CHƯƠNG I : TỔNG QUAN-GIỚI THIỆU 1.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC NGẦM Trên thế giới vấn đề ô nhiễm nước ngầm được quan tâm vào năm đầu của thập niên 80 của thế kỷ 20 với các nghiên cứu về nồng độ của kim loại nặng trong nước ngầm đặc biệt là As. Các đồng bằng châu thổ với mật độ dân cư lớn vùng Nam và Đông Nam Á thường phân bố các tầng chứa nước phong phú và phân bố rộng khắp. Việt nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và khá tôt về chất lượng. Nước ngầm tồn tại trong các lỗ hổng và các khe nứt của đất đá được tạo thành trong giai đoạn trầm tích đất đá hoặc do sự thẩm thấu , thấm của nguồn nước mặt, nước mưa… nước ngầm có thể tồn tại cách mặt đất vài mét, vài chục mét hay hàng trăm mét. Nước ngầm là một bộ phận của chu trình thủy văn xâm nhập vào các hệ đất đá từ mặt đất hoặc bộ phận nước mặt, và trong một thời gian dài nước ngầm được xem là “nguồn nước sạch” – có thể sử dụng cho ăn uống sinh hoạt. Thực tế thì nguồn nước này thường chứa nồng độ các nguyên tố cao hơn hẳn so với tiêu chuẩn nước uống được, đáng kể là Fe, Mn, H 2S, …vì thế nước ngầm cần phải được xử lý trước khi phân phối sử dụng. Bảng 1.1 Một số đặc điểm khác nhau giữa nước ngầm và nước mặt Thông số Nước ngầm Nước bề mặt Nhiệt độ Tương đối ổn định Thay đổi theo mùa Rất thấp, hầu như Thường cao và thay đổi theo Chất rắn lơ lửng không có Chất khoáng hoà tan Hàm lượng Mn2+ mùa Ít thay đổi, cao hơn Thay đổi tuỳ thuộc chất lượng so với nước mặt. Fe2+, Thường xuyên trong nước đất, lượng mưa. có Rất thấp, chỉ có khi nước ở sát dưới đáy hồ. Khí CO2 hòa tan Có nồng độ cao Rất thấp hoặc bằng 0 Khí O2 hòa tan Thường không tồn tại Gần như bão hoà Khí NH3 Khí H2S SiO2 Thường có Có khi nguồn nước bị nhiễm bẩn Thường có Không có Thường có ở nồng độ Có ở nồng độ trung bình cao Có ở nồng độ cao, do Thường rất thấp NO3- bị nhiễm bởi phân bón hoá học Vi sinh vật Chủ yếu là các vi Nhiều loại vi trùng, virut gây trùng do sắt gây ra. bệnh và tảo. Khai thác và sử dụng các tầng chứa nước này đang rất phổ biến hiện nay và kèm theo đó là những vấn đề nảy sinh ví dụ như tầng chứa nước vùng Hà Nội thuộc đồng bằng châu thổ sông Hồng lại có hàm lượng Amoni và Sắt cao và hiện nay hàm luợng Asen lớn vượt ngưỡng cho phép cũng được phát hiện trong các tầng chứa nước này Theo Đồng Kim Loan và Trịnh Thị Thanh (2009) thì trong nước ngầm các ion thường gặp là: Fe2+, Mn2+, Ca2+, Na+, Mg2+, HCO3-, Cl-,...với nồng độ lớn hơn 0,7mg/l. Giá trị pH biến đổi rộng trong khoảng từ 1,8 – 11 và thường dao động trong khoảng từ 5 – 8. Nghiên cứu của Nguyễn Văn Phước và cộng sự (2008) tại Hóc Môn cho thấy chất lượng nước ngầm bị ô nhiễm Fe với hàm lượng là 9 mg/l cao hơn nhiều so với QCVN 09:2008/BTNMT là 5 mg/l. Nghiên cứu của Nguyễn Đình Toàn và Nguyễn Công Hào (2010) cho thấy chất lượng nước ngầm tại khu vực Nhà Bè cũng bị ô nhiễm Fetổng với hàm lượng 8,2mg/l. Tại thành phố Cần Thơ, kết quả quan trắc môi trường giai đoạn từ 2005 – 2009 cho thấy chất lượng nước ngầm bị ô nhiễm ở các chỉ tiêu như: Độ cứng, Cl- (Clorua) và Coliform (so với QCVN 09:2008/BTNMT) với hàm lượng trung bình trong năm 2009 lần lượt là: 268mg/l, 225mg/l, 1.442 MPN/100ml. Nhìn chung, các chỉ tiêu khác nằm trong mức cho phép của QCVN 09:2008/BTNMT như : Độ màu, pH, Nitrat (NO3-), Sunfat (SO42-), Fe. Sự hiện diện của chất hữu cơ (COD) và Coliform trong nước dưới đất, là một dấu hiệu nói lên hiện tượng thông tầng. Nếu không có biện pháp giải quyết có hiệu quả thì nước dưới đất sẽ bị ô nhiễm ngày càng trầm trọng dẫn đến việc thiếu nước nghiêm trọng trong mùa khô vì không còn nguồn nước tự nhiên dự trữ. Nước trong tầng pleistocen có quan hệ mật thiết với nước mặt. Sức cản bổ sung của trầm tích lòng sông ΔL = 1.200m. Hướng vận động của nước dưới đất theo hướng tây bắc – đông nam. Loại hình hóa học thường gặp: HCO 3-; NaCl; HCO3-, Na2SO4. Nước thuộc loại axít yếu đến kiềm, độ pH dao động từ 7,50 – 8,50. Các nguồn nước ngầm hầu như không chứa rong tảo, một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước. Thành phần đáng quan tâm trong nước ngầm là các tạp chất hoà tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, thời tiết, nắng mưa, các quá trình phong hoá và sinh hoá trong khu vực. Ở những vùng có điều kiện phong hoá tốt, có nhiều hất bẩn v à luợng mưa lớn thì chất lượng nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hoà tan, các chất hữu cơ, mùn lâu ngày theo nước mưa ngấm vào đất. Nước ngầm có nguồn gốc từ nước mưa, nước mặt và hơi nước trong không khí ngưng tụ lại và thẩm thấu cào lòng đất. Chất lượng nước ngầm phụ thuộc vào thành phần khoáng hóa và cấu trúc địa tầng mà nước thấm qua. Do vậy nước chảy qua các địa tầng chứa cát và granit thường có tính axit và chứa ít chất khoáng. Khi nước ngầm chảy qua địa tầng chứa đá vôi thì nước thường có độ cứng và độ kiềm hydrocacbonat khá cao. Ngoài ra nước ngầm còn có những đặc tính chung:  Độ đục thấp.  Nhiệt độ và thành phần hóa học tương đối ổn định.  Không có oxy nhưng có thể chứa nhiều khí như: CO2, H2S,…  Chứa nhiều khoáng chất hòa tan chủ yếu là: Fe, Mn, Ca, Mg,…  Không có hiện diện của vi sinh vật.  Hàm lượng cặn nhỏ. 1.2 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC NGẦM 1.2.1 Khái niệm nước ngầm (nước dưới đất). Nước ngầm là một dạng nước dưới đất, tích trữ trong các lớp đất đá trầm tích bở rời như cặn, sạn, cát, bột kết, trong các khe nứt, hang caxtơ dưới bề mặt trái đất, có thể khai thác cho các hoạt động sống của con người. Theo độ sâu phân bố, có thể chia nước ngầm thành nước ngầm tầng mặt và nước ngầm tầng sâu. Đặc điểm chung của nước ngầm là khả năng di chuyển nhanh trong các lớp đất xốp, tạo thành dòng chảy ngầm theo địa hình. Nước ngầm tầng mặt thường không có lớp ngăn cách với địa hình bề mặt. Do vậy, thành phần và mực nước biến đổi nhiều , phụ thuộc vào trạng thái của nước mặt. Loại nước ngầm tầng mặt rất dễ bị ô nhiễm. Nước ngầm tầng sâu thường nằm trong lớp đất đá xốp được ngăn cách bên trên và phía dưới bởi các lớp không thấm nước. theo không gian phân bố, một lớp nước ngầm tầng sâu thường có 3 vùng chức năng : - Vùng thu nhận nước - Vùng chuyển tải nước - Vùng khai thác nước có áp. Khoảng cách giữa vùng thu nhận và vùng khai thác nước thường khá xa, từ vài chục đến vài trăm km. Các lỗ khoan nước ở vùng khai thác thường có áp lực. Đây là loại nước ngầm có chất lượng tốt và lưu lượng ổn định. Trong các khu vực phát triển đá cacbonat thường tồn tại loại nước ngầm caxtơ di chuyển theo các khe nút caxtơ. Trong các dải cồn cát vùng ven biển thường có các thần kính nước ngọt nằm trên mực nước biển. 1.2.2 Một số đặc điểm và cấu trúc của nước ngầm. 1.2.2.1 Đặc điểm Đặc tính chung về thành phần, tính chất của nước ngầm là nước có độ đục thấp, nhiệt độ và các thành phần hóa học ít thay đổi, nước không có oxy hóa trong môi trường khép kín là chủ yếu, thành phần của nước có thể thay đổi đột ngột với sự thay đổi độ đục và ô nhiễm khác nhau. Những thay đổi này liên quan đến sự thay đổi lưu lượng của lớp nước sinh ra do nước mưa. Thành phần, tính chất nước ngầm phụ thuộc vào nguồn gốc, cấu trúc địa tầng của khu vực và chiều sâu của lớp nước ngầm… Trong nước ngầm không chứa rong, tảo là yếu tố dễ gây ô nhiễm nguồn nước nhưng chúng lại chứa các tạp chất hoà tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, các quá trình phong hoá và sinh hoá trong khu vực. Ở những vùng có điều kiện phong hoá tốt, mưa nhiều hoặc bị ảnh hưởng của nguồn thải thì trong nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hoà tan, các chất hữu cơ. Bản chất địa chất của khu vực ảnh hưởng lớn đến thành phần hoá học của nước ngầm vì nước luôn tiếp xúc với đất đá trong đó nó có thể lưu thông hoặc bị giữ lại. Giữa nước và đất luôn hình thành nên sự cân bằng về thành phần hoá học, vì vậy thành phần của nước thể hiện thành phần của địa tầng khu vực đó. Tuy vậy, nước ngầm có một số đặc tính chung là: độ đục thấp, nhiệt độ và thành phần hoá học ít thay đổi theo thời gian, ngoài ra nước ngầm thường chứa rất ít vi khuẩn, trừ trường hợp nguồn nước bị ảnh hưởng của nước bề mặt. Trong nước ngầm thường không có mặt oxi hoà tan nhưng có hàm lượng CO 2 cao, thường có hàm lượng sắt tổng cộng với các mức độ khác nhau, từ vài mg/l đến 100 mg/l hoặc lớn hơn, vượt xa tiêu chuẩn cho phép với nước ăn uống sinh hoạt ( tiêu chuẩn cho phép đối với hàm lượng sắt trong nước ăn uống sinh hoạt là 0,3 mg/l, đối với khu vực đô thị là 0,5 mg/l đối với khu vực nông thôn). Do đó cần phải xử lý trước khi đưa vào sử dụng. Một đặc điểm khác cần quan tâm là pH trong nước thường khá thấp, nhiều nơi pH giảm đến 3 – 4 ( do hàm lượng CO 2 cao), không thuận lợi cho việc sử lý nước. Các đặc tính của nước ngầm:  Nhiệt độ của nước ngầm tương đối ổn định.  Độ đục thường thay đổi theo mùa.  Độ màu: Thường thì không có màu, độ màu gây ra do chứa các chất của acid humic.           Độ khoáng hoá thường không thay đổi. Sắt và mangan thường có mặt với các hàm lượng khác nhau. CO2 thường xâm thực với hàm lượng lớn. Ôxi hoà tan thường không có. H2S thỉnh thoảng có mặt trong nước ngầm. NH4+ thường có mặt trong nước ngầm. Nitrat, Silic có hàm lượng đôi khi cao. Ít bị ảnh hưởng bởi các chất vô cơ và hữu cơ. Clo có thể bị ảnh hưởng hoặc không bị ảnh hưởng tuỳ theo khu vực. Vi sinh vật: Thường có vi khuẩn Đặc điểm thứ nhất: Nước ngầm tiếp xúc trực tiếp và hoàn toàn với đất và nham thạch: nước ngầm có thể là các màng mỏng bao phủ các phần tử nhỏ bé của đất, nham thạch; là chất lỏng được chứa đầy trong các ống mao dẫn nhỏ bé giữa các hạt đất, đá; nước ngầm có thể tạo ra các tia nước nhỏ trong các tầng ngấm nước; thậm chí nó có thể tạo ra khối nước ngầm dày trong các tầng đất, nham thạch . Thời gian tiếp xúc của nước ngầm với đất và nham thạch lại rất dài nên tạo điều kiện cho các chất trong đất và nham thạch tan trong nước ngầm. Như vậy thành phần hoá học của nước ngầm chủ yếu phụ thuộc vào thành phần hoá học của các tầng đất, nham thạch chứa nó. Đặc điểm thứ hai: Các loại đất, nham thạch của vỏ quả đất chia thành các tầng lớp khác nhau. Mỗi tầng, lớp đó có thành phần hoá học khác nhau. Giữa các tầng, lớp đất, nham thạch thường có các lớp không thấm nước. Vì vậy nước ngầm cũng được chia thành các tầng, lớp khác nhau và thành phần hoá học của các tầng lớp đó cũng khác nhau. Đặc điểm thứ ba: Ảnh hưởng của khí hậu đối với nước ngầm không đồng đều. Nước ngầm ở tầng trên cùng, sát mặt đất chịu ảnh hưởng của khí hậu. Các khí hoà tan trong tầng nước ngầm này do nước mưa, nước sông, nước hồ… mang đến. Thành phần hoá học của nước ngầm của tầng này chịu ảnh hưởng nhiều của thành phần hoá học nước mặt do đó cũng chịu ảnh hưởng nhiều của khí hậu. Trái lại, nước ngầm ở tầng sâu lại ít hoặc không chịu ảnh hưởng của khí hậu. Thành phần hoá học của nước ngầm thuộc tầng này chịu ảnh hưởng trực tiếp của thành phần hoá học tầng nham thạch chứa nó. Đặc điểm thứ 4: Thành phần của nước ngầm không những chịu ảnh hưởng về thành phần hoá học của tầng nham thạch chứa nó mà còn phụ thuộc vào tính chất vật lý của các tầng nham thạch đó. Ở các tầng sâu khác nhau, nham thạch có nhiệt độ và áp suất khác nhau nên chứa trong các tầng nham thạch đó cũng có nhiệt độ và áp suất khác nhau. Vì vậy nước ngầm ở các tầng rất sâu có thể có áp suất hàng ngàn N/m 2 và nhiệt độ có thể lớn hơn 3730K. Đặc điểm thứ 5: Nước ngầm ít chịu ảnh hưởng của sinh vật nhưng chịu ảnh hưởng nhiều của vi sinh vật. Ở các tầng sâu do không có Oxy và ánh sáng nên vi sinh vật yếm khí hoạt động mạnh, chi phối nhiều nên thành phần hóa học của nước ngầm. Vì vậy thành phần hoá học của nước ngầm chứa nhiều chất có nguồn gốc vi sinh vật. 1.2.2.2 Cấu trúc của một tầng nước ngầm. Cấu trúc của một tầng nước ngầm được chia ra thành các tầng như sau: - Bề mặt trên gọi là mực nước ngầm hay gương nước ngầm. - Bề mặt dưới, nơi tiếp xúc với tầng đất đá cách thuỷ gọi là đáy nước ngầm. Chiều dày tầng nước ngầm là khoảng cách thẳng đứng giữa mực nước ngầm và đáy nước ngầm. - Tầng thông khí hay nước tầng trên là tầng đất đá vụn bở không chứa nước thường xuyên, nằm bên trên tầng nước ngầm. - Viền mao dẫn: là lớp nước mao dẫn phát triển ngay trên mặt nước ngầm. - Tầng không thấm: là tầng đất đá không thấm nước. 1.2.3 Sự hình thành nước ngầm và các loại nước ngầm. Nước trên mặt đất và trong ao, hồ, sông, biển gặp ánh sáng mặt trời bốc hơi thành hơi nước bay lên không trung, gặp lạnh hơi nước sẽ kết lại thành hạt to và rơi xuống thành mưa. Nước mưa rơi xuống mặt đất một phần chảy xuống sông, ao, hồ... một phần bốc hơi qua mặt đất, mặt nước và sự bốc thoát hơi qua lá, một phần ngấm dần xuống mặt đất đến tầng đất không thấm sẽ tích tụ lại thành nước ngầm. Sự hình thành nước ngầm trải qua rất nhiều giai đoạn. Các tác nhân có liên quan đến chu trình này bao gồm: bức xạ, trọng lực, sức hút phân tử và lực mao dẫn. Hình thành nước ngầm do nước trên bề mặt ngấm xuống, do không thể ngấm qua tầng đá mẹ nên trên nó nước sẽ tập trung trên bề mặt, tùy từng kiến tạo địa chất mà nó hình thành nên các hình dạng khác nhau, nước tập trung nhiều sẽ bắt đầu di chuyển và liên kết với các khoang, túi nước khác, dần dần hình thành mạch ngước ngầm lớn nhỏ, tuy nhiên việc hình thành nước ngầm phụ thuộc vào lượng nước ngấm xuống và phụ thuộc vào lượng mưa và khả năng trữ nước của đất. Tuỳ theo vị trí mà ta có thể chia nước ra làm 3 loại: - Nước ngấm: là tầng ở trên hết, bên trên nó không có tầng không thấm nước chặn lại gọi là tầng nước ngấm. Đặc điểm của tầng nước ngấm là thay đổi rất nhanh theo thời tiết: mưa nhiều thì mực nước lên cao, nắng lâu thì mực nước hạ xuống. Ao giếng của nhân dân nếu đào cạn chỉ đến tầng nước ngấm thì mùa khô thường hết nước. Tầng nước ngầm này được tạo ra từ nước trên mặt đất thấm xuống, sau đó lại được tháo tiêu ra sông, hồ. - Nước ứ: trên tầng thấm nước có một tầng đất khó thấm nước, khi mưa to tầng đất này hút không kịp, nước tạm thời ứ lại trên tầng đất này và tạo thành nước ứ. Sau đó, một phần nước ứ tiếp tục thấm xuống, một phần bốc hơi, lượng nước ứ sẽ ít dần đi hoặc mất hẳn. Nước tầng này cách biệt hoàn toàn với nước mặt đất và hầu như không giao lưu - Nước giữa tầng: nước trong tầng thấm nước nằm giữa 2 tầng không thấm gọi là nước giữa tầng. Nước giữa tầng ở sâu và nằm giữa 2 tầng đất sét nên lượng nước không thay đổi nhiều theo mùa nắng và chất lượng nước tốt. 1.2.4 Tầm quan trọng của nước ngầm Nước ngầm phục vụ cho sinh hoạt như: ăn, uống, tắm giặt, sưởi ấm…. Nước ngầm phục vụ cho nông nghiệp: tưới hoa màu, cây ăn quả, các cây có giá trị kinh tế cao. Con người có thể sử dụng nguồn nước ngầm để mở rộng các hoạt động sản xuất công nghiệp. Nước ngầm có chất lượng tốt còn được sử dụng để chữa bệnh. Nước ngầm phục vụ cho sinh hoạt sẽ giảm hẳn các bệnh do nguồn nước mặt bị ô nhiễm như: đường ruột, bệnh phụ khoa, bệnh ngoài da… Sử dụng nước ngầm giúp con người được giải phóng sức lao động do phải lấy nước xa nhà, tiết kiệm chi phí “đổi nước”, tiết kiệm thời gian nâng cao hiệu quả sản xuất. 1.3 Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước ngầm. 1.3.1 pH Giá trị pH là một trong những yếu tố quan trọng nhất để xác định nước về mặt hóa học. pH là chỉ tiêu quan trọng đối với mỗi giai đoạn trong môi trường môi trường, là một chỉ tiêu cần phải kiểm tra đối với chất lượng nước. pH là yếu tố môi trường ảnh hưởng tới tốc độ phát triển và giới hạn sự sinh trưởng của sinh vật trong môi trường nước,sự thay đổi giá trị pH có thể dẫn tới sự thay đổi về thành phần các chất trong nước do quá trình hòa tan hoặc kết tủa, thúc đẩy hay ngăn chặn phản ứng hóa học, sinh học xảy ra trong nước. Và được định nghĩa bằng biểu thức: pH = -lg [H+] ( Đặng Kim Chi, 2001) • Khi pH =7 nước có tính trung tính • • Khi pH 7 nước có tính kiềm ( Trịnh Xuân Lai, 2003) 1.3.2 Độ cứng. Độ cứng: Độ cứng là đại lượng biểu thị hàm lượng các các ion hóa trị 2 mà chủ yếu là ion Ca2+ và Mg2+. Độ cứng làm tiêu hao nhiều xà phồng khi giặc giũ, đóng rắn trong các thành ống dẫn của nồi hơi làm giảm khả năng trao đổi nhiệt của thiết bị, làm tăng tính ăn mòn do tăng nồng độ ion H+. Độ cứng bao gồm 3 loại: + Độ cứng toàn phần biểu thị tổng hàm lượng ion Ca2+ và Mg2+ có trong nước; + Độ cứng tạm thời là hàm lượng các muối của ion HCO 3-, CO32-, với Ca2+ và Mg2+; + Độ cứng vĩnh cữu là hàm lượng các muối của ion Cl -, SO42-, HSO4- với Ca2+ và Mg2+. 1.3.3 Clorua (Cl-). Cl- là ion chính trong nước thiên nhiên biểu thị độ mặn. Cl - có nhiều nhất ở nước biển và các mỏ muối. Trong nước ngọt và nước ngầm hàm lượng Cl - thường dao động từ 20 mg/L – 800 mg/L. Cl- rất có ích cho cơ thể, nhưng ở hàm lượng cao lại có thể gây suy thận, góp phần tăng nguy cơ cao huyết áp… 1.3.4 hàm lượng đạm Nitrat (N-NO3). Nitrat là dạng oxy hóa cao nhất trong chu trình nito và thường đạt đên những nồng độ đáng kể trong các giai đoạn cuối cùng của quá trình oxy hóa sinh học (Nguyễn Khắc Cường, 2002 ). Ngoài ra nitrat tìm thấy trong các thủy vực là sản phẩm của quá trình nitrat hóa hay do cung cấp từ nước mưa khi trời có sấm chớp. Trong thủy vực có nhiều đạm ở dạng N-NO 3- ,chứng tỏ quá trình oxy hóa đã kết thúc. Tuy vậy, các nitrat chỉ bền trong điều kiện hiếu khí. Trong điều kiện yếm khí N-NO3- bị khử thành nito tự do tách ra khỏi nước, loại trừ được sự phát triển của tảo và các loại thực vật khác sống trong nước. Nhưng mặt khác khi hàm lượng nitrat trong nước khá cao có thể gây độc hại với người, vì khi vào điều kiện thích hợp, ở hệ tiêu hoa chúng sẽ chuyển hóa thành nitrit kết hợp với hồng cầu tạo thành chất không vận chuyển oxy, gây bệnh xanh xao thiếu máu ( Đặng Kim Chi,2001 ). 1.3.5 Hàm lượng Sunfat (SO42-). Sunfat là một chỉ tiêu tiêu biểu của vùng nước nhiễm phèn. Sunfat cao, nước sẽ có vị chát, gây bệnh tiêu chảy, và gây xâm thực mạnh trên các công trình xây dựng. Ngoài ra, sunfat sẽ kết hợp với ion Ca 2+ để tạo thành cặn cứng bám trên thành các thiết bị trao đổi nhiệt. 1.3.6 Sắt (Fe). Sắt là kim loại phong phú tạo nên vỏ trái đất. Sắt hiện diện ở hầu hết các nguồn nước thiên nhiên: Khi trong nước có chứa các ion sắt sẽ gây đục và màu trong nước do: Fe 2+ chuyển thành Fe 3+ (màu nâu đỏ). Đồng thời ảnh hưởng đến độ cứng, duy trì sự phát triển của một số vi khuẩn gây thoái rửa trong hệ thống phân phối nước. Hàm lượng sắt có thể xuất hiện trong nước là do nó hòa tan trong nước ngầm (dưới dạng Fe 2+), hay có trong nước thải công nghiệp. Sắt thường có trong nước ngầm dưới dạng muối tan hoặc phức chất do hòa tan từ các lớp khoáng trong đá hoặc do ô nhiễm bề mặt nước bởi nước thải (Đặng Kim Chi,1998). Nước có hàm lượng sắt cao (lớn hơn 0.3 mg /l) gây trở ngại rất lớn cho việc sử dụng trong sinh hoạt. Nước đục do sắt có màu vàng nhiều cặn và thức ăn của các loại vi khuẩn ưa sắt. 1.3.7 Ecoli. E.coli được xem là một chỉ tiêu đánh giá sự nhiễm bẩn của nguồn nước và đánh giá hiệu quả của việc khử trùng. Khi dùng nước có nhiễm khuẩn E.coli, nó gây cho người một số bệnh như: tả, lỵ, thương hàn, tiêu chảy…,nặng có thể gây tử vong. Những hạt chất lơ lững, gây ra độ đục trong nước thường có bề mặt hấp phụ các kim loại độc, các vi sinh vật gây bệnh. Chính những hạt này cản trở quá trình diệt trùng của chất diệt trùng khi cần sử lý nước ăn. CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ NƯỚC NGẦM 2.1. XỬ LÍ NƯỚC NGẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC Công trình thu nước ngầm có thể chia thành các loại sau: Giếng khoan: là công trình thu nước nầm mạch sâu. Độ sâu khoan phụ thuộc vào độ sâu tầng chứa nước, thường nằm trong khoảng 20 – 200m, đôi khi có thể lớn hơn. Giếng khoan được sử dụng rộng rãi trong mọi trạm xử lý. Hiện nay có 4 loại giếng khoan đang được sử dụng: • Giếng khoan hoàn chỉnh, không áp 2.1.1 Giếng khoan không hoàn chỉnh, không áp Giếng khoan hoàn chỉnh, có áp Giếng khoan không hoàn chỉnh có áp • Cấu tạo giếng khoan gồm: • Miệng giếng • Ống vách để gia cố và bảo vệ giếng • Ống lọc Ống lắng Giếng khơi: là công trình thu nước ngầm mạch nông, thường không áp đôi khi áp lực yếu, chỉ áp dụng đối với các điểm dùng nước nhỏ hoặc hộ gia đình lẻ. Đường hầm thu nước: được áp dụng để thu nước ngầm mạch nông, độ sâu tầng chứa nước không quá 8m, cung cấp cho những điểm dùng nước với lưu lượng nhỏ. Công trình thu nước ngầm mạch lộ thiên Công trình thu nước thấm 2.1.2 Bể lắng: Mục đích của bể lắng là nhằm lắng cặn nước, làm sạch sơ bộ trước đi đư nước vào bể lọc để hoàn than quá trình làm trong nước. Trong thực tế thường dùng các loại bể lắng sau tùy thuộc vào công suất và chất lượng nước mà người ta sử dụng. Bể lắng ngang: được sử dụng trong các trạm xử lý có công suất >30000m 3/ng đối với trường hợp xử lý nước có dùng phèn và áp dụng với bất kì công suất nào cho các trạm xử lý không dùng phèn. Bể lắng đứng: thường được áp dụng cho những trạm xử lý có công suất nhỏ hơn (đến 3000 m3/ng). Bể lắng đứng hay bố trí kết hợp với bể phản ứng xoáy hình trụ. Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng: hiệu quả xử lý cao hơn các bể lắng khác và tốn ít diện tích xây dựng hơn nhưng bể lắng trong có cấu tạo phức tạp, chế độ quản lý vận hành khó, đòi hỏi công trình làm việc liên tục và rất nhạy cảm với sự dao động lưu lượng và nhiệt độ của nước. Bể chỉ áp dụng đối với các trạm có công suất đến 3000m3/ng. Bể lắng li tâm: có dạng hình tròn, đường kính từ 5m trở lên. Bể thường được áp dụng để sơ lắng các nguồn nước có hàm lượng cặn cao(>2000mg/l) với công suất >=30000 m3/ng thì có hoặc không dùng chất keo tụ. 2.1.3 Bể lọc Bể lọc chậm: dùng để xử lý cặn bẩn, vi trùng có trong nước bị giữ lại trên lớp màng lọc. Ngoài ra bể lọc chậm dùng để xử lý nước không dùng phèn, không đòi hỏi sử dụng nhiều máy móc, thiết bị phức tạp, quản lý vận hành đơn giản. Nhược điểm lớn nhất là tốc độ lọc nhỏ, khó cơ giới hóa và tự động hóa quá trình rửa lọc vì vậy phải quản lý bằng thủ công nặng nhọc. Bể lọc chậm thường sử áp dụng cho các nhà máy có công suất đến 1000m3/ng với hàm lượng cặn đến 50mg/l, độ màu đến 50 độ Bể lọc nhanh: là bể lọc nhanh một chiều, dòng nước lọc đi từ trên xuống, có một lớp vật liệu là cát thạch anh. Bể lọc nhanh phổ thông được sử dụng trong dây chuyền xử lý nước mặt có dùng chất keo tụ hay trong dây chuyền xử lý nước ngầm. • • • Bể lọc nhanh 2 lớp: có nguyên tắc làm việc giống bể lọc nhanh phổ thông nhưng có 2 lớp vật liệu lọc là cát thạch anh và than angtraxit nhằm tăng tốc độ lọc và kéo dài chu kỳ làm việc của bể. Bể lọc sơ bộ: được sử dụng để làm sạch nước sơ bộ trước khi làm sạch triệt để trong bể lọc chậm. Bể lọc này làm việc theo nguyên tắc bể lọc nhanh phổ thông Bể lọc áp lực: là một loại bảo vệ nhanh kín, thương được chế tạo bằng thép có dạng hình trụ đứng cho công suất nhỏ và hình trụ ngang cho công suất lớn. Loại bể này được áp dụng trong dây chuyề xử lý nước mặt có dùng chất phản ứng khi hàm lượng cặn của nước nguồn lên đến 50mg/l, độ đục lên đến 80 với công suất trạm xử lý đến 300m3/ng, hay dùng trong công nghệ khử sắt khi dùng ejector thu khí với công suất 0,6m • Hiệu quả: • Khử được 30 – 35% CO2 • Tốc độ lọc 5 – 7m/h; d = 0,9 – 1,3mm; Hvll = 1,0 – 1,2m • Cường độ rử lọc bằng nước 10 – 12l/s.m2; bằng khí 20l/s.m2 • Fe 6,8 2.2.2 Dàn mưa: Làm thoáng tự nhiên. Khử được 75 – 80% CO2, tăng DO (55% DO bão hòa) Cấu tạo dàn mưa gồm: • Hệ thống phân phối nước • Sàn tung nước (1 – 4 sàn), mỗi sàn cách nhau 0,8m • Sàn đỡ vật liệu tiếp xúc • Sàn và ống thu nước Thùng quạt gió: Làm thoáng tải trọng cao(làm thoáng cưỡng bức) nghĩa là gió và nước đi ngược chiều. Khử được 85 – 90% CO2, tăng DO lên 70 – 85% DO bão hòa. Cấu tạo: • Hệ thống phân phối nước. • Lớp vật liệu tiếp xúc. 2.2.4 Clo hóa sơ bộ Clo hóa sơ bộ là quá trình cho clo vào nước trước bể lắng và bể lọc, mục đích của clo hóa sơ bộ là: - Kéo dài thời gian tiếp xúc để tiệt trùng khi nguồn nước bị nhiễm bẩn nặng. - Oxy hóa sắt hòa tan ở dạng hợp chất hữu cơ, oxy hóa mangan hòa tan để tạo thành các kết tủa tương ứng. - Oxy hóa các chất hữu cơ để khử màu. - Trung hòa amoniac thành cloramin có tính chất tiệt trùng kéo dài. Clo hóa sơ bộ có tác dụng ngăn chặn sự phát triển của rong, rêu trong bể phản ứng tạo bông cặn và bể lắng, phá hủy tế bào của các vi sinh sản ra chất nhầy nhớt trên mặt bể lọc, làm tăng thời gian cua chu kì lọc. 2.2.5 Keo tụ - tạo bông Keo tụ và bông cặn là quá trình tạo ra các tác nhân có khả năng kết dính các chất làm bẩn nước ở dạng lơ lửng thành các bông cặn có khả năng lắng được trong bể lắng hay kết dính trên bề mặt hạt của lớp vật liệu lọc với tốc độ nhanh và kinh tế nhất. Khi trộn đều phèn với nước cần xử lý, các phản ứng hóa học và hóa lý xảy ra tạo thành hệ keo dương phân tán đều trong nước. Khi được trung hòa, hệ keo dương này là các hạt nhân có khả năng dính kết với các keo âm phân tán trong nước và dính với nhau tạo thành các bông cặn. Do đó, quá trình tạo nhân kết dính gọi là quá trình keo tụ còn quá trình kết dính cặn bẩn và nhân keo tụ gọi là quá trình phản ứng tạo bông cặn. Trong kỹ thuật xử lý thường dùng phèn nhôm Al 2(SO4)3, phèn sắt FeCl3, Fe2(SO4)3 và FeSO4. Nhưng hiện nay ở Việt Nam thường sử dụng phèn nhôm, còn phèn sắt có hiệu quả keo tụ cao, nhưng các quá trình khác như sản xuất, vận chuyển, phức tạp và trong quá trình xử lý dễ làm nước có màu vàng nên ít được sử dụng trong kỹ thuật xử lý nước cấp. Hiệu quả của quá trình tạo bông phụ thục vào cường độ và thời gian khuấy trộn để các nhân keo tụ và cặn bẩn va chạm và kết dính vào nhau. 2.2.3 Để tăng cường quá trình tạo bông, thường cho vào bể phản ứng tạo bông cặn chất trợ keo tụ polyme. Khi tan vào nước, polymer sẽ tạo ra liên kết dưới loại anion nếu trong nước cần xử lý thiếu ion đối (như SO 22-,…) hay loại trung tính nếu thành phần ion và độ kiềm của nước nguồn thỏa mãn điều kiện keo tụ. 2.2.6 Khử trùng nước Khử trùng nước là khâu bắt buộc trong quá trình xử lý nước ăn uống sinh hoạt. Trong nước thiên nhiên chứa rất nhiều vi sinh vật và khử trùng. Sau các quá trình xử lý cơ học, nhất là nước sau khi qua bể lọc, phần lớn các vi trùng đã bị giữ lại. Song để tiêu diệt hoàn toàn các vi trùng gây bệnh, cần phải tiến hành khử trùng nước. Hiện nay có nhiều biện pháp khử trùng có hiệu quả như: khử trùng bằng các chất oxy hóa mạnh, các tia vật lý, siêu âm, phương pháp nhiệt, ion kim loại nặng,… a Khử trùng bằng Clo và các hợp chất của Clo Clo là một chất oxy hóa mạnh ở bất cứ dạng nào. Khi Clo tác dụng với nước tạo thành axit hypoclorit (HOCl) có tác dụng diệt trùng mạnh. Khi cho Clo vào nước, chất diệt trùng sẽ khuếch tán xuyên qua vỏ tế bào vi sinh vật và gây phản ứng với men bên trong của tế bào, làm phá hoại quá trình trao đổi chất dẫn đến vi sinh vật bị tiêu diệt. Quá trình tiêu diệt vi sinh vật xảy ra như sau: đầu tiên chất diệt trùng đi qua màng tế bào của vi sinh vật, sau đó phản ứng với men bên trong màng tế bào cản trở quá trình trao đổi chất bên trong nhân tế bào và kết quả là tế bào sẽ bị diệt vong. Tốc độ của quá trình khử trùng sẽ tăng khi nồng độ của chất khử trùng và nhiệt độ của nước tăng, ngoài ra còn phụ thuộc vào hàm lượng các tạp chất khác trong nước, nồng độ các tạp chất trong nước cao thì hiệu quả của quá trình khử trùng sẽ giảm đi đáng kể. Hiệu quả khử trùng phụ thuộc vào nồng độ chất khử trùng, tức nồng độ HClO. Trong kỹ thuật xử lý nước chất diệt trùng được dùng phổ biến nhất là clo và các hợp chất của clo vì rẻ. dễ kiếm và quản lý vận hành đơn giản. b Dùng ozone để khử trùng Ozon (O3) là chất khí màu lam nhạt (trong điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn),có mùi hắc đặc trưng.Ozone có tính hoạt hóa mạnh hơn Clo, nên khả năng diệt trùng mạnh hơn Clo rất nhiều lần. Thời gian tiếp xúc rất ngắn do đó diện tích bề mặt thiết bị giảm, không gây mùi vị khó chịu trong nước kể cả khi trong nước có chứa phênol. c Khử trùng bằng phương pháp nhiệt Đây là phương pháp khử trùng cổ truyền. Đun sôi nước ở nhiệt độ 100 oCcó thể tiêu diệt phần lớn các vi khuẩn có trong nước. Chỉ trừ nhóm vi khuẩn khi gặp nhiệt độ cao sẽ chuyển sang dạng bào tử vững chắc. Tuy nhiên, nhóm vi khuẩn này chiếm tỉ lệ rất nhỏ. Phương pháp đun sôi nước tuy đơn giản, nhưng tốn nhiên liệu và cồng kềnh, nên chỉ dùng trong quy mô gia đình. Khử trùng bằng tia cực tím (UV) Tia cực tím là tia bức xạ điện từ có bước sóng khoảng 4 – 400 nm, có tác dụng diệt trùng rất mạnh. Dùng các đèn bức xạ tử ngoại, đặt trong dòng chảy của nước. Các tia cực tím phát ra sẽ tác dụng lên các phân tử protit của tế bào vi sinh vật, phá vỡ cấu trúc và mất khả năng trao đổi chất, vì thể chúng sẽ bị tiêu diệt. Hiệu quả khử trùng chỉ đạt được triệt để khi trong nước không có các chất hữu cơ và cặn lơ lửng. Sát trùng bằng tia cực tím không làm thay đổi mùi, vị của nước. d Khử trùng bằng siêu âm Dòng siêu âm với cường độ tác dụng không nhỏ hơn 2W/cm 2 trong khoảng thời gian trên 5 phút có khả năng tiêu diệt toàn bộ vi sinh vật trong nước. e Khử trùng bằng ion bạc Ion bạc có thể tiêu diệt phần lớn vi trùng có trong nước. Với hàm lượng 2 – 10 ion g/l đã có tác dụng diệt trùng. Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là: nếu trong nước có độ màu cao, có chất hữu cơ, có nhiều loại muối,…thì ion bạc không phát huy được khả năng diệt trùng. 2.3 Lựa chọn phương án xử lý 2.3.1 Đề xuất phương án xử lý Việc lựa chọn công nghệ xử lý nước phụ thuộc vào chất lượng và đặc trưng của nguồn nước thô. Các vấn đề cần đề cập đến khi thiết kế hệ thống xử lý nước bao gồm chất lượng nước thô, yêu cầu và tiêu chuẩn sau xử lý. Dựa vào các số liệu đã có, so sánh chất lượng nước thô và nước sau xử lý để quyết định cần xử lý những gì, chọn những thông số chính về chất lượng nước và đưa ra kỹ thuật xử lý cụ thể. Theo chất lượng nước nguồn đã có đưa ra các phương án xử lý: • Phương án 1: vôi Nước từ trạm bơm giếng khoan giàn mưa Bể Bể trộn lắng Bể lọc nhanh ngang Xả cặn ra hồ nén bùn hoà neùn caën Clorine Cung cấp • Bể chứa nước sạch Phương án 2: vôi Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng Thùng Nước từ trạm bơm giếng khoan quạt gió Bể trộn Bể lọc nhanh Clorine Cung cấp Bể chứa nước sạch 3.2.2. So sánh 2 phương án So sánh Phương án 1 Phương án 2 Ưu điểm Giàn mưa: + Dễ vận hành + Việc duy tu, bảo dưỡng và vệ sinh định kỳ giàn mưa cũng không gặp nhiều khó khăn Bể lắng ngang: + hoạt động ổn định, có thể hoạt động tốt ngay khi chất lượng nước đầu thay đổi + Vận hành đơn giản Khi nước qua bể lắng ngang kết hợp với bể phản ứng thì hiệu suất xử lý gần như tương đương so với bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng Hệ số khử khí CO2 trong thùng quạt gió là 90 – 95% cao hơn so với giàn mưa Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng đạt hiếu suất cao hơn bể lắng ngang Khối lượng công trình nhỏ ít chiếm diện tích Khuyết điểm Giàn mưa tạo tiếng ồn khi Thùng quạt gió vận hoạt động, khối lượng công trình hành khó hơn giàn mưa, khó chiếm diện tích lớn cải tạo khi chất lượng nước đầu vào thay đổi, tốn điện khi vận hành. Khi tăng công suất phải xây dựng them thùng quạt gió chứ không thể cải tạo Bể lắng trong có lớp cặn lơ lửng xây dựng và vận hành phức tạp, rất nhạy cảm với sự dao động về lưu lượng và nhiệt độ nguồn nước khó khăn khi tăng giảm lưu lượng nước đầu vào Qua việc so sánh trên ta thấy phương án 1 là hợp lý. Chọn phương án 1 làm phương án tính toán  Tóm lại hệ thống xử lý của nhà máy bao gồm: • • • • • Giàn mưa Bể trộn đứng Bể lắng ngang Bể lọc nhanh Bể chứa nước sạch [...]... nguồn nước thô Các vấn đề cần đề cập đến khi thiết kế hệ thống xử lý nước bao gồm chất lượng nước thô, yêu cầu và tiêu chuẩn sau xử lý Dựa vào các số liệu đã có, so sánh chất lượng nước thô và nước sau xử lý để quyết định cần xử lý những gì, chọn những thông số chính về chất lượng nước và đưa ra kỹ thuật xử lý cụ thể Theo chất lượng nước nguồn đã có đưa ra các phương án xử lý: • Phương án 1: vôi Nước. .. chìm nửa nổi tùy thuộc vào điều kiện cụ thể 2.2 XỬ LÍ NƯỚC NGẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÍ  Xử lí nước ngầm bằng phương pháp làm thoáng Mục đích làm thoáng là làm giàu oxy cho nước và tăng pH cho nước Làm thoáng trước để khử CO2, hòa tan O2 và nâng giá trị pH của nước Công trình làm thoáng được thiết kế với mục đích chính là khử CO 2 vì lượng CO2 trong nước cao sẽ làm giảm pH mà môi trường pH thấp không... trong nước e Khử trùng bằng ion bạc Ion bạc có thể tiêu diệt phần lớn vi trùng có trong nước Với hàm lượng 2 – 10 ion g/l đã có tác dụng diệt trùng Tuy nhiên, hạn chế của phương pháp này là: nếu trong nước có độ màu cao, có chất hữu cơ, có nhiều loại muối,…thì ion bạc không phát huy được khả năng diệt trùng 2.3 Lựa chọn phương án xử lý 2.3.1 Đề xuất phương án xử lý Việc lựa chọn công nghệ xử lý nước. .. vào nước, polymer sẽ tạo ra liên kết dưới loại anion nếu trong nước cần xử lý thiếu ion đối (như SO 22-,…) hay loại trung tính nếu thành phần ion và độ kiềm của nước nguồn thỏa mãn điều kiện keo tụ 2.2.6 Khử trùng nước Khử trùng nước là khâu bắt buộc trong quá trình xử lý nước ăn uống sinh hoạt Trong nước thiên nhiên chứa rất nhiều vi sinh vật và khử trùng Sau các quá trình xử lý cơ học, nhất là nước. .. không gây mùi vị khó chịu trong nước kể cả khi trong nước có chứa phênol c Khử trùng bằng phương pháp nhiệt Đây là phương pháp khử trùng cổ truyền Đun sôi nước ở nhiệt độ 100 oCcó thể tiêu diệt phần lớn các vi khuẩn có trong nước Chỉ trừ nhóm vi khuẩn khi gặp nhiệt độ cao sẽ chuyển sang dạng bào tử vững chắc Tuy nhiên, nhóm vi khuẩn này chiếm tỉ lệ rất nhỏ Phương pháp đun sôi nước tuy đơn giản, nhưng tốn... 80 với công suất trạm xử lý đến 300m3/ng, hay dùng trong công nghệ khử sắt khi dùng ejector thu khí với công suất ... cần sử lý nước ăn CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ NƯỚC NGẦM 2.1 XỬ LÍ NƯỚC NGẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC Công trình thu nước ngầm chia thành loại sau: Giếng khoan: công trình thu nước nầm... thuộc vào điều kiện cụ thể 2.2 XỬ LÍ NƯỚC NGẦM BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÍ  Xử lí nước ngầm phương pháp làm thoáng Mục đích làm thoáng làm giàu oxy cho nước tăng pH cho nước Làm thoáng trước để khử... chọn phương án xử lý 2.3.1 Đề xuất phương án xử lý Việc lựa chọn công nghệ xử lý nước phụ thuộc vào chất lượng đặc trưng nguồn nước thô Các vấn đề cần đề cập đến thiết kế hệ thống xử lý nước