Nghiên cứu đánh giá thực trạng và thử nghiệm xây dựng thiết bị xử lý nước ngầm tại xã văn khúc, huyện cẩm khê, tỉnh phú thọ

TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Tổng quan về nước ngầm

Nước ngầm là nguồn nước trong thể lỏng nằm trong các lỗ hổng của đất và nham thạch tạo nên lớp vỏ Trái đất, hình thành qua vòng tuần hoàn của nước Quá trình mưa thấm vào đất sẽ tạo thành nước ngầm, bị giữ lại do không thể xuyên qua tầng đá mẹ, gây tập trung ở các lớp đá này Tùy theo kiến tạo địa chất, nước ngầm hình thành trong các túi và khoang trống trong đất, sau đó liên kết thành các mạch nước lớn nhỏ chạy về các sông và suối, cung cấp nước tự nhiên cho hệ sinh thái Quá trình hình thành nước ngầm còn phụ thuộc vào lượng mưa, khả năng thấm của đất và khả năng trữ nước của từng vùng.

Khi nghiên cứu nước ngầm, thành phần hóa học của nước ngầm đóng vai trò quan trọng không thể bỏ qua Các nghiên cứu về đặc điểm chung của quá trình hình thành và thành phần hóa học của nước ngầm giúp hiểu rõ hơn về nguồn gốc và chất lượng nước Việc phân tích thành phần hóa học góp phần đánh giá điều kiện tự nhiên và tác động của hoạt động nhân sinh tới nguồn nước này Hiểu rõ các yếu tố hóa học trong nước ngầm là bước cần thiết để đảm bảo an toàn và bền vững trong quản lý nguồn nước ngầm.

Nước ngầm tiếp xúc trực tiếp với đất và nham thạch, có thể tồn tại dưới dạng các màng mỏng bao phủ các phần tử nhỏ bé giữa các hạt đất và đá Nước ngầm là chất lỏng chứa đầy trong các ống mao dẫn nhỏ bé giữa các hạt đất, đá và nham thạch, tạo thành các tia nước nhỏ trong các tầng thấm nước Ngoài ra, nó còn có khả năng hình thành các khối nước ngầm rất dày trong các tầng đất đá và nham thạch, góp phần quan trọng vào hệ sinh thái dưới đất.

Thời gian tiếp xúc kéo dài giữa nước ngầm với đất và nham thạch khiến các chất trong đất và nham thạch dễ dàng hòa tan vào nước ngầm Vì vậy, thành phần hóa học của nước ngầm chủ yếu phản ánh đặc tính của các tầng đất và nham thạch chứa nó, ảnh hưởng lớn đến chất lượng nước và các ứng dụng thực tiễn liên quan.

Các loại đất và nham thạch trong vỏ trái đất được phân thành nhiều tầng lớp khác nhau, mỗi tầng có thành phần hóa học riêng biệt Các lớp không thấm nước giữa các tầng đất và nham thạch giúp hình thành các tầng nước ngầm đa dạng về thành phần hóa học Điều này ảnh hưởng đến sự phân bố và chất lượng của nước ngầm trên trái đất.

 Đặc điểm thứ ba: Ảnh hưởng của khí hậu đối với nước ngầm không đồng đều

Nước ngầm tầng trên cùng, gần mặt đất, chịu ảnh hưởng mạnh của khí hậu Các khí hòa tan trong tầng nước ngầm này chủ yếu được cung cấp từ nguồn nước mưa, sông hồ, mang theo các thành phần hóa học đa dạng Thành phần hóa học của nước ngầm tại tầng này chịu tác động lớn từ điều kiện khí hậu, ảnh hưởng đến chất lượng và tính chất của nước ngầm.

Nước ngầm ở tầng sâu ít hoặc không bị ảnh hưởng bởi khí hậu, giúp duy trì thành phần hóa học ổn định Thành phần hóa học của nước ngầm tại tầng này chịu ảnh hưởng trực tiếp từ thành phần của tầng nham thạch chứa nó, ảnh hưởng đáng kể đến chất lượng nước.

Căn cứ theo độ sâu của tầng nước ngầm mà người ta chia ra làm 3 tầng nước ngầm:

Nước tầng trên nằm trên mặt gốc xâm thực, được bổ sung từ quá trình thấm nước mặt từ trên xuống Tầng nước này có sự giao lưu mạnh, phản ánh ảnh hưởng sâu rộng từ nguồn nước mặt, thành phần hóa học của tầng đất chứa nó và điều kiện khí hậu khu vực Tham khảo các yếu tố này để hiểu rõ hơn về tính chất và hoạt động của nước tầng trên trong hệ thống thủy sinh.

- Nước tầng giữa: Nước ở tầng này chậm giao lưu, ít chịu ảnh hưởng của khí hậu

- Nước tầng dưới: Nước ở tầng này không chịu ảnh hưởng của nước mặt đất nên không chịu ảnh hưởng của khí hậu

Nước ngầm chịu ảnh hưởng bởi thành phần hóa học của tầng nham thạch chứa nó, đồng thời còn phụ thuộc vào đặc tính vật lý của các tầng nham thạch Các tầng sâu khác nhau có nhiệt độ và áp suất thay đổi, khiến nước trong các tầng này có nhiệt độ và áp suất tương ứng khác biệt, ảnh hưởng đến chất lượng và đặc điểm của nước ngầm.

Vì vậy nước ngầm ở các tầng rất sâu có thể có áp suất hàng ngày và nhiệt độ có thể lớn hơn 373 o K

Nước ngầm ít chịu ảnh hưởng của sinh vật, nhưng lại chịu tác động lớn của vi sinh vật do điều kiện không có oxy và ánh sáng ở các tầng sâu, tạo điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật yếm khí hoạt động mạnh Chính hoạt động của vi sinh vật yếm khí chi phối nhiều thành phần hóa học của nước ngầm, khiến thành phần hóa học của nước ngầm chứa nhiều chất có nguồn gốc vi sinh vật Tất cả những đặc điểm này đều đóng vai trò quyết định tính chất và thành phần của nước ngầm, thể hiện rõ các đặc điểm cơ bản của thành phần hóa học của nước ngầm.

Nước ngầm có thành phần hóa học phức tạp, chịu ảnh hưởng bởi tính chất vật lý cũng như các thành phần hóa học của tầng đất và nham thạch chứa nó Nó chứa tất cả các nguyên tố cấu tạo nên lớp vỏ trái đất, nhưng hàm lượng của các nguyên tố này trong các tầng nước ngầm khác nhau.

- Độ khoáng hóa của các loại nước ngầm cũng rất khác nhau

Các lớp nước ngầm ở tầng sâu còn chưa được nghiên cứu nhiều về hoạt động thủy hóa Thành phần hóa học của chúng thay đổi rất chậm và thường phải dựa vào niên đại địa chất để dự đoán chính xác Hiểu rõ quá trình thủy hóa của nước ngầm sẽ góp phần nâng cao kiến thức về các hệ sinh thái dưới lòng đất và hỗ trợ công tác quản lý nguồn nước hiệu quả.

Nước ngầm chiếm 30,1% trong tổng lượng nước trên Trái Đất, dù chỉ chiếm 0,9% tổng lượng nước, nhưng đóng vai trò cực kỳ quan trọng đối với đời sống của động thực vật và con người Tự nhiên, nước ngầm sẽ hình thành các dòng chảy chảy vào sông, hồ và ra biển, nhưng hiện nay, con người đã khai thác nước ngầm một cách nhân tạo qua đào giếng khơi, giếng khoan và ống khoan từ các nhà máy nước Việc lấy nước ngầm qua hình thức đào giếng khơi và giếng khoan là phương pháp phổ biến nhất tại các hộ gia đình Việt Nam, vì nguồn nước này rất quan trọng trong việc cung cấp nước sinh hoạt hàng ngày cho người dân.

1.1.2 Thành phần đặc trưng chính của nước ngầm [4]

Nước ngầm có thành phần đặc trưng phụ thuộc vào thành phần hóa học của các tầng đất và nham thạch chứa nó, cũng như nguồn nước mặt, khí hậu và thời tiết Các loại đất và nham thạch của vỏ Trái Đất phân thành các lớp với thành phần hóa học khác nhau, nhưng tất cả đều chia sẻ những thành phần đặc trưng quan trọng Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng và thành phần của nước ngầm, góp phần hình thành tính chất riêng biệt của nguồn nước này.

Độ cứng của nước biểu thị hàm lượng các muối của canxi và magie có trong nước, được phân thành ba loại chính là độ cứng tạm thời, độ cứng vĩnh cửu và độ cứng toàn phần Độ cứng tạm thời phản ánh tổng hàm lượng muối cacbonat và bicacbonat của canxi và magie, trong khi độ cứng vĩnh cửu thể hiện hàm lượng các muối còn lại của chúng Độ cứng toàn phần là tổng của độ cứng tạm thời và vĩnh cửu, giúp đánh giá chính xác mức độ cứng của nguồn nước để có biện pháp xử lý phù hợp.

Sự ảnh hưởng của một số thành phần trong nước ngầm tới sinh hoạt và sức khỏe con người

và sức khỏe con người [1], [3]

Nước là nguồn tài nguyên thiết yếu không thể thiếu trong đời sống hàng ngày và hoạt động sản xuất Tuy nhiên, không phải tất cả các nguồn nước đều phù hợp để sử dụng, vì yêu cầu về hàm lượng các chất trong nước thay đổi theo mục đích sử dụng Trong đó, sự xuất hiện của các ion Fe (Sắt) và Mn (Mangan) trong nước ngầm ảnh hưởng lớn đến quá trình sử dụng nước, bất kể mục đích là gì Do đó, việc loại bỏ ion Fe và Mn trong xử lý nước ngầm là ưu tiên hàng đầu để đảm bảo chất lượng nước an toàn, phù hợp với tiêu chuẩn sử dụng.

Khi hàm lượng sắt trong nước vượt quá 0,5 mg/l, nước sẽ phát ra mùi tanh khó chịu và gây vàng quần áo cũng như hư hỏng dụng cụ gia đình Nồng độ sắt từ 1 đến 3 mg/l trong nước yếm khí có thể chấp nhận về mặt độc hại cho sinh hoạt hàng ngày, nhưng về cảm quan, người tiêu dùng yêu cầu nồng độ thấp hơn nhằm đảm bảo vệ sinh và an toàn Theo tiêu chuẩn Việt Nam (QCVN 09:2008/BTNMT), giới hạn cho phép hàm lượng sắt trong nước là 5 mg/l để bảo vệ sức khỏe và chất lượng nước sinh hoạt.

Mangan vượt quá giới hạn cần thiết có thể gây ảnh hưởng tiêu cực lớn đến sức khỏe, như gây độc thần kinh, bệnh phổi và ung thư Trong nước, mangan thường tồn tại dưới dạng muối tan của clorua, sunfat, nitrat và khi hàm lượng vượt quá 1,5 mg/l sẽ gây ra hiện tượng tạo màu, mùi khó chịu, làm ố bẩn quần áo và dụng cụ sinh hoạt, cùng với việc kết tủa dạng hydroxit làm tắc nghẽn đường ống Tiêu chuẩn nước uống quy định mức tối đa là dưới 0,5 mg/l để đảm bảo an toàn Độ đục của nước phản ánh mức độ ô nhiễm do các chất rắn hòa tan hoặc lơ lửng như sắt, mangan, hữu cơ, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sinh hoạt, như làm mất màu, hỏng thực phẩm, và làm tắc hệ thống lọc, đặc biệt là hệ thống màng lọc Hàm lượng chất rắn cao còn gây đóng cặn trong nồi nấu, làm hỏng thực phẩm, mất vệ sinh, làm giảm thẩm mỹ của nguồn nước và gây tắc nghẽn ống dẫn, ảnh hưởng đến hoạt động sinh hoạt hàng ngày.

Nước cứng cao gây ra nhiều khó khăn trong sinh hoạt và sản xuất, khiến việc giặt quần áo tiêu tốn nhiều xà phòng hơn, thức ăn nấu chín chậm hơn và gây tích tụ cặn trong nồi hơi Ngoài ra, nước cứng còn làm giảm chất lượng sản phẩm trong quá trình sản xuất, ảnh hưởng đến hiệu quả công việc và tiết kiệm chi phí.

Nước nguồn có độ pH thấp gây khó khăn trong quá trình xử lý nước Độ kiềm của nước ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ và hiệu quả của quá trình xử lý nước Khi nước nguồn có độ kiềm thấp, cần bổ sung hóa chất để kiềm hóa nước, đảm bảo quá trình xử lý diễn ra hiệu quả và tối ưu.

Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước ngầm

Để đánh giá chất lượng nước ngầm, người ta sử dụng các chỉ tiêu chính gồm chỉ tiêu vật lý, hóa học và vi sinh Các tiêu chí này giúp xác định mức độ an toàn và phù hợp của nguồn nước ngầm cho mục đích sinh hoạt và sản xuất Trong đó, các yếu tố vật lý như nhiệt độ, màu sắc, mùi, độ trong suốt phản ánh đặc điểm tự nhiên của nước; các chỉ tiêu hóa học như pH, hàm lượng oxy hòa tan, kim loại nặng xét về độ an toàn sức khỏe; còn các chỉ tiêu vi sinh như vi khuẩn coliform, ký sinh trùng thể hiện mức độ ô nhiễm sinh học Việc phân tích đầy đủ các tiêu chí này là bước quan trọng để đảm bảo chất lượng nước ngầm đạt tiêu chuẩn và an toàn cho người sử dụng.

1.3.1 Các chỉ tiêu vật lý:

Nước nguyên chất là môi trường trong suốt, khả năng truyền sáng tốt, nhưng khi chứa tạp chất, cặn rắn, vi sinh vật hoặc hóa chất hòa tan, khả năng truyền sáng của nước giảm đi, dẫn đến độ đục cao hơn Độ đục của nước được xác định dựa trên nguyên tắc này, với các phương pháp đo khác nhau cho kết quả khác nhau, như đơn vị JTU (Jackson Turbidity Unit) đo bằng ống đo độ đục Jackson, hoặc đơn vị FTU (Formazin Turbidity Unit) sử dụng máy đo độ đục Nephel, phù hợp với độ đục từ 5 đến 100 đơn vị.

Nước nguyên chất thường không có màu, trong khi nước có màu là do các chất bẩn hòa tan gây nên, như hợp chất sắt không hòa tan tạo màu đỏ nâu, mùn humic làm nước có màu vàng, và các loài thủy sinh làm nước có màu xanh lá cây Nước thải sinh hoạt và công nghiệp thường gây ra màu xám hoặc đen cho nguồn nước tiếp nhận Để xác định độ màu của nước, người ta có thể sử dụng phương pháp so sánh với dung dịch chuẩn Nessler để đánh giá chính xác mức độ ô nhiễm màu.

Nhiệt độ nước thay đổi theo mùa, chủ yếu ảnh hưởng đến nước mặt, trong khi nước ngầm ít biến đổi hơn (24-27°C) Nhiệt độ của nước đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành và xử lý nước, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả của các quá trình này.

Hàm lượng chất rắn trong nước gồm có chất rắn vô cơ như các muối hòa tan, chất rắn không tan dưới dạng huyền phù, đất cát, và chất rắn hữu cơ bao gồm các sinh vật, vi khuẩn, động vật nguyên sinh, tảo cùng các chất thải hữu cơ và vô sinh như phân rác, chất thải công nghiệp Khi đề cập đến hàm lượng chất rắn, người ta thường sử dụng các khái niệm liên quan để mô tả chính xác thành phần và đặc điểm của chúng trong nước.

Tổng hàm lượng chất rắn TS (Total Solid) đo trọng lượng khô của phần còn lại sau khi làm bay hơi 1 lít mẫu nước trên nồi cách thủy rồi sấy khô ở 105°C đến khi trọng lượng ổn định, với đơn vị là mg/l Chất rắn lơ lửng SS (Suspended Solid) xác định trọng lượng khô của phần còn lại trên giấy lọc sau khi lọc qua 1 lít mẫu nước, sấy khô ở 105°C cho đến khi trọng lượng không thay đổi, đơn vị là mg/l.

Tổng chất rắn hòa tan TDS: bằng hiệu giữa tổng hàm lƣợng chất rắn TS và chất rắn lơ lửng SS:

TDS (Tổng chất rắn hòa tan) được tính bằng công thức TDS = TS – SS, trong đó TS là tổng chất rắn, còn SS là chất rắn lơ lửng Chất rắn bay hơi TVS (Volatile Solid) là phần chất rắn mất đi khi nung phần chất rắn lơ lửng SS ở nhiệt độ 550°C trong một khoảng thời gian nhất định Phần mất đi chính là chất rắn bay hơi, còn lại là chất rắn không bay hơi, giúp xác định rõ thành phần của mẫu chất rắn trong phân tích hóa học.

1.3.2 Các chỉ tiêu hóa học:

 Hàm lƣợng oxy hòa tan DO

Oxy hòa tan trong nước phụ thuộc vào các yếu tố như áp suất, nhiệt độ, cũng như đặc tính của nguồn nước bao gồm các thành phần hóa học, vi sinh và thủy sinh Nước mặt thường có hàm lượng oxy hòa tan cao do bề mặt tiếp xúc trực tiếp với không khí và quá trình quang hợp cùng hoạt động hô hấp của vi sinh vật trong nước Ngược lại, nước ngầm thường có hàm lượng oxy hòa tan thấp vì các phản ứng oxy hóa khử xảy ra trong lòng đất đã tiêu thụ một phần oxy.

Oxy hòa tan trong nước không phản ứng hóa học khi hòa tan Nhiệt độ tăng làm giảm khả năng hòa tan oxy trong nước Hàm lượng oxy hòa tan theo định luật Henry, với nước ngọt ở điều kiện 1 atm và 0°C, lượng oxy hòa tan đạt tối đa 14,2 mg/l, trong khi ở 35°C giảm còn khoảng 7 mg/l Nồng độ oxy hòa tan lý tưởng trong nước thường là khoảng 8 mg/l để duy trì sự sống của các sinh vật thủy sinh.

Khí H2S là sản phẩm phụ của quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong nước thải, gây ra mùi trứng thối khó chịu Với nồng độ cao, khí H2S còn có tính ăn mòn cao, ảnh hưởng đến các vật liệu trong hệ thống xử lý Trong nước ngầm, sự hình thành H2S chủ yếu diễn ra do quá trình khử ion SO4²- thành H2S trong điều kiện yếm khí, góp phần gây ô nhiễm và mất an toàn môi trường.

Trong nước ngầm chứa một lượng lớn các anion như Cl-, SO4, do sự tác dụng của khí với nước, quá trình hòa tan khoáng chất trong đất và sự phân hủy các hợp chất hữu cơ Các anion này đóng vai trò quan trọng trong thành phần hóa học của nước ngầm, ảnh hưởng đến chất lượng và khả năng sử dụng nguồn nước này Cl- và SO4 là những loại anion phổ biến nhất hiện nay trong nước ngầm, phản ánh sự tương tác của môi trường tự nhiên và các hoạt động sinh thái.

Các cation Mn²⁺, Fe²⁺, Mg²⁺, Ca²⁺ xuất hiện phổ biến trong nước ngầm, gây ra hiện tượng độ cứng và màu nước Nguồn gốc của các cation này xuất phát từ quá trình hòa tan của các khoáng chất trong lòng đất Chính nhờ quá trình hòa tan này mà các khoáng chất chứa các cation này được giải phóng vào nguồn nước, ảnh hưởng đến chất lượng nước ngầm Việc xác định hàm lượng của các cation như Mn²⁺, Fe²⁺, Mg²⁺, Ca²⁺ giúp đánh giá độ cứng và tình trạng ô nhiễm của nước ngầm, góp phần đề xuất các giải pháp xử lý phù hợp.

 Các hợp chất của nitơ

Các hợp chất của nitơ trong nước bao gồm amoniac, nitrit, nitrat và dạng nguyên tố N2, là kết quả của quá trình phân huỷ hợp chất hữu cơ từ tự nhiên, chất thải và phân bón do con người đưa vào nguồn nước Việc xác định các hợp chất nitơ này giúp đánh giá mức độ ô nhiễm của nguồn nước Trong nước ngầm, do thiếu oxi, các hợp chất nitơ chủ yếu tồn tại dưới dạng NH₄⁺.

Các hợp chất của axit cacbonic đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì độ ổn định của nước, vì sự cân bằng giữa các dạng hợp chất của axit cacbonic ảnh hưởng đến tính chất của nước Axit cacbonic là một axit yếu, có khả năng phân ly trong nước theo phản ứng: (thêm phản ứng phân ly cụ thể nếu có) Quá trình này giúp điều chỉnh độ pH của nước và ảnh hưởng đến các quá trình sinh học cũng như hóa học trong môi trường Hiểu rõ các hợp chất của axit cacbonic giúp kiểm soát và duy trì tính ổn định của nước trong các hệ sinh thái và ứng dụng công nghiệp.

2- + H2O Tương quan hàm lượng giữa CO2, HCO3

2- ở một nhiệt độ nhất định phụ thuộc vào nồng độ của ion H + , nghĩa là phụ thuộc vào độ pH của nước Khi pH < 4, trong nước chỉ tồn tại CO 2 , khi pH < 8,4 trong nước có cả

CO 2 và HCO 3 - , khi pH < 8,4 lượng CO 2 bị triệt tiêu và trong nước tồn tại cả HCO3

2-, khi pH > 12 trong nước chỉ tồn tại CO3

1.3.3 Các chỉ tiêu vi sinh

Một số phương pháp xử lí sắt, nitrat trong nước ngầm

Trong nước ngầm, hàm lượng sắt và nitrat thường cao, đóng vai trò quan trọng trong đánh giá chất lượng nước Do đó, xử lý sắt và nitrat hiệu quả là mục tiêu chính của quá trình xử lý nước ngầm Các phương pháp xử lý nước ngầm hiệu quả giúp giảm mức độ của các chỉ tiêu này, đảm bảo nguồn nước sạch và an toàn cho người sử dụng.

1.4.1 Phương pháp xử lý sắt

1.4.1.1 Khử bằng phương pháp làm thoáng a) Phản ứng oxi hóa Fe 2+ thành Fe 3+ và thủy phân Fe 3+ trong môi trường tự do (phản ứng đồng thể)

Nguyên lý của phương pháp này dựa trên quá trình oxy hóa sắt (II) thành sắt (III) và tách chúng khỏi nước dưới dạng hydroxit sắt (III) Trong nước ngầm, sắt (II) bicacbonat là một muối không bền, dễ dàng phân ly theo dạng nhất định Phương pháp này giúp loại bỏ hiệu quả sắt khỏi nước ngầm, đảm bảo chất lượng nước sạch và an toàn.

Nếu trong nước có oxy hòa tan, quá trình oxi hóa và thủy phân diễn ra nhƣ sau

4Fe 2+ + 10H2O + O2 => 4Fe(OH)3 + 8H + Đồng thời xảy ra phản ứng phụ:

Phản ứng H⁺ + HCO₃⁻ → H₂O + CO₂ mô tả quá trình phản ứng axit-bazơ sinh ra khí CO₂ Sắt (III) hydroxide trong nước kết tủa thành bông cặn màu vàng, dễ dàng tách ra khỏi nước nhờ quá trình lắng lọc, giúp làm sạch nước hiệu quả.

Người ta cũng nhận thấy rằng, tốc độ phản ứng oxy hóa sắt tăng khi pH của nước tăng (nồng độ H + giảm) và khi nồng độ hòa tan tăng

Nước ngầm thường có lượng oxy hòa tan rất thấp hoặc không chứa oxy hòa tan Để nâng cao nồng độ oxy trong nước ngầm, phương pháp đơn giản nhất là làm thoáng, giúp quá trình khử sắt hiệu quả hơn Hiệu quả của quá trình làm thoáng phụ thuộc vào nhu cầu oxy để phản ứng oxi hóa sắt Trong quá trình này, Fe²⁺ được oxi hóa và Fe³⁺ trải qua thủy phân trong môi trường dị thể của lớp vật liệu lọc, kết hợp giữa làm thoáng và lọc để khử sắt hiệu quả.

Trong quá trình làm thoáng, mục đích chính là cung cấp oxy cho nước, giúp quá trình oxy hóa diễn ra hiệu quả Khi làm thoáng, Fe²⁺ được oxy hóa thành Fe³⁺ với tỷ lệ nhỏ, góp phần loại bỏ sắt trong nước Quá trình oxy hóa Fe²⁺ thành Fe³⁺ chủ yếu diễn ra trong lớp vật liệu lọc, đảm bảo nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn về hàm lượng sắt.

Quá trình làm thoáng tạo ra trên bề mặt các hạt vật liệu lọc một lớp màng gồm các hợp chất sắt như Fe²⁺ và Fe³⁺ Lớp màng này đóng vai trò quan trọng trong việc cải thiện hiệu quả lọc và loại bỏ tạp chất Việc hình thành lớp màng sắt giúp nâng cao khả năng hấp thụ và giữ lại các chất ô nhiễm trong quá trình xử lý nước Nhờ vào sự hình thành của lớp màng sắt này, hệ thống lọc trở nên hiệu quả và bền vững hơn trong việc làm sạch nước.

Sau khi lớp màng xúc tác hình thành trên bề mặt vật liệu lọc, nó đóng vai trò tăng tốc quá trình oxi hóa Fe²⁺ và hấp phụ O₂, tạo điều kiện cho phản ứng diễn ra hiệu quả hơn trong quá trình xử lý nước Quá trình oxi hóa Fe²⁺ thành Fe³⁺ và thủy phân Fe³⁺ thành Fe(OH)₃ xảy ra ngay trên lớp màng, với tốc độ nhanh hơn nhiều so với môi trường đồng thể, giúp loại bỏ cặn sắt không tan một cách hiệu quả Thời gian hình thành lớp màng xúc tác, gọi là thời gian luyện vật liệu lọc, phụ thuộc vào các yếu tố như cỡ hạt, chiều dày lớp vật liệu, tốc độ lọc và hàm lượng cặn, và thường dao động từ 140 giờ trở lên Quá trình này tạo ra một hệ thống lọc phức tạp, không chỉ đơn thuần lọc cặn mà còn thúc đẩy phản ứng oxy hóa, đảm bảo chất lượng nước sạch hơn.

330 giờ Để rút ngắn thời gian luyện cát lọc, người ta đưa thêm vào dung dịch

FeSO4 5% cần được pha đúng tỷ lệ nhằm đạt hàm lượng sắt trong nước từ 30 đến 40 mg/l, đảm bảo hiệu quả xử lý Nhiều nghiên cứu đã tập trung vào cấu tạo, thành phần của lớp màng xúc tác và tác dụng của nó trong quá trình khử sắt tại các hệ thống lọc nước Sau quá trình lọc, nước đạt tiêu chuẩn về hàm lượng sắt cho sinh hoạt và ăn uống Quá trình oxi hóa Fe²⁺ thành Fe³⁺ diễn ra nhờ lớp màng xúc tác chứa oxit mangan, góp phần làm giảm hàm lượng sắt trong nước hiệu quả.

Lớp màng oxit mangan là chất xúc tác quan trọng giúp tăng cường quá trình oxi hóa Fe²⁺ thành Fe³⁺ ngay cả trong điều kiện có pH thấp Các lớp màng này đóng vai trò chính trong quá trình xử lý, thúc đẩy phản ứng oxi hóa diễn ra hiệu quả hơn Nhờ đó, hệ thống xử lý nước trở nên hiệu quả hơn trong việc loại bỏ các hợp chất sắt có khả năng gây ô nhiễm Quá trình hình thành các lớp màng này giúp cải thiện khả năng oxi hóa của các chất xúc tác, nâng cao hiệu suất của quá trình xử lý.

MnOMn2O7 + 4Fe(HCO3)2 + 2H2O => 3MnO2 + 4Fe(OH)3 + 8CO2

Phản ứng giữa MnO₂ và O₂ tạo thành MnOMn₂O₇, một hợp chất có khả năng hoạt động như một lớp màng bảo vệ Khi có hợp chất Fe²⁺ đi qua, lớp màng MnOMn₂O₇ hoạt động như chất xúc tác, thúc đẩy quá trình phản ứng diễn ra nhanh chóng Quá trình này khiến lớp màng dần dày lên, với phản ứng tiếp diễn cho đến khi lớp màng đạt đến giới hạn nhất định, cần phải được tháo bỏ để thay thế bằng lớp mới Việc duy trì lớp màng này là yếu tố quyết định hiệu quả của quá trình phản ứng và quá trình xử lý diễn ra tối ưu.

1.4.1.2 Các phương pháp oxy hóa khử bằng hóa chất a, Khử sắt bằng các chất oxi hóa mạnh

Các chất oxi hóa mạnh thường sử dụng để khử sắt là: Cl2, KMnO4, O3… Khi cho các chất oxi hóa mạnh vào nước, phản ứng diễn ra như sau:

2Fe 2+ + Cl 2 + 6H 2 O => 2Fe(OH) 3 + 2Cl - + 6H + 3Fe 2+ + KMnO4 + 7H2O => 3Fe(OH)3 + MnO2 + K + + 5H + Ở phương pháp này nếu trong nước có tồn tại các hợp chất như: H2S,

NH3 thì chúng sẽ gây ảnh hưởng đến quá trình khử sắt b, Khử sắt bằng vôi

Phương pháp khử sắt bằng vôi thường được kết hợp với các quá trình ổn định hoặc làm mềm nước để đạt hiệu quả tối ưu Khi cho vôi vào nước, quá trình loại bỏ sắt diễn ra qua hai trường hợp chính, giúp cải thiện chất lượng nước sạch và an toàn.

- Trường hợp nước có oxi hòa tan: vôi được coi như chất xúc tác, phản ứng khử sắt diễn ra nhƣ sau:

4Fe(HCO3)2 + O2 + 2H2O + 4Ca(OH)2 => 4Fe(OH)3 + 4Ca(HCO3)2

Sắt (III) hydroxit đƣợc tạo thành, dễ dàng lắng lại trong bể lắng và giữ lại hoàn toàn trong bể lọc

- Trường hợp nước không có oxi hòa tan: khi cho vôi vào nước phản ứng diễn ra nhƣ sau:

Fe(HCO3)2 + Ca(OH)2 => FeCO3 + CaCO3 + H2O Sắt được khử đi dưới dạng FeCO3 chứ không phải hydroxit sắt

1.4.1.3 Các phương pháp khử sắt khác a, Khử sắt bằng trao đổi cation

Nước trải qua lớp vật liệu lọc có khả năng trao đổi ion, nơi các ion H+ và Na+ trong vật liệu trao đổi với ion Fe2+ có trong nước Quá trình này giúp loại bỏ ion Fe2+ hiệu quả, giữ lại trong lớp vật liệu lọc Lớp vật liệu lọc này, gọi là cationit, thường được sử dụng để xử lý nguồn nước chứa Fe2+ dạng hòa tan.

2[K] Na + Fe(HCO3)2 => [K]2 Fe + 2NaHCO3

Cationit có thể đƣợc tái sinh bằng NaCl và HCl

Quá trình phản ứng giữa NaCl và các kim loại như K hoặc Fe giúp tạo ra các hợp chất như KNa và FeCl2, đồng thời các ion Ca2+ và Mg2+ cũng tham gia trao đổi ion, góp phần nâng cao hiệu quả loại bỏ sắt Phương pháp này thường được áp dụng kết hợp với quá trình làm mềm nước để tăng hiệu quả xử lý nước chứa sắt Ngoài ra, khử sắt bằng phương pháp điện phân là một kỹ thuật hiệu quả để loại bỏ sắt ra khỏi nguồn nước, đảm bảo chất lượng nước sạch.

Dùng cực âm bằng sắt, nhôm và cực dương bằng đồng, bạch kim giúp nâng cao hiệu quả quá trình điện phân Thay vì sử dụng tấm điện cực phẳng, có thể dùng điện cực hình ống trụ hoặc dạng sợi để tối ưu hóa quá trình khử sắt Ngoài ra, phương pháp khử sắt bằng vi sinh vật là một giải pháp sinh học hiệu quả, giúp xử lý ô nhiễm sắt trong nước một cách bền vững và thân thiện với môi trường.

Cấy các mầm khuẩn sát trong lớp cát lọc của bể lọc giúp thúc đẩy quá trình loại bỏ sắt từ nước hiệu quả Các hoạt động của vi khuẩn sắt đóng vai trò quan trọng trong quá trình này, giúp phân hủy và loại bỏ sắt ra khỏi nước sạch nhanh chóng Quá trình khử sắt diễn ra ngay trong lòng đất, giảm thiểu sự tích tụ và tối ưu hóa quy trình xử lý nước sinh hoạt hiệu quả và bền vững.

Nguyên nhân gây ô nhiễm và hiện trạng ô nhiễm nước ngầm ở Việt Nam

Nước ngầm là nguồn cung cấp nước sạch chính cho cuộc sống của nhiều quốc gia và cộng đồng trên thế giới Tuy nhiên, ô nhiễm nước ngầm đang ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất lượng môi trường sống của con người Các tác nhân gây ô nhiễm và suy thoái nguồn nước ngầm bao gồm các hoạt động công nghiệp, sử dụng chất hóa học từ nông nghiệp, rác thải độc hại và phân lỏng không xử lý đúng cách Việc ô nhiễm nước ngầm không chỉ gây ra nguy cơ sức khỏe mà còn đe dọa đến sự phát triển bền vững của các cộng đồng dân cư Do đó, việc kiểm soát và giảm thiểu ô nhiễm nước ngầm là yếu tố cấp thiết để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Nhiễm mặn do khai thác nông nghiệp và chăn nuôi quá tải là nguyên nhân chính gây ô nhiễm nguồn nước ngầm, tạo điều kiện thuận lợi cho mặn xâm nhập nhiều nơi Mạch nước ngầm đã bị nhiễm mặn thì rất khó tái sử dụng, gây ảnh hưởng tiêu cực đến sinh hoạt và sản xuất Môi trường nước mặt bị ô nhiễm do chứa các chất hữu cơ và vi sinh, trong đó hàm lượng coliform vượt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần, làm suy giảm chất lượng nước Tại Hà Nội, theo số liệu của Cục Bảo vệ Môi trường tháng 5/2006, lượng nước thải sinh hoạt khoảng 450.000 m³/ngày đêm, phần lớn được xử lý sơ bộ rồi xả ra các cống, kênh mương, ao hồ hoặc trực tiếp ra sông Việc xả nước thải chưa được xử lý adequately khiến ô nhiễm nguồn nước sông ngày càng nghiêm trọng.

Các chất phóng xạ có trong khoáng sản dưới đất hoặc các chất thải phóng xạ chưa được xử lý có khả năng ngấm qua các lớp đất, dẫn đến ô nhiễm nước ngầm sau nhiều năm tích tụ.

Năm 2001, nghiên cứu của tiến sĩ Michael Berg từ Viện Liên bang Khoa học và Công nghệ Môi trường Thụy Sĩ công bố trên tạp chí Environmental Science & Technology chỉ ra rằng nguồn nước uống tại vùng phía Bắc Việt Nam đang bị nhiễm asen với nồng độ gấp 5 lần mức cho phép của Việt Nam (10 phần tỷ) Nguyên nhân chính được xác định là do nguồn nước này lấy từ các giếng khoan có độ sâu từ 10 đến 35 mét, gây ra nguy cơ ô nhiễm asen cao và ảnh hưởng đáng kể đến sức khỏe cộng đồng.

2003, tình trạng ô nhiễm này đã đƣợc chứng minh qua việc khám phá một số bệnh nhân bị bệnh arsenicosis tức là lòng bàn tay và chân bị nám đen

Ô nhiễm nhu cầu oxy hóa học (COD) và nhu cầu oxy sinh học (BOD5) là chỉ tiêu quan trọng phản ánh sự hiện diện của các hợp chất hữu cơ nhẹ trong nước Trong các vùng phát triển nông nghiệp và công nghiệp, lượng COD và BOD5 thường tăng cao, cho thấy sự có mặt của hữu cơ và tình trạng thiếu oxy trong nước Ngoài ra, ô nhiễm còn do các tác nhân nhân tạo như kim loại nặng, photphat, nitrat, nitrit và amoniac, chủ yếu xuất phát từ dư lượng phân bón sử dụng trong nông nghiệp, ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng nước và hệ sinh thái.

Ô nhiễm hóa chất bảo vệ thực vật là hệ quả của việc phát triển nông nghiệp để đáp ứng nhu cầu gia tăng dân số, dẫn đến nguy cơ ô nhiễm nguồn nước ngầm do hóa chất diệt cỏ, trừ sâu có thời gian bán hủy rất lâu, tồn tại trong đất và thẩm thấu qua nước mưa vào nguồn nước ngầm Nguồn nước ngầm ngày càng trở nên kém an toàn, đặc biệt là ở các giếng đào và giếng khoan, khiến nguy cơ tích tụ hóa chất trong gan và mỡ cao, dẫn đến nhiễm độc thầm lặng kéo dài hàng chục năm và tiềm ẩn nguy cơ tử vong cao khi phát hiện bệnh muộn.

Như vậy tình trạng ô nhiễm và suy thoái nước ngầm đang báo động nghiêm trọng ở các khu vực đô thị và các thành phố lớn trên thế giới Riêng ở

Tại Hà Nội, một số khu vực đã xuất hiện hiện tượng lún đất, biến dạng bề mặt đất và giếng khoan bị tụt, gây giảm lưu lượng nước ngầm xuống hơn 10 mét và giảm một nửa so với ban đầu Để giảm thiểu ô nhiễm và suy thoái nguồn nước ngầm, cần thực hiện đồng bộ các biện pháp như điều tra, thăm dò trữ lượng và chất lượng nguồn nước, xử lý nước thải, chống ô nhiễm các nguồn nước mặt, cũng như thường xuyên theo dõi trữ lượng và chất lượng nước ngầm.

- Ô nhiễm nitrit và các hợp chất chứa nitơ

Chu trình của nitơ chủ yếu là các phản ứng liên quan đến sinh học Tất cả các phản ứng trong chuỗi:

Các phản ứng chuyển đổi nitrogen thành N2 chủ yếu do vi sinh vật đảm nhận, góp phần duy trì cân bằng sinh thái Các hợp chất nitơ phổ biến trong nước như NH₄⁺, NO₂⁻, NO₃⁻ xuất hiện qua quá trình phân hủy các sinh vật yếm khí (NH₄⁺) và hiếu khí (NO₂⁻, NO₃⁻), phản ánh hoạt động của các vi sinh vật trong quá trình xử lý nước thải và đất đai.

Các chất hữu cơ chứa nitơ từ xác sinh vật và chất thải hữu cơ đóng vai trò quan trọng trong ô nhiễm môi trường nước Ngoài ra, nitrit và nitrat còn có nhiều trong sản phẩm thịt và rau quả, và khi hàm lượng của chúng vượt mức cho phép, chúng gây ô nhiễm môi trường nước và đe dọa sức khỏe con người.

Hình 1.1: Các nguồn gây ô nhiễm nước ngầm [13]

1.5.2 Hiện trạng ô nhiễm nước ngầm

Trong vòng 5-6 năm qua, nước ngầm từng được xem là nguồn nước sạch dễ sử dụng mà không cần xử lý phức tạp, nhưng hiện nay chất lượng nước ngày càng xuống cấp nghiêm trọng do ô nhiễm Hàm lượng các chất hòa tan, kim loại, chất hữu cơ và mực nước sụt giảm đáng kể, gây ra tình trạng bỏ hoang các giếng khoan không thể khai thác nước ngầm Việc suy thoái nguồn nước ngầm ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường đất và nước, gây ra vấn đề toàn cầu và đặc biệt nghiêm trọng tại Việt Nam Tại vùng đồng bằng Bắc Bộ, mực nước ngầm giảm sâu, đặc biệt ở các khu vực như Mai Dịch và Tân Lập, số mẫu nước vượt tiêu chuẩn về hàm lượng amoni, mangan và asen, trong đó hàm lượng amoni tại Tân Lập lên đến 23,30 mg/l, gấp 233 lần tiêu chuẩn cho phép Tại đồng bằng Nam Bộ, nhiều điểm đo mực nước cũng đã hạ thấp sâu, đặc biệt ở quận 12 và Bình Tân, với hàm lượng mangan và metan vượt mức cho phép Những kết quả này nhấn mạnh sự cấp thiết phải có biện pháp bảo vệ nguồn nước ngầm nhanh chóng để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Quang có hàm lượng sắt cao vượt mức quy chuẩn của cơ quan kiểm định, chủ yếu tập trung quanh các mỏ khai thác sunfua, với mức trên 15-20 mg/l Gần 2/3 số hộ gia đình tại Việt Nam sử dụng nước ngầm bị nhiễm kim loại nặng, đặc biệt tại các vùng như Vĩnh Phúc, Hà Nội, và Nam Định, nơi tỷ lệ người dân sử dụng nước nhiễm kim loại còn cao hơn Hiện tượng sụt giảm nguồn nước ngầm nghiêm trọng cùng với nhiễm mặn đang ảnh hưởng đáng kể đến các huyện như Huyện, gây khó khăn trong sinh hoạt và sản xuất của cộng đồng.

Mỹ Xuyên, huyện Trần Đề, thị xã Vĩnh Châu, TP Sóc Trăng, tỉnh Sóc Trăng

Người dân thường xuyên đối mặt với tình trạng khô hạn, nguồn nước bị ô nhiễm và nhiễm mặn, khiến họ phải khai thác nước ngầm để phục vụ sinh hoạt hàng ngày, sản xuất nông nghiệp và công nghiệp Để khai thác nước ngầm hiệu quả, các hộ dân thường tiến hành khoan giếng và lắp đặt cây nước (bơm tay hoặc bơm máy) xuống lòng đất, tận dụng nguồn nước sẵn có dưới lòng đất để đáp ứng nhu cầu sử dụng.

Do khai thác quá mức, mực nước ngầm tại tỉnh Sóc Trăng đã giảm đáng kể, khiến việc lấy nước trở nên khó khăn hơn chỉ trong vòng 6 năm gần đây Các hộ dân Ban đầu dễ dàng khoan giếng để lấy nước, nhưng hiện nay phải khoan sâu hơn do nguồn nước cạn kiệt, gây ra tình trạng ô nhiễm và mặn hóa nguồn nước ngày càng tăng Theo Sở Tài nguyên & Môi trường tỉnh Sóc Trăng, mực nước ngầm sụt giảm rất cao, đi kèm với nguy cơ ô nhiễm ngày càng nghiêm trọng Không chỉ riêng Sóc Trăng, các tỉnh khác trong đồng bằng Cửu Long như Cần Thơ, Cà Mau, Bạc Liêu, An Giang cũng đang đối mặt với tình trạng giống nhau Theo số liệu của Sở TN&MT Cà Mau, tỉnh này có hơn 180.000 giếng nước ngầm, trong đó có khoảng 40.000 giếng bị ô nhiễm nghiêm trọng, đe dọa an toàn nước sinh hoạt của người dân.

Nếu các cơ quan có thẩm quyền không kiểm soát chặt chẽ việc khai thác nước ngầm bừa bãi hiện nay, tình trạng ô nhiễm nguồn nước ngầm sẽ ngày càng nghiêm trọng Việc khai thác quá mức có thể dẫn đến cạn kiệt nguồn nước ngầm, gây ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường và sinh hoạt cộng đồng Chính vì vậy, cần có giải pháp quản lý chặt chẽ và nâng cao ý thức bảo vệ nguồn nước ngầm để tránh những hậu quả nghiêm trọng trong tương lai.

MỤC TIÊU, ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Mục tiêu nghiên cứu

Góp phần nâng cao chất lượng nước sinh hoạt cho người dân tại xã Văn Khúc, huyện Cẩm Khê, tỉnh Phú Thọ

Chúng tôi đã thiết kế và xây dựng thiết bị xử lý nước ngầm quy mô phòng thí nghiệm nhằm cải thiện chất lượng nước tại xã Văn Khúc, huyện Cẩm Khê, tỉnh Phú Thọ Dự án tập trung vào việc phát triển công nghệ xử lý nước hiệu quả để đảm bảo nguồn nước sạch cho cộng đồng địa phương Thiết bị thử nghiệm này giúp đánh giá khả năng xử lý các tạp chất trong nước ngầm, góp phần nâng cao sức khỏe cộng đồng và thúc đẩy phát triển bền vững tại khu vực.

Đánh giá hiệu quả xử lý nước ngầm tại xã Văn Khúc giúp xác định tính khả thi và độ sạch của nguồn nước Dựa trên kết quả này, chúng tôi đề xuất các thiết bị xử lý nước ngầm phù hợp quy mô hộ gia đình, đáp ứng nhu cầu cung cấp nước sạch và an toàn cho cộng đồng địa phương Việc sử dụng thiết bị xử lý nước hiệu quả sẽ cải thiện sức khỏe cộng đồng và nâng cao chất lượng cuộc sống tại xã Văn Khúc.

Đối tƣợng nghiên cứu

Mẫu nước nghiên cứu được lấy tại một số giếng khoan thuộc xã Văn Khúc, huyện Cẩm Khê, tỉnh Phú Thọ.

Nội dung nghiên cứu

- Nghiên cứu, đánh giá chất lượng nước ngầm tại xã Văn Khúc, huyện Cẩm Khê, tỉnh Phú Thọ;

- Tính toán thiết kế và lắp đặt thiết bị xử lý nước ngầm quy mô phòng thí nghiệm;

- Đánh giá hiệu quả xử lý nước ngầm của thiết bị;

- Đề xuất xây dựng thiết bị xử lý nước ngầm quy mô hộ gia đình cho khu vực nghiên cứu.

Phương pháp nghiên cứu

2.4.1 Phương pháp thu thập và kế thừa tài liệu

Phương pháp nghiên cứu dựa trên việc sử dụng các tài liệu đã công bố như các công trình nghiên cứu khoa học, văn bản pháp lý, và tài liệu điều tra của các cơ quan thẩm quyền liên quan đến lĩnh vực nghiên cứu Phương pháp này rất cần thiết và phổ biến trong quá trình nghiên cứu, giúp tổng hợp kinh nghiệm từ các tài liệu thu thập được và kế thừa có chọn lọc những nội dung đã có trước đó để phát triển đề tài một cách toàn diện.

Những tài liệu cần thu thập đƣợc:

- Sách báo, luận văn, tạp trí và các trang web

- Tình hình ô nhiễm nước ngầm hiện nay

2.4.2 Phương pháp lấy mẫu, bảo quản mẫu và phân tích các chỉ tiêu trong nước ngầm

Phương pháp này được sử dụng để thực hiện nội dung thứ nhất và thứ ba

2.4.1.1 Phương pháp lấy mẫu nước ngầm

Để lấy nước ngầm đúng tiêu chuẩn, đề tài áp dụng TCVN 6000-1995 hướng dẫn kỹ thuật lấy mẫu nước ngầm, nhằm đảm bảo tính chính xác và độ tin cậy của mẫu nước Ngoài ra, còn tuân thủ TCVN 5993-1995 (ISO 5667-3:1985) về chất lượng nước và hướng dẫn bảo quản, xử lý mẫu nước ngầm để duy trì độ ổn định của mẫu trong quá trình phân tích Việc sử dụng các tiêu chuẩn này giúp đảm bảo kết quả kiểm nghiệm chính xác, phù hợp với các quy định về an toàn và chất lượng nước ngầm.

- Đề tài tiến hành lấy 15 mẫu nước giếng khoan tại địa điểm nghiên cứu

- Tại mỗi điểm lấy 2 mẫu đựng trong chai nhựa PE có thể tích 500ml

- Vị trí các mẫu đƣợc lấy nhƣ sau:

Bảng 2.1: Vị trí các điểm lấy mẫu

STT Kí hiệu mẫu Địa điểm lấy mẫu

1 M1 Nhà ông Quỳnh, thôn Đình

2 M2 Nhà ông Quân, thôn Đồng

3 M3 Nhà bà Thịnh, thôn Quang Trung

4 M4 Nhà ông Hải, thôn Nguyễn Huệ

5 M5 Nhà bà Định, thôn Liên Tiếp

6 M6 Nhà bà Thúy, thôn Liên Tiếp

7 M7 Nhà bà Trung, thôn Hoa Triệu

8 M8 Nhà ông Long, thôn Gò Khế

9 M9 Nhà bà Tiến, thôn Gò Làng

10 M10 Nhà ông Khang, thôn Rừng Vầu

11 M11 Nhà ông Bình, thôn An Ninh

12 M12 Nhà ông Thành, thôn Bến Phường

13 M13 Nhà ông Hùng, thôn Bến Phường

14 M14 Nhà ông Thành, thôn Đồng Phai

15 M15 Nhà ông Hải, thôn Đồng Phai

2.4.1.2 Phương pháp phân tích các thông số trong phòng thí nghiệm a Phương pháp xác định sắt

- Dung dịch chuẩn gốc Fe 3+ nồng độ 0,01 mg/ml

- Dung dịch axit Sunfosalixilic 20%: cân 20g axit Sunfosalixilic, sau đó thêm vào 180 ml nước cất để hòa tan hoàn toàn lượng axit trên

- NH 4 Cl 2N: cân 107 gam muối NH 4 Cl hòa tan và định mức tới vạch trong bình định mức 1000 ml

- Lấy lần lƣợt 0, 1, 3, 5, 7, 10 ml dung dịch chuẩn sử dụng nồng độ 0,01 mg/ml cho vào bình định mức 50 ml

- Thêm nước cất đến khoảng nửa bình định mức

- Thêm vào 2 ml NH 4 Cl 2N

Thêm 2 ml dung dịch axit sunfosalixilic vào dung dịch chứa mẫu phân tích Tiếp theo, nhỏ từng giọt dung dịch ammoniac (NH₃) vào dung dịch mẫu đến khi xuất hiện màu vàng để chỉnh độ pH Sau đó, thêm 1 ml dung dịch NH₃ để giữ màu ổn định và định mức đến vạch Cuối cùng, thực hiện đo quang phổ ở bước sóng 430 nm để xác định nồng độ của thành phần cần phân tích.

Hình 2.1: Đường chuẩn của sắt

Phương trình đường chuẩn xác định được có dạng Abs = 0,1301  C – 0,0008, hệ số tương quan R 2 = 0.982 Với phương pháp này đảm bảo độ đúng rất cao trong quá trình phân tích

- Lấy 250 ml mẫu nước cô đặc xuống 50 ml để làm giàu mẫu, sau đó tiến hành lọc qua giấy lọc để loại bỏ các chất rắn lơ lửng

Để xác định nitrat, đầu tiên lấy 25 ml dung dịch sau khi làm giàu và chuyển vào bình định mức 50 ml Tiếp theo, tiến hành xây dựng đường chuẩn để đảm bảo độ chính xác cho quá trình phân tích Phương pháp này giúp xác định hàm lượng nitrat trong mẫu một cách chính xác và tin cậy.

Lấy lần lượt 0, 1, 3, 5, 7 và 10 ml dung dịch chuẩn NO₃⁻ có nồng độ 0,1 mg/ml vào 6 cốc chịu nhiệt để chuẩn bị mẫu Tiếp theo, thêm nước cất đến tổng thể tích 30 ml trong mỗi cốc để đảm bảo dung dịch đồng đều Cuối cùng, cô cạn dung dịch trên bếp cách thủy để loại bỏ nước, chuẩn bị cho các bước phân tích tiếp theo.

- Thêm 2ml dung dịch axit disunfofemic vào phần cặn trong chén và dùng đũa thủy tinh nhỏ, sạch hòa tan hoàn toàn

- Chuyển dung dịch vào bình định mức 50 ml

- Sau đó thêm 20 ml nước cất

- Thêm tiếp 5 - 7 ml NH 3 đặc hoặc KOH 12N

- Cuối cùng định mức đến vạch bằng nước cất và tiến hành đo mật độ quang tại bước sóng 410 nm

Hình 2.2: Đường chuẩn của nitrat

Phương trình đường chuẩn xác định được có dạng Abs = 0,1048C + 0,0049, hệ số tương quan R 2 = 0.981 Với phương pháp này đảm bảo độ đúng rất cao trong quá trình phân tích

- Lấy 30 ml mẫu nước cho lọc qua giấy lọc để loại bỏ chất rắn

- Chuyển vào chén sứ và cô cạn trên bếp cách thủy

- Thêm 2 ml dung dịch axit disunfofemic vào phần cặn trong chén và dùng đũa thủy tinh nhỏ, sạch hòa tan hoàn toàn

- Cho dung dịch vào bình định mức 50 ml

Trong quá trình phân tích, thêm 20 ml nước cất cùng với 6-7 ml dung dịch NH₃ đặc hoặc KOH 12N Sau đó, điều chỉnh định mức đến vạch bằng nước cất để đảm bảo độ chính xác Tiếp theo, tiến hành đo mật độ quang tại bước sóng 410 nm nhằm xác định độ đục của mẫu, giúp đánh giá chính xác độ trong suốt của dung dịch.

Dùng máy đo độ đục xác định, đơn vị đo là NTU d Phương pháp xác định chất rắn hòa tan (TDS)

Dùng máy đo nhanh để xác định

Hình 2.3: Máy so màu quang điện, máy đo độ đục, máy đo TDS

2.4.3 Phương pháp thiết kế, lắp đặt thiết bị xử lý nước ngầm Để dễ dàng triển khai, áp dụng vào quy mô hộ gia đình thì phương pháp xử lý nước ngầm thích hợp là phương pháp lọc qua vật liệu lọc Do đó trong nghiên cứu này, đề tài thiết kế các bể thí nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm với 2 bể có kích thước là: 10×20×120 cm (dài rỗng cao) để tiến hành lọc nước

Hình 2.4: Thiết bị xử lý nước ngầm quy mô phòng thí nghiệm

2.4.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm đánh giá hiệu quả xử lý của thiết bị Đề tài tiến hành lấy mẫu nước tại các hộ gia đình cho vào bể chứa nước Nước nghiên cứu được máy bơm bơm từ bể chứa số 1 qua đường ống tạo giàn phun mƣa nhằm oxi hóa sắt sau đó đi vào bể lọc

2.4.5 Phương pháp xử lý số liệu nội nghiệp

Các số liệu thu thập trong quá trình nghiên cứu sẽ được xử lý trên phần mềm Excel, giúp phân tích và tổng hợp dữ liệu một cách chính xác và hiệu quả Việc sử dụng Excel hỗ trợ tối ưu trong việc tổ chức dữ liệu, từ đó đưa ra các kết luận phù hợp với nội dung nghiên cứu Phân tích dữ liệu bằng phần mềm Excel giúp đảm bảo tính minh bạch và chính xác cho quá trình nghiên cứu khoa học.

Tính nồng độ Fe có trong mẫu nước

CFe = C đc * f / F (mg/l) Tính nồng độ nitrat có trong mẫu nước

CFe: nồng độ của Fe có trong mẫu nước phân tích (mg/l)

Cđc: nồng độ của Fe tính theo đường chuẩn (mg/l)

F: hệ số làm giàu mẫu phân tích f: tỉ lệ giữa thể tích mẫu sau khi làm giàu trên thể tích mẫu lẫy cho phản ứng hiện màu

- trong mẫu (mg/l) C: Nồng độ NO3

- đường chuẩn (mg/l) V: Thể tích dung dịch đem so màu (ml)

V 1 : Thể tích mẫu đem phân tích (ml)

2.4.6 Phương pháp so sánh, đánh giá

Kết quả các thí nghiệm được so sánh với nhau và với quy chuẩn Việt Nam để đánh giá mức độ ô nhiễm Qua đó, xác định hiệu suất xử lý của mô hình nghiên cứu, góp phần nâng cao hiệu quả hoặc điều chỉnh các phương pháp xử lý phù hợp với tiêu chuẩn môi trường hiện hành.

ĐIỀU KIỆN TỰ NHIÊN, KINH TẾ, XÃ HỘI CỦA VÙNG

Điều kiện tự nhiên

Văn Khúc là một xã miền núi cách trung tâm huyện Cẩm Khê 15 km, có tổng diện tích tự nhiên là: 935,66 ha Toàn xã có 14 khu hành chính

- Phía Đông giáp xã Hiền Đa, Cát Trù

- Phía Tây giáp xã Đồng Lạc

- Phía Nam giáp xã Yên Dƣỡng

- Phía Bắc giáp xã Chương Xá, Phú Lạc

Phía Tây của xã có 6,7 km đường tỉnh lộ 313C chạy qua đi thị trấn Yên Lập

3.1.2 Địa hình và đất đai

Xã Văn Khúc được chia thành 14 khu hành chính, với địa hình bán sơn địa kết hợp đồi gò và đồng bằng nhỏ hẹp Địa bàn rộng cùng với địa hình khá phức tạp gây ra nhiều khó khăn trong việc đi lại giữa các thôn xóm, đặc biệt vào mùa mưa bão Địa hình của xã cao dần từ đông sang tây, với độ cao trung bình từ 50–70 mét và độ dốc chủ yếu từ 10–20 độ, ảnh hưởng lớn đến đời sống và phát triển của cộng đồng.

Xã Văn Khúc mang đặc điểm chung của miền khí hậu nhiệt đới gió mùa, và chia làm 2 mùa rõ rệt:

Mùa khô hanh kéo dài từ 15/10 đến 15/4 năm sau

Mùa mƣa nóng và ẩm kéo dài từ 16/4 đến 14/10

Nhiệt độ trung bình hàng năm là 23 o C , nhiệt độ thấp nhất là tháng 12, 1,

Huyện Cẩm Khê có khí hậu ôn hòa, nhiệt độ trung bình từ 16 đến 18°C, phù hợp cho nhiều hoạt động nông nghiệp và sinh hoạt hàng ngày Lượng mưa trung bình hàng năm đạt khoảng 1719 mm, đảm bảo nguồn nước phong phú cho sản xuất và sinh hoạt của cộng đồng Mức độ ánh sáng mặt trời hàng năm khoảng 1720 giờ nắng giúp thúc đẩy các quá trình sinh trưởng và phát triển của cây trồng Tóm lại, khí hậu của huyện Cẩm Khê, đặc biệt là xã Văn Khúc, có đủ nhiệt, ánh sáng và lượng mưa cần thiết để duy trì đời sống và phát triển kinh tế địa phương.

Vùng có nhiệt độ khoảng 8.000°C, độ ẩm cao và lượng mưa dồi dào tạo điều kiện thuận lợicho phát triển đa dạng các loại cây trồng,bao gồm cây lương thực như lúa, ngô, khoai, sắn; cây rau củ như rau, đậu, đỗ; và các loại cây ăn quả phong phú như bưởi, vải, nhãn, góp phần nâng cao năng suất và đa dạng hóatrong sản xuất nông nghiệp.

Văn Khúc có 119,03 ha ao hồ, đóng vai trò quan trọng trong phục vụ dân sinh và phát triển nông nghiệp, cung cấp nguồn nước tưới và đảm bảo điều kiện khí hậu phù hợp Mặc dù diện tích tự nhiên của xã không lớn, nhưng gần 47% diện tích đất đai phụ thuộc vào nguồn nước trời, góp phần nâng cao đời sống và thúc đẩy sản xuất nông nghiệp bền vững.

Bảng 3.1: Số liệu khí hậu trung bình các năm 2006 – 2011

Tháng Nhiệt độ ( o C) Lƣợng mƣa

(mm) Độ ẩm (%) Số giờ nắng (giờ)

(Nguồn: UBND xã Văn Khúc)

Điều kiện kinh tế, xã hội

3.2.1 Dân số và lao động

Lao động đóng vai trò then chốt trong việc thúc đẩy phát triển kinh tế của địa phương Việc tổ chức và sử dụng nguồn lao động hợp lý, phù hợp với nhu cầu phát triển là điều rất cần thiết để đạt hiệu quả cao Do đó, việc xem xét và đánh giá tình hình dân số lao động của xã trong giai đoạn 2012-2014 giúp cung cấp số liệu chính xác để xây dựng các chính sách phát triển nguồn nhân lực hiệu quả hơn Thống kê dân số và lao động trong 3 năm này là bước quan trọng để đánh giá tiềm năng và đề ra các biện pháp phù hợp cho sự phát triển bền vững của địa phương.

Qua 3 năm nhân khẩu của xã bình quân tăng 0,22% năm Năm 2012 có người 4965 và đến năm 2014 là người 4987 Trong đó khẩu nông nghiệp chiếm đa số

Trong 3 năm qua, tổng số hộ của xã đã tăng trung bình 1,29%, với hai loại chính là hộ thuần nông và hộ phi nông nghiệp Mặc dù hộ thuần nông vẫn chiếm tỷ lệ cao nhất (91,27%), các hộ sản xuất nông nghiệp có xu hướng giảm mỗi năm trung bình 1,21% Sự phát triển của nền kinh tế đã thúc đẩy nhiều hộ chuyển dịch từ sản xuất nông nghiệp sang làm ngành nghề hoặc buôn bán dịch vụ, loại hộ phi nông nghiệp này đã có xu hướng tăng chậm lại với mức trung bình 2,61% mỗi năm.

Về lao động, xã chia làm hai loại chính là lao động nông nghiệp và lao động phi nông nghiệp Trong vòng ba năm, lao động nông nghiệp đã tăng bình quân mỗi năm từ 2.045 lao động năm 2011 lên 2.060 lao động năm 2013, cho thấy sự phát triển ổn định trong lĩnh vực này Trong khi đó, lao động phi nông nghiệp có tốc độ tăng nhưng chưa cao, với mức tăng trung bình mỗi năm từ 115 lao động năm 2011 lên 122 lao động năm 2013, phản ánh xu hướng mở rộng các hoạt động phi nông nghiệp tại địa phương.

Năm 2013, cơ cấu hộ và lao động ở xã có xu hướng tích cực, tách dần khỏi ngành nông nghiệp Tuy nhiên, vẫn còn nhiều khó khăn trong quá trình chuyển dịch ngành nông nghiệp sang dịch vụ và lao động nông nghiệp sang lao động phi nông nghiệp, đòi hỏi các giải pháp hỗ trợ phù hợp để thúc đẩy phát triển kinh tế địa phương.

Văn Khúc có tuyến đường tỉnh lộ 313 C (Văn Khúc – Yên Lập) thuận tiện cho giao thông cơ giới, giúp mở rộng kết nối và thúc đẩy hoạt động vận chuyển Hệ thống giao thông phát triển tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động thương mại, dịch vụ, góp phần thúc đẩy phát triển kinh tế địa phương.

Các công trình thủy lợi tại xã Văn Khúc chưa đáp ứng đủ yêu cầu sản xuất nông nghiệp do nguồn thu hạn chế, chủ yếu dựa vào ngân sách Nhà nước và gặp nhiều khó khăn trong đầu tư xây dựng Hệ thống kênh mương còn nhiều điểm tắc nghẽn, gây ngập úng cục bộ và ảnh hưởng đến diện tích lúa, ngô và các loại cây trồng khác Kể từ năm 2010, chính quyền địa phương đã có chủ trương khắc phục, sửa chữa và khôi phục các trạm bơm, hệ thống kênh mương nội đồng để phục vụ mùa khô, tuy nhiên đến nay, mới chỉ khoảng 50% diện tích được tưới; phần còn lại dựa vào nước tự nhiên, mưa hoặc máy bơm dầu, bơm điện nhỏ để duy trì sản xuất.

Xã Văn Khúc có một trường trung học, một trường tiểu học và một trường mầm non, với cơ sở vật chất trường học thường xuyên được nâng cấp để đáp ứng nhu cầu học tập Tỷ lệ học sinh đúng độ tuổi đến trường và tỷ lệ lên lớp thẳng đạt 97%, thể hiện công tác tuyển sinh và duy trì chất lượng giáo dục hiệu quả Công tác phát hiện, bồi dưỡng học sinh có năng khiếu và học sinh giỏi được các cấp quan tâm thường xuyên, thúc đẩy sự phát triển toàn diện của học sinh Các hoạt động y tế học đường, giáo dục thể chất và xã hội giáo dục đều được chú trọng, nhằm nâng cao sức khỏe và kỹ năng xã hội của học sinh Đội ngũ giáo viên được chuẩn hóa theo quy định, đảm bảo chất lượng giảng dạy và phục vụ tốt nhất cho học sinh.

Xã sở hữu hệ thống đài truyền thanh gồm 10 loa được lắp đặt tại 6 điểm trung tâm của các khu dân cư và UBND xã, nhằm cung cấp thông tin về kinh tế, văn hóa và xã hội, đảm bảo người dân luôn được cập nhật thông tin chính xác Ngoài ra, mạng lưới điện thoại ngày càng phát triển giúp nâng cao khả năng nắm bắt và trao đổi thông tin trên mọi lĩnh vực, góp phần thúc đẩy sự phát triển kinh tế và xã hội của địa phương.

- Giữ vững ổn định an ninh trong xã, thực hiện tốt công tác an ninh quốc phòng tại địa phương

Làm tốt công tác tham mưu cho cấp ủy Đảng và chính quyền địa phương là yếu tố then chốt trong việc lãnh đạo và chỉ đạo thực hiện nhiệm vụ công tác quốc phòng quân sự địa phương một cách hiệu quả Việc này giúp đảm bảo an ninh, ổn định chính trị và phát triển kinh tế, chính trị của địa phương Họ cần có những chiến lược rõ ràng, phù hợp để nâng cao nhận thức và năng lực lãnh đạo trong công tác quốc phòng, góp phần xây dựng khu vực vững mạnh, bền vững.

- Làm tốt công tác tuyển quân đi nghĩa vụ quân sự

- Xuống các thôn, xóm nắm bắt tình hình an ninh chính trị, trật tự an toàn xã hội

Trong quá trình phối hợp với các ban, ngành, đoàn thể, đã tuyên truyền Luật nghĩa vụ quân sự, pháp lệnh dự bị động viên và các văn bản pháp luật liên quan cho lực lượng dân quân, dự bị động viên và quần chúng nhân dân Công tác tuyên truyền đã được thực hiện 7 lần, thu hút tổng cộng 1.232 lượt người nghe, góp phần nâng cao nhận thức và ý thức chấp hành pháp luật của cộng đồng.

- Duy trì thường xuyên quy chế phối hợp hai lực lượng, công an, quân sự trao đổi thông tin, giao ban hàng tháng

Tình hình an ninh trật tự xã hội trên địa bàn xã được duy trì ổn định, các vụ việc xảy ra đều được giải quyết kịp thời và hiệu quả Phong trào quần chúng bảo vệ an ninh tổ quốc hoạt động tích cực, góp phần nâng cao ý thức và trách nhiệm của cộng đồng trong công tác đảm bảo an ninh, trật tự Điều này đã góp phần tạo môi trường sống an toàn, thúc đẩy phát triển kinh tế, xã hội của địa phương.

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

Thực trạng nước ngầm tại xã Văn Khúc, huyện Cẩm Khê, tỉnh Phú Thọ

Để chọn phương án xử lý phù hợp, cần đánh giá mức độ ô nhiễm của nguồn nước dựa trên kết quả khảo sát Kết quả này là cơ sở để xác định các thông số cần thiết cho quá trình xử lý và đánh giá hiệu quả sau khi xử lý Thông tin về chất lượng nước nghiên cứu được trình bày rõ ràng trong các bảng dữ liệu dưới đây, giúp đưa ra quyết định chính xác trong xử lý nước.

Bảng 4.1: Kết quả khảo sát một số thông số nước ngầm tại điểm nghiên cứu

STT Ký hiệu mẫu Địa điểm lấy mẫu Nồng độ sắt (mg/l)

Chất rắn tổng số (mg/l) Độ đục (NTU)

1 M1 Nhà ông Quỳnh, thôn Đình 10,06 85,12 1500 3,10

2 M2 Nhà ông Quân, thôn Đồng 11,23 17,47 2340 5,20

3 M3 Nhà bà Thịnh, thôn Quang Trung 14,25 18,90 7200 10,05

4 M4 Nhà ông Hải, thôn Nguyễn Huệ 12,34 91,80 5740 8,04

5 M5 Nhà bà Định, thôn Liên Tiếp 15,20 15,94 2190 4,80

6 M6 Nhà bà Thúy, thôn Liên Tiếp 12,56 30,96 3740 5,60

7 M7 Nhà bà Trung, thôn Hoa Triệu 15,96 42,13 7440 10,20

8 M8 Nhà ông Long, thôn Gò Khế 15,06 18,94 4960 7,70

9 M9 Nhà bà Tiến, thôn Gò Làng 13,09 28,06 8010 10,50

10 M10 Nhà ông Khang, thôn Rừng Vầu 14,58 70,53 4930 7,60

11 M11 Nhà ông Bình, thôn An Ninh 10,49 81,16 4690 7,30

12 M12 Nhà ông Thành, thôn Bến Phường 11,97 65,08 4800 7,75

13 M13 Nhà ông Hùng, thôn Bến Phường 13,68 54,70 7890 10,80

14 M14 Nhà ông Thành, thôn Đồng Phai 11,43 96,24 5430 8,00

15 M15 Nhà ông Hải, thôn Đồng Phai 11,98 37,06 11940 11,00

Kết quả thu đƣợc đem so sánh với

- QCVN 01 : 2009/BYT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng nước ăn uống

- QCVN 09 : 2008/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lƣợng nước ngầm

Bảng 4.2: giới hạn một số thông số trong quy chuẩn Việt Nam

QCVN 09 : 2008/BTNMT Độ đục (NTU) 2 -

Chất rắn hòa tan (mg/l) 1000 -

Hình 4.1: Biểu đồ thể hiện nồng độ sắt trong nước khu vực nghiên cứu so với quy chuẩn Việt Nam

Hình 4.2: Biểu đồ thể hiện nồng độ nitrat trong nước khu vực nghiên cứu so với quy chuẩn Việt Nam

Hình 4.3: Biểu đồ thể hiện độ đục trong nước khu vực nghiên cứu so

Hình 4.4: Biểu đồ thể hiện hàm lượng chất rắn tổng số trong nước khu vực nghiên cứu so với quy chuẩn Việt Nam với quy chuẩn Việt Nam

Hình 4.5: Hình ảnh phân tích sắt trong mẫu nước ngầm

Hình 4.6: Các mẫu có nồng độ nitrat cao

- Từ bảng kết quả và biểu nhận thấy tất cả các thông số tiến hành nghiên cứu đều vƣợt quá quy chuẩn cho phép

- Nồng độ sắt: có 15/15 mẫu vƣợt quá từ 33,5 đến 53,2 lần so với QCVN

01 : 2009/BYT và vƣợt quá từ 2 đến 3 lần so với QCVN 09 : 2008/BTNMT

- Nồng độ nitrat: có 15/15 mẫu vƣợt quá từ 1,06 đến 6,5 lần so với QCVN 09 : 2008/BTNMT

- Hàm lƣợng chất rắn tổng số: có 14/15 chiếm 93,3% mẫu vƣợt quá từ 1,55 đến 12 lần so với QCVN 01 : 2009/BYT

- Độ đục: có 15/ 15 mẫu vƣợt quá từ 1,55 đến 5,5 lần so với QCVN 01 : 2009/BYT

 So sánh mức độ ô nhiễm nước ngầm của hai vùng xã Văn Khúc, huyện Cẩm Khê, tỉnh Phú Thọ và xã Thanh Thủy, huyện Thanh Hà, tỉnh Hải Dương

Bảng 4.3: Bảng so sánh mức độ ô nhiễm nước ngầm ở hai vùng

Số lần vượt quá QCCP Phú Thọ Hải Dương [12]

Sắt (mg/l) 49,07 – 53,27 33,5 – 53,2 Độ đục (NTU) 5 – 5,5 1,55 – 5,5

Nước ngầm tại địa phương có nồng độ các thành phần vượt quá tiêu chuẩn an toàn, không phù hợp để sử dụng trong sinh hoạt, gây nguy cơ ảnh hưởng đến sức khỏe người dân Hầu hết các hộ dân đều chưa thực hiện xử lý nước trước khi sử dụng, chỉ một số ít sử dụng bể lọc chứa cát, than, sỏi nhưng hiệu quả chưa cao và chưa xử lý được nitrat Do đó, cần thiết phải áp dụng các phương pháp xử lý hiệu quả cao để loại bỏ Fe, NO3-, độ đục và TDS nhằm đảm bảo nguồn nước sạch, an toàn và phù hợp cho sinh hoạt hàng ngày của cộng đồng.

Kết quả tính toán các thông số và lắp đặt thiết bị xử lý nước ngầm quy mô phòng thí nghiệm

Sau khi đánh giá chất lượng nước ngầm tại địa điểm nghiên cứu, đề tài đề xuất thiết bị xử lý nước ngầm quy mô phòng thí nghiệm nhằm cải thiện chất lượng nước hiệu quả Các thiết bị xử lý này được thiết kế phù hợp để loại bỏ các tạp chất, vi khuẩn và các hợp chất gây ô nhiễm, đảm bảo nguồn nước sạch đạt tiêu chuẩn an toàn Việc nghiên cứu và lựa chọn thiết bị xử lý phù hợp giúp nâng cao hiệu quả xử lý nước ngầm, đồng thời phù hợp với quy mô phòng thí nghiệm để phục vụ các nghiên cứu khoa học và thử nghiệm thực tiễn.

Hình 4.7: Thiết bị xử lý nước ngầm quy mô phòng thí nghiệm

Hình 4.8: Các lớp vật liệu lọc và máy bơm nước

 Hệ thống xử lý bao gồm

 Bể đựng nước chưa qua xử lý có kích thước 10 × 20 × 120 cm

- Vật liệu lọc (từ trên xuống dưới): Lớp cát sạch 30 cm

Hạt nhựa trao đổi ion 20 cm Than hoạt tính 15 cm

Lớp cát lớn 10 cm Lớp sỏi 20 cm

- Tốc độ lọc của bể là: 0,85 l/ph

 Nguồn nước nghiên cứu: lấy từ các giếng khoan có độ sâu từ 15 đến 40 m dưới lòng đất

Đánh giá hiệu quả xử lý nước ngầm của thiết bị

Đề tài tiến hành cho các mẫu có nồng độ sắt, nitrat, chất rắn tổng số và

Bảng 4.3: Kết quả phân tích nước đã qua bể lọc (nước sau xử lý) Chỉ tiêu

Chất rắn hòa tan (mg/l) Độ đục (NTU) Đầu vào Đầu ra

Hiệu suất xử lý (%) Đầu vào Đầu ra

Hiệu suất xử lý (%) Đầu vào Đầu ra

Hiệu suất xử lý (%) Đầu vào Đầu ra

Hình 4.9: Nồng độ sắt của nước sau xử lý so với quy chuẩn

Hình 4.10: Nồng độ nitrat của nước sau xử lý so với quy chuẩn

Hình 4.11: Hàm lượng chất rắn tổng số của nước sau xử lý so với quy chuẩn

Hình 4.12: Độ đục của nước sau xử lý so với quy chuẩn

- Nồng độ sắt trong 4 mẫu sau xử lý có 3/4 mẫu chiếm 75% đạt QCVN

01 : 2009/BYT và 4/4 mẫu chiếm 100% đạt QCVN 09 : 2008/BTNMT Hiệu suất xử lý cao đạt 98,6%

- Nồng độ nitrat trong 4 mẫu sau xử lý có 3/4 mẫu chiếm 75% đạt QCVN 09 : 2008/BTNMT Hiệu suất xử lý cao nhất đạt 76,22%

- Hàm lƣợng chất rắn tổng số: tất cả các mẫu sau xử lý đều đạt quy chuẩn cho phép Hiệu suất xử lý cao nhất đạt 98,57%

- Độ đục trong 4 mẫu sau xử lý tất cả đều đạt quy chuẩn cho phép Hiệu suất xử lý cao nhất đạt 99,91%

Nước sau khi qua hệ thống xử lý lọc đảm bảo đạt tiêu chuẩn về các thông số, không gây ảnh hưởng tiêu cực đến sức khỏe người sử dụng Hiệu quả xử lý nước được nâng cao sau một thời gian nhờ sự hình thành nhiều hơn của lớp màng sắt (III) hydroxit, giúp nước sạch và an toàn hơn cho cộng đồng.

Một số mẫu nước sau xử lý chưa đạt quy chuẩn do nồng độ trước xử lý quá cao Để khắc phục, cần thiết kế các lớp vật liệu lọc dày hơn cho những mẫu nước có nồng độ cao, nhằm nâng cao hiệu quả lọc và đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn quy định.

Đề xuất mô hình xử lý nước ngầm quy mô hộ gia đình cho địa bàn xã Văn Khúc, huyện Cẩm Khê, tỉnh Phú Thọ

4.4.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước ngầm quy mô hộ gia đình

Dựa vào thành phần, tính chất của nước ngầm tại địa bàn xã đề tài đề xuất sơ đồ công nghệ xử lý nước ngầm như sau:

Hình 4.13: Sơ đồ công nghệ

- Giếng khoan: là công trình thu nước ngầm từ vài chục đến vài trăm mét

Giếng khoan Bơm Bể lọc Bể đựng nước sạch

- Bơm: dùng để đưa nước lên bể Nên chọn lựa máy bơm phù hợp với lưu lượng ngày dùng của gia đình

- Bể lọc: bao gồm các lớp vật liệu lọc nhƣ sau

 Lớp trên cùng là cát hạt nhỏ có kích thước hạt 0,3 – 0,5 mm dày 30 cm

 Lớp tiếp theo là hạt nhựa trao đổi ion dày 20 cm

 Than hoạt tính dày 15 cm với kích thước 0,8 – 1,6 mm

 Lớp cát hạt to dày 10 cm

Giữa các lớp vật liệu lọc phải có lưới ngăn cách

Hình 4.14: Mô hình bể lọc nước

4.4.3 Quá trình thu gom nước

Nước từ giếng khoan được bơm lên qua hệ thống ống đã đục lỗ để tạo mưa, giúp cung cấp oxy, thúc đẩy quá trình kết tủa sắt và nâng cao pH Trước khi đi vào các công đoạn tiếp theo, nước qua lớp cát trên cùng sẽ được lọc sơ các loại bụi bẩn, sinh vật và sắt, đảm bảo nước sạch hơn Tiếp theo, nước còn được xử lý qua lớp hạt nhựa trao đổi anion để loại bỏ ion nitrate (NO3), nâng cao chất lượng nước đầu ra.

Nước tiếp tục thấm qua lớp than hoạt tính, nơi có khả năng hấp phụ chất độc hại, loại bỏ vi sinh vật nguy hiểm, và trung hòa các khoáng chất khó hòa tan trong nước Sau đó, nước đi qua các lớp cát lớn, sỏi nhỏ và sỏi lớn nhất để đến bể chứa nước sạch Ống nước đặt dưới lớp sỏi có khoan các lỗ đường kính khoảng 5 mm dọc thân ống, trong khi đầu ống phía trong được bịt kín, giúp nước thấm qua các lỗ nhỏ đều đặn mà không chảy trực tiếp vào đầu ống, đảm bảo quá trình lọc hiệu quả và an toàn.

Phương pháp rửa lọc của bể lọc này được thực hiện thủ công để đảm bảo hiệu quả tối ưu Do lớp than hoạt tính nằm phía dưới lớp cát và nhẹ hơn cát nên không thể áp dụng phương pháp rửa ngược, vì việc này sẽ gây xáo trộn cấu trúc lớp vật liệu lọc và giảm hiệu suất lọc Theo đó, rửa thủ công giúp duy trì sự ổn định và bền vững của hệ thống xử lý nước.

Sau 3 - 6 tháng, ta phải bỏ lớp màng vi sinh đóng trên bề mặt lớp cát trên cùng bằng cách: khuấy đều lớp nước mặt (để nước khoảng 2 - 3 cm), rồi mở van xả phèn phía trên để nước có chứa cặn sẽ bị trôi ra ngoài, làm lại một hai lần để nước sạch hoàn toàn Sau đó ta nạo từ từ lớp cát bên trên đem rửa sạch Sau 9 tháng đến 12 tháng thì thay toàn bộ cát và than hoạt tính

Riêng lớp hạt nhựa để có thể sử dụng tiếp ta phải tái sinh bằng cách cho dung dịch NaCl hoặc NaOH

4.4.5 Tính toán chi phí xây dựng bể lọc

- Chi phí xây bể lọc và bể đựng nước sau lọc với kích thước

 Bể đựng nước sau lọc: 1×1,5×1,2 m

Bảng 4.4: Chi phí xây dựng bể

STT Vật liệu Đơn vị tính Số lƣợng Giá thành

- Chi phí mua các loại vật liệu lọc nước

Dựa vào kích thước của bể lọc để tính toán số lượng vật liệu cần dùng

Bảng 4.5: Chi phí mua vật liệu lọc

STT Vật liệu lọc Đơn vị tính Số lƣợng Giá thành

3 Hạt nhựa trao đổi ion lít 200 25000 5000000

Nhƣ vậy tổng chi phí cho việc xây dựng là