Vấn đề nhiễm bẩn và bảo vệ tầng chứa nước khối bị nhiễm bẩn

Tất cả các dạng nhiễm bẩn nước dưới đất, tùy theo nguồn gốc xuất hiện, hậu quả của nhiễm bẩn và biện pháp chống lại chúng, có thể chia ra làm 4 nhóm:vi trùng, hóa học, cơ học và phóng xạ. Tất cả các dạng nhiễm bẩn nước dưới đất, tùy theo nguồn gốc xuất hiện, hậu quả của nhiễm bẩn và biện pháp chống lại chúng, có thể chia ra làm 4 nhóm:vi trùng, hóa học, cơ học và phóng xạ

VẤN ĐỀ NHIỄM BẨN VÀ BẢO VỆ TẦNG CHỨA NƯỚC

KHỎI BỊ NHIỄM BẨN

1 Các dạng nhiễm bẩn

Tất cả các dạng nhiễm bẩn nước dưới đất, tuỳ theo nguồn gốc xuất hiện, hậu quả của nhiễm bẩn và biện pháp chống lại chúng, có thể chia ra làm 4 nhóm: vi trùng, hoá học, cơ học và phóng xạ

a Nhiễm bẩn vi trùng

Gây ra do sự có mặt vi trùng gây bệnh ở trong nước dưới đất và trong các lớp đất

đá nước thấm qua Mức độ nhiễm bẩn phụ thuộc vào tốc độ xâm nhập của vi trùng vào trong nước và thời gian sinh trưởng của chúng ở trong nước và trong đới thông khí Kinh nghiệm thực tế cho thấy là những lớp cát có chiều dày 3 m thông khí tốt thì hoàn toàn có thể làm sạch nước bẩn do vi trùng, hoặc là chúng sẽ chết khi nước vận động qua đó, hoặc là sẽ bị cát hấp phụ Nếu vi trùng gây bệnh mà bằng cách nào đó vào được trong nước dưới đất thì chúng có thể sống rất lâu và nó sẽ di chuyển theo dòng ngầm Thời gian sinh trưởng của chúng trong nước dưới đất bao lâu cho đến nay vẫn chưa biết được vì điều kiện tồn tại của nước dưới đất rất khác nhau Do đó, tốt nhất là bảo vệ nước dưới đất khỏi bị nhiễm bẩn vi trùng

b Nhiễm bẩn hoá học

Nhiễm bẩn hoá học nước dưới đất được thể hiện dưới dạng hoặc là xuất hiện thành phần mới trong nước dưới đất, hoặc là do tăng hàm lượng các nguyên tố có sẵn ở trong nước Các hợp chất hoá học gây bẩn nước dưới đất có thể có nguồn gốc hữu cơ hoặc vô

cơ Nếu chúng không bị đất đá hấp phụ hay không tham gia vào các phản ứng giữa chúng hay với đất đá, không lắng đọng lại khi thay đổi hoàn cảnh hoá - lí trong tầng chứa nước khi có sự tác động qua lại giữa nước dưới đất sạch và nước bẩn thì chúng có thể tồn tại trong nước dưới đất không biết đến bao giờ Do đó, nhiễm bẩn hoá học là nguy hiểm nhất

và cũng khó xác định nhất

c Nhiễm bẩn cơ học

Loại nhiễm bẩn này ít gặp hơn và cũng dễ xử lí hơn và có thể làm dấu hiệu để

dự đoán có thể sẽ bị nhiễm bẩn vi trùng hoặc hoá học

d Nhiễm bẩn phóng xạ

Nhiễm bẩn phóng xạ liên quan với sự xuất hiện các vật chất có tính phóng xạ ở trong nước dưới đất Vì các nguyên tố phóng xạ có tác dụng có hại đến cơ thể con người và có ý nghĩa lớn trong công nghiệp nên phải chú ý đến loại nhiễm bẩn này

2 Các nguồn nhiễm bẩn và phân kiểu điều kiện nhiễm bẩn

Các vật chất có thể từ các nguồn khác nhau và bằng các con đường khác nhau mà vào nước dưới đất trong điều kiện khai thác Theo đặc điểm xâm nhập của nước bẩn vào nước dưới đất mà phân ra như sau:

Kiểu I : Nước bẩn từ phía trên xâm nhập vào nước dưới đất qua đới thông khí

một cách định kỳ

Đó là nước mưa, nước của các dòng chảy trên mặt và nước tưới

Kiểu II Nhiễm bẩn qua cửa sổ địa chất thuỷ văn ở mái tầng chứa nước.

Kiểu III : Nước bẩn xâm nhập vào nước dưới đất bằng cách chảy tràn trực tiếp

qua lỗ khoan, đới phá huỷ nứt nẻ, công trình khai thác mỏ nối tầng khai thác với các tầng nằm trên hoặc dưới

KiểuI V : Nhiễm bẩn từ phía các dòng nước mặt.

Kiểu VI : Nhiễm bẩn từ chính lớp đó khi bị tháo khô.

Khi các hợp chất dễ hoà tan được thành tạo do quá trình oxy hoá trong đới bị tháo khô chuyển vào dung dịch khi dâng cao mực nước

3 Bảo vệ nước dưới đất khỏi bị nhiễm bẩn

Vấn đề bảo vệ nước dưới đất khỏi bị nhiễm bẩn là cách tốt nhất để phòng ngừa nước dưới đất khỏi bị nhiễm bẩn, ở nhiều nước đã đặt ra từ cuối thế kỷ 19 Nhưng cho mãi đến năm 20 - 30 của thế kỷ này mới xuất hiện những luật Nhà nước thành lập những đới phòng hộ vệ sinh xung quanh công trường khai thác

ở Liên Xô, vào tháng 6 năm 1956 Nhà nước đã ban hành “Quy phạm về lập đới phòng hộ vệ sinh” Theo quy phạm ấy, xung quanh công trình khai thác lập hai đới phòng hộ : đới thứ nhất - đới có chế độ nghiêm ngặt, đới thứ hai - đới giới hạn

Trong đới thứ hai có đề ra nghiêm cấm mọi việc canh tác cũng như xây dựng các công trình có nguy cơ nhiễm bẩn Nhưng kích thước của đới này quy phạm ấy không

đề ra

Hai đới phòng hộ vệ sinh này cũng được Nhà nước Rumani quy định, trong đó đới thứ nhất được giới hạn bởi diện tích, mà thời gian vận động của chất bẩn từ ranh giới ngoài đới đó đến công trình khai thác là 30 ngày, vì cho rằng với thời gian đó đủ

để làm sạch tự nhiên nước bẩn

ở Tây Đức, vào 1957 cũng ban hành luật bảo vệ với miền bảo vệ gồm 3 đới : đới công trình, đới bảo vệ hẹp và đới bảo vệ rộng

Tuỳ thuộc vào điều kiện cụ thể mà đới công trình có bán kính từ 10 - 50m Đới bảo vệ hẹp bao gồm lãnh thổ, mà thời gian chuyển động từ ranh giới đới đó đến công trình khai thác đủ để làm chết các vi sinh vật Thời gian đó vào khoảng 50 ngày đối với các đất đá hạt thô và nứt nẻ, 30 ngày - đất đá có khả năng làm sạch tốt Bán kính đới đó khoảng 50m, còn trong đá cactơ khoảng 2km

Đới bảo vệ rộng phải ở khoảng cách nào đấy để tránh nhiễm bẩn phóng xạ và hoá học Khi đó, nếu miền cung cấp của tầng chứa nước gần hơn 2km kể từ công trình khai thác thì đới này phải bao gồm cả miền cung cấp Còn nếu miền cung cấp nằm xa hơn, thì chia làm 2 phụ đới 3a và 3b Trong đới 3a - bán kính 2km cần phải có biện pháp vệ sinh bảo vệ khỏi bị nhiễm bẩn vi trùng và hoá học Trong đới 3b, bao gồm cả miền cung cấp, cấm xây dựng những nhà máy gây nhiễm bẩn hoá học

Việc chia đới phòng hộ vệ sinh cũng được ban lệnh ở Cộng hoà dân chủ Đức, áo, Thuỵ Sĩ, Mỹ

ở Việt Nam, theo thông tư của Bộ Y tế số 39/BYT - TT (21/10/1971) :

- Trong vòng hạn chế 300 - 500m không được xây dựng công trình có thải ra chất hoá học có hại bằng bất kỳ đường nào và hình thức nào (khói, bụi, hơi, nước thải)

- Trong vòng nghiêm ngặt 300m nếu không có lệnh của UBND địa phương cấm diễn tập, nghiên cứu thuỷ địa lý

Như vậy, việc phân đới phòng hộ vệ sinh ở xung quanh công trình khai thác là cần thiết để bảo vệ nước dưới đất khỏi bị nhiễm bẩn Xuất phát từ kinh nghiệm và

những phương pháp phân đới phòng hộ vệ sinh hiện hành, chúng ta có thể lập những đới phòng hộ vệ sinh như sau :

a Đới thứ nhất - đới có chế độ nghiêm ngặt : bao quanh công trình khai thác với

bán kính 30m - đối với nước có áp, và 50m - đối với nước ngầm Đó là diện tích, được giới hạn bởi ranh giới mà vận động của nước từ đó đến công trình khai thác khoảng từ

30 đến 50 ngày Trong đới này nghiêm cấm mọi việc xây dựng và canh tác, có rào bảo

vệ xung quanh

b Đới thứ hai - đới giới hạn : đới bảo vệ và ngăn ngừa mọi khả năng có thể gây

nhiễm bẩn nước dưới đất Vì vậy, trong đới này nghiêm cấm mọi sự canh tác mà gây phá huỷ lớp bảo vệ tầng chứa nước hoặc phải dùng nước tưới, nghiêm cấm xây dựng các nhà máy hoá chất hoặc các trại chăn nuôi Nhưng kích thước của đới này là bao nhiêu, còn là vấn đề cần giải quyết

Trên những công trình khai thác nước lớn, thường xuyên lâu dài trong điều kiện

có thể bị nhiễm bẩn hoá học, mà những vật chất bẩn này có thể tồn tại ở trong nước dưới đất lâu dài, thì kích thước đới thứ hai phải tính toán như thế nào đấy để các vật chất bẩn đi vào tầng chứa nước ở bên ngoài ranh giới đới sẽ không bao giờ đến được công trình khai thác Điều đó có thể thực hiện được khi ranh giới của đới thứ hai vạch theo cái gọi là “đường dòng trung lập” trong trường thấm của công trình

Đánh giá chất lượng nước cho các mục đích kỹ thuật và xây dựng

Các nhu cầu về kỹ thuật thường tiêu thụ một khối lượng lớn nước dưới đất Việc đánh giá các loại nước này được tiến hành xuất phát từ khả năng sử dụng chúng cho từng ngành sản xuất cụ thể Nước dùng cho công nghiệp được đánh giá theo các chỉ tiêu : độ cứng, sự tạo váng, sự gặm mòn, độ sủi bọt, và tính ăn mòn

1 Độ cứng

Người ta tiến hành đánh giá độ cứng đối với những loại nước dùng để cung cấp cho các nồi hơi và làm nguội các động cơ Giới hạn cho phép của các tiêu chuẩn về độ cứng của nước được xác định như sau (bằng mge/l) : đối với nồi hơi ống lửa - 7 ; đối với nồi hơi ống khói - 5 ; đối với nồi hơi ống nước - 2 ; đối với nồi hơi có áp lực cao không được phép dùng nước cứng Các đầu máy xe lửa tuỳ theo kiểu của chúng mà sử dụng nước có tổng độ cứng dao động trong khoảng từ 0,2 đến 1,5 mge/l Tổng độ cứng của nước sử dụng để làm nguội các động cơ không quá 8 mge/l

2 Độ tạo váng, gặm mòn, sủi bọt

Những tính chất này của nước dưới đất có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với việc cung cấp nước cho các nồi hơi

a Váng lắng đọng trên thành nồi hơi dưới dạng một lớp muối đặc, làm giảm

hiệu suất của nồi hơi và làm tăng lượng tiêu hao nhiên liệu Người ta đã xác định rằng váng dày 1mm làm tăng lượng tiêu hao nhiên liệu lên gần 1,5 - 2,0 % Ngoài ra váng còn làm cho thành nồi nóng quá mức, điều đó đôi khi có thể làm chảy kim loại và nổ nồi hơi

Váng được tích tụ trong nồi hơi gồm có váng cứng (“đá nồi hơi”) và bùn bở rời Trọng lượng tổng cộng của váng cứng và mùn được xác định theo công thức :

H = s + c + 36 rFe2+ + 17 rAl3+ + 20 rMg2+ + 59 rCa2+

Trong đó :

H - trọng lượng tổng cộng của váng trong 1m3 nước tính bằng gam ;

s - trọng lượng vật chất lơ lửng trong 1 lít nước tính bằng gam ;

c - trọng lượng các chất keo (SiO2 + Fe2O3 + Al2O3) trong 1 lít nước tính bằng gam Theo trọng lượng tổng cộng của váng người ta phân biệt :

1 Nước có lượng lắng tụ rất nhỏ nếu H < 125

2 Nước có lượng lắng tụ nhỏ nếu 125 < H < 250

3 Nước có lượng lắng tụ lớn nếu 250 < H < 500

4 Nước có lượng lắng tụ rất lớn nếu H > 500

Trọng lượng váng cứng được xác định theo công thức :

Hh = SiO2 + 20 rMg2+ + 68(rCl- + rSO42- - rNa+ - rK+) Trong đó :

Hh - trọng lượng váng cứng trong 1m3 nước tính bằng gam

ở đây trọng lượng oxit silic được tính bằng mg trong một lít nước

Theo tỷ số giữa váng cứng Hh và tổng trọng lượng váng H mà phán đoán về chát lượng thành tạo váng cứng Kh Người ta phân biệt :

1 Khi 0 < Kh < 0,25 : Nước có lắng tụ mềm

2 Khi 0,25 < Kh < 0,5 : Nước có lắng tụ trung bình

3 Khi Kh > 0,5 : Nước có lắng tụ cứng

b Sự gặm mòn (ăn mòn thành nồi) phụ thuộc vào nồng độ ion hyđrô cũng như

các khí hoà tan trong nước : oxy, đihyđrôsunfua, khí cacbonic và một số muối Nhiệt

độ cao cũng có khả năng làm tăng sự gặm mòn

Các chỉ tiêu gặm mòn không phải lúc nào cũng có thể xác định được trong phòng thí nghiệm Cần biết rằng việc xác định khí trong những mẫu đã để lâu ngày là không

có ý nghĩa vì thành phần khí bị biến đổi rất nhanh chóng

Để giải thích khả năng gặm mòn của nước người ta xác định hệ số gặm mòn Kk Đối với nước có phản ứng axit :

Kk = 1,008 (rH+ + rAl3+ + rFe2+ + rMg2+ - rCO32- - rHCO3-) Đối với nước có phản ứng kiềm :

Kk = 1,008 (rMg2+ - rHCO3-) Theo hệ số gặm mòn người ta phân biệt :

1 Nước không gặm mòn nếu Kk + 0,0503 Ca2+ < 0

2 Nước nửa gặm mồn nếu Kk < 0 nhưng Kk + 0,0503 Ca2+ > 0

3 Nước gặm mòn nếu Kk > 0

Hàm lượng Ca2+ được tính bằng mg/l

c Sự sủi bọt của nước trong nồi hơi được xác định theo hệ số sủi bọt F, hệ số

này được tính theo công thức :

F = 62 rNa+ + 78 rK+

Theo hệ số sủi bọt người ta phân biệt :

1 Nước không sủi bọt nếu F < 60

2 Nước nửa sủi bọt nếu 60 < F < 200

3 Nước sủi bọt nếu F > 200

Sự sủi bọt của nước tăng lên khi trong nước có SiO2, cũng như hàm lượng O2,

CO2 và H+ cao

3 Tính ăn mòn bêtông và bêtông cốt sắt của nước dưới đất

Với tinh thể tự do là phần chủ yếu của bêtông thường bị rửa lũa trước tiên Sự rửa lũa vôi không những làm cho độ cứng của bêtông giảm một cách đáng kể mà còn tạo điều kiện để phân hoá những thành phần khác của bêtông (silicát và aluminat canxi)

Các sunfat, chủ yếu là thạch cao kết tinh trong các lỗ hổng của bêtông là những hợp chất có hại nhất Thạch cao được thành tạo do phản ứng giữa các sunfat có trong nước và vôi trong bêtông Như ta đã biết, khi vôi chuyển hoá thành thạch cao thì thể tích của nó tăng lên (tới 2 - 3 lần) Điều đó đương nhiên làm cho bêtông căng thẳng và thậm chí bị phá huỷ Người ta phân ra 5 dạng ăn mòn :

a Tính ăn mòn rửa lũa được xác định theo trị số cứng tạm thời của nước.

Trong các vỉa đất đá thấm nước tốt (cát hạt thô, đất đá nứt nẻ mạnh v.v ) thì nước ăn mòn đối ximăng pooclăng có độ cứng tạm thời bằng 6O (2,14 mge/l) ; đối với ximăng pooclăng xỉ sắt - 3O (1,07 mge/l) ; đối ximăng pooclăng puzolan và puzolan cát - 1,5O

(0,54 mge/l)

b Tính ăn mòn tổng axit được xác định theo số lượng ion hydro trong nước

(theo đại lượng pH) Nước trong các vỉa có độ dẫn nước cao được xem là ăn mòn đối với tất cả các ximăng kể trên :

- Khi pH < 7 và độ cứng tạm thời < 24o (< 8,6 mge/l)

- Khi pH < 6,7 và độ cứng tạm thời > 24o (> 8,6 mge/l)

Đối với các vỉa thấm nước yếu nước được xem là ăn mòn khi pH < 5

c Tính ăn mòn cacbonic được xác định theo hàm lượng cacbonic tự do trong

nước Nước trong các vỉa có độ dẫn nước cao được xem là ăn mòn đối với phần lớn các loại ximăng nếu biểu thức a [Ca2+] + b lớn hơn hàm lượng cacbonic tự do (a và b

là hệ số được xác định theo bảng chỉ dẫn trong bảng 1, phụ thuộc vào đại lượng độ cứng tạm thời và lượng Cl- + SO42-) Tính ăn mòn của nước đối với các vỉa thấm nước yếu chưa được tiêu chuẩn hoá

d Tính ăn mòn sunfat được xác định theo bảng 1 và phụ thuộc vào thành phần bêtông

- Nước trong đất đá có độ dẫn nước cao được xem là ăn mòn đối với bêtông bằng ximăng pooclăng khi hàm lượng các ion (bằng mg/l) :

3.001 - 5.000 501 - 1.000

- Nước trong đất đá có độ dẫn nước kém được xem là ăn mòn đối với bêtông bằng ximăng pooclăng khi hàm lượng ion SO42- > 1000 mg/l, đối với bêtông bằng các loại ximăng pooclăng pyzolan, xỉ sắt, và puzolan cát - khi hàm lượng ion SO42- > 4000 mg/l, không phụ thuộc vào hàm lượng Cl-

e Tính ăn mòn magie được xác định theo sự có mặt ion Mg2+ trong nước Đối với ximăng pooclăng trong đá thấm nước mạnh, nước được xem là ăn mòn khi hàm lượng Mg2+ > 5000 mg/l ; đối với ximăng pooclăng puzolan, puzolan - cát và xỉ sắt, nước được xem là ăn mòn khi hàm lượng Mg2+ (bằng mg/l) lớn hơn các đại lượng dưới đây :

1.001 - 2.000 3.001 - 5.000 2.001 - 3.000 2.001 - 3.000 3.001 - 4.000 1.000 - 2.000 Đối với đất đá thấm nước kém tính ăn mòn của nước chưa được tiêu chuẩn hoá Trong trường hợp sử dụng các loại ximăng khác không có nói ở trên thì tính ăn mòn của nước được xác định bằng cách thí nghiệm độ bền vững của loại ximăng đó trong nước

Khi nghiên cứu tính ăn mòn của nước dưới đất bên cạnh thành phần hoá học cần phải tính đến điều kiện ĐCTV của khu xây dựng hay khu mỏ, vì tốc độ ăn mòn cacbonic, sunfat và các dạng ăn mòn khác phụ thuộc vào tốc độ của những lượng nước mới chảy vào công trình để thay thế cho phần nước đã mất tính chất phá hoại Khi dòng nước chảy đến các công trình tương đối nhanh thì tác hại của nước dưới đất tăng lên

Trong thời gian gần đây để xây dựng các công trình tiếp xúc với nước biển và nước dưới đất ăn mòn, người ta bắt đầu lựa chọn những loại bêtông bền vững về mặt hoá học, đồng thời có độ đặc cao và không thấm nước Những bêtông như thế sẽ chịu được lâu dài trong môi trường ăn mòn

Khi khai thác nước dưới đất với mục đích cung cấp nước cũng như khi khai thác các mỏ khoáng sản cứng thường xảy ra sự pha trộn nước của một số tầng chứa nước

có độ khoáng hoá khác nhau Sự pha trộn nước xảy ra do sự tháo nước và do sự tạo thành hình phễu hạ thấp khi tháo nước Trong phạm vi các phễu hạ thấp ở nhiều nơi nước của một số tầng chứa nước pha trộn lẫn nhau và đôi khi cả nước mặt cũng bị lôi cuốn vào vòng ảnh hưởng của việc tháo nước Nước ăn mòn có thể được tạo thành khi

có sự pha trộn với những tỷ lệ nhất định

F F Lavtev đã chứng minh bằng thực nghiệm rằng hỗn hợp của nhiều loại nước

có thể trở thành nước ăn mòn, mặc dù riêng từng loại chúng không có tính ăn mòn

Bảng 1 Giá trị hệ số a và b dùng xác định tính ăn mòn cacbonic của nước

Độ

cứng

cacbon

at

Tổng hàm lượng Cl - + SO 4 2- , (mg/l)

0 - 200 201- 400 401 - 600 601 - 800 801 - 1000 > 1000