Chơng III Một số vấn đề chất lợng nguồn nớc Từ 3000 năm trớc công nguyên, ngời Ai CËp ®· biÕt dïng hƯ thèng t−íi n−íc ®Ĩ trång trọt ngày ngời ta đà khám phá thêm nhiều khả nớc đảm bảo phát triển văn minh nhân loại tơng lai: nớc dùng cho sinh hoạt, y tế, sản xuất điện, sử dụng sản xuất công nghiệp, tới nông nghiệp giao thông vận tải thuỷ Hiểu biết chất lợng nguồn nớc vấn đề cần thiết sử dụng đất 3.1 Chu trình nớc đặc ®iĨm cđa ngn n−íc 3.1.1 Chu tr×nh n−íc Chu tr×nh nớc đóng vai trò quan trọng chất lợng nớc Ma làm rửa trôi số vật chất đất khí ga không khí Các vật chất hợp chất hoá học hữu vô nh axit sunfuric nitơrit Dòng chảy ma tạo mặt đất mang số hợp chất hoá học vô hoà tan nớc lu thông theo dòng chảy tạo nên vùng đất có đặc tính khác Ví dụ nh đá vôi hoà tan vào dòng chảy tạo thành vùng nớc cứng Dòng chảy đất nông nghiệp mang khối lợng phù sa, số chất lơ lửng thuốc trừ sâu đa vào nớc sông, suối, hồ, ao lan toả lên bề mặt đất Vô số chất hoá học, chất rắn chất thải khác từ khu công nghiệp ảnh hởng đến chất lợng nớc thờng tập trung nhiều tầng đất mặt Sự thấm lọc dòng chảy mặt vào tầng ngập nớc đất (tầng nớc ngầm) có ảnh hởng rõ rệt đến chất lợng nớc ngầm hợp chất nitơ phôt bị rửa trôi từ đất đa đến tầng ngập nớc gây biến đổi khác hoá học sinh học Vì vậy, sản phẩm dầu mỏ chất hoá học hữu tổng hợp đợc tìm thấy tầng ngập nớc Dòng chảy đất nông nghiệp, nhà máy phát điện, trình làm nguội nhà máy công nghiệp nớc thải xử lý thành phố, khu công nghiệp ảnh hởng đến chất lợng nớc sông, suối ảnh hởng gián tiếp đến chất lợng nớc ngầm Nớc mặt có nhiều cặn, vi trùng, độ đục hàm lợng muối cao Nớc ngầm trong, vi trùng, nhiệt độ ổn định, nhiều muối khoáng thờng có hàm lợng sắt, mangan khí hoà tan cao Chất lợng nớc thiên nhiên đợc đặc trng tiêu hoá lý, hoá học, sinh học Đây tiêu phản ánh đặc điểm chung chất lợng nguồn nớc 3.1.2 Đặc điểm chung chất lợng nguồn nớc Chất lợng nớc gắn liền với nguồn nớc an toàn Ngời ta đánh giá chất lợng qua đặc điểm chung sau đây: - Đặc điểm hoá lý nguồn nớc đợc đánh giá qua nhiệt độ, hàm lợng cặn (độ đục), độ màu mùi vị + Nhiệt độ khác theo mùa loại nớc nguồn, phụ thuộc vào không khí giới hạn rộng ữ 400C thay đổi theo độ sâu nguồn nớc Nhiệt độ nớc thông thờng biến đổi từ ữ 350C phụ thuộc vào khoảng cách tầng chứa nớc ngầm thời gian năm, nhng tơng đối ổn định từ 17 ữ 270C Nhiệt ®é n−íc hå th−êng Ýt thay ®ỉi, sù thay ®ỉi nhiệt độ nớc hồ thờng vào thay đổi đột ngột khoảng cách mùa năm Nhiệt độ đợc xác định nhiệt kế + Hàm lợng cặn: nguồn nớc mặt thờng chứa hàm lợng cặn định, hạt sét, cát dòng nớc xói rửa mang theo chất hữu nguồn gốc động vật, thực vật mục nát hoà vào nớc nguồn nớc nhng hàm lợng cặn khác theo mùa: mùa khô mùa ma nhiều Hàm lợng cặn nớc ngầm chủ yếu cát mịn, sét với giới hạn tối đa 20 - 50mg/l Hàm lợng cặn nguồn nớc sông, suối dao động lớn, có lên tới 300mg/l + Độ màu chất gumid, hợp chất keo sắt, nớc thải công nghiệp hay phát triển mạnh mẽ rong tảo nguồn thiên nhiên tạo nên Độ màu đợc tạo xác định phơng pháp so màu theo thang platin coban tính độ + Màu sắc nớc mối quan tâm đến chất lợng nớc Màu sắc nớc xuất sinh vật nớc vợt tiêu chuẩn thờng tiêu chuẩn để uống nớc an toàn tuyệt đối cho sử dụng vào mục đích công cộng Màu sắc cho ta biết có mặt chất hữu nh tảo hợp chất mùn Gần màu sắc đà đợc sử dụng đánh giá định lợng có mặt phân giải chất nguy hiểm chất hữu độc hại nớc + Mùi vị: Nguồn nớc thiên nhiên có nhiều mùi vị khác nhau, có vị cay nhẹ, mặn, chua, có Vị nớc chất hoà tan nớc tạo nên, mùi nớc nguồn tự nhiên tạo nên nh mùi bùn, đất sét, vi sinh vật, phù du cỏ dại hay xác súc vật chết nguồn nhân tạo nh clo, fênol, nớc thải sinh hoạt Mùi vị nớc ngầm đợc tạo hoạt động vi khuẩn yếm khí tầng ngập nớc vùng ngập mặn vµ th−êng chøa sulfuahydro (H2S) cã mïi trøng thèi Ngoµi hợp chất sắt mangan nguyên nhân gây mùi khó chịu nớc ngầm hoạt động ngời nh vứt bỏ chất thải hoá học, chất thải gây bệnh, chất thải công nông nghiệp khai thác mỏ Mùi vị xác định cách ngửi nếm - Đặc điểm hoá học nguồn nớc đợc đánh giá qua thành phần hoá học Thành phần hoá học nớc thiên nhiên muôn màu muôn vẻ, thờng đặc trng tiêu sau: + Cặn toàn phần (mg/l) bao gồm chất rắn lơ lửng hữu vô thối rữa thực vật, tảo chất rắn thải từ khu công nghiệp, nông nghiệp có nớc Cặn toàn phần đợc xác định cách đun cho bay dung tích nớc nguồn định nhiệt độ 105 - 1100C trọng lợng không thay đổi + Độ cứng nớc (mgdl/l) hàm lợng canxi (Ca++) manhê (Mg++) hoà tan nớc tạo nên Ngời ta phân loại ba loại độ cứng: độ cứng cacbonat muối canxi, manhê bicacbonat tạo nên, độ cứng không cacbonat muối khác canxi manhê tạo nên nh sulfat clorua, nitrat tạo nên Nớc có độ cứng cao giặt tốn xà phòng, hại quần áo, nấu thức ăn lâu chín không sử dụng đợc nồi + Độ pH đặc tr−ng bëi nång ®é ion H+ n−íc (pH =-lg[H+]) phản ánh tính chất nớc axit, trung tÝnh hay kiỊm NÕu pH 7 lµ nớc có tính kiềm + Độ kiềm (mgdl/l) đặc trng muối axit hữu nh bicacbonat, cacbonat, hydrat ngời ta phân biệt độ kiềm theo tên gọi muối + Sắt, mangan tån t¹i n−íc d−íi d¹ng Fe2+ hay Fe3+ Trong nớc ngầm, sắt thờng dạng Fe2+ hoà tan, nớc mặt dạng keo hay hợp chất Nớc ngầm nớc ta thờng có hàm lợng sắt lín + Axit silixic (mg/l) cã n−íc thiªn nhiªn nhiều dạng khác (từ keo đến ion) Trong nớc ngầm thờng gặp nồng độ silic cao 6,5 pH 7,5 gây khó khăn cho việc xử lý sắt + Các hợp chất nitơ nh HNO2, HNO3 , NH3 cã n−íc chøng tá nguån n−íc cã amoniac nguồn nớc bị nhiễm bẩn, có nitrit nhiễm bẩn (thông thờng nớc thải sinh hoạt), có nitrát nớc nhiễm bẩn đà lâu Các hợp chất khác nh clorua sulfat (mg/l) có nớc thiên nhiên thờng dới dạng muối natri, canxi, manhê Mangan (mg/l) thờng có nớc ngầm với sắt dạng bicacbonat Mn2+ Iôt Fluo (mg/l) có nớc thiên nhiên thờng dới dạng ion, chúng có ảnh hởng tới sức khoẻ ngời trực tiếp gây bệnh Fluo cho phép mg/l iot 0,005 ữ 0,007 mg/l + Các chất khí hoà tan nh O2, CO2 không làm chất lợng nớc xấu nhng chúng ăn mòn kim loại phá huỷ bê tông công trình xây dựng - Đặc điểm sinh học nguồn nớc đợc đánh giá tiêu sinh học vi trùng vi khuẩn Chỉ tiêu sinh học đánh giá chất lợng nguồn nớc bao gồm vi trùng, vi khuẩn gây bệnh, số loại nấm, tảo, động vật nguyên sinh, giun ký sinh loại động vật mà trớc hết chịu ảnh hởng trực tiếp ngời động vật Khi xả loại nớc cống rÃnh sông hồ làm cho số loài thực vật nớc phát triển mạnh, thực vật chết đi, trải qua trình phân huỷ tạo hydrosulfua gây mùi hôi thối với sản phẩm độc hại khác Nớc thải sinh hoạt, nớc ma nơi có ngời động vật sinh sống đợc đánh giá số lợng vi trùng vi khn mét mililit n−íc gäi lµ colitit (hay lµ coli chuẩn độ) Các phù du rong tảo nguồn nớc mặt ao hồ thờng dạng lơ lửng hay bám vào đáy hồ làm cho chất lợng nớc ngầm khó xử lý Sự phát triển mạnh tảo nâu hay tảo đỏ loài vi khuẩn lu huỳnh màu tím làm cho màu sắc nớc không bình thờng 3.2 Các nguồn gây nhiễm bẩn chất lợng nớc Nhiễm bẩn nguồn nớc đợc định nghĩa nh giảm chất lợng nớc tự nhiên Nhiễm bẩn nguồn nớc dẫn tới việc giảm lợng nớc sử dụng cần thiết gây độc hại sức khoẻ ngời động thực vật hoá chất tồn nớc Phần lớn nguồn nhiễm bẩn xuất phát từ nguồn nớc thải qua việc sử dụng với mục đích khác nhau, nguồn chất thải từ đô thị, công nghiệp, nông nghiệp nguyên nhân hỗn hợp Dới trình bày tóm tắt nguồn gây nhiễm bẩn tình hình nhiễm bẩn làm suy giảm chất lợng nguồn nớc 3.2.1 Các nguồn gây nhiễm bẩn chất lợng nớc Nguồn nhiễm bẩn ảnh hởng đến chất lợng nớc có liên quan mật thiết với viƯc sư dơng n−íc cđa ng−êi - Ngn nhiƠm bẩn từ đô thị + Do rò rỉ hệ thống cống thải nớc Thông thờng hệ thống thải nớc phải kín, nhng hoạt động ngời nh đào bới, để vật nặng hệ thống thải xe cộ lại, điều kiện tự nhiên nh sạt lở đất, rễ đâm vào làm cho hệ thống nớc thải bị rạn nứt vỡ nớc vừa thấm vào đất vừa chảy tràn bề mặt đất Sự rò rỉ hệ thống nớc thải mang theo hợp chất vô cơ, hữu cơ, vi khuẩn độc hại với nồng độ cao nguồn nớc Tại khu công nghiệp, việc rò rỉ mang theo kim loại nặng rÊt nguy hiÓm nh− As, Cd, Cr, Cu, Hg vào nguồn nớc ngầm + Nguồn nhiễm bẩn dới dạng lỏng Nguồn nớc thải vùng đô thị từ sinh hoạt, công nghiệp, hoạt động kinh tế xà hội từ dòng chảy ma tạo Phần lớn nguồn nớc đợc xử lý mức độ khác trớc thải vào nguồn nớc mặt * Hiện xu thải nớc vào đất tăng lên vùng đất đợc sử dụng nh bể lọc trớc đa loại nớc trở lại vòng tuần hoàn chung + Chất thải dới dạng rắn Chất thải dới dạng rắn nguồn gây ô nhiễm cho nớc mặt nớc ngầm Thông thờng nớc thải bao gồm chất thải rắn đợc thải mặt đất, vùng đất có khe nứt phần lớn chất thải, cặn bà dới dạng rắn theo nớc thải tích đọng vào đất xuống nớc ngầm làm giảm chất lợng nớc + Nguồn nhiễm bẩn hoạt động công nghiệp Nớc đợc sử dụng công nghiệp để làm lạnh, làm vệ sinh, sản xuất gia công sản phẩm Trong trình có nhiều chất độc hại, chất cặn bà bị thải Các loại thải trực tiếp dòng chảy bề mặt hệ thống sông suối gây nguy hiểm có nồng độ chất độc hại cao Kết nghiên cứu nớc sông Kim Ngu, Tô Lịch đoạn cuối sông Nhuệ từ ngà ba sông Tô Lịch bị ô nhiễm mùi vị, màu sắc lẫn tiêu vệ sinh chứa chất thải công nghiệp sinh hoạt Hà Nội Nớc sông Kim Ngu bị nhiƠm bÈn cao nhÊt: BOD lµ 50 - 190mg/l, NH+4 lµ - 25 mg/l, COD lµ 90 - 195 mg/l, oxy hoà tan thờng 15% §Êt kiỊm cã cÊu tróc kÐm, 11 dƠ hoá bùn, không thoáng khí mức độ bÃo hoà Na+ cao nguyên nhân tợng thiếu canxi Xác định hàm lợng Na+ nớc trị số hÊp thô natri (SAR) Na SAR = Ca Na + (%) = ++ + + Mg ++ ( meg / l ) Na + + K + x 100 Ca + Mg + Na + K (3.2) (3.3) Nång độ tất nguyên tố đợc tính meg/l Theo Salinity (FAO - No47), trªn thÕ giíi nguồn nớc tới không dồi nên SAR < meg/l th× n−íc cã thĨ sư dơng t−íi cho hầu hết loại đất, nhng SAR > 20 meg/l tới đợc cho đất có độ thấm nớc tốt Mặt khác sử dụng số SAR để đánh giá chất lợng nớc tới vào đất phải xét đến trồng Do đất đai đợc trồng nhiều loại trồng khác chúng nhạy cảm với Na+ khác nên ngời ta chia nhóm trồng Khả hấp thụ Na+ tầng đất mặt - Nhóm nhạy cảm Na+ có ngỡng giới hạn Na+ thấp, nghĩa dùng nớc tới có hàm lợng Na+ vợt ngỡng cho phép gây hại cho trồng, gây chết cây, giảm suất Tuy nhiên theo Rhoades (FAO - Paper No.47 - 1982), ng−ìng hÊp thơ Na+ cã quan hƯ thn với khả thấm nớc đất, nhng ngỡng Na+ giảm đến mức EC đạt khoảng ds/m (hình 3.1), vùng đất khả thấm nớc tác dụng đa Na+ xuống tầng sâu Nhóm có lạc, đậu tơng, bông, ngô, đậu, cam, quýt, đào, nho, bơ 30 25 20 15 10 5 EC (ds/m) Hình 3.1 Giới hạn hấp thụ Na+ - Nhóm chịu đựng trung bình Na+, nghĩa vùng ven biển dùng nớc lợ để tới vào đất kèm biện pháp thau chua rửa mặn cho lúa Nhóm bao gồm: Cà rốt, rau diếp, mía, hành, củ cải, lúa, lúa mì - Nhóm chịu mặn cần cung cấp đầy đủ nớc tới dùng nớc lợ để tới Nhóm gồm có: cói, bông, củ cải đờng, lúa mạch 12 3.4.4 Nồng độ nguyên tố đặc biệt Đối với nguyên tố đặc biệt nh selenium (Se), molyldenum (M0), flouride (Fr) Bo loại thực vật chịu đợc nhng lại độc hại động vật Các nguyên tố nh brôm (Br), lithium (Li) ngợc lại độc hại thực vật Trong nớc ngầm, lợng Br giàu nớc mặt với hàm lợng > 0,5ppm Brôm có hại cam, quýt, có dầu ăn quý Nhng ngũ cốc, chịu đựng đợc cách bình thờng với Br, cỏ linh lăng, củ cải đờng, măng tây phát triển bình thờng với Br = 1ữ (ppm) Brôm có nhiều loại xà phòng trở thành nhân tố độc hại sử dụng nớc thải để tới 3.4.5 Lợng bon thừa (RC) Khi đất có tổng lợng cacbonat bicacbonat lớn tổng lợng canxi magiê có tợng kết tủa giai đoạn sau đất Đó tợng thừa canxi RC = (CO=3 + HCO-3) - (Ca++ + Mg++) (meg/l) 3.4.6 Giá trị độ pH Logarit số âm nồng độ ion hydro đợc gọi độ pH pH = - log [H+] Dung dịch đất với pH < môi trờng axit (chua), pH > môi trờng kiềm pH = môi trờng trung tính, nớc tự nhiên có độ pH thay đổi từ - Để phân loại nớc tới, ngời ta dựa vào nồng độ Na+ bất lợi EC nh số biểu thị mức độ mặn muối kết hợp với SAR nh bảng 3.5 Bảng 3.5 Chỉ tiêu phân loại nớc tới USDA (Phòng thí nghiệm mặn USDA) Loại n−íc Tinh khiÕt Tèt Trung b×nh XÊu RÊt xÊu Møc ®é muèi Ec (µmhos/cm) ë t = 250C < 250 250 ữ750 250 ữ2250 2250 ữ4000 > 4000 Nồng độ (meg/l) < 0,25 0,25 ÷7,50 7,50 ÷22,50 22,5 ÷40,0 > 40 Độ kiềm SAR (meg/l) 10 ữ18 18 ữ25 18 ÷26 > 26 RC (meg/l) < 1,25 1,25÷ 2,50 > 2,50 3.5 Bảo vệ chống ô nhiễm chất lợng nguồn nớc Nớc nhạy cảm thay đổi môi trờng tự nhiên có liên quan đến hoạt động kinh tế - xà hội ngời Trong tình hình đó, vấn đề bảo đảm nhu cầu nớc cho phát triển kinh tế - xà hội đà trở thành mục tiêu phấn đấu bảo vệ tài nguyên nớc Tài nguyên nớc loại tài nguyên có giới hạn, tài nguyên vô tận, không thứ trời cho sử dụng, nhiên lại tuỳ thuộc vào nhu cầu thực tiễn mà đòi hỏi thành phần chất lợng nguồn nớc cho đối tợng sử dụng Vấn đề nớc có ý nghĩa 13 tơng đối, riêng nớc dùng cho ngời đà đợc Tổ chức Y tế giới (WHO) xác lập tiêu chuẩn nớc dùng cho ăn uống 10 năm trớc đây, WHO đà lập chơng trình với chi phí lên tới 600 tỷ USD Trên quy mô giới, vấn đề quy hoạch nớc đà đợc đặt cấp thiết với nội dung lớn là: - Đảm bảo đủ số lợng cho nhu cầu - Khai thác nguồn nớc - Chống tác hại, chống nhiễm bẩn nguồn nớc Nh hàng loạt biện pháp phải đặt ra: dự trữ nớc, điều hoà dòng chảy, phòng chống lũ lụt, hạn hán, bảo vệ môi trờng nớc phải có biện pháp lớn nh tạo hồ chứa nớc, uốn nắn dòng sông, lọc nớc biển lấy nớc Đặc biệt quan trọng bảo vệ môi trờng nớc điều kiện phát triển nông nghiệp công nghiệp hoá 3.5.1 Bảo vệ lớp phủ thực vật mặt đất Trong vùng có khí hậu khô hạn, song song với gia tăng dân số sống nghề nông nghiệp chăn nuôi vụ cháy rừng cộng với canh tác không hợp lý chăn thả mức đà tiêu diệt lớp thực vật bảo vệ làm cho đất bị rửa trôi vận chuyển khối lợng chất dinh dỡng nớc lũ, sau cạn kiệt nguồn nớc Ngày hiểu đợc vai trß cđa thùc vËt sù thÊm läc n−íc vào đất, điều hoà dòng chảy, chống xói mòn, cân chế độ nớc vai trò rừng đầu nguồn cân nớc Về nguy nạn rừng dẫn đến cạn kiệt nguồn nớc, lấy chế độ nớc sông Nin làm ví dụ Sông Nin (Ai Cập) sông dài giới (6998 km), nguồn cung cÊp n−íc ngät nhÊt cđa Ai CËp vµ Xu Đăng Những năm 60 kỷ XX, sông Nin xanh mang tới 54 tỷ m3 khối nớc/ năm đổ vào sông Nin trắng ngà ba sông Năm 1986 nguồn nớc giảm xuống 48 tỷ m3, nguyên nhân nạn phá rừng đầu nguồn ngày lan rộng việc lấy nớc cho sản xuất nông nghiệp hai bên bờ sông Ai Cập Xu Đăng ngày nhiều 3.5.2 Xây dựng hå chøa n−íc NhiỊu tµi liƯu cho thÊy ng−êi đà xây dựng đợc khoảng 1400 hồ chứa nớc với tổng khối lợng 4100 km3, riêng Liên Xô cũ có 150 hồ chứa với trữ lợng 200km3 Việc xây dựng hồ đập điều chỉnh dòng chảy sông, suối Nhờ hồ chứa dao động theo mùa dòng chảy sông suối đà đợc giảm phần, tạo điều kiện thuận lợi cho công xây dựng khai thác công trình đặt hạ lu nh làm thỏa mÃn nhu cầu điện năng, điều chỉnh lũ cung cấp nớc để tới ruộng Theo tính toán Lvovits, việc xây dựng hồ chứa nớc có tác dụng làm tăng khối lợng dòng chảy ổn định sông suối lên 1850 km3/năm (>15%) Theo số liệu Klige, mực nớc đại dơng giới từ 1900 đến 1964 đà dâng cao 95mm nÕu kh«ng cã hƯ thèng hå chøa n−íc mực nớc đại dơng đà dâng lên 107mm 14 Tuy không kể đến mặt có hại hồ chứa: - Việc tạo hồ chứa làm thay đổi chế độ thủy văn sông suối sang thuỷ văn hồ từ gây bồi lấp lòng hồ, sạt lở bờ hồ theo tính toán hồ Tả Trạch tỉnh Thừa Thiên - H víi quy m« dung tÝch 610 triƯu m3 lợng bùn cát chất lắng đọng lòng hồ khoảng 618.800 m3 - Thay đổi hệ sinh thái cạn sang hệ sinh thái nớc, làm số loài động vật làm chúng phải di chuyển khỏi lòng hồ, tạo môi trờng thuận lợi cho loại dịch bệnh, bệnh liên quan đến môi trờng nớc - Khi tích nớc vào hồ, chất lợng nớc thay đổi phân huỷ chất hữu thảm phủ lòng hồ trớc ngập chất hữu từ bề mặt lu vực thợng lu đa theo dòng chảy mùa ma - Nếu khu vực hồ chứa đợc sử dụng cho nghỉ ngơi du lịch chất thải du khách sở dịch vụ gây ô nhiễm môi trờng - vùng hạ lu mức độ ô nhiễm môi trờng đất, nớc, không khí tăng thêm việc sử dụng loại phân hoá học, thuốc trừ sâu diện tích tới hệ số sử dụng đất tăng 3.5.3 Xử lý keo tụ Keo tụ trình tạo hạt chất lơ lửng dạng keo hạt lơ lưng cã n−íc lùc dÝnh kÕt lÉn dới tác dụng lực hút phân tử Kết trình keo tụ hình thành nên hạt mà mắt thờng thấy đợc tách khỏi thể nớc Ngoài nớc mặt có tạp chất dạng huyền phù hay chất keo không lắng đợc hệ bền vững lực đẩy thắng lực hút Phân tử mặt tiếp xúc với môi trờng nớc có khả phân ly thành hai lớp ion mang điện tích trái dấu Mức độ phân ly phụ thuộc vào ®é pH cđa n−íc Ngn n−íc th−êng cã pH = 6,5 ữ 7,5 hạt lơ lửng keo mang điện tích âm bền vững Nhng mặt khác hạt có khả hấp thu ion H+, Na+, K+, Ca++ vµ Mg++ cã ë n−íc, Fe3+, Al3+ làm giảm độ bền vững chúng nhiều Thực trình keo tụ cách cho phèn vào hai dòng chảy vào bể phản ứng cho phèn ngắt quÃng Các loại phÌn th−êng dïng lµ: Al2(SO4)3, FeSO4, FeCl3 vµ phÌn vào nớc phản ứng xảy nh sau: Al2(SO4)3 + 6H2O = 2Al (OH)3↓ + 3H2SO4 FeSO4 + 2H2O = Fe (OH)2 + 2H2SO4 4Fe (OH)2 + O2 + 2H2O = 4Fe (OH)3 ↓ 3.5.4 Läc n−íc Läc n−íc giai đoạn kết thúc trình làm nớc đợc thực bể lọc Thờng sư dơng lo¹i bĨ läc 15 - BĨ läc chậm có tốc độ lọc nớc chậm (khoảng 0,1 - 0,3 m3/h), bể lọc có u điểm nớc hơn, - tháng rửa lần Nguyên tắc hoạt động bể là: nớc qua khe hở hạt cát, hạt cặn nớc nằm lại khe hở tạo nên lớp màng lọc Lớp màng lọc có tác dụng giữ lại hạt cặn nhỏ, vi trùng nên nớc đợc lọc - BĨ läc nhanh cã tèc ®é läc rÊt nhanh (6 - 10m3/h) Các hạt cặn đợc giữ lại nhờ lực dính với hạt cát Do tốc độ lọc nhanh nên bể có kích thớc nhỏ, diện tích chiếm đất ít, giá thành xây dựng rẻ, hàng ngày phải bơm nớc rửa bể - lần Dù bể lọc chậm hay lọc nhanh có nhiệm vụ giữ lại hạt cặn nhỏ số vi khuẩn lại sau qua bể lắng 3.5.5 Khử trùng nớc Sau qua bể lắng bể lọc 90% vi trùng nớc bị giữ lại tiêu diệt, nhiên để đảm bảo an toàn vệ sinh ngời ta phải tiếp tục khử trùng đạt giới hạn cho phép (nhỏ 20 côli lít nớc) Phơng pháp khử trùng thờng dùng clorua hoá tức cho clo clorua vôi (25 - 30% Cl) vào nớc dới dạng dung dịch để khử trùng Phản øng x¶y nh− sau: 2CaOCl2 → Ca(OCl2) + CaCl2 (tù ph©n hủ) Ca(OCl2) + CO2 + H2O → CaC03 + HOCl (CO2 cã s½n n−íc) HOCl → HCl + O2 Oxy tù sÏ oxy ho¸ c¸c chÊt hữu tiêu diệt vi trùng Ngoài ngời ta dùng phơng pháp khử trùng nớc ôzôn (O3) Khi cho khí ôzôn (O3) vào nớc, nguyên tử tách thực trình diệt trùng 3.5.6 Khư s¾t n−íc NÕu ngn n−íc cã hàm lợng sắt cao phải tiến hành khử sắt đến giới hạn cho phép Việc khử sắt thờng áp dụng cho nguồn nớc ngầm có hàm lợng sắt lớn, nớc mặt lợng sắt ít, đà đợc khử giai đoạn kết tủa nên không cần xây dựng công trình riêng biệt để khử sắt cho nớc mặt Sắt nớc ngầm thờng dạng Fe(OH)2 Muốn khử sắt ngời ta cho nớc tiếp xúc với không khí để oxy hoá sắt hoá trị hai (Fe++) thành sắt hoá trị ba (Fe+++), ph¶n øng diƠn nh− sau: 4Fe(OH)2 + 2H2O + O2 → 4Fe(OH)3 Fe(OH3) chÝnh lµ kÕt tđa mµ đợc giữ lại bể lắng bể lọc Quá trình khử sắt phụ thuộc vào độ pH n−íc, pH = - 7,5 th× viƯc oxy hoá tạo kết tủa thuận lợi 3.5.7 Xử lý nớc thải Một việc làm để bảo vệ chất lợng nớc loại bỏ thành phần gây ô nhiễm có nớc thải trớc xả sông hồ, xử lý nớc thải 16 Nớc thải tổ hợp hệ thống phức tạp thành phần vật chất nớc thải công nghiệp, nớc thải đô thị, nớc thải nông nghiệp nớc thải sinh hoạt Trong vật chất nhiễm bẩn thuộc nguồn gốc vô hữu tồn dới dạng không hoà tan, dạng keo dạng hoà tan Do tính chất hoạt động đô thị mà chất nhiễm bẩn có nớc thải thay đổi theo thời gian năm, tháng, ngày Theo tài liệu nớc thành phố công nghiệp phát triển, khối lợng nớc thải công nghiệp chiếm khoảng 30 - 35% tổng lu lợng nớc thải đô thị, nớc thải sinh hoạt không thay đổi tính toán công trình làm nớc thải đô thị ngời ta dựa vào chất nhiễm bẩn nớc thải sinh hoạt, điều có nghĩa chất nhiễm bẩn công nghiệp coi nh đợc giữ lại công trình xử lý cục với mục đích đảm bảo tính an toàn hệ thống dẫn nớc xử lý nớc thải đô thị Mức độ nhiễm bẩn nớc thải chất hữu xác định theo lợng oxy cần thiết để oxy hoá vật chất hữu dới tác dụng vi sinh vật hiếu khí Lợng oxy gọi nhu cầu oxy cho trình sinh hoá; viết tắt BOD có đơn vị mg/l, g/m3 Do lợng BOD không đặc trng đầy đủ số lợng vật chất hữu có chứa nớc thải phần vật chất hữu tự không chịu oxy hoá vi sinh vật, phần khác lại dùng để tăng sinh khối Cho nên để xác định đầy đủ lợng oxy cho trình oxy hoá vật chất hữu cơ, ngời ta sử dụng phơng pháp oxy hoá iôdat hay bicromat Lợng oxy dùng trình gọi nhu cầu oxy cho trình oxy hoá hoá học, viết tắt COD có đơn vị mg/l, g/m3 Thông thờng lợng BOD khoảng 80% COD Tính chất nớc thải đợc xác định phân tích hoá học thành phần nhiễm bẩn, việc gặp nhiều khó khăn nên thờng xác định số tiêu đặc trng chất lợng sử dụng để xây dựng công trình xử lý nớc thải: hàm lợng vật chất lơ lửng, nhu cầu ô xy trình sinh hoá, vi khuẩn vi sinh vật - Đánh giá mức độ nhiễm bẩn nớc thải vi khuẩn Trong nớc thải chứa vật chất nhiễm bẩn hữu vô cơ, xử lý nớc thải làm giảm nồng độ vật chất hữu gây ô nhiễm vào đất nớc Để phân giải vật chất hữu phải nhờ đến vai trò phân giải số vi khuẩn đặc biệt Sự phân giải vật chất hữu vi khuẩn đặc biệt phải qua trình ô xy hoá nitơ vật chất hữu Quá trình oxy hoá nitơ vật chất hữu vi khuẩn đặc biệt đảm nhiệm gọi trình nitrô hoá Quá trình nitrô hoá phải qua giai đoạn: Oxy hoá nitơ oxy hoá nitơ muối amôn Dới tác động nhóm vi khuẩn đặc biệt, muối amôn đợc oxy hoá để trở thành muối axit nitơrit (RNO2) sau thành muối axit nitơrat (RNO3) Quá trình oxy hoá nitơ gọi trình nitrô hoá Ngời ta chứng minh đợc trình nitrô hoá xẩy với tác động riêng biệt vi sinh vật qua giai đoạn Trớc hết vi khuẩn nitrôza nitrosomônas oxy hoá amoniac để tạo thµnh axit nitrit: 17 2NH3 + 3O2 = 2HNO2 + 2H2O + Q Sau vi khuẩn nitrobacter oxy hoá mi axit nitrÝt thµnh mi cđa axit nirtat: 2HNO2 + O2 = 2HNO3 + Q Nớc thải có hàm lợng nitơ muối amôn cao bẩn Với phản ứng xẩy nitrit nitrat xuất sau làm nớc thải công trình oxy hoá sinh hoá Bằng thực nghiệm ngời ta đà chứng minh đợc lợng oxy tiêu thụ cho trình oxy hoá mg nitơ muối amon giai đoạn tạo nitrit 3,43 g O2 giai đoạn tạo nitơrat 4,57 mg O2 Quá trình nitrô hoá có ý nghĩa quan trọng kỹ thuật xử lý nớc thải Để đánh giá mức độ nhiễm bẩn nớc thải sau xử lý vi khuẩn ngời ta đánh giá qua loại trực khuẩn đờng ruột hình đũa, điển hình vi khuẩn Coli đơn vị thể tích nớc Côli đợc coi loại vi khuẩn vô hại sống ruét ng−êi, ®éng vËt Trong thùc tÕ cã hai đại lợng đánh giá: trị số Coli chuẩn độ Coli đem so sánh với tiêu chuẩn cho phép Trị số Coli đại lợng dùng để xác định số lợng trực khuẩn đờng ruột lít nớc thải Chuẩn độ Coli thể tích nớc nhỏ tính mililít có chứa trực khuẩn hình đũa, nh− vËy nÕu nãi chuÈn ®é Coli b»ng 400 tøc 400ml nớc thải có chứa coli Mức độ nhiễm bẩn vi khuẩn phụ thuộc vào tình hình vệ sinh dân c bệnh viện Đối với nớc thải bệnh viện nhiều trờng hợp phải xử lý cục trớc xả vào hệ thống thoát nớc xả vào nguồn nớc - Đánh giá mức độ nhiễm bẩn vật chất lơ lửng tích đọng vào đất phải giải vấn đề sau: + Nguyên tắc xả nớc thải vào nguồn Thông thờng nguồn nớc tải đợc lợng nớc thải với nồng độ nhiễm bẩn đó, vợt mức độ nguồn nớc tác dụng sử dụng có nguy gây ô nhiễm Để đảm bảo vệ sinh môi trờng khai thác tài nguyên nguồn nớc, ngời ta định nguyên tắc xả nớc thải vào nguồn nớc, phân ba loại nguồn nớc ã Nguồn nớc dùng để cung cấp nớc sinh hoạt cho thành phố sản xuất công nghiệp thực phẩm ã Nguồn nớc dùng để cung cấp nớc cho xí nghiệp công nghiệp, dùng để nuôi cá, nghỉ ngơi, tắm giặt ã Nguồn nớc mang tính chất trang trí kiến trúc hay dùng để nuôi cá, tới ruộng Mức độ chứa nớc nguồn nớc phụ thuộc vào độ lớn, mức độ cần thiết làm vào nhiều yếu tố khác (bảng 3.6) 18 Bảng 3.6 Các định mức chứa nớc ngn n−íc Ngn n−íc ChÊt nhiƠm bÈn VËt chÊt lơ lửng Mùi vị Oxy hoà tan Nhu cầu oxy cho trình sinh hoá Phản ứng Màu sắc Vi trùng gây bệnh Chất độc hại Loại I Loại II Loại III Sau xả nớc thải vào nguồn nớc xáo trộn kỹ, nồng độ vật chất lơ lửng nớc hỗn hợp cho phép tăng lên so với nớc nguồn không quá: 0,25mg/l 0,75mg/l 1,5mg/l Sau xả nớc thải vào nguồn xáo trộn kỹ hỗn hợp nớc thải nguồn nớc phải không mùi vị Oxy hoà tan nớc hỗn hợp xáo trộn kỹ không 4mg/l Sau xả xáo trộn kỹ nớc thải nớc nguồn nhu cầu oxy cho trình sinh hoá hoàn toàn nớc thải + nguồn nớc không vợt quá: 3mg/l 6mg/l không quy định Nớc thải xả vào nguồn không đợc làm thay đổi phản ứng nớc nguồn: pH 8,5 Hỗn hợp nớc thải xả vào nguồn nớc nớc nguồn sau xáo trộn kỹ phải không màu nhìn qua cột nớc: 20cm 10cm 5cm Cấm xả vào nguồn nớc loại nớc thải chứa vi trùng gây bệnh Nớc thải xả vào nguồn nớc không mang tính chất độc hại + Mức độ làm vật chất lơ lửng nớc thải Nớc thải trớc xả vào nguồn cần phải làm để đảm bảo yêu cầu quy chế bảo vệ nguồn nớc mặt, đảm bảo yêu cầu vệ sinh mục tiêu kinh tế kỹ thuật khác Việc xác định mức độ làm phù hợp với tiêu chuẩn yêu cầu vệ sinh giảm đợc kinh phí xây dựng công trình dùng nguồn nớc cho mục đích khác Việc xây dựng hệ thống thoát nớc thờng tiến hành theo đợt, sốlợng nớc thải xả vào nguồn (hồ chứa) tăng lên Bởi mức độ làm nớc thải thời kỳ với mục đích sử dụng khác khác Để tính toán đợc mức độ làm cần phải biết số liệu nguồn nớc, lu lợng cân oxy mức độ làm sạch, theo nguyên tắc phải xét đầy đủ yếu tố xác định tiêu nh hàm lợng cặn, lợng oxy hoà tan, BOD, pH, màu sắc, mùi vị xét đến vật chất lơ lửng tích luỹ vào đất Việc xác định mức độ cần thiết làm nớc thải theo vật chất lơ lửng dựa vào hàm lợng cho phép vật chất lơ lửng nớc thải xả vào nguồn từ phơng trình: QCng + qC2 = (Q+q) (Cng + P) (3.4) Trong đó: : hệ số xáo trộn nớc thải nguồn Q: lu lợng nớc nguồn (m3/h) Cng: hàm lợng vật chất lơ lửng nớc nguồn (g/m3) q: lu lợng nớc thải (m3/h) C2: hàm lợng vật chất lơ lửng cho phép sau xả vào nguồn (g/m3) P: hàm lợng vật chất lơ lửng cho phép tăng thêm nớc nguồn sau xáo trộn kỹ với nớc thải (g/m3) 19 Suy mức độ cần thiết làm vật chất lơ lửng lµ: C1 - C2 Eo (%) x 100 C1 (3.5) Trong đó, C1: hàm lợng vật chất lơ lửng ban đầu nớc thải (g/m3) - Đánh giá mức độ nhiễm bẩn theo yêu cầu oxy sinh học (BOD) Trong nớc thải hàm lợng BOD lớn chứng tỏ nhu cầu cung cấp oxy để làm nớc thải lớn nớc thải bị nhiễm bẩn cao Việc làm hoàn toàn chất hữu vi sinh vật thờng kéo dài khoảng 20 ngày tơng ứng với nhiệt độ nớc thải 200C, ngày đầu làm nhanh nhất, hiệu làm đạt 68 - 70% Do ngời ta thờng xác định nhu cầu oxy hoá cho 20 ngày, ngµy vµ ký hiƯu lµ BOD5, BOD20 BOD cđa n−íc thải sinh hoạt xác định theo công thức sau: a 1000 BOD20 = mg/l q (3.6) Trong ®ã, a: lợng BOD20 tính gam cho ngời/ngày (bình quân 40 g) q: tiêu chuẩn thải nớc (l/ngời/ ngày) Xác định mức độ cần thiết làm theo BOD Xét cân nhu cầu oxy cho trình sinh hoá hỗn hợp nớc thải với nớc nguồn thời điểm tính toán đợc biểu diễn dựa vào phơng trình: ' qL 210 K t + γQL ng 10 − K t = (q + Q)L th (3.7) Trong đó, q: lu lợng nớc thải (m3/h) L2: lợng BOD nớc thải đợc phép xả vào nguồn (mg/l) K1 K1: số tiêu thụ oxy nớc thải nớc nguồn t: thời gian xáo trộn nớc thải với nớc nguồn (kể từ thời điểm bắt đầu xả tới điểm tính toán) Lds (3.8) t= Vng (Lds: chiều dài dòng sông; Vng: tốc độ nớc nguồn) : hệ số xáo trộn Q: l−u l−ỵng n−íc ngn (m3/h) Lng: l−ỵng BOD cđa n−íc nguồn (mg/l) Lth: lợng BOD tới hạn hỗn hợp nớc thải với nớc nguồn (mg/l) Từ phơng trình rút mức độ cần thiết làm theo BOD lµ: L1 - L2 x 100 Eo (%) = L1 Trong đó: L1 - lợng BOD ban đầu nớc thải (mg/l) 20 (3.9) - Phơng pháp xử lý học Phơng pháp nhằm tách chất không hoà tan phần chất dạng keo khỏi nớc thải để không tích luỹ vào đất Nớc thải theo kênh mơng phân phối dẫn vào bể chất lắng đọng lại Phơng pháp làm học loại trừ tạp chất không hoà tan nớc thải tới 60% làm giảm BOD tới 20% Ngoài ra, để tăng hiệu suất xử lý công trình ứng dụng nhiều biện pháp cho trình lắng nh làm thoáng sơ bộ, bể tự hoại hiệu suất lắng đạt tới 75% hàm lợng BOD giảm 40 - 50% - Phơng pháp xử lý hoá - lý Thực chất phơng pháp hóa lý lợi dụng vào tính chất hoá lý nớc thải mà có tác động vật lý hoá học nhằm tăng c−êng t¸ch c¸c chÊt bÈn khái n−íc VÝ dơ ngời ta đa vào nớc thải chất phản ứng đó, tác dụng với tạp chất bẩn tạo thành tạp chất khác dới dạng cặn dạng hoà tan không mang tính chất độc hại Phơng pháp hóa học trung hoà, oxy hoá , phơng pháp vật lý thông dụng keo tụ, hấp thụ, bay hơi, trao đổi ion Tuy nhiên phơng pháp phụ thuộc vào điều kiện địa phơng yêu cầu vệ sinh sử dụng lại nớc thải mà phơng pháp làm hoá học, hoá lý giải pháp cuối giai đoạn sơ cho giai đoạn tiếp theo, thờng đợc áp dụng xử lý cho nớc thải công nghiệp - Phơng pháp xử lý sinh học Phơng pháp xử lý sinh học dựa vào sống hoạt động vi sinh vật để oxy hoá khoáng hoá chất hữu dạng keo dạng hoà tan có nớc thải Các công trình xử lý sinh học phân thành hai nhóm: nhóm công trình trình xử lý thực điều kiện tự nhiên nh cánh đồng tới, bÃi lọc hồ sinh học, nhóm công trình xử lý điều kiện nhân tạo + BÃi lọc khu đất tơng đối rộng chia làm nhiều ô nớc thoát từ bể lắng chảy phân phối lên mặt đất thấm qua đất Quá trình làm diễn lớp đất phía cách mặt đất khoảng 30cm, lớp đất có tác dụng giữ lại hạt chất bẩn Nhờ có oxy vi khuẩn háo khí mà hạt chất bẩn đợc oxy hoá nớc đợc làm + Cánh đồng tới, nguyên tắc trình làm cánh đồng tới nh cánh đồng lọc, nhng khác chỗ nhiệm vụ làm nớc thải ngời ta sử dụng nớc tới chất thải loại làm phân bón cho trồng Cánh đồng tới đợc chia làm nhiều ô, ô chia làm nhiều luống khoảnh đất đợc ngăn cách mơng, kênh, rÃnh (giữa ô có bờ lại) Việc tới cho ngập luống, tát nớc rÃnh lên tới cho trồng Trong cánh đồng tới không trồng loại rau ăn sống, có vài ô đất dự trữ với diện tích chiếm đất khoảng 25% có hố chứa nớc để phòng ma to thu hoạch để tiêu nớc 21 Cánh đồng t−íi vµ b·i läc cã thĨ xư lý cho mäi vùng khí hậu, cho loại đất với mực nớc ngầm cách mặt đất 1,5 mét + Hồ sinh học - hồ sinh học hồ chứa nớc không sâu để làm sinh học dựa vào trình tự làm hồ Phơng pháp xử lý thích hợp nơi khí hậu nhiệt độ cao Dựa vào đặc tính tồn tuần hoàn vi sinh vật chế làm mà ngời ta phân biệt ba loại hồ Hồ kỵ khí để lắng phân huỷ chất bẩn nhờ sinh vật kỵ khí Sức chứa tiêu chuẩn hồ 350 - 800 kg/ha/ngày đêm - làm 50 - 70 % tính theo BOD, chiều sâu hồ 2,4 - 3,8m Loại hồ thờng dùng để làm nớc công nghiệp có độ nhiễm bẩn lớn, phải đặt cách xa nhà xí nghiệp thực phẩm 1,5 - 2km Hồ hiếu - kỵ khí, thực tế thờng sử dụng để làm nớc thải sinh hoạt, sức chứa theo tiêu chuẩn lý thuyết 250 kg/ha ngày đêm tính theo BOD Trong hồ xẩy trình song song: Oxy hoá vật chất nhiễm bẩn hữu hoà tan nhờ vi sinh vật hiếu khí phân huỷ mê tan cặn lắng đọng Cũng nh hồ hiếu khí, nớc thải trớc đa vào hồ phải đợc làm sơ để đạt BOD khoảng 200mg/l Ôxy cần thiết cho trình oxy hoá khuyếch tán từ khí phần trình quang hợp loài thực vật hồ Đặc điểm loại hồ nµy xÐt theo chiỊu cao cã thĨ chia vùng: lớp vùng hiếu khí, lớp vùng trung gian lớp dới kỵ khí Chiều s©u tỉng céng cđa hå th−êng 0,9 - 1,5m Thêi gian nớc lu lại hồ xác định theo công thức: t = 0,0175.L0.1,02 t0 (ngày) Trong đó: L0: lợng BOD nớc thải vào hồ mg/l; t0: nhiệt độ trung bình tháng lạnh nớc thải, 0C 22 ... sông 100.000m3/ngày, độ pH < 4,0; hàm lợng chất hữu nh NH+4, NO-2 tăng cao - 3, 5 lần Nớc thải Khu gang thép Thái Nguyên có hàm lợng COD từ 1. 032 5. 533 mg/l, vợt mức cho phép từ 10 - 35 lần; hàm... 200 Độ cứng CaCO3 (ppm) 80 40 10 25ữ75 100 180 - KiỊm CaCO3 (ppm) thÊp 75÷150 - H2S (mg/l) pH 1,0 5,0 3, 0 0,2 1,0 0,2 - 8,0 8,4 9,0 7,0 7,0 - 3. 3 .3 Chỉ tiêu chất lợng n−íc dïng n«ng nghiƯp Sư... Bảng 3. 4 Giá trị đơng lợng số ion chủ yếu Nguyên tố Ion dơng (+) Ca Mg Na K Ion ©m (-) CO3 HCO3 SO4 Cl NO3 F Trọng lợng nguyên tử Hoá trị Đơng l−ỵng 40,08 24 ,32 23, 00 39 ,00 60,01 61,02 96,06 35 ,46