Ứng dụng chỉ số chất lượng nước nhằm đánh giá hiện trạng môi trường nước sông đáy tại tỉnh hà nam

Nhận thức ựược ô nhiễm môi trường nước sông đáy trên ựịa bàn tỉnh Hà Nam là một vấn ựề quan trọng và có ý nghĩa quyết ựịnh ựến sự tồn tại và phát triển bền vững của lưu vực sông nói chun

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-

ðINH QUANG TUÂN

ỨNG DỤNG CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC NHẰM ðÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC SÔNG ðÁY

TẠI TỈNH HÀ NAM

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI – 2013

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

-

ðINH QUANG TUÂN

ỨNG DỤNG CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC NHẰM ðÁNH GIÁ HIỆN TRẠNG MÔI TRƯỜNG NƯỚC SÔNG ðÁY TẠI

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình nghiên cứu của tôi Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ luận văn nào khác

Tôi xin cam ñoan rằng mọi sự giúp ñỡ cho việc thực hiện luận văn này ñã ñược cảm ơn, các thông tin trích dẫn trong luận văn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả luận văn

ðinh Quang Tuân

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình ñiều tra, nghiên cứu ñể hoàn thiện luận văn, tôi ñã nhận

ñược sự hướng dẫn, giúp ñỡ nhiệt tình, quý báu của các nhà khoa học, của các cơ

quan, tổ chức, nhân dân và các ñịa phương

Tôi xin ñược bày tỏ sự cảm ơn trân trọng nhất tới giáo viên hướng dẫn khoa

học TS Trần Danh Thìn ñã tận tình hướng dẫn, giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình

hoàn thành luận văn

Tôi xin trân trọng cảm ơn sự góp ý chân thành của các thầy, cô giáo trong khoa

Môi trường, Ban ñào tạo sau ñại học và trường ðại học Nông Nghiệp - Hà Nội,

Phòng Tài nguyên và Môi trường, Trung tâm quan trắc TNMT Hà Nam … ñã nhiệt

tình giúp ñỡ tôi trong quá trình hoàn thành luận văn này

Tôi xin chân thành cảm ơn tới gia ñình, những người thân, cán bộ, ñồng

nghiệp và bạn bè ñã tạo ñiều kiện tốt nhất về mọi mặt cho tôi trong suốt quá trình

thực hiện ñề tài

Một lần nữa tôi xin trân trọng cảm ơn!

Phủ Lý, ngày… tháng… năm 2013

Tác giả luận văn

ðinh Quang Tuân

MỤC LỤC

Lời cam ñoan……… i

Lời cảm ơn……… ii

Mục lục……… iii

Danh mục bảng……… v

Danh mục hình và biểu ñồ……….vi

Danh mục viết tắt……….vii

MỞ ðẦU i

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU 3

1.1 Tổng quan về môi trường nước mặt 3

1.2 Tổng quan về ô nhiễm nước mặt 3

1.2.1 Khái niệm 3

1.2.2 Nguyên nhân ô nhiễm nước 4

1.2.3 Các dạng ô nhiễm nước 6

1.2.4 Hoạt ñộng của con người và vấn ñề ô nhiễm nước 9

1.3 Cơ sở ñánh giá chất lượng nước 12

1.3.1 Thông số vật lý 13

1.3.2 Thông số hóa học 13

1.3.3 Thông số sinh học 14

1.4 Tổng quan về chỉ số chất lượng nước (WQI): 14

1.4.1 Tổng quan về chỉ số môi trường 14

1.4.2 Tổng quan về chỉ số chất lượng nước (WQI) 15

1.4.3 Kinh nghiệm xây dựng WQI của một số quốc gia trên thế giới 20

1.4.4 Tình hình nghiên cứu và kết quả ñạt ñược về xây dựng WQI ở Việt Nam 30

CHƯƠNG II - ðỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 40

2.1 ðối tượng, phạm vi nghiên cứu 40

2.2 Nội dung nghiên cứu 40

2.3 Các phương pháp nghiên cứu 40

2.3.1 Phương pháp thu thập, tổng hợp và phân tắch số liệu 40

2.3.2 Phương pháp ựiều tra khảo sát thực ựịa 41

2.3.3 Phương pháp tổng hợp, thống kê, phân tắch và xử lý số liệu 41

2.3.4 Phương pháp lấy mẫu, bảo quản và phân tắch theo quy chuẩn quy ựịnh hiện hành 42

2.3.5 Phương pháp so sánh, ựánh giá các chỉ tiêu môi trường 45

2.3.6 Phương pháp bản ựồ 47

CHƯƠNG 3 - KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 48

3.1 điều kiện tự nhiên, kinh tế - xã hội khu vực nghiên cứu 48

3.1.1 điều kiện tự nhiên vùng nghiên cứu 48

3.1.2 đặc ựiểm kinh tế-xã hội 52

3.2 Hiện trạng chất lượng nước mặt sông đáy: 57

3.2.1 đánh giá theo tiêu chuẩn 58

3.2.2 đánh giá theo chỉ số chất lượng nướcẦẦẦ 74

3.3 đề xuất một số giải pháp bảo vệ chất lượng nước mặt sông đáy 79

3.3.1 Giải pháp chung 79

3.3.2 Giải pháp riêng trên từng ựoạn sông 83

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 85

1 Kết luận 85

2 Kiến nghị 86

TÀI LIỆU THAM KHÁO 87

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Trị số trung bình một số thành phần trong nước thải ựô thị 5

Bảng 1.2: Các ựặc ựiểm lý học, hóa học và sinh học của nước thải 7

Bảng 1.3: Các phương pháp tắnh toán WQI cuối cùng 19

Bảng 1.4: Tiêu chuẩn về nồng ựộ các thông số trong nước mặt 25

Bảng 1.5: Các thông số sử dụng ựể tắnh toán chỉ số WQI 28

Bảng 1.6: Lựa chọn thông số chất lượng nước quan trọng với các trọng số 31

Bảng 1.7: Phân loại nguồn nước mặt theo chỉ số WQI 32

Bảng 1.8: Mức hướng dẫn các thông số trong tắnh toán WQI 36

Bảng 1.9: Phân loại các vùng sông 39

Bảng 2.2: Các thông số ựánh giá ô nhiễm chất lượng nước mặt 42

Bảng 2.3: Phương pháp phân tắch các thông số 43

Bảng 2.4: Vị trắ lấy mẫu nước mặt 45

Bảng 2.5 : Giới hạn các chỉ tiêu theo Quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT 45

Bảng 2.6 : Bảng ựánh giá chất lượng nước 47

Bảng 3.1: Số liệu quan trắc khắ tượng thủy văn năm 2012 50

Bảng 3.2: Một số ựặc trưng hình thái sông ngòi tỉnh Hà Nam 51

Bảng 3.3: Quy mô dân số qua các năm 52

Bảng 3.4 Giá trị sản xuất phân theo khu vực kinh tế 53

Bảng 3.5 Lưu lượng một số nguồn thải gây ô nhiễm lưu vực sông Nhuệ, sông đáy ựoạn qua tỉnh Hà Nam 56

Bảng 3.6: Bảng quy ựịnh các giá trị qi, BPi 67

Bảng 3.7: Bảng quy ựịnh các giá trị BPi và qi ựối với DO% bão hòa 68

Bảng 3.8: Bảng quy ựịnh các giá trị BPi và qi ựối với thông số Ph 69

Bảng 3.9: Thang màu ựánh giá chất lượng nước 70

Bảng 3.10: Kết quả phân tắch các thông số môi trường nước mặt sông đáy năm 2013 71

Bảng 3.11: Kắ hiệu vị trắ lấy mẫu 73

Bảng 3.12: Chỉ số WQI trên sông đáy, tháng 2 năm 2013 73

Bảng 3.13: Chỉ số WQI trên lưu vực sông đáy, tháng 6 năm 2013 74

DANH MỤC HÌNH VÀ BIỂU

Hình 1.1: Các nguyên nhân gây ô nhiễm nước 4

Hình 1.2: Số lượng các biến ựược sử dụng trong các báo cáo WQI 17

Hình 1.3: Tần suất sử dụng các thông số trong các mô hình WQI 17

Hình 2.1: Sơ ựồ các bước thực hiện nghiên cứu khảo sát hiện trạng nước mặt 41

Hình 3.1: Bản ựồ hành chắnh tỉnh Hà Nam 49

Hình 3.2: Bản ựồ lưu vực sông Nhuệ - đáy 51

Biểu 3.1: Dân số trung bình tỉnh Hà Nam giai ựoạn 2006-2012 52

Hình 3.3: Sơ ựồ lấy mẫu quan trắc (nguồn: Sở TN&MT Hà Nam, 2013) 57

Biểu 3.2: Thông số DO lưu vực sông đáy tháng 12/2012 58

Biểu 3.3: Thông số DO trung bình lưu vực sông đáy năm 2012 59

Biểu 3.4: Biểu ựồ biểu thị sự biến thiên DO từ năm 2009-2013 59

Biểu 3.5: Hàm lượng TSS trung bình tại các ựiểm quan trắc lưu vực sông đáy năm 2012 60

Biểu 3.6: Hàm lượng TSS trung bình LVS đáy từ năm 2009-2013 60

Biểu 3.7: Hàm lượng BOD5 trung bình năm lưu vực sông đáy 61

Biểu 3.8: Hàm lượng COD trung bình lưu vực sông đáy 62

Biểu 3.9: Hàm lượng NH4+ lưu vực sông đáy 63

Biểu 3.10: Hàm lượng trung bình NH4+ lưu vực sông đáy từ năm 2009-2013 63

Biểu 3.11: Nồng ựộ Nitrit lưu vực sông đáy năm 2012 64

Biểu 3.12: Tổng Coliform lưu vực sông đáy năm 2012 65

Hình 3.4: Bản ựồ thể hiện màu chỉ số chất lượng nước sông đáy tháng 2 năm 2013 76

Hình 3.5: Bản ựồ thể hiện màu chỉ số chất lượng nước sông đáy tháng 6 năm 2013 77

Biểu 3.13: Biểu diễn giá trị WQI của sông đáy ựoạn chảy qua ựịa phận tỉnh Hà Nam 78

9 QCVN Quy chuẩn Việt Nam

11 KT-XH Kinh tế xã hội

12 TN&MT Tài nguyên và môi trường

13 TCMT Tổng cục môi trường

14 TCCP Tiêu chuẩn cho phép

15 TTCN Tiểu thủ công nghiệp

16 TTQT PTTNMT Trung tâm Quan trắc Phân tích Tài nguyên môi trường

MỞ đẦU

Trong quá trình phát triển kinh tế - xã hội, dưới tác ựộng của các yếu tố tự nhiên và hoạt ựộng của con người, tình hình diễn biến môi trường ựang nảy sinh hàng loạt các vấn ựề ô nhiễm, ựặc biệt là ô nhiễm nguồn nước Nhiều vấn ựề về môi trường cấp bách ựã và ựang diễn ra rất phức tạp ở qui mô ựịa phương và trên toàn lưu vực cần ựược xem xét xử lý, khắc phục và phòng ngừa Trước những yêu cầu phát triển bền vững kinh tế Ờ xã hội cho các tỉnh và vùng lãnh thổ, vấn

ựề nghiên cứu ựánh giá hiện trạng, dự báo xu thế diễn biến môi trường là vấn ựề bức xúc, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn to lớn

Chất lượng môi trường nước tại các lưu vực sông trên ựịa bàn tỉnh Hà Nam ựang

bị suy giảm nhanh chóng, chủ yếu bắt nguồn từ sông Nhuệ - đáy, là con sông có chức năng tiêu thoát nước cho khu vực Hà Nội, các tỉnh lưu vực sông và phục vụ cho tưới tiêu nông nghiệp Sông đáy nguyên là một phân lưu lớn ựầu tiên ở hữu ngạn sông Hồng, dài 237 km, bắt ựầu từ cửa Hát Môn chảy theo hướng đông Bắc - Tây Nam và ựổ ra biển tại cửa đáy Nhưng sau khi xây dựng xong ựập đáy nước sông Hồng không thường xuyên vào sông đáy qua cửa ựập đáy trừ những năm phân lũ, vì vậy phần ựầu nguồn sông đáy coi như ựoạn sông chết Hiện tượng bồi lắng và nhân dân lấn ựất canh tác cản trở việc thoát lũ mùa mưa Lượng nước ựể nuôi sông đáy chủ yếu là do các sông nhánh, quan trọng nhất là sông Tắch, sông Bôi, sông đào Nam định, sông Nhuệ Sông chảy theo hướng Tây Bắc Ờ đông Nam

Hiện nay sông đáy ựã bị xâm nhập mặn ở vùng hạ lưu, phần thượng và trung lưu cũng ựã bị ô nhiễm do nguồn thải ở vùng dân cư tập trung, khu công nghiệp của các tỉnh Hà Nam, Nam định, Ninh Bình và Hà Nội, ựặc biệt là úng, lụt ở vùng trũng Nam định, Ninh Bình gây ô nhiễm môi trường nói chung và môi trường nước nói riêng

Chỉ số môi trường là cách sử dụng số liệu tổng hợp hơn so với ựánh giá từng thông số hay sử dụng các chỉ thị Rất nhiều các quốc gia trên thế giới ựã

khác nhau Từ nhiều giá trị của các thông số khác nhau, bằng các cánh tắnh toán phù hợp, ta thu ựược một chỉ số duy nhất, giá trị của chỉ số này phản ánh một cách tổng quát nhất về chất lượng nước Chỉ số chất lượng nước (WQI) với ưu ựiểm là ựơn giản, dễ hiểu, có tắnh khái quát cao có thể ựược sử dụng cho mục ựắch ựánh giá diễn biến chất lượng nước theo không gian và thời gian, là nguồn thông tin phù hợp cho cộng ựồng, cho những nhà quản lý không phải chuyên gia

về môi trường nước

Nhận thức ựược ô nhiễm môi trường nước sông đáy trên ựịa bàn tỉnh Hà Nam là một vấn ựề quan trọng và có ý nghĩa quyết ựịnh ựến sự tồn tại và phát triển bền vững của lưu vực sông nói chung và toàn xã hội nói riêng, tôi ựã tiến

hành thực hiện ựề tài ỘỨng dụng chỉ số chất lượng nước nhằm ựánh giá hiện trạng môi trường nước sông đáy tại tỉnh Hà NamỢ

- Mục tiêu nghiên cứu: Xây dựng chỉ số chất lượng nước nhằm ựánh giá

hiện trạng môi trường nước sông đáy trên ựịa phận tỉnh Hà Nam Từ ựó ựề xuất một số giải pháp bảo vệ môi trường nước sông đáy

+ đưa ra một số giải pháp bảo vệ môi trường nước sông đáy trên cơ sở hiện trạng môi trường trên ựịa bàn tỉnh Hà Nam

CHƯƠNG I TỔNG QUAN TÀI LIỆU NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về môi trường nước mặt

Môi trường: Theo ðiều 3, Luật Bảo vệ Môi trường Việt Nam năm 2005:

Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và yếu tố vật chất nhân tạo quan hệ mật thiết với nhau, bao quanh con người, có ảnh hưởng tới ñời sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và sinh vật.[7]

Nước mặt: Theo ðiều 2, Luật Tài nguyên nước số 17/2012/QH13: Nước

mặt là nước tồn tại trên mặt ñất liền hoặc hải ñảo.[8]

Nước mặt bao gồm các nguồn nước trong các hồ chứa, sông suối Do kết hợp từ các dòng chảy trên bề mặt và thường xuyên tiếp xúc với không khí nên các ñặc trưng của nước mặt là:

- Chứa khí hòa tan, ñặc biệt là oxy;

- Chứa nhiều chất rắn lơ lửng (riêng trường hợp nước trong các ao hồ, ñầm lầy chứa chất rắn lơ lửng và chủ yếu ở dạng keo);

- Có hàm lượng chất hữu cơ cao;

- Có sự hiện diện của nhiều loại tảo;

- Chứa nhiều vi sinh vật

Vai trò của nguồn nước mặt:

- Cung cấp nước cho các hoạt ñộng của con người;

- Cung cấp nước cho các nhà máy xử lý nước;

- Nguồn năng lượng thủy ñiện dồi dào;

- Tưới tiêu, nuôi trồng thủy sản;

- Môi trường sống của các vi sinh vật sống dưới nước;

- Góp phần ñiều hòa nhiệt ñộ;

- Giao thông ñường thủy trên sông

1.2 Tổng quan về ô nhiễm nước mặt

1.2.1 Khái niệm

Ô nhiễm nước là sự thay ñổi theo chiều xấu ñi các tính chất vật lý – hóa học – sinh học của nước, với sự xuất hiện các chất lạ ở thể lỏng, rắn làm cho nguồn

trong nước Xét về tốc ñộ lan truyền và quy mô ảnh hưởng thì ô nhiễm nước là vấn ñề ñáng lo ngại hơn ô nhiễm ñất

Hiến chương châu Âu về nước ñã ñịnh nghĩa:

“ Ô nhiễm nước là sự biến ñổi nói chung do con người ñối với chất lượng nước, làm nhiễm bẩn nước và gây nguy hiểm cho con người, cho nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi, giải trí, cho ñộng vật nuôi và các loài hoang dã”[1]

Theo bản chất các tác nhân gây ô nhiễm, người ta phân ra các loại ô nhiễm nước: ô nhiễm vô cơ, hữu cơ, ô nhiễm hóa chất, ô nhiễm sinh học, ô nhiễm bởi các tác nhân vật lý

1.2.2 Nguyên nhân ô nhiễm nước

Nước bị ô nhiễm là do sự phú dưỡng xảy ra chủ yếu ở các khu vực nước ngọt và các vùng ven biển khép kín Do lượng muối khoáng và hàm lượng các chất hữu cơ quá dư thừa làm cho các quần thể sinh vật trong nước không thể ñồng hóa ñược Kết quả làm cho hàm lượng oxy trong nước giảm ñột ngột, các khí ñộc tăng lên, tăng ñộ ñục của nước, gây suy thoái thủy lực

Hình 1.1: Các nguyên nhân gây ô nhiễm nước

1.2.2.1 Ô nhiễm tự nhiên

Là do mưa, tuyết tan, lũ lụt, gió bão hoặc do các sản phẩm hoạt ñộng sống của sinh vật, kể cả các xác chết của chúng Cây cối, sinh vật chết ñi, chúng bị vi sinh vật phân hủy thành chất hữu cơ Một phần sẽ ngấm vào lòng ñất, sau ñó ăn sâu vào nước ngầm, gây ô nhiễm, hoặc theo dòng nước ngầm hòa vào dòng lớn Nước lụt có thể bị ô nhiễm do hóa chất dùng trong nông nghiệp, kỹ nghệ hoặc do các tác nhân ñộc hại của các khu phế thải Công nhân thu dọn lân cận các công trường kỹ thuật bị lụt có thể bị tác hại bởi nước ô nhiễm hóa chất

Gia tăng dân

số

Phát triển dịch vụ

Hoạt ñộng nông nghiệp

Hoạt ñộng công nghiệp

Hoạt ñộng sống

của con người

Ô nhiễm nước do các yếu tố tự nhiên (núi lửa, xói mòn, bão, lụt ) có thể rất nghiêm trọng, nhưng không thường xuyên và không phải là nguyên nhân chính gây suy thoái chất lượng nước toàn cầu

1.2.2.2 Ô nhiễm nhân tạo

Từ sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt là nước thải phát sinh từ các hộ gia ñình, bệnh viện, khách sạn, cơ quan, trường học, chứa các chất thải trong quá trình sinh hoạt, vệ sinh của con người

Nước thải ñô thị là loại nước thải tạo thành do sự góp chung nước thải sinh hoạt, nước thải vệ sinh và nước thải của các cơ sở thương mại, công nghiệp nhỏ trong khu ñô thị

Bảng 1.1: Trị số trung bình một số thành phần trong nước thải ñô thị Các thông số ðơn vị Tỉ lệ thay ñổi Phần lắng gạn ñược

Từ hoạt ñộng công nghiệp

Nước thải công nghiệp là nước thải từ các cơ sở sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, giao thông vận tải Hàm lượng nước thải của các ngành công nghiệp này có chứa xyanua (CN-), H2S, NH3 vượt hàng chục lần tiêu chuẩn cho

ñộ ô nhiễm nước ở các khu công nghiệp, khu chế xuất, cụm công nghiệp tập trung là rất lớn

Từ y tế

Nước thải bệnh viện bao gồm nước thải từ các phòng phẫu thuật, phòng xét nghiệm, phòng thí nghiệm, từ các nhà vệ sinh, khu giặt là, rửa thực phẩm, bát ñĩa, từ việc làm vệ sinh phòng cũng có thể từ các hoạt ñộng sinh hoạt của bệnh nhân, người nuôi bệnh và cán bộ công nhân viên làm việc trong bệnh viện ðiểm ñặc thù của nước thải y tế có khả năng lan truyền rất mạnh các vi khuẩn gây bệnh, nhất là nước thải ñược xả ra từ những bệnh viện hay những khoa truyền nhiễm, lây nhiễm

Từ hoạt ñộng nông nghiệp

Các hoạt ñộng chăn nuôi gia súc; phân, nước tiểu gia súc, thức ăn thừa không qua xử lý ñưa vào môi trường và các hoạt ñộng sản xuất nông nghiệp khác; thuốc trừ sâu, phân bón từ các ruộng lúa, dưa, vườn cây, rau chứa các chất hóa học ñộc hại có thể gây ô nhiễm nguồn nước ngầm và nước mặt.[10]

1.2.3 Các dạng ô nhiễm nước

Có nhiều cách phân loại ô nhiễm nước Hoặc dựa vào nguồn gốc gây ô nhiễm, như ô nhiễm do công nghiệp, nông nghiệp hay sinh hoạt Hoặc dựa vào môi trường nước, như ô nhiễm nước ngọt, ô nhiễm biển và ñại dương Hoặc dựa vào tính chất của ô nhiễm như ô nhiễm sinh học, hóa học hay vật lý

1.2.3.1 Ô nhiễm vật lý

Các chất rắn không tan khi ñược thải vào nước làm tăng lượng chất lơ lửng, tức làm tăng ñộ ñục của nước Các chất này có thể là gốc vô cơ hay hữu cơ, có thể ñược vi khuẩn ăn Sự phát triển của các vi khuẩn và các vi sinh vật khác lại càng làm tăng tốc ñộ ñục của nước và làm giảm ñộ xuyên thấu của ánh sáng Nhiều nước thải công nghiệp có chứa các chất có màu, hầu hết là màu hữu

cơ, làm giảm giá trị sử dụng của nước về mặt y tế cũng như thẩm mỹ

Ngoài ra các chất thải công nghiệp còn chứa nhiều hợp chất hóa học như muối sắt, mangan, clo tự do, hydro sulfua, phenol làm cho nước có vị không bình thường Các chất amoniac, sulfua, xyanua, dầu làm nước có mùi lạ Thanh

tảo làm cho nước có mùi bùn, một số sinh vật ñơn bào làm nước có mùi tanh của

cá [21]

Bảng 1.2: Các ñặc ñiểm lý học, hóa học và sinh học của nước thải

Lý học

Màu Nước thải sinh hoạt hay công nghiệp thường do

sự phân hủy của rác

Mùi Nước thải công nghiệp, sự phân hủy của chất

thải hữu cơ trong nước thải

Chất rắn Nước cấp, nước thải sinh hoạt, công nhiệp, xói

mòn ñất Nhiệt Nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp

Hóa học

Carbohydrate Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp Dầu, mỡ Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp Thuốc trừ sâu Nước thải nông nghiệp

Phenols Nước thải công nghiệp

Protein Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp Chất hữu cơ bay hơi Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp Các chất nguy hiểm Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp

Các chất khác Do sự phân hủy của các chất hữu cơ trong nước

thải, trong tự nhiên Tính kiềm Chất thải sinh hoạt, nước cấp, nước ngầm Chlorides Nước cấp, nước ngầm

Kim loại nặng Nước thải công nghiệp

Nitrogen Nước thải sinh hoạt, công nghiệp

pH Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp Phosphorus Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp,

rửa trôi

Sulfur Nước thải sinh hoạt, thương mại, công nghiệp,

nước cấp Hydrogen sulfide Sự phân hủy của nước thải sinh hoạt

Methane Sự phân hủy của nước thải sinh hoạt

Sinh học

động vật Các dạng chảy hở và hệ thống xử lý

Thực vật Các dạng chảy hở và hệ thống xử lý

Eubacteria Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý

Archaebacteria Nước thải sinh hoạt, hệ thống xử lý

(Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991)

1.2.3.2 Ô nhiễm sinh học của nước

Ô nhiễm nước sinh học do các nguồn thải ựô thị hay công nghiệp bao gồm các chất thải sinh hoạt, phân, nước rửa của các nhà máy ựường, giấy

Sự ô nhiễm về mặt sinh học chủ yếu là do sự thải các chất hữu cơ có thể lên men ựược, chất thải sinh hoạt hoặc công nghiệp có chứa cặn bã sinh hoạt, phân tiêu, nước rửa của các nhà máy ựường, giấy, lò sát sinh

Sự ô nhiễm sinh học thể hiện bằng sự nhiễm bẩn do vi khuẩn rất nặng Các bệnh cầu trùng, viêm gan do siêu vi khuẩn tăng lên liên tục ở nhiều quôc gia chưa kể ựến các trận dịch tả Các nước thải từ lò sát sinh chứa một lượng lớn mầm bệnh

1.2.3.3 Ô nhiễm hóa học do chất vô cơ

Do thải vào nước các chất nitrat, phosphat dùng trong nông nghiệp và các chất thải do luyện kim và các công nghệ khác như Zn, Mn, Cu, Hg là những chất ựộc cho thủy sinh vật

đó là chì ựược sử dụng là chất phụ gia trong xăng và các kim loại khác như ựồng, kẽm, chrom, nikel, cadnium rất ựộc ựối với sinh vật thủy sinh

Sự ô nhiễm nước do nitrat và phosphat từ phân hóa học cũng ựáng lo ngại Phân bón làm tăng năng suất cây trồng và chất lượng của sản phẩm Nhưng các cây trồng chỉ hấp thụ ựược khoảng 30 Ờ 40% lượng phân bón, lượng dư thừa sẽ

vào các dòng nước mặt hoặc nước ngầm, sẽ gây hiện tượng phì nhiêu hóa sông

hồ, gây yếm khí ở các lớp nước ở dưới

1.2.3.4 Ô nhiễm do các chất hữu cơ tổng hợp

Ô nhiễm này chủ yếu do hydrocarbon, nông dược, chất tẩy rửa

1.2.4 Hoạt ñộng của con người và vấn ñề ô nhiễm nước

Trong hoạt ñộng sống của mình, hàng ngày con người ñã thải vào môi trường xung quanh một khối lượng nước bẩn tương ñương với khối lượng nước sạch ñã ñược cung cấp Nước bẩn thải ra từ các khu dân cư, ñô thị, thành phố, các nhà máy xí nghiệp v.v có chứa một khối lượng lớn chất bẩn rất ña dạng Khi nước bẩn chảy vào nguồn nước sẽ làm thay ñổi những ñặc tính cơ bản của nguồn nước tự nhiên; như thay ñổi tính chất cảm quan của nước, làm cho nước có màu, mùi ñặc biệt, hoặc thay ñổi thành phần hoá học của nước, làm tăng hàm lượng chất hữu cơ, muối khoáng xuất hiện các hợp chất ñộc hại, hoặc thay ñổi hệ sinh vật trong nước, xuất hiện các loại vi khuẩn và virus gây bệnh Ngày nay, với mật

ñộ dân ñô thị ngày càng tăng, chính phủ và cộng ñồng ngày càng quan tâm tới lĩnh vực bảo vệ môi trường, mối liên quan giữa chất lượng môi trường và sức khoẻ ngày càng ñược hiểu rõ, ñồng thời những tổn thất kinh tế do ô nhiễm nước gây ra cũng ñược ñánh giá chính xác hơn nên ñã thúc ñẩy cải thiện các biện pháp

áp dụng nhằm kiểm soát ô nhiễm..[4]

1.2.4.1 Tình trạng ô nhiễm nước ở Việt Nam hiện nay

Hiện nay ở Việt Nam, mặc dù các cấp, các ngành ñã có nhiều cố gắng trong việc thực hiện chính sách và pháp luật về bảo vệ môi trường, nhưng tình trạng ô nhiễm nước là vấn ñề rất ñáng lo ngại

Tốc ñộ công nghiệp hoá và ñô thị hoá khá nhanh và sự gia tăng dân số gây

áp lực ngày càng nặng nề ñối với tài nguyên nước trong vùng lãnh thổ Môi trường nước ở nhiều ñô thị, khu công nghiệp và làng nghề ngày càng bị ô nhiễm bởi nước thải, khí thải và chất thải rắn Ở các thành phố lớn, hàng trăm cơ sở sản xuất công nghiệp ñang gây ô nhiễm môi trường nước do không có công trình và thiết bị xử lý chất thải Ô nhiễm nước do sản xuất công nghiệp là rất nặng; ở

thường có ựộ pH trung bình từ 9-11; chỉ số nhu cầu ô xy sinh hoá (BOD), nhu cầu ô xy hoá học (COD) có thể lên ựến 700mg/1 và 2.500mg/1; hàm lượng chất rắn lơ lửng cao gấp nhiều lần giới hạn cho phép

Tại cụm công nghiệp Tham Lương, thành phố Hồ Chắ Minh, nguồn nước

bị nhiễm bẩn bởi nước thải công nghiệp với tổng lượng nước thải ước tắnh 500.000 m3/ngày từ các nhà máy giấy, bột giặt, nhuộm, dệt Ở thành phố Thái Nguyên, nước thải công nghiệp thải ra từ các cơ sở sản xuất giấy, luyện gang thép, luyện kim màu, khai thác than; về mùa cạn tổng lượng nước thải khu vực thành phố Thái Nguyên chiếm khoảng 15% lưu lượng sông Cầu; nước thải từ sản xuất giấy có pH từ 8,4-9 và hàm lượng NH4 là 4mg/1, hàm lượng chất hữu cơ cao, nước thải có màu nâu, mùi khó chịu

Khảo sát một số làng nghề sắt thép, ựúc ựồng, nhôm, chì, giấy, dệt nhuộm

ở Bắc Ninh cho thấy có lượng nước thải hàng ngàn m3/ngày không qua xử lý, gây ô nhiễm nguồn nước và môi trường trong khu vực

Tình trạng ô nhiễm nước ở các ựô thị thấy rõ nhất là ở thành phố Hà Nội và thành phố Hồ Chắ Minh ở các thành phố này, nước thải sinh hoạt không có hệ thống

xử lý tập trung mà trực tiếp xả ra nguồn tiếp nhận (sông, hồ, kênh, mương) Mặt khác, còn rất nhiều cơ sở sản xuất không xử lý nước thải, phần lớn các bệnh viện

và cơ sở y tế lớn chưa có hệ thống xử lý nước thải; một lượng rác thải rắn lớn trong thành phố không thu gom hết ựượcẦ là những nguồn quan trọng gây ra ô nhiễm nước Hiện nay, mức ựộ ô nhiễm trong các kênh, sông, hồ ở các thành phố lớn là rất nặng

Không chỉ ở Hà Nội, thành phố Hồ Chắ Minh mà ở các ựô thị khác như Hải Phòng, Huế, đà Nẵng, Nam định, Hải DươngẦ nước thải sinh hoạt cũng không ựược xử lý ựộ ô nhiễm nguồn nước nơi tiếp nhận nước thải ựều vượt quá tiểu chuẩn cho phép (TCCP), các thông số chất lơ lửng (SS), BOD; COD; Ô xy hoà tan (DO) ựều vượt từ 5-10 lần, thậm chắ 20 lần TCCP

Về tình trạng ô nhiễm nước ở nông thôn và khu vực sản xuất nông nghiệp, hiện nay Việt Nam có gần 76% dân số ựang sinh sống ở nông thôn là nơi cơ sở

hạ tầng còn lạc hậu, phần lớn các chất thải của con người và gia súc không ựược

xử lý nên thấm xuống ựất hoặc bị rửa trôi, làm cho tình trạng ô nhiễm nguồn nước về mặt hữu cơ và vi sinh vật ngày càng cao Theo báo cáo của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn, số vi khuẩn FecalColiform trung bình biến ựổi từ 1.500 - 3.500MNP/100ml ở các vùng ven sông Tiền và sông Hậu, tăng lên tới 3.800 - 12.500MNP/100ml ở các kênh tưới tiêu.[11]

Trong sản xuất nông nghiệp, do lạm dụng các loại thuốc BVTV, các nguồn nước ở sông, hồ, kênh, mương bị ô nhiễm, ảnh hưởng lớn ựến môi trường nước và sức khoẻ nhân dân

Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn (NN&PTNT), tổng diện tắch mặt nước sử dụng cho nuôi trồng thủy sản ựến năm 2012 của cả nước là 1.059.000 ha.[2]

Do nuôi trồng thuỷ sản ồ ạt, thiếu quy hoạch, không tuân theo quy trình kỹ thuật nên ựã gây nhiều tác ựộng tiêu cực tới môi trường nước Cùng với việc sử dụng nhiều và không ựúng cách các loại hoá chất trong nuôi trồng thuỷ sản, thì các thức ăn dư lắng xuống ựáy ao, hồ, lòng sông làm cho môi trường nước bị ô nhiễm các chất hữu cơ, làm phát triển một số loài sinh vật gây bệnh và xuất hiện một số tảo ựộc; thậm chắ ựã có dấu hiệu xuất hiện thủy triều ựỏ ở một số vùng ven biển Việt Nam

Có nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan dẫn ựến tình trạng ô nhiễm môi trường nước, như sự gia tăng dân số, mặt trái của quá trình công nghiệp hoá, hiện ựại hoá, cơ sở hạ tầng yếu kém, lạc hậu, nhận thức của người dân về vấn ựề môi trường còn chưa caoẦ đáng chú ý là sự bất cập trong hoạt ựộng quản lý, bảo vệ môi trường Nhận thức của nhiều cấp chắnh quyền, cơ quan quản lý, tổ chức và cá nhân có trách nhiệm về nhiệm vụ bảo vệ môi trường nước chưa sâu sắc và ựầy ựủ; chưa thấy rõ ô nhiễm môi trường nước là loại ô nhiễm gây nguy hiểm trực tiếp, hàng ngày và khó khắc phục ựối với ựời sống con người cũng như

sự phát triển bền vững của ựất nước

1.2.4.2 Tình trạng ô nhiễm nước ở lưu vực sông Nhuệ - đáy

Theo các kết quả nghiên cứu và quan trắc của nhiều cơ quan, lưu vực sông

tới mức báo ựộng Nhiều nơi trên sông Nhuệ và sông Châu có hiện tượng cá chết

do nước bị ô nhiễm (thôn Thường Ấm, xã Lam Hạ, thành phố Phủ Lý, Hà Nam); thành phố Phủ Lý nhiều lần ựã phải ngừng cung cấp nước sinh hoạt cho nhân dân

do mức ựộ ô nhiễm nước sông Nhuệ, sông đáy quá nặng [9]

Sông Nhuệ ựang bị ô nhiễm nặng do những con sông tiêu thoát, nước thải sinh hoạt và công nghiệp chưa ựược xử lý và nước tiêu nông nghiệp Môi trường nước bị ô nhiễm do sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, làng nghề, sản xuất nông nghiệp, các khu khai khoáng, các khu ựô thị và tập trung dân cư cao trong lưu vực

Sông đáy chảy qua ựịa phận huyện Mỹ đức, Hà Nội ựến ngã ba sông cầu Hồng Phú, thành phố Phủ Lý thì dòng sông Nhuệ góp nước từ phắa tả ngạn đoạn

hạ lưu nơi hợp dòng với sông Nhuệ, sông đáy bị ô nhiễm ở mức ựộ nghiêm trọng bởi nước sông Nhuệ có chứa các chất ô nhiễm hữu cơ, dinh dưỡng và lượng ôxy rất thấp.[16]

Sông Châu (sông Phủ Lý) xưa kia cũng là phân lưu của sông Hồng chảy vào sông đáy tại Phủ Lý, nhưng cửa sông ựã bị bồi lấp, hiện sông Châu chỉ còn

là con sông tiêu nước cho vùng 6 trạm bơm lớn của tỉnh Hà Nam và Nam định Qua kết quả khảo sát thực ựịa cho thấy chất lượng nước của sông Châu chỉ bị ô nhiễm do hàm lượng cặn, chất hữu cơ không ựạt tiêu chuẩn loại A, hàm lượng kim loại nặng trong cả 2 mùa thấp, nằm trong giới hạn cho phép Mùa khô hàm lượng các yếu tố có xu hướng cao hơn so với mùa mưa, hàm lượng thuốc trừ sâu thấp Chất lượng nước ở ựây ựáp ứng ựược yêu cầu chất lượng phục vụ cho tưới tiêu nhưng hiện không thể sử dụng cho mục ựắch lấy nước phục vụ ăn uống, sinh hoạt.[18]

1.3 Cơ sở ựánh giá chất lượng nước

Nước sông ngòi, ao hồ chứa nhiều các chất hữu cơ, vô cơ, các loại vi sinh vật khác nhau Tỷ lệ thành phần của các chất trên có trong một mẫu nước phản ánh chất lượng nước của mẫu Bố trắ những vị trắ lấy mẫu, phân tắch ựịnh tắnh ựịnh lượng thành phần các chất trong mẫu nước trong phòng thắ nghiệm là nội dung chủ yếu ựể ựánh giá chất lượng và phát hiện tình hình ô nhiễm nguồn nước

Có ba loại thông số phản ánh ñặc tính khác nhau của chất lượng nước và thông số vật lý, thông số hóa học và thông số sinh học

1.3.1 Thông số vật lý

Thông số vật lý bao gồm màu sắc, vị, nhiệt ñộ của nước, lượng các chất rắn

lơ lửng và hòa tan trong nước, các chất dầu mỡ trên bề mặt nước

Phân tích màu sắc của nguồn nước cần phân biệt màu sắc thực của nước và màu sắc của nước khi ñã nhiễm bẩn Loại và mật ñộ chất bẩn làm thay ñổi màu sắc của nước Nước tự nhiên không màu khi nhiễm bẩn thường ngã sang màu sẫm Còn lượng các chất rắn trong nước ñược phản ánh qua ñộ ñục của nước

sẽ giảm xuống, ảnh hưởng ñến quá trình sống của các sinh vật trong nước

Phản ánh ñặc tính của quá trình trên, có thể dùng một số thông số sau: + Nhu cầu oxy sinh học BOD (mg/l)

+ Nhu cầu oxy hóa học COD (mg/l)

+ Nhu cầu oxy tổng cộng TOD (mg/l)

Các thông số trên ñược xác ñịnh qua phân tích trong phòng thí nghiệm mẫu nước thực tế Trong các thông số, BOD là thông số quan trọng nhất, phản ánh mức ñộ nhiễm bẩn nước rõ rệt nhất

ðặc tính vô cơ của nước bao gồm ñộ mặn, ñộ cứng, ñộ pH, ñộ acid, ñộ kiềm, lượng chứa các ion Mangan (Mn), Clo (Cl), ñồng (Cu), kẽm (Zn), các hợp chất chứa Nito hữu cơ, amoniac (NH3, NO2, NO3) và phosphat (PO4)

1.3.3 Thông số sinh học

Thông số sinh học của chất lượng nước gồm loại và mật ñộ các vi khuẩn gây bệnh, các vi sinh vật trong mẫu nước phân tích ðối với nước cung cấp cho sinh hoạt yêu cầu chất lượng cao, trong ñó ñặc biệt chú ý ñến thông số này

1.4 Tổng quan về chỉ số chất lượng nước (WQI):

Ngày 01 tháng 7 năm 2011, Tổng Cục Môi trường – Bộ Tài nguyên và Môi trường ñã ban hành quyết ñịnh số 879/Qð-TCMT về việc “Ban hành sổ tay hướng dẫn tính toán chỉ số chất lượng nước” nhằm ñánh giá hiện trạng, mô tả ñịnh lượng về chất lượng nước và khả năng sử dụng của nguồn nước ñó

1.4.1 Tổng quan về chỉ số môi trường

Mô hình tháp dữ liệu thể hiện mối quan hệ giữa các mức ñộ sử dụng dữ liệu

ñó Chỉ số môi trường truyền ñạt các thông ñiệp ñơn giản và rõ ràng về một vấn

ñề môi trường cho người ra quyết ñịnh không phải là chuyên gia và cho công chúng

Mục ñích của chỉ số môi trường:

- Phản ánh hiện trạng và diễn biến của chất lượng môi trường, ñảm bảo tính phòng ngừa của công tác bảo vệ môi trường

- Cung cấp thông tin cho những người những người quản lý, các nhà hoạch ñịnh chính sách cân nhắc về các vấn ñề môi trường và phát triển kinh tế xã hội ñể ñảm bảo phát triển bền vững

- Thu gọn kích thước, ñơn giản hóa thông tin ñể dễ dàng quản lý, sử dụng

và tạo ra tính hiệu quả của thông tin

- Thông tin cho cộng ñồng về chất lượng môi trường, nâng cao nhận thức bảo vệ môi trường cho cộng ñồng.[15]

1.4.2 Tổng quan về chỉ số chất lượng nước (WQI)

1.4.2.1 Giới thiệu chung về WQI

Chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index- WQI) là một chỉ số tổ hợp ñược tính toán từ các thông số chất lượng nước xác ñịnh thông qua một công thức toán học WQI dùng ñể mô tả ñịnh lượng về chất lượng nước và ñược biểu diễn qua một thang ñiểm

Việc sử dụng sinh vật trong nước làm chỉ thị cho mức ñộ sạch ở ðức từ năm 1850 ñược coi là nghiên cứu ñầu tiên về WQI

Chỉ số Horton (1965) là chỉ số WQI ñầu tiên ñược xây dựng trên thang số Hiện nay có rất nhiều quốc gia/ñịa phương xây dựng và áp dụng chỉ số WQI Thông qua một mô hình tính toán, từ các thông số khác nhau ta thu ñược một chỉ số duy nhất Sau ñó chất lượng nước có thể ñược so sánh với nhau thông qua chỉ số ñó ðây là phương pháp ñơn giản so với việc phân tích một loạt các thông số

Các ứng dụng chủ yếu của WQI bao gồm:

- Phục vụ quá trình ra quyết ñịnh: WQI có thể ñược sử dụng làm cơ sở cho việc ra các quyết ñịnh phân bổ tài chính và xác ñịnh các vấn ñề ưu tiên

- Phân vùng chất lượng nước

- Thực thi tiêu chuẩn: WQI có thể ñánh giá ñược mức ñộ ñáp ứng/không

- Phân tích diễn biến chất lượng nước theo không gian và thời gian

- Công bố thông tin cho cộng ñồng

- Nghiên cứu khoa học: các nghiên cứu chuyên sâu về chất lượng nước thường không sử dụng WQI, tuy nhiên WQI có thể sử dụng cho các nghiên cứu

vĩ mô khác như ñánh giá tác ñộng của quá trình ñô thị hóa ñến chất lượng nước khu vực, ñánh giá hiệu quả kiểm soát phát thải,…[15]

1.4.2.2 Quy trình xây dựng WQI

Hầu hết các mô hình chỉ số chất lượng nước hiện nay ñều ñược xây dựng thông qua quy trình 4 bước như sau:

Bước 1: Lựa chọn thông số

Có rất nhiều thông số có thể thể hiện chất lượng nước, sự lựa chọn các thông số khác nhau ñể tính toán WQI phụ thuộc vào mục ñích sử dụng nguồn nước và mục tiêu của WQI Dựa vào mục ñích sử dụng WQI có thể ñược phân loại như sau: Chỉ số chất lượng nước thông thường, chỉ số chất lượng nước cho mục ñích sử dụng ñặc biệt

Việc lựa chọn thông số có thể dùng phương pháp delphi hoặc phân tích nhân tố quan trọng Các thông số không nên quá nhiều vì nếu các thông số quá nhiều thì sự thay ñổi của một thông số sẽ có tác ñộng rất nhỏ ñến chỉ số WQI cuối cùng Các thông số nên ñược lựa chọn theo 5 chỉ thị sau:

Hình 1.2: Số lượng các biến ñược sử dụng trong các báo cáo WQI

(Couillard and Lefebvre (1985) and Wepener et al (2006)) (nguồn: Development of Water Quality Indices for Surface Water Quality Evaluation in Vietnam, Thesis for Ph.D.’s Degree - Pham Thi Minh Hanh)

Tần suất sử dụng các thông số ñược chỉ ra trong hình dưới ñây:

Hình 1.3: Tần suất sử dụng các thông số trong các mô hình WQI

(nguồn: Development of Water Quality Indices for Surface Water Quality

Bước 2: Chuyển ñổi các thông số về cùng một thang ño (tính toán chỉ số phụ)

Các thông số thường có ñơn vị khác nhau và có các khoảng giá trị khác nhau, vì vậy ñể tập hợp ñược các thông số vào chỉ số WQI ta phải chuyển các thông số về cùng một thang ño Bước này sẽ tạo ra một chỉ số phụ cho mỗi thông

số Chỉ số phụ có thể ñược tạo ra bằng tỉ số giữa giá trị thông số và giá trị trong quy chuẩn

Có rất nhiều phương pháp chuyển ñổi thông số nhưng phương pháp ñường cong tỉ lệ (rating curve) ñược sử dụng rộng rãi nhất

Bước 3 : Trọng số

Trọng số ñược ñưa ra khi ta cho rằng các thông số có tầm quan trọng khác nhau ñối với chất lượng nước Trọng số có thể xác ñịnh bằng phương pháp delphi, phương pháp ñánh giá tầm quan trọng dựa vào mục ñích sử dụng, tầm quan trọng của các thông số ñối với ñời sống thủy sinh, tính toán trọng số dựa trên các tiêu chuẩn hiện hành, dựa trên ñặc ñiểm của nguồn thải vào lưu vực, bằng các phương pháp thống kê…

Một số nghiên cứu cho rằng trọng số là không cần thiết Mỗi lưu vực khác nhau có các ñặc ñiểm khác nhau và có các trọng số khác nhau, vì vậy WQI của các lưu vực khác nhau không thể so sánh với nhau

Bước 4 : Tính toán chỉ số WQI cuối cùng

Các phương pháp thường ñược sử dụng ñể tính toán WQI cuối cùng từ các chỉ số phụ: trung bình cộng, trung bình nhân hoặc giá trị lớn nhất

Bảng 1.3: Các phương pháp tính toán WQI cuối cùng

STT Phương pháp Công thức Nghiên cứu sử dụng

1 Trung bình cộng

không trọng số

Prati et al., 1971;

Sargaonkar and Deshpande, 2003;

8 Giá trị nhỏ nhất I = Min(q1,q2, qn) Smith, 1990

9 Giá trị lớn nhất I = Max(q1,q2, qn) Couillard and Lefebvre,

1985

(nguồn: Development of Water Quality Indices for Surface Water Quality Evaluation in Vietnam, Thesis for Ph.D.’s Degree - Pham Thi Minh Hanh)

Một số bất cập khi tính toán chỉ số WQI cuối cùng :

• Tính che khuất : Một chỉ số phụ thể hiện chất lượng nước xấu nhưng

có thể chỉ số cuối cùng lại thể hiện chất lượng tốt

• Tính mơ hồ : ðiều này xảy ra khi chất lượng nước chấp nhận ñược nhưng chỉ số WQI lại thể hiện ngược lại

• Tính không mềm dẻo : Khi một thông số có thể bổ xung vào việc ñánh giá chất lượng nước nhưng lại không ñược tính vào WQI do phương pháp ñã ñược cố ñịnh

Swamee and Tyagi ñã ñề xuất một công thức có thể khắc phục các bất cập trên:

k n

i

k i

q n

k là hằng số và ñược tính như sau: k = 1 / log2(n− 1)

Liou et al (2004) cũng ñề xuất dùng một công thức kết hợp cả trung bình cộng và trung bình nhân

3 / 1 1

j j i

i i tox

qk : Chỉ số phụ của nhóm vi sinh vật bao gồm Fecal coliform

1.4.3 Kinh nghiệm xây dựng WQI của một số quốc gia trên thế giới

Có rất nhiều quốc gia ñã ñưa áp dụng WQI vào thực tiễn, cũng như có nhiều các nhà khoa học nghiên cứu về các mô hình WQI

Hoa Kỳ: WQI ñược xây dựng cho mỗi bang, ña số các bang tiếp cận theo

phương pháp của Quỹ Vệ sinh Quốc gia Mỹ (National Sanitation NSF) – sau ñây gọi tắt là WQI-NSF

Foundation-Canada: Phương pháp do Cơ quan Bảo vệ môi trường Canada (The

Canadian Council of Ministers of the Environment- CCME, 2001) xây dựng

Châu Âu: Các quốc gia ở châu Âu chủ yếu ñược xây dựng phát triển từ

WQI – NSF (của Hoa Kỳ), tuy nhiên mỗi Quốc gia – ñịa phương lựa chọn các thông số và phương pháp tính chỉ số phụ riêng

Các quốc gia Malaysia, Ấn ðộ phát triển từ WQI – NSF, nhưng mỗi quốc

gia có thể xây dựng nhiều loại WQI cho từng mục ñích sử dụng.[15]

1.4.3.1 Mô hình WQI áp dụng tại bang Origon – Hoa Kỳ [15]

a Lựa chọn các thông số

WQI là một con số ñại diện cho chất lượng nước tính toán từ 8 thông số: Nhiệt ñộ, DO, BOD, pH, Tổng N (ammonia+nitrate nitrogen), Tổng P, Tổng rắn (Total solids), fecal coliform OWQI ñược ñưa ra từ năm 1970 và liên tục ñược cải tiến

Giới hạn áp dụng: WQI là một chỉ số tổng hợp ñược sử dụng ñể ñánh giá

chất lượng nước cho các mục ñích thông thường (câu cá, bơi…) Nó thể xác ñịnh chất lượng nước cho các mục ñích ñặc biệt, WQI cũng không thể ước tính ñược hết tất cả các tác ñộng có hại ñến sức khỏe OWQI ñược xây dựng cho các lưu vực thuộc bang Oregon, việc áp dụng cho các nơi khác cần có cân nhắc và ñiều chỉnh phù hợp

b Phương pháp chuyển ñổi biến số

WQI ñầu tiên ñược xây dựng khi National Sanitation Foundation’s Water Quality Index ñược thành lập Các chỉ số WQI này (chỉ số WQI ban ñầu và chỉ

số WQI ñược sử dụng hiện tại) ñều sử dụng phương pháp tiếp cận Delphi

Việc lựa chọn biến số sử dụng phương pháp DELPHI và tập hợp lại bằng phương pháp chuyên gia Chuyển ñổi các biến số bằng cách logarit hóa ñể tính các chỉ số phụ Trong quá trình xây dựng chỉ số WQI ban ñầu, một nhóm các chuyên gia ñã ñược tập hợp và sử dụng phương pháp Delphi ñể xác ñịnh các biến

số và trọng số của mỗi biến Việc loại bỏ các tỉ lệ bằng phương pháp Redudancy and impairment categories của 6 thông số (DO, BOD, pH, tổng rắn, amoni+nitrat, fecak coliform) Các thông số ñược phân loại thành các nhóm nhân

tố khác nhau: tiêu thụ oxy, phú dưỡng, thông số vật lý, các chất hòa tan và yếu tố

Sự tiêu thụ Oxy Với nhiều biến thì sự thay ñổi nhỏ trong một biến không thể phản ánh rõ nét trong chỉ số WQI cuối cùng

Chỉ số WQI phụ ñược tính toán từ giá trị các thông số thông qua một ñường phi tuyến xây dựng trước WQI hiện nay cũng ñược bổ xung thêm 2 thông số là tổng P và nhiệt ñộ dựa trên những nghiên cứu về ñiều kiện của các lưu vực tai Oregon Mỗi một chỉ số phụ có giá trị từ 10 ñến 100

Oxy hòa tan (DO)

WQI ban ñầu chỉ ñược tính dựa trên ñộ bão hòa với các ñiều kiện nhiệt ñộ khác nhau DO là chỉ số quan trọng cho Cá hồi, tôm Chỉ số phụ DO ñược xây dựng dựa trên tác ñộng ñến các loài thủy sinh Cách tính chỉ số phụ DO như sau:

- Nồng ñộ DO bão hòa (DO saturation hay DOs) ≤ 100% hoặc Nồng ñộ DOc ≤ 3.3 mg/l SIDO = 10

Nhu cầu Oxy sinh học (BOD)

BOD thể hiện tổng mức tiêu thụ oxy do các sinh vật thủy sinh Phương pháp tính chỉ số phụ BOD như sau:

BOD ≤ 8 mg/l: SIBOD = 100*exp(BOD*-0.1993)

8 mg/l < BOD SIBOD = 10

Amonia + nitrate nitrogen N

Quá trình Nitrat hóa diễn ra trong một số dòng chảy thuộc bang Oregon và quá trình này cũng có thể tiêu thụ oxy Chỉ số phụ Nitơ ñược tính dựa trên tổng của amoni và nitrat, tuy nhiên trong cơ sở dữ liệu vẫn cần lưu riêng amoni và nitrat ñể có thể phân tích về mức ñộ ñóng góp của amoni và nitrat ñối với chỉ số phụ Nitơ Phương pháp tính toán chỉ số phụ Nito nêu ở phần dưới

Phú dưỡng

Sự gia tăng nồng ñộ các hợp chất nitơ và photpho dễ tiêu trong nước tạo ra những ñiều kiện thuận lợi cho tảo phát triển Phú dưỡng có thể ảnh hưởng rất lớn ñến chất lượng môi trường nước và ñời sống của các loài thủy sinh

Amonia + nitrate nitrogen N

Amonia và nitrat vừa có tác ñộng ñến nồng ñộ oxy hòa tan vừa có ảnh hưởng chủ yếu ñến phú dưỡng Phương pháp tính chỉ số phụ Nitơ như sau:

Mô hình WQI hiện tại ñang áp dụng sử dụng phương pháp trọng số cân bằng

d Tính toán WQI cuối cùng từ các chỉ số phụ

WQI ban ñầu ñược tính bằng trung bình số học có trọng số của các chỉ số phụ thành phần:

1Trong ñó SIi là chỉ số phụ ñối với thông số i, Wi là trọng số tương ứng NSF AQI là trung bình theo không gian (geometic mean) có trọng số của các chỉ số phụ thành phần:

1 2

Các nhóm thông số ñể tính toán WQI

- ðộ trong của nước: ñộ ñục, tổng rắn lơ lửng

- Hàm lượng oxy: DO

- Như cầu oxy (phú dưỡng): COD, BOD, TOC

- Các chất dinh dưỡng: Tổng N, nitrat, Tổng P

- Vi khẩn: Tổng Coliform và Fecal Coliform

b Tính toán chỉ số phụ

Chỉ số phụ ñược tính toán từ giá trị thông số bằng phương pháp ñường cong

tỉ lệ (rating curve), ñường cong này ñược xây dựng từ các tiêu chuẩn về nước mặt

và các nghiên cứu về nồng ñộ các chất ô nhiễm trong nước

Bảng 1.4: Tiêu chuẩn về nồng ñộ các thông số trong nước mặt

Thông số Chất lượng tốt Chất lượng kém

Colifoem MPN/100ml 10 30 35 55 75 135 190 470 960

Ghi chú: *: ñơn vị trong tài liệu gốc; *=MPN/100ml (người dịch)

c Trọng số:

Không sử dụng trọng số

q n

I

11

Trong ñó:

I : Chỉ số cuối cùng n: số lượng thông số qi: chỉ số phụ

Thang ñiểm WQI:

- Tốt: 0 – 44

- Trung bình: 45 – 59

- Kém: 60 – 99

1.4.3.3 Các mô hình WQI áp dụng tại Canada

Bộ Môi trường Canada ñưa ra một mô hình WQI (WQI – CCME), mô hình ñó ñược sử dụng ở nhiều bang tại Canada

a Phương pháp ñưa ra bởi trung tâm St Laurent

Trung tâm St Laurent (CSL) là một trung tâm chịu trách nhiệm báo cáo chất lượng nước của sông St Lawrence Chỉ số WQI ñược CSL ñưa ra như sau:

n

F A

b Phương pháp của QUEBEC

Phương pháp này dựa trên cách tiếp cận của New Zealand WQI là giá trị nhỏ nhất của các giá trị WQI phụ Mỗi chỉ số phụ ñược tính toán từ một thông số quan trắc môi trường nước

WQI = min(Isub1, Isub2,…,Isubn)

Phương pháp tính toán các chỉ số phụ khác các phương pháp áp dụng tại Canada ñó là phương pháp này sử dụng ñường cong Delphi ðường cong Delphi xây dựng bằng phương pháp chuyên gia về mức ñộ quan trọng của các thông số trong môi trường nước Họ sử dụng một ñường phi tuyến (dựa trên ý kiến tổng hợp các chuyên gia) ñể xác ñịnh mức WQI phụ dựa trên giá trị các thông số Chỉ

số Quebec là giá trị xấu nhất của các giá trị WQI phụ

c Phương pháp British Columbia

WQI = (F12+F22+F32)½ F1 là phần trăm các mẫu vượt quá mức hướng dẫn

F2 là phần trăm các thông số có một hoặc nhiều hơn 1 mẫu vượt quá mức hướng dẫn

F3 là giá trị cao nhất của mẫu vượt quá mức hướng dẫn

Trong 3 thành phần F1, F2, F3 thì có 2 thành phần giống với các phương pháp tính WQI khác: F2 giống với chỉ số của bang Alberta, F3 tương tự chỉ số của trung tâm St Laurent, còn thành phần F1 thì không giống bất kỳ phương pháp nào khác Các mức WQI khác nhau phù hợp với các mục ñích sử dụng khác nhau

d Phương pháp Manitoba

Bang Manitoba sử dụng phương pháp ñã áp dụng tại bang British Columbia mà có bất kỳ thay ñổi nào, với số liệu trong 4 năm tại 8 vùng khác nhau thuộc Manitoba, bang Manitoba ñã kết luận phương pháp Bitish Columbia hoàn toàn có thể áp dụng phù hợp cho Manitoba

e Phương pháp Ontario

Bang Ontario sử dụng phương ñã áp dụng tại British Columbia nhưng sửa ñổi giá trị F3 là giá trị trung bình chứ không phải giá trị cao nhất Họ ñưa ra ñánh giá về một số vấn ñề xảy ra ñối với phương pháp British Columbia khi một số giá quá lớn so với mục tiêu chất lượng

Các thông số môi trường sử dụng ñể tính toán WQI bao gồm: Clorua, Fecal Coliform, ñồng, sắt, chì, kẽm, magan, natri, tổng N, tổng P, DO, sunfat,

pH, tổng rắn

f Chi tiết phương pháp tính toán WQI áp dụng tại Alberta (phát triển từ WQI – CCME)

Lựa chọn thông số: Các thông số dùng ñể tính toán WQI là hầu hết các

thông số có trong chương trình quan trắc tại Alberta

Bảng 1.5: Các thông số sử dụng ñể tính toán chỉ số WQI

Metals & Ions

Pesticides

Nutrients & Related Variables

Dissolved Oxygen Total Phosphorus Nitrite-Nitrogen (NO2-N)

Bacteria

WQI ñược tính toán thông qua các bước như sau:

Bước 1: Tính toán giá trị phạm vi - SCOBE F1

F1 là tỉ số các thông số không ñáp ứng ñược so với mức hướng dẫn trong khoảng thời gian tính chỉ số

F1 = (số thông số vượt quá tiêu chuẩn/tổng số thông số)*100

Bước 2: Tính toán giá trị tần suất F2

F2 là phần trăm số mẫu không ñáp ứng ñược mức hướng dẫn

F2 = (Số mẫu không ñáp ứng tiêu chuẩn/Tổng số mẫu)*100

Bước 3: Tính toán giá trị biên ñộ F3

Giá trị F3 ñược tính toán qua 3 bước sau:

- Với các giá trị không ñáp ứng ñược tiêu chuẩn (cao hơn giới hạn trên hoặc thấp hơn giới hạn dưới), ta tính giá trị sau:

excursioi = (giá trị thông số/mức hướng dẫn) – 1 khi giá trị thông

số cao hơn giới hạn trên của mức hướng dẫn

excusioi = (mức hướng dẫn/giá trị thông số) – 1 khi giá trị thông số thấp hơn giới hạn dưới của mức hướng dẫn

- Tính toán giá trị nse

o

n

excusio nse

0

Bước 4: Tính toán giá trị WQI

372 1 100

2 3

2 2

1.4.4 Tình hình nghiên cứu và kết quả ñạt ñược về xây dựng WQI ở Việt Nam

Tại Việt Nam WQI chưa ñược triển khai chính thức, một số nghiên cứu ñiển hình như sau:

- Nghiên cứu của TS Tôn Thất Lãng, TS Phạm Thị Minh Hạnh, cách tiếp cận cải tiến từ WQI – NSF

- Phương pháp WQI ñưa ra bởi Ủy ban sông Mê Kông: tính toán tổng hợp

1.4.4.1 Mô hình WQI ñưa ra bởi TS Tôn Thất Lãng áp dụng cho sông ðồng Nai

a Lựa chọn thông số: phương pháp Delphi [17]

Các thông số ñược lựa chọn ñể tính WQI cho sông ðồng Nai:

b Tính toán chỉ số phụ: phương pháp delphi và phương pháp ñường cong tỉ lệ [17]

Từ ñiểm số trung bình do các chuyên gia cho ứng với từng khoảng nồng ñộ thực tế, ñối với mỗi thông số chất lượng nước chúng tôi xây dựng một

ñồ thị và hàm số tương quan giữa nồng ñộ 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 ñược biểu thị bằng các phương trình sau:

- 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 coliform y = 179.39x-0,4067

c Trọng số [17]

Theo phương pháp Delphi, các mẫu phỏng vấn ñược biên soạn và gởi ñến

40 chuyên gia chất lượng nước ở các trường ðại Học, các Viện Nghiên Cứu, các trung tâm Môi trường ñể lấy ý kiến Các mẫu phỏng vấn ñược gởi ñi hai ñợt: ñợt một là các câu hỏi ñể xác ñịnh các thông số chất lượng nước quan trọng, ñợt hai

là các câu hỏi ñể xác ñịnh trọng số của các thông số chất lượng nước ñể xây dựng chỉ số phụ và hàm chất lượng nước

Kết quả có 6 thông số chất lượng nước ñược lựa chọn là những thông số chất lượng nước quan trọng với các trọng số ñược trình bày trong bảng sau:

Bảng 1.6: Lựa chọn thông số chất lượng nước quan trọng với các trọng số

Thông số Trọng số tạm thời Trọng số cuối cùng

1Trong ñó :

I: Chỉ số cuối cùng

qi: chỉ số phụ cho các thông số