Chương 1: Tổng quan, cung cấp cho người đọc một cái nhìn tổng quát về tài nguyên nước của thế giới và Việt Nam, những thách thức trong việc duy trì lượng nước ngọt cung cấp cho sinh hoạt và sản xuất của con người. Bên cạnh đó là tiềm năng cung cấp nước ngọt từ các nguồn nước nhiễm mặn. Trong chương này, luận văn cũng đề cập đến những phương pháp từ thủ công đến phức tạp trong việc khử muối tạo nước ngọt. Chương 2: Cơ sở lý thuyết của quá trình thẩm thấu ngược, đây là chương cung cấp các kiến thức cơ bản của quá trình thẩm thấu ngược.
Chương 3: Nghiên cứu khả năng khử muối trong nước của màng thẩm thấu ngược RO, ở chương này với các số liệu thí nghiệm, luận văn phân tích rõ những yếu tố ảnh hưởng đến công suất và hiệu suất khử muối của màng bán thấm, từ đó tìm ra được phương trình hồi quy, điều kiện tối ưu của công suất và hiệu suất dựa theo nhiệt độ, áp suất và độ mặn đầu vào. Chương 4: Đề xuất sơ đồ công nghệ khử muối tại các vùng ven biển, hải đảo và vùng nước nhiễm mặn, sau đó chạy chương trình winflow2004 (một phần mềm thiết kế hệ thống RO) với các thông số chọn lựa để kiểm nghiệm tính xác thực, ở chương này luận văn đề xuất những công nghệ cung cấp nước ngọt cho các vùng trên dựa trên các yếu tố đặc trưng của vùng. Nguyễn Cảnh Dũng, CHMT 05-07 2 Luận văn thạc sỹ Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường TỔNG QUAN 1. Tổng quan tài nguyên nước của thế giới 1.
Tổng quan về trữ lượng và phân bố nước trên trái đất 1. Tổng trữ lượng nước trên trái đất Nước bao phủ 71% diện tích của quả đất trong đó có 97% là nước mặn, còn lại là nước ngọt. Nước giữ cho khí hậu tương đối ổn định và pha loãng các yếu tố gây ô nhiễm môi trường, nó còn là thành phần cấu tạo chính yếu trong cơ thể sinh vật, chiếm từ 50%-97% trọng lượng của cơ thể, chẳng hạn như ở người nước chiếm 70% trọng lượng cơ thể và ở Sứa biển nước chiếm tới 97%. Trong 3% lượng nước ngọt có trên quả đất thì có khoảng hơn 3/4 lượng nước mà con người không sử dụng được vì nó nằm quá sâu trong lòng đất, bị đóng băng, ở dạng hơi trong khí quyển và ở dạng tuyết trên lục điạ.
chỉ có 0, 5% nước ngọt hiện diện trong sông, suối, ao, hồ mà con người đã và đang sử dụng. Tuy nhiên, nếu ta trừ phần nước bị ô nhiễm ra thì chỉ có khoảng 0,003% là nước ngọt sạch mà con người có thể sử dụng được và nếu tính ra trung bình mỗi người được cung cấp 879.000 lít nước ngọt để sử dụng (Miller, 1988). Tỉ lệ giữa các loại nước trên thế giới (Liêm, 1990) Nguyễn Cảnh Dũng, CHMT 05-07 3 Luận văn thạc sỹ Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường Hiện nay, nước trên hành tinh của chúng ta phát sinh từ 3 nguồn: bên trong lòng đất, từ các thiên thạch ngoài quả đất mang vào và từ tầng trên của khí quyển; trong đó thì nguồn gốc từ bên trong lòng đất là chủ yếu. Theo sự tính toán thì khối lượng nước ở trạng thái tự do phủ lên trên trái đất khoảng 1,4 tỷ km3, nhưng so với trử lượng nước ở lớp vỏ giữa của qủa đất ( khoảng 200 tỷ km3) thì chẳng đáng kể vì nó chỉ chiếm không đến 1%.
Tổng lượng nước tự nhiên trên thế giới theo ước tính có khác nhau theo các tác giả và dao động từ 1. Trữ lượng nước trên thế giới (theo F. Sargent, 1974) Loại nước Trữ lượng (km3) Biển và đại dương 1.000 Băng và băng hà 26.000 Hồ nước ngọt 125.000 Hồ nước mặn 105.000 Khí ẩm trong đất 75.000 Hơi nước trong khí ẩm 14.000 Tuyết trên lục địa 250 1. Nước mặt Sự bốc hơi nước trong đất, ao, hồ, sông, biển; sự thoát hơi nước ở thực vật và động vật., hơi nước vào trong không khí sau đó bị ngưng tụ lại trở về thể lỏng rơi xuống mặt đất hình thành mưa, nước mưa chảy tràn trên mặt đất từ nơi cao đến nơi thấp tạo nên các dòng chảy hình thành nên thác, ghềnh, suối, sông và được tích tụ lại ở những nơi thấp trên lục địa hình thành hồ hoặc được đưa thẳng ra biển hình thành nên lớp nước trên bề mặt của vỏ trái đất.
Trong quá trình chảy tràn, nước hòa tan các muối khoáng trong các nham thạch nơi nó chảy qua, một số vật liệu nhẹ không hòa tan được cuốn theo dòng chảy và bồi lắng ở nơi khác thấp hơn, sự tích tụ muối khoáng trong nước biển sau Nguyễn Cảnh Dũng, CHMT 05-07 4 Luận văn thạc sỹ Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường một thời gian dài của quá trình lịch sử của quả đất dần dần làm cho nước biển càng trở nên mặn. Có hai loại nước mặt là nước ngọt hiện diện trong sông, ao, hồ trên các lục địa và nước mặn hiện diện trong biển, các đại dương mênh mông, trong các hồ nước mặn trên các lục địa. Nước ngầm Ðó là loại nước tích tụ trong các lớp đất đá dưới sâu trong lòng đất, nước tíctụ làm đất ẩm ướt và lấp đầy những tế khổng trong đất. Phần lớn nước trong các tế khổng của lớp đất mặt bị bốc hơi, được cây hấp thụ và phần còn lại dưới ảnh hưởng của trọng lực, trực di xuống tới các lớp nham thạch nằm sâu bên dưới làm bảo hòa hoàn toàn các lổ trống bên trong cho các lớp đá này ngậm nước tạo nên nước ngầm.
Quá trình hình thành nước ngầm diễn ra rất chậm từ vài chục đến hàng trăm năm. Có hai loại nước ngầm: nước ngầm không có áp lực và nước ngầm có áp lực. Nước ngầm không có áp lực: là dạng nước được giữ lại trong các lớp đá ngậm nước và lớp đá nầy nằm bên trên lớp đá không thấm như lớp diệp thạch hoặc lớp sét nén chặt. Loại nước ngầm này có áp suất rất yếu, nên muốn khai thác nó phải thì phải đào giếng xuyên qua lớp đá ngậm rồi dùng bơm hút nước lên.
Nước ngầm loại nầy thường ở không sâu dưới mặt đất, có nhiều trong mùa mưa và ít dần trong mùa khô. Nước ngầm có áp lực: là dạng nước được giữ lại trong các lớp đá ngậm nước và lớp đá nầy bị kẹp giữa hai lớp sét hoặc diệp thạch không thấm. Do bị kẹp chặt giữa hai lớp đá không thấm nên nước có một áp lực rất lớn vì thế khi khai thác người ta dùng khoan xuyên qua lớp đá không thấm bên trên và chạm vào lớp nước này nó sẽ tự phun lên mà không cần phải bơm. Loại nước ngầm nầy thường ở sâu dưới mặt đất, có trữ lượng lớn và thời gian hình thành nó phải mất hàng trăm năm thậm chí hàng nghìn năm.
Nguyễn Cảnh Dũng, CHMT 05-07 5 Luận văn thạc sỹ Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường 1. Các vấn đề ảnh hưởng đến tài nguyên nước 1. Hạn hán Theo các nhà nghiên cứu thì khả năng cung cấp nước ngọt hiện nay là một vấn đề nghiêm trọng trên toàn thế giới. Có ít nhất 80 nước ở vùng sa mạc và bán sa mạc (chiếm khoảng 40% dân số thế giới) thuộc hai lục điạ Á Châu và Phi Châu thường xuyên bị hạn hán và thất mùa nên thường xuyên không cung cấp đủ lương thực để nuôi sống dân của họ.
Trong những thập niên 1970 thảm họa hạn hán đe dọa trên khoảng 24, 4 triệu người và hàng năm đã giết chết hơn 23.000 người, hậu quả này vẫn còn kéo dài đến 1980. Năm 1985 hơn 154 triệu người thuộc 21 quốc gia ở Phi Châu rơi vào nạn đói do hạn hán, thêm vào đó sự gia tăng dân số quá mức và chiến tranh lan rộng, mặt khác còn do việc quản lý và sử dụng nguồn tài nguyên và phát triển nông nghiệp kém hiệu quả. Ở các nước này, người dân nghèo phải mất nhiều thời gian để đi tìm nước thường là ở những dòng sông và suối đã bị ô nhiễm và để có được nước những người phụ nữ và trẻ em phải đi bộ từ 16 km - 25 km một ngày và chỉ mang được một bình đầy nước trên đường trở về( Miller, 1988 ). Ngập lụt Ngược lại, ở những quốc gia khác có vũ lượng mưa tương đối lớn thì một lượng lớn nước mưa nhận được chỉ trong một thời gian ngắn trong năm.
Chẳng hạn như ở Ấn Ðộ, 90% lượng nước mưa tập trung vào giữa tháng 6 đến tháng 9 thường gây nên ngập lụt. Trong những thập niên 1970, thảm họa lụt lội đã đe dọa trên 15, 4 triệu người và hằng năm giết chết trung bình 4.700 người, làm thiệt hại trung bình 15 tỉ USD, hậu quả này vẫn còn kéo dài đến năm 1980. Nguyên nhân dẫn đến lụt lội là do con người phá rừng, đốt rừng để lấy đất canh tác, khai thác quặng mỏ, mở rộng đô thị. Mặc dù lụt lội được xem là một thiên tai gây chết người và làm thiệt hại hoa màu, tài sản của người dân nhưng sau các trận lụt, do sự lắng đọng của phù sa làm tăng thêm độ màu mỡ cho đất ( Miller, 1988 ).
Ðể ngăn ngừa và làm giảm sự tàn phá của lụt lội ở những quốc gia nầy, nhiều biện pháp được thực hiện như xẻn Nguyễn Cảnh Dũng, CHMT 05-07 6 Luận văn thạc sỹ Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường kinh thoát nước, xây đập và hồ chứa nước, trồng cây gây rừng trên các đồi trọc, giữ lại rừng ở đầu nguồn. Sự úng nước Ở những vùng có địa hình thấp hoặc nơi có mực nước ngầm quá cao làm cho mặt đất luôn bị phủ kín bởi một lớp nước tù đọng lâu ngày tạo nên trạng thái úng nước, đất bị úng nước nên luôn yếm khí. Trên những vùng đất bị úng nước thường có những thực vật thủy sinh đặc trưng như một số các loài rong tảo, năn, lác rất phát triển vì thế nên đất nơi đó dồi dào mùn , đạm và các acid hữu cơ vì thế làm cho đất và nước bị chua, đất nghèo lân nhưng lại giàu những chất độc như H 2S, CH4, Fe2+. Do những tính chất vật lý và hóa học của nước và đất của vùng bị úng nước đó không tốt cho sự trồng trọt cũng như sử dụng nước cho công nghiệp và sinh hoạt 1.
Nước ngọt bị ô nhiễm Theo nhịp độ phát triển của nền công nghiệp, nông nghiệp và sự nâng cao mức sống của con người thì nhu cầu về nước sử dụng ngày một tăng. Vấn đề về nước ngày càng trở nên nghiêm trọng, đặc biệt là nước mặt ngày càng thoái hóa và mức độ ô nhiễm nước ngày càng tăng.