Nghiên cứu chế tạo hệ đo đạc và cảnh báo ô nhiễm môi trường nước tại Đại học Quốc gia Hà Nội

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu chế tạo hệ đo đạc và cảnh báo ô nhiễm môi trường nước, góp phần bảo vệ nguồn nước và nâng cao chất lượng sống.

• Tác giả: Vi Văn Hoàng
• Người hướng dẫn: TS. Phạm Văn Thành
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Vật lý vô tuyến và điện tử
• Đề tài: Nghiên Cứu Chế Tạo Hệ Đo Đạc Và Cảnh Báo Ô Nhiễm Môi Trường Nước
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2017
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU
• BẢNG CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT
• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: NƯỚC VÀ TẦM QUAN TRỌNG CỦA NƯỚC
• 1.1. Các thông số đánh giá chất lượng nước
• 1.1.1. Các thông số vật lý
• 1.1.2. Các thông số hóa học
• 1.2. Thông số độ đục của môi trường nước
• 1.3. Thông số pH của môi trường nước
• 1.4. Thông số nhiệt độ của môi trường nước và các thang đo nhiệt độ
• 1.4.1. Khái niệm
• 1.4.2. Các thang đo nhiệt độ
• 1.5. Thông số độ dẫn của môi trường nước

Tóm tắt

I. Tổng quan về hệ đo đạc và cảnh báo ô nhiễm nước

Hệ đo đạc và cảnh báo ô nhiễm nước là một trong những công cụ quan trọng trong việc bảo vệ nguồn nước. Nước là tài nguyên quý giá, nhưng hiện nay đang phải đối mặt với nhiều vấn đề ô nhiễm nghiêm trọng. Việc phát triển hệ thống giám sát ô nhiễm nước không chỉ giúp theo dõi chất lượng nước mà còn cảnh báo kịp thời cho người dân và các cơ quan chức năng.

1.1. Tầm quan trọng của nước trong đời sống

Nước là nguồn tài nguyên thiết yếu cho sự sống. Nó không chỉ cung cấp nước sinh hoạt mà còn đóng vai trò quan trọng trong sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và y tế. Việc bảo vệ nguồn nước sạch là trách nhiệm của toàn xã hội.

1.2. Các thông số đánh giá chất lượng nước

Để đánh giá chất lượng nước, cần xem xét các thông số như độ đục, pH, độ dẫn điện và nhiệt độ. Những thông số này giúp xác định mức độ ô nhiễm và khả năng sử dụng của nguồn nước.

II. Vấn đề ô nhiễm nước và thách thức hiện nay

Ô nhiễm nước đang trở thành một vấn đề nghiêm trọng trên toàn cầu. Các nguồn ô nhiễm chủ yếu đến từ hoạt động công nghiệp, nông nghiệp và sinh hoạt. Việc phát hiện và xử lý ô nhiễm nước kịp thời là rất cần thiết để bảo vệ sức khỏe cộng đồng.

2.1. Nguyên nhân chính gây ô nhiễm nước

Nguyên nhân chính gây ô nhiễm nước bao gồm chất thải công nghiệp, thuốc trừ sâu, phân bón và rác thải sinh hoạt. Những chất này không chỉ làm giảm chất lượng nước mà còn ảnh hưởng đến sức khỏe con người.

2.2. Tác động của ô nhiễm nước đến sức khỏe

Ô nhiễm nước có thể gây ra nhiều bệnh tật cho con người, từ các bệnh tiêu hóa đến các bệnh nghiêm trọng hơn như ung thư. Việc tiếp xúc với nước ô nhiễm có thể dẫn đến các vấn đề sức khỏe lâu dài.

III. Phương pháp giám sát ô nhiễm nước hiệu quả

Để giám sát ô nhiễm nước hiệu quả, cần áp dụng các công nghệ hiện đại như cảm biến và hệ thống truyền thông. Những công nghệ này giúp thu thập dữ liệu chính xác và kịp thời, từ đó đưa ra các biện pháp xử lý phù hợp.

3.1. Cảm biến đo độ đục và pH

Cảm biến đo độ đục và pH là những thiết bị quan trọng trong hệ thống giám sát nước. Chúng giúp theo dõi chất lượng nước theo thời gian thực và cảnh báo khi có sự thay đổi bất thường.

3.2. Hệ thống truyền thông và cảnh báo

Hệ thống truyền thông giúp gửi thông tin về chất lượng nước đến các cơ quan chức năng và người dân. Khi có sự cố ô nhiễm, hệ thống sẽ tự động gửi cảnh báo qua tin nhắn hoặc email.

IV. Ứng dụng thực tiễn của hệ thống giám sát ô nhiễm nước

Hệ thống giám sát ô nhiễm nước đã được áp dụng tại nhiều địa phương và mang lại hiệu quả cao trong việc bảo vệ nguồn nước. Các kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng công nghệ hiện đại giúp cải thiện chất lượng nước và giảm thiểu ô nhiễm.

4.1. Kết quả nghiên cứu tại các khu vực ô nhiễm

Nghiên cứu cho thấy các khu vực có hệ thống giám sát ô nhiễm nước đã giảm thiểu đáng kể mức độ ô nhiễm. Việc theo dõi liên tục giúp phát hiện sớm các nguồn ô nhiễm và có biện pháp xử lý kịp thời.

4.2. Các mô hình ứng dụng thành công

Nhiều mô hình giám sát ô nhiễm nước đã được triển khai thành công tại các thành phố lớn. Những mô hình này không chỉ giúp cải thiện chất lượng nước mà còn nâng cao nhận thức của cộng đồng về bảo vệ môi trường.

V. Kết luận và tương lai của hệ thống giám sát ô nhiễm nước

Hệ thống giám sát và cảnh báo ô nhiễm nước là một giải pháp cần thiết trong bối cảnh ô nhiễm nước ngày càng gia tăng. Tương lai của hệ thống này phụ thuộc vào việc áp dụng công nghệ mới và sự hợp tác giữa các cơ quan chức năng và cộng đồng.

5.1. Tương lai của công nghệ giám sát nước

Công nghệ giám sát nước sẽ tiếp tục phát triển với sự xuất hiện của các cảm biến thông minh và hệ thống phân tích dữ liệu lớn. Những công nghệ này sẽ giúp nâng cao độ chính xác và hiệu quả trong việc giám sát chất lượng nước.

5.2. Vai trò của cộng đồng trong bảo vệ nguồn nước

Cộng đồng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ nguồn nước. Sự tham gia của người dân trong các hoạt động giám sát và bảo vệ môi trường sẽ góp phần nâng cao hiệu quả của hệ thống giám sát ô nhiễm nước.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Nước là nguồn tài nguyên thiên nhiên thiết yếu, chiếm khoảng 97% nước trên Trái Đất là nước mặn, chỉ 3% là nước ngọt, trong đó hơn 2/3 tồn tại dưới dạng băng ở các cực. Tình trạng ô nhiễm môi trường nước ngày càng nghiêm trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người và các hoạt động sản xuất. Tại Việt Nam, các sông như Tô Lịch, Sét, Lừ đang bị ô nhiễm nghiêm trọng với màu nước đen và mùi hôi thối, đặc biệt ở các khu công nghiệp. Việc theo dõi và kiểm soát chất lượng nước là cấp thiết nhằm bảo vệ nguồn nước sinh hoạt và sản xuất.

Luận văn tập trung nghiên cứu chế tạo hệ đo đạc và cảnh báo ô nhiễm môi trường nước thông qua các thông số quan trọng gồm độ đục, pH, nhiệt độ và độ dẫn điện. Mục tiêu chính là thiết kế hệ thống đo đa thông số có khả năng truyền dữ liệu lên Internet và gửi cảnh báo khi các thông số vượt ngưỡng cho phép. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi môi trường nước tại một số khu vực đô thị, với thời gian thực nghiệm và khảo sát trong năm 2017. Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao hiệu quả giám sát chất lượng nước, hỗ trợ công tác quản lý và bảo vệ môi trường nước tại Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết tán xạ ánh sáng: Ánh sáng khi chiếu qua môi trường nước chứa các hạt lơ lửng sẽ bị tán xạ, cường độ ánh sáng tán xạ tỷ lệ thuận với độ đục của nước. Định luật Rayleigh và Mie được áp dụng để mô tả sự tán xạ ánh sáng theo kích thước hạt so với bước sóng ánh sáng.

• Nguyên lý đo pH bằng điện cực thủy tinh: Điện cực thủy tinh tạo ra suất điện động tỷ lệ với nồng độ ion H+ trong dung dịch, được mô tả bởi công thức Nernst. Độ nhạy của cảm biến pH phụ thuộc tuyến tính vào nhiệt độ.

• Nguyên lý cảm biến nhiệt độ DS18B20: Cảm biến nhiệt độ bán dẫn sử dụng chuẩn giao tiếp 1 dây (1-wire), cho phép đo nhiệt độ chính xác trong khoảng -55 đến 125℃ với độ phân giải đến 12 bit.

• Phương pháp đo độ dẫn điện bằng điện cực tiếp xúc: Độ dẫn điện của nước được đo bằng cách xác định điện trở giữa hai điện cực đặt trong dung dịch, sử dụng dòng điện xoay chiều để tránh hiện tượng điện phân.

Các khái niệm chính bao gồm: độ đục (NTU), pH, nhiệt độ (℃), độ dẫn điện (μS/cm), hằng số tế bào cảm biến độ dẫn, và chuẩn giao tiếp 1-wire.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thu thập từ các mẫu dung dịch chuẩn được pha chế theo tiêu chuẩn quốc tế (Formazin polymer cho độ đục, dung dịch chuẩn pH, mẫu nước thực tế tại các sông đô thị). Cỡ mẫu gồm nhiều mức độ đục từ 0 đến 1000 NTU, pH từ 0 đến 14, nhiệt độ từ 0 đến 100℃ và độ dẫn điện từ 0 đến 2000 ppm TDS.

Phương pháp phân tích sử dụng vi điều khiển Atmega 16 để xử lý tín hiệu từ các cảm biến đo độ đục, pH, nhiệt độ và độ dẫn. Tín hiệu analog được chuyển đổi sang dạng số bằng bộ ADC 10 bit tích hợp trong vi điều khiển. Tần số tín hiệu từ cảm biến độ đục được đo bằng bộ ngắt ICP1. Giao tiếp 1-wire được sử dụng cho cảm biến nhiệt độ DS18B20. Dữ liệu được hiển thị trên màn hình LCD và truyền lên Internet qua module Sim800C sử dụng giao thức GSM/GPRS.

Thời gian nghiên cứu kéo dài trong năm 2017, bao gồm các giai đoạn chuẩn bị mẫu, thiết kế hệ thống, hiệu chuẩn cảm biến, thử nghiệm thực tế và đánh giá kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Độ nhạy và độ chính xác của cảm biến độ đục: Hệ thống đo độ đục sử dụng LED hồng ngoại 860 nm và cảm biến màu TCS3200 cho kết quả tuyến tính cao trong khoảng 0–10 NTU với sai số trung bình dưới 0.1 NTU. Trong khoảng 10–100 NTU, sai số tăng nhẹ do hiện tượng kết tinh hạt, nhưng vẫn duy trì độ chính xác trên 95%. Ở mức độ đục cao 100–1000 NTU, sai số tăng do bội tán ánh sáng, tuy nhiên hệ thống vẫn đo được giá trị gần với chuẩn (ví dụ 300 NTU đo được 299 NTU).

2. Đo pH với điện cực thủy tinh Hanna 1110B: Điện áp đầu ra của bộ khuếch đại tỷ lệ thuận tuyến tính với giá trị pH chuẩn (R² = 0.9997). Độ nhạy cảm biến đạt khoảng 0.1253 V/pH, sai số trung bình dưới 0.05 pH, đáp ứng tiêu chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước sinh hoạt (pH từ 6 đến 8.5).

3. Đo nhiệt độ bằng cảm biến DS18B20: Cảm biến đo chính xác nhiệt độ trong khoảng từ 0 đến 100℃ với độ phân giải ±0.0625℃. Giao tiếp 1-wire giúp giảm thiểu dây dẫn và tăng tính ổn định trong truyền dữ liệu.

4. Đo độ dẫn điện bằng cảm biến 2 điện cực platinum: Độ dẫn điện đo được tỷ lệ thuận với nồng độ TDS chuẩn từ 0 đến 2000 ppm, với sai số dưới 3%. Hệ số chuyển đổi từ EC sang TDS được áp dụng là 0.64, phù hợp với các tiêu chuẩn quốc tế.

Thảo luận kết quả

Kết quả đo độ đục cho thấy hệ thống có độ nhạy cao trong vùng nước sạch và nước có độ đục thấp, phù hợp để giám sát chất lượng nước sinh hoạt. Sai số tăng ở mức độ đục cao do hiện tượng kết tinh hạt và bội tán ánh sáng, điều này tương tự với các nghiên cứu trước đây về cảm biến quang học đo độ đục. Việc sử dụng LED hồng ngoại và cảm biến màu TCS3200 giúp giảm ảnh hưởng của ánh sáng môi trường và tăng độ ổn định.

Đo pH bằng điện cực thủy tinh kết hợp bộ khuếch đại thuật toán cho kết quả chính xác và ổn định, phù hợp với các ứng dụng giám sát môi trường nước. Độ nhạy và tuyến tính cao giúp hệ thống có thể phát hiện nhanh các biến động pH gây ô nhiễm.

Cảm biến nhiệt độ DS18B20 với giao tiếp 1-wire cho phép kết nối nhiều cảm biến trên cùng một đường truyền, thuận tiện cho việc mở rộng hệ thống giám sát đa điểm. Độ chính xác cao và khả năng cảnh báo nhiệt độ vượt ngưỡng giúp nâng cao hiệu quả quản lý môi trường.

Đo độ dẫn điện bằng cảm biến 2 điện cực platinum đơn giản, chi phí thấp nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác cần thiết cho việc đánh giá tổng chất rắn hòa tan (TDS). Việc sử dụng dòng điện xoay chiều giúp giảm hiện tượng điện phân và ăn mòn điện cực, tăng tuổi thọ thiết bị.

Dữ liệu thu thập được có thể trình bày qua các biểu đồ tần số tín hiệu so với độ đục, điện áp so với pH, nhiệt độ đo được theo thời gian và độ dẫn điện so với nồng độ TDS, giúp trực quan hóa và phân tích hiệu quả chất lượng nước.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai hệ thống giám sát nước tự động tại các khu vực đô thị: Lắp đặt hệ đo đa thông số tại các điểm lấy mẫu nước sông, hồ để giám sát liên tục chất lượng nước, giảm thiểu ô nhiễm và cảnh báo kịp thời. Thời gian thực hiện trong 12 tháng, chủ thể là các cơ quan quản lý môi trường.

2. Nâng cấp và mở rộng hệ thống cảm biến: Tích hợp thêm các cảm biến đo các thông số hóa học như COD, BOD để đánh giá toàn diện hơn chất lượng nước. Thời gian nghiên cứu và phát triển 6-9 tháng, do các viện nghiên cứu và trường đại học thực hiện.

3. Phát triển phần mềm quản lý và phân tích dữ liệu trực tuyến: Tối ưu hóa giao diện người dùng, bổ sung chức năng cảnh báo đa kênh (SMS, email, ứng dụng di động) để nâng cao hiệu quả giám sát. Thời gian triển khai 3-6 tháng, do các công ty công nghệ và đơn vị quản lý phối hợp thực hiện.

4. Đào tạo và nâng cao nhận thức cộng đồng: Tổ chức các khóa đào tạo về sử dụng hệ thống đo đạc và ý nghĩa các thông số môi trường nước cho cán bộ quản lý và người dân. Thời gian thực hiện liên tục, chủ thể là các tổ chức phi chính phủ và cơ quan nhà nước.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà nghiên cứu và sinh viên ngành vật lý vô tuyến, điện tử và môi trường: Học hỏi phương pháp thiết kế hệ thống cảm biến đa thông số, ứng dụng vi điều khiển và truyền thông không dây trong giám sát môi trường.

2. Cơ quan quản lý môi trường và các tổ chức bảo vệ nguồn nước: Áp dụng công nghệ đo đạc và cảnh báo ô nhiễm nước để nâng cao hiệu quả quản lý và bảo vệ tài nguyên nước.

3. Doanh nghiệp sản xuất thiết bị cảm biến và hệ thống giám sát môi trường: Tham khảo thiết kế cảm biến, tích hợp hệ thống và giải pháp truyền thông để phát triển sản phẩm mới phù hợp thị trường.

4. Các nhà hoạch định chính sách và chuyên gia tư vấn môi trường: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng các tiêu chuẩn, quy chuẩn kỹ thuật và chính sách quản lý chất lượng nước hiệu quả hơn.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ thống đo đạc có thể áp dụng cho loại nước nào?
   Hệ thống được thiết kế để đo các thông số trong nước ngọt, nước sinh hoạt và nước mặt tại các khu vực đô thị. Với điều chỉnh phù hợp, có thể áp dụng cho nước thải và nước biển.

2. Độ chính xác của các cảm biến đo được đảm bảo như thế nào?
   Các cảm biến được hiệu chuẩn bằng dung dịch chuẩn quốc tế, sai số đo độ đục dưới 0.1 NTU trong vùng nước sạch, sai số pH dưới 0.05 pH, nhiệt độ ±0.0625℃ và độ dẫn điện sai số dưới 3%.

3. Hệ thống có khả năng cảnh báo khi nào?
   Khi một hoặc nhiều thông số vượt ngưỡng cho phép theo quy chuẩn quốc gia, hệ thống sẽ tự động gửi tin nhắn cảnh báo đến số điện thoại đã đăng ký, giúp kịp thời xử lý sự cố ô nhiễm.

4. Dữ liệu đo đạc được lưu trữ và truy cập như thế nào?
   Dữ liệu được truyền qua module Sim800C lên nền tảng lưu trữ trực tuyến thingspeak.com, người dùng có thể truy cập và theo dõi dữ liệu thời gian thực qua Internet.

5. Hệ thống có thể mở rộng để đo thêm các thông số khác không?
   Có, hệ thống sử dụng vi điều khiển Atmega 16 có khả năng mở rộng với các cảm biến khác như COD, BOD, DO, giúp đánh giá toàn diện hơn chất lượng nước.

Kết luận

• Nghiên cứu đã thành công trong việc thiết kế và chế tạo hệ thống đo đạc đa thông số môi trường nước gồm độ đục, pH, nhiệt độ và độ dẫn điện với độ chính xác cao và ổn định.
• Hệ thống tích hợp vi điều khiển Atmega 16 và module truyền thông Sim800C cho phép truyền dữ liệu lên Internet và gửi cảnh báo tự động khi có thông số vượt chuẩn.
• Kết quả thực nghiệm với các mẫu chuẩn và mẫu thực tế cho thấy hệ thống đáp ứng tốt yêu cầu giám sát chất lượng nước sinh hoạt và môi trường.
• Đề xuất triển khai hệ thống giám sát tự động tại các khu vực đô thị và mở rộng nghiên cứu các thông số khác để nâng cao hiệu quả quản lý nguồn nước.
• Các bước tiếp theo bao gồm hoàn thiện phần mềm quản lý dữ liệu, đào tạo người sử dụng và phối hợp với các cơ quan quản lý để ứng dụng thực tế.

Hành động ngay hôm nay để bảo vệ nguồn nước sạch cho tương lai bền vững!

Trích đoạn nội dung tài liệu

LỜI MỞ ĐẦU Nƣớc là một nguồn tài nguyên thiên nhiên vô cùng quan trọng đối với con ngƣời,sinh vật. Ngoài những ứng dụng của nó trong đời sống sinh hoạt thƣờng ngày, nƣớccòn có ý nghĩa rất to lớn trong nhiều lĩnh vực khác nhau nhƣ: giao thông, xây dựng, y tế, sản xuất … Theo hiến chƣơng châu Âu về nƣớc đã định nghĩa: "Ô nhiễm nƣớc là sự biến đổi nói chung do con ngƣời đối với chất lƣợng nƣớc, làm nhiễm bẩn nƣớc và gây nguy hiểm cho con ngƣời, cho công nghiệp, nông nghiệp, cho động vật nuôi và các loài hoang dã". Hiện nay ô nhiễm nguồn nƣớc là một vấn đề rất cấp bách mà con ngƣời đang phải đối mặt. Do vậy việc tìm ra nguyên nhân và biện pháp ngăn chặn việc ô nhiễm nguồn nƣớc đang đƣợc rất nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm.

Đã có rất nhiều công trìnhnghiên cứu và các dựán ứng dụng khoa học giải quyết vấn đề ô nhiễm nguồn nƣớc và xử lý nƣớc thải ra đời. Trong đó, đề tài nghiên cứu hệ đo đạc các thông số của môi trƣờng nƣớc bao gồm độ đục, độ màu, pH, độ dẫn, nhiệt độ,…nhằm mục đíchtheo dõi, đánh giá và kiểm soát chất lƣợng nƣớc là một đề tài quan trọng trong việc đánh giá và bảo vệ nguồn nƣớc. Vì vậy, tôi chọn đề tài: “Nghiên cứu chế tạo hệ đo đạc và cảnh báo ô nhiễm môi trƣờng nƣớc” làm đề tài bảo vệ luận văn thạc sĩ của mình. Luận văn tập trung nghiên cứu về các thông số của nƣớc nhƣ: Độ đục, độ dẫn, pH, nhiệt độ.Sau đó tìm hiểu nghiên cứu chế tạo các hệ đo các thông số này trong môi trƣờng nƣớc và kết nối với Module truyền thông (Module Sim800c) để truyền dữ liệu lên Internet.Đặc biệt hệ thống có khả năng gửi tin nhắn cảnh báo tới một số điện thoại khi có một hoặc nhiều thông số vƣợt chuẩn.

Nội dung chính của luận văn gồm 3 chƣơng: Chƣơng 1: Tổng quan Chƣơng 2: Nguyên lý đo các loại cảm biến và vi xử lý ATmega 16 Chƣơng 3: Thiết kế hệ đo đạc và khảo sát hệ thống 1 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] CHƢƠNG 1. Nƣớc và tầm quan trọng của nƣớc Nƣớc là một hợp chất hóa học của oxy và hidro, có công thức hóa học là H2O.Với các tính chất lý hóa đặc biệt (ví dụ nhƣ tính lƣỡng cực, liên kết hiđrô và tính bất thƣờng của khối lƣợng riêng) nƣớc là một chất rất quan trọng trong nhiều ngành khoa học và trong đời sống [14]. Nƣớc là thành phần quan trọng đối với cơ thể con ngƣời: Nƣớc vận chuyển chất dinh dƣỡng và ôxy nuôi dƣỡng mọi bộ phận; là dung môi hòa tan các chất, duy trì nhiệt độ trung bình, tham gia quá trình hấp thu và chuyển hóa thức ăn thành năng lƣợng để cung cấp cho mọi hoạt động của cơ thể,… Nƣớc dùng cho nhu c ầu sản xuất công nghiệp rất lớn nhƣ tạo ra điện năng (nhà máy thủy điện Hòa bình, thủy điện Sơn La,…), dùng để làm nguội các động cơ, làm quay các tubin, là dung môi làm tan các hóa chất màu và các phản ứng hóa học. Nƣớc đóng vai trò quan trọng không thể thiếu trong nền sản xuất nông nghiệp lúa nƣớc, nuôi trồng và khai thác thủy sản,… Do đó nƣớc có sức ảnh hƣởng to lớn đối với đời sống của con ngƣời và là thành phần quan trọng không thể thiếu của tất cả các ngành nghề, lĩnh vực trong cuộc sống.

97% nƣớc trên Trái Đất là nƣớc muối, chỉ 3% còn lại là nƣớc ngọt nhƣng hơn 2/3 lƣợng nƣớc này tồn tại ở dạng sông băng và các mũ băng ở các cực [20]. Phần còn lại không đóng băng đƣợc tìm thấy chủ yếu ở dạng nƣớc ngầm, và chỉ một tỷ lệ nhỏ tồn tại trên mặt đất và trong không khí [40]. Tình trạng ô nhiễm môi trƣờng nƣớc ngày càng nghiêm trọng không chỉ ở Việt Nam mà còn xảy ra ở tất cả các quốc gia trên toàn thế giới. Nhƣ tình trạng ô nhiễm trên bờ biển Barrow ở Alaska, hồ Taihu của tỉnh Giang Tô Trung Quốc, sông Hằng ở Ấn Độ.

Ở Vệt Nam các sông nhƣ sông Tô Lịch, sông Sét, sông Lừ có màu đen và hôi thối, đặc biệt là khu công nghiệp Biên Hòa, Đồng Nai tạo ra nguồn nƣớc thải công nghiệp và sinh hoạt rất lớn làm nhiễm bẩn các sông ngòi và vùng phụ cận. Nƣớc dùng trong sinh hoạt của dân cƣ càng ngày càng tăng nhanh do dân số và đô thị. Nƣớc ngầm cũng bị ô nhiễm nghiêm trọng cùng với sự ô nhiễm nƣớc sông hồ. Việc khai thác tràn lan nƣớc ngầm làm cho hiện tƣợng nhiễm mặn xảy ra ở những vùng ven biển Thái Bình, sông Cửu Long,… 2 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Hình 1: Nguồn nƣớc trên trái đất 1.

Các thông số đánh giá chất lƣợng nƣớc Các thông số vật lý Các thông số vật lý để đánh giá chất lƣợng nƣớc gồm: Độ đục, Màu sắc, Nhiệt độ, pH, Tổng hàm chất lƣợng rắn (TS), Tổng hàm chất lƣợng rắn lơ lửng (SS), Tổng hàm chất lƣợng rắn hòa tan (DS), Tổng hàm lƣợng các chất dễ bay hơi (VS) [4]. Các thông số hóa học [4] Các thông số hóa họcđể đánh giá chất lƣợng nƣớc gồm: Độ kiềm toàn phần, Độ cứng của nƣớc, Hàm lƣợng oxygen hòa tan (DO), Nhu cầu oxygen hóa học (COD), Nhu cầu oxygen sinh hóa (BOD), Một số thông số hóa học khác trong nƣớc (chì (Pb), sắt, nhôm, mangan, các hợp chất clorua, các hợp chất sunfat, hợp chất nitơ, khí hòa tan, hàm lƣợng Asen, thuốc bảo vệ thực vật, chất hoạt động bề mặt),… Trong khuôn khổ bài luận văn này, tôi tập trung nghiên cứu về một số thông số quan trọng của môi trƣờng nƣớc là độ đục, pH, nhiệt độ và độ dẫn. Thông số độ đục của môi trƣờng nƣớc Độ đục dùng để chỉ hiện tƣợng đục của môi trƣờng chất lỏng và đƣợc định lƣợng bởi cƣờng độ ánh sáng bị tán xạ bởi các hạt lơ lửng trong môi trƣờng [22]. Nhằm mục đích kiểm định chất lƣợng nƣớc, hiệp hội AWWA (American Water Works Association) đã định nghĩa độ đục nhƣ một phép đo không đặc hiệu của một số hạt vật liệu không tan đƣợc có trong nƣớc, bao gồm đất sét, bùn, tảo, 3 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] các hợp chất hữu cơ và các chất vô cơ khác [31].

Phép đo độ đục không đo trực tiếp nồng độ các hạt lơ lƣởng trong nƣớc mà đo sự tán xạ ánh sáng gây ra bởi các hạt đó. Các phép đo phổ biến nhất cho độ đục ở Hoa Kỳ sử dụng thang đo độ đục với đơn vị đo độ đục khuếch tán NTU (Nephelometric Turbidity Units). Quy trình nhƣ sau: Chiếu một chùm sáng vào một mẫu chất lỏng và đo cƣờng độ ánh sáng bị tán xạ ở 900 so với chùm tia tới [25]. Nếu có nhiều ánh sáng tiếp xúc với thiết bị thu tín hiệu (detector) thì sẽ có nhiều hạt nhỏ tán xạ các chùm tia nguồn, tƣơng tự, ít ánh sáng đến các detector có nghĩa là có ít hạt hơn.

Đơn vị đo độ đục NTU đƣợc sử dụng để đáp ứng với tiêu chí thiết kế EPA. Lƣợng ánh sáng tán xạ ảnh hƣởng bởi nhiều khía cạnh của các hạt nhƣ màu sắc, hình dạng và phản xạ. Vì thế, thực tế các hạt nặng hơn có thể gải quyết một cách nhanh chóng và có thể không góp phần vào việc đọc độ đục. Mối quan hệ giữa độ đục, tổng chất rắn lơ lửng (TSS) có thể thay đổi tùy thuộc vào vị trí mà ta thu nhập mẫu thử.

Mắt ngƣời có thể phát hiện mức độ đục khoảng dƣới mức 5 hoặc 10 NTU. Mẫu nƣớc với độ đục thấp hơn mức này có thể nhận biết bằng mắt ngƣời, tuy nhiên những mẫu nƣớc nhƣ vậy vẫn có thể chứa một nồng độ của các hạt keo tụ làm giảm hiệu quả khử trùng nƣớc và có thể mang một lƣợng chất gây ô nhiễm hoặc các chất rắn này còn là nơi cƣ trú của các vi khuẩn gây bệnh và ảnh hƣởng nghiêm trọng đến sức khỏe của con ngƣời [32]. Hình 2: Hình ảnh minh họa cho độ đục của dung dịch Ngoài NTU còn có một số thang đo độ đục khác nhƣ: Đơn vị đo độ đục Formazin khuếch tán FNU (Formazin Nephelometric Units), Đơn vị đo độ đục Formazin FTU (Formazin Turbidity Units), Đơn vịpha loãng Formazin FAU (Formazin Attenuation Units) [3]. Trong đó: 1 NTU = 1 FNU = 1 FTU = 1 FAU.

NTU = 1 đơn vị độ đục = 1mg Si𝑂2 / 1L nƣớc cất [3]. 4 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] Ở Việt Nam, theo thông tƣ ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng nƣớc sinh hoạt QCVN 02:2009/BYT ngày 17/06/2009 quy định tiêu chuẩn nƣớc sinh hoạt phải có độ đục dƣới 5 NTU. Thông số pH của môi trƣờng nƣớc pH là chỉ số đo độ hoạt động (hoạt độ) của các ion hiđrô (H+) trong dung dịch và vì vậy là độ axít hay bazơ của nó. Trong các hệ dung dịch nƣớc, hoạt độ của ion hiđrô đƣợc quyết định bởi hằng số điện ly của nƣớc (Kw = 1,008 × 10−14 ở 25 °C) và tƣơng tác với các ion khác có trong dung dịch.

Do hằng số điện ly này nên một dung dịch trung hòa (hoạt độ của các ion hiđrô cân bằng với hoạt độ của các ion hiđrôxít) có pH xấp xỉ 7. Các dung dịch nƣớc có giá trị pH nhỏ hơn 7 đƣợc coi là có tính axít, trong khi các giá trị pH lớn hơn 7 đƣợc coi là có tính kiềm [15]. pH có vai trò quan trọng trong hầu hết các quá trình của lĩnh vực kỹ thuật môi trƣờng, cấp nƣớc, kiểm định chất lƣợng nƣớc và xử lý nƣớc thải. Công thức để tính pH là [15]: pH = −𝑙𝑜𝑔10 [𝐻+] (1) Giá trị pH đƣợc thể hiện theo thang đo 0 - 14 nhƣ sau: Hình 3: Thang đo pH từ 0 đến 14 [8].

Ở Việt Nam, theo thông tƣ ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng nƣớc sinh hoạt QCVN 02:2009/BYT ngày 17/06/2009 quy định tiêu chuẩn nƣớc sinh hoạt phải có pH trong khoảng từ 6. Thông số nhiệt độ của môi trƣờng nƣớc và các thang đo nhiệt độ Khái niệm Nhiệt độ là đại lƣợng vật lý đặc trƣng cho sựnóng, lạnh của một vật hoặc hệ vật trong hệ quy chiếu đƣợc chọn. Trong môi trƣờng nƣớc, nhiệt độảnh hƣởng khá 5 TIEU LUAN MOI download : [e-mail] nhiều đến độ đục, pH, độ cứng, độ màu và các quá trình sinh hóa… của nƣớc.Vậy nên, việc xác định nhiệt độ của mẫu nƣớc là rất cần thiết [11]. Các thang đo nhiệt độ [11] Để đo nhiệt độ của một vật (hệ vật) trong vật lí phải xây dựng một thang đo chuẩn chung gọi là các thang nhiệt giai.

Các thang nhiệt giai hay dùng: a.