Hệ thống cấp nước giếng khoan xử lý nước ngầm
Hệ thống xử lý nước giếng khoan sử dụng các cột lọc có chứa vật liệu xử lý phù hợp với từng loại ô nhiễm nguồn nước. Với thiết kế đầy đủ của hệ thống xử lý nước giếng khoan thì sử dụng 4 cột lọc, tuy nhiên tuỳ vào thành phần ô nhiễm và mục đích sử dụng nước sinh hoạt thì có thể thiết kế các hệ thống xử lý đặt trưng riêng Cùng với quá trình phát triển công nghiệp hóa hiện đại hóa, thì đi kèm với sự phát triển là sự ô nhiễm nước, ô
nhiễm không khí và ô nhiễm rác thải. Trước đây nước ngầm (hay còn gọi nước giếng khoan) được coi là nguồn nước sạch nhất và có thể sử dụng làm nguồn nước sinh hoạt cho gia đình. Tổng quan về nước giếng khoan Khi nghiên cứu nước ngầm thì thành phần hóa học của nước ngầm là không thể bỏ qua. Một số nghiên cứu về đặc điểm chung của quá trình hình thành phần hóa học của nước ngầm
Nước ngầm tiếp xúc trực tiếp hoàn toàn với đất và nham thạch. Nước ngầm có thể là các màng mỏng bao phủ các phần tử nhỏ bé giữa các hạt đất, nham thạch, là chất lỏng được chứa đầy trong các ống mao dẫn nhỏ bé giữa các hạt đất, đá, nước ngầm có thể tạo ra các tia nước nhỏ trong các tầng ngấm nước, thậm chí nó có thể tạo ra khối nước ngầm rất dày trong các tầng đất đá, nham thạch. Thời gian tiếp xúc của nước ngầm với đất và nham thạch lại rất dài nên tạo điều kiện cho các chất trong đất và nham thạch tan trong nước ngầm. Như vậy thành phần hóa học của nước ngầm chủ yếu phụ thuộc vào thành phần hóa học của các tầng đất, nham thạch chứa nó.
Các loại đất, nham thạch của vỏ trái đất chia thành các tầng lớp khác nhau. Mỗi tầng lớp đó có thành phần hóa học khác nhau. Giữa các tầng, lớp đất, nham thạch thường có các lớp không thấm nước. Vì vậy nước ngầm cũng được chia thành các tầng, lớp khác nhau và thành phần hóa học của các tầng lớp đó cũng khác nhau.
Do ảnh hưởng của khí hậu đối với nước ngầm không đồng đều. Nước ngầm ở tầng trên cùng, sát mặt đất chịu ảnh hưởng của khí hậu. Các khí hòa tan trong tầng nước ngầm này do nước mưa, nước sông, nước hồ…mang đến. Thành phần hóa học của nước ngầm của tầng này chịu ảnh hưởng nhiều của khí hậu. Trái lại, nước ngầm ở tầng sâu lại ít hoặc không chịu ảnh hưởng của khí hậu. Thành phần hóa học của nước ngầm thuộc tầng này chịu ảnh hưởng trực tiếp của thành phần hóa học tầng nham thạch chứa nó. Căn cứ theo độ sâu của tầng nước ngầm mà người ta chia ra làm 3 tầng nước ngầm:
Thành phần của nước ngầm không những chịu ảnh hưởng về thành phần hóa học của tầng nham thạch chứa nó mà còn phụ thuộc vào tính chất vật lý của các tầng nham thạch đó. Ở các tầng sâu khác nhau, nham thạch có nhiệt độ và áp suất khác nhau nên chứa trong các tầng nham thách đó cũng có nhiệt độ và áp suất khác nhau.
Nước ngầm ít chịu ảnh hưởng của sinh vật nhưng chịu ảnh hưởng nhiều của vi sinh vật. Ở các tầng sâu đó không có oxy và ánh sáng nên vi sinh vật yếm khí hoạt động mạnh, chi phối nhiều đến thành phần hóa học của nước ngầm. Vì vậy thành phần hóa học của nước ngầm chứa nhiều chất có nguồn gốc vi sinh vật. Tất cả 5 đặc điểm trên đã góp phần quyết định tính chất và thành phần của nước ngầm. Qua đó chúng ta thấy nhưng đặc điểm cơ bản của thành phần hóa học của nước ngầm là:
Nước ngầm chỉ chiếm 30.1% trong 0.9% lượng nước trên trái đất nhưng nó lại đóng vai trò rất quan trọng trong cuộc sống của động thực vật và con người trên trái đất. Theo tự nhiên nước ngầm sẽ tạo thành các dòng chảy ra sông, hồ và chảy ra biển, tuy nhiên con người hiện nay đã thực hiện lấy nước ngầm theo cách nhân tạo theo hình thức đào giếng khơi, giếng khoan và ống khoan của các nhà máy nước. Đối với các hộ
gia đình Việt Nam như hiện nay việc lấy nước ngầm thông qua đào giếng khơi và giếng khoan là phổ biến nhất. Nguồn nước giếng này rất quan trọng trong việc cung cấp nước sinh hoạt cho hàng ngày của người dân. Thành phần chính của nước ngầm Độ cứng của nước: Là đại lượng biểu thị cho hàm lượng các muối của canxi và magie có trong nước. Có thể phân biệt thành 3 loại
độ cứng: độ cứng tạm thời, độ cứng vĩnh cửu và độ cứng hoàn toàn phần. Độ cứng tạm thời biểu thị tổng hàm lượng các muối cacbonat và bicacbonat của caxi và magie có trong nước. Độ cứng vĩnh cửu biểu thị tổng hàm lượng các muối còn lại của caxi và magie có trong nước. Độ cứng toàn phần là tổng của hai loại độ cứng trên. Độ pH của nước: Được đặc trưng bởi nồng độ ion H+ trong nước (pH = -lg[H+]. Tính chất của nước được xác định theo các giá trị khác nhau của pH. Khi pH = 7 nước có tính trung tính, pH < 7 nước mang tính axit và khi pH > 7 nước có tính kiềm. Hàm lượng Fe:Sắt tồn tại trong nước dưới dạng sắt (II) hoặc sắt (III). Trong nước ngầm sắt thường tồn tại dưới dạng sắt (II) hòa tan của các muối bicacbonat, sunfat, clorua, đôi khi dưới dạng keo của axit humic hoặc keo silic. Khi tiếp xúc với oxi hoặc các chất oxi hóa, sắt
(II) bị oxy hóa thành sắt (III) và kết tủa thành bông cặn Fe(OH)3 có màu nâu đỏ. Nước ngầm thường có hàm lượng sắt cao, đôi khi lên tới 30mg/l hoặc có thể còn cao hơn nữa. Độ kiềm của nước: Có thể phân biệt thành độ kiềm toàn phần và riêng phần. Độ kiềm toàn phần bao gồm tổng hàm lượng các ion bicacbonat, hydroxit và anion của các muối của các axit yếu. Khi nước thiên nhiên có độ màu lớn, độ kiềm toàn phần sẽ bao gồm cả
độ kiềm do muối của các axit hữu cơ gây ra. Độ kiềm riêng phần còn được phân biệt: độ kiềm bicacbonat hay độ kiềm hydrat. Hàm lượng Mn: Mangan thường được gặp trong nước ngầm ở dạng mangan (II), nhưng với hàm lượng nhỏ hơn sắt rất nhiều. Tuy vậy với hàm lượng mangan > 0.05 mg/l đã gây ra các tác hại cho việc sử dụng và vận chuyển nước như sắt. Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước ngầm - Các chỉ tiêu vật lý: Độ đục: Nước nguyên chất là một môi trường trong suốt và có khả năng truyền ánh sáng tốt, nhưng khi trong nước có tạp chất huyền phù, cặn rắn lơ lửng, các vi sinh vật và cả các hóa chất hòa tan thì khả năng truyền ánh sáng của nước giảm đi. Dựa trên nguyên tắc đó mà người ta xác định độ đục của nước.
Nước có độ đục cao là nước chứa nhiều tạp chất do đó khả năng truyền ánh sáng của nước giảm. Có nhiều phương pháp xác định độ đục của nước nên kết quả thường được biểu thị bằng những kết quả khác nhau. Ví dụ: Đơn vị JTU (Jackson Turbidity Unit) là đơn vị độ đục khi đo bằng ống đo độ đục Jackson. Khi dùng máy đo độ đục Nephel (Nephelmeter) ta lại có đơn vị độ đục FTU hay đơn vị độ đục so sánh với dung dịch tiêu chuẩn (dùng khi độ đục bằng 5 đến 100 đơn vị). Nhiệt độ: Nhiệt độ nước thay đổi theo mùa, chủ yếu ở nước mặt, nước ngầm ít thay đổi hơn (24 - 27oC). Nhiệt độ của nước có ảnh hưởng đến các quá trình hình thành và xử lý nước. Hàm lượng chất rắn: Hàm lượng chất rắn trong nước gồm có chất rắn vô cơ (các muối hòa tan, chất rắn không tan như huyền phù, đất cát…) chất rắn hữu cơ (gồm các vi sinh vật, vi khuẩn, động vật nguyên sinh, tảo và các chất rắn hữu cơ vô sinh như phân rác, chất thải công nghiệp…). Thông thường khi nói đến hàm lượng chất rắn, người ta đưa ra các khái niệm sau: Tổng hàm lượng chất rắn TS (Total Solid): là trọng lượng khô tính bằng miligam của phần còn lại sau khi làm bay hơi 1lít mẫu nước trên nồi cách thủy rồi sấy khô ở 105oC tới khi có trọng lượng không đổi, đơn vị là mg/l. Cặn lơ lửng SS (Suspended Solid): là trọng lượng khô tính bằng miligam của phần còn lại trên giấy lọc khi lọc 1 lít mẫu nước qua phễu, sấy khô ở 105oC tới khi có trọng lượng không đổi, đơn vị là mg/l. Chất rắn hòa tan DS (Dissolved Solid): bằng hiệu giữa tổng lượng cặn lơ lửng TSS và cặn lơ lửng SS: DS = TSS – SS Chất rắn bay hơi TVS (Volatile Solid): là phần mất đi khi nung cặn lơ lửng SS ở 550oC trong thời gian nhất định. Phần mất đi là chất rắn bay hơi, phần còn lại là chất rắn không bay hơi. - Các chỉ tiêu hóa học: Khí hidrosunfua H2S: Khí H2S là sản phẩm của quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ, phân rác có trong nước thải. Khí H2S làm cho nước có mùi trứng thối khó chịu. Với nồng độ cao khí H2S mang tính ăn mòn vật liệu. Trong nước ngầm, sự hình thành H2S chủ yếu do quá trình khử SO42- thành H2S (trong điều kiện yếm khí). Các anion: Trong nước ngầm chứa một lượng lớn các anion, một phần do các khí tác dụng với nước, một phần do sự hòa tan của các khoáng chất (trong đất) và do sự phân hủy của các hợp chất hữu cơ. Thường gặp nhất là Cl-, SO42-, CO32-, HCO3-, F-, I- Các cation: Các cation Mn2+, Fe2+, Mg2+, Ca2+ thường gặp trong nước ngầm tạo nên độ cứng, độ màu … Nguồn gốc của các cation trong nước ngầm do sự hòa tan của các khoáng chất. Các hợp chất của nitơ: Các hợp chất của nitơ có trong nước là kết quả của quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ trong tự nhiên, trong các chất thải và các nguồn phân bón mà con người trực tiếp hay gián tiếp đưa vào nguồn nước. Các hợp chất này thường tồn tại ở dạng ammoniac, nitrit, nitrat và các dạng nguyên tố N2. Dựa vào việc tìm thấy các hợp chất của nitơ mà ta đánh giá được mức độ ô nhiễm của nước. Trong nước ngầm, do điều kiện không có oxi, vì vậy hợp chất nitơ tồn tại chủ yếu dưới dạng NH4+. Các hợp chất của axit cacbonic: Độ ổn định của nước phụ thuộc vào trạng thái cân bằng giữa các dạng hợp chất của axit cacbonic. Axit cabonic là một axit yếu, trong nước hợp chất này phân ly như
sau: - Các chỉ tiêu vi sinh: Phương pháp xử lý giếng khoan Hệ thống xử lý nước giếng khoan sử dụng các cột lọc có chứa vật liệu xử lý phù hợp với từng loại ô nhiễm nguồn nước. Với thiết kế đầy đủ của hệ thống xử lý nước giếng khoan thì sử dụng 4 cột lọc, tuy nhiên tuỳ vào thành phần ô nhiễm và mục đích sử dụng nước sinh hoạt thì có thể thiết kế các hệ thống xử lý đặt trưng riêng. Cấu tạo của hệ thống lọc nước giếng khoan, gồm:
Tuy nhiên một số gia đình còn sử dụng giàn phun nước để oxy hóa hoàn toàn Fe, Mn hòa tan có trong nước, giúp làm tăng hiệu quả và tuổi thọ của các cột lọc. Nguyên lý của hệ thống lọc nước giếng khoan Nước được hút trực tiếp từ nước ngầm hay từ bồn chứa nước gia đình sẽ
cho chảy qua cột lọc thô bằng bơm nước. Tại đây, cột lọc có các tầng lớp vật liệu khác nhau, như: Cát mangan, cát thạch anh, Sỏi. Sau khi loại bỏ hoàn toàn các chất ô nhiễm có trong nước giếng khoan, thì nước sẽ cho chảy
qua cột lọc tinh. Cộc lọc này có màng lọc kích thước 5 µm nên sẽ loại bỏ các chất rắn lơ lửng, các hạt nhựa trao đổi còn sót lại từ các cột lọc trước, tạo ra một nguồn nước sạch cho sinh hoạt. Quy chuẩn QCVN 02/2009/BYT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt.
(Nguồn: QCVN 02/2009 - BYT) Các loại ô nhiễm nước ngầm và phương pháp xử lý
|