Nghiên cứu mô hình lọc nước ngầm quy mô hộ gia đình tại xã tam anh nam, huyện núi thành, tỉnh quảng nam

Là một địa phương đã từng được xếp vào diện khó khăn, sự thiếu thốn về các điều kiện sinh hoạt thường xuyên xảy ra, đặc biệt là nguồn nước sạch cho sinh hoạt, người dân khu vực này vẫn s

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Người hướng dẫn khoa học: TS LÊ THỊ XUÂN THÙY

Phản biện 1: TS Trần Minh Thảo

Phản biện 2: PGS.TS Đinh Thị Phương Anh

Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp

thạc sĩ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG họp tại Trường Đại học Bách

khoa vào ngày 02 tháng 10 năm 2017

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của đề tài

Nước có vai trò vô cùng to lớn trong đời sống sinh hoạt của con người, đặc biệt là nước sạch Theo tổ chức y tế thế giới (WHO), hiện nay 80% bệnh tật ở các quốc gia đang phát triển có liên quan đến nguồn nước và môi trường Và tại Việt Nam, mỗi năm có đến 9.000 trường hợp tử vong và 200.000 người mắc bệnh ung thư có

nguyên nhân chính bắt nguồn từ ô nhiễm nguồn nước [1]

Hơn nữa, nước ta hàng năm phải hứng chịu rất nhiều trận bão,

lũ lụt, người dân sinh sống chung với nước, nhưng lại không có nước sạch để sử dụng Các khu vực nông thôn, miền núi, cửa biển… thường xuyên xảy ra tình trạng thiếu nước sinh hoạt trong cả mùa mưa bão, lẫn mùa nắng hạn Hiện nay, để giải quyết nhu cầu nước sạch nói chung và nước ăn uống trực tiếp nói riêng, trên thị trường đã

có những loại máy lọc nước nhỏ gọn, tiện ích, sử dụng công nghệ lõi lọc Nano, RO, và bạc nano Tuy nhiên, những máy lọc nước này có vật liệu lọc được chế tạo công phu, chi tiết dẫn đến giá thành cao - các máy lọc nước có giá dao động từ 3 triệu đồng đến 15 triệu đồng Đồng thời, các máy lọc nước này cũng yêu cầu chất lượng nước đầu vào ổn định, có những lõi lọc bị loại bỏ hoàn toàn, không thể tái sử dụng Hơn nữa, chất lượng đầu ra không được kiểm định, không đảm bảo an toàn cho người sử dụng

Xã Tam Anh Nam, huyện Núi Thành, tỉnh Quảng Nam có địa hình chạy dọc theo sông Trường Giang, đổ về cửa biển An Hòa Nước ngầm tầng nông khu vực này thường xuyên bị nhiễm mặn và phèn Trước đây, người dân chủ yếu sinh sống bằng làm nông và chài lưới, những năm gần đây, cùng với sự chuyển dịch cơ cấu kinh

tế của tỉnh, phần lớn người dân chuyển sang làm công nhân tại các khu kinh tế mở Chu Lai và khu công nghiệp Bắc Chu Lai Do vậy, đời sống người dân đã được cải thiện rất nhiều Là một địa phương

đã từng được xếp vào diện khó khăn, sự thiếu thốn về các điều kiện sinh hoạt thường xuyên xảy ra, đặc biệt là nguồn nước sạch cho sinh hoạt, người dân khu vực này vẫn sử dụng nguồn nước ngầm không đảm bảo chất lượng phục vụ mục đích sinh hoạt và ăn uống, trước tình hình đó, nhiều công trình nước sạch được xây dựng dưới sự hỗ trợ của các cấp ban ngành Trên địa bàn xã Tam Anh Nam có 3 trạm

xử lý nước, phục vụ cấp nước sinh hoạt cho người dân là trạm Diêm Phổ, Tiên Xuân 1, Mỹ Sơn – Nam Định đã được đầu tư từ năm 2007, tuy nhiên, chất lượng nước sau xử lý vẫn không đảm bảo và số lượng không đủ cung cấp cho toàn xã[24] Hàng tháng, người dân vẫn bỏ tiền ra mua nước sạch chỉ để tắm giặt và nước ăn uống phải mua nước đóng chai hoặc tự lọc nước ngầm

Xuất phát từ thực trạng trên, tôi tiến hành nghiên cứu đề tài

“Nghiên cứu mô hình lọc nước ngầm quy mô hộ gia đình tại xã Tam Anh Nam, huyện Núi Thành, tỉnh Quảng Nam”, với mục đích

giúp người dân tiếp cận được mô hình lọc nước đơn giản, thân thiện với môi trường, chi phí thấp, hiệu quả cao, đồng thời đáp ứng nhu cầu sử dụng nước sạch của người dân khu vực nghiên cứu

2 Mục tiêu nghiên cứu

Thiết kế và vận hành thành công mô hình lọc nước ngầm quy

mô hộ gia đình đảm bảo hiệu quả về chất lượng nước sinh hoạt và nước ăn uống theo quy chuẩn Việt Nam (QCVN), điều kiện vận hành

và chi phí phù hợp với đời sống người dân có thu nhập thấp

sở khoa học, đóng góp một phần vào ngân hàng luận văn chuyên về lĩnh vực xử lý nước

- Ý nghĩa thực tiễn: Mô hình lọc nước đề xuất có khả năng áp

dụng tại khu vực nghiên cứu – đáp ứng các yêu cầu về chất lượng nước sinh hoạt và nước ăn uống theo QCVN, điều kiện vận hành đơn giản và chi phí lắp đặt phù hợp đối với người dân có thu nhập thấp

Từ đó, có thể mở rộng nghiên cứu ứng dụng cho các vùng nông thôn khác trên cả nước

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Xã Tam Anh Nam, huyện Núi Thành, tỉnh Quảng Nam

5 Phương pháp nghiên cứu

Khi tiến hành nghiên cứu, đề tài đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:

- Phương pháp chuyên gia

- Phương pháp thu thập dữ liệu

- Phương pháp điều tra

- Phương pháp mô hình thực nghiệm

- Phương pháp lấy mẫu phân tích

- Phương pháp so sánh

- Phương pháp xử lý số liệu

6 Bố cục đề tài

Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo

và phụ lục, trong luận văn gồm có các chương như sau:

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1.TỔNG QUAN VỀ NƯỚC NGẦM

1.1.1 Định nghĩa và phân loại nước ngầm

1.1.2 Tính chất nước ngầm, các yếu tố ảnh hưởng [11,13]

1.1.2.1 Tính chất nước ngầm

1.1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng nước ngầm

1.1.3 Vai trò của nước ngầm trong đời sống và phát triển kinh tế

1.1.3.1 Trên thế giới

1.1.3.2 Tại Việt Nam

1.1.4 Các khả năng và nguyên nhân ô nhiễm nước ngầm

1.1.4.1 Các khả năng ô nhiễm nước ngầm

1.1.4.2 Các nguyên nhân gây ô nhiễm nước ngầm

1.2 TỔNG QUAN VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG NƯỚC NGẦM

1.2.1 Phương pháp khử sắt trong nước ngầm

1.2.1.1 Các trạng thái tồn tại tự nhiên của sắt trong các nguồn nước

1.2.1.2 Lựa chọn công nghệ khử sắt

1.2.2 Phương pháp khử mangan trong nước ngầm

1.2.2.1 Phương pháp oxy hóa

1.2.2.2 Phương pháp sử dụng các chất oxy hóa mạnh

1.2.4.2 Bể lọc nước kiểu Mỹ

1.2.4.3 Mô hình lọc nước ngầm nhiễm phèn

1.3 TỔNG QUAN VỀ CÁC ĐẶC ĐIỂM TẠI XÃ TAM ANH NAM, NÚI THÀNH

1.3.1 Vị trí đị lý, điều kiện tự nhiên

1.3.2 Điều kiện kinh tế - xã hội

CHƯƠNG 2 NỘI DUNG, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Khảo sát về tình hình sử dụng nước ngầm và hiện trạng chất lượng nước ngầm tại xã Tam Anh Nam, huyện Núi Thành, tỉnh Quảng Nam

+ Khảo sát về tình hình sử dụng và hiện trạng chất lượng nước ngầm tại xã Tam Anh Nam, huyện Núi Thành, Quảng Nam

- Thiết kế mô hình xử lý nước ngầm quy mô hộ gia đình + Khảo sát lưu lượng và thời gian sục khí cần thiết nhằm tăng cường hiệu quả quá trình lọc

+ Khảo sát tuổi thọ tương ứng với khối lượng vật liệu lọc nhằm tối ưu hóa quá trình lọc

+ So sánh khả năng lọc nước của mô hình nghiên cứu với các mô hình khác

- Đề xuất ứng dụng mô hình xử lý nước ngầm quy mô hộ gia đình

2.2 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊNCỨU

2.2.1 Nguồn nước ngầm tại một số khu vực thuộc xã Tam Anh Nam, huyện Núi Thành, tỉnh Quảng Nam

2.2.2 Mô hình thiết kế nhằm lọc nước ngầm tại xã Tam Anh Nam, huyện Núi Thành, Quảng Nam

2.3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.3.1 Phương pháp chuyên gia

2.3.2 Phương pháp thu thập dữ liệu

2.3.3 Phương pháp điều tra

Số lượng mẫu điều tra được chọn theo công thức:

n = N/ (1 + Ne2) Trong đó: n : Số mẫu điều tra

N : Tổng số mẫu

e : Độ sai số, được tính bằng phần trăm sai

số của số gốc e biến thiên trong khoảng từ 10% - 30%

Độ sai số được chọn là 10%, tổng số hộ là 1452 mẫu (1452 hộ

gia đình), vậy, số hộ điều tra là 96 hộ

2.3.4 Phương pháp mô hình thực nghiệm

a Cấu tạo mô hình

nối với nhau bằng rắc co, bên trong

mỗi ống lọc chứa các vật liệu lọc đã

được lựa chọn, các vật liệu được sử

dụng có khối lượng bằng nhau và cùng

bằng 1 kg Các ống lọc có chiều cao

tương ứng với từng kg vật liệu lọc

Nước được lọc theo kiểu áp lực, với

chiều tự chảy từ trên xuống Nước sau

lọc được dẫn vào thùng chứa nước sạch

và phải đảm bảo tiêu chuẩn về nước

sinh hoạt và ăn uống

Hình 2.1 Cấu tạo mô hình nghiên cứu

b Các thí nghiệm tiến hành

* Thí nghiệm xác định lưu lượng khí cần sục

* Thí nghiệm xác định thời gian sục khí

2.3.5 Phương pháp lấy mẫu phân tích:Các mẫu nước được phân tích tại Trung tâm Ứng dụng và Thông tin Khoa học công nghệ 2.3.6 Phương pháp so sánh

2.3.7 Phương pháp xử lý số liệu

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1 KẾT QUẢ KHẢO SÁT VỀ TÌNH HÌNH SỬ DỤNG VÀ HIỆN TRẠNG CHẤT LƯỢNG NƯỚC NGẦM XÃ TAM ANH NAM, HUYỆN NÚI THÀNH, QUẢNG NAM

3.1.1 Kết quả khảo sát về tình hình sử dụng nước ngầm tại

xã Tam Anh Nam, huyện Núi Thành, tỉnh Quảng Nam

Chúng tôi tiến hành khảo sát bằng phiếu điều tra về tình hình

sử dụng nước ngầm tại 4 thôn sau: Mỹ Sơn (21 hộ); Nam Định (24 hộ); Diêm Phổ (27 hộ); Tiên Xuân 1(23 hộ) Số hộ dân sử dụng nước sạch là 38/96 hộ, chiếm 40%; số hộ dân vẫn sử dụng nước ngầm cho các sinh hoạt của mình là 58/96 hộ, chiếm 60%

Hình 3.3 Tỷ lệ sử dụng nước tại khu vực nghiên cứu

Trong số 58/96 hộ dân được khảo sát, số hộ sử dụng nước ngầm cho tất cả các hoạt động như là ăn uống, tắm giặt rửa, chăn nuôi, trồng trọt là 54/58 hộ, chiếm 93,1%, và số hộ còn lại sử dụng nước ngầm cho sinh hoạt (trừ các hoạt động nấu ăn uống) là 4/58 hộ

40%

60%

Nước thủy cụcNước ngầm

44,79% (43/96) người dân khu vực khảo sát sử dụng trực tiếp nước ngầm hoặc nước máy được cung cấp đến (không qua bộ lọc nào); 55,21% (53/96) còn lại tiến hành lọc nước trước khi sử dụng Trong đó, có 45,28% (24/53) người dân sử dụng bộ lọc nước mua trên thị trường có giá từ 300.000đ đến 5 triệu đồng (tuy nhiên, 48/53 hộ gia đình được khảo sát sử dụng loại có giá tầm từ 300.000đ – 500.000đ chiếm 90%)); 52,83% (28/53) sử dụng phương pháp lọc truyền thống (bể than, cát, sỏi) và 1,89% sử dụng phương pháp khác

là lọc bằng bông gòn, hay vải tại vòi mở nước

Nhu cầu của người dân về việc cải tiến bộ lọc truyền thống trở nên nhỏ gọn, tiện lợi là 55,21% và 44,79% không có nhu cầu này (lý

do là người dân không tin vào kết quả của việc sử dụng bộ lọc truyền thống, nhữngngười này muốn mua máy lọc nước trên thị trường loại đắt tiền có giá tầm 4.000.000đ – 5.000.000đ/cái hoặc chờ đấu nối nước sạch của nhà máy nước)

3.1.2 Kết quả khảo sát về hiện trạng chất lượng nước ngầm tại xã Tam Anh Nam, huyện Núi Thành, tỉnh Quảng Nam

Theo kết quả khảo sát các hộ dân sử dụng nước ngầm, chất lượng cảm quan theo người dân đánh giá như sau: 20,69% người dân cho rằng nước không màu, không mùi, không vị; 77,59% cho rằng có đục hoặc có màu hoặc có mùi, và 1,72% cho là có vị

Hình 3.6 Biểu đồ tỷ lệ người dân đánh giá chất lượng nước

theo cảm quan

Để đánh giá chi tiết hơn về chất lượng nước ngầm tại khu vực nghiên cứu, tác giả đã tiến hành lấy mẫu phân tích chất lượng nước giếng tại các hộ gia đình Kết quả phân tích chất lượng nước được thể hiện ở bảng sau:

Bảng 3.1 Kết quả phân tích chất lượng nước ngầm

khu vực nghiên cứu

* Ghi chú:

- QCVN 02:2009/BYT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất

lượng nước sinh hoạt

* Nhận xét: So sánh với QCVN 02:2009/BYT, QCVN

01:2009/BYT ta thấy hàm lượng sắt tổng tại các thôn Mỹ Sơn, Diêm Phổ vượt hơn 0,8 – 2 lần, tại thônTiên Xuân 1 vượt gấp 2,66 – 5,1 lần; Hàm lượng mangan tại thôn Tiên Xuân 1 và Diêm Phổ vượt từ 0,23 – 0,6 lần; Chỉ số Pecmanganat ở các thôn này cũng vượt từ 0,1 – 2,15 lần so với giới hạn cho phép

Kết luận: Qua kết quả khảo sát người dân và kết quả phân

tích chất lượng nước tại các điểm thuộc khu vực nghiên cứu, có thể kết luận rằng nước khu vực nghiên cứu tạicác thôn Mỹ Sơn, Nam Định, Tiên Xuân 1, Diêm Phổ bị nhiễm phèn

3.2 THIẾT KẾ MÔ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC NGẦM QUY MÔ

Dùng sinh hoạt

ăn uống

Hình 3.8 Sơ đồ quy trình

công nghệ xử lý nước ngầm

Thuyết minh quy trình công nghệ:

Nước được bơm từ giếng khoan lên bể chứa (thường là bồn chứa nước của gia đình,thể tích từ 500 – 1000lit), tại đây, nước được sục khí 6/24h nhằm cung cấp oxy thúc đẩy quá trình oxy hóa Fe2+thành Fe3+, tạo kết tủa và được giữ lại ở bộ lọc Và tiếp tục để lắng trong khoảng 6giờ, nhằm loại bỏ bớt 1 phần cặn Sau đó nước được

đi qua bộ lọc thiết kế

QCVN 01:2009/BYT

Độ đục

Sắt tổng

(mg/l) 0,08 0,08 0,10 0,11 0,5 0,3 Mangan

QCVN 01:2009/BYT

Độ đục

(NTU) 0,6 1,3 1,2 1,0 1,2 1,1 5 2 Sắt tổng

(mg/l) 0,14 0,13 0,13 0,10 0,09 0,09 0,5 0,3

gian sục khí là 6 giờ, nhằm hỗ trợ tốt nhất cho quá trình lọc tiếp theo

Dựa vào Bảng 3.1 Kết quả phân tích chất lượng nước ngầm khu vực nghiên cứu, để khảo sát các thông số ảnh hưởng đến khả

năng lọc nước ngầm của mô hình như tuổi thọ tương ứng với khối lượng vật liệu lọc tác giả đã lựa chọn đặt mô hình thực nghiệm tại hộ gia đình ông Phạm Viết Quang (gia đình gồm 4 người: 3 người lớn

và 1 trẻ em), thôn Diêm Phổ

Kết quả:

Lưu lượng nước chảy qua bộ lọc là 70lit/giờ 0,42m3/6giờ/ngày Lưu lượng nước chảy qua bộ lọc được đo thông qua đồng hồ đo lưu lượng nước

Định mức cấp nước theo TCXDVN 33:2006 khu vực nông thôn lấy 80lit/người/ngày Vậy, hộ gia đình 4 người cần 320lit/ngày Phân tích chất lượng nước sau lọc ngày đầu tiên cho kết quả như sau:

Bảng 3.4 Kết quả phân tích chất lượng nước trước và sau lọc

TT Tên chỉ tiêu Đơn vị tính

Kết quả thử nghiệm

QCVN 02:2009/BYT

QCVN 01:2009/BYT Đầu

vào Đầu ra

Có mùi trứng thối

Không

có mùi

vị lạ

Không có mùi vị lạ

Không có mùi vị lạ

Hiệu suất xử lý các thông số được tính toán như sau:

- Về độ đục:

Trong đó: Đv: Độ đục của nước đầu vào (NTU)

Đr: Độ đục của nước đầu ra (NTU)

- Hàm lượng Fe tổng:

Trong đó: CFe(v): Nồng độ Fe trong nước đầu vào (mg/l)

CFe(r): Nồng độ Fe trong nước đầu ra (mg/l)

- Hàm lượng Mn:

Trong đó: CMn(v): Nồng độ Mn trong nước đầu vào (mg/l)

CMn(r): Nồng độ Mn trong nước đầu ra (mg/l)

Kết luận: Qua đó, có thể kết luận lưu lượng và chất lượng

nước đầu ra sau khi qua cột lọc của mô hình nghiên cứu có thể sử dụng cho mục đích sinh hoạt và ăn uống của hộ gia đình nông thôn

Khảo sát lưu lượng nước qua bộ lọc theo thời gian Theo dõi

đồng hồ đo lưu lượng nước qua các ngày, ta được kết quả như sau:

Hình 3.10 Biểu đồ biểu diễn lưu lượng nước theo thời gian Nhận xét: Qua biểu đồ, ta nhận thấy lưu lượng nước qua mô

hình lọc giảm theo thời gian

Sau 7 ngày, tương đương khoảng 42 giờ lọc, lưu lượng nước qua bộ lọc đạt 50lit/giờ ~300lit/6giờ/ngày Trong khi đó nhu cầu cấp nước của hộ gia đình đặt mô hình là 320lit/ngày Như vậy, tại thời điểm này lưu lượng nước đã không đáp ứng nhu cầu sử dụng của hộ gia đình Vào các ngày tiếp theo, lưu lượng nước càng giảm mạnh

Kết luận: Như vậy, sau 7 ngày cần thiết mở thay/rửa lớp vật

liệu lọc đầu tiên là bông lọc – cát trắng nhằm đảm bảo lưu lượng nước đáp ứng đủ nhu cầu sử dụng của hộ gia đình

Khảo sát chất lượng nước sau lọc theo thời gian tác giả tiến

hành đánh giá chất lượng nước sau lọc tại các thời điểm 1m3– 5m3– 10m3– 15m3– 20m3 nước sau lọc Qua đó, có thể xác định được thời gian (hoặc khối lượng nước) khiến quá trình lọc bị giảm hiệu suất, chất lượng nước không còn đảm bảo, cần phải tiến hành thay rửa vật liệu lọc Kết quả khảo sát được thể hiện ở bảng sau:

Bảng 3.5 Kết quả chất lượng nước sau lọc theo khối lượng nhất định

Nhận xét: Theo bảng kết quả, ta thấy càng qua thời gian lọc

hay khối lượng nước được lọc tăng lên, chất lượng nước ngày càng được cải thiện

Trong thời gian chạy nước qua mô hình lọc để lấy các mẫu nước nhằm phân tích chất lượng, đến thời điểm 20m3 nước không chảy qua cột lọc, sau khi súc rửa lớp vật liệu trên cùng (bông lọc – cát trắng) nước chảy qua cột lọc hoàn toàn màu đen Tác giả tiến hành mở kiểm tra tất cả các ống lọc trong cột lọc, phát hiện cát mangan bị phân rã Do đó, dừng lấy mẫu tại thời điểm 20m3

Sau đó, tác giả tiến hành thay cát mangan đang sử dụng bằng 01kg cát mangan mới và rửa tất cả các vật liệu cũ (bông lọc – cát trắng; than hoạt tính; cát thạch anh; sỏi), và bố trí vào cột lọc như ban đầu, tiếp tục cho nước qua mô hình lọc Kết quả phân tích chất lượng nước sau thay/rửa vật liệu lọc như sau:

Bảng 3.6 Chất lượng nước sau thay/rửa vật liệu lọc