Độ cứng là thông số chỉ thị trong công nghiệp, đánh giá khả năng kết tủa của cacbonate canxi trong nớc lạnh hay nớc sôi gây cản trở phản ứng tạo xà phòng và thuốc nhuộm trong tẩy rửa của công nghiệp dệt và các chất chuyển màu trong ion tráng phim. Khi trong nớc có Ca + Mg và HCO 3 chiếm u thế hơn so với Ca + Mg + SO 4 + Cl hoặc chiếm u thế hơn Na + K+ SO 4 + Cl thì gọi là nớc kiềm mới. Khi các ion dơng (Na, K) và ion âm (SO 4 , Cl, CO 3 ) không vợt quá 50% so với Ca + Mg + HCO 3 thì gọi là nớc trung tính. Khi trong nớc giàu Na + K và HCO 3 + CO 3 gọi là nớc có độ kiềm. Khi tổng độ cứng độ kiềm thì độ cứng của nớc là do CO 3 tạo ra. Khi tổng độ cứng độ kiềm thì độ cứng carbonate (carbonate hardness) bằng độ kiềm. NCO = tổng độ cứng - độ kiềm Vì vậy độ cứng đợc sử dụng để phân loại nớc từ mềm đến rất cứng. Theo bảng phân loại của Cục Địa chất Hoa Kỳ, chỉ số độ cứng cho ở bảng 3.3. Bảng 3.3. Phân loại chỉ số độ cứng trong nớc của Cục Địa chất Hoa Kỳ Loại nớc Độ cứng (mg/l) Ghi chú Nớc mềm Nớc hơi cứng 0 ữ 55 56 ữ100 Không cần phải làm mềm Nớc cứng trung bình Nớc nữa cứng 101ữ 200 201ữ 500 Đòi hỏi phải làm mềm 3.4.2. Tổng số các chất hoà tan trong nớc Nguồn nớc biển mặn (hoặc nguồn nớc bị ảnh hởng của mặn) bao giờ cũng có một độ mặn nhất định. Thuật ngữ độ mặn dùng ở đây là chỉ tổng số các chất hoà tan của các ion vô cơ nh Na + , K + , Ca ++ , Mg ++ , HCO - 3 , SO - 4 , Cl - , ở trong nớc mặt và nớc ngầm. Tổng số các chất hoà tan nói trên bao gồm các cation và anion trong một đơn vị thể tích nớc đợc biểu thị trên cơ sở đơng lợng hoá học (milimol/l) hay trên cơ sở khối lợng (mg/l). Tổng số các chất hoà tan mà đợc biểu thị bằng tổng số cation và anion nói trên theo milimol/l hay mg/l đợc gọi là tổng số các chất hoà tan trong nớc, viết tắt là TDS. TDS (ppm) = [ nồng độ của các ion (ppm)] + [nồng độ ion HCO 3 (ppm)] x 0,49 Trong nớc, TDS chứa các ion nên luôn luôn dẫn điện, vì vậy có liên quan đến độ dẫn điện (EC) của dung dịch đất và EC đợc biểu thị bằng đơn vị deciSiemen/m (ds/m). Mối tơng quan gần đúng giữa EC và TDS là: 1ds/m = 10m.mol/l = 700 mg/l Quá trình chuyển đổi các giá trị trên đợc thực hiện theo các công thức sau đây. 9 TDS (mg/l) = EC (ds/m) x 640 TDS (ppm) = EC (m.mol/l) x 640 TDS (ppm) = EC (àmhos/cm) x 0,64 EC (àmhos/cm) = ion dơng (meg/l) x 100 EC (àmhos/cm) = ion âm (meg/l) x 100 1(mhos/cm) = 10 3 (m.mhos/cm) = 10 6 (àmhos/cm) Mili đơng lợng (meg/l) Nồng độ muối (mg/l) Đơng lợng = Nồng độ muối (ppm) Đơng lợng = Mili đơng lợng (meg/l) Mili đơng lợng (meg/l) = 10 EC (m.mol/l) Nồng độ ion (mol/l) = EC (ds/m) x 0,0127 Bảng 3.4. Giá trị đơng lợng của một số ion chủ yếu Nguyên tố Trọng lợng nguyên tử Hoá trị Đơng lợng Ion dơng (+) Ca Mg Na K Ion âm (-) CO 3 HCO 3 SO 4 Cl NO 3 F 40,08 24,32 23,00 39,00 60,01 61,02 96,06 35,46 62,01 19,00 + 2 2 1 1 - 2 1 2 1 1 1 20,04 12,16 23,00 39,00 30,00 61,02 48,03 35,46 62,01 19,00 Khi nồng độ muối tăng lên thì sẽ gây khó khăn cho cây hút dinh dỡng trong đất và trong nớc. Dới điều kiện áp suất thấm lọc (thấm sau khi đất bão hoà nớc) từ 1,5 ữ 2 (atm) thì cây trồng không còn khả năng phát triển. Quan hệ giữa áp suất thấm lọc và nồng độ muối nh sau: P = iRTC (3.1) Trong đó: P - áp suất thấm lọc (atm) i: hệ số vonthoff R: hằng số T: nhiệt độ (tính theo nhiệt độ tuyệt đối) C: nồng độ muối (mol/l) 10 Mối quan hệ giữa áp suất thấm lọc (P) và độ dẫn điện (EC) đợc biểu thị: áp suất thấm lọc P (atm) = 0,00036 x EC (àmhos/cm) atm = 0,36 x EC (m.mol/l) áp suất thấm lọc (P) của một số loại muối trong dung dịch đất nh NaCl (1%): giá trị i = 2; C = 1g/l = 1/58,5 mol/l, tích số RT = 22,4 thì: atm76,0 5,58 4,22.2 P == l/mol.m1,2EC = ha y cm/mhos1,2111 à = atm47,0 142 4,22.3 P == 3i%)1(SONa 42 = atm605,0 111 4,22.3 P == 3i%)1(CaCl 2 = atm329,0 136 4,22.2 P == 2i%)1(CaSO 4 = Qua công thức cho thấy: Mức độ độc hại của một muối tăng lên khi nhiệt độ tăng. Trong đất mặn, độ dẫn điện (EC) đợc xem là chỉ tiêu chẩn đoán chất lợng nớc tốt nhất vì trong đất thì cây trồng phản ứng trớc hết với tổng nồng độ của muối (TDS) chứ không phải là với nồng độ riêng rẽ của các muối. Vì vậy ở vùng đất mặn, hai chỉ tiêu đợc quan tâm đầu tiên là TDS, EC của dung dịch đất và ở đó thờng dùng EC để biểu thị độ mặn của đất. ở vùng duyên hải, nguồn nớc mặt có thể bị mặn hoá do ảnh hởng của thuỷ triều biển. Khi thuỷ triều lên chuyển vào vùng duyên hải thì nớc biển đi theo dòng triều và kênh tiêu vào đất liền. Việc chảy ngợc dòng này của nớc biển đã làm thay đổi một cách có ý nghĩa chất lợng nớc ở các dòng chảy chịu tác động của thuỷ triều và kênh tiêu vận chuyển nớc xuất hiện trong thời kỳ khô hạn. Ngoài ra, có một sự thay đổi của nguồn nớc mặt quan trọng khác là việc dùng lại nguồn nớc tiêu để tới ruộng khi nguồn cung cấp nớc tới có chất lợng tốt bị hạn chế. Mặc dù độ mặn của nguồn nớc tiêu này có thay đổi nhng thờng vẫn cao hơn độ mặn của nguồn nớc tới nguyên thuỷ thông thờng. 3.4.3. Tỷ lệ giữa ion Na + với các ion dơng khác có trong nớc Trong số các ion hoà tan trong nớc (Na + , K + , Ca ++ , Mg ++ ) thì Na + có tác dụng mạnh nhất đến đất đai và cây trồng. Ion Na + có khả năng trao đổi mạnh với các ion trong keo đất, làm thay đổi cấu trúc đất. Hàm lợng Na + cao sẽ làm thay đổi tính chất vật lý, hoá học của đất, gây thoái hoá đất ảnh hởng đến sinh trởng và phát triển của cây trồng. Nếu nồng độ các muối ở trong nớc cao dẫn đến sự hình thành đất mặn, ngợc lại nếu nồng độ Na + cao dẫn đến đất kiềm. Cục Phát triển đất của Mỹ (USDA, United State Development Agency) định nghĩa đất kiềm là đất có pH 8,5 với mức độ bão hoà Na + >15%. Đất kiềm có cấu trúc kém, 11 dễ hoá bùn, không thoáng khí và mức độ bão hoà Na + cao là nguyên nhân của hiện tợng thiếu canxi. Xác định hàm lợng Na + trong nớc bằng trị số hấp thụ natri (SAR). (3.2) )l/meg(SAR ++ 2 MgCa Na ++ + + = (3.3) 100x (%)Na = + KNaMgCa KNa +++ + ++ Nồng độ của tất cả các nguyên tố đợc tính bằng meg/l. Theo Salinity (FAO - No47), trên thế giới do nguồn nớc tới không dồi dào nên khi SAR < 8 meg/l thì nớc có thể sử dụng tới cho hầu hết các loại đất, nhng khi SAR > 20 meg/l chỉ tới đợc cho đất có độ thấm nớc tốt nhất. Mặt khác khi sử dụng chỉ số SAR để đánh giá chất lợng nớc tới vào đất còn phải xét đến cây trồng. Do đất đai đợc trồng nhiều loại cây trồng khác nhau và chúng nhạy cảm với Na + cũng rất khác nhau nên ngời ta chia ra 3 nhóm cây trồng. - Nhóm cây nhạy cảm Na + có ngỡng giới hạn Na + thấp, nghĩa là khi dùng nớc tới có hàm lợng Na + vợt quá ngỡng cho phép sẽ gây hại cho cây trồng, gây chết cây, giảm năng suất. Tuy nhiên theo Rhoades (FAO - Paper No.47 - 1982), ngỡng hấp thụ Na + có quan hệ thuận với khả năng thấm nớc của đất, nhng ngỡng Na + chỉ giảm đến mức EC đạt khoảng 3 ds/m (hình 3.1), còn vùng đất không có khả năng thấm nớc sẽ không có tác dụng đa Na + xuống tầng sâu. Nhóm cây này có lạc, đậu tơng, bông, ngô, đậu, cam, quýt, đào, nho, quả bơ. Khả năng hấp thụ N a + tầng đất mặt Hình 3.1. Giới hạn hấp thụ Na + - Nhóm cây chịu đựng trung bình Na + , nghĩa là ở vùng ven biển khi dùng nớc lợ để tới vào đất bao giờ cũng kèm biện pháp thau chua rửa mặn cho lúa. Nhóm cây này bao gồm: Cà rốt, rau diếp, mía, hành, củ cải, lúa, lúa mì . - Nhóm cây chịu mặn thì chỉ cần cung cấp đầy đủ nớc tới và có thể dùng nớc lợ để tới. Nhóm cây này gồm có: cói, bông, củ cải đờng, lúa mạch. 0 30 5 10 15 20 25 2 4 1 3 5 6 EC (ds/m) 12 3.4.4. Nồng độ của các nguyên tố đặc biệt Đối với các nguyên tố đặc biệt nh selenium (Se), molyldenum (M 0 ), flouride (F r ) và Bo thì các loại thực vật có thể chịu đợc nhng lại rất độc hại đối với động vật. Các nguyên tố nh brôm (Br), lithium (Li) thì ngợc lại độc hại đối với thực vật. Trong nớc ngầm, lợng Br giàu hơn trong nớc mặt với hàm lợng > 0,5ppm. Brôm có hại đối với cam, quýt, cây có dầu và các cây ăn quả quý. Nhng ngũ cốc, bông thì có thể chịu đựng đợc một cách bình thờng với Br, trong khi đó cỏ linh lăng, củ cải đờng, măng tây thì phát triển bình thờng với Br = 1ữ 2 (ppm). Brôm có trong nhiều loại xà phòng và nó trở thành nhân tố độc hại khi sử dụng nớc thải để tới. 3.4.5. Lợng các bon thừa (RC) Khi trong đất có tổng lợng cacbonat và bicacbonat lớn hơn tổng lợng canxi và magiê thì sẽ có hiện tợng kết tủa ở giai đoạn sau trong đất. Đó là hiện tợng thừa canxi. RC = (CO = 3 + HCO - 3 ) - (Ca ++ + Mg ++ ) (meg/l) 3.4.6. Giá trị độ pH Logarit số âm của nồng độ ion hydro đợc gọi là độ pH. pH = - log [H + ] Dung dịch đất với pH < 7 là môi trờng axit (chua), pH > 7 là môi trờng kiềm và pH = 7 là môi trờng trung tính, nớc tự nhiên có độ pH thay đổi từ 6 - 8. Để phân loại nớc tới, ngời ta dựa vào nồng độ Na + bất lợi và EC nh một chỉ số biểu thị mức độ mặn của muối kết hợp với SAR nh bảng 3.5. Bảng 3.5. Chỉ tiêu phân loại nớc tới của USDA (Phòng thí nghiệm mặn của USDA) Loại nớc Mức độ muối Ec (àmhos/cm) ở t = 25 0 C Nồng độ (meg/l) Độ kiềm SAR (meg/l) RC (meg/l) Tinh khiết Tốt Trung bình Xấu Rất xấu < 250 250 ữ750 250 ữ2250 2250 ữ4000 > 4000 < 0,25 0,25 ữ7,50 7,50 ữ22,50 22,5 ữ40,0 > 40 10 ữ18 18 ữ25 18 ữ26 > 26 < 1,25 1,25ữ 2,50 > 2,50 3.5. Bảo vệ và chống ô nhiễm chất lợng nguồn nớc Nớc cực kỳ nhạy cảm đối với sự thay đổi của môi trờng tự nhiên và có liên quan đến hoạt động kinh tế - xã hội của con ngời. Trong tình hình đó, vấn đề bảo đảm nhu cầu nớc cho phát triển kinh tế - xã hội đã trở thành mục tiêu phấn đấu bảo vệ tài nguyên nớc. Tài nguyên nớc là loại tài nguyên có giới hạn, không phải là tài nguyên vô tận, không còn là thứ của trời cho mặc sức sử dụng, tuy nhiên lại tuỳ thuộc vào nhu cầu thực tiễn mà đòi hỏi về thành phần và chất lợng nguồn nớc cho các đối tợng sử dụng. Vấn đề sạch của nớc chỉ có ý nghĩa 13 tơng đối, riêng nớc dùng cho ngời đã đợc Tổ chức Y tế thế giới (WHO) xác lập tiêu chuẩn nớc dùng cho ăn uống và 10 năm trớc đây, WHO đã lập một chơng trình với chi phí lên tới 600 tỷ USD. Trên quy mô thế giới, vấn đề quy hoạch nớc đã đợc đặt ra rất cấp thiết với nội dung lớn là: - Đảm bảo đủ số lợng cho nhu cầu. - Khai thác nguồn nớc mới. - Chống tác hại, chống nhiễm bẩn nguồn nớc. Nh vậy là 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 những biện pháp lớn nh tạo hồ chứa nớc, uốn nắn dòng sông, lọc nớc biển lấy nớc ngọt. Đặc biệt quan trọng là bảo vệ môi trờng nớc trong điều kiện phát triển nông nghiệp và công nghiệp hoá. 3.5.1. Bảo vệ lớp phủ thực vật trên mặt đất Trong những vùng có khí hậu khô hạn, song song với sự gia tăng dân số sống bằng nghề nông nghiệp và chăn nuôi thì những vụ cháy rừng cộng với canh tác không hợp lý và chăn thả quá mức đã tiêu diệt lớp thực vật bảo vệ làm cho đất bị rửa trôi và vận chuyển đi một khối lợng chất dinh dỡng bởi nớc lũ, sau đó là cạn kiệt nguồn nớc. Ngày nay ai cũng hiểu đợc vai trò của thực vật trong sự thấm lọc nớc vào đất, điều hoà dòng chảy, chống xói mòn, cân bằng chế độ nớc nhất là vai trò của rừng đầu nguồn trong cân bằng nớc. Về nguy cơ của nạn mất rừng dẫn đến cạn kiệt nguồn nớc, có thể lấy chế độ nớc của sông Nin làm ví dụ. Sông Nin (Ai Cập) là một trong những con sông dài nhất thế giới (6998 km), là nguồn cung cấp nớc ngọt duy nhất của Ai Cập và Xu Đăng. Những năm 60 của thế kỷ XX, sông Nin xanh mang tới 54 tỷ m 3 khối nớc/ năm đổ vào sông Nin trắng ở ngã ba sông. Năm 1986 nguồn nớc này giảm xuống còn 48 tỷ m 3 , nguyên nhân là do nạn phá rừng đầu nguồn ngày càng lan rộng và việc lấy nớc cho sản xuất nông nghiệp ở hai bên bờ sông ở Ai Cập và Xu Đăng ngày càng nhiều. 3.5.2. Xây dựng các hồ chứa nớc Nhiều tài liệu cho thấy con ngời đã xây dựng đợc khoảng 1400 hồ chứa nớc với tổng khối lợng 4100 km 3 , riêng Liên Xô cũ có 150 hồ chứa với trữ lợng trên 200km 3 . Việc xây dựng các hồ đập này chính là sự điều chỉnh dòng chảy sông, suối. Nhờ các hồ chứa này những dao động theo mùa của dòng chảy sông suối đã đợc giảm đi một phần, tạo điều kiện thuận lợi cho công cuộc xây dựng và khai thác những công trình đặt ở hạ lu nh làm thỏa mãn nhu cầu điện năng, điều chỉnh lũ và cung cấp nớc để tới ruộng. Theo tính toán của Lvovits, việc xây dựng các hồ chứa nớc có tác dụng làm tăng khối lợng dòng chảy ổn định của sông suối lên 1850 km 3 /năm (>15%). Theo số liệu của Klige, mực nớc đại dơng thế giới từ 1900 đến 1964 đã dâng cao 95mm nếu không có hệ thống hồ chứa nớc thì mực nớc đại dơng đã dâng lên ít nhất là 107mm. 14 Tuy vậy không thể không kể đến mặt có hại của các hồ chứa: - Việc tạo hồ chứa làm thay đổi cơ bản chế độ thủy văn sông suối sang thuỷ văn hồ từ đó gây bồi lấp lòng hồ, sạt lở bờ hồ theo tính toán tại hồ Tả Trạch của tỉnh Thừa Thiên - Huế với quy mô dung tích 610 triệu m 3 thì lợng bùn cát và các chất lắng đọng trong lòng hồ là khoảng 618.800 m 3 . - Thay đổi hệ sinh thái cạn sang hệ sinh thái nớc, làm mất một số loài động vật hoặc làm chúng phải di chuyển ra khỏi lòng hồ, tạo môi trờng thuận lợi cho các loại dịch bệnh, nhất là các bệnh liên quan đến môi trờng nớc. - Khi tích nớc vào hồ, chất lợng nớc sẽ thay đổi do sự phân huỷ các chất hữu cơ thảm phủ lòng hồ trớc khi ngập và các chất hữu cơ từ bề mặt lu vực thợng lu đa về theo dòng chảy trong mùa ma. - Nếu khu vực hồ chứa đợc sử dụng cho nghỉ ngơi và du lịch thì chất thải của du khách và các cơ sở dịch vụ sẽ gây ô nhiễm môi trờng. - ở vùng hạ lu mức độ ô nhiễm môi trờng đất, nớc, không khí có thể tăng thêm do việc sử dụng các loại phân hoá học, thuốc trừ sâu khi diện tích tới và hệ số sử dụng đất tăng. 3.5.3. Xử lý keo tụ Keo tụ là quá trình tạo hạt của các chất lơ lửng dạng keo và các hạt lơ lửng có trong nớc do lực dính kết lẫn nhau dới tác dụng của lực hút phân tử. Kết quả của quá trình keo tụ là hình thành nên những hạt mà mắt thờng có thể thấy đợc và có thể tách ra khỏi thể nớc. Ngoài ra trong nớc mặt có các tạp chất ở dạng huyền phù hay các chất keo không lắng đợc là hệ bền vững do lực đẩy thắng lực hút. Phân tử mặt ngoài của nó tiếp xúc với môi trờng nớc có khả năng phân ly thành hai lớp ion mang điện tích trái dấu. Mức độ phân ly đó phụ thuộc vào độ pH của nớc. Nguồn nớc thờng có pH = 6,5 ữ 7,5 thì các hạt lơ lửng và keo mang điện tích âm rất bền vững. Nh ng mặt khác các hạt này có khả năng hấp thu các ion H + , Na + , K + , Ca ++ và Mg ++ có ở trong nớc, nhất là Fe 3+ , Al 3+ làm giảm độ bền vững của chúng rất nhiều. Thực hiện quá trình keo tụ bằng cách cho phèn vào một trong hai dòng chảy vào bể phản ứng hoặc cho phèn ngắt quãng. Các loại phèn thờng dùng là: Al 2 (SO 4 ) 3 , FeSO 4 , FeCl 3 và khi phèn vào nớc thì phản ứng xảy ra nh sau: Al 2 (SO 4 ) 3 + 6H 2 O = 2Al (OH) 3 + 3H 2 SO 4 FeSO 4 + 2H 2 O = Fe (OH) 2 + 2H 2 SO 4 . 4Fe (OH) 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe (OH) 3 3.5.4. Lọc nớc Lọc nớc là giai đoạn kết thúc của quá trình làm trong nớc và đợc thực hiện trong các bể lọc. Thờng sử dụng 2 loại bể lọc. 15 - Bể lọc chậm có tốc độ lọc nớc rất chậm (khoảng 0,1 - 0,3 m 3 /h), bể lọc này có u điểm là nớc trong hơn, 1 - 2 tháng rửa một lần. Nguyên tắc hoạt động của bể này là: khi nớc đi qua các khe hở giữa các hạt cát, các hạt cặn trong nớc sẽ nằm lại giữa các khe hở đó và tạo nên một lớp màng lọc. Lớp màng lọc này có tác dụng giữ lại các hạt cặn nhỏ, các vi trùng nên nớc đợc lọc sạch. - Bể lọc nhanh có tốc độ lọc rất nhanh (6 - 10m 3 /h). Các hạt cặn đợc giữ lại nhờ lực dính của nó với các hạt cát. Do tốc độ lọc nhanh nên bể này có kích thớc nhỏ, diện tích chiếm đất ít, giá thành xây dựng rẻ, hàng ngày phải bơm nớc rửa bể 1 - 2 lần. Dù bể lọc chậm hay lọc nhanh đều có nhiệm vụ giữ lại các hạt cặn nhỏ và một số vi khuẩn còn lại sau khi qua bể lắng. 3.5.5. Khử trùng nớc Sau khi đi qua bể lắng hoặc bể lọc thì 90% vi trùng trong nớc bị giữ lại và tiêu diệt, tuy nhiên để đảm bảo an toàn vệ sinh ngời ta phải tiếp tục khử trùng cho đến khi đạt giới hạn cho phép (nhỏ hơn 20 con côli trong 1 lít nớc). Phơng pháp khử trùng thờng dùng nhất là clorua hoá tức là cho clo hơi hoặc clorua vôi (25 - 30% Cl) vào nớc dới dạng dung dịch để khử trùng. Phản ứng xảy ra nh sau: 2CaOCl 2 Ca(OCl 2 ) + CaCl 2 (tự phân huỷ) Ca(OCl 2 ) + CO 2 + H 2 O CaC0 3 + HOCl (CO 2 có sẵn trong nớc) HOCl HCl + O 2 Oxy tự do sẽ oxy hoá các chất hữu cơ và tiêu diệt vi trùng. Ngoài ra ngời ta còn dùng phơng pháp khử trùng nớc bằng ôzôn (O 3 ). Khi cho khí ôzôn (O 3 ) vào nớc, một nguyên tử tách ra và thực hiện quá trình diệt trùng. 3.5.6. Khử sắt trong nớc Nếu trong nguồn nớc có hàm lợng sắt quá cao thì phải tiến hành khử sắt đến giới hạn cho phép. Việc khử sắt thờng chỉ áp dụng cho nguồn nớc ngầm vì nó có hàm lợng sắt lớn, còn nớc mặt lợng sắt ít, hơn nữa nó đã đợc khử trong giai đoạn kết tủa nên không cần xây dựng các công trình riêng biệt để khử sắt cho nớc mặt. Sắt trong nớc ngầm thờng ở 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 +++ ), phản ứng diễn ra nh sau: 4Fe(OH) 2 + 2H 2 O + O 2 4Fe(OH) 3 Fe(OH 3 ) chính là kết tủa mà nó đợc giữ lại ở bể lắng và bể lọc. Quá trình khử sắt phụ thuộc vào độ pH của nớc, khi pH = 7 - 7,5 thì việc oxy hoá và tạo kết tủa thuận lợi. 3.5.7. Xử lý nớc thải Một trong những việc làm đầu tiên để bảo vệ chất lợng nớc là loại bỏ những thành phần gây ô nhiễm có trong nớc thải trớc khi xả ra sông hồ, đó là xử lý nớc thải. 16 Nớc thải là một tổ hợp hệ thống phức tạp các thành phần vật chất của nớc thải công nghiệp, nớc thải đô thị, nớc thải nông nghiệp và nớc thải sinh hoạt. Trong đó vật chất nhiễm bẩn thuộc nguồn gốc vô cơ và hữu cơ tồn tại dới dạng không hoà tan, dạng keo và dạng hoà tan. Do tính chất hoạt động của đô thị mà các chất nhiễm bẩn có trong nớc thải thay đổi theo thời gian trong năm, trong tháng, trong ngày Theo các tài liệu nớc ngoài thì trong các thành phố công nghiệp phát triển, khối lợng nớc thải công nghiệp chiếm khoảng 30 - 35% tổng lu lợng nớc thải đô thị, còn nớc thải sinh hoạt là không thay đổi và khi tính toán công trình làm sạch nớc thải đô thị ngời ta dựa vào các chất nhiễm bẩn của nớc thải sinh hoạt, điều này có nghĩa là chất nhiễm bẩn công nghiệp coi nh đợc giữ lại ở công trình xử lý cục bộ với mục đích đảm bảo tính an toàn của hệ thống dẫn nớc và xử lý nớc thải đô thị. Mức độ nhiễm bẩn của nớc thải bởi chất hữu cơ có thể xác định theo lợng oxy cần thiết để oxy hoá vật chất hữu cơ dới tác dụng của vi sinh vật hiếu khí. Lợng oxy đó gọi là nhu cầu oxy cho quá trình sinh hoá; viết tắt là BOD có đơn vị mg/l, g/m 3 . Do lợng BOD không đặc trng đầy đủ số lợng vật chất hữu cơ có chứa trong nớc thải vì một phần vật chất hữu cơ tự nó không chịu oxy hoá bằng vi sinh vật, một phần khác lại dùng để tăng sinh khối. Cho nên để xác định đầy đủ lợng oxy cho quá trình oxy hoá vật chất hữu cơ, ngời ta sử dụng phơng pháp oxy hoá iôdat hay bicromat. Lợng oxy dùng trong quá trình này gọi là nhu cầu oxy cho quá trình oxy hoá bằng hoá học, viết tắt là COD có đơn vị mg/l, g/m 3 . Thông thờng lợng BOD bằng khoảng 80% COD. Tính chất của nớc thải đợc xác định bằng phân tích hoá học các thành phần nhiễm bẩn, việc đó gặp nhiều khó khăn nên thờng chỉ xác định một số chỉ tiêu đặc trng nhất về chất lợng và sử dụng nó để xây dựng các công trình xử lý nớc thải: hàm lợng vật chất lơ lửng, nhu cầu ô xy trong quá trình sinh hoá, vi khuẩn và vi sinh vật - Đánh giá mức độ nhiễm bẩn nớc thải do vi khuẩn Trong nớc thải chứa các vật chất nhiễm bẩn hữu cơ và vô cơ, xử lý nớc thải là làm giảm nồng độ các vật chất hữu cơ gây ô nhiễm vào đất và nớc. Để phân giải các vật chất hữu cơ này phải nhờ đến vai trò phân giải của một số vi khuẩn đặc biệt. Sự phân giải vật chất hữu cơ do các vi khuẩn đặc biệt đó phải qua quá trình ô xy hoá nitơ trong vật chất hữu cơ đó. Quá trình oxy hoá nitơ trong vật chất hữu cơ do vi khuẩn đặc biệt đảm nhiệm gọi là quá trình nitrô hoá. Quá trình nitrô hoá phải qua 2 giai đoạn: Oxy hoá nitơ và oxy hoá nitơ của muối amôn. Dới tác động của nhóm vi khuẩn đặc biệt, muối amôn đợc oxy hoá để trở thành muối axit nitơrit (RNO 2 ) sau đó thành muối axit nitơrat (RNO 3 ). Quá trình oxy hoá nitơ gọi là quá trình nitrô hoá. Ngời ta chứng minh đợc rằng quá trình nitrô hoá xẩy ra với tác động riêng biệt của vi sinh vật và qua 2 giai đoạn. Trớc hết là vi khuẩn nitrôza nitrosomônas oxy hoá amoniac để tạo thành axit nitrit: 17 2NH 3 + 3O 2 = 2HNO 2 + 2H 2 O + Q Sau đó vi khuẩn nitrobacter oxy hoá muối axit nitrít thành muối của axit nirtat: 2HNO 2 + O 2 = 2HNO 3 + Q Nớc thải có hàm lợng nitơ muối amôn càng cao thì càng bẩn. Với các phản ứng xẩy ra trên đây thì nitrit và nitrat chỉ có thể xuất hiện sau khi làm sạch nớc thải trong các công trình oxy hoá sinh hoá. Bằng thực nghiệm ngời ta đã chứng minh đợc rằng lợng oxy tiêu thụ cho quá trình oxy hoá 1 mg nitơ muối amon ở giai đoạn tạo nitrit là 3,43 g O 2 còn ở giai đoạn tạo nitơrat là 4,57 mg O 2 . Quá trình nitrô hoá có ý nghĩa quan trọng trong kỹ thuật xử lý nớc thải. Để đánh giá mức độ nhiễm bẩn nớc thải sau xử lý do các vi khuẩn ngời ta đánh giá qua một loại trực khuẩn đờng ruột hình đũa, điển hình là vi khuẩn Coli trong đơn vị thể tích nớc. Côli đợc coi là một loại vi khuẩn vô hại sống trong ruột ngời, động vật. Trong thực tế có hai đại lợng đánh giá: trị số Coli và chuẩn độ Coli và đem so sánh với tiêu chuẩn cho phép. Trị số Coli là đại lợng dùng để xác định số lợng trực khuẩn đờng ruột trong một lít nớc thải. Chuẩn độ Coli là thể tích nớc nhỏ nhất tính bằng mililít có chứa một trực khuẩn hình đũa, nh vậy nếu nói chuẩn độ Coli bằng 400 tức là trong 400ml nớc thải có chứa một coli. Mức độ nhiễm bẩn bằng vi khuẩn phụ thuộc vào tình hình vệ sinh dân c và nhất là các bệnh viện. Đối với nớc thải bệnh viện trong nhiều trờng hợp phải xử lý cục bộ trớc khi xả vào hệ thống thoát nớc hoặc xả vào nguồn nớc. - Đánh giá mức độ nhiễm bẩn vật chất lơ lửng tích đọng vào đất phải giải quyết các vấn đề sau: + Nguyên tắc xả nớc thải vào nguồn. Thông thờng thì nguồn nớc chỉ có thể tải đợc một lợng nớc thải với nồng độ nhiễm bẩn nào đó, vợt quá mức độ đó nguồn nớc mất tác dụng sử dụng và có nguy cơ gây ô nhiễm. Để đảm bảo vệ sinh môi trờng và khai thác đúng tài nguyên của nguồn nớc, ngời ta định ra nguyên tắc xả nớc thải vào nguồn nớc, trong đó phân ra ba loại nguồn nớc. Nguồn n ớc dùng để cung cấp nớc sinh hoạt cho thành phố và sản xuất công nghiệp thực phẩm. Nguồn nớc dùng để cung cấp nớc cho xí nghiệp công nghiệp, dùng để nuôi cá, nghỉ ngơi, tắm giặt. Nguồn nớc mang tính chất trang trí kiến trúc hay dùng để nuôi cá, tới ruộng. Mức độ chứa nớc của các nguồn nớc phụ thuộc vào độ lớn, mức độ cần thiết làm sạch và vào nhiều yếu tố khác (bảng 3.6). 18 [...]... bằng giây 4. 3 .4 Môđun dòng chảy (M) Môđun dòng chảy là giá trị lu lợng trên một đơn vị diện tích lu vực: M= Trong đó: 10 3 Q F (l/s-km2) (4. 6) Q - lu lợng bình quân tính theo m3/s F - diện tích lu vực tính theo km2 Từ công thức (4. 5) và (4. 6) ta tìm đợc quan hệ giữa Y và M nh sau: Từ (4. 5) có: F= Từ (4. 6) có: F= Cân bằng (4. 7) và (4. 8) ta có: Y= W 10 3 Y (4. 7) 10 3 Q (4. 8) M M t Q 10 6 (mm) (4. 9) Trong... nớc thải và nguồn nớc phải không mùi và vị Oxy hoà tan trong nớc hỗn hợp xáo trộn kỹ không ít hơn 4mg/l Sau khi xả và xáo trộn kỹ nớc thải và nớc nguồn thì nhu cầu oxy cho quá trình sinh hoá hoàn toàn của 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 của nớc trong nguồn: 5 pH 8,5 Hỗn hợp nớc thải xả vào nguồn nớc và nớc nguồn sau... có ở trong nớc thải Các công trình xử lý sinh học phân thành hai nhóm: nhóm các công trình trong đó quá trình xử lý thực hiện trong điều kiện tự nhiên nh cánh đồng tới, bãi lọc và hồ sinh học, nhóm công trình xử lý trong điều kiện nhân tạo + Bãi lọc là một khu đất tơng đối rộng chia làm nhiều ô nớc thoát từ các bể lắng chảy ra phân phối lên mặt đất và thấm qua đất Quá trình làm sạch diễn ra ở lớp đất... trng về sông chảy của nguồn nớc theo thời gian và không gian đều đợc ngành thuỷ văn công trình đề cập đến ba nội dung: dòng chảy năm, dòng chảy kiệt, dòng chảy lũ Trong phạm vi quản lý nguồn nớc phục vụ quản lý Nhà nớc về đất đai 75 chỉ cung cấp khái quát các nhân tố ảnh hởng đến dòng chảy bề mặt thờng xảy ra hàng năm, không mang tính chất chuyên ngành nh ngành thuỷ văn công trình Lợng nớc chảy qua... chất lơ lửng trong nớc thải xả vào nguồn từ phơng trình: QCng + qC2 = (Q+q) (Cng + P) (3 .4) Trong đó: : hệ số xáo trộn giữa nớc thải và nguồn Q: lu lợng nớc nguồn (m3/h) Cng: hàm lợng vật chất lơ lửng của nớc nguồn (g/m3) q: lu lợng nớc thải (m3/h) C2: hàm lợng vật chất lơ lửng cho phép sau khi xả vào nguồn (g/m3) P: hàm lợng vật chất lơ lửng cho phép tăng thêm của nớc nguồn sau khi xáo trộn kỹ với nớc... của một nguồn nớc Nguồn nớc Chất nhiễm bẩn 1 Vật chất lơ lửng 2 Mùi và vị 3 Oxy hoà tan 4 Nhu cầu oxy cho quá trình sinh hoá 5 Phản ứng 6 Màu sắc 7 Vi trùng gây bệnh 8 Chất độc hại Loại I Loại II Loại III Sau khi xả nớc thải vào nguồn nớc và xáo trộn kỹ, nồng độ vật chất lơ lửng của nớc hỗn hợp cho phép tăng lên so với nớc nguồn không quá: 0,25mg/l 0,75mg/l 1,5mg/l Sau khi xả nớc thải vào nguồn và... hằng số tiêu thụ oxy của nớc thải và 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: lu lợng nớc nguồn (m3/h) Lng: lợng BOD của nớc nguồn (mg/l) Lth: lợng BOD tới hạn của hỗn hợp nớc thải với nớc nguồn (mg/l) Từ phơng trình trên rút ra mức độ cần thiết làm sạch... tăng hiệu suất xử lý ở các công trình thì có thể ứng dụng nhiều biện pháp cho quá trình lắng nh làm thoáng sơ bộ, bể tự hoại hiệu suất lắng đạt tới 75% và hàm lợng BOD giảm 40 - 50% - Phơng pháp xử lý bằng hoá - lý Thực chất của phơng pháp hóa lý là lợi dụng vào tính chất hoá lý của nớc thải mà có những tác động vật lý và hoá học nhằm tăng cờng tách các chất bẩn ra khỏi nớc Ví dụ khi ngời ta đa vào... và định hớng sử dụng nguồn nớc mặt 4. 1 Khái quát về nguồn nớc mặt Nớc mặt là nớc đợc tích trữ lại dới dạng lỏng hoặc dạng rắn trên mặt đất Dới dạng lỏng ta có thể quy hoạch đợc nhng dới dạng rắn (tuyết hoặc băng giá) nó phải đợc biến đổi trạng thái trong các trờng hợp sử dụng Có thể nói rằng tuyết và băng tạo ra việc dự trữ nớc rất có ích nhng trong thực tế không thể quản lý đợc Nguồn nớc mặt sử dụng... hơi trung bình 875km3/ngày, chiếm 84, 5% lợng nớc bốc hơi Lục địa bốc hơi trung bình 160km3/ngày chiếm 15,5%; ma bốc hơi trung bình ở đại dơng 775km3/ngày chiếm 74, 9% lợng ma, còn lục địa 160km3/ngày chiếm 25,1% Nh vậy trên đại dơng lợng bốc hơi vợt lợng ma rơi xuống, phần lớn thiếu hụt đợc bù đắp do phần nớc dồn ra đại dơng từ lục địa - Khi ma rơi xuống mặt đất, một phần chảy trên mặt đất đợc gọi là . RT = 22 ,4 thì: atm76,0 5,58 4, 22.2 P == l/mol.m1,2EC = ha y cm/mhos1,2111 à = atm47,0 142 4, 22.3 P == 3i%)1(SONa 42 = atm605,0 111 4, 22.3 P == 3i%)1(CaCl 2 = atm329,0 136 4, 22.2 P. Al 2 (SO 4 ) 3 + 6H 2 O = 2Al (OH) 3 + 3H 2 SO 4 FeSO 4 + 2H 2 O = Fe (OH) 2 + 2H 2 SO 4 . 4Fe (OH) 2 + O 2 + 2H 2 O = 4Fe (OH) 3 3.5 .4. Lọc nớc Lọc nớc là giai đoạn kết thúc của quá trình. công trình xử lý sinh học phân thành hai nhóm: nhóm các công trình trong đó quá trình xử lý thực hiện trong điều kiện tự nhiên nh cánh đồng tới, bãi lọc và hồ sinh học, nhóm công trình xử lý