Phân tích đánh giá chất lượng nước hồ Thiền Quang, Hà Nội

Theo quan điểm hiện nay, việc nghiên cứu chất lượng nước trong các hệ sinh thái hồ không chỉ dừng lại ở việc khảo sát, phân tích các số liệu về hóa, lý và sinh học mà cách tiếp cận toán

MỞ ĐẦU

Ngày nay, việc bảo vệ nguồn nước, đa dạng sinh học và sử dụng hợp lý các nguồn tài nguyên nước đã và đang trở thành vấn đề vô cùng cần thiết, đặc biệt khi sự ô nhiễm các nguồn nước (nhất là nguồn nước ngọt) đang trở nên ngày càng trầm trọng,

đe dọa cuộc sống của loài người và gây ra nhiều khó khăn cho sản xuất, đời sống

Trong các hệ sinh thái nói chung và hệ sinh thái thủy vực nói riêng thì hệ sinh thái hồ có ý nghĩa vô cùng quan trọng Bên cạnh các chức năng là cấp nước, tưới tiêu cho nông nghiệp, du lịch - giải trí, thủy điện và phòng hộ thì hồ còn chứa nhiều nguồn

tài nguyên phong phú, đó là một “ngân hàng gen” rất đa dạng, quý hiếm cần phải

được bảo vệ [6]

Hà Nội là thành phố có mật độ các hồ khá cao Phần lớn các hồ có nguồn gốc tự nhiên, một số có nguồn gốc nhân tạo Các hồ này đóng vai trò quan trọng vào việc điều hòa nước mưa, nước thải và tạo nên cảnh quan sinh thái cho thành phố Hà Nội Nhiều

hồ chưa được cải tạo, đang tiếp nhận nước thải sinh hoạt của dân cư xung quanh Một

số hồ được cải tạo, kè xung quanh, tách nước thải và nước mưa riêng như hồ Hoàn Kiếm, hồ Thiền Quang; vài hồ đang được cải tạo như hồ Văn Chương, hồ Kim Liên, Với vai trò quan trọng như trên thì việc quan trắc, thu thập và thống kê số liệu về chất lượng nước các hồ hàng năm nhằm đánh giá hiện trạng và xu thế biến đổi chất lượng môi trường nước phục vụ công tác quản lý, bảo vệ môi trường trên địa bàn thành phố là việc rất cần thiết

Chúng ta đều biết rằng, chất lượng nước là hàm của các nhân tố vật lý, hóa học, sinh học và nhiều nhân tố khác Theo quan điểm hiện nay, việc nghiên cứu chất lượng nước trong các hệ sinh thái hồ không chỉ dừng lại ở việc khảo sát, phân tích các số liệu

về hóa, lý và sinh học mà cách tiếp cận toán học là một hướng nghiên cứu, là cách để quản lý rất hiệu quả [6]

Nghiên cứu về mô hình tính toán sinh thái chất lượng nước hồ ở Việt Nam, đánh giá sự phú dưỡng là hướng mới mẻ và bắt đầu được quan tâm vào đầu năm 1990 Việc nghiên cứu chất lượng nước hồ theo quan điểm toán học là công việc hết sức cần thiết nhằm tìm ra công cụ đánh giá, dự báo tình trạng chất lượng nước và sinh thái của hồ Trên cơ sở đó đề xuất chiến lược quy hoạch, bảo vệ và sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên vô cùng quý giá này.

Theo hướng nghiên cứu đó, chúng tôi thực hiện luận văn với đề tài: “Phân tích đánh giá chất lượng nước hồ Thiền Quang, Hà Nội” Luận văn yêu cầu đáp ứng được

nội dung bao gồm các công việc sau:

1 Phân tích các thông số liên quan đến chất lượng nước hồ Thiền Quang

2 Từ kết quả phân tích, đánh giá chất lượng nước hồ Thiền Quang thông qua QCVN 08:2008/BTNMT về nước mặt và chỉ số chất lượng nước (WQI -water quality index)

3 Đề xuất một số biện pháp bảo vệ, quản lý chất lượng nước hồ Thiền Quang

Hy vọng rằng đề tài này sẽ đóng góp một phần nhỏ vào công việc quản lý, bảo tồn và phát triển bền vững hồ Thiền Quang, Hà Nội

Hình 1 Cảnh hồ Thiền Quang

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1.1 ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN CỦA HỒ THIỀN QUANG VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN CHẤT LƯỢNG NƯỚC HỒ.

Hồ Thiền Quang nằm trên địa phận quận Hai Bà Trưng, Hà Nội, lọt giữa bốn phố Nguyễn Du, Trần Bình Trọng, Trần Nhân Tông và Quang Trung Thiền Quang (ánh sáng nhà Phật) chỉ là một làng nằm ở phía đông nam hồ nay là khu vực đầu phố Nguyễn Ðình Chiểu Ngoài làng này ra, ở quanh hồ còn có các làng Liên Thuỷ ở phía bắc và tây, Quang Hoa ở phía tây nam và Pháp Hoa ở phía nam

Diện tích của hồ Thiền Quang là 5,5 ha; mực nước trung bình/max=4/5,2m; độ cao bờ 5,7m; thể tích hồ 175.000m3 Hồ Thiền Quang thuộc hệ thống hồ tự nhiên có liên thông ngầm với hồ Bảy mẫu, là nơi tiếp nhận nước mưa, nước thải sinh hoạt của khu vực Yết Kiêu – Trần Bình Trọng – Quang Trung và một phần khu vực Bà Triệu Năm 2003, Sở Giao thông Công chính Hà Nội đã thực hiện kế hoạch tát nước, nạo vét lòng hồ, kè lại bờ và bổ sung nước mới, giữ cho chất lượng nước hồ được trong sạch

Ba phía vòng quanh hồ được xây các vườn hoa nhỏ, có ghế đá cho dân ngồi nghỉ ngắm cảnh[1]

Mùa mưa khả năng sự điều tiết của hồ tương đối tốt, chủ yếu nhận nước mưa tự nhiên Hồ còn tiếp nhận một lượng nước thải từ một số hàng quán café và trung tâm văn hóa ven hồ Hồ tương đối sạch, xung quanh có cây bóng mát, lượng rác quanh hồ

ít, được quản lý và chăm sóc tốt, được dọn dẹp thường xuyên, do đó hồ được tận dụng

để làm nơi nuôi cá và một số thủy sản khác[25] Tuy nhiên trong khuôn khổ luận văn thạc sĩ chỉ cho phép nghiên cứu chất lượng nước hồ theo hai mùa, mùa khô và mùa mưa Hy vọng trong tương lai, đề tài có thể được phát triển nghiên cứu đánh giá cả chất lượng thủy sản sinh sống trong hồ

1.2 MỘT SỐ KẾT QUẢ CHẤT LƯỢNG NƯỚC HỒ THIỀN QUANG ĐÃ CÔNG BỐ

Theo kết quả Báo cáo quan trắc môi trường nước 13 hồ Hà Nội năm 2005 của Phòng Quản lý Môi trường và Khí tượng Thủy văn, sở Tài nguyên Môi trường và Nhà đất Hà Nội (Nay là Sở Tài nguyên và Môi trường Hà Nội)[2], chất lượng nước hồ Thiền Quang lấy mẫu ngày 31/08/2005 được trình bày ở bảng 1 và được so sánh với

giới hạn cho phép của TCVN 5942 – 1995 (loại B áp dụng đối với nước mặt dùng cho

các mục đích khác)

Bảng 1: Kết quả phân tích 2 mẫu nước hồ Thiền Quang lấy ngày 31/08/2005

5942 - 1995 Mẫu 1

(TQ1)

Mẫu 2 (TQ2)

8 Tổng P mg/l < 0,1 < 0,1

Nhận xét:

- Chỉ tiêu pH của cả hai mẫu đều không đạt tiêu chuẩn cho phép (TCCP)

- Chỉ tiêu COD của cả hai mẫu đều không đạt TCCP

- Chỉ tiêu BOD5 của cả hai mẫu đều không đạt TCCP

- Chỉ tiêu NH3(N) của cả hai mẫu đều không đạt TCCP

- Chỉ tiêu SS của cả hai mẫu đều đạt TCCP

- Chỉ tiêu dầu mỡ của cả hai mẫu đều đạt TCCP

- Chỉ tiêu Coliform của cả hai mẫu đều đạt TCCP

Bảng 2: Kết quả phân tích 2 mẫu nước hồ Thiền Quang lấy ngày 19/10/2005

5942 - 1995 Mẫu 1

(TQ1)

Mẫu 1 (TQ1)

Nhận xét:

- Chỉ tiêu pH của cả hai mẫu đều đạt tiêu chuẩn cho phép (TCCP)

- Chỉ tiêu COD của cả hai mẫu đều không đạt TCCP

- Chỉ tiêu BOD5 của cả hai mẫu đều không đạt TCCP

- Chỉ tiêu SS của cả hai mẫu đều đạt TCCP

- Chỉ tiêu NH3(N) của cả hai mẫu đều không đạt TCCP

- Chỉ tiêu dầu mỡ của cả hai mẫu đều không đạt TCCP

- Chỉ tiêu Coliform của cả hai mẫu đều đạt TCCP [2]

Theo Báo cáo Hiện trạng Môi trường Thành phố Hà Nội năm 2008 của Sở Tài nguyên Môi trường Hà Nội thì hồ Thiền Quang bị ô nhiễm kim loại nặng Các chỉ tiêu ô nhiễm chủ yếu là BOD5, COD, Cr, Pb, Dầu mỡ và Coliform Năm 2006 ô nhiễm hơn năm 2007 Năm 2007: Nhu cầu ôxi sinh học (BOD5) vượt quá tiêu chuẩn cho phép trung bình 2,54 lần, nhu cầu ôxi hóa học (COD) vượt quá tiêu chuẩn cho phép trung bình 2,83 lần, hàm lượng crom (Cr) vượt quá tiêu chuẩn cho phép trung bình 2,27 lần Số lượng coliform tổng số vượt quá tiêu chuẩn cho phép trung bình 61,5 lần [3]

Theo bản luận văn thạc sĩ khoa học [27], tác giả Đỗ Kiều Tú đã đưa ra bảng kết quả phân tích nước hồ Thiền Quang năm 2010 như bảng 3

Bảng 3: Kết quả phân tích nước hồ Thiền Quang năm 2010

Thông số

Nhiệt

độ (ToC)

pH DO (mg/l)

Độ đục (NTU)

BOD5 (mg/l)

COD (mg/l)

Ptổng (mg/l)

NH4+ -N (mg/l)

NO2- -N (mg/l)QCVN

Đối chiếu QCVN 08:2008/BTNMT (Loại B1), mẫu nước hồ Thiền Quang có chỉ tiêu pH đạt quy chuẩn, các chỉ tiêu DO, BOD5, COD, tổng P, NH4+ -N, NO2--N không đạt quy chuẩn cho phép.

Tiếp theo, tác giả Đỗ Kiều Tú còn phân loại chất lượng nước hồ dựa trên chỉ

số hóa học WQI, và phân loại mức độ phì dưỡng của hồ dựa trên chỉ số sinh học Chlorophyll-a , kết quả là chất lượng nước hồ Thiền Quang thuộc loại kém

Những số liệu trên đây cho thấy chất lượng hồ Thiền Quang có những thay đổi theo mùa, các thông số như pH, COD, BOD5, NH4+ cao hơn giới hạn B của tiêu chuẩn chất lượng nước mặt Điều này cho thấy cần thiết tiếp tục nghiên cứu đánh giá chất lượng nước hồ Thiền Quang

1.3 QCVN 08:2008/BTNMT VỀ CHẤT LƯỢNG NƯỚC MẶT

Giá trị giới hạn của các thông số chất lượng nước mặt được quy định ở bảng 4

Bảng 4: Các thông số và giá trị giới hạn theo QCVN 08:2008/BTNMT

Giá trị giới hạn Loại A Loại B

TT Thông số Đơn vị Giá trị giới hạn

Ghi chú: Việc phân hạng nguồn nước mặt nhằm đánh giá và kiểm soát chất

lượng nước, phục vụ cho các mục đích sử dụng nước khác nhau:

A1 - Sử dụng tốt cho mục đích cấp nước sinh hoạt và các mục đích khác như loại A2, B1 và B2

A2 - Dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt nhưng phải áp dụng công nghệ xử lý phù hợp; bảo tồn động thực vật thủy sinh, hoặc các mục đích như loại B1 và B2

B1 - Dùng cho mục đích tưới tiêu thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác có yêu cầu chất lượng nước tương tự hoặc các mục đích sử dụng như loại B2

B2 - Giao thông thuỷ và các mục đích khác với yêu cầu nước chất lượng thấp [4].Trong đánh giá chất lượng nước, việc thống kê và phân loại chất lượng nước gặp nhiều khó khăn và phức tạp, khó hình dung đối với những cấp ra quyết định Những báo cáo đánh giá chất lượng nước truyền thống thường bao gồm các tóm tắt thống kê phức tạp theo thành phần chất lượng nước cũng như theo nguồn nước Dạng thông tin như vậy chỉ có giá trị đối với các chuyên gia về chất lượng nước, nhưng có thể không

có ý nghĩa đối với người dân, các nhà quản lý hay các nhà làm luật, những người cần các thông tin ngắn gọn, súc tích về nguồn nước Trong khi đó, để khai thác và sử dụng nguồn nước, việc phân loại nguồn nước là rất quan trọng và cần thiết Do vậy, người ta

đã sử dụng chỉ số chất lượng nước trong công tác đánh giá chất lượng nước Việc sử dụng chỉ số chất lượng nước (WQI) là hướng đang được nhiều nước và chuyên gia phân tích, đánh giá chất lượng nước sử dụng WQI là một phương tiện có khả năng tập hợp một lượng lớn các số liệu, thông tin về chất lượng nước, đơn giản hóa các số liệu

chất lượng nước, để cung cấp thông tin dưới dạng dễ hiểu, dễ sử dụng cho các cơ quan quản lý tài nguyên nước, môi trường và công chúng Trong công tác quy hoạch quản

lý tài nguyên nước, việc phân vùng chất lượng nước trên một diện rộng là một yêu cầu hết sức quan trọng và WQI là một công cụ hữu hiệu để đáp ứng nhiệm vụ này

Vì vậy, một trong những nhiệm vụ nghiên cứu theo hướng đi mới của bản luận văn này là tính toán WQI theo sổ tay hướng dẫn tính toán chất lượng nước của Tổng cục Môi trường mới ban hành và áp dụng WQI để đánh giá chất lượng nước hồ Thiền Quang một cách tổng quát

1.4 CHỈ SỐ CHẤT LƯỢNG NƯỚC (WQI- Water Quality Index)

Trong sổ tay hướng dẫn tính toán chất lượng nước của Tổng cục Môi trường (TCMT) chỉ số chất lượng nước được hiểu như sau:

1 Chỉ số chất lượng nước (viết tắt là WQI) là một chỉ số được tính toán từ các

thông số quan trắc chất lượng nước, dùng để mô tả định lượng về chất lượng nước và khả năng sử dụng của nguồn nước đó; được biểu diễn qua một thang điểm

2 WQI thông số là chỉ số chất lượng nước tính toán cho mỗi thông số.

1.4.1 Mục đích của việc sử dụng WQI

- Đánh giá nhanh chất lượng nước mặt lục địa một cách tổng quát;

- Có thể được sử dụng như một nguồn dữ liệu để xây dựng bản đồ phân vùng chất lượng nước

- Cung cấp thông tin môi trường cho cộng đồng một cách đơn giản, dễ hiểu

- Nâng cao nhận thức về môi trường

1.4.2 Các yêu cầu đối với việc tính toán WQI

- WQI được tính toán riêng cho số liệu của từng điểm quan trắc;

- WQIthông số được tính toán cho từng thông số quan trắc Mỗi thông số sẽ xác định được một giá trị WQIthông số cụ thể, từ đó tính toán 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

1.4.3 Quy trình tính toán và sử dụng WQI trong đánh giá chất lượng môi trường nước mặt

Quy trình tính toán 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 (số liệu đã qua xử lý);

Bước 2: Tính toán các giá trị WQIthông số theo công thức;

Bước 3: Tính toán WQI;

Bước 4: So sánh WQI với bảng các mức đánh giá chất lượng nước

1.4.4 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 thông số trong một khoảng thời gian xác định đối với quan trắc liên tục;

- Các thông số được sử dụng để tính WQI 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 toán đã qua xử lý, đảm bảo đã loại bỏ các giá trị sai lệch, đạt yêu cầu đối với quy trình về đảm bảo và kiểm soát chất lượng số liệu

1.4.5 Một số phương pháp đánh giá chất lượng nước sử dụng chỉ số chất lượng nước trên thế giới

Trong quản lý môi trường, việc xác định một cách tổng thể chất lượng nước cho các mục đích sử dụng khác nhau nhờ một số lượng lớn các mẫu và các thông số đôi khi lại rất khó khăn Để nâng cao hiệu quả quản lý chất lượng nước, việc sử dụng chỉ số chất lượng nước WQI (water quality index) là hướng đang được các chuyên gia phân tích đánh giá chất lượng nước trên thế giới sử dụng

Mục đích của WQI là nâng cao hiểu biết về các vấn đề chất lượng nước bằng cách tích hợp dữ liệu phức tạp thành dạng 1 điểm số mô tả tình trạng và đánh giá xu hướng chất lượng nước Dựa trên giá trị của WQI các thuỷ vực sông, ao, hồ có thể được phân loại chất lượng nước cho mục đích sử dụng nước khác nhau Trên thế giới, WQI được tính theo nhiều phương pháp khác nhau và người ta đã đưa ra những sự đánh giá so sánh giữa chúng Dưới đây là một số phương pháp chính.

1 WQI của quỹ vệ sinh quốc gia Hoa kỳ (NSF-WQI)

NSF- WQI là một trong các bộ chỉ số chất lượng nước khá phổ biến được xây dựng bằng cách sử dụng kỹ thuật Delphi của tập đoàn Rand NSF-WQI thu nhận và tổng hợp ý kiến của số đông các nhà khoa học về chất lượng nước khắp nước Mỹ để lựa chọn ra các thông số chất lượng quyết định, sau đó xác lập phần trăm lượng đóng góp của từng thông số và tiến hành xây dựng các đồ thị chuyển đổi từ các giá trị đo được của thông số sang chỉ số phụ WQI – NSF có tính đến vai trò trọng số của các thông số tham gia trong WQI và so sánh các kết quả với giá trị chuẩn qua giản đồ tính chỉ số phụ Tuy nhiên các giá trị trọng số hoặc giản đồ tính chỉ số phụ trong NSF-WQI chỉ thích hợp với điều kiện chất lượng nước của Mỹ Chín thông số được lựa chọn là ôxy hoà tan (DO), E coli, pH, nhu cầu ôxy sinh hoá BOD5, NO3-, P tổng, biến thiên nhiệt độ nước giữa hai điểm quan trắc gần nhau (∆T), độ đục và tổng chất rắn lơ lửng (TSS) Dựa vào các đồ thị và hàm số tương quan giữa kết quả của thông số và chỉ số phụ, từ đó tính được chỉ số phụ của thông số đó Trọng số của mỗi thông số theo NSF được quy định như trong bảng 5

Bảng 5: Trọng số của mỗi thông số theo NSF

WQI-CCME được xây dựng dựa trên rất nhiều số liệu khác nhau sử dụng một quy trình thống kê với tối thiểu 4 thông số và 3 hệ số chính WQI-CCME là một công thức rất định lượng và việc sử dụng hết sức thuận tiện với các thông số cùng các giá trị chuẩn (mục tiêu chất lượng nước) của chúng có thể dễ dàng đưa vào WQI-CCME để tính toán tự động Tuy nhiên, trong WQI-CCME, vai trò của các thông số chất lượng nước trong WQI được coi như nhau, mặc dù trong thực tế các thành phần CLN có vai trò khác nhau đối với nguồn nước, ví dụ như thành phần chất rắn lơ lửng không có ý nghĩa quan trọng đối với chất lượng nước nguồn nước như thành phần oxy hòa tan[33]

1.4.6 Chỉ số chất lượng nước ở Việt Nam

Những chỉ số chất lượng nước đã áp dụng ở Việt nam hầu hết được dựa trên những chỉ số chất lượng nước phổ biến trên thế giới đã được điều chỉnh cho phù hợp với điều kiện của từng vùng

Công trình “Xây dựng WQI để đánh giá của quản lý hệ thống chất lượng nước sông Đồng Nai” của TS Tôn Thất Lãng - Trường Cao đẳng Tài Nguyên và Môi Trường thành phố Hồ Chí Minh được đăng tải trong tuyển tập báo cáo Hội thảo Khoa học lần thứ 19- viện KHKTTN & MT năm 1996

Ở công trình này TS Tôn Thất Lãng đã ứng dụng phương pháp Delphil [35] để xây dựng WQI có giá trị từ 1 đến 10 Tác giả đã xây dựng một hệ thống câu hỏi gửi đến cho các chuyên gia chất lượng nước để lựa chọn thông số chất lượng nước quan trọng và đánh giá trọng số biểu diễn độ quan trọng của các thông số chất lượng nước.Kết quả tính toán WQI được dùng để đánh giá diễn biến chất lượng nước sông Đồng Nai khu vực thành phố Hồ Chí Minh trong giai đoạn 1994-2004 cho thấy: Chất lượng nước sông Sài Gòn và sông Đồng Nai tại khu vực thành phố Hồ Chí Minh đều

có xu hướng giảm theo thời gian Chất lượng nước thay đổi từ ô nhiễm rất nhẹ đến ô nhiễm nhẹ 9 > WQI > 5 Đó là hậu quả của việc phát triển kinh tế cũng như công nghiệp mạnh mẽ của các địa phương trong khi cơ sở hạ tầng phục vụ lại không bắt kịp

sự phát triển đó[30]

Trong bài “Nghiên cứu WQI để đánh giá và phân vùng chất lượng nước sông Hậu”, TS Tôn Thất Lãng đã xây dựng chỉ số chất lượng nước khu vực hệ thống sông Hậu theo phương pháp Delphi [35] Các hệ thống câu hỏi được gửi đến 40 chuyên gia chất lượng nước tại các Viện Nghiên cứu, trường Đại học, Trung tâm Môi trường v.v… trong đó ghi rõ các thông số thường được sử dụng trong việc đánh giá chất lượng nước để có cơ sở thống nhất cho các chuyên gia lựa chọn Trong bảng câu hỏi cũng đưa ra các khoảng giá trị của từng thông số để các chuyên gia đánh giá chất lượng nước Dựa vào ý kiến của các chuyên gia, đường cong phân hạng của từng thông số sẽ được xây dựng để có thể xác định chỉ số phụ Đồng thời, các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng nước dựa vào hệ thống chỉ số được đề xuất Việc áp dụng chỉ số chất lượng nước được đánh giá bởi các nhà quản lý là phù hợp Nó cung cấp một phương pháp đánh giá tổng hợp về chất lượng nước tại lưu vực sông Hậu phục vụ cho công tác qui hoạch, quản lý và kiểm soát chất lượng nước cho lưu vực sông này[32]

Đề tài “Nghiên cứu phân vùng chất lượng nước theo WQI và đánh giá sử dụng các nguồn nước sông, kênh rạch ở vùng thành phố HCM” của PGS.TS Lê Trình-Phân viện CN mới và BVMT đã ứng dụng và cải tiến các mô hình WQI của quỹ vệ sinh Quốc gia Hoa kỳ và của Ấn độ (Bhargara) để phân vùng chất lượng nước và đánh giá khả năng sử dụng nước các sông Đề xuất yêu cầu phân tích 10 thông số chọn lọc hoặc

ít nhất 6 thông số để có thể đánh giá tổng quát về chất lượng nước toàn bộ lưu vực Kết quả nghiên cứu này có giá trị cao trong đánh giá, phân loại chất lượng nước và phân vùng ô nhiễm các lưu vực sông, phục vụ cho sử dụng nước và quy hoạch kiểm soát ô nhiễm[28]

Trong đề tài khoa học CN của thành phố Hà nội “Nghiên cứu phân vùng chất lượng nước các sông, hồ, trên địa bàn thành phố Hà nội theo mô hình chỉ số chất lượng nước” (WQI) được sở KHCN – thành phố Hà nội, Viện Môi trường phát triển bền vững chủ trì và PGS.TS Lê Trình làm chủ nhiệm thực hiện 2008-2009 Đề tài đã khảo sát phân tích bổ sung mức độ ô nhiễm các sông hồ tại 50 điểm, kết hợp đo đạc diễn biến chất lượng nước theo chiều dài các dòng sông với trên 30km và 2 thời điểm, mùa

mưa 2008 và mùa khô 2009 Các tác giả đã áp dụng cải tiến các mô hình WQI của Hoa

kỳ và Ấn độ để lập mô hình WQI phù hợp cho đặc điểm môi trường nước ở thành phố

Hà nội với việc lựa chọn 10 thông số đặc trưng đó (DO, BOD5, TSS, tổng Colifom, pH, tổng N, độ đục, dầu mỡ, tổng P)[29]

Trong luận văn thạc sĩ khoa học - Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội - với đề tài

“Nghiên cứu đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ tại các hồ khu vực nội thành Hà Nội cũ thông qua chỉ số chất lượng nước Kannel” (2010), tác giả Đỗ Kiều Tú đã sử dụng chỉ

số WQIkannel để đánh giá chất lượng nước của 22 hồ trong nội thành Hà Nội WQIkannel được cải tiến từ phương pháp Delphi để đưa ra phương trình tổng quát tính chỉ số WQIkannel :

1 1

Với n là tổng số các thông số

Ci là giá trị của thông số i sau khi chuẩn hóa

Pi là trọng số tương ứng cho mỗi thông số, giá trị Pi có khoảng từ 1-4 Giá trị quan trọng nhất đối với sự duy trì đời sống thủy sinh thì lấy giá trị là 4 (ví dụ như ôxi hòa tan) và giá trị chỉ định cho các thông số có ít ảnh hưởng hơn (ví dụ như hàm lượng clorua)

K là hằng số chủ quan, K lấy giá trị từ 0,25 -1 tương ứng với nước bị ô nhiễm cao đến nước ít bị ô nhiễm theo nhận định sơ bộ

Trong WQIkannel giá trị trọng số chỉ phụ thuộc vào mức độ quan trọng của trọng số đối với sự duy trì cuộc sống thủy sinh, không liên quan đến tổng số thông số cần phân tích trong công thức, vì vậy khi ta thêm hay bớt số thông số thì giá trị trọng số trong công thức vẫn được giữ nguyên cho mỗi thông số Bên cạnh đó WQIkannel còn có hằng

số cảm quan k nên đánh giá đánh giá khá nhạy cho những vùng nước tiếp quản các nguồn thải trực tiếp [27]

Như vậy, hầu hết các phương pháp ở Việt Nam đã áp dụng đều dựa trên cơ sở WQI của Hoa kỳ (NSF-WQI), Bharavara (Ấn độ) và bộ Môi Trường Canada (WQI –

CCME) có cải tiến cho phù hợp với chất lượng nước đúng với từng vùng vì những nhược điểm sau:

NSF-WQI là chỉ số tổng quát cho phép đánh giá chất lượng nước tổng quan, ta phải tính cho 8-9 thông số chất lượng nước đặc trưng trên NFS-WQI dùng để đánh giá cho nhiều mục đích sử dụng: Nước cấp sinh hoạt, nước cấp sản xuất công nghiệp, vì vậy khi chỉ cần đánh giá một đoạn sông, ao hoặc hồ cho 1 một mục đích riêng nào đó thì NFS-WQI sẽ đánh giá thiếu chính xác hơn.[33]

Trong WQI-CCME không tính đến trọng số có nghĩa rằng vai trò của các thông

số chất lượng nước trong WQI được coi như nhau Mặc dù trong thực tế các thành phần chất lượng nước có vai trò khác nhau đối với mỗi một nguồn nước khác nhau[34].Các mô hình WQI đã được áp dụng không những đánh giá được chất lượng nước

mà còn đề cập đến hiệu quả kinh tế trong việc kiểm soát chất lượng nước

Với mục đích của đề tài cao học, luận văn này lựa chọn phương pháp tính toán chỉ

số chất lượng nước do Tổng cục Môi trường, Bộ Tài nguyên Môi trường hướng dẫn [3]

1.5 TÍNH TOÁN WQI

a Tính toán WQ thông số

* WQIthông số (WQISI ) được tính toán cho các thông số BOD 5 , COD, N-NH 4 + ,

P-PO 4 3- , TSS, độ đục, Tổng Coliform theo công thức như sau:

i i

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

(1)

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 toán

Tính toán thông qua giá trị DO% bão hòa

0 41022

, 0 652 ,

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

DO hòa tan : Giá trị DO quan trắc được (đơn vị: mg/l)

Bước 2: Tính giá trị WQIDO:

( p i ) i i

i

i i

BP BP

q q

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 8

Bảng 8 Bảng quy định các giá trị BP i và qi đối với DO % bão hòa

BP i ≤20 20 50 75 88 112 125 150 200 ≥200

Nếu giá trị DO% bão hòa ≤ 20 thì WQIDO bằng 1

Nếu 20< giá trị DO% bão hòa < 88 thì WQIDO được tính theo công thức (2) và sử dụng bảng 8

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

Nếu 112 < giá trị DO% bão hòa < 200 thì WQIDO được tính theo công thức (1) và sử dụng bảng 8

Nếu giá trị DO% bão hòa ≥ 200 thì WQIDO bằng 1

* Tính giá trị WQI đối với thông số pH

Bảng 9 Bảng quy định các giá trị BP i và q i đối với thông số pH

Nếu 5,5 < pH < 6 thì WQIpH được tính theo công thức (2) và sử dụng bảng 9.

Nếu 6 ≤ pH ≤ 8,5 thì WQIpH bằng 100

Nếu 8.5 < pH < 9 thì WQIpH được tính theo công thức ( 1) và sử dụng bảng 9

Nếu pH ≥ 9 thì WQIpH bằng 1

b Tính toán WQI

Sau khi tính toán WQI đối với từng thông số nêu trên, việc tính toán WQI được

áp dụng theo công thức sau:

3 / 1 2

1

5

1 5

a

WQI WQI

( 3)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

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

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

Sau khi tính toán 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 được trình bày ở bảng 10

Bảng 10 Mức đánh giá chất lượng nước 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

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

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

CHƯƠNG 2 MỤC ĐÍCH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

2.1.1 Phân tích đánh giá chất lượng nước hồ Thiền Quang theo hai mùa, mùa đông và mùa hè, từ tháng 11 năm 2010 đến tháng 7 năm 2011

2.1.2 Đánh giá chất lượng nước hồ Thiền Quang đối chiếu QCVN 08:2008/BTNMT về chất lượng nước mặt

2.1.3 Đánh giá chất lượng nước hồ Thiền Quang qua tính toán chỉ số chất lượng nước (WQI -water quality index)

2.1.4 Đề xuất một số biện pháp bảo vệ, quản lý chất lượng nước hồ Thiền Quang

2.2 LẤY MẪU VÀ BẢO QUẢN

Qui trình lấy mẫu, bảo quản và xử lý mẫu được thực hiện theo hướng dẫn của các tiêu chuẩn quốc gia [25,26]

Các tiêu chuẩn này đưa ra hướng dẫn chung về những điều cần lưu ý trước khi bảo quản và vận chuyển mẫu nước kể cả bảo quản và vận chuyển mẫu để phân tích sinh học

2.2.1 Lấy mẫu

Theo các TCVN viện dẫn trên, quá trình thực hiện lấy mẫu nghiên cứu chất lượng nước hồ Thiền Quang được thực hiện như sau:

Xác định vị trí lấy mẫu trên hồ

Hồ Thiền Quang là hồ bao gồm nhiều vũng, có nhiều bờ rất phức tạp, cạnh khu dân cư và nhà hàng, và do đó sự không đồng đều lớn theo hướng nằm ngang Để đánh giá độ không đồng đều, cần xác định nhiều điểm lấy mẫu và tiến hành những nghiên cứu sơ bộ Dữ liệu thu được cho phép quyết định số điểm lấy mẫu cụ thể để phân tích như sau: Một mẫu ở cống ra và một mẫu ở cống vào của nguồn nước chính, một mẫu ở cách đều hai cống, một mẫu nơi gần và ảnh hưởng của nhà hàng, 2 mẫu giữa hồ

Bình lấy mẫu: Chai PE loại 300-500ml được tráng sạch bằng axit clohidric (1:4), rửa sạch nhiều lần bằng nước và tráng nước cất cẩn thận trước khi dùng.

Lấy mẫu: Nhấn chai PE vào nước hồ, tráng 2 đến 3 lần sau đó lấy đầy nước, bảo quản và nút chặt

2.2.2 Bảo quản mẫu

Mỗi vị trí lấy mẫu vào 6 chai:

Chai 1 bảo quản để phân tích DO (0,3l);

Chai 2 để phân tích E.coli và Coliform (0,5l);

Chai 3 axit hóa bằng axit đến pH ≤ 2 để phân tích kim loại (0,3l);

Chai 4 bảo quản bằng kiềm nhẹ (NaHCO3) để phân tích xianua (0,3l);

Chai 5 axit hóa bằng H2SO4 đến pH = 2, giữ ở 2-5oC để phân tích COD, chất hoạt động bề mặt, sắt, amoni, asen (0.5l)

Chai 6 giữ ở 2-5oC để phân tích các chỉ tiêu còn lại (1,5l)[5]

2.3. PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH

Phương pháp phân tích xác định các thông số chất lượng nước mặt thực hiện theo hướng dẫn của các tiêu chuẩn quốc gia hoặc tiêu chuẩn phân tích tương ứng của các tổ chức quốc tế được trình bày ở bảng 11

Bảng 11 Các thông số được xác định theo Tiêu chuẩn Việt Nam

TT Tên phép thử TCVN Tài liệu tham khảo

TT Tên phép thử TCVN Tài liệu tham khảo

Thêm dung dịch kiềm chứa iodua và mangan II vào mẫu nước sẽ thu được kết tủa trắng mangan hidroxit Kết tủa này lập tức bị ôxi hòa tan trong nước ôxi hóa thành mangan có mức ôxi hóa cao hơn, màu nâu Trong môi trường axit, hợp chất này có khả năng ôxi hóa iodua để tạo ra iot, dùng dung dịch tiêu chuẩn natrithiosunfat để chuẩn độ lượng iot sinh ra, từ đó sẽ tính được hàm lượng oxi hòa tan trong mẫu nước

Đun hồi lưu mẫu thử với lượng dư kali dicromat đã biết trước, khi có mặt thủy ngân II sunphat và xúc tác bạc trong axit sunfuric đặc trong 2 tiếng, trong khi phản ứng, một phần dicromat bị khử do sự có mặt của các chất có khả năng bị oxi hóa Đo quang mầu xanh (đối với mẫu có nồng độ cao) hoặc vàng (đối với mẫu có nồng độ thấp) của dung dịch và xác định nồng độ theo đường chuẩn Dung dịch chuẩn được dùng là Kalihydrophtalat

Trung hòa mẫu nước cần phân tích và pha loãng bằng những lượng khác nhau của một loại nước pha loãng giàu oxi hòa tan và chứa các vi sinh vật hiếu khí, có hoặc không chứa chất ức chế sự nitrat hóa Tiến hành đồng thời thí nghiệm kiểm tra với dung dịch chuẩn của Gluco và axit Glutamic

Ủ ở nhiệt độ xác định trong 5 ngày, ở chỗ tối, trong bình hoàn toàn đầy và nút kín Xác định nồng độ oxi hòa tan trước và sau khi ủ Tính khối lượng nồng độ oxi hòa tan trước và sau khi ủ Tính khối lượng ôxi tiêu tốn trong 1 lít nước

Dùng máy lọc chân không hoặc thiết bị tương đương để lọc mẫu qua cái lọc sợi thủy tinh đã biết trước khối lượng, sấy cái lọc ở 105oC đến khối lượng không đổi và cân để xác định chất rắn lơ lửng trên cái lọc

phức crom 1,5-Diphenylcacbazon Đo độ hấp thụ của phức này nằm trong khoảng 550nm.

[14]

Điều chỉnh pH của phần mẫu thử đến khoảng 6,0 đến 7,4 Thêm magie oxit để tạo môi trường kiềm yếu, chưng cất amoniac được giải phóng và thu vào bình chứa có sẵn dung dịch boric và chỉ thị Chuẩn độ amoni trong phần cất được bằng dung dịch chuẩn axit HCl

9 Xác định Nitrit (NO 2 - , mg/l)- Phương pháp trắc phổ hấp thụ phân tử [15]

Phản ứng của nitrit trong mẫu thử với thuốc thử 4-Aminobenzen sufonamid với

sự có mặt của axit octhophosphoric ở pH bằng 1,9 để tạo muối diazo, muối này sẽ tạo thuốc nhuộm màu hồng với N-(1Naphtyl)-1,2 diamonietan dihydroclorua (được thêm vào bằng thuốc thử 4-aminobenzen sufonamid, đo mật độ quang tại bước sóng 540nm

10. Xác định phospho (P- PO 4 3- , mg/l) - Phương pháp đo phổ dùng amoni molipdat [16]

Phản ứng giữa PO43- và một dung dịch axit chứa molipdat và ion antimon tạo ra phức chất antimon photphomolipdat

Khử phức sắt bằng axit ascobic tạo thành phức chất molipden màu xanh đậm Đo

độ hấp thụ của phức chất để xác định nồng độ octophosphat

Xác định polyphosphat và một số hợp chất phospho hữu cơ bằng cách thủy phân chúng với axit sunphuric để chuyển sang dạng octophosphat phản ứng với molipdat Một số hợp chất phospho hữu cơ được chuyển thành octocphosphat bằng vô cơ hóa với axit nitric – axit sunphuric

1,10-Phenantrolin [17]

Thêm dung dịch 1,10-phenantrolin vào lượng mẫu và đo độ hấp thụ của phức chất màu da cam – đỏ ở bước sóng bằng 510nm Nếu có sắt hòa tan, thêm hydroxyl-

amoni clorua để khử sắt II thành sắt III Nếu có sắt không tan, oxit sắt hoặc phức chất sắt, cần phải xử lý sơ bộ để hòa tan các chất đó

Phức chất sắt II-1,10-phenanronin bền trong khoảng pH từ 2,5-9 và màu sắc tỷ

lệ với hàm lượng Fe II Quan hệ giữa nồng độ sắt và độ hấp thu là tuyến tính với nồng

độ sắt nhỏ hơn 5,0mg/l Độ hấp thu cao nhất khi đo ở λ=510nm (hệ số hấp thu phân tử 11x103 l/mol.cm)

thị cromat[18].

Phản ứng của ion Cl- với ion thêm vào tạo thành kết tủa bạc clorua không hòa tan Việc dư dù một lượng nhỏ ion bạc tạo thành cromat mầu nâu đỏ với ion cromat được thêm làm chất chỉ thị Phản ứng này được dùng để biết điểm kết thúc Đo độ pH được duy trì trong khoảng từ 5-9,5 trong suốt quá trình chuẩn độ

Đun nóng mẫu với axit clohiddric trong sự có mặt của ion đồng I Lôi cuốn xyanua giải phóng theo một luồng không khí sang bình hấp thu chứa dung dịch natri hidroxit

sinh hoạt và nước bị ô nhiễm nhẹ[20].

Khi điện cực chọn lọc florua tiếp xúc với dung dịch nước có chứa ion florua, sự chênh lệch điện thế giữa điện cực đo và điện cực so sánh tăng lên Giá trị của sự chênh lệch về điện thế này tỉ lệ với logarit của hoạt động ion florua theo phương trình Nernst

Nhiệt độ và nồng độ của ion có thể ảnh hưởng đến sự chênh lệch điện thế Do

đó, các thông số này phải giữ nguyên trong suốt quá trình phân tích

Hoạt độ của ion florua cũng phụ thuộc vào độ pH Độ pH giữa 5 và 7 là thích hợp nhất cho phép đo Các dung dịch đệm đặc biệt được sử dụng để ổn định độ pH và

hệ số hoạt tính

Các điện cực chọn lọc ion florua hoạt động trong khoảng 0,2mg/l -2000mg/l, mối quan hệ giữa điện thế và logarit của nồng độ florua là tuyến tính.

động bề mặt metylen xanh[21]

Dựa vào sự tạo thành một cặp ion có thể chiết được bằng clorofom, có màu xanh do phản ứng catrion metylenxanh và chất hoạt động bề mặt anion (kể cả Linear Ankyl benzen sunfonat (LAS), các sunphonat khác và các este sunphat

Mẫu được trộn với một dung dịch nước đã axit hóa của metylenxanh Các cặp ion kỵ nước tạo thành sẽ được chiết hết cùng với clorofom Lớp chiết này được rửa với một dung dịch axit để loại các cặp ion kỵ nước kém (có hệ số phân bố thấp) tạo thành

do các chất cản trở điện thế Lớp clorofom giữ lại các cặp ion meylen xanh-LAS kỵ nước cao

Cường độ màu xanh của lớp chiết cloroform sẽ được đo màu ở bước sóng hấp thụ cực đại khoảng 650nm Cường độ này tỷ lệ với nồng độ của LAS qua một đường cong hoặc đồ thị chuẩn

[22]

Dùng clorofom tách dầu và các sản phẩm của dầu ra khỏi nước, chưng cất để loại hết dung môi, cân để định lượng Dùng hexan để hòa tan các sản phẩm dầu và cho qua cột sắc ký chứa nhôm oxit để tách chúng ra khỏi các chất phân cực và các chất không phải là những liên kết của cacbon có trong dầu, loại hết dung môi, cân để định lượng

Mẫu nước chứa các chất không hòa tan tạo ra khuếch tán bức xạ không đồng đều ở mọi hướng và làm giảm các bức xạ Đo hệ số giảm quang phổ chung μ(λ) bằng tổng của hệ số quang phổ khuếch tán S(λ) và hệ số quang phổ hấp thụ A(λ)

20 Phát hiện và xác định vi khuẩn Escherichia coli và vi khuẩn coliform -Phương pháp lọc màng.[24]

Dựa trên sự lọc qua màng và gồm hai phần là phép thử tiêu chuẩn làm đối chứng và phép thử nhanh tùy chọn có thể tiến hành song song như sau:

Phép thử tiêu chuẩn gồm việc ủ màng trong môi trường chọn lọc sau đó lấy đặc trưng sinh hóa các khuẩn lạc dương tính lactoza điển hình để phát hiện và đếm vi khuẩn Coliform và E Coli trong 2-3 ngày

Phép thử nhanh gồm hai bước ủ cho phép phát hiện và đếm E Coli trong vòng 21±3 (h)

Phương pháp định lượng bằng đường chuẩn

Nếu nồng độ chất trong một khoảng nồng độ nhất định cho phép thì tín hiệu thu được sau khi đo sẽ phụ thuộc tuyến tính với nồng độ và được biểu diễn dưới dạng

Ix=k.Cx Phương pháp đường chuẩn là phương pháp dựa theo phương trình cơ bản của phép đo phổ Ix=k.Cx Khi ta tìm được phương trình đường thẳng, xác định được tín hiệu ta sẽ tìm được nồng độ của chất cần phân tích.[2]

2.4 THIẾT BỊ VÀ HÓA CHẤT

1 Thiết bị

- Máy đo pH hãng Hanna, Mỹ

- Máy Specord của hãng Analytik Jena