Chương 3. Quan trắc môi trường nước

Water quality Laboratory analysis Sample collection Data handling Data analysis Information utilization Decision making Network design F e e d b a c k Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c 3.1. Tổng quan về chất lượng nước 3.1.1. Các thông s CLN
Các nhóm thông số CLN:
Thông số vật lý: T0, SS, độ đục, EC, màu, mùi, vị
Thông số hóa học: pH, độ kiềm, độ cứng, DO, BOD5, COD, N, P, Cl-, kim loại,…
Thông số sinh học: coliforms, protozoa,… Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c 3.1.2. Tiêu chun CLN
Phân loại:
Tiêu chuẩn dòng nhận
Tiêu chuẩn dòng thải
Tiêu chuẩn nước uống
Giá trị giới hạn trong các tiêu chuẩn dòng nhận tùy thuộc vào:
Loại nguồn - nước mặt, nước ngầm, nước biển,…
Mục đích sử dụng nước - cấp sinh hoạt, nuôi trồng thủy sản, tưới tiêu,…
Giá trị giới hạn trong các tiêu chuẩn dòng thải tùy thuộc vào:
Đối tượng nhận thải - sông, ao hồ, biển,…
Cỡ nguồn thải - ? m3/d, ? kg BOD5/d,… 3.1. Ch t l ng n c Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c 3.2. Lựa chọn thông số quan trắc
Lựa chọn thông số quan trắc tùy thuộc vào:
Mục tiêu quan trắc - nền CLN, xu hướng diễn biến CLN, đánh giá ÔN do nguồn thải,…
Mục đích sử dụng nước – cấp nước sinh hoạt, cấp nước công nghiệp, nuôi trồng thủy sản,….
Đặc điểm đối tượng quan trắc – sông lớn, sông nhỏ, hồ, đầm phá, dòng chảy,…
Quy định trong các tiêu chuẩn chất lượng
Các Bảng 3.1-3.4 liệt kê các thông số quan trắc khuyến cáo trong các mục đích khác nhau (theo Deborah Chapman, 1998)
Ngoài các thông số CLN, các thông số thủy văn, sinh học cũng được quan tâm trong các chương tình quan trắc CLN 3.2. L a ch n thông s quan tr c Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c 3.3. L a ch n v trí quan tr c 3.3. Lựa chọn vị trí quan trắc
Đi vi nc sông, sui
Quan trắc chất lượng nền
các vị trí ở thượng lưu, chưa có tác động nguồn xả thải,
phân bố đều vực nước, đại diện cho các đặc điểm thủy văn khác nhau
nếu có các nhánh sông hợp lưu, chọn điểm sau hợp lưu, trộn lẫn các nhánh
vị trí chọn sao cho dễ tiếp cận. Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c 3.3. L a ch n v trí quan tr c
Quan trắc tác động
ở những nơi có nguồn thải – chọn vị trí dưới nguồn xả, nước trộn đều
khi có dòng nhánh vào dòng chính – cần lấy ít nhất 2 điểm, một ở thượng lưu điểm rẽ nhánh và một ở hạ lưu đủ xa để bảo đảm trộn lẫn hoàn toàn. Trộn lẫn theo chiều thẳng đứng thường hoàn toàn trong vòng 1 km; trong khi trộn lẫn theo chiều ngang phụ thuộc vào các khúc ngoặt và thường là vài km.
Các sông bị ảnh hưởng triều cần phải nắm rõ chế độ triều và lấy mẫu khi triều kiệt. Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c 3.4. T n su t, th i gian l y m u 3.4. Tần suất, thời gian lấy mẫu
Tùy thuộc vào yêu cầu công tác quản lý môi trường, đặc điểm nguồn nước.
Khi có những thay đổi theo chu kỳ hay thường xuyên, cần thiết kế khoảng thời gian đủ ngắn giữa 2 lần lấy mẫu liên tiếp để phát hiện được những thay đổi.
Quan trắc sự cố MT-thu mẫu hàng ngày hoặc nhiều lần trong ngày.
Về nguyên tắc, tần số thu mẫu càng dày, độ chính xác của đánh giá càng cao. Tuy nhiên phải tối ưu do hạn chế nhân lực, chi phí,.. Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c Tần số lấy mẫu ở các trạm GEMS/Water (lần/năm) 42 – 6(h)12 – 24(g)Trạm xu hướng 4412(c)
Đa tác động -6(f)12(e,f)
Nước thủy sản 4212(e)
Nước thủy lợi 4 -12(d)6 -12(d)12 – 24(c,d)
Nước uống Trạm tác động 2 – 444 – 12(b)Trạm cơ sở(a) Nước ngầmHồSôngLoại trạm (a). Các trạm cơ sở chỉ khảo sát trong 2-5 năm (b). Thời gian thu mẫu cần thể hiện đủ các thay đổi chu trình thủy văn trong năm (c).Tần số thu mẫu cần theo chu trình thủy văn, thu mẫu cực đại trong chu trình TV bất thường nhất (d). Tần số thu mẫu cần phù hợp mức độ lấy nước và số dân có nhu cầu cấp nước (e). Thời gian thu mẫu tiến hành khi Q thấp (f). Cần xem xét chu trình sinh học, cần tăng tần số thu mẫu ở thời điểm có năng suất sinh học cao (g). Thu mẫu khi Q cao (h). Với hồ đơn tầng và 2 tầng – thu 2 mẫu/năm ở các thời điểm phân tầng nhiệt cao nhất và thấp nhất. Với hồ nhiều tầng, thu 6 mẫu/năm 3.4. T n su t, th i gian l y m u Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c 3.5. Các d ng m u n c 3.5. Các dạng mẫu nước 3.5.1. Mẫu đơn
Mẫu riêng lẻ, gián đoạn được lấy từ một điểm đặc biệt trong một thời gian ngắn (vài giây đến vài phút)
Mỗi mẫu chỉ đại diện cho CLN ở thời điểm và địa điểm lấy mẫu.
Các trường hợp lấy mẫu đơn:
trộn lẫn đồng nhất trong khoảng thời gian đáng kể và theo mọi hướng
thông số cần nghiên cứu thay đổi, mẫu đơn có thể cho biết mức độ, tần suất và khoảng thời gian của các thay đổi này.
dùng mẫu tổ hợp không phân biệt được những mẫu riêng lẻ vì chúng phản ứng với nhau;
nghiên cứu khả năng xuất hiện ô nhiễm hoặc giám sát sự lan toả của nó,
trong trường hợp lấy mẫu gián đoạn tự động, để xác định thời điểm trong ngày khi chất gây ô nhiễm xuất hiện.
để xác định những thông số không ổn định: các chất khí hoà tan, clo dư, sunfua tan, Fecal coliforms, VOC, NH3 tự do. Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c 3.5.2. Mẫu tổ hợp
Mẫu thu được bằng cách trộn lẫn các mẫu hoặc các phần mẫu với nhau theo tỷ lệ thích hợp biết trước, từ đó có thể thu được kết quả trung bình của một đặc tính cần biết.
Cung cấp mẫu đại diện cho các đối tượng quan trắc không đồng nhất, trong đó nồng độ của chất cần phân tích biến động trong các khoảng thời gian hay không gian ngắn. 3.5. Các d ng m u n c Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c
Các ưu điểm của mẫu tổ hợp:
giảm chi phí phân tích mẫu
tính đại diện cao với đối tượng quan trắc không đồng nhất,
thể tích mẫu lớn khi những lượng mẫu thành phần bị giới hạn.
Các hạn chế:
mất đi các mối quan hệ của chất phân tích trong các mẫu gián đoạn
khả năng pha loãng các chất phân tích dưới mức phát hiện,
gia tăng khả năng cản trở phân tích
gia tăng khả năng xảy ra các tương tác của chất phân tích
có thể làm giảm số mẫu phân tích dưới yêu cầu về mặt thống kê đối với các mục tiêu chất lượng số liệu đặc biệt 3.5. Các d ng m u n c Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c
Không nên sử dụng mẫu tổ hợp với các thông số thay đổi đáng kể trong thời gian lưu mẫu (các khí hòa tan, dư lượng clo, nhiệt độ, pH).
3 dạng mẫu tổ hợp:
Tổ hợp theo thời gian (Sequential/Time composite samples)
Tổ hợp theo không gian (Spatial composite samples)
Tổ hợp theo lưu lượng dòng chảy (Flow- proportional composites) 3.5. Các d ng m u n c Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c Mẫu tổ hợp theo thời gian
Gồm những mẫu đơn có thể tích bằng nhau, được lấy tại một điểm lấy mẫu, ở những khoảng thời gian bằng nhau trong chu kỳ lấy mẫu.
Nhằm nghiên cứu chất lượng trung bình của dòng nước.
Thường lấy mẫu tổ hợp trong chu kỳ 24 h; tuy nhiên một số trường hợp khoảng thời gian có thể ngắn hơn.
Có thể được thu bằng cách bơm mẫu liên tục với tốc độ không đổi, hay trộn lẫn các thể tích bằng nhau thu được sau các khoảng thời gian định kỳ. 3.5. Các d ng m u n c Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c Mẫu tổ hợp theo không gian
Gồm những mẫu đơn có thể tích bằng nhau và được lấy đồng thời ở các địa điểm khác nhau.
Dùng nghiên cứu chất lượng trung bình theo mặt cắt ngang hay mặt cắt dọc của dòng nước.
Ví dụ: lấy mẫu nước sông theo mặt cắt ngang        3.5. Các d ng m u n c Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c Mẫu tổ hợp theo dòng chảy
Hỗn hợp các mẫu đơn tại các khoảng thời gian bằng nhau nhưng theo tỷ lệ với lưu lượng dòng chảy.
Thường áp dụng trong quan trắc nước thải (nguồn thải có lưu lượng và thành phần thay đổi theo thời gian)
Cần phải khảo sát trước thông tin về lưu lượng dòng chảy
Kỹ thuật lấy mẫu khá phức tạp, thường sử dụng thiết bị lấy mẫu tự động với chương trình lấy mẫu lập sẵn.
Thể tích của mỗi mẫu đơn không được nhỏ hơn 50 mL, tôt nhất là trên 100 mL. 3.5. Các d ng m u n c Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c Tính lượng mẫu tức thời để có mẫu tổ hợp theo dòng chảy:
Tính phần mẫu tức thời cần thiết trên 1 đơn vị lưu lượng Tổng thể tích mẫu tổ hợp cần lấy Lưu lượng TB × Số mẫu tức thời cần trộn Thể tích mẫu tổ hợp thường từ 2 – 4 lít
Tính thể tích mẫu tức thời cần lấy ở các lưu lượng khác nhau.
Ví dụ: Cần lấy 2 L mẫu tổ hợp, với QTB = 270 L/h, số mẫu tức thời cần lấy = 14. → phần mẫu tức thời trên 1 đơn vị lưu lượng: = 2000/(270 × 14) = 0,53 mL/(L/h) 3.5. Các d ng m u n c Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c 315 × 0,53 = 16731513 345 × 0,53 = 18334512 520 × 0,53 = 27652011 450 × 0,53 = 23945010 310 × 0,53 = 1643109 280 × 0,53 = 1482808 195 × 0,53 = 1031957 155 × 0,53 = 821556 145 × 0,53 = 771455 155 × 0,53 = 821554 180 × 0,53 = 951803 210 × 0,53 = 1112102 270 × 0,53 = 14327014 245 × 0,53 = 1302451 Thể tích lấy, mLLưu luợng tức thời, L/hMẫu tức thời TB: 270 Σ: 2000 3.5. Các d ng m u n c Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c 3.6. Thi t b l y m u 3.6. Thiết bị lấy mẫu
Với mẫu bề mặt – chỉ cần nhúng trực tiếp gáo, xô xuống sâu 0,5 m dưới mặt nuớc.
Với mẫu ở các độ sâu – sử dụng các thiết bị lẫy mẫu theo độ sâu
Loại thẳng đứng
Loại nằm ngang. Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c 3.6. Thi t b l y m u
Thiết bị lấy mẫu tự động (automatic water sampler) Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c 3.7. Ch a m u và b o qu n m u 3.7. Chứa mẫu và bảo quản mẫu 3.7.1. D!ng c! ch"a m%u
Sử dụng chai chứa mẫu tùy theo thông số cần phân tích. Thường có hướng dẫn trong các tiêu chuẩn. Một số chú ý quan trọng:
Chai thủy tinh có thể hấp thụ phosphat
Nhiễm bẩn kim loại có thể từ bề mặt chai thủy tinh hay plastic
Nhiễm bẩn chất hữu cơ có thể từ bề mặt chai plastic
Chai chứa mẫu phân tích kim loại tốt nhất là PTFE (Teflon), FEP hay HDPE (polyethylen mật độ cao)
Luôn phải làm sạch chai chứa mẫu trước khi lấy vào.
Xem:
TCVN 5993-1995 hay Bảng trích ra Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c 3.7.2. B&o qu&n m%u
Các nguyên tắc chung:
bảo quản ngay trong vòng 15 phút từ khi lấy mẫu khỏi môi trường
làm lạnh đến 4oC bằng cách nhúng trong nước đá
Thêm các chất bảo quản thích hợp:
H2SO4 đến pH<2 đối với các mẫu phân tích T-P, NH3, TKN, NO3+NO2
HNO3 đến pH<2 với mẫu phân tích kim loại
Na2S2O3 để khử clo với mẫu phân tích coliforms
Chú ý: không cần thêm hóa chất bảo quản mà chỉ cần làm lạnh với mẫu phân tích TSS, BOD5, và NO3
Xem các bảng hướng dẫn cụ thể trong các tiêu chuẩn. Ví dụ: Bảng 1060:1-Standard methods 3.7. Ch a m u và b o qu n m u Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c 3.7. Ch a m u và b o qu n m u Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c Các biến đổi hóa-lý có thể xảy ra trong mẫu nước 3.7. Ch a m u và b o qu n m u Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c 3.7. Ch a m u và b o qu n m u Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c 3.8. QA/QC trong l y m u nu c 3.8. QA/QC trong lấy mẫu nuớc Sử dụng các mẫu QC:
Mẫu trắng hiện trường (Field blank) Chú ý: – không áp dụng với các mẫu VSV và BOD5 – thu mẫu trắng thiết bị 5% số mẫu
Mẫu lặp hiện trường (Field duplicate): không bắt buộc, trừ khi PP phân tích yêu cầu Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c 3.9. Đo hi n tr ng 3.9. Đo hiện trường
Gồm:
Các thông số thay đổi khi lấy mẫu, vận chuyển, bảo quản (nhiệt độ, DO, khí hòa tan khác, độ đục,...)
Các thông số có thể đo bằng các sensor.
Với các mẫu tổ hợp: nên đo các thông số hiện trường trên mẫu đơn, phân tích PTN trên mẫu tổ hợp.
Luôn phải kiểm chuẩn máy đo theo manual.
Ghi chú các điều kiện khi đo (nhiệt độ khí quyển, thời tiết,…) Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c 3.9. Đo hi n tr ng Đo hiện trường
Sử dụng các thiết bị đo
Cho kết quả hiển thị số, trực tiếp
Thiết bị có thể:
đo từng thông số. Ví dụ: WTW pH meter chỉ đo pH
đo nhiều thông số trên cùng 1 máy (multiparameter). Ví dụ:
Máy Consort C535 đo 6 thông số (To, pH, DO, E.C, SAL, TDS)
Máy WQC-22 TOA đo được 8 thông số (To, pH, DO, E.C, SAL, TDS, Tur, SS)
Thường sử dụng các sensor (đầu đo) rời (ví dụ Consort C535) hay tổ hợp thành chùm (ví dụ WQC- 22). Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c 3.9. Đo đ c hi n tr ng TOA WQC-22A. DO meter ORION Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c 3.10. Phân tích m u n c 3.10. Phân tích mẫu nước trong PTN
Các phương pháp tiêu chuẩn:
US APHA-AWWA,WEF. Standard methods for the examination of water and wastewater
Các tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN)
Xem Bảng 4, trang 67, Trương Mạnh Tiến
Một số điểm lưu ý chung khi phân tích mẫu
Với các mẫu bảo quản ở nhiệt độ thấp phải đưa về nhiệt độ phòng trước khi phân tích.
Trộn đều mẫu ngay trước khi phân tích.
Thực hiện QA/QC, ví dụ: kiểm tra đường chuẩn mỗi lần đo (dùng 1 mẫu chuẩn, sai lệch xác định với mẫu chuẩn không được vượt quá 10%). Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c 3.11. X lý s li u 3.11. Xử lý số liệu quan trắc CLN
Xử lý thống kê
Loại sai số thô
Tính các đặc trưng thống kê
Phân tích tương quan…
Sử dụng các công cụ: chỉ số CLN, GIS, mô hình CLN… Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c 3.11. X lý s li u Chỉ số CLN (WQI: Water Quality Index)
Khái niệm: “thông số tổ hợp”, xây dựng từ các thông số chất lượng.
Các bước xây dựng WQI:
Lựa chọn thông số để đưa vào WQI (tùy mục đích sử dụng),
Xác định trọng số của các thông số,
Xây dựng hàm chỉ số phụ (chuyển các giá trị đo thông số CLN sang thang đơn vị chung, không thứ nguyên)
Tính các giá trị WQI theo các công thức tập hợp.
Đánh giá, phân loại CLN theo WQI: thang WQI: 0 ∼100; WQI càng lớn – chất lượng nước càng tốt. Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c Ví dụ: NSF-WQI (Hoa Kỳ) 1,00T)ng 0,089.Tổng chất rắn 0,088. Độ đục 0,107. Nhiệt độ 0,106. PO4 3- 0,105. NO3 - 0,104. BOD5 0,123. pH 0,152. Fecal coliform 0,171. DO Trọng sốThông số 3.11. X lý s li u Xanh91 - 100Rất tốt Lục71 -90Tốt Vàng51 -70Trung bình Da cam26 -50Kém Đỏ0 -25Rất kém Màu quy ước trên bản đồ WQIChất lượng
Chuyển từ các giá trị đo sang chỉ số phụ qi bằng các đồ thị lập sẵn. n: số thông số trong WQI qi: chỉ số phụ của thông số thứ i wi: trọng số của thông số thứ i ∏= n 1 w i iqWQI Ch ng 3. Quan tr c môi tr ng n c Ví dụ: Áp dụng NSF-WQI cho số liệu quan trắc CLN sông Hương (2-4/1997) 3.11. X lý s li u 74,375,074,876,580,178,3TB (2-4/97) 73,172,473,175,072,676,37/4-11/4/97 72,872,773,475,075,276,827/3-31/3/97 74,276,475,078,490,880,810/3-14/3/97 77,278,677,677,882,079,524/2-28/2/97 H6 (Bao Vinh) H5 (La ) H4 (Ch Đông Ba) H3 (C u Phú Xuân) H2 (Giã Viên) H1 (V n Niên) Mặt cắt Th i gian