩa là có thể có vi trùng gây bệnh và ngƣợc lại nếu không có các vi sinh vật chỉ thị phân có nghĩa là có thể không có vi trùng gây bệnh do phân.

Trong ba nhóm vi sinh chỉ thị trên nhóm coliform thƣờng đƣợc phân tích vì: - Chúng là nhóm vi sinh quan trọng nhất trong việc đánh giá vệ sinh nguồn nƣớc.

- Chúng có thể đƣợc xác định trong điều kiện thực địa.

- Việc xác định coliform dễ dàng hơn xác định các vi sinh khác.

2.3.4.3. Phương pháp tính chỉ số chất lượng nước

WQI thông số (WQISI) đƣợc tính toán cho các thông số BOD5, COD, N-NH4, P-PO4 , TSS, độ đục, Tổng Coliform theo công thức nhƣ 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 dƣới của giá trị thông số quan trắc đƣợc quy định trong bảng 1.21 tƣơng ứng với mức i

BPi+1: Nồng độ giới hạn trên của giá trị thông số quan trắc đƣợc quy định trong bảng 1 tƣơng ứng với mức i+1

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

qi+1: Giá trị WQI ở mức i+1 cho trong bảng tƣơng ứng với giá trị BPi+1 Cp: Giá trị của thông số quan trắc đƣợc đƣa vào tính toán.

Bảng 2.2. Bảng quy định các giá trị qi, BPi [16]

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 thông số chính bằng giá trị qi tương ứng.

- Tính giá trị WQI đối với thông số DO (WQIDO): tính toán thông qua giá trị DO % bão hòa. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

Bƣớc 1: Tính toán giá trị DO % bão hòa: - 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: 0

C).

- 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)

Bƣớc 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 tƣơng ứng với mức i, i+1 trong bảng 2.3.

Bảng 2.3. Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với DO% bão hòa [16]

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 hòa ≤ 20 thì WQIDO bằng 1.

Nếu 20< giá trị DO% bão hòa< 88 thì WQIDO đƣợc tính theo công thức 2 và sử dụng bảng 2.2.

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

Nếu 112< giá trị DO% bão hòa< 200 thì WQIDO đƣợc tính theo công thức 1 Nếu giá trị DO% bão hòa ≥200 thì WQIDO bằng 1.

- Tính giá trị WQI đối với thông số pH

Bảng 2.4. Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với thông số pH [16]

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 đƣợc tính theo công thức. Nếu 6 ≤ giá trị pH ≤ 8,5 thì WQIpH bằng 100.

Nếu 8,5 < giá trị pH < 9 thì WQIpH đƣợc tính theo công thức 1. Nếu giá trị pH ≥ 9 thì WQIpH bằng 1.

Sau khi tính toán WQI đối với từng thông số nêu trên, việc tính toán WQI đƣợc áp dụng theo công thức sau:

3 / 1 2 1 5 1 2 1 5 1 100              b c b a a pH WQI WQI WQI WQI WQI Trong đó:

WQIa: Giá trị WQI đã tính toán đối với 05 thông số: DO, BOD5, COD, N- NH4, P-PO4

WQIb: Giá trị WQI đã tính toán đối với 02 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. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});

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

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

Sau khi tính toán đƣợc WQI, sử dụng bảng xác định giá trị WQI tƣơng ứng với mức đánh giá chất lƣợng nƣớc để so sánh, đánh giá, cụ thể tại bảng 2.5.

Bảng 2.5. Chất lượng nước theo giá trị WQI [16]

Giá trị WQI Mức đánh giá chất lƣợng nƣớc Màu

91 - 100 Sử dụng tốt cho mục đích cấp nƣớc sinh hoạt Xanh nƣớc biển 76 - 90 Sử dụng cho mục đích cấp nƣớc sinh hoạt

nhƣng cần các biện pháp xử lý phù hợp Xanh lá cây 51 - 75 Sử dụng cho mục đích tƣới tiêu và các mục

đích tƣơng đƣơng khác Vàng

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

tƣơng đƣơng khác Da cam

0 - 25 Nƣớc ô nhiễm nặng, cần các biện pháp xử lý

CHƢƠNG 3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN