›

Đồ án Nghiên cứu ứng dụng GIS kết hợp WQI đánh giá tình trạng nước mặt tại hệ thống kênh Tân Hóa - Lò gốm trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh

pdf 213 trang thiennha21 13/04/2022 6050
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Nghiên cứu ứng dụng GIS kết hợp WQI đánh giá tình trạng nước mặt tại hệ thống kênh Tân Hóa - Lò gốm trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfdo_an_nghien_cuu_ung_dung_gis_ket_hop_wqi_danh_gia_tinh_tran.pdf

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu ứng dụng GIS kết hợp WQI đánh giá tình trạng nước mặt tại hệ thống kênh Tân Hóa - Lò gốm trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Tên đề tài: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG GIS KẾT HỢP WQI ĐÁNH GIÁ TÌNH TRẠNG NƯỚC MẶT TẠI HỆ THỐNG KÊNH TÂN HÓA – LÒ GỐM TRÊN ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Ngành: Môi Trường Chuyên ngành: Kỹ Thuật Môi Trường GVHD: ThS. Nguyễn Trung Dũng SVTH: Lê Dương Ngọc Phú MSSV: 1311090457 LỚP: 13DMT 01 TP. Hồ Chí Minh, Tháng 07/2017
  2. LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đề tài này là công trình nghiên cứu khoa học của tác giả. Các số liệu, kết quả nêu trong đề tài là trung thực và có nguồn gốc. Tác giả xin chịu trách nhiệm trước Hội đồng phản biện và pháp luật về các kết quả nghiên cứu của đề tài này. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2017 Sinh viên thực hiện Lê Dương Ngọc Phú i
  3. LỜI CẢM ƠN Qua bốn năm học tập, nghiên cứu, rèn luyện ở trường nhờ sự chỉ dạy tận tình của quý thầy cô trường Đại học Công nghệ TP. HCM đặc biệt là quý thầy cô Khoa Công nghệ sinh học – Thực phẩm – Môi trường đã giúp em có được ngày càng nhiều kiến thức và những hiểu biết sâu sắc trong học tập cũng như trong thực tiễn hằng ngày. Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp này, trước hết em xin chân thành cảm ơn các thầy cô Khoa Công nghệ sinh học – Thực phẩm – Môi trường, trường Đại học Công nghệ TP.HCM đã trang bị cho em vốn kiến thức quý báu trong suốt những năm học. Em vô cùng cám ơn Thầy Nguyễn Trung Dũng đã tận tình hướng dẫn, chỉ dạy em trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp này. Bên cạnh đó, em cũng xin chân thành cảm ơn sâu sắc đến anh Trịnh Trọng Nguyễn đã tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian làm thí nghiệm phân tích tại Mobilab cũng như trong suốt quá trình làm đồ án này. Mặc dù đã rất cố gắng để hoàn thiện Đồ án tốt nghiệp này nhưng có thể đề tài vẫn còn nhiều thiếu sót, vì vậy em mong nhận được những ý kiến đóng góp của quý thầy cô, Hội đồng phản biện để đề tài này hoàn thiện hơn. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2017 Sinh viên thực hiện Lê Dương Ngọc Phú ii
  4. TÓM TẮT Nước là vô cùng quan trọng đối với cuộc sống và sinh hoạt của mọi người, hiện trang ô nhiễm nguồn tài nguyên nước tại nước ta ngày càng nghiêm trọng. Ở thành phố Hồ Chí Minh ô nhiễm nước tại các kênh ngày càng ở mức nghiêm trọng hơn và khó nắm bắt thông tin về tình trạng chất lượng nước. Để khắc phục tình trạng đó cần có một hệ thống chỉ số phép nhìn nhận chất lượng nước một cách tổng hợp về các chỉ tiêu lý – hóa – sinh của nguồn nước, được đánh giá theo một thang điểm thống nhất, dễ hiểu với các đối tượng phổ thông. Một trong các chỉ số đó là “Chỉ số chất lượng nước – WQI” cùng với đó là việc kết hợp hệ thống thông tin môi trường (GIS) để giúp nhà quản lý cũng như người dân nắm bắt kịp thông tin, diễn biến của môi trường. Tôi đã tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng GIS kết hợp WQI đánh giá tình trạng nước mặt tại hệ thống kênh Tân Hóa – Lò Gốm trên địa bàn thành phô Hồ Chí Minh”. Kênh Tân Hóa – Lò Gốm là một trong những dòng kênh thoát nước chính của TP. HCM với tổng chiều tài lên đến 7.84 km chảy qua các quận Tân Phú, Quận 11, Quận 6, Tân Bình. Đến năm 2015 kênh Tân Hóa – Lò Gốm được cải tạo lại, chất lượng nước đươc cải thiện tốt hơn và giúp cho cuộc sống của người dân ở khu vực này được cải thiện. Kết quả quá trình phân tích cho thấy 7/10 chỉ tiêu phân tích đều vượt QCVN 08- MT:2015/BTNMT - cột B2 đó là các chỉ tiêu Amoni, TSS, DO, COD, BOD5, Coliform, Phosphate. Sau tính toán WQI đề cho thấy chỉ số chất lượng nước của kênh rất thấp cả giờ triều lên và giờ triều xuống đều năm trong thang màu đỏ ( nước ô nhiễm nặng cần phải có biện pháp xử lý). So sánh với báo cáo kết quả 2015 của Sở tài nguyên và môi trường thành phố Hồ Chí Minh cho thấy chất lượng nước tại kênh Tân Hóa – Lò Gốm có xu hướng tái ô nhiễm. Và trong nghiên cứu đã ứng dụng công nghệ GIS với phần mềm Arcmap để xây dựng và quản lý cơ sở dữ liệu thông số quan trắc môi trường nước mặt tại kênh Tân Hóa – Lò Gốm. Qua đó cho thấy ứng dụng công nghệ mới có nhiều tiện ích và là giải pháp hiện đại, hiểu quả cho việc quản lý môi trường. iii
  5. SUMMARY Water is extremely important to human life and dayly activities, In our Contry pollution of water resources is in serios problem. In Ho Chi Minh City, water pollution in Canal is more serious and it’s difficult to collect information on water quality. To overcome this situation, there is a need for an index system for water quality by using summary of physical - chemistry – biological indicators base on standard index score, easy to understand for most of people. One of the indicators is the "Water Quality Index - WQI" toghether with the Geographic Information System (GIS) to help managers as well as people catch up with information about environment change. I was started on the thesis topic: “GIS application research combined with WQI to assessment of water status in Tan Hoa - Lo Gom canal system in Ho Chi Minh City”. Tan Hoa – Lo Gom canal system is one of the main drainage canal of Ho Chi Minh City. With a total length of 7.84 km, HCM City runs through Tan Phu district, district 11, district 6 and Tan Binh district. By 2015, the Tan Hoa - Lo Gom Canal system will be rehabilitated to improve water quality and improve people life of living in this area. The results of the analysis showed that 7 out of 10 of analyzed items exceeded QCVN 08-MT:2015/BTNMT - column B2 which are Amoni, TSS, DO, COD, BOD5, Coliform, Phosphate. After calculated the WQI, the water quality index of the canal was very low during both the tide is hight and the tide is low time, which were all in the red scale (heavy polluted water required for treatment). Compared with the 2015 report of the Ho Chi Minh City Natural Resources and Environment Department, the water quality in Tan Hoa - Lo Gom canal system tends to be re-polluted. And in the research using GIS with Arcmap software to build and manage the water in Tan Hoa - Lo Gom Canal. Through that, the apply of new technology has many advantages, it is a modern and effective solution for managing the environment. iv
  6. MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii TÓM TẮT iii DANH MỤC HÌNH xi DANH MỤC BẢNG xiv DANH MỤC VIẾT TẮT xvi MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 6 1.1. Tài nguyên nước 6 1.1.1. Khái niệm tài nguyên nước[6] 6 1.1.2. Phân loại tài nguyên nước[6] 6 1.1.3. Quy luật biến động tài nguyên nước theo thời gian[6] 6 1.1.3.1. Tính chu kỳ 6 1.1.3.2. Tính ngẫu nhiên 7 1.2. Ô nhiễm môi trường nước 7 1.2.1. Khái niệm môi trường nước và ô nhiễm môi trường nước 7 1.2.2. Nguồn gốc ô nhiễm môi trường nước 8 1.2.3. Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước 8 1.2.4. Các tiêu chuẩn, chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước hay mức độ ô nhiễm nước 9 1.3 Khu vực nghiên cứu 11 1.3.1 Vị trí 11 1.3.1.1 Vị trí địa lý khu vực 11 1.3.1.2 Vai trò của khu vực 12 1.3.2 Điều kiện tự nhiên 12 1.3.2.1 Đặc điểm khí hậu 12 1.3.2.2 Đặc điểm địa hình 14 1.3.2.3 Đặc điểm thủy văn sông rạch 15 1.3.3 Điều kiện kinh tế xã hội 17 v
  7. 1.3.3.1 Đặc điểm xã hội 17 1.3.3.2 Đặc điểm hiện trạng kinh tế 17 1.3.4 Hiện trạng môi trường khu vực 18 1.3.4.1 Chất lượng nước kênh Tân Hóa – Lò Gốm trước khi cải tạo 18 1.3.4.2 Chất lượng nước kênh Tân Hóa – Lò Gốm sau khi cải tạo 20 1.4 Tổng quan về chỉ số chất lượng nước WQI 23 1.4.1 Tổng quan về chỉ số chất lượng nước WQI [2] 23 1.4.1.1 Tổng quan về chỉ số môi trường 23 1.4.1.2 Mục đích của chỉ số môi trường 23 1.4.1.3 Khái niệm WQI: 23 1.4.1.4 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng chỉ số WQI của một số quốc gia trên thế giới. 26 1.4.1.5 Tình hình nghiên cứu và áp dụng WQI tại Việt Nam 27 1.5 Tổng quan về ứng dụng GIS [5] 27 1.5.1 Khái niệm GIS 27 1.5.2 Các khả năng xử lỷ của GIS 29 1.5.3 Định nghĩa hệ thống thông tin môi trường 30 1.5.4 Công nghệ cơ sở dữ liệu trong nghiên cứu môi trường 30 1.5.5 Vai trò của GIS trong nghiên cứu môi trường 31 1.5.6 Một số công trình nghiên cứu xây dựng HTTTMT 31 1.5.7 Các nghiên cứu ứng dụng GIS trong quản lý môi trường 33 CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 35 2.1 Vật liệu nghiên cứu 35 2.1.1 Dụng cụ và thiết bị 35 2.1.1.1 Dụng cụ 35 2.1.1.2 Thiết bị 35 2.1.2 Hóa chất 35 vi
  8. 2.1.2.1 Phosphate: 35 2.1.2.2. BOD 36 2.1.2.3. COD [10] 75 2.1.2.4 Độ đục 75 + 2.1.2.5. N-NH4 76 2.1.2.6. Coliform 76 2.2 Thời gian và địa điểm 76 2.3 Đối tượng nghiên cứu 76 2.4 Phương pháp nghiên cứu 76 2.4.1 Phương pháp lấy mẫu 76 2.4.1.1 Khảo sát vị trí các điểm lấy mẫu 77 2.4.1.2 Lấy mẫu, vận chuyển và lưu trữ 77 2.4.2 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu 78 3-[9],[13] 2.4.2.1 Phân tích chỉ tiêu P-PO4 79 2.4.2.2 Phân tích chỉ tiêu Tổng Coliform (MPN)[8] 82 2.4.2.3 DO 83 2.4.2.4 BOD ( nhu cầu oxy sinh hóa) [9] 85 2.4.2.5 Độ đục 88 2.4.2.6 Phân tích chỉ tiêu COD bằng thiết bị Elox 100 [10] 89 + [11] 2.4.2.2 Phân tích chỉ tiêu NH4 bằng thiết bị Amonitor 94 2.4.2.3 TSS (Tổng chất rắn lơ lửng) 97 2.4.2.4 Nhiệt độ, pH 97 2.4.4 Phương pháp xây dựng chỉ số WQI [1] 101 2.4.4.1. Các yêu cầu đối với việc tính toán WQI 101 2.4.4.2. Quy trình tính toán 101 vii
  9. 2.4.4.3 Thu thập, tập hợp số liệu quan trắc 101 2.4.4.4. Tính toán WQI 102 2.4.4.5. So sánh chỉ số chất lượng nước đã được tính toán với bảng đánh giá 105 2.4.5 Phương pháp mô hình Streeter – Phelps: 106 2.4.5.1 Cách tiếp cận cân bằng vật chất 106 2.4.5.2 Độ thiếu hụt oxy 108 2.4.5.3 Độ thiếu hụt ban đầu 108 2.4.5.4 Phương trình diễn biến của DO: 109 2.4.5.5 Sự nạp không khí 110 2.4.6 Phương pháp tham khảo ý kiến của các chuyên gia 111 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 112 3.1 Kết quả phân tích các chỉ tiêu 112 3.2 Kết quả phân tích phosphate 113 3.2.1 Kết quả phân tích triều lên 113 3.2.2 Kết quả phân tích phosphate giờ triều xuống 115 3.3 Kết quả phân tích coliform 119 3.3.1 Kết quả phân tích giờ triều lên 119 3.3.2 Kết quả phân tích giờ triều xuống 121 3.4 Kết quả phân tích DO 125 3.4.1 Kết quả phân tích giờ triều lên 125 3.4.2 Kết quả phân tích giờ triều xuống 127 3.5 Kết quả phân tích BOD5 131 3.5.1 Kết quả phân tích giờ triều lên 131 3.5.2 Kết quả phân tích giờ triều xuống 133 3.6 Kết quả phân tích độ đục 136 3.6.1 Kết quả phân tích giờ triều lên 136 3.6.2 Kết quả phân tích giờ triều xuống 138 3.7 Kết quả phân tích COD 141 viii
  10. 3.7.1 Kết quả phân tích giờ triều lên 141 3.7.2 Kết quả phân tích giờ triều xuống 143 3.8 Kết quả phân tích Amoni 147 3.8.1 Kết quả phân tích giờ triều lên 147 3.7.2 Kết quả phân tích giờ triều xuống 149 3.8 Kết quả phân tích TSS 153 3.8.1 Kết quả phân tích giờ triều lên 153 3.8.2 Kết quả phân tích giờ triều xuống 155 3.9 Kết quả phân tích pH 159 3.9.1 Kết quả phân tích giờ triều lên 159 3.9.2 Kết quả phân tích giờ triều xuống 161 3.10 nhận xét chung về kết quả phân tích lý hóa trên kênh Tân Hóa – Lò Gốm 164 3.10.1 Về pH, chất rắn lơ lửng, độ đục 164 3.10.2 Ô nhiễm chất hữu cơ 165 3.10.3 Chất dinh dưỡng 166 3.10.4 Các vi sinh vật gây bệnh 167 3.11. Kết quả tính toán chỉ số WQI 168 3.11.1 Diễn biến chất lượng nước mặt theo chỉ số WQI tại các vị trí lấy mẫu thuộc hệ thống kênh Tân Hóa – Lò Gốm khi triều lên 168 3.11.2 Diễn biến chất lượng nước mặt theo chỉ số WQI tại các vị trí lấy mẫu thuộc hệ thống kênh Tân Hóa – Lò Gốm khi triều xuống. 171 3.11.3 Biểu đồ diễn biến chất lượng nước mặt của kênh Tân Hóa – Lò Gốm tại các vị trí lấy 175 3.12 Thành lập bản đồ và kết quả quan trắc 178 3.13 Tính toán lan truyền chất theo mô hình streeter 187 3.13.1 Thông tin về kênh và nguồn xả 187 3.13.1.1 Thông tin về kênh 187 3.13.1.2 Thông tin về nguồn xả 187 3.13.2 Đồ thị streeter 189 3.14 Đánh giá và đề xuất biện pháp 196 3.14.1 Đánh giá khả năng sử dụng nguồn nước kênh Tân Hóa – Lò Gốm 196 ix
  11. 3.14.2 Đề xuất giải pháp sử dụng hợp lý và bảo vệ tài nguyên nước kênh Tân Hóa – Lò Gốm 196 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 197 TÀI LIỆU THAM KHẢO 199 PHỤ LỤC 1: MỘT SỐ HÌNH ẢNH GHI NHẬN TRONG QUÁ TRÌNH QUAN TRẮC KÊNH TÂN HÓA- LÒ GỐM 1 PHỤ LỤC 2: BẢNG MAC CRADY 6 PHỤ LỤC 3: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH 8 x
  12. DANH MỤC HÌNH Hình 1.2: Một đoạn Kênh Tân Hóa – Lò Gốm sau khi cải tạo 21 Hình 2.1: Bản đồ hệ thống kênh Tân Hóa – Lò Gốm trên địa bạn thành phố Hồ Chí Minh 77 Hình 2.2 Kết quả dựng đường chuẩn phosphate 82 Hình 2.3 Máy đo DO 84 Hình 2.4: Cấu tạo máy Elox100 90 Hình 2.5: Sơ đồ quá trình phân tích của máy 91 Hình 2.6: Sơ đồ ống dẫn 92 Hình 2.7: Điện cực và cell xử lí mẫu của máy Elox100 93 Hình 2.8: Nguyên lí hoạt động điện hóa của máy Elox100 94 Hình 2.9: Sơ đồ hình chiếu ngang hệ thống của máy Amonitor 95 Hình 2.10: Cấu tạo máy amonitor 96 Hình 2.11: Thiết bị Turbimax (đầu dò đo TSS) 97 Hình 2.12: Đo nhiệt độ trên tại điểm ấy mẫu trên kênh Tân Hóa-Lò Gốm 98 Hình 2.13: Máy đo pH 98 Hình 3.1: Biểu đồ thể hiện kết quả phosphate tại các vị trí lấy mẫu giờ triều lên. 114 Hình 3.2: Biểu đồ phosphate triều xuống 116 Hình 3.4: Biểu đồ thể hiện kết quả coliform tại các vị trí lấy mẫu giờ triều xuống. 122 Hình 3.6: Biểu đồ thể hiện kết quả DO tại các vị trí lấy mẫu giờ triều xuống 128 Hình 3.7: Biểu đồ thể hiện kết quả BOD5 tại các vị trí lấy mẫu giờ triều lên 132 Hình 3.8: Biểu đồ thể hiện kết quả BOD5 tại các vị trí lấy mẫu giờ triều xuống 134 Hình 3.9. Biểu đồ thể hiện kết quả độ đục tại các vị trí lấy mẫu giờ triều lên 137 Hình 3.10 Biểu đồ thể hiện kết quả độ đục tại các vị trí lấy mẫu giờ triều xuống. 139 Hình 3.12: Biểu đồ thể hiện kết quả COD tại các vị trí lấy mẫu giờ triều xuống. 144 Hình 3.13: Biểu đồ thể hiện kết quả amoni tại các vị trí lấy mẫu giờ triều lên. 148 Hình 3.14: Biểu đồ thể hiện kết quả amoni tại các vị trí lấy mẫu giờ triều xuống. 150 Hình 3.15: Biểu đồ thể hiện kết quả BOD5 tại các vị trí lấy mẫu giờ triều lên. 154 Hình 3.16: Biểu đồ thể hiện kết quả TSS tại các vị trí lấy mẫu giờ triều xuống. 156 Hình 3.17: Biểu đồ thể hiện kết quả pH tại các vị trí lấy mẫu giờ triều lên. 160 Hình 3.18: Biểu đồ thể hiện kết quả pH tại các vị trí lấy mẫu giờ triều xuống. 162 xi
  13. Hình 3.19: Rác thải tại cầu Ông Buông lúc triều xuống ngày 28/3 164 Hình 3.20: Thu gom lục bình tại cầu Ông Buông lúc triều lên ngày 28/3 165 Hình 3.21: Nước thải sinh hoạt được thải ra tại cầu Tân Hóa vào ngày 21/2/2017 166 Hình 3.22: Cống xả nước thải tại cầu Tân Hóa lúc triều xuống ngảy 7/3 167 Hình 3.24. Biểu đồ đánh giá chất lượng nước kênh Tân Hóa – Lò Gốm lúc triều lên bằng chỉ số WQI 170 Hình 3.25. Biểu đồ đánh giá chất lượng nước kênh Tân Hóa – Lò Gốm lúc triều xuống bằng chỉ số WQI 173 Hình 3.26. Biểu đồ đánh giá chất lượng nước kênh Tân Hóa – Lò Gốm lúc triều xuống bằng chỉ số WQI 173 Hình 3.27. Cầu Phạm Văn Chí triều lên 175 Hình 3.29. Cầu Phạm Văn Chí triều xuống 175 Hình 3.30. Cầu Hậu Giang khi triều xuống 175 Hình 3.31 Cầu Ông Buông khi triều lên 176 Hình 3.32 Cầu Tân Hóa khi triều lên 176 Hình 3.33. Cầu Ông Buông khi triều xuống 176 Hình 3.34 Cầu Tân Hóa khi triều xuống 176 Hình 3.35 Bảng đồ phân vùng ô nhiễm theo chỉ số WQI kênh Tân Hóa – Lò Gốm 177 Hình 3.36 Bản đồ khu vực tiến hành lấy mẫu quan trắc 178 Hình 3.37 Bản đồ và số liệu phân tích tại cầu Phạm Văn Chí giờ triều xuống 179 Hình 3.38 Bản đồ và số liệu phân tích tại cầu Phạm Văn Chí giờ triều lên 180 Hình 3.39 Bản đồ và số liệu phân tích tại cầu Hậu Giang giờ triều xuống 181 Hình 3.40 Bản đồ và số liệu phân tích tại cầu Hậu Giang giờ triều lên 182 Hình 3.41 Bản đồ và số liệu phân tích tại cầu Ông Buông giờ triều xuống 183 Hình 3.42 Bản đồ và số liệu phân tích tại cầu Ông Buông giờ triều lên 184 Hình 3.43 Bản đồ và số liệu phân tích tại cầu Tân Hóa giờ triều xuống 185 Hình 3.44 Bản đồ và số liệu phân tích tại cầu Tân Hóa giờ triều lên 186 Hình 3.45 Đồ thị 189 Hình 3.46 Đồ thị từng nguồn xả 190 Hình 3.47 Nồng độ tại cầu Phạm Văn Chí tính theo mô hình Streeter 191 Hình 3.48 Nồng độ tại cầu Hậu Giang tính theo mô hình Streeter 192 Hình 3.49 Nồng độ tại cầu Ông Buông tính theo mô hình Streeter 193 xii
  14. Hình 3.50 Nồng độ tại cầu Tân Hóa tính theo mô hình Streeter 194 Hình 3.51 Bản đồ thể hiện WQI tại kênh Tân Hóa – Lò Gốm 195 xiii
  15. DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Các đặc trưng nhiệt độ 12 Bảng 1.2: Các đặc trưng chế độ mưa 13 Bảng 1.3: Độ ẩm tương đối trong các tháng tại Tp. Hồ Chí Minh 13 Bảng 1.4: Tổng sản phẩm trên địa bàn tháng 12 năm 2016 17 Bảng 1.5: Các thông số phân tích chất lượng nước tại kênh Tân Hóa – Lò Gốm 22 Bảng 2.1: Dãy bình định mức dùng để lập đường chuẩn xác định nồng độ phosphate 81 Bảng 2.2: Chọn hệ số pha loãng 86 Bảng 2.3: Lập dãy đường chuẩn xác định độ đục 88 Bảng 2.4: Giá trị giới hạn các thông số chất lượng nước mặt 99 Bảng 2.5: Quy định các giá trị qi, BPi 102 Bảng 2.6: Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với DO% bão hòa 104 Bảng 2.7: Bảng quy định các giá trị BPi và qi đối với thông số pH 104 Bảng 2.8: Mức đánh giá chất lượng môi trường nước mặt 105 Bảng 3.1: Kết quả phân tích phosphate giờ triều lên 113 Bảng 3.2: Kết quả phân tích phosphate giờ triều xuống 115 Bảng 3.3: Kết quả phân tích coliform giờ triều lên 119 Bảng 3.4: Kết quả phân tích coliform giờ triều xuống 121 Bảng 3.5: Kết quả phân tích DO giờ triều lên 125 Hình 3.5: Biểu đồ thể hiện kết quả DO tại các vị trí lấy mẫu giờ triều lên. 126 Bảng 3.6: Kết quả phân tích DO giờ triều xuống 127 Bảng 3.7: Kết quả phân tích BOD5 giờ triều lên 131 Bảng 3.8: Kết quả phân tích BOD5 giờ triều xuống 133 Bảng 3.11: Kết quả phân tích COD giờ triều lên 141 Bảng 3.12: Kết quả phân tích COD giờ triều xuống 143 Bảng 3.13: Kết quả phân tích amoni giờ triều lên 147 Bảng 3.14: Kết quả phân tích amoni giờ triều xuống 149 Bảng 3.15: Kết quả phân tích TSS giờ triều lên 153 Bảng 3.16: Kết quả phân tích TSS giờ triều xuống 155 Bảng 3.17: Kết quả phân tích pH giờ triều lên 159 xiv
  16. Bảng 3.18: Kết quả phân tích pH giờ triều lên 161 Bảng 3.19:Diễn biến chất lượng nước mặt theo chỉ số WQI tại các vị trí lấy mẫu giờ triều lên. 168 Bảng 3.20 Diễn biến chất lượng nước mặt theo chỉ số WQI tại các vị trí lấy mẫu giờ triều xuống. 171 xv
  17. DANH MỤC VIẾT TẮT STT Từ viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt Biochemical Oxygen 1 BOD Nhu cầu oxy sinh hóa Demand 2 BTNMT Bộ tài nguyên môi trường 3 COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxy hóa học 4 CLN Chất lượng nước 5 DO Dessolved Oxygen Nồng độ oxy hòa tan trong nước 6 ĐH Đại học 7 GRDP Tổng sản phẩm trên địa bàn 8 MPN/100ml Số coliform trong 100ml mẫu National Sanitation 9 NSF Quỹ Vệ sinh Quốc gia Mỹ Foundation 10 N-NH4 Amoni tính theo N 11 NCKH Nghiên cứu khoa học 12 NXB Nhà Xuất Bản 3- 13 P-PO4 Hàm lượng phosphate 14 QCVN Quy chuẩn Việt Nam 15 SD Standard Deviation Độ lệch chuẩn 16 TSS Total Suspended Solids Tổng chất rắn lơ lửng 17 TPHCM Thành Phố Hồ Chí Minh 18 ThS Thạc sĩ 19 TCVN Tiêu Chuẩn Việt Nam WQI- The Canadian Council of 20 CCME Ministers of the Environment 21 WQISI Chỉ số chất lượng nước thông số 22 WQI Water Quality Index Chỉ số chất lượng nước xvi
  18. MỞ ĐẦU 1 ĐẶT VẤN ĐỀ Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá của con người. Nước trong tự nhiên bao gồm toàn bộ nước từ các đại dương, sông suối, ao hồ, nước ngầm Trên trái đất nước ngọt chiếm một tỉ lệ rất nhỏ so với nước mặn. Nước mặt rất cần thiết cho sự sống và phát triển, nước giúp cho các tế bào sinh vật trao đổi chất, tham gia vào các phản ứng sinh hóa và tạo nên các tế bào mới. Vì vậy, có thể nói rằng ở đâu có nước thì ở đó có sự sống. Nước được dùng cho đời sống, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và dịch vụ. Sau khi sử dụng thì nước trở thành nước thải và chúng sẽ bị ô nhiễm với các mức độ khác nhau. Ngày nay, cùng với sự bùng nổ dân số và tốc độ phát triển cao của các ngành công, nông nghiệp Chúng đã để lại rất nhiều hậu quả phức tạp, đặc biệt là vấn đề ô nhiễm môi trường nước. Vấn đề này đang là mối nguy đáng lo ngại rất nhiều người cũng như rất nhiều quốc gia trên thế giới. Ở Việt Nam hiện nay toàn bộ nước thải sinh hoạt chưa được xử lý và được thải bỏ ra sông, hồ, ao các con kênh, rạch (ví dụ: Chất thải từ các cơ sở giặt tẩy, may quần jean xả thải trực tiếp ra môi trường làm che lấp hoàn toàn con kênh tại xã Vĩnh Lộc B, huyện Bình Chánh, ) Vì vậy, dẫn đến tình trạng ô nhiễm nguồn nước và bốc mùi khó chịu, làm mất cảnh quan và ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khỏe của con người và các loài động thực vật sống gần khu vực xã thải. Trong nghiên cứu này, tôi quan tâm đến hệ thống kênh rạch Thành phố Hồ Chí Minh đây là hệ thống tiếp nhận nguồn nước thải sinh hoạt và công nghiệp. Kênh Tân Hóa – Lò Gốm là một trong những hệ thống kênh đang phải hằng ngày chứa một lượng lớn nước thải đổ vào, gây ra tình trạng ô nhiễm nghiêm trọng. Thành phố Hồ Chí Minh đã có những dự án cải tạo, gần đây nhất là dự án xây dụng, nạo vét kênh dọc hai bên kênh Tân Hóa – Lò Gốm. Tuy nhiên, chất lượng nước sau cải vẫn chưa được đánh giá. Trước đây, việc đánh giá chất lượng nước và mức độ ô nhiễm các thủy vực thường dựa vào các chỉ số chất lượng nước riêng biệt và so sánh với giá trị giới hạn được quy định trong các tiêu chuẩn, quy chuẩn trong nước nhưng chưa có nghiên cứu đầy đủ nào về chất lượng nước của các kênh thuộc địa bàn thành phố. Cách làm này cũng nói lên một phần không nhỏ về mức độ ô nhiểm nhưng vẫn còn các hạn chế: Thứ nhất, đánh giá từng thông số riêng biệt không nói lên chất lượng nước tổng quát của con sông. Thứ hai, với các thông số riêng lẻ, có thông số đạt và có thông số vượt tiêu 1
  19. chuẩn hoặc thấp hơn tiêu chuẩn (ví dụ: DO) cho phép nên việc đánh giá chất lượng nước sông chỉ có các nhà khoa học có chuyên môn mới hiểu được. Do vậy, sẽ khó thông tin tình trạng chất lượng nước sông cho công chúng, gây khó khăn khi các nhà quản lý đưa ra các quyết định nhằm bảo vệ hay khai thác nguồn nước hợp lý. Để khắc phục khó khăn trên, cần có một hoặc một hệ thống chỉ số phép nhìn nhận chất lượng nước một cách tổng hợp về các chỉ tiêu lý – hóa – sinh của nguồn nước, được đánh giá theo một thang điểm thống nhất, dễ hiểu với các đối tượng phổ thông. Một trong các chỉ số đó là “Chỉ số chất lượng nước – WQI”. Chỉ số WQI với ưu điểm là đơn giản dễ hiểu, có tính khái quát cao có thể sử dụng cho mục đích đánh giá diễn biến chất lượng nước theo không gian và thời gian, là nguồn thông tin phù hợp cho cộng đồng, cho những nhà quản lý không phải chuyên gia về môi trường nước. Và trong thời đại hội nhập, tân tiến, thay đổi liên tục theo xu hướng hiện đại hóa, công nghệ thông tin phát triển không ngừng nhờ đó mà con người nắm bắt, xử lý thông tin một cách nhanh nhất, sớm nhất và chính xác nhất. Nhờ những bước tiến xa và nhanh của thời đại công nghệ thông tin như hiện nay cũng góp phần không nhỏ đến quá trình phát triển nhanh chóng của khoa học, đặc biệt là ngành khoa học bản đồ mà đỉnh cao của nó là hệ thống thông tin địa lý GIS đã cập nhật, tổng hợp, phân tích, quản lý, truy xuất thông tin dễ dàng nhanh chóng và có tính chính xác cao. Khoa học thông tin địa lý là sự kết hợp của ngành là sự kết hợp của các ngành bản đồ, địa lý và công nghệ thông tin. Trong quản lý môi trường GIS có vai trò cực kì quan trọng GIS giúp cho các nhà quản trị phân tích được những yêu tố môi trường dựa trên hệ thộng cơ sỡ dữ liệu thông tin nhận được từ viễn thám không gian để thực hiện tích hợp dữ liệu, phân tích địa lý không gian và lập bản đồ phân bố không gian nhằm theo dõi biến động tài nguyên và tình hình phát triển phục vụ quy hoạch, quản lý tài nguyên môi trường và đưa ra được các chiến lược bảo vệ môi trường. Trên thế giới và ở Việt Nam đã có những nghiên cứu ứng dụng GIS với WQI và đã thu được nhiều kết quả khả quan. Với những lý do nêu trên, tác giả đề xuất ứng dụng GIS với công cụ Arcmap và WQI để phân vùng chất lượng nước ở hệ thống kênh Tân Hóa – Lò Gốm thành phố là một hướng đi có ý nghĩa thực tiễn để quản lý môi trường kênh rạch, làm cơ sở đánh giá chất lượng nước một cách tổng quát, đồng thời cung cấp thông tin môi trường cho 2
  20. cộng đồng một cách đơn giản, trực quan và nâng cao ý thức bảo vệ môi trường cho cộng đồng. 2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 2.1 Mục tiêu chính Đánh giá chất lượng nước kênh Tân Hóa – Lò Gốm thông qua chỉ số chất lượng nước WQI và ứng dụng GIS. 2.2 Mục tiêu cụ thể Xây dựng chỉ số WQI cho hệ thống kênh Tân Hóa – Lò Gốm Đánh giá chất lượng nước hệ thống kênh Tân Hóa – Lò Gốm theo chỉ số WQI Phân vùng chất lượng nước bằng ứng dụng Arcmap kết hợp WQI 3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Nội dung chính: Nghiên cứu, khảo sát thực địa và lấy mẫu Nội dung 1: Thu thập, tổng hợp tài liệu. Nội dung 2: Phân tích các thông số chất lượng nước cho hệ thống kênh Tân Hóa – Lò Gốm Nội dung 3: Lập bản đồ phân vùng chất lượng nước dựa trên WQI và ứng dụng GIS 4 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU Thời gian thực hiện đề tài: 02/2017 đến 07/2017 Phạm vi nghiên cứu: khu vực dọc kênh Tân Hóa – Lò Gốm, Thành phố Hồ Chí Minh 5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp thu thập số liệu: dự liệu được thu thập từ kết quả nghiên cứu, các tài liệu và các web liên quan Phương pháp khảo sát thực địa: tiến hành khảo sát khu vực nghiên cứu Phương pháp phân tích: các thông số đo 3
  21. Phần mềm tính toán WQI và xây dựng cở sở dữ liệu GIS bằng phần mềm Arcmap 10.1 Phương pháp tư vấn chuyên gia: Tham khảo ý kiến chuyên gia 6. CẤU TRÚC CỦA ĐỀ TÀI Cấu trúc của đề tài gồm 3 phần chính: PHẦN MỞ ĐẦU PHẦN NỘI DUNG Chương 1: Tổng quan ( khái niệm về tài nguyên nước, ô nhiễm tài nguyên nước, độc học nước, khu vực nghiên cứu, độc tính kim loại nặng, các nguồn gây ô nhiễm tại khu vực nghiên cứu, các nghiên cứu liên quan). Chương 2: Vật liệu, nội dung và phương pháp nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Tổng hợp tài liệu . Thông tin về tình hình kinh tế, xã hội của khu vực lấy mẫu. . Thông tin về các chỉ số lý hóa và chỉ số độc học cần phân tích. . Tài liệu các nghiên cứu liên quan. . Các quy chuẩn, tiêu chuẩn về chất lượng nước mặt; lấy mẫu, bảo quản và phân tích mẫu. . Thông tin về lịch thủy triều tại lưu vực cần phân tích. . Hướng dẫn sử dụng các máy móc, thiết bị phục vụ cho việc phân tích. Khảo sát thực địa và lấy mẫu tại khu vực nghiên cứu. . Thời gian lấy mẫu dựa vào lịch triều lên, triều xuống. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp lấy mẫu Phương pháp phân tích lý hóa sinh. Phương pháp tính toán WQI Phương pháp mô hình streeter Chương 3: Kết quả và thảo luận 4
  22. Kết quả phân tích chỉ tiêu lý hóa sinh. Kết quả tính toán WQI. Bản đồ thể hiện thông tin và vị trí lấy mẫu. Chạy mô hình Streeter Bản đồ thể hiện xu hướng ô nhiễm PHẦN KẾT LUẬN KIẾN NGHỊ 5
  23. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Tài nguyên nước 1.1.1. Khái niệm tài nguyên nước[6] Theo “Thuật ngữ thuỷ văn và môi trường nước”, tài nguyên nước là lượng nước trên một vùng đã cho hoặc lưu vực, biểu diễn ở dạng nước có thể khai thác (nước mặt và nước dưới đất). Điều 2 Luật Tài nguyên nước Việt Nam (1998) quy định "Tài nguyên nước (của Việt Nam) bao gồm các nguồn nước mặt, nước mưa, nước dưới đất, nước biển thuộc lãnh thổ Việt Nam". Rõ ràng, tài nguyên nước của một lãnh thổ là toàn bộ lượng nước có trong đó mà con người có thể khai thác sử dụng được, xét cả về mặt lượng và chất, cho sinh hoạt, sản xuất, trong hiện tại và tương lai. Nước là dạng tài nguyên đặc biệt. Nó vừa là thành phần thiết yếu của sự sống và môi trường, quyết định sự tồn tại, phát triển của xã hội, vừa có thể mang tai họa đến cho con người. Nước có khả năng tự tái tạo về lượng, về chất và về năng lượng. 1.1.2. Phân loại tài nguyên nước[6] Theo J.A.Jonnes chia tài nguyên nước thành ba loại: 1. Tài nguyên tiềm năng tương lai, là toàn bộ lượng nước có trên Trái Đất mà trong điều kiện hiện nay loài người hầu như chưa có khả năng khai thác, như nước ngầm nằm rất sâu, nước trong băng tuyết hai cực, nước biển và đại dương 2. Tài nguyên tiềm năng thực tại, là lượng nước có trong lãnh thổ, nhưng ở trạng thái tự nhiên con người khó khai thác và có nguy cơ bị nó gây hại, hoặc xảy ra rủi ro, ví dụ như nước lũ, nước ngầm nằm sâu 3. Tài nguyên hiện thực của một vùng, là khái niệm trùng với quan điểm truyền thống hiện nay, chỉ toàn bộ lượng nước có trong các thuỷ vực mặt và ngầm mà con người dễ dàng khai thác sử dụng. 1.1.3. Quy luật biến động tài nguyên nước theo thời gian[6] 1.1.3.1. Tính chu kỳ Theo thời gian tài nguyên nước phân phối không đồng đều. Hai chu kỳ biến động rõ nét nhất của tài nguyên nước theo thời gian là chu kỳ mùa và chu kỳ nhiều năm. 6
  24. Chu kỳ mùa: Chế độ nước trong các thuỷ vực tăng cao trong một số tháng liên tục (mùa lũ) và hạ thấp trong một số tháng liên tục còn lại (mùa kiệt) một cách có quy luật rõ ràng. Cách phân mùa dòng chảy sông ngòi đơn giản nhất là theo chỉ tiêu vượt trung bình: Mùa lũ là thời kỳ không dưới hai tháng liên tiếp có lưu lượng trung bình tháng bằng hoặc vượt lưu lượng trung bình năm, với xác suất vượt trung bình không dưới 50%. Chu kỳ nhiều năm: Là sự dao động chế độ dòng chảy theo chu kỳ dài, mỗi chu kỳ có một số năm ít nước liên tiếp (pha ít nước) và một số năm nhiều nước liên tiếp (pha nhiều nước), giữa chúng có thể có một số năm chuyển tiếp với những giá trị nước trung bình. 1.1.3.2. Tính ngẫu nhiên Dòng chảy là sản phẩm tác động của nhiều yếu tố ngẫu nhiên. Khi các yếu tố ngẫu nhiên đều có tác động đáng kể tới dòng chảy thì nó sẽ mang tính ngẫu nhiên rõ rệt. Những hiện tượng thuỷ văn, như lũ lụt, hạn hán, xảy ra theo chu kỳ, nhưng các đặc trưng định lượng của chúng, như độ lớn, thời điểm xuất hiện , lại có tính ngẫu nhiên và tuân theo một số quy luật ngẫu nhiên nhất định. 1.2. Ô nhiễm môi trường nước 1.2.1. Khái niệm môi trường nước và ô nhiễm môi trường nước Môi trường nước được hiểu là môi trường mà những cá thể tồn tại, sinh sống và tương tác qua lại đều bị ảnh hưởng và phụ thuộc vào nước. Môi trường nước có thể bao quát trong một lưu vực rộng lớn hoặc chỉ chứa trong một giọt nước. Môi trường nước là đối tượng nghiên cứu của nhiều ngành khoa học tự nhiên, kỹ thuật và cả kinh tế – xã hội[19]. Ô nhiễm nước là sự thay đổi thành phần và tính chất của nước, có hại cho hoạt động sống bình thường của con người và sinh vật, do sự có mặt của các tác nhân quá ngưỡng cho phép. Hiến chương Châu Âu định nghĩa: "Sự ô nhiễm nước là một sự biến đổi nói chung do con người gây đối với chất lượng nước, làm ô nhiễm nước và gây nguy hại đối với việc sử dụng của con người, cho công nghiệp, nông nghiệp, nuôi cá, nghỉ ngơi - giải trí, cũng như đối với các động vật nuôi, các loài hoang dại". 7
  25. 1.2.2. Nguồn gốc ô nhiễm môi trường nước Sự ô nhiễm nước có thể có nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo: Sự ô nhiễm có nguồn gốc tự nhiên là do nhiễm mặn, nhiễm phèn, gió, bão, lũ lụt Nước mưa rơi xuống mặt đất, mái nhà, đường phố đô thị khu công nghiệp, kéo theo các chất bẩn xuống sông, hồ hoặc các sản phẩm của hoạt động sống của sinh vật, vi sinh vật kể cả các xác chết của chúng. Sự ô nhiễm này còn gọi là ô nhiễm không xác định được nguồn. Sự ô nhiễm nhân tạo chủ yếu do xả nước thải từ các vùng dân cư, khu công nghiệp, hoạt động giao thông vận tải, thuốc trừ sâu, thuốc diệt cỏ và các phân bón trong nông nghiệp, các phương tiện giao thông vận tải, đặc biệt là giao thông vận tải đường biển. Theo bản chất các tác nhân gây ô nhiễm người ta phân biệt ô nhiễm vô cơ, ô nhiễm hữu cơ, ô nhiễm hóa chất, ô nhiễm vi sinh vật, cơ học hay vật lý (ô nhiễm nhiệt hoặc do các chất lơ lững không tan), ô nhiễm phóng xạ. Theo vị trí người ta phân biệt: ô nhiễm sông, ô nhiễm hồ, ô nhiễm biển, ô nhiễm mặt nước, ô nhiễm nước ngầm. Theo nguồn gây ô nhiễm người ta phân biệt: Nguồn xác định: là các nguồn thải chúng ta có thể xác định được ví trí chính xác như cống thải nhà máy, khu công nghiệp, đô thị. Nguồn không xác định: là các chất gây ô nhiễm phát sinh từ những trận mưa lớn kéo theo bụi bẩn, xói mòn đất đai, và là nguồn những chất thải không thể xác định được gây ra như nước mưa chảy qua các khu dân cư, các cánh đồng đã bị ô nhiễm. 1.2.3. Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường nước Có rất nhiều tác nhân gây ô nhiễm nước, tuy nhiên để tiện lợi cho việc quan trắc và khống chế ô nhiễm nguồn nước, ta có thể phân chúng thành các nhóm cơ bản: Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học hoặc các chất tiêu thụ oxy: thuộc loại này có cacbohydrat, protein, chất béo, Đây là các chất gây ô nhiễm phổ biến nhất có trong nước thải từ các khu dân cư, khu công nghiệp chế biến thực phẩm. 8
  26. Các chất hữu cơ bền vững: polychlorophenol (PCPs), polychlorobiphenyl (PCB), các hydrocacbon đa vòng, Các chất này thường có trong nước thải công nghiệp và nguồn nước chảy tràn qua các vùng nông, lâm nghiệp có sử dụng nhiều thuốc trừ sâu. Đây là các chất có độc tính cao đối với con người và sinh vật. Các kim loại nặng: Hầu hết các kim loại nặng đều có độc tính cao đối với con người và các loại động vật có vú, lưỡng thê, bò sát, chim và tôm cá. Các kim loại nặng thường có trong nước thải công nghiệp là chì (Pb), thủy ngân (Hg), crôm (Cr), cadimi (Cd), asen (As), mangan (Mn). Các chất vô cơ: Nhiều ion vô cơ có nồng độ rất cao trong nước tự nhiên, đặc biệt là nước biển. Trong nước thải từ các khu dân cư luôn có nồng độ tương đối cao - 2- 3- + + các ion Cl , CO3 , PO4 , Na , K . Dầu mỡ: Là chất lỏng khó tan trong nước. Độc tính và tác động sinh thái của dầu mỡ phụ thuộc vào từng loại dầu. Hầu hết các loài thực, động vật đều bị tác hại bởi dầu mỡ. Các loài thủy sinh và cây ngập nước dễ bị chết do dầu mỡ ngăn cản quá trình hô hấp, quang hợp và cung cấp chất dinh dưỡng. Các chất phóng xạ: Trong môi trường luôn có một lượng phóng xạ tự nhiên do hoạt động của con người hoặc từ các nguồn đất đá, núi lửa tạo nên. Các sự cố phóng xạ có khả năng gây tác hại nghiêm trọng đến con người và sinh vật chủ yếu do nổ hoặc rò rỉ các lò phản ứng nguyên tử. Các sinh vật gây bệnh: Bao gồm vi trùng, siêu vi trùng, giun sán. Nguồn nước ô nhiễm do phân có thể có nhiều loại vi trùng, siêu vi trùng (virus), động vật đơn bào (Protozoa) và trứng giun sán gây bệnh. Các chất có mùi: Nước có mùi là do các nguyên nhân sau: có chất hữu cơ từ cống rãnh khu dân cư, xí nghiệp chế biến thực phẩm; nước thải công nghiệp, hóa chất; sản phẩm từ sự phân hủy cây cỏ, rong tảo, động vật. Ngoài ra còn có các chất rắn và khí hòa tan cũng là tác nhân gây ra ô nhiễm môi trường nước. 1.2.4. Các tiêu chuẩn, chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước hay mức độ ô nhiễm nước Để xác định chất lượng nước hay mức độ ô nhiễm nước, người ta dùng các thông số chất lượng nước: Các thông số vật lý: nhiệt độ, màu, mùi vị, độ dẫn điện, độ phóng xạ, có thể được xác định bằng định tính hoặc định lượng. 9
  27. Các thông số hoá học: Chỉ số pH (độ axit hoặc độ kiềm), lượng chất lơ lửng, các chỉ số BOD, COD, Oxy hoà tan (DO), Dầu mỡ, Clorua, Sunphat, Amôn, Nitrit, Nitrat, Phosphate, Các nguyên tố vi lượng, Kim loại nặng, Thuốc trừ sâu, Các chất tẩy rửa và nhiều loại chất độc khác. Các thông số sinh học: Coliform, Fecal streptococus, tổng số vi khuẩn hiếu khí, kỵ khí và các sinh vật gây bệnh. Để đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường nước, người ta thường dùng các chỉ tiêu hay thông số phổ biến là: Chất rắn lơ lửng (SS - Suspended Solids): Là các chất không tan trong nước và được xác định bằng cách lọc một mẫu nước qua giấy lọc tiêu chuẩn. Cặn thu được trên giấy lọc sau khi sấy ở nhiệt độ 105oC cho đến khi khối lượng không đổi thì đem cân xác định khối lượng - đó được được gọi là lượng chất lơ lửng trong mẫu nước phân tích. Nhu cầu oxy sinh hoá (BOD - Biochemical Oxygen Demand): Là lượng oxy cần thiết để oxy hoá (bởi vi sinh vật hiếu khí) các chất bẩn hữu cơ trong nước trong một khoảng thời gian xác định. Nó đặc trưng cho lượng chất hữu cơ dễ bị phân huỷ bởi các vi sinh vật hiếu khí. Thông thường đối với nước thải sinh hoạt, để phân huỷ hết các chất bẩn hữu cơ đòi hỏi thời gian 20 ngày - BOD20 hay BOD toàn phần. Trong thực tế chúng ta chỉ xác định BOD5 tương ứng với 5 ngày đầu mà thôi. Nhu cầu oxy hoá học (COD - Chemical Oxygen Demand): Là lượng oxy cần thiết để oxy hoá bằng hoá học các chất bẩn hữu cơ có trong nước. Đại lượng này đặc trưng cho tất cả các chất bẩn hữu cơ có trong nước. Có nhiều kỹ thuật đánh giá mức độ ô nhiễm nguồn nước dựa vào giá trị của các thông số chọn lọc. Các kỹ thuật này sử dụng các chỉ số (index) để thực hiện mức độ ô nhiễm. Có thể nêu một số chỉ số đang được công nhận như sau [20]: Chỉ số ô nhiễm dinh dưỡng (NPI): Chỉ số này dựa vào kết quả quan trắc hàng + - - tháng các thông số: NH4 , NO3 , NO2 , tổng P, pH, chlorophyll, độ dẫn điện và độ đục. Chỉ số ô nhiễm hữu cơ (OPI): Chỉ số này được tính kết quả quan trắc hàng tháng + các thông số: NH4 , BOD, COD, nhiệt độ và DO. 10
  28. Chỉ số ô nhiễm công nghiệp (IPI): Sử dụng để đánh giá ô nhiễm do các tác nhân ô nhiễm vi lượng (trừ hóa chất bảo vệ thực vật): kim loại nặng, dầu mỡ, polyhydrocacbon thơm, phenol, cyanua, không chỉ hòa tan trong nước mà có thể dính bám vào đất và thủy sinh. Chỉ số động vật đáy (BSI): BSI được sử dụng để đánh giá chất lượng nước thông qua việc quan trắc động vật đáy không xương sống lớn. Một trong những BSI hiện đang sử dụng ở Châu Âu để đánh giá mức độ ô nhiễm nguồn sông suối là hệ thống BMWP (Biological Monotoring Working Party). Hệ thống BMWP dựa theo điểm của động vật đáy trong mẫu thu được. Sự xuất hiện của ấu trùng một số động vật phù du họ Ephemeridae được cho điểm 10 (nước sạch không ô nhiễm), còn nếu trong nguồn nước có các loại giun nhiều tơ sẽ được cho điểm 1 (nước bị ô nhiễm nặng). Khoảng cách giữa 1 và 10 là các mức độ ô nhiễm khác nhau. Chỉ số đa dạng sinh học (BDI): BDI được sử dụng để đánh giá đa dạng thủy sinh vật dựa vào quan trắc thực địa. Trên cơ sở chất lượng nước của các lưu vực nước tự nhiên, đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội, tiêu chuẩn gây hại cho sức khoẻ của con người, của các sinh vật sống trong nước mà các quốc gia đều đưa ra tiêu chuẩn chất lượng nước của quốc gia mình. 1.3 Khu vực nghiên cứu 1.3.1 Vị trí 1.3.1.1 Vị trí địa lý khu vực Kênh Tân Hóa – Lò Gốm là một trong những dòng kênh thoát nước chính của thành phố với chiều dài kênh chính là 7.84 Km. Kênh Tân Hóa – Lò Gốm nằm trong khu giáp ranh giữa nội thành và vùng ven thành phố Hồ Chí Minh, chảy qua 4 quận: Tân Bình, Quận 6, Quận 11 và Tân Phú. Đây là khu thành phố mới phát triển được hình thành từ những năm 1970 do làn sóng dân cư từ nông thôn đổ về trong chiến tranh, công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp của khu vực này phát triển do lợi thế của vùng giáp ranh giữa vùng ven (nguồn nguyên liệu) và vùng trung tâm (tiêu thụ và bán sản phẩm). Khu vực này có tính chất tự phát 11
  29. nên hạ tầng kỹ thuật rất yếu kém, không đáp ứng các tiêu chuẩn đô thị. Quá trình phát triển của thành phố đã mở rộng trung tâm ra đến gần như toàn bộ lưu vực kênh, vai trò của lưu vực kênh vì thế ngày càng trở nên quan trọng đối với bộ mặt thành phố. Ranh giới khu vực được giới hạn bởi các tuyến đường • Phía Bắc: khu vực Bàu Cát quận Tân Bình. • Phía Đông: đường Lò Siêu-Lạc Long Quân. • Phía Tây: đường Âu Cơ. • Phía Nam: kênh Tàu Hủ. 1.3.1.2 Vai trò của khu vực Nằm trong khu vực tập trung cao dân cư, đây là khu vực quan trọng của thành phố, ảnh hưởng trực tiếp đến một số hoạt động chính yếu của thành phố. Tình trạng ô nhiễm và bồi lấp của kênh hiện nay đã ảnh hưởng trầm trọng đến việc thoát nước của khu vực. Một số khu vực dọc kênh trên thượng nguồn bị ô nhiễm nặng do nước thải công nghiệp. Một số khu vực khác thường ngập úng và rút rất chậm sau khi mưa do các chi lưu của kênh bị lấn chiếm, bồi thường. 1.3.2 Điều kiện tự nhiên 1.3.2.1 Đặc điểm khí hậu Khí hậu vùng nhiệt đới gió mùa cận xích đạo, có 2 mùa rõ rệt, mùa mưa và mùa khô. Có tính ổn định cao, thay đổi khí hậu nhỏ giữa các năm. Không có thiên tai, hầu như không có bão lụt, chỉ bị ảnh hưởng nhẹ, không đáng kể. Nhiệt độ không khí : Nhiệt độ không khí ít thay đổi giữa các tháng trong năm, biên độ dao động trong khoảng 5-7oC, nhiệt độ trung bình năm là 28.7oC Bảng 1.1: Các đặc trưng nhiệt độ Các đặc trưng nhiệt độ Nhiệt độ Nhiệt độ trung bình năm 28.7oC 12
  30. Nhiệt độ trung bình tháng cao nhất 30.7oC (tháng 5) Nhiệt độ tối cao tuyệt đối 40oC (tháng 5) Nhiệt độ trung bình tháng thấp nhất 26.4oC Nhiệt độ thấp tuyệt đối 13,8oC (tháng1/1937) (Nguồn: Trạm Khí Tượng Thủy Văn Thành Phố, 2015) Mưa : Lưu lượng mưa về mùa mưa chiếm 95% cả năm. Lưu lượng mưa về mùa khô chiếm 5% cả năm. Bảng 1.2: Các đặc trưng chế độ mưa Các yếu tố đặc trung chế độ mưa Trị số (mm) Lượng mưa trung bình năm 1.760,6 Lượng mưa nhỏ nhất năm 0 (tháng 2) Lượng mưa trung bình tháng lớn nhất 504 (tháng 9) Số ngày mưa trung bình lớn nhất 22 (tháng 9) Lượng mưa trung bình tháng nhỏ nhất 2 (Nguồn: Trạm Khí Tượng Thủy Văn Thành Phố, 2015) Độ ẩm không khí : Độ ẩm không khí rất cao vào các tháng mùa mưa lên đến mức độ bão hòa 100%. Vào các tháng khô, độ ẩm giảm, độ ẩm tương đối cho bởi bảng sau: Bảng 1.3: Độ ẩm tương đối trong các tháng tại Tp. Hồ Chí Minh tháng Độ ẩm tương đối (%) Trung bình Lớn nhất Nhỏ nhất 1 70 99 23 2 68 99 22 3 67 98 20 4 69 99 21 5 70 99 33 13
  31. 6 74 100 30 7 76 100 40 8 76 99 44 9 77 100 43 10 76 100 40 11 72 100 33 12 67 100 29 (Nguồn: Trạm Khí Tượng Thủy Văn Thành Phố, 2015) Lượng bốc hơi : Lượng bốc hơi hàng năm tương đối lớn : 1.399 m. Lượng bốc hơi lớn trong các tháng mùa khô, bình quân trong các tháng nắng: 5-6 mm/ngày (tháng 3,4). Sự bốc hơi từ mặt nước theo ước tính khoảng 600mm vùng ven biển và 500mm sâu trong đất liền. Số giờ chiếu sáng trung bình hàng năm là 2.299 giờ, cường độ ánh sáng vào giữa mùa khô có khi đến 100.000lux. 1.3.2.2 Đặc điểm địa hình Thành Phố Hồ Chí Minh là vùng tiếp giáp giữa miền gò, đồi thuộc miền Đông Nam Bộ và đồng bằng sông Cửu Long, một phần tiếp giáp ven biển. Xu thế điạ hình thấp dần từ Bắc- Đông Bắc xuống Tây -Tây Nam. Có thể chia ra làm các vùng địa hình như sau : Vùng triền gò : ở Thủ Đức, Hóc Môn, Bắc Bình Chánh, Gò Vấp, một phần Tân Bình, quận 1,3. Địa hình vùng này khá phức tạp, lồi lõm dạng lượn sóng, có độ dốc lớn, thuận tiện cho việc thoát nước. Vùng thấp : nằm ở phía Nam và Đông Nam thành phố, bao gồm : Đông Hóc Môn, Nam Bình Chánh, Nam Thủ Đức, Nhà Bè, quận 4, 6, 8. Địa hình vùng này tương đối thấp và bằng phẳng, mặt đất bị chia cắt bởi mạng lưới sông, rạch chằn chịt. Khu vực này chịu ảnh hưởng mạnh mẽ của thủy triều, phải san nền với khối lượng lớn khi xây dựng. 14
  32. Vùng trũng rất thấp : nằm ở phía Tây, Tây Nam thành phố, là vệt trũng kênh Thầy Cai, An Hạ. Đây là nơi giáp nước lại chịu ảnh hưởng lũ ngoại lai từ Đồng Tháp đổ về thường bị ngập úng vào mùa mưa, không phù hợp với việc phát triển đô thị. Kênh Tân Hóa – Lò Gốm có thượng lưu thuộc vùng triền gò và hạ lưu thuộc vùng thấp. 1.3.2.3 Đặc điểm thủy văn sông rạch  Hệ thống sông rạch Sông Đồng Nai : lớn nhất vùng Đông Nam Bộ, cung cấp và tiêu thoát nước cho một lưu vực rộng lớn của Đông Nam Bộ vào khoảng 23.000 km2, trong đó có thành phố Hồ Chí Minh, lưu lượng vào mùa kiệt từ 75m3/s đến 200m3/s. Sông Sài Gòn : cũng là một con sông lớn của vùng Đông Nam Bộ, có lưu vực khoảng 5.400 km2, đoạn chảy qua thành phố có bề rộng từ 225 m đến 370 m, chiều sâu đến 20m. Sông này hợp lưu với sông Đồng Nai ở cửa Cát Lái, đoạn sông hợp lưu còn gọi là sông Nhà Bè chảy thẳng ra biển. Mạng lưới sông, rạch của thành phố cũng giống như của vùng Nam Bộ, rất chằn chịt và dày đặc, nếu chỉ tính riêng phần kênh, rạch nằm trong khu vực nội thành và giữ nhiệm vụ chính là thoát nước thì gồm 5 hệ thống chính với tổng chiều dài các kênh, rạch chính là 55.585 m và chiều dài các chi lưu là 36.436 m (trên tổng diện tích nội thành là 14.040 ha, mật độ kênh chính là 4m/ha). Bao gồm các hệ thống chính: • Kênh Tân Hóa - Lò Gốm (đối tượng nghiên cứu) • Kênh Kênh Đôi - Kênh Tẻ • Rạch Tàu Hủ-Bến Nghé • Kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè • Kênh Tham Lương - Bến Cát Chế độ thủy văn Thành phố Hồ Chí Minh nằm ở hạ lưu hệ thống sông Đồng Nai - Sài Gòn, trên vùng địa hình tương đối bằng phẳng và độ cao phần lớn < 2m nên chụi ảnh hưởng của chế độ bán nhật triều biển Đông. Bên cạnh đó, chế độ thủy triều, thủy lợi còn chịu tác 15
  33. động rõ nét của việc khai thác các hồ chứa nước tại thượng lưu (Trị An, Dầu Tiếng, Thác Mơ hiện nay và Hàm Thuận-Đa Mi, Phước Hòa trong tương lai gần ) Tổng diện tích mặt nước hiện nay khoảng 16% tổng diện tích Thành Phố. Mật độ dòng chảy trung bình khoảng 3,8 km/km2. Với phần thấp trũng có độ cao dưới 2m bao gồm các vùng ven sông và mặt nước chiếm đến 61% diện tích tự nhiên, lại nằm ở vùng cửa sông với nhiều công trình điều tiết lớn ở thượng nguồn nên nguy cơ ngập úng rất cao. Hai con sông nhận nước thải và nước mưa chính của thành phố là: Sông Đồng Nai, con sông lớn nhất vùng Đông Nam Bộ, diện tích thoát nước khoảng 23.000km2, lưu lượng vào mùa khô dao động trong 75-200m3/s. Sông Sài Gòn hợp lưu với Sông Đồng Nai tại Cát Lái làm thành sông Nhà Bè, chảy ra biển Đông, có diện tích thoát nước khoảng 5.400km2, đoạn chảy qua thành phố rộng 225-370m, sâu tối đa 20m. Thành phố có mạng lưới sông ngòi và kênh dày đặc, những kênh thoát nước được phân nhóm thành 5 lưu vực, trong đó những kênh chính có tổng chiều dài 55,6 km, kênh phụ (chảy vào kênh chính) có tổng chiều dài 36,4 km. 5 lưu vực thoát nước chính đó là: • Lưu vực Kênh Nhiêu Lộc - Thị Nghè. • Lưu vực Tàu Hủ - Kênh Đôi - Kênh Tẻ. • Lưu vực Bến Nghé. • Lưu vực Tân Hóa - Lò Gốm (lưu vực nghiên cứu) • Lưu vực Tham Lương - Bến Cát - Vàm Thuật. Sông ngòi trong thành phố được nối thông với nhau và chịu ảnh hưởng mạnh mẽ thủy triều từ Biển Đông, có 03 thời kỳ thủy triều trong một năm: • Tháng 01 - 3: thủy triều trung bình. • Tháng 4 - 8: thủy triều thấp. • Tháng 9 - 12: thủy triều cao. 16
  34. Triều cường cao nhất thường ở thời điểm trung và hạ tuần mỗi tháng (âm lịch). Biên độ triều thay đổi từ 1,7 - 2,5m, cao nhất theo ghi nhận được là 3,95m. Hiện nay, mặt cắt kênh Tân Hoá - Lò Gốm bị co hẹp và cạn do bùn, rác và xà bần được đổ bừa bãi xuống kênh, làm giảm tác động thau rửa của thủy triều qua kênh Tàu Hủ - Bến Nghé. Tuy nhiên, do phải tiêu thoát nước trực tiếp vào kênh Tàu Hủ - Bến Nghé nên chịu ảnh hưởng rất lớn về thủy văn của dòng kênh này. 1.3.3 Điều kiện kinh tế xã hội 1.3.3.1 Đặc điểm xã hội Trước năm 2015 mức sống của người dân trong khu vực này tương đối thấp so với các vùng dân cư nội thành khác của thành phố Hồ Chí Minh, chiếm tỷ lệ đông đảo nhất là tầng lớp dân cư nghèo và trung bình, những người thợ làm thuê cho chủ cơ sở tiểu thủ công nghiệp trong vùng. Đặc biệt có những hộ dân sống với mức quá khổ, nằm trong viện xoá đói giảm nghèo của thành phố. Mức sống thấp đi kèm theo trình độ dân trí thấp, chiếm tỷ lệ lớn của dân cư trong khu vực này là bộ phận người Hoa và đặc biệt là những người Hoa nghèo, so với cộng đồng người Hoa ở Quận 5, Quận 10 thành phố Hồ Chí Minh. Từ 2015 cùng với sự phát triển nhanh của kinh tế thành phố Hồ Chí Minh. Đáng chú ý nhất 05/04/2015 đã khánh thành công trình cải tạo kênh Tân Hóa – Lò Gốm với hơn 5.000 tỷ đồng đã thay đổi cuộc sống cho người dân 2 bên ven kênh. Mang lại sự khởi sắc về mọi mặt của cuộc sống xã hội đã tác động toàn diện lên khu vực này mức sống của người dân ngày càng được tăng lên kéo theo đời sống văn hoá và ý thức của người dân cũng được cải thiện. Mạng lưới giao thông từ các đường lớn đến các hẻm nhỏ cũng được chính quyền địa phương sửa chữa, nâng cấp, mạng lưới thoát nước dần được cải thiện. 1.3.3.2 Đặc điểm hiện trạng kinh tế Tổng sản phẩm trong địa bàn thạnh phố (GRDP) cả nước ước đạt 1.023.926 tỷ đồng. Tính theo giá so với 2010 đạt 790.357 tỷ đồng , tăng 8,05% so với năm trước, cao hơn hơn mức tăng 7,72% của năm 2015 Bảng 1.4: Tổng sản phẩm trên địa bàn tháng 12 năm 2016 17
  35. Giá thực tế Giá so sánh 2010 Đóng góp Chỉ số phát triển Tỷ đồng Cơ cấu (%) Tỷ đồng vào mức so với 2015 (%) tăng (%) Tổng số 1.023.926 100 790.357 108,05 8,05 Phân theo khu vực Nông, lâm, 8.588 0,84% 5.656 105,81 0,04 thủy sản Công nghiệp và 294.501 28,76 230.799 107,88 2,31 xây dựng Công 242.708 23,7 189.001 107,31 1,76 nghiệp Xây dựng 51.793 5,06 41.798 110,55 0,55 Dịch vụ 561.121 54,8 432.275 108,07 4,41 Thuế sản phẩm trừ 159.716 15,6 121.627 108,41 1,29 trợ cấp sp (Nguồn: Cục thống kê TPHCM,2016) Thành phố Hồ Chí Minh là khu vực xuất khẩu của Việt Nam, thường chiếm trên 40% giá trị xuất khẩu của quốc gia. Các giá trị xuất khẩu ghi nhận tăng từ 221 triệu năm 1990 đến 2,6 tỷ USD năm 1995: 6,3 tỷ USD năm 2001 và 9,816 tỷ USD năm 2005. Giá trị nhập khẩu năm 2005 vào khu vực thành phố Hồ Chí Minh là 5,644 tỷ USD. 1.3.4 Hiện trạng môi trường khu vực 1.3.4.1 Chất lượng nước kênh Tân Hóa – Lò Gốm trước khi cải tạo Nước thải công nghiệp của các đơn vị sản xuất nằm trên lưu vực kênh thuộc các quận 6, 11, Tân Bình, Tân Phú chưa được xử lý trước khi thải ra ngoài. Nước thải sinh hoạt của các hộ dân, cơ sở kinh doanh dịch vụ nằm trên lưu vực. 18
  36. Hệ thống kênh Tân Hóa - Lò Gốm bị ô nhiễm nặng nề do sản xuất công nghiệp và tiểu thủ công nghiệp cùng với nước thải sinh hoạt của cộng đồng dân cư sống trên lưu vực. Yếu tố dễ nhận biết nhất của tình trạng chất lượng nước là mức ô nhiễm hữu cơ rất cao, phản ánh bằng giá trị rất cao BOD5 và COD, đặc biệt là đối với lưu lượng thấp ( khi triều kiệt hoặc không mưa). Giá trị DO tại các khu vực kênh Tân Hóa - Lò Gốm rất thấp (thường dưới 1mg/l). Nồng độ BOD5 lên đến 2.100 mg/l và COD lên đến 3.200 mg/l, giá trị trung bình khoảng 300 mg/l, vượt quá tiêu chuẩn nước mặt loại B ( QCVN 08:2008 ). Giá trị Coliform vượt quá tiêu chuẩn TCVN ( 10.000/100ml) rất nhiều lần và giá trị cao nhất lên đến 13x106 MPN/100ml, chứng tỏ mức độ ô nhiễm vi sinh rất lớn. [3] Kim loại nặng có độc tính cao như thủy ngân ( Hg), cadmium (Cd) và Asen (As) hiện diện ở mức thấp hơn giá trị tiêu chuẩn. Tuy nhiên hàm lượng Kẽm (Zn) và Crom (Cr) vượt đáng kể so với tiêu chuẩn. Sự hiện diện Zn và Cr trong nước cho thấy mức độ ảnh hưởng của nước các ngành như : dệt nhuộm, xi mạ và thuộc da là rất lớn. Hình 1.1: Nước kênh và lòng kênh trước khi cải tạo 19
  37. 1.3.4.2 Chất lượng nước kênh Tân Hóa – Lò Gốm sau khi cải tạo Sau hơn 3 năm cải tạo (2011 – 2015) với tổng vốn đầu tư gần 2.000 tỉ đồng, dự án cải tạo kênh Tân Hóa – Lò Gốm với chiều dài hơn 6,8 km, trải dài qua các quận 6, quận 11, quận Tân Phú, quận Tân Bình đã hoàn thành góp phần cải tạo được môi trường xung quanh, giải quyết được vấn đề ngập úng, trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh. Dự án đã giúp hơn 2,5 triệu người dân được hưởng lợi trực tiếp bao gồm các hạng mục như: mở rộng kênh, nắn dòng chày, nạo vét bùn, đắp bờ kênh, cải tạo đường, trồng cây xanh dọc tuyến, 20
  38. Hình 1.2: Một đoạn Kênh Tân Hóa – Lò Gốm sau khi cải tạo Theo báo cáo tóm tắt hiện trạng chất lượng môi trường chi cục bảo vệ môi trường thành phố Hồ Chí Minh quý 3/2016 có nhận xét tại khu vực kênh Tân Hóa – Lò Gốm như sau: 21
  39. Hệ thống kênh Tân Hóa – Lò Gốm: • Vị trí Hòa Bình: vượt thông số amoni, phosphate, COD, BOD5 và Coliform ( nước lờn và nước ròng), DO thấp (nước ròng) • Vị trí Ông Buông: vượt thông số amoni, phosphate, BOD5 và Coliform ( nước lờn và nước ròng), DO thấp (nước lơn và nước ròng), vượt COD ( nước ròng) [14] Bảng 1.5: Các thông số phân tích chất lượng nước tại kênh Tân Hóa – Lò Gốm STT Chỉ tiêu Đơn vị 1 pH 2 Độ đục NTU 3 COD (Nhu cầu oxy hóa học) mg/l + 4 NH4 (Amoni) mg/l 5 BOD5 (Nhu cầu oxy sinh học) mg/l 3- 6 P-PO4 (Phosphat) mg/l 7 DO (Oxy hòa tan) mg/l 8 TSS (Tổng chất rắn lơ lửng) mg/l 9 Nhiệt Độ oC 10 Coliform MPN/100ml Ô nhiễm do các chất hữu cơ [4] Nước tại kênh mỗi ngày phải nhận một lượng nước thải rất lớn đổ trực tiếp vào, chủ yếu là nước thải sinh hoạt, công nghiệp chưa xử lý đạt yêu cầu từ các cơ sở sản xuất hoặc chưa qua xử lý từ các cơ sở tư nhân nhỏ lẻ, khách sạn, nhà hàng nằm dọc theo hệ thống kênh Tân Hóa – Lò Gốm. Ô nhiễm do các chất dinh dưỡng [4] Do nhận phần lớn nước thải sinh hoạt nên hàm lượng amoni và tổng nito hữu cơ cao hơn tiêu chuẩn cho phép. Sự ô nhiễm các chất dinh dưỡng sẽ dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hóa và hậu quả là: tăng độc tính đối với cá, động vật thủy sinh, do phát triển các loài tảo độc. 22
  40. Ô nhiễm do vi khuẩn [4] Vì nơi tiếp nhận nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý nên việc ô nhiễm Coliform và Ecoli tại dọc kênh này khá cao. Nước bị ô nhiễm Coliform cao sẽ làm ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân và có thể dẫn đến các bệnh dịch dễ lan truyền. 1.4 Tổng quan về chỉ số chất lượng nước WQI 1.4.1 Tổng quan về chỉ số chất lượng nước WQI [2] 1.4.1.1 Tổng quan về chỉ số môi trường Khái niệm chỉ số môi trường: là một tập hợp của các tham số hay chỉ thị được tích hợp hay nhân với trọng số. Các chỉ số ở mức độ tích hợp cao hơn, nghĩa là chúng được tính toán từ nhiều biến số hay dữ liệu để giải thích cho một hiện tượng nào đó. Chỉ số môi trường truyền đạt các thông đi ệp đơn giản và rõ ràng về một vấn đề môi trường d ễ hiể u cho cả chuyên gia và công chúng. 1.4.1.2 Mục đích của chỉ số môi trường Phản ánh hiện trạng và diễn biến của chất lượng môi trường, đảm bảo tính phòng ngừa của công tác b ảo vệ môi trường. Cung cấp thông tin cho những người những người quản lý, các nhà hoạch định chính sách cân nhắc về các vấn đề môi trường và phát triển kinh tế xã hội để đảm bảo phát triển bền vững Thu gọn kích thước, đơn giản hóa thông tin để dễ dàng quản lý, sử dụng và tạo ra tính hiệu quả của thông tin. Thông tin cho cộng đồng về chất lượng môi trường, nâng cao nhận thức bảo vệ môi trường cho cộng đồng. 1.4.1.3 Khái niệm WQI: Chỉ số chất lượng nước (Water Quality Index - WQI) là một chỉ số tổ hợp được tính toán từ các thông số chất lượng nước xác định thông qua một công thức toán học. WQI dùng để mô tả định lượng về chất lượng nước và được biểu diễn qua một thang điểm. Việc sử dụng sinh vật trong nước làm chỉ thị cho mức độ sạch ở Đức từ năm 1850 được coi là nghiên cứu đầu tiên về WQI. Chỉ số Horton (1965) là chỉ số WQI đầu tiên được xây dựng trên thang số 23
  41. Hiện nay có rất nhiều quốc gia, địa phương xây dựng và áp dụng chỉ số WQI. Thông qua một mô hình tính toán từ các thông số khác nhau ta thu được một chỉ số duy nhất. Sau đó chất lượng nước cớ thể được so sánh với nhau thông qua chỉ số đó. Đây là phương pháp đơn giản so với việc phân tịch một loạt các thông số. Các ứng dụng chủ yếu của WQI bao gồm: Phân tích phục vụ quá trình ra quyết định WQI có thể được sử dụng làm cơ sở cho việc ra các quyết định phân bổ tài chính và xác định các vấn đề ưu tiên. Phân vùng chất lượng nước Thực thi tiêu chuẩn: WQI có thể đánh giá được mức độ đáp ứng hay không đáp ứng của chất lượng nước đối với TCVN hiện hành. Phân tích diễn biến chất lượng nước theo không gian và thời gian Công bố thông tin cho cộng đồng 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 đánh giá tác động của quá trình đô thị hóa đến chất lượng nước khu vực, đánh giá hiệu quả kiểm soát phát thải, 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 Chỉ số chất lượng nước thông thường là một con số nằm trong khoảng từ 1- 100, nếu con số lớn hơn chứng tỏ chất lượng nước tốt hơn mong đợi. Đối với các chỉ tiêu như nhiệt độ, pH, Coliform và oxy hòa tan, chỉ số này biểu thị mức độ yêu cầu đối với nhu cầu sử dụng. Đối với các chất dinh dưỡng hay bùn là các chỉ số mà thường không có trong tiêu chuẩn thì chỉ số chất lượng biểu thị điều kiện môi trường tại khu vực. Chỉ số tổng hợp tính toán trên cơ sở nhiều chỉ tiêu cho ta một đánh giá tổng quan. Thông thường chỉ số trên 80 chứng tỏ môi trường nước đạt chất lượng; chỉ số nằm trong khoảng 40 - 80 là ở mức giới hạn và nếu nhỏ hơn 40 là ở mức đáng lo ngại. Ứng dụng lớn nhất của chỉ số chất lượng là dùng cho các mục tiêu so sánh (nơi nào có chất lượng nước xấu, đáng lo ngại hơn so với các mục đích sử dụng) và để trả lời câu hỏi của công chúng một cách chung chung (chất lượng nguồn nước ở nơi tôi ở ra 24
  42. sao?). Các chỉ số có ít tác dụng đối với các mục tiêu cụ thể. Việc đánh giá chất lượng nước cho các mục tiêu cụ thể phải dựa vào bảng phân tích chất lượng với đầy đủ các chỉ tiêu cần thiết. Chỉ số chất lượng nước WQI không chỉ dùng để xếp hạng nguồn nước mà giúp cho chúng ta thấy nơi nào có vấn đề đáng lo ngại về chất lượng nguồn nước. • Mục đích của việc áp 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, trực quan. Nâng cao nhận thức về môi trường. • Phân tích một số dạng WQI Trên thế giới hiện nay có nhiều dạng WQI đang được sử dụng, trong đó đáng chú ý là WQI của Canada (The Canadian Council of Ministers of the Environment - CCME, 2001). 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 (F1-phạm vi, F2-tần suất và F3-biên độ của các kết quả không đáp ứng được các mục tiêu CLN- giới hạn chuẩn). 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 CLN) 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 CLN 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 CLN nguồn nước như thành phần oxy hòa tan. WQI của Quỹ Vệ sinh Quốc gia Mỹ (National Sanitation Foundation- NSF) là một trong các bộ chỉ số chất lượng nước được dùng phổ biến. WQI- NSF được xây dựng bằng cách sử dụng kỹ thuật Delphi của tập đoàn Rand, thu nhận và tổng hợp ý kiến của một số đông các chuyên gia khắp nước Mỹ để lựa chọn các thông số CLN quyết định sau đó xác lập phần trọng lượng đóng góp của từng thông số (vai trò quan trọng của thông số - wi) và tiến hành xây dựng các đồ thị chuyển đổi từ các giá trị đo 25
  43. được của thông số sang chỉ số phụ (qi). WQI-NSF được xây dựng rất khoa học dựa trên ý kiến số đông các nhà khoa học về chất lượng nước, 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 (mục tiêu CLN) qua giản đồ tính chỉ số phụ (qi). Tuy nhiên các giá trị trọng số (wi) hoặc giản đồ tính chỉ số phụ (qi) trong WQI-NSF chỉ thích hợp với điều kiện chất lượng nước của Mỹ. Do vậy, cần có các WQI phù hợp với điều kiện của Việt Nam, ví dụ ở vùng Đồng bằng sông Cửu Long, nền nhiệt độ thường thay đổi rất ít hoặc có thể nói không có thay đổi nên yếu tố nhiệt độ nguồn nước có thể bỏ qua trong WQI, để sử dụng trong thực tế. • Lựa chọn các chỉ tiêu chất lượng để tính toán WQI Tùy theo mục đích sử dụng có thể lựa chọn các chỉ tiêu giám sát chất lượng để tính toán chỉ số WQI, thông thường người ta lựa chọn các chỉ tiêu sau: nhiệt độ (T), oxy hòa tan (DO), pH, Coliform phân (FC), tổng nitơ (TN), tổng phospho (TP), tổng chất rắn lơ lửng (SS), BOD, và độ đục. Cũng có thể dùng tỷ số TN:TP thay cho từng chỉ tiêu riêng rẽ. Chỉ tiêu TN sử dụng khi tỷ số TN:TP nhỏ hơn 10 và sử dụng TP khi tỷ số nói trên lớn hơn 20. Do bùn lắng liên quan đến hai chỉ tiêu là SS và độ đục, do vậy kết hợp chúng lại thành một số x = 2/[1/SS + 1/độ đục] sử dụng cho tính toán chỉ số WQI chung. 1.4.1.4 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng chỉ số WQI của một số quốc gia trên thế giới. Có rất nhiều quốc gia đã đưa áp dụng WQI vào thực tiễn, cũng như có nhiều các nhà khoa học nghiên cứu về các mô hình WQI. Hoa Kỳ: WQI được xây dựng cho mỗi bang, đa số các bang tiếp cận theo phương pháp của Quỹ Vệ sinh Quốc gia Mỹ (National Sanitation Foundation - NSF) - sau đây gọi tắt là WQI-NSF. Canada: Phương pháp do Cơ quan Bảo vệ môi trường Canada (The CanadianCouncil of Ministers of the Environment - CCME, 2001) xây d ựng. Châu Âu: Các quốc gia ở châu Âu chủ yếu được xây dựng phát triển từ WQI - NSF (của Hoa Kỳ), tuy nhiên mỗi Quốc gia - địa phương lựa chọn các thông số và phương pháp tính chỉ số phụ riêng. Các quốc gia Malaysia, Án Độ phát triển từ WQI - NSF, nhưng mỗi quốc gia 26
  44. có thể xây dựng nhiều loại WQI cho t ừng mục đích sử dụng. 1.4.1.5 Tình hình nghiên cứu và áp dụng WQI tại Việt Nam Tại Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu và đề xuất và áp dụng về bộ chỉ số CLN như các WQI-2 và WQI-4 được sử dụng để đánh giá số liệu CLN trên sông Sài Gòn tại Phú Cường, Bình Phước và Phú An trong thời gian từ 2003 đến 2007. Hiện nay, để thống nhất cách tính toán chỉ số CLN, tháng 07 năm 2011, Tổng cục Môi trường đã chính thức ban hành Sổ tay hướng dẫn kỹ thuật tính toán chỉ số chất lượng nước theo Quyết định số 879/QĐ-TCMT ngày 01 tháng 07 năm 2011 của Tổng cục trưởng Tổng cục Môi trường. Theo Quyết định chỉ số CLN được áp đối với số liệu quan trắc môi trường nước mặt lục địa và áp dụng đối với cơ quan quản lý nhà nước về môi trường, các tổ chức, cá nhân có tham gia vào mạng lưới quan trắc môi trường và tham gia vào việc công bố thông tin về chất lượng môi trường cho cộng đồng. Theo hướng dẫn Chỉ số chất lượng nước (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. WQI thông số (viết tắt là WQISI) là chỉ số chất lượng nước tính toán cho mỗi thông số. 1.5 Tổng quan về ứng dụng GIS [5] 1.5.1 Khái niệm GIS GIS là chữ viết tắt của Geographic Information System – Hệ thống thông tin địa lý là một công cụ máy tính để lập bản đồ phân tích các sự vật hiện tượng thực trên trái đất. Công nghệ GIS kết hợp các thao tác cơ sở dữ liệu thông thường (như cấu trúc hỏi đáp) và các phép phân tích thống kê, phân tích địa lý, trong đó phép phân tích địa lý và hình ảnh được cung cấp duy nhất từ các bản đồ. Những khả năng này phân việt GIS với các hệ thống thông tin khác và làm cho GIS có phạm vi ứng dụng rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau (phân tích sữ kiện, dự báo tác động và hoạch định chiến lước). Nhìn chung ta thấy rằng GIS bao gồm các khía cạnh sau: Hệ thống thông tin địa lý là một hệ thống làm việc với loại thông tin đặc biệt là thông tin địa lý Hệ thống thông tin địa lý trước hết vẫn là một hệ thông tin, do đó phải có đầy đủ chức năng làm việc với dữ liệu của một hệ thông tin: nhập, lưu trữ, phân tích và xuất dữ liệu. Hệ thống thông tin địa lý hoạt động dựa vào máy tính nên hệ thống bao gồm cả 27
  45. phần cứng với đầy đủ các thiết bị, phần mềm để hoạt động và không thể thiếu “chất liệu” quan trọng là một cơ sơ dữ liệu của các dữ liệu địa lý. Hiện nay, những thách thức chính mà chứng ta phải đối mặt - bùng nổ dân số, ô nhiễm, phá rừng, thiên tai - chiếm một không gian địa lý quan trọng. Khi xác định một công việc kinh doanh mới (như tìm một khu đất tốt cho trồng chuôi, hoặc tính toán lộ trình tối ưu cho một chuyến xe khẩn cấp), GIS cho phép tạo lập bản đồ, phối hợp thông tin, khái quát các viễn cảnh, giải quyết các vấn đề phức tạp, và phát triển các giải pháp hỉệu quả mà trước đây không thực hiện được. ƠIS là một công cụ được các cá nhân, tổ chức, trường học, chính phủ và các doanh nghiệp sử dụng nhằm hướng tới các phương thức mới giải quyết vấn đề. Lập bản đồ và phân tích địa lý không phải là kỹ thuật mới, nhưng GIS thực thi các công việc này tốt hơn và nhanh hơn các phương pháp thủ công cũ. Trước công 28
  46. nghệ GIS, chỉ cố một số ít người cố những kỹ năng cần thiết để sử dụng thông tin địa lý giúp ích cho việc giải quyết vấn đề và đưa ra các quyết định. Ngày nay, GIS là một ngành công nghiệp hàng tỷ đô la với sự tham gia của hàng trăm nghìn người trên toàn thế giới. GIS được dạy trong các trường phổ thông, trường đại học trên toàn thế giới. Các chuyến gia của mọi lĩnh vực đều nhận thức được những ưu điểm của sự kết hợp công việc của họ và GIS. 1.5.2 Các khả năng xử lỷ của GIS Hệ GIS thực hiện được nhiều chức năng xử lý , phân tích dữ liệu địa lý, đây chính là “trái tim” của GIS: Chỉnh sử, xử lý: Chuyển đổi tọa độ Chuyển đổi format dữ liệu ( chuyển format giữa các phần mềm) Huyển đổi lưới chiếu Hiệu chỉnh (smoothing, ráp biên, ) Chỉnh sửa dữ liệu thuộc tính (update column, thêm hàng, append) Chuyển đổi mô hình dữ liệu (raster hóa, vector hóa) Phân tích: Định vị - hiển thị Truy vấn Thực hiện các phép đo đạc Phân loại Các phép chồng lớp Tìm kiếm trong phạm vi Vùng ảnh hưởng Thiessen Nội suy Tạo vùng đệm Bài toán tối ưu hóa 29
  47. 1.5.3 Định nghĩa hệ thống thông tin môi trường Hệ thống thông tin môi trường được nhiều trung tâm khoa học trên thế giới nghiên cứu từ khía cạnh lý luận đến thực tế. Theo các công trình thì hệ thống thông tin môi trường (HTTTMT) được đinh nghĩa như một hệ thống dựa trên máy tính để lưu trữ, quản lý và phân tích các thông tin môi trường và các dữ liệu liên quan. HTTTMT chứa đựng các thông tin về mô tả mặt đất như ( ví dụ các dòng chảy, đường giao thông, thuộc tính đất, lớp thực vật, các đứt gãy địa tầng ) khu vực dưới đất (như các mạch nước ngầm, các mỏ khoáng sản ) dữ liệu về các hoạt động môi trường (như các hoạt động khoan đào hố, khoan giếng, khai thác gỗ ) thông tin lưu trữ về quan trắc môi trường (dữ liệu về các mẫu môi trường, luồng không khí, ranh giới ô nhiễm ) dữ liệu về điều kiện khí tượng thuỷ văn (ví dụ như lượng mưa, lượng bốc hơi nhiệt độ, độ bức xạ, tốc độ gió, hướng gió ) các hồ sơ và các mô tả về dự án có liên quan ( như các bản đánh giá tác động môi trường, các bản đồ ) Thành phần cốt lõi của một HTTTMT là một cơ sỏ dữ liệu không gian được cấu trúc chặt chẽ và dễ truy xuất, trong đó chứa đựng các thông tin phân bố cùng với các thông tin thuộc tính liên quan. Mục đích của một HTTTMT nhằm cung cấp các thông tin môi trường cần thiết cho các nhà quản lý dự án môi trường hay các nhà nghiên cứu, các đơn yị cơ quan pháp chế. HTTTMT còn có thể đóng vai trò là trung tâm thông tin công cộng trong việc nâng cao nhận thức về môi trường. HTTTMT có thể được xây dựng, bảo dưỡng và phân bố thông qua nhiều kỹ thuật thông tin khác nhau. 1.5.4 Công nghệ cơ sở dữ liệu trong nghiên cứu môi trường Cơ sở dữ liệu là nơi lưu trữ dữ liệu dùng cho nhiều ứng dụng trong tổ chức. Cơ sở dữ liệu cho phép truy xuất dữ liệu một các linh động theo nhu cầu của người sử dụng. Vì lý do này có thể coi cơ sở dữ liệu là trái tim của hệ thống thông tin. Các đặc tính cơ bản của một cơ sở dữ liệu hiện đại là: Là nơi lưu trữ tổng hợp những dữ liệu dùng chung để phục vụ cho yêu cầu của nhiều người sử dụng và nhiều chương trình ứng dụng. Phải có được một cấu trúc có ý nghĩa logic đối với cơ quan hay cá nhân sử dụng. Sự trùng lặp dữ liệu phải là tối thiểu, có nghĩa nếu có thể có cùng một dữ liệu sẽ không lưu trữ nhiều nơi trong cơ sở dữ liệu. 30
  48. 1.5.5 Vai trò của GIS trong nghiên cứu môi trường Sự hình thành hệ thống thông tin địa lý như một hướng khoa học của ngành bản đồ học diễn ra cách đây không lâu. Theo ý kiến thống nhất của các chuyên gia, năm 1964 ở Canada đã ra đời hệ thống CGIS (Canadian Geographic information system) được coi là hệ thống thông tin địa lý đầu tiên trên thế giới. Đến năm 1990 đã có 4000 hệ thống GIS. GIS phát triển mạnh và có định hướng rõ rệt kể từ thập niên 90 trở lại đây và rất hoàn chỉnh vào năm 2000. Đã có rất nhiều đinh nghĩa GIS xuất phát từ những quan điểm khác nhau, nhưng định nghĩa có lẽ hợp lý nhất là của ESRI: “GIS là một tập hợp có tổ chức bao gồm phần cứng, phần mềm máy tính dữ liệu địa lý và con người, được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, điều khiển, phân thích và kết xuất tất cả những dạng thông tin liên quan đến yị trí địa lý”. Theo giáo sư khoa địa lý trường Đại học tổng hợp quốc gia Lômônôsốp của Nga Berliant A.M chuyên gia hàng đầu về hệ thống thông tin địa lý, GIS phát triển như một sự tiếp nối trực tiếp phương pháp tiếp cận tổng hợp và hệ thống trong một môi trường thông tin địa lý. GIS được đặc trưng bởi mức độ tự động hoá cao dựa trên nền tảng các dữ liệu bản đồ đã được số hoá và dựa trên cơ sở trí thức, phương pháp tiếp cận hệ thống trong biểu diễn và phân tích các hệ thông tin địa vật lý. Dạng bản đồ này đặc trưng bởi các tác vụ, đối thoại và sử dụng các phương tiện mđi trong xây dựng, thiết kế bản đồ. Đặc tính đầu tiên của GIS là tính đa môi trường (multimedia) nhờ thế có thể kết hợp các biểu diễn văn bản, âm thanh và các ký hiệu. Nhưng có lẽ đặc điểm lđn nhất của các công nghệ mđi là chúng đưa chúng ta tđi nhiều dạng biểu diễn mới: Bản đồ điện tử, các mô hình máy tính 3 chiều, và mô hình động dạng phim, 1.5.6 Một số công trình nghiên cứu xây dựng HTTTMT Cơ quan điều hành về tài nguyên môi trường của Phần Lan đã và đang phát triển một luận điểm mới về HTTTMT từ năm 1995. Toàn bộ hệ thống được hình thành từ hơn 20 thành phần, gồm nhiều hệ cơ sở dữ liệu khoa học và quản lý khác nhau trong lĩnh vực môi trường. Nó sẽ liên kết với hệ thống thông tin hiện tại, hệ cơ sở dữ liệu quan trắc môi trường quốc gia từ 2500 trạm; hệ ủng hộ ra quyết định, quy định cho các con kênh, sông; hệ cơ sở dữ liệu về cấp nước vùng; mạng đo theo thời gian thực, và hệ thống dự báo lập mô hình về nước cấp quốc gia 31
  49. Xây dựng hệ thống thông tin hỗ trợ cho công tác quản lý lũ ( FMIS) - Một dạng của hệ thống thông tin môi trường được tiến hành ở Hungary, ở đây với các điều kiện địa lý đặc biệt nên công chúng rất quan tâm tới công tác kiểm soát lũ. Diện tích quốc gia là 93.000km2 và 23% ở trong tình trạng có thể ngập do các con lũ. FMIS được tạo ra bằng các tích hợp vào một mạng gồm khoảng 4000 km đê bao bảo yệ, cao từ 3 - 8 m. FMIS được tạo ra bằng các tích hợp một mạng gồm khoảng 400 trạm tại các trung tâm của 17 cơ quan cho việc xử lý các tình huống khẩc cấp về lũ ỏ cấp độ quốc gia và địa phương. Vấn đề quản lý các dữ liệu quan trắc được đề cập tới trong các công trình của các trung tâm khoa học ỏ Mỹ. Như đã biết các hệ quản tn cơ sỏ dữ liệu quan trắc dài hạn đưa ra các yêu cầu đặc biệt về quản lý dữ liệu. Trước hết, nhân viên và người quản lý thu thập dữ liệu quan trắc có thể thay đổi bất kỳ lúc nào (dẫn đến kết quả là có sự mâu thuẩn trong việc thu thập, phân tích và lưu trữ dữ liệu ); các kỹ thuật được dùng để thu thập dữ liệu quan trắc có thể thay đổi bất kỳ lúc nào do những cải tiến trong phương pháp thu thập dữ liệu; việc lưu trữ các tập dữ liệu từ việc quan trắc dài hạn là khó khăn do nó không có “kết thúc”. Trong hơn hai thập niên qua, trạm sinh học hồ Flathead đã và đang quan trắc chất lượng nước hồ Flathead và lưu vực của nó. Để quản lý dữ liệu trong chương trình quan trắc này các chuyên gia đã phát triển một hệ thống quản lý thông tin môi trường từ năm 1992, được gọi là FLATDAT. Bằng cách cung cấp một nơi lưu trữ trung tâm cho các dữ liệu quan trắc từ hồ, FLATDAT giúp dữ liệu được thu thập nhập vào và lưu trữ một cách thống nhất bất kỳ thay đổi nào trong thủ tục chuẩn ở thực địa hay trong phòng thí nghiệm đều được ghi nhận lại và các trạng thái hiện trạng của từng dự án được thể hiện một cách chính xác ở chỗ mà các nhà nghiên cứu của trạm sinh học hồ Flathead có thể truy xuất dữ liệu và theo dõi quá trình. FLATDAT cung cấp một giải pháp quản lý dữ liệu tổng thể cho việc thu nhận, tính toán khôi phục và lưu trữ dữ liệu được phát sinh do việc phân tích các mẫu nưđc tại trạm. Nó theo dõi các trạng thái của từng mẫu nước được đem cho phòng thí nghiệm, sinh ra tự động các tính toán trong phòng thí nghiệm bằng cách sinh ra các bảng biểu điện tử khác nhau cho từng phương pháp thí nghiệm. Lưu trữ dữ liệu ỏ dạng mà các nhà nghiên cứu có thể dễ dàng truy cập và sinh các báo cáo theo yêu cầu. FLATDAT được thiết kế dựa trên 4 tiền đề xuất phát từ việc nghiên cứu: 1) dữ liệu 32
  50. điện tử phải linh động và tốt nhất khi chúng được lưu ỏ dạng thô nhất có thể được; 2) dữ liệu phải an toàn nhưng có thể truy cập được; 3) các cơ sỏ dữ liệu trên máy tính phải làm việc theo cách con người muốn và 4) việc quản lý dữ liệu phải được liên kết một cách chắc chắn với các công việc hiện tại. 1.5.7 Các nghiên cứu ứng dụng GIS trong quản lý môi trường • Burrough, P.A, 1986. Các thành phần chính của Hệ thống thông tin địa lý trong đánh giá tài nguyên đất • Kevin M.Jonhston, 1993. ứng dụng nghiên cứu sự phân loại trong sử dụng đất. • Beata M. De Vlieghter và Morgan De Dapper, 1997. Nghiên cứu sự xâm nhập của nước biển, sử dụng đất và sản xuất lúa gạo ở vùng đồng bằng duyên hải thuộc châu thổ sông Mêkông (Việt Nam), dựa trên thực địa, Viễn Thám và Hệ thống thông tin địa lý. • Nguyễn Trần cầu, 1996. Xây dựng cơ sỏ dữ liệu Địa lý quản lý đất đai và môi trường cho các tỉnh miền núi Việt Nam. • Nguyễn Đình Dương, Lê Thi Thu Hiền, Lê Kim Thoa, Nguyễn Hạnh Quyên. Xây dựng cơ sở dữ liệu phục vụ đánh giá môi trường chiến lược quy hoạch phát triển thành phố Hạ Long và vùng lân cận. • Đinh Thi Bảo Hoa. ứng dụng của công nghệ Hệ thống thông tin địa lý và viễn thám trong nghiên cứu quy hoạch đô thi Hà Nội. • Trần Văn Ý, Nguyễn Quan Mỹ, Nguyễn Văn Nhưng. Sử dụng Hệ thống thông tin địa lý xây dựng bản đồ xói mòn tiềm năng Việt Nam tỷ lệ 1:1.000.000. • Nguyễn Ngọc Thạch, Bùi Công Quế, Ngô Bích trâm, Trịnh hoài Thu. Ấp dụng Viễn thám và Hệ thống thông tin địa lý để nghiên cứu quản lý tổng hợp Vinh Yăn Phong, tỉnh Khánh Hoà. • Trần Văn Điện. Tác động của quá trình đô thị hoá lên chất lượng nước Vinh Yăn Phong: tiếp cận bằng Viễn Thám và Hệ thống thông tin địa lý. • Lê Văn Trung “ Xây dựng công cụ để theo dõi diễn biến đường bờ kênh rạch trên địa bàn Tp. Hồ Chí Minh phục vụ công tác chống ngập” Mục tiêu: Xây dựng một công cụ hiệu quả dựa trên cơ sở tích hợp các công nghệ viễn thám (RS), hệ thống thông tin địa lý (GIS) và hệ định vị toàn cầu 33
  51. (GPS) để theo dõi diễn biến đường bờ kênh rạch trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh. • TS. Lê Văn Trung “ Ứng dụng công nghệ GIS trong quản lý đất đai tỉnh Lâm Đồng” Mục tiêu: Xây dựng cơ sở dự liệu GIS để cung cấp thông tin tài nguyên đất để phục vụ công tác quản lý đất đai cho khu vực Lâm Đồng. 34
  52. CHƯƠNG 2: PHƯƠNG PHÁP VÀ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 2.1 Vật liệu nghiên cứu 2.1.1 Dụng cụ và thiết bị 2.1.1.1 Dụng cụ Chai BOD, ống đong 100ml, ống Durham, pipette, buret, micropipette, đèn cồn, đũa, thủy tinh, bình định mức, . 2.1.1.2 Thiết bị Thiết bị phòng thí nghiệm: đầu dò pH, máy đo quang, máy đo DO, tủ điều nhiệt, bếp điện, . Thiết bị trên mobilab 3: Máy Elox 100, máy Amonitor, đầu dò TSS (Turbimax) 2.1.2 Hóa chất 2.1.2.1 Phosphate: a. Tên hóa chất: Dung dịch chỉ thị phenolphtalein Dung dịch Ammonium Dung dịch acid mạnh. Molybdate. Dung dịch H2SO4 3:7. Dung dịch SnCl2. Tinh thể K2S2O8 hoặc Dung dịch PO4chuẩn làm việc (NH4)2S2O8 (10µg/mL) Dung dịch NaOH 1N. b. Cách pha: Xử lý mẫu bằng Persunfat (áp dụng khi xác định tổng Phosphate) Lọc mẫu qua giấy lọc (nếu muốn xác định các dạng phosphate hòa tan). Hút khoảng 30-50mL mẫu (đã trộn đều) ra cốc, thêm 1 giọt chỉ thị phenolphtalein. Nếu dung dịch có màu hồng, thêm từng giọt dung dịch H2SO4 3:7 vào đến khi mất màu. Sau đó thêm tiếp vào cốc mẫu 1mL dung dịch H2SO4 3:7 và khoảng 0,5g K2S2O8 hoặc (NH4)2S2O8. Đun sôi nhẹ trên bếp cốc có mẫu và các hóa chất nói trên đến khi thể tích giảm còn khoảng 10mL. 35
  53. Để nguội dung dịch đã đun sôi rồi thêm nước cất vào dung dịch đến khoảng 30mL. Thêm vào 2 giọt chỉ thị phenolphtalein rồi trung hòa dung dịch trong cốc bằng dung dịch NaOH 1N đến khi dung dịch có màu hồng. Xử lý mẫu đơn giản (áp dụng khi xác định orthophosphate) Lọc mẫu qua giấy lọc (nếu muốn xác định orthophosphate hòa tan). Hút khoảng 25mL mẫu (đã trộn đều) ra cốc, thêm 1 giọt chỉ thị phenolphtalein. Nếu dung dịch có màu hồng, thêm từng giọt dung dịch acid mạnh vào đến khi mất màu. 2.1.2.2. BOD a. Tên hóa chất: Dung dịch đệm phosphate. Dung dịch MgSO4. Dung dịch FeCl3. Dung dịch CaCl2. Dung dịch NaOH 1N. Dung dịch H2SO4 1N. Tác nhân ức chế quá trình Nitrat hóa Dung dịch MnSO4 Dung dịch Iodide-Azide kiềm Dung dịch H2SO4 đậm đặc Dung dịch chuẩn Na2S2O3 0,025M Dung dịch chỉ thị hồ tinh bột 36
  54. b. Cách pha: Dung dịch đệm phosphate (phosphate buffer solution): hòa tan 8,5 g KH2PO4; 21,75 g K2HPO4; 33,4 g Na2HPO4.7H2O và 1,7 g NH4Cl trong 500 ml nước cất và định mức thành 1 lít. Dung dịch MgSO4 (magnesium sulfate solution): hòa tan 22,5 g MgSO4.7H2O trong nước cất, định mức thành 1 lít. Dung dịch CaCl2: hòa tan 27,5 g CaCl2 trong nước cất, định mức thành 1 lít. Dung dịch FeCl3 (feric chloride solution): hòa tan 0,225 g FeCl3.6H2O trong nước cất, định mức thành 1 lít. Dung dịch H2SO4 1N hoặc NaOH 1N để trung hòa mẫu có tính kiềm hoặc có tính acid. Dung dịch MnSO4: Hòa tan 364 g MnSO4.H2O (hoặc 400 g MnSO4.2H2O hoặc 480 g MnSO4.4H2O) trong nước cất pha loãng thành 1.000 ml. Dung dịch này không được phản ứng với chỉ thị hồ tinh bột khi thêm vào để acid hóa potassium iodide KI. Dung dịch iodide – Azide kiềm: hòa tan 400 g NaOH (hay 700 g KOH) trong 400ml nước cất, làm nguội và 135 g NaI (hoặc 150 g KI) trong 300 ml nước cất. Hoà tan 10 g NaN3 trong 100 ml nước cất, trộn ba dung dịch trên lại và dùng nước cất định mức lên 1000 ml. Dung dịch này không được cho phản ứng với hồ tinh bột khi acid hóa. Acid sulfuric đậm đặc (sulfuric acid conc): 1 ml H2SO4 tương đương với 3 ml iodide azide kiềm. Dung dịch Na2S2O3 0,025M: hòa tan 6,205 Na2S2O3.5H2O trong nước cất, thêm 1,5 ml NaOH 6N (hoặc 0,1 g Na2CO3) pha loãng thành 1 lít. Chỉ thị tinh bột 1%: Hoà tan 1g hồ tinh bột vào 80 ml nước cất đun sôi khuấy đều, làm nguội cho vài giọt HCHO định mức thành 100 ml. 74
  55. 2.1.2.3. COD [10] Phân tích bằng thiết bị Elox 100 thuộc Mobilab 3 a. Tên hóa chất: Glucose, Na2SO4 khan b. Cách pha: Dung dịch chuẩn Glucose 1000 ppm: Cân chính xác 1g glucose cho vào bình định mức và định mức lên 1000ml bằng nước cất Electrolyte solution: Cân chính xác 14,2 g Na2SO4 cho vào bình định mức và định mức lên 1000ml bằng nước cất Regenerating solution: Cân chính xác 71 g Na2SO4 cho vào bình định mức và định mức lên 1000ml bằng nước cất. 2.1.2.4 Độ đục a. Hóa chất: NH2.NH2.H2SO4, C6H12N4 b. Cách pha: Dung dịch lưu trữ 4000 NTU (ổn định trong một năm nếu bảo quản tốt). - Dung dịch 1: hòa tan 1,000 g hydrazine sulfate (NH2.NH2.H2SO4) trong một ít nước cất rồi định mức thành 100 ml với nước cất. - Dung dịch 2: hòa tan 10,000 g hexamethylenetetramine (C6H12N4) trong 100 ml nước cất. - Hòa trộn 5,0 ml dung dịch 1 và 5,0 ml dung dịch 2. Pha loãng thành 100 ml với nước cất, sau đó để yên 24 giờ ở nhiệt độ 25 ± 3 độ C. Dung dịch này có độ đục là 4000 NTU. Trữ trong chai nâu và lắc đều khi sử dụng. Dung dịch chuẩn 400 NTU: Lấy 100 ml dung dịch lưu trữ độ đục 4000 NTU pha loãng với nước cất, định mức thành 1000 ml. 75
  56. + 2.1.2.5. N-NH4 a. Hóa chất: Amonium chlorid, NaOH khan, EDTA khan b. Cách pha: Amonium stock solution 1000 ppm: Cân chính xác 2,382 g Amonium chlorid cho vào bình định mức và định mức lên 1000ml bằng nước cất. Buffer solution: Cân chính xác 100 g NaOH và 16g EDTA cho vào bình định mức và định mức lên 1000ml bằng nước cất. 2.1.2.6. Coliform Hóa chất: Peptone, Lactose Broth Cách pha: BGBL: Peptone: 10g vào 1000 ml nước 2.2 Thời gian và địa điểm Địa điểm: Mobialb 3 và phòng thí nghiệm Trường đại học Công Nghệ TP.HCM, trung phòng thí nghiệm, viện môi trường và tài nguyên thuộc đại học quốc gia. Thời gian thực hiện đề tài: 12/02/2017 đến 15/07/2017 2.3 Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là nước tại hệ thông kênh Tân Hóa – Lò Gốm thuộc 5 hệ thống kênh rạch chính của thành phố Hồ Chí Minh. Kênh Tân Hóa – Lò Gốm là một trong những dòng kênh thoát nước chính của thành phố với chiều dài kênh chính là 7.84 Km. Kênh Tân Hóa – Lò Gốm nằm trong khu giáp ranh giữ nội thành và vùng ven thành phố Hồ Chí Minh, chảy qua 4 quận: Tân Bình, Quận 6, Quận 11 và Tân Phú. 2.4 Phương pháp nghiên cứu 2.4.1 Phương pháp lấy mẫu 76
  57. 2.4.1.1 Khảo sát vị trí các điểm lấy mẫu Tiến hành khảo sát toàn bộ hệ thống kênh Tân Hóa - Lò Gốm trên địa bàn thành phố Hồ Chí Minh, lấy mẫu sao cho có tính đại diện chung trên đoạn kênh. Các vị trí lấy mẫu dựa theo chương trình quan trắc của Sở Tài nguyên và Môi trường Tp. HCM. Tuy nhiên các vị trí lấy mẫu trên các hệ thống kênh cần phải được khảo sát và ghi nhận những thông tin liên quan đến các hoạt động chính xung quanh điểm lấy mẫu để có những căn cứ xác định các nguồn gây ô nhiễm. Cầu Tân Hóa 10o45’32’’B 106o38’3’’Đ Cầu Ông Buông 10o45’11’’B 106o38’16’’Đ Cầu Hậu Giang 10o44’58’’B 106o38’24’’Đ Cầu Phạm Văn Chí 10o45’15’’B 106o38’3’’Đ Hình 2.1: Bản đồ hệ thống kênh Tân Hóa – Lò Gốm trên điạ bạn thành phố Hồ Chí Minh 2.4.1.2 Lấy mẫu, vận chuyển và lưu trữ + Mục đích nhằm phân tích những chỉ tiêu trong nguồn thải: TSS, COD, N-NH4 , P- 3- PO4 , BOD5, Tổng Coliform, pH, nhiệt độ, DO, độ đục. 77
  58. Vị trí lấy mẫu trải dài dọc kênh Tân Hóa – Lò Gốm. Mẫu được lấy tại 4 vị trí: cầu Tân Hóa, cầu Ông Buông ( cầu bộ hành gần cầu Ông Buông), cầu Hậu Giang, cầu Phạm Văn Chí. Quy trình lấy mẫu Thời gian lấy mẫu tại các địa điểm cầu Phạm Văn Chí, cầu Hậu Giang, cầu Ông Buông, cầu Tân Hóa được chia ra làm 2 lần trong một ngày, lúc triều lên và triều xuống. Kỹ thuật lấy mẫu được tiến hành đúng theo TCVN 6663-1:2011: Chất lượng nước – lấy mẫu – Phần 6: Hướng dẫn lấy mẫu ở sông và suối. Bảng 2.1 Các vị trí lấy mẫu tại hệ thống kênh Tân Hóa – Lò Gốm STT Tên vị trí quan trắc Kí hiệu Tọa độ 10o45’32’’B 1 Cầu Phạm Văn Chí PVC 106o38’3’’Đ 10o45’11’’B 2 Cầu Hậu Giang HG 106o38’16’’Đ 10o44’58’’B 3 Cầu Ông Buông ÔB 106o38’24’’Đ 10o44’15’’B 4 Cầu Tân Hóa TH 106o38’3’’Đ 2.4.2 Phương pháp phân tích các chỉ tiêu Các thông số lý, hóa, sinh học được xác định bằng các thiết bị trong phòng phân tích nước thải di động – Mobilab 3, hệ thống nằm trong dự án hợp tác nghiên cứu giữa Việt – Đức và được bàn giao cho trường Đại học Công nghệ TP. Hồ Chí Minh (HUTECH). Bảng 2.2 Các phương pháp phân tích chỉ tiêu lý, hóa, sinh STT Chỉ tiêu Phương pháp xác định 1 pH Đầu dò 78
  59. 2 Độ đục Phương pháp trắc quang 3 COD (Nhu cầu oxy hóa học) Phương pháp điện hóa + 4 NH4 (Amoni) Phương pháp chọn lọc ion 5 BOD5 (Nhu cầu oxy sinh học) Phương pháp Winkler cải tiến 3- 6 P-PO4 (Phosphate) Phương pháp trắc quang 7 DO (Oxy hòa tan) Đầu dò 8 TSS (Tổng chất rắn lơ lửng) Đầu dò 9 Nhiệt Độ Nhiệt kế 10 Coliform Định lượng 3-[9],[13] 2.4.2.1 Phân tích chỉ tiêu P-PO4 a. Khái niệm Trong thiên nhiên phosphate được xem là sản phẩm của quá trình lân hóa, thường gặp ở dạng vết đối với nước thiên nhiên. Khi hàm lượng phosphate cao sẽ là một yếu tố giúp rong rêu phát triển mạnh. Đây có thể là nguồn gốc do ô nhiễm nước sinh hoạt, nông nghiệp hoặc nước thải công nghiệp sản xuất bột giặt, chất tẩy rửa hay phân bón. Do đó chỉ tiêu phophate được ứng dụng trong việc kiểm soát mức độ ô nhiễm của dòng nước. Việc xác định phosphate rất cần thiết trong vận hành các trạm xử lý nước thải và trong nghiên cứu ô nhiễm dòng chảy của nhiều vùng vì hàm lượng phosphate có thể coi như là một chất dinh dưỡng trong xử lý nước thải b. Phương pháp xác định [13] Tất cả các dạng tồn tại của P trong mẫu nước ban đầu trước hết được lọc, chuyển hóa về dạng orthophosphate bằng phương pháp Persulfat (gia nhiệt với H2SO4 và K2S2O3 hoặc (NH4)2S2O8). Sau đó tiến hành phản ứng với Ammonium Molybdate tạo thành Molybdophosphoric acid : 3- + + PO 4 + 12(NH4)2MoO4 + 24H (NH4)3PO4.12MoO3 + 21NH4 + 12H2O 79
  60. Acid này sau đó bị khử bởi thiếc clorua và sản phẩm khử là một hợp chat dạng sợi màu xanh dương: - (NH4)3PO4.12MoO3 + SnCl2 hợp chất Molybdenum (xanh dương ) + SnCl4  Cánh tiến hành xác định - Xử lý mẫu :  Lọc mẫu qua giấy lọc  Hút 30ml mẫu (đã lọc) ra cốc, thêm 1 giọt chỉ thị phenolphthalein. Nếu dung dịch có màu hồng, thêm từng giọt dung dịch H2SO4 3:7 vào đến khi mất màu. Sau đó thêm tiếp 1ml dung dịch H2SO4 3:7 và khoảng 0,5g (NH4)2S2O8  Đun sôi nhẹ trên bếp cốc có mẫu và các hóa chất nói trên cho đến khi thể tích giảm khoảng còn 10ml  Để nguội dung dịch đã đun sôi rồi thêm nước cất vào dung dịch đến khoảng 30ml  Thêm vào 2 giọt chỉ thị phenolphatalein rồi trung hòa dung dịch trong cốc NaOH 1N đến khi dung dịch có màu hồng  Đo mẫu đã xử lí trút toàn bộ dung dịch thu được vào bình định mức 50m. Thêm 4ml Ammonium Molybdate và 10 giọt SnCl2  Đảo đều , đợi khoảng 10 – 15 phút để đạt màu cực đại .Đem đi đo trên bước sóng 690nm.  Tiến hành theo bảng dưới đây theo trình tự từ trên xuống dưới sau đó tiến hành lập đương chuẩn y= ax + b 80
  61. Bảng 2.3: Dãy bình định mức dùng để lập đường chuẩn xác định nồng độ phosphate Hóa chất Các bình định mức số 1 2 3 4 5 6 7 Thể tích dung dịch phosphate 0 2 4 6 8 10 20 chuẩn làm việc (ml) Thể tích dung dịch dung dịch 4 4 4 4 4 4 4 Amonium Molybdate (ml) Dung dịch SnCl2( giọt) 10 10 10 10 10 10 10 Định mức tới vạch bằng nước cất- đảo đều bình – đợi 10-12 phút – đo độ hấp thụ các mẫu chuẩn ở 690nm Bảng 2.4 Kết quả dựng đường chuẩn Phosphate 3- Nồng độ P-PO4 chuẩn 0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 Kết quả 0 0,2 0,413 0,606 0,818 1,04 81
  62. kết quả phân tích 1,2 1 y = 0,5176x - 0,0048 R² = 0,9996 0,8 0,6 kết quả mg/l 0,4 0,2 Linear (kết 0 quả) -0,2 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3- Nồng độ P-PO4 chuẩn Hình 2.2 Kết quả dựng đường chuẩn phosphate 2.4.2.2 Phân tích chỉ tiêu Tổng Coliform (MPN)[8] a. Khái niệm Phương pháp này rất thông dụng, nó kết hợp với thống kê cho ta con số vi khuẩn nhiều nhất có thể có (Most Probable Number) trong 100ml mẫu nước giới hạn tin cậy trên và dưới, cách thức này có thể áp dụng cho mọi loại nước. Kết quả thử nghiệm Coliform được trình bày bằng bảng chỉ số MPN, ước lượng mật độ coliform trong mẫu theo thống kê. b. Tiến hành thí nghiệm i/ Thử nghiệm giả định: - Chọn dãy nồng độ pha loãng kế tiếp nhau trong mẫu nước ( 10-3, 10-4, 10-5) - Xếp 9 ống chứa môi trường LB có chứa ống Durham lên giá ống nghiệm làm 3 dãy - Dùng Micropipette với đầu tuýp đã khử trùng hút 1ml mẫu nước 10-3 vào 3 ống dãy 1. 82
  63. - Dùng Micropipette với đầu tuýp đã khử trùng hút 1ml mẫu nước 10-4 vào 3 ống dãy 2. - Dùng Micropipette với đầu tuýp đã khử trùng hút 1ml mẫu nước 10-5 vào 3 ống dãy 3. - Lắc nhẹ mỗi ống để trộn đều mẫu nước thử với môi trường nuôi cấy, tránh tạo bọt khí. Mỗi độ pha loãng đổi đầu tuýp để hút. - Ủ tất cả các ống này ở 300C , sau 24h lắc đều mỗi ống và quan sát sự sinh khí , nếu không sinh khí hoặc nghi ngờ ta đem ủ lại và quan sát sự sinh khí sau 48h. - Sự sinh khí trong vòng 48h chứng tỏ thử nghiệm giả định dương tính. ii/ Thử nghiệm xác định : - Đem tất cả các ống giả định dương tính vào thử nghiệm xác định. - Lắc đều, dùng que cấy vòng lấy từ các ống thử nghiệm giả định dương tính chuyển qua các ống chứa môi trường BGBB hoặc BGBL. - Đem ủ ở nhiệt độ 350C trong 48h. - Quan sát sự sinh khí ở bất kỳ thời điểm nào trong vòng 48h . Sự sinh khí chứng tỏ thí nghiệm xác định dương tính. - Đọc kết quả theo bảng MPN - Không được tường trình kết quả chỉ có thí nghiệm giả định, thực hiện thử nghiệm giả định là tối thiểu cho tất cả các mẫu. Chú ý: Đối với các mẫu có chất lượng không biết , các mẫu cho kết quả không cho mong đợi, các mẫu có mật độ Coliform cao và dùng cho mục đích chất lượng nước thì cần tiến hành thêm thử nghiệm hoàn tất. 2.4.2.3 DO Là lượng oxy hòa tan trong nước, tùy thuộc vào điều kiện hóa lý và hoạt động của các loài vi sinh ( kỵ khí hoặc hiếu khí) trong nước. Đây là chỉ tiêu quan trọng liên quan đến việc kiểm soát dòng chảy. Ngoài ra DO còn là cơ sở kiểm tra BOD nhằm đánh giá mức đọ ô nhiễm của nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp. 83
  64. Tất cả các quá trình xử lý hiếu khí phụ thuộc vào sự hiện hiện của DO. Trong nước thải việc xác định DO là không thể thiếu vì đó là phương tiện kiểm soát tốc độ sục khí, đảm bảo đủ lượng DO thích hợp cho vi sinh vật hiếu khí phát triển. Tiến hành thí nghiệm Dùng máy đo DO một đầu đo. Các bước đo tiến hành như sau: Lắc đều mẫu (mẫu được lấy đầy bình và kín nút) trước khi đổ ra cốc 100ml để đo. Sử dụng nước cất để rửa đầu điện cực Nhúng điện cực vào dung dịch mẫu Nhấn nút on/off để mở máy Đợi giá trị DO trên máy ổn định ( giữ nguyên giá trị ) thì đọc kết quả. Hình 2.3 Máy đo DO 84
  65. 2.4.2.4 BOD ( nhu cầu oxy sinh hóa) [9] a. Khái niệm Nhu cầu oxy sinh hóa là lượng oxy cần thiết phải cung cấp để vi sinh tiêu thụ trong quá trình oxy hóa các chất hữu cơ có thể bị vi sinh vật phân hủy trong điều kiện yếm khí. BOD được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật môi trường. Là chỉ tiêu xác định mức ô nhiễm của nước thải sinh hoạt và công nghiệp qua chỉ số oxy dùng để khoáng hóa các chất hữu cơ. Chỉ số BOD chỉ ra lượng oxy mà vi khuẩn tiêu thụ trong phản ứng oxy hóa các chất hữu cơ trong nước ô nhiễm. Chỉ số BOD càng cao chứng tỏ lượng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học ô nhiễm trong nước càng lớn. b. Tiến hành thí nghiệm Dụng cụ và thiết bị - Tủ diều nhiệt ở 20oC - Chai BOD - Ống đong 100ml - Buret - Pipette Trình tự thí nghiệm Phương pháp pha loãng (khi giá trị BOD của mẫu > 7mg/L) Do hàm lượng oxy hòa tan bão hòa trong nước chỉ đạt 8 mg/L ở 250C, các mẫu nước có nồng độ chất hữu cơ cao cần được pha loãng tới nồng độ phù hợp ed963 đảm bảo lượng oxy hòa tan tối thiểu phải tồn tại trong suốt quá trình thí nghiệm. Nếu pha loãng ít, tức là mẫu nước vẫn quá nhiều chất hữu cơ thì sau 5 ngày ủ, có thể không còn oxy hòa tan (DO5 gần bằng 0) cũng có nghĩa là thiếu oxy cho quá trình phân hủy dẫn đến kết quả BOD5 mắc sai số âm. Ngược lại, nếu mức pha loãng quá lớn thì sai số của thí nghiệm cũng lớn theo. Mức độ pha loãng phù hợp là mức mà sau 5 ngày ủ, kết quả DO5 xác định được tối thiểu là 1 mg/L 85
  66. - Chọn hệ số pha loãng phù hợp: + Dựa trên giá trị COD đã biết của mẫu, ước đoán khoảng nồng độ BOD của mẫu + Từ giá trị BOD5 ước đoán của mẫu, chọn hệ số pha loãng theo bảng sau: Bảng 2.5: Chọn hệ số pha loãng STT BOD5 ước đoán (mg/L) Hệ số pha loãng 1 3 – 6 Giữa 1 và 2 2 4 – 12 2 3 10 – 30 5 4 20 – 60 10 5 40 – 120 20 6 100 – 300 50 7 200 – 600 100 8 400 – 1200 200 9 1000 – 3000 500 10 2000 - 6000 1000 Lưu ý; Để tăng độ chính xác phép xác định, nên thực hiện phân tích ở 3 mức độ pha loãng khác nhau - Chuẩn bị nước pha loãng: thêm các dung dịch đệm phosphate, MgSO4, FeCl3 và CaCl2 vào nước cất dùng để pha loãng mẫu theo tỉ lệ là 1 mL/1L nước ứng với mỗi loại dung dịch trên. Sau đó, tiến hành sục khí hỗn hợp nước cất và các chất trên 86
  67. trong vòng tối thiểu 1 giờ. Chú ý không làm nhiễm bẩn nước pha loãng chỉ nên dùng trong vòng 24 giờ sau khi chuẩn bị - Đối với các mẫu đo BOD5 cần ức chế quá trình Nitrat hóa, bổ dung thêm dung dịch chất ức chế ATU vào nước pha loãng theo tỉ lệ 2mL/1L nước - Chuẩn bị nước cấy ( phương pháp pha loãng có cấy vi sinh): một số loại nước như nước thải sinh hoạt, nước thải sau xử lý nhưng chưa khử trùng, nước sông chịu tác động của nước thải nhìn chung là đã đủ mật độ visinh vật cần thiết cho thí nghiệm BOD5. Tuy nhiên, một số loại nước khác như nước thải công nghiệp chưa qua xử lý, nước thải đã khử trùng, nước thải có nhiệt độ cao hay độ pH quá acid hay quá kiềm thì có thể mật độ vi sinh vật tronng đó chua đủ cho thí nghiệm BOD5. Đối với các loại nước này, cần bổ sung thêm nước cấy là nước có chứa nhiều vi sinh vật vào mẫu nước ban đầu. Cách chuẩn bị và sử dụng nước cấy có thể tham khảo trong tài liệu ở cuối giáo trình. Trong giới hạn về khuôn khổ của giáo trình, giả thiết mẫu nước đem phân tích BOD5 là mẫu đã có đủ mật độ vi sinh cần thiết -Xử lý sơ bộ mẫu ( nếu cần thiết), bao gồm: + Trung hòa mẫu: chỉnh pH của mẫu thử về khoảng 6 – 8 bằng dung dịch NaOH 1 N và H2SO4 1N + Nếu nghi ngờ mẫu có chứa các độc chất (ví dụ kim loại nặng): cần có biện pháp để loại bỏ các chất độc đó trước khi tiến hành xác định BOD5 - Lấy một thể tích mẫu đã xác định sau khi chọn được hệ số pha loãng vào 2 chai DO sạch, thêm nước pha loãng đến đầy chai, lắc nhẹ tạo bọt khí + Chai thứ nhất dùng để xác định ngay nồng độ DO ( theo thủ tục phân tích nồng độ oxy hòa tan DO) gọi là DO0 + Chai thứ hai đem ủ ở 200C trong tủ ấm BOD trong 5 ngày + Sau 5 ngày, xác định nồng độ DO còn lại trong chai thứ 2 gọi là DO5 c. Tính toán kết quả 87
  68. BOD5 (mg O2/L) = ( DO0 – DO5).f Với: DO0 là nồng độ DO ở thời điểm bắt đầu quá trình phân hủy (mg O2/L) DO5 là nồng độ DO ở thời điểm 5 ngày sau khi bắt đầu phân hủy (mg O2/L) F là hệ số pha loãng mẫu 2.4.2.5 Độ đục Độ đục của nước bắt nguồn từ sự hiện hữu của vô số vật thể li ti ở trạng thái huyền phù như đất sét, vật chất hữu cơ và vô cơ, vi sinh vật gồm các loại phiêu sinh động vật. Đối với nước cấp, độ đục là một trong các chỉ tiêu lựa chọn nguồn nước cấp, vì nước có độ đục cao sẽ không được chấp nhận về mặt cảm quan và giá thành của nước sẽ tăng do chi phí xử lý. Tiến hành thí nghiệm a. Lập đường chuẩn - Pha chế dung dịch chuẩn: pha loãng từ dung dịch chuẩn có độ đục là 400 NTU để có thang độ đục chuẩn theo bảng sau: Bảng 2.6: Lập dãy đường chuẩn xác định độ đục STT 0 1 2 3 4 5 6 Vmldd chuẩn 400 NTU 0 2 4 6 8 10 12 Vml nước cất 100 98 96 94 92 90 88 Độ đục (NTU) 0 8 16 24 32 40 48 Đo độ hấp thu của thang độ dục chuẩn dung dịch chuẩn trên máy ở bước sóng 450 nm. b. Đối với mẫu cần xác định độ đục Lắc thật kỹ bình đựng mẫu, đo độ hấp thu của mẫu trên máy ở bước sóng 450 nm. Từ độ màu và độ hấp thu của thang độ đục chuẩn. Vẽ giản đồ A = f(C), sử dụng phương pháp bình phương cực tiểu để lập phương trình y = ax + b. 88
  69. Từ trị số độ hấp thu Am của mẫu, tính nồng độ Cm. Nếu trị số Am của mẫu vượt quá trị số độ hấp thu của thang độ đục chuẩn, phải pha loãng mẫu đến nồng độ thích hợp. 2.4.2.6 Phân tích chỉ tiêu COD bằng thiết bị Elox 100 [10] Giới thiệu về thiết bị elox 100 Máy Elox100 là thiết bị phân tích nước thuộc xe Mobilab – một tiểu dự án TP5 của dự án Akiz. Elox100 dùng để phân tích hàm lượng COD (nhu cầu oxi hóa học) có trong mẫu nước mặt. Máy Elox100 được phát triển để mở rộng phạm vi của các phương pháp xác định COD và TOC. Việc xác định hàm lượng các chất hữu cơ, máy Elox100 hoạt động bằng phương pháp điện hóa phân tích dễ dàng hơn nhiều so với phân tích truyền thống của COD hoặc TOC. Thiết bị không sử dụng hóa chất nguy hiểm, không cần dùng những dụng cụ phức tạp, chỉ cần một nguồn điện đủ lớn để máy hoạt động. Ưu điểm chính của phương pháp điện hóa là tuyến quyết; trong thực tế nhờ vào các phương pháp đo liên tục, kết quả đo luôn liên quan đến các nước mẫu hiện tại. Cấu tạo 89
  70. 1 2 7 6 5 3 4 Hình 2.4: Cấu tạo máy Elox100 1. Màn hình 5. Bơm 2. Bàn phím thao tác 6. Điện cực ( làm việc, 3. Cell xử lí mẫu tham chiếu) 4. Bình dung dịch chuẩn Glucozo 7. Thân máy 90
  71. Hình 2.5: Sơ đồ quá trình phân tích của máy 91
  72. Hình 2.6: Sơ đồ ống dẫn 1) Cung cấp mẫu, ống silicone 5) Ống xả 2) Dung dịch thuốc thử 6) Ống PVC 4 x 1 3) Tập trung điện giải 7) Ống PVC 8 x 1,5 4) Nước khử khoáng 8) Ống PVC 10 x 2 Nguyên tắc hoạt động Máy xác định một cách dễ dàng và tự động với sự có mặt của các chất hữu cơ. Thông qua việc áp dụng các nguyên tắc đo điện, thiết bị xử lí đơn giản và chi phí bảo trì khá thấp. Vận hành máy đơn giản do thiết bị được chạy bằng phần mềm điều hành tự động theo menu, có thể điều khiển tất cả các chức năng Elox100. Nguyên tắc của phép đo điện hóa được dựa trên thực tế là các điện cực với oxy cao điện áp dư thừa được hình thành trên OH* gốc tự do. Đây là một hiện tượng đặc biệt và 92
  73. mới, hiện nay được quan sát thấy chỉ trên lớp di oxit chì. Tiềm năng oxy hóa của OH* gốc tự do là cao hơn nhiều hơn so với một trong các chất oxy hóa khác, ví dụ kali dicromat hoặc ozone. Vì vậy, quá trình oxy hóa chuyển đổi các thành phần trong nước hiệu quả hơn so với các chất oxi hóa khác. Hình 2.7: Điện cực và cell xử lí mẫu của máy Elox100 Các chất hữu cơ chứa trong các giải pháp đo tiêu thụ gốc OH sản xuất xung quanh điện cực lien tục. Từ tiềm năng của (điện cực làm việc) điện cực hình thành các chất oxy hóa được giữ không đổi, các điện tích mỗi giây chỉ phụ thuộc vào nồng độ của các chất hữu cơ và tiêu thụ oxy hóa của họ tại điện cực. Các tế bào đo (cung cấp với một điện cực có thể đo các dòng điện của các mẫu), máy bơm, ống và van, cho phép xử lý các mẫu, và quá trình hiệu chỉnh là thành phần chính của Elox100. Một máy tính tích hợp thực hiện kiểm soát nội bộ của các mẫu quá trình thay đổi, hiển thị kết quả dưới dạng đồ họa và giao tiếp với các thiết bị bên ngoài (0 / 4-20 mA sản lượng hiện tại, kết nối với máy tính để cho phép điều khiển từ xa của các thiết bị, máy in như cũng như tốc độ dòng chảy mẫu. 93
  74. Hình 2.8: Nguyên lí hoạt động điện hóa của máy Elox100 + [11] 2.4.2.2 Phân tích chỉ tiêu NH4 bằng thiết bị Amonitor Giới thiệu về thiết Amonitor Máy Amonitor là thiết bị phân tích nước thuộc xe Mobilab – một tiểu dự án TP5 của dự án Akiz. + Amonitor dùng để phân tích hàm lượng NH4 có trong mẫu nước. Máy Amonitor được phát triển để mở rộng phạm vi của các phương pháp xác định + lượng NH4 . Việc xác định hàm lượng amoni, máy amonitor hoạt động bằng phương pháp điện hóa phân tích dễ dàng hơn nhiều và nhanh hơn so với phân tích truyền thống bằng tay tại phòng thí nghiệm Thiết bị không sử dụng hóa chất nguy hiểm, không cần dùng những dụng cụ phức tạp, chỉ cần một nguồn điện đủ lớn để máy hoạt động. Ưu điểm chính của phương pháp điện hóa là nhanh chóng có kết quả. 94
  75. Cấu tạo Hình 2.9: Sơ đồ hình chiếu ngang hệ thống của máy Amonitor 95
  76. Hình 2.10: Cấu tạo máy amonitor 1. Phím chức năng 8. bơm buret 2. màn hình 9. ổ khóa bảo vệ 3. .bơm mẫu 10. van buret 4. bơm trống 11. máy khấy từ 5. bơm rữa 12. diện cực 6. Bơm nước cất 13. temp 7. núm điểu khiển 96
  77. Nguyên lý làm việc Hoạt động theo phương pháp chọn lọc ion sử dụng các điện cực dựa trên hiện tượng cảm biến điện hóa. 2.4.2.3 TSS (Tổng chất rắn lơ lửng) Tổng chất rắn lơ lửng của các mẫu nước được xác định bằng thiết bị Turbimax, thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên tắc sử dụng chùm ánh sáng tán xạ trên các hạt, ánh sáng tác động đến sẽ được rải rác ở các góc độ khác nhau. Hình 2.11: Thiết bị Turbimax (đầu dò đo TSS) 2.4.2.4 Nhiệt độ, pH Dưa trên TCVN 4557:1988 phương pháp xác định nhiệt độ và TCVN 6429:2011 phương pháp xác định pH nên chúng tôi tiến hành xác định nhiệt độ và pH ngay tại hiện trường lấy mẫu. 97
  78. Hình 2.12: Đo nhiệt độ trên tại điểm ấy mẫu trên kênh Tân Hóa-Lò Gốm Hình 2.13: Máy đo pH 98
  79. 2.4.3 Phương pháp so sánh Các kết quả phân tích chất lượng nước được so sánh cột B2 QCVN 08:2015/BTNMT – Quy chuẩn về chất lượng nước mặt. Bảng 2.7: Giá trị giới hạn các thông số chất lượng nước mặt Giá trị giới hạn A B TT Thông số Đơn vị A1 A2 B1 B2 1 pH 6-8,5 6-8,5 5,5-9 5,5-9 2 0 mg/l 4 6 15 25 BOD5 (20 C) 3 COD mg/l 10 15 30 50 4 Ôxy hòa tan (DO) mg/l ≥ 6 ≥ 5 ≥ 4 ≥ 2 5 Tổng chất rắn lơ lửng (TSS) mg/l 20 30 50 100 6 + mg/l 0,3 0,3 0,9 0,9 Amoni (NH4 tính theo N) 7 Clorua (Cl-) mg/l 250 350 350 - 8 Florua (F-) mg/l 1 1,5 1,5 2 9 - mg/l 0,05 0,05 0,05 0,05 Nitrit (NO 2 tính theo N) 10 - mg/l 2 5 10 15 Nitrat (NO 3 tính theo N) 11 3 mg/l 0,1 0,2 0,3 0,5 12 - mg/l 0,05 0,05 0,05 0,05 PhosphatXyanua (PO4 (CNtính) theo P) 13 Asen (As) mg/l 0,01 0,02 0,05 0,1 14 Cadimi (Cd) mg/l 0,005 0,005 0,01 0,01 15 Chì (Pb) mg/l 0,02 0,02 0,05 0,05 16 Crom VI (Cr6+) mg/l 0,01 0,02 0,04 0,05 17 Tổng Crom mg/l 0,05 0,1 0,5 1 18 Đồng (Cu) mg/l 0,1 0,2 0,5 1 19 Kẽm (Zn) mg/l 0,5 1,0 1,5 2 20 Niken (Ni) mg/l 0,1 0,1 0,1 0,1 21 Mangan (Mn) mg/l 0,1 0,2 0,5 1 22 Thủy ngân (Hg) mg/l 0,001 0,001 0,001 0,002 99
  80. 23 Sắt (Fe) mg/l 0,5 1 1,5 2 24 Chất hoạt động bề mặt mg/l 0,1 0,2 0,4 0,5 25 Aldrin µg/l 0,1 0,1 0,1 0,1 26 Benzene hexachloride (BHC) µg/l 0,02 0,02 0,02 0,02 27 Dieldrin µg/l 0,1 0,1 0,1 0,1 28 Tổng Dichloro diphenyl µg/l 1,0 1,0 1,0 1,0 trichloroethane (DDTs) 29 Heptachlor & Heptachlorepoxide µg/l 0,2 0,2 0,2 0,2 30 Tổng Phenol mg/l 0,005 0,005 0,01 0,02 31 Tổng dầu, mỡ (oils & grease) mg/l 0,3 0,5 1 1 32 Tổng các bon hữu cơ mg/l 4 - - - (Total Organic Carbon, TOC) 33 Tổng hoạt độ phóng xạ Bq/l 0,1 0,1 0,1 0,1 34 Tổng hoạt độ phóng xạ Bq/l 1,0 1,0 1,0 1,0 35 Coliform MPN 2500 5000 7500 10000 hoặc CFU /100 ml 36 E.coli MPN 20 50 100 200 hoặc CFU /100 ml Trong đó: A1 - Sử dụng cho mục đích cấp nước sinh hoạt (sau khi áp dụng xử lý thông thường), bảo tồn động thực vật thủy sinh 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 hoặc các mục đích sử dụng như loại B1 và B2. 100