CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC NGẦM 1.GIỚI THIỆU VỀ NƯỚC NGẦM Nước là vai trò và nhu cầu rất cần thiết trong đời sống con người và sinh vật,nó tham gia vào mọi hoạt động của quá trình tự nhiên và tác động đến mọi sự biến đổi của sinh vật trên trái đất,không có nước sẽ không có sự sống.Xã hội ngày càng phát triển thì nhu cầu về nước của con người cũng ngày càng tăng. Do đó nguồn nước sử dụng trong sinh hoạt của con người lại được phân chia ra nhiều loại khác nhau:nước cho nhu cầu ăn uống đòi hỏi phải có chất lượng cao,đảm bảo không gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người;các nguồn nước dùng cho tắm giặt,rửa có thể yêu cầu thấp hơn.Ngoài ra thì nước ta là một nước nông nghiệp nên nhu cầu nước dùng cho sản xuất nông nghiệp là rất lớn;bên cạnh đó nước còn sử dụng cho công nghiệp,giao thông vận tải và các hoạt động khác…Nước dùng để cấp cho nhu cầu sinh hoạt và sản xuất có chất lượng rất khác nhau bao gồm nước mặt và nước ngầm.Các nguồn nước này hầu như không đáp ứng được các yêu cầu chất lượng ;do đó phải biết được thành phần tính chất của chúng để tiến hành xử lý nhằm đạt được các yêu cầu về chất lượng,đáp ứng mục đích sử dụng nước.Trong mục đích cấp nước cho sinh hoạt người ta thường sử dụng nguồn nước ngầm,do đó có rất nhiều công nghệ xử lý nước ngầm đã được áp dụng để đáp ứng nhu cầu cuộc sống của con người. Nước ngầm được con người khai thác và sử dụng từ hàng nghìn năm qua.Qua các thời đại,ở khắp mọi miền trên thế giới,loài người đã sang tạo ra nhiều phương pháp khác nhau để khai thác nước ngầm,dùng đến đủ mọi năng lượng (sức động vật,sức người,sức gió,sức nước,năng lượng mặt trời…).Ngày nay , trên toàn thế giới khoảng 60% nước ăn uống,15% nước dùng trong gia đình và 20% nước tưới lấy từ các nguồn nước ngầm.Tại hầu hết các vùng khô cằn trên thế giới,nước ngầm là nguồn cung cấp nước chủ yếu .Ngoài ra nó còn cung cấp ít nhất 20% và nhiều khi hơn 30% tổng khối lượng nước sử dụng ở các nước công nghiệp.Hiện nay trên thế giới hàng năm người ta khai thác khoảng từ 600-700 tỷ m3 nước ngầm,nhiều hơn bất kỳ một nguồn tài nguyên nào khác được khai thác từ lồng đất.Còn ở Việt Nam nguồn nước ngầm tương đối phong phú,nhiều nơi có chất lượng nước tốt có thể khai thác lên sử dụng trực tiếp mà không cần phải qua xử lý. GVHD: Biện Văn Tranh SVTH: Phạm Thới Đông Trang 4 DO.nai ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho khu dân cư A tại Đồng Nai.ĐẶC ĐIỂM, THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NGUỒN NƯỚC NGẦM 1.
Đặc trưng của nước ngầm. Việt Nam là quốc gia có nguồn nước ngầm khá phong phú về trữ lượng và khá tốt về chất lượng. Nước ngầm tồn tại trong các lỗ và các khe nứt của đất đá, được tạo thành trong giai đoạn trầm tích đất đá hoặc do sự thẩm thấu, thấm của nguồn nước mặt, nước mua… Nước ngầm là nước xuất hiện ở tầng sâu dưới dất, thường từ 30 – 40 m, 60 – 70 m có khi 120 – 150 m và cũng có khi tới 180 m. Ðối với các hệ thống cấp nước tập trung thì nguồn nước ngầm luôn là loại nguồn nước được ua tiên lựa chọn nếu có thể.
Bởi vì các nguồn nước mặt thuờng bị ô nhiễm và lưu lượng khai thác phụ thuộc vào sự biến động theo mùa. Trong khi đó, nguồn nước ngầm ít chịu ảnh hưởng bởi các tác động của con nguời. Chất lượng nước ngầm thường tốt hơn chất lượng nước mặt nhiều. Trong nước ngầm hầu như không có các hạt keo hay các hạt lo lửng, và vi sinh, vi trùng gây bệnh thấp.
Nước ngầm (nước dưới đất) được hình thành do nước mưa thấm qua các lớp đất đá trong lòng đất và được giữ ở tầng chứa nước bên dưới bề mặt đất ở các độ sâu khác nhau. Nước ngầm gồm có nước ngầm tầng nông và nước ngầm tầng sâu. Các nguồn nước ngầm hầu như không chứa rong tảo, một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước. Thành phần đáng quan tâm trong nước ngầm là các tạp chất hoà tan do ảnh hưởng của điều kiện địa tầng, thời tiết, nắng mưa, các quá trình phong hoá và sinh hoá trong khu vực.
Ở những vùng có điều kiện phong hoá tốt, có nhiều chất bẩn và lượng mưa lớn thì chất lượng nước ngầm dễ bị ô nhiễm bởi các chất khoáng hoà tan, các chất hữu cơ, mùn lâu ngày theo nước mưa ngấm vào đất. GVHD: Biện Văn Tranh SVTH: Phạm Thới Đông Trang 5 DO.nai ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho khu dân cư A tại Đồng Nai. Ngoài ra, nước ngầm cũng có thể bị nhiễm bẩn do tác động của con người. Các chất thải của con người và động vật, các chất thải sinh hoạt, chất thải hoá học, và việc sử dụng phân bón hoá học…Tất cả những loại chất thải đó theo thời gian nó sẽ ngấm vào nguồn nước, tích tụ dần và làm ô nhiễm nguồn nước ngầm.
Ðã có không ít nguồn nước ngầm do tác động của con người đã bị ô nhiễm bởi các hợp chất hữu cơ khó phân huỷ, các vi khuẩn gây bệnh, nhất là các hoá chất độc hại như các kim loại nặng, dư lượng thuốc trừ sâu và không loại trừ cả các chất phóng xạ. Thành phần, tính chất nước ngầm. Thành phần chất luợng của nuớc ngầm phụ thuộc vào nguồn gốc của nuớc ngầm, cấu trúc dịa hình của khu vực và chiều sâu dịa tầng nơi khai thác nuớc. Ở các khu vực duợc bảo vệ tốt, ít có nguồn thải gây nhiễm bẩn, nuớc ngầm nói chung duợc dảm bảo về mặt vệ sinh và chất luợng khá ổn dịnh.
Nguời ta chia làm 2 loại khác nhau: a.Nước ngầm hiếu khí. Thông thuờng nuớc có oxy có chất luợng tốt, có truờng hợp không cần xử lý mà có thể cấp trực tiếp cho nguời tiêu thụ. Trong nuớc có oxy sẽ không có các chất khử nhu H2S,CH4,NH4+,… b. Nước ngầm yếm khí.
Trong quá trình nước thấm qua các tầng đá , oxy bị tiêu thụ. Khi lượng oxy hòa tan trong nước bị tiêu thụ hết, các chất hòa tan như Fe2+ , Mn2+ sẽ được tạo thành.Mặt khác các quá trình khử NO 3- -> NH4+; SO42- -> H2S ; CO2 -> CH4 cũng xảy ra. Các ion trong nước ngầm. • Ion Canxi Ca 2+.
GVHD: Biện Văn Tranh SVTH: Phạm Thới Đông Trang 6 DO.nai ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho khu dân cư A tại Đồng Nai. Nước ngầm có thể chứa Ca2+ với nồng độ cao.Trong đất thường chứa nhiều CO2 do quá trình trao đổi chất của rễ cây và quá trình thủy phân các tạp chất hữu cơ dưới tác động của vi sinh vật.Khí CO2 hòa tan trong nước mưa theo phản ứng sau: CO2 + H2O -> H2CO3 Axít yếu sẽ thấm sâu xuống đất và hòa tan canxicacbonat tạo ra ion Ca2+. 2H2CO3 + 2CaCO3 -> Ca(HCO3)2 + Ca2+ + 2HCO3-. • Ion magie Mg 2+.
Nguồn gốc của các ion Mg 2+ trong nước ngầm chủ yếu từ các muối magie silicat và CaMg(CO3)2, chúng hòa tan chậm trong nước chứa khí CO2 .Sự có mặt Ca2+ và Mg2+ tạo nên độ cứng của nước. Sự hình thành của Na+ trong nước chủ yếu theo phương trình phản ứng sau: 2NaAlSi3O3 + 10H2O -> Al2Si2(OH)4 + 2Na+ + 4H4SiO3 Na+ cũng có thể có nguồn gốc từ NaCl, Na2SO4 là những muối có độ hòa tan lớn trong nước biển. Các ion NH4+ có trong nước ngầm có nguồn gốc từ các chất thải rắn và nước sinh hoạt, nước thải công nghiệp,chất thải chăn nuôi,phân bón hóa học và quá trình vận động của nitơ. • Ion bicacbonat HCO3-.
Được tạo ra trong nước nhờ quá trình tan đá vôi khi có mặt khí CO2 CaCO3 + CO2 + H2O ->Ca2+ + 2HCO3- • Ion sunfat SO42-. GVHD: Biện Văn Tranh SVTH: Phạm Thới Đông Trang 7 DO.nai ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho khu dân cư A tại Đồng Nai. Có nguồn gốc từ muối CaSO4.7H2O hoặc do quá trình oxy hóa FeS2 trong điều kiện ẩm với sự có mặt của O2. 2FeS2 + 2H2O +7O2 -> 2Fe2+ + 4SO42- + 4H+ • Ion clorua Cl-.
Có nguồn gốc từ quá trình phân ly muối NaCl hoặc nước thải sinh hoạt. Sắt trong nước ngầm thường tồn tại dưới dạng ion Fe2+ ,kết hợp với gốc bicacbonat,sunfat,clorua,đôi khi tồn tại dưới keo của axit humic hoặc keo silic.Các ion Fe2+ từ các lớp đất đá được hòa tan trong nước ttrong điều kiện yếm khí sau: 4Fe(OH)3 + 8H+ ->4Fe2+ + O2 + 10H2O Sau khi tiếp xúc với oxy hoặc các tác nhân oxy hóa,ion Fe2+ bị oxy hóa thành ion Fe3+ và kết tủa thành các bông cặn Fe(OH)3 có màu nâu đỏ.Vì vậy,khi vừa bơm ra khỏi giếng, nước thường trong và không màu, nhưng sau một thời gian để lắng trong chậu và cho tiếp xúc với không khí, nước trở nên đục dần và đáy chậu xuất hiện cặn màu đỏ hung. Trong các nguồn nước mặt sắt thường tồn tại thành phần của các hợp chất hưu cơ. Nước ngầm trong các giếng sâu có thể chứa sắt ở dạng hóa trị II của các hợp chất sunfat và clorua.
Nếu trong nước tồn tại đồng thời đihyđrosunfua (H2S) và sắt thì sẽ tạo ra cặn hòa tan sunfua sắt FeS. Khi làm thoáng khử khí CO2, hyđrocacbonat sắt hóa trị II sẽ dễ dàng bị thủy phân và bị oxy hóa để tạo thành hyđroxyt sắt hóa trị III. 4Fe2+ + 8HCO3- + O2 + 2H2O –> 4Fe(OH)3 + 8CO2 Với hàm lượng sắt cao hơn 0.5mg/l, nước có mùi tanh khó chịu, làm vàng quần áo khi giặt, làm hỏng sản phẩm của các ngành dệt may, giấy, phim ảnh, đồ hộp. trên giàn làm nguội trong các bể chứa, sắt hóa trị II bị oxy hóa thành sắt hóa trị III,tạo thành bông cặn, các cặn sắt kết tủa có thể làm tắc hoặc giảm khả năng vận chuyển của các ống dẫn nước.
Đặc biệt là có thể gây nổ nếu nước đó dùng làm nước cắp cho nồi hơi.Một số ngành công nghiệp có yêu cầu nghiêm ngặt đối với hàm lượng sắt như dệt,giấy,sản xuất phim ảnh… GVHD: Biện Văn Tranh SVTH: Phạm Thới Đông Trang 8 DO.nai ĐỒ ÁN XỬ LÝ NƯỚC CẤP Tính toán thiết kế hệ thống xử lý nước cấp công suất 12000 m3/ngày.đêm cấp cho khu dân cư A tại Đồng Nai. Nước có chứa ion sắt,khi trị số pH<7.