PHẦN MỞ ĐẦU 1. Sự cấn thiết của đề tài Theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước sinh hoạt QCVN 01:2009/ BYT, nồng độ cho phép của amoni, nitrat và nitrit lần lượt là 3; 50 và 3 mg/L, tính theo Nitơ lần lượt là 2,3 mgNH4-N/L, 11,3 mgNO3-N/L; và: 0,9 mgNO2-N/L. Trong giai đoạn 2010 tới nay nồng độ amoni trong nước ngầm tại khu vực phía tây và phía nam Hà Nội ghi nhận trong khoảng 10 – 19 mgNH4-N/L [1] [2]. Đây là mức độ ôn nhiễm rất cao và biến động mạnh trong thời gian gần đây.
Mức độ ô nhiễm tăng trong khi các tác nhân nhiễm bẩn chưa được ngăn chặn hiệu quả. Nhiều hộ dân khoan giếng bằng những thiết bị không đúng tiêu chuẩn, nước bẩn trên bề mặt thấm theo đường khoan đi vào lòng đất. Cùng với đó là rác thải ở nhiều khu dân cư không được thu gom và xử lý đã tác động xấu tới nguồn nước ngầm khai thác. Các yếu tố tự nhiên như phân hủy chất hữu cơ trong than bùn cũng là nguồn gây ô nhiễm amoni.
Nếu không được xử lý thì amoni có khả năng chuyển hóa thành nitrat trong đường ruột của người gây ra thiếu máu và có thể tử vong, đặc biệt là trẻ em và phụ nữ mang thai. Với yêu cầu ngày càng cao về tiêu chuẩn sử dụng nước của người dân và sự thắt chặt của hệ thống các quy chuẩn về nước sạch, các nhà máy nước đang tích cực nghiên cứu thay đổi công nghệ để nâng cao chất lượng nước và mở rộng công suất. Các phương pháp xử lý amoni tại các nhà máy nước hiện có của Hà Đông đang sử dụng dây chuyền công nghệ xử lý nước truyền thống gồm có làm thoáng, lắng, lọc và khử trùng bằng clo. Với dây chuyền công nghệ xử lý nước đang sử dụng, hiệu quả xử lý nitơ trong nước ngầm rất thấp, đặc biệt ở những nơi nước ngầm chứa amoni và sắt với nồng độ cao vì vậy lượng amoni có trong nước máy ở một số khu vực của Hà Nội vượt quá mức độ amoni cho phép trong nước sinh hoạt theo tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn của tổ chức y tế thế giới.
Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu giải pháp xử lý amoni trong nước ngầm tại cơ sở Ba La nhà máy nước sạch Hà Đông” là cần thiết và cấp bách. Mục tiêu của đề tài - Đánh giá hiện trạng xử lý amoni trong nước ngầm tại Hà Đông. 1 - Đề xuất công nghệ phù hợp để xử lý amoni trong nước ngầm tại cơ sở Ba La nhà máy nước sạch Hà Đông. Đối tượng nghiên cứu và phạm vi của đề tài - Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống thiết bị xử lý amoni sử dụng vật liệu mang vi sinh, tích hợp với bể lọc tự rửa.
thiết bị này được lắp đặt phía sau bể lọc nhanh hiện có của cơ sở Ba La nhà máy nước sạch Hà Đông (nước sau lọc và chưa được khử trùng bằng clo hoạt tính). Các quá trình nitrat hóa bên trong vật liệu mang trong điều kiện hiếu khí, thông số tính toán thông qua quá trình triển khai và chạy thử pilot hiện trường. - Đề xuất áp dụng kết quả nghiên cứu thử nghiệm cho quy mô một đơn nguyên bể lọc cho giai đoạn tiếp theo để xử lý amoni trong nước ngầm tại cơ sở Ba La nhà máy nước sạch Hà Đông. - Phạm vi nghiên cứu: Nước ngầm tại vùng Hà Đông.
Cách tiếp cận - Tiếp cận lý thuyết, tìm hiểu các tài liệu đã được nghiên cứu. - Tiếp cận thực tế: đi khảo sát, nghiên cứu, thu thập các số liệu. - Tiếp cận hệ thống: tiếp cận, tìm hiểu, phân tích hệ thống từ tổng thể đến chi tiết, đầy đủ và hệ thống. - Tiếp cận các phương pháp nghiên cứu mới trên thế giới.
Nội dung nghiên cứu - Thu thập số liệu và khảo sát hiện trạng khai thác, dây chuyền công nghệ xử lý của các nhà máy nước trong vùng Hà Đông để đánh giá tổng quan về chất lượng nước ngầm, về ô nhiễm amoni và các yếu tố như: pH, nhiệt độ, độ kiềm, và đánh giá hiệu quả xử lý amoni hiện nay. - Tổng quan các phương pháp xử lý amoni trong nước và thế giới phân tích ưu nhược điểm đưa ra các vấn đề còn tồn tại. - Tổng quan về xử lý amoni bằng phương pháp vi sinh để hiểu được cơ chế xử lý, các loại vi sinh vật, yếu tố ảnh hưởng, phân tích đánh giá các kết quả thu được từ mô hình thực nghiệm. 2 - Nghiên cứu tổng quan về màng vi sinh và các công trình sử dụng kĩ thuật màng vi sinh, đánh giá ưu nhược điểm.
Nghiên cứu xử lý amoni thông qua hệ thống pilot thí điểm, từ đó đề xuất vật liệu mang và loại công trình. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp kế thừa có chọn lọc số liệu: Thu thập và tham khảo số liệu sẵn có của các tài liệu có liên quan đến đề tài như các nghiên cứu khoa học, luận văn, dự án. Kế thừa số liệu của địa phương về vị trí địa lý, kinh tế, văn hóa, xã hội, giáo dục. Phương pháp phân tích, thống kê tài liệu: Phân tích tài liệu là phương pháp nghiên cứu các văn bản, tài liệu và phân tích chúng thành từng mặt, từng bộ phận để hiểu vấn đề một cách đầy đủ và toàn diện, từ đó chọn lựa những thông tin cần thiết cho đề tài nghiên cứu.
Phân tích tài liệu chuẩn bị cho tổng hợp nhanh và chọn lọc đúng thông tin cần thiết cho đề tài. Phương pháp lấy mẫu và làm mô hình thí nghiệm: Quy cách lấy mẫu và bảo quản mẫu theo các quy chuẩn quy định hiện hành được quy định trong QCVN09- MT:2015/BTNMT; Điểm mẫu được lấy đảm bảo tính đại diện cho khu vực nghiên cứu Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm: Mẫu nước lấy để phân tích được ghi rõ ngày, giờ lấy mẫu. Sau đó mẫu nước được vận chuyển đến phòng phân tích càng sớm càng tốt. Sau khi mẫu nước được đưa đến phòng thí nghiệm để phân tích, nếu chưa phân tích được ngay thì cần tiến hành bảo quản mẫu theo quy định.
Kết quả đạt được Đề tài nghiên cứu nhằm đánh giá hiện trạng ô nhiễm amoni trong nước ngầm tại Hà Đông và thiết kế, xây dựng mô hình tích hợp dạng modul cho hệ thống thiết bị sử dụng vật liệu mang vi sinh. - Đánh giá hiện trạng ô nhiễm amoni trong nước ngầm khu vực Hà Đông; - Thiết kế, xây dựng hệ thống xử lý amoni trong nước ngầm bằng công nghệ vi sinh quy mô thử nghiệm (pilot); - Đánh giá hiệu quả xử lý amoni trong nước ngầm bằng công nghệ vi sinh (giá thể sinh học) quy mô thử nghiệm. TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC NGẦM 1.1 Tổng quan về hiện trạng sử dụng nước ngầm và ô nhiễm amoni vùng Hà Đông 1.1 Hiện trạng cấp nước thành phố Hà Nội Tổng công suất cấp nước tập trung của hệ thống cấp nước đô thị Hà Nội năm 2014 đạt trung bình khoảng trên 994.637 m3/ngđ, trong đó công suất khai thác nước ngầm chiếm khoảng 77% còn lại là nguồn nước mặt [1]. Tuy nhiên với quy hoạch cấp nước hiện nay đang có xu hướng chuyển dịch tỷ trọng sang nước mặt.
Đặc biệt với sự hoàn thành giai đoạn 01 của nhà máy nước (NMN) sạch Sông Đuống công suất 300.000 m3/ngđ đã góp phần không nhỏ vào việc giải quyết các vấn đề nước sạch của thủ đô.1: Hiện trạng công suất khai thác nước mặt và nước ngầm [1]. Công suất (m3/ngđ) Các nhà máy nước Công suất thiết kế Công suất khai thác A Nhà máy nước mặt* 600.000 B Nhà máy nước ngầm 784.637 I Khu vực phía Bắc sông Hồng 128.170 II Khu vực phía Nam sông Hồng 541.467 III Khu vực phía Tây Hà Nội 20.000 IV Khu vực nông thôn 45.000 V Các trạm nhỏ lẻ 50.637 *Chưa bao gồm dự án nước sạch Sông Hồng đang khởi công, chỉ tính riêng cho nước sạch Sông Đà và Sông Đuống. 5 Thành phố Hà nội với dân số khoảng trên 7 triệu người bao gồm cả dân số đô thị và nông thôn [2]. Tỷ lệ được cấp nước sạch đến năm 2014 đạt 60% với khoảng 4,2 triệu người được sử dụng nước sạch.
Tổng cộng hiện nay đang cấp nước cho Thành phố Hà nội 1.1) trong đó nước ngầm là 764. Riêng sản lượng khai thác nước ngầm cung cấp cho khoảng 3,2 triệu người dân chủ yếu cho khu vực nội thành cũ. Khu vực phía Nam thành phố là nơi tập trung khai thác nước ngầm lớn nhất chiếm đến 77% sản lượng khai thác, khu vực phía Bắc chiếm 15,3%, trong khi cả khu vực nông thôn rộng lớn chỉ khai thác có 5,2%, còn lại các riếng nhỏ lẻ là 2,5%. Nhà máy nước sông Đuống và nhà máy nước sông Đà sử dụng nguồn nước mặt, còn lại các nhà máy và trạm cấp nước của Hà Nội đều sử dụng nguồn nước ngầm.
Nước thô khai thác từ các giếng khoan và được bơm tập trung về các nhà máy xử lý làm sạch. Các nhà máy xử lý nước ngầm ở Hà Nội có dây chuyền công nghệ xử lý cơ bản như sau: Nước thô giếng khoan Làm thoáng Lắng tiếp xúc Lọc nhanh Khử trùng bằng Clo Bể chứa Trạm bơm tăng áp Mạng lưới tiêu thụ. Cơ bản các nhà máy xử lý nước đã xử lý triệt để sắt, mangan đảm bảo đạt tiêu chuẩn nước sử dụng cho ăn uống và sinh hoạt, ngoại trừ chỉ tiêu amoni còn một số nhà máy chưa đạt tiêu chuẩn.2 tổng hợp số liệu từ các nhà máy nước khu vực nội thành Hà Nội, các chỉ tiêu đánh giá là các chỉ tiêu khá phổ biến và tiêu biểu có mặt trong nước. Hầu như chất lượng nước ngầm sau xử lý của các NMN tại Hà Nội đảm bảo chất lượng, tuy nhiên cũng có một vài trạm có hàm lượng amoni khá cao như Pháp Vân (20,16-25,60); Tương Mai (3,70-10,08); Hạ Đình (7,21-13,65).
Vào năm 2008, Hà Tây được sáp nhập vào địa giới của thành phố Hà Nội, các vấn đề về amoni của các NMN Hà Đông cơ sở 1 và cơ sở 2 (Ba La) liên tục được đề cập và quản lý chặt chẽ. Tính đến thời điểm năm 2014, tình trạng ô nhiễm này vẫn chưa được khắc phục, mặc dù đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu và thử nghiệm của các chuyên gia tại các 6 nhà máy nước nhưng chưa có một đề xuất hữu hiệu và phù hợp cho vấn đề này, và khu vực này đã trở thành những điểm nóng về amoni.2: Chất lượng nước trước và sau xử lý của các NMN ngầm do công ty nước sạch Hà Nội quản lý [3].