نشریه شماره ۴۸۱
آلودگی آب پدیدهای است که در آن کیفیت شیمیایی، فیزیکی و زیستی آبهای طبیعی به واسطه تخلیه مواد زاید مثل فاضلابهای بهداشتی، روانابهای شهری، پسابهای صنعتی، کشاورزی و دامداری و دیگر مواد زاید فعالیتهای صنعتی، شهری و کشاورزی تغییر میکند. این آلایندهها آثار منفی زیادی بر محیط زیست و زندگی انسانها داشته و احیای زیست نیازمند صرف وقت، هزینه و تلاش فراوانی است. محدودیت منابع آب، ارزان بودن قیمت آب، عدم مدیریت صحیح کشاورزی، قدمت فرایندهای صنعتی و آلوده سازی آنها و نبود یا ناکارایی سامانههای کنترل بر آلودگی آب از جمله عواملی است که ضرورت توجه بیشتر به تهیه نشریه شماره ۴۸۱ (راهنمای مطالعات ظرفیت خودپالایی رودخانهها) را ایجاب میکند.
اهداف نشریه شماره ۴۸۱
هدف از تهیه نشریه شماره ۴۸۱، ارائه اطلاعات کلی جهت مطالعات ظرفیت خودپالایی رودخانهها و برنامهریزی تدوین یک استراتژی علمی به عنوان TMDL برای اصلاح کیفیت آب، رفع تهدیدات و مخاطرات و بهسازی کیفیت آب رودخانهها است. اکسیژن خواهی بیوشیمیایی(BOD) زیاد، اکسیژن محلول کم DO و مواد مغذی و پدیده تغذیه گرایی موجب افت کیفیت آب رودخانه شده است.
دامنه کاربرد نشریه شماره ۴۸۱
دامنه کاربرد نشریه شماره ۴۸۱، سطح میانه مطالعات ظرفیت بارگذاری و تدوین TMDL است و ظرفیت بارگذاری مواد سمی، پاتوژنها و رسوبات را در بر نمیگیرد.
ظرفیت خودپالایی و فرایند TMDL
در فرهنگ متداول امروزی در زمینه ظرفیت خودپالایی رودخانه، ظرفیت بارگذاری LC یا حداکثر بار کل روزانه TMDL بیشترین مقدار بارگذاری آلاینده قابل تحمل توسط یک رودخانه است به شرط آن که استانداردهای کیفیت آب رعایت شود. سهم بندی بار مواد زاید (WLA) بخشی از حداکثر بار کل روزانه است و به یک منبع آلودگی نقطهای فعلی یا آتی تخصیص داده میشود. سهم بندی بار (LA) درصدی از حداکثر بار کل روزانه است که به یک منبع آلودگی غیرنقطهای فعلی یا آتی تخصیص داده میشود. مجموع سهم بندی بار مواد زاید برای منابع نقطهای (WLA) و سهم بندی بار برای منابع غیرنقطهای (LA) به اضافه حاشیه ایمنی (MOS)، معادل TMDL است.
شناخت رابطه علت معلولی بین کیفیت آب رودخانه و بارگذاری مواد زاید از اولین اقدامات مورد نیاز برای تعیین توان خودپالایی یک رودخانه است. در مطالعات ظرفیت خودپالایی و TMDL اطلاعات کمی مورد نیاز برای کمک به مدیران در تصمیمگیریهای مربوط به مدیریت کیفیت آب با استفاده از دادههای برداشت شده از منطقه تحت بررسی و مدل سازی فرایندها تامین میشود.
در فعالیتهای مدل سازی، روابط مربوط به فرایندها به همدیگر مرتبط میشوند تا بتوان رابطه علت و معلولی بین بار آلاینده ورودی به رودخانه و تغییرات حاصل از کیفیت آب را تعیین کرد. سپس از این رابطه میتوان میزان تصفیه بهینه و مطلوب و از لحاظ اقتصادی مقرون به صرفه را برای دستیابی به استانداردها و معیارهای کیفیت آب مشخص کرد.
طبقه بندی آب رودخانهها، معیارها و استانداردهای کیفیت آب و مقررات تخلیه پساب
کیفیت نازل آب میتواند آثار منفی بر حیات آبی، مصارف و تقاضاهای شرب، تفریحی، کشاورزی و صنعتی داشته باشد. مقررات کیفیت آب به صورت معیارها و استانداردهای کیفیت آب برای غلظت عوامل مهم در محیط آبی و به صورت استانداردهای پساب توصیف میشوند. استانداردهای پساب به صورت محدودیتهای تخلیه جرم آلایندهها به منابع آب هستند. شرایط کیفی آب بر زیبایی محیط و در قانون گذاریها مد نظر قرار میگیرند.
طبقه بندی آب رودخانهها
رودخانهها را میتوان بر اساس نوع کاربری فعلی یا آتی آنها طبقه بندی کرد. آب رودخانه میتواند کاربریهای مختلفی از جمله شرب، کشاورزی، صنعتی، تفریحی و غیره داشته باشد. آب شرب، آبی است که به طور مستقیم مورد استفاده انسان قرار میگیرد و باید علاوه بر این که سلامتی انسان را به خطر نیندازد، برای مصرف کننده گوارا، یعنی عاری از رنگ، بو و مزه، و زلال یعنی بدون وجود ذرات ریز و درشت باشد. در عین حال این امر بدین معنی نیست که کیفیت مورد نظر برای آب رودخانه با کاربری شرب همان کیفیت آب شرب موجود در شبکه توزیع آب شهری باشد. بلکه باید از یک سری الزامات کمی و کیفی تبعیت کند که برای هر شهری با توجه به نوع فرایندهای تصفیه آب متفاوت است. در آب کشاورزی باید غلظت بعضی از یونها مانند کلراید، سدیم، پتاسیم در محدوده خاصی باشد. کیفیت آب با کاربری صنعتی، تابع نوع صنعت است که متناسب با آن غلظت بعضی از مواد شیمیایی محدود میشود.
معیارهای کیفیت آب
معیارهای کیفیت آب، میزانی از غلظت یک آلاینده مشخص، ویژگیهای کیفی آب و یا توصیفی از شرایط توده آبی است که ارضای آنها، کاربری تعیین شده آب را ممکن میسازد. معیار میتواند غلظتی باشد که در صورت عدم تخطی از آن، حیات آبزیان، سلامت انسان و در برخی موارد حیات وحش و به طور کلی کاربری تعیین شده با ایمنی زیادی حفظ میشود. معیارهای کیفیت آب به طور عام و برای شرایط ویژه تدوین میشوند. معیار کیفیت به صورت یک عبارت توصیفی، شرایط مطلوب را بیان میکند. اساس استخراج و تدوین استانداردها به صورت عددی بیان میشود.
سه گروه اصلی برای معیار کیفیت آب وجود دارد.
- معیارها برای حفظ سلامتی انسان
- معیارها برای حفظ حیات آبزیان
- معیارها برای حفظ حیات وحش
استانداردهای کیفیت آب
مدیریت کارای منابع آب، به ویژه در چارچوب مدیریت استراتژیک جامع، مستلزم سنجش عملکردها و اقدامات در مقابل استانداردهای قابل قبول و تدوین معیارهایی جهت ارزیابی و پایش تحقق استانداردها است. استانداردهای کیفیت آب با مشخص کردن کاربری های تودههای آب، تدوین ضوابط حفظ کاربریها و ایجاد تمهیدات و تدارکات حفظ کیفیت آب در مقابل آلودگی، اهدافی را برای تودههای آب تعریف میکند.
استانداردهای کیفیت آب، تفسیری از معیارهای کیفیت آب به شکل قابل اجرای قانونی و مرتبط با اهداف کلی حفظ کیفیت آب است. استانداردها ممکن است بر اساس عاملهایی غیر از ملاحظات بهداشتی از معیارها استخراج شوند. در حقیقت، استانداردها باید به صورتی بیان شوند که امکان اندازهگیری کمی داشته باشد. برای منابعی مانند آبهای سطحی (رودخانهها، دریاچهها، خورها، آبهای ساحلی و تالابها) قابل اعمال باشند. استانداردها و معیارها ممکن است از محلی به محل دیگر متفاوت باشند که از ملاحظات اقتصادی، اهمیت زیست بومهای خاص یا سطح بهداشت مورد نیاز برای منبع خاص ناشی میشوند.
مقررات تخلیه پساب در رودخانهها
در تدوین مقررات تخلیه پساب به رودخانهها، چند عامل که شامل ماهیت فاضلاب تخلیه شده (نقطه ای یاغیرنقطه ای، تجزیهپذیری و شدت آلودگی)، ظرفیت خود پالایی رودخانه (ویژگیهای هیدرولیکی)، جمعیت گیاهی و جانوری، ماهیت بستر و کل بارگذاری جرمی ورودی در نقاط مختلف باید مشخص شود. به علت پیچیدگی عوامل مختلف تعیین کننده کیفیت آب، تفاوتهای زیادی بین رودخانههای کشورهای مختلف و بین رودخانههای واقع در مناطق آب و هوایی متفاوت وجود دارد. در نتیجه یک مجموعه استاندارد قابل قبول همگان در سطح جهان که بتواند کیفیت پایه شیمیایی یا زیستی آب رودخانهها را تضمین نماید، وجود ندارد.
شاخص کیفیت آب WQI
با توجه به تعدد و تنوع عوامل کیفیت آب که تفسیر آنها را مشکل میسازد، شاخصهای کیفیت آب تدوین میشوند تا بتوان اطلاعات تخصصی مورد استفاده کارشناسان و مدیران برای ارزیابی کیفیت آب رودخانه و تصمیمگیریهای مربوط را فراهم آورد. شاخص کیفیت آب تلاشی برای ارائه پاسخی کلی به سوالات مدیریتی در مورد کیفیت آب است سازمانهای قانون گذاری، راهنماهای مفید و متنوعی را با هدف حفظ کیفیت آبها منتشر کردهاند. بسیاری از این راهنماها را میتوان جهت تعیین شاخص عمومی کیفیت آب و شناخت وضعیت کیفیت منابع آب استفاده کرد. این شاخصها، اجزای وابسته بسیاری؛ مانند اکسیژن محلول، هدایت الکتریکی، کدورت و دیگر عواملی که با آزمایش های متداول کیفیت آب قابل اندازه گیری هستند را با روش ها و مدل های مشخصی ترکیب کرده و به صورت یک تک عدد بیان میکنند
شناسایی و بررسی عوامل تاثیرگذار بر خودپالایی رودخانهها
شناخت رابطه علت – معلولی بین کیفیت آب رودخانه و بارگذاری آلایندهها از اولین اقدامات لازم برای تعیین ظرفیت خودپالایی یک رودخانه است. این رابطه، تابع عوامل مختلف فیزیکی مانند بده، سرعت جریان، عمق، شیب، زمان پیمایش، دما و ویژگیهای شیمیایی- زیستی مانند اکسیژن خواهی بستر، فتوسنتر و تنفس جلبکها و نیتریفیکاسیون است. علاوه بر این ویژگیها، نرخ وقوع واکنشهای مختلف نیز باید در تعیین این رابطه مد نظر قرار گیرد.
در بعضی موارد، کیفیت قابل انتظار آب به بارگذاری آلایندهها و به نرخ واکنشها حساس است. به طور کلی عواملی که بر فرایندهای انتقال بار آلایندهها در رودخانه حاکم بوده و تاثیر این فرایندها را بر اکسیژن محلول تعیین میکنند، عوامل مربوط به مقدار و تغییرپذیری منابع آلاینده، شرایط هیدرولوژیکی آب پذیرنده و انتقال آلایندهها در رودخانه است.
فهرست مطالب نشریه شماره ۴۸۱
نشریه شماره ۴۸۱ در قالب ۵ فصل با همکاری سازمان مدیریت و برنامه ریزی کشور منتشر شده است. فصل ۲ در رابطه با مجموعه مقررات و نگرشهای زیست محیطی هر کشور است. در این فصل به چند نمونه از قوانین و مقررات زیست محیطی مربوط به کیفیت آب در دو کشور جمهوری اسلامی ایران و ایالات متحده امریکا اشاره میشود.
هدف فصل4 راهنمایی کلی و ارائه شیوههای انتخاب مدلهای مناسب TMDL رودخانههاست. هدف فصل ۵، مرور مختصر گامهای مختلف ساخت مدل کیفیت آب برای یک رودخانه مشخص است. این گامها عمومی بوده و میتوانند براساس دادههای موجود و نوع و پیچیدگی افت کیفیت آب رودخانه مورد مطالعه، تغییر و تعدیل یابند.
کلیات
- هدف دامنه کاربرد
- ظرفیت خودپالایی و فرایند TMDL
قوانین، مقررات و نگرشهای زیست محیطی مربوط به سلامت و کیفیت آب رودخانهها
- قوانین و مقررات زیست محیطی مربوط به کیفیت آب
- طبقه بندی آب رودخانهها، معیارها و استانداردهای کیفیت آب و مقررات تخلیه پساب
- شاخص کیفیت آب (WQI)
- نگرشهای مربوط به حفظ سلامت و کیفیت آب رودخانهها
- ارزیابی مقررات کیفیت آب
مفاهیم و اصول خودپالایی رودخانهها
- شناسایی و بررسی عوامل تاثیرگذار بر خودپالایی رودخانهها
- پاتوژنها، باکتریها و قارچها
- مواد سمی
- اکسیژن خواهی بیوشیمیایی و سینتیک واکنشهای اکسیژن محلول
- سینتیک تغذیه گرایی
- معادلات حاکم
بررسی روشها و مدلهای خودپالایی در فرایند TMDL
- بررسی روشها و مدلهای شبیه سازی کیفیت آب رودخانه
شیوه مدل سازی رودخانهها در مطالعات ظرفیت خودپالایی و فرایند TMDL
- اهداف مدل سازی
- ارزیابی اولیه
- مطالعات میدانی رودخانه
- واسنجی مدل
- اعتبارسنجی مدل
- کاربرد مدل و حداکثر بار کل روزانه