tổng quan về nước ngầm và các biện pháp xử lý nước ngầm

tổng quan về nước ngầm và các biện pháp xử lý nước ngầm

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC CẤP VÀ CÁC BIỆN PHÁP

XỬ LÝ NƯỚC NGẦM2.1 TẦM QUAN TRỌNG CỦA NƯỚC CẤP

Nước là nhu cầu cần thiết của mọi sinh vật sống trên trái đất, không có nướccuộc sống trên trái đất không thể tồn tại Nhu cầu dùng nước rất lớn Vấn đề xử línước và cung cấp nước sạch, chống ô nhiễm nguồn nước do tác động của nứơcthải sinh họat và nước thải sản xuất là vấn đề cần quan tâm hàng đầu

Mỗi quốc gia đều có những tiêu chuẩn riêng về tiêu chuẩn nước cấp Trongđó, các chỉ tiêu cao thấp khác nhau nhưng nhìn chung các chỉ tiêu phải đảm bảo

an tòan vệ sinh về số lượng vi sinh có trong nước, không có các chất độc hại làmảnh hưởng đến sức khỏe con người, các chỉ tiêu về pH, độ cứng, độ đục, độ màu,hàm lượng kim loại hòa tan, mùi vị…

Các nguồn nước trong tự nhiên ít khi đảm bảo được hết các tiêu chuẩn chungvề nước cấp Do đó, tính chất có sẵn của nguồn nước hay bị ô nhiễm nên tùythuộc vào từng chất lượng nước và yêu cầu về chất lượng nước cấp mà cần phảicó quá trình xử lí cho thích hợp, đảm bảo cung cấp nước có chất lượng nước tốt vàổn định chất lượng nước cho từng nhu cầu sử dụng

2.2 NGUỒN NƯỚC CẤP

2.2.1 Nguồn nước mặt

Nguồn nước mặt là nguồn nước tự nhiên gần gũi vối con người nhất và cũngchính vì vậy mà nguồn nước bề mặt cũng dễ ô nhiễm do điều kiện môi trường, docác họat động của con người khi khai thác và sử dụng nguồn nước Nước bề mặtchủ yếu là nước sông và nước hồ

Chất lượng nước sông phụ thuộc vào nơi có mât độ dân số cao, công nghiệpphát triển mà công tác quản lí các dòng thải không được chú trọng thì nước sông

bị ô nhiễm bởi các chất độc hại, các chất hữu cơ ô nhiễm

Chất lượng nước hồ phụ thuộc vào thời gian lưu, điều kiện thời tiết và chấtlượng nguồn nước chảy vào hồ cả nước thải sinh họat và nước thải công nghiệp.Ngoài ra còn phụ thuộc vào thời tiết khu vực, nơi thiếu ánh sáng mặt trời, điềukiện lưu thông kém và chất thải hữu cơ nhiều Nước sông và nước hồ đêàu khôngđảm bảo chất lượng nước cấp.

Bảng 2.1: Thành phần các chất gây nhiễm bẩn nước mặt

Chất rắn lơ lửng

- Nước nhiễm bẩn do vi trùng, virut và các chất hữu cơ gây bệnh

- Nước nhiễm bẩn do các chất hữu cơ phân hủy từ động thực vật và các chấtthải trong nông nghiệp

- Nguồn nước nhiễm bẩn do chất thải công nghiệp, chất thải rắn có chứa cácchất độc hại của các cơ sở công nghiệp như phenol, xianua, crôm, cađimi, chì,kẽm…

- Nguồn nước nhiễm bẩn do các chất tẩy rửa tổng hợp trong sinh họat vàtrong công nghiệp

- Nguồn nước nhiễm bẩn do chất phóng xạ, các hóa chất bảo vệ thực vật,các hóa chất hữu cơ tổng hợp trong công nghiệp chất dẻo, vải sợi, các hóa chất vô

cơ dùng làm phân bón, nguồn nước thải từ các nhà máy nhiệt điện tất cả đều gâyảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước mặt

Tóm lại, ngoài các yếu tố địa hình, thời tiết là các yếu tố khách quan gâyảnh hưởng đến chất lượng nước bề mặt, chúng ta còn phải xét đến một yếu tốkhác chủ quan hơn đó là tác động của con người trực tiếp hay gián tiếp vào quátrình gây ô nhiễm nước bề mặt

2.2.2 Nguồn nước ngầm

Nước ngầm ít chịu ảnh hưởng yếu tố tác động của con người hơn nước mặt.Chất lượng nước ngầm tốt hơn chất lượng nước mặt Thành phần đáng quan tâmtrong nứơc ngầm là các tạp chất hòa tan do ảnh hưởng của điều kiện địa hình,điều kiện địa tầng, thời tiết, các quá trình phong hóa, sinh hóa trong khu vực

Mặt dù vậy, nước ngầm cũng có thể nhiễm bẩn do tác động của con người.Các chất thải của con người và động vật, các chất thải hóa học, các chất thải sinhhọat, cũng như việc sử dụng phân bón hóa học… Tất cả các chất thải đó theo thờigian sẽ ngấm dần vào nguồn nước, tích tụ dần và dẫn đến làm hư hỏng nguồnnước ngầm

Bảng 2.2: Những điểm khác nhau giữa nước ngầm và nước mặt

Độ đục Thường cao và thay đổi theo

mùa

Thấp hay hầu như không có

Chất khoáng hoà tan Thay đổi theo chất lương đất,

lượng mưa

Ít thay đổi, cao hơn nướcmặt ở cùng một vùng

Fe và Mn hoá trị II

(ở trạng thái hoà tan)

Rất thấp, trừ dưới đáy hồ Thường xuyên có

Khí CO2 hoà tan Thường rất thấp hay gần bằng

Thường có ở nồng độ cao

phân hoá học

Các vi sinh vật Vi trùng (nhiều loại gây bệnh)

virut các loại tảo

Các vi khuẩn do sắt gây rathường xuất hiện

(Nguồn: Sách xử lí nước cấp của Nguyễn Thị Thu Thủy - trang 19)

Bản chất địa chất có ảnh hưởng lớn đến thành phần hóa học của nước ngầm.Nước luôn tiếp xúc với đất trong trạng thái bị giữ lại hay lưu thông trong đất Nótạo nên sự cân bằng giữa nước và đất

Tại những khu vực được bảo vệ tốt, ít có nguồn thải gây ô nhiễm, nướcngầm nói chung được đảm bảo bề mặt vệ sinh và có chất lượng khá ổn định.Người ta chia nước ngầm làm 2 loại khác nhau:

- Nước ngầm hiếu khí (có ôxy): Thông thường loại này có chất lượng tốt, cótrường hợp không cần xử lí mà có thể cấp trực tiếp cho người tiêu dùng

- Nước ngầm yếm khí (không có ôxy): Trong quá trình nước thấm qua cáctầng đất, đá, ôxy bị tiêu thụ Lượng ôxy hòa tan bị tiêu thụ hết, các chất hòa tannhư Fe2+, Mn2+ sẽ tạo thành

2.3 CÁC CHỈ TIÊU TRONG NƯỚC CẤP:

2.3.1 CÁC CHỈ TIÊU VẬT LÝ

2.3.1.1 - Nhiệt độ nước ( 0 C, 0 K)

Nhiệt độ của nguồn nước là đại lượng phụ thuộc và điều kiện môi trường vàkhí hậu Đây là yếu tố không nhỏ ảnh hưởng đến quá trình xử lí nước

2.3.1.2 – Độ màu (Pt – Co)

Độ màu của nước thiên nhiên để thể hiện sự tồn tại các hợp chất humic(mùn) và các chất bẩn trong nước tạo nên

Độ màu của nước cấp được xác định bằng cách so màu bằng mắt thường haybằng máy so màu quang học với thang màu tiêu chuẩn Đơn vị đo màu là Pt–Co

2.3.1.3 – Mùi vị

Một số chất khí và chất hòa tan trong nước có mùi Nước thiên nhiên thườngcó mùi đất, mùi tanh đặc trưng hóa học như ammoniac, mùi Clophenol Nước cóthể không vị hoặc có vị mặn chát tùy theo hàm lượng các muối khóang hòa tan

2.3.1.4 – Độ đục (NTU)

Độ đục của nứơc đặc trưng cho các tạp chất phân tán dạng hữu cơ hay vô cơkhông hòa tan hay keo có nguồn gốc khác nhau Nguyên nhân gây ra mặt nước bịđục là sự tồn tại của càc loại bùn, acid silic, hydroxit sắt, hydroxit nhôm, các loạikeo hữu cơ, vi sinh vật, và phù du thực vật trong đó

Độ đục thường đo bằng máy so màu quang học dựa trên cơ sở thay đổi cườngđộ ánh sáng khi đi qua lớp nước mẫu Đơn vị của độ đục xác định theo phươngpháp này là NTU 1 NTU tương ứng với 0,58 mg foocmazin trong 1 lít nước

2.3.1.5 – Độ nhớt

Độ nhớt là đại lượng biểu thị lực ma sát nội, sinh ra trong quá trình dịchchuyển giữa các lớp chất lỏng với nhau Đây là yếu tố chính gây nên tổn thất áplực và do vậy nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lí nước

2.3.1.6 – Độ dẫõn điện

Nước có tính dẫn điện yếu Độ dẫn điện tăng theo hàm lượng các chấtkhóang hòa tan trong nước và dao động theo nhiệt độ

Thông số này thường được dùng để đánh giá tổng hàm lượng chất hòa tantrong nước

2.3.1.7 – Hàm lượng chất rắn trong nước

Hàm lượng chất rắn trong nước bao gồm có chất rắn vô cơ (các muối hòatan, chất rắn không tan như huyền phù, đất cát…), các chất rắn hữu cơ (các vi sinhvật, vi khuẩn, động vật nguyên sinh, chất thải sinh hoạt, công nghiệp) Trong xử línước, về hàm lượng chất rắn có các khái niệm sau:

Tổng hàm lượng cặn lơ lửng TSS (total suppended solid)

Cặn lơ lửng SS ( Suppended Solid )

Chất rắn hòa tan DS ( Dissolved Solid ): DS = TDS – SS

Chất rắn hóa hơi VS (Volatile Solid)

2.3.2 Các chỉ tiêu hóa học

2.3.2.1 Hàm lượng ôxi hòa tan (DO)

Ô xy hòa tan trong nước phụ thuộc vào các yếu tố như nhiệt độ, áp suất, đặctính của nguồn nước bào gồm các thành phần hóa học, vi sinh và thủy sinh Ôâxyhòa tan trong nước không tác dụng với nước về mặt hóa học

Ngoài ra khi tăng pH và có thêm tác nhân oxi hoá, các kim loại hoà tantrong nước chuyển thành dạng kết tủa và dễ dàng tách ra khỏi nước bằng biệnpháp lắng, lọc.

Độ pH trong nước có ý nghĩa quan trọng trong các quá trình lý, hoá khi xử lýbằng hoá chất Quá trình chỉ có hiệu quả tối ưu khi ở một khoảng pH ấn địnhtrong những điều kiện nhất định

2.3.2.3 Độ kiềm của nước

Độ kiềm toàn phần là tổng hàm lượng các ion Hydrocacbonat, Cacbonat,Hydroxyt và Anion của các muối của các axit yếu Do hàm lượng các muối củacác axit yếu có trong nước rất nhỏ nên độ kiềm toàn phần được đặc trưng bằngtổng hàm lượng các ion sau: Kt = [OH ] + [ CO3 2 ] + [HCO3  ]

2.3.2.4 Độ cứng của nước

Độ cứng của nước là đại lượng biểu thị hàm lượng các ion Canxi và Magiêcó trong nước Trong kỹ thuật xử lý nước sử dụng 3 loại độ cứng:

 Độ cứng tạm thời

 Độ cứng toàn phần

 Độ cứng vĩnh cửu

Dùng nước có độ cứng cao trong sinh hoạt gây lãng phí xà phòng do Canxivà Magiê phản ứng với các Axit béo tạo thành các hợp chất khó hoà tan Trongsản xuất Canxi và Magiê có thể tham gia các phản ứng kết tủa khác gây trở ngạicho quy trình sản xuất

2.3.2.5 Các hợp chất chứa Nitơ

Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ tạo ra Amoniac, Nitrit, Nitrat Vì vậy,các hợp chất chứa nitơ có trong nước là kết quả của quá trình phân huỷ các hợpchất hữu cơ có trong tự nhiên, trong các chất thải, trong các nguồn phân bón màcon người trực tiếp hay gián tiếp đưa vào nguồn nước Do đó, các hợp chất này

thường được xem là những chất chỉ thị dùng để nhận biết mức độ nhiễm bẫn củanguồn nước

Khi nước mới bị ô nhiễm do phân bón hay nước thải, trong nguồn nước chủyếu là NH4 (nước nguy hiểm)

Nước chủ yếu là NO2 thì nguồn nước đã bị ô nhiễm một thời gian dài hơn(nước ít nguy hiểm hơn)

Nước chủ yếu là NO3 thì quá trình oxy hoá đã kết thúc (nước ít nguy hiểmhơn) Việc sử dụng rộng rải các loại phân bón cũng làm cho hàm lượng Nitrattrong nước tự nhiên cao Ngoài ra, do cấu trúc địa tầng và ở một số đầm lầy, nướcthường bị nhiễm Nitrat

2.3.2.6 Các hợp chất Photpho

Trong nước tự nhiên thường gặp nhất là photphat Khi nguồn nước bị nhiễmbẩn bởi rác và các hợp chất hữu cơ quá trình phân huỷ giải phóng ion PO4 3- sảnphẩm của quá trình có thể tồn tại ở dạng: H2PO4-; HPO42-; PO43-

Nguồn Photphat đưa vào môi trường nước là từ nước thải sinh hoạt, nước thảicủa một số ngành công nghiệp, phân bón dùng trên đồng ruộng

Photphat khôngï thuộc loại độc hại đối với con người Nhưng sự tồn tại củachất này với hàm lượng cao trong nước sẽ gây cản trở trong quá trình xử lý Đặcbiệt là hoạt động của bể lắng

2.3.2.7 Các hợp chất Sắt, Mangan

Trong nước mặt thường chứa Sắt (III) tồn tại ở dạng keo hữu cơ hay cặnhuyền phù với hàm lượng không lớn

Trong nước ngầm, Sắt thường tồn tại ở dạng sắt hoá trị (II) kết hợp với cácgốc Hydrocacbonat, Sunfat, Clorua (Fe(HCO3)2; FeSO4; FeCl2) Đôi khi tồn tạidưới dạng keo của Axit Humic, hay keo Silic, keo lưu huỳnh Sự tồn tại của cácdạng Sắt trong nước phụ thuộc vào pH và điện thế oxy hoá khử của nước Cũng

như Sắt, Mangan thường có trong nước ngầm Nhưng với hàm lượng lớnû hơn0,5mg/l là nguyên nhân gây cho nước có mùi tanh kim loại.

2.3.2.8 Các chất khí hoà tan

Các loại khí hoà tan thường gặp trong nước thiên nhiên là khí Cacbonic(CO2), khí Oxy (O2) và Sunfua Dihydro (H2S) Hàm lượng CO2 hoà tan trong nướccao thường làm cho nước có tính ăn mòn bê tông và ngăn cản việc tăng pH củanước

Trong nước mặt Sunfua Dihydro được oxy hoá thành dạng Sunfat Do vậy, sựcó mặt của khí H2S trong nó chứng tỏ nguồn nước mặt đó đã bị nhiễm bẩn và cóquá thừa chất hữu cơ chưa phân huỷ, tích tụ ở đáy các nguồn nước

Hàm lượng khí H2S hoà tan trong nước nhỏ hơn 0,5mg/l đã tạo cho nước cómùi khó chịu và làm cho nước có tính ăn mòn kim loại

2.3.2.9 Các hợp chất Silic

Trong nước thiên nhiên thường có các hợp chất Silic Mức độ tồn tại củachúng phụ thuộc vào độ pH = 8 – 11 Silic chuyển sang dạng HSiO3, cáchợp chấtnày có thể tồn tại ở dạng keo hay dạng ion hoà tan

Sự tồn tại các hợp chất này trong nước cấp cho nồi hơi rất nguy hiểm do cặnSilicat đóng thành nồi hơi, thành ống làm giảm khả năng truyền nhiệt và gây tắcống

2.3.2.10 Clorua (Cl - )

Muối khoáng hay bị ảnh hưởng quá trình nhiễm mặn các tầng chứa nướcngầm hay ở các đoạn sông gần biển Việc dùng nước có hàm lượng clorua cao cóthể gây ra mắc bệnh thận cho người sử dụng Ngoài ra nước chứa nhiều clorua cótính xâm thực đối với bêtông

2.3.2.11 Sunfat (SO4 2 )

Ion sunfat thường có nguồn gốc khoáng chất hay nguồn gốc hữu cơ Nước cóhàm lượng sunfat lớn hơn 250mg/l có tính độc hại cho sức khoẻ người sử dụng

2.3.2.12 Các kim loại nặng có tính độc cao

1 Arsen (As): Arsen là kim loại có thể tồn tại ở dạng hợp chất vô cơ

và hữu cơ Trong nước arsen thường ở dạng Arsenic Arsen có khả năng gây: Ungthư biểu mô da, Phế quản, Phổi, các xoang

2 Crom (Cr) : Trong địa quyển, Crom tồn tại chủ yếu ở dạng quặng

cromit FeO.C2O3 Crom đưa vào nguồn nước tự nhiên do hoạt động nhân tạo và tựnhiên (phong hoá) Hợp chất Cr+6 là chất oxy hoá mạnh và độc dễ gây: Viêm loét

da, xuất hiện mụn cơm, viêm gan, viêm thận, thủng vách ngăn giữa hai lá mía,ung thư phổi,…

3 Thuỷ ngân (Hg): Thuỷ ngân còn có trong nước bề mặt và nước

ngầm ở dạng vô cơ Thuỷ ngân vô cơ tác động chủ yếu đến thận, trong khi đóMetyl thuỷ ngân ảnh hưởng chính đến hệ thần kinh trung ương

4 Chì (Pb): Đây là một kim loại nặng ảnh hưởng đến ô nhiễm môi

trường rất nhiều Vì nó có khả năng tích luỹ lâu dài trongcơ thể và gây nhiễm độcngười, thuỷ sinh qua dây chuyền thực phẩm Chì tác dụng lên hệ thống Enzim vậnchuyển Hydro Khi bị nhiễm độc, người bệnh có một số rối loạn cơ thể

2.3.2.13 Hoá chất bảo vệ thực vật

Hiện nay có rất nhiều hoá chất được sử dụng trong nông nghiệp để diệt sâurầy, nấm, cỏ Các nhóm hoá chất chính: Photpho hữu cơ, Clo hữu cơ, CarbonatHầu hết các chất này đều có độc tính cao đối với người Đặc biệt là clo hữu

cơ có tính bền vững cao trong môi trường và khả năng tích luỹ trong cơ thể Việcsử dụng khối lượng lớn hoá chất này trên đồng ruộng đang đe doạ là ô nhiễmnguồn nước Vì thế nhiều nước hiện nay đã cấm sử dụng một số loại thuốc trừ sâunhất định và quy định liều lượng cũng như cách thức sử dụng

2.3.3 Các chỉ tiêu vi sinh

Trong tự nhiên, môi trường nước cũng là nơi sống của rất nhiều loại vi sinhvật, rong tảo và các đơn bào Tuỳ tính chất các loại vi sinh phân thành hai nhómcó hại và vô hại Nhóm có hại gồm các vi trùng gây bệnh và các loại rong, rêu,tảo Chúng cần được giảm thiểu trước khi đưa vào sử dụng

2.3.3.1 Vi trùng gây bệnh

Nguồn gốc của vi trùng gây bệnh trong nước là do sự nhiễm bẩn rác, phânngười và động vật Trong người và động vật thường có vi khuẩn E.coli sinh sốngvà phát triển Đây là loại vi khuẩn đường ruột vô hại, thường được bài tiết quaphân ra môi trường Sự có mặt của E.coli chứng tỏ nguồn nước bị nhiễm bẩn phânrác và khả năng tồn tại của các loại vi khuẩn gây bệnh kèm theo là cao Số lượngnhiều hay ít tuỳ thuộc vào mức độ nhiểm bẩn Khả năng tồn tại của vi khuẩnE.coli cao hơn các loại vi khuẩn gây bệnh khác Do đó, vi khuẩn này được chọnlàm vi khuẩn đặc trưng cho việc xác định mức độ nhiễm bẩn vi trùng gây bệnhcủa nguồn nước

2.3.3.2 Các loại rong tảo:

Rong tảo phát triển trong nước làm nước bị nhiễm bẩn hữu cơ và làm chonước có màu xanh Trong nước mặt có nhiều loại rong tảo sinh sống, các loại gâyhại chủ yếu và khó loại trừ là nhóm tảo diệp lục và tảo đơn bào Trong kỹ thuậtxử lý và cung cấp nước, hai loại tảo trên thường vượt qua bể lắng và đọng lại trênbề mặt lọc làm tổn thất tăng nhanh Khi phát triển trong các đường ống dẫn nước,rong tảo có thể làm tắc ống, đồng thời còn làm cho nước có tính ăn mòn do quátrình hô hấp thải khí Cacbonic Do vậy để tránh tác hại của rong tảo, cần có biệnpháp phòng ngừa sự phát triển của chúng ngay tại nguồn nước