Chỉ số chất lượng nước của tổ chức vệ sinh quốc gia Mỹ (NSF-WQI)

Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 06MT
MỤC LỤC
Nội dung Trang
1.Ý nghĩa của việc đánh giá hiện trạng chất lượng nước qua chỉ số chất lượng nước .................2
2. Chỉ số chất lượng nước NSF – WQI..........................................................................................5
3. Phương pháp tính toán................................................................................................................6
3.1 Giai đoạn 1: Lựa chọn các thông số CLN quyết định (X
i
).......................................................6
3.2 Giai đoạn 2: Xác định phần trọng lượng đóng góp của mỗi thông số quyết định(wi).............8
3.3 Giai đoạn 3: Chuyển các giá trị đo của các thông số quyết định (xi) thành các chỉ số phụ (qi)
để quy chúng về một thang điểm chung từ 1-100..........................................................................8
3.4 Giai đoạn 4: Tính toán WQI bằng các công thức tập hợp......................................................10
4. Ví dụ.........................................................................................................................................12
5. Mô hình hóa kết quả.................................................................................................................17
Tài liệu tham khảo........................................................................................................................19
Nhóm Smiles Trang 1
Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 06MT
1. Ý nghĩa của việc đánh giá hiện trạng chất lượng nước qua chỉ số chất lượng
nước:
Hiện nay, ở Việt Nam và nhiều quốc gia trên thế giới, để đánh giá chất lượng nước (CLN), ô
nhiễm nước sông, kênh rạch, ao đầm…người ta thường dựa vào việc phân tích các thông số
CLN riêng biệt, sau đó so sánh từng thông số đó với giá trị giới hạn được quy định trong các quy
chuẩn, tiêu chuẩn Quốc gia hoặc tiêu chuẩn Quốc tế. Tuy nhiên, cách làm truyền thống này có
rất nhiều điểm hạn chế như sau:
• Khi đánh giá CLN qua nhiều thông số riêng biệt sẽ không nói lên diễn biến CLN tổng
quát của một con sông ( hay đoạn sông) và do vậy khó so sánh CLN từng vùng của một con
sông, so sánh CLN của con sông này với con sông khác, CLN thời gian này với thời gian khác
(theo tháng, theo mùa), CLN hiện tại so với tương lai… Vì thế, sẽ gây khó khăn cho công tác
giám sát diễn biễn CLN, khó đánh giá hiệu quả đầu tư để bảo vệ nguồn nước và kiểm soát ô
nhiễm nước…

• Khi đánh giá qua các thông số CLN riêng biệt, chỉ các nhà khoa học hoặc nhà chuyên
môn mới hiểu được, do đó, khó thông tin về CLN cho cộng đồng và các cơ quan quản lý Nhà
nước, các nhà lãnh đạo để ra các quyết định phù hợp về bảo vệ và khai thác nguồn nước…
Để khắc phục các khó khăn trên, cần phải có một hoặc hệ thống chỉ số cho phép lượng hóa
được CLN ( nghĩa là biểu diễn CLN theo một thang điểm thống nhất), có khả năng mô tả tác
động tổng hợp của nồng độ nhiều thành phần hóa – lý - sinh trong nguồn nước. Một trong
những chỉ số đó là chỉ số chất lượng nước ( Water Quality Index – WQI).
Bộ chỉ số chuẩn CLN (Water Quality Index – WQI) về cơ bản là phương tiện toán học để tính
toán một giá trị riêng lẻ từ kết quả một số thí nghiệm. Kết quả chỉ số biểu hiện CLN của một lưu
vực nhất định như hồ, sông hoặc suối. WQI được đề xuất đầu tiên ở Mỹ vào những năm 70 và
hiện vẫn đang được áp dụng rộng rãi ở nhiều bang. Hiện nay, mô hình WQI đã được triển khai
nghiên cứu áp dụng ở nhiều quốc gia như Ấn Độ, Canada, Chilê, Anh, Đài Loan, Úc,
Malaysia… và ngay tại Việt Nam trong những năm gần đây cũng đã có nhiều nghiên cứu về vấn
đề này. Một trong những bộ chỉ số WQI nổi tiếng, được áp dụng phổ biến nhất trên thế giới là
bộ chỉ số WQI – NSF.
Nhóm Smiles Trang 2
Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 06MT
2. Chỉ số chất lượng nước NSF – WQI:
Chỉ số CLN của Quỹ vệ sinh Quốc gia Mỹ NSF (National Sanitation Foundation – Water
Quality Index) là một trong những chỉ số CLN nổi tiếng và được sử dụng phổ biến nhất, được
xây dựng năm 1970 như là “một công cụ để truyền thông thông tin về chất lượng nước đến cộng
đồng và các nhà ban hành luật”. NSF – WQI là kiểu chỉ số CLN tổng quát, chung cho các mục
đích sử dụng.
NSF – WQI được xây dựng bằng cách sử dụng kỹ thuật Delphi của tập đoàn Rand. Mục đích
của phương pháp này là thu nhận và tổng hợp ý kiến của một số đông các chuyên gia khắp nước
Mỹ (142 người) về khía cạnh quản lý chất lượng nước nhằm tránh những vấn đề do quan điểm
chủ quan và sự khác nhau giữa các địa phương.
Một chuỗi gồm 3 dạng câu hỏi được chuyển đến những thành viên của nhóm chuyên gia này.
Trong bảng câu hỏi 1, nhóm chuyên gia được yêu cầu xem xét 35 thông số chất lượng nước khi
tính WQI (Bảng 1). Họ được phép thêm bất cứ thông số nào mà họ thấy cần thiết trong WQI vào

danh sách . Sau đó, họ được yêu cầu chỉ rõ mỗi thông số như sau:
• Không tính đến (do not include)
• Không quyết định (undecided)
• Tính đến (include)
Nhóm chuyên gia này cũng được hỏi về tỷ lệ mỗi thông số được tính đến theo mức độ quan
trọng của nó đến chất lượng nước toàn diện (trọng lượng đóng góp). Tỷ lệ này được xét trên 1
thang đo chạy từ 1 (mức độ quan trọng cao nhất) đến 5 (mức độ quan trọng thấp nhất).
Sau khi nhóm chuyên gia trả lời các câu hỏi ở bảng câu hỏi số 1, kết quả sẽ được lập bảng và
gửi lại
để họ xem xét cùng với phiếu bảng câu hỏi số 2. Trong bảng câu hỏi số 2, mỗi thành viên
được yêu cầu xem xét lại tỷ lệ ban đầu và thay đổi câu trả lời nếu muốn .Họ bị bắt buộc ghi các
câu trả lời cho mỗi thông số và so sánh câu trả lời của họ với toàn bộ các thành viên khác trong
nhóm . Sau khi nhận được kết quả từ bảng câu hỏi số 2, 9 thông số quan trọng nhất được xác
định đó là DO, Fecal Coliorm, pH, BOD
5
, NO
3,
PO
4
3-
, nhiệt độ, độ đục và tổng chất rắn ( TS)
với các trọng số tương ứng. Các trọng số đặt tiêu điểm là sức khỏe cộng đồng dựa trên mục đích
sử dụng nước của con người.
Nhóm Smiles Trang 3
Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 06MT
Ở bảng câu hỏi số 3 , các thành viên được yêu cầu xây dựng một đồ thị cho mỗi thông số
được tính trong WQI (Ott, 1978). Các mức độ của chất lượng nước từ 0 – 100 được đặt ở trục
tung, các giá trị khác ( hay nồng độ) được đặt ở trục hoành. Mỗi thành viên được yêu cầu vẽ một
đường cong trên biểu đồ, biểu diễn chất lượng nước qua giá trị mỗi thông số ô nhiễm. Tổng hợp
những mối quan hệ đó gọi là “sự phụ thuộc hàm” hay “hàm đường cong”

Việc khảo sát để tính trị số trung bình các đường cong từ các thành viên để đưa ra một bộ
“đường cong trung bình”, một đường cong cho mỗi thông số ô nhiễm .
Bảng 1: Các thông số được đưa ra trong bảng câu hỏi 1 (Nguồn: Ott,1978, trang 203)
Oxy hòa tan (DO) Dầu và mỡ
Trực khuẩn phân (Fecal coliform) Độ đục
pH Cl
-
Nhu cầu ô xy sinh hóa 5 ngày (BOD
5
) Kiềm
Sắt
Coliform organisms Màu sắc
Thuốc diệt cỏ Mn
2+
Nhiệt độ F
-
Thuốc diệt côn trùng, chuột.. Cu
2+
PO
4
3-
SO
4
2-
NO
3
-
Ca
2+
Chất rắn hòa tan (DS) Độ cứng

Sự phóng xạ Na
+
và K
+
Phenols Tính acid
Nhu cầu ôxy hóa học (COD) HCO
3
-
Carbon Chloroform extract Mg
2+
NH
4
+
Al
3+
Tổng hàm lượng chất rắn (TS) Si
2+
Bảng 2: Nghề nghiệp của những người tham gia trả lời các bảng câu hỏi về WQI của NSF
Viên chức nhà nước (Liên bang, liên tiểu
bang, tiểu bang, lãnh thổ, và khu vực)
101
Quản lý cộng đồng địa phương 5
Kỹ sư cố vấn 6
Nhà Nghiên cứu 26
Khác (Kỹ sư kiểm soát chất thải công
nghiệp và đại diện cho các tổ chức chuyên
môn)
4
Tổng cộng 142
Nhóm Smiles Trang 4

Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 06MT
( Ott,1978, trang 203)
Tóm lại, các công việc phải làm trong tính toán NSF_WQI bao gồm:
- Lựa chọn ra các thông số CLN quyết định (X
i
).
- Xác lập phần trọng lượng đóng góp của từng thông số (w
i
)
- Tiến hành xây dựng các đồ thị chuyển đổi từ các giá trị xi (giá trị đo được của thông số
X
i
) sang chỉ số phụ (I
i
).
- Tính toán WQI bằng các công thức tập hợp
Nhóm Smiles Trang 5
Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 06MT
3. Phương pháp tính toán:
4 giai đoạn cơ bản để xây dựng WQI. Quá trình xây dựng WQI có thể được mô tả theo sơ đồ:
3.1 Giai đoạn 1: Lựa chọn các thông số CLN quyết định (X
i
):
Một số ít các thông số quyết định (hay thông số lựa chọn) được chon ra từ nhiều thông số CLN
để tính vào WQI. Từ kết quả các phiếu câu hỏi điều tra các chuyên gia, 9 trong 35 thông số CLN
được lựa chọn bao gồm:
• Thông số vật lý: thay đổi nhiệt độ, độ đục, tổng chất rắn.
• Thông số hóa học: pH, BOD
5
, DO, NO

3
-
, PO
4
3-
.
• Thông số vi sinh: Fecal Coliform.
Nhóm Smiles Trang 6
X
1
, w
1
X
2
, w
2
X
n
, w
n
I
1
= f( x
1
)
I
2
= f( x
2
)

I
n
= f( x
n
)
I
1
, w
1
I
2
, w
2
I
n
, w
n
WQI = f(I
1
, I
2
...w
1
, w
2
...)
Chỉ số chất lượng nước của Tổ chức vệ sinh Quốc gia Mỹ (NSF-WQI) 06MT
Bảng 3 : Các thông số chọn lọc trong tính toán NSF-WQI
Nhu cầu oxy
hóa sinh

(BOD)
Là số đo lượng thức ăn của vi khuẩn có trong nước. Vi khuẩn sử dụng chất hữu
cơ để hô hấp và lấy oxy từ nước. Xét nghiệm BOD cho ta biết khái quát trong nước
có bao nhiêu chất thải có thể phân hủy.
Oxy hòa tan
(DO)
Là lượng oxy cần cho cá, động vật không xương sống và tất cả động vật sống
dưới nước. Khi mức oxy hòa tan hạ thấp thì đó là dấu hiệu nước có thể bị ô nhiễm.
Trực khuẩn
phân (Fecal
coliform)
Trực khuẩn phân là một dạng vi khuẩn trong phân người và động vật
Nitrate(NO
3
-
) Nitrate là số đo một dạng nitrogen oxy hóa và là chất dinh dưỡng cần thiết trong
môi trường nước.
pH Mức pH là số đo hàm lượng acid trong nước. Hầu hết các dạng sống dưới nước
đều có xu hướng nhạy cảm đối với pH. Nước chứa nhiều chất bẩn hữu cơ thì
thường ít nhiều chua phèn.
Thay đổi nhiệt
độ (delta T)
Delta T ảnh hưởng trực tiếp đến các đặc trưng tự nhiên và hóa sinh của dòng
sông. Người ta dùng cùng một nhiệt kế để lại nhiệt độ nước tại địa điểm thí nghiệm
và tại vị trí tương tự cách đó một dặm về hướng thượng nguồn.
Tổng chất rắn
(TS)
Là số đo toàn bộ các chất rắn tồn tại trong nước. Nồng độ chất rắn quá cao hoặc
quá thấp có thể hạn chế sự tăng trưởng của nhiều dạng vi sinh vật sống trong môi
trường nước và thậm chí giết chết chúng.

Phosphate
(PO
4
3-
)
Là hợp chất hóa học được cấu tạo từ các nguyên tố Photpho và oxy. Phosphate
cần cho thực vật và động vật. Nồng độ Phosphate cao có thể là dấu hiệu của hiện
tượng phú dưỡng hóa.
Độ đục Là số đo dộ tán sắc ánh sáng trong cột nước do các chất lơ lửng trong nước. Độ
vẩn đục càng cao thì nước càng đục. Nếu nước quá đục thì nó mất khả năng nuôi
dưỡng cuộc sống đối với nhiều thực vật và sinh vật dưới nước.
3.2 Giai đoạn 2: Xác định phần trọng lượng đóng góp của mỗi thông số quyết
định(wi).
Nhóm Smiles Trang 7